JPH01315914A - 真空バルブ - 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】 ［発明の目的」 （産業上の利用分野） 本発明は、真空バルブに係り、特に低サージ性能および
大電流遮断性能に優れた電極の構造に関するものである
。

（従来の技術） 従来、低−リージ性能を考慮した真空バルブとしては、
例えば特開昭５９−３８３１号公報に示すものが知られ
ている。この真空バルブの構造は、第８図、第９図およ
び第１０図に示ずように、絶縁円筒１の両端開口部を端
板２，３で気密封着して真空容器４を形成し、この真空
容器４の内部に接離自在とした一対の電極５，６を配設
して構成したもので、電極５の固定通電軸７は端板２に
固定して取りイ旧プられ、電極６の可動通電軸８は端板
３にベローズ９を介して移動自在に取り付（プられ、電
極５，６の周りを囲むアークシールド１０は絶縁円筒１
に取り付けられ、ベローズカバー１１は通電軸８に取り
付けられている。

また、電極５，６の構造は、対向する接触面が銀タング
ステンカーバイト（以下、Ａ９−１ｆＶｃという）焼結
材から接点を兼ねた電極体１４．１５の裏面に、通電部
を１６ａ　、　１７ａにより電気的に接続されたコイル
電極１６．１７が設けられている。このコイル電極１６
．１７には、固定おＪ：び可動通電軸７゜８からの電流
がコイル分流腕部１６ｂ　、　１７ｂにより分流され、
コイル円弧部１６ｃ　、　１７ｃに流れる。この」イル
円弧部１６ｃ　、　１７ｃに流れる電流により、電極間
空間に軸方向磁界が発生する。この軸方向磁界は、接点
間に点弧したアークを一様に拡散させ、接点の損傷を軽
微にするため、平板電極やスパイラル電極、コントレイ
ト電極よりも大電流を遮断することが可能であった。し
かも、電極体１４゜１５の対向する接触面か低サージ接
点材Ａ９−ＷＣ焼結材から形成され接点を兼ねているの
で、さい断電流を１Ａ以下に抑制することのできる低サ
ージ性能を併せ有していた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、Ａ９−ＷＣのような低サージ接点材は一
般に熱伝導率が低く、かつタングステンカーバイト（以
下、ＷＣという）の微粉末の焼結材であるため、脆く銅
や銅−クロムに比べて熱衝撃に弱く、遮断限界電流が比
較的小さい。したがって、低サージ性能と大電流遮断性
能を併せ有する構造とはなり得なかった。

そこで、本発明の目的は、低さい断電流特性を有し低４
ノージ性能に優れ、しかも大電流遮断性能にも優れた真
空バルブを提供することにある。

［発明の構成］ （８題を解決するための手段および作用）本発明は、絶
縁円筒の両端開口部をそれぞれ端板で気密封着して形成
した真空容器の内部に、電極体および軸方向磁界を発生
する］イル電極を有する一対の電極を接離自在に配設し
た真空バルブにおいて、低サージ接点材Ａ９−ＷＣから
なる円板形の、その対向面上中央部にその周辺部よりも
１ないし２ミリメーＩ〜ル以下低い凹部を設け、か　５
　一 つ電極半径の７０％以上で４本以上の半径方向のスリッ
トを設けた接点部および電極体を有し、電極体裏面と通
電軸端部にそれぞれ中心から半径方向にのびる直線分流
部をｎ本等配し、その先端から接点部の外径と等しいか
またはそれよりも大きな外径の内弧状のコイル部を有し
、このコイル部の他端を電気的に接続し、等価的に全電
流値の１／ｎの電流が２ターンの円周方向電流を得るよ
うにし、かつ直線分流部が重なり合゛わないように配置
されたコイル電極を流れる電流により電極間空間に一様
な軸方向磁界を発生する縦磁界電極を有する真空バルブ
により、低さい断電流特性を有して低サージ性能に優れ
、しかも大電流遮断性能にも優れるようにしたものであ
る。

また、本発明は、絶縁円筒の両端開口部をそれぞれ端板
で気密到着して形成した真空容器の内部に、電極体およ
び軸方向磁界を発生するコイル電極を有する一対の電極
を接離自在に配設した真空バルブにおいて、低サージ接
点材△９−ＷＣからなる円板形の第１の接点と、その対
向面上中央部にその周辺部の低サージ接点材Ａ９−ＷＣ
よりも１ないし２ミリメートル以下低く、かつ電極半径
の約１／２の半径の銅クロムよりなる第２の接点を固着
し、かつ電極半径の７０％以上で４本以上の半径方向の
スリットを設けた接点部および電極体を有し、電極体裏
面と通電軸端部のそれぞれの中心から半径方向に伸びる
直線分流部をｎ本等配し、その先端から接点部の外径と
等しいか、またはそれよりも大きい外径の円弧状のコイ
ル部を有し、このコイル部の他端を電気的に接続し、等
価的に全電流値の１／ｎの電流が２ターンの円周方向電
流を得るようにし、かつ直線分流部が重なり合わないよ
うに配置されたコイル電極を流れる電流により電極間空
間に一様な軸方向磁界を発生する縦磁界電極を有する真
空バルブにより、低さい断電流特性を有して低サージ性
能に優れ、しかも大電流遮断性能にも優れるようにした
ものである。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。な
お、本発明の真空バルブの概略構造は従来と同じであり
、また、固定側電極と可動側電極とは構造が同じである
から、以下の説明はその一方である可動側電極について
行い、固定側電極の説明は省略する。第１図は、本発明
の一実施例の可動側電極を接点面側から見た平面図であ
り、第２図は、この可動側電極の側面図である。

両図において、可動側電極２０は、円形凹部２１ａを設
けた電極体２１と、この電極体２１の円形凹部２１ａ中
に固着され、対向面上中央部にその周囲よりも１ないし
２ミリメートル以下の低い円形凹部２２を有するＡ９−
ＷＣ接点２３と、可動通電軸８と電極体２１の間に接続
され、軸方向磁界を発生するためのコイル電４かを構成
する第１段コイル２４および第２段コイル２５とから構
成されている。さらに、このＡ９−ＷＣ接点２３および
電極体２１には、半径方向に伸び、電極体２１の半径の
７０％以上の深さの４本以上の等分に配置されたスリッ
ト２６が設けられている。

しかして、可動通電軸８にロー付は等によりその中央部
のコイル取り付は部で一体的に固着されるコイル電極の
第１段コイル２４と電極体２１裏面中央部とロー（＝ｊ
等によりその中央部のコイル取付は部で一体的に固着さ
れる第２段コイル２５（ただし、（）内の符号で示す）
は、それぞれ第３図に示すように中央の円形コイル取付
は部２４ａ（２５ａ）から半径方向に等配に伸びる複数
の直線状の直線分流２４ｂ（２５ｂ）を有し、ざらにそ
の端部から円周方向に隣合う直線分流部と接しない程度
に伸びる円弧状コイル部２４Ｃ（２５Ｃ）から構成され
ている。また、これら第１段コイル２４と第２段コイル
２５は、円弧状コイル部２４ｃと２５ｃの端部でこれら
と一体的に設けられたまたは導電性の良好な通電ピンに
よる通電部２７によりロー付等で電気的に固着され、第
４図に示すように組み合わされる。このように構成され
たコイル電極は、第１段コイル２４の中央部に設（プら
れだ円形のコイル取付は部２４ａで可動通電軸８と、さ
らに第２段コイル２５の中央部に設りられだ円形コイル
取（＝１け部２５ａにより電極体２１の裏面中央部と一
体的に固着される。特に、第２段コイル２５のコイル取
付は部２５ａの外径は、電極体２１と固着した時に電極
体２１とＡ９−ＷＣ接点２３に半径方向に設けられたス
リット２６にはみださないような外径とする。なお、必
要に応じ、第１段コイル２４のコイル取付は部２４ａと
第２段コイル２５ａのコイル取付は部２５ａの対向面間
には、電極体２１や通電軸８より固有抵抗値の大きい材
料からなるスベー４ノーを挿入するようにしてもよい。

次に、以」このように構成された一実施例の真空バルブ
の電極の作用について説明する。短絡事故や地絡事故が
発生して真空バルブに定格遮断電流が流れ、図示しない
操作機構部により可動側電極２０が固定側電極より離反
されると、陰極となった電極のＡ９−ＷＣ接点２１の中
央部に設けられた円形凹部２２の縁の突起部での局部熱
集中のためここから発弧しカソードスボツｉ〜が点弧さ
れ、これらにより生成される金属蒸気プラズマにより電
極間空間にアークが維持される。このときの発弧により
カソードスポットか集中して円形凹部２２の縁の突起部
に点弧するため、ここの点弧した部分は損傷し周囲に比
べ低くなる。しかし、突起部での熱−１０＝ 集中がこの損傷部でのそれよりも犬ぎいため、次の遮断
の時の発弧点は同一箇所とはならず、隣接する円形凹部
２２の縁の突起部に点弧するため、多数回の遮断での接
点損傷は平均的に軽微となり、より長寿命となる。また
、短絡事故や地絡事故が発生して真空パルプに定格遮断
電流が流れ、図示しない操作機構部により可動側電極２
ｏが固定側電極Ｊ：り離反されると、前述のように電極
間に金属蒸気アークが発生し、このとき第１段コイル２
４および第２段コイル２５の円弧状コイル部２４ｃ　、
　２５ｃに流れる電流により、電極間空間に軸方向磁界
が発生する。第１段コイル２４および第２段コイル２５
によって発生する軸方向磁界は、第９図および第１０図
に示される従来のコイル電極により発生する軸方向磁界
に比べ、直線分流部２４ｂ、　２５ｂの数が多く、また
隣合う直線分流部２４．ｂ、２５ｂに流れる電流の向き
が逆のため、直線分流部２４ｂ、２５ｂに流れる電流に
Ｊ：って発生する軸方向磁界が電極間空間で平均し強め
られる。従来形の４分割コイル電極によって発生する軸
方向磁束密度の電極間での半径方向力イ「と本発明のコ
イル電極によるそれとを比較すると、直線分流部やこれ
による電極体内の電流経路等の相乗効果により第５図に
示すようになる。これから明らかなように、本発明のコ
イル電極による軸方向磁束密度分布は、最大値および最
小値の差が小さい、すなわち、電極間空間で均一である
ことか分かる。この均一なしかも強い軸方向磁界により
、従来のような強度分布差によるアークの偏りがなく、
電極間に発生した金属蒸気アークは急速に電極間空間に
一様に拡散させられ、安定して点弧することになる。従
って、大電流遮断時の電極表面での電力密度が平均化さ
れさらに軸方向磁界によってアーク電圧が低下するため
、電極表面での電力密度が低く抑制され、接点の損傷が
軽微に抑制される。このためより大電流遮断か可能とな
る。また、電極体２１および接点２３に設けられ、電極
体２１の半径の７０％以上の長さを有する半径方向に延
びる４本以上の直線状スリット２６により、軸方向磁界
と鎖交するために電極体２１および接点２３に生じる渦
電流を防止し、軸方向磁界の均一化および強化を補助す
る。ざらに、第２段コイル２５の中央部に位置するコイ
ル取り付は部２５ａが電極体２１の裏面の中央部で固着
されているため、接点２３の表面の円形凹部２２の縁部
のどこで発弧しても、電極体２１および接点２３中を流
れる電流の経路は半径方向および円周方向には非常に短
くなるため、電極体２１および接点２３中を流れる電流
の経路による軸方向磁界の不均一化や減衰を十分に抑制
することができる。

一方、負荷電流の数アンペアから数百アンペアの範囲の
比較的小電流遮断の場合に生じる電流さい断現象は、Ａ
９−ＷＣ接点２３を用い、さらにＡ９−ＷＣ接点２３に
円形凹部２２を設けてその縁で局部的熱集中を起こし易
くすることにより、材１”１面及び電極構造面から小電
流遮断時のカソードスポットの維持効果を高め、さい断
電流値を１アンペア以下に抑制し、低さい断時性を有し
ザージ発生を抑制することができる。

上述の接点材であるＡ９−ＷＣは、Ａ９が２５〜６５ｗ
ｔ％、残部がｗｃである。また、Ａ９−ＷＣのマトリッ
クスを強化覆るために１　ｏｗｔ％未渦のＣ。

を含有させてもよい。このＣｏの存在は、Ａ９−ＷＣの
マ＋へワックスを強化し大電流遮断時の熱衝撃によって
生ずる微細亀裂の発生を抑制し、接点面上の磁場分布の
乱れおよび磁場の強さの低下を防止する。

さらに、Ａ９−ＷＣにおいてＷＣ粒径を３ＩＪＩｎ以下
、好ましくは１　ｔｔｔｎ以下に選択することは、低さ
い断電流特性の安定化に有益である。

なお、本発明は、上述した実施例（以下、第１実施例と
いう）に限定されるものではなく、第１実施例の電極の
接点の凹部に銅−クロム（以下、Ｃｃ　　Ｃ＋−という
）材から形成された接点を固着するようにしてもよい。

なお、この実施例（以下、第２実施例という）の場合に
も固定側電極と可動側電極とは構造が同じであるから、
以下の説明はその一方である可動側電極について行い、
固定側電極の説明は省略する。また、第１実施例と同一
部には同符号を付し、重複した説明は省略する。

第６図は、第２実施例の可動側電極を接点面側から見た
平面図であり、第７図はこの可動側電極の側面図である
。

両図において、可動側電極３０は、電極体２１と、この
電極体２１の円形凹部２１ａ中に固着され、半径を円形
凹部２１ａのそれと同じかまたはやや小さくしたＡ９−
ＷＣ接点３１と、このＡ９−ＷＣ接点３１の孔部３１ａ
に固着され、この対向面上中央部に半径を電極体２１の
約１／２とし、その周囲のＡ９−ＷＣ接点３１よりも１
〜２ミリメートル以下低くなるようにした銅−クロム（
以下、Ｃｕ−Ｃｒ−という）接点３２と、コイル電極を
構成する第１段コイル２４および第２段コイル２５とか
ら構成されている。

なお、第２段コイル２５のコイル取付は部２５ａの外径
は、電極体２１と固着した時に電極体２１とＡ９−ＷＣ
接点３１．　Ｃｃ　　Ｃｔ−接点３２に半径方向に設け
られたスリット２６にはみ出さないようにする。また、
Ａ９−ＷＣ接点３１の孔部３１ａの代りに、円形凹部を
設り、この円形凹部に上記した条件と同じようになるＣ
ａ　　Ｃｒ−接点３２を設けるようにしてもよい。

＝　１５− 次に、以上のにうに構成された第２実施例の真空バルブ
の電極の作用について説明する。この場合にも第１実施
例と同様に、短絡事故や地絡事故が発生して真空バルブ
に定格遮断電流が流れ、図示しない操作機構部により可
動側電極３０が固定側電極より離反されると、陰極とな
った電極のＡ９−ＷＣ接点３１の中央部に設けられた円
形凹部３１ａの縁の突起部での局部熱集中のためここか
ら発弧しカソードスポットが点弧され、これらにより生
成される金属蒸気プラズマにより電極間にアークが維持
される。このときの発弧によりカソードスポットが集中
して円形凹部３１ａの縁の突起部に点弧するため、ここ
の点弧した部分は損傷し周囲に比べ低くなる。しかし、
上述したと同様に突起部での熱集中かこの損傷部でのそ
れよりも人ぎいため、次の遮断の時の発弧点は同一箇所
とはならず、隣接する円形凹部３１ａの縁の突起部に点
弧するため、多数回の遮断での接点損傷は平均的に軽微
となり、より長野向となる。なお、コイル電極の作用は
、第１実施例の場合と同様である。

特に、例えば／ｌ０ＫＡ以上の電流を遮断する場合、電
極間に発生したアークは前記した軸方向磁界と自己電流
によって発生する円周方向の自己磁界によって閉じ込め
られ、特に自己磁界の影響でアノードとなる電極側でア
ーク集中を生ずる。これによりアノード側の電極中央部
の電極半径１／２以下内での局部的および衝撃的な熱人
力が大きくなり、電極半径１／２以下内の接点を激しく
溶融し損傷する。これが電流遮断後の絶縁回復特性を悪
くし、遮断に失敗する原因となる。

しかし、第２実施例のように電極体２１の対向面に設け
られたＡ９−ＷＣ接点３１の中央部に電極体２１の半径
の約１／２程度の半径のＣｃ−Ｃｒ−接点３２をＡ９−
ＷＣ接点３１より１ないし２ミリメートル以下低く設Ｃ
プることにより、アークの集中部はＣｔＬ−Ｃｒ接点３
２上に点弧することになる。このとぎＣｕ−Ｃｒ接点３
２上ではアーク集中による溶融でその表面が銅とクロム
の混成超微粒子による変質層が形成される。この変質層
は、残留応力が小さく電流減少時の接点表面の急冷時に
溶融による異常突起の発生を防ぎ、さらにこの変質層が
混成超微粒子によって形成されるため、高耐電圧特性を
示し、電流遮断後の絶縁回復を速めることにより、より
大電流を遮断することができる。

さらに負荷電流の数アンペアから数百アンペアの範囲の
比較的小電流遮断の場合に生じる電流ざい新現象は、Ａ
９−ＷＣ接点３１を用い、さらにＡ９−ＷＣ接点３１に
凹部的にＡ９−ＷＣ接点３１Ｊ：りも前記のとおり若干
低くＣｔｔ−Ｃｒ接点３２を設けであるので、Ｃａ　　
Ｃｒ−接点３２上でカソードスポットが点弧することが
なく、そのＡ９−ＷＣ接点３１とＣｃ−Ｃｒ接点３２の
境界部であるＡ９−ＷＣ接点３１の角部の縁で局部的熱
集中を起こし易くすることにより、材料面および電極構
造面から小電流遮断時のカソードスポットの維持効果を
高め、さい断電流値を１アンペア以下に抑制し、低さい
断性性を有しサージ発生を抑制することができる。

上述の接点材であるＡ９−ＷＣは、Ａ９が２５〜６５ｗ
ｔ％、残部がＷＣである。またＡ９−ＷＣのマトリック
スを強化するために１０％未渦のＣｏを含有させてもよ
い。Ｃｏの存在はＡ９−ＷＣの７１〜リツクスを強化し
、大電流遮断時の熱衝撃によって生ずる微細亀裂の発生
を抑制し、接点面上の磁場分布の乱れおよび磁場の強さ
の低下を防止することは同様である。

なお上述したさい断電流値を１アンペア以下に抑制する
ことをり効果的に達成するためには、Ａ９−ＷＣ合金中
のＷＣの粒径は３卯以下、特に好ましくは１　ｍｌ以下
にすることが得策である。これは主として接点組織の大
きさが、カソードスボッ１〜径の大きさと比較し十分小
さくなった結果によるばらつき幅の減少効果によるもの
で、第２実施例による電極構造による効果を有効的に発
揮するために、極めてイｊ益な技術であって両者の相乗
効果は顕著でおる。

［発明の効果］ 本発明は、以上のように構成されているから、低ざい断
時性の改善と軸方向磁界分布の均一化および強化により
、低サージ性能と大電流遮断性能＝　１９− を併せ有する電極構造を備えた真空バルブを提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の可動側電極を示す平面図、
第２図は第１図の一部を切断して示す側面図、第３図は
本発明の一実施例のコイル電極の第１段コイルおよび第
２段コイルの平面図、第４図は第１段コイルと第２段コ
イルを組合わせた場合の平面図、第５図は本発明の電極
と従来形の４分割形縦磁界電極の軸方向磁束密度分布の
相対比較を坦ずグラフ、第６図は本発明の他の実施例の
可動電極を示す平面図、第７図は第１図の一部を切断し
て示す側面図、第８図は従来の真空バルブの構成を示す
断面図、第９図は従来の真空バルブの電極を示す平面図
、第１０図は第９図のＡ−０−Ａ線に沿って切断し矢印
方向に児た断面図である。 ４・・・真空容器 ２０、３０・・・可動側電極 ２１・・・電極体 ２２・・・円形凹部 ２３、３１・・・Ａ９−ＷＣ接点 ２４・・・第１段コイル ２５・・・第２段コイル ２６・・・スリット ３２・・・Ｃ匡−Ｃｉ接点 （８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名） 第３図 第１図 第２図 察４図 Ａ なケ　　　＾　　　Ｃτツ 矛？凶 −テ面６

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁円筒の両端開口部をそれぞれ端板で気密封着
   して形成した真空容器の内部に、接離自在に配置した一
   対の電極を有する真空バルブにおいて、銀タングステン
   カーバイトからなる円板形の、その対向面上中央部にそ
   の周辺部よりも１ないし２ミリメートル以下低い凹部を
   設け、かつ電極半径の７０％以上で４本以上の半径方向
   のスリットを設けた接点部および電極体を有し、前記電
   極体裏面と通電軸端部にそれぞれ中心から半径方向に伸
   びる直線分流部をｎ本等配し、その先端から前記接点部
   の外径と等しいかまたはそれよりも大きい外径の円弧状
   のコイル部を有し、このコイル部の他端を電気的に接続
   し、等価的に全電流値の１／ｎの電流が２ターンの円周
   方向電流を得るようにし、かつ前記直線分流部が重なり
   合わないように配置されたコイル電極を流れる電流によ
   り電極間空間に一様な軸方向磁界を発生する縦磁界電極
   を有することを特徴とする真空バルブ。
2. （２）絶縁円筒の両端開口部をそれぞれ端板で気密封着
   して形成した真空容器の内部に、接離自在に配設した一
   対の電極を有する真空バルブにおいて、銀タングステン
   ハーバイトからなる円板形の第１の接点と、その対向面
   上中央部にその周辺部よりも１ないし２ミリメートル以
   下低くかつ電極半径の約１／２の半径の銅クロムからな
   る第２の接点を設け、かつ電極半径の７０％以上で４本
   以上の半径方向のスリットを設けた接点部および電極体
   を有し、前記電極体裏面と通電軸端部にそれぞれ中心か
   ら半径方向に伸びる直線分流部をｎ本等配し、その先端
   から前記接点部の外径と等しいかまたはそれよりも大き
   い外径の円弧状のコイル部を有し、このコイル部の他端
   を電気的に接続し、等価的に全電流値の１／ｎの電流が
   ２ターンの円周方向電流を得るようにし、かつ前記直線
   分流部が重なり合わないように配置されたコイル電極を
   流れる電流により電極間空間に一様な軸方向磁界を発生
   する縦磁界電極を有することを特徴とする真空バルブ。