JPH1083746A

JPH1083746A - 真空バルブ用電極及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1083746A
Application number: JP8234924A
Authority: JP
Inventors: Isao Okutomi; 功奥富; Atsushi Yamamoto; 敦史山本; Keisei Seki; 経世関; Takashi Kusano; 貴史草野
Original assignee: SHIBAFU ENG KK; Toshiba Corp
Current assignee: SHIBAFU ENG KK; Toshiba Corp
Priority date: 1996-09-05
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、優れた大電流遮断特性と裁断特性
を兼備させることを目的とする。【解決手段】大電流遮断用電極の中央部に配置した小
電流遮断用接点は直径が一定値以上の円盤状で中央部に
凸部等をなす接触部を形成し、大電流遮断用電極は小電
流遮断用接点の２倍以上の直径を有し、小電流遮断用接
点材料及び大電流遮断用電極材料の両アーク電圧は略同
等あるいは両アーク電圧の差は小電流遮断用接点材料の
方が一定値より高いことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低裁断特性及び大
電流遮断特性を兼備した真空バルブ用電極及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空中でのアーク拡散性を利用して高真
空中で電流遮断を行わせる真空バルブの大電流遮断特性
は、一般に接点材料と電極構造によって決まる。接点材
料は、その用途に応じて多種多様なものがあるが、大電
流遮断特性に優れた接点材料としては、Ｃｕ−Ｃｒ接点
が最も広く用いられている。一方、低サージ性とある程
度の大電流遮断特性を兼備した真空バルブでは、Ａｇ−
ＷＣ系の接点材料が一般的である。また、電極構造とし
ては、バルブの軸方向に磁界を発生し、アークを安定化
することにより電極全体にアークを広げる縦磁界方式電
極がよく知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】アークは、電流値が増
大するにしたがって集中していく傾向がある。また、ア
ークからの熱入力の集中は、接点材料の局部的な溶融と
過度な蒸発を引き起こし、よりアークを集中させ易い状
況を生み出す。このようなアークの集中現象は、Ｃｕ−
Ｃｒを接点とし、縦磁界方式の電極構造を採用すること
によってより高い電流まで回避することができるが、こ
の組み合わせをもってしても、ある電流値を超えると、
やはりアークが集中してしまう。また、低サージ性とあ
る程度の遮断性能を有する真空バルブの場合、接点開極
時に、アークが接点表面に与える局部的な熱入力が過大
なため、この部分の熱電子放出及び溶融物の放出が激し
く、遮断電流値がある程度大きくなると遮断不能とな
る。

【０００４】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
優れた大電流遮断特性と裁断特性を兼備した真空バルブ
用電極及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の真空バルブ用電極は、大電流遮断能
力を有する大電流遮断用電極の中央部に低裁断特性を有
する小電流遮断用接点を配置した真空バルブ用電極であ
って、前記小電流遮断用接点は直径が一定値以上の円盤
状で中央部に凸もしくは略球面の一部をなす接触部を形
成し、前記大電流遮断用電極は前記小電流遮断用接点に
対し２倍以上の直径を有し、前記小電流遮断用接点材料
及び前記大電流遮断用電極材料を高真空中においてそれ
ぞれ単独で一定電流で放電させたときの両アーク電圧は
略同等あるいは当該両アーク電圧の差は前記小電流遮断
用接点材料の方が一定値より高いことを要旨とする。こ
の構成により、小電流遮断時には、接触部で点弧したア
ーク陰極点が小電流遮断用接点上で消弧する。この結
果、良好な低裁断特性が得られる。大電流遮断時には、
小電流遮断用接点の接触部で点弧したアークが、大電流
遮断用電極上に移行する。この結果、十分な大電流遮断
特性が得られる。

【０００６】請求項２記載の真空バルブ用電極は、上記
請求項１記載の真空バルブ用電極において、前記小電流
遮断用接点は、直径が２０mm以上で、前記接触部の最外
周部から円盤状周端部までの最短距離が１０mm以上であ
り、前記小電流遮断用接点材料及び前記大電流遮断用電
極材料を高真空中においてそれぞれ単独で１０ｋＡで放
電させたときの前記両アーク電圧の差は前記小電流遮断
用接点材料の方が−５Ｖよりもプラス側にあることを要
旨とする。この構成により、小電流遮断用接点は、直径
が２０mm以上で、接触部の最外周部から円盤状周端部ま
での最短距離が１０mm以上とすることで、小電流遮断時
に、アーク陰極点が確実に小電流遮断用接点上で消弧す
る。小電流遮断用接点材料と大電流遮断用電極材料のア
ーク電圧の差が略同等あるいは大電流遮断用電極材料の
方が低ければ、大電流遮断時に小電流遮断用接点側で点
弧したアークが大電流遮断用電極上に確実に移行する。
小電流遮断用接点材料と大電流遮断用電極材料のアーク
電圧の差が、小電流遮断用接点材料の方が−５Ｖを超え
て低くなるとアークが大電流遮断用電極側に移行しない
おそれがある。

【０００７】請求項３記載の真空バルブ用電極は、上記
請求項１又は２記載の真空バルブ用電極において、前記
大電流遮断用電極は、表面から少くとも５００μｍの範
囲の組成を４０〜９０体積％のＣｕ及び１０〜６０体積
％のＣｒで構成してなることを要旨とする。この構成に
より、大電流遮断用電極は、耐弧成分として１０〜６０
体積％のＣｒを含有するＣｕ−Ｃｒ材料を用いることで
大電流遮断能力が付与される。大電流遮断用電極がアー
ク放電に関与するのは、表面部の数百μｍであり、表面
から５００μｍの範囲が上記組成となっていれば、十分
な大電流遮断能力が得られる。

【０００８】請求項４記載の真空バルブ用電極は、上記
請求項１又は２記載の真空バルブ用電極において、前記
大電流遮断用電極は、表面から少くとも５００μｍの範
囲の組成を４０〜９０体積％のＣｕ、１０〜６０体積％
のＣｒ及び３体積％以下のＩｎ，Ｓｎの少くとも何れか
で構成してなることを要旨とする。この構成により、Ｃ
ｕ−Ｃｒ材料だけでは、アーク電圧が所要値まで低くな
らない場合があるので、３体積％以下のＩｎ，Ｓｎの少
くとも何れかを添加することで、大電流遮断能力を低下
させることなく、アーク電圧を低減することが可能とな
る。

【０００９】請求項５記載の真空バルブ用電極は、上記
請求項１，２，３又は４記載の真空バルブ用電極におい
て、前記小電流遮断用接点は、耐弧成分である４５〜６
０体積％のＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの少くとも何れかと、
残部が導電成分であるＣｕとで構成してなることを要旨
とする。この構成により、小電流遮断用接点は、耐弧成
分として４５〜６０体積％のＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの少
くとも何れかを含有させることで、低裁断特性に優れ、
且つアーク電圧を所要値まで高めることが可能となる。

【００１０】請求項６記載の真空バルブ用電極は、上記
請求項１，２，３又は４記載の真空バルブ用電極におい
て、前記小電流遮断用接点は、耐弧成分である４５〜６
０体積％のＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの少くとも何れかと、
残部が導電成分であるＣｕと３体積％以下のＩｎ，Ｓｎ
の少くとも何れかとで構成してなることを要旨とする。
この構成により、小電流遮断用接点は、３体積％以下の
Ｉｎ，Ｓｎの少くとも何れかを含有させることで、アー
ク電圧が高められて、アークを大電流遮断用電極側に移
行しやすくすることが可能となる。Ｉｎ，Ｓｎの含有量
が３体積％を超えると体積抵抗率が増えて遮断特性が不
良となる。

【００１１】請求項７記載の真空バルブ用電極は、上記
請求項１，２，３又は４記載の真空バルブ用電極におい
て、前記小電流遮断用接点は、耐弧成分である４５〜６
０体積％のＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの少くとも何れかと、
残部が導電成分であるＣｕとＴｅ，Ｓｅ，Ｂｉの少くと
も何れかからなる高蒸気圧成分とで構成し、該高蒸気圧
成分の占める割合が、Ｔｅの場合５体積％以下、Ｓｅの
場合０．２体積％以下、Ｂｉの場合６．５体積％以下で
あることを要旨とする。この構成により、Ｔｅ，Ｓｅ，
Ｂｉの少くとも何れかを上記所要量添加することで、遮
断特性を低下させることなく、目的とするレベルの裁断
電流値を得ることが可能となる。

【００１２】請求項８記載の真空バルブ用電極は、上記
請求項１乃至７の何れかに記載の真空バルブ用電極にお
いて、電流により生じる電極軸方向磁界の電極径方向の
分布が、前記小電流遮断用接点中央部では、当該小電流
遮断用接点周端部と前記大電流遮断用電極周端部間の中
央位置における磁界強度の１／１０以下としてなること
を要旨とする。この構成により、小電流遮断用接点にの
みアークが点弧した場合、小電流遮断用接点中央部の磁
界強度が低いためアーク電圧が高くなるので、アークが
磁界強度の強い大電流遮断用電極に速やかに移動する。
この結果、小電流遮断用接点部分からの過剰な熱電子放
出が抑制されて一層の遮断特性の向上が得られる。

【００１３】請求項９記載の真空バルブ用電極の製造方
法は、相対密度がそれぞれ４５〜６０体積％に焼結した
ＣｒスケルトンとＷＣスケルトンを重ね、これに純Ｃｕ
あるいは３体積％以下のＩｎ，Ｓｎの少くとも何れかが
添加されたＣｕを溶浸することにより請求項１乃至６の
何れかに記載の真空バルブ用電極を製造することを要旨
とする。この構成により、Ｃｒを耐弧成分として純Ｃｕ
あるいは３体積％以下のＩｎ，Ｓｎの少くとも何れかが
添加されたＣｕを導電成分とした大電流遮断用電極と、
ＷＣを耐弧成分とし純Ｃｕあるいは３体積％以下のＩ
ｎ，Ｓｎの少くとも何れかが添加されたＣｕを導電成分
とした小電流遮断用接点とを備えた真空バルブ用電極を
簡便に製造することが可能となる。

【００１４】請求項１０記載の真空バルブ用電極の製造
方法は、上記請求項９記載の真空バルブ用電極の製造方
法において、前記ＣｒスケルトンとＷＣスケルトンを重
ねて前記溶浸処理をする直前に、Ｃｕの融点より５〜２
００℃低い温度において０．５〜５時間保持することを
要旨とする。この構成により、ＣｒスケルトンとＷＣス
ケルトンの密着性が高められて、大電流遮断用電極の中
央部に小電流遮断用接点を配置した構成の真空バルブ用
電極がより良く製造される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明者らは、研究開発を進めた
結果、大電流遮断能力に優れた大電流遮断用電極上に、
この電極より高いアーク電圧を有し、低裁断特性に優れ
た小電流遮断用接点を配置することにより、この発明の
目的達成に有効であるとの知見を得て、この発明を完成
するに至った。

【００１６】まず、図１及び図２を用いて、本実施の形
態の真空バルブ用電極が適用される真空バルブの構成例
を説明する。同図において、１は遮断室であり、遮断室
１は、絶縁材料によりほぼ円筒状に形成された絶縁容器
２と、その両端に封止金具３ａ，３ｂを介して設けた金
属製の蓋体４ａ，４ｂとで真空気密に構成されている。
遮断室１内には、電極棒５，６の対向する端部に取り付
けられた大電流遮断能力を有する１対の大電流遮断用電
極が配設され、上部の電極は固定大電流遮断用電極７、
下部の電極は可動大電流遮断用電極８となっている。可
動大電流遮断用電極８の電極棒６にはベローズ９が取り
付けられ、電極棒６を、遮断室１内を真空気密に保持し
ながら、その軸方向に移動可能にしている。ベローズ９
の上部には、金属製のアークシールド１０が設けられ、
ベローズ９がアーク蒸気で覆われるのを防止している。
また、遮断室１内には、固定大電流遮断用電極７及び可
動大電流遮断用電極８を覆うように金属製のアークシー
ルド１１が設けられ、絶縁容器２がアーク蒸気で覆われ
るのを防止している。可動大電流遮断用電極８は、ロウ
付けによって電極棒６に固定されるか、又はかしめによ
って圧着接続されている。同様に、固定大電流遮断用電
極７は、ロウ付けによって電極棒５に固定されるか、又
はかしめによって圧着接続されている。そして、可動大
電流遮断用電極８の中央部に低裁断特性を有する可動小
電流遮断用接点１３ａが固着され、固定大電流遮断用電
極７の中央部に、同様に低裁断特性を有する固定小電流
遮断用接点１３ｂが固着されている。図２に示すよう
に、本実施の形態の真空バルブ用電極では、縦磁界型電
極を使用している。

【００１７】次に、本実施の形態の真空バルブ用電極を
順に説明する。本発明の第１の実施の形態では、低裁断
特性を有する小電流遮断用接点を大電流遮断能力を有す
る大電流遮断用電極の中央部に配置した真空バルブ用電
極において、小電流遮断用接点は、直径２０mm以上の円
盤状で、中央部が凸もしくは表面が球面となっており、
その接触部の最外周部から端部までの最短距離が１０mm
以上であり、大電流遮断用電極は、小電流遮断用接点に
対して２倍以上の直径を有し、高真空中において単独に
用いた場合の１０ｋＡアーク放電時における小電流遮断
用接点材料のアーク電圧が、同条件で接点として単独で
用いた場合の大電流遮断用電極材料のアーク電圧より５
Ｖ以上低くないようになっている。小電流遮断時には、
アーク陰極点は陽極との接触部で点弧し、陰極接点、即
ち小電流遮断用接点上で消弧する。このとき、アークが
小電流遮断用接点の端部で点弧したり、小電流遮断用接
点の接点径が小さすぎると、陰極点が大電流遮断用電極
に移行してしまう可能性が生じるので、小電流遮断用接
点は、互いにその中央部で接触するように中央部が周辺
部より０．５mm以上凸となっている必要があり、また、
その直径は、最低１０mmは必要となる。大電流遮断時に
は、アークは同様に、小電流遮断用接点中央部で点弧す
るが、縦磁界等の電極構造を採用すれば、電流増大によ
りアークは、アーク集中によるアーク電圧の増加を緩和
するためアーク電圧が略同等あるいは低い大電流遮断用
電極上に移行するので、十分な大電流遮断特性が確保で
きる。

【００１８】本発明の第２の実施の形態を説明する。大
電流遮断用電極は、少なくとも極間側の表面から約５０
０μｍが４０〜９０ｖｏｌ％のＣｕ、１０〜６０ｖｏｌ
％のＣｒ及び場合によってはこれらに３ｖｏｌ％以下の
Ｉｎ，Ｓｎの何れかあるいはその組み合わせよりなるア
ーク電圧低減成分で構成されている。大電流遮断用電極
には、このように、Ｃｕ−Ｃｒを基材とした電極を用い
るが、Ｃｕ−Ｃｒはアーク電圧が十分低くないので、こ
れにＩｎあるいはＳｎを添加することにより、その大電
流遮断能力を低下させることなくアーク電圧を低減す
る。

【００１９】本発明の第３の実施の形態を説明する。一
方、小電流遮断用接点は、導電成分であるＣｕと、Ｗ
Ｃ，ＴｉＣ，ＨｆＣの何れかあるいはその組み合わせか
らなる耐弧成分で構成され、耐弧成分が接点全体の４５
〜６０ｖｏｌ％を占め、残部が純Ｃｕ又は３ｖｏｌ％以
下のＩｎ，Ｓｎあるいはその組み合わせからなる成分を
含むＣｕであるか、あるいは残部が純Ｃｕ及び高蒸気圧
成分で構成され、高蒸気圧成分が占める割合が、Ｔｅの
場合５ｖｏｌ％以下、Ｓｅの場合０．２ｖｏｌ％以下、
Ｂｉの場合６．５ｖｏｌ％以下とする。小電流遮断用接
点には、裁断特性に優れ、且つ低裁断特性を有する接点
として、このようにアーク電圧が比較的高いＣｕ−Ｗ
Ｃ，Ｃｕ−ＴｉあるいはＣｕ−ＨｆＣ等を用い、目的と
する裁断特性のレベルによっては、これらにＴｅ，Ｓｅ
及びＢｉを添加する。

【００２０】本発明の第４の実施の形態を説明する。電
極を流れる電流により電極軸方向に磁界が生じ、その電
極径方向の磁界分布が、小電流遮断用接点中央部では接
点端部と電極端部の中央位置における磁界強度の１／１
０以下となるようにする。これにより、小電流遮断用接
点と大電流遮断用電極間のアーク電圧の差異がより拡大
し、大電流遮断時に速やかにアークが大電流遮断用電極
に移行してより一層の大電流遮断特性の向上が得られ
る。また、小電流遮断用接点のアーク損傷を軽減するこ
とができる。

【００２１】なお、接点及び電極のアーク放電に関与す
るのは、数百μｍであり、使用条件によっては表面５０
０μｍが上述のような所要組成となっていれば十分であ
る場合もあり、必ずしも、電極全体が均一な組成である
必要はない。

【００２２】本発明の電極の製造方法の実施の形態を説
明する。相対密度がそれぞれ４５〜６０％に焼結したＣ
ｒスケルトンとＷＣスケルトンを重ね、これに３ｖｏｌ
％以下のＩｎ，Ｓｎの何れかあるいはその組み合わせか
らなる成分が添加されたＣｕを溶浸する方法が最も簡便
である。さらに、この溶浸の直前にＣｕの融点より５０
〜２００℃低い温度において、０．５〜５時間保持する
ことにより、ＷＣスケルトンとＣｒスケルトンの密着性
を高めることが可能となる。

【００２３】

【実施例】表１及び表２を用いて本発明の実施例を説明
する。

【００２４】試験方法；各実施例のデータを得た評価方
法及び評価条件について述べる。遮断特性と裁断特性の
兼備を目的としているので、電気的特性評価は、遮断特
性、裁断特性について評価した。

【００２５】大電流遮断特性；遮断試験をＪＥＣ規格
の５号試験により行い、これにより遮断特性を評価し、
実施例１の遮断電流値との相対値で示した。

【００２６】電流裁断特性；各接点を取り付けて１０
^-5Ｐａ．以下に排気した組立て式バルブを製作し、この
装置を０．８ｍ／秒の開極速度で開極させ遅れ小電流を
遮断した時の裁断電流を測定した。遮断電流は、２０Ａ
（実効値）、５０Ｈｚとした。開極位相はランダムに行
い、５００回遮断されたときの裁断電流を接点数３個に
つき測定し、その最大値を表２に示した。なお、数値
は、実施例１の裁断電流値の最大値を１．０としたとき
の相対値で示した。

【００２７】電極及び接点材料；電極及び接点材料は、
個別に耐弧成分のスケルトンの仮焼結を行った後、補助
成分がＣｕに添加されたＣｕ合金を溶浸した。スケルト
ン空隙を満たす残りの部分が接点と電極で共通のＣｕ合
金である場合には、下から電極スケルトン、接点スケル
トン、Ｃｕ合金の順に同心円状に重ね合わせた状態で、
１０００℃で２時間保持し、電極スケルトンと接点スケ
ルトンを焼結した後、そのまま温度を１１３０℃まで上
昇させて３０分間保持することによりＣｕ合金を溶浸し
た。

【００２８】実施例１、比較例１〜２；接点材料にＣｕ
−５５ｖｏｌ％ＷＣ、電極材料にＣｕ−５５ｖｏｌ％Ｃ
ｒ−１ｖｏｌ％Ｉｎを用い、これらを組み合わせて用い
た実施例１と、この２種類の材料をそれぞれ接点材料と
して単純に用いた比較例１及び２を比較した。また、接
点表面の形状は予め緩やかな球面に加工した接点表面の
中心部、即ち接触部分を接点中心から直径５mmにわたっ
て平坦化し、接触面積を増大させている。ここでは、接
点径（ｒ）と電極径（Ｒ）の比をパラメータとしてい
る。表１，２に示したように、Ｃｕ−５５ｖｏｌ％Ｃｒ
を単純に用いた比較例１では、遮断特性が十分であるも
のの、裁断特性が３と高すぎるため不十分である。一
方、Ｃｕ−５５ｖｏｌ％ＷＣを単独で用いた比較例２で
は、裁断特性は十分であるが、遮断特性が０．５と低過
ぎ、やはり不十分である。これらに対して、実施例１
は、遮断特性はＣｕ−５５ｖｏｌ％Ｃｒ並みに優れ、ま
た、裁断特性は、Ｃｕ−５５ｖｏｌ％ＷＣ並みに優れて
いることがわかる。

【００２９】実施例２、比較例３；接点材料と電極材料
の組み合わせは、どちらも実施例１と同様であるが、実
施例２では、接点の中心を凸とし、接触部を接点中央付
近としているのに対し、比較例３では、接点の中央を凹
とし、接触部を接点端部付近としている。結果として、
実施例２では、実施例１と全く変わることなく優れた裁
断特性及び遮断特性を示したが、比較例３では、裁断特
性（裁断電流値の最大値）がＣｕ−５５ｖｏｌ％Ｃｒと
同等の高い値を示した。これは、消弧する前に陰極点が
電極表面に移動してしまったためである。

【００３０】実施例３〜４、比較例４；接点材料と電極
材料の組み合わせは、何れも実施例２と同様であるが、
接点の中心の凸部、即ち接触部の端から接点端部までの
距離（Ｄ）をパラメータとしている。結果として、この
距離Ｄが１０mm以上の実施例３及び４では、実施例１と
全く変わることなく優れた裁断特性及び遮断特性を示し
たが、距離Ｄが５mmの比較例４では、裁断特性（裁断電
流値の最大値）がＣｕ−５５ｖｏｌ％Ｃｒと同等の高い
値を示した。これは、比較例３と同様に、消弧する前に
陰極点が電極表面に移動してしまったためである。

【００３１】実施例５〜６、比較例５；接点材料と電極
材料の組み合わせは、何れも実施例１と同様である。何
れの場合も、接点の形状は表面が緩やかな凸球面とし、
接触部が接点の中心となるように配慮されている。ここ
では、接点径（ｒ）をパラメータとしている。結果とし
て、接点径ｒが１０mm以上の実施例５及び６では、実施
例１と全く変わることなく優れた裁断特性及び遮断特性
を示したが、接点径ｒが５mmの比較例５では、裁断特性
（裁断電流値の最大値）がＣｕ−５５ｖｏｌ％Ｃｒと同
等の高い値を示した。これは、比較例３及び４と同様
に、消弧する前に陰極点が電極表面に移動してしまった
ためである。

【００３２】実施例７〜８、比較例６；接点材料と電極
材料の組み合わせは、何れも実施例１と同様である。接
点表面の形状は、実施例７と比較例６では、実施例１と
同様な形状としている。ここでは、接点径ｒと電極径Ｒ
の比をパラメータとしている。結果として、Ｒがｒの２
倍以上である実施例７及び８では、実施例１と全く変わ
ることなく優れた裁断特性及び遮断特性を示したが、Ｒ
がｒの２倍に満たない比較例６では、裁断特性は十分で
あるが、遮断特性が０．６と低過ぎ、不十分である。

【００３３】実施例９〜１０、比較例７〜８；接点材料
中に含まれるＷＣ量は、何れも５５ｖｏｌ％であり、比
較例７では、導電成分がＡｇであり、それ以外ではＣｕ
となっている。接点表面の形状は、実施例１と同様であ
る。電極材料中に含まれるＣｒ量は何れも５５ｖｏｌ％
であるが、残部は実施例９、比較例７では純Ｃｕ、実施
例１０、比較例８ではＣｕ以外にそれぞれ３及び４ｖｏ
ｌ％のＩｎを含んでいる。このような接点と電極の材料
組成変化に対応して、接点材料と電極材料をそれぞれ単
独で１０ｋＡで放電させたときのアーク電圧の差（ｄ
Ｖ）が変化する。表１、表２のように接点材料の導電成
分がＡｇの場合、Ｃｕの場合に比べて接点材料側のアー
ク電圧が非常に低く、また、電極材料中のＩｎ量の増大
により、両者のアーク電圧が逆転し、ｄＶ値が増大して
いることがわかる。結果として、ｄＶが−７Ｖの比較例
７では十分な遮断特性が得られず、ｄＶがそれぞれ−５
Ｖ，３Ｖの実施例９及び１０では、良好な遮断特性が得
られた。これは、ｄＶが小さい場合、小電流遮断用接点
から大電流遮断用電極にアークが移行しないためであ
る。比較例８では、アークが電極に移行するものの、Ｉ
ｎの過剰な添加により、電極材料の体積抵抗率が大き
く、温度上昇により、ロウ付け部から接点が脱落したた
め、遮断が不能になった。なお、電極材料に添加するア
ーク電圧低減成分Ｉｎの代わりにＳｎとしても同様な結
果が得られた。

【００３４】実施例１１〜１２、比較例９〜１０；接点
材料中に含まれるＷＣ量を３０〜６０ｖｏｌ％まで変化
させた。その他の接点表面形状及び電極材料組成などの
諸条件は、実施例１と同様である。結果として、この範
囲の接点材料の組成変化では、ｄＶが２〜４．５Ｖの範
囲でしか変化せず、したがってアークは電極まで移行
し、遮断特性は何れも良好である。しかし、ＷＣ量の変
化により、裁断特性は大きく変化し、ＷＣ量が多すぎる
比較例９、少なすぎる比較例１０では、十分な裁断特性
が得られず、ＷＣとＣｕが適度に複合化された実施例１
１及び１２では、良好な裁断特性が得られた。これは、
ＷＣとＣｕの両者の存在比が適性範囲内にない場合に
は、アーク放電維持に必要なイオン量及び熱電子放出量
がより低電流領域まで持続できないためである。

【００３５】実施例１３〜１５、比較例１１〜１２；接
点材料組成及び接点表面形状は、実施例１と同様とし、
電極材料中に含まれるＣｒ量を５〜７０ｖｏｌ％まで変
化させた。結果として、この範囲の電極材料の組成変化
では、ｄＶが０〜４Ｖの範囲でしか変化せず、したがっ
てアークは電極まで移行したが、Ｃｒ量が少なすぎる比
較例１１、多すぎる比較例１２では、電極自体の遮断特
性が低下するため、十分な遮断特性が得られていない。
Ｃｒ量が適性範囲（１０〜６０ｖｏｌ％）にある実施例
１３〜１５では、遮断特性は何れも良好である。これ
は、Ｃｒ量が多すぎると、その融点が高いことから熱電
子放出が過剰となり、また、Ｃｒ量が少なすぎると電極
からの粒子の飛散が激しく絶縁破壊を起こしやすくなる
ためである。

【００３６】実施例１６〜１９、比較例１３〜１４；実
施例１６，１７及び比較例１３では、接点材料中に含ま
れるＷＣ量及び電極材料中に含まれるＣｒ量をそれぞれ
５５ｖｏｌ％で一定とし、残部を同じ組成のＣｕ−Ｉｎ
合金とし、そのＩｎ量をパラメータとして変化させた。
接点表面形状は、実施例１と同様である。結果として、
この範囲の接点材料の組成変化では、Ｉｎ量の増加によ
り、ｄＶが−４Ｖから−２Ｖに狭まり、したがって、ア
ークが電極まで移行しやすくなったため、遮断特性は、
実施例１７の方が実施例１６より若干高い。しかし、Ｉ
ｎ量が多すぎる比較例１３では、体積抵抗率が大き過
ぎ、比較例８と同様に遮断特性が不良である。Ｉｎの代
わりに、Ｓｎを用いた実施例１８，１９及び比較例１４
でも、上記と同様の結果を得た。

【００３７】実施例２０〜２５、比較例１５〜１７；実
施例２０，２１及び比較例１５では、接点材料中に含ま
れるＷＣ量を５５ｖｏｌ％で一定とし、残部をＣｕ−Ｔ
ｅ合金とし、Ｔｅ量を１．５〜６ｖｏｌ％まで変化させ
た。その他の接点表面形状及び電極材料組成などの諸条
件は、実施例１と同様である。結果として、この範囲の
接点材料の組成変化では、ｄＶが２〜−２Ｖの範囲でし
か変化せず、したがって、アークは電極まで移行する
が、Ｔｅの増加により、接点材料からのＴｅの過剰蒸発
により、遮断特性は何れも低下していくため、Ｔｅ量が
過大な比較例１５では、遮断特性は不良となる。しか
し、このＴｅ量の増加により、裁断特性は向上し、実施
例２０より実施例２１の方が低い裁断電流値を示した。
Ｓｅを０．０５〜０．２５ｖｏｌ％の範囲で変化させた
実施例２２，２３、比較例１６及びＢｉを１．０７〜
７．５ｖｏｌ％の範囲で変化させた実施例２４，２５、
比較例１７においても同様であった。

【００３８】以上の実施例及び比較例では、接点材料の
耐弧成分を全てＷＣとしているが、ＷＣの代わりに、Ｔ
ｉＣ，ＨｆＣあるいは、ＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの組み合
わせからなる耐弧成分を用いても同様な効果が得られ
る。

【００３９】実施例２６；接点材料と電極材料の組み合
わせ及び接点表面の形状は何れも実施例１と同様であ
る。上述した実施例及び比較例では、全てアーク放電時
に発生する軸方向磁界強度が電極径方向に均一に分布す
るように設計されているが、実施例２６では、局部的に
逆方向磁界を発生する電極構造の採用により、小電流遮
断用接点中央部における磁界強度が、接点端部と電極端
部の中央部の位置における磁界強度の１／１０以下とな
るように設計されている。結果として、遮断特性が均一
磁界の実施例１の１．３倍まで高められた。これは、接
点間にのみアークが点弧した場合、中央部の磁界強度が
低いため、アーク電圧が高くなるので、磁界強度の強い
大電流遮断用接点にアークが速やかに移動し、小電流遮
断用接点の部分からの過剰な熱電子放出を抑制できるた
めである。

【００４０】

【表１】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の真
空バルブ用電極によれば、大電流遮断能力を有する大電
流遮断用電極の中央部に低裁断特性を有する小電流遮断
用接点を配置した真空バルブ用電極であって、前記小電
流遮断用接点は直径が一定値以上の円盤状で中央部に凸
もしくは略球面の一部をなす接触部を形成し、前記大電
流遮断用電極は前記小電流遮断用接点に対し２倍以上の
直径を有し、前記小電流遮断用接点材料及び前記大電流
遮断用電極材料を高真空中においてそれぞれ単独で一定
電流で放電させたときの両アーク電圧は略同等あるいは
当該両アーク電圧の差は前記小電流遮断用接点材料の方
が一定値より高くしたため、小電流遮断時には、接触部
で点弧したアーク陰極点が小電流遮断用接点上で消弧す
るので、良好な低裁断特性を得ることができる。また、
大電流遮断時には、小電流遮断用接点の接触部で点弧し
たアークが、大電流遮断用電極上に移行するので、十分
な大電流遮断特性を得ることができる。

【００４２】請求項２記載の真空バルブ用電極によれ
ば、前記小電流遮断用接点は、直径が２０mm以上で、前
記接触部の最外周部から円盤状周端部までの最短距離が
１０mm以上であり、前記小電流遮断用接点材料及び前記
大電流遮断用電極材料を高真空中においてそれぞれ単独
で１０ｋＡで放電させたときの前記両アーク電圧の差は
前記小電流遮断用接点材料の方が−５Ｖよりもプラス側
にあるようにしたため、小電流遮断時には、アーク陰極
点を確実に小電流遮断用接点上で消弧させることができ
る。また、大電流遮断時には、小電流遮断用接点側で点
弧したアークを大電流遮断用電極上に確実に移行させる
ことができる。

【００４３】請求項３記載の真空バルブ用電極によれ
ば、前記大電流遮断用電極は、表面から少くとも５００
μｍの範囲の組成を４０〜９０体積％のＣｕ及び１０〜
６０体積％のＣｒで構成したため、大電流遮断用電極が
アーク放電に関与する表面部領域に十分な大電流遮断能
力を付与することができる。

【００４４】請求項４記載の真空バルブ用電極によれ
ば、前記大電流遮断用電極は、表面から少くとも５００
μｍの範囲の組成を４０〜９０体積％のＣｕ、１０〜６
０体積％のＣｒ及び３体積％以下のＩｎ，Ｓｎの少くと
も何れかで構成したため、大電流遮断用電極の表面部領
域の大電流遮断能力を低下させることなく、アーク電圧
を低減させることができる。

【００４５】請求項５記載の真空バルブ用電極によれ
ば、前記小電流遮断用接点は、耐弧成分である４５〜６
０体積％のＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの少くとも何れかと、
残部が導電成分であるＣｕとで構成したため、小電流遮
断用接点に優れた低裁断特性を付与することができると
ともにアーク電圧を所要値まで高めることができる。

【００４６】請求項６記載の真空バルブ用電極によれ
ば、前記小電流遮断用接点は、耐弧成分である４５〜６
０体積％のＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの少くとも何れかと、
残部が導電成分であるＣｕと３体積％以下のＩｎ，Ｓｎ
の少くとも何れかとで構成したため、小電流遮断用接点
のアーク電圧を高めて、アークを大電流遮断用電極側に
移行しやすくすることができる。

【００４７】請求項７記載の真空バルブ用電極によれ
ば、前記小電流遮断用接点は、耐弧成分である４５〜６
０体積％のＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの少くとも何れかと、
残部が導電成分であるＣｕとＴｅ，Ｓｅ，Ｂｉの少くと
も何れかからなる高蒸気圧成分とで構成し、該高蒸気圧
成分の占める割合が、Ｔｅの場合５体積％以下、Ｓｅの
場合０．２体積％以下、Ｂｉの場合６．５体積％以下と
したため、小電流遮断用接点は、遮断特性を低下させる
ことなく、目的とするレベルの裁断電流値を得ることが
できる。

【００４８】請求項８記載の真空バルブ用電極によれ
ば、電流により生じる電極軸方向磁界の電極径方向の分
布が、前記小電流遮断用接点中央部では、当該小電流遮
断用接点周端部と前記大電流遮断用電極周端部間の中央
位置における磁界強度の１／１０以下としたため、小電
流遮断用接点に点弧したアークを磁界強度の強い大電流
遮断用電極に速やかに移動させることができる。この結
果、小電流遮断用接点部分からの過剰な熱電子放出が抑
制されて一層遮断特性を向上させることができる。

【００４９】請求項９記載の真空バルブ用電極の製造方
法によれば、相対密度がそれぞれ４５〜６０体積％に焼
結したＣｒスケルトンとＷＣスケルトンを重ね、これに
純Ｃｕあるいは３体積％以下のＩｎ，Ｓｎの少くとも何
れかが添加されたＣｕを溶浸することにより請求項１乃
至６の何れかに記載の真空バルブ用電極を製造するよう
にしたため、大電流遮断用電極と小電流遮断用接点とを
備えた真空バルブ用電極を簡便に製造することができ
る。

【００５０】請求項１０記載の真空バルブ用電極の製造
方法によれば、前記ＣｒスケルトンとＷＣスケルトンを
重ねて前記溶浸処理をする直前に、Ｃｕの融点より５〜
２００℃低い温度において０．５〜５時間保持するよう
にしたため、ＣｒスケルトンとＷＣスケルトンの密着性
が高められて、大電流遮断用電極の中央部に小電流遮断
用接点を配置した構成の真空バルブ用電極をより良く製
造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る真空バルブ用電極の実施の形態が
適用される真空バルブの一例を示す縦断面図である。

【図２】図１における大電流遮断用電極及び小電流遮断
用接点部の構成を拡大して示す図である。

【符号の説明】

７，８大電流遮断用電極１３ａ，１３ｂ小電流遮断用接点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 29/06 Ｃ２２Ｃ 29/06 ＺＨ０１Ｈ 1/02 Ｈ０１Ｈ 1/02 Ｚ (72)発明者関経世東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者草野貴史東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大電流遮断能力を有する大電流遮断用電
極の中央部に低裁断特性を有する小電流遮断用接点を配
置した真空バルブ用電極であって、前記小電流遮断用接
点は直径が一定値以上の円盤状で中央部に凸もしくは略
球面の一部をなす接触部を形成し、前記大電流遮断用電
極は前記小電流遮断用接点に対し２倍以上の直径を有
し、前記小電流遮断用接点材料及び前記大電流遮断用電
極材料を高真空中においてそれぞれ単独で一定電流で放
電させたときの両アーク電圧は略同等あるいは当該両ア
ーク電圧の差は前記小電流遮断用接点材料の方が一定値
より高いことを特徴とする真空バルブ用電極。
【請求項２】前記小電流遮断用接点は、直径が２０mm
以上で、前記接触部の最外周部から円盤状周端部までの
最短距離が１０mm以上であり、前記小電流遮断用接点材
料及び前記大電流遮断用電極材料を高真空中においてそ
れぞれ単独で１０ｋＡで放電させたときの前記両アーク
電圧の差は前記小電流遮断用接点材料の方が−５Ｖより
もプラス側にあることを特徴とする請求項１記載の真空
バルブ用電極。
【請求項３】前記大電流遮断用電極は、表面から少く
とも５００μｍの範囲の組成を４０〜９０体積％のＣｕ
及び１０〜６０体積％のＣｒで構成してなることを特徴
とする請求項１又は２記載の真空バルブ用電極。
【請求項４】前記大電流遮断用電極は、表面から少く
とも５００μｍの範囲の組成を４０〜９０体積％のＣ
ｕ、１０〜６０体積％のＣｒ及び３体積％以下のＩｎ，
Ｓｎの少くとも何れかで構成してなることを特徴とする
請求項１又は２記載の真空バルブ用電極。
【請求項５】前記小電流遮断用接点は、耐弧成分であ
る４５〜６０体積％のＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの少くとも
何れかと、残部が導電成分であるＣｕとで構成してなる
ことを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の真空バ
ルブ用電極。
【請求項６】前記小電流遮断用接点は、耐弧成分であ
る４５〜６０体積％のＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの少くとも
何れかと、残部が導電成分であるＣｕと３体積％以下の
Ｉｎ，Ｓｎの少くとも何れかとで構成してなることを特
徴とする請求項１，２，３又は４記載の真空バルブ用電
極。
【請求項７】前記小電流遮断用接点は、耐弧成分であ
る４５〜６０体積％のＷＣ，ＴｉＣ，ＨｆＣの少くとも
何れかと、残部が導電成分であるＣｕとＴｅ，Ｓｅ，Ｂ
ｉの少くとも何れかからなる高蒸気圧成分とで構成し、
該高蒸気圧成分の占める割合が、Ｔｅの場合５体積％以
下、Ｓｅの場合０．２体積％以下、Ｂｉの場合６．５体
積％以下であることを特徴とする請求項１，２，３又は
４記載の真空バルブ用電極。
【請求項８】電流により生じる電極軸方向磁界の電極
径方向の分布が、前記小電流遮断用接点中央部では、当
該小電流遮断用接点周端部と前記大電流遮断用電極周端
部間の中央位置における磁界強度の１／１０以下として
なることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の
真空バルブ用電極。
【請求項９】相対密度がそれぞれ４５〜６０体積％に
焼結したＣｒスケルトンとＷＣスケルトンを重ね、これ
に純Ｃｕあるいは３体積％以下のＩｎ，Ｓｎの少くとも
何れかが添加されたＣｕを溶浸することにより請求項１
乃至６の何れかに記載の真空バルブ用電極を製造するこ
とを特徴とする真空バルブ用電極の製造方法。
【請求項１０】前記ＣｒスケルトンとＷＣスケルトン
を重ねて前記溶浸処理をする直前に、Ｃｕの融点より５
〜２００℃低い温度において０．５〜５時間保持するこ
とを特徴とする請求項９記載の真空バルブ用電極の製造
方法。