JPH08111131A - 真空遮断器用接触子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】接点のろう付部分から流出したろう材などによ
る真空バルブの絶縁特性や遮断性能の低下を防ぐ。 【構成】電極６の表面に接点11を載せ、レーザビーム13
を片側から他側に走査させて、接点11と電極６を加熱
し、接点11の表面側に結晶が微細な改質層11ａを形成さ
せるとともに、電極６の表面側に電極溶融部15を形成し
て、接点11の裏面側を可動電極６に溶接する。周期的に
レーザビーム13の出力を上げて電極溶融部15を形成させ
てもよく、走査速度を下げて電極溶融部15を形成させて
もよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空遮断器用接触子の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器に組み込まれる真空バルブ
は、10^-2Pa以下の高真空中で一対の接点を開離すること
により、真空の優れた消弧性と絶縁性を利用し、一対の
接点間を通電していた電流を遮断して、回路を開く。図
５は、その代表的な縦断面図を示し、セラミックスまた
はガラスで製造された絶縁円筒１の両端の開口部の片側
に、固定側端板２をろう付けし、開口部の他側に可動側
端板３をろう付で密封して、気密容器を構成している。

【０００３】このうち、固定側端板２の中心には、下端
に固定電極４が接合された固定通電軸５が貫通して上端
が固定され、この固定電極４と対向して可動電極６Ａが
図示しない操作機構に連結された可動通電軸７の上端に
ろう付されている。

【０００４】また、固定電極４と可動電極６Ａが接触す
る対向面には、真空遮断器の用途に応じて、複数の種々
の材料の合金でなる略円板状の接点８がそれぞれの電極
にろう付されている。そして、可動通電軸７が貫通する
可動側端板３の開口部をベローズ９により気密に封止す
ることで、真空バルブ内の真空を保ちながら可動電極６
を固定電極７に接離させている。

【０００５】さらに、電流遮断時に接点８と電極４，６
Ａから飛散する金属蒸気や金属溶融粉が絶縁円筒１の内
面に付着して、この絶縁円筒１の内面の絶縁特性が低下
する現象を防ぐために、略円筒状のシールド10が電極
４，６Ａの外側に挿入され、絶縁円筒１の内面に固定さ
れている。

【０００６】このように構成された真空バルブの絶縁特
性と遮断性能は、接点８に採用されている材料と、その
表面状態に強く影響される。特に後者に関しては、接点
の表面にミクロンオーダ以下の微細な突起が形成されて
いたり微粒子が付着していた場合や、接点の表面に酸素
等のガスが吸着していたり、塵埃などの不純物が付着
（汚損）している場合には、それらがないときに比べて
絶縁破壊電圧や遮断性能が大きく低下することがある。
また、同一組成の接点でも、その組織の粗さによってこ
れらの特性や性能が異なることがあり、一般に組織が微
細になると特性と性能が向上する。

【０００７】したがって、真空バルブの遮断性能を向上
させる一方法としては、例えば特開昭 63-141226号公報
に示されるように、接点の表面に電子ビームやレーザビ
ームを照射する方法がある。これは、電子ビームやレー
ザビームの照射により、接点の表面に存在した微小な突
起や微粒子が溶融され、吸着ガスや不純物が離脱すると
ともに、材料の急熱急冷により組織が微細化されるため
である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、接点８と固
定電極４及び可動電極６Ａ（以下、電極と呼ぶ）をろう
付するときには、図６の断面図に示すように、電極６Ａ
の接合面に深さｄの座ぐり部６ａを設け、この座ぐり部
６ａに接点８を挿入して銀ろう等を用いて接合してい
る。

【０００９】このように接点の接合部を座ぐり構造にす
る理由は、特別な組み立て治具等を用いなくとも、相互
の接合位置を確実に決めることができることと、銀ろう
の流出を防ぐためである。

【００１０】特に、後者については、電極６Ａの表面に
対して座ぐり部６ａを加工しなかった場合には、接合時
の加圧によって接合面の銀ろうが流出して、遮断性能及
び絶縁特性が低下するからである。さらに、このような
座ぐり構造を採用した場合でも、電極６Ａと接点８との
嵌合公差、ろう付け時の炉内温度分布や接点材料の濡れ
性等の微妙な相違によって、電極６Ａと接点８の間の隙
間６ｂから外部に銀ろうが流出するときがある。

【００１１】なお、真空遮断器が保証した条件の電流遮
断による接点の消耗量の平均値をｗとすれば、電極面か
らの接点の突出高さｈは、接点の寿命を維持するために
少なくともｈ≧ｗであることが必要である。また、本質
的な接点の機能としての必要厚さは突出高さｈである
が、電極６Ａとの接合のために座ぐり部６ａの深さｄが
更に必要となるので、接点８の厚みはｄ＋ｈが必要とな
る。

【００１２】上述した電子ビームやレーザビームによる
照射処理は、電極６Ａと接点８との接合工程終了後（で
きるだけ次工程の絶縁円筒との接合直前）に行うのが望
ましい。なぜならば、もし、先に接点単独で照射処理を
行った場合には、その後の電極６Ａとのろう付け工程に
おいて微粒子や不純物が接点８の表面に付着したり、ガ
スが吸着する可能性があり、照射処理が逆効果となるか
らである。

【００１３】ただし、電極と接点を接合した後に照射処
理を行う場合でも、上述したように接点と電極との隙間
から流出した銀ろうの有無を確認する必要がある。なぜ
ならば、照射によって溶融した銀ろうが接点８や電極６
Ａの表面の広い範囲に蒸着されるため、遮断性能と絶縁
特性が低下するからである。

【００１４】ところが、このように構成された電極にお
いては、座ぐり部を形成するために製造工程が増えるだ
けでなく、この座ぐり部のために、接点８の下半分は、
接点の機能と関係のない単なる埋め代としての無駄な部
分となる。

【００１５】そこで、請求項１，２，３及び請求項４に
記載の発明の目的は、真空バルブの絶縁特性の低下を防
ぎ、遮断性能の向上を図ることのできる真空遮断器用接
触子の製造方法を得ることであり、請求項５及び請求項
６に記載の発明の目的は、真空バルブの絶縁特性の低下
を防ぎ、遮断性能の向上と製造工程の短縮化を図ること
のできる真空遮断器用接触子の製造方法を得ることであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１，２及び請求項
３に記載の発明の真空遮断器用接触子の製造方法は、母
材に添設された接点の表面にビームを照射し、接点と母
材を加熱して、接点に改質層を形成し、接点を母材に接
合させたことを特徴とする。なお、ビームを走査しなが
ら出力を周期的に高めるか、又は、走査速度を周期的に
低下させて母材の接合面に溶接部を形成させることが好
ましい。

【００１７】また、請求項４に記載の発明の真空遮断器
用接触子の製造方法は、母材に添設された接点の表面に
高エネルギー密度のビームを照射し接点と母材を加熱し
て接点を母材に接合する工程と、この接合された接点の
表面に低エネルギー密度のビームを照射し接点を加熱し
てこの接点を改質する工程を備えたことを特徴とする。

【００１８】また、請求項５に記載の発明の真空遮断器
用接触子の製造方法は、母材に添設された接点材のペレ
ットの表面にビームを照射しペレットと母材を加熱し
て、ペレットに改質層を形成し接点を母材に接合させる
工程と、接点と母材を仕上げ加工する工程を備えたこと
を特徴とする。

【００１９】さらに、請求項６に記載の発明の真空遮断
器用接触子の製造方法は、母材に添設された粉末合金の
表面にビームを照射し、粉末合金と母材を加熱し、粉末
合金を溶融させこの粉末合金を母材に接合させる工程
と、母材に接合され冷却された粉末合金を仕上げ加工す
る工程を備えたことを特徴とする。

【００２０】

【作用】請求項１，２及び請求項３に記載の発明におい
ては、接点に照射されるビームによって、接点は母材へ
の接合と改質が同時に行われる。

【００２１】また、請求項４に記載の発明においては、
ビームのエネルギーを変えることによって、接点の母材
への接合と改質が連続して行われる。

【００２２】また、請求項５に記載の発明においては、
接点材と母材の仕上加工は、母材に接点材が接合された
後の同時加工が可能となる。

【００２３】さらに、請求項６に記載の発明において
は、接点は粉末合金に照射されるビームによる溶融結合
後に固化されるとともに、母材と接点の仕上は、同時加
工が可能となる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の真空遮断器用接触子の一実施
例について説明する。図１（ａ）は、請求項１，２，３
及び請求項４に記載の発明の真空遮断器用接触子の製造
方法の一例を示す図で、図６に対応する真空バルブの可
動側電極部分の断面を示した図である。

【００２５】図１において、接点11の厚さｈは、真空遮
断器が保証した条件の電流遮断による消耗量の平均値ｗ
に若干の裕度を持たせたものとするとともに、電極６の
表面は平坦で、図６で示した従来例のように、接点を挿
入して位置決めする座ぐり部分は形成されていない。こ
の接点11の表面に電子ビームまたはレーザビーム13を照
射する。

【００２６】これらの照射ビームは、接点11の表面のほ
とんどの部分に対し、改質層11ａを形成するために必要
な強度で照射するが、部分的に溶け込みを深くして電極
６の一部も溶融させ、局部的な電極溶融部15が形成され
る強度とする。

【００２７】この改質層11ａと電極溶融部15を形成する
方法には、まず、はじめに数箇所を比較的高いエネルギ
ー密度のビームで照射して接点11と電極６とを接合した
後に、接点11の全面を比較的低いエネルギー密度のビー
ムで均一に照射する方法と、比較的低いエネルギー密度
のビームを走査しながら、電極６と接合させる部分でパ
ルス的にビームの出力を高めるか、あるいは、走査速度
を周期的に低下させて溶け込みを深くする方法との二つ
がある。

【００２８】照射時の熱応力による接点11の変形（反
り）と作業性とを考慮すると、接点11の厚さに対し、接
点の外径が比較的大きい場合には前者の方法が好まし
く、接点の外径が比較的小さい場合には、後者の方法を
採用することが望ましい。

【００２９】このような方法で接点11の表面にビームを
照射することで、接点11の表面近傍に改質層11ａを形成
するとともに、電極溶融部15では接点11と電極６が接合
される。

【００３０】このようにして製作された接点11及び電極
６を組み込んだ真空バルブにおいては、接点11を接合す
るための銀ろうを使用しないので、従来のような銀ろう
の流出はなく、真空バルブの遮断性能と絶縁特性を低下
させる要因となる電子ビームやレーザビーム照射による
銀ろうの接点表面への蒸着現象も発生しない。また、電
極を製造する工程においても、座ぐりを必要としないの
で、製作が容易となる。さらに、接点の厚さも、図６で
示した嵌合深さｄの加工が不要となるので、接点材料を
有効に利用することができる真空遮断器用接触子とな
る。

【００３１】図２（ａ）は、請求項５に記載の発明の真
空遮断器用接触子の製造方法の一例を示す図で、仕上げ
加工前の状態を示す。図２（ａ）においては、粗加工し
た電極６Ｂに粗加工した接点11Ａを載せ、この接点11Ａ
の上から電子ビームまたはレーザビームを照射したもの
を、後述する図２（ｂ）に示すように電極及び接点の形
状に加工した場合を示す。

【００３２】図２（ａ）に示すように、ビームの照射方
法は、図１で上述した実施例と同様に部分的に溶け込み
が接点11Ａの厚さ以上となるようにし、電極の一部を同
時に溶融させて接合する。然る後に、図２（ｂ）に示す
ように切削加工等又は研摩加工により角部を曲面に加工
して、接点及び電極の最終形状に仕上げる。

【００３３】この方法によれば、接点と電極の丸棒状の
素材をそれぞれ円板状に切断したものを積み重ねて表面
改質と接合を同時に行った後、これらを同時に加工する
ので、接触子の加工工程を省くことができ、仕上加工に
要する時間も短縮することができる。

【００３４】図３（ａ）は、請求項６に記載の発明の真
空遮断器用接触子の製造方法の一例を示す図で、仕上げ
加工前を示し、接点材料として２元以上の合金を用いる
場合を示す。すなわち、組成材料の粉末を混合して加圧
成形したペレット11Ｂを電極６Ｂの上面に載置し、この
ペレット11Ｂの上方から電子ビームまたはレーザビーム
13を照射して合金とした後、切削加工又は研摩加工で角
部が面取りされた図３（ｂ）に示す電極６と接点11とす
る工程を示したものである。

【００３５】まず、図３（ａ）に示すように、接点合金
とする組成材料の混合粉末がプレスされたペレット11Ｂ
を電極６Ｂの上面に載置し、その上方から電子ビームま
たはレーザビーム13を照射する。この場合には、ペレッ
ト11Ｂの全体を溶融させるとともに、電極６Ｂのペレッ
ト対向部６ｃも溶融するようにして、凝固後にペレット
11Ｂを電極６Ｂに固着させる。その後、図３（ｂ）に示
すように、切削加工又は研摩加工で角部が面取りされた
接点１１と電極６の形状とする。

【００３６】この実施例によれば、前述したような接点
を電極に挿入するための座ぐり部の加工や銀ろう付け工
程が不要となり、銀ろうの流出による真空バルブの遮断
及び絶縁性能の低下の問題が解消されるだけでなく、接
点材料を高温高圧で焼結したり溶融したりする工程も省
くことができ、粉末の材料から直接製造することができ
るので、製作に要する期間を更に短縮することができ
る。

【００３７】図４は、接点11と電極６の間に円板状の銀
ろう12を挿入して、接点11の表面に電子ビームまたはレ
ーザビームを照射することにより、その表面改質を行う
と同時に、銀ろう12を溶融させ、接点11と電極６を接合
したものである。

【００３８】この場合も、図１の実施例と同様に接点11
の厚さｈは、接点消耗量ｗを僅かに上回る程度でよい。
接点11の表面を電子ビームまたはレーザビームで照射す
ると接点11が薄いので、熱伝導により銀ろう12が加熱さ
れ溶融される。

【００３９】しかし、加熱炉を用いた場合のように接点
11及び電極６の全体が同時に加熱されないので、銀ろう
12はビームが照射された部分の直下だけが溶融し、ビー
ム移動後は即座に凝固する。したがって、溶融銀ろうの
流出は殆どない。ただし、万一の場合を考慮して、銀ろ
う12の外径は接点11の外径よりもある程度小さくしてお
いたほうがよい。

【００４０】この実施例においても、前述したような接
点と電極の嵌め合い加工が不要であり、また加熱炉を用
いた銀ろう付け工程も不要となる。そのため、銀ろうの
流出による遮断性能と絶縁特性の低下のおそれもなく、
且つ、生産性が極めて優れた真空バルブとすることがで
きる。

【００４１】なお、上記実施例では、真空遮断器の真空
バルブに組み込まれる電極の場合で説明したが、真空バ
ルブが組み込まれる機器の如何に係わらず、例えば、真
空開閉器でも、真空スイッチでも、また真空コンタクタ
の真空バルブに組み込まれる電極に対しても、同様に適
用することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上、請求項１，２及び請求項３に記載
の発明によれば、母材に添設された接点の表面にビーム
を照射し、接点と母材を加熱して、接点に改質層を形成
し、接点を母材に接合させることで、接点に照射される
ビームによって、母材への接合と改質を同時に行ったの
で、品質が一定で絶縁特性の低下を防ぎ、優れた遮断性
能を得ることのできる真空遮断器用接触子の製造方法を
得ることができる。

【００４３】また、請求項４に記載の発明によれば、母
材に添設された接点の表面に高エネルギー密度のビーム
を照射し接点と母材を加熱して接点を母材に接合する工
程と、この接合された接点の表面に低エネルギー密度の
ビームを照射し接点を加熱してこの接点を改質する工程
を備えることで、ビームのエネルギーを変えることによ
って、接点の母材への接合と改質を連続して行えるよう
にしたので、絶縁特性の低下を防ぎ、優れた遮断性能を
得ることのできる真空遮断器用接触子の製造方法を得る
ことができる。

【００４４】また、請求項５に記載の発明によれば、母
材に添設された接点材のペレットの表面にビームを照射
しペレットと母材を加熱して、ペレットに改質層を形成
し接点を母材に接合させる工程と、接点と母材を仕上げ
加工する工程を備えることで、接点材と母材の仕上を、
母材に接点材が接合された後に同時加工を可能としたの
で、絶縁特性の低下を防ぎ、優れた遮断性能を得ること
ができ、加工工程を短縮することのできる真空遮断器用
接触子の製造方法を得ることができる。。

【００４５】さらに、請求項６に記載の発明によれば、
母材に添設された粉末合金の表面にビームを照射し、粉
末合金と母材を加熱し、粉末合金を溶融させこの粉末合
金を母材に接合させる工程と、母材に接合され冷却され
た粉末合金を仕上げ加工する工程を備えることで、粉末
合金に照射されるビームによる溶融によって固化すると
ともに、母材と接点の仕上を同時加工可能としたので、
絶縁特性の低下を防ぎ、優れた遮断性能を得ることがで
き、加工工程を短縮することのできる真空遮断器用接触
子の製造方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，２，３及び請求項４に記載の発明の
真空遮断器用接触子の製造方法の一実施例を示す断面
図。

【図２】請求項５に記載の発明の真空遮断器用接触子の
製造方法の一実施例を示す図で、（ａ）は仕上げ加工前
を示し、（ｂ）は仕上げ加工後を示す。

【図３】請求項６に記載の発明の真空遮断器用接触子の
製造方法の一実施例を示す図で、（ａ）は仕上げ加工前
を示し、（ｂ）は仕上げ加工後を示す

【図４】本発明の真空遮断器用接触子の製造方法の他の
実施例を示す図。

【図５】従来の真空遮断器用接触子の製造方法で製作さ
れた固定電極及び可動電極が組み込まれた真空バルブの
縦断面図。

【図６】従来の真空遮断器用接触子の製造方法で製作さ
れる真空遮断器の真空バルブに組み込まれた電極を示す
縦断面図。

【符号の説明】

６，６Ｂ…可動電極、６ｃ…ペレット対向部、７…可動
通電軸、11，11Ａ，11Ｂ…接点、11ａ…改質層、12…銀
ろう、13…レーザビーム、15…電極溶融部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材に添設された接点の表面にビームを
   照射し、前記接点と前記母材を加熱して、前記接点に改
   質層を形成し、前記接点を前記母材に接合させる真空遮
   断器用接触子の製造方法。
2. 【請求項２】 接点の表面に照射するビームを走査しな
   がら前記ビームの出力を周期的に高めて、前記母材の接
   合面に複数の溶融部を形成させたことを特徴とする請求
   項１に記載の真空遮断器用接触子の製造方法。
3. 【請求項３】 接点の表面に照射するビームを走査させ
   ながらこの走査速度を周期的に低下させて、前記母材の
   接合面に複数の溶融部を形成させたことを特徴とする請
   求項１に記載の真空遮断器用接触子の製造方法。
4. 【請求項４】 母材に添設された接点の表面に高エネル
   ギー密度のビームを照射し前記接点と前記母材を加熱し
   て前記接点を前記母材に接合する工程と、この接合され
   た前記接点の表面に低エネルギー密度のビームを照射し
   前記接点を加熱してこの接点を改質する工程とよりなる
   真空遮断器用接触子の製造方法。
5. 【請求項５】 母材に添設された接点材のペレットの表
   面にビームを照射し前記ペレットと前記母材を加熱し
   て、前記ペレットに改質層を形成し前記接点を前記母材
   に接合させる工程と、前記接点と前記母材を仕上げ加工
   する工程とよりなる真空遮断器用接触子の製造方法。
6. 【請求項６】 母材に添設された粉末合金の表面にビー
   ムを照射し、前記粉末合金と前記母材を加熱し、前記粉
   末合金を溶融させこの粉末合金を前記母材に接合させる
   工程と、前記母材に接合され冷却された前記粉末合金を
   仕上げ加工する工程とよりなる真空遮断器用接触子の製
   造方法。