JPH0113619B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空しや断器に関するもので、その目
的は真空しや断器全体を非磁性部材で構成するこ
とにより高周波電流開閉用の真空しや断器として
適用可能とすることにある。

真空しや断器を構成する真空容器は、円筒と円
筒の上下端を密封する端板で構成されるものであ
る。そして、円筒の材質としては一般に絶縁耐力
維持を目的に絶縁物であるセラミツク又は硬質ガ
ラスが使用されており、かつ上下の端部には次に
述べる上下端板と上記円筒の接合のための加熱に
よる熱膨張差を吸収するため円筒の材質と熱膨張
係数の近似したFe―Ni合金やFe―Ni―Co合金等
の接合金属を使用している。一方、上下端板には
ステンレスが用いられ、上記の接合金属を介して
円筒の両端に端板を固着している。

また、真空容器に収納される構成部材のうち導
体にはCuもしくはAlを、電極にはCuを主成分と
したものを、ベローズにはステンレスもしくはリ
ン青銅を、シールドには鉄もしくはCuをそれぞ
れ材質に選定しているのが一般的である。

上記の構成部材のうち、とくに円筒の両端に装
着されており、絶縁部材からなる円筒とステンレ
スからなる上下端板との接合金属であるFe―Ni
合金、Fe―Ni―Co合金等は、円筒の材質がセラ
ミツクまたは硬質ガラスであることによつて固有
に限定されており、これまでに、上記の接合金属
以外の材質が適用されにくかつた。その理由は、
接合金属として、軟いCuを用いることも考えら
れていたが、Cuの熱膨張率とセラミツクや硬質
ガラスのそれとの差が大きく、そのためにろう付
け後の徐冷によつて接合金属と円筒との間にろう
付け不良が生じると考えられていたからである。
しかして、この接合金属は磁性材料であることか
ら、高周波電流の通電に対し、うず電流による抵
抗加熱で溶損しやすく、周波数にして数100Hz、
電流にして数100Aまでの能力であり、近年特に
必要とされて来ている数ＫHz、数100Aの高周波
電流開閉用のしや断器への適用を不可能にさせて
いた。

本発明は上記の欠点を解決するために提案され
たもので、その特長は円筒を非磁性のステンレス
で構成し、一方円筒の端部を密閉する上下の端板
をセラミツク円板にて構成し、このステンレスと
上下端板を、両部材の材質の相違による熱膨張差
を吸収する部材としてCu部材からなるリング状
の接合部材を介して一体に接合することにより真
空容器を構成し、さらにCuもしくはAlの導体と、
Cuを主成分とする電極部と、ステンレスもしく
はリン青銅からなるベローズ等が上記真空容器内
に配設されて全構成部材が非磁性であり、それ故
に高周波電流の開閉に適する真空しや断器が構成
されるものである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明に係る真空しや断器の縦断面図
で、この真空しや断器は、金属円筒１の両端に無
機絶縁物からなる絶縁端板２，２をリング状の接
合部材３，３を介在させて気密に接合して真空容
器４を形成し、各絶縁端板２から真空容器４内に
相対的に接近離反自在に導入した対をなす導体、
つまり固定、可動電極棒５，６を介して１対の固
定、可動電極７，８を接触離反自在に設けて構成
されている。

すなわち、真空容器４の一部を構成する金属円
筒１は、非磁性材料にして、かつ機械的強度の高
いオーステナイト系ステンレス鋼からなるもの
で、円筒状に形成されている。金属円筒１の両端
内周部には、第１図、第２図に示すように、その
内径より大径の段付嵌合部９が設けられている。
金属円筒１の各段付嵌合部９には、金属円筒１の
内部両端付近に対向配置した円筒状の補助シール
ド１０，１０が、それぞれの外端部に一体成形し
たフランジ部１０ａを介して嵌合されるととも
に、ろう付けにより各フランジ部１０ａの外周面
を接合して固着されている。各補助シールド１０
は、非磁性材であるオーステナイト系ステンレス
鋼からなるもので、後述するアークシールドと相
俟つて固定、可動電極７，８の接離により生ずる
金属蒸気が各絶縁円板２の内端面あるいは後述す
るベローズに付着するのを防止するためのもので
ある。

また、金属円筒１の各段付嵌合部９には、リン
グ状にして、かつ、軸方向（第１図において上下
方向）の筒部３ａとこれに直交する径方向（第１
図において左右方向）のフランジ部３ｂとからな
る断面Ｌ字形に形成された前記接合部材３が、そ
の筒部３ａを介して嵌合されるとともにろう付け
により気密に接合されている。各接合部材３は、
熱膨張係数の異なる金属円筒１と絶縁端板２との
気密接合の信頼性を高めるためのもので、非磁性
材料にして、かつ、セラミツク等の無機絶縁物か
らなる絶縁端板２とのろう付けによつて生ずる熱
応力により、ろう付け後の徐冷過程において塑性
変形自在な銅からなり、それぞれのフランジ部３
ｂが金属円筒１の内方に位置するが如くして設け
られている。

ここで、従来一般に採用されていたリング状の
接合部材がFe―Ni材、あるいはFe―Ni―Co材で
あるのに変わつてCuを採用した理由は次のとお
りである。非磁性材であること。真空中での
高温ロー付けによりCuが軟化し、塑性変形し易
く、セラミツクとCuの膨張係数の差によつて生
ずる熱の残留応力をCu部材が吸収できること。
比重が大で、なまつているための弾性係数の低
下により振動をよく吸収できること（減衰の時定
数が短い）。これはセラミツクが脆性材料である
ため弾性係数が比較的大きな割に引張破断強度が
低いものである。接合金属としてCuを用いる
のは好ましくないと当業者間では考えられてお
り、そのために使用されなかつたが、実際に使用
してみたところ、セラミツク等との熱膨張率の差
が大きいことに比べ、塑性変形のしやすいことや
前記の理由から、使用上問題がないことが判明し
た。

本発明で接合部材にCuを採用したのは以上の
諸点に帰因するもので、Fe―Ni材もしくはFe―
Ni―Co材の場合、振動の減衰に時間を要し、繰
返しの疲労破壊のレベルが低下するためである。

つぎに、前記各接合部材３には、前記絶縁端板
２がそれぞれ嵌合されるとともに気密に接合され
ている。この絶縁端板２は、アルミナセラミツク
あるいは結晶化ガラス等の無機絶縁物からなるも
ので、中央部に孔１１を設けた円板状に形成され
ており、孔１１の内周面及び一端面における外周
縁部付近には、この絶縁端板２と同等の熱膨張係
数のMn―Ti合金あるいはMo―Mn―Ti合金等か
らなるメタライズ層１２，１３がそれぞれ形成さ
れている。なお、各絶縁端板２のメタライズ層１
２，１３の形成に際しては、孔１１の内周面及び
一端面における外周縁部付近に研削加工が施され
るものであり、一端面における外周縁部付近に
は、研削加工を容易にするために0.1〜0.5mm程度
突出した環状突出部１４が形成されているもので
ある。そして、各絶縁端板２は、それぞれの接合
部材３の筒部３ａに嵌合されるとともに、ろう付
けによりその一端面のメタライズ層１３を接合部
材３のフランジ部３ｂに気密に接合されている。

前記一方の絶縁端板２の孔１１には、リング状
にして、かつ、軸方向の筒部１５ａとこれと直交
する径方向の係止部１５ｂとにより断面Ｌ字形に
形成された補助部材１５が、その筒部１５ａを介
して嵌合されるとともにろう付けによりメタライ
ズ層１２に気密に接合されている。

この補助部材１５は、金属円筒１と絶縁端板２
との間に介在された前記接合部材３と同様に、一
方の絶縁端板２とこれに気密に接合される前記固
定電極棒５との熱膨張係数の差異によつて生ずる
熱応力により、両者の接合部分における気密接合
の信頼性の低下を防止するためのもので、アルミ
ナセラミツク等からなる絶縁端板２とのろう付け
によつて生ずる熱応力により、ろう付け後の徐冷
過程において塑性変形自在な銅（Cu）からなる。
そして、真空容器４内には、銅あるいは銅合金か
らなり、非磁性体である固定電極棒５が、補助部
材１５を挿通して導入されている。固定電極棒５
は、補助部材１５の内径とほぼ同等の外径を有す
るもので、その長手方向の中央部付近の周溝５ａ
に嵌合したスナツプリングの如き止め輪１６を補
強部材１５の係止部１５ｂに当接することによつ
て他方の絶縁端板２方向への移動を規制されると
ともに、ろう付けにより補助部材１５の筒部１５
ａと気密に接合されている。

前記固定電極棒５の内端部には、前記補助シー
ルド１０より大径のカツプ状に形成されたアーク
シールド１７が、その開口端を一方の絶縁端板２
に対向せしめるとともに、その底部中央に設けた
孔１８を介して嵌装されている。そして、アーク
シールド１７は、固定電極棒５の内端付近の周溝
５ｂに嵌合した止め輪１９により他方の絶縁端板
２方向への移動を規制されるとともに、ろう付け
により固定電極棒５の内端部付近に固着されてい
る。アークシールド１７は、前述した一方の絶縁
端板２側の補助シールド１０と協働して金属蒸気
の一方の絶縁端板２への付着を防止するためのも
ので、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、
その開口端部付近と一方の絶縁端板２側の補助シ
ールド１０の開口端部付近とは、固定電極棒５を
中心とする同心状に重畳されている。また、固定
電極棒５の内端部には、ほぼ円板状に形成され
Cuを主成分とする前記固定電極７が、その接触
裏面（第１図において上面）中央部に穿設した凹
部７ａを介して嵌合されるとともにろう付けによ
り固着されている。

前記他方の絶縁端板２の孔１１には、真空容器
４に同心状に収納された非磁性体であるオーステ
ナイト系ステンレス鋼またはリン青銅からなるベ
ローズ２０が、その一端の内径側を軸方向へ延伸
して形成して嵌合されるとともにろう付けにより
メタライズ層１２に気密に接合されている。ベロ
ーズ２０の他端には、第３図に示すように、その
内径側を軸方向へ延伸するとともに内方へ屈曲し
た断面ほぼＶ字状の載置部２０ｂが一体成形され
ている。そして、真空容器４内には、ベローズ２
０の中心部を挿通した前記可動電極棒６が、その
内端部をベローズ２０の載置部２０ｂから適宜に
突出せしめて導入されている。可動電極棒６は、
CuあるいはAlからなり、非磁性材であるもので、
その内端部付近の周溝６ａに嵌合したスナツプリ
ングの如き止め輪２１をベローズ２０の載置部２
０ｂに当接することによりその他方の絶縁端板２
方向への移動を規制されるとともに、ろう付けに
よりその内端部付近がベローズ２０、載置部２０
ｂと気密に接合されている。

前記可動電極棒６の内端部には、前記固定電極
棒５のアークシールド１７と同様に、他方の絶縁
端板２側の補助シールド１０より大径のカツプ状
に形成されたアークシールド２２が、その開口端
を他方の絶縁端板２に対向せしめるとともに、そ
の底部中央に設けた孔２３を介して嵌装されてい
る。そして、アークシールド２２は、止め輪２１
により他方の絶縁端板２方向への移動を規制され
るとともに、ろう付けにより可動電極棒６の内端
部付近に固着されている。なお、このアークシー
ルド２２の開口端部付近は、第１図に示した投入
状態において、他方の絶縁端板２側の補助シール
ド１０の開口端部付近と、可動電極棒６を中心と
する同心状に重畳されるように設けられているも
のである。また、可動電極棒６の内端部には、ほ
ぼ円板状に形成された前記可動電極８が、その対
向裏面（第１図において下面）中央部に穿設した
凹部８ａを介して嵌合されるとともにろう付けに
より固着されている。そして、可動電極８の対向
面には、その中心を中心とする円形の溝８ｂが穿
設されており、この溝８ｂには、リング状の接触
子２４が対向面から適宜に突出して嵌合されると
ともにろう付けにより固着されている。

以上の構成からなる真空しや断器を製造するに
は、真空しや断器をその各構成部材間にろう材を
介装せしめて仮組立し、ついで真空炉中でろう付
けする。まず、真空しや断器を仮組立するには、
他方の絶縁端板２をメタライズ層１３が上面とな
るように水平に支持し、ベローズ２０の筒部２０
ａを孔１１に嵌合するとともに、第１図に示すよ
うに、ろう材２５を孔１１の周辺に載置する。つ
いで、他方の絶縁端板２の外周に補助部材３をそ
のフランジ部３ｂとメタライズ層１３との間にろ
う材２５を介在せしめて嵌合する。さらに、この
補助部材３に、補助シールド１０をろう材２５を
介在せしめて一端の段付嵌合部９に嵌挿した金属
円筒１を嵌合する。そして、ベローズ２０に可動
電極棒６を挿入するとともに、第３図に示すよう
に、止め輪２１を介して可動電極棒６を載置部２
０ｂに載置し、かつ、載置部２０ｂと可動電極棒
６との間にろう材２５を配材する。

なお、可動電極棒６の上端には、アークシール
ド２２がろう材２５を介在せしめた止め輪２１に
係止されてあらかじめ嵌装されているとともに、
接触子２４をろう材を介在せしめて溝８ｂに嵌着
した可動電極棒８がその凹部８ｂの底部にろう材
を介在せしめてあらかじめ嵌着されているもので
ある。また、可動電極棒６のベローズ２０の載置
部２０ｂへの載置は、補助シールド１０を接合部
材３上に載置した後に行い、その後に金属円筒１
の下端を接合部材３に嵌合するようにしてもよい
ものである。

上述した如く他方の絶縁端板２上に可動電極８
等の可動側及び金属円筒１を仮組立した後に、固
定電極７等の固定側を金属円筒１の上端に仮組立
する。すなわち、固定電極７をろう材を介在せし
めて下端部に嵌着した固定電極棒５を、金属円筒
１の中心に位置するが如くして可動電極８の接触
子２４上に載置する。固定電極棒５にアークシー
ルド１７を嵌装するとともに、その下端部付近の
止め輪１８にろう材２５を介在せしめて係止す
る。ついで、金属円筒１の上端の段付嵌合部９
に、補助シールド１０のフランジ部１０ａをろう
材２５（第２図参照）を介在せしめて嵌合すると
ともに、接合部材３の筒部３ａを同様にろう材２
５を介装せしめて嵌合する。そして、一方の絶縁
端板２をその孔１１に固定電極棒５を挿通させる
とともにそのメタライズ層１３と接合部材３のフ
ランジ部３ｂとの間にろう材を介在せしめて接合
部材３の筒部３ａに嵌合する。さらに、固定電極
棒５に補助部材１５を嵌装するとともに、補助部
材１５の筒部１５ａを固定電極棒５と孔１１のメ
タライズ層１２との間に挿入し、かつ、補助部材
１５の係止部１５ｂと一方の絶縁端板２との間及
び補助部材１５の係止部１５ｂと固定電極棒５と
の間にそれぞれろう材を介装する。そして、固定
電極棒５の中央部付近の周溝５ａを補助部材１５
の係止部１５ｂより上方に位置せしめるととも
に、この周溝５ａに止め輪１６を嵌合すると真空
しや断器の仮組立が完了する。

上述した如く仮組立した真空しや断器を、
10^-5Torr以下の圧力に排気自在の真空炉中に納
置して加熱する。なお、加熱は排気と脱ガスおよ
びろう付け部の酸化膜除去をかねるのでろう材が
とけぬ温度なら加熱温度が高い方が良く、真空度
も10^-5Torr以下が望ましい。ついで、真空炉中
を、オーステナイト系ステンレス鋼の表面の活性
化のため900℃以上1050℃未満の温度に上昇する
ともに、10^-5Torr以下の圧力に排気しながらろ
う材２５により各構成部材間を気密に接合する。
そして、真空炉内を徐冷（炉冷）により所定温度
まで下降させ、この温度で所定時間保持した後再
び徐冷により室温まで低下させた後、あるいは真
空炉内が徐冷によつて室温となつた後に真空しや
断器を取出すと所望のものが得られる。

なお、上述した製造方法において、オーステナ
イト系ステンレス鋼からなる金属円筒１あるいは
ベローズ２０等のろう付け部分に、あらかじめニ
ツケルメツキ処理を施しておくことにより、加熱
温度の上限を900℃以下とすることができる。

ここで、アルミナセラミツク等の無機絶縁物か
らなる絶縁端板２とオーステナイト系ステンレス
鋼からなる金属円筒１とが熱膨張係数が大きく異
なるにもかかわらず、銅からなる接合部材３を介
在せしめることにより、真空容器における接合部
の気密性及び機械的強度を高いものとすることが
できるのは、以下の理由によるものと考えられ
る。

すなわち、温度に対する銅の抗張力と伸び及び
鉄の抗張力と伸びは、横軸に温度(℃)、縦軸に抗
張力（Kg／mm²）と伸び(%)をとつた第４図におい
て曲線A₁，A₂及び曲線B₁，B₂で示すように、抗
張力は温度の下降に従つて増大し、伸びは温度の
下降に従つてほぼ減少することが知られている。
従つて、銅からなる接合部材３あるいは金属円筒
１が、900℃以上1050℃未満の高温でアルミナセ
ラミツク等の無機絶縁物からなる絶縁端板２ある
いは銅からなる接合部材３にろう付けされると、
真空炉中における徐冷過程において、銅はその抗
張力がアルミナセラミツク等の無機絶縁物の機械
的強度に比して非常に小さいので、ろう付けによ
つて生じた熱応力により塑性変形され、室温まで
冷却した際における真空容器の接合部の気密性が
損なわれることがないとともに、その接合部の残
留熱応力が極めて小さくなるものと考えられる。

また、アルミナセラミツク等の無機絶縁物から
なる絶縁端板２とオーステナイト系ステンレス鋼
からなるベローズ２０との接合を、気密性及び機
械的強度の高いものとすることができるのは、ベ
ローズ２０は、通常0.1〜0.2mm程度と極めて薄く
形成され、かつ、両者のろう付けによつて生ずる
熱応力が絶縁端板２の機械的強度に比して極めて
小さいので、ベローズ２０自身が塑性変形するも
のと考えられる。

以上説明したように、本発明に係る真空しや断
器によると、金属円筒１をオーステナイト系ステ
ンレス鋼とし、絶縁端板をセラミツク材とし、さ
らに金属円筒と絶縁端板をCuの接合部材を介し
て真空容器を形成し、さらに、CuもしくはAlよ
りなる導体つまり電極棒とセラミツク端板との接
合部及び非磁性のステンレスよりなるベローズと
セラミツクの絶縁円板との接合部にはCuを介在
させていることにより、真空しや断器の全構成部
材が非磁性材にて形成されており、それ故に従来
のように磁性材料を一部に用いていることにより
高周波電流の通電に対してうず電流による抵抗加
熱で溶損するようなことがなく、高周波電流開閉
器真空しや断器として非常にすぐれた効果を有す
るものである。さらに、Cuの接合部材を介して
金属円筒と絶縁端板とを接合することにより、該
金属円筒を絶縁端板の熱膨張係数とは無関係に機
械的強度の高い、かつ非磁性材料のオーステナイ
ト系ステンレス鋼とすることができ、ひいては、
真空しや断器を、温度上昇が低いとともに、磁歪
振動による騒音が無く、かつ、投入、しや断時の
衝撃に耐え得るものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る真空しや断器の実施例の
縦断面図、第２図、第３図はそれぞれ前記実施例
の真空しや断器における要部の拡大断面説明図、
第４図は銅及び鉄の温度に対する抗張力と伸びの
関係を表した説明図である。 １…金属円筒、２…絶縁端板、３…接合部材、
４…真空容器、５…固定電極棒、６…可動電極
棒、７…固定電極、８…可動電極、１１…孔、２
０…ベローズ、２５…ろう材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 非磁性体のステンレス鋼を用いてなる金属円
   筒の両端に無機絶縁物からなる絶縁端板を、熱応
   力により塑性変形自在で、かつ非磁性体である
   Cuからなるリング状の接合部材を介在させて、
   該接合部材と絶縁端板の接合部に非磁性金属より
   なるメタライズ層を形成してこれらを真空炉中で
   気密ろう付け接合して真空容器を形成し、前記真
   空容器内に１対のCuを主成分とする電極を各絶
   縁端板から相対的に接近離反自在に導入した１対
   のCuもしくはAlからなる電極棒を介して接触離
   反自在に設け、さらに一方の絶縁端板と可動電極
   との間を気密に封止するためのベローズを非磁性
   体のステンレス鋼もしくはリン青銅から構成する
   ことにより、全ての構成部材を非磁性体で構成し
   た高周波電流開閉用の真空しや断器。