(57)【要約】【課題】硫化銀の生成を抑制すると同時に良好な摺動特性・長寿命性を有する切換接点を実現し、小形かつ簡易な構成で信頼性に優れた負荷時タップ切換装置を提供する。【解決手段】可動接点１１は、板状の接点母材２１の表面全体にわたって銀メッキ層２２が施されている。さらに、この銀メッキ層２２の外側全体にわたってダイヤモンドライクカーボン等の硬質炭素被膜層２３が施されている。このうち、銀メッキ層２２の厚さは５〜５０μｍに形成され、その硬さはビッカース硬さ９０以上となるように構成されている。一方、硬質炭素被膜層２３の厚さは０．１〜４μｍに形成され、ビッカース硬さ１０００以上となるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
切換開閉器及びタップ選択器から構成され、前記切換開閉器及び前記タップ選択器に通電回路を構成する切換接点が設けられた負荷時タップ切換装置において、
前記切換接点には銀メッキ層が施され、
前記銀メッキ層に硬質炭素被膜層が施されたことを特徴とする負荷時タップ切換装置。
【請求項２】
前記銀メッキ層は前記切換接点の表面全体に施され、
前記硬質炭素被膜層は前記銀メッキ層の表面に部分的に施されたことを特徴とする請求項１に記載の負荷時タップ切換装置。
【請求項３】
前記銀メッキ層は厚さ５μｍ以上に形成され、
前記硬質炭素被膜層は厚さ４μｍ以下に形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の負荷時タップ切換装置。
【請求項４】
前記銀メッキ層はビッカース硬さ９０以上としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の負荷時タップ切換装置。
【請求項５】
切換開閉器及びタップ選択器から構成され、前記切換開閉器及び前記タップ選択器に通電回路を構成する切換接点が設けられた負荷時タップ切換装置において、
前記切換接点に硬質炭素被膜層が施されたことを特徴とする負荷時タップ切換装置。
【請求項６】
負荷時タップ切換装置の切換開閉器及びタップ選択器に設けられる、負荷時タップ切換装置用切換接点であって、
銀メッキ層が施され、
前記銀メッキ層に硬質炭素被膜層が施されたことを特徴とする負荷時タップ切換装置用切換接点。
【請求項７】
請求項６に記載の負荷時タップ切換装置用切換接点の製造装置であって、
前記切換接点を複数同時に載置するベースと、
前記切換接点において前記硬質炭素被膜層以外の部分を覆うカバーを備えたことを特徴とする負荷時タップ切換装置用切換接点の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷時タップ切換装置及びその製造技術に係り、特に、負荷時タップ切換装置に用いられる切換接点とその製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、送変電系統の変圧器には、タップ巻線のタップを負荷時に切換えて電圧調整を行うために負荷時タップ切換装置が設置されている。この負荷時タップ切換装置が万一故障すると、電圧調整に不具合が生じるため、送変電系統に停電などの重大な問題が発生する可能性がある。したがって、負荷時タップ切換装置には性能面で高い信頼性が要求される。
【０００３】
また、電力の自由化が進む近年、電力機器分野では機器のコンパクト化と経済性の向上を図ることが望まれている。そのため、電力機器の一つである負荷時タップ切換装置に関しても、小形化及びコスト低減の要求がますます高まっている。つまり、負荷時タップ切換装置においては、上記の信頼性の向上という要求に加えて、小形化およびコスト低減を達成することが期待されており、小形且つ簡易な構成で確実に電圧調整機能を果たすことが求められている。
【０００４】
以上のような状況の中で、負荷時タップ切換装置に設けられる切換接点には、通電性能を高めるべく、その表面に銀メッキ層が施されているのが一般的である。切換接点とは、変圧器タップ巻線のタップを切換える接点であり、負荷時タップ切換装置を構成する切換開閉器及びタップ選択器のいずれにも設けられている。この切換接点は、負荷時タップ切換装置全体の性能や小形化に大きな影響を与える重要な構成要素であり、従来から様々な提案がなされている。
【０００５】
例えば特許文献１では、固定接点を切換接点側に突出した板状部材としたことで、接触子と切換接点との接触面積が広がり、固定接点および切換接点との接触面圧を安定させることができる。したがって、接触面圧を確保するために切換接点の支持部材を大きくする必要がなく、機器の小形化に寄与することが可能である。また、固定接点と切換接点との接触面圧の安定化に伴い、摩耗量を小さくすることができる。そのため、接点寿命が延び、メンテナンス間隔を長くとることが可能となり、経済的にも有利である。このような切換接点を備えることにより、負荷時タップ切換装置の信頼性向上に貢献することができる。
【０００６】
ところで、負荷時タップ切換装置が、装置内部に絶縁物として絶縁油が充填された油中遮断方式の場合、次のような問題点があった。すなわち、絶縁油には硫黄が含まれているため、負荷時タップ切換装置の内部において絶縁油と切換接点が接する時、絶縁油中の硫黄と、切換接点に施された銀メッキ層とが反応して硫化銀が生成される場合がある。
【０００７】
この硫化銀が切換接点に付着して通電部分に介在すると、負荷時タップ切換装置の通電性能に支障を及ぼすことになる。したがって、銀メッキ層を有する切換接点では、硫黄との接触面を少なくして硫化銀の発生量を極力抑える必要がある。そこで従来では、銀メッキ層の一部に塗装部を施し、硫黄と銀との反応を抑えるようにした技術が考えられている。
【特許文献１】特開２００１−２１７１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、銀メッキ層に塗装部を形成した従来技術には下記の課題が指摘されている。すなわち、銀メッキ層に塗装部を形成した場合、銀と硫黄の接触面が少ない分だけ硫化銀の発生量が低下するが、その反面、塗装部において切換動作時に過大な抵抗力が発生することになり、切換接点における摩擦力と摩耗量が大きくなる。したがって、切換接点の経年劣化は進み易くなり、寿命は短くなると共に摺動特性の低下を招いた。これにより、負荷時タップ切換装置の動作性が不安定になるおそれがあった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、その目的は、硫化銀の生成を抑制すると同時に良好な摺動特性・長寿命性を有する切換接点を実現し、小形かつ簡易な構成で信頼性に優れた負荷時タップ切換装置を提供することである。また、本発明の他の目的は、硫化銀を生成することなく且つ摺動特性の良好な切換接点を、効率よく製造することが可能な負荷時タップ切換装置用切換接点の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、切換開閉器及びタップ選択器から構成され、前記切換開閉器及び前記タップ選択器に通電回路を構成する切換接点が設けられた負荷時タップ切換装置において、前記切換接点には銀メッキ層が施され、前記銀メッキ層に硬質炭素被膜層が施されたことを特徴としている。
【００１１】
硬質炭素被膜とはダイヤモンドライクカーボンとも呼ばれており、低摩擦・高硬度であり、抵抗力が小さく且つ磨耗量も少ないといった特性を有している。したがって、硬質炭素被膜層を設けた切換接点は良好な摺動特性・長寿命性を発揮することができる。また、硬質炭素被膜は耐食性も優れているので、硬質炭素被膜層を施した銀メッキ層は、絶縁油中の硫黄と反応し難く、硫化銀の生成量を抑えることが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、切換接点の銀メッキ層に硬質炭素被膜層を施すといった極めて簡単な構成によって、切換接点が絶縁油中にあっても硫化銀の生成を抑制することができ、しかも摺動特性・長寿命性が向上し、小形かつ簡易な構成で信頼性に優れた負荷時タップ切換装置を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る最良の形態（以下、実施形態）について、図１〜図８を参照して具体的に述べる。
（１）第１の実施形態
［構成］
図１〜図３を用いて第１の実施形態について説明する。まず、図２及び図３を用いて、本発明に適用される負荷時タップ切換装置の概略を説明する。
【００１４】
図２に示すように、負荷時タップ切換装置は、負荷時に負荷電流を遮断して隣接するタップに電流を移す切換開閉器１と、タップ巻線のタップを要求された位置に選択するタップ選択器２から構成されている。これら切換開閉器１及びタップ選択器２はいずれも、変圧器本体タンク４に取付けられている。なお、切換開閉器１、タップ選択器２及び変圧器本体タンク４の内部は、絶縁油等の絶縁物で満たされている。
【００１５】
切換開閉器１には限流抵抗器３が設けられている。また、切換開閉器１の上部には、図示しない操作機構に連結した減速装置５が設けられており、この減速装置５には駆動軸７を介して、蓄勢ばね６ｂを有する蓄勢装置６が連結されている。さらに、蓄勢装置６の下方には、蓄勢装置６の駆動力により電流の切換を行う接点部８が設けられている。
【００１６】
この接点部８に複数の切換接点１１が含まれている。より詳しくは、接点部８は、蓄勢装置６の駆動力により回転するカム９、カム９と連動して回転する集電リング５４、複数の真空バルブ機構１０、複数の切換接点１１、複数の可動接点１２及び絶縁リング７４から構成されている。また、タップ選択器２は、切換開閉器１と同様に図示しない操作機構に連結されている。図示しないが、タップ選択器２内部には、タップを選択するために、切換開閉器１と同様、複数の切換接点と可動接点とが設けられている。
【００１７】
ここで、切換接点１１と可動接点１２の構成について、図３を用いて説明する。図３は本実施形態の切換接点部分の断面を示している。本実施形態では３相器の構成を示しており、図３中に示したように円周方向に３分割してＵ，Ｖ，Ｗで示した各相が配置されている。
【００１８】
図３に示すように、集電リング５４には各相に１つの可動接点１２が取付けられている。可動接点１２の先端部には半球状の接触子６４が設けられている。この可動接点１２は集電リング５４の回転に伴って回転し、２個ずつ設けられた切換接点１１の、どちらか一方と接触することで通電回路が形成される。切換接点１１は絶縁リング７４に固定されている。なお、タップ選択器２内部の切換接点についても同様な構成をしている。
【００１９】
第１の実施形態の構成上の特徴は、切換接点１１にある。すなわち、図１に示すように、可動接点１１は、板状の接点母材２１の表面全体にわたって銀メッキ層２２が施されている。さらに、この銀メッキ層２２の外側全体にわたってダイヤモンドライクカーボン等の硬質炭素被膜層２３が施されている。このうち、銀メッキ層２２の厚さは５〜５０μｍに形成され、その硬さはビッカース硬さ９０以上となるように構成されている。一方、硬質炭素被膜層２３の厚さは０．１〜４μｍに形成され、ビッカース硬さ１０００以上となるように構成されている。
【００２０】
［負荷時タップ切換装置の作用］
続いて、以上のように構成された本実施の形態における、負荷時タップ切換装置の作用について説明する。すなわち、図示しない操作機構の駆動力は減速装置５から駆動軸７を介して蓄勢装置６へと伝えられる。このため、蓄勢装置６の駆動力によってカム９が回転し、接点部８の電気回路が切換えられる。タップ選択器２も切換開閉器１と同様に操作機構により駆動され、タップの選択が行われる。
【００２１】
［作用効果］
次に、本実施形態の特徴である切換接点１１の作用効果に関して説明する。可動接点１２は、カム９と集電リング５４の回転に伴って回転し、各相に２個ずつ設けられた切換接点１１の、どちらか一方と接触して通電回路を構成する。ここで、切換接点１１には銀メッキ層２２が施され、さらにその外側に硬質炭素被膜層２３が施されているため、切換接点１１と可動接点１２が接触して摺動する。この時、硬質炭素被膜層２３は低摩擦・高硬度であり、抵抗力が小さい。したがって、切換接点１１では良好な摺動特性が得られ、且つ硬質炭素被膜層２３の磨耗量も少ないので長い寿命が得られる。
【００２２】
しかも、硬質炭素被膜層２３は耐食性に優れているため、切換接点１１に施した銀メッキ層２２と絶縁油とが反応して硫化銀が生成されるのを抑制することができる。なお、硬質炭素被膜層２３は非常に硬いので、剥離する場合には銀メッキ層２２側が破断することになるが、本実施形態では、内側の銀メッキ層２２をビッカース硬さ９０以上とし、その厚さを５〜５０μｍと厚めにし、外側の硬質炭素被膜層２３の厚さを０．１〜４μｍと薄めにしてあるので、摺動時に作用する振動やせん断力が与えられても、銀メッキ層２２側の破断を回避でき、銀メッキ層２２から硬質炭素被膜層２３が剥離することがない。
【００２３】
以上述べたように、本実施の形態によれば、負荷時タップ切換装置の切換接点１１に銀メッキ層２２を施し、この銀メッキ層２２の外側にダイヤモンドライクカーボン等の硬質炭素被膜層２３を施したことで、切換動作時の摩擦力と磨耗量が小さい良好な摺動特性を有する、長寿命の切換接点１１を獲得することができる。
【００２４】
さらには、硬質炭素被膜層２３を施したことにより、銀メッキ層２２と負荷時タップ切換装置内の絶縁油との反応による硫化銀の生成を抑制することが可能となる。しかも、銀メッキ層２２の厚さを５〜５０μｍ、硬質炭素被膜層２３の厚さを０．１〜４μｍとし、また、銀メッキ層２２の硬さをビッカース硬さ９０以上に構成したことで、硬質炭素被膜層２３の剥離を確実に防止することができる。これにより、小形かつ簡易な構成で信頼性の高い負荷時タップ切換装置を提供することができた。
【００２５】
（２）第２の実施形態
［構成］
図４、図５を用いて第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の構成上の特徴は切換接点１１ｂにあり、この切換接点１１ｂが組み込まれる負荷時タップ切換装置に関しては、前記図２及び図３にて示したものと同一であり、重複する説明は省略する。なお、図４は切換接点１１ｂの平面図、図５は同じく断面図を示している。
【００２６】
図４及び図５に示すように、可動接点１１ｂは、板状の接点母材２１ｂの表面全体に銀メッキ層２２ｂが施されており、この銀メッキ層２２ｂの外側の一部分にダイヤモンドライクカーボン等の硬質炭素被膜層２３ｂが施されている。なお、銀メッキ層２２ｂの表面において硬質炭素被膜層２３ｂが施されていない範囲とは、上記第１の実施形態と同様に構成された可動接点１２と接触する範囲である。
【００２７】
［作用効果］
以上の構成を有する第２の実施形態は、前記第１の実施形態の作用効果、つまり摺動特性・長寿命性の向上といったことに加えて、次のような独自の作用効果を持つ。すなわち、銀メッキ層２２ｂ表面において可動接点１２と接触する部分には硬質炭素被膜層２３ｂが施されておらず、可動接点１２と銀メッキ層２２ｂが接触するようになっている。そのため、良好な通電性能を確保することが可能であると同時に、高価な硬質炭素被膜層２３ｂを施す部分が少なくて済み、より経済的である。
【００２８】
（３）第３の実施形態
［構成］
次に、本発明に係る負荷時タップ切換装置の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の構成上の特徴は切換接点１１ｃにあり、この切換接点１１ｃが組み込まれる負荷時タップ切換装置に関しては、前記図２及び図３にて示したものと同一であり、重複する説明は省略する。図６は切換接点１１ｃの断面図である。
【００２９】
図６に示すように、第３の実施形態では、切換接点１１ｃは板状の接点母材２１ｃの表面に、銀メッキ層を施すことなく、ダイヤモンドライクカーボン等の硬質炭素被膜層２３ｃのみが施されている点に特徴がある。
【００３０】
［作用効果］
以上の構成を有する第３の実施形態においては、硬質炭素被膜２３ｃによる作用効果を得ることができる。すなわち、切換接点１１ｃには表面全体に硬質炭素被膜２３ｃが施されていることで、切換接点１１ｃと可動接点１２が接触して摺動する時に、硬質炭素被膜２３ｃの低摩擦・高硬度特性により、抵抗力が小さく磨耗量も少ない、良好な摺動特性を得ることができ、寿命が長期化する。また、硬質炭素被膜２３ｃは耐食性に優れているため、切換接点１１ｃの長期間使用による腐食を抑制することができる。
【００３１】
（４）第４の実施形態
［構成］
続いて、本発明に係る負荷時タップ切換装置用切換接点の製造装置に関する実施形態の一例について、図７、図８を用いて説明する。図７は本実施形態の負荷時タップ切換装置用切換接点の製造装置の断面図、図８は本実施形態の製造装置の断面図である。
【００３２】
図７、図８に示すように、製造装置３０は複数の負荷時タップ切換装置用の切換接点１１ｄに対し硬質炭素被膜２３ｄを施す装置である。なお、切換接点１１ｄには既に銀メッキ層２２ｄが施されている。製造装置３０は、切換接点１１ｄを複数同時に載置するベース３２と、切換接点１１ｄにおいて硬質炭素被膜層２３ｄ以外の部分を覆うカバー３１とが設けられている。
【００３３】
このような製造装置３０では、切換接点１１ｄをカバー３１とベース３２で挟み込むようになっている。さらに、カバー３１には該カバー３１に圧力を与える加圧ばね３３と締付け具３４が取り付けられており、これら加圧ばね３３及び締付け具３４の上部にはフタ３５が設置されている。なお、硬質炭素被膜２３ｄを施す方法としては蒸着法やスパッタ法などが知られているが、この実施形態ではその方法を限定しない。
【００３４】
［作用効果］
このように構成された本実施の形態における、切換接点１１ｄの製造装置３０を用いることにより、製造装置３０に複数の切換接点１１ｄを取付けた状態で、全ての切換接点１１ｄに対し一括して硬質炭素被膜２３ｄを施すことができる。したがって、切換接点１１ｄを効率よく製造することができ、経済性が向上する。
【００３５】
（５）他の実施形態
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、切換接点の形状や配置数、銀メッキ層や硬質炭素被膜層の形状や寸法等は適宜変更可能であり、また、負荷時タップ切換装置の用途に応じて種々変形して実施できることは勿論である。例えば、上記実施形態を、負荷時タップ切換装置のタップ選択器における切換接点に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の負荷時タップ切換装置の断面図。
【図２】第１の実施形態の負荷時タップ切換装置における切換接点部分の平面断面図。
【図３】第１の実施形態における切換接点の断面図。
【図４】本発明に係る第２の実施形態における切換接点の平面図。
【図５】第２の実施形態における切換接点の断面図。
【図６】本発明に係る第３の実施形態における切換接点の断面図。
【図７】本発明に係る第４の実施形態の平面図。
【図８】第４の実施形態の断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１…切換開閉器
２…タップ選択器
３…限流抵抗器
４…変圧器本体タンク
５…減速装置
６…蓄勢装置
６ｂ…蓄勢ばね
７…駆動軸
８…接点部
９…カム
１０…真空バルブ
１１、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ…切換接点
１２…可動接点
５４…集電リング
６４…接触子
７４…絶縁リング
２１、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ…接点母材
２２、２２ｂ、２２ｄ…銀メッキ層
２３、２３ｂ、２３ｃ…硬質炭素被膜層
３０…負荷時タップ切換装置用切換接点の製造装置
３１…カバー
３２…ベース
３３…加圧ばね
３４…締付け具
３５…フタ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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