(57)【要約】本発明は、耐高温相が埋め込まれた強磁性体相を有する基地複合材料で作られた消滅板に関する。実施例として、基地複合材料を製造するため、９６重量％の鉄と４重量％のＭｇＯが混合された。この粉末混合物は、グリーンプレートにプレスされた。このグリーンプレートは焼結され、０．８ｍｍから１．２ｍｍの所望の厚みに圧延された。この圧延は、何回かの圧延工程により行われ、その間、焼結板はエージングされた。最後の圧延工程の後、焼結板は好ましくはもう一度エージングされた。この方法で作られた基地複合材料により作られた板は、次いで５〜１０μｍの薄さの導電層、例えば銅層によって電気的にコーティングされた。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐高温相が埋込まれた強磁性体相を含む基地複合材料を備えた消滅板。
【請求項２】
前記耐高温相が前記基地複合材料中に均一に分布されていることを特徴とする請求項１に記載の消滅板。
【請求項３】
前記板の体積の大部分が、前記基地複合材料で満たされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の消滅板。
【請求項４】
前記板の厚みの大部分が、前記基地複合材料でなることを特徴とする請求項３に記載の消滅板。
【請求項５】
前記板の体積又は厚みの少なくとも７０％、好ましくは８０％が、前記基地複合材料で満たされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の消滅板。
【請求項６】
前記板が、完全に前記基地複合材料で作られていることを特徴とする請求項１又は２に記載の消滅板。
【請求項７】
前記消滅板の厚みより小さな厚みのカバー層を持つことを特徴とする請求項３乃至６のいずれかに記載の消滅板。
【請求項８】
前記カバー層の厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の消滅板。
【請求項９】
前記カバー層が、前記基地複合材料の電気伝導率より高い電気伝導率の材料でなることを特徴とする請求項７又は８に記載の消滅板。
【請求項１０】
前記基地複合材料及び前記カバー層の材料が、溶融状態で前記カバー層の材料が前記基地複合材料をぬらすように選択されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の消滅板。
【請求項１１】
前記カバー層がプラスチックでなることを特徴とする請求項７又は８に記載の消滅板。
【請求項１２】
前記耐高温相が、少なくとも１９００℃以上の融点、分解点又は昇華点を持つことを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の消滅板。
【請求項１３】
厚みが０．４ｍｍから３ｍｍ、特に０．８ｍｍから１．８ｍｍであることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の消滅板。
【請求項１４】
前記耐高温相が、前記基地複合材料の体積の少なくとも２％、好ましくは４％以上であることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の消滅板。
【請求項１５】
前記耐高温相が、前記基地複合材料の体積の５０％以下、好ましくは２０％以下、特に１５％以下であることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の消滅板。
【請求項１６】
前記強磁性体相が、前記基地複合材料の体積の半分以上、好ましくは少なくとも７０％以上、特に少なくとも８５％以上であることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の消滅板。
【請求項１７】
前記基地複合材料に補強材が埋込まれていることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載の消滅板。
【請求項１８】
前記補強材が導電性を有することを特徴とする請求項１７に記載の消滅板。
【請求項１９】
前記補強材が繊維であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載の消滅板。
【請求項２０】
前記補強材が網目又は格子であることを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれかに記載の消滅板。
【請求項２１】
先行する請求項のいずれかに記載の２枚の消滅板が、該消滅板の厚みより小さな厚みを持つ金属中間層であって、前記耐高温相を構成しない金属中間層により結合されていることを特徴とする複合消滅板。
【請求項２２】
前記中間層の厚みが、前記複合消滅板の厚みの１５％以下であることを特徴とする請求項２１に記載の複合消滅板。
【請求項２３】
先行する請求項のいずれかに記載の消滅板を、アークを消滅させるための消滅室に用いることを特徴とする消滅板の使用方法。
【請求項２４】
互いに電気的に絶縁された、請求項１乃至２３のいずれかに記載の複数の消滅板のスタックを備えたことを特徴とする消滅室。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング装置、特にサーキットブレーカ内のアーク消滅室用の消滅板に関する。
【背景技術】
【０００２】
しばしばアークスプリッタ板とも呼ばれるそのような消滅板は、例えば特許文献１から公知である。
【０００３】
電気負荷の元で回路を開閉する際、電圧と電流に依存して、電気接点の所で異なる電気放電現象が発生する。電圧と電流が十分に高いと、接点の表面は各スイッチング動作の際にアーク効果にさらされ、接点の寿命がかなり影響を受ける。アーク効果の結果、接点材料が失われる（焼き切れる）。例えば、サーキットブレーカのある種類のように、接点ギャップがより大きいと、焼き切れた接点材料の大部分は、環境中に失われる。材料の焼損を少なくするため、接点表面上のアークの継続時間を最小限とすることが望ましい。
【０００４】
接点が閉じるとき、アークの燃焼継続時間は、主に、接点の跳ね返り継続時間と投入電流の波形によって決まる。交流を遮断するとき、アークは、接点が開かれた瞬間から次のゼロクロスまで、臨界電流以下で継続し、次いでアークは自分で消える。
【０００５】
臨界電流以上では、アークを消すために特別な対策が必要である。この目的でアークを冷やしたり又は分裂させることが知られている。この目的で、スイッチング装置内の消滅室が公知である。消イオン原理に従う消滅板のアレイを含む消滅室中でアークは部分的なアークに分裂される。消イオン原理に従って動作する消滅室において、典型的には厚さ１ｍｍの金属シートが互いに平行に又は扇状に、互いに絶縁されて配置される。強磁性体材料の近くのアークに伴なう磁場は、常に、より良い磁気伝導率を持つ消滅板を通して流れるように試みるので、消滅板に用いられる材料は強磁性体材料である。これは、消滅板に向けて吸引効果を発生する。アークによって直接発生された磁気噴出場に加えて、この吸引効果も、アークを消滅板のアレイの方に移動させ、それらの間で分裂させる。
【０００６】
消滅板を軟鉄で作ることが知られている。消滅板上のアークの根における局所的なオーバーヒート及びアーク冷却の悪化を防止するため、消滅板上でアークの根が動き易いことが望ましい。この目的で、消滅板を電気的に銀めっき又は銅めっきすることが知られている。それにも拘らず、アークの作用は、しばしば、消滅板の局所的な溶融及び溶融材料のスパッタリングを生じさせる。アークは、稲妻のように、音速に到達するガス流に伴なわれ、それ自体爆発状態を呈するので、スパッタリングのリスクが存在する。速いガス流は、溶けた鉄の液滴を同伴する。液滴は、各消滅板を短絡し、それらを無効にする。液滴はスイッチング装置中で漂って、例えば接点表面上に付着し、接触抵抗を増加させる。
【０００７】
消滅板の溶けた材料のスパッタリングに対抗するため、特許文献１は、厚み０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの保護層を持ち、耐高温粒子を含む強磁性体主ボディを備えた、コーティングされた消滅板の使用を教えている。特許文献１に記載された保護層の表面は、耐高温材料の３０％〜７０％で作られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＷＯ２００６／０１０５７２  Ａ１号公報（特表２００８−５０７８１０号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
安全規則は、一般的に、短絡された状態での少なくとも３回の連続する開放での完全なスイッチング行動を要求する。これは特許文献１で知られた保護層を備えた消滅板によって達成されるかも知れないが、公知の保護層はアークによって迅速に破壊され、消滅板はすぐ置き換えられなければならない。より厚い保護層は、その下に位置する強磁性体主ボディのシールドを増加させ、アークが消滅板中に強く引き寄せられなくなり、消滅するのが、より困難になる。
【００１０】
従って、本発明の課題は、公知のアーク消滅室の欠点を減らして、良好な消滅特性を提供しつつ、短絡状態でのより多くのスイッチング回数に耐えることが可能な消滅室を生み出すことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この課題は、請求項１の特徴部分を持つ消滅板によって達成される。本発明の有利な改良が、従属請求項の主題に示される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による消滅板は、耐高温相が強磁性体相中に埋め込まれた基地複合材料を備えている。本発明による消滅板において、アークを引き付ける磁場は、複合材料の強磁性体相によって強化される。本発明による消滅板が作られる基地複合材料のアーク効果に対する抵抗性が耐高温相によって増えているので、特許文献１で知られた保護層のような、耐高温粒子を含む独立した保護層は省略することができる。
【００１３】
強磁性体主ボディ上の特許文献１による耐高温粒子を含む保護層が焼き切れた場合のように、基地複合材料が焼き切れたとしても、これが消滅板の作用の突然の悪化に繋がることはない。たとえかなりの焼損が発生したとしても、基地複合材料の厚みが、アークに対する消滅板の抵抗性を維持させる。アークにより耐高温相の粒子が複合材料の表面に堆積するので、公知の消滅板とは逆に、焼損後の抵抗性が増加すらする。
【００１４】
前記耐高温相は、前記基地複合材料中に均一に分布することが好ましい。耐高温相の粒子の大きさ、及び、強磁性体相中の耐高温相の粒子の分布は統計的変動にさらされるので、均一な分布は一様な分布と理解されるべきでない。従って、望ましい「均一な」分布とは、その均一性が統計的変動にさらされた分布を意味する。
【００１５】
本発明による消滅板は、好ましくは、完全に、即ち１００％、基地複合材料で作ることができる。しかしながら、本発明の利益を得るために、これが完全に要求されるわけではない。例えば、本発明による消滅板を補強材中に埋め込んだり、消滅板が、薄い導電性コーティングをカバー層として持つことができる。
【００１６】
驚くべきことに、本発明による消滅板は、基地複合材料上に薄いコーティング、特に反磁性体又は常磁性体のコーティングを有するときにも、性能が向上する。特に、銅、銀、又は、銅又は銀合金のような良好な導電性を有する材料でなるコーティングは、たとえコーティングが幾つかの領域にのみ存在する場合であっても、少なくとも数回のスイッチングサイクルに対して、かなり改良されたアーク消滅特性を与える。薄いコーティングの厚みは、好ましくは２０μｍ以下、例えば３−１３μｍである。そのような金属層は、例えば電気的な蒸着によって基地複合材料上に付着させることができる。他の可能性は、ＰＶＤ、ＣＶＤ又は溶射を含む。
【００１７】
他の選択肢として、プラスチック製の薄いコーティングも可能である。これは迅速に焼き切れてしまうが、特にアークの迅速な消滅に寄与する。プラスチックコーティングは、例えば、スクリーン印刷法又はパウダーコーティング法を用いて、塗装として付着させることができる。
【００１８】
しかしながら、基地複合材料が、消滅板の体積の大部分を満たすことが常に好ましい。基地複合材料が、消滅板の体積の少なくとも７０％以上、好ましくは少なくとも８０％以上であることが特に好ましい。
【００１９】
本発明の改良は、本発明による２枚の消滅板を有し、この２枚の消滅板が、耐高温相を含まず、複合消滅板の厚みに比べて小さな厚みを有する金属中間層によって結合されている消滅板である。そのような複合消滅板は、例えば、複合消滅板が配置される上側及び下側に、シート金属又は金属箔を中間層として含むことができる。そのような中間層は、―たとえ基地複合材料の、存在する可能性があるカバー層と共に用いられても―複合消滅板の厚みの半分よりもかなり小さい。たとえ強磁性体でない薄いシート金属が中間層として用いられたとしても、複合消滅板の磁気的な特性は、基地複合材料の強磁性体相によって決定的に影響される。なぜならば、この材料は、存在することができる中間層よりも大きな体積を満たしているからである。
【００２０】
基地複合材料の耐高温相は、高い融点を持つ相、例えば金属であることができる。耐高温相は、高い臨界温度に到達した時に溶融せず、幾つかのセラミック材料がそうであるように、昇華したりあるいは分解することができる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
基地複合材料は、特に、耐高温相として、セラミック粒子又は高融点金属、特に、少なくとも１９００℃以上、好ましくは少なくとも２４００℃以上の温度に耐える材料、言い換えると、相変化温度が少なくとも１９００℃以上、好ましくは少なくとも２４００℃以上の材料を含むことができる。ＭｇＯ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＳｉＯ４、ＭｇＡｌ２Ｏ４のような酸化セラミック、及び、例えばＳｉＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、Ｂ４Ｃ３、ＷＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＶＣ、ＢＮ、ＡＩＮ、ＴｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＷＳｉ２、ＭｏＳｉ２、Ｎｂ５Ｓｉ３、Ｔａ５Ｓｉ３、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２のような炭化物、窒化物、珪化物、硼化物が共に適している。例えば、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｖ及びＣｒが、高融点金属として適している。前記基地複合材料は、他のセラミック粒子や高い融点を持つ金属を含むことができる。本発明の基地複合材料と関連させて耐高温相について述べると、全ての耐高温材料が基地複合材料中に存在することを意味すると理解されるべきである。例えば体積の５％がＭｇＯで体積の５％がＷである基地複合材料の場合、ここで用いる意味での耐高温相は体積で１０％の含有量を持つ。
【００２２】
基地複合材料の強磁性体相は、好ましくは鉄又は鉄合金で作られるが、例えばニッケル及び／又はコバルト又は強磁性体合金で作ることもできる。特に基地複合材料は、幾つかの物理的又は化学的に異なる強磁性体相も含むことができる。本発明による消滅板の基地複合材料と関連して強磁性体相について述べると、材料中に全強磁性体相が含まれることを意味すると理解されるべきである。
【００２３】
本発明による消滅板の耐高温相は、複合材料の全部の厚さにわたり、特に均一に分布されることが好ましい。製造は、例えば、粉末冶金、溶錬冶金、連続鋳造、多孔質ベース構造への浸透、又は、耐高温材料からできた粉末の強磁性体基地材料での充填、金属基板上への基地材料及び耐熱添加物の溶射、又は、耐高温相の集積による基地への電気蒸着によって行われる。しかしながら、基地複合材料中への耐高温相のそのような分配は、絶対に必要というわけではない。
【００２４】
本発明による消滅板の厚みは、好ましくは０．４ｍｍ〜３ｍｍ、特に０．８ｍｍ〜１．８ｍｍである。本発明に従って用いられる基地複合材料の厚みは、従って、好ましくは０．４と３ｍｍの間、特に０．８ｍｍと１．８ｍｍの間である。従って、本発明によれば、基地複合材料の厚みが、消滅板の厚みと実質的に同一であることが好ましい。
【００２５】
本発明による消滅板において、基地複合材料は、強磁性体相と耐高温相に加えて、例えば良好な電気伝導度を持つ相、特に銅又は銅合金を更に備えることができる。追加の相は、複合材料の電気伝導度を著しく高め、アークを消滅させるときに材料の加熱が少なくなり、その結果ストレスが小さくなる。前記強磁性体相は、好ましくは、基地複合材料の体積の半分より多く、好ましくは少なくとも７０％以上であり、更に好ましくは少なくとも８５％以上である。強磁性体層の高い含有量は、アークとの相互作用により強い磁力を有利に発生させ、この力はアークを非常に迅速に消滅板アレイ中に移動させ、分裂させ、消滅させる。
【００２６】
前記基地複合材料の耐高温相は、好ましくは、体積の少なくとも５％以上、好ましくは少なくとも１０％以上を満たす。耐高温相は、その材料の残りの相が溶けたときに基地複合材料の表面上に堆積するので、耐高温相の含有量は比較的小さくてもしばしば十分である。従って、耐高温相は、基地複合材料の体積の２５％以下、好ましくは２０％以下、特に１５％以下である。
【実施例】
【００２７】
１．基地複合材料を製造するため、重量で９６％の鉄と重量で４％のＭｇＯが混合された。この粉末混合物がグリーンシートにプレスされた。このグリーンシートは焼結され、０．８ｍｍから１．２ｍｍの所望の厚みに圧延された。圧延動作は、複数の圧延工程で実施されることができ、その間に焼結板がエージングされた。最後の圧延工程の後、焼結板は好ましくは再びエージングされた。このようにして製造された基地複合材料板は、次いで、薄さ５〜１０μｍの導電層、例えば銅層で電気めっきされた。
【００２８】
２．強磁性体鉄ニッケル合金が、耐高温添加物、例えばタングステンと共に、０．５ｍｍ〜２ｍｍの所望の厚みになるまで基板上に溶射された。基板は、例えば、ボール紙あるいは繊維を編んで作った織物のような容易に除去可能な材料で作られている。基板が除去された後、このようにして作られた複合材料は、５−１０μｍの銀又は銀合金によって電気めっきされた。しかしながら、例えばアルミニウム又は鉄の薄いシート金属を基板として上側に用い、その下側にスプレーによって基地複合材料を製造することも可能である。基地複合材料は、このようにして形成された基地複合材料の２つの層が、基板より十分に厚く、例えば少なくとも３倍以上の厚みとなるまで基板の上側及び下側に付着された。
【００２９】
３．重量で９７％の鉄粉と、重量で３％のＺｒＳｉＯ４が混合され、次いで粉末混合物の熱間等静圧縮成形が行われた。このようにして作り出された基地複合材料は、所望の板厚まで直接プレスされ、次いで導電プラスチック塗料によってコーティングされた。
【００３０】
４．鉄コバルト合金が、耐高温添加物、例えばＡｌ２Ｏ３を集積しながら、導電基板上に電気蒸着された。この導電基板は、蒸着過程が終了した後、除去され得る。
【国際調査報告】
2011529615.tif 000002
2011529615.tif 000003
2011529615.tif 000004
2011529615.tif 000005
2011529615.tif 000006
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