JP2013025870A

JP2013025870A - 真空バルブ用接合材料

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Publication number: JP2013025870A
Application number: JP2011156155A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kusano; 貴史草野; Atsushi Yamamoto; 敦史山本; Kosuke Sasage; 浩資捧; Kenji Kato; 健二加藤; Haruka Sasaki; 遥佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2013-02-04
Anticipated expiration: 2031-07-14
Also published as: JP5938172B2

Abstract

【課題】接点と電極を強固に接合し、大容量化や多頻度開閉に適する真空バルブ用接合材料を提供する。
【解決手段】Ａｇ−炭化物系合金からなる接点６、８とＣｕからなる電極５、９とを接合材料で接合する真空バルブ用接合材料において、接合材料には、接点系と同様のＡｇと電極と同様のＣｕとをベース材料とし、接点系の炭化物を構成する金属と同一の金属を添加し、接点６、８と電極５、９とを接合した接合部７、１０には、炭化物が形成されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、真空バルブに用いられる接点と電極とを接合する真空バルブ用接合材料に関する。

従来、真空バルブの接点と電極を接合する接合材料には、Ａｇ−Ｃｕ合金系のろう材が用いられており、Ｓｎ、Ｎｉなどを添加し、所定温度での粘性率を定めたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、所定温度での固相率を定めたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

これらにより、接点と電極を強固に接合することができ、接点開閉時の機械的、熱的衝撃に対し、接合部分の剥離、分離の防止が図られてきた。しかしながら、真空バルブが大容量化し、多頻度開閉に適用しようとすると、機械的、熱的衝撃が増大するので、更に強固に接合しなくてはならない。また、低サージ化、高耐電圧化などの要求性能を満足させるため、各種の接点材料が用いられるが、これらの接点材料にも相性がよく、強固に接合することのできる接合材料が望まれていた。

特開２００５−２６２２６７号公報特開２００５−７８９５２号公報

本発明が解決しようとする課題は、各種の接点材料よりなる接点と電極を強固に接合し、増大する機械的、熱的衝撃に耐え得る真空バルブ用接合材料を提供することにある。

上記課題を解決するために、実施形態の真空バルブ用接合材料は、Ａｇ−炭化物系合金からなる接点とＣｕからなる電極とを接合材料で接合する真空バルブ用接合材料において、前記接合材料には、ＡｇとＣｕとのベース材料に、前記炭化物と同一の金属を添加し、前記接点と前記電極とを接合した接合部には、前記炭化物が形成されることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る真空バルブの構成を示す断面図。本発明の実施形態に係る真空バルブの接点と電極の接合部分を説明する拡大断面図。

（真空バルブの構成）
真空バルブの構成を図１を参照して説明する。図１に示すように、アルミナ磁器からなる筒状の真空絶縁容器１の両端開口部には、碗状の固定側封着金具２と可動側封着金具３が封着されている。固定側封着金具２には、固定側通電軸４が貫通固定され、真空絶縁容器１内の端部に例えば縦磁界を発生させる電気銅からなる固定側電極５が固着されている。固定側電極５の可動側表面には、各種の接点材料からなる固定側接点６が固定側接合部７で接合されている。

固定側接点６に対向し、これと同様の接点材料からなる接離自在の可動側接点８が、固定側電極５と同様に例えば縦磁界を発生させる電気銅からなる可動側電極９に可動側接合部１０で接合されている。可動側電極９には、可動側封着金具３を移動自在に貫通する可動側通電軸１１の端部が固着されている。可動側通電軸１１の中間部には、伸縮自在のベローズ１２の一方端が封着され、他方端が可動側封着金具３に封着されている。これにより、真空絶縁容器１内の真空を保って可動側通電軸１１を軸方向に移動させることができる。接点６、８の外周には、筒状のアークシールド１３が設けられている。

（接合部７、１０の構成）
接合部７、１０の構成を図２を参照して説明する。図２（ａ）に示すように、接点６、８と電極５、９間は、厚さ約１００μｍの接合部７、１０で接合されるものの、図２（ｂ）に示すように、条件によっては接合材料の主成分１４と、接点材料と接合材料に含まれる金属成分で生成された炭化物１５が形成されることがある。炭化物１５は、接点６、８との境界部に形成される。

この接合は、真空バルブを構成する部材を一括して接合する全体組立時に行った。なお、他の方法として、固定側部材と可動側部材をそれぞれ部分組立しておき、これらを真空絶縁容器１に組合せる全体組立の製造がある。

（評価方法）
表１に示す各種の接点材料を用いた接点６、８と電極５、９を、各種の接合材料を用いて接合した。これを真空遮断器の操作機構を模擬した試験装置に組込み、１０００回の開閉試験を行い、接点６、８の剥離、離脱などを調査した。衝撃荷重は、一般の真空遮断器よりも大きくし約１．２倍とした。試験後には、接合部７、１０の断面を電子顕微鏡で観察し、構成元素を付属の判定量分析器で調査した。結果は、接点６、８が正常に接合されているものを○とし、ずれ、剥離などあるものを×とした。

以下、表１を参照し、結果を説明する。

（比較例１、実施例１、２）
比較例１では、接合材料として共晶銀ろうＡｇ−２８Ｃｕを用い、Ａｇ−６０ＷＣの接点６、８とＣｕからなる電極５、９を９００℃の真空中で接合した。なお、元素前の数字は質量％を表し、この表記を省略している。以下、同様である。その結果、開閉試験後に接点６、８に僅かなずれがあり、接合性は不良であった。接合部７、１０には、ＷＣが検出されただけであった。

実施例１では、接合材料としてＡｇ−２７Ｃｕ−２Ｗを用い、Ａｇ−６０ＷＣの接点６、８と電極５、９を９００℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点６、８は良好に接合されていた。接合部７、１０には、接合材料の主成分１４とともに、接点６、８から溶出して形成された炭化物１５のＷ−Ｃｕ−Ｃが接点６、８との界面近傍に形成されていた。

炭化物１５は、熱膨張率などの物性値が接点材料と接合材料の中間値に位置し、優れた接合性を発揮したものと考えられる。また、炭化物１５の金属元素のＷは、接合材料に添加する金属元素と同一のため、更に接合性が向上したものと考えられる。なお、接合材料には、電極５、９に用いられるＣｕと、接点材料に用いられるＡｇがベース材料となっている。

実施例２では、接合材料としてＡｇ−２７Ｃｕ−２Ｗを用い、Ａｇ−５０ＷＣ−１０Ｗ_２Ｃの接点６、８と電極５、９を９００℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点６、８は良好に接合されていた。接合部７、１０には、接合材料の主成分１４とともに、炭化物１５のＷ−Ｃｕ−Ｃが形成されていた。

（実施例３〜８）
実施例３では、接合材料としてＡｇ−２６Ｃｕ−３Ｍｏを用い、Ａｇ−５５ＭｏＣの接点６、８と電極５、９を９００℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点６、８は良好に接合されていた。接合部７、１０には、接合材料の主成分１４とともに、炭化物１５のＭｏＣが形成されていた。

実施例４では、接合材料としてＡｇ−２６Ｃｕ−３Ｍｏを用い、Ａｇ−５５Ｍｏ_２Ｃの接点６、８と電極５、９を９００℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点６、８は良好に接合されていた。接合部７、１０には、接合材料の主成分１４とともに、炭化物１５のＭｏ_２Ｃが形成されていた。

実施例５では、接合材料としてＡｇ−２７Ｃｕ−１Ｚｒを用い、Ａｇ−５０ＺｒＣの接点６、８と電極５、９を９００℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点６、８は良好に接合されていた。接合部７、１０には、接合材料の主成分１４とともに、炭化物１５のＺｒＣが形成されていた。

実施例６では、接合材料としてＡｇ−２８Ｃｕを用い、Ａｇ−５０ＺｒＣの接点６、８と、Ｚｒをイオンプレーティングで１μｍ成膜した電極５、９を９００℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点６、８は良好に接合されていた。接合部７、１０には、接合材料の主成分１４とともに、炭化物１５のＺｒＣが形成されていた。

実施例７では、接合材料としてＡｇ−２７Ｃｕ−１Ｔｉを用い、Ａｇ−５５ＴｉＣの接点６、８と電極５、９を９００℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点６、８は良好に接合されていた。接合部７、１０には、接合材料の主成分１４とともに、炭化物１５のＴｉＣが形成されていた。

実施例８では、接合材料としてＡｇ−２８Ｃｕを用い、Ａｇ−５５ＴｉＣの接点６、８と、Ｔｉを電気めっきで２μｍ成膜した電極５、９を９００℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点６、８は良好に接合されていた。接合部７、１０には、接合材料の主成分１４とともに、炭化物１５のＴｉＣが形成されていた。

（実施例９〜１２）
実施例９〜１２では、炭化物系接点材料に補助成分を添加した。実施例９ではＡｇ−５０ＷＣ−１Ｃｏの接点６、８をＡｇ−２７Ｃｕ−２Ｗで接合し、実施例１０ではＡｇ−５０ＭｏＣ−１Ｎｉの接点６、８をＡｇ−２６Ｃｕ−３Ｍｏで接合し、実施例１１ではＡｇ−５０ＺｒＣ−１Ｆｅの接点６、８をＡｇ−２７Ｃｕ−１Ｚｒで接合し、実施例１２ではＡｇ−５０ＴｉＣ−１Ｃｒの接点６、８をＡｇ−２７Ｃｕ−１Ｔｉで接合した。その結果、開閉試験において、接点６、８は良好に接合されていた。接合部７、１０には、それぞれＷ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔｉを含んだ炭化物１５が形成されていた。

（実施例１３〜１５）
実施例１３〜実施例１５では、接合時の雰囲気を変化させた。実施例１３では水素中、実施例１４ではアルゴン中、実施例１５では窒素中の不活性雰囲気中で、Ａｇ−５０ＺｒＣの接点６、８をＡｇ−２７Ｃｕ−１Ｚｒで接合した。その結果、開閉試験において、接点６、８は良好に接合されていた。接合部７、１０には、炭化物１５のＺｒＣが形成されていた。

（実施例１６〜１８、比較例２）
実施例１６〜１８、比較例２では、処理温度を６８０〜９５０℃の範囲で変化させた。実施例１６では９５０℃、実施例１７では８００℃、実施例１８では７００℃、比較例２では６８０℃で、Ａｇ−５５ＴｉＣ接点６、８をＡｇ−２７Ｃｕ−１Ｔｉで接合した。その結果、開閉試験において、実施例１６〜１８では接点６、８が良好に接合されていた。比較例２では接点６、８にずれが生じていた。接合部７、１０には、全ての条件で炭化物１５のＴｉＣが形成されていた。

上記実施例の真空バルブ用接合材料によれば、Ａｇ−炭化物系合金からなる接点６、８と電極５、９を接合する接合材料に、ＡｇとＣｕをベース材料とし、炭化物１５と同一の元素である金属を添加することにより、接点６、８と電極５、９を強固に接合することができる。接合部７、１０には、この炭化物が形成されており、強固に接合していることが裏付けられていた。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１真空絶縁容器
２、３封着金具
４、１１通電軸
５、９電極
６、８接点
７、１０接合部
１２ベローズ
１３アークシールド
１４主成分
１５炭化物

Claims

Ａｇ−炭化物系合金からなる接点とＣｕからなる電極とを接合材料で接合する真空バルブ用接合材料において、
前記接合材料には、ＡｇとＣｕとのベース材料に、前記炭化物と同一の金属を添加し、
前記接点と前記電極とを接合した接合部には、前記炭化物が形成されることを特徴とする真空バルブ用接合材料。
前記炭化物を構成する金属は、それぞれＷ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｔｉであることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ用接合材料。
前記接合部の前記接点との界面に、前記炭化物が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブ用接合材料。
前記接点に補助成分としてＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒの少なくとも１種類を含有させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空バルブ用接合材料。
前記接合材料を温度７００〜９５０℃の不活性雰囲気中で熱処理したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブ用接合材料。