JP2020198246A - Vacuum valve and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、真空バルブおよびその製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to vacuum valves and methods of manufacturing them.
接離可能な一対の接点と、各接点がそれぞれ連結される一対の電極と、これら接点および電極を収容する絶縁容器と、絶縁容器の開口を塞ぐ金具とを備えた真空バルブが知られている。真空バルブを構成する各部材は、例えばろう付けによって接合される。 A vacuum valve including a pair of contacts that can be brought into contact with each other, a pair of electrodes to which each contact is connected, an insulating container that houses these contacts and electrodes, and a metal fitting that closes the opening of the insulating container is known. .. The members that make up the vacuum valve are joined, for example, by brazing.
真空バルブを構成する各部材の接合に関しては、改善の余地がある。例えば、ろう付けに際し、真空バルブを構成する各部材は、ろう材の固相線温度以上に加熱される。冷却時において、各部材の線膨張係数の相違に起因した熱応力が生じるため、その対策が必要である。また、各部材は、ろう材を溶融させる温度に十分耐え得る材料で形成する必要があり、これによって各部材の材料選択が制約される。 There is room for improvement in the joining of the members that make up the vacuum valve. For example, during brazing, each member constituting the vacuum valve is heated to a temperature equal to or higher than the solidus temperature of the brazing material. During cooling, thermal stress is generated due to the difference in the coefficient of linear expansion of each member, so countermeasures are required. In addition, each member must be formed of a material that can sufficiently withstand the temperature at which the brazing material is melted, which limits the material selection of each member.
本発明が解決しようとする課題は、真空バルブを構成する各部材の接合構造を改善することである。 An object to be solved by the present invention is to improve the joining structure of each member constituting the vacuum valve.
一実施形態に係る真空バルブは、複数の部材と、金属ナノ粒子の焼結体と、金属製の被覆体とを備えている。前記複数の部材は、第1部材および第2部材を含む。前記焼結体は、前記第1部材と前記第2部材を連結する。前記被覆体は、前記第1部材および前記第2部材から露出する前記焼結体の外面を覆う。 The vacuum valve according to one embodiment includes a plurality of members, a sintered body of metal nanoparticles, and a metal covering body. The plurality of members include a first member and a second member. The sintered body connects the first member and the second member. The covering covers the outer surface of the sintered body exposed from the first member and the second member.
一実施形態に係る真空バルブの整合方法は、第1部材および第2部材の間に金属ナノ粒子を含む接合材を配置することと、前記接合材の周囲に金属製の溶融材を配置することと、前記金属ナノ粒子を焼結させ、前記第1部材および前記第2部材を接合する焼結体を形成することと、前記溶融材を溶融させ、前記第1部材および前記第2部材から露出する前記焼結体の外面を覆う被覆体を形成することと、を含む。 The method of matching the vacuum valve according to the embodiment is to dispose a bonding material containing metal nanoparticles between the first member and the second member, and to dispose a metal molten material around the bonding material. And, the metal nanoparticles are sintered to form a sintered body that joins the first member and the second member, and the molten material is melted and exposed from the first member and the second member. Includes forming a coating that covers the outer surface of the sintered body.
いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図に示す真空バルブは一例であり、他の構造を備えた真空バルブに対して各実施形態に開示する構成の一部を適用することもできる。また、各図においては、真空バルブを構成する各部材の相対的な大きさや位置を模式的に示すことがある。 Some embodiments will be described with reference to the drawings. The vacuum valve shown in each figure is an example, and a part of the configuration disclosed in each embodiment can be applied to a vacuum valve having another structure. Further, in each figure, the relative size and position of each member constituting the vacuum valve may be schematically shown.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る真空バルブ1の概略的な構成を示す断面図である。真空バルブ1は、例えば真空遮断器として利用することができる。また、この真空遮断器は、スイッチギヤに利用されてもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the
図1の例において、真空バルブ1は、絶縁容器2と、第1金具3Aと、第2金具3Bと、第1通電軸4Aと、第2通電軸4Bと、第1電極5Aと、第2電極5Bと、シールド6と、ベローズ7と、カバー8とを備えている。
In the example of FIG. 1, the
絶縁容器2は、第1電極5A、第2電極5B、シールド6、ベローズ7およびカバー8を収容している。第1通電軸4Aおよび第2通電軸4Bは、一端が絶縁容器2の内部に位置するとともに、他端が絶縁容器2の外部に位置している。
The
例えば、絶縁容器2は、真空バルブ1の軸AXを中心とした円筒状であり、図中上方の第1開口21と、図中下方の第2開口22と、外周面23と、内周面24とを有している。絶縁容器2は、例えばアルミナ等の絶縁性のセラミックスで形成することができるが、この例に限られない。
For example, the
第1金具3Aは、絶縁容器2の第1開口21を塞いでいる。第2金具3Bは、絶縁容器2の第2開口22を塞いでいる。第1金具3Aは、例えば円盤状であり、第1通電軸4Aを通すための第1孔31Aを有している。第2金具3Bは、例えば円盤状であり、第2通電軸4Bを通すための第2孔31Bを有している。第1金具3Aおよび第2金具3Bは、アルミニウムを主成分とする金属材料で形成することができる。本実施形態において、ある部材に関して特定材料を主成分とするとの表現は、その部材に含まれる材料(成分)の中で、当該特定材料の含有量が最も多いことを意味する。なお、第1金具3Aおよび第2金具3Bは、ステンレス鋼等の他の材料で形成されてもよい。
The
第1通電軸4Aおよび第2通電軸4Bは、いずれも軸AXに沿って延びている。第1通電軸4Aは、第1金具3Aの第1孔31Aに通され、第1孔31Aの内面に接合されている。第2通電軸4Bは、第2金具3Bの第2孔31Bに通されている。第2通電軸4Bと第2孔31Bの内面との間には、隙間が設けられている。第1通電軸4Aおよび第2通電軸4Bは、アルミニウムを主成分とする金属材料で形成することができる。第1通電軸4Aおよび第2通電軸4Bは、無酸素銅等の他の材料で形成されてもよい。
Both the first energizing
第1電極5Aは、第1通電軸4Aによって支持された第1コイル51Aと、第1コイル51Aに連結された第1接点52Aとを備えている。例えば、第1コイル51Aは第1通電軸4Aの端部に接合され、第1接点52Aは第1コイル51Aの図中下面に接合されている。
The
第2電極5Bは、第2通電軸4Bによって支持された第2コイル51Bと、第2コイル51Bに連結された第2接点52Bとを備えている。例えば、第2コイル51Bは第2通電軸4Bの端部に接合され、第2接点52Bは第2コイル51Bの図中上面に接合されている。
The
第1コイル51Aおよび第2コイル51Bは、アルミニウムを主成分とする金属材料で形成することができる。第1コイル51Aおよび第2コイル51Bは、無酸素銅等の他の材料で形成されてもよい。
The
第1接点52Aおよび第2接点52Bは、例えば円盤状であり、互いに対向している。本実施形態において、第1電極5Aはいわゆる固定側電極に相当し、第2電極5Bはいわゆる可動側電極に相当する。すなわち、第1電極5Aおよび第2電極5Bは、接離可能である。図1の例においては、第1接点52Aと第2接点52Bが離間した開極状態を示している。第2電極5Bが第1電極5Aに向けて移動することで、第1接点52Aと第2接点52Bが接触し、閉極状態となる。第1接点52Aおよび第2接点52Bは、例えば銅クロム等の材料で形成することができるが、この例に限られない。
The
シールド6は、例えば軸AXを中心とした筒状であり、第1電極5Aおよび第2電極5Bを囲っている。シールド6は、開極状態において第1電極5Aと第2電極5Bの間に生じるアークにより飛散する金属溶融物が絶縁容器2に付着して絶縁容器2の絶縁性能が低下することを抑制する。シールド6は、外周面から絶縁容器2に向けて突出する突起61を有している。突起61は、例えば環状であり、絶縁容器2の内周面24に接合されている。シールド6は、例えばステンレス鋼や銅で形成することができるが、この例に限られない。
The
ベローズ7は、軸AXに沿う方向に伸縮可能である。ベローズ7の一端は、第2金具3Bに接合されている。ベローズ7の他端は、例えばカバー8を介して第2通電軸4Bに接合されている。ベローズ7の当該他端は、第2通電軸4Bに直接接合されてもよい。カバー8は、ベローズ7を覆っており、アークにより飛散する金属溶融物がベローズ7に付着することを抑制する。 The bellows 7 can be expanded and contracted in the direction along the axis AX. One end of the bellows 7 is joined to the second metal fitting 3B. The other end of the bellows 7 is joined to the second energizing shaft 4B via, for example, a cover 8. The other end of the bellows 7 may be directly joined to the second energizing shaft 4B. The cover 8 covers the bellows 7, and prevents the metal melt scattered by the arc from adhering to the bellows 7.
第1金具3A、第2金具3B、ベローズ7およびカバー8により、絶縁容器2の内部が気密に保たれている。絶縁容器2の内部の圧力は、1×10−2Pa以下であることが好ましい。
The inside of the insulating
本実施形態において、真空バルブ1を構成する複数の部材のうち、互いに固定される第1部材と第2部材は、一般的なろう材ではなく、金属ナノ粒子の焼結体によって連結(接合)されている。例えば、このような第1部材と第2部材の組み合わせとしては、絶縁容器2と第1金具3A、絶縁容器2と第2金具3B、第1通電軸4Aと第1金具3A、第1通電軸4Aと第1コイル51A、第1コイル51Aと第1接点52A、第2通電軸4Bと第2コイル51B、第2コイル51Bと第2接点52B、シールド6と絶縁容器2、ベローズ7と第2金具3B、ベローズ7とカバー8、カバー8と第2通電軸4Bが挙げられる。図1においては、ここで例示した第1部材および第2部材の候補の接合位置に、符号CPを付している。
In the present embodiment, among the plurality of members constituting the
以下、第1部材が絶縁容器2であり、第2部材が第2金具3Bである場合を例に、焼結体を用いた接合構造の詳細について説明する。ここで説明する接合構造は、上記列挙した他の部材の接合、あるいはその他の部材の接合にも同様に適用することができる。
Hereinafter, the details of the joint structure using the sintered body will be described by taking the case where the first member is the insulating
図2は、絶縁容器2と第2金具3Bの接合構造を概略的に示す断面図である。絶縁容器2は、第2金具3Bに対向する端部25を有している。第2金具3Bは、端部25に対向する被接合面32を有している。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a joint structure between the insulating
端部25と被接合面32との間に、焼結体9が配置されている。「焼結体」は、例えば焼結層、接合体または接合層と言い換えることもできる。図1に示した軸AXに沿って見た場合、焼結体9は、端部25に沿って延びる環状(円形)である。焼結体9は、ナノオーダーの金属製の粒子である金属ナノ粒子を焼結させることで形成される。例えば、金属ナノ粒子の材料としては、金、銀、銅、これらの合金、酸化銀または酸化銅を用いることができる。ここで例示した2種以上の材料の金属ナノ粒子を用いて焼結体9が形成されてもよい。 The sintered body 9 is arranged between the end portion 25 and the surface to be joined 32. The "sintered body" can also be rephrased as, for example, a sintered layer, a bonded body or a bonded layer. When viewed along the axis AX shown in FIG. 1, the sintered body 9 is an annular (circular) extending along the end portion 25. The sintered body 9 is formed by sintering metal nanoparticles, which are nano-order metal particles. For example, as the material of the metal nanoparticles, gold, silver, copper, alloys thereof, silver oxide or copper oxide can be used. The sintered body 9 may be formed by using metal nanoparticles of two or more kinds of materials exemplified here.
焼結体9は、端部25と被接合面32の間を満たしている。また、焼結体9は、端部25および被接合面32から露出する第1外面91および第2外面92を有している。第1外面91は、絶縁容器2の外周面23と被接合面32の間に位置している。第2外面92は、絶縁容器2の内周面24と被接合面32の間に位置している。
The sintered body 9 fills the space between the end portion 25 and the surface to be joined 32. Further, the sintered body 9 has a first
図2の例においては、第1外面91と外周面23とが揃っているが、これらが僅かにずれてもよい。同様に、図2の例においては、第2外面92と内周面24とが揃っているが、これらが僅かにずれてもよい。
In the example of FIG. 2, the first
外周面23と被接合面32とで形成される第1角部C1には、金属製の第1被覆体10Aが配置されている。内周面24と被接合面32とで形成される第2角部C2には、金属製の第2被覆体10Bが配置されている。以下の説明において、第1被覆体10Aと第2被覆体10Bを特に区別しない場合には、単に被覆体10と呼ぶことがある。「被覆体」は、例えば封着部材や補強部材と言い換えることもできる。
A first
図2の例において、第1被覆体10Aおよび第2被覆体10Bは、いずれも被接合面32に向かうに連れて幅が増すフィレット形状を有している。ただし、被覆体10の断面形状はこの例に限られない。図1に示した軸AXに沿って見た場合、第1被覆体10Aは、第1角部C1に沿って連続的に延びる環状である。同様に、第2被覆体10Bは、第2角部C2に沿って連続的に延びる環状である。例えば、被覆体10は、錫、鉛および金のいずれかを主成分とする低融点合金で形成することができる。
In the example of FIG. 2, both the
第1被覆体10Aは、第1外面91を覆っている。第1被覆体10Aは、外周面23の一部および被接合面32の一部も覆っている。同様に、第2被覆体10Bは、第2外面92を覆っている。第2被覆体10Bは、内周面24の一部および被接合面32の一部も覆っている。
The
焼結体9の厚さTは、例えば100μm未満とすることができる。具体例を挙げると、厚さTは、30μmである。ただし、この例に限られず、厚さTを100μm以上としてもよい。被覆体10の高さHは、厚さTよりも大きい(H>T)。説明の便宜上、図2においてはミクロンオーダーである厚さTを大きく表しているが、高さHや絶縁容器2および第2金具3Bの厚さに比べ、厚さTが極めて小さくてもよい。
The thickness T of the sintered body 9 can be, for example, less than 100 μm. To give a specific example, the thickness T is 30 μm. However, the present invention is not limited to this example, and the thickness T may be 100 μm or more. The height H of the covering
続いて、真空バルブ1の製造方法について説明する。
図3は、真空バルブ1の製造方法の一部を示すフローチャートである。ここでは一例として、図1に示した接合位置CPの全てに対し、焼結体9と被覆体10による接合構造を適用する場合を想定する。
Subsequently, a method of manufacturing the
FIG. 3 is a flowchart showing a part of the manufacturing method of the
真空バルブ1を構成する各部材を用意した後、各接合位置CPにおいて、焼結体9の元となる接合材を配置する(工程P1)。ここで用いる接合材は、例えば上述の金属ナノ粒子を有機バインダーに含有させたペーストである。このような接合材は、互いに接合される第1部材と第2部材のいずれか一方に配置(形成、塗布、印刷)すればよい。
After preparing each member constituting the
工程P1の後、接合材を予備乾燥する(工程P2)。予備乾燥は、例えば接合材が配置された部材を真空雰囲気中で100℃程度の温度に加熱することにより実施できる。なお、予備乾燥が不要な場合、工程P2が省略されてもよい。 After step P1, the bonding material is pre-dried (step P2). Pre-drying can be carried out, for example, by heating the member on which the bonding material is arranged to a temperature of about 100 ° C. in a vacuum atmosphere. If pre-drying is not required, step P2 may be omitted.
工程P2の後、真空バルブ1を構成する各部材を仮組みする(工程P3)。これにより、上述した第1部材と第2部材の各組合せにおいて、第1部材と第2部材の間に接合材が配置される。
After step P2, each member constituting the
工程P3の後、各接合位置CPにおいて、被覆体10の元となる溶融材を接合材の周囲に配置する(工程P4)。ここでは、例えば糸状の溶融材を用いることができる。すなわち、糸状の溶融材を接合材の近傍に一重または二重以上に巻き付ける。他の例として、溶融材は、めっき等の適宜の方法により、第1部材または第2部材に予め配置(形成、成膜)されていてもよい。この場合においては、工程P4が工程P1〜P3の前に実施されてもよい。
After the step P3, at each joint position CP, the molten material that is the source of the covering
ここで、第1部材および第2部材が絶縁容器2および第2金具3Bである場合を想定して、工程P1〜P4の具体例を挙げる。図4は、工程P1〜P3の一例を示す概略的な斜視図である。図5は、工程P4の一例を示す概略的な断面図である。
Here, assuming that the first member and the second member are the insulating
図4の例においては、第2金具3Bの被接合面32にペーストである接合材CMが配置されている。例えば、接合材CMは、スクリーン印刷により被接合面32に配置することができる。すなわち、絶縁容器2と第2金具3Bの接合位置に応じた開口を有するメタルマスクを被接合面32に対して配置し、このメタルマスクの開口を通じてペースト状の接合材CMを被接合面32に配置する。
In the example of FIG. 4, the bonding material CM which is a paste is arranged on the bonded
その後、必要に応じて工程P2の乾燥を経て、絶縁容器2を接合材CMの上に押し付ける。これにより、絶縁容器2と第2金具3Bが仮組みされる。
Then, if necessary, the insulating
図5の例においては、糸状の溶融材MMが第1角部C1および第2角部C2のそれぞれに対し3重で配置されている。糸状の溶融材MMの巻き数については、溶融材MMの径や、溶融後の被覆体10で覆うべき領域の大きさなどを考慮して適宜に定めればよい。また、第1角部C1と第2角部C2とで、溶融材MMの巻き数が異なってもよい。
In the example of FIG. 5, the filamentous molten material MM is arranged in triplicate with respect to each of the first corner portion C1 and the second corner portion C2. The number of turns of the filamentous molten material MM may be appropriately determined in consideration of the diameter of the molten material MM, the size of the region to be covered by the
図1に示した他の接合位置CPについても、図4および図5を用いて説明したものと同様の方法で接合材および溶融材を配置することができる。ただし、各接合位置CPにおいて、接合材および溶融材の配置方法が異なってもよい。 With respect to the other joining positions CP shown in FIG. 1, the joining material and the molten material can be arranged in the same manner as those described with reference to FIGS. 4 and 5. However, the method of arranging the bonding material and the molten material may be different at each bonding position CP.
工程P4の後、仮組みされたアセンブリを炉内に配置する(工程P5)。このアセンブリは、例えば図1に示したように真空バルブ1の各部材が仮組みされたものである。
After step P4, the temporarily assembled assembly is placed in the furnace (step P5). In this assembly, for example, as shown in FIG. 1, each member of the
その後、先ず炉内を第1温度T1に設定し、真空雰囲気中でアセンブリを所定時間にわたって加熱する(工程P6)。第1温度T1は、接合材に含まれる金属ナノ粒子の焼結に適した温度であり、かつ溶融材の融点(例えば固相線温度)未満の温度である。一例として、第1温度T1は、400℃以下であり、好ましくは200℃以上かつ300℃以下である。この工程により、金属ナノ粒子が焼結し、焼結体9が形成される。 Then, first, the inside of the furnace is set to the first temperature T1, and the assembly is heated for a predetermined time in a vacuum atmosphere (step P6). The first temperature T1 is a temperature suitable for sintering the metal nanoparticles contained in the bonding material and is lower than the melting point (for example, solid phase line temperature) of the molten material. As an example, the first temperature T1 is 400 ° C. or lower, preferably 200 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. By this step, the metal nanoparticles are sintered and the sintered body 9 is formed.
金属ナノ粒子は、サイズが小さくなると比表面積が大きくなる。そのため、工程P6においては、金属ナノ粒子のごく表層のみ表面エネルギーが液相と同程度まで増大し、隣接する粒子同士のネッキングが生じて緻密化される焼結反応が著しく進行するようになる。一般的な金属の固相焼結は融点の7割以上の温度で行われるが、粒子径がナノオーダーになると焼結温度が著しく低下する。これにより、比較的低温でも焼結が進行し、良好な接合状態を得ることが可能となる。 The specific surface area of metal nanoparticles increases as the size decreases. Therefore, in step P6, the surface energy of only the very surface layer of the metal nanoparticles increases to the same level as that of the liquid phase, and the sintering reaction in which adjacent particles are necked and densified progresses remarkably. In general, solid-phase sintering of a metal is performed at a temperature of 70% or more of the melting point, but when the particle size becomes nano-order, the sintering temperature drops remarkably. As a result, sintering proceeds even at a relatively low temperature, and a good bonding state can be obtained.
工程P6の後、炉内を第2温度T2に設定し、真空雰囲気中でアセンブリを所定時間にわたってさらに加熱する(工程P7)。第2温度T2は、溶融材の融点(例えば固相線温度)以上の温度である。すなわち、第2温度T2は、第1温度T1よりも高い(T2>T1)。この工程により、溶融材が溶け、焼結体9を覆うとともに第1部材と第2部材の表面に沿って濡れ広がる。この溶融材がその後に冷やされると、図2に例示したようなフィレット形状の被覆体10が形成される。なお、工程P7においても、接合材において金属ナノ粒子の焼結が進行する。
After step P6, the inside of the furnace is set to the second temperature T2 and the assembly is further heated for a predetermined time in a vacuum atmosphere (step P7). The second temperature T2 is a temperature equal to or higher than the melting point of the molten material (for example, the solidus temperature). That is, the second temperature T2 is higher than the first temperature T1 (T2> T1). By this step, the molten material melts, covers the sintered body 9, and spreads wet along the surfaces of the first member and the second member. When the molten material is subsequently cooled, a fillet-shaped
溶融材として例えば鉛95%錫5%のはんだを用いた場合、その融点(固相線温度)は300℃である。この場合の第1温度T1は、300℃未満の温度、例えば250℃に設定することができる。また、第2温度T2は、300℃以上の温度、例えば350℃に設定することができる。 When, for example, a solder containing 95% lead and 5% tin is used as the molten material, its melting point (solid phase temperature) is 300 ° C. The first temperature T1 in this case can be set to a temperature lower than 300 ° C., for example, 250 ° C. Further, the second temperature T2 can be set to a temperature of 300 ° C. or higher, for example, 350 ° C.
金属ナノ粒子の焼結を進行させて粒子間の隙間を極力無くす観点から、工程P6において第1温度T1で加熱する時間は長い方が好ましい。一方、溶融材の成分と接合材の成分の反応を低減する観点から、工程P7において第2温度T2で加熱する時間は短い方が好ましい。そこで、工程P6において第1温度T1で加熱する時間を、工程P7において第2温度T2で加熱する時間より長くしてもよい。一例として、第1温度T1で加熱する時間は1〜2時間であり、第2温度T2で加熱する時間は10〜30分である。 From the viewpoint of advancing the sintering of the metal nanoparticles and eliminating the gaps between the particles as much as possible, it is preferable that the heating time at the first temperature T1 in the step P6 is long. On the other hand, from the viewpoint of reducing the reaction between the components of the molten material and the components of the bonding material, it is preferable that the heating time at the second temperature T2 in step P7 is short. Therefore, the time for heating at the first temperature T1 in the step P6 may be longer than the time for heating at the second temperature T2 in the step P7. As an example, the time for heating at the first temperature T1 is 1 to 2 hours, and the time for heating at the second temperature T2 is 10 to 30 minutes.
工程P7の後、アセンブリを冷却する工程などを経て、真空バルブ1が完成する。この真空バルブ1においては、図1に示した各接合位置CPの全てにおいて焼結体9と被覆体10が形成されている。
After the step P7, the
以上の製造方法においては、真空バルブ1を構成する部材の全てを仮組みしたアセンブリを一度の工程P6,P7で加熱する場合を例示した。他の例として、真空バルブ1を構成する部材の一部を仮組みしたアセンブリに対して工程P6,P7の加熱を実施した後、このアセンブリに残りの部材を仮組みしたアセンブリに対して工程P6,P7の加熱を再度実施してもよい。
In the above manufacturing method, a case where an assembly in which all the members constituting the
続いて、本実施形態に係る真空バルブ1およびその製造方法により得られる効果の一例について説明する。
一般的に、真空バルブを構成する部材の接合には、BAg−8などの銀ろうが用いられる。この場合、ろう付けに際して仮組みされたアセンブリを800〜900℃の高温で加熱する必要がある。絶縁容器2が酸化物系のセラミックスで形成され、各金具3A,3Bがステンレス鋼で形成されている場合、これら材料の線膨張係数が大きく異なるため、絶縁容器2が脆性破壊される可能性がある。絶縁容器2と各金具3A,3Bだけでなく、互いに接合される他の部材についても同様の破壊が生じ得る。
Subsequently, an example of the effect obtained by the
Generally, silver wax such as BAg-8 is used for joining the members constituting the vacuum valve. In this case, it is necessary to heat the temporarily assembled assembly at a high temperature of 800 to 900 ° C. for brazing. When the insulating
また、この脆性破壊を抑制するために、例えばステンレス鋼で形成された応力緩和リングが絶縁容器2と各金具3A,3Bの間に配置されることがある。真空バルブにおいて電流を遮断する際には、各通電軸4A,4Bおよび各電極5A,5Bが高速で開極するため、大きな衝撃が発生する。この衝撃は、特に応力緩和リングに作用しやすい。そのため、一般的には応力緩和リングが破損しない範囲内で開極速度が決定されている。真空バルブの電流遮断能力は開極速度に依存するため、応力緩和リングが真空バルブの性能を制限する一因となる。
Further, in order to suppress this brittle fracture, for example, a stress relaxation ring made of stainless steel may be arranged between the insulating
また、ろう付け時の高温に耐える必要があることから、真空バルブ1を構成する各部材には高い耐熱性が必要である。そのため、例えばアルミニウム等の軽量で安価な材料を選択することができず、真空バルブの重量が増大し、製造コストも増加する。
Further, since it is necessary to withstand a high temperature at the time of brazing, each member constituting the
これらに対し、本実施形態においては焼結体9により各部材が接合される。この場合、上述したように、比較的低温(例えば400℃以下)の加熱での接合が可能である。したがって、接合される部材間の線膨張係数の相違に起因した脆性破壊を抑制することができる。また、図1に示したように応力緩和リングを用いない構造を採用することも可能となる。この場合には、開極速度を速めて真空バルブ1の性能を向上させることができる。
On the other hand, in the present embodiment, each member is joined by the sintered body 9. In this case, as described above, joining can be performed by heating at a relatively low temperature (for example, 400 ° C. or lower). Therefore, brittle fracture due to the difference in linear expansion coefficient between the members to be joined can be suppressed. Further, as shown in FIG. 1, it is possible to adopt a structure that does not use a stress relaxation ring. In this case, the opening speed can be increased to improve the performance of the
真空バルブ1を構成する各部材を低温で接合できるため、上述したように第1金具3A、第2金具3B、第1通電軸4A、第2通電軸4B、第1コイル51Aおよび第2コイル51Bをアルミニウム等の軽量かつ安価な材料で形成することができる。これにより、真空バルブ1の重量を低減し、製造コストも低減できる。
Since each member constituting the
さらに、接合に際して加熱する温度を低くできるので、加熱およびその後の冷却に要する時間を短縮できるなど、真空バルブ1の製造工程に関しても利点がある。これにより、真空バルブ1の生産効率が高まるので、この観点からも製造コストを低減できる。
Further, since the heating temperature can be lowered at the time of joining, the time required for heating and subsequent cooling can be shortened, which is also advantageous in the manufacturing process of the
焼結体9には、元の金属ナノ粒子間の隙間がある程度残る可能性がある。例えば絶縁容器2と各金具3A,3Bとを焼結体9で接合する場合、上記隙間が存在すれば絶縁容器2内部の気密性が低減され得る。
There is a possibility that some gaps between the original metal nanoparticles remain in the sintered body 9. For example, when the insulating
これに対し、本実施形態に係る真空バルブ1は、焼結体9の外面を覆う被覆体10を備えている。これにより、焼結体9に上記隙間が形成された場合であっても、絶縁容器2と各金具3A,3Bの接合部分における気密性を保つことができる。図2に示したように接合部分の内外に被覆体10を配置すれば、より気密性を高めることができる。
On the other hand, the
図2に示したように被覆体10が第1部材(例えば絶縁容器2)と第2部材(例えば第2金具3B)の一部を覆うフィレット状であれば、開極時における衝撃を緩和することができる。このような効果は、絶縁容器2と第2金具3Bの接合部分だけでなく、他の部材の接合部分についても同様に得ることができる。
図3に例示した製造方法においては、先ず工程P6で焼結体9を形成し、その後に工程P7で被覆体10を形成している。他の例として、始めから第2温度T2で加熱することにより、焼結体9と被覆体10を同時に形成することも考えられる。ただし、この場合には、焼結体9の元となる接合材に含まれる材料と、被覆体10の元となる溶融材に含まれる材料とが反応し、脆性の化合物が生じて真空バルブ1の機械的強度が低下する可能性がある。
As shown in FIG. 2, if the covering
In the manufacturing method illustrated in FIG. 3, the sintered body 9 is first formed in step P6, and then the covering
一方、先ず溶融材が溶けない第1温度T1で焼結体9を形成し、その後により高温の第2温度T2で溶融材を溶かす場合には、上記脆性の化合物が生じにくい。これにより、真空バルブ1の機械的強度を高めることができる。
On the other hand, when the sintered body 9 is first formed at a first temperature T1 in which the molten material does not melt, and then the molten material is melted at a higher temperature second temperature T2, the brittle compound is unlikely to occur. Thereby, the mechanical strength of the
このように、本実施形態に係る真空バルブ1においては、各部材の接合構造および製造方法を改善することにより、種々の好適な効果を得ることができる。
As described above, in the
[第2実施形態]
第2実施形態について説明する。第1実施形態と同一または類似する要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図6は、第2実施形態に係る真空バルブ100の概略的な断面図である。この真空バルブ100は、セラミックス製の絶縁容器2に代えて、樹脂製の絶縁容器110を備えている。さらに、真空バルブ100は、絶縁容器110、第1金具3Aおよび第2金具3Bの周囲を覆う絶縁性の樹脂層120を備えている。
[Second Embodiment]
The second embodiment will be described. Elements that are the same as or similar to those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the
上述のように焼結体9を用いて各部材を接合する場合には、製造時の加熱温度を低減できる。したがって、セラミックスよりも耐熱性が低い樹脂材料の絶縁容器110を用いることが可能となる。これにより、真空バルブ100の一層の軽量化と製造コストの低減を実現できる。絶縁容器110を形成する樹脂材料は、製造時の加熱に耐え得るものであれば、熱硬化性樹脂であってもよいし、熱可塑性樹脂であってもよい。
When each member is joined using the sintered body 9 as described above, the heating temperature during manufacturing can be reduced. Therefore, it is possible to use the insulating
絶縁容器110の厚さは、例えば7.5mm以上とすることが好ましい。これにより、開極時または閉極時における衝撃に耐え得る強度が実現されるとともに、絶縁容器110の気体の透過を好適に抑制できる。また、絶縁容器110の厚さは、例えば15mm以下とすることが好ましい。これにより、真空バルブ1を小型化できる。
The thickness of the insulating
樹脂層120は、例えばエポキシ樹脂にて形成することができる。樹脂層120を設けることで、真空バルブ100と外部との絶縁性を高めることができる。
The
なお、仮に樹脂層120をセラミックス製の絶縁容器の周囲に設ける場合、両者が剥離しないように、シランカップリング剤等で絶縁容器の外周面に表面処理を施す必要がある。これに対し、樹脂製の絶縁容器110を用いる場合、絶縁容器110と樹脂層120が剥離しにくいことから、当該表面処理を省略することができる。特に、絶縁容器110として熱硬化性樹脂を用いる場合、熱硬化性樹脂が他の樹脂との親和性が高いことから、絶縁容器110と樹脂層120とをより強力に固着することができる。これにより、真空バルブ100の信頼性が向上する。
If the
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。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
例えば、第1実施形態においては、第1金具3A、第2金具3B、第1通電軸4A、第2通電軸4B、第1コイル51Aおよび第2コイル51Bがアルミニウムで形成できると述べた。ただし、これら全ての部材がアルミニウムで形成される必要はなく、少なくとも一つがアルミニウムで形成されれば真空バルブ1の軽量化と製造コストの低減の効果が得られる。
For example, in the first embodiment, it is stated that the
また、図1および図6に複数の接合位置CPを示したが、これら全ての接合位置CPに対して焼結体9を用いた接合方法が適用される必要はない。また、図1および図6に示した接合位置CPにおいて、焼結体9を用いて接合されているが被覆体10が設けられていない接合位置があってもよい。
Further, although a plurality of bonding position CPs are shown in FIGS. 1 and 6, it is not necessary to apply the bonding method using the sintered body 9 to all the bonding position CPs. Further, in the joining position CP shown in FIGS. 1 and 6, there may be a joining position in which the sintered body 9 is used for joining but the covering
第1実施形態においては、当該実施形態の構成によれば応力緩和リングを用いない構造を採用可能であると述べた。しかしながら、この記載は、必ずしも真空バルブ1が応力緩和リングを備えないことを意図したものではない。さらに、真空バルブ1が応力緩和リングを備える場合において、当該リングと絶縁容器2や、当該リングと各金具3A,3Bを、焼結体9を用いて接合してもよい。
In the first embodiment, it was stated that a structure without a stress relaxation ring can be adopted according to the configuration of the embodiment. However, this description is not necessarily intended that the
1,100…真空バルブ、2,110…絶縁容器、3A,3B…金具、4A,4B…通電軸、5A,5B…電極、6…シールド、7…ベローズ、8…カバー、9…焼結体、10…被覆体、51A,51B…コイル、52A,52B…接点、CP…接合位置。
1,100 ... Vacuum valve, 2,110 ... Insulated container, 3A, 3B ... Metal fittings, 4A, 4B ... Energizing shaft, 5A, 5B ... Electrode, 6 ... Shield, 7 ... Bellows, 8 ... Cover, 9 ...
Claims (10)
前記第1部材と前記第2部材を連結する金属ナノ粒子の焼結体と、
前記第1部材および前記第2部材から露出する前記焼結体の外面を覆う金属製の被覆体と、
を備える真空バルブ。 A plurality of members including the first member and the second member,
A sintered body of metal nanoparticles connecting the first member and the second member,
A metal covering covering the outer surface of the sintered body exposed from the first member and the second member, and
A vacuum valve equipped with.
請求項1に記載の真空バルブ。 The covering body covers a part of the first member and the second member together with the outer surface of the sintered body.
The vacuum valve according to claim 1.
請求項1または2に記載の真空バルブ。 The coating is made of an alloy containing any of tin, lead and gold as a main component.
The vacuum valve according to claim 1 or 2.
前記第1部材は前記絶縁容器であり、前記第2部材は前記金具である、
請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の真空バルブ。 The plurality of members include a pair of electrodes that can be brought into contact with each other, an insulating container that houses the pair of electrodes and has an opening, and a metal fitting that closes the opening.
The first member is the insulating container, and the second member is the metal fitting.
The vacuum valve according to any one of claims 1 to 3.
前記金具は、前記端部に対向する被接合面を有し、
前記焼結体は、前記端部と前記被接合面の間に配置され、
前記被覆体は、前記外周面と前記被接合面とで形成される第1角部、および、前記内周面と前記被接合面とで形成される第2角部の少なくとも一方に配置されている、
請求項4に記載の真空バルブ。 The insulating container has an inner peripheral surface, an outer peripheral surface, and an end portion facing the metal fitting.
The metal fitting has a surface to be joined facing the end portion, and the metal fitting has a surface to be joined.
The sintered body is arranged between the end and the surface to be joined.
The covering body is arranged at least one of a first corner portion formed by the outer peripheral surface and the bonded surface and a second corner portion formed by the inner peripheral surface and the bonded surface. Yes,
The vacuum valve according to claim 4.
前記絶縁容器は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂で形成されている、
請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の真空バルブ。 The plurality of members include a pair of electrodes that can be brought into contact with each other and an insulating container that houses the pair of electrodes.
The insulating container is made of a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
The vacuum valve according to any one of claims 1 to 3.
前記一対の電極の各々は、前記通電軸により支持されるコイルと、前記コイルに連結される接点と、を含み、
前記コイル、前記通電軸および前記金具の少なくとも1つは、アルミニウムを主成分とする金属材料で形成されている、
請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の真空バルブ。 The plurality of members include a pair of electrodes that can be brought into contact with each other, a pair of energizing shafts that support the pair of electrodes, an insulating container that houses the pair of electrodes and has an opening, and a metal fitting that closes the opening. , Including
Each of the pair of electrodes includes a coil supported by the current-carrying shaft and contacts connected to the coil.
At least one of the coil, the current-carrying shaft, and the metal fitting is made of a metal material containing aluminum as a main component.
The vacuum valve according to any one of claims 1 to 3.
前記第1部材および前記第2部材の間に金属ナノ粒子を含む接合材を配置することと、
前記接合材の周囲に金属製の溶融材を配置することと、
前記金属ナノ粒子を焼結させ、前記第1部材および前記第2部材を接合する焼結体を形成することと、
前記溶融材を溶融させ、前記第1部材および前記第2部材から露出する前記焼結体の外面を覆う被覆体を形成することと、
を含む製造方法。 A method for manufacturing a vacuum valve including a plurality of members including a first member and a second member.
Placing a bonding material containing metal nanoparticles between the first member and the second member, and
Placing a metal molten material around the joint material and
Sintering the metal nanoparticles to form a sintered body that joins the first member and the second member.
By melting the molten material to form a covering body covering the outer surface of the sintered body exposed from the first member and the second member.
Manufacturing method including.
前記金属ナノ粒子を焼結させた後に、前記融点よりも高い第2温度で前記溶融材を加熱することにより、前記溶融材を溶融させる、
請求項8に記載の製造方法。 By heating the bonding material at a first temperature lower than the melting point of the molten material, the metal nanoparticles are sintered.
After the metal nanoparticles are sintered, the molten material is melted by heating the molten material at a second temperature higher than the melting point.
The manufacturing method according to claim 8.
請求項9に記載の製造方法。 The time for heating the bonding material at the first temperature is longer than the time for heating the molten material at the second temperature.
The manufacturing method according to claim 9.
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