JP2009113089A - Joining material for vacuum valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アークシールド、ベローズなどのステンレス部品や通電軸などの銅部品をろう付けする真空バルブ用接合材料に関する。 The present invention relates to a joining material for a vacuum valve for brazing stainless steel parts such as arc shields and bellows and copper parts such as current-carrying shafts.
従来、真空バルブのステンレス部品の接合には、1〜10重量%のSn、2.5〜10重量%のCu、残部がAgからなるろう材、および1〜10重量%のSn、2.5〜10重量%のCu、6重量%以下のMn、残部がAgからなるろう材による接合技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, for joining stainless steel parts of vacuum valves, 1 to 10% by weight of Sn, 2.5 to 10% by weight of Cu, the balance being made of Ag, and 1 to 10% by weight of Sn, 2.5 There is known a joining technique using a brazing material composed of -10 wt% Cu, 6 wt% or less Mn, and the balance Ag.
また、接合相が、90重量%以上のAgと10重量%以下のCuからなる第1相と、8重量%以下のAg、5〜35重量%のCu、残部がNiまたはSnの少なくとも1つからなる第2相とからなる接合技術が知られている(例えば、特許文献2参照)。
真空バルブの機能を充分に発揮させるためには、電極開閉時の機械的、熱的衝撃により、ろう付けによる接合部が剥離や分離をしないことが望ましい。しかしながら、従来の接合部では、多頻度開閉時におけるろう材端部からの亀裂進展の現象についての考慮が少なく、接合部が位置ずれを生じたり、気密性が維持できなったりし、耐電圧特性などの必要な特性を満足できないことがあった。このため、本願発明は、ろう材中に含まれるNiに着目し、接合性を検討した。 In order to fully exert the function of the vacuum valve, it is desirable that the joint portion by brazing does not peel or separate due to mechanical and thermal shocks when the electrode is opened and closed. However, with conventional joints, there is little consideration for the phenomenon of crack growth from the brazing filler metal edge during frequent opening and closing, resulting in misalignment of the joints and the inability to maintain airtightness. In some cases, required properties such as For this reason, this invention paid attention to Ni contained in a brazing material, and examined bondability.
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、接合部を強固に接合し得る真空バルブ用接合材料を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vacuum valve bonding material capable of firmly bonding a bonded portion.
上記目的を達成するために、本発明の真空バルブ用接合材料は、真空バルブを構成するステンレス部品を接合する真空バルブ用接合材料であって、ろう材を所定温度で溶融、凝固させろう付けしたとき、前記ステンレス部品近傍の前記ろう材中にNiを含んだ物質を存在させたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the vacuum valve bonding material of the present invention is a vacuum valve bonding material for bonding stainless steel parts constituting the vacuum valve, and is brazed by melting and solidifying the brazing material at a predetermined temperature. In some cases, a material containing Ni is present in the brazing material in the vicinity of the stainless steel part.
本発明によれば、ろう材を溶融、凝固させたときに、ろう材やステンレスから供給されるNiを含んだ物質を接合部に存在させているので、ステンレスとの親和力が高くなり、濡れ広がり性や接合強度などの接合性が向上し、真空バルブの信頼性を高いものにすることができる。 According to the present invention, when the brazing material is melted and solidified, since the substance containing Ni supplied from the brazing material or stainless steel is present in the joint portion, the affinity with the stainless steel is increased, and the wetting spreads. As a result, it is possible to improve the reliability of the vacuum valve.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施例に係る真空バルブ用接合材料を図1乃至図3を参照して説明する。図1は、本発明の実施例に係る真空バルブの構成を示す断面図、図2は、本発明の実施例に係る真空バルブの一方の接点の構成を示す断面図、図3は、本発明の実施例に係る真空バルブの接合部を説明する拡大断面図である。 A vacuum valve bonding material according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a vacuum valve according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of one contact of a vacuum valve according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is an expanded sectional view explaining the junction part of the vacuum valve which concerns on an Example.
先ず、真空バルブ用接合材料が用いられる真空バルブを説明する。図1に示すように、筒状の真空絶縁容器1の両端開口面には、固定側封着金具2と可動側封着金具3とがろう付けにより封着されている。固定側封着金具2には、固定側通電軸4が貫通固定され、端部に固定側電極5および固定側接点6が固着されている。固定側接点6に対向して、接離自在の可動側接点7が可動側電極8に固着されている。可動側電極8は、可動側封着金具3の中央開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸9端部に固着されている。また、可動側通電軸9と可動側封着金具3の開口部間には、伸縮自在のベローズ10がろう付けにより封着されている。
First, a vacuum valve using a vacuum valve bonding material will be described. As shown in FIG. 1, a fixed-side sealing fitting 2 and a movable-side sealing
これにより、真空絶縁容器1内を真空に保ちながら、可動側接点7が固定側接点6と接離できるようになっている。また、接点6、7間を包囲するような筒状のアークシールド11の外周には、環状のサポート12がろう付けされ、真空絶縁容器1の内面に突出した突出部に固定されている。
Thereby, the movable contact 7 can be brought into contact with and separated from the fixed
固定側接点6は、図2に示すように、固定側電極5とろう付け部13で固着されている。固定側電極5と固定側通電軸4は、ろう付け部14によって固着されるか、かしめによって圧着接続されている。可動側も同様の構成である。
As shown in FIG. 2, the
ここで、アークシールド11、サポート12、ベローズ10、封着金具2、3がステンレスまたはステンレスを含んだ合金からなり、これらを真空バルブのステンレス部品という。
Here, the
次に、このような真空バルブの組立方法を説明する。真空バルブは、接点6、7と電極5、8、アークシールド11とサポート12などを部分組立てする工程と、部分組立てした部品を組み合わせて真空絶縁容器1と封着金具2、3とを封着する全体封着工程で製造される。部分組立てする工程と全体封着工程は、溶融温度の異なるろう材を用いて2段階ろう付けで製造する場合と、これらの工程を同時にろう付けで製造する場合とがある。ここでは、部分組立てする工程と全体封着工程とを同時に行った。
Next, a method for assembling such a vacuum valve will be described. The vacuum valve seals the vacuum insulating container 1 and the
次に、接合材料となるろう材の評価方法を説明する。図3に示すように、銅板15とステンレス板16を表1に示す各種材料で構成されたろう材17で接合し、ろう材17中のステンレス板16近傍に存在するろう材マトリックスやステンレスとは明らかに組織形態が異なるNiを含む物質18を、電子顕微鏡および付属の半定量分析装置で調べた。また、同一材料のろう材で接合した真空バルブで、1000回の機械的開閉を実施した後、被接合部をX線で観察するとともに、気密性を調べるため、耐電圧特性を求めた。
Next, a method for evaluating a brazing material as a bonding material will be described. As shown in FIG. 3, the
以下、ろう材17中の成分、熱処理条件などを変化させたときの結果を表1を参照して説明する。
Hereinafter, the results when the components in the
(比較例1、2、実施例1〜3)
比較例1では、ろう材17として貴金属元素であるPdを10重量%含有したBPd−2(Ag−31.5重量%Cu−10重量%Pd、以下重量%を省略する)を使用し、900℃の真空中で熱処理をした。ステンレス板16にはNiメッキを施したが、ろう材17中にはNiを含んだ物質は検出されなかった。また、真空バルブの評価では、Niメッキを施したアークシールド11/サポート12の接合は良好であり、開閉試験後の耐電圧特性も良好であった。この耐電圧値を基準値(1.0)とし、以下の比較例、実施例では、相対値で示した。なお、ステンレス板16は、アークシールド11などと同一材料である。
(Comparative Examples 1 and 2 and Examples 1 to 3)
In Comparative Example 1, BPd-2 (Ag-31.5 wt% Cu-10 wt% Pd, hereinafter omitted wt%) containing 10 wt% of Pd which is a noble metal element was used as the brazing
比較例2では、ろう材17としてAg−28Cu(共晶銀ろう)を使用し、900℃の真空中で熱処理をした。メッキ無しのステンレス板16上には、Niを含んだ物質が検出されず、真空バルブの評価ではメッキ無しのアークシールド11/サポート12のアークシールド11が製造直後に脱落していた。
In Comparative Example 2, Ag-28Cu (eutectic silver brazing) was used as the
実施例1〜3では、ろう材17としてCu−10Ag、Cu−25Ag、Cu−50Agを使用し、900℃の真空中で熱処理をした。メッキ無しのステンレス板16近傍において、Niを含んだ物質18が検出され、その成分はCu−Niであった。これは、ステンレスからNiが供給されたものである。真空バルブの評価では、メッキ無しのアークシールド11/サポート12の接合が良好であり、開閉試験で脱落せず、耐電圧特性はそれぞれ1.1倍であった。なお、メッキ無しとは、ステンレスの素地が露出した状態である。
In Examples 1 to 3, Cu-10Ag, Cu-25Ag, and Cu-50Ag were used as the
(実施例4〜6)
実施例4ではろう材17としてCu−15Sn、実施例5ではAg−20Sn、実施例6ではAg−28Cu−1Niを使用し、900℃の真空中で熱処理をした。ステンレス板16近傍において、Niを含んだ物質18が検出され、その成分はCu−Ni−Sn、Ni−Snであった。これは、ろう材やステンレスからNiが供給されたものである。真空バルブの評価では、メッキ無しのアークシールド11/サポート12が開閉試験で脱落せず、耐電圧特性は、それぞれ1.1倍であった。
(Examples 4 to 6)
In Example 4, Cu-15Sn was used as the
実施例4〜6では、添加元素としてSnとNiについて述べたが、InとTiとを加えた4種類の元素を1つ以上添加しても同様の効果を期待できる。特に添加元素の合計量が20重量%以下ならば、ろう材17自体の強度低下を抑制することができるので、その効果は大きく出る。
In Examples 4 to 6, Sn and Ni have been described as additive elements, but the same effect can be expected by adding one or more of four types of elements including In and Ti. In particular, if the total amount of the additive elements is 20% by weight or less, the strength reduction of the
(実施例7〜9)
実施例7〜9ではろう材17としてAg−28Cu−1Sn−1Niを使用し、900℃の水素雰囲気、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気の不活性雰囲気中で熱処理をした。ステンレス板16近傍において、Niを含んだ物質18が検出され、その成分はCu−Ni−Snであった。真空バルブの評価では、メッキ無しのアークシールド11/サポート12が開閉試験で脱落せず、耐電圧特性は、それぞれ1.0倍以上であった。また、ろう材17の外観が良好であり、金属光沢を示していた。
(Examples 7 to 9)
In Examples 7 to 9, Ag-28Cu-1Sn-1Ni was used as the brazing
(比較例3〜4、実施例10〜12)
比較例3では、ろう材17としてAg−28Cu−1Sn−1Niを使用し、955℃の真空中で加熱処理をした。実施例10〜12では、ろう材17としてAg−28Cu−1In−1Niを使用し、950〜700℃の真空中で熱処理をした。比較例4では、ろう材17としてAg−28Cu−1In−1Niを使用し、680℃の真空中で熱処理をした。
(Comparative Examples 3-4, Examples 10-12)
In Comparative Example 3, Ag-28Cu-1Sn-1Ni was used as the brazing
比較例3では、真空バルブを構成する銀系部品の表面が一部溶融した痕跡が観察され、製品には適さないと判断し、真空バルブの評価は中止した。これは、熱処理温度955℃が純銀の溶融温度の961℃に近く、その影響を受けたものと推測される。(熱処理温度が955℃でも過昇温により真温が上昇することと、銀系部品への不純物の混入による溶融温度が低下する複合的要因)
実施例10〜12では、ステンレス板16近傍において、Niを含んだ物質18が検出され、その成分はCu−Ni−Inであった。真空バルブの評価では、メッキ無しのアークシールド11/サポート12が開閉試験で脱落せず、耐電圧特性は、それぞれ1.1倍以上であった。比較例4では、溶融温度が低く、開閉試験中にアークシールド11が脱落し、耐電圧特性は不整放電があり求められなかった。
In Comparative Example 3, a trace of partial melting of the surface of the silver-based part constituting the vacuum valve was observed, and it was determined that it was not suitable for the product, and the evaluation of the vacuum valve was stopped. This is presumed that the heat treatment temperature of 955 ° C. was close to the melting temperature of pure silver of 961 ° C. and was influenced by this. (A combination of the fact that the true temperature rises due to overheating even when the heat treatment temperature is 955 ° C., and the melting temperature is lowered due to the incorporation of impurities into the silver-based parts)
In Examples 10-12, the
(実施例13〜16)
実施例13〜16では、ろう材17としてCu−25Ag−1Ti−1Niを使用し、900℃の真空中で加熱処理をした。実施例13ではメッキ無しのステンレス部品のベローズ10と銅部品の可動側通電軸9、実施例14ではメッキ無しのベローズ10とステンレス合金の可動側封着金具3、実施例15では固定側封着金具2と銅部品の固定側通電軸4、実施例16では封着金具2、3と真空絶縁容器1(封着面をMo−MnメタライズとNiメッキで表面処理)とを接合した。いずれもステンレス板16近傍において、Niを含んだ物質18が検出され、その成分はCu−Ni−Tiであった。真空バルブの評価では、それぞれの部品が開閉試験で脱落せず、耐電圧特性は、それぞれ1.1倍であった。
(Examples 13 to 16)
In Examples 13 to 16, Cu-25Ag-1Ti-1Ni was used as the
上記実施例の真空バルブ用接合材料によれば、ろう材17を溶融、凝固させたときに、ろう材17やステンレス板16から供給されるNiを含んだ物質18がろう材17中に存在するようにしているので、ステンレス板16との親和力が高くなり、濡れ広がり性や接合強度などの接合性が向上し、ステンレス部品、銅部品、セラミックなどの接合部を強固に接合することができ、良好な開閉特性や耐電圧特性を有する真空バルブを提供することができる。
1 真空絶縁容器
2 固定側封着金具
3 可動側封着金具
4 固定側通電軸
5 固定側電極
6 固定側接点
7 可動側接点
8 可動側電極
9 可動側通電軸
10 ベローズ
11 アークシールド
12 サポート
13、14 ろう付け部
15 銅板
16 ステンレス板
17 ろう材
18 Niを含んだ物質
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum insulation container 2 Fixed side sealing
Claims (8)
ろう材を所定温度で溶融、凝固させろう付けしたとき、前記ステンレス部品近傍の前記ろう材中にNiを含んだ物質を存在させたことを特徴とする真空バルブ用接合材料。 A joining material for a vacuum valve for joining stainless steel parts constituting a vacuum valve,
A bonding material for a vacuum valve, characterized in that a substance containing Ni is present in the brazing material in the vicinity of the stainless steel part when the brazing material is melted and solidified at a predetermined temperature.
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