JP2007115509A - 真空バルブ、真空バルブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】可動部にベローズの鑞付け構造を含む真空バルブの低コスト化および製造期間の短縮を実現する。
【解決手段】絶縁筒１１、可動側端板１２、固定側端板１３等からなる気密容器Ｖの内部に可動側接触子１４および固定側接触子１５を対向させ、可動側接触子１４をベローズ１６を介して支持することで、気密容器Ｖの気密性を損なうことなく、可動側接触子１４の変位による接点の開閉を可能にした真空バルブ１０において、金属めっき無しのシームタイプのベローズ１６を用い、接合相手の可動側端板１２およびカバー１７にニッケルめっき層１２ａ、ニッケルめっき層１７ａを形成し、ベローズ１６の両端と可動側端板１２、カバー１７の間を、銀鑞等で鑞付け部２３、鑞付け部２４を形成して封着した。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空遮断器等に使用される真空バルブに関し、より詳細には、真空バルブを構成するベローズの接合技術等に適用して有効な技術に関する。

たとえば、比較的大電流の電流回路の遮断を行う技術として、真空バルブを用いた真空開閉器が知られている。
すなわち、特許文献１等に記載されているように、所定の真空度の気密な絶縁容器の内部に、固定通電軸の先端に支持された固定電極と可動通電軸の先端に支持された可動電極からなる接点を収容し、絶縁容器における可動通電軸の挿通部には、一端が絶縁容器側に気密に固定され、他端が可動通電軸側に気密に固定されたベローズを配置した構造となっている。そして、ベローズの軸方向の伸縮変形により、絶縁容器の気密（真空度）を維持しつつ可動電極（可動通電軸）の軸方向の変位を可能にして、固定電極と可動電極からなる接点の接離によって、固定通電軸および可動通電軸が接続される電流回路の開閉を行うようにしたものである。

このような構成の真空バルブにおいて真空度が損なわれた場合には、接点にアーク放電が発生するため、正確な回路の開閉動作が不可能になる。従って、伸縮変形するベローズ自体の壁面や、絶縁容器とベローズとの接合部の気密性を長期間にわたって安定に確保することは、動作の信頼性や寿命の向上等の観点から重要である。

このようにベローズは真空バルブの構成部品の中でも重要な部品であり、材料としては一般的には耐蝕性に優れるオーステナイト系ステンレスが使用される。また、ベローズの両端の端板および可動通電軸等に対する接合方法としては、ＴｉＧ溶接または銀鑞（ろう）付けが考えられる。

しかし、ＴｉＧ溶接によって接合する場合には、部品相互の寸法を厳しく管理しなければならない、作業者の溶接技能によって溶接部の品質が左右される、などの問題点がある。

一方、銀鑞付けの場合には、上述のＴｉＧ溶接のような問題はないが、鑞付けの対象物の表面特性に配慮する必要がある。たとえば、ベローズの素材であるオーステナイト系ステンレスは材料の表面に酸化皮膜が形成されているために耐蝕性には優れるものの、この酸化皮膜のために銀鑞の濡れ性はかならずしも良好であるとはいえない。そのために銀鑞の濡れ性を確保するためにベローズの表面にＮｉ（ニッケル）めっきを施して使用しているのが一般的である。たとえば、特許文献２には、ベローズの鑞付け部位にＮｉめっきを施すことが記載されている。

しかし、このように薄肉で複雑な形状のベローズにＮｉめっきを行なう場合には、穿孔等の損傷防止等の観点から、バレルめっきのように多数のベローズを一括して同時に処理する方法は採用できないので、吊るしめっきのような手間のかかる個別めっきの方法を採らざるを得ず、鑞付けの前提となるめっき自体もかなりのコスト高になる。

また、銀鑞付けの対象となるベローズとしては、特許文献３のように、いわゆるシームレス（溶接継ぎ目なし）タイプのベローズが採用することが考えられる。
このシームレスタイプのベローズは、ｔ０．５ｍｍ程度の板材から円板状のブランク抜きを行い、この円板を洗浄→潤滑→深絞り→洗浄→焼鈍→潤滑→深絞り→・・・の繰り返しによって、パイプ状の部分の厚さはｔ０．１ｍｍ程度、底板（閉止端）の部分は厚肉（元の素材の厚さで約０．５ｍｍ程度）となっている底付きの円筒状の深いカップを製作し、このカップの内側に水圧を掛けて凹凸（襞）を形成してベローズ（蛇腹）とする方法で製造される。

しかし、このシームレスタイプのベローズの製法は上述のように工程が複雑で多岐にわたるために高価であるという問題があった。
さらに、底付きのシームレスタイプのベローズを真空バルブに組み込むためには、上述の特許文献３に記載されているように、電極が貫通する透孔をベローズの底部に穿設し、電極の棚部（段差部）にベローズおよびベローズ遮蔽部材、さらには、緊締リングを積み重ねて鑞付けにより固定する必要があり、固定構造が複雑になる。

また、この固定構造の複雑化により、ローズ、ベローズ遮蔽部材、緊締リングの各部材間の間隙への鑞材の充填が不十分になる懸念があり、鑞付け部における接合強度および気密性の低下が懸念される。
特許第３３６９３６６号公報 特開２００４−７９４４６号公報 特開２００１−６５０３号公報

本発明の目的は、可動部にベローズの鑞付け構造を含む真空バルブにおいて、真空バルブの低コスト化を実現することにある。
本発明の他の目的は、可動部にベローズの鑞付け構造を含む真空バルブにおいて、真空バルブの製造期間の短縮を実現することにある。

本発明の他の目的は、可動部にベローズの鑞付け構造を含む真空バルブにおいて、ベローズの鑞付け構造における接合強度および気密性の向上を実現することにある。

本発明の第１の観点は、固定電極と可動電極の接点が収容される気密容器と、
前記気密容器と前記可動電極との間に介在し、金属めっきが施されていないベローズと、
前記ベローズと前記可動電極との間に介在し、金属めっきが施されているとともに前記ベローズに鑞付けされる第１構成部材と、
前記ヘローズと前記気密容器との間に介在し、金属めっきが施されているとともに前記ベローズに鑞付けされる第２構成部材と、
を含む真空バルブを提供する。

本発明の第２の観点は、第１の観点に記載の真空バルブにおいて、
前記ベローズは、ステンレス鋼の薄板を円筒状に丸めて側面の継ぎ目を溶接することでパイプを構成する溶接工程と、前記パイプに襞部を形成する成形工程とを経て製造され、伸縮変形する前記襞部と、前記襞部の両端に位置する円筒形状の開口部を備えている真空バルブを提供する。

本発明の第３の観点は、第１の観点に記載の真空バルブにおいて、
前記第１および第２構成部材は、軟鋼、銅またはステンレス、または鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれかを含む封着合金からなる真空バルブを提供する。

本発明の第４の観点は、第１の観点に記載の真空バルブにおいて、
前記金属めっきは、金めっきまたはニッケルめっきからなり、前記ベローズに対して前記第１および第２構成部材は銀鑞を用いて鑞付けされている真空バルブを提供する。

本発明の第５の観点は、第１の観点に記載の真空バルブにおいて、
前記ベローズにおける前記第１および第２構成部材の鑞付け部位には、当該第１および第２構成部材の前記金属めっきから移行した金属成分が存在する真空バルブを提供する。

本発明の第６の観点は、第１の観点に記載の真空バルブにおいて、
前記ベローズは、伸縮変形する襞部と、前記襞部の両端に位置する円筒形状の開口部を備え、
前記第１構成部材は、前記可動電極が貫通する透孔と、前記透孔を取り囲むように形成された段差部とを含み、
前記ベローズの一端の前記開口部の外周面と、前記第１構成部材の前記段差部の内周面とが鑞付けされている真空バルブを提供する。

本発明の第７の観点は、固定電極と可動電極の接点が収容される気密容器に対してベローズを介して前記可動電極が支持される構成の真空バルブの製造方法であって、
金属めっきが施されていない前記ベローズと、金属めっきが施され前記ベローズと前記可動電極との間に介在する第１構成部材と、金属めっきが施され前記ヘローズと前記気密容器との間に介在する第２構成部材と、を準備する第１工程と、
前記第１および第２構成部材を前記ベローズに鑞付けする第２工程と、
を含む真空バルブの製造方法を提供する。

本発明の第８の観点は、第７の観点に記載の真空バルブの製造方法において、
前記第１工程では、前記ベローズは、ステンレス鋼の薄板を円筒状に丸めて側面の継ぎ目を溶接することでパイプを構成する溶接工程と、前記パイプに襞を形成する成形工程とを経て製造される真空バルブの製造方法を提供する。

本発明の第９の観点は、第７の観点に記載の真空バルブの製造方法において、
前記第１および第２構成部材は、軟鋼、銅またはステンレス、または鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれかを含む封着合金からなる真空バルブの製造方法を提供する。

本発明の第１０の観点は、第７の観点に記載の真空バルブの製造方法において、
前記金属めっきは、金めっきまたはニッケルめっきからなる真空バルブの製造方法を提供する。

本発明の第１１の観点は、第７の観点に記載の真空バルブの製造方法において、
前記第２工程では、銀鑞を用いて、前記ベローズに対して前記第１および第２構成部材を鑞付けする真空バルブの製造方法を提供する。

本発明の第１２の観点は、第７の観点に記載の真空バルブの製造方法において、
前記第２工程では、前記第１および第２構成部材に施された前記金属めっきの金属成分を、鑞付け時に前記ベローズに移行させることで、当該ベローズと前記第１および第２構成部材とを鑞付けする真空バルブの製造方法を提供する。

本発明の第１３の観点は、気密を保ったままで接点の接離を可能とするために、前記接点が収容される気密容器の構成部材とベローズを鑞付けした構造を備えた真空バルブの製造方法であって、
前記構成部材に金属めっきを施す第１工程と、
金属めっきが施されていない前記ベローズと、前記構成部材とを鑞付けする第２工程と、
を含む真空バルブの製造方法を提供する。

本発明の第１４の観点は、第１３の観点に記載の真空バルブの製造方法において、
前記ベローズは、ステンレス鋼の薄板を円筒状に丸めて側面の継ぎ目を溶接することでパイプを構成する溶接工程と、前記パイプに襞部を形成する成形工程とを経て製造される真空バルブの製造方法を提供する。

本発明の第１５の観点は、第１３の観点に記載の真空バルブの製造方法において、
前記構成部材は、軟鋼、銅またはステンレス、または鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれかを含む封着合金からなる真空バルブの製造方法を提供する。

本発明の第１６の観点は、第１３の観点に記載の真空バルブの製造方法において、
前記構成部材の前記金属めっきは、金めっきまたはニッケルめっきからなり、前記第２工程では、前記ベローズに対して前記構成部材は銀鑞を用いて鑞付けされる真空バルブの製造方法を提供する。

本発明の第１７の観点は、第１３の観点に記載の真空バルブの製造方法において、
前記第２工程では、前記構成部材に施された前記金属めっきの金属成分を、鑞付け時に前記ベローズに移行させることで、当該ベローズと前記構成部材とを鑞付けする真空バルブの製造方法を提供する。

本発明によれば、真空バルブのベローズの鑞付け構造において、ベローズ自体には金属めっきを行なわず、相手側の構成部材に金属めっきを行うので、ベローズのコストを低減できる。すなわち、比較的形状が単純で穿孔等の損傷の懸念のない構成部材に対して、たとえばバレルめっき等の簡易で大量処理が可能なめっき法を採用して金属めっきの形成を行うことで、金属めっきに起因するコストを低減できる。

さらに、ベローズとして安価なシームタイプのベローズを採用することで、一層のコスト低減を実現できる。
また、シームタイプのベローズでは、製法の原理上、両端の開口部は円筒状になり、この開口部の外周面と、相手側の構成部材とを鑞付けする際に、直線状の開口部の外周面と構成部材との間隙の形状が単純であるため、当該間隙に鑞材が確実に充填され、鑞付け部の接合強度および気密性が向上する。

本発明によれば、可動部にベローズの鑞付け構造を含む真空バルブにおいて、真空バルブの低コスト化を実現することができる。
また、可動部にベローズの鑞付け構造を含む真空バルブにおいて、真空バルブの製造期間の短縮を実現することができる。

また、可動部にベローズの鑞付け構造を含む真空バルブにおいて、ベローズの鑞付け構造における接合強度および気密性の向上を実現することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である真空バルブ１０の構成の一例を示す断面図である。

本実施の形態の真空バルブ１０は、絶縁筒１１、可動側端板１２、固定側端板１３、可動側接触子１４、固定側接触子１５、ベローズ１６、カバー１７、アークシールド１８を含んでいる。

絶縁筒１１は、たとえばセラミックス等の絶縁物で構成されている。絶縁筒１１の上下の両端部の各々には、メタライズ層１１ａ、およびメタライズ層１１ｂが形成されている。

絶縁筒１１の両端のメタライズ層１１ａ、メタライズ層１１ｂには鑞付け部２２、鑞付け部２１を介して固定側端板１３および可動側端板１２が気密に固着され、内部が所定の真空度に保たれる気密容器Ｖを構成している。

気密容器Ｖを構成する絶縁筒１１の内部には、固定側端板１３を貫通する固定側接触子１５と、可動側端板１２を貫通する可動側接触子１４が対向して配置されている。
可動側接触子１４は、対向端に位置する可動側接点１４ａと、この可動側接点１４ａを背後から支持する可動側通電ロッド１４ｂで構成されている。

固定側接触子１５は、対向端に位置する固定側接点１５ａと、この固定側接点１５ａを背後から支持する固定側通電ロッド１５ｂで構成されている。
固定側端板１３を貫通する固定側接触子１５は、鑞付け部２６によって当該固定側端板１３に気密に固定されている。

気密容器Ｖの内部において、固定側接触子１５には、固定側接点１５ａと可動側接点１４ａの対向領域を収容するカップ状のアークシールド１８が固定されている。このアークシールド１８は、固定側接点１５ａと可動側接点１４ａの接離による電流の開閉の際に生じるアークによって絶縁筒１１の内壁の汚損を防止するために設けられている。

図２Ａは、可動側端板１２に対する可動側接触子１４の貫通部を拡大した拡大断面図である。
可動側端板１２に対する可動側接触子１４の貫通部には、ベローズ１６が設けられており、このベローズ１６によって、可動側接触子１４の軸方向の変位を可能にしつつ、可動側接触子１４の可動側端板１２に対する貫通部の気密を維持する。

すなわち、ベローズ１６は、伸縮変形する伸縮襞部１６ａおよび両端部の軸方向にほぼ平行な断面を有する筒状の開口端１６ｂおよび開口端１６ｃからなる。
このベローズ１６は、たとえば、ステンレス鋼等で構成され、後述のような製造方法で製造されるシームタイプのベローズである。本実施の形態の場合、ベローズ１６の内周、外周のいずれの表面にも金属めっき等は全く施されておらず、製造時のまま素材の地肌が露出している。

可動側端板１２は、全体にニッケル（Ｎｉ）めっき層１２ａが施されている。この可動側端板１２の中央部には可動側接触子１４が挿通される貫通孔１２ｂが開口されている。さらに、この貫通孔１２ｂと同心円状に、気密容器Ｖの外側に突出する凹部１２ｃが設けられている。

そして、この凹部１２ｃの内周部と、ベローズ１６の一方の開口端１６ｃの外周部とが、たとえば銀鑞等の鑞付け部２３にて気密に鑞付けされている。すなわち、鑞付け部２３において、開口端１６ｃの外周面と凹部１２ｃの内周面との間隙には全周にわたって鑞材が充填され、かつ、ベローズ１６の開口端１６ｃの外周および内周には、それぞれフィレット２３ａおよびフィレット２３ｂが形成されている。

ベローズ１６の他方の開口端１６ｂと可動側接触子１４は、カバー１７を介して気密に結合されている。
すなわち、カバー１７は、全体がニッケル（Ｎｉ）めっき層１７ａで覆われているとともに、中央部には、可動側接触子１４が貫通する貫通孔１７ｂが開口されており、この貫通孔１７ｂの内周と可動側接触子１４の外周とが鑞付け部２５によって気密に固定されている。

さらに、カバー１７には、この貫通孔１７ｂと同心円状に、気密容器Ｖの内部側に突出するように、凹部１７ｃおよびが設けられている。また、凹部１７ｃの外周部には、フランジ部１７ｄが設けられ、このフランジ部１７ｄによって、気密容器Ｖの内部側の可動側接点１４ａと固定側接点１５ａの対向領域から、ベローズ１６が隠蔽されている。

凹部１７ｃの内周面と、ベローズ１６の開口端１６ｂの外周面は、鑞付け部２４によって気密に接合されている。すなわち、鑞付け部２４において、開口端１６ｂの外周と凹部１７ｃの内周との間隙には全周にわたって鑞材が充填され、かつ、開口端１６ｂの内周および外周には、フィレット２４ａおよびフィレット２４ｂが形成されている。

本実施の形態の場合には、深絞りによるシームレスタイプではなく、後述のような製造方法によるシームタイプのベローズ１６を用いたことにより、ベローズ１６の両端には、製造時のままで、軸方向に同径の円筒形の開口端１６ｂおよび開口端１６ｃが形成される。

これにより、カバー１７（可動側接触子１４）に対するベローズ１６の結合部では、このベローズ１６の開口端１６ｂを、カバー１７の凹部１７ｃに軸方向に挿入して嵌合させた簡潔な構造となるため、鑞付け部２４において、鑞材が開口端１６ｂと凹部１７ｃの間隙に確実に充填され、かつ、滑らかな形状のフィレット２４ａおよびフィレット２４ｂが形成される。

同様に、可動側端板１２に対するベローズ１６に結合部においても、このベローズ１６の開口端１６ｃを可動側端板１２の凹部１２ｃに軸方向に嵌合させたシンプルな構造になるため、鑞付け部２３において、鑞材が、開口端１６ｃと凹部１２ｃの間隙に確実に充填され、かつ、滑らかな形状のフィレット２３ａおよびフィレット２３ｂが形成される。

これにより、鑞付け部２４（鑞付け部２３）における結合強度および気密性を向上させることができる。また、ベローズ１６における開口端１６ｂ（開口端１６ｃ）の軸方向の接合長さＬ１（Ｌ２）を調整し、鑞付け部２４（鑞付け部２３）の軸方向の長さを加減することで、当該鑞付け部２４における接合強度および気密性を、所望の値に設定できる。

図２Ｂは、上述のベローズ１６とカバー１７との鑞付け部２４の変形例を示している。この変形例の場合、ベローズ１６における開口端１６ｂの外周面に加えて、開口端１６ｂに最も近い伸縮襞部１６ａの襞部外周面１６ｄ（ベローズ１６の軸方向にほぼ直交する面）をも鑞付け部２４の接合面として利用することで、当該鑞付け部２４における接合強度および気密性の一層の向上を実現している。

図３は、本実施の形態における上述のベローズ１６の製造方法の一例を示す概念図である。
たとえば、ステンレス鋼等からなる矩形の薄板３１をパイプ３２に丸めた後、当該パイプ３２の側面の軸方向の継ぎ目３３を溶接する。その後、たとえば、軸体の周囲に襞の母型が形成された母型治具４１および襞のピッチ幅の突起を有する押圧治具４２からなる成形治具４０等を用い、母型治具４１をパイプ３２の内部に挿入し、外部から押圧治具４２でパイプ３２の径方向に、当該パイプ３２の壁面を挟圧して、パイプ３２の軸方向の中央部に伸縮可能な襞部３４（伸縮襞部１６ａ）を形成することで、ベローズ３０（ベローズ１６）を得る。

なお、成形治具４０を用いる代わりに、内周面に襞形状を有する筒状の母型の内部にパイプ３２を挿入し、パイプ３２の内部に水圧を印加して母型の内部形状に倣うようにパイプ３２を拡径することによってベローズ３０を製造することもできる。

このようなベローズ３０の製造方法によれば、パイプ３２の両端を円筒形のまま残して襞部３４を形成することで、軸方向の中央部に伸縮襞部１６ａが形成され、両端部がシンプルな円筒状の開口端１６ｂおよび開口端１６ｃを有する本実施の形態のベローズ１６を短期間に容易に得ることができる。また、本実施の形態のようなシームタイプのベローズ１６は、従来の製造工程の複雑なシームレスタイプのベローズに比較して、製造期間が短く、従って、ベローズ１６を用いる真空バルブ１０の製造期間を短縮できる。

以上のような構成の本実施の形態の真空バルブ１０においては、可動側接触子１４および固定側接触子１５が所望の電気回路に接続され、可動側接点１４ａと固定側接点１５ａとを接触させることで、当該電気回路は通電状態となる。そして、何らかのトラブルの際に、当該電気回路を切断する場合には、外部からの信号に応じてベローズ１６に支持された可動側接触子１４を、固定側接触子１５から離間する方向に変位させることで、可動側接点１４ａと固定側接点１５ａが離間して絶縁状態となる。この際、気密容器Ｖの内部は真空であるため、アーク放電等による切断ミスは生じない。

このように、伸縮自在なベローズ１６によって気密容器Ｖの真空度を保ったままで可動側接点１４ａと固定側接点１５ａの接離による、電気回路の開閉動作を可能としている。
上述のように、本実施の形態の場合には、ベローズ１６には全く金属めっきをほどこさず、可動側端板１２およびカバー１７の側にのみニッケルめっき層１２ａ、ニッケルめっき層１７ａを形成している。そして、ベローズ１６の開口端１６ｃと可動側端板１２、およびベローズ１６の開口端１６ｂとカバー１７が、それぞれ、たとえば銀鑞からなる鑞付け部２３および鑞付け部２５にて鑞付けされている。

ベローズ１６の側に全く金属めっきを施さず、接合相手の可動側端板１２、カバー１７の側のみにニッケルめっき層１２ａ、ニッケルめっき層１７ａを施すことで、十分な接合強度および気密性が確保できることが、後述の実施例にて確認されており、本実施の形態における上述の真空バルブ１０の構造は、この実施例の知見に基づくものである。

すなわち、上述したように、従来の真空バルブにおけるベローズの銀鑞付け方法は、オーステナイト系ステンレスからなる板材を深絞り加工して製造されたシームレスタイプのベローズを用い、このシームレスタイプのベローズに、たとえば特許文献２のように、手間の掛かる吊るしめっきまたは無電解めっきによりＮｉめっきの被覆を行っていた。

しかも特許文献３に示すように、このシームレスタイプのベローズの閉止端（底板）の厚肉の部分に、電極が貫通する透孔を穿設し、電極の棚部（段差部）にベローズおよびベローズ遮蔽部材、さらには、緊締リングを積み重ねて挟み込み、鑞付けにより固定する複雑な固定構造であった。

このように、従来技術の場合、高価なシームレスタイプのベローズを使用し、しかもＮｉめっきを施さなければならず、ベローズ自体が高価なうえにさらにＮｉめっきが必要であり、いっそうのコストアップとなっていた。

このような従来の状況に鑑み、本実施の形態では、真空バルブ１０におけるベローズの安価な銀鑞付け方法を以下のように詳細に検討し、この結果得られた知見を適用したものが、上述の本実施の形態の真空バルブ１０の構造である。

まず、幾つかの材料を用いて鑞付けのための基礎実験を行なった。実験に用いた材料は、無酸素銅板（Ｃ１０２０Ｐ）、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）、冷間圧延ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４ＣＰ）であり、サンプルの大きさは厚さ２〜３ｍｍ、３０ｍｍ程度の四角であり、Ｎｉめっきを行なわない場合には溶剤中で脱脂のみを行なったものである。
［参考例１］
まず、Ｎｉめっきを施していないＳＵＳ３０４（仮に母材側１０１とする）と、それぞれＮｉめっきなしのＣ１０２０Ｐ、ＳＰＣＣ、ＳＵＳ３０４ＣＰ（仮に被着材側１０２とする）の間に、銀鑞（７２Ａｇ−Ｃｕ）の箔を装着して、１０^−２Ｐａ以下の高真空雰囲気において８００℃で加熱し、銀鑞層１０３を介して母材側１０１と被着材側１０２を接合したところ、図４Ａに示されるように、母材側１０１（ＳＵＳ３０４）／被着材側１０２（Ｃ１０２０Ｐ，ＳＰＣＣ）の組合せでは被着材側１０２であるＣ１０２０Ｐ側，ＳＰＣＣ側には紡錘状のフィレット１０３ａが形成されていたものの、母材側のＳＵＳ３０４側では引け巣１０３ｂが発生していた。

また、図４Ｂに示されるように、母材側１０１（ＳＵＳ３０４）／被着材側１０２（ＳＵＳ３０４）の組合せでは、母材、被着材の両側ともに大きな引け巣１０３ｂが発生していた。

これは、Ｃ１０２０ＰやＳＰＣＣの表面は多少の汚れや酸化物が存在していても、真空中の加熱による還元作用によって汚れや酸化物が分解されるために、良好な濡れ性が得られるが、ＳＵＳ３０４の場合では材料の表面に強固な酸化皮膜を形成しているために真空加熱ではこの酸化皮膜を除去できないためで、したがってＮｉめっきなしのＳＵＳ３０４では銀鑞の濡れ性が悪く、このままでは良好な気密接合を行なうことは不可能である。
［参考例２］
次に、母材側１０１としてＮｉめっきを施したＳＵＳ３０４の板と、被着材側１０２としてそれぞれＮｉめっき無しのＣ１０２０Ｐ、ＳＰＣＣ、ＳＵＳ３０４ＣＰの組合せにおいて上記と同様な鑞付けを行なった。

母材側１０１（ＳＵＳ３０４：Ｎｉめっき有り）／被着材側１０２（Ｃ１０２０Ｐ，ＳＰＣＣ）の組合せでは、図５Ａに示されるように、母材側１０１、被着材側１０２のいずれの表面にも紡錘状の鑞付けフィレット１０３ａが形成されており、銀鑞の濡れ性の悪いＳＵＳ３０４でもＮｉめっき（１０３ａ）を施すことによって良好な鑞付けが可能であるといえる。

ここで特徴的な事象として、図５Ｂに示されるように、母材側１０１（ＳＵＳ３０４：Ｎｉめっき有り）／被着材側１０２（ＳＵＳ３０４ＣＰ：Ｎｉめっき無し）の組合せにおいても、被着材側１０２でＮｉめっきが施されていないために本来は濡れ性が著しく劣るＳＵＳ３０４側（被着材側１０２）でも紡錘状の鑞付けフィレット１０３ａが形成され良好な鑞付け状態を呈していることである。

このことは、母材側１０１（ＳＵＳ３０４）上に施されたＮｉめっき（母材側めっき１０１ａ）の一部が、８００℃〜８５０℃の鑞付けの際に溶融し、銀鑞が凝固する際に被着材側１０２（Ｎｉめっきなし）のＳＵＳ３０４の表面に析出して、あたかもＮｉめっきを施したような作用をしているものと推定される。

同じく、母材側１０１としてＮｉめっきを施したＳＵＳ３０４の板と、被着材側１０２として、それぞれＮｉめっき有りのＣ１０２０Ｐ、ＳＰＣＣ、ＳＵＳ３０４ＣＰの組合せにおいて上記と同様な鑞付けを行なったが、当然のことながらいずれの組合せでも母材側１０１、被着材側１０２の双方に良好なフィレット１０３ａが形成されていた。

なお、Ｎｉめっきの表面にも汚れや酸化皮膜が存在しているはずであるが、これらは真空加熱によって簡単に除去できるために良好な銀鑞の濡れ性を呈すのである。
［実施例１］
以上の参考例の知見を基に、母材側１０１：ＳＵＳ３０４（Ｎｉめっき無し）、被着材側１０２：Ｃ１０２０Ｐ、ＳＰＣＣ、ＳＵＳ３０４のそれぞれにＮｉめっき（被着材側めっき１０２ａ）を施したものの三通りの組合せについてサンプルを製作し、鑞付け状態を観察した結果、図６に示されるように、いずれの組合せにおいてもＮｉめっきの無いＳＵＳ３０４側（母材側１０１）でも、フィレット１０３ａが形成され、良好な鑞付け状態となっていた。

以上の実験結果を整理したのが表１である。表１中の記号は、母材側の鑞付け状態／被着材側の鑞付け状態、を示したもので、○印は鑞付けフィレットが形成されて良好な鑞付け状態である場合であり、×印はフィレット１０３ａが形成されず不良とされる鑞付け状態である。

以上の実験結果をもとに、それぞれのサンプルにおける鑞付け部の断面について詳細な観察を行なうこととした。

図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄ及び図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄは、母材側１０１：ＳＵＳ３０４（Ｎｉめっき無し）、被着材側１０２：ＳＵＳ３０４（Ｎｉめっき有り）の鑞付け部の断面において、ＳＵＳ３０４の主な構成元素（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ）と銀鑞の構成元素（Ａｇ，Ｃｕ）及びＮｉめっきのＮｉ成分について、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）による元素の濃度分布を確認した結果である。

すなわち、図７Ａは、被着材側１０２、銀鑞層１０３、母材側１０１からなる鑞付け部の断面観察図であり、図７Ｂは、被着材側１０２と銀鑞層１０３の接合界面１０４ａの断面観察図である。

また、図７Ｃは、ＥＰＭＡによる元素の濃度分布の測定結果を、複数の元素について一括して示した線図であり、図７Ｄは、個々の元素毎の濃度分布の測定結果を、接合界面１０４ａの位置を一致させて示した線図である。

図８Ａは、母材側１０１、銀鑞層１０３、被着材側１０２からなる鑞付け部の断面観察図であり、図８Ｂは、母材側１０１と銀鑞層１０３の接合界面１０４の断面観察図である。

また、図８Ｃは、ＥＰＭＡによる元素の濃度分布の測定結果を、複数の元素について一括して示した線図であり、図８Ｄは、個々の元素毎の濃度分布の測定結果を、接合界面１０４の位置を一致させて示した線図である。

図７Ｃ、図７Ｄ（図８Ｃ、図８Ｄ）のそれぞれのチャートの縦軸はＥＰＭＡにより収集した元素のカウント数であり、上になるほど濃度の高いことを示しており、横軸は距離である。またチャート内に挿入した二点鎖線は母材側１０１：ＳＵＳ３０４（Ｎｉめっき無し）と銀鑞層１０３、被着材側１０２：ＳＵＳ３０４（Ｎｉめっき有り）と銀鑞層の、おおよその界面（接合界面１０４）を示している。なお、各元素毎の分析チャートは、理解しやすくするために縦軸のスケールを任意に拡大、縮小している。

図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃ、図７Ｄは、被着材側１０２：ＳＵＳ３０４（Ｎｉめっき有り）と銀鑞層１０３の接合界面１０４ａにおける元素分析の結果である。被着材側１０２の表層数μｍの範囲でＮｉの濃度が高くなっていることが判る。これはＮｉめっきによるものである。

一方、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃ、図８Ｄは、母材側１０１：ＳＵＳ３０４（Ｎｉめっき無し）と銀鑞層１０３の接合界面１０４における分析結果である。この接合界面１０４の特徴的な現象として母材側１０１のＳＵＳ３０４の表面にはＮｉめっきをしていないので、Ｎｉは母材側１０１にのみに存在するはずであるので、破線１０５で示した如く、ＮｉはＳＵＳ３０４の組成に基づくほぼ一定な濃度分布を呈するはずであるが、Ｎｉめっきをしていないにも係わらず母材側１０１（ＳＵＳ３０４）の表層にＮｉの高濃度域１０５ａが観察されることである。

つまり、前述したとおりＳＵＳ３０４上に施されたＮｉめっきの一部が鑞付けの際に溶融し、凝固の際にＮｉめっきのない相手側のＳＵＳ３０４の表面に析出して、あたかもＮｉめっきを施したような作用をしているということが事実として確認された。
［実施例２］
以上の実験から得た知見をもとに、真空バルブ１０におけるベローズ１６の鑞付けについても実験してみた。鑞付け実験に用いたベローズ１６は、オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）の薄板を、上述の図３の製造方法に例示したように、ＴｉＧ溶接によってパイプ状にしたものを水圧によって成形したもので、いわゆるシームタイプ（溶接継ぎ目あり）のベローズ１６で、全くＮｉめっきは施していない。

ベローズ１６と鑞付けされる被着材としては、Ｃ１０２０ＰまたはＳＰＣＣで構成され、厚さ２〜３μｍのＮｉめっきからなるニッケルめっき層１７ａを有するカバー１７、Ｆｅ−４２Ｎｉで構成され、厚さ２〜３μｍのＮｉめっきからなるニッケルめっき層１２ａが形成された可動側端板１２である（図２Ａ参照）。

これらの組合せについて上述のとおり鑞付けを行いその外観、断面について調査した結果、図９に例示されるように、いずれの組合せでもフィレット２４ａ、フィレット２３ｂが形成され、良好な鑞付け状態を呈していた。

図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃ、図１０Ｄは、当該ベローズ１６（Ｎｉめっきなし）とＣ１０２０Ｐ（Ｎｉめっき（ニッケルめっき層１７ａ）あり）製のカバー１７の鑞付け部断面において、当該ベローズ１６の主要元素であるＦｅ，Ｃｒ，Ｎｉと銀鑞の構成元素Ａｇ，Ｃｕ及びニッケルめっき層１７ａのＮｉについてＥＰＭＡによる元素分析結果を示したものである。

図１０Ａは、ベローズ１６、銀鑞層、カバー１７（可動側端板１２）からなる鑞付け部２４（鑞付け部２３）の断面観察図であり、図１０Ｂは、ベローズ１６と銀鑞層（鑞付け部２４，鑞付け部２３）の接合界面１０４の断面観察図である。

また、図１０Ｃは、ＥＰＭＡによる元素の濃度分布の測定結果を、複数の元素について一括して示した線図であり、図１０Ｄは、個々の元素毎の濃度分布の測定結果を、接合界面１０４の位置を一致させて示した線図である。

これらの図１０Ａ〜図１０Ｄにおいても、上述の図８Ｄで確認された如くＮｉめっきを施していないベローズ１６の表面でもＮｉの高濃度域１０５ａが観察されている。これは、ニッケルめっき層１７ａのＮｉ成分が、鑞付け温度でベローズ１６の側に移行したことによるものと考えられる。

ベローズ１６と接合されるカバー１７、可動側端板１２の素材としてＣ１０２０を採用した場合について述べたが、その他の素材としてオーステナイト系ステンレス、軟鋼（ＳＰＣＣなど）や、Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の封着合金を採用した場合においても同様な結果を得ている。

本実施の形態による接合方法を用いて製作された上述の真空バルブ１０の内部の圧力（真空度）の推移を確認したところ、真空度の低下は認められなかった。つまり、ベローズ１６と、カバー１７および可動側端板１２の各々との間における、鑞付け部２４および鑞付け部２３においては良好な気密接合が行なわれているということである。

以上説明したように、本実施の形態によれば、真空バルブ１０におけるベローズ１６の接合において、たとえば、ステンレス鋼等で構成されるベローズ１６にはＮｉめっきをせずに、当該ベローズ１６と接合される比較的単純な形状の相手部品であるカバー１７、可動側端板１２にニッケルめっき層１７ａ、ニッケルめっき層１２ａを形成し、銀鑞付けすることによって、ベローズ１６への金属めっきが不要な分だけ、低コストにて、高い気密性および接合強度を有する接合が可能である。

また、ベローズ１６として、溶接継ぎ目のある薄肉のパイプを成形したシームタイプの安価なベローズ１６の使用が可能であるので、さらに低コスト化な接合が可能である。たとえば、シームタイプのベローズ１６は、シームレスタイプのベローズ１６に比べて、ほぼ価格が１／３であり、大幅なコスト低減が可能になる。

また、シームタイプのベローズ１６は、そのままで、両端が円筒状の開口端１６ｂ、開口端１６ｃを備えているので、この開口端１６ｂ、開口端１６ｃの内周面または外周面を鑞付けの接合面として用いることで、簡素な構造な鑞付け部２３、鑞付け部２２を構成することができる。

この結果、特許文献３に示されるような複雑な積層構造を用いる場合に比較して、鑞付け部２３、鑞付け部２２の気密性の長期間の維持向上が望める。
上述の説明では、真空バルブ１０におけるベローズ１６の接合部の接合技術に言及した。図１に例示される真空バルブ１０においては、鑞付け部２１、鑞付け部２２、鑞付け部２３、鑞付け部２４、鑞付け部２５、および鑞付け部２６等の鑞付けを、たとえば、真空加熱炉内で一括して行うことも可能である。

すなわち、図１の構成の真空バルブ１０の各部品を、当該図１のように仮組するとともに、鑞付け部２１〜鑞付け部２６の各々に鑞材を配置する。この場合、鑞材の粘性を仮組における部品間の位置決めに利用してもよい。そして、これらの部品を真空加熱炉内に収容して、一括して、たとえば８００℃〜８５０℃の鑞付け温度に加熱して、鑞付けによる組み立てを行う。

本実施の形態の場合、シームタイプのベローズ１６の両端が円筒状の開口端１６ｂ、開口端１６ｃの簡素な形状を呈しているので、カバー１７、ベローズ１６、可動側端板１２、可動側接触子１４、を軸方向に並べて同軸に配置するだけで簡単に仮組ができ、一層好都合である。

この場合、上述の図２Ａのようなベローズ１６に関係する構成部品は、絶縁筒１１の内部に収容された状態となり、加熱炉からの輻射熱を受けにくくなる。
しかし、上述のように、本実施の形態の場合には、８００℃程度の鑞付け温度で鑞付けが可能であるため、たとえば、加熱炉の温度を８５０℃程度に設定して、絶縁筒１１の内部のベローズ１６等の構成部品を８００℃程度に加熱することで、真空バルブ１０の一括組み立てを実現できる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、可動側端板１２、カバー１７への金属めっきとしては、ニッケルめっきに限らず、金（Ａｕ）めっきでもよい。

（付記１）気密を保ったままで接点の接離を可能とするために、気密容器の構成部材とステンレス製ベローズを銀鑞付けする構造において、ベローズと銀鑞付けされる相手部品にＮｉめっきを施し、ステンレス製ベローズにはめっきなどの表面処理を施さないでベローズを銀鑞付けすることを特徴とするベローズの接合方法。

（付記２）ステンレス製ベローズの製法として、０．１ｍｍ程度のステンレスの薄板をＴｉＧ溶接などによって円筒状のパイプを製作し、このパイプを液圧などによって凹凸を成形したベローズ（シーム管方式）を使用したことを特徴とする付記１に記載のベローズの接合方法。

（付記３）ステンレス製ベローズが接合される相手部品の材質が軟鋼、銅またはステンレス、または鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金などの封着合金であることを特徴とする付記１に記載のベローズの接合方法。

本発明の一実施の形態である真空バルブの構成の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である真空バルブにおけるベローズの接合部を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施の形態である真空バルブにおけるベローズの接合部の変形例を拡大して示す断面図である。 本発明の一実施の形態である真空バルブに備えられるベローズの製造方法の一例を示す概念図である。 真空バルブに用いられるベローズの接合方法の参考例１を示す概念図である。 真空バルブに用いられるベローズの接合方法の参考例１の変形例を示す概念図である。 真空バルブに用いられるベローズの接合方法の参考例２を示す概念図である。 真空バルブに用いられるベローズの接合方法の参考例２の変形例を示す概念図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法の実施例１を示す概念図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法の実施例１における被着材側、銀鑞層、母材側からなる鑞付け部の断面観察図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法の実施例１における被着材側と銀鑞層の接合界面の断面観察図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法の実施例１における被着材側と銀鑞層の接合界面のＥＰＭＡによる元素の濃度分布の測定結果を、複数の元素について一括して示した線図である。 図７Ｃにおける個々の元素毎の濃度分布の測定結果を、接合界面の位置を一致させて個別に示した線図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法の実施例１における被着材側、銀鑞層、母材側からなる鑞付け部の断面観察図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法の実施例１における母材側と銀鑞層の接合界面の断面観察図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法の実施例１における母材側と銀鑞層の接合界面の接合界面のＥＰＭＡによる元素の濃度分布の測定結果を、複数の元素について一括して示した線図である。 図８Ｃにおける個々の元素毎の濃度分布の測定結果を、接合界面の位置を一致させて個別に示した線図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法を真空バルブに適用した実施例２を示す概念図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法の実施例２における鑞付け部の断面観察図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法の実施例２におけるベローズと銀鑞層の接合界面の断面観察図である。 本発明の一実施の形態であるベローズの接合方法の実施例２におけるベローズと銀鑞層の接合界面の接合界面のＥＰＭＡによる元素の濃度分布の測定結果を、複数の元素について一括して示した線図である。 図１０Ｃにおける個々の元素毎の濃度分布の測定結果を、接合界面の位置を一致させて個別に示した線図である。

符号の説明

１０ 真空バルブ
１１ 絶縁筒
１１ａ メタライズ層
１１ｂ メタライズ層
１２ 可動側端板
１２ａ ニッケルめっき層
１２ｂ 貫通孔
１２ｃ 凹部
１３ 固定側端板
１４ 可動側接触子
１４ａ 可動側接点
１４ｂ 可動側通電ロッド
１５ 固定側接触子
１５ａ 固定側接点
１５ｂ 固定側通電ロッド
１６ ベローズ
１６ａ 伸縮襞部
１６ｂ 開口端
１６ｃ 開口端
１６ｄ 襞部外周面
１７ カバー
１７ａ ニッケルめっき層
１７ｂ 貫通孔
１７ｃ 凹部
１７ｄ フランジ部
１８ アークシールド
２１ 鑞付け部
２２ 鑞付け部
２３ 鑞付け部
２３ａ フィレット
２３ｂ フィレット
２４ 鑞付け部
２４ａ フィレット
２４ｂ フィレット
２５ 鑞付け部
２６ 鑞付け部
３０ ベローズ
３１ 薄板
３２ パイプ
３３ 継ぎ目
３４ 襞部
４０ 成形治具
４１ 母型治具
４２ 押圧治具
１０１ 母材側
１０１ａ 母材側めっき
１０２ 被着材側
１０２ａ 被着材側めっき
１０３ 銀鑞層
１０３ａ フィレット
１０３ｂ 引け巣
１０４ 接合界面
１０４ａ 接合界面
１０５ 破線
１０５ａ 高濃度域
Ｖ 気密容器

Claims (17)

1. 固定電極と可動電極の接点が収容される気密容器と、
   前記気密容器と前記可動電極との間に介在し、金属めっきが施されていないベローズと、
   前記ベローズと前記可動電極との間に介在し、金属めっきが施されているとともに前記ベローズに鑞付けされる第１構成部材と、
   前記ヘローズと前記気密容器との間に介在し、金属めっきが施されているとともに前記ベローズに鑞付けされる第２構成部材と、
   を含むことを特徴とする真空バルブ。
2. 請求項１記載の真空バルブにおいて、
   前記ベローズは、ステンレス鋼の薄板を円筒状に丸めて側面の継ぎ目を溶接することでパイプを構成する溶接工程と、前記パイプに襞部を形成する成形工程とを経て製造され、伸縮変形する前記襞部と、前記襞部の両端に位置する円筒形状の開口部を備えていることを特徴とする真空バルブ。
3. 請求項１記載の真空バルブにおいて、
   前記第１および第２構成部材は、軟鋼、銅またはステンレス、または鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれかを含む封着合金からなることを特徴とする真空バルブ。
4. 請求項１記載の真空バルブにおいて、
   前記金属めっきは、金めっきまたはニッケルめっきからなり、前記ベローズに対して前記第１および第２構成部材は銀鑞を用いて鑞付けされていることを特徴とする真空バルブ。
5. 請求項１記載の真空バルブにおいて、
   前記ベローズにおける前記第１および第２構成部材の鑞付け部位には、当該第１および第２構成部材の前記金属めっきから移行した金属成分が存在することを特徴とする真空バルブ。
6. 請求項１記載の真空バルブにおいて、
   前記ベローズは、伸縮変形する襞部と、前記襞部の両端に位置する円筒形状の開口部を備え、
   前記第１構成部材は、前記可動電極が貫通する透孔と、前記透孔を取り囲むように形成された段差部とを含み、
   前記ベローズの一端の前記開口部の外周面と、前記第１構成部材の前記段差部の内周面とが鑞付けされていることを特徴とする真空バルブ。
7. 固定電極と可動電極の接点が収容される気密容器に対してベローズを介して前記可動電極が支持される構成の真空バルブの製造方法であって、
   金属めっきが施されていない前記ベローズと、金属めっきが施され前記ベローズと前記可動電極との間に介在する第１構成部材と、金属めっきが施され前記ヘローズと前記気密容器との間に介在する第２構成部材と、を準備する第１工程と、
   前記第１および第２構成部材を前記ベローズに鑞付けする第２工程と、
   を含むことを特徴とする真空バルブの製造方法。
8. 請求項７記載の真空バルブの製造方法において、
   前記第１工程では、前記ベローズは、ステンレス鋼の薄板を円筒状に丸めて側面の継ぎ目を溶接することでパイプを構成する溶接工程と、前記パイプに襞を形成する成形工程とを経て製造されることを特徴とする真空バルブの製造方法。
9. 請求項７記載の真空バルブの製造方法において、
   前記第１および第２構成部材は、軟鋼、銅またはステンレス、または鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれかを含む封着合金からなることを特徴とする真空バルブの製造方法。
10. 請求項７記載の真空バルブの製造方法において、
    前記金属めっきは、金めっきまたはニッケルめっきからなることを特徴とする真空バルブの製造方法。
11. 請求項７記載の真空バルブの製造方法において、
    前記第２工程では、銀鑞を用いて、前記ベローズに対して前記第１および第２構成部材を鑞付けすることを特徴とする真空バルブの製造方法。
12. 請求項７記載の真空バルブの製造方法において、
    前記第２工程では、前記第１および第２構成部材に施された前記金属めっきの金属成分を、鑞付け時に前記ベローズに移行させることで、当該ベローズと前記第１および第２構成部材とを鑞付けすることを特徴とする真空バルブの製造方法。
13. 気密を保ったままで接点の接離を可能とするために、前記接点が収容される気密容器の構成部材とベローズを鑞付けした構造を備えた真空バルブの製造方法であって、
    前記構成部材に金属めっきを施す第１工程と、
    金属めっきが施されていない前記ベローズと、前記構成部材とを鑞付けする第２工程と、
    を含むことを特徴とする真空バルブの製造方法。
14. 請求項１３記載の真空バルブの製造方法において、
    前記ベローズは、ステンレス鋼の薄板を円筒状に丸めて側面の継ぎ目を溶接することでパイプを構成する溶接工程と、前記パイプに襞部を形成する成形工程とを経て製造されることを特徴とする真空バルブの製造方法。
15. 請求項１３記載の真空バルブの製造方法において、
    前記構成部材は、軟鋼、銅またはステンレス、または鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金のいずれかを含む封着合金からなることを特徴とする真空バルブの製造方法。
16. 請求項１３記載の真空バルブの製造方法において、
    前記構成部材の前記金属めっきは、金めっきまたはニッケルめっきからなり、前記第２工程では、前記ベローズに対して前記構成部材は銀鑞を用いて鑞付けされることを特徴とする真空バルブの製造方法。
17. 請求項１３記載の真空バルブの製造方法において、
    前記第２工程では、前記構成部材に施された前記金属めっきの金属成分を、鑞付け時に前記ベローズに移行させることで、当該ベローズと前記構成部材とを鑞付けすることを特徴とする真空バルブの製造方法。