耐アーク電気接点およびその製造方法、並びに耐アーク電気接点を用いた開閉器
【課題】構造面からのごく簡単な方法により、高価な材料の使用量を減らしつつ接点の損耗を抑止可能であり、低コスト化および長寿命化を図った耐アーク電気接点を提供する。
【解決手段】耐弧金属部１９が接点母材２０の先端部に鞘状に取り付けられて耐アーク電気接点が構成される。耐弧金属部１９は接点母材２０の先端部分を覆うように、接点母材２０の表層部分に限定して形成されている。
【解決手段】耐弧金属部１９が接点母材２０の先端部に鞘状に取り付けられて耐アーク電気接点が構成される。耐弧金属部１９は接点母材２０の先端部分を覆うように、接点母材２０の表層部分に限定して形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、開閉器に用いられる耐アーク電気接点およびその製造方法、並びに耐アーク電気接点を用いた開閉器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電流遮断機能を有する開閉器には、その使用目的や必要とされる機能に応じて、負荷開閉器、断路器、遮断器など様々なものが存在する。これらの開閉器では、ガス中に１対の接点を設けており、両接点を接触状態に保つことで通電を行っている。
【０００３】
また開閉器では、接触状態にある両接点を開離させて前記ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断する。このため、開閉器の接点には耐アークに優れた電気接点が採用されている。ここで、耐アーク電気接点の構造を説明する前に、耐アーク電気接点を備えた開閉器の構成について、図８を用いて説明する。
【０００４】
（開閉器の構成）
図８は、高電圧送電系統（７２ＫＶ以上）の保護用開閉器として広く使用されるパッファ形ガス遮断器の断面構造図の一例である。図８において、各構成部品は基本的に同軸円筒形状である。また、中心線（一点鎖線）より上半分は遮断器投入状態すなわち接点の接触による通電状態を、中心線より下半分は接点が開離する電流遮断動作中の状態を、それぞれ示している。
【０００５】
図８に示すように、パッファ形ガス遮断器には接地された金属などからなる密閉容器１が設けられている。密閉容器１内には、絶縁性能およびアーク消弧性能の高いＳＦ６ガスなどの消弧ガスＡが充填されると共に、固定接点部２および可動接点部３が対向配置されている。固定接点部２は、密閉容器１内に絶縁固定され、固定通電接点２ａ、固定アーク接点２ｂから構成されている。
【０００６】
可動接点部３は、密閉容器１内で軸方向に移動可能であり、かつ密閉容器１から絶縁支持されて設置されている。可動接点部３は、可動通電接点３a、可動アーク接点３ｂ、絶縁ノズル３ｃ、パッファシリンダー３ｄが、ピストンロッド３ｅに取付けられて構成されている。パッファシリンダー３ｄには、密閉容器１内に固定されたピストン７が摺動自在に収納されている。
【０００７】
ピストンロッド３ｅには駆動装置５内の可動部が連結されており、可動接点部３の可動性は、ピストンロッド３ｅが絶縁操作棒（図示せず）を介して駆動装置５内の可動部から駆動力を受けることで達成される。なお、図７中の符号４ａ、４ｂは、図示してないブッシングを介して電流を外部に引き出すための導体である。
【０００８】
（開閉器の電流遮断動作）
続いて、以上のようなパッファ形ガス遮断器の電流遮断動作について述べる。遮断器投入時には、固定アーク接点２ｂおよび可動アーク接点３ｂは接触導通状態にある。
【０００９】
この状態からガス遮断器が電流遮断動作を開始すると、駆動装置５の駆動力を受けて可動接点部３が図７中の右方向に移動し、両接点２ｂ、３ｂが相対移動して開離する。このとき、両接点２ｂ、３ｂ間には導電性のアーク６が発生する。
【００１０】
さらに、電流遮断動作が進むと、ピストン７がパッファシリンダー３ｄの内部空間からなる蓄圧空間を圧縮して同部の圧力を上昇させる。これにより、パッファシリンダー３ｄ内に存在する消弧ガスＡが高圧力のガス流８となる。ガス流８は、絶縁ノズル３ｃによって整流され、アーク接点２ｂ、３ｂ間に発生したアーク６に対して強力に吹付けられる。このようにガス流８を吹付けることで、両接点２ｂ、３ｂ間に発生したアーク６を消滅させ、電流を遮断することができる。
【００１１】
（耐アーク電気接点の構造）
次に、耐アーク電気接点の構造について、上記パッファ形ガス遮断器の固定アーク接点２ｂを例に取り、図９を用いて説明する。図９に示すように、固定アーク接点２ｂは、接点の主材料である接点母材１０が設けられており、アーク６が直接接触する接点先端部には耐弧金属部９が配置されている。
【００１２】
耐弧金属部９および接点母材１０は共に、径寸法が同一である中実の円筒状部材から構成され、両者間の導電性を確保しつつ一体的に接合されている。なお、図９中のφＤは耐弧金属部９の径寸法、Ｌは耐弧金属部９の軸方向長さ寸法を示している。
【００１３】
耐弧金属部９の材料としては、アーク６が直接接触するので融点の高い金属を主体とした合金、例えば、タングステンに銅を溶浸して製造した銅タングステン合金などが多く採用されている。一方、接点母材１０の材料としては、耐弧金属部９よりも融点の低い金属を主体とし、その上で、通電性並びに耐弧金属部９との接合性が良好であることや低コストであることが望ましい。これらの要望を満たす接点母材１０として、銅もしくは銅を主体とした合金、あるいは鉄などが多用されている。
【００１４】
（耐アーク電気接点の損耗）
ところで、上記の構造を持つ耐アーク電気接点では、高温のアーク遮断に伴う損耗が問題となっている。すなわち、接点２ｂ先端部の耐弧金属部９は通常、高融点材料からなるが、高温のアーク６と繰り返し接触するので、その先端部がアーク６により溶融することは避けがたい。その結果、耐弧金属部９の先端部表面には金属が抜けて微細な亀裂１１が発生した。
【００１５】
また、接点２ｂの基部側に位置する接点母材１０には、耐弧金属部９とは異なり、アーク６が接触しないものの、アーク６に晒されて高温となったガス流８が、電流遮断動作のたびに吹付けられる。したがって、耐弧金属部９よりも低融点である接点母材１０では、耐弧金属部９とのつなぎ目周辺に、浅い窪みとなる溶損１２（図９に点線で図示）が生じる場合があった。
【００１６】
耐弧金属部９の亀裂１１や接点母材１０の溶損１２が進行して接点２ｂの損耗が激しくなると、両接点２ｂ、３ｂ間の接触不良などが起きるおそれがあり、ガス遮断器の性能維持が困難となる。このようなアーク遮断に伴う接点の損耗は、固定アーク接点２ｂに限ったことではなく、可動アーク接点３ｂはもちろんのこと、ガス中に点弧したアークを消滅させて電流遮断を行う方式の開閉器（断路器や負荷開閉器など）に用いられる耐アーク電気接点であれば、共通の問題である。
【００１７】
（耐アーク電気接点の従来例）
そこで従来から、高温アークによる損耗を抑制する耐アーク電気接点が種々提案されている。例えば、特許文献１においては、銅タングステン合金にカルシウムを添加することで、アーク６による耐弧金属部９の損耗量を抑えている。これにより、耐弧金属部９先端に亀裂１１が発生することを防ぐことができる。
【００１８】
また、接点母材１０に発生する溶損１２を回避する技術としては、耐弧金属部９の軸方向長さ寸法Ｌを伸ばし、耐弧金属部９とのつなぎ目である接点母材１０の先端部を、アーク６から遠ざけることが有効である。具体的には図１０に示すような接点２０ｂが考えられる。
【００１９】
接点２０ｂでは、軸方向長さ寸法Ｌを伸ばした耐弧金属部３９を有している点に特徴がある。耐弧金属部３９の軸方向長さ寸法Ｌは、遮断器投入状態の完了位置（最投入位置）であっても、可動アーク接点３ｂの先端部分が、接点母材１０の先端部に達することがない長さに設定されている。
【００２０】
このような接点２０ｂによれば、耐弧金属部３９と接点母材１０とのつなぎ目部分が熱源であるアーク６から遠いため、アーク６に晒されたガス流８が吹付けられても、溶損１２（点線にて示す）が発生し難い。また、たとえ溶損１２が発生したとしても、可動アーク接点３ｂの先端部分が、接点母材１０の先端部に達することがないので、両接点２０ｂ、３ｂ間の接触導通を確実に維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００３−１６０８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで近年は、開閉器のコンパクト化が進んでおり、それに伴って耐アーク電気接点の径寸法も小さくなっている。このため、接点の先端部分における単位面積当たりのアーク熱量は増大し、耐アーク電気接点の受ける熱的ストレスは過酷化する傾向にある。
【００２３】
また、開閉器には常にアーク遮断能力向上が求められており、これに対応すべく、アークに吹付けるガスの高圧化が図られている。そこで、開閉器の電流遮断方式としては、図８に示したパッファ形ガス遮断器の方式が主流になりつつある。すなわち、図８の方式では、ピストン７による機械的圧縮に加えて、アーク６自体の熱を利用して、パッファシリンダー３ｄ内の圧力を高め、アーク６に吹付けるガス流８の高圧化を図っている。
【００２４】
ところが、この方式を採用する開閉器では、ガス流８の高圧化に際してアークの熱を利用するので、アーク接点２ｂ、３ｂの周辺温度は上昇した。この結果、アーク接点２ｂ、３ｂの受ける熱的ストレスは非常に過酷になっていた。
【００２５】
以上述べたように、開閉器のコンパクト化やアークへの吹付けガスの高圧化が進展する現在、耐アーク電気接点が晒される熱的環境は、ますます過酷化している。このような状況の下、耐アーク電気接点においては、高温のアーク遮断に伴う接点損耗を抑えることがいっそう強く要請されていた。
【００２６】
また、耐アーク電気接点の課題としては、耐弧金属部９にタングステンなどの高価な希少金属を利用するので、高価であることが指摘されている。特に、開発途上国での電力インフラ設備の拡充が盛んに行われている昨今では、耐アーク電気接点の低コスト化を実現することが待たれていた。
【００２７】
以上述べたように、耐アーク電気接点およびそれを用いた開閉器では、熱的環境の過酷度が増す状況にあっても接点損耗を確実に抑止することと、経済性を損なう要因を極力排除して低コスト化を実現することが大きな課題となっていた。
【００２８】
本実施形態の耐アーク電気接点およびその製造方法、並びに耐アーク電気接点を用いた開閉器は、このような課題を解決するためになされたものであって、構造面からのごく簡単な方法により、高価な材料の使用量を減らしつつ接点の損耗を抑止可能であり、保守点検の簡素化および接点の長寿命化に寄与すると共に、低コスト化を実現して経済性の向上を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
前記目的を達成するために、本実施形態の耐アーク電気接点は、電流遮断時に発生するアークが接触する耐弧金属部と、この耐弧金属部よりも融点の低い金属を主体とする接点母材とから構成されており、前記耐弧金属部は前記接点母材の先端部分を覆うように当該接点母材の表層部分に限定して形成されたことを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態である耐アーク電気接点の断面図。
【図２】本発明の実施形態である耐アーク電気接点の製造方法を説明するための模式図。
【図３】本発明の実施形態である耐アーク電気接点の製造方法を説明するための模式図。
【図４】本実施形態の耐弧金属部の厚さ寸法ｄを決定するためのデータを示すグラフ。
【図５】本実施形態の耐弧金属部の軸方向長さ寸法Ｌを決定するためのデータを示すグラフ。
【図６】本実施形態と従来例におけるアーク遮断後の接点損耗量を比較したグラフ。
【図７】本発明に係る他の実施形態を示す断面図。
【図８】開閉器の一例であるパッファ形ガス遮断器の断面構造図。
【図９】従来の耐アーク電気接点の断面図。
【図１０】従来の耐アーク電気接点の耐弧金属部の軸方向長さ寸法Ｌを決定する一つの方法を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（１）構成
以下、本発明の実施形態である耐アーク電気接点の構成について、図１を参照して具体的に説明する。本実施形態の耐アーク電気接点は、図９に示した従来例と同様、図８のパッファ形ガス遮断器の固定アーク接点２ｂに適用したものである。
【００３２】
すなわち、本実施形態を採用する開閉器は、図８に示したパッファ形ガス遮断器であり、特にアーク遮断能力を高めるために、ピストン７による機械的圧縮に加え、アーク６自体の熱でパッファシリンダー３ｄ内の圧力を高める方式のものである。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態の耐アーク電気接点は、外観的には図９に示した固定アーク接点２ｂと同じく円筒形状であるが、耐弧金属部１９が接点母材２０の先端部に鞘状に取り付けられている点に特徴がある。
【００３４】
耐弧金属部１９は、形状的には試験管に似た部材であって、接点母材２０の先端部分を全体的に覆うように、接点母材２０の表層部分に限定して形成されている。耐弧金属部１９の厚み寸法ｄ（ｍｍ）は、先端部分と円筒形状部分とで均一に形成されている。
【００３５】
また、耐弧金属部１９の内部形状と、接点母材２０の先端部の外部形状とは合致し、両者は隙間無く接触するようになっている。つまり、接点母材２０において耐弧金属部１９に覆われる先端部分は、耐弧金属部１９の円筒部分の厚さ寸法ｄの分だけ細く形成される。さらに、接点母材２０先端部分の曲面は、耐弧金属部１９の先端部分の曲面と一致するように形成されている。
【００３６】
（２）耐弧金属部１９の厚み寸法
耐弧金属部１９の厚み寸法ｄ（ｍｍ）は、次の（式１）で決定される値以上に規定され、ここではその最小値が選択される。
［数１］
ｄ（ｍｍ）＞０．００２４×［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］…（式１）
【００３７】
（式１）の右辺において、ＩＳ（ｋＡ）は開閉器の定格遮断電流であり、ＩＳ１．５は定格遮断電流ＩＳが通電された際にアークに注入されるエネルギーに略比例した量である。また、Ｓ（ｍｍ２）は耐弧金属部１９がアーク６と接しうる面積であって、耐弧金属部１９の直径をφＤ（ｍｍ）とした場合、ＳはπＤ２／４から求められる。なお、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄは、「接点母材２０を覆うように表層部分に限定して形成する」という趣旨から、ｄ＜φＤ／２という上限値を与えるようにしても良い。
【００３８】
Ｔｍａｘ（ｍｓ）は開閉器の定格遮断電流における最長のアーク点弧時間であり、当該開閉器の規格で求められる形式試験において決定されるものである。Ｔｍａｘのべき乗数１．５は、アーク点弧時間に対するアーク接点周辺での熱蓄積の程度を一般化した係数である。
【００３９】
（３）耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法
さらに耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌ（ｍｍ）は、以下の（式２）で決定される値以上に規定され、ここではその最小値が選択される。
［数２］
Ｌ１（ｍｍ）＞０．０３５×［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］…（式２）
【００４０】
（式２）の右辺において、ＩＳ（ｋＡ）、Ｓ（ｍｍ２）、Ｔｍａｘ（ｍｓ）は、前記の通りである。すなわち、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄおよび軸方向長さ寸法Ｌが上記（式１）および（式２）にて規定されるということは、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄおよび軸方向長さ寸法Ｌが、［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］で定義した電流負荷に基づいて決められることに他ならない。
【００４１】
一例として、定格遮断電流ＩＳ＝６３ｋＡ、耐弧金属部１９先端部の直径をφＤ＝３０ｍｍ、定格遮断電流における最長のアーク点弧時間Ｔｍａｘ＝２０ｍｓとした開閉器の場合、（式１）から耐弧金属部１９の厚み寸法ｄが１．３ｍｍ以上、（式２）から耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌが１８ｍｍ以上という値が導かれる。したがって、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄが１．３ｍｍ、軸方向長さ寸法Ｌが１８ｍｍといった値で設計される。
【００４２】
（４）材料
耐弧金属部１９における好ましい材料例としては、銅タングステン合金等がある。また、接点母材２０において好ましい材料例としては、耐弧金属部１９より融点は低く、且つ熱伝導率は高い金属が採用される。例えば、耐弧金属部１９に銅タングステン合金を採用した場合、タングステンよりも熱伝導率が優れた銅もしくは銅合金等があげられる。なお、接点母材２０の材料である銅もしくは銅合金は、銅タングステン合金からなる耐弧金属部１９との接合性も良好である。
【００４３】
（５）製造方法
続いて、図２、図３を用いて、本実施形態に係る耐アーク電気接点の製造方法について具体的に説明する。まず、スケルトン構造を有した耐弧金属体を用意し、この耐弧金属体から、窪み２１ａを有する耐弧金属材料２１を製作する（耐弧金属材料製作ステップ、図２上段に図示）。
【００４４】
耐弧金属体の軸方向長さ寸法Ｌｏは耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌ以上とする。耐弧金属体に上面から下面付近まで掘り下げるようにして窪み２１ａを形成し、耐弧金属材料２１を製作する。窪み２１ａは、耐弧金属部１９にて覆われる接点母材２０先端の小径部を成形するための部分である。窪み２１ａを設けた耐弧金属材料２１の左右側面部の肉厚寸法ｄｘおよび底部の肉厚寸法ｄｙはいずれも、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄよりも長く設定される。
【００４５】
次に、窪み２１ａを付けた耐弧金属材料２１を、型２３内に収納、配置し、溶融接点母材２２を含浸する（接点母材含浸ステップ、図２下段に図示）。その後、溶融接点母材２２を冷却固化させることにより、加工用素材２５を製作する（加工用素材製作ステップ、図３上段に図示）。こうして出来上がった加工用素材２５を、最終加工形状２４（図３上段にて点線で示す）に切削加工する（切削加工ステップ、図３下段に図示）。以上のようにして、耐弧金属部１９および接点母材２０からなる耐アーク電気接点を製造する。
【００４６】
（６）作用
続いて、本実施形態の作用について説明する。図４に示すグラフは、従来の耐アーク電気接点において、耐弧金属部９表面に生じる亀裂１１の深さを、電流負荷に対してまとめたものであり、上記（式１）で規定した耐弧金属部１９の厚み寸法ｄの根拠となっている。
【００４７】
図４のグラフから明らかなように、電流負荷を［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］で定義することで、亀裂１１の最大深さを、電流負荷に対してほぼ線形的に評価することが可能となる。すなわち、図４のグラフの縦軸にとった最大亀裂深さは、おおむね（式１）の右辺で決めることができ、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄとしては（式１）で規定される値以上であれば、必要十分であることが分かる。したがって、アーク６の接触する耐弧金属部１９の機能としては、（式１）で規定される値以上の厚み寸法であれば十分である。
【００４８】
同様に、図５のグラフは、耐アーク電気接点において、接点母材２０と耐弧金属部１９とのつなぎ目で溶損１２が発生する可能性を、電流負荷に対してまとめたものである。同図においては、接点母材２０の溶損が発生したケースを×で、発生しなかったケースを○で示している。
【００４９】
図５のグラフから明らかなように、耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌを、上記（式２）で規定する値以上に構成すれば、接点母材２０の溶損１２は避けることが可能である。したがって、耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌとしては、それ以上の長さは不要である。
【００５０】
（７）効果
以上述べた本実施形態は、次のような効果を発揮する。図６は従来のアーク接点と本実施形態に係るアーク接点との損耗量を同じ電流条件で比較した実測例である。
【００５１】
すなわち、銅タングステン合金などからなる耐弧金属部１９は、銅などのからなる接点母材２０に比べて融点は高いものの、熱伝導率は低い。そのため、耐弧金属部１９の円筒部分の厚み寸法ｄ’を薄くしたことで、熱伝導性に優れた接点母材２０が接点表面まで近づくことになる。
【００５２】
したがって、高温のアーク６が耐弧金属部１９に接触しても、接点母材２０が接点表面に近いので、接点表面からの熱引けが良好になる。このような耐アーク電気接点によれば、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄを必要最低限に抑えることで、熱伝導性を高めることができ、接点損耗量を半分程度（従来のアーク接点を１００とした場合に４６）にまで低減することが可能である。
【００５３】
また、耐弧金属部１９は必要にして十分な厚さ寸法ｄと長さ寸法Ｌを確保しているため、耐弧金属部１９先端での亀裂１１や、接点母材２０とのつなぎ目での溶損１２を、確実に防ぐことができる。したがって、本実施形態は、アーク６の熱による接点損耗の進行を顕著に抑制することが可能であり、コンパクト化やアークへの吹付けガスの高圧化により接点への熱的ストレスが非常に過酷である開閉器（例えば、図８に示したパッファ形ガス遮断器など）に特に好適である。
【００５４】
ところで、先に述べたように、図９に示した従来の耐弧金属部９は、中実の円筒形部材であるため、耐弧金属部９先端部の厚み寸法は耐弧金属部９の軸方向長さＬと等しく、耐弧金属部９の体積は大きくなっていた。したがって、従来の耐アーク電気接点では高価な希少金属の使用量が多くなり、経済的に不利であった。
【００５５】
これに対して、本実施形態の耐弧金属部１９は、接点母材２０の表層部分を覆うだけであり、厚み寸法ｄは非常に薄く、その体積は大幅に低減することができる。したがって、高価な希少金属の使用量を削減することが可能である。
【００５６】
また、本実施形態の耐弧金属部１９では、添加物を加えた特殊な合金を採用する必要も無く、この点からも経済性の低下を招くおそれがない。さらには、本実施形態の製造方法によれば、所望形状の耐アーク電気接点を低コストで製作することができる。
【００５７】
上述したように、本実施形態によれば、高温のアーク遮断に伴う接点損耗を確実に抑えることができ、接点寿命が伸び、保守点検作業の実施間隔も開けることができ、作業の簡易化を進めることができた。しかも、特殊な合金材料を用いることなく、且つ構造面からのごく簡単な方法によって、高価なタングステンなどの希少金属の使用量を低減させることが可能であり、大幅な低コスト化に寄与することができる。
【００５８】
（８）他の実施形態
なお、図１に示した実施形態では、アーク接点表層部分に配した耐弧金属部１９の厚み寸法は均一としているが、必ずしも均一である必要はなく、必要に応じて不均一としても良い。
【００５９】
例えば、図７に示した耐弧金属部２９のように、先端部の厚さ寸法ｄ１を、円筒形状の厚さ寸法ｄ２よりも厚くしてもよい。このような実施形態によれば、耐弧金属部２９先端を厚くしたことで、亀裂１１の発生をより確実に防止することが可能である。
【００６０】
また、耐弧金属部の軸方向長さ寸法についても適宜変更可能であり、さらには耐弧金属部や接点母材の材料などについても適宜選択可能である。耐弧金属部の材料としては、銅タングステン合金の他、タングステン基焼結合金や、タングステンカーバイト基焼結合金などでも構わない。また、本発明の実施形態を用いる開閉器としては、図８に示したパッファ形ガス遮断器に限らず、断路器や負荷開閉器など、耐アーク電気接点を用いた開閉器にあれば、適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１…密閉容器
２…固定接点部
２ａ…固定通電接点
２ｂ…固定アーク接点
３…可動接点部
３ａ…可動通電接点
３ｂ…可動アーク接点
３ｃ…絶縁ノズル
３ｄ…パッファシリンダー
３ｅ…ピストンロッド
４ａ、４ｂ…導体
５…駆動装置部
６…アーク
７…ピストン
８…ガス流
９、１９、２９、３９…耐弧金属部
１０、２０…接点母材
１１…アーキングに伴い発生する亀裂
１２…アーキングに伴い発生する母材の溶損
２１…スケルトン構造の耐弧金属部材料
２２…溶融接点母材
２３…型
２４…耐アーク電気接点の最終加工形状
２５…加工用素材
Ａ…消弧ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、開閉器に用いられる耐アーク電気接点およびその製造方法、並びに耐アーク電気接点を用いた開閉器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電流遮断機能を有する開閉器には、その使用目的や必要とされる機能に応じて、負荷開閉器、断路器、遮断器など様々なものが存在する。これらの開閉器では、ガス中に１対の接点を設けており、両接点を接触状態に保つことで通電を行っている。
【０００３】
また開閉器では、接触状態にある両接点を開離させて前記ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断する。このため、開閉器の接点には耐アークに優れた電気接点が採用されている。ここで、耐アーク電気接点の構造を説明する前に、耐アーク電気接点を備えた開閉器の構成について、図８を用いて説明する。
【０００４】
（開閉器の構成）
図８は、高電圧送電系統（７２ＫＶ以上）の保護用開閉器として広く使用されるパッファ形ガス遮断器の断面構造図の一例である。図８において、各構成部品は基本的に同軸円筒形状である。また、中心線（一点鎖線）より上半分は遮断器投入状態すなわち接点の接触による通電状態を、中心線より下半分は接点が開離する電流遮断動作中の状態を、それぞれ示している。
【０００５】
図８に示すように、パッファ形ガス遮断器には接地された金属などからなる密閉容器１が設けられている。密閉容器１内には、絶縁性能およびアーク消弧性能の高いＳＦ６ガスなどの消弧ガスＡが充填されると共に、固定接点部２および可動接点部３が対向配置されている。固定接点部２は、密閉容器１内に絶縁固定され、固定通電接点２ａ、固定アーク接点２ｂから構成されている。
【０００６】
可動接点部３は、密閉容器１内で軸方向に移動可能であり、かつ密閉容器１から絶縁支持されて設置されている。可動接点部３は、可動通電接点３a、可動アーク接点３ｂ、絶縁ノズル３ｃ、パッファシリンダー３ｄが、ピストンロッド３ｅに取付けられて構成されている。パッファシリンダー３ｄには、密閉容器１内に固定されたピストン７が摺動自在に収納されている。
【０００７】
ピストンロッド３ｅには駆動装置５内の可動部が連結されており、可動接点部３の可動性は、ピストンロッド３ｅが絶縁操作棒（図示せず）を介して駆動装置５内の可動部から駆動力を受けることで達成される。なお、図７中の符号４ａ、４ｂは、図示してないブッシングを介して電流を外部に引き出すための導体である。
【０００８】
（開閉器の電流遮断動作）
続いて、以上のようなパッファ形ガス遮断器の電流遮断動作について述べる。遮断器投入時には、固定アーク接点２ｂおよび可動アーク接点３ｂは接触導通状態にある。
【０００９】
この状態からガス遮断器が電流遮断動作を開始すると、駆動装置５の駆動力を受けて可動接点部３が図７中の右方向に移動し、両接点２ｂ、３ｂが相対移動して開離する。このとき、両接点２ｂ、３ｂ間には導電性のアーク６が発生する。
【００１０】
さらに、電流遮断動作が進むと、ピストン７がパッファシリンダー３ｄの内部空間からなる蓄圧空間を圧縮して同部の圧力を上昇させる。これにより、パッファシリンダー３ｄ内に存在する消弧ガスＡが高圧力のガス流８となる。ガス流８は、絶縁ノズル３ｃによって整流され、アーク接点２ｂ、３ｂ間に発生したアーク６に対して強力に吹付けられる。このようにガス流８を吹付けることで、両接点２ｂ、３ｂ間に発生したアーク６を消滅させ、電流を遮断することができる。
【００１１】
（耐アーク電気接点の構造）
次に、耐アーク電気接点の構造について、上記パッファ形ガス遮断器の固定アーク接点２ｂを例に取り、図９を用いて説明する。図９に示すように、固定アーク接点２ｂは、接点の主材料である接点母材１０が設けられており、アーク６が直接接触する接点先端部には耐弧金属部９が配置されている。
【００１２】
耐弧金属部９および接点母材１０は共に、径寸法が同一である中実の円筒状部材から構成され、両者間の導電性を確保しつつ一体的に接合されている。なお、図９中のφＤは耐弧金属部９の径寸法、Ｌは耐弧金属部９の軸方向長さ寸法を示している。
【００１３】
耐弧金属部９の材料としては、アーク６が直接接触するので融点の高い金属を主体とした合金、例えば、タングステンに銅を溶浸して製造した銅タングステン合金などが多く採用されている。一方、接点母材１０の材料としては、耐弧金属部９よりも融点の低い金属を主体とし、その上で、通電性並びに耐弧金属部９との接合性が良好であることや低コストであることが望ましい。これらの要望を満たす接点母材１０として、銅もしくは銅を主体とした合金、あるいは鉄などが多用されている。
【００１４】
（耐アーク電気接点の損耗）
ところで、上記の構造を持つ耐アーク電気接点では、高温のアーク遮断に伴う損耗が問題となっている。すなわち、接点２ｂ先端部の耐弧金属部９は通常、高融点材料からなるが、高温のアーク６と繰り返し接触するので、その先端部がアーク６により溶融することは避けがたい。その結果、耐弧金属部９の先端部表面には金属が抜けて微細な亀裂１１が発生した。
【００１５】
また、接点２ｂの基部側に位置する接点母材１０には、耐弧金属部９とは異なり、アーク６が接触しないものの、アーク６に晒されて高温となったガス流８が、電流遮断動作のたびに吹付けられる。したがって、耐弧金属部９よりも低融点である接点母材１０では、耐弧金属部９とのつなぎ目周辺に、浅い窪みとなる溶損１２（図９に点線で図示）が生じる場合があった。
【００１６】
耐弧金属部９の亀裂１１や接点母材１０の溶損１２が進行して接点２ｂの損耗が激しくなると、両接点２ｂ、３ｂ間の接触不良などが起きるおそれがあり、ガス遮断器の性能維持が困難となる。このようなアーク遮断に伴う接点の損耗は、固定アーク接点２ｂに限ったことではなく、可動アーク接点３ｂはもちろんのこと、ガス中に点弧したアークを消滅させて電流遮断を行う方式の開閉器（断路器や負荷開閉器など）に用いられる耐アーク電気接点であれば、共通の問題である。
【００１７】
（耐アーク電気接点の従来例）
そこで従来から、高温アークによる損耗を抑制する耐アーク電気接点が種々提案されている。例えば、特許文献１においては、銅タングステン合金にカルシウムを添加することで、アーク６による耐弧金属部９の損耗量を抑えている。これにより、耐弧金属部９先端に亀裂１１が発生することを防ぐことができる。
【００１８】
また、接点母材１０に発生する溶損１２を回避する技術としては、耐弧金属部９の軸方向長さ寸法Ｌを伸ばし、耐弧金属部９とのつなぎ目である接点母材１０の先端部を、アーク６から遠ざけることが有効である。具体的には図１０に示すような接点２０ｂが考えられる。
【００１９】
接点２０ｂでは、軸方向長さ寸法Ｌを伸ばした耐弧金属部３９を有している点に特徴がある。耐弧金属部３９の軸方向長さ寸法Ｌは、遮断器投入状態の完了位置（最投入位置）であっても、可動アーク接点３ｂの先端部分が、接点母材１０の先端部に達することがない長さに設定されている。
【００２０】
このような接点２０ｂによれば、耐弧金属部３９と接点母材１０とのつなぎ目部分が熱源であるアーク６から遠いため、アーク６に晒されたガス流８が吹付けられても、溶損１２（点線にて示す）が発生し難い。また、たとえ溶損１２が発生したとしても、可動アーク接点３ｂの先端部分が、接点母材１０の先端部に達することがないので、両接点２０ｂ、３ｂ間の接触導通を確実に維持することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００３−１６０８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで近年は、開閉器のコンパクト化が進んでおり、それに伴って耐アーク電気接点の径寸法も小さくなっている。このため、接点の先端部分における単位面積当たりのアーク熱量は増大し、耐アーク電気接点の受ける熱的ストレスは過酷化する傾向にある。
【００２３】
また、開閉器には常にアーク遮断能力向上が求められており、これに対応すべく、アークに吹付けるガスの高圧化が図られている。そこで、開閉器の電流遮断方式としては、図８に示したパッファ形ガス遮断器の方式が主流になりつつある。すなわち、図８の方式では、ピストン７による機械的圧縮に加えて、アーク６自体の熱を利用して、パッファシリンダー３ｄ内の圧力を高め、アーク６に吹付けるガス流８の高圧化を図っている。
【００２４】
ところが、この方式を採用する開閉器では、ガス流８の高圧化に際してアークの熱を利用するので、アーク接点２ｂ、３ｂの周辺温度は上昇した。この結果、アーク接点２ｂ、３ｂの受ける熱的ストレスは非常に過酷になっていた。
【００２５】
以上述べたように、開閉器のコンパクト化やアークへの吹付けガスの高圧化が進展する現在、耐アーク電気接点が晒される熱的環境は、ますます過酷化している。このような状況の下、耐アーク電気接点においては、高温のアーク遮断に伴う接点損耗を抑えることがいっそう強く要請されていた。
【００２６】
また、耐アーク電気接点の課題としては、耐弧金属部９にタングステンなどの高価な希少金属を利用するので、高価であることが指摘されている。特に、開発途上国での電力インフラ設備の拡充が盛んに行われている昨今では、耐アーク電気接点の低コスト化を実現することが待たれていた。
【００２７】
以上述べたように、耐アーク電気接点およびそれを用いた開閉器では、熱的環境の過酷度が増す状況にあっても接点損耗を確実に抑止することと、経済性を損なう要因を極力排除して低コスト化を実現することが大きな課題となっていた。
【００２８】
本実施形態の耐アーク電気接点およびその製造方法、並びに耐アーク電気接点を用いた開閉器は、このような課題を解決するためになされたものであって、構造面からのごく簡単な方法により、高価な材料の使用量を減らしつつ接点の損耗を抑止可能であり、保守点検の簡素化および接点の長寿命化に寄与すると共に、低コスト化を実現して経済性の向上を図ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
前記目的を達成するために、本実施形態の耐アーク電気接点は、電流遮断時に発生するアークが接触する耐弧金属部と、この耐弧金属部よりも融点の低い金属を主体とする接点母材とから構成されており、前記耐弧金属部は前記接点母材の先端部分を覆うように当該接点母材の表層部分に限定して形成されたことを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態である耐アーク電気接点の断面図。
【図２】本発明の実施形態である耐アーク電気接点の製造方法を説明するための模式図。
【図３】本発明の実施形態である耐アーク電気接点の製造方法を説明するための模式図。
【図４】本実施形態の耐弧金属部の厚さ寸法ｄを決定するためのデータを示すグラフ。
【図５】本実施形態の耐弧金属部の軸方向長さ寸法Ｌを決定するためのデータを示すグラフ。
【図６】本実施形態と従来例におけるアーク遮断後の接点損耗量を比較したグラフ。
【図７】本発明に係る他の実施形態を示す断面図。
【図８】開閉器の一例であるパッファ形ガス遮断器の断面構造図。
【図９】従来の耐アーク電気接点の断面図。
【図１０】従来の耐アーク電気接点の耐弧金属部の軸方向長さ寸法Ｌを決定する一つの方法を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（１）構成
以下、本発明の実施形態である耐アーク電気接点の構成について、図１を参照して具体的に説明する。本実施形態の耐アーク電気接点は、図９に示した従来例と同様、図８のパッファ形ガス遮断器の固定アーク接点２ｂに適用したものである。
【００３２】
すなわち、本実施形態を採用する開閉器は、図８に示したパッファ形ガス遮断器であり、特にアーク遮断能力を高めるために、ピストン７による機械的圧縮に加え、アーク６自体の熱でパッファシリンダー３ｄ内の圧力を高める方式のものである。
【００３３】
図１に示すように、本実施形態の耐アーク電気接点は、外観的には図９に示した固定アーク接点２ｂと同じく円筒形状であるが、耐弧金属部１９が接点母材２０の先端部に鞘状に取り付けられている点に特徴がある。
【００３４】
耐弧金属部１９は、形状的には試験管に似た部材であって、接点母材２０の先端部分を全体的に覆うように、接点母材２０の表層部分に限定して形成されている。耐弧金属部１９の厚み寸法ｄ（ｍｍ）は、先端部分と円筒形状部分とで均一に形成されている。
【００３５】
また、耐弧金属部１９の内部形状と、接点母材２０の先端部の外部形状とは合致し、両者は隙間無く接触するようになっている。つまり、接点母材２０において耐弧金属部１９に覆われる先端部分は、耐弧金属部１９の円筒部分の厚さ寸法ｄの分だけ細く形成される。さらに、接点母材２０先端部分の曲面は、耐弧金属部１９の先端部分の曲面と一致するように形成されている。
【００３６】
（２）耐弧金属部１９の厚み寸法
耐弧金属部１９の厚み寸法ｄ（ｍｍ）は、次の（式１）で決定される値以上に規定され、ここではその最小値が選択される。
［数１］
ｄ（ｍｍ）＞０．００２４×［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］…（式１）
【００３７】
（式１）の右辺において、ＩＳ（ｋＡ）は開閉器の定格遮断電流であり、ＩＳ１．５は定格遮断電流ＩＳが通電された際にアークに注入されるエネルギーに略比例した量である。また、Ｓ（ｍｍ２）は耐弧金属部１９がアーク６と接しうる面積であって、耐弧金属部１９の直径をφＤ（ｍｍ）とした場合、ＳはπＤ２／４から求められる。なお、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄは、「接点母材２０を覆うように表層部分に限定して形成する」という趣旨から、ｄ＜φＤ／２という上限値を与えるようにしても良い。
【００３８】
Ｔｍａｘ（ｍｓ）は開閉器の定格遮断電流における最長のアーク点弧時間であり、当該開閉器の規格で求められる形式試験において決定されるものである。Ｔｍａｘのべき乗数１．５は、アーク点弧時間に対するアーク接点周辺での熱蓄積の程度を一般化した係数である。
【００３９】
（３）耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法
さらに耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌ（ｍｍ）は、以下の（式２）で決定される値以上に規定され、ここではその最小値が選択される。
［数２］
Ｌ１（ｍｍ）＞０．０３５×［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］…（式２）
【００４０】
（式２）の右辺において、ＩＳ（ｋＡ）、Ｓ（ｍｍ２）、Ｔｍａｘ（ｍｓ）は、前記の通りである。すなわち、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄおよび軸方向長さ寸法Ｌが上記（式１）および（式２）にて規定されるということは、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄおよび軸方向長さ寸法Ｌが、［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］で定義した電流負荷に基づいて決められることに他ならない。
【００４１】
一例として、定格遮断電流ＩＳ＝６３ｋＡ、耐弧金属部１９先端部の直径をφＤ＝３０ｍｍ、定格遮断電流における最長のアーク点弧時間Ｔｍａｘ＝２０ｍｓとした開閉器の場合、（式１）から耐弧金属部１９の厚み寸法ｄが１．３ｍｍ以上、（式２）から耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌが１８ｍｍ以上という値が導かれる。したがって、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄが１．３ｍｍ、軸方向長さ寸法Ｌが１８ｍｍといった値で設計される。
【００４２】
（４）材料
耐弧金属部１９における好ましい材料例としては、銅タングステン合金等がある。また、接点母材２０において好ましい材料例としては、耐弧金属部１９より融点は低く、且つ熱伝導率は高い金属が採用される。例えば、耐弧金属部１９に銅タングステン合金を採用した場合、タングステンよりも熱伝導率が優れた銅もしくは銅合金等があげられる。なお、接点母材２０の材料である銅もしくは銅合金は、銅タングステン合金からなる耐弧金属部１９との接合性も良好である。
【００４３】
（５）製造方法
続いて、図２、図３を用いて、本実施形態に係る耐アーク電気接点の製造方法について具体的に説明する。まず、スケルトン構造を有した耐弧金属体を用意し、この耐弧金属体から、窪み２１ａを有する耐弧金属材料２１を製作する（耐弧金属材料製作ステップ、図２上段に図示）。
【００４４】
耐弧金属体の軸方向長さ寸法Ｌｏは耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌ以上とする。耐弧金属体に上面から下面付近まで掘り下げるようにして窪み２１ａを形成し、耐弧金属材料２１を製作する。窪み２１ａは、耐弧金属部１９にて覆われる接点母材２０先端の小径部を成形するための部分である。窪み２１ａを設けた耐弧金属材料２１の左右側面部の肉厚寸法ｄｘおよび底部の肉厚寸法ｄｙはいずれも、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄよりも長く設定される。
【００４５】
次に、窪み２１ａを付けた耐弧金属材料２１を、型２３内に収納、配置し、溶融接点母材２２を含浸する（接点母材含浸ステップ、図２下段に図示）。その後、溶融接点母材２２を冷却固化させることにより、加工用素材２５を製作する（加工用素材製作ステップ、図３上段に図示）。こうして出来上がった加工用素材２５を、最終加工形状２４（図３上段にて点線で示す）に切削加工する（切削加工ステップ、図３下段に図示）。以上のようにして、耐弧金属部１９および接点母材２０からなる耐アーク電気接点を製造する。
【００４６】
（６）作用
続いて、本実施形態の作用について説明する。図４に示すグラフは、従来の耐アーク電気接点において、耐弧金属部９表面に生じる亀裂１１の深さを、電流負荷に対してまとめたものであり、上記（式１）で規定した耐弧金属部１９の厚み寸法ｄの根拠となっている。
【００４７】
図４のグラフから明らかなように、電流負荷を［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］で定義することで、亀裂１１の最大深さを、電流負荷に対してほぼ線形的に評価することが可能となる。すなわち、図４のグラフの縦軸にとった最大亀裂深さは、おおむね（式１）の右辺で決めることができ、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄとしては（式１）で規定される値以上であれば、必要十分であることが分かる。したがって、アーク６の接触する耐弧金属部１９の機能としては、（式１）で規定される値以上の厚み寸法であれば十分である。
【００４８】
同様に、図５のグラフは、耐アーク電気接点において、接点母材２０と耐弧金属部１９とのつなぎ目で溶損１２が発生する可能性を、電流負荷に対してまとめたものである。同図においては、接点母材２０の溶損が発生したケースを×で、発生しなかったケースを○で示している。
【００４９】
図５のグラフから明らかなように、耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌを、上記（式２）で規定する値以上に構成すれば、接点母材２０の溶損１２は避けることが可能である。したがって、耐弧金属部１９の軸方向長さ寸法Ｌとしては、それ以上の長さは不要である。
【００５０】
（７）効果
以上述べた本実施形態は、次のような効果を発揮する。図６は従来のアーク接点と本実施形態に係るアーク接点との損耗量を同じ電流条件で比較した実測例である。
【００５１】
すなわち、銅タングステン合金などからなる耐弧金属部１９は、銅などのからなる接点母材２０に比べて融点は高いものの、熱伝導率は低い。そのため、耐弧金属部１９の円筒部分の厚み寸法ｄ’を薄くしたことで、熱伝導性に優れた接点母材２０が接点表面まで近づくことになる。
【００５２】
したがって、高温のアーク６が耐弧金属部１９に接触しても、接点母材２０が接点表面に近いので、接点表面からの熱引けが良好になる。このような耐アーク電気接点によれば、耐弧金属部１９の厚み寸法ｄを必要最低限に抑えることで、熱伝導性を高めることができ、接点損耗量を半分程度（従来のアーク接点を１００とした場合に４６）にまで低減することが可能である。
【００５３】
また、耐弧金属部１９は必要にして十分な厚さ寸法ｄと長さ寸法Ｌを確保しているため、耐弧金属部１９先端での亀裂１１や、接点母材２０とのつなぎ目での溶損１２を、確実に防ぐことができる。したがって、本実施形態は、アーク６の熱による接点損耗の進行を顕著に抑制することが可能であり、コンパクト化やアークへの吹付けガスの高圧化により接点への熱的ストレスが非常に過酷である開閉器（例えば、図８に示したパッファ形ガス遮断器など）に特に好適である。
【００５４】
ところで、先に述べたように、図９に示した従来の耐弧金属部９は、中実の円筒形部材であるため、耐弧金属部９先端部の厚み寸法は耐弧金属部９の軸方向長さＬと等しく、耐弧金属部９の体積は大きくなっていた。したがって、従来の耐アーク電気接点では高価な希少金属の使用量が多くなり、経済的に不利であった。
【００５５】
これに対して、本実施形態の耐弧金属部１９は、接点母材２０の表層部分を覆うだけであり、厚み寸法ｄは非常に薄く、その体積は大幅に低減することができる。したがって、高価な希少金属の使用量を削減することが可能である。
【００５６】
また、本実施形態の耐弧金属部１９では、添加物を加えた特殊な合金を採用する必要も無く、この点からも経済性の低下を招くおそれがない。さらには、本実施形態の製造方法によれば、所望形状の耐アーク電気接点を低コストで製作することができる。
【００５７】
上述したように、本実施形態によれば、高温のアーク遮断に伴う接点損耗を確実に抑えることができ、接点寿命が伸び、保守点検作業の実施間隔も開けることができ、作業の簡易化を進めることができた。しかも、特殊な合金材料を用いることなく、且つ構造面からのごく簡単な方法によって、高価なタングステンなどの希少金属の使用量を低減させることが可能であり、大幅な低コスト化に寄与することができる。
【００５８】
（８）他の実施形態
なお、図１に示した実施形態では、アーク接点表層部分に配した耐弧金属部１９の厚み寸法は均一としているが、必ずしも均一である必要はなく、必要に応じて不均一としても良い。
【００５９】
例えば、図７に示した耐弧金属部２９のように、先端部の厚さ寸法ｄ１を、円筒形状の厚さ寸法ｄ２よりも厚くしてもよい。このような実施形態によれば、耐弧金属部２９先端を厚くしたことで、亀裂１１の発生をより確実に防止することが可能である。
【００６０】
また、耐弧金属部の軸方向長さ寸法についても適宜変更可能であり、さらには耐弧金属部や接点母材の材料などについても適宜選択可能である。耐弧金属部の材料としては、銅タングステン合金の他、タングステン基焼結合金や、タングステンカーバイト基焼結合金などでも構わない。また、本発明の実施形態を用いる開閉器としては、図８に示したパッファ形ガス遮断器に限らず、断路器や負荷開閉器など、耐アーク電気接点を用いた開閉器にあれば、適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１…密閉容器
２…固定接点部
２ａ…固定通電接点
２ｂ…固定アーク接点
３…可動接点部
３ａ…可動通電接点
３ｂ…可動アーク接点
３ｃ…絶縁ノズル
３ｄ…パッファシリンダー
３ｅ…ピストンロッド
４ａ、４ｂ…導体
５…駆動装置部
６…アーク
７…ピストン
８…ガス流
９、１９、２９、３９…耐弧金属部
１０、２０…接点母材
１１…アーキングに伴い発生する亀裂
１２…アーキングに伴い発生する母材の溶損
２１…スケルトン構造の耐弧金属部材料
２２…溶融接点母材
２３…型
２４…耐アーク電気接点の最終加工形状
２５…加工用素材
Ａ…消弧ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流遮断時に発生するアークが接触する耐弧金属部と、この耐弧金属部よりも融点の低い金属を主体とする接点母材とから構成された耐アーク電気接点において、
前記耐弧金属部は、前記接点母材の先端部分を覆うように前記接点母材の表層部分に限定して形成されたことを特徴とする耐アーク電気接点。
【請求項２】
前記耐弧金属部の厚み寸法をｄ（ｍｍ）とした場合、開閉器の定格遮断電流をＩＳ（ｋＡ）、前記耐弧金属部において前記アークと接触し得る面積をＳ（ｍｍ２）、開閉器の定格遮断電流における最長のアーク点弧時間をＴｍａｘ（ｍｓ）として、
前記耐弧金属部の厚み寸法ｄは、０．００２４×［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］で決定される値以上であることを特徴とする請求項１記載の耐アーク電気接点。
【請求項３】
前記耐弧金属部の接点軸方向の長さ寸法をＬ（ｍｍ）とした場合、開閉器の定格遮断電流をＩＳ（ｋＡ）、前記耐弧金属層において前記アークと接触し得る面積をＳ（ｍｍ２）、開閉器の定格遮断電流における最長のアーク点弧時間をＴｍａｘ（ｍｓ）として、
前記耐弧金属部の接点軸方向の長さＬ寸法は、０．０３５×［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］で決定される値以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐アーク電気接点。
【請求項４】
前記接点母材は前記耐弧金属部よりも熱伝導率が高い金属からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐アーク電気接点が設けられた開閉器であって、
ガスで充たされた容器内に１対の耐アーク電気接点が配置され、通電時には両者を接触導通状態に保ち、電流遮断時には両者を開離させて前記ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断せしめるように構成され、
前記１対の接点を開離動作する際に接点間で発生したアークに前記ガスを吹付けるガス流発生手段が設けられ、
前記ガス流発生手段は、少なくとも１つの蓄圧空間と、前記蓄圧空間の圧力を上昇せしめる少なくとも１つの圧力上昇手段と、前記蓄圧空間と前記アークとを結ぶ少なくとも１つのガス流路とから構成され、
前記圧力上昇手段の少なくとも１つは、前記アークにおいて発生する熱エネルギーによりもたらされるように構成されたことを特徴とする開閉器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐アーク電気接点を製造する方法であって、
軸方向長さ寸法を前記耐弧金属部の軸方向長さ寸法Ｌ以上とした耐弧金属に、前記耐弧金属部にて覆われる接点母材先端部を成形するための窪みを形成し、当該窪みを付けた耐弧金属の底部および左右の肉厚寸法を、前記耐弧金属部の厚み寸法以上にして耐弧金属材料を製作する耐弧金属材料製作ステップと、
前記耐弧金属材料を所定の型の内部に配置して、溶融した接点母材を含浸させる接点母材含浸ステップと、
前記接点母材を含浸させた前記耐弧金属材料を冷却固化させて加工用素材を製作する加工用素材製作ステップと、
当該加工用素材を最終加工形状に切削加工する切削加工ステップを含むことを特徴とする耐アーク電気接点の製造方法。
【請求項１】
電流遮断時に発生するアークが接触する耐弧金属部と、この耐弧金属部よりも融点の低い金属を主体とする接点母材とから構成された耐アーク電気接点において、
前記耐弧金属部は、前記接点母材の先端部分を覆うように前記接点母材の表層部分に限定して形成されたことを特徴とする耐アーク電気接点。
【請求項２】
前記耐弧金属部の厚み寸法をｄ（ｍｍ）とした場合、開閉器の定格遮断電流をＩＳ（ｋＡ）、前記耐弧金属部において前記アークと接触し得る面積をＳ（ｍｍ２）、開閉器の定格遮断電流における最長のアーク点弧時間をＴｍａｘ（ｍｓ）として、
前記耐弧金属部の厚み寸法ｄは、０．００２４×［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］で決定される値以上であることを特徴とする請求項１記載の耐アーク電気接点。
【請求項３】
前記耐弧金属部の接点軸方向の長さ寸法をＬ（ｍｍ）とした場合、開閉器の定格遮断電流をＩＳ（ｋＡ）、前記耐弧金属層において前記アークと接触し得る面積をＳ（ｍｍ２）、開閉器の定格遮断電流における最長のアーク点弧時間をＴｍａｘ（ｍｓ）として、
前記耐弧金属部の接点軸方向の長さＬ寸法は、０．０３５×［ＩＳ２／Ｓ］×［Ｔｍａｘ１．５］で決定される値以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐アーク電気接点。
【請求項４】
前記接点母材は前記耐弧金属部よりも熱伝導率が高い金属からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス遮断器。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐アーク電気接点が設けられた開閉器であって、
ガスで充たされた容器内に１対の耐アーク電気接点が配置され、通電時には両者を接触導通状態に保ち、電流遮断時には両者を開離させて前記ガス中にアーク放電を発生させ、そのアークを消弧することで電流を遮断せしめるように構成され、
前記１対の接点を開離動作する際に接点間で発生したアークに前記ガスを吹付けるガス流発生手段が設けられ、
前記ガス流発生手段は、少なくとも１つの蓄圧空間と、前記蓄圧空間の圧力を上昇せしめる少なくとも１つの圧力上昇手段と、前記蓄圧空間と前記アークとを結ぶ少なくとも１つのガス流路とから構成され、
前記圧力上昇手段の少なくとも１つは、前記アークにおいて発生する熱エネルギーによりもたらされるように構成されたことを特徴とする開閉器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の耐アーク電気接点を製造する方法であって、
軸方向長さ寸法を前記耐弧金属部の軸方向長さ寸法Ｌ以上とした耐弧金属に、前記耐弧金属部にて覆われる接点母材先端部を成形するための窪みを形成し、当該窪みを付けた耐弧金属の底部および左右の肉厚寸法を、前記耐弧金属部の厚み寸法以上にして耐弧金属材料を製作する耐弧金属材料製作ステップと、
前記耐弧金属材料を所定の型の内部に配置して、溶融した接点母材を含浸させる接点母材含浸ステップと、
前記接点母材を含浸させた前記耐弧金属材料を冷却固化させて加工用素材を製作する加工用素材製作ステップと、
当該加工用素材を最終加工形状に切削加工する切削加工ステップを含むことを特徴とする耐アーク電気接点の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１６３６８（Ｐ２０１２−２１６３６８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０００８（Ｐ２０１１−８０００８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【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１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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