(57)【要約】【課題】アーク接触子の側面のＨＦによる腐食を抑制し、耐アークエロージョン性能に優れたアーク接触子を得ること。【解決手段】本発明は、銅を主体とする導電成分材料とタングステンとから構成され、側面の表面から２０μｍの深さまでの部分におけるタングステンの重量割合が９８重量％以上であることを特徴とする、ガス開閉器用のアーク接触子である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅を主体とする導電成分材料とタングステンとから構成され、
側面の表面から２０μｍの深さまでの部分におけるタングステンの重量割合が９８重量％以上であることを特徴とする、ガス開閉器用のアーク接触子。
【請求項２】
全量に対するタングステンの重量割合が５０重量％以上９０重量％以下である、請求項１に記載のアーク接触子。
【請求項３】
請求項１に記載のアーク接触子の製造方法であって、
タングステン粉末を焼結して多孔質体を作製する焼結工程と、
前記多孔質体を押出して側面近傍が圧縮された成形体を作製する押出成形工程と、
前記成形体に銅を溶浸する溶浸工程とを含む、製造方法。
【請求項４】
前記押出工程において、前記多孔質体を、押出方向の下流側の開口径が上流側の開口径より小さい金型の内部を通して押し出す、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記金型における上流側の開口径に対する下流側の開口径の比率は、９８％以上９９％以下である、請求項４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記タングステン粉末の平均粒径（メジアン径）は１μｍ以上２０μｍ以下である、請求項３〜５のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス開閉器用アーク接触子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガス遮断器やガス断路器などのガス開閉器に使用されるアーク接触子は、電流遮断時に発生する高温のアークに耐えるための耐熱性に加えて、アーク電流を転流するために一定以上の導電性も要求される。そのため、高融点で耐アーク性に優れた材料と導電性に優れた材料とを組み合わせた合金が使用されており、具体的には、銅とタングステンとからなる合金（Ｃｕ−Ｗ合金）が広く適用されている。また、電流遮断用の消弧ガスとしては、ＳＦ６ガスが最も使用されている。
【０００３】
従来、ガス開閉器用アーク接触子は、溶浸法、焼結法、通電加熱焼結法、放電プラズマ焼結法、ホットプレス焼結法、金属粉末射出成形法などにより製造され、例えば、輪状に巻回された細線もしくは薄板からなる耐弧成分材料（Ｗなど）の間隙に導電成分材料（Ｃｕなど）を溶浸させることにより製造されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなガス開閉器用アーク接触子にあっては、電流遮断時に高温のアークによりＳＦ６ガスが分解し、タンク内の水素と反応してＨＦが生成した際、アーク接触子の表面がＨＦにより腐食し、側面においては電流遮断時のアークによる溶融・蒸発がないため、腐食が進行し、耐アークエロージョン性能が低下する可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０―２１６８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、アーク接触子の側面のＨＦによる腐食を抑制し、耐アークエロージョン性能に優れたアーク接触子を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、銅を主体とする導電成分材料とタングステンとから構成され、
側面の表面から２０μｍの深さまでの部分におけるタングステンの重量割合が９８重量％以上であることを特徴とする、ガス開閉器用のアーク接触子である。
【０００８】
また、本発明は、上記アーク接触子の製造方法であって、
タングステン粉末を焼結して多孔質体を作製する焼結工程と、
前記多孔質体を押出して側面近傍が圧縮された成形体を作製する押出成形工程と、
前記成形体に銅を溶浸する溶浸工程とを含む、製造方法にも関する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のアーク接触子は、側面の表面から２０μｍの深さまでの部分におけるタングステンの重量割合が９８重量％以上であるため、側面のＨＦによる腐食の進行を抑制することができ、耐エロージョン性能に優れたガス開閉器用のアーク接触子を得ることができる。
【００１０】
また、本発明の製造方法は、タングステンからなる多孔質体を押出して成形体を作製する工程を含むため、側面付近におけるタングステンの重量割合が向上したアーク接触子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１のアーク接触子を適用したガス遮断器の一例を示す断面模式図である。
【図２】図１に示すガス遮断器の消弧室の断面模式図である。
【図３】アーク接触子の製造方法を示すフロー図である。
【図４】棒状の固定アーク接触子を製造する場合の押出成形工程を示す縦断面模式図である。
【図５】棒状の固定アーク接触子を製造する場合の溶浸工程を示す縦断面模式図である。
【図６】棒状の固定アーク接触子の横断面模式図である。
【図７】円筒状の可動アーク接触子を製造する場合の押出成形工程を示す縦断面模式図である。
【図８】円筒状の可動アーク接触子の横断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明のガス開閉器用のアーク接触子の実施の形態の一例について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１のアーク接触子を適用したガス遮断器の一例を示す断面模式図である。図１において、ガス遮断器１は、固定電極部２と可動電極部３と絶縁筒４とを備えた消弧室５と、この可動電極部３と連動する絶縁操作棒６と、支持絶縁筒７と、固定電極部２に結合された冷却塔８と、固体電極部２を導出するための導体９ａ、ブッシング１０ａおよび端子１１ａと、可動電極部３を導出するための導体９ｂ、ブッシング１０ｂおよび端子１１ｂと、消弧ガスおよび上述の構成部材を内部に収容した容器１２とで構成されている。絶縁操作棒６の一方の端部は、容器１２から外部に導出され、容器１２に密接して設置された制御箱１３の内部の操作装置１４と接続されている。
【００１４】
図２は、図１に示すガス遮断器の消弧室５の内部の構成を説明するための断面模式図である。図２において、固定電極部２と可動電極部３とは、絶縁筒４で電気的に絶縁されて固定されている。
【００１５】
可動電極部３は、可動アーク接触子１５、ノズル１６、駆動棒１７、可動主接触子１８、シールド２１およびパッファシリンダ２３から構成される。このうち、可動アーク接触子１５、ノズル１６、駆動棒１７および可動主接触子１８は操作装置によって一体的に移動するようになっている。可動電極部３の先端部において、円筒状の可動アーク接触子１５がノズル１６の内部に配置されている。可動アーク接触子１５の他方の端部は、駆動棒１７を介して絶縁操作棒６に連結されている。可動アーク接触子１５の外側には、可動主接触子１８が駆動棒１７に固定されている。可動主接触子１８は、シールド２１で一部が覆われている。電流遮断時には駆動棒１７が移動することによりパッファシリンダ２３が圧縮され、ノズル１６の内部に消弧ガスが流れるようになっている。
【００１６】
固定電極部２は、固定主接触子１９、固定アーク接触子２０およびシールド２２から構成される。固定電極部２において、固定主接触子１９の内部に棒状の固定アーク接触子２０とが固定されている。固定主接触子１９は、シールド２２で一部が覆われている。
【００１７】
次に、消弧室５における電流の遮断動作について説明する。電流遮断時には、可動電極部３側の可動アーク接触子１５が、それまで接触状態にあった固定アーク接触子２０と摺動ののち乖離して、これらのアーク接触子の間にアークＡ１が発生する（図２において、このアークをＡ１として示している）。なお、その際、可動主接触子１８と固定主接触子１９も同時に乖離する。
【００１８】
これに対して、パッファシリンダ２３内で圧縮された消弧ガスがアークＡ１に吹き付けられて、ノズル１６の内部に流れてアークＡ１は消弧される。アークが発生してこのアークが消弧ガスで消弧される間に、固定アーク接触子２０および可動アーク接触子１５は高温のアークＡ１により極めて高い温度（約２００００Ｋ）に曝される。
【００１９】
このように動作するガス遮断器において、固定アーク接触子２０および可動アーク接触子１５の少なくとも一方は、本発明のアーク接触子から構成される。
【００２０】
［アーク接触子］
次に、実施の形態１のアーク接触子の構造について説明する。図６に、棒状の固定アーク接触子２０として用いられるアーク接触子の横断面（図２のＡ−Ａ’断面）模式図を示す。また、図８に、円筒状の可動アーク接触子１５として用いられるアーク接触子の横断面（図２のＢ−Ｂ’断面）模式図を示す。図６、８において、固定アーク接触子は、Ｃｕを主体とした導電成分材料２６（白地部分）と、タングステン２７（黒地部分）から構成されている。
【００２１】
ガス遮断器では、電流遮断時に発生する高温のアークにより消弧ガスであるＳＦ６ガスが分解し、タンク内の水素と反応してＨＦが生成する。そのため、アーク接触子の表面がＨＦにより腐食する。ただし、アーク接触子の接触面（先端部）においては、電流遮断毎にアークにより材料が溶融・蒸発するため、腐食は進行しない。一方、側面（接触面以外の消弧ガスと接触する表面であり、外側面および内側面を含む）においては、電流遮断時のアークによる溶融・蒸発がないため、腐食が進行し、材料が脱落して損耗する。その結果、アーク接触子の耐アークエロージョン性能が低下する。
【００２２】
なお、銅を主体とする導電成分材料は、原料に含まれる微量の不可避の不純物（Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｐ、Ｏ、Ｎ、Ｈなど）を含有してもよい。
【００２３】
アーク接触子の全量に対するタングステン（Ｗ）の重量割合（含有率）は、好ましくは５０重量％以上９０重量％以下であり、より好ましくは６０重量％以上８０重量％以下である。Ｗの重量割合が５０重量％未満では、アーク熱に対する耐熱性が損なわれて損耗が多くなり、９０重量％を超えると、熱伝導性が悪くなることで蒸発損耗が促進されるためである。
【００２４】
実施の形態１のアーク接触子は、側面の表面から２０μｍの深さまでの部分におけるタングステンの重量割合が９８重量％以上であり、好ましくは９９重量％以上であることを特徴とする。このタングステンの重量割合は、例えば、ＥＰＭＡを用いて表面から２０μｍの深さまでの断面の面分析により、測定することができる。本実施の形態によるアーク接触子は、側面の表面から２０μｍの深さまでの部分におけるＷの重量割合が９８重量％以上であるため、ＨＦによる腐食を抑制し、材料の脱落・損耗を低減した、耐エロージョン性能に優れたガス開閉器用のアーク接触子である。
【００２５】
［アーク接触子の製造方法］
次に、実施の形態１のアーク接触子の製造方法について説明する。図３は、実施の形態１のアーク接触子の製造プロセスを示す模式図である。図３に示されるように、タングステン（Ｗ）粉末を焼結してＷからなる多孔質体を作製する工程（焼結工程）と、Ｗからなる多孔質体を押出して成形体を作製する工程（押出成形工程）と、成形体に銅（Ｃｕ）を溶浸する工程（溶浸工程）とを経て、アーク接触子が製造される。
【００２６】
（焼結工程）
Ｗ粉末を所定の型に充填した後、種々公知の方法により焼結することにより、Ｗからなる多孔質体を得ることができる。Ｗ粉末の平均粒径（メジアン径）は、好ましくは１μｍ以上２０μｍ以下であり、より好ましくは５μｍ以上１５μｍ以下である。この範囲のＷ粉末を使用することにより、多孔質体の空孔率が望ましい範囲となり、最終的に作製されるアーク接触子におけるＷの重量割合を所望の範囲（好ましくは５０重量％以上９０重量％以下）とすることができる。なお、平均粒径（メジアン径）はレーザ回折法などにより測定される値である。
【００２７】
また、多孔質体の形状としては、例えば、所定形状の底面を有する柱状（棒状）や筒状が挙げられる。棒状としては円柱状などが挙げられ、筒状としては円筒状などが挙げられる。上記所定の型は、これらの形状に対応したものが使用される。
【００２８】
（押出成形工程）
一例として、棒状の固定アーク接触子２０を製造する場合の押出成形工程について、図４を用いて説明する。図４を参照して、Ｗ粉末を焼結することにより得られた多孔質体２４を、押出方向の下流側（図４の下側）の開口径が上流側の開口径より小さい金型２５の内部を通して押し出すことで、多孔質体の側面近傍２４１のＷが、この側面と接する金型２５によって擦られながら多孔質体の内部に押し込まれ、側面近傍２４１の空孔部が押し潰されることで、多孔質体の側面近傍２４１のＷ密度が高まる。このようにして、アーク接触子の側面近傍のＷの重量割合が高められた成形体を得ることができる。
【００２９】
押出成形工程における多孔質体の径の圧縮率（上流側の径の大きさに対する下流側の径の大きさの比率）は９８％以上９９％以下が適当である。すなわち、上記金型の上流側の開口径に対する下流側の開口径の比率は、９８％以上９９％以下であることが好ましい。９８％未満の場合、多孔質体の側面が崩れ、形状が維持できないため、好ましくない。９９％を超えると、多孔質体の側面のＷの重量割合が十分に向上しないため、好ましくない。
【００３０】
次に、円筒状の可動アーク接触子１５を製造する場合の押出成形工程について、図７を用いて説明する。なお、円筒状の可動アーク接触子も、基本的には棒状の固定アーク接触子と同様に製造することができるため、重複する説明については省略する。図７を参照して、Ｗ粉末を焼結することにより得られた円筒状の多孔質体２４を、円筒状の開口を有する金型２５の内部を通して押し出すことで、多孔質体の側面近傍２４１のＷが、この側面（外側面および内側面）と接する金型２５によって擦られながら多孔質体の内部に押し込まれ、側面近傍２４１の空孔部が押し潰される。これにより、多孔質体の側面近傍２４１のＷ密度が高まる。
【００３１】
この場合も、押出成形工程における多孔質体の径の圧縮率は９８％以上９９％以下が適当であり、すなわち、金型の上流側の開口径に対する下流側の開口径の比率は９８％以上９９％以下であることが好ましい。なお、この場合において、多孔質体の径とは、多孔質体の外径から内孔の径を差し引いた長さを意味し、また、金型の開口径とは、開口部の外径から内部の金型部分の径を差し引いた長さを意味する。
【００３２】
押出成形後の多孔質体全体の空孔率は、好ましくは１５体積％以下であり、より好ましくは５体積％以下である。
【００３３】
（溶浸工程）
図５は、棒状の固定アーク接触子を製造する場合の溶浸工程を示す縦断面模式図である。Ｃｕの溶浸は、例えば、上記押出成形工程で得られた成形体２７の上流側（例えば上側）表面にＣｕを主体とする導電性成分材料２６を設置して水素炉中で加熱し、導電性成分材料２６の自重や下流側の減圧などにより、溶融Ｃｕを成形体２７の下流側方向（例えば下方）に浸透させることで行われる。溶浸温度（水素炉中等での加熱温度）は、Ｃｕの融点（１０８５℃）以上でありＷの融点（３３８０℃）未満であれば良く、好ましくは１０８５〜１２００℃であり、より好ましくは１０８６〜１１００℃である。一例としては、１０９０℃が適当である。
【００３４】
これらの工程により、側面の表面から２０μｍの深さまでの部分におけるＷの重量割合が９８重量％以上である溶浸体（アーク接触子）を得ることができる。
【００３５】
なお、本実施の形態のアーク接触子は、ガス開閉器の一つであるガス遮断器に用いられるものとして説明したが、他のガス開閉器であるガス断路器等に用いられるものであってもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１  ガス遮断器、２  固定電極部、３  可動電極部、４  絶縁筒、５  消弧室、６  絶縁操作棒、７  支持絶縁筒、８  冷却塔、９ａ，９ｂ  導体、１０ａ，１０ｂ  ブッシング、１１ａ，１１ｂ  端子、１２  容器、１３  制御箱、１４  操作装置、１５  可動アーク接触子、１６  ノズル、１７  駆動棒、１８  可動主接触子、１９  固定主接触子、２０  固定アーク接触子、２１，２２  シールド、２３  パッファシリンダ、２４  Ｗ多孔質体、２５  金型、２６  導電成分材料、２７  タングステン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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