JP2822583B2 - 真空インタラプタの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、真空インタラプタの製造方法に係り、特に
電極が低融点金属を含有している真空インタラプタの製
造方法に関したものである。

B.発明の概要 本発明は、電極が低融点金属を含有している真空イン
タラプタの最後の組立段階における気密ロウ付け部にIn
を含有するCuまたはCu−Ag部材を主成分とするロウ材を
用い、且つロウ付け温度を700℃以下にして組み立てた
後に真空引きすることにより、ロウ付け強度、気密接合
の向上を図ったものである。

C.従来の技術 第５図は、この種真空インタラプタの従来の概要構成
図である。

図中において、１は固定側部材であり、固定電極11を
内端に具備するリード棒12と、固定側端板13とを主要な
部材として構成している。２は可動側部材であり、可動
電極21を内端に具備するリード棒22と、可動側端板23
と、ベローズ24とを主要な部材として構成している。３
はセラミックス等の部材からなる絶縁筒であり、31は絶
縁筒の内側に設けた金属シールドである。

このように構成した真空インタラプタは、可動電極21
を図中で上下方向に可動することにより電流の開閉を行
うものである。

このような構成からなる真空インタラプタの製造は、
一般には次のような手段により製造されている。

第５図のように構成各部材の接合部に、板ロウ、線
ロウからなるロウ材41〜47を配置して仮組立し、これを
真空炉に入れて加熱排気とロウ付けを同時に行って真空
インタラプタを一括して製造する。

第５図のように構成各部材の接合部に、板ロウ、線
ロウからなるロウ材41〜47を配置して仮組立し、これを
非酸化性雰囲気中（例えば水素雰囲気）でロウ付けを行
い、その後図示省略の排気管を介して大気中にて加熱排
気して真空インタラプタを製造する。

固定側部材１と可動側部材２とを予め前工程で製造
しておき、そして、絶縁筒３との間にロウ材42,47を介
在させて、真空中でロウ付けする。または、ロウ付け後
に真空引きして真空インタラプタを製造する。

なお、前記，の場合には各所に同じロウ材（例え
ばCu系のロウ材）を配置し、の場合には溶融点の異な
るロウ材（例えばCu系とAg系）を使用するのが一般的で
ある。

D.発明が解決しようとする課題 従来、真空インタラプタに要求される種々の特性を満
たすために電極に低融点金属、例えばBi（ビスマス）
を、0.1〜20重量％含有することが一般的に行われてい
る。

しかし、電極がこのような低融点金属を含有している
場合には、ロウ付け時の温度（700〜1000℃）にて電極
より低融点金属の一部が蒸発することが知られている。
この蒸発した金属は、真空容器内部材に付着するばかり
か、その一部は溶融しているロウう材内に侵入してロウ
付け接合に悪影響を及ぼす問題がある。

このような弊害の程度は、低融点金属の含有量との関
係もあるが、特に問題となるのは気密シール接合部であ
る。

つまり、機械的な接合強度は十分であったとしても気
密シール接合としては不十分なものとなってしまうおそ
れがあるからである。

このような気密シール接合部としては、前述の第４図
における41,42,45,46,47のロウ材の部位が各々該当する
箇所であり、 真空炉中で一括組立する場合には、これらのロウ材
の箇所全部が該当する。しかも、真空中で一括ロう付け
の場合には、高温加熱状態で真空インタラプタ内で完全
密閉となることから、蒸発したBiが内部にこもりやす
く、気密接合特性を一層悪化させやすい問題がある。

前工程で固定側、可動側部材を予め製作しておき次
工程で一体化する場合には、42,47のロウ材の箇所が該
当する。

E.課題を解決するための手段 発明者らは、種々の実験を行った結果、 まず低融点金属（例えばBi）を含有する金属におけ
るBiの蒸発飛散が活発となる温度に着目した。

第４図は、50Cu−40Cr−10Bi（重量％）の組成からな
る金属部材において、加熱温度（横軸）と重量減少率
（縦軸）との関係を不活性雰囲気（真空中）で調べたも
のである。

この図から、温度700℃辺りから急激に重量が減少す
る、つまりBiの蒸発飛散が700℃辺りから活発となるこ
とが判った。換言すれば700℃以下の温度でロウ付けす
れば、Biの蒸発飛散はほとんどなく、悪影響はないこと
が判った。

上記のことから700℃以下の温度でロウ付けでき
るロウ材として、Cu−In、更にはAg−Cu−Inで形成すれ
ば、安定にロウ付け接合できることを見い出した。

すなわち、Cu−In、Ag−Cu−Inでロウ材を形成すれ
ば、Biの蒸発飛散のない700℃以下の温度でロウ付けで
きるばかりでなく、ロウ付け部にCu−In、Ag−Cu−Inの
拡散層が存在し、これによって低融点金属の接合界面へ
の侵入を抑制でき、安定にロウ付けできることが判っ
た。

更には、真空中で真空インタラプタを一括して製造
するのではなく、ロウ付け接合した後に真空排気（真空
引き）して製造すれば一層気密シール接合特性が安定で
あることが判った。

従って、本発明は、真空インタラプタ一体化時におけ
る気密シール接合部のロウ材として、第３図に示す組成
範囲のロウ材、すなわち、 Cuが67重量％、Inが33重量％で形成したロウ材。

Cuが28〜58重量％、Agが11〜58重量％、Inが13〜38
重量％で形成したロウ材。

を用い、しかもロウ付け加熱温度を、低融点金属の蒸発
飛散が活発とならない700℃以下としたものである。

しかして、Ag,Cu,Inの割合、また温度が上記の関係よ
り外れる場合には安定したロウ付け接合を得ることが出
来なかった。

なお、 （１）低融点金属としては、例えば、Bi（ビスマス）、
Sb（アンチモン）等の低融点金属として良く知られてい
る金属が該当する。

（２）低融点金属を含有する金属としては、銅，銅合
金，銀，銀合金，等の導電性に富む金属が該当する。

（３）ロウ材は各成分の粉末を所定量混合して所定の形
状に加工するのが各成分の特性が活かされるので好まし
い。

また、所望のロウ材形成は、金型にてリング状、円板
状に圧縮成形する、または、まず板状に圧縮成形した後
にレーザ等にて簡便に得られる。

又は、混合粉末に有機バインダーを混ぜてペースト状
にして塗布することも差し支えない。なお、粉末は、−
100メッシュ以下（149μｍ以下）の粒径のものが好まし
い。

（４）真空インタラプタの一体化としては、 固定側部材、可動側部材を各々形成しておき、これ
らと絶縁筒とを一体化する場合。

固定側部材、可動側部材の一方と絶縁筒とを予め一
体化し、その後全体を一体化する場合。

の何れかが該当する。

（５）電極は、前工程で予めリード棒にロウ付けしても
良い。また低融点金属の含有量が少ない電極とリード棒
との接合の場合は本発明で用いたInを含有したロウ材で
なく、従来一般的に使用されているCu−Mn−Ni等のロウ
材であっても差し支えない。ただし、本発明で使用した
Inを含有したロウ材を用いるのが望ましい。

（６）本発明においては、接合部がCuであれば良く、部
材全体がCu、またはCuを主成分とする材料である必要は
ない。

F.作用 ロウ付け温度は約700℃以下で良いことから低融点金
属の飛散は少なく、またロウ付け時には真空インタラプ
タ内は完全密閉ではないので、蒸発した低融点金属が真
空インタラプタの内部にこもることは減少する。しかも
ロウ付け接合部にAg,Cu,Inの拡散層が存在することで低
融点金属の接合界面への侵入を抑制でき、低融点金属を
含有する電極を備えた真空インタラプタの気密シール接
合を確実に且つ信頼性の高いものにできる。

G.実施例 本発明を以下の実施例に基づいて詳細に説明する。

まずロウ材の特性について調べた実験結果を説明す
る。

（実験例） Cuが50重量％、Crが40重量％、Biが10重量％の成分か
らなる、低融点金属含有の金属部材と無酸素銅との接合
例である。

（ａ）低融点金属を含有した部材について −100メッシュの粒径のCr（クロム）粉末を、アルミ
ナ容器（内径68mm）に約160g入れ、このCr粉末上にCu−
Bi合金（約400g）を載置し、容器に蓋をかぶせ、これを
真空炉内にて脱ガスと共にCu−Bi合金の融点以下の温度
で加熱処理して、まずCr粒子を拡散結合させて多孔質の
溶浸母材を形成する。

その後温度を上げて、Cu,Biを溶浸母材に溶浸させ
る。

この際にアルミナ容器内は、Bi蒸気を含んだ雰囲気と
なり、Biを多量に含有した複合金属が得られる。

こうして得られた金属材料を、容器から取り出し、外
面を機械加工して所定の寸法形状にする。

（ｂ）ロウ材について −325メッシュの粒径のAg,Cu,Inの粉末を用意し、Ag
を45g、Cuを30g、Inを25gの割合（第３図のイ点）で混
合機にて充分に混合する。

得られた混合粉末から約1.5g分取し、径が40mmの金型
に均一に充填し、30トンで加圧成形して厚さ約0.4mmの
円形状の薄い成形体を得る。

（ｃ）ロウ付けについて 上記ロウ材（Ag−Cu−In）を、前記Cu−Cr−Bi合金部
材と、無酸素銅からなる部材との間に入れ、これらをア
ルミナ容器内に設置し、且つ蓋をし、真空炉にて加熱処
理（660℃,15分間）して接合した。

（ｄ）ロウ付けの結果について 上記のようにして得られた接合物は、強固に接合され
ており、しかもロウ材も十分に流動していることが確認
された。

また、Ｘ線マイクロアナライザにて接合部の断面を観
察すると、Ag,Cu,Inの拡散層によって、Biの界面への析
出は防止され、安定したロウ付け接合層が形成されてい
ることが確認された。

（比較実験例） 比較のために一般的に知られている、Cu−Mn−Ni系ロ
ウ材を用い、温度条件を950℃とし、且つ他の条件は上
記実験と同様にしてロウ付けを試みたが剥離し、ロウ付
けができなかった。

（一実施例） 上述の結果からCu−In、Ag−Cu−Inを含有するロウ材
であれば低融点金属を含有するCu（銅）部材を直接接合
しても十分な接合強度が得られることが判ったので、こ
のロウ材を用いて第１図に示す真空インタラプタを構成
した。

すなわち、第１図に示す真空インタラプタを構成する
に際して、まず第２図（ａ）に示す固定側部材１、及び
第２図（ｂ）に示す可動側部材２を各々前工程で形成す
る。

固定側部材１は、Cu（銅）からなる固定側端板13、Cu
からなるリード棒12、Cuからなる排気管14からなるもの
で、これらの各部材の間に、ロウ材（板状ロウ材、線状
ロウ材）を配置して仮組立し、非酸化性雰囲気中（真空
中）にて約1000℃の温度に加熱して接合形成する。

また、可動側部材２は、Cuからなる固定側端板23、Cu
からなるリード棒22、SUS（ステンレス鋼）からなるベ
ローズ24からなるもので、これら各部材間に、ロウ材を
配置して仮組立し、非酸化性雰囲気中（真空中）にて約
1000℃の温度に加熱して接合形成する。

なお、上記ロウ材は、一般的なCu−Mn−Niロウ材を使
用した。

上述のように予め形成した固定側部材１と可動側部材
２とは、第１図に示すように、各リード棒12,22の内端
部にロウ材43,44（板状ロウ材）を介して、電極（Cuが5
0重量％、Crが40重量％、Biが10重量％の成分）を設け
て仮組立する。また、両端部にCu（銅）からなる補助部
材131,231を備えた絶縁筒３に各々ロウ材42,47（板状ロ
ウ材）を介して仮組立する。これらロウ材42,43,44,47
は、45Ag−30Cu−25In（重量％）であり、非酸化性雰囲
気中（真空）にて前工程のロウ付け温度より低い温度の
約660℃でロウ付け接合して所定の真空インタラプタを
一体化構成し、その後、加熱すると共に排気管14を介し
て真空引きして排気し、排気管14をピンチオフすること
により所望の真空インタラプタを得る。

このようにして形成した真空インタラプタにおける端
板13,23と補助金具131,231とは強固に接合され、ヘリウ
ム・リークデテクターにより調査した結果リークの全く
無いことが確認できた。

H.発明の効果 本発明によるロウ材は、Ag−Cu−In,Cu−Inを主成分
としていることから、ロウ付け加熱温度を700℃以下で
行うことができるので、低融点金属の蒸発飛散を効果的
に防止でき、これによってロウ付け部に低融点金属の侵
入がなくなる。しかも、ロウ付け部にAg,Cu,Inの拡散層
が形成されるので、この拡散層が低融点金属の接合界面
への侵入を抑制できることから、低融点金属を含有（0.
1〜20重量％）する電極を備えた真空インタラプタにお
いても気密シール接合を確実且つ安定なものにできる。

また、ロウ付け温度が約700℃以下の比較的低い温度
のロウ材であるから、接合部材及び他の構成部材に与え
る熱的影響を軽減することができる。

更には、真空インタラプタをロウ付け一体化した後に
排気管を介して真空引きして所望の真空インタラプタを
得るので、ロウ付け時には真空インタラプタ構成部材内
は、完全密閉体ではないので、蒸発したBi等の金属が内
部にこもることは減少し、気密シール接合を一層確実で
安定なものにできる。

従って、真空インタラプタにおける信頼性、耐久性の
向上が図れ、品質向上に寄与できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における真空インタラプタ
の概略構成図、第２図（ａ），（ｂ）は、第１図におけ
る真空インタラプタの部分組立図、第３図は、本発明の
ロウ材に係る組成範囲の説明図、第４図は、加熱温度と
重量減少率との関係図、第５図は、従来の真空インタラ
プタの概略構成図である。 １……固定側部材、２……可動側部材、11……固定電
極、12……リード棒、13……固定側端板、14……排気
管、21……可動電極、22……リード棒、23……可動側端
板、131……補助部材、231……補助部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−175521（ＪＰ，Ａ) 特公 昭56−28329（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01H 33/66

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくともリード棒と端板とを備えた固定
   側部材と、少なくともリード棒とベローズとを備えた可
   動側部材と、これらの部材の端板が気密接合される絶縁
   筒と、各リード棒の内端に設けた電極とを主要な構成部
   材とした真空インタラプタの製造方法において、 前記固定側部材、及び可動側部材を形成する第１工程
   と、 形成した固定側部材及び可動側部材と絶縁筒とのロウ付
   け気密接合、及び各リード棒の内端に電極をロウ付け接
   合して真空インタラプタを組み立てる第２工程と、 組み立てた真空インタラプタ内を真空排気して真空イン
   タラプタを得る第３工程とからなり、 前記電極は低融点金属を含有する材料で形成し、 前記第２工程におけるロウ付け部分となる部材の少なく
   とも端部を銅材で形成し、 前記第２工程における少なくとも気密接合部にInを含有
   するCuまたはCu−Ag部材を主成分とするロウ材を用い、
   且つロウ付け加熱温度を700℃以下としたことを特徴と
   する真空インタラプタの製造方法。
2. 【請求項２】第１工程で電極の少なくとも一方をリード
   棒内端にロウ付けすることを特徴とする請求項１項に記
   載の真空インタラプタの製造方法。
3. 【請求項３】少なくともリード棒と端板とを備えた固定
   側部材と、少なくともリード棒とベローズとを備えた可
   動側部材と、これらの部材の端板が気密接合される絶縁
   筒と、各リード棒の内端に設けた電極とを主要な構成部
   材とした真空インタラプタの製造方法において、 前記固定側部材または可動側部材の何れか一方の部材を
   形成する第１工程と、 固定側部材または可動側部材の何れか他方の部材を絶縁
   筒の一方の端部にロウ付け気密接合する第２工程と、 前記第１工程で得た部材と絶縁筒の他方の端部とのロウ
   付け気密接合、及び各リード棒の内端に電極をロウ付け
   接合して真空インタラプタを構成する第３工程と、 組み立てた真空インタラプタの真空容器内を真空排気し
   て真空インタラプタを得る第４工程とからなり、 前記電極は低融点金属を含有する材料で形成し、 前記第３工程におけるロウ付け部分となる部材の少なく
   とも端部を銅材で形成し、 前記第３工程における少なくとも気密接合部にInを含有
   するCuまたはCu−Ag部材を主成分とするロウ材を用い、
   且つロウ付け加熱温度を700℃以下としたことを特徴と
   する真空インタラプタの製造方法。
4. 【請求項４】第１工程及び第２工程で電極の少なくとも
   一方をリード棒内端にロウ付けすることを特徴とする請
   求項３項に記載の真空インタラプタの製造方法。