JP2002075097A - 絶縁スペーサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】真空容器内に固定電極と可動電極とを対向配置
し、可動電極より真空容器外に伸びる可動ロッドの一部
に絶縁物に金属部を挿入した絶縁スペーサを配置し、金
属部と絶縁物との接合部の接合強度を向上させると共
に、真空容器内の真空を低下させることのない絶縁スペ
ーサが望まれている。 【解決手段】環状焼結金属部材１８ａを絶縁物１２に嵌
込み、環状焼結金属部材１８ａが絶縁物１２を押圧する
ように収縮する焼結焼ばめにより接合する絶縁スペーサ
１２ａを、真空スイッチギヤに使用することにより、接
合強度を向上させると共に、接地真空容器内の真空を低
下させることがなく、真空スイッチギヤの遮断性能を向
上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば開閉器にお
いて用いられる絶縁物と金属との接合した絶縁スペーサ
に関し、特に真空容器内部において用いられる可動及び
固定絶縁支持部の焼結金属部材と絶縁物との接合方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】金属と絶縁物を接合した可動ロッドを真
空スイッチギヤに用いる事は、例えば特開平１１−８９
０２４号公報や特開平１１−８９０２５号公報、特開平
１１−８９０２６号公報、特開平１１−８９０２７号公
報に記載されている。これらには、接地真空容器内の接
地電極と固定電極との間に可動電極を配置し、可動電極
と負荷導体との間をフレキシブル導体により接続し、可
動電極を可動ブレードに接続している。

【０００３】可動ブレードを支持する主軸を支点とし
て、可動ブレードを左右に移動すれば、可動電極が接地
電極と固定電極との一方側と接続する構成が記載されて
いる。そして、可動ブレードの外部先端には可動ブレー
ドを移動する操作機を備えている。可動電極からの電流
が可動ブレードより操作機に流れないように、可動ブレ
ードの一部に絶縁スペーサを配置している。絶縁スペー
サは絶縁物と金属部とから構成されている。

【０００４】従来の真空バルブに用いられている絶縁物
と金属の接合方法は、例えば特開平７−２８８０７０号
公報に記載されている。これはセラミックスを用いた絶
縁物の金属接合面にＭｏ−Ｍｎからなるメタライズ層を
形成し、絶縁物と金属とをろう付により接合する方法で
ある。また、ろう付時の残留応力を低減するため、金属
としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の低膨
張で高価格な材料が用いられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】金属と絶縁物をろう付
で接合する場合、金属と絶縁物の熱膨張率の差により、
接合時の金属と絶縁物の接合部に残留熱応力が残る。ま
た、固定電極と可動電極の開閉の際、可動ロッドと固定
電極の絶縁支持部には固定電極と可動電極の衝突による
衝撃力が加わる。このため、金属と絶縁物の接合による
残留応力により、金属と絶縁物の接合部の衝撃力に対す
る強度が大幅に低下する問題がある。特に絶縁物は一般
に塑性変形しにくく、脆性材料である為、衝撃力が加わ
った場合、絶縁物が破壊する危険性がある。

【０００６】また、セラミックスのろう付面に施すメタ
ライズの引張強度は、セラミックスの引張強度より４０
から５０％程度低い為、ろう付接合による残留応力をメ
タライズの引張強度以下とする必要があった。また、ろ
う付部の残留応力低減の為、接合する金属としてＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の低膨張で高価格な
材料を用いる必要があった。

【０００７】絶縁物にセラミックスを用いてろう付で接
合する場合、セラミックス表面にメタライズ層を形成す
る必要がある。このメタライズ処理は焼成したセラミッ
クス表面に、Ｍｏ−Ｍｎを塗布し再焼成することで形成
する為、セラミックス製作工程が１．５から２倍に増
え、セラミックスが高価になる。

【０００８】また開閉器を投入及び遮断する際の押圧力
及び引張力により、金属と絶縁物との間のメタライズか
ら剥離を生じる恐れがある。更に、金属と絶縁物との間
を接合した絶縁スペーサを真空容器内に配置した場合、
アウトガスが出にくい絶縁スペーサの出現が望まれてい
た。

【０００９】本発明の目的は、真空度を損なうことのな
い接合強度を向上した絶縁スペーサ及びその製造方法を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、絶縁物に環状
焼結金属部材を嵌込み、環状焼結金属部材が絶縁物を押
圧するように収縮する焼結焼ばめにより接合してなる絶
縁スペーサとその製造方法とを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のより具体的な実施態様に
おいては、遮断器部の固定電極及び該固定電極と接離す
る可動電極を収容する真空容器と、該真空容器から電気
的に絶縁され該真空容器を収納した第１接地真空容器
と、断路器部及び接地装置を収納し、該真空容器及び第
１接地真空容器から電気的に絶縁された第２接地真空容
器と、第１接地真空容器から導体を引き出す絶縁ブッシ
ングと、該第２真空容器の絶縁ブッシングから引き出さ
れた導体と、該第２真空容器のブッシングから引き出さ
れた接地導体と、該第１及び第２接地真空容器に設置さ
れた第１及び第２真空度測定装置と、該第１及び第２接
地真空容器に設置された第１及び第２真空ポンプと、該
遮断器部の可動電極の可動ロッドを駆動する第１操作ロ
ッドと、該第１操作ロッドと実質的に同軸方向に延在
し、該断路器部の可動電極の可動ロッドを駆動する第２
操作ロッドとを備えた真空スイッチギアに関する。

【００１２】以下、本発明の一実施例を図１に示す真空
スイッチギアより説明する。図１において、遮断器部の
可動電極１１及び固定電極１０を真空容器１に収容す
る。真空容器１は第１接地真空容器２及び第２接地真空
容器３により取囲まれている。第１接地真空容器２に真
空圧力測定端子１１０、真空ポンプ９１を取付けてい
る。第２接地真空容器３には断路器部４９，５０及び接
地部３３を備えている。真空容器１及び第１接地真空容
器２は大部分が強度の高い金属例えばステンレススチー
ルなどの導電性材料で構成される。そして第１接地真空
容器２は接地されている。導体部分以外は、アルミナや
ジルコニアなどの絶縁物７，８で構成する。

【００１３】真空容器１の上下に絶縁物７，８を設ける
ことにより、真空容器１を構成する。真空容器１の内部
に、固定電極１０と接離自在な可動電極１１を対向配置
し、両者を操作機構の指令によって接離させて投入及び
遮断を行う。可動電極１１に接続された可動導体１５が
絶縁物７を貫通する。可動電極１１と絶縁物７の間に
は、可動電極１１の運動を許容するわずかな隙間がある
ので、真空容器１と第１接地真空容器２との内部には互
いに隙間を介して連通している。従って、真空測定装置
１１０が真空容器１及び第１接地真空容器２の真空度を
直接測定或いは監視することができる。

【００１４】可動導体１５の他端はフレキシブル導体６
０を介して導体６１に接続される。また、可動導体１１
の他端は金属１６、絶縁物１２、金属１６を介して操作
機構のリンク機構に可動ロッド１３により接続される。
可動ロッド１３の先端には操作機構を連結している。可
動ロッド１３は金属１８に接続されたベローズ１７によ
り第１接地真空容器２内を気密に封止する。また絶縁物
１２の両端に嵌込まれた金属１６，１８により図２
（ａ），（ｂ），（ｃ）の絶縁スペーサ１２ａを構成し
ている。第１接地真空容器２は端板２０と側壁２９とか
ら構成され、真空容器１を取り囲むように真空部２ａが
ある。接続部８１は母線（図示せず）と接続されてい
る。

【００１５】固定電極１０側には第２接地真空容器３に
断路器部の可動電極４９、固定電極５０、フレキシブル
導体７４、接地装置の可動電極３０、固定電極３１等を
収納し、第２接地真空容器３を構成している。第１接地
真空容器２と第２接地真空容器３とは絶縁物８、仕切板
９によって互いに気密に遮断されている。従って、真空
度測定装置１２０、真空ポンプ９０が別個に設けられ
る。断路部の可動電極４９に接続された可動導体４５は
金属１６、絶縁物１２、金属１６、可動ロッド４４を介
して操作機構のリンク機構に接続される。絶縁物１２の
両端に嵌込まれた金属１６，１８により図２（ａ），
（ｂ）の絶縁スペーサ１２ａを構成している。フレキシ
ブル導体７４は導体７０を介して接続部８２に接続され
る。接続部８２は負荷導体（図示せず）と接続されてい
る。

【００１６】図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に本発明の絶
縁スペーサ１２ａの一例を示す。金属１６，１８と絶縁
物１２の接合は焼結焼ばめを用いる。金属１６，１８の
材料として例えばＣｒ−Ｃｕ混合金属粉末を使用して加
圧して環状金属圧粉体を成形し、例えば耐熱性に優れる
アルミナセラミックスや耐熱性と衝撃強度に優れるジル
コニアセラミックス等の材料を使用した環状金属圧粉体
を絶縁物１２の両端に嵌込んだ状態で、真空炉又は水素
炉等の真空又は水素ガス雰囲気中の焼成炉で１０００℃
に加熱する事で環状金属圧粉体を焼結し、環状焼結金属
１６ａを形成し、この環状焼結金属１６ａが常温まで冷
却する間に焼結金属は焼結前に比べ体積が収縮するた
め、環状焼結金属１６ａと絶縁物１２とは焼結焼ばめに
より接合される。真空又は水素ガス雰囲気中の焼成炉で
環状金属圧粉体を焼結すると、環状焼結金属を真空引き
する時の高温時或いは真空スイッチを使用時等に発生す
るアウトガスが少なく、より真空容器内の真空力を保持
できる。

【００１７】図２（ａ）の環状焼結金属１６ａは絶縁物
１２の外周側の一部を包囲する環状部１６ｂと環状部１
６ｂ及び絶縁物１２の端部を被う塞部１６ｃとを備えた
帽子形状を形成している。また図２（ｂ）の環状焼結金
属１８ａは環状形状を形成している。１６ｄ及び１８ｄ
は環状焼結金属１６ａ，１８ａ内に形成されている気泡
である。

【００１８】そして図２（ｂ）の加熱された環状焼結金
属１８ａが常温まで冷却する間に図２（ｃ）に示すよう
に絶縁物１２を矢印方向Ｆに押圧するように収縮し、環
状焼結金属１８ａと絶縁物１２との間に存在する空気、
及び環状焼結金属１８ａにある気泡１８ｄ内の空気を外
部に押出すので、空気含有量が少ない絶縁スペーサ１２
ａとなる。この絶縁スペーサ１２ａを両接地真空容器
２，３内に配置すると、真空スイッチギヤの運転中に両
接地真空容器２，３内の真空を低下させることがなく、
真空スイッチギヤの遮断性能を向上させることができる
ばかりか、また両接地真空容器２，３内を真空引きする
時の真空引作業時間を速くすることができる。上述につ
いては環状焼結金属１６ａも同様な効果を達成すること
ができることは云うまでもない。

【００１９】また本発明の絶縁スペーサ１２ａは、環状
焼結金属１６ａ，１８ａが絶縁物１２を押圧する所謂焼
結焼ばめにより接合しているから、両者の機械的強度が
増し、環状焼結金属１６ａ，１８ａと絶縁物１２の接合
強度及び衝撃強度を向上することができるようになっ
た。

【００２０】図７に混合金属粉末の一例としてＣｒ−Ｃ
ｕ粉末を使用したときのリング成形体の成形圧と密度比
の関係を示す。図８に混合金属粉末の一例としてＣｒ−
Ｃｕ粉末を使用したときのリング成形体の成形圧と収縮
率の関係を示す。混合金属粉末の一例としてＣｒ−Ｃｕ
を使用したとき、焼結前と比較して体積比で３〜９％収
縮する事がわかる。

【００２１】また、図２の金属１６，１８と絶縁物１２
との接合部は絶縁を保つ目的も有するため、耐電圧特性
が高い材料である必要がある。そこで、図２の実施例で
は絶縁物１２と接合させる金属１６，１８として焼結時
に体積収縮性を示し、耐電圧特性が高い２５Ｃｒ−７５
Ｃｕを使用する事により、焼結焼ばめ時の締付力を増加
させ、接合強度を増している。環状焼結金属１６ａ，１
８ａにＣｒ−Ｃｕ合金を使用すると、Ｃｕ金属単体に比
べて、焼成時及び真空引き時の高温において、ばね性が
高く、環状焼結金属１６ａ，１８ａが絶縁物１２を押圧
する時の押圧力が低下しにくなり、環状焼結金属１６
ａ，１８ａが絶縁物１２を強硬に押圧支持しているの
で、両者の機械的強度が増し、真空スイッチの動作時に
おける衝撃に対する破壊を防止できる。またＣｕにＣｒ
を含有した分だけ環状焼結金属１６ａ，１８ａの熱膨脹
係数を絶縁物１２の熱膨脹係数に近付けることができ、
環状焼結金属１６ａ，１８ａを絶縁物１２に密着接合す
ることができる。

【００２２】更に、図２（ａ）の絶縁スペーサ１２ａを
例えば真空スイッチに使用すると、真空スイッチを投入
及び遮断する際に、絶縁スペーサ１２ａには圧縮力及び
引張力が加わり、絶縁物１２の角部に矢印方向の亀裂Ｈ
を生じるが、亀裂Ｈを生じる開閉時の力は帽子形状の環
状焼結金属１６ａに受止められて、絶縁物１２に達する
時には弱められので、亀裂Ｈが生じにくくなった。

【００２３】即ち、塞部１６ｃと環状部１６ｂとよりな
る帽子形状の環状焼結金属１６ａが絶縁物１２を圧縮す
るように焼結焼きばめにより接合して絶縁スペーサ１２
ａを構成しているから、絶縁スペーサ１２ａに加わる圧
縮力は帽子形状の環状焼結金属１６ａを介して絶縁物１
２に加わり、帽子形状の環状焼結金属１６ａにより保護
され、絶縁物１２の角部に矢印方向の亀裂Ｈが生じにく
くなった。

【００２４】また帽子形状の環状焼結金属１６ａと絶縁
物１２とに加わる引張力は、帽子形状の環状焼結金属１
６ａが絶縁物１２を圧縮するように焼結焼きばめにより
接合しているから、ろう付け拡散により金属板と絶縁物
とを接合した従来技術に比べて、機械的強度が著しく向
上し、環状焼結金属１６ａと絶縁物１２との間が破損し
にくくった。また絶縁物に挿入した環状部を焼結焼きば
めにより接合した絶縁スペーサについても上述と同じよ
うな効果を達成することができる。

【００２５】次に本発明の他の実施例を図３ないし図６
により説明する。

【００２６】図３は絶縁物１２を段付部１２ｃの形状と
し、環状焼結金属１８ａの径方向の厚みを増す事で、焼
結焼ばめ時の締付力を増加させている。

【００２７】図４に本発明に用いられる環状焼結金属１
８ａと絶縁物１２との接合部の一例を示す。絶縁物１２
を段付部１２ｃの形状とし、絶縁物１２の環状焼結金属
１８ａとの接合部に凹凸部１８ｆを設ける事で、焼結焼
ばめ時の締付力を増加させ、開閉器部の動作時の衝撃に
対する強度を増している。

【００２８】図５は絶縁物１２を段付部１２ｃの形状と
し、段付部１８ｃは絶縁物１２の環状焼結金属１８ａと
の接合部にテーパ１８ｅを設ける。テーパ１８ｅは絶縁
物１２及び環状焼結金属１８ａの内部から端面に行くに
従い断面積を広くした形状にし、焼結焼ばめ時の締付力
を増加させ、開閉器部の動作時の衝撃に対する強度を増
している。

【００２９】図６は絶縁物１２を段付部１２ｃの形状と
し、絶縁物１２の環状焼結金属１８ａとの接合部に三角
形状の凹凸部１８ｇを形成し、焼結焼ばめ時の締付力を
増加させ、開閉器部の動作時の衝撃に対する強度を増し
ている。

【００３０】以上の実施例において、真空遮断器部と断
路器部等の開閉器部を同一または、それぞれ異なった真
空容器に備え、その遮断器部と断路器部等の開閉器部の
可動部及び固定部に絶縁物を設けた真空スイッチギアを
含む。更に、真空遮断器部とは、真空遮断を行う必要構
成、即ち可動電極、固定電極及びそれらを支持する導体
とそれらを収納する真空容器を含む。又、断路器部と
は、遮断部に接続され、必要に応じ遮断器部を断路状態
に保持する装置で、必要に応じて接地装置を含む。又そ
れらの要素を収納する真空容器を含む。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、環状焼結
金属が絶縁物を押圧するとうに接合しているから、環状
焼結金属と絶縁物の接合強度を向上することができると
共に、本発明の絶縁スペーサを真空スイッチギヤに使用
すれば、接地真空容器内の真空を低下させることがな
く、真空スイッチギヤの遮断性能を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による真空スイッチの構成を示
す断面図である。

【図２】図１に使用された絶縁スペーサの断面図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例として用いられた絶縁スペ
ーサの断面図である。

【図４】本発明の他の実施例として用いられた絶縁スペ
ーサの断面図である。

【図５】本発明の他の実施例として用いられた絶縁スペ
ーサの断面図である。

【図６】本発明の他の実施例として用いられた絶縁スペ
ーサの断面図である。

【図７】本発明の実施例としてＣｒ−Ｃｕ金属を使用し
たときの成形体の成形圧と密度比との関係を示す特性図
である。

【図８】本発明の実施例としてＣｒ−Ｃｕ金属を使用し
たときの成形体の成形圧と収縮率との関係を示す特性図
である。

【符号の説明】

１…真空容器、１０…固定電極、１１…可動電極、１２
…絶縁物、１２ａ…絶縁スペーサ、１３…可動ロッド、
１６，１８…金属、１６ａ，１８ａ…環状焼結金属、１
８ｃ…気泡。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷水 徹 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所電機システム事業部内 (72)発明者 小室 勝博 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5G026 EA01 5G333 AA07 AA11 AB05 AB28 BA02 CB01 CB02 CB03 DA03 DB01 5G365 DE06

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮力及び引張力が加わる絶縁スペーサ
   において、環状焼結金属部材、前記環状焼結金属部材を
   絶縁物に挿入し、焼結焼ばめにより前記環状焼結金属部
   材が前記絶縁物を圧縮するように結合した絶縁スペーサ
   であることを特徴とする絶縁スペーサ。
2. 【請求項２】 圧縮力及び引張力が加わる絶縁スペーサ
   において、環状部と環状部の一端側を被う塞部とを備え
   た帽子形状の焼結金属部材、前記帽子形状の焼結金属部
   材を絶縁物に挿入し、焼結焼ばめにより前記焼結金属部
   材が前記絶縁物を圧縮するように結合した絶縁スペーサ
   であることを特徴とする絶縁スペーサ。
3. 【請求項３】 少なくとも一部に環状部を有する焼結金
   属部材と、前記環状部に絶縁物を嵌込み、前記焼結金属
   部材を焼結焼ばめにより前記環状部が前記絶縁物を圧縮
   するように結合した絶縁スペーサであることを特徴とす
   る絶縁スペーサ。
4. 【請求項４】 焼結金属部材は粉末金属を加圧して少な
   くとも一部に環状部を有する金属圧粉体を形成し、この
   金属圧粉体の環状部を絶縁物に嵌込み、真空ガス或いは
   水素ガスの雰囲気中で焼成して焼結金属部材を形成し、
   この焼結金属部材の環状部が冷却する間に前記絶縁物を
   押圧するように収縮する焼結焼ばめにより接合する絶縁
   スペーサを形成することを特徴とする絶縁スペーサの製
   造方法。
5. 【請求項５】 焼結金属部材は粉末金属を加圧して少な
   くとも一部に環状部を有する金属圧粉体を形成し、この
   金属圧粉体の環状部を絶縁物に嵌込み、真空ガス或いは
   水素ガスの雰囲気中で焼成して焼結金属部材を形成し、
   この焼結金属部材の環状部が冷却する間に前記絶縁物を
   押圧するように収縮する焼結焼ばめにより接合する絶縁
   スペーサを形成し、この絶縁スペーサを真空容器内で使
   用することを特徴とするする絶縁スペーサの製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項の記載に
   おいて、前記絶縁物と前記焼結金属部材との接合部は絶
   縁物の内部から絶縁物端部に向かって順次外形が広くな
   るテーパ部を設け、焼結焼ばめにより接合することを特
   徴とする絶縁スペーサ及びその製造方法。
7. 【請求項７】 請求項１から５のいずれか１項の記載に
   おいて、前記絶縁物と前記焼結金属部材との接合部に凹
   凸を設け、焼結焼ばめにより接合することを特徴とする
   焼結金属部材と絶縁物とを備えた絶縁スペーサ及びその
   製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１ないし３，６，７のいずれか１
   項の記載において、真空容器内に固定電極と可動電極と
   を対向配置し、前記可動電極より真空容器外に可動ロッ
   ドが伸び、前記真空容器内の前記可動ロッドの一部に前
   記絶縁スペーサを配置することを特徴とする絶縁スペー
   サ。
9. 【請求項９】 請求項１から請求項８のいずれか１項の
   記載において、絶縁物にセラミックス，アルミナセラミ
   ックス，ジルコニアセラミックス，アルミナージルコニ
   ア系セラミックスのいずれか１つを用いることを特徴と
   する絶縁スペーサ及びその製造方法。
10. 【請求項１０】 請求項１から請求項９のいずれか１項
    の記載において、前記環状焼結金属部材として銅−クロ
    ム混合粉を用いることを特徴とする絶縁スペーサ及びそ
    の製造方法。