空気焼入鋼HMDの諸性質について

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空気焼入鋼H仙Dの諸性質について

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概 中生産量向きの冷間ダイス鋼として開発されたHMD銅について,その主要な性f号を現川鋼種SBDおよび SLD鋼と比較した｡HMDは850℃からの空冷によF)最高焼入硬度を-ソ･え,120￠材を空冷して十分内部まで 硬化する｡焼戻ほ硬度と靭性(じんせい)値の関係よF)160∼250℃が適当である｡本鋼はSBDと何等ないし それ以上の耐摩耗性を示し,熱処理変形率はSLDよりやや大きく,SBDよりかなり小さい｡靭性ほ両者より も大である｡ 第1蓑 _′1.レし 学 成 分 (%)

1.緒

R 日進月歩の発娯を遂げている電子工業川部-一打1や,家庭電文ほ旨具部 I姑などのように,つねに設計変更の行なわれる部品,あるいはさほ ど!ヒ産量の多くない執甘■の加⊥に用いられる技塾および絞f)型柑と しては高品位かつ高価なものほ必要でない｡まず,廉仙で熱処理の 容払なことが必要である｡ア宍冷によって焼入硬化が可能な空気流入 鋼ほ複雑な形状のものでも焼割jtや変形が少なく,このような用途 にもっとも適するものである｡ 従来,精締汀丁抜用形鋼としてはSBD,SCO,CRl)やSLD(いず れも安来冷閃ダイス鋼)などが川いられていたが,SBI〕とCRDほ 仙焼入鋼であり,SC上)およびSLDが乍㌫己魔人銅として使川されて いた｡この後の二者はCrおよぴMoによって焼人性をリーえたもの で耐伴+三毛性もありすぐれた抜型材であるが,上記のような用途に対 してはさらに廉価であることが望ましい｡ このような臼的にそうものとして,主としてMnによって焼入性 を与えた高Mn-Cr椚Mo系鋼(0.7∼1.00C,0.10へ･0.20Si,1.80､2.30 Mn,1.00∼2.20Cr,1.00∼1.10Mo)について研究を行なった｡そ の結果,C量が増加すると炭化物量多く,搬度も高くなるが焼入性 が悠くなり,Cr量が増すと焼入性は増大するが執性を低￣卜するこ となどが判明した｡これらの結果を総括して,Cr量を1.0∼1.5% に押え,さらに耐摩耗性を上界するためにMo,Ⅴを涼如した新鋼 種HMDが生まれた｡ここでは空去も焼入銅HMDの詔性質をSBD およびSLDと比較調査した結架について述べる｡

2.実験方法および結果

2.1試 料 試料ほ1t高畑波電気炉で溶製し,15mm角,32mm￠および60 mm角に鍛伸した｡第】表にHMDの成分規格および試料の化学成 分を示す｡ 2.2 _{変 態} 占 7￠×70mmの試料を用い佐藤式敷膨張計により測定した｡加熱 や炉冷の際の加熱速度および冷却速度ほいずれも5℃/minで,ま た空冷ならびに炉冷の際のオーステナイト化温度は850℃とした｡ 第2表に測定結果を示す｡Mnを含有するたぎ〕加熱変態温度が低く, かつ加熱および炉冷の際に生ずる変態の1く可逆性が人きい｡また空 冷によりマルチンサイト変態をごL起しておりMs点は166℃と脱 い｡ * 日立金属工業株式会社 安来工場冶金研究所 ** 口立金属工業株式会社 特殊鋼部技術課 ***日立金属工業株式会社 安来工場冶金研究所 試 料 HMD J戊分規格 HMD SBI) SIノⅠ￣) 収分月ユ格

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0.009 0.006 Cr l.0 へノ1.5 1.28 1.31 11.00 ∼13.00 第2未 変態′･､㌧淵J定総見 W 1.24 Mo l.3 ∼1.8 1.75 0.80 ∼1.20 V O.2 ∼0.3 0.28 0.20 へノ0.50 加 _熱 753∼785 〔ルト ■ レ十 糾 監 炉 冷

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657∼627 オーステナイト化温圧 850℃

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_∴___一__▲+⊥一l ｢即 即口 挽 熊 温 置け.) 第1岡 焼鈍温度と樅度の関係 ソu _冷 166 第2囲 780℃焼鈍糾織(×200) 2.3 _{焼 鈍 硬 度} 15mmf勺に鍛伸したものより良さ12mlTlの試料を製作し,前述 の変態ノよ測定結巣に基づt･､て760∼800℃に各1時間加熱後20℃/h の冷却速度で600℃まで徐冷し,以卜炉[い冷却を行なったものにつ いで姥虔を測達した｡第1図にその結果を示す｡780℃焼鈍したも のの硬度がもっとも低い｡また第2図ほ780℃より焼鈍したものの 組織を示す｡本納の焼鈍温度は780℃付近が適当であり,白鍵性が 人きいので徐冷を十分行なう必要がある｡以上の結架より次項以下 の各実験に供したふ〔料にはすべて780℃の焼鈍を行なった｡ 2.4 _{熱処≡哩性質} 14ゥ1×12mmlの試料を用い800∼900℃の終温虻に15分間加熱 後乍冷し,硬度を測定した｡次に8￠×20mmlの武料を川い800∼ 900℃に10分間加熱後空冷したものについて弾劾検流計法により 飽和磁気の強さを求め,焼鈍材の飽和磁気の威さを韮御こして,各 試料の残留オーステナイト量を推走した｡第3図ほ結果を示してい る｡ 鮨入沢度850℃にて以高地度H一く(c)65.2をホし,それ以上の焼入 恥度にこおいてほ温比の高いものはど度度が低下する｡一力残留オー ステナイトほ焼人温度の高いものはど,その量を増す｡つぎに弟4 ∼る図に800･∼900℃の各狙度より空冷したものの組織を示す｡い ずれも徴抑なマルテンサイト＋残留オーステナイトの地に球状の炭

2016 _{昭和38年12月} FF 朗 陀 打 田 (0)芸 岨 瓜岬 即 即 邸 刀 刃 川 β ヘビだ蛸⊥＼トトK-七細怒 ハ〓∪ 釦 J￣々

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β2J βよフ βガ 煉 人温 度(Oc) 第3岡 _{焼人温度と硬度および残尉} オーステナイト量の関係 タβC 第4図 800℃ 焼入覿織

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即β○(フ 第5図 850℃焼入組織 βクJロC タ7J℃ 第6図 900℃焼人組織

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7α) 2βO Jββ イββ Jββ ∂ββ _7βロ 焼 戻温度(○(フ) 第7図 _{焼戻温度と硬度の関係}

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Jβロ ブβJ Jロ∂ 慌 戻 _選 定(ロC) 4ロβ 第8岡 焼戻温度と残留オーステナイトの関係

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化物が分布した組織を示すが,焼入温度の高いものほどマトリック

ス中により多くの炭化物を固浴するため,残留している炭化物の量 を減少している｡ 舞7図は前述の焼入硬度試料を100∼700℃に各1時間焼戻した 場合の焼戻温度と硬度の関係を示す｡800∼鮎0℃ _{より焼入せるも} のは焼戻温度が高くなるにつれて硬度が低下する｡一方875∼900℃ よiフ焼人したものにおいては焼戻温度250∼500℃における硬度低 下ほ少なく,600℃以上の焼戻においては他の焼人温度の場合に比 較して高艇度を示し,焼戻軟化抵抗が大きい｡ 次に弟8図は800∼900℃より空冷したものを100∼400℃の各温 度に1時間加熱し焼戻した場合の残留オーステナイト量の推定結果 を示す｡800∼825℃より焼入したものは250℃,850∼900℃より焼 入したものは300℃の焼戻により残留オーステナイトが消失し,焼 入温度の高いものほど分解しがたい傾向を示している｡ 以上の諸結果より本鋼の熱処理ほ焼入温度820∼870℃,焼戻は 160･∼250℃の範囲内において用途により所要の硬度の得られる温 度をこて行なうことが望ましい｡ 2.5 _焼 入 性 14￠×15mmの試料を用い850℃にて15分間加熱後空冷,アス ベスト中冷却,イソライト煉瓦中冷却,炉中冷却などにより種々の 冷却速度を与え,その半冷時間と硬度の関係を求めて焼入性を調べ た｡ 半冷時間の測定は試料中央に3￠×5mmの穴をあけその中に熱電 対をそう入し,冷却時,焼入温度と等温の差の舛の温度まで冷却 するに要する時間を測った｡ 第9図に測定結果を示す｡比較のためSBD,SLDの測定結果も 併記した｡HMDの焼入性は良好でSBDはもちろんSLDに比較し

-86-空

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ノβ _Jβ2 化)J ノ▼βイ ｡ 時 間(∫) 第13国 師 混 食 態 ｢う(】 (空気取入まま) ∂ロロ℃ β2占℃ βj■β℃ β7∫℃ β♂βdC β ロ.J 7.♂ ロ β.J/:♂ ロ α5■/β ロ α∫ エβ β α古J.β たわみ (単位爪m) 第14図 焼入温度と荷煮たわみ曲線の関係 てもよく,半冷時間32分でも硬度低【F少なく硬度ほHR(c)62.6を 示した｡それと同一硬度を示すSBDやSLDの半冷時間はそれぞれ 1分および15分でHMDの焼入性が非常によいことがわかる｡次 にこれらHMDの各試料について組織を調べた｡弟10∼12図にそ

の組織を示す｡半冷時間32分の試料は,冷却速度の速い空冷したも

のと同様に微細なマルテンサイトの組織を示す｡半冷時間74分の .試料は冷却中にパーライト変態が生じ わずかながら一次トールス タイトが析出している｡半冷時間168分のものにおいては変態はか なり進行し一次トールスタイトおよびパーライトの析出量ほかなり 多い｡以上の結果から本鋼の焼入時における冷却速度ほ半冷時間で 約32分以下にする必要がある｡一方すでに明らかにされているとこ ろによれば(1)約110mm￠材を空冷した場合に中心の半冷時間は約 32分である｡したがって本鋼は110￠以下であれば中心まで等硬度 に焼入可能である｡ 2.る _{恒温変態図} 10￠×5mmの試料を用いオーステナイト化温度を850℃とし8 分間加熱後200∼750℃の各恒温洛中に急冷し,その温度に10秒∼ 6時間保持後水冷したものについて硬度および組織を調べ恒温変態 図を作製した｡舞13図はその結果を示す｡パーライト変態の開始 線はSLDのノーズが700℃,5分の点にあるのに対し,660℃,10 分の点にあって,かなり長時間側にあることがわかる｡430∼540℃ の温度範囲でオーステナイトは準安定である｡ベイナイト変態は約 360℃にノーズを示し,その変態開析ほ約20分でSLDの約60分

忙比較すると短い｡

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/一〃Mβ ∩〕 ⊥ ∫ 古2 _【対 ざJ ♂♂ (E∈し 穂七廿 M 硬 度 仙(C) 第16図 硬度と靭件の関係 2.7 _{執 性} 5￠×70mmの試料を800∼900℃の各温度に加熱後空気焼入した ものについて支点閉居巨維50mmで曲げ試験を行なった結果を弟14 図に示す｡800∼850℃にて焼入したものほ焼入温度の高いものほど 硬度を高めるとともに破断荷電,破断時のたわみ量は減少する｡ま た荷東たわみ曲線ほ破断に薫るまで直線で弾性変形をなしているこ とがわかる｡次に875∼900℃焼入したものの荷重一たわみ線図は曲 線化し,弾性限界が下がって塑性変形量を増していることがわかる｡ 弟15,1占図に850℃より空気焼入したものを100∼350℃の各温 度に1時間加熱焼戻したものについて同様に曲げ試験を行なった結 果を示す｡100∼250℃にて焼戻したものは焼戻温度の高いほど硬度 は下がるが,荷重-たわみ緑園は直線的で弾性変形を示し破断荷屯 たわみともに増加して靭性を向上している｡300∼350℃にて焼戻し たものにおし､ては250℃焼戻のものにくらべて硬度は低いにもかか わらず,300℃焼戻の場合靭性が低下している｡原因はこの付近の 温度で残留オーステナイトが分解してベイナイト様の組織となるこ と,この温度付近でセメンタイトの析出が進むこと(2),などが影響 しているものと考えられる｡また350℃焼戻の場合300kg以上の 荷電では塑性変形が著しい｡

以上のことより焼戻温度としては低温焼戻脆性(ぜいせい)の生じ

2018 _{昭和38年12月} 第3表 摩耗試験条件 _1土 ･荷 二症 30kg ･良太圧縮比力 30.25kg/mm2 ･潤 捕▲ 油 な L ･最初,7xlO4lrll転悸さつLたヰ)♂_)の前i了1を基咋≒に後2×10ヰri+にとの悸さつ, 摩耗による垂品の減少品を計った_, ･熱 処 二曜 HMt):850℃?:号気焼入150､′250℃の各犯歴に1h焼戻 SBDさ 825℃油舵 入 _{200㌧250℃の各温度に1h焼床} SLD:1,025℃油焼入150､250､〕C(/)各温度に1h旋アナ三 ･上方試験汁速度 640rpm トノJ試験什速度 800rpm ナノくりキミ2〔I% β.ログ∂ 佗ロイrβ nロJβ dβJ4 ら

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百β 67 庁2 ざ3 硬 笈 〃々(C) 第17図 酸 度 と 摩 耗 呈 J_ニ長芋チラ向 β中ズββm爪 //〃ロ ∫⊥β ∫β∠〕 Jノ

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評

論

第45巻 窮12号 第4蓑 試料の化学成分

空--㌃竺--L一三-Bl呂二冒…

ふっロU〔T Si O.34 0.33 ㌢一 7 串間- -j 5■ロβqC 7 晴間-- -5ロODc

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7時間 Mn P I S INilCrlMolVICu 2.3010.O1910.00810.0311.3711.50F _O.2710.08

2･15卜ワニ竺1竺l_旦空

8占ロマ_フ 月.C

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β∫00c 40分 βJβ℃ ーーーーアロ分-｢ 1.4411.7710.2810.07 50￠×110mm 月.C125￠×250mm 30×120×240mm 月.C 第19国 名種焼入試料の焼入線岡 第17図ほその結果を示す｡HMD,SBDとも,上ブイ,下方試験片 l司一鋼憧どうしの共ずりを行なった｡この結果からHMDの耐摩耗 件ほSBDに劣らないことがわかる｡ 2.9 変 形 率 本銅種の特長である廃人時の変形率が小さいと言う点について検 討するため,8￠×80mmlの試料を用いて実験を行なった｡HMD ほ850℃2㌍冷,SBDは825℃油冷,SLDほ1,025℃空冷後,100∼ 300℃で1時間焼戻を行なった場合の変形量を焼鈍状態の寸法を基 準にして測定した｡その結果を第18図に示す｡200℃までは焼戻温 度の高くなるほど変形率が減少し,200∼300℃では焼戻温度が高く なるほど変形率ほ士削口している｡これほさきに明らかにしたように 850℃胱人した HMD _{の残留オーステナイトが250℃付近の焼戻} により分解する,その影撃と考えられる｡なおSBDにおいても同 一珊l_bと考えられる｡また各焼戻温度における変形率はSLDはど 小さくないがSBDよりHMDのほうが小さい｡ 2.10 質 量 効 果 さきに述べたように本納種の焼入性は良好であったが,実際太物 付を焼入し質量効果について検討した｡ 右て糾ま第l表に示した化学成分のものを60角に鍛伸し780℃にて 焼鈍後54mm￠×110mmlに仕上げたもの,第4表のAの化学成分 のものを125￠×250mmに仕上げたもの,同じく弟4表のBより30 ×120×240mmに仕上げたものを用い,エレ/ミス炉にて第19図に

-88-空 気

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nU 7 (0〕芸魅髄 しノ 川 二ここ 桝 已彗 第20図 硬 度 測 止 場 所 J4/刀m中 ∂∫βOc空冷 ナ 2♂ /ロ ロ ブ口 中心よりの距缶(仰m〕 第21図 断 正1i硬 度 分 布 /プ∫′｢刀〝J平 方JJbc空;去 2β ご7 JJ 々β J♂ プβ 7ロ ♂ /ロ ごご Jβ イ♂ JJ 鑑占 宇･･Lよ【ぃつ距艶(仰) 第22図 断 面 轍 度 分 布 示す方法によって焼入Lた｡ついで丸棒こ試料については%Jの断面 の硬度,乎形試料については第20図にホす場所の断面硬度を測定 し,舞21∼23図に各試料の断面硬度の測定結果を示す｡いずれも 外側祁と■-ト山部における硬度差はほとんどなく,その質量劫火ほ小 さい｡ 2.11サブゼロ処理 サブゼロ処理は打抜型などの工具類においてほかたさの増加と性 能向上に役だち,またゲージや軸受などの精軒機械部■㍍】-でほ組織が 安定化されて寸法形状の経年変化を防止するうえに非常に有効であ るなどの点により広く適用されている(3)｡ 弟24図は3叫×60mmの試料を850℃より空冷後,ただちにサ ブゼロ処理(【30℃×30min,-60℃×2h,一80℃×2h)を行ない 100∼250℃で焼戻を行なった場合の硬度を示したものである｡ゲー ジ類としては耐摩耗性を電視するためにHR(c)63以上が必要とさ れるが,このような目的に対しては,サブゼロ処理後150℃以￣Fで 焼戻すことが必要である｡

3.痕

口 以__LHMDについて研究した結果を要約するとつぎのとこねりであ る｡ 弓7ピ を +7:tく 他ノ ごしフ､りごr/＼'ごJクノワノ7ノ ♂紺℃空〉古 /端部/中心部 J:J7 イロ 7(フ 〔J 〔ヒ ユニ 僻ざβ 粘く 2019 ∠J (1 中′こ､よりの距艶 ごロ 上7J 第23図 断 面 硬 度 分 布 βJβ℃空気坂入 ∫リムーZe/10 月.C こ〉リ 〉>ロ _{7βロ 2β♂} βββ 炊 戻温度(Oc) 第24図 _{サブゼロ処理したものの焼戻温度} と硬度の関係 (1)850℃付近の焼入により力量高硬度が得られる｡これ以上の 脱皮では残留オーステナイト量が増し,硬度は低下する｡850℃ 以下の温度より焼入したものは焼戻軟化抵抗を減ずる｡残留オー ステナイトは250∼300℃の焼戻により分解する｡また靭性試験 の紡果より,300℃焼戻により脆性をさ1ミずる｡ 以l二の結果より焼入温度は820′∼870℃,焼戻温度は用途によ り適当なかたさが得られるよう160′∼250℃の矧榊こて子テなう｡ (2)焼入性はきわめて大きく半冷時間32分でもパーライト変 態ほ起こらず,S山線の変態開始時間は,かなりの艮時Rj順如こあ る｡したがって120￠あるいは30×120×240mmの大きさのも のを空気焼入しても質量効果による硬度の低￣Fは小さい｡ (3)焼入による変形量ほSBDに比較して小さく,SLDより大 きい｡また等硬度における靭性はSBD,SLDよりよく,耐峰耗 性はSBDに劣らない｡ (4)ゲージ用としてサブゼロ処坪をした場合,硬度は高くなり ゲージに必要なかたさHR(c)63.0以上の硬度を150℃焼戻によ り得られる｡ 終りにのぞみ本研プEの遂行にあた∼)ご指導いただいた桧垣工場長 広IR冶金研究所副所長ならびに新持研究部長に厚く感謝の怠を表す る｡ 参 薯 文 献 小柴,括永:｢鉄と鋼+44,487(椚33-4) 佐藤二 特殊鋼 _9(1960-9)46 金属熱処理技術便覧 _{305(昭36-9日刊工業)}

2020

特

許

の

紹

介

特許策406150号

油

入

電

気

機

変圧器,リアクトル,遮断器等の仙入電気械器油槽に取り付けられ る放圧装置は,定常状態では膜板によって閉鎖するようにしている が,異常圧力発生時にこの映板を破壊して故山するように構成され ているため,作動摸も機器油槽内の淋ま外気と接触し,吸湿,酸化す るし,膜板ほ油槽内の内部圧力変化による膨縮応力を繰り返Lて受 けるから,長期間の使用により疲労破壊する不都合が起こる｡この ため従来は放圧装置の放圧口付近へ弁体を酎設し,異常圧力発生時 には弁体を開放作動して放出するようにし,定常状態に戻ると同時 に自動的に弁体を閉鎖して外気が楼器帥倍内に浸入しないようにし た装置があるが,構造が複雑化する難点があった｡ 凄′

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この発明は,上記の点を改良し,新規な構成の放圧装置を提供す るもので,舞1図に示すように鉄心2及び巻線3よりなる変圧器本 体1を収納し,クーラー4,プッシソグ5,コンサベータ6を取り付 けた油槽7に設けられる放正装置8を第2図に示すように,油槽上 部より突設した導管9とこの開口を包囲する蓋体10及びこの密閉を 行うポケット11より構成している｡これらは外気より保護するカバ ー12に覆われ,ポケット11内にほ油等の封塞液13を封入し,蓋 休10には定常状態において変化する油槽7の内部圧力変動によって 上方へ変化しないように,適当な重量の蛮錘14を取付けている｡ 油槽7内に異常圧力が発生した場合には,蓋体10は重錘の重力に 抗して押し上げられ,圧力がなおも急激な場合にほ蓋体10ほ端部が ポケット11の封寒液13より抜け出,弟3図に示すように形成され た間隔より外部へ放出されるが,油槽7内が定常状態近くになれば, 蓋体10は電錘14によって自動的に下降してポケット11に入り,外 気と遮断する｡垂錘14の代りに弟4図に示すものではバネ15によ って同様の働きをさせている｡ この発明によれば,簡単な構成で油槽内の異常圧力を放出でき, 旺ノブ放出後も自動的に閉鎖できるから外気が泣入し,油を劣化させ ることがない｡ (白 土) 7 _ノβ /しヲ /ム ､9 /プ 一/2 /ロ 第2巨くr 第3図 第4図 特許弟400615号 空 気 この発明ほ内部断路形空気遮断講話に関するもので絶縁台1卜に安 打されて?ヒ気手摺を兼用した高圧遮断室1内にナッシング2および3 にL司起された同定接触子4および5と,それらを枯結する叫動子6 とを附置し,遮断三三の卜刀にはゃミ気的に叫朝子6を駆動するシリン ダ装置16を設けたものであるっ 凶ホの閉路状態では駆動シリンダ 16のビストソ15上宝は制御弁20を通して遮断宝1と同じ高旺空 ･気もで充気されており,矢印方向の差働力により接触圧力を与えてい る｡遮断動作ほ駆動シリンダ16の匠気を排出することにより行わ れ,ピストン15が_l二万に動くと介｢Jllをふさいでいた弁板13がL助 するため可動了∴函9内の圧力が下り,可動子6は差忙力により_1ニガ に駆動されて同定接触子との接触を開く｡すると接点問にはア〉ク が発生するが可動子6のノズル7および8,弁口11,排気孔17を 通して流れる高速気流によって吹き椚される｢.可動子6が全ストロ ーク移行すると弁板14が弁口11を下側からJ)さぎ断路状態とする ものである｡ 本発明によれは空気溜と遮断室と拙作較構部とが一体となって絶 縁台上に支持されているため,高速度劇作が可能であり,断路絶緑 は高旺遮断室内の高旺空気にエって与えられるため,各部の寸法を 従来の外部断路形空気遮断器に比べ,著しく小さくすることができ Q｡ (岩 田)

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