JPS6313220A - 真空しや断器用電極の製造方法 - 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】 Ａ０Ｍ業上０利用分野 この発明は、真空しゃ断器用電極の製造方法の改良に関
する。

Ｂ０発明の概要 この発明は、電極用石膏鋳型の製作工程と、スリップ・
キャスティング工程と、溶浸焼結加工工程との互いに関
連する３工程によって、原材料から直接成形された最終
製品を作り出すことが出来る真空しゃ断器用電極の創造
方法であって、生産性が高く、低廉化を可能とするもの
である。

Ｏ５従来の技術 従来、この種の真空しゃ断器用電極の製造方法において
、先ず、電極素材の製造方法としては、高温度、高真空
度の１ｆ、ｏ気中で、耐熱性容器ｌこ充填した高融点金
属微粉の混合体に銅を溶浸する所謂溶浸焼結法が採られ
ている。

高第点金４微粉の混合体及び溶浸する銅としては、真空
しゃ断器の性能を十分満足する電極の組成に適合するよ
うに、原材料及びその配合割合等が選択される。通常、
この微粉混合体としては、数１０μｍ程度のＦｅ　、Ｏ
ｒ　、Ｍｏ　　等の微粉を２種類以上予め機械的番こ均
一に混合したものであり、溶浸する銅としては無酸素Ｏ
ｕが用いられる。また、このようにして製造される電極
素材の形状は円板状であり、その容積は機械加工によっ
て完成されるスパイラル電極の容積よりもかなり余分の
加工代を付けたものである。

次に、この電極素材からの電極の製造方法としては、旋
盤、スライス盤等によって所定の加工寸法をもつ形状に
仕上げるという方法に彦っでいる。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 しかしながら、このような従来例にあっては、電極一個
毎に原材料からの素形材加工とその成形加工との関連性
のない２段の加工工程を経てｍ終成品を完成させている
ので、生産性が低い。具体的ｌこは、以下のような問題
点がある。

（１）　　高真空度中の溶浸焼結加工ｌこおいて、加熱
から溶浸焼結、そして冷却までの一回のサイクルタイム
が長い（通常−日一回）。また素材の機械加工において
も、寸法公差と仕上面粗さの厳格な規定に基づいて、例
えばスパイラルの溝切り等の精密加工を行うので、加工
所要時間が長い。

（２）溶浸焼結炉で一回齋こ焼成される磁極素材の個Ｖ
が少ない。

（３〕　　高価な高アルミナ質またはステンレス鋼製の
耐熱性容器は、−回毎に使い捨てとなり無駄が多い。ま
た、焼結後、素材が容器に溶着する場合があって、その
取り出しに手間がか＼る。

（４）　　微粉混合体は予め均一に混合されているが、
加圧成形されたものでないため、容器に充填する際、異
種金属微粉間の真比重１粒度９表面性状等の違いｌこよ
って微粉、移動状態に相違を生じ、混合体の均一性が低
下する。さらｉこ溶浸の際１こも溶融鋼との比重差によ
って、金ｌｊ％微粉の浮上または沈降を生じ易い。これ
らは、電極の材質の均一性を害するものである。

（５）　　電極素材、精密機械加工において、溶浸鋼中
に分散する金属微粉は高融点硬質物質であるから、切削
工具の刃先の摩滅が激しく、工具の消耗による加工費が
嵩む。

（６）電極の形状に伴なう溝切り加工に際して、エッチ
部の面とりを行なうことが、真空しゃ断器の電気的特性
上好ましいが、それ番こは著しい加工工数を要する。

この発明は、か＼る従来の問題点ｉこ着目して案出され
たものであって、原材料から直接成形された最終成品を
作り出すことが出来、しかも生産性が高く、コストの低
廉な、真空しゃ断器用電極の製造方法を得んとするもの
である・ Ｅ１間明点を解決するための手段 この発明は、電極用石膏鋳型の製作工程と、この鋳型へ
の真空しゃ断器の性能を満足する組織をもつ数１０μｍ
程度のＦｅ、Ｏｒ、Ｍｏ　等の微粉の金属微粉混合スラ
リのスリップ・キャストによって、電極の形状をもつ金
属微粉混合の生成形体を得るためのスリップ・キャステ
ィング工程と、金属微粉混合の生成形体を型内に保持し
たまま石膏鋳型を真空炉内で該生成形体に無酸素鋼を溶
浸焼結する溶浸焼結加工工程と、からなることを、その
構成としている。

２０作用 電極用石膏鋳型の製作工程で製作された電極用石膏鋳型
に、金属微粉混合スラリか入れられて、スリップ・キャ
ス２こより、電極の形状をもつ金属微粉混合の生成形体
が得られる。前記生成形体は、核型内に保持されたまま
、真空炉内で無酸素銅が溶浸焼結されて、電極部材゛に
製造される。

Ｇ、実施例 以下、この発明に係る真空しゃ断器用電極の製造方法の
詳細を図面に示す実施例について説明する。

第１図は、本発明（こ係るＸ空しゃ断器用電極の製造方
法が、互いに関連する３工程で成り立っていることを示
す概要図である。

即ち、電極用石膏鋳型の製作工程とその鋳型への金属微
粉混合スラリのスリップ・キャスティング工程は、電極
の形状をもつ金ｌＩ４微粉混合の生成形体を作ることで
あって、この操作は原理的ｌこは従来の鋳造法番こ似て
いる。続いて鋳込まれた金属微粉の生成形体は、型ばら
しを行わないで石ｉ７鋳型ごと高温度、高真空度の炉内
に挿入して無酸素Ｏｕ　の溶浸焼結加工を行って、最終
成品としての電極を得るという工程である。この製造方
法が従来法と比較して極めて生産性の高いことを、以下
に示す各工程の詳細な説明にともなって、遂次間らかに
するものである。

第２図は、この発明番こ係る真空しゃ断器用電極の製造
方法をスパイラル電極に適用した場合の、スパイラル［
極用石・冴−型の製作工程図である。

また、第３図と第４図は、鋳型の上型と下型製作時にお
ける定盤上での模型のセット状態を示す断面図である。

先ず、スパイラル電極用模型の準備から説明すると、模
型Ａ及びＢは、いずれもスパイラル電極を水平に２分割
した形状のものであり、Ｃは、上型内で模型Ａの中央部
ｆこ配置した円柱状の湯口模型であり、Ｄは、上型内で
模型Ａの各スパイラル上に置いたスパイラルと類似の形
状でしかもそれより面積の小さな押湯模型であって、第
３図に示すように、役付部１０が形成されている。模型
Ａ及びＢの各部の寸法は、スパイラル′１極の般討寸法
に対して、鋳型の二次焼成時の寸法変化分だけ予め補正
しであるものとする。

また、石積スラリの流し込み硬化後に、模型の抜型を容
易ならしめるため、高さの長い湯口模型Ｃと押湯模型り
には適当な抜は勾配を付けている。

また、模型と定盤Ｅ１模型どうしは、着脱が容易となる
ようｌこ、一方にダボ、他方にダボ孔を設けて（図示省
略）、結合するようｌこしている。

なお、上記した各模型の材質は、耐用性と寸法誤差を考
慮して、シリコンゴム、樹脂、金属が適当であるが、製
作な容易なシール処理を施した木型であってもよい。

次に、模ｆｉＡ、Ｂと鋳枠Ｆの定盤Ｅ上への設置と雌型
処理であるが、その設置状態は、既に第３図及び第４図
に示した通りである。

的記鋳枠Ｆの大きさは、後の溶浸焼結加工時に、真空炉
にできるだけ多数個調型を挿入して、−バッチの生産量
を上げるためには小さな程よいが、他方スリップ・キャ
スティングの際、鋳型が金属微粉混合スラリの水分を吸
収するに十分な容積をもち、さらに溶浸焼結加工時に、
金属微粉混合の生成形体上の湯口及び押湯相当の空隙部
の容積が、生成形体を過不足なく完全に溶浸させつる無
酸素Ｏｕ　　片を設置できる面積と高さの積であること
が必要である。通常、このための鋳枠の径と高さは、ス
パイラル電極の径と１／２高さの夫々１．５倍と３．０
〜４．０倍が適当である。また、石膏スラリの流し込み
に当っては、予めセットされた模型表面と鋳枠Ｆの内面
ζこは、薄くシリコンスプレーの雌型処理を行なうこと
が必要である。

次に、石膏スラリの―製であるが、これは従来の精密鋳
造用石膏鋳型のスラリ調製法と同様であって、代表的配
合割合の例として、石膏１０００ｇに対して、バインダ
１５０ｍ１〜１８０ｍ１．硬化剤（夏期ｉｃ８ｍｌ、春
秋期ｉｃｌＱｍｌ、冬期ＩＣ１０ｍＪ　〜１５ｒ＋Ｊ　
）が適当である。

この場合、多数の一個込め鋳型または後述する鋳枠多数
個込め鋳型を裏作して生産量を上げるためには、一度に
多量のスラリを調整するので機械にてよく攪拌する必要
がある。特に、硬化剤の添加後は局部的ゲル化を防ぐた
めにむらの左い攪拌をしなければならない。

次いで、石膏スラリの流し込み注入であるが、これは第
３図及び第４図に示した上型及び下型用の模型セットの
上からスラリを鋳枠Ｆの高さまで流し込むのであるが、
気泡の巻き込みを防ぐため、定盤！に軽い振動を与える
万がよい。

さらＩこ、模型Ａ、Ｂ及び鋳枠Ｆの抜型であるが、これ
は前記の配合割合のスラリでは、注入後約２０分経過す
ると硬化するが、安全をみてさらに１０分１経過してか
ら抜型を行う。抜型ｉこ当っては電極のスパイラル溝部
に相当する鋳型のシマ部を破壊しないよう注意を要する
。

そして、石膏鋳型の焼成であるが、焼成は、着火乾燥の
一次焼成と高温焼成の二次焼成を経て行なわれる。

また、−次焼成の着火時期は、抜型直後か、少なくとも
３０分以内の鋳型内にまだ揮発性可燃物質が残っている
うち−こ行なう。二次焼成は、−次焼成後直ちに８００
℃±５０°に加熱しである焼成炉に鋳型を入れて、１時
間程度焼成する。この焼成温度と時間はスパイラル電極
用石膏鋳型の鋳型材が結晶水を消失して焼結が完了する
に適した東件である。

そして、二次焼成後、鋳型の急冷を避けて常温まで冷却
してスパイラル電極用石膏鋳型が製作されるごとにカる
。

なお、−枠一個込めのスノくイラル電極用石膏鋳型の生
産量を上げるためには、予めり数の模型。

鋳枠Ｆ及び定盤Ｅを用意して、一度に多数個の枠に石膏
を流し込み、その上抜型までの工程を効率よく反復して
、焼成炉で一度Ｅこ多数の鋳型を焼土げる必要があるが
、そのためｌこは、製作が容易で安価である硬質被膜の
シール処理を施した木型が適している。

次番こ、第５図は、前記鋳型へのスノくイラル電極の形
状をもつ金属微粉混合の生成形体を作るための金属微粉
混合スラリのスリップ・キャスティング工程図である。

また、第６図は、鋳型の組立て図であり、第７図はスラ
リの注入を容易ｌこし、且つ７９１月こ含まれる水分を
鋳型壁に吸収させ、さらに鋳型外に放出させて生成形体
をスＩ）ツブ・キャストするため複数の鋳型を装着した
減圧スリップ・キャスティング装置を示すものである。

先ず鋳型は、第６図に示すように、上型１．下型２のス
パイラルが合致するように組立て、その際、上型１の押
湯模型りによって形成された空隙部の段付部に第６図に
示すように発泡ポリエチレン製の小板片３を適当な接着
剤で貼着しておくものとする。

この時、湯口模型Ｃによって形成される空隙部は、スリ
ップ・キャスティングの際のスラリの圧入口となるもの
である。また、組立てた鋳型の上型１．下ｍ２は、クリ
ップ（図示省略）で締結しておくものとする。

次Ｇこ、このようをこして組み立てた鋳型を減圧スリッ
プ・キャスティング装置に袋層してスリップ・キャスト
を行なうのであるが、そのためには、第７図に示すよう
に、先ず透明樹脂製の檜４内に円形状に配置した台５の
各々の上に組み合された鋳型１，２を据え、それに鋳型
１，２の湯口と位置的に一致する注入ロア全備えたビニ
ールシート８を被せる。注入ロアは、フランジを付けた
透明樹脂製の筒でビニールシート８に気密性を保って接
着されている。

前記ビニールシート５の外縁は、槽４を適当に被い、伸
縮性の帝９によって槽４に締結される。

槽４の側壁ｌこは、管１０が付けられており、図示しな
い所定の排気装置ｌ１１１こ接続されている。

金属微粉混合スラリのＶ＠製は、スラリの主体である旨
融点金属微粉の原材料及びその配合割合は、予めスパイ
ラル電極の組成に適合するように用意されているものと
するが、スラリは、これを水に懸濁させた液状のスリッ
プであり、スリップは水ができるだけ少く、シかも粘度
が低いこと、粉末が適当な速さで沈降することが大切で
ある。

このため分散剤として、アルギン酸アンモニウム、アル
ギン酸ナトリウムまたは、ポリビニルアルコールの適量
、粘度ｖ３整剤としてＨｏｌ　、　ＮａＯＨ等の適量を
添加してもよい。これらは、次工程の溶浸焼結時に分解
、気化してしまうので残液を生じない。

また、この場合、鋳造法における流動自硬性鋳型製造法
において利用される発泡性界面活性剤を適量添加して、
高融点金属微粉の懸濁と共に、スラリの流動性をそのマ
イクロボールベアリング効果によって高めたものであっ
てもよい。この場合、注入後、減圧下において消泡する
と共に、次工程の溶浸焼結時に界面活性剤は分解、気化
してしまうので残渣を生じない。

スリップ・キャストは、先ず鋳２！１，２を装層した減
圧スリップ・キャスティング装置の管１０から、図示し
ない排気装置を用いて装置内を減圧する。この場合、注
入ロアを付けたビニールシート８は鋳型１．２に密着し
、排気と共に各注入ロアは、空気を盛んに吸引する状態
となる。

この時、前述の金属微粉混合スラＩＪ　ヲ各注入ロアか
ら手早く鋳込むのであるが、減圧スリップ・キャスト法
は、スラリの吸い込みがよくスラリの型内充填性が良好
で、スラリ中の水分は、石ｉｆ　ｔｉＡｊ型壁に吸引さ
れ、さらに槽４の底部に溜る。スラリ中の金属微粉混合
体の型内充填状態は、スパイラル部では発泡スチロール
類の小板片３が有るため、押湯模型りの空隙Ｓを充満す
ることはなく、減圧しながら注入して、スラリの注入ロ
ア１こおけるレベルが湯口模型Ｏの底部とスパイラル電
極部との境界面にあるようにする。次に、減圧を継続し
、注入ロアのスラリのレベルが前記の境界面で一定にな
った状態で注入を止める。かくして、各石膏鋳型内−こ
は、スパイラル電極の形状をもつ金属微粉混合の生成形
体が形成されることとなる。

減圧スリップ・キャスティング装置から取出された石１
Ｆ鋳型は、型内に金属微粉混合の生成形体を保持したま
ま、型ばらしを行なわずｌこ、次の溶浸焼結加工ｌこ移
る。

第８図は、湯口模型Ｃと押湯模型りの空隙内に、正確ｆ
こ秤量された無酸素銅の小片１１を設置した状態を示す
ものである。

また、第９図は、鋳型を積み重ねて真空炉内で溶浸焼結
加工を行なう状態を示す断面図である。

先ず、減圧スリップ・キャスティング装置から取出され
た石膏鋳型の湯口模型Ｃと押湯模型りの空隙内には、第
８図に示すように、湯口模型Ｃの空隙ｉｔこは、スパイ
ラル電極の各スパイラル部の金属微粉混合の生成形体部
分を過不足なく完全に溶浸させつるように予め正確に秤
量された無酸素鋼の小片１１を設置する。

次に、第９図（こ示すようにこれらを真空炉１２内に積
み重ねて、高温度、高真空度の雰囲気中で溶浸焼結加工
を行なうのであるが、その温度、真空度及び溶浸焼結時
間は従来の電極素材の溶浸焼結加工の場合と同様であっ
てよい。

溶浸が終って炉の冷却後に５出された石膏鋳型は、直ち
に型ばらしを行なってスパイラル電極を取出す。この場
合、石膏鋳型は、従来がら精密鋳造に使用されており、
その上、高真空度下の焼結加工であるため型ばらしは容
易であり、完成したスパイラル電極の寸法精度、仕上面
粗さは精密鋳造品級である。また、溶浸する無酸素鋼は
生成形体を過不足なく完全に溶浸することが理想的であ
り、この場合、後の機録加工を要しないが、実際Ｇこは
湯口模型と押湯模型の空隙内に過剰の未溶浸銅が多少残
留するので、スパイラル電極の溶浸時における上面部、
すなわち鋳型の上型側は、電極の使用時に裏側Ｉこする
か、或いは上面部に多少の切削加工を施して形状を整え
ることが必要である。

以上、この発明を、スパイラル電極を製造する場合ｌこ
適用して説明したが、スパイラル電極に限らず、例えば
、コ字状接触電極（第１０図）、リング状接触電極（第
１１図）、スリット入り継磁用平板電極（第１２図）、
凹部付継磁用平板電極（第１３図）、銅板の表面をＦ’
ｓ、Ｃ！ｒ、Ｍｏ　　からなる合金板で覆ってなる半分
モナカ電極（第１４図）等の電極ａの製造に適用するこ
とも勿論可能である。

Ｈ１発明の効果 以上の説明から明らかなように、この発明−こ係る真空
しゃ断器用醒極の製造方法にあっては、−枠一個込めの
電極川石１１１Ｆ鋳型の生Ｍ鑞を上げるためｉこ、予め
複数の模型、鋳枠及び定盤を用意しておけば、石ｆ＃型
の二次焼成、スリップ・キャスティング、Ｘ空炉におけ
る溶浸焼結工程は、いずれも一度ｌこ多数個の電極を処
理できるので生産性が高くなる効果があり、また、−枠
多数個込めの石膏鋳型を生産するために、鋳造法で用い
られているフルモールド法に類似して、木型の代りに発
泡ポリスチレン模型を使用すれば、抜型することなく、
そのまま鋳型を焼成することができる効果がある。

また、この発明にあっては、使い捨てにはなるが石膏鋳
型を使用し、従来の耐熱性容器に比べて著しく安価とな
り、また、例えば、発泡ポリスチレン消失模型を使用す
れば、始めに成形用金型と射出成形機を要するものの、
生産性を高めることが出来る効果がある。

さらに、この発明にあっては、金属微粉混合スラリヲ調
整し、これをスリップ・キャストして金翼機粉混合の生
成形体を得るのであるが、先ず、スラリは分散剤と粘度
調整剤あるいは発泡性界面活性剤の効果によって、金属
微粉が安定して均一に懸濁したものであり、スリップ・
キャストによって得られる金属微粉混合の生成形体にお
いても異種金属微粉の混合状態は極めて均一となる効果
がある。また、溶浸焼結加工に際して、生成形体の見掛
は密度が高く、分散剤が粘結剤として作用するために、
溶浸してくる溶融鋼によって、金属微粉が移動したり、
また浮上、沈降したりしくこくくなるため、電極の材質
の均一性を高める効果がある。

さらにまた、石膏鋳型の製作工程、スリップ・キャステ
ィング工程、溶浸焼結工程の３つの加工工程８経て、原
材料がら直接成形された最終製品としての電極を製造す
るので、電極素材の精密機械加工を要せず、また高価な
原材料を切粉として棄てることが少なく、原材料の節減
が可能となる効果がある。

次いで、この発明ｌこあっては、完成した電極の寸法精
度、仕上面粗さは、精密鋳造品数のものであり、石膏鋳
型を使用したスリップ・キャスト法では、鋳造品と同様
に電極のエッチ部に、自由にアールを付けて面とりがで
きることとなり、真空しゃ断器の電気的特性の向上を期
する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係る真空しゃ断器用電極の製造方
法の概要図、第２図は、スパイラル電極用石膏鋳型の製
作工程図、第３図は、鋳型の上型模型のセット状態を示
す断面図、第４図は、凹型の下型模型のセット状態を示
す断面図、第５図は、鋳型への電極の形状をもつ、金属
微粉混合の生成形体を作るための金属微粉混合スラリの
スリップ・キャスティング工程図、第６図は、鋳型の組
立て状態を示す断面図、第７図は、複数の鋳型を装着し
た減圧スリップ・キャスティング装置の断面図、第８図
は、湯口模型と押湯模型の空隙内に正確に秤量された無
酸素鋼の小片を設置した状態を示す断面図、第９図は、
鋳型を積み重ねて真空炉内で溶浸焼結加工を行なう状態
を示す断面図、第１０図は、コ字状接触電極を示す断面
図、第１１図は、リング状接触電極を示す断面図、第１
２図は、スリット入り継磁用平板電極を示す斜視図、第
１３図は、凹部付継磁用平板電極を示す断面図、第１４
図は、申分モナカ電極を示す断面図である。 Ａ、Ｂ・・・模型、Ｃ・・・湯口模型、Ｄ・・・押湯模
型、Ｅ・・・定盤、Ｆ・・・鋳枠、ａ・・・電極、１・
・・上型、２・・・下型、３・・・小板片、４・・・槽
、７・・・圧入口、８・・・ビニールシート、９・・・
帯、１０・・・管、１１・・・小片、１２・・・真空炉
。 第１図　　　　　　第２図 第３図 第４図 ２下型 項撃Ｂノ　　　　　　　　又Ｅ定盤 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）電極用石膏鋳型の製作工程と、この鋳型への真空
   しや断固の性能を満足する組織をもつ数１０μｍ程度の
   Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｏ等の微粉の金属微粉混合スラリのスリ
   ップ・キャストによつて、電極の形状をもつ金属微粉混
   合の生成形体を得るためのスリップ・キャスティング工
   程と、金属微粉混合の生成形体を型内に保持したまま石
   膏鋳型を真空炉内で該生成形体に無酸素銅を溶浸焼結す
   る溶浸焼結加工工程と、からなることを特徴とする真空
   しや断器用電極の製造方法。
2. （２）前記電極用石膏鋳造の製作工程は、スパイラル電
   極の形状を水平に二分割した模型をセットしたスパイラ
   ル電極用石膏鋳型の上型と下型とにおいて、上型の模型
   の中央部に円柱状の湯口模型と、各スパイラル部の上に
   スパイラルと類似の形状でしかもそれより面積の小さな
   押湯模型とを配し、前記押湯模型にはスリップ・キャス
   トの際に金属微粉混合スラリがこの押湯相当部分の空隙
   部に充満することを妨げる発泡スチロール製の小板片を
   接着可能とする段付部を備えたスパイラル電極用石膏鋳
   型を製作する特許請求の範囲第１項記載の真空しや断器
   用電極の製造方法。
3. （３）前記スリップ・キャスティング工程は、透明樹脂
   製の槽内に円形状に石膏鋳型を配置し、各鋳型の湯口と
   位置的に一致する圧入口を備えたビニールシートを被せ
   て槽に締結し、該槽の側壁の管から槽内を排気しつつ金
   属微粉混合スラリのスリップ・キャストを行なう特許請
   求の範囲第１項又は第２項記載の真空しや断器用電極の
   製造方法。
4. （４）前記金属微粉混合スラリは、比重の大きい高融点
   金属微粉の懸濁と共に、スラリの流動性をそのマイクロ
   ボールベアリング効果によつて高めるために、発泡性界
   面活性剤が添加されている特許請求の範囲第１項乃至第
   ３項のいずれかに記載の真空しや断器用電極の製造方法
   。
5. （５）前記溶浸焼結加工工程は、スリップ・キャストに
   よつて電極の形状をもつ金属微粉混合の生成形体を保持
   したまま石膏鋳型を真空炉中において無酸素銅の溶浸焼
   結を行うに際し、鋳型の湯口及び押湯相当の空隙部に、
   生成形体部分の金属微粉の空隙を過不足なく完全に溶浸
   させ得るように予め正確に秤量された無酸素銅の小片を
   設置する特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに
   記載の真空しや断器用電極の製造方法。
6. （６）前記電極用石膏鋳型の製作工程は、発抱ポリスチ
   レン消失模型を用いる特許請求の範囲第１項乃至第５項
   のいずれかに記載の真空しや断器用電極の製造方法。