(57)【要約】【課題】接点間の耐溶着特性を向上し得る真空バルブを提供することにある。【解決手段】相対的に接離可能な固定側接点１０ａ及び可動側接点１０ｂと、固定側接点１０ａ及び可動側接点１０ｂを真空状態に保持する真空容器３とを備えた真空バルブ１であって、固定側接点１０ａ及び可動側接点１０ｂの接点間にアークを発生させながら突入電流を与え、固定側接点１０ａ及び可動側接点１０ｂの接点間の耐溶着性を向上させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対的に接離可能な一対の接点と、前記一対の接点を真空状態に保持する真空容器とを備えた真空バルブであって、
前記一対の接点間の耐溶着性を向上させるために、前記一対の接点間にアークを発生させながら投入した突入電流を与えたこと
を特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
相対的に接離可能な一対の接点と、前記一対の接点を真空状態に保持する真空容器とを備え、多頻度開閉する真空バルブであって、
前記一対の接点は、溶浸法を用いて、材料として銅及びタングステンを主成分としたこと
を特徴とする真空バルブ。
【請求項３】
相対的に接離可能な一対の接点と、前記一対の接点を真空状態に保持する真空容器とを備え、多頻度開閉し、少なくとも２０ｋＡの遮断性能を有する真空バルブであって、
前記一対の接点は、固相焼結法を用いて、材料として銅にクロムを５０ｍａｓｓ％含有させ、
前記一対の接点を、少なくとも４．５ｋＡｐｅａｋの突入電流により、少なくとも１０００回の開閉をし、前記一対の接点間の耐溶着性を向上させたこと
を特徴とする真空バルブ。
【請求項４】
相対的に接離可能な一対の接点と、前記一対の接点を真空状態に保持する真空容器とを備え、多頻度開閉し、少なくとも２０ｋＡの遮断性能を有する真空バルブであって、
前記一対の接点は、材料として銅とクロムを含有させ、
前記一対の接点を、少なくとも４．５ｋＡｐｅａｋの突入電流により、少なくとも３０００回の開閉をし、前記一対の接点間の耐溶着性を向上させたこと
を特徴とする真空バルブ。
【請求項５】
前記一対の接点は、溶浸法を用いて、材料として銅にクロムを５０ｍａｓｓ％含有させたこと
を特徴とする請求項４に記載の真空バルブ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の真空バルブを備えたこと
を特徴とする真空開閉器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多頻度開閉に適した真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
真空バルブを使用した真空開閉器は、真空バルブ自体が消弧室になっている。このため、電気回路の入り切り時に発生するアークが飛散しないという環境上の利点から種々の分野に利用されている。近年、特に多頻度の突入電流に耐えうる真空バルブの需要が増えている。ここで、多頻度開閉用真空バルブにとって、最もネックになることは、多頻度開閉によるベローズの損傷による真空度不良である。
【０００３】
これらの対策として、ベローズの立ち上がり部の曲率半径を大きくしたり（例えば、特許文献１参照）、ベローズの自由長以下で開閉する（例えば、特許文献２参照）などのベローズの形状による長寿命化の開閉が開示されている。
【０００４】
更に、ベローズの長寿命化を図る方法として、ベローズの伸縮距離を縮める方法が考えられる。しかし、これには、真空バルブ全体の構造が大きく変化し、接点を含む電極間特性及び電極とシールド間特性などが多大な影響を受けることになる。特に、電極間距離が短くなることは避けることはできない。よって、Ｃｕ（銅）を９０mass％（質量％）（以下、単に「％」と表記する。）以上含有した耐弧成分を含有しない溶解法による接点材料では、耐電圧特性を維持するには非常に困難なものである。これを解決するために耐弧成分を含有した接点材料を使用し、耐電圧特性を改善することができる。
【特許文献１】特開２００６−７９８６２号公報
【特許文献２】特開２００６−７９９８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のように耐弧成分を含有した接点材料を使用した場合、突入電流による溶着が発生するという新たな課題が発生する。
【０００６】
即ち、一定間隙の電極間（接点間）に電圧を印加した状態で、徐々に電極間距離を短くしていった場合に、印加された電圧に耐え切れなくなった電極間に絶縁破壊が生じアークが発生する。その状態で電極間隙が更に短くなり、電極同士が機械的に接触するまでアークは継続する。電極同士が機械的に接触した時点でアークは消滅するが、その瞬時にアークにより局所的に溶融した電極同士が接触すると共に溶融部分が接触・凝固し、一体化する。このために、電極同士の溶着が発生する。Ｃｕを９０％以上含有した接点材料の場合、予め耐溶着性を考慮した微量元素を添加しているため、この程度では溶着を発生しない。しかし、導電成分と耐弧成分のみの組合せでは、この凝固による力が大きい。従って、遮断器が次ステップである開極動作を行うことができなくなる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、接点間の耐溶着特性を向上し得る真空バルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の観点に従った真空バルブは、相対的に接離可能な一対の接点と、前記一対の接点を真空状態に保持する真空容器とを備えた真空バルブであって、前記一対の接点間にアークを発生させながら突入電流を与え、前記一対の接点間の耐溶着性を向上させたことを備えた構成である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、接点間の耐溶着特性を向上し得る真空バルブを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の実施形態について説明するが、始めに各実施形態で共通する事項について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の各実施形態に係る真空バルブ１の構成を示すブロック図である。なお、以降において、同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複した説明を省略する。
【００１２】
真空バルブ１は、円筒形の絶縁容器１１と、絶縁容器１１に気密に封止された真空容器３と、絶縁容器１１の両端開口端面を気密に封止するための固定側封着金具２ａ及び可動側封着金具２ｂとを備えている。
【００１３】
真空容器３の内部には、一方の電路となる固定通電軸４ａと他方の電路となる可動通電軸４ｂとを備えている。固定通電軸４ａは、端部に固定側電極５ａが固着されている。コイル６ａは、固定通電軸４ａと固定側電極５ａとの中間に配設されている。可動通電軸４ｂは、端部に可動側電極５ｂが固着されている。コイル６ｂは、可動通電軸４ｂと可動側電極５ｂとの中間に配設されている。固定側電極５ａの端部には、固定側接点１０ａが固着されている。可動側電極５ｂの端部には、可動側接点１０ｂが固着されている。固定側接点１０ａと可動側接点１０ｂとは接離自在の構成となっている。ベローズ７は、一方の端部を可動側封着金具２ｂに固着し、他方の端部を可動通電軸４ｂの内部側の端部に固着している。真空容器３の内部には、ベローズ７を覆うように固着されたベローズカバー８と、固定側接点１０ａ及び可動側接点１０ｂを囲むように設けられたシールド９とを設けている。
【００１４】
絶縁容器１１は、アルミナ磁器である。
【００１５】
真空容器３は、内部圧力を１×１０-2Ｐａ以下となる真空状態に保たれている。真空容器３は、真空度を維持しながら、軸方向に移動可能となっている。
【００１６】
ベローズカバー８は、固定側接点１０ａと可動側接点１０ｂとの開閉時に両電極から発生する金属蒸気や溶融金属がベローズに付着しないように設けられている。
【００１７】
シールド９は、絶縁容器１１の内壁に付着して絶縁抵抗が低下するのを防止するために設けられている。
【００１８】
なお、電極５ａ，５ｂ及びコイル６ａ，６ｂは、遮断性能を向上させたり、各接点１０ａ，１０ｂと各軸４ａ，４ｂとを接続するために設けられている。このため、これらは必ずしも必要としなくともよい。
【００１９】
次に、真空バルブ１の製造方法について説明する。
【００２０】
まず、真空バルブ１の固定側については、固定側接点１０ａと固定側電極５ａと固定通電軸４ａと固定側封着金具２ａをロウ付けなどにより固着し、固定側の部分組立部品を製作する。次に、真空バルブ１の可動側については、可動側接点１０ｂと可動側電極５ｂと可動通電軸４ｂとベローズカバー８とベローズ７と可動側封着金具２ｂをロウ付けなどにより固着し、可動側の部分組立部品を製作する。更に、絶縁容器１１にシールド９を著しい動きがないように取り付け絶縁容器組立部品を製作する。これら３つの部品を、真空雰囲気中にてロウ付けなどにより固着し、真空容器３を製作し、真空バルブ１の形状を作り上げる。
【００２１】
次に、突入電流による溶着を抑制する方法について説明する。
【００２２】
突入電流による溶着を抑制するには、大きく分けて２つの有効な手法がある。１つは、溶着を発生させるエネルギーをより小さくすることである。もう一つは、溶着した部分を容易に引き剥がせる状態にすることである。前者に対しては、電極或いは接点材料の物性（即ち、耐電圧特性）に優れた材料を使用すること、又は、投入時の機構速度を速め、アークが発生する時間を短くすることが効果的である。後者に関しては、溶着部分の局所的な材料特性の引張強度を小さくしたり、衝撃力を小さくさせるなど脆弱なものにすることが効果的である。
【００２３】
まず、本発明の特徴の一つである接点材料の耐電圧特性を高くする方法について説明する。耐電圧特性を高くするには、良好な接点材料を抽出することが重要となる。
【００２４】
溶着部を脆弱なものにする方法に近い方法として、接点母材の材料特性について説明する。接点母材の引張強度を小さくしたり衝撃力を小さくする方法としては接点製法がある。
【００２５】
例えば、ＣｕにＣｒ（クロム）を含有したＣｕＣｒ系接点材料において、Ｃｒスケルトン中にＣｕを溶浸した接点と、Ｃｒ粉末とＣｕ粉末を混合・焼結したＣｕＣｒ接点とでは、特性が異なる。また両者に関係する事項として、接点間に強制的に電流を付加するコンディショニング処理を行うことにより、耐電圧特性・アーク時間・溶着部の物性が変化する。
【００２６】
以上の改良条件につき、本発明の各実施形態に係る真空バルブ１を完成させるために行った試験結果について述べる。以下に、本評価方法について記す。
【００２７】
真空バルブ１は、上述のプロセスにて作成する。真空バルブ１の大きさは、４分割の縦磁界コイルを有した電極径を７８ｍｍとし、電極(接点)間距離は８ｍｍ一定としている。投入点速度は０．８〜０．９ｍ／ｓとし、コンデンサバンクとリアクトルを使用し、電極間に１６８Ｈｚの突入電流が発生するようにする。突入電流の大きさは２．８ｋＡＰｅａｋと４．５ｋＡＰｅａｋとする。この条件で機構に取り付けた真空バルブに突入電流を印加した後に、真空バルブ電極間に発生した溶着力を測定するために、接点間に静的な引張荷重を加え、その溶着力を評価する。測定回数は、各々５０回である。
【００２８】
溶着力は、ＣｕＷ（銅タングステン）接点を使用して突入電流を４．５ｋＡＰｅａｋとして評価した平均値を１．０として相対的な値で示す。一般に、この溶着力（引き外し力）は、操作機構との相関によってその妥当性が判断される。最大値が５．５以下であれば、一般の遮断器に対して問題のない特性である。
【００２９】
（第１の実施形態）
本実施形態に係る真空バルブ１の固定側接点１０ａ及び可動側接点１０ｂは、接点材料に、ＣｕＷ粉末にて成形・焼結し製作したスケルトンにＣｕを溶浸して製作した（溶浸法）Ｗを８０％含有するものを用いている（以下、「ＣｕＷ」という）。
【００３０】
図２は、２．８ｋＡＰｅａｋの突入電流における真空バルブの製法の違いによる溶着力の試験結果を示す図である。
【００３１】
ＣｕＣｒ（２）は、接点材料としてＣｕにＣｒを５０％含有する（以下、「Ｃｕ−５０％Ｃｒ」と表す）。ＣｕＣｒ（２）は、Ｃｕ粉末とＣｒ粉末を混合・成形・焼結した（固相焼結法）Ｃｕ−５０％Ｃｒを接点材料としたものである。
【００３２】
ＣｕＣｒ（３）は、Ｃｕ−５０％Ｃｒである。ＣｕＣｒ（３）は、Ｃｒを焼結し製作したスケルトンにＣｕを溶浸して製作した（溶浸法）Ｃｕ−５０％Ｃｒを接点材料としたものである。
【００３３】
これらを接点材料として用いた真空バルブを２．８ｋＡＰｅａｋの突入電流にて試験を行う。
【００３４】
試験結果は、次の通りである。
【００３５】
ＣｕＣｒ（２）は、平均値（相対値）が０．２、最大値（相対値）が２．５である。ＣｕＣｒ（３）は、平均値（相対値）が１．１、最大値（相対値）が５．４である。
【００３６】
図３は、４．５ｋＡＰｅａｋの突入電流における真空バルブの製法の違いによる溶着力の試験結果を示す図である。
【００３７】
ＣｕＣｒ（１）は、Ｃｕ粉末とＣｒ粉末を混合・成形・焼結した（固相焼結法）Ｃｕ−２５％Ｃｒを接点材料としたものである。
【００３８】
試験結果は、次の通りである。
【００３９】
ＣｕＷは、平均値（相対値）が１．０、最大値（相対値）が３．０である。ＣｕＣｒ（１）は、平均値（相対値）が２．５、最大値（相対値）が６．０である。ＣｕＣｒ（２）は、平均値（相対値）が１．６、最大値（相対値）が８．０である。ＣｕＣｒ（３）は、平均値（相対値）が６．１、最大値（相対値）が１１．８である。
【００４０】
本実施形態によれば、ＣｕＷ接点を用いることで、２．８〜４．５ｋＡＰｅａｋの突入電流において、耐溶着特性の優れた真空バルブ１を作ることができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
本実施形態に係る真空バルブ１の接点材料は、Ｃｕ−５０％Ｃｒ（ＣｕＣｒ（２）又はＣｕＣｒ（３））である。また、本真空バルブ１は、１０００回又は３０００回の突入電流（４．５ｋＡＰｅａｋ）を与えて、コンディショニング処理をしたものである。
【００４２】
図４は、電流遮断によるコンディショニング前の真空バルブの製法の違いによる溶着力の試験結果を示す図である。各真空バルブは、大電流となる２０〜３０ｋＡの電流を３０回遮断した後のものである（突入電流は、４．５ｋＡＰｅａｋである）。
【００４３】
試験結果は、次の通りである。
【００４４】
ＣｕＷは、遮断できなかったために、溶着試験は行なわなかった。ＣｕＣｒ（２）は、平均値（相対値）が０．３、最大値（相対値）が５．７である。ＣｕＣｒ（３）は、平均値（相対値）が７．８、最大値（相対値）が１１．８である。
【００４５】
図５は、コンディショニング後の真空バルブの製法の違いによる溶着力の試験結果を示す図である。
【００４６】
試験結果は、次の通りである。
【００４７】
１０００回の突入電流によるコンディショニング後のＣｕＣｒ（２）は、平均値（相対値）が０．０、最大値（相対値）が０．３である。１０００回の突入電流によるコンディショニング後のＣｕＣｒ（３）は、平均値（相対値）が１．０、最大値（相対値）が８．２である。
【００４８】
３０００回の突入電流によるコンディショニング後のＣｕＣｒ（２）は、平均値（相対値）が０．０、最大値（相対値）が０．３である。３０００回の突入電流によるコンディショニング後のＣｕＣｒ（３）は、平均値（相対値）が０．２、最大値（相対値）が３．４である。
【００４９】
このことから、ＣｕＣｒ（２）は、１０００回の突入電流によるコンディショニング後の特性は大幅に改善されている。ＣｕＣｒ（３）も、３０００回の突入電流によるコンディショニング後の特性は大幅に改善されている。よって、耐溶着性の特性改善に対して突入電流によるコンディショニングは効果的である。
【００５０】
本実施形態によれば、２．８ｋＡピークを超える突入電流を多数回開閉し、２０ｋＡ以上の遮断性能を有する多頻度開閉用真空バルブにおいて、接点材料をＣｕとＣｒを含有する接点材料（ＣｕＣｒ系接点材料）とし、４．５ｋＡＰｅａｋの突入電流を１０００〜３０００回付加することによるコンディショニング効果により、耐溶着特性を改良することができる。
【００５１】
従って、多頻度開閉を伴い突入電流を受ける真空バルブにおいては、ベローズを長寿命に耐えうるものとするのみではなく、最適な接点材料を使用することと、更に、接点材料に突入電流を多数回付加することによって耐溶着特性を改良することができる。
【００５２】
また、ＣｕＣｒ系接点材料においては、製法に関わらず、４．５ｋＡＰｅａｋ以上の突入電流を３０００回以上施すことにより、耐溶着特性を改良できる。
【００５３】
なお、各実施形態において、本真空バルブ１を所定の遮断器に取付け同様な突入電流処理を実回路に適用しながら徐々に耐溶着特性を向上させ、突入電流処理回数の増加に伴い、遮断機器機構の操作力を変化させてもよい。
【００５４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の各実施形態に係る真空バルブの構成を示すブロック図。
【図２】２．８ｋＡＰｅａｋの突入電流における真空バルブの製法の違いによる溶着力の試験結果を示す図。
【図３】４．５ｋＡＰｅａｋの突入電流における真空バルブの製法の違いによる溶着力の試験結果を示す図。
【図４】電流遮断によるコンディショニング前の真空バルブの製法の違いによる溶着力の試験結果を示す図。
【図５】電流遮断によるコンディショニング後の真空バルブの製法の違いによる溶着力の試験結果を示す図。
【符号の説明】
【００５６】
１…真空バルブ、２ａ…固定側封着金具、２ｂ…可動側封着金具、３…真空容器、４ａ…固定側通電軸、４ｂ…可動側通電軸、５ａ…固定側電極、５ｂ…可動側電極、６ａ…固定側コイル、６ｂ…可動側コイル、７…ベローズ、８…ベローズカバー、９…シールド１０ａ…固定側接点、１０ｂ…可動側接点、１１…絶縁容器。
【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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