(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークシュートに使用される強磁性マテリアルの基材シートから作られたアークスプリッタであって、前記アークスプリッタが少なくとも第１の成分と第２の成分の二つの成分からなる複合マテリアルから作られた層を前記基材シート上に有し、該複合マテリアルの内の第１の成分は、電導性であって、融点が前記強磁性マテリアルの融点よりも低く、気化点が前記強磁性マテリアルの気化点を越えないものであって、第２の成分は、融点が前記第１の成分と前記強磁性マテリアルの融点よりも高く、気化点が前記第１の成分と前記強磁性マテリアルの気化点よりも高いものであることを特徴とするアークスプリッタ。
【請求項２】
前記第２の成分の融点が前記第１の成分の気化点よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のアークスプリッタ。
【請求項３】
前記第１の成分と前記第２の成分の容量比率が３０：７０〜８０：２０であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項４】
前記第１の成分と前記第２の成分の容量比率が４０：６０〜７０：３０であることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項５】
前記第１の成分の前記第２の成分に対する容量比率が１より大きいことを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項６】
前記第１の成分が銀または銅またはこれらの合金からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項７】
前記第１の成分が強磁性マテリアルであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項８】
前記複合マテリアルから作られた層の下に少なくとも一つの中間層が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項９】
前記中間層が強磁性マテリアルの複合マテリアルから作られた層への拡散を防ぐために設けられていることを特徴とする請求項８に記載のアークスプリッタ。
【請求項１０】
前記中間層は、強磁性のニッケルからなることを特徴とする請求項９に記載のアークスプリッタ。
【請求項１１】
前記中間層の厚さは、３μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項９〜１０のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項１２】
前記中間層は、ガルヴァニ電気めっきで施されることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項１３】
前記複合マテリアルは、さらに第３の成分を含み、該第３の成分は、元素の周期率表の主グループII，III，IVおよびVIII族とサブグループIII〜VII族に属する元素の酸化物、炭化物、ホウ化物および窒化物のグループから選ばれた少なくとも１種を包含することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項１４】
前記複合マテリアルにおける第３の成分の混合割合は、前記複合マテリアル全体の３容積％〜２０容積％であることを特徴とする請求項１３に記載のアークスプリッタ。
【請求項１５】
前記第１の成分と、第２の成分および第３の成分の合計との容積比率は、５：９５〜８５：１５であることを特徴とする請求項１３〜１４のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項１６】
前記第１の成分と、第２の成分および第３の成分の合計との容積比率は、３０：７０〜８０：２０であることを特徴とする請求項１３〜１４のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項１７】
前記第１の成分と、第２の成分および第３の成分の合計との容積比率は、４０：６０〜７０：３０であることを特徴とする請求項１３〜１４のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項１８】
前記第１の成分の他の成分の合計に対する容積比率は、１より大きいことを特徴とする請求項１３〜１４のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項１９】
前記第３の成分は、二酸化チタン（ＴｉＯ２），酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３ ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化マンガン（ＭｎＯ），酸化ニオブ（ＮｂＯ），酸化ニッケル（ＮｉＯ），酸化セリウム（ＣｅＯ２），酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３ ），酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３ ），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ），酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３ ），炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ），炭化ジルコニウム（ＺｒＣ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），窒化ホウ素（ＢＮ），窒化チタン（ＴｉＮ），ホウ化チタン（ＴｉＢ２）およびホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２）のグループから選ばれるものであることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一項に記載のアークスプリッタ。
【請求項２０】
強磁性マテリアルからなる基材シート上に、少なくとも第１の成分と第２の成分の二つの成分からなる複合マテリアル層を被覆してなるアークスプリッタの製造方法であって、前記第１の成分として、電導性であって、融点が前記強磁性マテリアルの融点よりも低く、気化点が前記強磁性マテリアルの気化点を越えない材料を用い、第２の成分として、融点が前記第１の成分の融点よりも高く、気化点が前記第１の成分の気化点よりも高い材料を用い、さらに前記複合マテリアル層の成分として、元素の周期率表の主グループII，III，IVおよびVIII族とサブグループIII〜VII族に属する元素の酸化物、炭化物、ホウ化物および窒化物のグループから選ばれた少なくとも１種を包含する第３の成分を用いると共に、前記複合マテリアル層をロール圧延又は溶射法により形成することを特徴とするアークスプリッタの製造方法。
【請求項２１】
前記複合マテリアルから作られた層の第２の成分のみが前記シートにロール圧延されることを特徴とする請求項２０に記載のアークスプリッタの製造方法。
【請求項２２】
前記第２の成分と第３の成分は、一緒になって前記シートにロール圧延されることを特徴とする請求項２１に記載のアークスプリッタの製造方法。
【請求項２３】
前記シートは、冷間圧延されることを特徴とする請求項２０〜２２のいずれか一項に記載のアークスプリッタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ装置、特に保護回路遮断器におけるアークシュートに対する被覆されたアークスプリッタに関するものである。この種のアークスプリッタは、Ｅ．Ｖｉｎａｒｉｃｋｙ”Ｗｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅ  Ｋｏｎｙａｋｔｅ，Ｗｅｒｋｓｔｏｆｆｅ  ｕｎｄ  Ａｎｗｅｎｄｕｎｇｅｎ（電気接点、マテリアルズおよび応用），Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ  ２００２，  ＩＳＢＮ３−５４０−４２４３１−８，ＰＰ．１３４−１４２から知ることができる。
【０００２】
電気回路の開放と閉止の間、電圧とアンペアに応じて種々の放電現象が電気接点に発生する。電圧とアンペアが十分に高いと、前記接点の面には、各スイッチング作用の間にアーク作用が作用し、前記接点の耐用寿命に多大の影響を与える。このアーク作用が接点マテリアルの損失（腐食）につながる。保護回路遮断器に存在するような種類の接触間隙が大きな場合は、腐食された接点マテリアルは、環境に顕著な損失を与える。このようなマテリアルの腐食を抑えるために、接点面にアークが接している時間をできるかぎり短縮するようにしている。閉止時、アークの燃焼時間は、主としてスイッチ接点の反発時間と生じる電流の波形によりきまる。交流をブレークするとき、アーク現象は、交流波形の開放時点から続くゼロクロッシングにわたる臨界電流以下でも継続する。
【０００３】
臨界電流を越すと、特別な手段が取られて、消弧する。この目的のために、アークを冷却したり、スプリットしたりすることが知られている。その目的のために、スイッチ装置にアークシュートが設けられている。アークシュートでは、アークを部分、部分にスプリットすることが行われていて、前記シュートには、脱イオン理論により作用するアークシュートにおいて、代表的には１ｍｍの厚みをもつ複数の金属シートを並列または扇形に配置し、これらを互いに絶縁しておく。アークスプリッタに用いるマテリアルズは、強磁性材料であり、これは、強磁性材料近辺においては、アークを伴う磁界が高磁力導通性をもつアークスプリッタを経て常時流れるようになるからである。これによって、前記アークスプリッタに向く方向で吸引作用が生じる。前記アークそれ自体により生じる磁気ブローフィールドに加えて、前記吸引作用は、前記アークを前記アークスプリッタの配列に向けて動かし、これら配列の間でスプリットされる。
【０００４】
前記アークスプリッタを軟鋼から作ることは、知られている。前記アークスプリッタのアークベースにおける過熱を防ぎ、かくして前記アークの劣化冷却を防ぐために、前記アークスプリッタにおいてアークベースを早く移動させる点を探究している。そのために前記アークスプリッタをガルヴァニ銀めっきまたは銅めっきすることが知られている。さらに、前記アークスプリッタのマテリアルの部分的融解および融解したマテリアルのスパッタリングがまたまたアーク作用で遭遇する。発光フラッシュのように音速に達し、それら自体大きな音を発するガスの流れをアークが伴う点で、スパッタリングには危険が伴う。急速なガスの流れは、鉄の溶融粒を含む。これらの溶融粒は、個々のアークスプリッタに当たり、これらを駄目にしてしまう。他方、しかしながら、これらは、またスイッチ装置に漂い、例えば、接触面に付着し、これによって，接触抵抗が高まる。
【０００５】
さてここで、本発明の目的は、既知のアークシュートの欠点を減らし、耐用年数を長くし、そして／またはそのようなアークシュートに備えられているスイッチ装置の短絡ブレーキング容量を改善する点にある。
【０００６】
この目的は、請求項１に定義の特徴をもつアークスプリッタにより達成される、本発明によるアークスプリッタの有利な製造方法は、請求項２７，２８に定義されている。
【０００７】
本発明の有利なさらなる発展は、従属請求の範囲の主題である。
【０００８】
本発明によるアークスプリッタは、強磁性基体マテリアルからなり、コーティングされている。しかしながら、融点が強磁性マテリアルのそれよりも高くなく、好ましくは、強磁性マテリアルよりも電導性が高い銀または銅のような一つの金属で単に被覆されている代わりに、前記アークスプリッタは、融点が強磁性マテリアルのそれよりも高くなく、強磁性マテリアルよりも電導性が高い第１の成分に加えて、融点が強磁性マテリアルのそれよりも高く、気化点が前記第１の成分よりも高い第２の成分からなる複合マテリアルから作られる層が設けられている。前記第２の成分は、融点が高く、当初はアークの作用では融解しないもので、アークの作用で電導性またはより高い電導性の第１の成分がスパッタリングされるのを防ぐ。第２の成分の量と融点は、前記作用を達成するために適切に選択される。
【０００９】
従来技術と較べて、本発明によるアークスプリッタを備えたアークシュートが設けられているスイッチング装置は、耐用年数が長く、そして／または改善された短絡ブレーク力に秀でている。短絡ブレーク能力は、値ｌ２ｔ（ｌ＝電流強度、ｔ＝ブレークタイム）により規定される所定の電流に達する前に、回路短絡が発生する電気回路を反復して遮断する保護回路ブレーカーの能力による。
【００１０】
導電性または高い導電性の第１の成分は、前記アークスプリッタのアークの動きを助け、前記アークにより運ばれる電流を前記強磁性マテリアルへ向ける。前記第１の成分は、その気化点が前記アークの作用で同じようになるように選ばれることが好ましく、これは、第１の成分の気化が遮断されるアークからの多大のエネルギーで行われるからである。
【００１１】
前記強磁性マテリアルは、軟鋼に限定されるものではなく、ソフトな磁性材料、特に、ニッケルおよびコバルトならびに鉄、ニッケルおよびコバルトのソフトな磁性合金からなるものでもよい。
【００１２】
前記層の第２の成分は、アーク作用により前記アークスプリッタに前記第１の成分を効果的にバインドすることができるように選びことが好ましい。この目的に特に適したマテリアルズは、前記強磁性マテリアルよりも融点が高く、気化点も同様に前記強磁性マテリアルよりも高いものである。前記第２の成分の融点は、前記第１の成分の気化点よりも高いことが好ましい。特に適しているものは、耐熱性の金属、タングステン、モリブデンおよびタンタルならびにそれらの炭化物類、窒化物類および珪化物類であって、これらは、単独または組み合わされて使用される。
【００１３】
第１の成分と第２の成分の間の容量比は、５：９５から８５：１５、さらに好ましくは３０：７０から８０：２０、もっと好ましくは、４０：６０から７０：３０である。第１の成分が一番大きな部分を占めることが好ましい。
【００１４】
好ましくは、前記複合層は、さらに第３の成分を含み、これは、元素周期率表の主グループＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ，ＶＩＩＩとサブグループＩＩＩ〜ＶＩＩに属する元素の酸化物類、炭化物類、ホウ化物類および窒化物のグループから選ばれるものである。前記第３のグループの一つまたは複数の物質の添加で被覆されたアークスプリッタにおけるアーク走行挙動が改善され、これによって、アークは、アークシュートにおけるアークスプリッタの構成へ向かった動き、前記構成、特に互いに並列にまたは扇形に配置の複数のアークスプリッタからなるパッケージにより簡単に、より早く入ることになる。
【００１５】
前記複合マテリアルの第３の成分として特に適しているものは、二酸化チタン（ＴｉＯ２ ），酸化アルミニウム（Ａｌ２ Ｏ３），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化マンガン（ＭｎＯ），酸化ニオビウム（ＮｂＯ），酸化ニッケル（ＮｉＯ），酸化セリウム（ＣｅＯ２ ），酸化クロム（Ｃｒ２ Ｏ３ ），酸化ランタン（Ｌａ２ Ｏ３ ），酸化ジルコン（ＺｒＯ），酸化イットリウム（Ｙ２ Ｏ３ ），炭化ホウ素（Ｂ４ Ｃ），炭化珪素（ＳｉＣ），炭化ジルコニウム（ＺｒＣ），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ），ホウ化チタン（ＴｉＢ２ ）およびホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ２ ）のグループから選ばれる。酸化アルミニウムおよび酸化マグネシウムは、特に好ましい。
【００１６】
前記第３の成分は、前記複合マテリアルにおいて前記第２の成分に添加されることが好ましい。前記第１の成分と第２の成分および第３の成分の合計との容量比率は、したがって、５：９５から８５：１５の間、さらに好ましくは３０：７０と８０：２０、最も好ましくは、４０：６０と７０：３０の比率にあるこが実用的である。前記第１の成分の部分は、この場合も同様に、前記第２の成分と第３の成分の合計よりも多いことが好ましい。
【００１７】
前記複合マテリアルから作られた前記層の厚みは、０．０５ｍｍから０．３ｍｍ、好ましくは、約０．１ｍｍであることが好ましい。前記複合マテリアルのストリップを強磁性ストリップへ、ローリング、特にホットロールめっきにより施すことができる。前記層の成分類を溶射（thermal  spraying）方式（火焔スプレイ方式）により強磁性シートへ施すこともでき、この場合には、被覆層を圧縮し、ローリングで平滑化することが好ましい。
【００１８】
前記複合マテリアルから本発明による層を有するアークスプリッタを形成するためには、強磁性マテリアルの上に前記複合マテリアルのすべての成分を付与したり、接着したりすることは必ずしも必要ではない。その代わりに、前記成分の一つ、特に、第２の成分、そしてもしできれば、好ましくは、第３の成分をパウダー状で前記シートに付与し、前記強磁性シートの面にロールかけし、これによって、前記強磁性シートのマテリアルが表面層にわたり前記複合マテリアルの一部になるようにするもので、前記層の厚さは、ロールかけされた粒子の浸透深さにより特徴される。例えば、炭化タングステンの粉末を軟鋼シートに施し、冷間ロール加工により炭化タングステンの粉末を軟鋼の面に加圧させて鉄と炭化タングステンからなる複合層を形成できる。
【００１９】
さらに前記複合層と前記強磁性ベースマテリアルとの間に結合作用を改善し、拡散しないようにする中間層を設けることが好ましい。この目的に特に適したマテリアルは、ニッケルであって、これが強磁性に大きく貢献する。前記中間層は、３μｍから２０μｍ、特に好ましくは１０μｍの厚さで電気めっきすることが好ましい
【実施例】
【００２０】
１．７０容量％の銅と３０容量％のタングステンからなる厚さ０．２５ｍｍの複合層を厚さ１ｍｍの軟鋼へ溶射（thermal  spray）する。処理後、前記層を冷間圧延加工により圧縮する。このようにできたアークスプリッタを曲げ成形し、パンチングし、低電圧のスイッチ装置に設置する。
【００２１】
２．５５容量％の銀と４５容量％のモリブデンからなるストリップを鉄・コバルト合金から作られた強磁性ストリップに冷間圧延加工により圧延する。冷間圧延後のアークスプリッタの厚さは、１ｍｍ、銀・モリブデンの複合層の厚みは、０．１ｍｍである。このようにして作られたアークスプリッタを曲げ成形し、パンチングし、低電圧のスイッチ装置に設置する。
【００２２】
３．１ｍｍの厚さの軟鋼シートに厚さ１μｍのニッケル層をガルヴァニ電気めっきした後、４０容量％の銅と６０容量％の炭化タングステンからなる厚さ０．２ｍｍの複合層を融着した。このようにして得られたシートを曲げ成形し、パンチングしてアークスプリッタに形成し、これを低電圧のスイッチ装置に設置する。
【００２３】
４．強磁性鉄・ニッケル合金からなるストリップを熱間圧延加工により５０容量％の銀と５０容量％のタンタルからなる複合マテリアルから得られたストリップを被着する。熱間圧延被着後のストリップの厚さは、１．２ｍｍ、銀とタンタルからなる複合層の厚さは、０．１５ｍｍである。このストリップを曲げ成形し、パンチングしてアークスプリッタに形成し、これを低電圧のスイッチ装置に設置する。
【００２４】
５．炭化タングステン粉末を厚さ１．２ｍｍの軟鋼シートに付与し、冷間圧延により前記軟鋼シートの面に加圧する。前記軟鋼シートに付与した粉末の量は、該粉末がアークスプリッタの面の５０から６０％の間に存在する量である。かくして、鉄と炭化タングステンからなるファンクショナルな層が前記軟鋼の面に得られる。このようにして作ったシートを曲げ成形し、パンチングしてアークスプリッタに形成し、これは、低電圧のスイッチ装置に設置できる。
【００２５】
６．７０容量％の炭化タングステン粉末と３０容量％の酸化アルミニウム粉末を厚さ１．２ｍｍの軟鋼シートに溶射し、冷間圧延加工により前記軟鋼スチールの面に加圧する。前記軟鋼に付与される粉末の量は、該粉末がアークスプリッタの面の５０から６０％の間に存在する量である。かくして、鉄、酸化アルミニウムおよびタングステンカーバイドからなるファンクショナルな層が前記軟鋼の面に得られる。このようにして作ったシートを曲げ成形し、パンチングしてアークスプリッタに形成し、これは、低電圧のスイッチ装置に設置できる。