JPS598930B2 - 真空バルブの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空バルブの製造方法、特にろう付方法を改良
した真空バルブの製造方法に関するものである。

一般に真空バルブは絶縁容器とその両端を端板で閉塞し
て構成した内部圧力１０Ｔｏｒｒ以下の真空容器内に、
一対の接離自在な電極を配して構成している。

一方の電極には固定軸が取付けられており、一方の端板
を密に貫通して外部に導出し電路を構成している。

他方の電極には電路となる司動軸が取付けられており、
その可動軸はベローズを介して他側の端板に取付けられ
真空保持状態で電極の開閉を可能にしている。

真空バルブの構成部品としてはその他に前記電極の周囲
を取巻くように配置したアーク・シールドなどがあり使
用目的や必要とする機能を確保するために上記した以外
の多くの構成部品を用いている。

これら構成部品の取付方法としては金属ろうを用いたろ
う付や点溶接やアーク溶接などによる方法があり、また
それらを組合せて行なうことがある。

そのうちろう付による方法が最も多く用いられている。

この方法は予め互に接合しようとする部品の近傍に金属
ろうを設置しておき、非酸化雰囲気炉中で高温に加熱し
てろう材を溶融させ部品同志の接合を行なう方法であり
、非酸化雰囲気炉としては真空炉又は水素炉が一般に用
いられている。

ところで一般の真空バルブは真空バルブの内部を高真空
にするため真空バルブに設けた排気管を利用し真空ポン
プで内部ガスを排気し所定の高真空を得た後に排気管を
圧着等の手段により封じ切ることによって真空バルブを
完成させていた。

しかし排気管封じ切り部が外部に突出て配置される為取
扱い上邪魔になるだけでなく封じ切り部先端が損傷され
やすいという欠点があった。

その欠点を除去する為、排気管を有さない真空バルプが
これまでに種々提案されており、この製造方法を大別す
ると下記の通りとなっている。

（１）真空中で１回のろう付で全部品の組立と真空密閉
を行なう方法。

（２）部分的な組立を真空中ろう付で行なった後更に真
空中ろう付にて真空密閉する方法。

（３）部分的な組立を水素中ろう付で行なった後、真空
中ろう付にて真空密閉する方法。

ところで前記した従来の排気管を有さない真空バルブの
製造方法では、次のような欠点を有していた。

すなわち真空中で１回のろう付で全部品の組立と真空密
閉を行なう方法では、真空バルブの内部部品が正常に配
置されているかどうか、またろう付部の状態が良好に保
たれているかどうかなどの点に於で完成した真空バルプ
の外部から検査することが難かしく真空バルブの品質維
持を図る上で問題があった。

このような欠点を除去する為、部分的な組立を真空中ろ
う付で行なっておき而る後に真空中ろう付で真空密閉す
る前記第２の方法が提案されている。

このような方法によれば部分的な組立を温度９５０°Ｃ
以上、圧力１０ 〜］ Ｏ Ｔｏｒｒの高真空中でろう
付することによりステンレスベローズなどステンレス部
品のろう付は表面にＮｉ等のめっきを施さなくてもろう
の濡れ性が良好となりろう付ができるという長所を有し
ている。

しかしながら真空バルブに於ではこのようなろう付性の
みならず電気的特性も勘案してろう付条件を選定しなけ
ればならない。

゛ところでこの第２の方法では真空バルプの電極材料か
らの高蒸気圧物質の飛散が問題になる。

すなわち電極材料には短絡電流通電時の溶着を防止し電
流開閉時のさい断レベルを低める等の目的の為、Ｂｉや
ｐｂ，ｓｂなどの高蒸気圧成分物質を一種類以上微量に
添加することが多い。

このような高温下でしかも高真空中でろう付した場合高
蒸気圧物質は蒸発・飛散しゃすく耐溶着性能等を低下さ
せるという欠点があった。

また高蒸気圧物質飛散に伴ない真空炉が汚れやすいとい
う欠点も有している。

このような点から前記第３の部分的な組立を水素中ろう
付で行なうという方法が良いが、この場合ステンレス部
品の表面にＮｉめつきを施さなければろう付性が良好に
保てないという欠点を有している。

すなわち水素中のろう付は水素の還元作用を利用したも
のであり、ステンレスのようにＣｒを大量に含有したも
のでは９５０℃の場合露点を−４０℃以下にすればＮｉ
めつきを施さなくてもろう付することは可能であるが、
このような露点を保つことは品物あ・らの水成分の蒸発
などの影響もあり、工業的には困難であった。

従ってステンレス部品の表面にＮｉめつきを施さなけれ
ばならないが、ステンレス部品をＮｉめっきする場合塩
酸溶液中で塩化Ｎｉを使用して行なったりする為そのよ
うな溶液が付着して残ったりするとステンレス部品を腐
食させる原因になる。

特にベローズは厚さ０．１〜０．２７ＩＬ７Ｍの薄板か
らなり蛇腹状に形成させたものであり、形状が複雑であ
るだけにＮｉめつき時の酸性溶液の水洗が不充分になり
易く、残った溶液で薄板部を腐食させリークに至らしめ
る恐れがあるなど真空バルブの品質維持向上を図る上で
欠点となっており、また手間がかかるという問題も有し
ている。

本発明は上記したような事情に鑑みなされたもので、そ
の目的はろう付時の電極材料からの高蒸気圧成分の飛散
を抑制せしめ、且つステンレス部品等にＮｉめつきを施
さずにろう付することができるようにし、以って経済的
で且つ電気的性能、耐食性に優れた真空パルプの製造方
法を提供することにある。

以下本発明の詳細を第１図の図面を参照しながら説明す
る。

１は真空バルブであり、アルミナ磁器製絶縁容器２とそ
の両端を熱膨脹係数がアルミナ磁器２と近似しているＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金からなる端板３
ａ、３ｂで閉塞して構成した内部圧力が１６’Ｔｏｒｒ
以下の真空容器内に一対の接離自在な電極４ａ、４ｂを
備えて構成している。

一方の電極４ａには無酸素銅からなる固定側通電軸５ａ
が取付けられ一方の端板を密に貫通して外部に導出し電
路を構成している。

他方の電極４ｂには電路となる可動側通電軸５ｂが取付
けられステンレス製ベローズ６を介して端板３ｂに取付
けられ真空保持状態で電極４ａ、４ｂの開閉を可能にし
ている。

アークシールド７は電極４ａ、４ｂの周囲を取巻くよう
に配置し、電流開閉時に電極４ａ、４ｂから発生する金
属蒸気で絶縁容器２の内壁が汚損されることを防止して
いる。

第２図及び第３図は第１図の本発明真空バルプ１０部分
組立構成を示したものであり、部品の名称は第１図と同
じであり符号の重複説明は省略する。

次に上記で述べた真空バルプ１の製造方法について詳細
に説明する。

本発明の製造方法は、真空バルプ１に使用する主要構成
部品の接合を全て金属ろう付によって行う方法になって
いる。

第２図、第３図に於て８ａ〜８ｆは液相線温度８１０℃
以上を有する金属ろうであり、図の如く各部品を配置し
部品間接合個所に金属ろう８を夫々配置させておき、し
かる後に図示しない真空ろう付炉を使用し炉内に挿入後
真空ポンプにより炉内を数Ｔｏｒｒ〜１ ０ Ｔｏｒｒ
の低真空に保ちなからＡｒ，Ｎ２等の不活性ガス又は
Ｈ２等の還元ガスあるいはこれらの混合ガスの供給と排
出を連続的に行ないながら金属ろう８の液相線温度以上
に加熱してろう付することにより部分組立が行われる。

その部分組立が完了した後、第１図に示すアルミナ磁器
製の絶縁容器２の両端に前記部分組立完了品の端板３ａ
、３ｂを液相線温度８００℃以下からなる金属ろう９ａ
，９ｂと共に設置しておき、図示しない真空ろう付炉を
使用し１０Ｔｏｒｒ以下の”高真空中で金属ろう９ａ、
９ｂの液相線温度以上で且つ第２図及び第３図の部分組
立に使用した金属ろう８ａ〜８ｆが溶融しない範囲の所
定温度で加熱し真空中ろう付することにより真空バルブ
を製造する方法になっている。

なおアルミナ磁器製絶縁容器２の両端面にはＭｏ−Ｍｎ
等で焼付塗布された金属化層が形成されており、端板３
ａ、３ｂには絶縁容器２と熱膨脹係数が近似しているＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金を使用しており
、絶縁容器２と端板３ａ、３ｂの金属ろう付を可能にし
ている。

上記で述べた真空バルブの製造方法によれば、第２図及
び第３図の部分組立を従来のように−４ １０Ｔｏｒｒ以下の高真空中で行なう方法と異なり数Ｔ
ｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒの低真空中でろう付する方法であ
るから、電極材料からの高蒸気圧成分の蒸発が極度に抑
止され、高蒸気圧成分飛散に伴なう耐溶着性能等の低下
のない電気的特性に優れた真空バルブを提供することが
できる。

第１表は電極材料に微量に添加している代表的な高蒸気
圧成分の一例について温度と蒸気圧の関係を示したが、
実験によればその蒸気圧と同等以上の炉内圧力が得られ
るように不活性ガス又は還元ガスあるいはそれら混合ガ
スを炉内に供給し同時に排出を連続的に行ないながらろ
う付すれば高蒸気圧成分の飛散が電気的特性に悪影響を
及ぼさないということが判った。

一方従来のように部分組立を炉内圧力１ ０ ’Ｔｏｒ
ｒ以下の高真空中で行なった場合、前記したように電極
材料からの高蒸気成分の飛散で真空バルブの電気的性能
に悪影響を及ぼすことはもちろんであるが、それ以外に
電極から蒸発した高蒸気圧成分は真空中では冷却面に付
着する性質があり真空炉内壁の温度の低い部分に付着１
〜真空炉を汚損させるという問題があった。

また条件によっては第２図及び第３図の組立部品の一部
又は全体にこの高蒸気圧成分が付着し汚損させ品物を不
良にさせるという問題もあった。

本発明によればこれらの問題の発生が避けられるという
利点を有している。

そして更にベローズ６などのステンレス部品をＮｉめつ
きを施さなくてもろう付できるという利点も有している
。

このＮｉめつきを施さずに行なうろう付機構について説
明すると金属表面に酸化物があるような状態ではろうの
濡れ性が損われろう付不良を引起す。

このことを真空中の一般的な性質として金属の解離反応
の点から論ずると金属の酸化物を高温に加熱した場合、
下式のように反応する。

ここでＭは金属元素でＯは酸素であり、（１）式の反応
が起る温度で解離圧Ｐｏ２ よりも酸素の圧力が低い
ときには右方向の反応となり解離が進み、酸素の圧力が
高い時には左方向の反応になり酸化が進行することを意
味している。

従って、高真空中で良好なろう付を行なうにはこの解離
圧特性が重要な要素として取扱われ解離圧特性は金属元
素によって異なっている。

一例としてステンレスに含有しているＣｒ成分のクロム
酸化物（ Ｃｒ２０３）の解離圧特性は、温度１０００
℃の場合の平衡解離圧Ｐｏ２は１０ Ｔｏｒｒ位であ
り温度９５０℃では１０ Ｔｏｒｒ位ということが知
られている。

このような例から見て判る通り、一般に工業的に得られ
る圧力１０ 〜１０Ｔｏｒｒ よりはるかに超高真空
下でろう付を行なわなければならず技術的に相当困難で
ある。

ところが実際には金属酸化物の解離圧より高い圧力でも
無酸化で良好なろう付が得られており、前記したように
加熱温度９５０’Ｃの場合圧力１０ 〜１０Ｔｏｒｒ程
度でもステンレス部品のろう付を可能にしている。

このことは真空中で加熱すると金属表面の酸化物が低級
酸化物に変化しその亜酸化物が熱的に不安定となり昇華
を起すという説や、材料内部に含有しているＣが表面に
拡散しＣＯとなって還元されるという説などがあるが、
いずれにせよ解離圧まで高真空にしなくても実用上良好
なろう付性が得られることは良く知られている。

本発明は、上記で詳述した解離圧特性に注目したもので
あり解離と酸化は酸素の分圧に依存するという点から真
空炉全体を高真空にするものではなく炉内の酸素の分圧
を低め数Ｔｏｒｒ〜１ ０−８Ｔｏｒｒの低真空下でろ
う付する方法になっている。

この方法は前記したように不活性ガス又は還元ガスある
いはそれらの混合ガスの供給と排気を連続的に行なう方
法であるから、ろう付を行なう品物はそのガスで常に覆
われるようになる為、ろう付部の酸素分圧を有効に低減
せしめ、Ｎｉめつきを施さなくても高真空下でろう付け
した場合と同等以上のろう付性が得られる。

第２表は各種ろう材を使用した試験結果であり供試品に
はステンレスベローズを有している第２図の部分組立品
を使用した。

本表で示した実験結果でも明らかなように本発明によれ
ばステンレス部品のＮｉめつきを省略できたのでＮｉめ
つきをする手間がなくなり真空バルプを経済的に製作し
得ることはもちろんであり、めっき溶液付着に伴なう腐
食の問題もなくなり真空バルブの品質を高めろことがで
きる。

又、本発明によれば部分組立と全体組立を分けて行なう
製造であるからろう付後使用部品のろう付接合状態が目
視にて検査でき、ろう材や部品の入れ忘れ等がチェック
できることはもちろんであり、真空バルブの高品質化を
計る上で有利になる。

本発明は上記した実施例に限定されるととはなくその要
旨を変更しない範囲で種々応用して実施することができ
る。

第１図の実施例では部分組立と全体組立を２回の工程に
分けて行なっている場合で示しだが溶融温度の異なるろ
う材の組合せで３回あるいはそれ以上のろう付を行なっ
て真空バルブを構成することもできる。

又、全体組立を真空中ろう付で行なわない従来の排気管
を有する真空バルブに応用することも可能である。

以上、述べたように本発明によれば、ろう付時に電極材
料から高蒸気圧成分の飛散を防止し、又ステンレス部品
にＮｉめつきを施さずに真空ハルブを製造でき、電気的
特性に優れ且つ信頼性が高く、経済的な真空バルブを提
供することができるなど種々の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による真空バルブの全体構成図、第２図
、第３図は部分構成図である。 １・・・・・・真空バルブ、２・・・・・・絶縁容器、
３ａ、３ｂ・・・・・・端板、４ａ、４ｂ・・・電極、
５ａ、５ｂ・・・通電軸、６・・・・・・ベローズ、７
・・・・・・アークシールド、８ａ〜８ｆ・・・・・・
金属ろう、９ａ、９ｂ・・・・・・金属ろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 真空容器内に一対の接離可能な電極を有した真空バ
   ルブに於て、電極と互に接合しようとする部品を圧力数
   Ｔｏｒｒ〜１０ Ｔｏｒｒの不活性ガス又は還元ガ
   スあるいはこれらの混合ガスからなる低真空中で金属ろ
   うを用いてろう付することを特徴とする真空バルブの製
   造方法。 ２ 真空容器内に一対の電極を有しその一対の電極を真
   空保持状態で接離可能にせしめる為にクロムを含有した
   べローズを設けた真空バルブに於てベローズにＮｉめつ
   きを施さずにそのベローズと互に接合しようとする部品
   を圧力数Ｔｏｒｒ〜一３ ］ＯＴｏｒｒの不活性ガス又は還元ガスあるいはこれら
   の混合ガスからなる低真空中で金属ろうを用いてろう付
   することを特徴とする真空バルブの製造方法。 ３ 真空バルブに使用する部品の一部を予め圧力数Ｔｏ
   ｒｒ〜］ＯＴｏｒｒの不活性ガス又は還元ガスあるいは
   これらの混合ガスからなる低真空中で金属ろう付により
   部分組立を行なう第１の工程と、１０Ｔｏｒｒ以下の高
   真空中で前記第１の工程により組立てられた部材を用い
   て金属ろうにより真空気密封じをして全体組立を行なう
   第２の工程とからなり、第１の工程で使用する金属ろう
   の液相線温度を第２の工程で使用する金属ろうのそれよ
   り高いろう材を使用したことを特徴とする真空バルブの
   製造方法。