(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉接点間で発生するアーク電流を消弧するために用いられる消弧板であって、
前記消弧板の表面は、凸部と、隣接する前記凸部間に形成される凹部とで構成される凹凸部を有し、かつ、前記凸部と前記凹部が異なった材料で構成されており、
前記凸部は、酸化シリコンを主成分として構成され、前記凹部は、焼結助材としての酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムを含んで構成される
消弧板。
【請求項２】
前記凹凸部は、算術平均粗さに相当するＲａ値が５０μｍ以上で形成されている
請求項１に記載の消弧板。
【請求項３】
前記焼結助材に対する前記酸化シリコンの粒経比は、１０倍以上である
請求項１または２に記載の消弧板。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の消弧板の製造方法であって、
主成分となる酸化シリコンと、酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムを含む焼結助材と、成形助材とを混合攪拌する攪拌工程と、
前記攪拌工程により混合攪拌されることで生成された材料を、表面に凹凸部を有する金型により成型プレスし、表面に凸部および凹部を有する板状の消弧板を成形するプレス工程と、
前記凸部が主として前記酸化シリコンで構成され、前記凹部が主として前記焼結助材で構成される条件を用いて、前記板状の消弧板を焼結乾燥させることで、最終製品である消弧板を生成する焼結乾燥工程と
を有する消弧板の製造方法。
【請求項５】
前記焼結乾燥工程において、前記板状の消弧板の内部に多孔質体を形成することで、前記酸化シリコンの粒径半径に相当する凸形状を前記凸部として形成する
請求項４に記載の消弧板の製造方法。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか１項に記載の消弧板と、
固定鉄心と、
電磁石により可動することで前記固定鉄心と吸着または離反する可動鉄心と、
前記可動鉄心と一体的に摺動するクロスバーと、
前記クロスバーを摺動させる筐体摺動部と、
前記クロスバーの摺動に連動し、前記クロスバーの摺動方向の中心軸に対し、相対する位置に設けられた一対の可動接点と、
前記可動接点と対向する位置に設けられた固定接点と
を備えた開閉器であって、
前記消弧板は、前記可動接点と前記固定接点の接触面に対して垂直方向に前記凹凸部を有するように配置される
開閉器。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか１項に記載の消弧板と、
固定接点を有する固定接触子と、
可動接点を有する可動接触子と、
前記固定接点と前記可動接点との開閉動作を行う開閉機構部と、
前記固定接点と前記可動接点との開離時に前記固定接触子と前記可動接触子との間で発生したアークを伸張させるための磁界を発生させる磁石と
を備えた開閉装置であって、
前記消弧板は、前記磁石により伸張させた前記アークに対して、鉛直方向に前記凹凸部を有するように配置される
開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アークを消滅させるための消弧板およびその製造方法、およびその消弧板を適用した開閉器に関する。
【背景技術】
【０００２】
遮断器または電磁開閉器のような開閉器において、接点開極時に接点間に発生するアーク放電を消滅させる消弧装置が用いられている。消弧装置には、アークを効率的に消弧するための消弧板が設けられている。そして、接点間に発生したアークを、コイル等で印加した電磁力によって引き延ばして誘導することで、アークを消弧板に接触させる機構が設けられている（例えば、特許文献１〜３参照）。【０００３】
発生したアークが消弧板に接触した際に、アークが冷却され、電源電圧よりもアーク電圧が高くなる。これにより、アーク電流が抑制され、その結果として、アークが消弧される。消弧板のアーク消弧性能が低下すれば、アーク電流によって遮断器が損傷を受けるおそれがある。そのため、アークの冷却性能が高く、消弧性に優れた消弧板が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２０５４９号公報
【特許文献２】昭５８−１２１５２４号公報
【特許文献３】２００８−１８６６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１の消弧板は、酸化アルミニウムなどのセラミックが１４００℃以上１６００℃以下の高温で焼結されているため、機械的強度は優れている。しかしながら、この特許文献１の消弧板は、消弧板の表面に凸形状がない。このため、アーク電流に対する分断性能が低く、消弧性能が劣る可能性がある。【０００６】
また、特許文献２の消弧板は、アルミナ、シリカなどの金属酸化物と、ムライト、フォルステライトなどの特殊陶磁器粉末とを混合焼結したものである。しかしながら、特許文献２の消弧板も、消弧板の表面に凸形状がない。このため、アーク電流に対する分断性能が低く、消弧性能が劣る可能性がある。【０００７】
これに対して、特許文献３の消弧板は、成形加工により消弧板の表面に凹凸状の起伏を設け、アークに曝される実行面積を拡大することにより、消弧性能を高めている。しかしながら、特許文献３の消弧板は、高分子材料による成型品で構成されている。このため、消弧板の凸部と凹部が同一材料で形成されていることで、消弧性能が劣る可能性がある。【０００８】
以上のように、いずれの従来技術も、消弧性能が劣る課題を有していた。【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、アーク電流の分断性能と消弧性能の双方を向上させることのできる消弧板、消弧板の製造方法、および消弧板を適用した開閉器、開閉装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る消弧板は、開閉接点間で発生するアーク電流を消弧するために用いられる消弧板であって、消弧板の表面は、凸部と、隣接する凸部間に形成される凹部とで構成される凹凸部を有し、かつ、凸部と凹部が異なった材料で構成されており、凸部は、酸化シリコンを主成分として構成され、凹部は、焼結助材としての酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムを含んで構成されるものである。
【００１１】
また、本発明に係る消弧板の製造方法は、主成分となる酸化シリコンと、酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムを含む焼結助材と、成形助材とを混合攪拌する攪拌工程と、攪拌工程により混合攪拌されることで生成された材料を、表面に凹凸部を有する金型により成型プレスし、表面に凸部および凹部を有する板状の消弧板を成形するプレス工程と、凸部が主として酸化シリコンで構成され、凹部が主として焼結助材で構成される条件を用いて、板状の消弧板を焼結乾燥させることで、最終製品である消弧板を生成する焼結乾燥工程とを有するものである。【００１２】
また、本発明に係る開閉器は、本発明に係る消弧板と、固定鉄心と、電磁石により可動することで固定鉄心と吸着または離反する可動鉄心と、可動鉄心と一体的に摺動するクロスバーと、クロスバーを摺動させる筐体摺動部と、クロスバーの摺動に連動し、クロスバーの摺動方向の中心軸に対し、相対する位置に設けられた一対の可動接点と、可動接点と対向する位置に設けられた固定接点とを備えた開閉器であって、消弧板は、可動接点と固定接点の接触面に対して垂直方向に凹凸部を有するように配置されるものである。【００１３】
さらに、本発明に係る開閉装置は、本発明に係る消弧板と、固定接点を有する固定接触子と、可動接点を有する可動接触子と、固定接点と可動接点との開閉動作を行う開閉機構部と、固定接点と可動接点との開離時に固定接触子と可動接触子との間で発生したアークを伸張させるための磁界を発生させる磁石とを備えた開閉装置であって、消弧板は、磁石により伸張させたアークに対して、鉛直方向に凹凸部を有するように配置されるものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、異なった材料で構成された凸部と凹部を表面に有するように、消弧板が形成されている。この結果、アーク電流の分断性能と消弧性能の双方を向上させることのできる消弧板、消弧板の製造方法、および消弧板を適用した開閉器、開閉装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における電磁開閉器を横方向から見た断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における算術平均粗さＲａを説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態２で製作した消弧板の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３におけるアーク電界特性を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態４における遮断器の開極状態を概略図で示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る消弧板、消弧板の製造方法、開閉器、および開閉装置の好適な実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電磁開閉器を横方向から見た断面図である。図１を用いて、本実施の形態１に係る電磁開閉器１００の各構成を説明する。取付台１は、絶縁物で成形されている。固定鉄心２は、取付台１に固定され、Ｅの字状にケイ素鋼板を積層して構成されている。操作コイル３は、山状の固定鉄心２の凹部にそれぞれ配置されている。
【００１８】
筐体４は、取付台１に固定され、取付台１と同じく絶縁物で成形されている。なお、筐体４は、後述するクロスバー９の頭部摺動部ａと対向する筐体頭部摺動部４ａを有している。可動鉄心５は、固定鉄心２と同じくＥの字状にケイ素鋼板が積層されている。また、可動鉄心５と固定鉄心２とのＥの字状のそれぞれの凸部分の鉄心は、対向して配置されている。引き外しばね６は、それぞれ操作コイル３と可動鉄心５との間に配置されている。なお、固定鉄心２と可動鉄心５とは、電磁石により吸着、離反する。
【００１９】
固定接触子７は、筐体４に取付けられており、電源側固定接触子７ａと負荷側固定接触子７ｂとを有している。また、固定接触子７は、電源側固定接触子７ａに接合された電源側固定接点７０ａ、および負荷側固定接触子７ｂに接合された負荷側固定接点７０ｂが設けられている。端子ねじ８は、電磁開閉器１００を外部回路に接続するために使用される。
【００２０】
クロスバー９は、絶縁物で形成されており、電源側固定接触子７ａと負荷側固定接触子７ｂとの間に配置され、かつ、可動鉄心５を保持している。また、クロスバー９は、クロスバー頭部摺動部９ａおよびクロスバー壁摺動部９ｂを有している。角窓１０は、クロスバー９に設けられており、押さえばね１１を挿入するためのものである。可動接触子１２は、クロスバー９の角窓１０に挿入された押さえばね１１で保持されている。
【００２１】
また、クロスバー９を基準として、クロスバー９より上方の可動接触子１２には、電源側可動接点１２ａが接合される。一方、クロスバー９より下方の可動接触子１２には、負荷側可動接点１２ｂが接合される。この可動接触子１２の可動接点１２ａ、１２ｂは、固定接触子７の固定接点７０ａ、７０ｂにそれぞれ対向して設けられている。
【００２２】
そして、電流が流れる状態において、電源側可動接点１２ａと電源側固定接点７０ａ、および負荷側可動接点１２ｂと負荷側固定接点７０ｂは、それぞれ接触する。さらに、電磁開閉器１００の三相交流の各相に対応するために、固定接触子７と可動接触子１２とは、３組が設けられている。
【００２３】
アークカバー１３は、電源側の固定接点７０ａと可動接点１２ａ、および負荷側の固定接点７０ｂと可動接点１２ｂが離反時に発生させるアークが外部へ排出されることを防ぐために、筐体４の上面を覆って設置されている。
【００２４】
図１の右側に示した矢印は、重力方向を意味している。また、接点の配置において、クロスバー９の摺動方向の中心軸に対し、上方側は、電源側であり、下方側は、負荷側である。また、上述のとおり、クロスバー９は、可動鉄心５と固定鉄心２とが吸着、離反する方向に、可動鉄心５とともに、一体的に摺動する構造である。
【００２５】
また、上述のとおり、電源側可動接点１２ａと負荷側可動接点１２ｂとは、クロスバー９の摺動方向の中心軸に対し相対する位置に設けられており、クロスバー９の摺動に連動して可動する構造である。電源側可動接点１２ａと負荷側可動接点１２ｂとは、一対の可動接点である。
【００２６】
さらに、一対の可動接点１２ａ、１２ｂが可動することにより、電源側可動接点１２ａと電源側固定接点７０ａ、および負荷側可動接点１２ｂと負荷側固定接点７０ｂは、それぞれ接触する構造である。電源側固定接点７０ａと負荷側固定接点７０ｂとは、一対の固定接点である。
【００２７】
本実施の形態１では、電源側可動接点１２ａと電源側固定接点７０ａとの間の電流を遮断した場合に両接点間に発生したアークを冷却するための消弧板１４ａが、アークカバー１３の内側に設置されている。同様に、負荷側可動接点１２ｂと負荷側固定接点７０ｂとの間の電流を遮断した場合に両接点間に発生したアークを冷却するための消弧板１４ｂが、アークカバー１３の内側に設置されている。
【００２８】
ここで、アークカバー１３の内側に設置された消弧板１４ａ、１４ｂの表面には、発生したアークを消弧板で分断し易くするための凸形状が設けられている。また、永久磁石１５ａ、１５ｂが、消弧室内に設けられており、磁石の磁力線によりアークを伸張し、消弧板１４ａ、１４ｂにアークを導く機能を有する。
【００２９】
電源側可動接点１２ａと電源側固定接点７０ａとの間に発生したアークは、永久磁石１５ａの磁力線によりローレンツ力が作用し、アークが伸張されるとともに、消弧板１４ａに導かれる。消弧板１４ａに到達したアークは、消弧板１４ａの表面で分断されるともに、消弧板１４ａの表面および内部で冷却され、消失する。
【００３０】
同様に、負荷側可動接点１２ｂと負荷側固定接点７０ｂとの間に発生したアークは、永久磁石１５ｂの磁力線によりローレンツ力が作用し、アークが伸張されるとともに、消弧板１４ｂに導かれる。消弧板１４ｂに到達したアークは、消弧板１４ｂの表面で分断されるともに、消弧板１４ｂの表面および内部で冷却され、消失する。
【００３１】
次に、消弧板の製造方法について説明する。
全体重量構成比で、酸化シリコン粉末を６０％、焼結助材としての酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムをともに２０％として混合攪拌したものに、成形助材として、ＰＶＡ（樹脂：ポリビニルアルコール）を純水により体積比で１０％に希釈したものを加えて、乳鉢で混合攪拌する。
【００３２】
ここで、酸化シリコン粉末は、中心粒径が１００μｍ程度のものを使用し、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムは、中心粒径が１μｍ程度のものを使用している。
【００３３】
次に、離型材としてオレイン酸を塗布した金型に、混合攪拌した材料を所望量計り取り、圧縮プレスすることにより板状に加工する。ここでは、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズの金型に対して、混合材料を１０ｇ計り取り、金型全体に１０ｔの力でプレスすることにより、約３ｍｍ厚の板状に加工した焼結前の消弧板を成形した。ここで、金型表面には、凸部および凹部を有する消弧板を形成するために、凹凸部が設けられている。
【００３４】
次に、アルミナボート上に焼結前の消弧板を搭載し、電気炉内で室温から５℃／ｍｉｎで１４００℃まで昇温した後、１４００℃の温度で３ｈｒ焼結した後、約５℃／ｍｉｎで室温付近まで降温することで、表面に凸部が形成された消弧板を得ることができる。
【００３５】
ここでは、消弧板を形成するための主原料である珪砂材料の中心粒径と焼結助材との中心粒径との比を１０倍以上としている。１０倍以上の中心粒径比とすることで、主原料である珪砂材料の中心粒径の半径に相当する高さ分の凸部を形成することができる。今回の主原料と焼結助材との配合比は、セラミックス材料であるコーディライトとほぼ同様な配合比となっている。
【００３６】
一般的に焼結温度を１５００℃まで上昇させることで、珪砂材料中の酸化シリコンと、焼結助材の酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムとの相互拡散反応が起こり、コーディライト焼結体が形成されはじめる。このように、酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムとの相互拡散反応が起こると、消弧板表面は、平均化され、凹凸部が形成されなくなる。
【００３７】
しかしながら、本実施形態のように、焼結温度を、１４００℃を中心として、１３５０℃〜１４５０℃までの範囲とすると、コーディライト焼結体が形成されない。このため、比較的ポーラスな焼結体を得ることができる。これは、珪砂材料中の酸化シリコンと、焼結助材の酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムとの焼結反応が十分に促進されないためである。すなわち、酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムの焼結体に対して、酸化シリコンが原料の粒径をほぼ保持したままの状態で焼結するためである。
【００３８】
このような形成方法により、消弧板の凸部は、主として酸化シリコンで構成され、凹部は、主として酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムにより構成されるようになる。このように、消弧板の表面をそれぞれ異なった材料群で分散配置することにより、アークを消弧する機能面での分担を行うことができるようになる。
【００３９】
すなわち、消弧板の表面に多数分布する凸部を主として構成する酸化シリコン部分で、アークの分断機能を分担する。その一方で、消弧板の表面に多数分布する凹部を主として構成する酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウム部分で、アークを冷却する機能を分担することができるようになる。ここで、凸部を形成する酸化シリコンでは、熱伝導率が１〜２（Ｗ／ｍ・ｋ）であり、凹部を形成する酸化マグネシウムでは、熱伝導率が４５〜６０（Ｗ／ｍ・ｋ）、酸化アルミニウムでは、熱伝導率が２０〜３０（Ｗ／ｍ・ｋ）であり、凸部を形成する材料よりも凹部を形成する材料の方が、熱伝導率が高い。これにより、凹部でのアークの冷却効果を高めることが期待できる。
【００４０】
また、凹部の熱伝導率が高いことで、その内部に内包する空孔部分にアークの放熱が伝達される。この結果、空孔部分でもアーク冷却を実施し易くする効果が期待できる。このような機能分担をすることで、アークの消弧機能を高め、従来よりも短時間でのアーク消失を行うことができる消弧板を得ることができる。なお、空孔部分については、図３を用いて、後述する。
【００４１】
ここで仮に、アークを分断する機能を担う凸部とアークを冷却する機能を担う凹部とが同一材料で構成されている場合、分断機能と冷却機能との中間的な性能を有する材料を選定せざるを得なくなる。そのため、凸部の消耗が激しくアークの分断機能の劣化が早くなるという問題、あるいは凹部が冷めにくくなりアークの冷却機能が低いといった問題があり、全体として消弧性能が低くなる。
【００４２】
本実施の形態１で説明した方法で製造した消弧板を、上述した電磁開閉器に組み込むことができる。このような構成を有する電磁開閉器は、消弧板の表面に形成した凸形状により、可動接点と固定接点との間で発生したアークの分断性能を高めることができる。
【００４３】
さらに、このような構成を有する電磁開閉器は、消弧板の表面に形成した凹部により、アークを素早く冷却し消弧することができる消弧板を得ることができる、この結果、従来構造の消弧板に比べて、高い消弧性能を得ることができる。
【００４４】
以上のように、実施の形態１に係る消弧板の特徴を整理すると、以下のようになる。
本実施の形態１に係る消弧板は、珪砂材に焼結助材と成形助材を添加し、焼結乾燥させて製造されている。その際、焼結助材に対する珪砂材の粒径比が１０倍以上（例えば、１０μｍ／１００μｍで、凸部のＲａ＝約５０μｍ）であり、かつ１４００℃以下で焼結することにより、多孔質体の消弧板を形成するとともに、消弧板表面に凸形状を形成することができる。
【００４５】
ここで、Ｒａとは、一般的な算術平均粗さを表している。図２は、本発明の実施の形態１における算術平均粗さＲａを説明するための図である。算術平均粗さＲａは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけを抜き取り、この抜き取り部分の平均線の方向にＸ軸を取り、縦倍率の方向にＹ軸を取り、粗さ曲線をｙ＝ｆ（ｘ）で表したときに、下式（１）によって求められる値である。
【００４６】
【数１】
0006366890.tif 000002
【００４７】
特に、凸部は、珪砂材中に含まれる酸化シリコンで構成されており、凹部は主として焼結助材で構成されている。さらに、凸部と凹部が主として異なった材料で構成されているという特徴を有している。
【００４８】
また、発生するアーク電流を接点に対して水平方向に誘導することにより、接点に対して垂直方向に設けられた消弧板でのアーク電流の消弧を実現する構造を有する。焼結助材の具体例としては、酸化マグネシウム、酸化アルミナであり、成形助材の具体例としては、ＰＶＡ（樹脂：ポリビニルアルコール）が挙げられる。
【００４９】
この結果、アーク電流に対する消弧性能を高め、かつ消弧板表面に設けた多数の凸形状がアーク電流を分断することができる。さらに、凹部を主として構成する酸化マグネシウムあるいは酸化アルミナによりアークが素早く冷却されることで、短時間でのアーク消失を実現する。
【００５０】
さらに、従来のように、消弧板を多段で構成する必要がなく、１枚の板状で形成しても十分な消弧性能を有する。この結果、高性能な消弧機能による消弧室の省スペース化を実現できる。
【００５１】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２における消弧板の製造方法ついて説明する。
全体重量構成比で、酸化シリコンを重量比で８０％以上含む珪砂材料を主成分として６０％、焼結助材としての酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムをともに２０％として混合攪拌したものに、成形助材として、ＰＶＡ（樹脂：ポリビニルアルコール）を純水により体積比で１０％に希釈したものを加えて、乳鉢で混合攪拌する。
【００５２】
ここで、珪砂材は、その粒度分布が５０〜１５０μｍで、中心粒径が１００μｍ程度のものを使用し、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムは、中心粒径が１μｍ程度のものを使用している。
【００５３】
次に、離型材としてオレイン酸を塗布した金型に、混合攪拌した材料を所望量計り取り、圧縮プレスすることにより板状に加工する。ここでは、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズの金型に対して、混合材料を１０ｇ計り取り、金型全体に１０ｔの力でプレスすることにより、約３ｍｍ厚の板状に加工した焼結前の消弧板を成形した。
【００５４】
次に、アルミナボート上に焼結前の消弧板を搭載し、電気炉内で室温から５℃／ｍｉｎで１４００℃まで昇温した後、１４００℃の温度で３ｈｒ焼結した後、約５℃／ｍｉｎで室温付近まで降温することで、表面に凸部が形成された消弧板を得ることができる。
【００５５】
ここでは、消弧板を形成するための主原料である珪砂材料と焼結助材との中心粒径比を１０倍以上としている。１０倍以上の中心粒径比とすることで、主原料である珪砂材料の中心粒径の半径に相当する高さ分の凸部を形成することができる。今回の主原料と焼結助材との配合比は、セラミックス材料であるコーディライトとほぼ同様な配合比となっている。
【００５６】
一般的に焼結温度を１５００℃まで上昇させることで、珪砂材料中の酸化シリコンと、焼結助材の酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムとの相互拡散反応が起こり、コーディライト焼結体が形成されはじめる。
【００５７】
しかしながら、本実施の形態２のように、焼結温度を１４００℃程度までにすると、コーディライト焼結体が形成されないため、比較的ポーラスな焼結体を得ることができる。これは、珪砂材料中の酸化シリコンと、焼結助材の酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムとの焼結反応が十分に促進されないためである。すなわち、酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムの焼結体に対して、酸化シリコンが原料の粒径をほぼ保持したままの状態で焼結するためである。
【００５８】
本実施の形態２で説明した方法で製造した消弧板を上述した電磁開閉器に組み込むことができる。このような構成を有する電磁開閉器は、消弧板の表面に形成した凸形状により、可動接点と固定接点との間で発生したアークの分断性能を高めることができる。
【００５９】
また、図３は、本発明の実施の形態２で製作した消弧板２１の断面図である。図３に示すように、本実施の形態２における消弧板２１は、製造工程において、多くの空孔２２が内在している。消弧板２１の内部の空孔は、アークの冷却効果が高いことが一般的に知られている。また、消弧板２１の表面には、表面凸部２３が形成されている。表面凸部２３は、半径５０μｍ程度の半球状に相当し、表面凸部２３同士の互いのピッチは、約１５０μｍ程度で形成されている。
【００６０】
表面凸部２３の半径は、珪砂材中に含まれる酸化シリコンの中心粒径により決定される。本実施の形態２で用いた珪砂材中に含まれる表面凸部２３の半径は、は、約１００μｍである。このため、酸化シリコンの中心粒径の半径に相当する約５０μｍの凸部を消弧板２１の表面に形成することができる。
【００６１】
これは、消弧板を形成するための主原料である珪砂材料と焼結助材との中心粒径比を１０倍以上としているために、消弧板を焼結する際の焼き縮みにより、珪砂材中に含まれる酸化シリコンが半球状に表面に突出する効果を利用している。
【００６２】
また、表面凸部同士の互いの概ねのピッチ間隔は、珪砂材料と焼結助材との混合比により決定される。本実施の形態２では、珪砂材料：焼結助材＝６：４としたことで、表面凸部同士の互いの概ねのピッチ間隔を約１５０μｍ程度に設定している。ただし、珪砂材料と焼結助材との混合比は、消弧板の機械的強度あるいはポーラス構造にも影響する。このため、混合比を大きく変更することは難しい。
【００６３】
さらに、消弧板内部の空孔２２についても、珪砂材料と焼結助材との混合比、中心粒径比、および焼結温度により決定される。本実施の形態２で製作した消弧板２１は、体積比で約５〜１０％程度の空孔部分を含んでいる。
【００６４】
すなわち、消弧板２１の表面に多数分布する凸部を主として構成する酸化シリコン部分でアークの分断機能を分担する。その一方で、消弧板２１の表面に多数分布する凹部を主として構成する酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウム部分で、アークを冷却する機能を分担することができるようになる。
【００６５】
さらに、その内側に内包された空孔部分２２は、凹部を構成する酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウム部分よりも素早くアークを冷却し、消弧することができる。この結果、従来構造の消弧板に比べて、高い消弧性能を得ることができる。
【００６６】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３における消弧板の製造方法ついて説明する。
全体重量構成比で、酸化シリコンを重量比で８０％以上含む珪砂材料（ここでは、酸化シリコンの重量比９５％のものを用いている）を主成分として６０％、焼結助材として酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムをともに２０％として混合攪拌したものに、成形助材として、ＰＶＡ（樹脂：ポリビニルアルコール）を純水により体積比で１０％に希釈したものを加えて、乳鉢で混合攪拌する。
【００６７】
ここで、珪砂材は、粒度分布が５０〜１５０μｍで中心粒径が１００μｍ程度のもの、粒度分布が７５〜４５０μｍで中心粒径が２００μｍ程度のもの、粒度分布が２００〜１２００μｍで中心粒径が５００μｍ程度のもの、の３種類を使用する。また、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムは、中心粒径が１μｍ程度のものを使用して消弧板の製造を試みた。
【００６８】
次に、離型材としてオレイン酸を塗布した金型に、混合攪拌した材料を所望量計り取り、圧縮プレスすることにより板状に加工する。ここでは、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズの金型に対して、混合材料を１０ｇ計り取り、金型全体に１０ｔの力でプレスすることにより、約３ｍｍ厚の板状に加工した焼結前の消弧板を成形した。
【００６９】
次に、アルミナボート上に焼結前の消弧板を搭載し、電気炉内で室温から５℃／ｍｉｎで１４００℃まで昇温した後、１４００℃の温度で３ｈｒ焼結した後、約５℃／ｍｉｎで室温付近まで降温することで、表面に凸部が形成された消弧板を３種類得た。
【００７０】
今回形成した消弧板では、それぞれの消弧板表面の表面粗さが異なっており、算術平均粗さに相当するＲａ値で、それぞれ約５０μｍ、１００μｍ、２５０μｍのものが得られている。
【００７１】
次に、得られた消弧板を、先の実施の形態１で説明したような電磁開閉器に組み込んでアーク電化特性を評価した。図４は、本発明の実施の形態３におけるアーク電界特性を示した図であり、この図４に示すような結果が得られた。このアーク電界特性は、消弧板の主成分である珪砂材と焼結助材の粒経比が１のときの特性を１としたときの、強度比と、珪砂材と焼結助材の粒経比との関係を示している。
【００７２】
図４から、珪砂材の主成分酸化シリコンの粒径と焼結助材との粒経比が１０倍以上となった場合に、粒経比が１の場合の電界特性の１５０％以上となり、その後、徐々にアーク電界強度比が飽和傾向を示すことが確認された。
【００７３】
このことから、消弧板の主成分である珪砂材と焼結助材の粒経比を１０倍以上とすることで、アークの遮断性能が高めることができることがわかった。言い換えれば、消弧板の表面粗さがＲａ値で約５０μｍ以上とすることで、アークの遮断性能を高めることができる。従って、金型表面に設けられる凹凸部としては、Ｒａ値が５０μｍ以上であることが望ましい。
【００７４】
実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４について説明する。
図５は、本発明の実施の形態４における遮断器の開極状態を概略図で示す断面図である。遮断器（開閉装置）２００は、図５に示すように、固定接点３１ａを有する固定接触子３１と、可動接点３２ａを有する可動接触子３２と、固定接点３１ａおよび可動接点３２ａの開閉動作を行う開閉機構部２０３と、を備えている。
【００７５】
また、遮断器２００は、固定接点３１ａと可動接点３２ａとの開離時に、固定接触子３１と可動接触子３２との間に発生したアークＡを伸張させるための磁界を発生させる磁石３４を備えている。また、固定接点３１ａと可動接点３２ａとの接触面と垂直方向に、本実施の形態４で製造した消弧板３５を設置する。
【００７６】
次に、消弧板３５の製造方法について説明する。
全体重量構成比で、酸化シリコンを重量比で８０％以上含む珪砂材料を主成分として６０％、焼結助材として酸化マグネシウムおよび酸化アルミニウムをともに２０％として混合攪拌したものに、成形助材として、ＰＶＡ（樹脂：ポリビニルアルコール）を純水により体積比で１０％に希釈したものを加えて、乳鉢で混合攪拌する。
【００７７】
ここで、珪砂材は、粒度分布が５０〜１５０μｍで中心粒径が１００μｍ程度のものを使用し、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムは、中心粒径が１μｍ程度のものを使用している。
【００７８】
次に、離型材としてオレイン酸を塗布した金型に、混合攪拌した材料を所望量計り取り、圧縮プレスすることにより板状に加工する。ここでは、５０ｍｍ×５０ｍｍのサイズの金型に対して、混合材料を１０ｇ計り取り、金型全体に１０ｔの力でプレスすることにより、約３ｍｍ厚の板状に加工した焼結前の消弧板を成形した。
【００７９】
次に、アルミナボート上に焼結前の消弧板を搭載し、電気炉内で室温から５℃／ｍｉｎで１４００℃まで昇温した後、１４００℃の温度で３ｈｒ焼結した後、約５℃／ｍｉｎで室温付近まで降温することで、表面に凸部が形成された消弧板を得ることができる。
【００８０】
ここでは、消弧板を形成するための主原料である珪砂材料と焼結助材との中心粒径比を１０倍以上としている。１０倍以上の中心粒径比とすることで、主原料である珪砂材料の中心粒径の半径に相当する高さ分の凸部を形成することができる。今回の主原料と焼結助材との配合比は、セラミックス材料であるコーディライトとほぼ同様な配合比となっている。
【００８１】
ここで、仮に焼結温度を１５００℃まで上昇させることで、珪砂材料中の酸化シリコンと、焼結助材の酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムとの相互拡散反応が起こり、コーディライト焼結体が形成されはじめる。
【００８２】
しかしながら本実施の形態４のように、焼結温度を１４００℃程度までにすると、コーディライト焼結体が形成されないため、比較的ポーラスな焼結体を得ることができる。これは、珪砂材料中の酸化シリコンと、焼結助材の酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムとの焼結反応が十分に促進されないためである。すなわち、酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウムの焼結体に対して、酸化シリコンが原料の粒径をほぼ保持したままの状態で焼結するためである。
【００８３】
本実施の形態４で説明した方法で製造した消弧板を、上述した遮断器に組み込むことができる。このような構成を有する遮断器は、消弧板の表面に形成した凸形状により、可動接点と固定接点との間で発生したアークの分断性能を高めることができる。
【００８４】
すなわち、消弧板３５の表面に多数分布する凸部を主として構成する酸化シリコン部分でアークの分断機能を分担する。その一方で、消弧板３５の表面に多数分布する凹部を主として構成する酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウム部分で、アークを冷却する機能を分担することができるようになる。
【００８５】
さらに、その内側に内包されたポーラス構造は、凹部を構成する酸化マグネシウムあるいは酸化アルミニウム部分よりも素早くアークを冷却し、消弧することができる。この結果、従来構造の消弧板に比べて、高い消弧性能を得ることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１  取付台、２  固定鉄心、３  操作コイル、４  筐体、４ａ  筐体頭部摺動部、５  可動鉄心、６  引き外しばね、７  固定接触子、７ａ  電源側固定接触子、７ｂ  負荷側固定接触子、８  端子螺子、９  クロスバー、９ａ  クロスバー頭部摺動部、９ｂ  クロスバー壁摺動部、１０  角窓、１１  押さえばね、１２  可動接触子、１２ａ  電源側可動接点、１２ｂ  負荷側可動接点、１３  アークカバー、１４ａ、１４ｂ  消弧板、１５ａ、１５ｂ  永久磁石、２１  消弧板、２２  空孔、２３  表面凸部(硅砂材)、２４  焼結助材、３１  固定接触子、３１ａ  固定接点、３２  可動接触子、３２ａ  可動接点、３４  磁石、３５  消弧板、７０ａ  電源側固定接点、７０ｂ  負荷側固定接点、１００  電磁開閉器（開閉器）、２００  開閉装置。
【要約】
本発明に係る消弧板は、開閉接点間で発生するアーク電流を消弧するために用いられる消弧板であって、消弧板の表面は、凸部と、隣接する凸部間に形成される凹部とで構成される凹凸部を有し、かつ、凸部と凹部が異なった材料で構成されている。アーク電流の分断性能と消弧性能の双方を向上させることのできるとともに、消弧板の応用製品において、高性能な消弧機能による消弧室の省スペース化を実現できる。【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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