JPS63266720A - 真空開閉器用接点 - 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、真空開閉器における真空バルブ用接点に関す
る。

（従来の技術） 真空開閉器は、他の開閉器に比較し、小型、軽量、メン
テナンスフリー、環境調和等種々の優れた特徴を有する
ため、近年次第にその適用範囲が拡大されてきた。真空
しゃ断器は、真空中でのアーク拡散性を利用して高真空
中で電流しゃ断を行なうものであり、その側断面を示し
た第４図を参照し説明する。

真空しゃ断器は真空気密に保たれたしゃ断器１を有し、
これ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、この両端に封止金具３ａ。

３ｂを介して設けた金属製の蓋体４ａ、４ｂとで構成さ
れている。

しゃ断器１内には、導電棒５，６の対向する端部に取付
けられた一対の固定電極７、可動電極８が配設される。

可動電極８の導電棒６にはベローズ９が取付けられ、し
ゃ断器１内の真空気密を保持しつつ可動電極８が軸方向
に移動する。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
ることを防止している。同様に金属製のアークシールド
１１は、しゃ断器１内において固定電極７および可動電
極８を覆うように設けられ、絶縁容器２がアーク蒸気で
覆われることを防止している。通電中は固定接′点１３
ｂに可動接点１３ａが接触しており、電流のしゃ断は導
電棒を下方向へ移動させ、この両接点の接触を断つこと
により行なう。

次に、導電棒５，６と電極７，８、電極７，８と接点１
３ａ、１３ｂとの相互の固定構造について、第４図にお
ける可動電極８周辺の詳細を示した第５図を参照し説明
する。可動電極８は導電棒６に符号１２で示されたろう
付または図示しないかしめ等により固定され、可動接点
１３ａは可動電極８に符号１４で示されたろう付または
図示しないかしめ等により固定される。固定側の固定電
極７と接点１３ｂとの固定方法も同様である。

（発明が解決しようとする問題点） 真空開閉器用接点に要求される要件として、（１）溶着
性が少ないこと、（２）耐電圧が高いこと、（３）耐消
耗性に優れること、（４）接触抵抗が低く安定している
こと、等がある。この他に最近の真空開閉装置に対する
期待が一層高まり、（５）低サージ機能を有すること、
（６）大電流しゃ断機能を有することが要求されるが、
この二つの要求は相反するものである。

まず、低サージ機能を有するための要件について説明す
る。電動機負荷等の誘導回路で電流をしゃ断する時など
において、過度のサージ電圧を発生させ、負荷機器の絶
縁を破壊させる恐れがある。

この異常サージ電圧の発生原因は、真空中におけるしゃ
断時に低電流側に発生する電流さい新現象（交流電流波
形の自然ゼロ点を待たずに強制的に電流しゃ断が行なわ
れること。）によるものである。異常サージ電圧の値Ｖ
　は回路のサージインピーダンスＺ　と電流さい断値Ｉ
　の積、すなわＯＣ ちＶ　　−２２φＩ　で表わされ、異常サージ電８　　
　　　　　０ｅ 圧■　を低くするためには、つまり低サージ機能を有す
るためには、電流さい断値Ｉ　を小さくしなければなら
ない。従って、しゃ断時において、アークによって可動
接点１３ａと固定接点１３ｂの各表面からイオン、金属
粒子が多く蒸発して両接点間に浮遊し、アークが容易に
接続されなければならない。従って、接点１３ａ、１３
ｂに用いられる材料は、大電流をしゃ断する時のみなら
ず、開閉電流が小さくて接点の温度上昇が小さい場合で
あっても蒸発性の高い高蒸気圧性を有することが要求さ
れる。

このような低サージ機能を満たすものとして、高蒸気圧
性材料であるＡｇを含有したＡｇ−ＷＣ合金が知られて
いる。この合金から成る接点は、（１）　　ＷＣの介在
が接点表面からのイオンの放射を容易にさせること、 （２）　電界放射電子の衝突による電極面の加熱に基づ
く接点表面から金属粒子の蒸発を促進させること、 （３）　接点材料中の炭化物がアークにより分解し、荷
電体を生成すること、等により、優れた低サージ機能を
有している。この他にこの機能を有する材料として、高
蒸気圧性材料であるＣｕを含有したＣｕ−Ｃｒ合金、Ｃ
ｕ−Ｂ１合金等が知られている。

これに対し、もう一方の相反する要件である大電流しゃ
断機能を有するためには接点が低蒸気圧性の材料から成
ることが要求される。大電流をしゃ断する場合には接点
の表面温度は極めて高温となるが、このような場合であ
ってもアークによる接点表面からの蒸発量が少なく、両
接点間にイオン、金属粒子がほとんど浮遊しない状態で
なければしゃ断性が損われることとなる。従って一般に
どちらか一方の機能の向上を追及すると、もう一方の機
能が低下する。

この二つの箱反する要件を満たすための手段として、接
点を高蒸気圧性材料と低蒸気圧性材料の二種類の材料か
ら構成するものがある。電流をしゃ断するために通電中
接触していた両接点が離れる際において、初めに高蒸気
圧性材料から成る部分から多くのイオン、金属粒子が蒸
発して接点間に浮遊し、アークがこれに導かれて両接点
における高蒸気圧性材料同志に接続される。低サージ機
能が満たされるために必要な時間経過後両接点における
高蒸気圧性材料同志に接続されていたアークを両接点に
おける低蒸気圧性材料同志に接続さ、れるように、アー
クを移行させる。これは、第７図に示されたコイル電極
４４、第８図に示されたスパイラル電極４５等を用いて
縦磁界Ｈを制御することにより両接点間に浮遊するイオ
ン、金属粒子の分布を変えて強制的にアークを移行させ
るという方法等により行なうことができる。

しかし、低電流しゃ断時にも低サージ機能を有する高蒸
気圧性材料の物性と、大電流しゃ断機能を有する低蒸気
圧性材料の物性とでは蒸気圧性という点において大きく
異なる。このため、縦磁界により両接点間に浮遊するイ
オン、金属粒子の分布を変えても、アークが高蒸気圧性
材料から成る部分と低蒸気圧性材料から成る部分との境
界上に停滞し、容易に移行しない。従って、接点を高蒸
気圧性材料と低蒸気圧性材料とを単純に組み合せて構成
しただけでは低サージ機能と大電流しゃ断機能とを同時
に満たすことはできない。

上述した事情に鑑み、電流しゃ断時における高蒸気圧性
材料から低蒸気圧性材料へのアークの移行が停滞せずに
容易に行なわれ、低サージ機能と大電流しゃ断機能とい
う二つの相反する機能を有した真空開閉器用接点を提供
することを目的とする。

（発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明の真空開閉器用接点は、２種類の合金領域とその
間にはさまれた境界領域が同心円状に配され、前記合金
領域の各々が蒸気圧の高さの異なる材料から成り、前記
境界領域が半径方向に蒸気圧の高さが連続して異なるよ
うに組成された材料から成ることを特徴としている。

（作　用） 本発明の真空開閉器用接点において、外周側に位置した
合金領域が内周側に位置した合金領域よりも蒸気圧が高
い材料で構成されている場合には、境界領域（Ｂ１）を
構成する材料の蒸気圧の高さは半径方向に対して外周側
から内周側へ向かうに従って連続領域に低くなる。この
ため、材料の蒸気圧の高さは合金領域（Ａ１）から境界
領域（Ｂ　　）を経て合金領域（Ａ２）へ向かうに従つ
で徐々に低くなることになる。このような真空開閉器用
接点を真空開閉器に用いて電流しゃ断を行なう場合、通
電中に接触していた両接点が離れる際に、接点を構成し
・ている領域のうち最も蒸気圧の高い材料から成る外周
側に位置した合金領域から多くのイオン、金属粒子が蒸
発して両接点のこの合金領域同志の間に浮遊し、アーク
がこれに導かれて両者の間に接続される。

この後、縦磁界の制御により両接点間に浮遊するイオン
、金属粒子の分布を変えると、外周側に位置した合金領
域から境界領域へアークが向かう。

材料の蒸気圧の高さは、外周側の合金領域から境界領域
を経て内周側の合金領域へ向かうに従って徐々に低くな
るため、アークは停滞することなく容易に境界領域へ移
行する。このようにして縦磁界の制御により、強制的に
アークを内周側の合金領域へ向かって移行させていく。

そして低サージ機能が満たされるためにつまりアークが
両接点間に接続されているために必要な時間経過後、最
も蒸気圧が低くほとんどアーク、金属粒子が蒸発しない
内周側の合金領域へ移行させると、この瞬間にアークの
接続が断たれることとなる。

この場合とは逆に、内周側に位置した合金領域の方が外
周側に位置した合金領域よりも蒸気圧が高い材料で構成
されている場合には、境界領域の材料の蒸気圧の高さは
半径方向に対して内周側から外周側へ向かうに従って連
続的に低くなる。このため、材料の蒸気圧の高さは内周
側の合金領域から境界領域を経て外周側の合金領域へ向
かうに従って徐々に低くなることになる。この場合には
、まずアークは両接点における内周側の合金領域の間に
接続され、縦磁界の制御により境界領域を経て外周側の
合金領域へ向かってアークが移行し、アークの接続が断
たれる。

（実施例） 本発明の一実施例として、接点が２種類の合金領域（Ａ
　　）および（Ａ２）と境界領域（Ｂ１）からなる場合
について、接点を上部から見た第１図を用いて説明する
。第６図に示した従来の接点と比較し、合金領域（Ａ、
）２１と合金領域（Ａ２）２３との間に中間領域（Ｂ１
）２２が配されている点が異なる。合金領域（Ａ、）２
１と合金領域（Ａ２）２３とは、それぞれ含有量の異□
　　なる同一の合金系材料からなる場合と、異なる合金
系材料からなる場合がある。中間領域（Ｂ１）２２の合
金系材料は、合金領域（Ａ、）２１と合金領域（Ａ２）
２３のいずれとも異なる場合、または少なくともどちら
か一方の合金系材料と同一で含有量が異なる場合がある
。

合金領域（Ａ、）２１と合金領域（Ａ２）２３との合金
系材料が同一の場合、例えばＡ　ｇ　−ＷＣ系合金の場
合には、どちらか一方の領域には低サージ機能を有する
材料として蒸気圧の高い金属であるＡｇの含有量の多い
４０Ａｇ−ＷＣ−１０Ｃｏ（数値は重量％を示すものと
する。以下同様）を用い、もう一方の合金領域には大電
流しゃ断機能を有する材料としてＡｇの含有量の少ない
３０Ａｇ−ＷＣ−０，２Ｃｏを用いることができる。

この場合の境界領域には、両方の合金領域に用いられる
合金系つまりＡ　ｇ　−ＷＣ系合金と異なる合金系を用
いる場合と、同一の合金系であるＡｇ−ＷＣ系合金を用
いる場合があり、いずれにおいても材料の組成が半径方
向に対して連続して異なる分布となっており、これによ
り材料の蒸気圧の高さが半径方向に対し連続して異なる
。

合金領域（Ａ１）２１と合金領域（Ａ２）２３は、いず
れか一方が高蒸気圧性材料からなり、もう一方が低蒸気
圧性材料からなるが、合金領域（Ａ１）２１が高蒸気圧
性材料からなる場合には、中間領域（Ｂ、）２２の材料
の蒸気圧の高さの値の占める範囲は、合金領域（Ａ、）
２１の蒸気圧の高さの値と合金領域（Ａ２）２３の蒸気
圧の高さの値との間にあり、さらに材料の蒸気圧の高さ
の半径方向に対する分布が外周側から内周側へ向かって
連続して低くなる。合金領域（Ａ１）２１が低蒸気圧性
材料からなる場合にはこの逆であり、合金領域（Ａ２）
２３が高蒸気圧性材料からなり、中間領域（Ｂ、）２２
の蒸気圧の高さの値の占める範囲は、合金領域（Ａ１）
２１の蒸気圧の高さの値と合金領域（Ａ２）２３の蒸気
圧の高さの値との間に・あり、さらに材料の蒸気圧の高
さの半径方向に対する分布は外周側から内周側へ向かヴ
て連続して高くなる。この二通りのいずれの組合せも可
能である。以下に合金領域（Ａ２）２３が高蒸気圧性材
料からなる場合について説明する。

まず、このような組成を有する接点を製造する方法の一
例を示す。成型金型として、第２図に示した金型３１、
第１のポンチ３２、第２のポンチ３５、金型台３７を用
いる。

第１のポンチ３２を金型３１から、取りはずし、第２の
ポンチ３５をその底部３５ａが金型台３７に接触した状
態となるように設置する。金型３１と第２のポンチ３５
との空間に合金領域（Ａ１）２１を形成するための粉末
を混合調製して充填し、第１のポンチ３２により成型圧
力Ｐ１で加圧する。

次に第２のポンチ３５をム旦金型３１から抜き出し、そ
の空間３８に合金領域（Ａ２）２３を形成するための粉
末を混合調製して充填し、第２のポンチ３５により成型
圧力Ｐ２で加圧する。この場合の圧力Ｐ２は、合金領域
（Ａ１）２１と合金領域（Ａ２）２３に同一の合金系を
用いた場合には、合金領域（Ａ２）２３に後に多くのＡ
ｇを溶浸させるよう、Ｐｌよりも小さくして、空孔の占
める割合を多くする。合金領域（Ａ１）２１と合金領域
（Ａ２）２３に異なる合金系を用いる場合には、圧力Ｐ
２はＰｌと同一であってもよい。この場合の境界領域（
Ｂ１）２２は、合金領域（Ａ１）２１と同一の粉末を混
合調製したものからなり、第１のポンチ３２が有するテ
ーパ部３２ｂにより加圧される圧力が半径方向に対して
異なり、合金領域（Ａｌ）２１に近い外周側から合金領
域（Ａ２）２３に近い内周側へ近づくに従って低くなる
ため、空孔の示す割合が多くなる。

このようにして得られたものを円板状に形状を整えると
、第３図において中心軸方向の断面を示した成型体３９
を得る。さらにこの成型体３９を非酸化性雰囲気中で焼
結するとスケルトンを得る。

このスケルトンの一方の面にＡｇまたはＣｕなどの高蒸
気圧性材料を接触させ、非酸化性雰囲気中でこれらの融
点以上の温度でスケルトンを加熱し、スケルトンの有す
る空孔中にＡｇまたはＣｕなどを溶浸させる。この方法
により、一定の組成を持ち低蒸気圧性材料からなる合金
領域（Ａ１）２１と、一定の組成を持ち高蒸気圧性材料
からなる合金領域（Ａ２　）　２３と、半径方向に対し
てＡｇまたはＣｕの含有量の分布が異なり、外周側から
内周側へ向かうに従い含を量が多くなる、つまり内周側
へ向かうとともに蒸気圧が高くなる分布を有する材料か
らなる境界領域（Ｂ、）２２を有した接点を得る。

このようにして得られた接点を第７図に示すコイル電極
または第８図に示すスパイラル電極を有し、縦磁界の制
御を行なうことのできる第４図に示された真空開閉装置
の可動接点１３ａおよび固定接点１３ｂに用いて電流し
ゃ断を行なう場合について説明する。通電中接触してい
た両接点１３ａ、１３ｂが離れる際に、両接点１３ａ。

１３ｂを構成している各合金領域のうち、最も高い蒸気
圧材料からなる合金領域（Ａ２）２３から多くのイオン
、金属粒子が蒸発して両接点間に浮遊し、アークがこれ
に導かれて両接点上の合金領域（Ａ２）２３間に接続さ
れる。

この後、縦磁界の制御により、両接点間に浮遊するイオ
ン、金属粒子の分布が変わり、合金領域（Ａ２）２３か
ら外周側に隣接した境界領域（Ｂ、）２２へ向かってア
ークが移行する。境界領域（Ｂ１）２２の材料の蒸気圧
の高さは半径方向に対して異なる分布を有し、内周側の
部分の蒸気圧は合金領域（Ａ２）２３の材料の蒸気圧の
高さよりやや低く、外周側へ向かうに従って徐々に高く
なり、この外周側の部分における蒸気圧の高さより、外
周側に隣接した合金領域（Ａ１）２１の材料の蒸気圧の
高さの方がやや高い。このため、縦磁界の制御により合
金領域（Ａ２）２３から境界領域（Ｂｌ）２２へ向かっ
たアークは、各領域の境界に停滞することなく境界領域
（Ｂ１）２２を経て合金領域（Ａ、）２１へ容易に移行
する。

ここで、低サージ機能が満たされるために必要な時間が
経過するまでの間、材料の蒸気圧が高く両接点間に多く
のイオン、金属粒子が浮遊してアークが接続される合金
領域または境界領域の間にアークが接続されつつ移行す
るようにし、その後大電流しゃ断機能を満たすべく最も
蒸気圧が低くイオン、金属粒子がほとんど蒸発しない材
料から成る合金領域（Ａ、）２１へアークを移行させる
とその瞬間に両接点間のアークの接続が断たれる。

接点が２種類の合金領域（Ａ１）および（Ａ２）とこれ
ら両領域の間の境界領域（Ｂ１）からなる場合について
説明したが、合金領域が３種類以上存在し、それぞれの
合金領域の間に境界領域が存在する場合には、接点の半
径方向に対する蒸気圧の高さの分布の変化がより緩かな
ものとなるため、アークの移行がより容易に行なわれ、
停滞することがない。

次に、本発明に係る接点の低サージ性および大電流しゃ
断性について試験評価した結果について説明する。それ
ぞれの接点の有する低サージ機能、大電流しゃ断機能を
比較対照するため、両接点間を接触した状態における接
点圧、この状態から離していくときの開極スピード、真
空度を同一条件とした。

低サージ性の優劣は、離れている両接点間にアークが接
続されるために必要な電流さい断値の大小により評価す
ることができ、この値が小さいほど低サージ性に優れる
こととなる。ＬＣ回路を介し、４４ＡのＡＣ電流を与え
たとき、真空しゃ断器に直列に挿入した同軸シャントの
電圧降下をオシロスコープで測定し、電流さい断値を算
出した。

大電流しゃ断性の優劣は、しゃ断直後におけるしゃ断性
を阻害するアークが発生しない場合における、電流の最
大値により評価することができ、この値が大きいほど大
電流しゃ断性に優れることとなる。接点表面をベーキン
グ、電圧エージング等によりクリーニングして条件を一
定にした後、７．２ＫＶ、５０ＨｚでＩＫＡずつ電流を
増加しながらしゃ断限界時における電流の最大値を測定
し、所定の標準値に対する倍率をしゃ断倍率として算出
した。

以上の各接点に対するサージ電流値およびしゃ断倍率を
示した表１を参照し、本発明による接点の存する効果に
ついて説明する。実施例１および従来例１はいずれも低
蒸気圧性材料の３０Ａｇ−ＷＣ−，０，２Ｃｏを合金領
域（Ａ１）に、高蒸気圧性材料の４０Ａｇ−ＷＣ−１０
Ｃｏを合金領域（Ａ２）に用いており、実施例１のみ境
界領域（Ｂ１）を有する。この結果しゃ断する際に最初
にアークが接続されるのは、実施例１と従来例１の両者
とも同一材料からなる合金領域（Ａ２）であるため、電
流さい断値は同一であり、低サージ性に差異は見られな
い。ところが、実施例１は従来Ｎ１と異なり境界領域（
Ｂ１）を有するため、合金領域（Ａ２）から合金領域（
Ａｔ）へのアークの移行が停滞することなく容易に行な
われ、しゃ断倍率が１．０から１６４へ向上している。

このことは実施例２と従来例２、実施例３と従来例３、
実施例４と従来例４のいずれの関係についてもあてはま
る。以上の試験結果から、蒸気圧の高さの異なる材料を
用いた合金領域を単に二種類量」−有するだけでなく、
各合金領域の間に蒸気圧の高さが半径方向に対して連続
して異なる分布ををする境界領域を有した本発明による
接点は、低サージ機能のみならず、大電流しゃ断機能を
も有することが実証された。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による真空開閉器用接点は
、低サージ機能を有する高蒸気圧性材料からなる合金領
域と、大電流しゃ断機能を有する低蒸気圧性材料からな
る合金領域とを少なくとも２種類有し、それぞれの合金
領域の間に蒸気圧の高さの半径方向の分布が連続して異
なる境界領域を存する。このため、高蒸気圧性材料から
なる合金領域から低蒸気圧性材料からなる合金領域への
縦磁界の制御による強制的なアークの移行が容易に行な
われて停滞することがなく、低サージ機能と大電流しゃ
断機能という二つの相反する要求を同時に満たすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の真空開閉器用接点の一実施例を示す図
、第２ｖ４は本発明の真空開閉器用接点を製造するとき
に用いる金型の一例を示す図、第３図は成型体の中心軸
方向の断面を示す図、第４図は真空開閉器を示す図、第
５図は第４図における可動電極８周辺の詳細を示す部分
拡大図、第６図は従来の真空開閉器用接点を示す図、第
７図は真空開閉器に用いられるコイル電極を示す図、第
８図は真空開閉器に用いられるスパイラル電極を示す図
である。 １・・・しゃ断器、２・・・絶縁容器、３ａ、３ｂ・・
・封止金具、４ａ、４ｂ・・・金属製蓋体、５．６・・
・導電棒、７・・・固定電極、８・・・可動電極、９・
・・ベローズ、１０．１１・・・アークシールド、１２
．１４・・・ろう付、１３ａ・・・可動接点、１３ｂ・
・・固定接点、１４・・・ろう材部、２１・・・第１の
合金領域（Ａ１）、２２・・・第１の境界領域（Ｂ、）
、２３・・・第２の合金領域（Ａ２）、３１・・・金型
、３２・・・第１のポンチ、３２ａ・・・第１のポンチ
の底部、３２ｂ・・・テーパ部、３５・・・第２のポン
チ、３５ａ・・・第２のポンチの底部、３７・・・金型
台、３８・・・空間、３９・・・成型体、４４・・・コ
イル電極、４５・・・スパイラル電極、Ｈ・・・磁界。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 Ｉ’ｌｌ　　図 Ｐ）２　　図 島３　図 乳７　図 九８　口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２種類の合金領域とその間にはさまれた境界領域が同心
   円状に配され、前記合金領域の各々が蒸気圧の高さの異
   なる材料から成り、前記境界領域が半径方向に蒸気圧の
   高さが連続して異なるように組成された材料から成るこ
   とを特徴とする真空開閉器用接点。