(57)【要約】【課題】耐電圧や遮断性能を向上できる真空遮断器の電極接点材、及び製造が簡単な真空遮断器の電極接点材の製造方法を提供する。【解決手段】真空雰囲気の遮断室内に対向配置する通電導体１の端面にコイル電極２を設け、これらコイル電極２の対向端面に固着するＣｕ−Ｃｒ合金素材を用いた電極接点材３を摩擦攪拌処理によって加工処理する。摩擦攪拌処理の際、Ｃｕ−Ｃｒ合金素材面に良導電性材を介在させて行い、電極接点材３はコイル電極２と固着する面側に良導電性材成分を含有する良導電性材含有層を有すると共に、各コイル電極が対向する面側にＣｕ−Ｃｒの二相組織層を有するようにしている。【選択図】図１
2010272278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気の遮断室内に対向配置する通電導体の端面にコイル電極を設け、前記各コイル電極の対向端面に固着する少なくとも導電性成分と耐アーク性成分を含む合金材を用いた電極接点材であって、前記合金材に良導電性材を介在させた摩擦攪拌処理により、前記コイル電極を固着する面側に良導電性材成分を含有する良導電性材含有層を有すると共に、前記各コイル電極が対向する面側に導電性成分と耐アーク性成分の二相組織層を有するように構成したことを特徴とする真空遮断器の電極接点材。
【請求項２】
請求項１において、前記二相組織層は、耐アーク性成分が１００〜３００ｎｍに分散していることを特徴とする真空遮断器の電極接点材。
【請求項３】
所定の厚さの少なくとも導電性成分と耐アーク性成分を含む合金素材上に良導電性薄板を配置し、前記良導電性薄板の面側から前記良導電性薄板及び前記合金素材に対して摩擦攪拌処理を施して、前記合金素材には一面側に良導電性材成分を含有する良導電性材高含有層を有すると共に、他の面側に耐アーク性成分が１００〜３００ｎｍに分散している導電性成分と耐アーク性成分の二相組織層を有するように形成し、前記良導電性材高含有層と前記二相組織層との外表面に成形加工処理を施したことを特徴とする真空遮断器の電極接点材の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、前記合金素材には、導電性成分の４０〜８０重量％のＣｕ粉末と、耐アーク性成分の２０〜６０重量％のＣｒ粉末を含むＣｕ−Ｃｒ合金素材を用いたことを特徴とする真空遮断器の電極接点材の製造方法。
【請求項５】
請求項３において、前記良導電性材薄板にはＣｕ板を用いたことを特徴とする真空遮断器の電極接点材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空遮断器の電極接点材及びその製造方法に係り、特に特に耐電圧及び遮断性能を向上でき、また製造が容易な真空遮断器の電極接点材及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、真空遮断器１０は、図４に示す如くセラミック等の絶縁材料からなる略円筒状の中空部材１１の両端部に、封鎖金具１２、１３をそれぞれ介在させて金属製の端部板１４及び１５を固着して絶縁容器を形成し、この内部を真空雰囲気の遮断室に構成する。
【０００３】
遮断室の内部には、端部板１４を貫通して気密に固着する固定側の通電導体１６と、端部板１５を貫通する可動側の通電導体１７を配置している。各通電導体１６及び１７には、それぞれ遮断室内で対向する電極を取り付けている。これらの電極は、例えば図４に示す如く、アークを駆動する磁界発生手段となる円弧溝等を備えるコイル電極１９Ａ、２０Ａと、コイル電極１９Ａ、２０Ａの対向端面側に固着する電極接点材１９Ｂ、２０Ｂとから形成されている。
【０００４】
可動側の通電導体１７は、一端を端部板１５に固定すると共に、他端を通電導体側に固定するベローズ１８により気密を保持し、操作装置（図示せず）で軸方向に移動可能に構成する。そして、操作装置を駆動して電流遮断する際に、電極接点材１９Ｂ、２０Ｂ間等に発生するアークに基づく悪影響を防止するため、中空部材１１の内面やベローズ１８面を保護するシールド筒２１や２２を配置している。
【０００５】
ところで、コイル電極１９Ａ、２０Ａの対向面に固着する電極接点材１９Ｂ、２０Ｂは、真空遮断器１０の性能、即ち大電流から小電流まで良好に遮断できて絶縁耐力も高く、しかも耐融着性が良いこと等の性能に大きく影響するため、従来から種々の材料や製造方法が提案されている。
【０００６】
例えば特許文献１に記載の如く、導電性の良好なＣｕ（銅）と耐アーク性成分のクロム（Ｃｒ）とを適切な割合で含む粉末混合物を、圧縮してから真空中等の非酸素雰囲気で焼結してＣｕ−Ｃｒ焼結合金を作り、これを冷間加工して真空遮断器の電極接点材を作って、使用することが提案されている。
【０００７】
また、特許文献２では真空遮断器の電極接点材として、Ｃｕ−Ｃｒの混合物を不活性ガス雰囲気中又は真空中で溶融し、この溶湯をアトマイズ法で微細化してＣｕマトリックス中に均一に分散した平均粒径５μｍ以下のＣｒを含み、しかも平均粒径１５０μｍ以下のＣｕ−Ｃｒ合金粉末を得て、このＣｕ−Ｃｒ合金粉末を焼結してＣｒの平均粒径を２から２０μｍとし、遮断電流や対溶着性等の向上を図ることも提案されている。
【０００８】
更に、特許文献３にはＣｕ板とＣｒ板との積層体や、Ｃｕ板Ｃｒ粒との積層体、Ｃｕ粒とＣｒ粒との混合体や成形体、Ｃｕ−Ｃｒ合金体の接点表面全面に、高エネルギ密度を有するレーザを所定のオーバラップ率で照射し、急激でしかもピーク温度の極めて高い熱履歴を与えることにより、照射表面より深さ５０μｍ程度の領域で、Ｃｕ相中に直径が０．１から５μｍの微細Ｃｒを存在させ、再点弧発生確率を小さくし、遮断特性を向上させる真空遮断器用接点の製造方法が提案されている。
【０００９】
また更に、特許文献４には真空遮断器の接点部材として、Ｃｕ又はＣｕ合金からなる第１層と、これと接合するＣｕ−Ｃｒ系複合材料からなる第２層とで作る積層複合材料を用い、高い電気伝導度や熱伝導率及び耐熱性を有し、しかも耐アーク性の良くできるようにすることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表平４−５０５９８６号公報
【特許文献２】特開平４−９５３１８号公報
【特許文献３】特開平４−３１２７２３号公報
【特許文献４】特開平１１−２２９０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記したように真空遮断器の電極接点材は、焼結合金母材中のＣｒの粒径が微細でかつ均一な組織であれば、耐電圧や遮断性能が向上することが知られている。しかし、上記した各特許文献の如き通常の固相焼結による焼結合金母材の製造では、Ｃｒ粉の粒径が１０μｍ程度であると、酸化が進んでしまって焼結が難しく、しかも酸素含有量が増加するため、真空遮断器の性能を低下させてしまうことになる。
【００１２】
また、特許文献２のように真空アーク溶解等により製造するＣｕ−Ｃｒ合金の電極接点材は、微細で均一な組織となるので、良好な耐電圧や遮断性能を有する。しかし、導電率が低くて真空遮断器の電極接点材としては接触抵抗が高くなってしまうし、真空アーク溶解では高価でしかも生産性が悪い欠点がある。
【００１３】
更に、３６ｋＶ以上の電圧の真空遮断器では、電極接点材の表面に電流アークを発生させ、その後急速冷却させてＣｒ微細分散層を生成する方法（電流化成法）もある。この電流化成法では、接点部材面に均一に皮膜を生成させるには、何回かのアーク発生処理が必要である。その上、この処理時のアークによる金属蒸気が、真空遮断器の絶縁容器を構成するセラミック容器の内面を汚損し、真空遮断器の寿命を低下させてしまう欠点がある。しかも、１０から２０μｍの厚さのＣｒ微細分散層を生成するのが限度であって、より高い電圧に使用する真空遮断器の電極接点材では、開閉回数が多くなるに従って、耐電圧の低下が著しくなる問題があり、この改善が望まれていた。
【００１４】
本発明の目的は、耐電圧や遮断性能を著しく向上できて電極側との接合も良好に行える真空遮断器の電極接点材を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、コイル電極の対向端面に固着する電極接点材中に、Ｃｒを微細化したＣｕ−Ｃｒ二相組織層を容易に形成でき、しかも製造が簡単な真空遮断器の電極接点材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明により真空遮断器の電極接点材は、真空雰囲気の遮断室内に対向配置する通電導体の端面にコイル電極を設け、前記各コイル電極の対向端面に固着する少なくとも導電性成分と耐アーク性成分の合金材を用いたものであって、前記合金素材に良導電性材を介在させた摩擦攪拌処理により、前記コイル電極を固着する面側に良導電性材成分を含有する良導電性材高含有層を有すると共に、前記各コイル電極の対向する面側に導電性成分と耐アーク性成分の二相組織層を有するように構成したことを特徴としている。
【００１７】
好ましくは、前記二相組織層は、導電性成分と耐アーク性成分が１００〜３００ｎｍに分散していることを特徴としている。
【００１８】
また本発明による真空遮断器の電極接点材の製造方法は、所定の厚さの少なくとも導電性成分と耐アーク性成分の合金素材上に良導電性薄板を配置し、前記良導電性薄板の面側から前記良導電性薄板及び前記合金素材に対して摩擦攪拌処理を施して、前記合金素材には一面側に良導電性材成分を含有する良導電性材高含有層を有すると共に、他の面側に導電性成分と耐アーク性成分が１００〜３００ｎｍに分散している導電性成分と耐アーク性成分の二相組織層を有するように形成し、前記良導電性材高含有層と二相組織層との外表面に成形加工処理を施したことを特徴としている。
【００１９】
好ましくは、前記良導電性材薄板にはＣｕ板を用いたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の真空遮断器の電極接点材によれば、遮断室内に対向配置する通電導体の端面に設ける電極に固着する電極接点材は、コイル電極の面側に良導電性材成分を含有する良導電性材含有層を有すると共に、各コイル電極が対向する面側に導電性成分と耐アーク性成分の二相組織層を有するようにしたから、導電性成分と耐アーク性成分の二相組織層のため耐電圧が良好で遮断性能を向上できるし、良導電性材含有層は導電率が良好なためコイル電極側との電気的接続も良好に行うことができる。
【００２１】
また、真空遮断器の電極接点材の製造方法では、少なくとも導電性成分と耐アーク性成分を含む合金素材上に良導電性薄板を重ね配置した状態で摩擦攪拌処理を行って形成するため、良導電性材含有層と導電性成分と耐アーク性成分の二相組織層とを有する電気的特性の良い電極接点材を容易に製造することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の電極接点材を用いた真空遮断器の電極の一実施例を一部断面して示す正面図である。
【図２】（ａ）から（ｅ）は、本発明の一実施例である真空遮断器の電極接点材の製造方法を順に示す概略図である。
【図３】従来の真空遮断器の例を示す概略縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の真空遮断器の電極接点材は、少なくとも導電性成分と耐アーク性成分を含む合金素材を用いており、この合金素材の面に良導電性材を介在させた摩擦攪拌処理で、電極を固着する面側に良導電性材成分を含有する良導電性材高含有層を有し、かつ各電極の対向面側に導電性成分と耐アーク性成分の二相組織層を有した電極接点材としている。電極接点材は、所定の厚さの少なくとも導電性成分と耐アーク性成分を含む合金素材上に良導電性薄板を配置し、この良導電性薄板の面側から摩擦攪拌処理を施し、一面側に良導電性材成分を含有する良導電性材高含有層を有すると共に、他の面側に導電性成分と耐アーク性成分が１００〜３００ｎｍに分散している二相組織層を有する電極接点材を製作する。
【実施例１】
【００２４】
以下、本発明の真空遮断器の電極接点材及びその製造方法を、図１から図２を用いて説明する。真空遮断器の固定側及び可動側の各電極は、図１に示す如く従来のものと同様に通電導体１の端面に、電流遮断時に生じたアークを駆動する磁界を発生させるための円弧溝４を備えたカップ状のコイル電極２と、このコイル電極２同士が対向する面に固着する耐アーク性の良い電極接点材３とから構成されている。
【００２５】
電極接点材３は、図２を用いて後述する如く少なくとも導電性成分と耐アーク性成分を含む合金素材３１と良導電性材３２を組み合せ、しかも摩擦攪拌を用いた本発明の製造方法によって製作する。この本発明の電極接点材３は、コイル電極２とろう付け等で固着する面側に良導電性材成分を含有する良導電性材高含有層３Ａを有すると共に、固定側及び可動側の各コイル電極３が対向する面側に耐アーク性成分が微細に分散した導電性成分と耐アーク性成分の二相組織層３Ｂを有するように形成している。
【００２６】
電極接点材３は、良導電性材高含有層３Ａを有しているからコイル電極２への固着が円滑に行えるし、また導電性が優れているあるからコイル電極２と電極接点材３との電気的接続も良好に行える。しかも、真空遮断器の電流遮断時に生ずるアークが点弧する面となる側に、特に耐アーク性成分が微細に分散した二相組織層３Ｂを有しているから、従来に比べて耐電圧が良好でより一層遮断性能を向上できるようになる。
【００２７】
本発明による真空遮断器の電極接点材の製造方法は、例えば図２（ａ）から（ｅ）に示す手順によって製造する。本発明の電極接点材を製造するため、少なくとも導電性成分と耐アーク性成分を含む合金素材３１を使用する。この合金素材３１は、導電性成分の４０〜８０重量％のＣｕ粉末と、耐アーク性成分の２０〜６０重量％のＣｒ粉末（或いはＭｏ粉末）を混合し、この混合体を圧縮成形してから、真空或いは不活性ガス中等の非酸素雰囲気で焼結して作る焼結法で形成したものを使用する。又は、上記量の耐アーク性成分のＣｒ粉を圧縮してから焼結して焼結体を作り、この焼結体に導電性成分のＣｕを含浸させる焼結含浸法によって形成した材料を使用する。
【００２８】
なお、上記した合金素材３１には、周知の如く電極接点材間の溶着を抑えるため、必要に応じてＢｉ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｐｂ等の耐溶着成分を添加することができる。以下の説明では、導電性成分のＣｕと耐アーク性成分のＣｒからなるＣｕ−Ｃｒ合金素材３１を用いた例で説明する。
【００２９】
電極接点材の製造にあたっては、先ず図２（ａ）に示す如くＣｕ−Ｃｒ合金素材３１を準備する。Ｃｕ−Ｃｒ合金素材３１は、後述の外表面平坦化処理を考慮して電極接点材３よりも少し直径が大きく、厚さ３〜５ｍｍのものを準備して使用する。
【００３０】
次に、図２（ｂ）に示す如くＣｕ−Ｃｒ合金素材３１の一方の面上に、厚さ２から５ｍｍの良導電性薄板３２を配置する。良導電性薄板３２としては、電気的導電特性が良くて後述する加工処理が容易に行えるような薄板、例えば銅板やアルミニウム板を使用する。以下の説明では、良導電性薄板３２に銅板を用いた例で説明する。
【００３１】
続いて、良導電性薄板３２の銅板を配置したＣｕ−Ｃｒ合金素材３１は、図２（ｃ）に示す如く摩擦攪拌接合と同様に、スターロッドと称される回転加工材３３の先端を、銅板３２側から押し当てる。そして、銅板３２に回転加工材を加圧して回転させた時の摩擦攪拌処理による摩擦熱及び加工熱によって表面を軟化させる。この摩擦攪拌処理により、銅板３２にＣｕ−Ｃｒ合金素材３１の一部が混じり合った銅成分の多い良導電性材高含有層３Ａと、Ｃｕ−Ｃｒ合金素材３１を摩擦攪拌してＣｕ及びＣｒ、特にＣｒを微細化したＣｕ−Ｃｒ二相組織層３Ｂとを形成する。Ｃｕ−Ｃｒ二相組織層３Ｂは、特にＣｒが１００〜３００ｎｍ程度の微細に分散している状態にすれば、電流遮断時に生ずるアークが点弧する電極接点材３として極めて効果的である。
【００３２】
その後、図２（ｄ）に示す如く良導電性材高含有層３ＡとＣｕ−Ｃｒ二相組織層３Ｂの外面の摩擦攪拌加工処理で荒れた面を、例えば厚さ１ｍｍ程度切除する外表面平坦化処理を施すと共に必要な加工穴等を形成する。そして、厚さ１から４ｍｍの良導電性材高含有層３Ａと、厚さ２から４ｍｍのＣｕ−Ｃｒ二相組織層３Ｂを有する平板状の電極接点材３にする。
【００３３】
最後に、図２（ｅ）に示す如く電極接点材３の良導電性材高含有層３Ａ側を、通電導体１の端面に取り付けたカップ型のコイル電極２の面にろう付けにより固着し、Ｃｕ−Ｃｒ二相組織層３Ｂが真空遮断器の各電極間の電流遮断時に生ずるアークが点弧する面に存在するようにして完成する。
【００３４】
本発明による真空遮断器の電極接点材の製造方法では、Ｃｕ−Ｃｒ合金素材３１上に良導電性薄板３２を配置した状態で、摩擦攪拌処理を行うことにより、良導電性材高含有層３Ａと、Ｃｕ及びＣｒを微細化したＣｕ−Ｃｒ二相組織層３Ｂとを有する電極接点部材を容易に効率良く形成することができる。
【００３５】
上記した本発明の実施例では、真空遮断器の電極を、カップ状のコイル電極と電極接点材とを組み合せた構造で説明したが、カップ状のコイル電極に代えて複数の螺旋溝を有する平板状の縦磁界発生電極を用い、これに電極接点材を固着する構造にも適用でき、同様に遮断性能を向上できることは明らかである。
【符号の説明】
【００３６】
１…通電導体、２…コイル電極、３…電極接点材、３Ａ…良導電材高含有層、３Ｂ…Ｃｕ−Ｃｒ二相組織層。
【図１】
2010272278.tif 000003
【図２】
2010272278.tif 000004
【図３】
2010272278.tif 000005