JPH04503732A - 表面被覆された構成部材、特に真空スイッチ用接触子を製造するための方法及びその方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 表面被覆された構成部材、特に真空スイッチ用接触子を製造するだめの方法及び その方法を実施するだめの装置 技術分野 本発明は請求の範囲第１項の上位概念による表面被覆された構成部材、特に真空 スイッチ用接触子を製造するための方法に関係する。本発明はまたこの方法を実 施するための装置にも関する。

従来の技術 本発明は、ドイツ連邦共和国特許公開第３５４１５８４号公報に記載されている 様な従来技術に関する。

この公報に記載された方法は、少なくとも一種類の金属を有する基礎材料と、そ れ以外の複数の作用成分とからなる金属−複合材料を製造するのに役立つもので ある。この場合基礎材料からなる基体はエネルギー照射により場所的に適宜所定 の深さまで溶融され、溶融物に作用成分が供給される。このためにレーザー光線 の様な極端に照射流密度の高い照射と、特殊なエネルギー伝達装置とが必要であ り、それら装置で作用成分が高速に加速される。

スイス国特許公報（’ＣＨ−Ａ５）第６６１６１６号から、クロム及び銅を含む 焼成体を真空中又は不活性ガス雰囲気中で１０〜１０００　ｋ　Ｗ　／　ｃ　ｍ 　”の照射流密度の、アークによって形成される集中した熱流に当てることが知 られている。約２１〜１００　ｒｍｓ続く熱流の作用の間に素材の表面は溶融す る。続いて１０４〜１０ｓ°に／Ｓの速度で焼成体を冷却することによって、次 に微細分散され僅かなガス含有量を有する銅−クロム−材料でできた３ｍｍまで の厚さの表面層がある真空スイッチ用の接触子が形成される。その様にして製造 された接触子は真空スイッチの作動確実性を著しく高めるが、しかしながら大面 積の接触子を製造するには比較的装置に費用がかからざるを得なかった。

本発明の説明 請求の範囲の請求項１で限定されている本発明は、表面被覆された構成部材、特 に真空スイッチ用の接触子を、表面の大きな構成部材でも装置コストが安く製造 できる様にした製造方法を提示するという課題を解決する。

本発明による方法は僅かの装置費用で高い負荷をかけることの出来る表面被覆さ れた構成部材の製造が可能となる。熱流源にはこの場合、熱流源の照射流密度を 小さく保つことが出来るので、僅かな要件しか課されない、熱流源の照射流密度 を僅かにすることによって条件付けられて、構成部材を製造する場合に添加物の 気化及び飛散が著しく避けられる。

表面被覆に望んだ化学量論的数値には従って悪影響は生じない。数ミリメートル までの表面被覆は問題なく得られる。その様な表面被覆は特に銅−クロム一層と して形成する場合に真空スイッチの接触子のアーク接触層として極めて適してい る。

本発明を実施するための方法 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳細に説明することにする。

第１図は本発明による方法を実施するための装置を示し、 第２図は、基体１に局部的に溶融した領域１５がエネルギー流１２によって形成 される個所での、第１図による装置にある基体１を通る図面平面に直角で垂直に 引いた断面に対する図を示し、そして第３図は基体１の第２図に断面で示した個 所の平面図を示すものである。

これら図面でほぼテーブルとして又はしかし単に支柱形状の支持体として形成し た載置装置３の載置面２上に基体１がある。基体１は例えば約４０ｍｍの直径で 約８ｍｍの厚さの銅板であるが、これもまた何か成る適当な別の金属製の物体と しても良い。

載置装置３は例えば熱伝導性の良い材料、特に銅や銀で出来ており、水で冷却し た回転装置４上に支持した支柱５を備えている。６は熱流源を表す、この熱流源 は特に有利なように電子線又はイオン線の様なエネルギーに冨んだ粒子線を発す るが、しかしまたホール発生器として又は何か成る別の適当な装置として形成し ても良い。特に有利にはこの熱流源はほんの僅かの照射流密度から数百キロワッ ト／平方センチメートルまでの照射流密度を有している。詩に熱流源は数百ワッ トから約２０ｋＷまでの全出力を有するのが有利である。７は粉末状の添加物８ を入れる為の添加物−供給装置を示す。この添加物は矢印９の方向に基体１の表 面に粉末層１０を形成しながらさらさら流れ落ちる。添加物は特に有利には基体 １よりも僅かの熱伝導性を有し、主に銅から出来ている裏側を有する真空スイッ チ用の接触子を製造する場合にクロム又はクロム及び銅をベースにした合金を含 む様にづ−ることが出来る。

本発明の方法は次のように行われる； 構成部材として例えば真空スイッチ用の接触子を製造しようとする時には、主と して銅を含む基体１と、主とし２てクロム粉末を含む添加物８と、電子線をベー スにして作動する熱流源６とが約１０−ｂミリバールの真空度にある。載置装置 ３はこの場合軸線１１の周りで、熱流源６に対して基体１の平均的な送りが例え ば５〜］、０ｃｌｌ／ｓに成るように回転する。熱流源６から発せられたエネル ギー流１２は同時に基体表面の一部上に当たる。このエネルギー流は衝突の際に 例えば０．２５〜Ｉｃｍ”の広がりを存し、衝突個所に例えば２０　ｋ　Ｗ　／ 　ｃ　ｍ　２の流れ密度を有している。

エネルギー流１２はほぼ完全に基体１によって吸収され、従って基体１に熱を供 給する。基体１に供給された熱はエネルギー流１２の衝突領域から熱伝導により 基体１全体に供給される。このことにより、また基体１の回転により、更にエネ ルギー流が幾らか変動するごとにより衝突領域の過熱が避けられる。

こうして基体１は、室温よりはかなり高いがその融点以下の温度に予備加熱され る。先に述べた銅板でこの予備加熱温度は約７００〜１０００°Ｃである。基体 １を予備加熱している間に熱流源６の放出出力は減少される。予備加熱温度に達 した後、照射線１２は約数ｋＷ／ｃｍ２　の流れ密度を有する。。

（矢印工３によって示された）表面からの熱放射及び（矢印１４によって示され た）載置面２への熱伝導によって条件付けられて、以下に記載する相の間この予 備加熱温度は殆ど変わらない。この場合熱流源６の所定の出力での予備加熱温度 は適当な熱誘導によりＲ置装置３を介して調節される。この目的のため載置面２ は支柱５の断面積を適当に大きくしたり小さくしたりすることによって所望の温 度に保つことが出来る。本発明の別の実施形態にあっては、基体１と冷却するた めの支柱５との間に、例えばステンレススチールの如き比較的熱伝導の悪い材料 でできた部分１７を設けることによって所望の温度に調節するのが良い。温度を 適当に調節するのは勿論光に述べた両方の手段を共に使うことによっても行える 。概ね銅を含み直接載置面２上に載っている基体１では載置面２は５００〜６０ ０　”　Ｃの温度になっている。

予備加熱温度に達するや否や、基体の材料を局部領域１５で溶融するためには、 エネルギー流１２から基体１に通る比較的価かなエネルギーで充分である。局部 領域１５を溶融した後で基体１の表面に粉末層１０が作られる。約１００　μｍ の平均粒度を持つクロｌ、粉末を使用する場合、ばらばらの粉末によって形成さ れた載置物質は典型的には２５〜５０ｍｇ／　ｃｒａ！である。このクロム粉末 は添加物−供給装置７から矢印９の方向に基体表面上にさらさらと流される。

局部領域１５は載置装置３を回転することによって粉末層１０に及び粉末層１０ を通って導かれる。局部的に溶融された領域内にある液状金属、例えば銅はこの 場合粉末層１０内にある粉末を濡らし、主として有効な毛細管現象の力によって 粉末ＪｉｌＯを含浸する。この作用は必要な時には別の添加物によって高めるこ とも出来る。

ぞ・）シてクロムと銅とを含む表面層１６が生じ、先に説明したこの層の形成メ カニズムは特に第２図及び第３図から良く分かる。エネルギー流１２は比較的低 いエネルギー密度を備えているので、局部領域１５内にある鋼溶融物の過熱もク ロム粉末の過熱も避けられる。クロム粉末は単に基体１の表面上に載っているの で、基体に対するぞの熱接触は僅かであり、集中したエネルギー流は従って極端 な過熱を引き起こす。クロム粉末が気化したり飛散することは従ってかなり無く なる。

ｔｉｔテーブル３を通って中心に導かれる垂直に延びる軸線１１周りで載置装置 ３又は熱流源６及び添加物−供給装置７を回転することによって、並びに熱流源 ６及び添加物−供給装置７の付加的に半径方向に行われる運動、特に揺動運動に よって、概ね基体Ｉの全表面が徐々に溶融され、被覆されるように成る。基体ｌ の溶融は勿論水平のｘｙ一平面で行われる変動によっても行・うことができ、そ の際例えば熱流源６はＸ方向及びＸ方向で基体１の縁部の間で往復案内される。

この場合添加物−供給袋Ｗ７は基体１を回転する時に変動に応じて動かされる。

基体１の自由に位置する表面を完全に走行することにより、この方法で約５０〜 １００　μｍの厚さの表面Ｎ１６が作られる。溶融が比較的ゆっくり且つ大面積 で行われるために、基体１従って表面層１６は著しくガスが無くなるという点で この表面層は取り分は優れている。

エネルギー流１２の断面が小さいと、表面のほぼ完全な被覆は次の様にして達成 される。即ちほぼ熱流源６が付加型番ご基体１の変動方向に直角に及び／又は変 動方向に周期的に往復運動されることにより達成される。

前記方法ステップをサイクル的に繰り返すことによって数ミリメーターまでの厚 さの層を問題なく作るこおが出来る。エネルギー流１２の出力及び流れ密度、局 部領域１５の加熱時間及び／又は供給される添加物８の量を適当に制御すること によって、種々の厚さの層及び／又は所定の表面輪郭を製造することが出来る。

その様に製造した接触子を装備した真空スイッチは、普通の方法で製造した接触 子を持つ比較可能な寸法の真空スイッチに比べてかなり良い遮断能力を有してい る。

表面層１６が少なくともその外面の一部を越え且つその外面から出発してその深 さの少なくとも一部を越えて基体１の融点以上の温度に短時間加熱されることに よって場合によっては遮断能力を更に改良することが達成されることもある。

！ ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ ＦＩＧ、３ 要　約　書 この方法では、金属製の基体（１）がその表面でエネルギー！　（１２）を用い て局部領域（１５）で溶融され、添加物（８）が局部領域（１５）の溶融した材 料と一緒にされる様に、真空スイッチ用の接触子の如き表面被覆された構成部材 が製造される。

この方法では装置にかかる費用が僅かで大面積の構成部材をも製造できるように すべきである。

この方法は以下の手段によって達成される二基体（１）は局部領域（１５）を溶 融する前に、室温以上ではあるが、その融点以下の温度に予備加熱される。

予備加熱後、基体表面で局部領域（１５）が溶融され、ばらばらの粉末層（１０ ）の形の添加物（８）が基体表面にもたらされる。

エネルギー流（１２）によって局部的に溶融された領域（１５）は粉末層（１０ ）へ及び粉末層（１０）を通って導かれ、そしてそこで粉末層（１０）にある粉 末が濡らされ、乃至は粉末層（１０）が溶融された局部領域（１５）からなる液 状の材料で含浸され、それにより粉末層（１０）の粉末が基体（１）の表面に塗 り込まれ、所望の表面層（１６）が形成される。

（第１図） 国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）金属製の基体（１）と、基体（１）に供給される少なくとも１つの添加物 （８）とからなる表面被覆された構成部材、特に真空スイッチ用の接触子を製造 するための方法にして、基体（１）が表面でエネルギー流（１２）を用いて少な くとも１つの局部領域（１５）で溶融され、また添加物（８）が局部領域（１５ ）の溶融された材料と一緒にされる様な方法において、基体（１）が局部領域（ １５）の溶融の前に、室温によりかなり高いがその融点以下の温度に予備加熱さ れ、次に基体表面での予備加熱後に局部領域が溶融され、ばらばらの粉末層（１ ０）の形の添加物（８）が基体表面へもたらされ、そしてエネルギー流により溶 融された局部領域（１５）が粉末層（１０）に、また粉末層（１０）を通して案 内され、ここで粉末層（１０）内にある粉末が濡らされ、乃至は粉末層（１０） が溶融された局部領域（１５）からなる液体材料で含浸され、それにより粉末層 （１０）の粉末が基体（１）の表面に入れられ、そして所望の表面層（１６）が 形成される様にしたことを特徴とする方法。 （２）基体（１）が、制御可能な照射流密度を有し、特に電子を発する熱流源（ ６）によって予備加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 （３）熱流源（６）が基体（１）を予備加熱する場合に先ず少なくとも１つの局 部領域（１５）を被覆する時よりも何倍も高い出力で駆動されることを特徴とす る請求項２に記載の方法。 （４）熱流源（６）、添加物一供給装置（７）及び基体（１）が相対的に互いに 変動可能に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のうちの１項に記 載の方法。 （５）この変動は基体（１）の回転又は変換により行われることを特徴とする請 求項４に記載の方法。 （６）熱流（６）は付加的に基体（１）の変動方向と直角に及び／又は変動方向 に周期的に往復運動されることを特徴とする請求項５に記載の方法。 （７）添加物一供給装置（７）は付加的に基体（１）の変動方向に対して直角に 周期的に往復運動されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の方法。 （８）表面層（１６）を形成した後で、その厚さを厚くするために、別の粉末層 の形で添加物（８）が表面層に塗られ、そして表面層（１６）に通ずる粉末層（ １０）に対応して処理されることを特徴とする請求項１から請求項７のうちの１ 項に記載の方法。 （９）エネルギー流（１２）の出力及び流れ密度、局部領域（１５）の加熱時間 及び／又は加えられた添加物（８）の量が次の様に、即ち種々の厚さの表面層（ １６）及び／又は所定の表面輪郭が製造できる様に制御されることを特徴とする 請求項８に記載の方法。 （１０）表面層（１６）が少なくともその外面の一部を越え、且つその外面から 出発して少なくともその深さの一部を越えて基体（１）の融点以上の温度に短時 間だけ加熱されることを特徴とする請求項１から請求項９のうちの１項に記載の 方法。 （１１）少なくとも１つの熱流源（６）と、少なくとも１つの添加物一供給装置 （７）及び基体（１）用の少なくとも１つの載置装置（３）とを有する請求項１ による方法を実施するための装置において、熱流源（６）、添加物一供給装置（ ７）及び基体（１）が相対的に互いに変動可能に配設されていることを特徴とす る装置。 （１２）載置装置（３）が回転可能であり、基体（１）用の載置面（２）を備え 、その温度が調節可能であることを特徴とする請求項１１に記載の装置。 （１３）載置面（２）の温度が、載置装置（３）の熱伝導が比較的悪い部分（１ ７）によって調節され、この部分が、基体（１）と、載置装置（３）の冷却を行 う支柱（５）との間に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の装置 。 （１４）載置面（２）の温度が、熱を載置面（２）から冷却を行う少なくとも１ つの、載置装置（３）の支柱（５）の横断面を変えることによって調節されるこ とを特徴とする請求項１２に記載の装置。