CN1170215A

CN1170215A - 真空阀

Info

Publication number: CN1170215A
Application number: CN 97110237
Authority: CN
Inventors: 稻垣宏一
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-03-31
Publication date: 1998-01-14
Anticipated expiration: 2017-03-31
Also published as: CN1076117C; DE19718107A1; KR970076946A; KR100245343B1; JPH09320412A; DE19718107C2; JP3361932B2

Abstract

一种真空阀,其增强构件的中心孔孔径大于固定侧端板的中心孔孔径且小于固定侧电极棒的大直径部的外径。固定侧电极棒的小直径部和大直径部间的阶梯部与固定侧端板的中心孔周围气密性地钎焊接合,且小直径部从固定侧端板的中心孔伸出。增强构件以中心孔之间同轴的状态配置在固定侧端板的外壁面并与固定侧端板的外壁面钎焊接合。本发明可提供真空气密的可靠性高、强度高的真空阀。

Description

真空阀

本发明涉及真空阀，尤其涉及真空阀的固定侧端板的增强结构。

图7是譬如日本发明专利公开1985-205929号公报所公开的传统真空阀的剖视图。

图中，1是圆筒形氧化铝陶瓷等构成的绝缘容器，在该绝缘容器1的两端设有由约20μm的Mo-Mn构成的喷镀金属层(未图示)。2是固定侧端板，3是可动侧端板，这些固定侧及可动侧端板2、3分别通过钎焊而同轴状地装于绝缘容器1的两端。组装主要使用银丝钎料进行，固定侧端板2上钎焊接合着固定侧电极棒4，可动侧端板3上隔着波纹管6钎焊接合着可动侧电极棒5。7、8是分别与固定侧电极棒4和可动侧电极棒5钎焊接合且相向设置的电极。

波纹管6是用薄不锈钢制成蛇腹状，可在保证气密性的同时使可动侧电极棒5移动。9、10是防护罩，覆盖着绝缘容器1的内面及波纹管6，可防止绝缘容器1的内面及波纹管6被电弧所产生的金属蒸气污染。

11是对可动侧电极棒5的移动进行引导的树脂导向部，该树脂导向部11是在真空阀的钎焊组装完毕后通过螺钉等(未图示)安装在固定于可动侧端板3上的导向部安装板12上。

这里，固定侧端板2及可动侧端板3为了能在绝缘容器1、即氧化铝陶瓷上钎焊接合并使用，其材料采用热膨胀系数接近氧化铝陶瓷的Fe-Ni-Co合金或Fe-Ni合金，或虽然热膨胀系数相差很大，但可通过塑性变形减少残余应力的Cu-Ni合金。

无论使用何种材料，如果与陶瓷之间的钎焊部面积过大，就会增大残余应力，使陶瓷容易破损，而且该材料价格昂贵，故一般所用的材料厚度很薄(0.5～1mm左右)。

当把如此构成的真空阀用于高电压用途或大电流用途的场合，固定侧端板2的部分必须有高强度。即，在用于高电压用途的场合，因可动侧电极8在开闭时作高速动作，会在轴向对固定侧端板2施加巨大的交变载荷。另外，在进行大电流通电时在与轴垂直的方向会发生巨大的电磁力，这时，可动侧电极棒5在与轴垂直的方向受力，并按如下路线传力：树脂导向部11→导向部安装板12→可动侧端板3→绝缘容器1→固定侧端板2，以固定侧电极棒4为支点，在固定侧端板2上施加有巨大的弯曲应力。

因此采用传统的真空阀时，有巨大的交变载荷和弯曲应力施加于固定侧端板2，会破坏固定侧电极棒4与固定侧端板2之间的钎焊部的真空气密性。

还有，在绝缘容器1的两端设有由约20μm的Mo-Mn构成的金属导电层，在真空阀用于更高电压的场合，绝缘容器1的端部会成为锐边，导致电场极高。

为了消除这类固定侧电极棒4与固定侧端板2之间的钎焊接合部真空气密性遭破坏的问题；过去一般如图8所示，采用在固定侧端板2与固定侧电极棒4之间钎焊接合增强构件13以进行增强的方法。

即，在固定侧电极棒4的端部设置小直径部4a，在固定侧端板2的中心设置供该小直径部4a穿过的孔，在圆盘状增强构件13的中心设置供该小直径部4a穿过的中心孔。这时，在固定侧端板2和增强构件13上穿设的中心孔形成相同内径。

又如图9所示，把增强构件13与固定侧端板2重叠，使固定侧电极棒4的小直径部4a穿过这些中心孔。用固定侧电极棒4的小直径部4a将增强构件13与固定侧端板2定位，且设置成同轴状。接着，在固定侧电极棒4的大直径部4b和小直径部4a间的阶梯部与增强构件13之间配置钎料16b，进而在增强构件13与固定侧端板2之间配置钎料16a，并在高温还原气氛中使钎料16a、16b熔融接合。

另外，为了消除这种绝缘容器1的两端电场极高的问题，传统如图10所示，一般是采用安装电场衰减环的方法。

即，在固定侧电极棒4的端部设置小直径部4a，在固定侧端板2的中心设置供该小直径部4a穿过的孔，在有底圆筒状电场衰减环17的底面中心设置供该小直径部4a穿过的中心孔。这时，在固定侧端板2与电场衰减环17上穿设的中心孔形成相同内径。

如图10所示，把电场衰减环17与固定侧端板2重叠，使固定侧电极棒4的小直径部4a穿过这些中心孔。用固定侧电极棒4的小直径部4a将电场衰减环17与固定侧端板2定位，且设置成同轴状。接着，在固定侧电极棒4的大直径部4b和小直径部4a间的阶梯部与电场衰减环17之间配置钎料16b(未图示)，进而在电场衰减环17与固定侧端板2之间配置钎料16a(未图示)，并在高温还原气氛中使钎料16a、16b熔融接合。这时的电场衰减环17沿固定侧端板2向外方延伸，然后向下垂，其端部延伸到绝缘容器1的内部。因此绝缘容器1的端部一侧被电场衰减环17所覆盖，从而可抑制绝缘容器1端部的电场升高。进而，把电场衰减环17与固定侧端板2的内壁面钎焊接合，以增强固定侧端板2。

传统真空阀的固定侧端板2采用上述的增强构造或电场衰减构造，因与固定侧电极棒4之间的钎焊部是涉及真空气密的部位，故要求进行无空隙的均匀钎焊。然而，实际上因固定侧端板2与增强构件13或电场衰减环17之间的钎焊面积很大，故难以做到均匀钎焊，而且为使零件在重叠时没有间隙，要求有精密的平面度，势必造成成本上升。

本发明的目的在于消除上述问题，提供一种具有高度可靠的真空气密性、高强度、低成本的真空阀。

本发明的第1方案是一种真空阀，具有：圆筒状绝缘容器；分别以闭塞该绝缘容器的状态安装在该绝缘容器两端的固定侧端板及可动侧端板；在大直径部的轴向一端形成小直径部、使该小直径部从固定侧端板的中心孔伸出、把小直径部与大直径部间的阶梯部气密性地钎焊接合于固定侧端板的中心孔周围、且以固定侧电极在轴向另一端位于绝缘容器内的状态安装的固定侧电极棒；一端安装有可动侧电极且以该可动侧电极位于绝缘容器内的状态经过波纹管而气密性地安装在可动侧端板上、使该可动侧电极与固定侧电极接离的可动侧电极棒；其特点是，具有孔径尺寸大于固定侧端板中心孔孔径尺寸的中心孔的圆盘状增强构件以中心孔之间相互同轴的状态配置在固定侧端板的外壁面上，并与固定侧端板的外壁面钎焊接合。

本发明的第2方案是在上述第1方案的真空阀上，增强构件中心孔的孔径尺寸是固定侧电极棒的小直径部外径与大直径部外径之间的中间尺寸。

本发明的第3方案是在上述第1方案的真空阀上，在小直径部和大直径部间的阶梯部与固定侧端板之间安装具有孔径尺寸与固定侧端板中心孔大致相同的中心孔的有底圆筒状电场衰减环，把该中心孔周围的底面的内壁面气密性地与小直径部和大直径部之间的阶梯部钎焊接合，且把该底面的外壁面与固定侧端板的内壁面气密性地钎焊接合，而且增强构件的中心孔孔径尺寸小于电场衰减环与固定侧端板之间的钎焊部最大尺寸，且大于固定侧电极棒小直径部的外径尺寸。

本发明的第4方案是在上述第1至第3的任一方案的真空阀上，固定侧端板和增强构件用同一种材料制作。

本发明的第5方案是在上述第1至第3的任一方案的真空阀上，固定侧端板用蒙乃尔(高强度耐蚀镍铜)合金制作，增强构件用SUS310制作。

对附图的简单说明

图1是本发明实施形态1的真空阀的剖视图。

图2是本发明实施形态1的真空阀的固定侧部分组装部件剖视图。

图3是本发明实施形态1的真空阀的可动侧部分组装部件剖视图。

图4是本发明实施形态1的真空阀的绝缘容器部分组装部件剖视图。

图5是本发明实施形态2的真空阀的剖视图。

图6是本发明实施形态3的真空阀的剖视图。

图7是传统真空阀的剖视图。

图8是又一例传统真空阀的剖视图。

图9是又一例传统真空阀的部分组装部件的剖视图。

图10是再一例传统真空阀的剖视图。

以下结合附图说明本发明的实施形态。

实施形态1

图1是本发明实施形态1的真空阀的剖视图，图中凡与图7到图10所示的传统真空阀相同或相当的部分均标上相同符号并省略对其说明。

图中，13是圆盘状增强构件，在该增强构件13的中心形成中心孔，其孔径大于固定侧端板2上穿设的中心孔。

以下说明该实施形态1的真空阀的制作方法。

首先结合图2说明固定侧部分的组装。

在固定侧电极棒4的小直径部4a与大直径部4b之间的阶梯部配设钎料14b，从其上面使小直径部4a插入固定侧端板2的中心孔以配置固定侧端板2。接着，在固定侧端板2上配置钎料14a，从其上面使小直径部4a插入增强构件13的中心孔以配置增强构件13。再把圆筒状陶瓷夹具15插入小直径部4a，将增强构件13定位。这时，陶瓷夹具15的内径与小直径部4a的外径大致相等，且其外径与增强构件13的中心孔孔径大致相等。因此增强构件13的中心孔与陶瓷夹具15配合，且与小直径部4a同轴定位，另外固定侧端板2的中心孔与小直径部4a配合，与小直径部4a同轴定位。

在固定侧电极棒4的一端隔着钎料14c而配设固定侧电极7。

然后，在高温的还原气氛中使钎料14a、14b、14c熔化，把固定侧端板2与固定侧电极棒4及增强构件13接合，并把固定侧电极棒4与固定侧电极7接合，由此组装成固定侧部分。

以下结合图3说明可动侧部分的组装。

在波纹管6的两端隔着钎料配置可动侧端板3和防护罩10。在可动侧电极棒5上隔着钎料配置可动侧电极8及防护罩10。在高温还原气氛中使钎料熔化，把可动侧电极棒5与可动侧电极8及防护套10接合，由此组装成可动侧部分。

以下结合图4说明绝缘容器部分的组装。

在绝缘容器1的两端部形成由约20μm的Mo-Mn构成的喷镀金属层。而且在绝缘容器1的内壁面形成阶梯，通过铆接或焊接将防护罩9固定在该阶梯部，由此组装成绝缘容器部分。

然后，把固定侧部分组装部件与可动侧部分组装部件配置在绝缘容器部分组装部件的两端，并在绝缘容器1的两端配置钎料后放置于真空炉内。将真空炉内的空气排出，直至达到10^-4Torr(毫米汞柱)以下的高度真空，用400～600℃的高温烘烤，在充分脱气后，再加热到钎料的融点，在将绝缘容器1两端的钎料熔化后冷却，最终进行气密封。接着把导向部安装板12固定于可动侧端板3的外壁面，再把树脂导向部11插入可动侧电极棒5，并紧固于导向部安装板12上，由此组装成真空阀。

在如此组装成的真空阀的固定侧部分，由于增强构件13的中心孔孔径大于固定侧端板2的中心孔孔径，且把该增强构件13与固定侧端板2的外壁面钎焊接合，故可增强固定侧端板部分的强度。因此，即使有交变载荷或弯曲应力施加于固定侧端板2，也不会破坏固定侧电极棒4与固定侧端板2之间钎焊接合部的真空气密性，可提高真空气密的可靠性。

另外，在真空阀的固定侧部分，由于增强构件13是与固定侧端板2的外壁面钎焊接合，该增强构件13不涉及真空气密性，故不要求无空隙的均匀完美的钎焊。从而可减少价格昂贵的钎料用量，还有，只需确保与真空气密有关的固定侧电极棒4小直径部4a和大直径部4b间的阶梯部与固定侧端板2之间的接合面的平面度即可，故便于固定侧零件的加工，可降低成本。

另外，作为导致真空阀相对轴心而倾斜的原因，图8所示的传统真空阀在固定侧电极棒4的小直径部4a和大直径部4b间的阶梯部的平面度、固定侧端板2的平面度、增强构件13的平面度及2处钎料16a、16a熔化时的下沉量方面存在误差，而在实施形态1中，只在固定侧电极棒4的小直径部4a和大直径部4b间的阶梯部的平面度、固定侧端板2的平面度、及1处钎料14b熔化时的下沉量方面存在误差。因此采用该实施形态1可减小真空阀相对轴心的倾斜度。

这里，如果增强构件13的中心孔孔径尺寸取固定侧电极棒4的小直径部4a和大直径部4b之间的中间尺寸，在供增强构件13接合的固定侧端板2的中心部就不存在薄壁部分，从弯曲力矩考虑可以提高强度。因此，最好把增强构件13的中心孔孔径尺寸做成固定侧电极棒4的小直径部4a与大直径部4b之间的中间尺寸。

实施形态2

图5是本发明实施形态2的真空阀的剖视图。

在该实施形态2中，固定侧端板18在其中心部开设孔径与小直径部4a的外径大致相等的中心孔，在其外周部设有向外方凸出的定位凸起18a。

其他构造则与上述实施形态1同样。

该实施形态2在固定侧电极棒4的小直径部4a与大直径部4b之间的阶梯部配设钎料14b(未图示)，从其上面使小直径部4a插入固定侧端板18的中心孔以配置固定侧端板18。接着，在固定侧端板18上配设钎料14a(未图示)，从其上面使小直径部4a插入增强构件13的孔中以配置增强构件13。因此，固定侧端板18的中心孔与小直径部4a配合，且与小直径部4a同轴定位，增强构件13的外周端面与定位凸起18a配合，与小直径部4a同轴定位。

在固定侧端板4的一端隔着钎料14c(未图示)而配设固定侧电极7。

然后，在高温的还原气氛中使钎料14a、14b、14c熔化，把固定侧端板18与固定侧电极棒4及增强构件13接合，并把固定侧电极棒4与固定侧电极7接合，由此组装成固定侧部分。

从而，采用该实施形态2，在组装固定侧部分时，不需要给增强构件13定位用的陶瓷夹具15，可提高组装效率。

实施形态3

图6是本发明实施形态3的真空阀的剖视图。

在该实施形态3中，电场衰减环19的底面外径大于固定侧电极棒4的大直径部4b的外径，在其底面的端部向内侧弯折，并延伸至略小于绝缘容器1内径的内径部分，在该处向与底面垂直的方向弯折，形成有底圆筒状。而且在其底面中心部开设有孔径与小直径部4a的外径大致相等的中心孔。在增强构件20的中心形成的中心孔小于电场衰减环19的底面外径且大于固定侧电极棒4的大直径部4b的外径。

其他构造与上述实施形态1相同。

在该实施形态3中，在固定侧电极棒4的小直径部4a与大直径部4b之间的阶梯部配设钎料，从其上面使小直径部4a插入电场衰减环19的中心孔，以配置电场衰减环19。接着在电场衰减环19上配设钎料，从其上面使小直径部4a插入固定侧端板2的中心孔，以配置固定侧端板2。再在固定侧端板2上配设钎料，从其上面使小直径部4a插入增强构件20的中心孔，以配置增强构件20。再把圆筒状的陶瓷夹具(未图示)插入小直径部4a，将增强构件20定位。这时，陶瓷夹具的内径与小直径部4a的外径大致相等，其外径与增强构件20的中心孔孔径大致相等。因此，增强构件20的中心孔与陶瓷夹具配合，与小直径部4a同轴地定位，另一方面，固定侧端板2及电场衰减环19的中心孔与小直径部4a配合，与小直径部4a同轴地定位。

另外，在固定侧电极棒4的一端隔着钎料而配设固定侧电极7。

然后，在高温的还原气氛中使钎料熔化，把电场衰减环19与固定侧电极棒4及固定侧端板2接合，并把固定侧端板2与增强构件20接合，进而把固定侧电极棒4与固定侧电极7接合，由此而组装成固定侧部分。

如上所述，该实施形态3的真空阀的固定侧部分把增强构件20的中心孔孔径尺寸做成小于电场衰减环19与固定侧端板2之间的钎焊部最大尺寸且大于固定侧电极棒4的大直径部4b的外径，并把该增强构件20与固定侧端板2的外壁面接合，故可以增强固定侧端板部分的强度。因此与上述实施形态1一样，可提高真空气密的可靠性。

又由于增强构件20是与固定侧端板2的外壁面钎焊接合的，该增强构件20不涉及真空气密性，所以不要求无空隙的、均匀完美的钎焊。可减少昂贵的钎料用量。

又由于涉及真空气密性的电场衰减环19与固定侧端板2间的钎焊面积可以缩小，故可进行无空隙的、均匀完美的钎焊，不会破坏真空气密的可靠性。

另外，只需确保电场衰减环19与固定侧端板2之间的接合面以及固定侧电极棒4的小直径部4a和大直径部4b间阶梯部与电场衰减环19之间的接合面的平面度，故固定侧零件容易加工，可降低成本。

还有，在该实施形态3中，增强构件20的中心孔孔径尺寸做成大于固定侧电极棒4的大直径部4b的外径，当然该增强构件20的中心孔孔径尺寸也可以是大于固定侧电极棒4的小直径部4a的外径。

实施形态4

该实施形态4是在上述实施形态1中用相同材料制作增强构件13与固定侧端板2。

当固定侧端板2与增强构件13的热膨胀系数相差很大时，由于钎焊后的冷却过程中的收缩不同，固定侧端板2会因为膨胀系数之差而略有变形，而在本实施形态4中，因增强构件13的材料与固定侧端板2相同，故可减少该变形，可制作高精度的真空阀。

在上述实施形态4中，增强构件13与固定侧端板2是用相同材料制作的，当然增强构件13与固定侧端板2也可用不同材料制作。当采用不同材料时，如果固定侧端板2的材料使用Cu-Ni合金、即蒙乃尔高强度耐蚀镍铜合金时，用SUS310作增强构件13的材料最合适。奥氏体不锈钢一般耐蚀性强，加工性也好，而其中尤以SUS310的通用性好，热膨胀系数与蒙乃尔高强度耐蚀镍铜合金最为接近，故可以制作变形少精度高的真空阀。

由于本发明采用以上构造，故具有以下效果。

本发明的第1方案是一种真空阀，具有：圆筒状绝缘容器；分别以闭塞该绝缘容器的状态安装在该绝缘容器两端的固定侧端板及可动侧端板；在大直径部的轴向一端形成小直径部、使该小直径部从固定侧端板的中心孔伸出、把小直径部与大直径部间的阶梯部气密性地钎焊接合于固定侧端板的中心孔周围、且以固定侧电极在轴向另一端位于绝缘容器内的状态安装的固定侧电极棒；一端安装有可动侧电极且以该可动侧电极位于绝缘容器内的状态经过波纹管而气密性地安装在可动侧端板上、使该可动侧电极与固定侧电极接离的可动侧电极棒；其特点是，具有孔径尺寸大于固定侧端板中心孔孔径尺寸的中心孔的圆盘状增强构件以中心孔之间相互同轴的状态配置在固定侧端板的外壁面上，并与固定侧端板的外壁面钎焊接合，故可提高固定侧端板的强度，抑制涉及真空气密的钎焊接合部发生接合不良，且可缩小涉及真空气密性的钎焊面积，可实现无空隙的均匀钎焊，提高真空气密的可靠性，同时不要求固定侧零件有精密的平面度，可得到低成本的真空阀。

本发明的第2方案是在上述第1方案的真空阀上，增强构件中心孔的孔径尺寸是固定侧电极棒的小直径部外径与大直径部外径之间的中间尺寸，故与增强构件一体化的固定侧端板的中心部不存在薄壁部分，可提高该固定侧端板的强度，提高真空气密的可靠性。

本发明的第3方案是在上述第1方案的真空阀上，在小直径部和大直径部之间的阶梯部与固定侧端板之间安装具有孔径尺寸与固定侧端板中心孔大致相同的中心孔的有底圆筒状电场衰减环，并把该中心孔周围底面的内壁面气密性地与小直径部和大直径部之间的阶梯部钎焊接合，且把该底面的外壁面与固定侧端板的内壁面气密性地钎焊接合，而且增强构件的中心孔孔径尺寸小于电场衰减环与固定侧端板间的钎焊部最大尺寸，且大于固定侧电极棒小直径部的外径尺寸，故与增强构件一体化的固定侧端板的中心部不存在薄壁部分，可提高该固定侧端板的强度，提高真空气密的可靠性。

本发明的第4方案是在上述第1至第3中任一方案的真空阀上，固定侧端板和增强构件用同一种材料制作，故在钎焊后的冷却工序中可抑制因膨胀系数之差引起的固定侧端板的变形。

本发明的第5方案是在上述第1至第3中任一方案的真空阀上，固定侧端板用蒙乃尔(高强度耐蚀镍铜)合金制作，增强构件用SUS310制作，故具有与上述第4方案相同的效果。

Claims

1.一种真空阀，具有：圆筒状绝缘容器；分别以闭塞该绝缘容器的状态安装在该绝缘容器两端的固定侧端板及可动侧端板；在大直径部的轴向一端形成小直径部、使该小直径部从所述固定侧端板的中心孔伸出、把小直径部与大直径部间的阶梯部气密性地钎焊接合于固定侧端板的中心孔周围、并以固定侧电极在轴向另一端位于所述绝缘容器内的状态安装的固定侧电极棒；一端安装有可动侧电极且以该可动侧电极位于所述绝缘容器内的状态经过波纹管而气密性地安装在所述可动侧端板上、使该可动侧电极与所述固定侧电极接离的可动侧电极棒；

其特征在于，具有孔径尺寸大于所述固定侧端板的中心孔孔径尺寸的中心孔的圆盘状增强构件以中心孔之间相互同轴的状态配置在所述固定侧端板的外壁面上，并与所述固定侧端板的外壁面钎焊接合。

2.根据权利要求1所述的真空阀，其特征在于，增强构件中心孔的孔径尺寸是固定侧电极棒的小直径部外径与大直径部外径之间的中间尺寸。

3.根据权利要求1所述的真空阀，其特征在于，在小直径部和大直径部间的阶梯部与固定侧端板之间安装具有孔径尺寸与固定侧端板的中心孔大致相同的中心孔的有底圆筒状电场衰减环，把该中心孔周围的底面的内壁面气密性地与小直径部和大直径部之间的阶梯部钎焊接合，且把该底面的外壁面与固定侧端板的内壁面气密性地钎焊接合，而且增强构件的中心孔孔径尺寸小于所述电场衰减环与所述固定侧端板之间的钎焊部最大尺寸，并大于所述固定侧电极棒的小直径部外径尺寸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的真空阀，其特征在于，固定侧端板和增强构件用相同材料制作。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的真空阀，其特征在于，固定侧端板用蒙乃尔(高强度耐蚀镍铜)合金制作，增强构件用SUS310制作。