ガス絶縁開閉装置
【課題】電力系統の大容量化に対応し、一段と小型化及び軽量化を図ったガス絶縁開閉装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、ガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガス２を封入した密封容器１と、密封容器１内に設けられ、通電するための接触子３とを備える。接触子３は、中心基材３ａと、この中心基材３ａの外周面に設けられ中心基材３ａより導電率の高い外周材３ｂとを有し、外周材３ｂは、コールドスプレー法により形成されている。
【解決手段】実施形態によれば、ガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガス２を封入した密封容器１と、密封容器１内に設けられ、通電するための接触子３とを備える。接触子３は、中心基材３ａと、この中心基材３ａの外周面に設けられ中心基材３ａより導電率の高い外周材３ｂとを有し、外周材３ｂは、コールドスプレー法により形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、密閉容器の内部に絶縁性ガスを封入したガス絶縁開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力系統におけるガス絶縁開閉装置に使用される円柱構造の接触子は、例えば図５に示すような構造のものが用いられる。図５に示すように、密封容器１の内部には絶縁性ガス２が封入されている。この密封容器１に接続される絶縁スペーサ７には、接触子３が設けられる。この接触子３は、導体４とフィンガー５を介して接続される。絶縁スペーサ７は、通電する接触子３と密封容器１とを絶縁し、接触子３を支持する機能を有する。
【０００３】
通常、接触子３は、中実の円柱形状に形成されており、一般的に通電電流を大きくするため、導電率の高い材料に変更するか、接触子３を大径化し、接触子３の電気抵抗を低下させて発熱を抑えるか、密閉容器１の表面積を大きくして放熱効果を高めるか、もしくは図６に示すような構造が用いられる。
【０００４】
すなわち、図６に示す密封容器１内の接触子３は、軽量な中心基材３ａと、この中心基材３ａより導電率が高く、かつ中空形状の外周材３ｂとから構成されている。中心基材３ａに対する外周材３ｂは、ばねにより押し付けられるか、あるいはそれ自身のばね性により電気的に接続するスライドコンタクト８を通じて、導通される構成としている。このように接触子３は、交流電流の表皮効果により、電流が多く流れる外周材３ｂのみを導電率の高い材料としている。
【０００５】
ガス絶縁開閉装置の導体は、一例として図７に示すような構造のものが用いられる。図７に示すように、密封容器１の内部には絶縁性ガス２が封入されている。この密封容器１に接続される絶縁スペーサ７には、接触子３が設けられる。この接触子３は、導体４とフィンガー５を介して接続される。絶縁スペーサ７は、通電する接触子３と密封容器１を絶縁する機能を備えている。ガス絶縁開閉装置では、このような構造を有する密封容器１及び導体４が、接触子３を設けた絶縁スペーサ７を介して、軸方向に複数連結して構成されている。
【０００６】
通常、導体４は、中空あるいは中実の円柱形状に形成されており、アルミニウム合金の単一導体などが用いられる。また、特許文献１に記載された導体は、アルミニウムからなる中実丸棒状の中心部材と、銅からなるパイプ状の外周部材から構成されている。
【０００７】
ガス絶縁開閉装置内において摺動する通電部材は、一例として図８に示すような構造のものが用いられる。図８は通電中の状態を示している。図８に示すように、密封容器１の内部には絶縁性ガス２が封入されている。密封容器１の内部は、投入及び遮断の開閉動作により位置が変化しない固定部と、位置が変化する可動部の部材に分けられる。上記可動部は、主接触子９と、パッファシリンダ１０と、アーク接触子１９を備える。上記固定部は、固定支え１２と、フィンガー１３と、アーク接触子１８と、通電支え１１を備える。
【０００８】
図８の通電時の状態では、固定支え１２から順に、フィンガー１３、主接触子９、パッファシリンダ１０、フィンガー１５、及び通電支え１１まで電気的に接続されている。ガス絶縁開閉装置は、開路指令信号を受信すると、上記可動部の位置が変化し、固定部のフィンガー１３と可動部の主接触子９とが切り離され、アークを誘導するアーク接触子１８、アーク接触子１９により電気的に遮断される。パッファシリンダ１０のフィンガー１５との通電面、主接触子９のフィンガー１３との通電面には、接触抵抗を低減するためにメッキが施されている。
【０００９】
図８のアーク接触子１８は、一例として図９に示すような構造のものが用いられる。図９に示すように、アーク接触子１８は、台金１６に耐弧片１７を摩擦圧接、ロウ付け、真空ロウ付け、電子ビームなどの異種材料結合法により結合させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２１１９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述したガス絶縁開閉装置においては、装置の小型化や低コスト化の要請が強い。小電流では、ガス絶縁開閉装置の接触子の材料は、軽量かつ高導電率であるアルミニウム合金などが用いられている。
【００１２】
一方、大電流では、図５に示すガス絶縁開閉装置において、電気抵抗を低減するため、接触子３の材料をアルミニウム合金よりも高導電性材料である銅合金の単一材料に置き換えるという手段がある。
【００１３】
このように銅合金の単一材料への置き換えを行うと、接触子３の材料の比重が高くなるため、重量が増加する。接触子３の荷重が絶縁スペーサ７へ加わるため、絶縁スペーサ７の強度を増す必要があり、絶縁スペーサ７を用いたガス絶縁開閉装置が大型化するという問題がある。
【００１４】
また、交流電流は、外周側に偏って通電する特徴を活かし、中心基材はアルミニウム合金を用い、外周材は通電容量に必要な厚みのみ銅合金を用いるという手段がある。このような手段としては、例えば図６に示す特許文献１に記載された技術がある。この技術は、内径にアルミニウムの中心基材３ａ、外径に銅の外周材３ｂと部材を分けて製作している。これら外周材３ｂと中心基材３ａは、スライドコンタクト８によって電気的に接続されている。しかし、上記特許文献１に記載された技術では、構造が複雑であることから、部品点数が多くなり、製造工数が増加するという問題がある。
【００１５】
また、中心基材に高温の粒子を吹き付ける溶射合金の複合材が案出されているものの、この溶射は、製膜中に発生した酸化物を含み、緻密な厚膜を形成することが困難であるという製造上の問題がある。
【００１６】
図７に示す三相一括型のガス絶縁開閉装置の構造において、アルミニウム合金を用いた導体４は、長さが数ｍ以上と長尺であることから、端部から中心部に向かうに従って重力による垂れ下がりが大きくなり、上記中心部で最大の撓みが発生する。つまり、導体４の中心部の重力方向で、導体４と密封容器１との間の距離が最も近くなり、密封容器１へ地絡し易くなる。
【００１７】
また、短絡電流通電時、導体４間で大きな電磁力が働くと、導体４は振動し、通常の位置より偏心する。したがって、導体４間で絶縁距離を保てなくなると相間短絡が、導体４と密封容器１との間で絶縁距離が保てなくなると地絡が、それぞれ発生する。これらの相間短絡、地絡を防止するため絶縁距離を保つ構造としては、導体４を撓みにくい強度に強化する手段と、導体４の撓みの影響を小さくする手段がある。
【００１８】
具体的に、前者の手段は、導体４の大径化、導体４の支持間の距離を短くする導体４の全長の短縮化などであり、後者の手段は、密封容器１の大径化などである。上記導体４の全長の短縮化は、導体４、絶縁スペーサ７、密封容器１の個数の増加を招き、その結果、構成部品の増加によるコストの増加となる。また、導体４と密封容器１の大型化は、機器が大型化するという問題がある。
【００１９】
図８に示す摺動する通電部材であるパッファシリンダ１０において、フィンガー１５と摺動する通電面は、接触抵抗を低減する目的として数十μｍの銀メッキ層が施されている。この通電面の銀メッキ層は、多数回の開閉動作によりフィンガー１５との摺動によって損耗し、接触抵抗が上昇してしまう可能性がある。
【００２０】
図８に示す主接触子９において、開閉時にフィンガー１３と接離する部分が損傷するため、一定の回数動作後は交換を要するという問題がある。
【００２１】
また、図８に示すアーク接触子１８は、電流開閉時のアークにより損耗するため、図９に示すように融点が高くアークに対する耐性の高い耐弧片１７と台金１６とからなり、接触加圧による摩擦熱を利用した摩擦圧接や、電子ビームなどにより結合して製作される。これらの結合方法は、接合する形状に制約があり設計及び生産上の問題を抱えている。
【００２２】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、電力系統の大容量化に対応し、一段と小型化及び軽量化を図ったガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、実施形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した密封容器と、前記密封容器内に設けられ、通電するための接触子とを備えている。前記接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材より導電率の高い外周材とを有し、前記外周材は、コールドスプレー法により形成している。
【００２４】
また、実施形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した密封容器と、前記密封容器内に設けられた導体とを備えている。前記導体は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材より弾性率が小さい外周材とを有し、前記外周材は、コールドスプレー法により形成している。
【００２５】
さらに、実施形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した密封容器と、前記密封容器内に設けられ、摺動する通電部材とを備えている。前記通電部材は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材よりも導電率の高い外周材とを有し、前記外周材は、コールドスプレー法により形成している。
【００２６】
そして、実施形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した密封容器と、前記密封容器内に互いに接離可能に配置された可動部及び固定部と、前記可動部と前記固定部が接離して通電を行う主接触子と、電流遮断時にアークを誘導するアーク接触子とを備えている。前記主接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材よりも導電性の高い外周材とを有し、前記外周材は、コールドスプレー法により形成している。
【００２７】
また、実施形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した密封容器と、前記密封容器内に互いに接離可能に配置された可動部及び固定部と、前記可動部と前記固定部が接離して通電を行う主接触子と、電流遮断時にアークを誘導するアーク接触子とを備えている。前記アーク接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に前記中心基材よりも融点の高い外周材とを有し、前記外周材は、コールドスプレー法により形成している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るガス絶縁開閉装置の第１実施形態の接触子を示す断面図である。
【図２】本発明に係るガス絶縁開閉装置の第２実施形態の導体を示す断面図である。
【図３】本発明に係るガス絶縁開閉装置の第３実施形態及び第４実施形態において、摺動する通電部材として、接離する主接触子、及びアーク接触子を示す断面図である。
【図４】本発明に係るガス絶縁開閉装置の第５実施形態のアーク接触子を示す断面図である。
【図５】従来のガス絶縁開閉装置における接触子の一例を示す断面図である。
【図６】従来のガス絶縁開閉装置における通電部材の一例を示す断面図である。
【図７】従来のガス絶縁開閉装置における導体の一例を示す断面図である。
【図８】従来のガス絶縁開閉装置において、摺動する通電部材として、接離する主接触子、及びアーク接触子の一例を示す断面図である。
【図９】従来のガス絶縁開閉装置におけるアーク接触子の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明に係るガス絶縁開閉装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３０】
なお、以下の各実施形態では、従来の構成と同一又は対応する部分に同一の符号を付して説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
（構 成）
図１は本発明に係るガス絶縁開閉装置の第１実施形態の接触子を示す断面図である。
【００３２】
図１に示すように、密封容器１の内部には、絶縁性ガス２が封入されている。密封容器１には、絶縁スペーサ７が接続され、この絶縁スペーサ７の中心部分に接触子３が設けられている。この接触子３は、フィンガー５を介して導体４と接続されている。絶縁スペーサ７は、通電する接触子３と密封容器１とを絶縁するとともに、接触子３を支持する機能を備えている。また、絶縁スペーサ７は、エポキシ樹脂などの絶縁物から形成されている。
【００３３】
接触子３は、中心基材３ａの外周面に、この中心基材３ａよりも導電率の高い外周材３ｂがコールドスプレー法により均一の厚さに形成されている。この外周材３ｂの厚さは、通常のメッキでは形成することのできない１００μｍ以上の膜厚で形成されている。なお、外周材３ｂの厚さは、導体４の重量及び通電容量に基づいて設定される。
【００３４】
具体的に、本実施形態では、接触子３の中心基材３ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、外周材３ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金が用いられている。
【００３５】
上記コールドスプレー法とは、粉末を融解せずに、中心基材３ａに衝突させる方法であり、搬送ガス温度は低く、不活性ガス雰囲気中での反応であり、中心基材３ａ表面及び粉末は、熱や酸化による変質がないため、緻密で厚膜の形成が可能である。
【００３６】
すなわち、コールドスプレー法は、低温の不活性ガス雰囲気中、中心基材３ａに粉末を衝突させてコーティングする方法であり、溶射で問題のあった酸化物を生成させず、緻密な皮膜を形成することができ、メッキよりも厚膜を形成可能である。
【００３７】
（作用及び効果）
本実施形態では、中心基材３ａの外周面に、高導電率材料の外周材３ｂを形成したことで、通電電流は、表皮効果により接触子３の外周材３ｂに偏って流れる比率が高くなるため、接触子３の電気抵抗を低減することが可能である。
【００３８】
このように本実施形態によれば、大電流を通電するため、材料として、一般的に重量のある導電率の高い単一材料を用いる代わりに、接触子３にコールドスプレー法によるコーティングを形成したことにより、軽量で通電能力の高い接触部構造とすることができ、絶縁スペーサ７の大型化を回避し、コンパクトで経済的なガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、接触子３の中心基材３ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金を用い、外周材３ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金を用いたことにより、安価かつ軽量で、通電能力が高い接触部構造とすることができる。
【００４０】
（第１実施形態の変更例）
なお、前記第１実施形態では、外周材３ｂに銅又は銅合金を用いたが、本変更例では、外周材３ｂに比較的高価であるものの、銅よりも導電率の高い銀又は銀合金を用いている。
【００４１】
このように本変更例によれば、外周材３ｂに銀又は銀合金を用いることで、軽量で前記第１実施形態と比べて通電能力の高い接触部構造とすることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
（構 成）
図２は本発明に係るガス絶縁開閉装置の第２実施形態の導体を示す断面図である。
【００４３】
本実施形態は、前記第１実施形態と同様、図２に示すように、密封容器１の内部に絶縁性ガス２が封入されている。密封容器１には、絶縁スペーサ７が接続され、この絶縁スペーサ７の中心部分に接触子３が設けられている。この接触子３は、フィンガー５を介して導体４と接続されている。絶縁スペーサ７は、通電する接触子３と密封容器１とを絶縁するとともに、接触子３を支持する機能を備えている。
【００４４】
本実施形態のガス絶縁開閉装置では、上記のような構造を有する密封容器１及び導体４が、接触子３を含む絶縁スペーサ７を介して複数連結して構成されている。
【００４５】
この導体４は、外周材より弾性率の高い中心基材４ａの外周面に、この中心基材４ａより導電率の高い外周材４ｂがコールドスプレー法により均一の厚さに形成されている。
【００４６】
具体的に、本実施形態では、中心基材４ａに鉄又は鉄鋼が用いられ、外周材４ｂに比較的安価かつ軽量で導電率の比較的高いアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられている。
【００４７】
（作用及び効果）
本実施形態では、導体４を従来の単一導体よりも、弾性率の大きい中心基材４ａに、この中心基材４ａよりも導電率の高い外周材４ｂをコールドスプレーした複合材としたことで、曲げ剛性が高く、通電性能に優れた導体４を構成することができる。そのため、導体４の中心部での重力による最大撓みや、短絡電流の通電時、相間の導体４間に生じる電磁力による撓みを抑制することができる。
【００４８】
このように本実施形態によれば、導体４の撓みが抑制されることから、導体４と密封容器１との絶縁距離を十分に保つことができるため、密封容器１を小形化することができる。さらに、導体４が中心基材４ａにより高い曲げ剛性を有することで、導体４の全長を長く形成しても撓みにくく、導体４と密封容器１との間の絶縁距離を十分に保つことができるため、接触子３及び絶縁スペーサ７、密封容器１の個数を削減することができ、経済性が向上する。
【００４９】
また、本実施形態では、中心基材４ａに鉄又は鉄鋼を用い、外周材４ｂに比較的安価かつ軽量で導電率の比較的高いアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることで、曲げ剛性が高く、安価で通電性能に優れた導体４を構成することができる。
【００５０】
（第２実施形態の変更例）
なお、前記第２実施形態では、外周材３ｂにアルミニウム又はアルミニウム合金を用いたが、本変更例では、外周材３ｂにアルミニウムより比較的高価であるものの、導電率の高い銅又は銅合金を用いることで、より大電流の通電が可能となる。
【００５１】
（第３実施形態）
（構 成）
図３は本発明に係るガス絶縁開閉装置の第３実施形態及び第４実施形態において、摺動する通電部材として、接離する主接触子、及びアーク接触子を示す断面図である。
【００５２】
図３に示すように、密封容器１の内部には、絶縁性ガス２が封入されている。密封容器１の内部は、投入及び遮断の開閉動作により位置が変化しない固定部と、位置が変化する可動部の部材に分けられる。上記可動部は、主接触子９と、パッファシリンダ１０と、アーク接触子１９を備える。上記固定部は、固定支え１２と、フィンガー１３と、アーク接触子１８と、通電支え１１を備える。これら主接触子９及びパッファシリンダ１０は、本実施形態の通電部材を構成する。
【００５３】
図３の通電時の状態では、固定支え１２から順に、フィンガー１３、主接触子９、パッファシリンダ１０、フィンガー１５、及び通電支え１１まで電気的に接続されている。第３実施形態のガス絶縁開閉装置は、開路指令信号を受信すると、上記可動部の位置が変化し、固定部のフィンガー１３と可動部の主接触子９とが切り離され、アークを誘導するアーク接触子１８、アーク接触子１９により電気的に遮断される。
【００５４】
第３実施形態では、パッファシリンダ１０のフィンガー１５と摺動しながら通電する部分は、中心基材１０ａの外周面に、この中心基材１０ａよりも導電率の高い外周材１０ｂがコールドスプレー法により均一の厚さに形成されている。
【００５５】
上記コールドスプレー法とは、前記第１実施形態で説明したように、粉末を融解せずに中心基材１０ａに衝突させる方法であり、搬送ガス温度は低く、不活性ガス雰囲気中での反応であり、中心基材１０ａ表面及び粉末は、熱や酸化による変質がないので、従来のメッキに比べて緻密で厚膜の形成が可能である。
【００５６】
具体的に、第３実施形態では、中心基材１０ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、外周材１０ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金が用いられている。
【００５７】
（作用及び効果）
本実施形態では、中心基材１０ａに、この中心基材１０ａよりも導電率の高い外周材１０ｂをコールドスプレー法により形成したことで、多数回の開閉動作時の摺動による損耗を受けても、外周材１０ｂが厚膜であるため、外周材１０ｂを長期に亘って維持することが可能である。
【００５８】
このように本実施形態によれば、多数回の開閉動作後も、パッファシリンダ１０のコーティングが維持され、電気抵抗を低く維持することができるため、摺動する通電部材の延命化が可能となり、経済的なガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、中心基材１０ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金を用い、外周材１０ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金を用いることにより、軽量かつ通電能力の高い摺動する通電部材を構成することができるため、可動部を駆動するための操作エネルギーを小さくすることができ、コンパクトで経済的なガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００６０】
（第３実施形態の変更例）
なお、前記第３実施形態では、外周材１０ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金を用いたが、本変更例では、外周材１０ｂとしては比較的高価であるものの、銅よりも導電率の高い銀又は銀合金を用いている。
【００６１】
このように本変更例によれば、外周材１０ｂに銀又は銀合金を用いることで、前記第３実施形態と比べて一段と通電能力の高い、摺動する通電部材を構成することができる。
【００６２】
（第４実施形態）
（構 成）
次に、本発明に係るガス絶縁開閉装置の第４実施形態を図３に基づいて説明する。なお、図３において、密封容器１の内部に設けられた固定部と可動部の構成及び作用は、前記第３実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６３】
本実施形態は、通電部材としての主接触子９のフィンガー１３との通電面において、中心基材９ａの外周面に、この中心基材９ａよりも導電率の高い外周材９ｂがコールドスプレー法により均一の厚さに形成されている。
【００６４】
具体的に、本実施形態では、中心基材９ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、外周材９ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金が用いられている。
【００６５】
（作用及び効果）
本実施形態では、中心基材９ａに、この中心基材９ａよりも導電率の高い外周材９ｂをコールドスプレー法により形成したことで、多数回の開閉動作時の接離による損傷を受けても、外周材９ｂが厚膜であるため、外周材９ｂを長期に亘り維持することが可能である。
【００６６】
このように本実施形態によれば、多数回の開閉動作後も、主接触子９の外周材９ｂが長期に亘り維持され、電気抵抗を低く維持することができるため、接離する主接触子９の延命化が可能となり、経済的なガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、中心基材９ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金を用い、外周材９ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金を用いることにより、軽量かつ通電能力の高い主接触子９を構成することができるため、可動部を駆動するための操作エネルギーを小さくすることができ、コンパクトで経済的なガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００６８】
（第４実施形態の変更例）
なお、前記第４実施形態では、外周材９ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金を用いたが、本変更例では、外周材９ｂとしては比較的高価であるものの、銅又は銅合金よりも導電率の高い銀又は銀合金を用いている。
【００６９】
このように本変更例によれば、外周材９ｂに銀又は銀合金を用いることで、前記第４実施形態と比べて一段と通電能力が高い、接離する主接触子９を構成することができる。
【００７０】
（第５実施形態）
（構 成）
図４は本発明に係るガス絶縁開閉装置の第５実施形態のアーク接触子を示す断面図である。
【００７１】
図４に示すように、本実施形態のアーク接触子１８は、中心基材１８ａの外周面に、この中心基材１８ａよりも融点の高い外周材１８ｂがコールドスプレー法により均一の厚さに形成されている。この外周材１８ｂは、アーク接触子１８が高温のアークが点弧することから前記各実施形態より厚く形成されている。
【００７２】
具体的に、本実施形態では、中心基材１８ａに安価な鉄又は鉄鋼材が用いられ、外周材１８ｂにタングステン−銅合金などに代表される高融点の耐弧片材料が用いられている。一般的にタングステンに代表されるような高融点材料は、導電率が低いため、銀、銅といった導電性の高い材料を高融点材料に含有することで、耐アーク性に優れ、かつ導電性の高い耐弧片材料を形成できる。コールドスプレー法によると、各金属の含有量及び添加剤の種類により種々の材料を選択することができる。
【００７３】
コールドスプレー法は、上述したように搬送ガス温度は低く、不活性ガス雰囲気中での反応であることから、中心基材１８ａ表面及び粉末は、熱や酸化による変質がないため、アーク接触子１８に内部欠陥の少ない、緻密で品質の安定したコーティングが可能である。
【００７４】
（作用及び効果）
本実施形態では、アーク接触子１８の外周材１８ｂの融点が高いため、耐アーク性に優れたアーク接触子構造とすることが可能である。
【００７５】
このように本実施形態によれば、コールドスプレー法は、中心基材１８ａの形状に制約が少ないため、設計及び生産性の向上したアーク接触子１８を提供することが可能となる。
【００７６】
また、本実施形態によれば、中心基材１８ａに安価な鉄又は鉄鋼材を用い、外周材１８ｂに耐弧片の一例としてタングステン−銅合金に代表されるような高融点の耐弧片材料を用いることで、安価で耐アーク性に優れたアーク接触子１８を提供することができる。
【００７７】
（第４実施形態の変更例）
第５実施形態では、中心基材１８ａに安価な鉄又は鉄鋼材を用い、外周材１８ｂに耐弧片の一例としてタングステン−銅合金に代表されるような高融点の耐弧片材料を用いたが、例えば、中心基材１８ａに比較的導電率の高い軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金を用い、外周材１８ｂに上記耐弧片を用いることで、通電性能が高く、耐アーク性に優れた軽量なアーク接触子を提供できる。
【００７８】
また、中心基材１８ａに導電率の高い銅又は銅合金を用い、外周材１８ｂに上記耐弧片を用いることで、中心基材１８ａにアルミニウムを用いたものよりも、さらに通電性能に優れたアーク接触子１８を提供することができる。
【００７９】
さらに、以上のように本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は、単なる例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更をすることができる。
【００８０】
例えば、上述した各実施形態では、中心基材の外周面に外周材をコールドスプレー法により均一の厚さでコーティングするようにしたが、これに限らず、例えば第５実施形態におけるアーク接触子１８の先端部を他の部分より局部的に厚く形成するようにしてもよい。これにより、耐アーク性に一段と優れたアーク接触子１８を提供することができる。
【００８１】
また、上述した各実施形態では、中心基材の外周面に外周材をコールドスプレー法によりコーティングするようにしたが、これに限らず、例えば第５実施形態において、キャップ状の外周材をコールドスプレー法により予め形成しておき、その外周材を中心基材に装着するようにしてもよい。
【００８２】
これら各実施形態やその変更例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
１…密封容器、２…絶縁性ガス、３…接触子、３ａ…中心基材、３ｂ…外周材、４…導体、４ａ…中心基材、４ｂ…外周材、５…フィンガー、７…絶縁スペーサ、８…スライドコンタクト、９…主接触子（通電部材）、９ａ…中心基材、９ｂ…外周材、１０…パッファシリンダ（通電部材）、１０ａ…中心基材、１０ｂ…外周材、１１…通電支え、１２…固定支え、１３…フィンガー、１５…フィンガー、１６…台金、１７…耐弧片、１８…アーク接触子、１８ａ…中心基材、１８ｂ…外周材、１９…アーク接触子
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、密閉容器の内部に絶縁性ガスを封入したガス絶縁開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力系統におけるガス絶縁開閉装置に使用される円柱構造の接触子は、例えば図５に示すような構造のものが用いられる。図５に示すように、密封容器１の内部には絶縁性ガス２が封入されている。この密封容器１に接続される絶縁スペーサ７には、接触子３が設けられる。この接触子３は、導体４とフィンガー５を介して接続される。絶縁スペーサ７は、通電する接触子３と密封容器１とを絶縁し、接触子３を支持する機能を有する。
【０００３】
通常、接触子３は、中実の円柱形状に形成されており、一般的に通電電流を大きくするため、導電率の高い材料に変更するか、接触子３を大径化し、接触子３の電気抵抗を低下させて発熱を抑えるか、密閉容器１の表面積を大きくして放熱効果を高めるか、もしくは図６に示すような構造が用いられる。
【０００４】
すなわち、図６に示す密封容器１内の接触子３は、軽量な中心基材３ａと、この中心基材３ａより導電率が高く、かつ中空形状の外周材３ｂとから構成されている。中心基材３ａに対する外周材３ｂは、ばねにより押し付けられるか、あるいはそれ自身のばね性により電気的に接続するスライドコンタクト８を通じて、導通される構成としている。このように接触子３は、交流電流の表皮効果により、電流が多く流れる外周材３ｂのみを導電率の高い材料としている。
【０００５】
ガス絶縁開閉装置の導体は、一例として図７に示すような構造のものが用いられる。図７に示すように、密封容器１の内部には絶縁性ガス２が封入されている。この密封容器１に接続される絶縁スペーサ７には、接触子３が設けられる。この接触子３は、導体４とフィンガー５を介して接続される。絶縁スペーサ７は、通電する接触子３と密封容器１を絶縁する機能を備えている。ガス絶縁開閉装置では、このような構造を有する密封容器１及び導体４が、接触子３を設けた絶縁スペーサ７を介して、軸方向に複数連結して構成されている。
【０００６】
通常、導体４は、中空あるいは中実の円柱形状に形成されており、アルミニウム合金の単一導体などが用いられる。また、特許文献１に記載された導体は、アルミニウムからなる中実丸棒状の中心部材と、銅からなるパイプ状の外周部材から構成されている。
【０００７】
ガス絶縁開閉装置内において摺動する通電部材は、一例として図８に示すような構造のものが用いられる。図８は通電中の状態を示している。図８に示すように、密封容器１の内部には絶縁性ガス２が封入されている。密封容器１の内部は、投入及び遮断の開閉動作により位置が変化しない固定部と、位置が変化する可動部の部材に分けられる。上記可動部は、主接触子９と、パッファシリンダ１０と、アーク接触子１９を備える。上記固定部は、固定支え１２と、フィンガー１３と、アーク接触子１８と、通電支え１１を備える。
【０００８】
図８の通電時の状態では、固定支え１２から順に、フィンガー１３、主接触子９、パッファシリンダ１０、フィンガー１５、及び通電支え１１まで電気的に接続されている。ガス絶縁開閉装置は、開路指令信号を受信すると、上記可動部の位置が変化し、固定部のフィンガー１３と可動部の主接触子９とが切り離され、アークを誘導するアーク接触子１８、アーク接触子１９により電気的に遮断される。パッファシリンダ１０のフィンガー１５との通電面、主接触子９のフィンガー１３との通電面には、接触抵抗を低減するためにメッキが施されている。
【０００９】
図８のアーク接触子１８は、一例として図９に示すような構造のものが用いられる。図９に示すように、アーク接触子１８は、台金１６に耐弧片１７を摩擦圧接、ロウ付け、真空ロウ付け、電子ビームなどの異種材料結合法により結合させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−２１１９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述したガス絶縁開閉装置においては、装置の小型化や低コスト化の要請が強い。小電流では、ガス絶縁開閉装置の接触子の材料は、軽量かつ高導電率であるアルミニウム合金などが用いられている。
【００１２】
一方、大電流では、図５に示すガス絶縁開閉装置において、電気抵抗を低減するため、接触子３の材料をアルミニウム合金よりも高導電性材料である銅合金の単一材料に置き換えるという手段がある。
【００１３】
このように銅合金の単一材料への置き換えを行うと、接触子３の材料の比重が高くなるため、重量が増加する。接触子３の荷重が絶縁スペーサ７へ加わるため、絶縁スペーサ７の強度を増す必要があり、絶縁スペーサ７を用いたガス絶縁開閉装置が大型化するという問題がある。
【００１４】
また、交流電流は、外周側に偏って通電する特徴を活かし、中心基材はアルミニウム合金を用い、外周材は通電容量に必要な厚みのみ銅合金を用いるという手段がある。このような手段としては、例えば図６に示す特許文献１に記載された技術がある。この技術は、内径にアルミニウムの中心基材３ａ、外径に銅の外周材３ｂと部材を分けて製作している。これら外周材３ｂと中心基材３ａは、スライドコンタクト８によって電気的に接続されている。しかし、上記特許文献１に記載された技術では、構造が複雑であることから、部品点数が多くなり、製造工数が増加するという問題がある。
【００１５】
また、中心基材に高温の粒子を吹き付ける溶射合金の複合材が案出されているものの、この溶射は、製膜中に発生した酸化物を含み、緻密な厚膜を形成することが困難であるという製造上の問題がある。
【００１６】
図７に示す三相一括型のガス絶縁開閉装置の構造において、アルミニウム合金を用いた導体４は、長さが数ｍ以上と長尺であることから、端部から中心部に向かうに従って重力による垂れ下がりが大きくなり、上記中心部で最大の撓みが発生する。つまり、導体４の中心部の重力方向で、導体４と密封容器１との間の距離が最も近くなり、密封容器１へ地絡し易くなる。
【００１７】
また、短絡電流通電時、導体４間で大きな電磁力が働くと、導体４は振動し、通常の位置より偏心する。したがって、導体４間で絶縁距離を保てなくなると相間短絡が、導体４と密封容器１との間で絶縁距離が保てなくなると地絡が、それぞれ発生する。これらの相間短絡、地絡を防止するため絶縁距離を保つ構造としては、導体４を撓みにくい強度に強化する手段と、導体４の撓みの影響を小さくする手段がある。
【００１８】
具体的に、前者の手段は、導体４の大径化、導体４の支持間の距離を短くする導体４の全長の短縮化などであり、後者の手段は、密封容器１の大径化などである。上記導体４の全長の短縮化は、導体４、絶縁スペーサ７、密封容器１の個数の増加を招き、その結果、構成部品の増加によるコストの増加となる。また、導体４と密封容器１の大型化は、機器が大型化するという問題がある。
【００１９】
図８に示す摺動する通電部材であるパッファシリンダ１０において、フィンガー１５と摺動する通電面は、接触抵抗を低減する目的として数十μｍの銀メッキ層が施されている。この通電面の銀メッキ層は、多数回の開閉動作によりフィンガー１５との摺動によって損耗し、接触抵抗が上昇してしまう可能性がある。
【００２０】
図８に示す主接触子９において、開閉時にフィンガー１３と接離する部分が損傷するため、一定の回数動作後は交換を要するという問題がある。
【００２１】
また、図８に示すアーク接触子１８は、電流開閉時のアークにより損耗するため、図９に示すように融点が高くアークに対する耐性の高い耐弧片１７と台金１６とからなり、接触加圧による摩擦熱を利用した摩擦圧接や、電子ビームなどにより結合して製作される。これらの結合方法は、接合する形状に制約があり設計及び生産上の問題を抱えている。
【００２２】
本発明は上述した事情を考慮してなされたものであり、電力系統の大容量化に対応し、一段と小型化及び軽量化を図ったガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記目的を達成するために、実施形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した密封容器と、前記密封容器内に設けられ、通電するための接触子とを備えている。前記接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材より導電率の高い外周材とを有し、前記外周材は、コールドスプレー法により形成している。
【００２４】
また、実施形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した密封容器と、前記密封容器内に設けられた導体とを備えている。前記導体は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材より弾性率が小さい外周材とを有し、前記外周材は、コールドスプレー法により形成している。
【００２５】
さらに、実施形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した密封容器と、前記密封容器内に設けられ、摺動する通電部材とを備えている。前記通電部材は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材よりも導電率の高い外周材とを有し、前記外周材は、コールドスプレー法により形成している。
【００２６】
そして、実施形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した密封容器と、前記密封容器内に互いに接離可能に配置された可動部及び固定部と、前記可動部と前記固定部が接離して通電を行う主接触子と、電流遮断時にアークを誘導するアーク接触子とを備えている。前記主接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材よりも導電性の高い外周材とを有し、前記外周材は、コールドスプレー法により形成している。
【００２７】
また、実施形態のガス絶縁開閉装置は、絶縁性ガスを封入した密封容器と、前記密封容器内に互いに接離可能に配置された可動部及び固定部と、前記可動部と前記固定部が接離して通電を行う主接触子と、電流遮断時にアークを誘導するアーク接触子とを備えている。前記アーク接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に前記中心基材よりも融点の高い外周材とを有し、前記外周材は、コールドスプレー法により形成している。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るガス絶縁開閉装置の第１実施形態の接触子を示す断面図である。
【図２】本発明に係るガス絶縁開閉装置の第２実施形態の導体を示す断面図である。
【図３】本発明に係るガス絶縁開閉装置の第３実施形態及び第４実施形態において、摺動する通電部材として、接離する主接触子、及びアーク接触子を示す断面図である。
【図４】本発明に係るガス絶縁開閉装置の第５実施形態のアーク接触子を示す断面図である。
【図５】従来のガス絶縁開閉装置における接触子の一例を示す断面図である。
【図６】従来のガス絶縁開閉装置における通電部材の一例を示す断面図である。
【図７】従来のガス絶縁開閉装置における導体の一例を示す断面図である。
【図８】従来のガス絶縁開閉装置において、摺動する通電部材として、接離する主接触子、及びアーク接触子の一例を示す断面図である。
【図９】従来のガス絶縁開閉装置におけるアーク接触子の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明に係るガス絶縁開閉装置の各実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３０】
なお、以下の各実施形態では、従来の構成と同一又は対応する部分に同一の符号を付して説明する。
【００３１】
（第１実施形態）
（構 成）
図１は本発明に係るガス絶縁開閉装置の第１実施形態の接触子を示す断面図である。
【００３２】
図１に示すように、密封容器１の内部には、絶縁性ガス２が封入されている。密封容器１には、絶縁スペーサ７が接続され、この絶縁スペーサ７の中心部分に接触子３が設けられている。この接触子３は、フィンガー５を介して導体４と接続されている。絶縁スペーサ７は、通電する接触子３と密封容器１とを絶縁するとともに、接触子３を支持する機能を備えている。また、絶縁スペーサ７は、エポキシ樹脂などの絶縁物から形成されている。
【００３３】
接触子３は、中心基材３ａの外周面に、この中心基材３ａよりも導電率の高い外周材３ｂがコールドスプレー法により均一の厚さに形成されている。この外周材３ｂの厚さは、通常のメッキでは形成することのできない１００μｍ以上の膜厚で形成されている。なお、外周材３ｂの厚さは、導体４の重量及び通電容量に基づいて設定される。
【００３４】
具体的に、本実施形態では、接触子３の中心基材３ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、外周材３ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金が用いられている。
【００３５】
上記コールドスプレー法とは、粉末を融解せずに、中心基材３ａに衝突させる方法であり、搬送ガス温度は低く、不活性ガス雰囲気中での反応であり、中心基材３ａ表面及び粉末は、熱や酸化による変質がないため、緻密で厚膜の形成が可能である。
【００３６】
すなわち、コールドスプレー法は、低温の不活性ガス雰囲気中、中心基材３ａに粉末を衝突させてコーティングする方法であり、溶射で問題のあった酸化物を生成させず、緻密な皮膜を形成することができ、メッキよりも厚膜を形成可能である。
【００３７】
（作用及び効果）
本実施形態では、中心基材３ａの外周面に、高導電率材料の外周材３ｂを形成したことで、通電電流は、表皮効果により接触子３の外周材３ｂに偏って流れる比率が高くなるため、接触子３の電気抵抗を低減することが可能である。
【００３８】
このように本実施形態によれば、大電流を通電するため、材料として、一般的に重量のある導電率の高い単一材料を用いる代わりに、接触子３にコールドスプレー法によるコーティングを形成したことにより、軽量で通電能力の高い接触部構造とすることができ、絶縁スペーサ７の大型化を回避し、コンパクトで経済的なガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、接触子３の中心基材３ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金を用い、外周材３ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金を用いたことにより、安価かつ軽量で、通電能力が高い接触部構造とすることができる。
【００４０】
（第１実施形態の変更例）
なお、前記第１実施形態では、外周材３ｂに銅又は銅合金を用いたが、本変更例では、外周材３ｂに比較的高価であるものの、銅よりも導電率の高い銀又は銀合金を用いている。
【００４１】
このように本変更例によれば、外周材３ｂに銀又は銀合金を用いることで、軽量で前記第１実施形態と比べて通電能力の高い接触部構造とすることができる。
【００４２】
（第２実施形態）
（構 成）
図２は本発明に係るガス絶縁開閉装置の第２実施形態の導体を示す断面図である。
【００４３】
本実施形態は、前記第１実施形態と同様、図２に示すように、密封容器１の内部に絶縁性ガス２が封入されている。密封容器１には、絶縁スペーサ７が接続され、この絶縁スペーサ７の中心部分に接触子３が設けられている。この接触子３は、フィンガー５を介して導体４と接続されている。絶縁スペーサ７は、通電する接触子３と密封容器１とを絶縁するとともに、接触子３を支持する機能を備えている。
【００４４】
本実施形態のガス絶縁開閉装置では、上記のような構造を有する密封容器１及び導体４が、接触子３を含む絶縁スペーサ７を介して複数連結して構成されている。
【００４５】
この導体４は、外周材より弾性率の高い中心基材４ａの外周面に、この中心基材４ａより導電率の高い外周材４ｂがコールドスプレー法により均一の厚さに形成されている。
【００４６】
具体的に、本実施形態では、中心基材４ａに鉄又は鉄鋼が用いられ、外周材４ｂに比較的安価かつ軽量で導電率の比較的高いアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられている。
【００４７】
（作用及び効果）
本実施形態では、導体４を従来の単一導体よりも、弾性率の大きい中心基材４ａに、この中心基材４ａよりも導電率の高い外周材４ｂをコールドスプレーした複合材としたことで、曲げ剛性が高く、通電性能に優れた導体４を構成することができる。そのため、導体４の中心部での重力による最大撓みや、短絡電流の通電時、相間の導体４間に生じる電磁力による撓みを抑制することができる。
【００４８】
このように本実施形態によれば、導体４の撓みが抑制されることから、導体４と密封容器１との絶縁距離を十分に保つことができるため、密封容器１を小形化することができる。さらに、導体４が中心基材４ａにより高い曲げ剛性を有することで、導体４の全長を長く形成しても撓みにくく、導体４と密封容器１との間の絶縁距離を十分に保つことができるため、接触子３及び絶縁スペーサ７、密封容器１の個数を削減することができ、経済性が向上する。
【００４９】
また、本実施形態では、中心基材４ａに鉄又は鉄鋼を用い、外周材４ｂに比較的安価かつ軽量で導電率の比較的高いアルミニウム又はアルミニウム合金を用いることで、曲げ剛性が高く、安価で通電性能に優れた導体４を構成することができる。
【００５０】
（第２実施形態の変更例）
なお、前記第２実施形態では、外周材３ｂにアルミニウム又はアルミニウム合金を用いたが、本変更例では、外周材３ｂにアルミニウムより比較的高価であるものの、導電率の高い銅又は銅合金を用いることで、より大電流の通電が可能となる。
【００５１】
（第３実施形態）
（構 成）
図３は本発明に係るガス絶縁開閉装置の第３実施形態及び第４実施形態において、摺動する通電部材として、接離する主接触子、及びアーク接触子を示す断面図である。
【００５２】
図３に示すように、密封容器１の内部には、絶縁性ガス２が封入されている。密封容器１の内部は、投入及び遮断の開閉動作により位置が変化しない固定部と、位置が変化する可動部の部材に分けられる。上記可動部は、主接触子９と、パッファシリンダ１０と、アーク接触子１９を備える。上記固定部は、固定支え１２と、フィンガー１３と、アーク接触子１８と、通電支え１１を備える。これら主接触子９及びパッファシリンダ１０は、本実施形態の通電部材を構成する。
【００５３】
図３の通電時の状態では、固定支え１２から順に、フィンガー１３、主接触子９、パッファシリンダ１０、フィンガー１５、及び通電支え１１まで電気的に接続されている。第３実施形態のガス絶縁開閉装置は、開路指令信号を受信すると、上記可動部の位置が変化し、固定部のフィンガー１３と可動部の主接触子９とが切り離され、アークを誘導するアーク接触子１８、アーク接触子１９により電気的に遮断される。
【００５４】
第３実施形態では、パッファシリンダ１０のフィンガー１５と摺動しながら通電する部分は、中心基材１０ａの外周面に、この中心基材１０ａよりも導電率の高い外周材１０ｂがコールドスプレー法により均一の厚さに形成されている。
【００５５】
上記コールドスプレー法とは、前記第１実施形態で説明したように、粉末を融解せずに中心基材１０ａに衝突させる方法であり、搬送ガス温度は低く、不活性ガス雰囲気中での反応であり、中心基材１０ａ表面及び粉末は、熱や酸化による変質がないので、従来のメッキに比べて緻密で厚膜の形成が可能である。
【００５６】
具体的に、第３実施形態では、中心基材１０ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、外周材１０ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金が用いられている。
【００５７】
（作用及び効果）
本実施形態では、中心基材１０ａに、この中心基材１０ａよりも導電率の高い外周材１０ｂをコールドスプレー法により形成したことで、多数回の開閉動作時の摺動による損耗を受けても、外周材１０ｂが厚膜であるため、外周材１０ｂを長期に亘って維持することが可能である。
【００５８】
このように本実施形態によれば、多数回の開閉動作後も、パッファシリンダ１０のコーティングが維持され、電気抵抗を低く維持することができるため、摺動する通電部材の延命化が可能となり、経済的なガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００５９】
また、本実施形態によれば、中心基材１０ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金を用い、外周材１０ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金を用いることにより、軽量かつ通電能力の高い摺動する通電部材を構成することができるため、可動部を駆動するための操作エネルギーを小さくすることができ、コンパクトで経済的なガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００６０】
（第３実施形態の変更例）
なお、前記第３実施形態では、外周材１０ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金を用いたが、本変更例では、外周材１０ｂとしては比較的高価であるものの、銅よりも導電率の高い銀又は銀合金を用いている。
【００６１】
このように本変更例によれば、外周材１０ｂに銀又は銀合金を用いることで、前記第３実施形態と比べて一段と通電能力の高い、摺動する通電部材を構成することができる。
【００６２】
（第４実施形態）
（構 成）
次に、本発明に係るガス絶縁開閉装置の第４実施形態を図３に基づいて説明する。なお、図３において、密封容器１の内部に設けられた固定部と可動部の構成及び作用は、前記第３実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００６３】
本実施形態は、通電部材としての主接触子９のフィンガー１３との通電面において、中心基材９ａの外周面に、この中心基材９ａよりも導電率の高い外周材９ｂがコールドスプレー法により均一の厚さに形成されている。
【００６４】
具体的に、本実施形態では、中心基材９ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金が用いられ、外周材９ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金が用いられている。
【００６５】
（作用及び効果）
本実施形態では、中心基材９ａに、この中心基材９ａよりも導電率の高い外周材９ｂをコールドスプレー法により形成したことで、多数回の開閉動作時の接離による損傷を受けても、外周材９ｂが厚膜であるため、外周材９ｂを長期に亘り維持することが可能である。
【００６６】
このように本実施形態によれば、多数回の開閉動作後も、主接触子９の外周材９ｂが長期に亘り維持され、電気抵抗を低く維持することができるため、接離する主接触子９の延命化が可能となり、経済的なガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００６７】
また、本実施形態によれば、中心基材９ａに安価で軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金を用い、外周材９ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金を用いることにより、軽量かつ通電能力の高い主接触子９を構成することができるため、可動部を駆動するための操作エネルギーを小さくすることができ、コンパクトで経済的なガス絶縁開閉装置を提供することができる。
【００６８】
（第４実施形態の変更例）
なお、前記第４実施形態では、外周材９ｂに比較的安価で導電率の高い銅又は銅合金を用いたが、本変更例では、外周材９ｂとしては比較的高価であるものの、銅又は銅合金よりも導電率の高い銀又は銀合金を用いている。
【００６９】
このように本変更例によれば、外周材９ｂに銀又は銀合金を用いることで、前記第４実施形態と比べて一段と通電能力が高い、接離する主接触子９を構成することができる。
【００７０】
（第５実施形態）
（構 成）
図４は本発明に係るガス絶縁開閉装置の第５実施形態のアーク接触子を示す断面図である。
【００７１】
図４に示すように、本実施形態のアーク接触子１８は、中心基材１８ａの外周面に、この中心基材１８ａよりも融点の高い外周材１８ｂがコールドスプレー法により均一の厚さに形成されている。この外周材１８ｂは、アーク接触子１８が高温のアークが点弧することから前記各実施形態より厚く形成されている。
【００７２】
具体的に、本実施形態では、中心基材１８ａに安価な鉄又は鉄鋼材が用いられ、外周材１８ｂにタングステン−銅合金などに代表される高融点の耐弧片材料が用いられている。一般的にタングステンに代表されるような高融点材料は、導電率が低いため、銀、銅といった導電性の高い材料を高融点材料に含有することで、耐アーク性に優れ、かつ導電性の高い耐弧片材料を形成できる。コールドスプレー法によると、各金属の含有量及び添加剤の種類により種々の材料を選択することができる。
【００７３】
コールドスプレー法は、上述したように搬送ガス温度は低く、不活性ガス雰囲気中での反応であることから、中心基材１８ａ表面及び粉末は、熱や酸化による変質がないため、アーク接触子１８に内部欠陥の少ない、緻密で品質の安定したコーティングが可能である。
【００７４】
（作用及び効果）
本実施形態では、アーク接触子１８の外周材１８ｂの融点が高いため、耐アーク性に優れたアーク接触子構造とすることが可能である。
【００７５】
このように本実施形態によれば、コールドスプレー法は、中心基材１８ａの形状に制約が少ないため、設計及び生産性の向上したアーク接触子１８を提供することが可能となる。
【００７６】
また、本実施形態によれば、中心基材１８ａに安価な鉄又は鉄鋼材を用い、外周材１８ｂに耐弧片の一例としてタングステン−銅合金に代表されるような高融点の耐弧片材料を用いることで、安価で耐アーク性に優れたアーク接触子１８を提供することができる。
【００７７】
（第４実施形態の変更例）
第５実施形態では、中心基材１８ａに安価な鉄又は鉄鋼材を用い、外周材１８ｂに耐弧片の一例としてタングステン−銅合金に代表されるような高融点の耐弧片材料を用いたが、例えば、中心基材１８ａに比較的導電率の高い軽量なアルミニウム又はアルミニウム合金を用い、外周材１８ｂに上記耐弧片を用いることで、通電性能が高く、耐アーク性に優れた軽量なアーク接触子を提供できる。
【００７８】
また、中心基材１８ａに導電率の高い銅又は銅合金を用い、外周材１８ｂに上記耐弧片を用いることで、中心基材１８ａにアルミニウムを用いたものよりも、さらに通電性能に優れたアーク接触子１８を提供することができる。
【００７９】
さらに、以上のように本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は、単なる例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更をすることができる。
【００８０】
例えば、上述した各実施形態では、中心基材の外周面に外周材をコールドスプレー法により均一の厚さでコーティングするようにしたが、これに限らず、例えば第５実施形態におけるアーク接触子１８の先端部を他の部分より局部的に厚く形成するようにしてもよい。これにより、耐アーク性に一段と優れたアーク接触子１８を提供することができる。
【００８１】
また、上述した各実施形態では、中心基材の外周面に外周材をコールドスプレー法によりコーティングするようにしたが、これに限らず、例えば第５実施形態において、キャップ状の外周材をコールドスプレー法により予め形成しておき、その外周材を中心基材に装着するようにしてもよい。
【００８２】
これら各実施形態やその変更例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８３】
１…密封容器、２…絶縁性ガス、３…接触子、３ａ…中心基材、３ｂ…外周材、４…導体、４ａ…中心基材、４ｂ…外周材、５…フィンガー、７…絶縁スペーサ、８…スライドコンタクト、９…主接触子（通電部材）、９ａ…中心基材、９ｂ…外周材、１０…パッファシリンダ（通電部材）、１０ａ…中心基材、１０ｂ…外周材、１１…通電支え、１２…固定支え、１３…フィンガー、１５…フィンガー、１６…台金、１７…耐弧片、１８…アーク接触子、１８ａ…中心基材、１８ｂ…外周材、１９…アーク接触子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性ガスを封入した密封容器と、
前記密封容器内に設けられ、通電するための接触子と、を備えたガス絶縁開閉装置において、
前記接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材より導電率の高い外周材とを有し、
前記外周材は、コールドスプレー法により形成したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項２】
前記接触子の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銅又は銅合金であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項３】
前記接触子の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銀又は銀合金であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項４】
絶縁性ガスを封入した密封容器と、
前記密封容器内に設けられた導体と、を備えたガス絶縁開閉装置において、
前記導体は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材より弾性率が小さい外周材とを有し、
前記外周材は、コールドスプレー法により形成したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項５】
前記導体の中心基材の材料が鉄又は鉄鋼材であり、前記外周材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項４に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項６】
前記導体の中心基材の材料が鉄又は鉄鋼材であり、前記外周材の材料が銅又は銅合金であること特徴とする請求項４に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項７】
絶縁性ガスを封入した密封容器と、
前記密封容器内に設けられ、摺動する通電部材と、を備えたガス絶縁開閉装置において、
前記通電部材は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材よりも導電率の高い外周材とを有し、
前記外周材は、コールドスプレー法により形成したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項８】
前記通電部材の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銅又は銅合金であることを特徴とする請求項７に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項９】
前記通電部材の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銀又は銀合金であることを特徴とする請求項７に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１０】
絶縁性ガスを封入した密封容器と、
前記密封容器内に互いに接離可能に配置された可動部及び固定部と、
前記可動部と前記固定部が接離して通電を行う主接触子と、
電流遮断時にアークを誘導するアーク接触子と、を備えたガス絶縁開閉装置において、
前記主接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材よりも導電性の高い外周材とを有し、
前記外周材は、コールドスプレー法により形成したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項１１】
前記主接触子の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銅又は銅合金であることを特徴とする請求項１０に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１２】
前記主接触子の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銀又は銀合金であることを特徴とする請求項１０に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１３】
絶縁性ガスを封入した密封容器と、
前記密封容器内に互いに接離可能に配置された可動部及び固定部と、
前記可動部と前記固定部が接離して通電を行う主接触子と、
電流遮断時にアークを誘導するアーク接触子と、を備えたガス絶縁開閉装置において、
前記アーク接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に前記中心基材よりも融点の高い外周材とを有し、
前記外周材は、コールドスプレー法により形成したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項１４】
前記アーク接触子の中心基材の材料が鉄又は鉄鋼材であり、前記外周材の材料が耐弧片であることを特徴とする請求項１３に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１５】
前記アーク接触子の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が耐弧片であることを特徴とする請求項１３に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１】
絶縁性ガスを封入した密封容器と、
前記密封容器内に設けられ、通電するための接触子と、を備えたガス絶縁開閉装置において、
前記接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材より導電率の高い外周材とを有し、
前記外周材は、コールドスプレー法により形成したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項２】
前記接触子の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銅又は銅合金であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項３】
前記接触子の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銀又は銀合金であることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項４】
絶縁性ガスを封入した密封容器と、
前記密封容器内に設けられた導体と、を備えたガス絶縁開閉装置において、
前記導体は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材より弾性率が小さい外周材とを有し、
前記外周材は、コールドスプレー法により形成したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項５】
前記導体の中心基材の材料が鉄又は鉄鋼材であり、前記外周材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項４に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項６】
前記導体の中心基材の材料が鉄又は鉄鋼材であり、前記外周材の材料が銅又は銅合金であること特徴とする請求項４に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項７】
絶縁性ガスを封入した密封容器と、
前記密封容器内に設けられ、摺動する通電部材と、を備えたガス絶縁開閉装置において、
前記通電部材は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材よりも導電率の高い外周材とを有し、
前記外周材は、コールドスプレー法により形成したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項８】
前記通電部材の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銅又は銅合金であることを特徴とする請求項７に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項９】
前記通電部材の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銀又は銀合金であることを特徴とする請求項７に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１０】
絶縁性ガスを封入した密封容器と、
前記密封容器内に互いに接離可能に配置された可動部及び固定部と、
前記可動部と前記固定部が接離して通電を行う主接触子と、
電流遮断時にアークを誘導するアーク接触子と、を備えたガス絶縁開閉装置において、
前記主接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に設けられ前記中心基材よりも導電性の高い外周材とを有し、
前記外周材は、コールドスプレー法により形成したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項１１】
前記主接触子の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銅又は銅合金であることを特徴とする請求項１０に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１２】
前記主接触子の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が銀又は銀合金であることを特徴とする請求項１０に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１３】
絶縁性ガスを封入した密封容器と、
前記密封容器内に互いに接離可能に配置された可動部及び固定部と、
前記可動部と前記固定部が接離して通電を行う主接触子と、
電流遮断時にアークを誘導するアーク接触子と、を備えたガス絶縁開閉装置において、
前記アーク接触子は、中心基材と、この中心基材の外周面に前記中心基材よりも融点の高い外周材とを有し、
前記外周材は、コールドスプレー法により形成したことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項１４】
前記アーク接触子の中心基材の材料が鉄又は鉄鋼材であり、前記外周材の材料が耐弧片であることを特徴とする請求項１３に記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１５】
前記アーク接触子の中心基材の材料がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記外周材の材料が耐弧片であることを特徴とする請求項１３に記載のガス絶縁開閉装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１６１１５６（Ｐ２０１２−１６１１５６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８４０（Ｐ２０１１−１８８４０）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]