(57)【要約】【課題】安価で、環境にやさしく、低サージ型の真空バルブ用電極、それを用いた真空バルブ並びに真空遮断器を提供すること。【解決手段】高導電性金属，活性金属，耐火性成分からなる電気接点部材と、電極棒とを有する真空バルブ用電極であって、電気接点部材における耐火性成分は、活性金属と同一成分の金属の酸化物であることとする。活性金属と、耐火性成分を構成する金属とを同じくすると、電流遮断時に酸化物が分解して発生する酸素を吸着して、遮断後の耐電圧性能を確保することができ、上記課題を解決した低サージ型の真空バルブ用電極、更にはそれを用いた真空バルブ，真空遮断器を得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高導電性金属，活性金属，耐火性成分からなる電気接点部材と、電極棒とを有する真空バルブ用電極であって、
前記電気接点部材における前記耐火性成分は、前記活性金属と同一成分の金属の酸化物であることを特徴とする真空バルブ用電極。
【請求項２】
前記電気接点部材における前記耐火性成分と前記活性金属は重量比で１００：２〜１００：２５の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の真空バルブ用電極。
【請求項３】
前記耐火性成分は５〜２０重量％含まれていることを特徴とする請求項１記載の真空バルブ用電極。
【請求項４】
前記耐火性成分はＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，Ｔｉ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＴｈＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５，Ｙ２Ｏ３及びＺｎＯの１種又は２種以上の混合物を含むことを特徴とする請求項１記載の真空バルブ用電極。
【請求項５】
前記高電導性金属は、Ｃｕを主とした合金であることを特徴とする請求項１記載の真空バルブ用電極。
【請求項６】
高電導性金属の粉末と、活性金属の粉末と、該活性金属と同一の金属の酸化物からなる耐火性成分の粉末を混合及び加圧して成形体を成形する工程と、
該成形体を前記高電導性金属の融点以下で加熱焼結する工程と、を有する真空バルブ用電極の製造方法。
【請求項７】
前記高電導性金属の粉末の粒径は６０μｍ以下であり、前記活性金属及び前記耐火性成分の粒径は１０μｍ以下であることを特徴とする請求項６記載の真空バルブ用電極の製造方法。
【請求項８】
前記加圧成型する工程は、１２０〜５００ＭＰａの圧力下で行われることを特徴とする請求項６記載の真空バルブ用電極の製造方法。
【請求項９】
前記耐火性成分と前記活性金属は重量比で１００：２〜１００：２５の範囲にあることを特徴とする請求項６記載の真空バルブ用電極の製造方法。
【請求項１０】
前記混合する工程は、耐火性成分が５〜２０重量％となるよう粉末を混合することを特徴とする請求項６記載の真空バルブ用電極の製造方法。
【請求項１１】
前記耐火性成分はＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，Ｔｉ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＴｈＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５，Ｙ２Ｏ３及びＺｎＯの１種又は２種以上の混合物とすることを特徴とする請求項６記載の真空バルブ用電極の製造方法。
【請求項１２】
高導電性金属，活性金属，耐火性成分からなる電気接点部材と、電極棒とを有する真空バルブ用電極であって、
前記耐火性成分はＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，Ｔｉ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＴｈＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５，Ｙ２Ｏ３及びＺｎＯの１種又は２種以上の混合物を含み、かつ前記活性金属は前記耐火性成分の同一成分の金属であることを特徴とする真空バルブ用電極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空バルブ用電極に関し、それを用いた真空バルブ，真空遮断器にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空遮断器に用いられる真空バルブの電極に求められる要件の一つに、裁断電流値が小さいことが挙げられる。これは真空バルブを誘導性回路に用いて電流を遮断すると異常サージ電圧が発生して負荷機器の絶縁破壊などを引き起こすおそれがあるためであり、異常サージ電圧を抑制するために裁断電流値を小さくする必要がある。
【０００３】
裁断電流値の小さい低サージの電極に関する技術として、例えばＣｏ−Ａｇ−Ｓｅ系電極やＣｏ−Ａｇ−Ｔｅ系電極などがある（下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１７１７４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記Ｃｏ−Ａｇ−Ｓｅ系の電極はＡｇを用いていることから高価であり、また有毒の低融点金属Ｓｅを用いていることから環境に対する影響が危惧されている。従って、安価で環境に優しい真空遮断器用低サージ型電極の開発が望まれている。
【０００６】
以上、本発明は上記課題を解決した低サージ型電極、それを用いた真空バルブ並びに真空遮断器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための一つの手段として、高導電性金属，活性金属，耐火性成分からなる電気接点部材と、電極棒とを有する真空バルブ用電極であって、前記耐火性成分は、活性金属と同一成分の金属の酸化物であることを特徴とする。活性金属と、耐火性成分を構成する金属とを同じくすると、電流遮断時に酸化物が分解して発生する酸素を吸着して、遮断後の耐電圧性能を確保することができ、上記課題を解決した低サージ型の真空バルブ用電極、更にはそれを用いた真空バルブ，真空遮断器を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態について、実施例を用いて説明する。
【０００９】
（実施例１）
図１は本実施例に係る電極を示す図である。図１に係る電極は電気接点部材１と、補強板３と、電気接点部材１と補強板３との間及び補強板３と電極棒４との間に設けられたろう材５と、電極棒４と、を有して構成されている。なお電気接点部材１にはアークに駆動力を与えて停滞させないようにするためのスパイラル溝２が設けられている。また電気接点部材１は高電導性金属と、活性金属を有する耐火性成分とを含んで構成されており、高電導性金属はＣｕ、耐火性成分はＴｉＯ２  、活性金属はＴｉである。また組成は表１におけるＮｏ．１〜５に記載されたものであり、ＴｉＯ２  を５〜２０重量％の範囲で、Ｔｉを０．１〜１．２５重量％の範囲でそれぞれ有しており、残部はＣｕである。
【００１０】
【表１】
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【００１１】
表１は夫々作製した真空バルブ用電極を真空遮断器に組み込んで遮断試験を行い、裁断電流値の測定結果を示す表である。なおここでは比較材として、活性金属が酸化物を構成する金属と異なる接点部材、一般的な真空バルブ用電極材である４０Ｃｒ−Ｃｕ接点部材、従来の低サージ型電極材の一つであるＣｏ−４３（Ａｇ−１０Ｔｅ）接点部材もあわせて作製し、評価してある。また遮断性能及び耐電圧性能についてはＮｏ．１の接点部材の場合を１として表した。なおこの電極は定格電圧７．２ｋＶ  ，定格電流６００Ａ，定格遮断電流２０ｋＡ用の真空バルブに搭載し、遮断試験を行ったものである。
【００１２】
一般的な真空バルブ用電極材である４０Ｃｒ−Ｃｕ接点部材（Ｎｏ．１２）では裁断電流値が２．５〜５．０Ａであり、また低サージ型電極の一つであるＣｏ−４３（Ａｇ−１０Ｔｅ）接点部材（Ｎｏ．１３）では１．５〜２．５Ａであったが、Ｎｏ．１〜５ではいずれも低サージ型電極材であるＣｏ−４３（Ａｇ−１０Ｔｅ）接点部材と同等又はそれ以下の裁断電流値を示した。また本実施例に係る電極接点部材はＡｇ，Ｔｅなどを用いなくても所定の性能を有することができるためコストが安く、また環境にもやさしい真空バルブ用電極を得ることができる。なお耐火性成分および活性金属の含有量が大きくなると多少の遮断性能の低下が見られるが実用上支障の無い範囲である。
【００１３】
表１に記載されたＮｏ．１〜５の電極で示すように、活性金属と、耐火性成分を構成する金属とを同じくすることで、電流遮断時に酸化物が分解して発生する酸素を吸着して、遮断後の耐電圧性能を確保することができる。これに対してＮｏ．１０及び１１では活性金属と耐火性成分を構成する金属とが同じではないため、この効果を得られず、酸化物の分解による裁断電流値を低下させる効果や遮断後の酸素吸着による耐電圧性能確保の効果が劣るなどの不具合が生じ、所望の性能を得ることはできない。
【００１４】
また、耐火性成分が５重量％に満たないと耐電圧性能は不足し（Ｎｏ．８）、２０重量％を超えると含有酸素量が多すぎて遮断性能が低下するため（Ｎｏ．９）、耐火性成分は電極接点部材の重量に対して５〜２０重量％であることが有用である。
【００１５】
また、耐火性成分を１００とした場合、活性金属が重量比で２より少ないと電流遮断時に酸化物の分解により発生する酸素を確実に吸収することが難しくなり、遮断後の耐電圧性能が低下してしまう（Ｎｏ．６）。一方でこの比を２５より大きくなると酸化物の分解による裁断電流値を小さくする効果が低下してしまう（Ｎｏ．７）。従って、耐火性成分を１００とした場合、活性金属を重量比で１００：２〜１００：２５の範囲とすることが有用である。
【００１６】
以上、このような構成とすることにより、安価で、環境にやさしく、一般的な真空バルブ用電極材に比べて裁断電流値が小さく、耐電圧性能のよい真空バルブ用電極を得ることができる。
【００１７】
次に上記Ｎｏ．１〜５の電極の作製方法を説明する。まず高電導性金属のＣｕと、活性金属Ｔｉと、耐火性成分ＴｉＯ２  とを混合した。ここで高電導性金属であるＣｕの粒径は６０μｍ以下であり、活性金属，耐火性成分の粒径はそれぞれ約２μｍであった。次にこの混合粉を、スパイラル溝２を形成して所望の電気接点部材形状を形作ることのできる金型に充填し、油圧プレスにより加圧成形した。この加圧成形は２５０ＭＰａの圧力下で行った。なお成形体の相対密度は上記Ｎｏ．１〜５のいずれもおよそ７１％であった。これを６．７×１０−３Ｐａ  以下の真空中で１０５０℃×１２０分間加熱し、電気接点部材１を作製した。得られた電気接点部材１の相対密度は何れも９３〜９６％であった。そして電極接点部材１は補強板３の中央孔と電極棒の凸部とをろう材５を介して嵌め合わせ、また電気接点部材１と補強板３との間にもろう材５を載置し、これを８．２×１０−４Ｐａ以下の真空中で９８０℃×８分間加熱し、図１に示す電極を形成した。
【００１８】
なお、補強板３は電気接点部材１の強度を補強するために設けられているが、電気接点部材１の強度が十分であれば補強板３は省略することも可能である。また本実施例では活性金属，耐火性成分においてはＴｉ，ＴｉＯ２  を用いているが、電気接点部材１としては耐火性成分をＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３，Ｔｉ２Ｏ３，ＺｒＯ２，ＴｈＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５，Ｙ２Ｏ３  及びＺｎＯの酸化物のいずれか若しくは２以上の混合物とし、活性金属を夫々の酸化物を構成する金属とした場合にも、同様の方法により製造でき、同様の効果を奏することができる。また電気接点部材の製造方法としては混合粉を溶解凝固する方法により作製することもでき、同様の効果を得ることができる。
【００１９】
（実施例２）
本実施例では実施例１にて作製した電極を用いて真空バルブを作製した。
【００２０】
真空バルブの仕様は、定格電圧７．２ｋＶ  ，定格電流６００Ａ，定格遮断電流２０ｋＡである。図２は本実施例に係る真空バルブの構造を示す図である。
【００２１】
図２における真空バルブは固定側電気接点部材１ａ，固定側補強板３ａ及び固定側電極棒４ａを有する固定側電極６ａと、可動側電気接点部材１ｂ，可動側補強板３ｂ及び可動側電極棒４ｂを有する可動側電極６ｂと、可動側シールド８を介して可動側電極６ｂとろう付け接合される可動側ホルダー１２と、遮断時の金属蒸気等の飛散を防ぐために、固定側電極６ａ及び可動側電極６ｂの周囲に配置されたシールド７と、電気接点を真空にろう付け封止するために固定側電極６ａ，可動側電極６ｂの夫々に接合される固定側端板９ａ，可動側端板９ｂ及びこれら端板に接続される絶縁筒１３とを有して構成されている。なお可動側シールド８と可動側端板９ｂとの間にはベローズ１０が設けられており、真空バルブ内を真空に保ったまま可動側ホルダー１２を上下させ、固定側電極６ａと可動側電極６ｂを開閉させることができる。
【００２２】
以上のように、実施例１で作製した電気接点部材を有する図１に示す電極を用いて、安価で、環境にやさしく、一般的な真空バルブに比べて裁断電流値が小さく、耐電圧性能のよい真空バルブを得ることができる。
【００２３】
（実施例３）
本実施例では実施例２にて作製した真空バルブを用いた真空遮断器を作製した。図３は本実施例に係る真空バルブ１４とその操作機構を示す真空遮断器の構成図である。
【００２４】
図３に係る真空遮断器は、操作機構部を前面に配置し、背面に真空バルブ１４を指示する３相一括型の３組のエポキシ筒１５を配置した構造である。真空バルブ１４は絶縁操作ロッド１６を介して操作機構によって開閉される。
【００２５】
遮断器が閉路状態の場合、電流は上部端子１７，電気接点部材１，集電子１８，下部端子１９を流れる。電極間の接触力は、絶縁操作ロッド１６に装着された接触バネ２０によって保たれている。電極間の接触力及び短絡電流による電磁力は、支えレバー２１及びプロップ２２で保持されている。投入コイル３０を励磁すると回路状態からプランジャ２３がノッキングロッド２４を介してローラ２５を押し上げ、主レバー２６を回して電極間を閉じた後、支えレバー２１で保持している。
【００２６】
遮断器が引き外し自由状態では、引き外しコイル２７が励磁され、引き外しレバー２８がプロップ２２の係合を外し、主レバー２６が回って電極間が開かれる。
【００２７】
遮断器が開路状態では、電極間が開かれた後、リセットバネ２９によってリンクが復帰し、同時にプロップ２２が係合する。この状態で投入コイル３０を励磁すると閉路状態になる。なお３１は排気筒である。
【００２８】
以上により、安価で、環境にやさしく、一般的な真空バルブ用電極材に比べて裁断電流値が小さく、耐電圧性能のよい真空バルブ用電極を搭載した真空遮断器を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上、安価で、環境にやさしく、低サージ型の真空バルブ用電極、それを用いた真空バルブ並びに真空遮断器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１に係る電極構造を示す図。
【図２】実施例２に係る真空バルブを示す図。
【図３】実施例３に係る真空遮断器を示す図。
【符号の説明】
１…電気接点部材、１ａ…固定側電気接点部材、１ｂ…可動側電気接点部材、２…スパイラル溝、３…補強板、３ａ…固定側補強板、３ｂ…可動側補強板、４ａ…固定側電極棒、４ｂ…可動側電極棒、５…ろう材、６ａ…固定側電極、６ｂ…可動側電極、７…シールド、８…可動側シールド、９ａ…固定側端板、９ｂ…可動側端板、１０…ベローズ、１１…ガイド、１２…可動側ホルダー、１３…絶縁筒、１４…真空バルブ、１５…エポキシ筒、１６…絶縁操作ロッド、１７…上部端子、１８…集電子、１９…下部端子、２０…接触バネ、２１…支えレバー、２２…プロップ、２３…プランジャ、２４…ノッキングロッド、２５…ローラ、２６…主レバー、２７…引き外しコイル、２８…引き外しレバー、２９…リセットバネ、３０…投入コイル、３１…排気筒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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