(57)【要約】本発明は、アーク接触子（１０，１８）に関するものであって、アーク接触子（１０，１８）は、他のアーク接触子（１８，１０）と接触している第１位置と、他のアーク接触子（１８，１０）と離間している第２位置と、に位置することができる。本発明によるアーク接触子は、少なくとも１つの導電性材料を有したマトリクス内に埋設されたカーボンファイバを備え、少なくとも１つの導電性材料を有したマトリクスが、グラファイトと関連している。
2005532662.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に回路ブレーカといったような媒体式高電圧用の電源遮断設備において使用するためのアーク接触子（１０，１８）であって、
前記アーク接触子（１０，１８）が、前記電源遮断設備のコンタクトアセンブリに属する固定支持体（８）または可動支持体（１６）に対して付設することを意図されたものであり、
前記アーク接触子（１０，１８）が、動作時には、他のアーク接触子（１８，１０）と接触している第１位置と、他のアーク接触子（１８，１０）と離間していて前記電源遮断設備内において電流を遮断し得るような第２位置と、に位置することができ、
前記アーク接触子（１０，１８）が、少なくとも１つの導電性材料を有したマトリクス（３０，３４）内に埋設されたカーボンファイバ（２６）を備え、
このようなアーク接触子において、
前記少なくとも１つの導電性材料を有した前記マトリクスが、さらに、グラファイトの形態とされたカーボンを備えていることを特徴とするアーク接触子。
【請求項２】
請求項１記載のアーク接触子において、
前記カーボンファイバ（２６）が、３次元編込構造（２８）として配置された長尺ファイバを備えていることを特徴とするアーク接触子。
【請求項３】
請求項１または２記載のアーク接触子において、
前記導電性材料が、前記アーク接触子の１０〜５０％という重量とされていることを特徴とするアーク接触子。
【請求項４】
請求項３記載のアーク接触子において、
前記導電性材料が、前記アーク接触子の２０〜４０％という重量とされていることを特徴とするアーク接触子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク接触子において、
前記導電性材料をなす粒子のサイズが、０．１〜２００μｍとされていることを特徴とするアーク接触子。
【請求項６】
請求項５記載のアーク接触子において、
前記導電性材料をなす粒子のサイズが、１〜５０μｍとされていることを特徴とするアーク接触子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のアーク接触子において、
前記導電性材料が、銅であることを特徴とするアーク接触子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアーク接触子において、
前記カーボンファイバ（２６）の直径が、０．１〜５０μｍとされていることを特徴とするアーク接触子。
【請求項９】
請求項８記載のアーク接触子において、
前記カーボンファイバ（２６）の直径が、２〜１５μｍとされていることを特徴とするアーク接触子。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアーク接触子において、
主に、前記カーボンファイバ（２６）と、前記少なくとも１つの導電性材料を有した前記マトリクス（３０，３４）と、から構成されていることを特徴とするアーク接触子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載されたアーク接触子（１０，１８）を製造するための方法であって、
−前記カーボンファイバ（２６）からなる構造体（２８）を形成し、
−このようなカーボンファイバ（２６）に対して、少なくとも１つの導電性材料を有した前記マトリクス（３０，３４）を侵入させる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、
前記カーボンファイバ（２６）に対して、まず最初に、カーボンを部分的に侵入させ、これにより、挿入スペース（３２）を有したものとして一次カーボンマトリクス（３０）を形成し、
その後、前記挿入スペースを、導電性材料によって充填し、これにより、この導電性材料によって形成された二次マトリクス（３４）を形成する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
特に回路ブレーカといったような媒体式高電圧用の電源遮断設備において使用するためのコンタクトユニットであって、
固定接触部材（６）および可動接触部材（１４）を具備し、
これら各接触部材（６，１４）が、アーク接触子（１０，１８）を備え、
これら２つのアーク接触子（１０，１８）が、互いに接触した第１位置と、互いに離間していて電流を遮断する第２位置と、に位置することができ、
このようなコンタクトユニットにおいて、
前記アーク接触子（１０，１８）の少なくとも一方が、請求項１〜１１のいずれか１項に記載されたものであることを特徴とするコンタクトユニット。
【請求項１４】
特に回路ブレーカといったような媒体式高電圧用の電源遮断設備であって、
コンタクトアセンブリ（１０，１８，２２）が設けられた電源遮断チャンバ（２）を具備しているような電源遮断設備において、
前記コンタクトアセンブリが、請求項１〜１１のいずれか１項に記載されたアーク接触子であることを特徴とする電源遮断設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体式高電圧用の電源遮断設備におけるアーク接触子、および、そのような接触子の製造方法、ならびに、少なくとも１つのそのような接触子を備えた接触アセンブリ、さらには、そのような接触アセンブリを備えた電源遮断設備、に関するものである。
【０００２】
本発明の目的からすれば、媒体式高電圧用の電源遮断設備は、例えば、回路ブレーカや、遮断スイッチや、接触器や、充電スイッチ、とすることができる。媒体式高電圧とは、１，０００ボルト以上の電圧を意図している。
【背景技術】
【０００３】
公知なように、そのような電源遮断設備は、接触アセンブリを備えている。接触アセンブリには、固定用と可動用との２つの部材が設けられている。各部材は、接触部分を有している。可動部材は、固定部材に対して移動することができ、接触位置と、分離位置すなわち遮断位置と、の間にわたって移動することができる。
【０００４】
接触位置と分離位置との間にわたっての可動部材の移動時には、電気アークが形成される。この電気アークは、電源遮断後には消滅する。
【０００５】
また、可動部材には、絶縁ノズルが付設されている。この絶縁ノズルは、環状チャネルを形成しており、可動部材の移動時には、電気アークの発生領域に向けて絶縁ガスを噴射する。
【０００６】
仏国特許出願公開第２ １８１ ６９９号明細書には、上記タイプの高電圧回路ブレーカが開示されている。この回路ブレーカにおいては、アーク接触子が、グラファイトボディから形成されていて、接触部分内において、１つまたは複数の金属からなる導電性付属部材を囲んでいる。
【０００７】
また、欧州特許出願公開第０ ６６５ ５６５号明細書には、電源遮断設備のための接触アセンブリが開示されている。この接触アセンブリには、グラファイト製の摩耗部材を形成する付属部材が設けられている。
【０００８】
しかしながら、第２の手法は、使用されている材料の機械的強度が不十分であることに関連して、欠点を示す。すなわち、閉塞操作時に特に発生するような、機械的衝撃時には、グラファイト微粒子が、接触アセンブリから脱離する傾向がある。
【０００９】
したがって、そこが、アークの遮断を妨害する位置であり、誘電体強度の低下すら起こってしまう。加えて、グラファイトの脆弱性が、この摩耗部分と、接触アセンブリの残部と、の間の接続を、困難なものとしてしまう。また、これにより、様々な構成部材のコストがかさんでしまい、工業的規模での実施を阻害する。
【００１０】
欧州特許出願公開第０ ２０５ ８９７号明細書は、カーボンマトリクス内に嵌め込まれたカーボンファイバからアーク接触子を形成することを提案している。
【００１１】
しかしながら、この代替手法も、また、特にカーボンに関しての本来的な熱的伝導性および電気的伝導性において、欠点を有している。すなわち、接触抵抗値が大きく、そのため、温度上昇が激しい。
【００１２】
この脆弱な電気伝導性は、また、互いに平行な導体間においてアークが形成されてしまうつまり恒久的な電流接続が形成されてしまうというリスクがある場合には、回路ブレーカの適切な機能にとって、有害なものとなる。加えて、この文献に記載された実施態様においては、カーボンファイバが、グラファイトマトリクス内において使用されている。グラファイト材料は、工業的な観点からは複雑なものであって、付加的な製造コストを招いてしまう。
【００１３】
最後に、米国特許第５，５９９，６１５号明細書は、電気設備内に組み込むことを意図した電気部材を開示している。電気設備は、導電性金属マトリクス内に配置された非金属製ファイバを備えている。上記ファイバは、軸方向を有していて、互いに平行とされている。ファイバは、カーボンから形成することができる。一方、例えばアルミニウムや鉄や貴金属といったような適切な金属は、マトリクスへと成形することができる。
【特許文献１】仏国特許出願公開第２ １８１ ６９９号明細書
【特許文献２】欧州特許出願公開第０ ６６５ ５６５号明細書
【特許文献３】欧州特許出願公開第０ ２０５ ８９７号明細書
【特許文献４】米国特許第５，５９９，６１５号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
叙述したように、本発明の目標は、単純にかつ容易に形成し得るとともに、特に機械的観点や電気的観点において、従来技術と比較して全体的強度が改良され、これにより、電源遮断装置の寿命を延命化し得るような、アーク接触子を提供することである。
【００１５】
この目標のために、本発明の目的は、特に回路ブレーカといったような媒体式高電圧用の電源遮断設備において使用するためのアーク接触子であって、アーク接触子が、電源遮断設備のコンタクトアセンブリに属する固定支持体または可動支持体に対して付設することを意図されたものであり、アーク接触子が、動作時には、他のアーク接触子と接触している第１位置と、他のアーク接触子と離間していて電源遮断設備内において電流を遮断し得るような第２位置と、に位置することができ、アーク接触子が、少なくとも１つの導電性材料を有したマトリクス内に埋設されたカーボンファイバを備え、このようなアーク接触子において、少なくとも１つの導電性材料を有したマトリクスが、さらに、グラファイトの形態とされたカーボンを備えている。
【００１６】
本発明の目的においては、導電性材料は、２００μΩｃｍよりも小さな電気抵抗率を有している。
【００１７】
カーボンファイバは、本発明によるアーク接触子に対して、良好な機械的強度と、満足のいく弾性と、を付与する。加えて、アーク接触子は、上記マトリクスのおかげで、満足のいく導電性と熱伝導性との双方を有している。
【００１８】
グラファイトマトリクスは、本発明によるコンタクトアセンブリに対して、小さな摩擦性を付与する。加えて、このマトリクスは、充填という役割を果たす。すなわち、このマトリクスは、導電性材料の量が多くなり過ぎてしまって導電性材料が蒸発するという深刻なリスクが発生することを、防止する。
【００１９】
よって、このマトリクスは、導電性材料がグラファイト製コア内に保持されることを、可能とする。よって、導電性材料が液体状態となったすなわち蒸発状態となった時でさえ、導電性材料をコア内に保持することができ、これにより、導電性材料が排出される機会を少なくすることができる。
【００２０】
コンタクトアセンブリの解除操作を、カーボンファイバ構造に対して連結されたマトリクスとして導電性材料を使用することによって行い得ることに、注意されたい。
【００２１】
この観点から、ファイバは、弱い隙間を有したコンパクトな編込に基づいて配置される。これにより、導電性材料の溶融時でも、導電性材料をうまく保持することができる。
【００２２】
特に回路ブレーカが受ける温度上昇と比較して比較的中程度の温度上昇を受ける場合には、最後の実施態様は、遮断スイッチに特に好適である。
【００２３】
本発明の明確な特徴点は、カーボンファイバが、３次元編込構造として配置された長尺ファイバを備えていることである。
【００２４】
本発明の目的においては、そのような長いファイバは、ファイバ直径に対してのファイバ長さの比が、１００以上とされ、より好ましくは１，０００以上とされ、さらに好ましくは１０，０００以上とされる。この寸法のために、コンタクトアセンブリの機械的強度をさらに向上させ得るとともに、アーク接触子の機械的性質に対して満足のいく一様性を付与することができる。
【００２５】
本発明の他の特徴点においては、導電性材料は、アーク接触子（あるいは、コンタクトアセンブリ）の１０〜５０％という重量とされ、好ましくは、２０〜４０％という重量とされる。
【００２６】
本発明の他の特徴点においては、ファイバは、アーク接触子の１〜９０％という重量とされ、好ましくは、３０〜８０％という重量とされる。
【００２７】
本発明の他の特徴点においては、導電性材料は、銅とされる。しかしながら、純物質であるかあるいは合金であるかにかかわらず、銀やニッケルやスズやアルミニウムさえをも、使用することができる。
【００２８】
本発明の他の特徴点においては、カーボンファイバの直径は、０．１〜５０μｍとされ、好ましくは、２〜１５μｍとされる。
【００２９】
本発明の他の特徴点においては、主に、カーボンファイバと、少なくとも１つの導電性材料を有したマトリクスと、から構成される。本発明の目的においては、このことは、アーク接触子を構成している他の材料の割合が、３％未満でしかないことを意味している。
【００３０】
また、本発明の他の目的は、上述したアーク接触子を製造するための方法であって、
−カーボンファイバからなる構造体を形成し、
−このようなカーボンファイバに対して、少なくとも１つの導電性材料を有したマトリクスを侵入させる、
ことを特徴としている。
【００３１】
本発明の他の特徴点においては、カーボンファイバに対して、まず最初に、カーボンを部分的に侵入させ、これにより、挿入スペースを有したものとして一次カーボンマトリクスを形成し、その後、挿入スペースを、導電性材料によって充填し、これにより、この導電性材料によって形成された二次マトリクスを形成する。
【００３２】
また、本発明の他の目的は、特に回路ブレーカといったような媒体式高電圧用の電源遮断設備において使用するためのコンタクトユニットであって、固定接触部材および可動接触部材を具備し、これら各接触部材は、アーク接触子を備え、これら２つのアーク接触子は、互いに接触した第１位置と、互いに離間していて電流を遮断する第２位置と、に位置することができ、このようなコンタクトユニットにおいて、アーク接触子の少なくとも一方が、上述したアーク接触子とされていることを特徴としている。
【００３３】
最後に、本発明の目的は、特に回路ブレーカといったような媒体式高電圧用の電源遮断設備であって、コンタクトアセンブリが設けられた電源遮断チャンバを具備しているような電源遮断設備において、コンタクトアセンブリが、上述したアーク接触子とされていることを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明につき、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての好ましい実施形態に関して、以下説明する。
【００３５】
図１は、媒体式高電圧のための図示していない例えば回路ブレーカといったような電源遮断装置に属するような、電源遮断チャンバ（２）を示している。この電源遮断チャンバ（２）は、簡潔に後述するようにして従来と同様に設置されている。
【００３６】
この電源遮断チャンバ（２）は、絶縁性円筒形外皮（４）によって囲まれているとともに、例えばＳＦ６ といったような絶縁性ガスが充填されている。電源遮断チャンバ（２）は、まず最初に、符号（６）によって全体的に示されているような固定接触部材を備えている。この部材（６）は、周知なように、支持体（８）を備えている。この支持体（８）上に、アーク接触子（１０）が組み付けられている。
【００３７】
支持体（８）とアーク接触子（１０）との間の連結は、例えばネジ止めやピン止めやフィラー材料を使用した溶接やあるいはフィラー材料を使用しない溶接といったような、任意の機械的手法によって行われている。固定接触部材（６）は、図示していない電気ソケットに対して電気的に接続されているものであって、恒久的な電流コンタクト（１２）を備えている。
【００３８】
電源遮断チャンバ（２）は、さらに、符号（１４）によって全体的に示されているような可動接触部材を備えている。この部材（１４）は、支持体（１６）と、この支持体（１６）上に設置された可動接触部分（１８）と、を備えている。
【００３９】
支持体（１６）と可動接触部分（１８）との間の連結は、支持体（８）と部分（１０）との間の連結に関して上述した連結手法と同様のものとされている。
【００４０】
この可動接触部材（１４）も、また、図示していないさらなる電気ソケットに対して電気的に接続されているものであって、恒久的な電流コンタクト（２０）を備えている。電流コンタクト（２０）は、環状チャネル（２４）を規定している絶縁性ノズル（２２）を支持している。
【００４１】
従来的な動作時には、可動接触部材（１４）は、図１の左半分に図示しているように２つの部分（１０，１８）が互いに接触しているような接触位置と、図１の右半分に図示しているように２つの部分（１０，１８）が互いに離間しているような遮断位置と、の間にわたって移動することができる。
【００４２】
可動接触部材（１４）が接触位置から遮断位置へと移動したときには、２つの接触部分（１０，１８）の間に電気アークが形成される。この時、絶縁性ガスが、環状チャネル（２４）を通して、この電気アーク形成領域（２５）に対して供給される。
【００４３】
図２〜図４は、図１に示された電源遮断チャンバ（２）に設けられたアーク接触子（１０，１８）に関しての、３つの製造ステージを示している。
【００４４】
まず最初に、図２に示すように、カーボンファイバ（２６）を、全体的に符号（２８）によって示しているような３次元編込構造を形成するようにして、配置する。
【００４５】
編込構造（２８）のこのような形成ステージは、当該技術分野においては公知である。例えば、“Practice of industrial materials”, May 1998, “DUNOD reference
systems”という文献を参照することができる。
【００４６】
３次元編込構造（２８）は、上述したように、本発明の目的からすれば、長いカーボンファイバから形成される。そして、編込形成時に、これら長いファイバのわずかの量しか損傷や切断を受けないことが、必須である。この結果、本発明においては、編込カーボンファイバから得られた材料は、長いカーボンファイバと、長くないカーボンファイバと、から形成されている。
【００４７】
編込構造（２８）の形成後に、この編込構造を形成しているカーボンファイバ（２６）に対して、含浸操作（あるいは、侵入操作）を行わなければならない。すなわち、カーボンファイバに対して、グラファイトの形態とされたカーボンを、含浸する（あるいは、侵入させる）。これにより、ファイバ（２６）の周囲を一次的に引き伸ばして、一次マトリクス（３０）が形成される。
【００４８】
この含浸が、部分的なものでしかないことに、注意されたい。よって、一次マトリクス（３０）は、カーボンによって充填されていない自由領域をなす挿入スペース（３２）を形成している。
【００４９】
図３を参照して説明したこの第２ステージも、また、公知のものである。よって、図２のステージに関して上述した文献を参照することができる。
【００５０】
最後に、図４に示すように、編込構造（２８）と一次マトリクス（３０）とに対して、例えば銅といったような導電性材料を侵入させなければならない。導電性材料は、一次マトリクス（３０）内において初期的には空虚なものとされた挿入スペース（３２）内へと、侵入することとなる。
【００５１】
これにより、二次マトリクス（３４）が形成される。二次マトリクス（３４）は、一次マトリクス（３０）と一緒になって、カーボンファイバ（２６）が含浸されている主要マトリクスを構成する。
【００５２】
接触子（１０または１８）の製造プロセスにおけるこの最後の第３ステージも、また、公知のものである。図３のステージの際に、銅マトリクス（３４）が接触子の重量の例えば２０〜４０％を占め得ることを挿入スペース（３２）の容積が可能とし得るようにして、一次マトリクス（３０）が形成されることに、注意されたい。
【００５３】
主要マトリクスが形成された後に、接触子（１０または１８）は、成形されなければならない。図示していないこのステージも、また、機械加工や旋削やミリングや電気腐食といったような任意の手段を使用することにより、周知の態様によって実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による電源遮断装置における電源遮断チャンバを示す長手方向断面図である。
【図２】図１の電源遮断装置におけるアーク接触子の製造プロセスにおける第１ステージを示す斜視図である。
【図３】この製造プロセスにおけるその後のステージを示す顕微鏡的図である。
【図４】この製造プロセスにおけるその後の他のステージを示す顕微鏡的図である。
【符号の説明】
【００５５】
２  電源遮断チャンバ
６  固定接触部材
８  固定支持体
１０  アーク接触子
１４  可動接触部材
１６  可動支持体
１８  アーク接触子
２６  カーボンファイバ
２８  ３次元編込構造
３０  一次マトリクス
３２  挿入スペース
３４  二次マトリクス
【図１】
2005532662.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2005532662.tif 000007
2005532662.tif 000008
2005532662.tif 000009
2005532662.tif 000010
2005532662.tif 000011
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