JP2014116183A

JP2014116183A - 真空バルブ

Info

Publication number: JP2014116183A
Application number: JP2012269138A
Authority: JP
Inventors: Keisei Seki; 経世関; Hiroki Sekimori; 裕希関森; Kiyoshi Osabe; 清長部; Hiromichi Somei; 宏通染井; Kiyotaka Miyata; 清隆宮田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-06-26

Abstract

【課題】ろう付け時のＡｇとＣｕの反応を抑え、低サージ性と大電流遮断性を兼備した接点を得る。
【解決手段】導電成分がＡｇ、耐弧成分がＷＣで構成される円板状の接触部材１１と、接触部材１１の外周に設けられる導電成分がＣｕ、耐弧成分がＴｉＣで構成されるリング状の非接触成分１２とで構成される接離自在の接点５を有する真空バルブにおいて、接触部材１１と非接触部材１２とを凸状の電極板１３に固着するとともに、接触部材１１の下面と非接触部材１２の上面とを同一面とすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブに関する。

先ず、図４を参照して真空バルブの構成を説明する。同図において、アルミナ磁器からなる筒状の絶縁容器１の両端開口部には、固定側封着金具２と可動側封着金具３封着され、内部圧力が１０^−２Ｐａ以下の真空となっている。固定側封着金具２には、一方の電路となる固定側通電軸４が貫通固定され、絶縁容器１内の端部に固定側接点５が固着されている。固定側接点５に対向し、接離自在の可動側接点６が他方の電路となる可動側通電軸７の端部に固着されている。可動側通電軸７の中間部には、一方の端部が封着され、他方の端部が可動側封着金具３に封着された伸縮自在のベローズ８が設けられている。これにより、絶縁容器１の真空を保って可動側通電軸７を軸方向に移動させることができる。絶縁容器１内には、接点５、６の開閉時に発生する金属蒸気や溶融金属がベローズ８に付着しないようにベローズカバー９が設けられ、また、絶縁容器１内壁に付着して絶縁抵抗が低下しないように筒状のアークシールド１０が設けられている。

真空バルブの製造にあたっては、固定側については、固定側接点５と固定側通電軸４と固定側封着金具２をろう付けで固定し、固定側の部分組立部品とする。可動側については、可動側接点６と可動側通電軸７とベローズ８とベローズカバー９と可動側封着金具３をろう付けで固定し、可動側の部分組立部品とする。また、絶縁容器１にアークシールド１０を著しい動きがないように固定し、絶縁容器組立部品とする。これら３組立部品をろう付けで固着し、真空バルブを作り上げる。

真空バルブの特性は、接点材料に依存するところが大きく、低サージ性を重視するものでは、導電成分にＡｇを用い、耐弧成分にＷＣを用いたＡｇ−ＷＣ系接点材料が用いられる。しかしながら、Ａｇ−ＷＣ接点材料は、Ｃｕ−Ｃｒ系接点材料などに比べて遮断性能が劣る傾向にある。

このため、低サージ性と大電流遮断性を両立する方策として、中央部の接触部分にＡｇを主成分とした接点材料を用い、外周の非接触部分にＣｕを主成分とした接点材料を用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、接触部分にＣｕを主成分としたＣｕ−ＴｉＣ系接点材料を用い、非接触部分にＣｕ−Ｃｒ系接点材料を用いるものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、Ｃｕ−ＴｉＣ系接点材料を単独で用いるものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

これらの方策により、低サージ性と大電流遮断性を兼備することが可能となるが、以下の問題がある。

接触部分にＡｇ系、非接触部分にＣｕ系の接点材料を用いると、真空バルブの製造中にＡｇとＣｕの反応が進み接点組成に変化が起きることがある。例えば、特許文献１に開示されているように、Ｃｕと耐弧成分から構成された接点材料の母材に部分的にＡｇを溶浸し、中心部をＡｇリッチとし、外周部をＣｕリッチとした場合、真空バルブの製造工程において、Ａｇ／Ｃｕ共晶温度以上のろう付けを行うと、組成が変化する恐れがある。

また、接触部分や非接触部分にＣｕ−ＴｉＣ接点材料を用いると、接触抵抗が安定しないことがある。この要因としては、ＴｉＣ粉末が矩形状で高硬度のため、接点表面の摩擦係数が大きくなり、接触面同士のすべりが阻害されることが挙げられる。

また、これらの開示事項から、例えば、Ｃｕ系接点材料にＡｇ系接点材料を載置する構成が考案されるが、この方法では、真空バルブ製造時のろう付けにより、Ｃｕ系接点材料とＡｇ系接点材料の接触部分でＡｇとＣｕの反応が進行する恐れがある。また、リング状のＣｕ系接点材料に円板状のＡｇ接点材料を嵌め合わせることが考案されるが、上記と同様に、ろう付け時に嵌め合わせた界面部分において、互いが溶融しアークの移行の妨げになることがある。この界面の反応を抑制するため、Ｎｉなどの反応防止層を設けることが考えられる。しかしながら、界面にＮｉ箔の設置や、少なくとも一方の接点材料にＮｉめっきをしなくてはならず、Ｎｉめっきのマスキングなど工数が増え煩雑な作業となる。

特開平１１−２０３９９５号公報特開平１０−８３７４６号公報特開平１１−１６４５５号公報

本発明が解決しようとする課題は、真空バルブ製造時のろう付けを実施しても低サージ性と大電流遮断性を損なうことがなく、両特性を兼備できる接点を有する真空バルブを提供することにある。

上記課題を解決するために、実施形態の真空バルブは、導電成分がＡｇ、耐弧成分がＷＣで構成される接触部材と、前記接触部材の外周に設けられる導電成分がＣｕ、耐弧成分がＴｉＣで構成される非接触成分とで構成される接点を有する真空バルブにおいて、前記接触部材と前記非接触部材とを凸状の電極板に固着するとともに、前記接触部材の下面と前記非接触部材の上面とを同一面とすることを特徴とする。

本発明の実施例１に係る真空バルブに用いられる接点の構成を示す図。本発明の実施例２に係る真空バルブに用いられる接点の構成を示す図。本発明の実施例３に係る真空バルブに用いられる接点の構成を示す図。真空バルブの構成を示す断面図。

本発明の実施形態は、Ａｇを主成分とする導電成分とＷＣを主成分とする耐弧成分からなる接点材料を接触部材とし、Ｃｕを主成分とする導電成分とＴｉＣを主成分とする耐弧成分からなる接点材料を非接触部材とした接点を用いる真空バルブである。この場合、真空バルブを製造するときのろう付け時に、ＡｇとＣｕが反応し安定した接点が得られ難いので、以下の手法を用いた。

先ず、円板状のＡｇ−ＷＣ合金よりなる接触部材と、接触部材を囲むようなリング状のＣｕ−ＴｉＣ合金よりなる非接触部材を、凸状の電極板、または凸状に加工した通電軸端部に、直接、ろう材で固着する。この場合、接触部材の下面と非接触部材の上面が同一面になるように、中央部が突出した突出部の高さと外径を調整するものである。なお、接触部材の下面と非接触部材の上面は、軸方向と直交する。

ここで、同一面とは、寸法公差、組立誤差、温度変化による差異などの不確定要件を許容するものである。任意的に上面と下面のレベルに差を設けるものは除かれる。

これにより、非接触部材上に接触部材が位置しないため、ＡｇとＣｕの反応を抑えることができる。また、接触部材と非接触部材が半径方向に連続的に位置するので、アーク移動を阻害することはない。また、大電流遮断後に非接触部材のＣｕ−ＴｉＣ合金の成分が接触部材側に移行したとしても、既に大電流エネルギーを受けているため、ＴｉＣ粒子は丸みを帯び矩形状を保っていないため、接触抵抗の上昇を抑制することができる。

更に、接触部材と非接触部材をろう付けする電極板、または通電軸端部にＮｉめっきを施しＮｉ層を設けておけば、更に優れた特性を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。なお、接点は、固定側を用いて説明する。また、真空バルブの構成は、従来と同様であるので、その説明を省略する。

先ず、本発明の実施例１に係る真空バルブを図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る真空バルブに用いられる接点の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。なお、従来と同様の構成部分は、同一符号を付した。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、固定側接点５は、円板状の接触部材１１と、接触部材１１の外周に位置するリング状の非接触部材１２と、これらを固定する凸状の電極板１３で構成されている。電極板１３の中央部に突出した円柱状の上面１３ａには接触部材１１、外周部のリング状の段差面１３ｂには非接触部材１２が固着されている。接触部材１１の下面と非接触部材１２の上面は、同一面にある。同一面とは、前述の通り、寸法公差、組立誤差、温度変化による差異などを許容するものである。接触部材１１と対向する電極板１３の軸方向には、固定側通電軸４が固着されている。

以下、これらの製造方法を説明する。

先ず、Ａｇ−５０（ｖｏｌ％）ＷＣ合金をφ２０ｍｍ×ｔ３ｍｍに加工し、接触部材１１とする。Ｃｕ−５０（ｖｏｌ％）ＴｉＣ合金を外径φ４０ｍｍ、内径φ２０ｍｍ、厚さ３ｍｍに加工し、非接触部材１２とする。中央部にφ２０ｍｍの突出部を有し、その外周に中央部よりも３ｍｍ低いφ３０ｍｍの凸状の電極板１３を用意する。上面１３ａを有する突出部の外径は、非接触部材１２の内径よりも僅かに小さい。

次に、電極板１３の上面１３ａとその外周面、段差面１３ｂに厚さ１０μｍのＮｉめっきを施した後、段差面１３ｂにφ２８ｍｍ−φ２２ｍｍ×ｔ０．２ｍｍのＰｂろう材を挟んで、非接触部材１２を載置する。また、上面１３ａにφ１８ｍｍ×ｔ０．２ｍｍのＡｇろう材を挟んで、接触部材１１を載置する。これを１０^−２Ｐａ以下の真空雰囲気中で８７０℃にてろう付けを行い、接点５を組立てる。次に、この接点５、固定側通電軸４、固定側封着金具を、真空雰囲気中で８７０℃にてろう付けを行い、固定側の部分組立とする。同様に、可動側も部分組立を行う。更に、絶縁容器も部分組立を行う。これら３者を真空雰囲気中で８３０℃にてろう付けを行い、真空バルブ全体の形状を作り上げる。

上記実施例１の真空バルブによれば、非接触部材１２上に接触部材１１が位置せず、また、接触部材１１の下面と非接触部材１２の上面が同一面にあるため、ＡｇとＣｕの反応を抑えることができる。これにより、真空バルブ製造時のろう付けを実施しても低サージ性と大電流遮断性を兼備した接点５を得ることができる。

上記実施例１では、接触部材１１と非接触部材１２の固着に電極板１３を用いて説明したが、固定側通電軸４の端部を凸状の形状に加工し、直接、接触部材１１と非接触部材１２を固着しても同様の効果を得ることができる。なお、電極板１３や固定側通電軸４端部のＮｉめっきは必須構成ではなく、接触部材１１の下面と非接触部材１２の上面を同一面とすることにより、ＡｇとＣｕの反応を大きく抑制することができる。以降の実施例においても同様である。

また、接点５の組立、固定側の部分組立、可動側の部分組立、絶縁容器の部分組立の全てを同一工程で実施することも可能である。

また、大電流遮断後に非接触部材１２のＴｉＣ粒子が接触部材１１側に移行したとしても、大電流エネルギーを受け、丸みを帯び矩形状を保っていないため、接触抵抗の上昇を抑制することができる。更には、ＴｉＣ粒子の製造に粉砕工程を入れず、摩擦攪拌などの工程で微細化すれば、略球状の粒子を得ることができ、接触抵抗特性を更に向上させることができる。

次に、本発明の実施例２に係る真空バルブを図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る真空バルブに用いられる接点の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、非接触部材の形状である。図２において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、非接触部材１２にスパイラル状の複数本のスリット１４を設けている。そして、接触部材１１の下面と非接触部材１２の上面は、同一面にある。

以下、これらの製造方法を説明する。

先ず、Ａｇ−５０（ｖｏｌ％）ＷＣ合金をφ２０ｍｍ×ｔ３ｍｍに加工し、接触部材１１とする。Ｃｕ−５０（ｖｏｌ％）ＴｉＣ合金を外径φ６０ｍｍ、内径φ１８ｍｍ、厚さ７ｍｍに加工し、更に複数本のスリット１４を設け、非接触部材１２とする。中央部にφ１８ｍｍの突出部を有し、その外周に中央部よりも７ｍｍ低いφ３０ｍｍの凸状の電極板１３を用意する。上面１３ａを有する突出部の外径は、非接触部材１２の内径よりも僅かに小さい。

次に、電極板１３の突出した上面１３ａとその外周面、段差面１３ｂに厚さ１０μｍのＮｉめっきを施した後、段差面１３ｂにφ２８ｍｍ−φ２０ｍｍ×ｔ０．２ｍｍのＰｂろう材を挟んで、非接触部材１２を載置する。また、上面１３ａにφ１６ｍｍ×ｔ０．２ｍｍのＡｇろう材を挟んで、接触部材１１を載置する。これを真空雰囲気中で８７０℃にてろう付けを行い、接点５を組立てる。その後、実施例１と同様に、固定側、可動側の部分組立、全体組立を行い、真空バルブを作り上げる。

上記実施例２の真空バルブによれば、スパイラル電極にも適用することができ、実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の実施例３に係る真空バルブを図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る真空バルブに用いられる接点の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、縦磁界電極を設けたことである。図３において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、電極板１３には、縦磁界を発生するコイル電極１５が通電ピン１６で接続されている。そして、接触部材１１の下面と非接触部材１２の上面は、同一面にある。

以下、これらの製造方法を説明する。

先ず、Ａｇ−５０（ｖｏｌ％）ＷＣ合金をφ２０ｍｍ×ｔ３ｍｍに加工し、接触部材１１とする。Ｃｕ−５０（ｖｏｌ％）ＴｉＣ合金を外径φ６０ｍｍ、内径φ１８ｍｍ、厚さ３ｍｍに加工し、非接触部材１２とする。中央部にφ１８ｍｍの突出部を有し、その外周に中央部よりも３ｍｍ低いφ６０ｍｍの凸状の電極板１３を用意する。上面１３ａを有する突出部の外径は、非接触部材１２の内径よりも僅かに小さい。また、コイル電極１５と通電ピン１６を用意する。

次に、コイル電極１５の所定の外周位置にＰｂろう材を挟んで通電ピン１６を載置し、更に通電ピン１６にＰｂろう材を挟んで電極板１３を載置する。Ｎｉめっきを施した電極板１３の段差面１３ｂにφ５０ｍｍ−φ２０ｍｍ×ｔ０．２ｍｍのＰｂろう材を挟んで非接触部材１２を載置する。また、上面１３ａにφ１６ｍｍ×ｔ０．２ｍｍのＡｇろう材を挟んで接触部材１１を載置する。これを真空雰囲気中で８７０℃にてろう付けを行い、接点５を組立てる。その後、実施例１と同様に、固定側、可動側の部分組立、全体組立を行い、真空バルブを作り上げる。

上記実施例３の真空バルブによれば、縦磁界電極にも適用することができ、実施例１と同様の効果を得ることができる。

以上述べたような実施形態によれば、ろう付け時にＡｇとＣｕの反応を抑えることができ、低サージ性と大電流遮断性を兼備した接点を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、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。

１絶縁容器
５固定側接点
６可動側接点
１１接触部材
１２非接触部材
１３電極板
１４スリット
１５コイル電極

Claims

導電成分がＡｇ、耐弧成分がＷＣで構成される接触部材と、
前記接触部材の外周に設けられる導電成分がＣｕ、耐弧成分がＴｉＣで構成される非接触成分とで構成される接点を有する真空バルブにおいて、
前記接触部材と前記非接触部材とを凸状の電極板に固着するとともに、前記接触部材の下面と前記非接触部材の上面とを同一面とすることを特徴とする真空バルブ。
導電成分がＡｇ、耐弧成分がＷＣで構成される接触部材と、
前記接触部材の外周に設けられる導電成分がＣｕ、耐弧成分がＴｉＣで構成される非接触成分とで構成される接点を有する真空バルブにおいて、
前記接触部材と前記非接触部材とを凸状に加工した通電軸端部に固着するとともに、前記接触部材の下面と前記非接触部材の上面とを同一面とすることを特徴とする真空バルブ。
前記非接触部材にスパイラル状の複数本のスリットを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブ。
前記電極板に縦磁界を発生させるコイル電極を設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記電極板、または前記通電軸端部にＮｉめっきを施したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブ。
前記非接触部材のＴｉＣ粒子を球状としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の真空バルブ。