(57)【要約】【課題】  ガス遮断器の消弧性能を向上させる。【解決手段】  絶縁性ガスが充満された容器内に接離可能に配置された固定接触子１および可動接触子２と、固定接触子と可動接触子の接離部を包囲して設けられた筒状のノズル１０と、可動接触子に連動して絶縁性ガスを圧縮してノズル内に噴出するパッファ室７とを備えてなるガス遮断器において、フッ素樹脂よりも耐熱性が低い樹脂に無機充填材を添加してなる複合材料でノズル１０を形成し、アークエネルギによりフッ素樹脂よりも耐熱性が低い樹脂から発生するアブレーションガスによりノズル内部のガス圧力を上昇させて、消弧性能を向上させる。【選択図】    図１
2005332745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性ガスが充満された容器内に接離可能に配置された固定接触子および可動接触子と、前記固定接触子と前記可動接触子の接離部を包囲して設けられた筒状のノズルと、前記可動接触子に連動して前記絶縁性ガスを圧縮して前記ノズル内に噴出するガス噴出機構とを備えてなるガス遮断器において、
前記ノズルは、フッ素樹脂よりも耐熱性が低い樹脂に無機充填材を添加した複合材料で形成されてなることを特徴とするガス遮断器。
【請求項２】
フッ素樹脂よりも耐熱性が低い前記樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリ−４−メチル−１−ペンテン（ＴＰＸ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）の少なくとも一つであることを特徴とするガス遮断器。
【請求項３】
前記ノズルを形成する複合材料は、ポリ−４−メチル−１−ペンテン（ＴＰＸ）とシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）の少なくとも一方をマトリックス樹脂とし、該マトリックス樹脂にポリアミド樹脂を混合してなり、かつ前記マトリックス樹脂と前記ポリアミド樹脂の少なくとも一方に前記無機充填材を添加してなる複合材料であることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項４】
前記無機充填材は、平均粒径が１〜３０μｍで、添加率が３〜４０重量％であることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項５】
前記無機充填材は、平均粒径が１０〜１００ｎｍで、添加率が１〜６重量％であることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断器。
【請求項６】
絶縁性ガスが充満された容器内に同軸上に接離可能に配置された固定接触子および可動接触子と、前記固定接触子と可動接触子の接離部を包囲して設けられた筒状のノズルと、前記可動接触子に連動して前記絶縁性ガスを圧縮して前記ノズル内に噴出するガス噴出手段とを備えてなるガス遮断器において、
前記ノズルは、ポリ−４−メチル−１−ペンテン（ＴＰＸ）とシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）の少なくとも一方をマトリックス樹脂とし、該マトリックス樹脂にポリアミド樹脂を混合してなる複合材料で形成されてなることを特徴とするガス遮断器用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス遮断器に係り、具体的には遮断性能を向上させるアーク吹消ノズルの材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス遮断器は、短絡電流などの大電流を遮断するもので、電流を断続する固定接触子と可動接触子を接離可能に同軸上に配置し、絶縁性ガスが充満された容器内に収納して構成される。特に、固定接触子と可動接触子が開極されるとき、それらの間に発生するアークを速やかに吹消すため、固定接触子と可動接触子の接離部の空間を包囲して筒状のノズルを設け、このノズル内に圧縮ガスを導いて固定接触子および可動接触子の接離部に吹き付け、これによりアークを吹消すようにするパッファ型ガス遮断器が知られている（特許文献１）。
【０００３】
一般に、アーク吹消しノズルの材料としては、絶縁性を有するフッ素樹脂が用いられている。しかし、極めて高温（例えば、２０，０００Ｋ）のアークにノズルが曝されると、アークエネルギがフッ素樹脂の内部まで浸透してノズル内部にボイドが発生したり、ノズル内部が炭化されることがある。これにより、ノズル内面が損耗して、吹き付けガスの流路面積が増大し、吹き付け効果が低下することにより、ガス遮断器の絶縁性能が低下することがある。また、ノズルの機械的強度が低下する。
【０００４】
このような問題を解決するために、従来、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン等）に熱伝導性の高い無機粉末などを充填し、アークエネルギを速やかに拡散させて、ボイドの発生や炭化を防ぐことが提案されている（特許文献２）。逆に、無機充填材として光反射性の高い窒化ホウ素粉末を用い、アークエネルギの吸収を防いで、ボイドの発生や炭化を防ぐことが提案されている（特許文献３）。
【０００５】
しかしながら、特許文献２、３に記載のように、無機充填材は、高い光反射性を有するとともに高い熱伝導性を有することから、光の吸収を抑制する反面、侵入した熱の拡散を助長するという相反作用があるため、無機充填材の添加率の調整が難しいという問題がある。
【０００６】
この問題に対応するため、特許文献１においては、無機充填材の添加量をノズルの軸方向の位置に応じて変化させることにより、ノズルの損耗を減少することを提案している。つまり、アークに近いノズルスロート近傍の無機充填材の添加率を２ｗｔ％未満として、その部分の熱伝導率を低くすることにより、フッ素樹脂の昇華（蒸発）によるノズル内面の消耗を抑えることが提案されている。また、ノズルスロート部の上流側と下流側の無機充填材の添加率を３ｗｔ％以上とすることにより、機械的強度の低下を抑制するとともに、アークエネルギの侵入を防止することが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−２９６６８９号公報
【特許文献２】特公平１−４５６９０号公報
【特許文献３】特公平１−３７８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ガス遮断器の遮断容量の増加および機器の小型化の要求から、遮断性能を向上することが要請されている。また、ガス遮断器の絶縁ガスとして一般に用いられるＳＦ６ガスは、地球温暖化係数が高いことから規制される方向にあり、炭酸ガスなどを含む種々の代替ガスが提案されている。
【０００９】
しかし、一般に、代替ガスの消弧性能はＳＦ６ガスと比べて低いことから、遮断性能の低下を補う技術の開発が要請されている。
【００１０】
本発明は、ガス遮断器の消弧性能を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
まず、本発明の原理について説明する。本発明は、アークエネルギによりノズルの樹脂材料が蒸発して発生するアブレーションガスを積極的に利用して、課題を解決することにある。つまり、アークエネルギによりアブレーションガスが発生することによりノズル内部のガス圧力が上昇する。そのガス圧の上昇によって消弧性能が向上することが知見された。
【００１２】
そこで、本発明は、アブレーションガスが発生しやすい樹脂材料、つまりフッ素樹脂よりもアークエネルギで熱分解しやすい耐熱性の低い樹脂材料を用いてアーク吹消ノズルを形成し、ノズル内部のガス圧力を上昇させて、消弧性能を向上させることを本旨とする。
【００１３】
しかし、単に耐熱性の樹脂材料を用いると、アブレーションガスが発生し過ぎて、ノズルの消耗により却って消弧性能が低下することから、アブレーションガスの発生を調整して消弧性能の向上を図ることが肝要である。そこで、本発明は、次の手段により、あるいはそれらの手段を組み合わせて、アブレーションガスの発生を調整することを特徴とする。
（１）無機充填材を混入してマトリックス樹脂の耐熱性を向上させて、アブレーションガスの発生を調整する。
（２）相対的に熱分解しにくい耐熱性の高い樹脂材料をマトリックス樹脂とし、これに耐熱性の低い樹脂材料を混合してなるアロイ（複合樹脂）を用いて、アブレーションガスの発生を調整する。
（３）手段（１）、（２）を組み合わせて、アブレーションガスの発生を調整する。
【００１４】
耐熱性の低いマトリックス樹脂としては、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）よりも耐熱性が低い樹脂を用いる。具体的には、ポリアミド樹脂、ポリ−４−メチル−１−ペンテン（ＴＰＸ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）の少なくとも一つを選択できる。
【００１５】
ポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド６６、ポリアミド６を適用することができ、これらは遮断時のアーク電圧を高める効果が大きいことが知見された。
【００１６】
ＴＰＸまたはＴＰＸに化学構造が類似するＣＯＰは、ポリアミド樹脂よりも耐熱性が高いが、これらをマトリックス樹脂として用いると、遮断時の絶縁回復が速いという効果を見出した。
【００１７】
さらに、ＴＰＸまたはＣＯＰをマトリックス樹脂とし、これにポリアミド樹脂を混合してアロイ化することで、それぞれの長所を発現できることを見出した。
【００１８】
また、無機充填材（又は、フィラ）としては、窒化ホウ素、カーボン、タルク、等の無機粉末を用いることができる。また、層状ケイ酸塩でもよい。無機充填材の平均粒径は、１〜３０μｍの範囲が好ましく、特に、ｎｍ（ナノメータ）オーダーの範囲（例えば、１０〜１００ｎｍ）が好ましい。平均粒径がｎｍオーダーの無機充填材を用いると、平均粒径１〜３０μｍのものに比べて、一桁近く充填率（ｗｔ％）を下げることができる。
【００１９】
なお、無機充填材を添加せず、ＴＰＸとＣＯＰの少なくとも一方をマトリックス樹脂とし、該マトリックス樹脂にポリアミド樹脂を混合してなる複合材料を用いても、消弧性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、アブレーションガスが発生しやすい樹脂材料を用いるとともに、そのアブレーションガスの発生を調整した材料でアーク吹消のノズルを形成したことから、ノズル内部のガス圧力を上昇させて、消弧性能を向上させることができる。したがって、遮断容量が同じであれば絶縁距離を短縮するなどにより、遮断器を小型軽量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明のガス遮断器を、実施の形態に基づいて説明する。図１に、本実施の形態のガス遮断器の主要部の断面構成図を示す。図１に示すように、棒状の固定接触子１の先端に対向させて、同軸上の離れた位置にリング状の可動接触子２が配置されている。可動接触子２は、図示矢印３の軸方向に進退駆動される例えば中空に操作ロッド４の先端に固定して設けられている。操作ロッド４の外周には、操作ロッド４より大径のパッファシリンダ５が同軸に設けられている。パッファシリンダ５内には、パッファピストン６が摺動自由に挿入されている。パッファシリンダ５の可動接触子２側の端部は閉塞され、これによってパッファ室７が形成されている。パッファ室７の可動接触子２側の壁面８に、可動接触子２を包囲するように貫通孔９が複数設けられている。固定接触子１と可動接触子２の接離部を包囲して円筒状のノズル１０が設けられている。ノズル１０の一方の端部はは、貫通孔９を内包する大きさの内径に形成され、パッファ室７の壁面８の外面にノズル押さえ１１を介して固定されている。また、ノズル１０の内面の中央部に、縮径されたスロート部１２が形成されている。このスロート部１２の最小径は、固定接触子１が挿通可能に形成されている。また、固定接触子１の外周側には、ノズル１０の先端部の外周側に達する円筒状の通電用接触子１３が配設されている。これらの構成部品は、図示していない容器内に収納され、その容器内に絶縁ガスを封入してガス遮断器が構成されている。つまり、ガス遮断器は、絶縁性ガスが充満された容器内に接離可能に配置された固定接触子１および可動接触子２と、固定接触子１と可動接触子２の接離部を包囲して設けられた筒状のノズル１０と、可動接触子２に連動して絶縁性ガスを圧縮してノズル１０内に噴出するガス噴出機構であるパッファシリンダ５およびパッファピストン６とを備えて構成されている。
【００２２】
このように構成されるガス遮断器の動作について説明する。図１は、固定接触子１と可動接触子２が開極された状態を示している。ガス遮断器を投入する場合は、操作ロッド４を図示矢印３の右方向に駆動し、可動接触子２を固定接触子１の先端に当接させて閉極し、通電が行われる。このとき、ノズル押さえ１１と通電用接触子１３も接触し、通電が行なわれる。何らかの原因によりガス遮断器に遮断指令が入力されると、操作ロッド４が図示矢印３の左方向に瞬時に駆動される。これにより、固定接触子１の先端部と可動接触子２とが離間すると、それらの間にアーク１４が形成される。このとき、パッファ室７内の絶縁ガスがパッファピストン６により圧縮され、圧縮された絶縁ガスが貫通孔９からノズル１０内に吹出される。吹き出されたガスは、固定接触子１と可動接触子２の離間部に位置するスロート部１２に導かれてアーク１４を吹消して遮断する。
【００２３】
この遮断過程において、ノズル１０の内面は、２００００Ｋにも及ぶ超高温のアーク１４に曝される。このアークエネルギにより、ノズル１０を構成する樹脂材料のうち、耐熱性の低いポリアミド樹脂が蒸発してアブレーションガスが発生し、スロート部１２近傍のガス圧力が上昇する。この圧力上昇によりアーク１４が速やかに消弧され、遮断性能が向上される。
【実施例】
【００２４】
ここで、本発明の特徴に係るノズル１０の材料は、表１に示す実施例１〜８の複合材から選択して採用することができる。これらの実施例によれば、耐熱性、機械的強度に優れ、かつ、遮断時の絶縁回復が早く、かつ、遮断時のアーク電圧が高いため、遮断性能が著しく向上した。つまり、アブレーションガス発生による遮断性能が著しく向上したガス遮断器を得ることができた。
【００２５】
【表１】
2005332745.tif 000003
表２に、各実施例に用いたポリアミド樹脂の主な特性と、ポリ−４−メチル−１−ペンテン（ＴＰＸ）とシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）の主な特性をそれぞれ示す。表２において、ポリ-4-メチル-1-ペンテンは三井化学(株)製ＴＰＸ、シクロオレフィンポリマーは日本ゼオン(株)製ゼオノア1600、無機質充填ポリアミド６はユニチカ製A3130を、ポリアミド６系ナノコンポジットはユニチカ(株)製M1030Eをそれぞれ用いた。ポリアミド６系ナノコンポジットM1030Eは、無機物の充填量が少なくても絶縁性および機械的強度が良好である。また、表２において、ポリアミド６６およびポリテトラフルオロエチレンは、比較のために記載したものである。また、化２に、ポリアミド６、ＴＰＸ、ＣＯＰの化学構造式をそれぞれ示す。
【００２６】
【表２】
2005332745.tif 000004
【００２７】
【化１】
2005332745.tif 000005
本発明のノズル材料は、実施例１〜８に限定されるものではなく、実施例に示した以外のシクロオレフィンポリマー、ポリアミド樹脂を用いてもよい。また、マトリックス樹脂としてポリ−４−メチル−１−ペンテン（ＴＰＸ）に、複数のシクロオレフィンポリマーを組み合わせて用いることが可能である。また、アロイ化する際、複数のポリアミド樹脂を用いることも可能である。ポリアミド樹脂の量は、高分子材料の重量比で５０ｗｔ％以下とすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態のガス遮断器の主要部の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  固定接触子
２  可動接触子
４  操作ロッド
５  パッファシリンダ
６  パッファピストン
７  パッファ室
９  貫通孔
１０  ノズル
１１  ノズル押さえ
１２  スロート部
１３  通電接触子
【図１】
2005332745.tif 000006