JP2001035326A - 真空スイッチ - Google Patents

真空スイッチ

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JP2001035326A
JP2001035326A JP11208896A JP20889699A JP2001035326A JP 2001035326 A JP2001035326 A JP 2001035326A JP 11208896 A JP11208896 A JP 11208896A JP 20889699 A JP20889699 A JP 20889699A JP 2001035326 A JP2001035326 A JP 2001035326A
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JP
Japan
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fillet
sealing
sealing metal
curvature
thickness
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Pending
Application number
JP11208896A
Other languages
English (en)
Inventor
Taku Sekiya
卓 関谷
Norio Suga
則雄 菅
Yoichi Hisamori
洋一 久森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Publication of JP2001035326A publication Critical patent/JP2001035326A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/60Switches wherein the means for extinguishing or preventing the arc do not include separate means for obtaining or increasing flow of arc-extinguishing fluid
    • H01H33/66Vacuum switches
    • H01H33/662Housings or protective screens
    • H01H33/66207Specific housing details, e.g. sealing, soldering or brazing
    • H01H2033/66215Details relating to the soldering or brazing of vacuum switch housings

Landscapes

  • High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 封止金具にオーステナイト系ステンレス鋼を
用い、かつ信頼性の高い真空スイッチを提供する。 【解決手段】 封止金具2、3にオーステナイト系ステ
ンレス鋼を用いるとともに、封止金具と絶縁円筒1との
接合部のろうフィレット表面における最小曲率半径Rを
封止金具側壁部厚さtの80%以上にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、真空バルブに関す
るもので、特に真空封止部の構成に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来の真空スイッチにおける断面
図である。図中、1はアルミナ焼結体等のセラミックス
からなり真空スイッチの2つの電極間を絶縁しかつ真空
容器となる絶縁円筒、2および3は鉄・ニッケル合金を
平面状の底部と円筒状の側壁部を備えるカップ状に成形
した一対の封止金具、4は電界緩和リング、5は固定電
極、6は可動電極、7はアークシールド、8はベロー
ズ、9は接点、10はベローズカバーである。2つの封
止金具2および3の側壁端部は絶縁円筒1の両端面に、
電界緩和リング4は固定電極側の封止金具3の底部に、
可動電極6はベローズ8およびベローズカバー10に、
接点9は固定電極5および可動電極6にそれぞれろう付
している。固定電極5は固定電極側の封止金具3の底部
および電界緩和リング4の中央を貫通させろう付してい
る。図4は封止金具2および3の側壁端部と絶縁円筒1
の端面とのろう付部を示す部分断面図である。絶縁円筒
1の両端面にはメタライズ層1aおよびNiめっき層1
bを設け、このNiめっき層1aの上に封止金具2およ
び3の側壁端部を銀ろうを用いてろう付し、フィレット
1cを形成している。
【0003】絶縁円筒1と封止金具2、3とのろう付は
次のように行う。両者の間にシート状のろう材を挿入し
て縦に組み上げ、接合部に自重がかかる状態にして加熱
炉中で均一に加熱する。約810℃まで加熱してろう材
を溶融させて、絶縁円筒1の端面と封止金具2、3の側
部との間にフィレット1cを形成させ冷却する。銀ろう
は約790℃で凝固がはじまり550℃付近からは弾性
体として振舞いはじめる。温度がさらに低下すると絶縁
円筒1と封止金具2、3との熱膨張率の差によって両者
の接合部近傍に残留応力を生じる。この残留応力による
接合部、ことにフィレット部での亀裂発生とそれに伴う
真空漏れを防止するため、封止金具2、3にはその熱膨
張率が絶縁円筒1のそれに近い鉄・ニッケル合金(42
アロイ)あるいは銅・ニッケル合金(モネルメタル)等
を用いる。なお、上述した封止金具2、3の代表的な厚
さはおよそ1.2mm程度である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】以上の説明でわかるよ
うに従来の真空スイッチでは、熱膨張率が絶縁円筒に用
いるセラミックスのそれに近い材料によって封止金具を
形成し接合部近傍での残留応力を抑制して、接合部近傍
での亀裂発生と真空漏れを防止している。上述のとお
り、封止金具には鉄・ニッケル合金(42アロイ)ある
いは銅・ニッケル合金(モネルメタル)等を用いるが、
これらの金属は高価であるため、封止金具に安価なステ
ンレス鋼等を用いて真空スイッチを実現することが望ま
れている。本発明はこのような要請に答えるべくなした
もので、封止金具にオーステナイト系ステンレス鋼を用
い、かつ信頼性の高い真空スイッチを提供することを目
的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明による真空スイ
ッチは、封止金具にオーステナイト系ステンレス鋼を用
いるとともに、封止金具と絶縁円筒との接合部のろうフ
ィレット表面における最小曲率半径を封止金具側壁部厚
さの80%以上にしたものである。また、封止金具の底
部に側壁部外周円と同心円上を周回する溝または突起を
備えたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】以下、本発明による真空スイッチ
を図を用いて説明する。図3および4を用いて説明した
従来のものと同等もしくは相当する部分には同一の符号
を付し説明の重複する部分は省略する。本発明は絶縁円
筒とカップ状の封止金具とのろう付部における残留応力
による損傷(より具体的にいえば、フィレット部での亀
裂発生)がフィレット形状に依存するという新たな知見
によるもので、オーステナイト系ステンレス鋼で形成し
た封止金具を用いた真空スイッチの場合、フィレット表
面の最小曲率半径が封止金具側壁部厚さの80%以上で
あれば、フィレット部に残留応力による損傷が生じない
という発見に基づいている。
【0007】図1は、本発明の第1の実施形態である真
空スイッチの絶縁円筒1と封止金具2および3のろう付
部におけるフィレット形状を示す断面図である。封止金
具2および3はいずれもオーステナイト系ステンレス鋼
(SUS304L;以下、単に「ステンレス鋼」と呼
ぶ)を用いており、円筒部の直径47.1mm、側壁部
高さ12mm、厚さ0.75mmである。絶縁円筒1と
封止金具2および3とは従来と同様の手順に従って真空
中でろう付けする。
【0008】上記したものと同一の形状および材質の絶
縁円筒および封止金具とを用い、ろう付に際して、接合
部に挟み込む銀ろうの量を調整してフィレット部表面の
最小曲率半径を変化させフィレット部での割れの有無を
確認した。結果は以下のとおりである。 フィレット部最小曲率半径(mm) フィレット部での割れの有無 0.25 有 0.37 有 0.43 有 0.45 有 0.55 無 0.58 有 0.6 有 0.62 無 0.69 無 0.74 無 0.77 無 0.8 無 1.25 無
【0009】この結果から、絶縁円筒と封止金具の接合
部におけるフィレット部表面の最小曲率半径が0.6m
m以下ではほとんどのケースでフィレット部に亀裂が生
じており、0.6mmを超えるとそれが見られなくなる
ことがわかる。これは、ステンレス鋼の封止金具と絶縁
円筒とを銀ろう付するには、フィレット部表面の最小曲
率半径をろう付部における封止金具側壁部厚さの80%
以上にすれば、ろう材の凝固過程でフィレット部および
封止金具側壁部の双方がバランスよく塑性変形して残留
応力が緩和でき、フィレット部での割れとそれに伴う真
空漏れが生じなくなることを意味している。このことか
ら、接合部でのろう材の量をフィレット部表面の最小曲
率半径がろう付部における封止金具側壁部厚さの80%
以上になるように調整して、ろう材の凝固過程でフィレ
ット部および封止金具側壁部の双方に塑性変形を生じさ
せることがフィレット部に亀裂を生じさせないための必
須条件であるといえる。
【0010】以上に結論を裏付けるために、封止金具の
厚さを減少させて実験した。円筒部の直径については上
記のものと同一とし、側壁部高さ10mm、厚さ0.5
mmとした。この場合も、フィレット部表面の最小曲率
半径を封止金具側壁部厚さの80%以上にすればフィレ
ット部に割れが生じなかった。この場合、封止金具側壁
部の塑性変形は上記のものより増加することは明らかで
ある。
【0011】このような事実から、封止金具側壁部の厚
さが小さいほど接合部における残留応力の緩和には有利
であるといえる。しかし、電磁力や大気圧による応力お
よび変位を許容範囲内に維持することが必須であること
はいうまでもない。特に、封止金具はその底部が真空ス
イッチの内側へ皿状に変位するように大気圧が加わるた
め、底部が平面のものでは厚さの限界は直径に応じてき
まる。因みに、先に説明した封止金具の厚さ0.5mm
はその外形寸法において採りうる厚さの限界に略等し
い。
【0012】図2は、封止金具の厚さをより小さくする
ための底部の補強方法を示す斜視図(a)および部分断
面図(b)である。封止金具2a、3aは側壁部100
aと底面100bからなるカップ状をしている。底部1
00bの中央には固定電極または可動電極の貫通孔10
0cと、底部100bを板厚方向に変形させ側壁部10
0aの外周円と同心円上を周回する溝(もちろん、突起
でもよい)100dを備えている。この溝100dは底
部100bが真空スイッチの内側へ皿状に変位するのを
抑制する(すなわち、剛性を向上させる)とともに、側
壁部100bの半径方向への変位を拘束する底部100
bからの圧力を減少させるため、絶縁円筒と側壁部10
0bとの接合によって当該部分に生じる残留応力での側
壁部100bの変位が容易になり、結果的に接合部での
残留応力を減少させる。このため、厚さの小さな封止金
具を実現でき絶縁円筒との接合の信頼性がより向上す
る。図では、溝100dが1条のものを示したが、複数
条としてもよいことはいうまでもない。この溝100d
は張り出し加工等の塑性加工により実現できる。
【0013】以上の説明では、封止金具にオーステナイ
ト系ステンレス鋼SUS304Lを用いるものとした
が、適当な表面処理等を施しろう付け部分に隣接する部
分からの粒界腐食割れ等による真空漏れを解消すること
と合わせて、SUS304など他の鋼種を用いてもよ
い。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、封止金具にオーステナ
イト系ステンレス鋼を用いるとともに、封止金具と絶縁
円筒との接合部のろうフィレット表面における最小曲率
半径を封止金具側壁部厚さの80%以上にしたので、従
来と同等以上に信頼性が高いにもかかわらずより安価の
真空スイッチを提供できる。また、封止金具の底部に側
壁部外周円と同心円上を周回する溝または突起を備えた
ので、封止金具をより薄く形成可能になる。また封止金
具をより薄く形成できるため接合部付近での塑性変形を
容易にし残留応力が低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による真空スイッチのろう付部を示す
部分断面図である。
【図2】 本発明による封止金具の斜視図および部分断
面図である。
【図3】 従来の真空スイッチにおける断面図である。
【図4】 図3におけるろう付部を示す部分断面図であ
る。
【符号の説明】
1‥絶縁円筒、 2、3‥封止金具、 5‥固定側電
極、 6‥可動側電極 8‥ベローズ、 9‥接点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久森 洋一 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 Fターム(参考) 5G026 EA04 EB05 EB09

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁円筒の両端に一対のカップ状封止金
    具を備えた真空容器中に一対の接点を封入してなる真空
    スイッチにおいて、前記封止金具をオーステナイト系ス
    テンレス鋼により形成し、該封止金具の側壁部と前記絶
    縁円筒とをろう付けにより接合するとともに、接合部に
    生じるろうのフィレット表面における最小曲率半径を前
    記側壁部の厚さの80%以上にしたことを特徴とする真
    空スイッチ。
  2. 【請求項2】 前記封止金具の底部に前記側壁部外周円
    と同心円上を周回する溝または突起を備えていることを
    特徴とする請求項1記載の真空スイッチ。
JP11208896A 1999-07-23 1999-07-23 真空スイッチ Pending JP2001035326A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8181842B2 (en) * 2009-10-12 2012-05-22 Schneider Electric Industries Sas Device for assembly by brazing an end cap onto a cylindrical body and vacuum cartridge comprising one such device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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