JP2005235663A - 真空容器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、セラミック部材の絶縁筒と固定及び可動側フランジとの間からの真空漏れを防止し、寿命を延ばし寿命に対する信頼性を向上した真空容器を提供することにある。
【解決手段】本発明の真空容器１２を構成する絶縁筒１をに接合する固定側フランジ６及び可動側フランジ９は、Ｃｕを約９７．０〜９９．０（（重量％）、低融点部材（Ｐ，Ｚｎ，Ｐｂ等）を約Ｏ．１（重量％）、Ｆ６を１．５０〜３．２０（重量％）含有する材料を使用することにより、前述の課題を達成することにある。
【選択図】 図１

Description

本発明は真空容器に係わり、特に真空容器の絶縁筒に固接される金属フランジ材料の改良に関するものである。

真空容器を利用する電気機器には、真空遮断器や真空コンデンサ等がある。
例えば、真空遮断器を例に説明すると、真空遮断器は真空容器内に可動電極及ぴ固定電極を対向配置し、これらの電極の背面より真空容器外に導電性ロッドが伸びている。可動電極側の導電性ロッドを駆動して、可動電極を固定電極に接触及び離すことにより電気的に開閉している。

この構成を特許文献１を例に説明する。真空容器は、セラミック部材より成る絶縁筒内に少なくとも一対の可動電極及び固定電極を配置し、これらの電極背面の各々より真空容器外に導電性ロッドが伸び、一方側導電性ロッドと絶縁筒との間に固定側フランジを配置し、他方側導電性ロッドに設けられたベローズと絶縁筒との問に可動側フランジを配置している。可動側フランジ及び固定側フランジと絶縁筒との間に配置された接合材を溶融して真空容器を形成している。
可動側フランジ及び固定側フランジの材料としては、（Ａ）無酸素銅，リン脱酸銅、（Ｂ）コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）などがある。また、真空容器に使用される可動側フランジ及び固定側フランジに必要な特性としては次の事項がある。
（１）セラミックとの接合強度
（２）接合部気密信頼性
（３）機械的強度
（４）放熱性
特開平５−４１１４４号公報

各フランジ材料として無酸素銅やリン脱酸銅を用いた場合には、上記したフランジに必要とする特性のうち、（１）、（４）については問題ないが、しかし、（２）、（３）についての問題が生じる。すなわち、無酸素銅，リン脱酸銅は接合部材の溶融時の熱負荷により軟化して（３）である機械的強度が低下する。
また、（２）の接合部気密信頼性の問題については特許文献１の記載に基づいて説明する。
すなわち、特許文献１の明細書段落（００１５）及び図４によれば、フランジにおける銅の結晶粒が接合部材の溶融時の熱負荷により肥大し、この状態で電極に含有する低融点金属の１つであるＢｉが銅の結晶粒界に沿って侵入し、侵入したＢｉがフランジを貫通し、それにより生じた空隙がリークつまり真空漏れの原因となる。

一方、フランジ材料としてコバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）を用いた場合には、上記したフランジに必要とする特性のうち、（１）、（３）については問題ない。しかし、可動側フランジ及び固定側フランジ温度が無酸素銅，リン脱酸銅に比べて高くなり、（４）の特性に問題が生じることを本発明者達は気づいた。
この結果、可動側フランジ及び固定側フランジと絶縁筒とを接合している接合材が溶融して真空漏れを生ずる恐れがあり、また、通電の度にフランジ温度が上昇し、真空遮断器における遮断時の開閉による衝撃力も加わり、絶縁筒と固定側フランジ、もしくは絶縁筒と可動側フランジとの問が破損して真空漏れを生じる。このことにより、真空容器の寿命が短かくなり、寿命に対する信頼性が損なわれ恐れがある。

そこで、本発明が目的とするところは、絶縁筒と固定側フランジもしくは可動側フランジとの間からの真空漏れを防止して寿命を延ばした真空容器を提供することにある。

本発明の第１は、セラミック部材よりなる絶縁筒と、前記絶縁筒内に配置された少なくとも一対の電極と、前記電極背面の各々より真空容器外に伸びる導電性ロッドと、一方側導電性ロッドと絶縁筒との間に配置された固定側フランジと、他方側導電性ロッドに設けられたベローズと絶縁筒との間に配置された可動側フランジと、前記可動側フランジ及び固定側フランジと絶縁筒との間に配置された接合材を溶融して形成した真空容器において、
前記可動側フランジ及び固定側フランジの材料は、Ｃｕを約９７．０〜９９．Ｏ（重量％）、低融点部材を約Ｏ．１（重量％）、Ｆｅを１．５０〜３．２０（重量％）の範囲より選択したことを特徴とするものである。

本発明の第２は、前記各フランジ材料は、Ｆｅを２．１０〜２．６０（重量％）含有することを特徴とするものである。

本発明の第３は、前記接合部材の溶融は、真空もしくは不活性ガス雰囲気中により行なうことを特徴とするものである。

本発明の第４は、前記真空容器は、真空遮断器もしくは真空コンデンサであることを特徴とするものである。

本発明によれば、絶縁筒と固定及び可動側フランジとの間からの真空漏れを防止し、防止した分だけ真空容器の寿命を長くし、信頼性の向上を図ることができる。

真空容器の固定側フランジ及び可動側フランジに使用する材料として、Ｃｕを９７．Ｏ〜９９．０（重量％）、低融点部材を約０．１（重量％）、Ｆｅを ２．１０〜２．６０（重量％）の範囲で選定し、含有させたものである。

真空容器での発熱の原因について検討した結果、次のことが判明した。
すなわち、一方側導電性ロッドから電極を介して他方側導電性ロッドに通電すると、このとき発生した磁束は固定側フランジもしくは可動側フランジを透過する。この際、固定側及び可動側フランジに過電流が流れて熱発生することが判明したことに基づいて本発明はなされたものである。

本発明に係わる実施形態について、図１、図２を用いて説明する。
図１は本発明の実施形態に係わる真空バルブの縦断面図である。絶縁筒１はセラミック部材よりなる。この絶縁筒１内には固定電極２と可動電極３とを対向配置し、固定電極２及び可動電極３の背面側の各々より真空容器１２外に導電性ロッド４，５が伸びている。その一方側導電性ロッド４と絶縁筒１の端部との間には固定側フランジ６を配置している。また、他方側導電性ロッド５には絶縁部材からなる軸受部７を設け、軸受部７の外周側に金属層７Ａを設けている。この他方側導電性ロッド５は軸受部７内を軸方向に移動する。

他方側導電性ロッド５の一部と可動側フランジ９の突起部９Ａとの間にはベローズ８が設けられ、このベローズ８の圧縮，伸長により他方側導電性ロッド５を軸方向に移動可能にしている。このため、可動電極３が固定電極２に接離して電気的に開閉することが出来る。また、軸受部７の金属層７Ａと絶縁筒１の端部との間に可動側フランジ９を配置している。
可動電極３が固定電極２に接離して電気的に開閉する開閉時には、固定側及び可動側電極２，３から蒸発するが、蒸発時に金属微粒子が絶縁筒１に付着し、この金属微粒子により固定側フランジ６と可動側フランジ９との間を短絡する恐れがある。これを防止するためにシールド１０が設けられ、このシールド１０は絶縁筒１と固定側及ぴ可動側電極２，３との間に金属微粒子を付着させる位置に配設されて絶縁筒１によって支持されている。

絶縁筒１と固定側フランジ６及び可動側フランジ９との間にはそれぞれ接合材１１，例えば銀ろうが配置され、この銀ろうを配置した状態で真空炉内に配置し、真空状態の雰囲気もしくは不活性ガスの雰囲気中で加熱し、銀ろうを溶融して絶縁筒１に固定側フランジ６及び可動側フランジ９を接合して内部を真空状態にした真空容器１２を形成する。

本発明においては、固定側フランジ６及び可動側フランジ９に使用するフランジ材料として、Ｃｕを約９７．Ｏ〜９９．０（重量％）、Ｐ，Ｚｎ，Ｐｂ等の低融点部材を約０．１（重量％）、Ｆｅを１．５０〜３．２０（重量％）の範囲で選定される。

図２はフランジ材料の性能についての特性図である。
この特性図はＣｕを１００（重量％）に対してＦｅの含有量（重量％）を順次増加した場合における引張強度（％）と導電率（％）との関係を示すものである。
一般に、引張強度値は１４０％以下では真空遮断器開閉時の衝撃力により絶縁筒１から固定側フランジ６又は可動側フランジ９が剥離する恐れがあり、引張強度値が１４０（％）以上であれば剥離の問題は生じ難くなる。
この点を踏まえて図２をみると、Ｆｅの含有率が１．５（重量％）以下では引張強度値が１４０（％）以下となって真空遮断器の開閉に伴う衝撃力には十分に耐えることのできない値となっているが、１．５（重量％）以上では１４０％を越えて実用に供し得る値となっている。すなわち、Ｆｅの含有率が１．５（重量％）以上であれば、絶縁筒１に固定側フランジ６及び可動側フランジ９を強硬に接合することができるので、剥離の問題は生じ難くなる。
また、Ｆｅの含有量が２．２（重量％）の場合には最適の含有量となって引張強度１５０（％）と安定しており、安定した接合強度を得ることができる。

なお、Ｆｅの含有量が３．２（％）以上になると、引張強度値に対する問題はないが、導電率が５５（％）以下になって渦電流が発生し、この過電流による発熱の問題が生じる。この場合には、接合材１１である例えば銀ろうが溶融し、やはり真空遮断器の開閉時における衝撃力により絶縁筒１から可動側フランジもしくは固定側フランジが剥離する問題が出てくる。したがって、導電率を５５（％）以下になることを抑制する必要が生じ、そのためのＦｅの含有量を３．２（重量％）以下とする。導電率が５５（％〉以上あれば、渦電流による発熱の影響が少なくなり、絶縁筒１と固定側フランジ６及び可動側フランジ９をの接合部気密信頼性での問題は生じ難くなる。
また、Ｆｅの含有が２．６（重量％）の場合には、導電率６５（％）が安定して最適な含有量となっており、より高い接合部気密安定性を得ることができる。

以上のことから、固定側フランジ６及び可動側フランジ９の材料としてＣｕを約９７．０〜９９．０（（重量％）、低融点部材を約Ｏ．１（重量％）、Ｆｅを１．５０〜３．２０（重量％）、特に好ましくはＦｅを２．１０〜２．６０（重量％）の範囲で含有するフランジ材料を使用することにより、真空遮断器の開閉時における衝撃力によって絶縁筒１から固定側フランジ６及び可動側フランジ９が剥離し難くなり、真空容器１２の寿命は本発明のフランジ材料を使用した分だけ向上することができるようになった。また、このフランジのろう付け後の結晶粒は１０μｍ以下で接合部気密信頼性も高いことが確認された。また、ろう付け後の軟化も無酸素銅に比べて軽微で機械的強度も良好であった。

真空容器内に可動電極及び固定電極を対向配置し、これらの電極の背面より真空容器外に導電性ロッドが伸び、可動電極側の導電性ロッドを駆動して、可動電極と固定電極との間の間隔を可変して、コンデンサの容量を可変する真空コンデンサにも本発明の真空容器を使用することができる。
以上のように、本発明の真空容器によれば、絶縁筒と固定及び可動側フランジとの間からの真空漏れを防止し、防止した分だけ真空容器の寿命を延ばし、寿命に対する信頼性が向上した。なお、真空コンデンサには容量固定形もあり、このフランジを使用することで寿命に対する信頼性が向上する。

本発明の実施形態を示す真空バルブの縦断面図。 フランジ材料の性能を示す特性図。

符号の説明

１…絶縁筒、
２…固定電極、
３…可動電極、
４，５…導電性ロッド、
６…固定側フランジ、
７…軸受部、
７Ａ…金属層、
８…ベローズ、
９…可動側フランジ、
１０…シールド、
１１…接合材、
１２…真空容器。

Claims (4)

1. セラミック部材よりなる絶縁筒と、前記絶縁筒内に配置された少なくとも一対の電極と、前記電極背面の各々より真空容器外に伸びる導電性ロッドと、一方側導電性ロッドと絶縁筒との間に配置された固定側フランジと、他方側導電性ロッドに設けられたベローズと絶縁筒との間に配置された可動側フランジと、前記可動側フランジ及び固定側フランジと絶縁筒との間に配置された接合材を溶融して形成した真空容器において、
   前記可動側フランジ及び固定側フランジの材料は、Ｃｕを約９７．０〜９９．Ｏ（重量％）、低融点部材を約Ｏ．１（重量％）、Ｆｅを１．５０〜３．２０（重量％）の範囲より選択したことを特徴とする真空容器。
2. 前記各フランジ材料は、Ｆｅを２．１０〜２．６０（重量％）含有することを特徴とする請求項１記載の真空容器。
3. 前記接合部材の溶融は、真空もしくは不活性ガス雰囲気中により行なうことを特徴とする請求項１又は２記載の真空容器。
4. 前記真空容器は、真空遮断器もしくは真空コンデンサであることを特徴とする請求項１〜３記載の真空容器。
   

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