WO1985001148A1 - Electrode of vacuum breaker - Google Patents

Description

明 細 真空 し や 断器の 電極

技術分野

本発明は真空しや断器に闋し、 特に溶浸合金接点部が 導電性支持部材に接合された電極を有する真空しや新器 に関する。

背景技術

真空しや断器はさい断電流値が小さ く低サージである と共に大鼋流を しや断できる こ と が望まれる。 このよ う な特性を改善するために、 従来から主に鼋搔の材黉につ いての改良が試みられ、 種々の電搔材料が提案されてき た。 特開昭 58— 592Sには C o — A g — T e ， S e 系の溶 浸合金が開示されている。 この合金でできた電極は優れ た低サージ性 （さい断電流値が低く 、 チヨッビングカ レ ン 卜が小さいため負荷側機器に対するサージ電圧が低い という性質） を有し、 しかも射電圧特性及び大鼋流しや 断能力とも高い。 この合金は、 C o粉末をあ らかじめ非 酸化性の雰囲気下で軽度に焼結しておき、 この気孔部に A g - T e , A g — S e 系合金等を真空溶浸する こ と に よって製造している。 この材料は菊又は銀を主成分とす る電極材料に比べる と電気抵抗が高いため、 こ の材料の みで鼋搔を作る と通電容量が大き く なる。 このためこの 材料は接点部のみに用いるよ う導電部材と接合されて鼋

ΟΜΡΙ

WIPO 搔が形成されている。 この接合はろう付によって行われ ている。 発明者らが種々のろう付法を検討したと ころ、 T e , S e等の含有量が少ない溶浸合金においてはー毅 的な A g ろう付 （ J I S規格、 B A g — 8 ) にて接合可 能である。 しかし、 T e， S e量が 1 0重量％ を越える と、 ほとんどろう付ができないこと を見い出した。 これ は溶浸合金中の T e , S e が接合層に入り込み、 層全体 を脆くするためである と考えられる。 又、 T e , S e が 上記以下の少ない含有量であっても通常のろう付接合強 度以下となる傾向がある。 さ らに溶浸合金内部にろう材 が拡散、 浸透する傾向があ り、 この結果、 初期の組成が 維持できず鼋搔性能も変動する という問題もみられた。 このような現象は C o以外の多孔賓焼結体 （例えば F e N i， C rなど） 中に A g — P b， A g - B i , A g — C d合金のいずれかを溶浸した接点を A g ろう付した場 合にも生ずる傾向にあった。 このよう に高融点金属铙結 体に A _g合金を溶浸した接点材料は、 低サージ用真空し や断器電極と して僅れた特性を発揮するにもかかわらず ろう付性に問題があった。

発明の開示

本発明の 目的は、 多孔質焼結体とそれに溶浸された合 金の接点部が導電性支持部に強固に接合され、 大きな引 きはがし力に酎え得る電槿を有する真空しや断器を提供 する こ と にある。

本発明は、 真空容器内に対向 して配置された一対の鼋 極を備えた真空しや断器に於て、 前記鼋葰は支持電極と これに接合された補助支持鼋搔と、 この補助支持電搔上 に焼結された酎火性多孔質焼結体及ぴ該焼結体に溶浸さ れている導電性金属の電接部とからな リ、 前記補助支持 電槿は前記電接部側に突起を有し、 該突起は鼋葰軸方向 の力に対して少な く共前記補助支持電極の一部に剪断力 が誘発されるよ う な形状を有する こ と を特徴とする真空 しゃ断器にある。

好ま し く は前記補助支持電極は前記支持電極にろ う付 によ り接合されており、 前記補助支持鼋搔はろう付のバ リャとなる と共にその突起によ リ前記電接部が強力に結 合され大きな熱衝撃力に対して焼結結合面での剥離を防 ぐ働き を している。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明に従った真空しや断器の一実施例を示 す正面断面図で、

第 2 図は、 第 1 図の真空しや断器に採用されている電 棲の断面図で、

第 3 図は、 本発明の他の実施例の真空しや新器の電極 断面図で、

第 4 図は、 第 3 図の一部を切 り欠いた断面図で、 第 5 図， 第 6図， 第 7図， 第 8図及び第 9 図は夫々本 発明の他の実施例の真空しや断器用電極の断面図で、 第 1 0図及び第 1 1 図は、 夫々本発明に関する試験用 鼋篋及び比較用電極の断面図である。

発明を実施するための最良の形態

第 1 図及び第 2 図を参照して本発明の一実施例を詳細 に記載する。

第 1 図に於て、 真空しや断器用バルブは、 セラ ミ ック スも し く は結晶化ガラスなどのよう な絶縁筒 1 を有し、 その雨端は金属製の端子板 2， 3 によって封じ られてお り、 この内部は高真空に保たれている。 その中に一対の 鼋搔 5， 6 が設けられている.。 これらの電搔のうちの 1 つは固定鼋搔 5で端子钣 2 はホルダ 7 を介して固定され 他の鼋槿 6 は可動電極でホルダ 8 を介して端子扳 3 に軸 方向に可動に支持されている。 可動鼋槿は駆動機搆によ リ軸方向に動かされ電気回路が開閉される。 可動電葰に 固定された円扳 9 とべローズ 1 0 はホルダ 8 と端子板 3 との間のギャップを通して真空が低下するのを防止する ために設けられている。 端子板の 1つには真空ポンプに 通ずる排気管 1 1 が設けられ、 これを通してバルブ内が 真空に排気され所定の圧力まで排気された後チップオ フ される。 電極を取り 囲むよ う に設けられた円筒状のシ一 ルド 1 2 はしゃ断時に電極構成物質が蒸発， 飛散し、 そ れらが絶緣筒 1 に附着する こ と によって絶縁が劣化する のを防止するためのものである。

上記の電極 5 , 6は第 2 図に示すような構造となって いる。 該鼋極 5 は複合合金接点 5 1 とホルダ 7 にろ う付 によ リ 固定されている支持鼋槿 5 2 と からな リ銀ろう 5 3 によ り ろう付されている。 接点 5 1 は補助ま持電極 5 4.と電接部 5 5 を形成している合金と からなる。 補助 支持電搔 5 4 はプーリ状を しておリ基扳部 5 6 とそこよ り電接部 5 5 内に突出した突起部 5 7 を有し、 該突起部 は端部に基板部よ り外径が小さいフ ラ ンジ 5 8 が形成さ れている。 鼋接部 5 5 は補助支持電搔 5 4 の突起部 5 7 を鐯ぐるむよ う に設けられており、 補助支持電極 5 4 の 突起部側に導電性射火材料からなる多孔貧焼結体が焼結 され、 その中に溶浸合金が溶浸されている。 接点 5 1 の 電接部 5 5 を形成しているお料は低サージ用真空しや新 器と して優れた特性を有するものが使用されている。 そ して補助支持電極 5 4 は基板部でろう材 5 3 がろう付時 電接部 5 5 に浸入するの を防止するバリヤと しての機能 を有する と共に電接部 5 5 が強固に補助支持電極 5 4 に 結合され得る形状を有している。 即ちこ の形状は鼋接部 5 5 に剥離するよ う な軸方向の力が作用 した時フランジ 部及ぴこれと対向 している電接部の 1部に剪断力が生ず る形状である。 電接部 5 5 と補助支持電極 5 4 と の結合 は主に多孔質焼結材と補助支持鼋棲 5 4 との局の焼結力 . 焼結材に溶浸した材料との接着力に加え、 上記の 新力 と を含んでいる。 補助ま持電極 5 4は突起があるために 鼋接部材との接合面が大き く な り結合力を増す要因にも なっている。 このよう に補助支持電極に強く結合された 電接部 5 5 は、 この補助支持電搔 5 4 を介して強く支持 電極 5 2 に接合される。 電極 6 も電極 5 と同じ構成であ る。 このためこれらの電極 5 ， 6は大きな熱衝撃力が作 用しても鼋接部 5 5 が剥離したり、 緩んだり しない。

好ま し く は、 支持電極 5 2は鈍鎘、 補助支持鼋葰 5 4 はコバル ト、 鼋接部の合金は、 コバル トの多孔質焼結体 に S e又は T e を 1 0 %以上含む銀合金例えば 5 0 % C o の焼結体の空隙に 5 0 % A g₂ S e を溶浸させた複 合合金 （ 5 0 % C o — 5 0 % A g₂ S e ) が使用される コバル トは、 耐電圧特性がよいこ と、 導電性が髙いこ と、 アーク遮断特性が高いこ と及び A g合金が溶浸しや すい （ぬれ性が良い） などのために最も真空しや断器鼋 槿材と して僅れている。 この実旄例ではコバル トは電接 部 5 5の焼結体と補助支持電極 5 4 に使用されている。

本発明の電極は定格電圧 3〜 7 2 K V、 しゃ新電流 8 〜 6 O KAに適用できるが、 第 2図の電搔の好ま しい適 用例は 7.2 K V でしや断電流 8 K A用真空しや新器で ある。 ニ- 4 第 3 , 4 図は本発明の電極の他の実施例を示す。 この 実施例に於ては、 接点 5 1 Aがリ ング状となっている外 は第 2図の実施例と同じである。 補助支持鼋搔 5 4 Aは

C o の焼結板からな リ フランジをもった突起部 5 7 A中 央に貫通孔 5 9 があって リ ング状となっている。 この リ ング状の補助支持電極 5 4 Aの突起 5 7 A側に C o の粉 末が焼結された焼結体に A g₂ S e の合金が瑢浸されて 電接部 5 5 Aを形成している。 この接点 5 1 Aは支持電 搔 5 2 に A g ろう 5 3 によ り ろう付されている。 この鼋 極の好適な 1使用例は 7.2 K V、 しゃ靳電流 1 2. 5

K Aの真空しや斬器である。

第 5 図は本発明の電極の他の実旅例を示す。 こ の実施

例に於ては、 補助支持電極 5 4 B は基板部 5 6 B から突 出した突起部 5 7 B をもっておリ、 この突起は基钣部

5 6 B から離れるに従って外径が大き く なるよ う な形状 を有している。 この補助支持電搔 5 4 B の上に C o .の焼 結体が形成され、 この焼結体に A g ₂ S e などの合金が 溶浸されて電接部 5 5 B が形成されている。 このよ う に してできた接点は支持電搔 5 2 に銀ろう 5 3 によ リ ろう 付される。

第 β 図には、 本発明の電極の他の実施例が示されてい る。 補助支持電極 5 4 Cの突起 5 7 Cは 2つのつば 6 0， 6 1 がついている。 そ してこの突起 5 7 C を囲むよ う に

O PI WIPO

^ΛΤ10^ 鼋接部 5 5 Cが形成されている。 他の構成は第 5 図の実 施例と同じである。

第 7 図は本発明の リ ング状電極の他の実旅钶を示す。 第 7図に於て、 補助支持電極 5 4 Dは C o の焼結侓でリ ング犾基抜部と この基扳部の リ ング巾の中央跗近から突 出したフ ラ ンジ付瑷状突起 5 7 D とからなる _α この補助 支持電捿 5 4 Dには上記の実旅例と同様に、 C o の多孔 質焼結体が結合され A g₂ S e 合金が溶浸された電.接部 5 5 Dが形成されている。 このよう にしてできた接点 5 1 Dは銀ろう 5 3 によ り支持電極 5 2 にろう付されて いる。 このよう に して作られた電極は大きな熱衝撃力に 射え得る。 例えば、 7.2 K V でしゃ靳電流 2 O K Aの 真空しや断器に好適である。

第 8図は本発明の電極の他の実施例を示す。 第 8 図に 於て、 補助支持電極 5 4 E は C o の焼結体で 2つ突起 5 4 1 と 5 4 2 を有している。 突起 5 4 1 は筒状で内壁 が基扳部 5 4 3 を離れるに従って内径が小さ く なるよ う な形状で、 突起 5 4 2 は基板部 5 4 3 を離れるに従って 外径が大きく なるような柱状を している。 C o の焼結体 が補助支持電極 5 4 E に結合され A g₂ S e がその中に 溶浸されて電接部 5 5 E が形成されている。 この接点は 銀ろう 5 3 によ り支持電棲 5 3 にろう付されている。

第 9 図は本発明の電極の他の実施例を示す。 この実施 例は補助支持電極 5 4 Fに中央の突起がないこ と を除け ば第 8 図の実施例と同 じである。

上記の種の補助支持電極はち密な焼結体が好ま しいが、 溶製材でもよい。

又上記電接部材料の一例を下に示す （ w t % ) 。

5 0 % C o - 5 0 % A g ₂ S e

5 0 % C o - 5 0 % A g ₂ T e

6 0 % W - 4 0 A g₂ S e

6 0 % W - 4 0 % A g ₂ T e

6 0 % W C— 4 0. % A g₂ T e

6 0 % TaC - 4 0 % A g ₂ T e

4 0 % C o - 5 0 % A g - 1 0 % T e

4 0 % C o - 5 0 % A g - 1 0 % S e .

4 0 % F e - 5 0 % A g - 1 0 % T e

4 0 % F e - 5 0 % A g - 5 % T e - 5 % S e 実施例 1

1 0 m以下の粒径の C o粉末をプレス成形後、 真空 焼結し、 この結果得られた理論密度比 9 5 %以上の C o 焼結円钣 （直径 4 0 讓 ， 厚さ 5腿 ） を第 2 図の參照番号 5 4 によ リ示したよ う な一端の鍔が小さいプー リ 一状の C o抜に切削加工した。 この C o板即ち補助支持電極 5 4 を直径 4 1 腿黒鉛製のるつぼの底に敷き、 更にこの 上に一 2 0 0〜十 3 2 5 meshの C o粉末を振動を与えな 一 OMPI一

¾ _ATio がら約 5腿高さまで充てんし、 その上面に黒鉛の蓋とお も リ をのせ、 水素雰囲気中にて 9 0 0 で 1時間加熱し た。 この後、 更に高真空中にて、 1 0 0 0 で 3時間の 脱ガス処理を施した。 この後、 黒鉛るっぽ中から上記伋 焼結体を取り 出すと、 約直径 4 0腿 ， 1 0腿高さの複合 焼結体、 すなおち、 ろう付時のバリヤとなる C o接の補 助支持電極 5 4 と、 ポーラスな C o粉末の仮焼結層とが 一体化された複合焼結体ができ上がる。 次に、 この複合 焼結体中にあ らかじめ溶融法によ り製作しておいた A g と S e の合金 （本実施例では A g₂ S e 化合物を主成分 と したものの 9 5 0〜 1 0 0 0 の溶湯） を真空中で 9 2 0〜 9 7 0 °Cの C o の焼結体溶浸させた。 この結果， 上記複合焼結体の上層部の粉末ポーラス層には上記 A _g • S e合金が高密度に溶浸され、 一方、 下層の突起付 C o板は完全にも との形状であ り、 その内部には A _g · S e は入り込んでないこと を確認した。 なお、 溶浸接点 の顕微鏡組織によれば、 プー リ 一状 C o钣の奧の く ぼみ まで溶浸がいきと どいている こ と、 あるいは C o钣と C o粉末の界面において未溶浸、 いおゆる欠陥ら しきも のも生じていないことがおかった。

次に、 上記溶浸合金接点を機械によ り所定の寸法に加 ェし、 第 2 図に示すよ う に A g ろう 5 3 をはさみ、 真空 中 8 0 0〜 8 5 0 の温度で炉中ろう付を行なった。 本 実施例の場合は、 鈍 C o と C u との A g ろう付を行なつ ている こ とであ り、 上記ろ う付性は非常に良好であった。 ろう付接合強度を調べるために、 第 1 0 ， 1 1 図に示す よ う な構造で、 比較の単純な積層タイ プのものと （第 1 1 図） 、 本発明の接合構造 （第 1 0 図） との引張強度 を比較してみた。 第 1 0 図に於て、 補助支持電極 7 1 と この上に焼結と溶浸によ リ結合された C o - A g ₂ S e 合金の電接部材 7 2 と からなる接点が支持電極 7 0 に A g ろう によ り接合された電搔の試験片で、 第 1 1 図は、 補助支持鼋搔 7 4 が平らな祓からな リ、 その間に電接部 材が焼結と溶浸によ リ結合された比較の試験片で他の条 件は第 1 0 のものに同じである。 表に示すよ う に、 本発 明の引張強度は比較のものの約 2.5倍 ある。 しかも、 比較の積層タ イプでは、 C o 板と溶浸層と の接着界面と から破斬するが、 本発明の接合物では、 溶浸層そのもの、 いわゆる母材破断する こ と が確認された。 すなおち、 C o板接着強度、 及びろう付接合強度とも、 接点自体の 強度以下である と言える。 なお、 引張試験後の外観をみ ても、 C o抜と溶浸層との接着界面には剥離や割れなど の欠陥はきわめて少ないこ と がおかった。

第 2 図に示したよ う な接合構造を採用 し、 直径 4 0画 の接点を定格 7.2 K V * 1 2.5 K V真空バルブに組込 み、 各種電気的性能試験及び違繞負荷開閉によるライ フ 試験を実施してみた。 この結果、 定格電圧、 定格短絡鼋 流しや断性能を十分に満足し、 又、 上記接点材料の特徴 とされる低サージ特性も実証された。 さ らに本琴明の 目 的とする電極接合特性も良好で、 合計 10, 000回の開閉試 験を実施しても接点の剥離、 脱落等の問題は生じないこ と が瑭認された。

実施例 2

実施例 1 と同模な方法にて、 第 5 図に示すよ う な断面 が末広り状の突起を設けた C o板の補助支持電極 5 4 B を用い、 A g₂ S e を主成分と した A g合金を溶浸した 電極接合構造の真空バルブで各種検証試験を実施した。 この結果、 実施例 1 と同様に各種電気的性能、 及び接合 特性とも良好なこ と を確認した。

実施例 3

実施例 1 と同様に、 プーリ一找の突起を設けた F e， N i , C r桉上にそれぞれ同種又は異種の組合せで F e N i， C r の各粉末を充てんし、 それら を水素ガス雰囲 気中にてー钵化焼結した。 それぞれの複合焼結体中に . IPO A g - 5 P b , A g — 5 B i 合金を溶浸した接点を、 実 施例 1 と同様な接合構造の鼋搔で、 真空バルブに組込み 各種検証試験を実施した。 この結果、 良好な電気的性能 及び接合特性が得られた。

実施例 4

実施例 1 と同様に、 プー リ ー状の突起を設けた W，

W C扳上にそれぞれ W , W Cの各粉末を充てんし、 実施 例 3 よ りも高温で真空中にて一体化焼結した。 それぞれ の複合焼結体中に A g — 1 0 T e ， A g — 3 7 T e合金 を溶侵し、 得られたそれぞれの接点を実施例 1 と同様な 接合構造の電極と し、 各種真空バルブの組込み、 検証試 験を実施した。 又上記複合焼結体中に A g ₂ S e ，

A g ₂ T e を溶浸し 6 0 % W— 4 0 % A g ₂ S e ， 6 0 % W - 4 0 % A g ₂ T e , 又は 6 0 % W C— 4 0 %

A g ₂ T e の電接部材を含む電極をも作り試験した。 こ の結果、 良好な電気的性能及び接合特性が得られた。

以上、 本発明の接合構造によれば、 低サージ型真空し や断器用接点と してと り あげた溶浸合金を含む複合金属 接点を、 支持電搔抜上に強固に接合する こ と ができ る。

更に本発明の接合構造では、 接合時、 ろ う付等が溶浸合 金接点中に拡散、 浸入する こ と を防止でき、 本来の接点 性能を維持する こ と ができ る効果がある。

— OMH

. wifo ,

Claims

請求の範囲

1 . 多孔質焼結体に導電牲金属を溶浸してなる合金から なる接点と該接点に接合された支持電棲とからなる鼋槿 の一対が真空容器内に対向して配置された真空しや新器 に於て、 前記接点が前記支持鼋槿に接合される補助支持 電捿を含み、 該補助支持電極に焼結によ り結合された導 鼋性酎火性材料からなる多孔質焼結体と該焼結体に溶浸 された合金とからな リ 、 前記補助支持鼋搔は前記複合金 属が結合されている側に突起を有し、 該突起は電極軸方 向の力に対して少な く共補助支持電搔の一部に剪断力が 生ずるよう な形状を有するこ と を特徵とする真空しや新 器。

2 . 請求の範囲第 1項において、 前記耐火性材料は F e N i , C o , C r , M o ， T a の 1種又は 2種以上を主 成分とする こ と を特徴とする真空しや断器。

3 . 請求の範囲第 1項において、 前記酎火性材料は M o W , T a のそれぞれの炭化物の 1種又は 2種以上を主成 分とするこ と を特徵とする真空しや新器。

4 . 請求の範囲第 1項において、 前記溶浸される導電性 金属は C u， A gも し く はそれらの合金である ことを特 徵とする真空しゃ靳器。

5 . 請求の範囲第 4項において、 前記溶浸される導電性 金属は C u及ぴ A g の少な く とも 1種に P b ， B i ， Te， S e， S b, Cd のうちのいずれかを 1種以上含むこ と

を特徵とする真空しや新器。

6 . 請求の範囲第 5項において 前記 A g合金は、 A g

カルコゲナイ ドを主成分とする と を特徵とする真空し

や断器。

7 . 請求の範囲第 1項において 前記多孔質焼結体は、

空孔率が 1 0〜 7 0 %であ り 、 前記導電性金属の溶浸は

非酸化性の雰囲気で行なおれたものである こ と を特徴と

する真空しゃ新器。

8 . 請求の範囲第 1項に於て、 前記補助支持電極は C o

の焼結体で、 前記酎火性材料は C o の焼結体で前記溶浸

される導電性金属は A g ₂ T e と A g ₂ S e の 1 つであ

る こ と を特徴とする真空しや断器。

9 . 請求の範囲第 1項に於て、 前記補助支持電極の突起

は端部のフ ラ ンジ部の径が基板部よ リ小さなプーリ状で

ある こ と を特徵とする真空しや断器。

10. 請求の範囲第 1項に於て、 前記補助支持鼋搔は端部

にフ ラ ンジを有する環状の突起を有する こ と を特徴とす

る真空しや断器。

11. 請求の範囲第 1項に於て、 前記補助支持電極は支持

鼋槿と ろう付で接合されている こ と を特徵とする真空し

や断器。

12. 請求の範囲第 8項に於て、 前記補助支持電搔は前記

差換え -—、 > 支持電極に A g ろうで接合されているこ と を特墩とする 真空しや新器。