JPS6215716A - 真空遮断器電極用接点 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、真空遮断器電極用接点に係り、特に高耐電圧
特性を備えた電極に関する。

〔発明の背景〕

低サージ型真空遮断器電極用接点として従来から知られ
ている材料としては、ＣｕをベースとしてＢ　ｘ　＋　
Ｐ　ｂ　ｙ　Ｔ　ｅ　ｇ　Ｓ　ｅなどの低融点・高蒸気
更に、低サージ特性の優れたものとして、本発明者らが
開発したＣｏ−Ａｇ−Ｔｅ、Ｓｅ系の溶浸合金（特開昭
５７−９０１９号公報）などがある。

真空遮断器における低サージ特性とは、小電流遮断時に
生ずる裁断電流（チョッピング、カレント）をできるだ
け小さくすることであり、理想的には、零アンペアとす
ることが望ましい。これらの低サージ特性を左右する因
子としては、電極材質による固有の裁断電流特性が殆ん
どを占めている。一般に、開閉サージ電圧をＶ、電極材
料の裁断電流をＩ８、負荷機器のサージインピーダンス
をＺとし、負荷の種類による減衰定数をＰとすれば、概
略的に、Ｖ−＝Ｐ　−Ｉ、・２で表現できる。

これらを考慮し、裁断電流値をおおよそ３Ａ以下まで下
げたようなものを低サージ型電極と呼んでいる。このよ
うな低サージ型であれば、開閉サージにより、トランス
やモータなどを絶縁破壊させるという問題を防ぐことが
できる。

上記した各種の低サージ型電極材料には、一般的に、裁
断電流値を低くするために、Ｐｂ、Ｂｉ。

Ｔｅ、Ｓｅなどの低融点・高蒸気圧元素が多量に含まれ
ている。この低融点元素は、真空中の開閉アークをとぎ
れにくくするという働らきがあり。

裁断電流値を下げている。反面、これらの低融点元素が
電極接点の表面に多量に存在すると、電極間の耐電圧特
性を著しく悪くする。又、大電流遮断能力も下がってし
まうという矛盾した問題がある。したがって、従来から
、一般に低サージ型の電極接点を内蔵した真空遮断器は
、高電圧用あるいは大電流遮断用として実用化されにく
いという欠点があった。具体的にこの問題を述べてみる
ことにする。真空遮断器用真空バルブに組み込まれる電
極接点は、殆んどの場合、ろう付される。すなわち、ろ
う付される温度まで高温加熱される。

銀ろう付であれば７００〜８５０℃まで真空加熱される
ことになる。このような高温にさらされると、上記した
電極材料中に含まれる低融点・高蒸気圧特性を有する元
素が接点の表面に多量にしみ出てくる。この結果、接点
表面は必要以上の低融点元素でおおわれてしまい、上記
したように耐電圧及び遮断能力が著しく下がってしまう
、このような低融点元素のしみ出し現象は、ろう付加熱
時のみならず、真空バルブの脱ガス排気工程中（３００
〜４５０℃）においてもみられる、この結果、特に真空
バルブの初期の耐電圧特性及び遮断能力を著しく低下さ
せてしまうという問題が出る。

以上のことから、低サージ性を有する電極材において、
特に上記した低融点元素の異常なしみ出しや、蒸発によ
る特性劣化の防止策が必要であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、溶浸法により作られた低サ−ジ型電極
の耐電圧特性及び遮断能力を向上させることができる真
空遮断器電極用接点を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明者らは、上記溶浸法により作られた電極について
、主に耐電圧特性を改善するために種々の表面被膜をコ
ーティングすることを考えた。すなわち、従来の接点電
極材料のうちで特にＰｂ。

Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｅ等を多量に含んだ溶浸合金を対象とし
て、この接点表面を薄い高耐電圧性の膜で覆うものであ
る。被覆方法としては、電気メッキ、ドライメッキ（イ
オンブレーティング）、プラズマ溶射、あるいはＣＶＤ
法やスパッタ蒸着法など。

種々の方法をとり上げることができる。この中で、イオ
ンブレーティング法やスパッタ蒸着法などはドライプロ
セスであることから電極面の汚染が少なく、不純物を介
在させたり、表面酸化やガスの吸蔵をおさえることがで
きる点で好ましい。

コーテイング物としては、種々取り上げることができる
が、金属膜としては、鉄族元素（Ｆｅ。

Ｎｉ、Ｃｏなど）又はそれらの合金系（例えば５ＵＳ３
０４）が高耐電圧性を示す。中でもｃ。

は、それ自体が真空遮断器電極として、非常に優れた耐
電圧特性を有し、しかも電流遮断能力が大きい、アーク
消弧性が良い、比較的低サージ性を有するなどの特長が
あり、溶浸電極のマトリックスとして用いられている。

このことからＣＯを高耐電圧用被膜材として、前述した
Ｔｅ、Ｓｅを多量に含んだ溶浸電極表面にコーティング
してみた。

この結果、Ｃｏ膜付きの電極間の耐電圧特性が著しく向
上することが分かった。更にこのＣｏ膜付き電極で定格
電流を約１０００回遮断してみたところ。

初期の１５０〜２００回遮断まではＣＯ単体の性質を示
すがそれ以上の遮断回数においては、溶浸電極それ自体
の遮断特性、及び裁断電流特性を示すようになり、なお
も初期の高耐電圧性を維持しつづけるということが判明
した。従って、溶浸電極母材の地が現われはじめるまで
、遮断アークにより表層部を溶かしてやれば良いという
ことが分かる。厳密には、Ｃｏ膜がアークにより溶は出
すが、それ自体が蒸発して表層部から除かれていくので
はなく、遮断操作の繰返しの熱履歴によって、Ｃｏと母
材電極の表層部とが溶は合って、溶融層として一体化さ
れているものとみられる。このアーク熱による溶融層は
母材電極の種類によって種種の形態を示す。一般的には
、遮断アーク熱では、表面は急激に温度上昇（２０００
〜３０００℃）シ、瞬時のうちに急速冷却を受ける。こ
の結果、金相学的には、かなりの非平衡状態下で凝固す
ることとなり、溶融層自体は非常に微細な組織を呈する
。上記した溶けたＣｏ膜は溶融層中に細かに分散されて
いることも観察できた。

更に高耐電圧用の膜としては金属以外に、各種のセラミ
ックスでも良い０例えば、Ｓｉｎ、やＡｇ２Ｏ３なども
非常に優れた耐電圧特性を有している。しかし、通常の
セラミックスは絶縁物であり、電極の接点部において導
通がないと電気回路の開閉ができない。従って、セラミ
ックスをコーティングした場合においては、何らかの手
段を用いて電接面の膜を破ってやる必要がある。例えば
、初期に無負荷の状態で開閉動作を繰返し、機械的な衝
撃力によって、電極母材の表面を突出させることも良い
。ある程度、母材が現われはじめると、導通が得られ、
その後の遮断アーク熱によって、前述したＣｏと同様に
、溶融層が形成され、表面のセラミックスもその中に微
細に分布されるようになる。この結果、同様に電極間の
耐電圧特性が改善される。

なお、これら各種被膜による耐電圧特性の向上は、耐電
圧物質が電極表面に分布することによる効果の他に、前
述したように、真空バルブを組立てる際の電極接点のＡ
ｇろう付（７００〜８５０℃）や脱ガス排気処理（３０
０〜４５０℃）などの熱履歴を受けることによって、Ｔ
ｓ、Ｓｅ。

Ｐｂ、Ｂｉなどの低融点元素が母材内部からしみ出るこ
とを防止するという大きな効果がある。すなわち、低融
点元素が電極表面に付着したり、あるいは、それらの蒸
発物が真空バルブの各部品の内壁に付着すると、一般的
には耐電圧特性が著しく阻害されるが、本発明のように
、ある種の金属。

あるいはセラミックスの膜で覆ってやると、そのしみ出
しを防止するバリア膜になるという効果がある。

本発明では、溶浸合金で、しかもＴｅ、Ｓｅ。

Ｂｉ、Ｐｂなどの低融点元素を多量に含んだ電極におい
てその耐電圧性向上の効果が大きいことを述べているが
１通常の溶解法による合金電極１例えばＣｕ−Ｂ１．Ｃ
ｕ−Ｐｂ、Ｃｕ−Ｔｏ、Ｃｕ−８ｓ系に適用しても同様
の効果を得ることができる。特にＣｕに対し、上記低融
点元素を約３％以上含有した合金電極においては、前述
したようにＡｇろう付工程において、溶浸合金はどでは
ないが、電極表面に低融点元素のしみ出しがみられ、耐
電圧特性を阻害するという現象がある。溶浸電極と同様
にＣｏあるいはＮｉ、Ｃｒ膜をコーティングしたところ
、耐電圧特性の向上がみられた。

〔発明の実施例〕

実施例１ 本発明になる電極を内蔵する真空遮断器用真空バルブは
第５図に示すような構造を有する。かかる真空バルブは
、セラミックスの絶縁筒３１を有し、その両端を金属製
の端子板３２．３２’によって封じ、その内部は高真空
に保たれている。その中に一対の電極、すなわち、固定
側電極３３と。

ベローズ３６を介して開閉できるようにした可動側電極
３４とを有する。端子板の一方には排気管３５を設け、
真空ポンプによって排気し、所定の圧力まで排気した後
チップオフされる。電極３３゜３４をとり囲むように設
けられた円筒状シールド３７は電極構成物質が遮断時に
蒸発、飛散し、絶縁筒３１の内壁を汚し、絶縁劣化させ
ないために取付けられている。

本実施例の電極３３．３４としては、第１図に示すよう
に、溶浸合金を機械加工して製作した一体電極１の表面
にＣｏ膜２をコーティングしたものである。本電極は、
電極とホルダが一体になっている場合で、Ｃｏ膜２は電
極部の電接面及び周囲にコーティングされている。

本実施例における電極１は、本発明者らが開発したＣ　
Ｏ−Ａ　ｇ　−Ｔ　ｓ系溶浸合金を用い、Ｃｏ膜２はイ
オンブレーティング法により３〜４μｍ厚さにコーティ
ングしたものである。

本電極を用いた真空バルブにより耐電圧特性を調べた。

この結果、Ｃｏコーティングなしの電極に対し約１．５
〜２．５倍の耐電圧特性が得られることが分かった。

実施例２ 実施例１と同様な真空バルブを用い、第６図に示すよう
に、円板状のＣｏ−Ａｇ−Ｔｅ系溶浸合金３の全面にＣ
ｏ膜４をイオンブレーティング法でコーティングし、と
の溶浸合金３を銅製の補助電極板５の上に約８００〜８
５０℃の温度でＡｇろう６によりろう付した。従来から
、Ｃｏ−Ａｇ−Ｔｅ系溶浸合金は、Ｔｏを多量に含むた
めＡｇろう何部の接合界面の接着強度が著しく低くなり
、剥離や脱落の問題がみられたが、本発明のように接合
面も含めて全面にＣｏ膜をコーティングしたものにおい
ては、Ｔａのしみ出しが完全に防止できるようになった
ため、接着強度も著しく向上し。

同時に実施例１と同様に耐電圧特性が約２倍向上するこ
とが分かった。

実施例３ 実施例１と同様な真空バルブを用い、第７図に示すよう
に、脱落防止用の突起板８を焼結により張り合わせた複
合電極７の電接面及び周囲にＣ０膜、を約３μｍ厚さコ
ーティングした。本発明電極複合構造を有する電極は、
主として接点の脱落を防止したもので、多頻度開閉用の
真空遮断器に適するものである。

本実施例においてもＴｅのしみ出しが完全に防止され、
耐電圧特性が約２倍向上することが分かった。

実施例４ 実施例１と同様な真空バルブを用い、第２図に示すよう
な溶浸電極を例にして、より詳細に説明することにする
。本実施例における溶浸電極はＣｏ−Ａｇ、Ｓｅ　　系
溶浸合金をとり上げた。すなわち、第２図において電極
母材である溶浸合金のハツチングで示したＡｇ、５ｅ２
２．が約６０重量％溶浸によって充てんされている。ち
なみに、この電極におけるＳｅの占める比率は約１６重
量％であり、通常の真空遮断器電極ではみられない多量
のＳｅが含有されている。従って１本電極は、非常に低
サージ性が優れ゛ているにもかかわらず、前述したよう
に、ろう付や脱ガス排気処理時に多量のＳｅがしみ出て
、蒸発しやすいという問題がある。その結果、電極表面
に無数のＳｅ突出物が付着し、その凹凸によって電極間
に異常な電界集中が生じてしまい、極間耐電圧特性が損
なわれてしまう。これらの問題に対し、本発明では、上
記２ヨ、２Ｂ′ 組成の溶浸電極の電接面及びその周囲にＣＯ膜、を約３
μｍ厚さだけ電解メッキ法によりコーティングしてみた
。これをＣｕ　−Ａ　ｇ共晶Ａｇろう（ＢＡｇ−８）を
用いて約８２０℃で真空ろう付けしてみたところ、電接
面や周囲のＣｏ膜をコーティングした面からのＳｅのし
み出しは完全におさえられることが分かった。これを第
２＠に示すように電極を対向させ、定格電流（直径４０
ｍｍ電極によりＡＣ６００Ａ）を約１０００回遮断し、
その都度、耐電圧測定、あるいは裁断電流測定を実施し
てみた。この結果、第４図及び第８図に示すような優れ
た耐電圧特性及び低裁断電流特性を得ることができた。

すなわち、ＣＯ膜を設けない無処理電極に対し、本発明
電極の耐電圧値は約２００回遮断したあたりから約２倍
の値を示し、又裁断電流値は約１００回遮断のあたりか
ら下がり、約３００回を越えるとＩＡ以下になるという
優れた低サージ性も発揮することが分かった。遮断の初
期に耐電圧値や裁断電流値にバラつきがみられるのは、
第２図に示すように、電接面のＣｏ膜がまだ健在のうち
であって、それが遮断アーク熱によって、適度の厚さの
溶浸層２５．２５’が形成されると、それぞれの特性が
安定してくる。その遮断回数は約２００回程度とみられ
る。従って、遮断器として回路に組込む前に、この遮断
回数に相当するアーク付けの処理を施しておけば、非常
に信頼性の高いものとなるということも言える。

第３図は以上述べたような電極製造法を概略的に示した
ものである。まず、含浸した電極を所定の電極形状に加
工し、次いでその電極に高耐電圧の被膜をコーティング
し、以下、ろう付け、排気処理し、最終に真空バルブと
してチップオフしてやる。更に、上記したように電接面
の高電圧被膜を剥いで、溶融層を形成させるためのアー
ク付けを所定回数だけ行なえば良い。

以上の実施例の中に他の金属、例えばＦｅ。

Ｎｉ、Ｃｒについては触れなかったが、耐電圧値には差
があるがいずれも効果がある。又、Ｔａ。

Ｗ、Ｍｏなども若干の効果がみられるが、熱電子放射率
が高いため初期の耐電圧値があまり良くない。

〔発明の効果〕 本発明のような、溶浸電極に高耐電圧被膜をコーティン
グした電極によれば、特に低融点元素を含んだ低サージ
真空遮断器に適用する・ことによって優れた耐電圧特性
を発揮させることができる。

又、低融点元素の異常なしみ出しをおさえることができ
るため、大電流遮断能力も高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる電極の高耐電圧被膜をコーティン
グした電極構造の断面概略図、第２図は、溶浸合金電極
に高耐電圧被膜を設けた詳細な断面図、第３図は電極及
び真空バルブ製作の概略工程図、第４図は高耐電圧被膜
を設けた真空バルブによる耐電圧特性図、第５図は真空
遮断器用真空バルブの断面概略図、第６図は本発明の他
の実施例を示す電極断面概略図、第７図は本発明の更に
他の実施例を示す電極断面概略図、第８図は裁断電流特
性図である。 ｖＪ　２日 ２１”　　ＺＺ’ 第３０ ￥Ｊ４０ アノ１ｊ二。 徽 ′￥Ｊｑ閉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、実質的に耐火性金属からなる多孔質体をマトリック
   スとし、このマトリックスの空隙に導電性金属を溶浸し
   たものからなる電気接点において、前記接点の表面に高
   耐電圧性の被膜を有することを特徴とする真空遮断器電
   極用接点。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記耐火性金属は
   Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａのうちの少な
   くとも一種以上よりなることを特徴とする真空遮断器電
   極用接点。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記導電性金属は
   Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｕ合金、Ａｇ合金のいずれか１つである
   ことを特徴とする真空遮断器電極用接点。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記高耐電圧性の
   被膜は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａのう
   ちのいずれか一種以上よりなることを特徴とする真空遮
   断器電極用接点。 ５、特許請求の範囲第１項において、前記導電性金属は
   実質的にＣｕあるいはＡｇを主成分とし、この中に低融
   点・高蒸気圧元素を含むものよりなることを特徴とする
   真空遮断器電極用接点。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記低融点・高蒸
   気圧元素はＴｅ、Ｓｅ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｃｄのうち
   のいずれか一種以上よりなることを特徴とする真空遮断
   器電極用接点。 ７、特許請求の範囲第５項において、前記導電性金属は
   ＣｕにＰｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｅのいずれか一種以上を固
   溶限よりも多く、２０重量％以下含むことを特徴とする
   真空遮断器電極用接点。 ８、特許請求の範囲第５項において、前記導電性金属は
   ＡｇにＳｅを０．５〜３０重量％含む合金であることを
   特徴とする真空遮断器電極用接点。 ９、特許請求の範囲第５項において、前記導電性金属は
   本質的にＡｇ＿２Ｓｅ、Ａｇ＿２Ｔｅのいずれか一種以
   上よりなることを特徴とする真空遮断器電極用接点。 １０、特許請求の範囲第４項において、前記高耐電圧性
   の被膜は、本質的に鉄族元素（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ）の１
   種以上よりなることを特徴とする真空遮断器電極用接点
   。 １１、実質的に耐火性金属からなる基板と、耐火性金属
   粉末の多孔質焼結体よりなる積層構造を有し、前記多孔
   質焼結体の空隙に導電性金属を溶浸してなる真空遮断器
   用電気接点において、前記接点の表面に高融点の金属膜
   を有することを特徴とする真空遮断器電極用接点。 １２、特許請求の範囲第１１項において、前記耐火性金
   属はＣｏ、前記導電性金属は本質的にＡｇ＿２Ｓｅ、Ａ
   ｇ＿２Ｔｅの一種以上よりなり、前記高融点金属膜はＣ
   ｏよりなることを特徴とする真空遮断器電極用接点。 １３、特許請求の範囲第１１項において、前記耐火性金
   属からなる基板の積層面側に突起を有することを特徴と
   する真空遮断器電極用接点。