JP2000235825A - 真空遮断器用電極部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、遮断性能及び耐電圧性能のばらつき
を低減し、信頼性を向上させる真空遮断器及びそれに用
いる真空バルブと電気接点を提供する。 【解決手段】固定側電極と可動側電極がアーク電極部材
とそれを支持するアーク電極支持部材とを備え、アーク
電極部材は高導電性金属及び耐火性金属が溶射によって
形成されること、偏平状の粒子形状を有すること又は支
持部材との界面での凹凸が１００μｍ以下であることを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は新規な真空遮断器と
それに用いる真空バルブ、更にそれに用いられる電気接
点に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器の電極構造は、一対の固定電
極及び可動電極からなっている。上記固定及び可動電極
の構造は、アーク電極と該アーク電極を支持するアーク
支持部材と、該アーク支持部材に連なるコイル電極端部
には電極棒の４部品から構成されている。

【０００３】上述したアーク電極材は、高電圧，大電流
を開閉遮断するために直接アークにさらされる。アーク
電極に要求される満足すべき特性は、遮断容量が大きい
こと、耐電圧値が高いこと、接触抵抗値が小さいこと
(電気伝導に優れていること)、耐溶着性に優れているこ
と、接点消耗量が少ないこと及び裁断電流値が小さいこ
と、等基本的な要件が挙げられる。しかし、これらの特
性を全て満足させることは困難であって一般には用途に
応じて特に重要な特性を重視し、他の特性はある程度犠
牲にした材料が使用されている。大電流，高電圧遮断用
アーク電極材料としては、特開昭63−96204 号公報には
Ｃｒ又はＣｒ−ＣｕスケルトンにＣｕを溶浸させる方法
が開示されている。

【０００４】また、特開昭62−15716 号では、溶浸法に
より作製した電極材の表面に、Ｆｅ族元素(Ｆｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｏなど)またはそれらの合金系を約３μｍの厚さ
にコーティングする。被覆法としては電気メッキ，ドラ
イメッキ，プラズマ溶射，ＣＶＤ法あるいはスパッタ蒸
着法などを用い電極用接点材料の製造が記載されてい
る。しかし、溶浸法により作製した電極材の表面に、プ
ラズマ溶射法により約３μｍ厚さの皮膜を形成した状態
では、基材との接着力が脆弱なため、小さな衝撃で皮膜
が剥離する恐れがある。また皮膜が極めて薄いので効果
が小さい。更に、電極材の製造工数が多くなるので経費
が高くなる。

【０００５】クロム粉末と銅粉末との混合体を粉末冶金
法によって焼結体として形成されたり、多孔質のクロム
仮焼結体に銅を溶浸させて溶浸材として成形されたもの
や溶解法によって溶製材として成形されたものが使用さ
れている。しかし、これらの手法で作製した多孔質の混
合金属成形体の金属粒子間の結合力が弱いため、成形体
のハンドリング等の取り扱いに問題がある。また、この
成形体に高導電性金属である銅を溶融含浸した複合体中
の耐火性金属である結合力の脆弱なクロム粒子は軽いた
め、遊離浮上し、電極支持部（銅）中に溶け込み複合材
の脱クロム現象がみられる。また、アーク電極部（複合
部材）と電極支持部との界面に凹凸の食われ現象が著し
い。更に、成形体の減肉あるいは組成の不均一性が生じ
真空遮断器用電極部材としての性能を劣化させる恐れが
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電極材料として使用さ
れる銅合金において、一般的に、耐溶着性，耐電圧性を
向上させるためにクロムなど添加されている。しかし、
大きいクロム粉末粒子を用いて金型成形した成形体は脆
弱である。また溶浸した電極材料はアーク電極材と電極
支持材との界面に凹凸の食われ現象が生じるとともに減
肉される恐れがある。

【０００７】本発明の目的は、上記の問題点を解決し電
極部材を構成する銅基地中の微細クロム粒子等の均一分
散性を向上させて、真空遮断器の遮断性能及び耐電圧性
能のばらつきを低減でき、真空遮断器の信頼性を向上さ
せる真空遮断器及びそれに用いる真空バルブと電気接点
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、アーク電極と
しての役割を果たす、表面層をプラズマ溶射法により銅
微粒子，クロム微粒子を偏平かつ均一に分散する積層を
銅（アーク電極支持部材）に形成し、更に真空熱処理を
施すことにより、複合部材（アーク電極）と銅（アーク
電極支持部材）との界面は平坦かつ強固な結合力を有し
ている。粉末冶金法で作製した成形体に銅を溶浸した時
に見られるような脱クロムあるいは成形体の減肉もな
く、従来銅合金よりも優れた電気特性が得られる。

【０００９】本発明は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等の高導電性
金属の粉末と、粒径５〜１００μｍのＣｒ，Ｗ，Ｍｏ、
及びＴａ等の耐火性金属の１種又はそれ以上で構成され
る合金において、高導電性金属の粉末の粒径を５〜１０
０μｍのものを７０重量％以上、好ましくは８０重量％
以上、より好ましくは９０重量％以上としたものであ
る。

【００１０】前記合金は、融点１８００℃以上のＣｒ，
Ｗ，Ｍｏ、及びＴａの１種又は２種以上の耐火性金属の
合計が１０〜８０重量％とＣｕ等の高導電性金属を２０
〜９０重量％とするのが望ましい。

【００１１】前記合金は、Ｐｂを１０重量％以下、Ｓ
ｂ，Ｂｉの少なくとも１種以上の金属の合計１０重量％
以下，Ｔｉを１０重量％以下添加することができる。

【００１２】本発明は、前記金属混合粉末をプラズマ溶
射あるいは火炎溶射法のいずれかを用い、溶射すること
によって高導電性金属と耐火性金属とが偏平状の結晶粒
によって形成されていること、又はアーク電極とアーク
電極支持部との界面での凹凸が１００μｍ以下であるこ
とを特徴とするものである。

【００１３】本発明は、絶縁性の真空容器内に固定側電
極と可動側電極とを備えた真空バルブと、該真空バルブ
内の前記固定側電極と可動側電極との各々に前記真空バ
ルブ外に接続された導体端子と、前記可動側電極を駆動
する開閉手段とを備えた真空遮断器において、前記固定
側電極及び可動側電極は耐火性金属と高導電性金属との
前述の合金からなるアーク電極を有することを特徴とす
る真空遮断器にある。電極材料は、耐火性金属とＣｕ等
を主にした高導電性金属との複合合金からなり、前者に
はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｔａ等の約１８００℃以上の高融点
の耐火性金属が用いられ、Ｃｕに対する固溶量として３
％以下の小さいものが好ましい。

【００１４】耐火性金属は２０〜８０重量％、特に５５
〜７５重量％とＣｕ２５〜４５重量％を含む合金である
ことが望ましい。耐火性金属としては特に、Ｃｒに対し
て１〜１０重量％のＮｂ，Ｖ，Ｆｅ，Ｃｏの１種以上を
含むのが好ましい。

【００１５】前記アーク電極はＣｒ，Ｗ，Ｍｏ及びＴａ
の１種又は２種以上の混合物とＣｕ，Ａｇ及びＡｕの１
種からなる高導電性金属又はこれらを主にした高導電性
合金、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅ及びＳｂの１種又は２種以上と
の合金からなり、前記電極支持部は前記高導電性金属又
は合金からなるのが望ましい。

【００１６】前記電極支持部，裏導体及び外部導体接続
部は、Ｃｒ，Ａｇ，Ｗ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｚｒ，
Ｓｉ，Ｂｅ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｆｅの１種又は２種以上の合
計量が２.５ 重量％以下と、Ｃｕ，Ａｇ又はＡｕとの合
金からなるものが好ましい。本発明におけるアーク電極
は高導電性金属と耐火性金属との混合粉末を溶射した複
合合金よりなり、前記アーク電極と電極支持部，裏導体
及び外部導体接続部とは好ましくは前記高導電性金属の
拡散によって一体に形成されるのが好ましい。

【００１７】本発明における電極支持部は０.２％耐力
が１０kg／mm² 以上で、比抵抗が2.8μΩcm以下のもの
が好ましい。

【００１８】本発明は、前記固定側電極と可動側電極は
互いに接触するアーク電極中央部に真円の凹部が設けら
れているものである。

【００１９】前記アーク電極，電極支持部，裏導体及び
外部導体接続部は前記高導電性金属の拡散接合によって
一体に形成することが好ましい。

【００２０】前記アーク電極及び電極支持部に複数本、
好ましくは３〜６本のスパイラル状のスリット溝、又は
直線状のスリット溝が設けられているのが好ましい。

【００２１】本発明の電極の中央部側から外周側方向に
延びた外側端側より電極側面に達する前述の複数のスリ
ット溝は、各スリット溝間に形成した複数のアーク走行
面と、上記スリット溝外周側とアーク走行面外側端との
間のスリット溝を跨いで両アーク走行面と一体に連絡
し、かつ両アーク走行面から流れる電流の通路が一方側
アーク走行面の方が他方側アーク走行面より長くした両
アーク走行面と同抵抗値を有する連絡部とを備え、上記
連絡部の断面積を調整して両アーク走行面から上記連絡
部に流れる電流を制御するように形成するのが好まし
い。

【００２２】本発明は、高真空に保たれた絶縁容器内に
固定側電極と可動側電極とを備えた真空バルブにおい
て、前記両電極は前述の耐火性金属粒子と高導電性金属
と、更に好ましくは低融点金属とを含む複合部材よりな
るアーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性金属
からなる電極支持部と、該電極支持部より細径である裏
導体及び該裏導体より大径である外部導体接続部とは前
記高導電性金属によって一体に形成されており、アーク
電極が前述の溶射によって形成されていることを特徴と
する。

【００２３】また、本発明は、前述の耐火性金属粒子と
高導電性金属と好ましくは低融点金属とを有する合金か
らなるアーク電極と、該アーク電極を支持する高導電性
金属からなる電極支持部と、該電極支持部より細径であ
る裏導体及び該裏導体より大径である外部導体接続部を
有し、前記アーク電極は電極支持部，裏導体及び外部裏
導体接続部に対して溶射によって一体に形成されている
ことを特徴とする電気接点にある。

【００２４】本発明の電気接点の製造法として、前記ア
ーク電極は前述の粒径を有する耐火性金属と高導電性金
属の混合粉末を被溶射材上に、金属溶射により任意な厚
さに形成する。その後、前記金属溶射複合合金を真空中
で拡散接合の熱処理を施す。その加熱温度としては８０
０から１０００℃に加熱するのが好ましい。

【００２５】真空遮断器の電極構造は、アーク電極，ア
ーク電極支持部材，裏導体及び外部裏導体接合部からな
り、アーク電極は前述の粒径を有する耐火性金属と高導
電性金属との複合合金からなり、前者にはＣｒ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｔａ等の１８００℃以上の高融点の金属が用いら
れ、高導電性金属としてはＣｕ，Ａｇ，Ａｕに対する固
溶量が３％以下の小さい、金属が好ましい。アーク電極
支持部材以外には特に純Ｃｕが好ましいが、強度が小さ
いことからこれらの各部材の変形防止対策として鉄系材
料の純Ｆｅ，ステンレス鋼で補強し電極の変形防止に努
めている。

【００２６】本発明はアーク電極は特に重量でＣｒ３０
〜６０％，Ｎｂ０.５〜５.０％好ましくは０.３〜３.０
％及びＰｂ０.１〜０.５％を含む金属溶射複合合金から
なるのが好ましい。

【００２７】本発明はアーク電極とアーク電極支持部材
以外の部材とは金相学的に連続した一体構造で構成する
ものである。この結果、前述のスリット溝をアーク電極
支持部まで形成でき、遮断時のアーク発生による発熱に
よる従来のろう付けによる問題が生じないのでより小型
化が可能となるとともに高い電流の遮断が可能になっ
た。

【００２８】また、本発明によれば電極を構成するアー
ク電極，アーク電極支持部材及び外部導体接続部コイル
電極材は、金相学的に連続した一体構造で構成されると
同時に一体構造の電極製造と同一工程内で形成されるア
ーク電極支持部材以外の高導電性金属には、０.０１〜
２.５重量％のＣｒ，Ｗ，Ｖ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｍｏ，Ｔ
ａ，Ｂｅ，Ｎｂ，Ｔｉの１種又は２種以上をＡｕ，Ａ
ｇ，Ｃｕ中に含有せしめたものを用いることができる。
したがって、アーク電極支持部材以外の材料の電気導伝
性をあまり低下させずに機械的強度、特に耐力を大幅に
高めることができる。その結果、電極間の接触圧力の増
大，電極間の開閉時の衝撃力にも充分対応でき、経時的
な変形も解決できる。

【００２９】このように、アーク電極材とアーク電極支
持部材以外とは非接合であるとともに金相学的に連続し
た一体構造にしたことと、上記各部材の高強度化の組み
合わせにより、従来の電極構造に比べて悪影響を除去し
たより信頼性及び安全性の高い真空遮断器を提供でき
る。本発明における金属溶射法によればＣｒ，Ｗ，Ｍ
ｏ，Ｔａ粉末とＰｂ，Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｂ粉末あるいは他
の任意の金属粒子とを所定組成に混合した金属混合粉末
とＣｕ，Ａｇ，Ａｕ又はこれらの合金からなるブロック
に前記金属混合粉末をプラズマ溶射，火炎溶射で金属複
合合金を形成する。更に処理金属複合部材を真空熱処理
を施し合金化する。その後金属複合部材を所定形状の電
極に加工する。

【００３０】本発明は、金属溶射法より前記金属混合粉
末を溶射し、金属複合合金を形成することを特徴とする
真空遮断器用電極部材にある。

【００３１】真空遮断器用電極部材の製造において、従
来の圧粉成形法で作製した高多孔質な混合金属成形体は
粒子間の結合力が非常に脆弱であり、取り扱いに苦慮す
る。またこの前記成形体に高導電性成分である銅系，銀
系金属を溶融含浸した複合部材は、成形体のクロムが銅
あるいは銀中に溶け込む脱クロムによる組成の不均一、
あるいは溶浸部界面の浸食による減肉等の現象が生じ好
ましくない。

【００３２】本発明の該真空遮断器用電極部材では上記
の問題は解決される。

【００３３】本発明において、高導電性金属であるＣ
ｕ，Ａｕ，Ａｇの１種または２種、耐火性金属としての
Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅの１種または２種、耐電圧性に有
効な粒子であるＮｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，硅素の１
種以上からなる金属粉末。更に高導電性金属であるＣ
ｕ，Ａｕ，Ａｇの１種または２種、耐火性金属としての
Ｃｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｆｅの１種または２種、耐電圧性に有
効な粒子であるＮｂ，Ｖ，Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｓｉの１
種以上、耐溶着成分，低融点材のＰｂ，Ｂｉ，Ｓｂ，Ｔ
ｅの１種または２種以上の金属粉末からなるのが好まし
い。該金属粉末をガラス製の混合器に収納し、該ガラス
製容器を数時間回転させ十分に個々の金属粉末を混合さ
せる。この金属混合粉末を用い、プラズマジェット（ア
ルゴン，アルゴン−水素，アルゴン−ヘリウム）中に金
属混合粉末を投入し、予め被溶射材の表面をグリットブ
ラスチィングの前処理により粗面化した部位に積層コー
ティングする。前記金属混合粉末粒子を均一に混合分散
させることを特徴とする真空遮断器用電極材料の製造方
法にある。

【００３４】本発明で得られた金属溶射複合合金は、個
々の粒子間の結合力が強固であり、更に被溶射材との界
面の結合力も強固であることから、耐電圧性，耐溶着
性，遮断特性など十分な効果が得られる。生産性及び経
済性を考慮すると、耐火性金属である粒子は５３μｍ以
下が好ましい。その含有量は高導電性金属に対して、耐
火性金属が２０〜６０重量％、耐電圧性金属は１〜１０
重量％、耐溶着性金属は０.１〜１重量％が好ましい。

【００３５】本発明において、前記金属混合粉末をプラ
ズマ溶射法で個々の粒子間の結合力が強固で欠陥のない
金属複合合金を製造することを特徴とする真空遮断器用
電極部材にある。

【００３６】本発明において、前記金属溶射複合部材に
は、クロム粒子が遊離し浮上することなく銅（電極支持
部）中への溶け込み、あるいは界面の浸食による減肉等
の現象がなく、高導電性金属中に微細な耐火性金属が均
一に分散した健全な真空遮断器用電極部材を提供でき
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】（実施例１）粒径１５０μｍ以
下，純度９９.９９％ の電解銅粉末と、粒径１００μｍ
以下，純度９９.９９％のクロム粉末２０.０〜８０.０
重量％，粒径７５〜４５μｍ,純度９９.９％のニオブ粉
末１.０重量％の粉末を、Ｖミキサー器により１５０rpm
で、１時間混合した粉末を無酸素銅製の基材にプラズ
マ溶射法により溶射した。溶射条件は、プラズマガスＡ
ｒ＋Ｈ₂ ，プラズマ電流６００Ａ，プラズマ電圧６０
Ｖ，粉末供給量３６ｇ／min ，溶射距離１００mm，皮膜
厚さ２mmである。 （実施例２）粒径１５０μｍ以下，純度９９.９９％の
電解銅粉末と、粒径１００μｍ以下,純度９９.９９％
のクロム粉末２０.０〜８０.０重量％，粒径７５〜４５
μｍ，純度９９.９％のニオブ粉末１.０重量％の粉末
を、Ｖミキサー器により１５０rpm で、１時間混合した
粉末を無酸素銅製の基材にプラズマ溶射法により溶射し
た。溶射条件は、プラズマガスＡｒ＋Ｈ₂ ，プラズマ電
流６００Ａ，プラズマ電圧６０Ｖ，粉末供給量３６ｇ／
min ，溶射距離１００mm，皮膜厚さ２mmである。溶射
後、被溶射材を１０^-5Torrの真空中で、処理温度８００
〜１０００℃で１時間の熱処理を行った。

【００３８】（実施例３）粒径１５０μｍ以下，純度９
９.９９％の電解銅粉末と、粒径１００μｍ以下,純度９
９.９９％ のクロム粉末２０.０〜８０.０重量％，粒径
７５〜４５μｍ，純度９９.９％のニオブ粉末１.０重量
％の粉末を、Ｖミキサー器により１５０rpm で、１時間
混合した粉末を無酸素銅製の基材に高速火炎溶射法によ
り溶射した。溶射条件は、溶射ガスＣ₃Ｈ₆＋Ｏ₂ ＋空
気，粉末供給量３５ｇ／min ，溶射距離２００mm，皮膜
厚さ２mmである。

【００３９】（実施例４）粒径１５０μｍ以下，純度９
９.９９％の電解銅粉末と、粒径１００μｍ以下,純度９
９.９９％ のクロム粉末２０.０〜８０.０重量％，粒径
７５〜４５μｍ，純度９９.９％のニオブ粉末１.０重量
％の粉末を、Ｖミキサー器により１５０rpm で、１時間
混合した粉末を無酸素銅製の基材に高速火炎溶射法によ
り溶射した。溶射条件は、溶射ガスＣ₃Ｈ₆＋Ｏ₂ ＋空
気，粉末供給量３５ｇ／min ，溶射距離２００mm，皮膜
厚さ２mmである。溶射後、被溶射材を１０^-5Torrの真空
中で、処理温度８００〜１０００℃で１時間の熱処理を
行った。

【００４０】図１は、溶射後の金属溶射複合合金の断面
外観である。溶射後のアーク電極１とアーク電極支持部
２，外部導体接続部３及び裏導体４を示す。切削加工後
のアーク電極１とアーク電極支持部２との両者の界面部
の断面の顕微鏡組織写真により観察した結果、本発明の
組織（倍率：５０倍）は、偏平な銅粒のマトリックス中
に微細なクロム粒子が偏平かつ均一に分布し、界面にお
いて約４０μｍの凹凸を有するものの平滑な界面状態を
示していた。従来の粉末冶金法で成形した部材の組織
（倍率：５０倍）は、大きなクロム粒子が分布し、界面
で約４００μｍという凹凸のうねりが大きい界面形態と
なっていた。

【００４１】このように本発明方法によればアーク電極
１とアーク電極支持部２，外部導体接続部３及び裏導体
４とが一体構造で構成されている。アーク電極１とアー
ク電極支持部２との間にはこれより径の小さい細径を有
する裏導体４が設けられる。またアーク電極材とアーク
電極支持部材との界面は金相学的に完全に連続一体化が
なされており、ろう付け等による接合が不必要であるこ
とがわかる。

【００４２】図１に示すように切削により得た電極はア
ーク電極１とアーク電極支持部２との界面は合金を形成
しており、ろう材例えば銀ろうより融点が高く、溶融し
にくく、耐アークに強く電流遮断容量の向上に寄与する
ことができる。

【００４３】

【表１】

【００４４】表１は、プラズマ溶射した後のアーク電極
１の減肉量を示す。本発明部材の減肉量は全くない。従
来部材は３.０mm と大きく減肉している。このことか
ら、本発明部材は良好な部材である。

【００４５】（実施例５）図２は、前述の実施例１〜４
に係わるアーク電極を用いた真空バルブの断面図であ
る。真空容器は絶縁材で形成された絶縁筒体２８の上・
下開口部に上・下一体をなすシーリング２７を設けて真
空室を形成する真空容器を構成し、上記シーリングの中
程に固定電極２１の一部を形成する固定導体２２を垂設
し、この固定電極２１の直下に位置する上記シーリング
の中程に可動電極２３の一部を形成する可動導体からな
る通電部を収納している。上記可動導体２１は金属ベロ
ーズ２６を介して真空容器に接合されており、気密をた
もって電極の開閉を行う。シールド部材２５は、遮断
時、上記固定電極２１及び可動電極間２３に発生するア
ークから絶縁筒体２８を保護し、飛散する溶融金属を固
着させ、アークを冷却する。さらには電離を制御する働
きを損なわないようにして構成したものである。

【００４６】

【表２】

【００４７】表２に示す試料Ａ〜Ｋは実施例、試料Ｌ〜
Ｏは比較例である。

【００４８】遮断試験は、一対の供試電極を遮断試験部
に組み込み、遮断試験部を真空排気しながら３００℃で
２時間のベーキングを行う。その後、ギャップ２.５mm
の電極間に最大６０ｋＶ交流電圧を印加しながら放電し
易い低耐電圧部分を除去するコンデーショニングを２回
行う。３００Ａの小電流遮断後のインパルス耐圧試験で
は、ＡＣ１００Ｖ，３００Ａでアーク点孤１０回を行っ
た後、電極ギャップ２.５mm における最小の放電電圧を
測定する。この点孤１０回と耐電圧測定を１０回繰り返
して小電流遮断後の耐電圧特性とした。裁断電流測定で
は、遮断時の電流波形をデジタルメモリーに記憶させた
後シンクロスコープに再現させて裁断電流値を読み取
り、これを５０回繰り返して最大値と平均値を求めた。
遮断試験では、ＬＣ共振回路設備を用い、回路定数の関
係から遮断電流の周波数５８Ｈｚ，過渡回復電圧の周波
数は約１１Ｈｚとし、遮断電流が５００〜１０００Ａス
テップで増加するように試験電圧１〜５.６ｋＶ の範囲
で順次増加させて遮断不能となるまで試験を続行した。
試験途中で遮断不能が起きた場合は、遮断電流を一旦下
げて遮断試験を行い電極表面をクリーニングした後、遮
断電流を上昇しこれ以上の遮断が困難と思われる遮断電
流の限界値をもって遮断性能とした。大電流遮断後のイ
ンパルス耐電圧測定では、試験後に電極ギャップ２.５m
m における最小インパルス耐電圧を測定し、大電流遮断
後の耐電圧特性とした。大電流小電流遮断後の耐電圧試
験を行った。測定では、電極面にＡＣ１００Ｖ，３００
Ａでアーク点孤し、電極ギャップ２.５mm における最小
インパルス耐電圧を測定する。この小電流１０回遮断と
耐電圧測定を１０回繰り返し大電流小電流遮断後の耐電
圧特性とした。

【００４９】

【表３】

【００５０】表３に遮断及び耐電圧試験結果を示す。特
性は、試料Ａの特性基準値（１.０とする）として示
す。試料Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋは試料Ａの１.５ 倍の遮断およ
び耐電圧性が得られる。この結果から、銅粉末，クロム
粉末，ニオブ粉末の粒径はいずれも５３〜３２μｍ，３
２〜２２μｍ及び２２μｍ以下が好ましい。しかし、粒
径２２μｍ以下になると成形性，生産性，コストの点で
問題があるので、５３〜２２μｍが特に好ましい。

【００５１】（実施例６）図３は前述の実施例５に示し
たプラズマ溶射によって形成した図１の電極部材に、本
実施例におけるスパイラル型電極の平面図及び図４はそ
の断面図である。電極はこれらの図に示すように更に切
削加工によって電極中央部の真円の凹部５Ａと互いの接
触面を兼ねるようにその外側にアーク走行面５Ｂ，５
Ｃ，５Ｄを一体に設け、各アーク走行面５Ｂ，５Ｃ，５
Ｄ間に凹部５Ａからアーク走行面５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの外
側端５Ｅの手前までに３本のスリット溝１３Ａ〜１３Ｃ
を螺旋状にアーク電極１とアーク電極支持部に切られて
いる。このスパイラル構造の溝は３本であるが４本でも
５本でもよく、曲線又は直線でもよい。真円凹部５Ａは
裏導体４の直径とほぼ同じ径とするのが好ましい。

【００５２】複数のスリット溝１３Ａ〜１３Ｃは凹部に
なっているアーク走行面５Ｂからスリット溝の外周側先
端部１３Ｅより電極側面に達している。各スリット溝間
に複数のアーク走行面５Ｂ〜５Ｄを形成している。連絡
部１４は外周側先端部１３Ｅと電極外周端のアーク走行
面５Ｂとの間のスリット溝１３Ａ〜１３Ｃを跨いでい
る。つまり橋の役割をしている。連絡部１４は両アーク
走行面５Ｂ〜５Ｄと一体に形成すると共に、両アーク走
行面５Ｂ〜５Ｄと同じ抵抗値を有している。

【００５３】このため、アークＡが各アーク走行面と連
絡部１４とを流れる時の発生熱が少なく、電極の電流容
量を向上することができる。連絡部１４と両アーク走行
面５Ｂ〜５Ｄとの表面を等しい高さにできるので、従来
のバルブに比べて軸方向を縮小できるばかりか、また電
界集中がなく、電界を緩和することができるので、更に
遮断電流容量を向上することができる。

【００５４】（実施例７）

【００５５】

【表４】

【００５６】表４は前述のアーク電極を溶射によって形
成した真空バルブを用いた各種定格における真空バルブ
の諸元を示すものである。図５は表４に示すＮo.１の真
空バルブ、図６はＮo.４の真空バルブの断面図である。

【００５７】絶縁材料で形成された絶縁筒体の３５の上
下開口部に上下一体をなすシールリング３８ａ，３８ｂ
を設けて真空室を形成する真空容器を構成し、上記シー
ルリング３８ａの中程に固定電極３０ａを垂設し、この
固定電極３０ａの直下に位置する上記シールリング３８
ａの中程に可動電極３０ｂの一部を形成する可動側の電
極棒３４を昇降自在に設け、更に、上記固定電極３０ａ
のアーク電極３３ｂに対して上記可動電極３０ｂのアー
ク電極３１ｂを接離するようにし、上記可動側の電極棒
３４の周りに位置する上記シールリング３８ａの内側に
金属製のベローズ３７を伸縮するようにして被冠して設
け、更に、上記両アーク電極の周りの円筒状をなす金属
板のシール部材３６を絶縁筒体３５の真空容器によって
設置し、このシール部材３６は上記絶縁筒体３５の真空
容器の絶縁性を損なわないようにして構成したものであ
る。

【００５８】更に、上記アーク電極３１ａ，３１ｂは前
述のプラズマ溶射によって得られたアーク電極支持部３
２ａ,３２ｂに一体固着され、外部導体接続部３３ａ,３
３ｂ及び裏導体３９ａ，３９ｂによって構成されてい
る。絶縁筒体３５から真空容器にはガラス，セラミック
ス焼結体が用いられている。絶縁筒体３５から真空容器
はシールリング３８ａ，３８ｂにコパール等のガラス，
セラミックスの熱膨張係数に近い合金板を介してろう付
けされ、１０^-6mmＨｇ以下の真空に保たれる。

【００５９】いずれの電極においても外部導体接続部に
はねじ４５ａ，４５ｂが設けられ、外部端子に接続さ
れ、電流の通路となる。ゲッタは真空容器内部に微量の
ガスが発生した場合に吸収して真空を保つ働きとして設
けられる。シール部材３６はアークによって発生した主
電極表面の金属蒸気を付着させ、冷却させる働きを有
し、また付着した金属はゲッタ作用を有する真空度保持
の働きを有する。

【００６０】図中の寸法は４３が絶縁筒の外径，４４が
その長さ，４１が電極裏導体直径，４０が電極の直径で
ある。４６はガイド、４７はボタンである。ボタン４７
は所望の深さを有する真円からなる凹部で、図４に示す
凹部５Ａと同じものである。表３に示すように、本発明
に係る真空バルブは定格の遮断容量の違いによって、ス
パイラル溝本数及びスパイラルが異なるものである。

【００６１】図７は本発明に係る真空バルブ５９とその
操作機とを示す真空遮断器の構成図である。

【００６２】操作機構部を前面配置とし、背面に真空バ
ルブを支持する３相一括型の３組の耐トラッキング性を
有するエポキシレジン筒６０を配置した小型，軽量な構
造である。

【００６３】各相端はエポキシレジン筒，真空バルブ支
持板で水平に支持されてた水平引き出し形である。真空
バルブは、絶縁操作ロッド６１を介して、操作機構によ
って開閉される。

【００６４】操作機構は、構造が簡単で小型，軽量な電
磁操作式の機械的引き出し自由機械である。開閉ストロ
ークが少なく、可動部の質量が小さいために衝撃は僅少
である。本体前面には、手動連結式の二次端子のほか、
開閉表示器，動作回数計，手動引き出しボタン，手動投
入装置，引出装置及びインターロックレバーなどが配置
されている。

【００６５】（ａ）閉路状態 遮断器の閉路状態を示し、電流は上部端子６２，主電極
３０，集電子６３，下部端子６４を流れる。主電極間の
接触力は、絶縁操作ロッド６１に装着された接触ばね６
５によって保たれている。

【００６６】主電極間の接触力，早切ばねの力及び短絡
電流による電磁力は、支えレバー６６及びブロック６７
で保持されている。投入コイルを励磁すると開路状態か
らプランジャ６８がノッキングロッド６９を介してロー
ラ７０を押し上げ、主レバー７１を回して接触子をとじ
たあと、支えレバー６６で保持している。

【００６７】（ｂ）引出し自由状態 開離動作により可動主電極が下方に動かされ、固定・可
動両主電極が開離からアークが発生する。アークは、真
空中の高い絶縁耐力と激しい拡散作用によって短時間に
消孤される。

【００６８】引出しコイル７２が励磁されると、引出し
レバー７３がブロック６７の係合を外し、主レバー７１
は早切ばねの力で回って主電極が開かれる。この動作
は、閉路動作の有無には全く関係なく行われる機械的引
出し自由方式である。

【００６９】（ｃ）開路状態 主電極が開かれたあと、リセットばね７４によってリン
クが復帰し同時にブロック６７が係合する。この状態で
投入コイル７５を励磁すると（ａ）の閉路状態になる。
７６は排気筒である。

【００７０】真空遮断器は高真空中でアーク遮断し、真
空の持っている高い絶縁耐力と、アークの高速拡散作用
により優れた遮断性能を有しているが、反面無負荷のモ
ートル，変圧器を開閉する場合電流が零点に達する以前
に遮断してしまい、所謂裁断電流を生じ、この電流とサ
ージインピーダンスの積に比例する開閉サージ電圧を発
生する場合がある。このため３ｋＶ変圧器や３ｋＶ，６
ｋＶ回転機などを真空遮断器で直接開閉するときは、サ
ージアブソーバを回路に接触してサージ電圧を抑制し、
機器を保護する必要がある。サージアブソーバとして
は、コンデンサを標準としますが、負荷の衝撃波耐電圧
値によって、ＺｎＯ非直線抵抗体を使用することもでき
る。

【００７１】以上の本実施例により、圧力１５０kg，遮
断速度０.９３ｍ／秒で、７.２ｋＶ，３１.４５ｋＡの
遮断が可能となる。

【００７２】図８は本実施例の真空遮断器２段積スイッ
チギアの内部構造を示すものである。９１は上段遮断器
コンパートメント、９２はメタルクラッドフレームコン
パートメント、９３は下段遮断器コンパートメント、９
４は母線コンパートメント、９５は変流器、９６は接続
導体、９７はケーブルコンパートメント、９８は制御引
込ケーブ部、９９はサージアブソーバである。真空遮断
器は電源が３相であるので一電源に対して紙面に対して
奥行きに３個有する。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば、アーク電極と該アーク
電極を支持する支持部材と該支持部材に連なるコイル電
極とを有する固定側電極及び可動側電極を兼ね備えた真
空遮断器において、微細金属混合粉末を溶射を用い金属
複合合金を形成することで、高導電性金属，耐火性金
属，耐電圧性金属及び耐溶着性金属ともに結晶粒が微細
になり、初期性能の良い高性能電極部材が得られ、さら
に、前記アーク電極と上記アーク電極支持部材，コイル
電極材、好ましくは導電棒とは非接合からなる焼結又は
摩擦圧力接合処理による金相学的に一体の構造を有し、
前記支持部材及びコイル電極のろう付けが不要となるの
で、アーク電極支持部材及びコイル電極材の強度向上に
より電極変形に伴う溶着障害を防止できることからより
信頼性，安全性の高い真空遮断器が得られる。

【００７４】本発明によれば、アーク電極と該アーク電
極を支持する支持部材以降とを有する固定側電極及び可
動側電極を備えた真空バルブにおいて、前記アーク電極
と上記アーク電極支持部材以降の高導電性金属とは溶射
によって一体の構造を有する。また、好ましくは前記支
持部材以降として溶射後拡散熱処理によって一体にする
ものでは、０.０１〜０.５重量％のＣｒ，Ａｇ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｚｒ，Ｓｉ，Ｗ及びＢｅ等を含有したＣｕ合金から
構成されるのが好ましく、ろう付け接合に伴う各部材の
機械加工工程及び組立工程の低減とろう付け接合不良に
よる電極材の破壊や脱落防止するとともに強度向上にも
役立ち、電極変形に伴う溶着障害を防止できる。更に、
アーク電極内にＰｂ等の低融点金属を多く含有でき溶着
を防止できることからより小型で、信頼性及び安全性の
高い真空遮断器とそれに用いる真空バルブ及び電気接点
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の金属溶射によって形成した電極の断面
図。

【図２】真空バルブの断面図。

【図３】本発明のスパイラル溝を有する電極の平面図。

【図４】本発明のスパイラル溝を有する電極の断面図。

【図５】真空バルブの断面図。

【図６】真空バルブの断面図。

【図７】真空遮断器の全体構成図。

【図８】真空遮断器２段積スイッチギアの構成図。

【符号の説明】

１，３１ａ，３１ｂ…アーク電極、２…アーク電極支持
部、３,３３ａ,３３ｂ…外部導体接続部、４，３９ａ，
３９ｂ…裏導体、５Ａ…凹部、５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…アー
ク走行面、５Ｅ…電極外周端、１３，１３Ａ，１３Ｂ，
１３Ｃ…スリット溝、１４…連絡部、Ｌ…幅、３０ａ…
固定電極、３０ｂ…可動電極、３４…電極棒、３５…絶
縁筒体、３６…シール部材、３７…ベローズ、３８ａ，
３８ｂ…シールリング、６０…エポキシレジン筒、６１
…絶縁操作ロッド、６２…上部端子、６３…集電子、６
４…下部端子、６５…接触ばね、６６…支えレバー、６
８…プランジャ、７１…主レバー、７２…引出しコイ
ル、７５…投入コイル、７６…排気筒。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 政男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小室 勝博 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 目幡 輝 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 谷水 徹 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 袴田 好美 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 Ｆターム(参考） 5G026 BA02 BB02 BB03 BB04 BB08 BB10 BB12 BB14 BB15 BB16 BB17 BB18 BB22 BB24 BB25 BB27 BB30 BC04 BC08 DA01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
   備えた真空バルブと、前記可動側電極を駆動する開閉手
   段とを備え、前記固定側電極と可動側電極がアーク電極
   部材と該アーク電極部材を支持するアーク電極支持部材
   とを備えた真空遮断器において、前記アーク電極部材は
   高導電性金属と、該高導電性金属より高融点の耐火性金
   属とを有し、前記高導電性金属及び前記耐火性金属は偏
   平状の粒子形状を有することを特徴とする真空遮断器。
2. 【請求項２】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
   備えた真空バルブと、前記可動側電極を駆動する開閉手
   段とを備え、前記固定側電極と可動側電極がアーク電極
   部材と該アーク電極部材を支持するアーク電極支持部材
   とを備えた真空遮断器において、前記アーク電極部材は
   高導電性金属と該高導電性金属よりも高融点である耐火
   性金属とを有し、前記アーク電極部材とアーク電極支持
   部材との界面での凹凸が１００μｍ以下であることを特
   徴とする真空遮断器。
3. 【請求項３】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
   備えた真空バルブと、前記アーク電極部材は高導電性金
   属と該高導電性金属より高融点の耐火性金属とを有し、
   溶射によって形成されていることを特徴とする真空遮断
   器。
4. 【請求項４】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
   備えた真空バルブにおいて、前記両電極は耐火性金属と
   高導電性金属とを有するアーク電極部材と、該アーク電
   極部材を支持する高導電性金属からなるアーク電極支持
   部材又は通電電極棒とを有し、前記アーク電極部材は高
   導電性金属と該高導電性金属より高融点である耐火性金
   属とを有し、前記高導電性金属及び耐火性金属は偏平状
   の粒子形状を有することを特徴とする真空バルブ。
5. 【請求項５】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
   備えた真空バルブにおいて、前記両電極は耐火性金属と
   高導電性金属とを有するアーク電極部材と、該アーク電
   極部材を支持する高導電性金属からなるアーク電極支持
   部材又は通電電極棒とを有し、前記アーク電極部材は高
   導電性金属と該高導電性金属より高融点である耐火性金
   属とを有し、前記アーク電極部材とアーク電極支持部材
   との界面での凹凸が１００μｍ以下であることを特徴と
   する真空バルブ。
6. 【請求項６】真空容器内に固定側電極と可動側電極とを
   備えた真空バルブにおいて、前記両電極は耐火性金属と
   高導電性金属とを有するアーク電極部材と、該アーク電
   極部材を支持する高導電性金属からなるアーク電極支持
   部材又は通電電極棒とを有し、前記アーク電極部材は高
   導電性金属と該高導電性金属より高融点である耐火性金
   属とを有し、溶射によって形成されていることを特徴と
   する真空バルブ。
7. 【請求項７】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記固
   定側電極及び可動側電極は前記アーク電極支持部に連結
   し、該支持部より細径である裏導体及び該裏導体より大
   径である外部導体接続部を有することを特徴とする真空
   遮断器。
8. 【請求項８】請求項４〜６のいずれかにおいて、前記固
   定側電極及び可動側電極は前記アーク電極支持部に連結
   し、該支持部より細径である裏導体及び該裏導体より大
   径である外部導体接続部を有することを特徴とする真空
   バルブ。
9. 【請求項９】耐火性金属と高導電性金属とを有するアー
   ク電極部材と、該アーク電極部材を支持する高導電性金
   属からなるアーク電極支持部材又は通電電極棒とを有
   し、前記アーク電極部材が金属溶射によって一体に形成
   することを特徴とする電気接点。