JPH056779B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、真空インタラブタに係り、特に磁気
駆動形に電極を備えた真空インタラブタに関す
る。 従来技術 真空インタラブタの磁気駆動形の電極は、アー
クを含む電流通路を往復ループ状にすることによ
つて生ずる磁界とアーク電流との相互作用によ
り、アークを駆動し、アークの局部停滞を防ぎ電
流しや断能力の向上を図るもので、一般に、第１
図に示すように、真空容器（図示省略）内に相対
的に接近離反自在に導入した１対の電極棒１（図
においては一方のみ示す）の内端部に固着される
スパイラル状またはスクリユー状等の複数のアー
クペダルを有するアーク駆動部２と、このアーク
駆動部２の中央に突設もしくはその中央を穿節し
て設けられるリング状またはボタン状の接触部３
とから構成されている。 ところが、真空インタラブタの電極は、 (1) 電流しや断能力が高いこと、 (2) 耐電圧特性が優れていること、 (3) 耐溶着性が良好なこと 等の条件を満たすことが必要とされている。 しかして、従来の磁気駆動形の電極において
は、そのアーク駆動部２は、上記諸条件を概ね満
足するものとし銅を単一材料として形成されてい
る。 ところが、銅の引張強度が約20Kgｆ／mm²と小さ
いことから、アーク駆動部２は、投入、しや断時
の衝撃および大電流アークの電磁力によつて生ず
る衝撃等により変形防止のため、その軸方向（第
１図における上下方向）の寸法（厚さ）および重
量の増大を招来している。 また、銅の引張強度が小さいことから、磁気駆
動力を増大すべくアークペダルの長さを大きくす
ることができず、電流しや断能力の停滞をもたら
している。 さらに、銅は軟らかくかつその蒸気圧および融
点が他の元素、たとえばタングステンとビスマス
のほぼ中間の値であることから、大電流アークの
場合には、アークペダルの過度の溶融によりその
消耗が大となる問題がある。 発明の目的 本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、小形、軽量にして
かつ電流しや断能力および耐久性を向上し得る磁
気駆動形の電極を備えた真空インタラブタを提供
するにある。 発明の構成 本発明は、上記目的を達成するため、真空容器
内に１対の電極棒を相対的に接近離反自在に導入
するとするとともに、各電極棒の内端部に接触部
とアーク駆動部とからなる磁気駆動形の電極をそ
れぞれ固着してなる真空インタラブタにおいて、
前記各電極における少なくともアーク駆動部を20
〜70重量％の銅、５〜40重量％のクロムおよび５
〜40重量％の鉄の複合金属により形成したもので
ある。 実施例 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。 第２図は本発明の一実施例を示す真空インタラ
ブタの縦断面図で、この真空インタラブタは、真
空容器４内に１対の電極棒５，５を相対的に接近
離反自在に導入するとともに、各電極棒５，５の
内端部に磁気駆動形の電極６，６をそれぞれ固着
して概略構成されている。 すなわち、真空容器４は、ガラスまたはセラミ
ツクスからなる円筒状の２本の絶縁筒７，７を両
端に固着したFe−Ni−Co合金、Fe−Ni合金等か
らなる薄肉円環状の封着金具８，８、…の一方を
介し接合して１本の絶縁筒とするとともに、その
両端開口端を他方の封着金具８，８を介し円板状
の金属端板９，９により閉塞し、かつ内部を高真
空（たとえば５×10^-5Torr以下の圧力）に排気
して形成されている。そして、真空容器４内に
は、前記各電極棒５がそれぞれの金属端板９の中
央から真空容器４の気密性を保持して相対的に接
近離反自在に導入されている。 なお、電極棒５の一方（第２図において上方）
は、一方の金属端板９気密に挿着されているもの
であり、他方は金属ベローズ１０を介し真空容器
４の気密性を保持して他方の金属端板９を軸方向
（第２図において上下方向）へ移動自在に挿通さ
れているものである。また、第２図において１１
および１２は軸シールおよびベローズシールド、
１３は主シールド、１４は補助シールドである。 前記各電極棒５の内端部には、第３図に示すよ
うに、電極棒５の直径より適宜大径の円板状にし
てかつ銅の如く高導電率の材料からなる取付ベー
ス１５が、その一方（第３図において下方）の面
に形成した凹部１６を介しろう付により嵌着され
ている。 取付ベース１５の他方の面には、一方の面の凹
部１６より適宜大径の凹部１７が形成されてお
り、この凹部１７には、取付ベース１５の直径よ
り適宜大径の薄肉円板状に形成されるとともに、
アークを磁気駆動すべくその周辺から中央付近ま
でスパイラル状の複数のスリツト１８を切込むこ
とにより、周辺にスパイラル状の複数のアークペ
ダルを有するアーク駆動部６ａが、その一方の面
の中央に突設した突出部を介しろう付により嵌着
されている。このアーク駆動部６ａは、後述する
接触部６ｂと相俟つて磁気駆動形の電極６を形成
するものである。 アーク駆動部６ａの対向面となる他方の面の中
央には、電極棒５の直径より適宜大径の円形の凹
部１９が形成されており、この凹部１９には、リ
ング状の接触部６ｂがアーク駆動部６ａの対向面
から突出してろう付により固着されている。 前記アーク駆動部６ａは、20〜70重量％の銅
と、５〜40重量％のクロムと、５〜40重量％の鉄
とからなる複合金属により形成されており、この
成分および組成範囲の複合金属は、５〜30％の導
電率（IACS％）、30Kgｆ／mm²以上の引張強度およ
び100〜170Hv（１Kg）の硬度を有するものであ
る。 また、接触部６ｂは、従来のCu−Bi合金（た
とえばCu−0.5Bi合金）またはCu−Ｗ合金（たと
えば20Cu−80W合金）からなるものである。 なお、アーク駆動部６ａを形成する複合金属は
以下に述べる各種の方法により製造されるもので
ある。 (1) −100メツシユのクロム粉末と−100メツシユ
の鉄粉末とを所定量混合し、この混合粉末をク
ロム、鉄および銅と反応しない材料（たとえば
アルミナ）からなる容器に入るとともにその上
に所定量の銅のブロツクを載置し、真空中（５
×10^-5Torr）においてまず1000℃で10分間加
熱して脱ガスするとともにクロムと鉄とからな
る多孔質の基材を形成し、ついで銅の融点
（1083℃）以上の温度の1100℃で10分間加熱し
て銅を多孔質の基材に溶浸して行なう。 (2) クロムと鉄を粉末にし、これらを所定量混合
するとともに、この混合粉末をアルミナ等から
なる容器に入れ、かつ非酸化性雰囲気中（たと
えば真空中、水素ガス中、窒素ガス中またはア
ルゴンガス中等）において、各金属の融点以下
の温度（たとえば粉末上に銅材をあらかじめ載
置している場合には銅の融点以下、また銅材を
あらかじめ載置していない場合には融点以下）
にて加熱保持（たとえば600〜1000℃で５〜60
分間程度）して多孔質は基材を形成し、しかる
後に上記雰囲気中において銅の融点以上に加熱
保持（たとえば1100℃で５〜20分間程度）して
この基材に銅を溶浸し一体結合して行なう。 (3) 銅、クロムおよび鉄の各金属を粉末にし、各
金属を所定量混合するとともに、この混合粉末
をブレス成型して混合素体を成型し、しかる後
にこの混合素体を非酸化性雰囲気中において銅
の融点以下（たとえば1000℃）または銅の融点
以上でかつ他の金属の融点以下（たとえば1100
℃）の温度に加熱保持（５〜60分間程度）し各
金属粉末粒子を一体結合して行なう。 ここに、金属粉末の粒径は、−100メツシユ
（149μｍ以下）に限定されるものではなく、−60
メツシユ（250μｍ以下）であればよい。ただ粒
径が60メツシユより大きくなると、各金属粉末粒
子を拡散結合させる場合、拡散距離の増大に伴つ
て加熱温度を高くしたりまたは加熱時間を長くし
たりすることが必要となり、生産性が低下するこ
ととなる。一方粒径の上限が低下するにしたがつ
て均一な混合（各金属粉末粒子の均一な分散）が
困難となり、また酸化しやすいためその取扱いが
面倒であるとともにその使用に際して前処理を必
要とする等の問題があるので、おのづと限界があ
り、粒径の上限は、種々の条件のもとに選定され
るものである。 また、上述した製造方法２，３のいずれにあつ
ても非酸化性雰囲気としては、真空雰囲気の方が
加熱保持の際に脱ガスを同時に行なえる利点があ
つて好適である。しかし、真空雰囲気中以外の非
酸化性雰囲気中で製造した場合であつても真空イ
ンタラブタの電極としては性能上差異はないもの
である。 次に、製造方法１により製造した成分組成
（50重量％の銅、10重量％のクロムおよび40重量
％の鉄からなる）、成分組成（50重量％の銅、
25重量％のクロムおよび25重量％の鉄からなる）
および成分組成（50重量％の銅、40重量％のク
ロムおよび10重量％の鉄からなる）の複合金属の
組織状態は、それぞれ第４図Ａ〜Ｄ、第５図Ａ〜
Ｄおよび第６図Ａ〜Ｄに示すＸ線写真のようにな
つた。 すなわち第４図Ａ、第５図Ａおよび第６図Ａの
Ｘ線写真は、二次電子像であり、また各図ＢのＸ
線写真は、クロムCrの分散状態を示す特性Ｘ線
像で、島状に点在する灰色の部分がクロムであ
る。さらに各図ＣのＸ線写真は、鉄Feの分散状
態をを示す特性Ｘ線像で、島状に点在する白い部
分が鉄である。また各図ＤのＸ線写真は、銅Cu
の分散状態を示す特性Ｘ線像で、白い部分が銅で
ある。 したがつて、クロムと鉄の粒子は、相互に拡散
結合して多孔質の基材を形成しており、しかもこ
の基材の孔（空隙）に銅が溶浸されて強固に結合
した複合金属となつていることが判る。 また、アーク駆動部６ａを形成する成分組
成、成分組成および成分組成の複合金属の諸
特性の試験結果は、以下に述べるようになつた。 (1)導電率（IACS％） ８〜10％ (2)引張強さ 銅の引張強度約20Kgｆ／mm²より強い30Kgｆ／mm²
を示した。 (3)硬度 100〜170Hv（１Kg）の範囲にあり、銅の約
40Hv（１Kg）に比較して十分硬いものであつた。 (4)絶縁耐力 直径100ｍ／ｍ、厚さ6.5ｍ／ｍの周辺を丸くし
た１対の円板を、５×10^-5Torrの圧力内で３
ｍ／ｍのギヤツプで対向して衝撃波耐電圧試験を
行なつたところ、±120kvの絶縁耐力を示した。 さらに、アーク駆動部６ａを成分組成の複合
金属により、８枚のアークペダルを有する直100
ｍ／ｍに形成するとともに、接触部６ｂを20Cu
−80W合金またはCu−0.5Bi合金により、内径30
ｍ／ｍ、外径60ｍ／ｍのリング状に形成して第３
図に示す電極６を構成し、この１対の電極６を組
込んで第２図に示す真空インタラブタとして行な
つた電流しや断能力と絶縁耐力の検証結果は、同
じ条件で検証し従来のものの結果を併記する下表
のようになつた。

【表】 なお、電流しや断能力は、しや断速度1.2〜1.5
ｍ／Ｓにして、定格電圧12kv（再起電圧21kv、
JEC−181）および定格電圧84kv（（再起電圧
143kv、JEC−181）のしや断試験により、また、
絶縁耐力は、ギヤツプを30ｍ／ｍに保持し衝撃波
を印加する衝撃波耐電圧試験によつた。 また、アーク駆動部６ａを成分組成および
成分組成の複合金属により形成したものも、成
分組成の複合金属により形成したものと同様の値
を示した。 しかしながら、アーク駆動部６ａを形成する複
合金属の成分組成範囲が、銅が20〜70重量％、ク
ロムが５〜40重量％、鉄が５〜40重量％の範囲以
外の場合には、各成分元素の利点が活きず、電流
しや断能力、絶縁耐力、機械的強度等の低下が著
しいものであつた。 すなわち、銅が20重量％より少ない場合には、
電流しや断能力が著しく低下し、一方70重量％を
超える場合には、機械的強度および絶縁耐力が著
しく低下した。また、クロムが５重量％より少な
い場合には、絶縁耐力が著しく低下し、一方40重
量％を超える場合には、機械的強度が著しく低下
した。さらに、鉄が５重量％より少ない場合に
は、機械的強度が著しく低下し、一方40重量％を
超える場合には、電流しや断能力が著しく低下し
た。 第７図は本発明の他実施例を示す真空インタラ
ブタの電極６の縦断面図で、この電極６は、前述
した実施例のものが、アーク駆動部６ａの中央に
このアーク駆動部６ａとは異なる材料により形成
したリング状の接触部６ｂを突設したものである
のに対し、導電率20〜30％にしてかつ20〜70重量
％の銅、５〜40重量％のクロムおよび５〜40重量
％複合金属によりアーク駆動部６ａを形成すると
ともに、このアーク駆動部６ａの対向面に、その
中央を電極棒５の直径とほぼ同径の円形の凹状に
穿設することにより、平坦なリング状の接触部６
ｂを形成し、アーク駆動部６ａと接触部６ｂとを
同一材料により一体形成したものであり、前述し
た実施例のものと同様の効果わ奏するものであ
る。 なお、上記成分組成範囲の複合金属の導電率は
クロムと鉄からなる多孔質の基材に対する銅の溶
浸時における加熱保持時間の長短により変化する
ものである。 発明の効果 以上の如く本発明によれば、電極における少な
くともアーク駆動部を、20〜70重量％の銅と５〜
40重量％のクロムと、５〜40重量％の鉄とからな
る複合金属により形成したので、アーク駆動部を
銅により形成した従来のものに比し、 (1) 引張強度が大幅に向上し、その厚さおよび重
量を著しく低減することができる。 (2) また、引張強度の向上に伴い、アークペダル
の外径を変えることなくその長さ大きくして磁
気駆動力を大幅に高めることができる。 (3) さらに、硬度が高く、かつ各成分が均一に分
散されており、アークペダルの過度の溶融を防
止でき、その消耗を大幅に低減できる。 等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気駆動形の電極の縦断面図、
第２図は本発明の一実施例を示す真空インタラブ
タの縦断面図で、第３図はその電極の縦断面図、
第４図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、第５図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、
および第６図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれアーク駆
動部を形成する複合金属の異なる組成の組織状態
を示すＸ線写真、第７図は本発明の他実施例を示
す真空インタラブタの電極の縦断面図である。 ４……真空容器、５……電極棒、６……電極、
６ａ……アーク駆動部、６ｂ……接触部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器内に１対の電極棒を相対的に接近離
   反自在に導入するとともに、各電極棒の内端部に
   接触部とアーク駆動部とからなる磁気駆動形の電
   極をそれぞれ固着してなる真空インタラブタにお
   いて、前記各電極における少なくともアーク駆動
   部を20〜70重量％の銅、５〜40重量％のクロムお
   よび５〜40重量％の鉄の複合金属ににより形成し
   たことを特徴とする真空インタラブタ。