JPS6226130B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は気密性および耐食性の良好な真空スイ
ツチに関する。 第１図は真空スイツチの一例を示す載断面図で
セラミツク、ガラス等の外筒管１からなる絶縁容
器の一側端をフランジ２で密閉しこのフランジ２
を貫通して固定電極３を設ける。またこの絶縁容
器の他側端をフランジ４で密閉しこのフランジ４
を貫通して上記固定電極３に接離自在に可動電極
５を設ける。そしてこの可動電極５と上記フラン
ジ４との間にベローズ６を介在して絶縁容器１内
を気密に密閉し、また上記電極３，５間の開離時
に発生するアークから外筒管１を防護するアーク
しや蔽管７、外筒管１内の気体を排気する排気管
８を設けている。 しかしてこのような真空スイツチは一般に電流
しや断回数が多く、その都度ベローズを伸縮する
ために疲労も激しい。一般にベローズは極めて肉
厚の薄い金属によつて成形し充分な伸縮運動を行
なえるようにしている。このようなベローズの材
料としては単に機械的な伸縮寿命の維持を意図す
る場合、ステンレス鋼、リン青銅等の金属材料を
用いて充分な性能が得られる。しかしながらこの
ような真空スイツチは小形で経済的にも充実した
機能を有する実用上の至便性を備えている。この
ため近時、汚染大気中のみならず極度の腐食性雰
囲気中で使用されることもある。このような場合
外部に露出する金属部分で固定電極３、可動電極
５および各フランジ２，４は凝固形の耐食性有機
材料によつて容易に防食策を講じることができ
る。しかしながら薄肉金属からなるベローズは開
閉操作の都度、屈曲変形されるために雰囲気側表
面を凝固形の耐食性有機材料で防食策を講じるこ
とは困難である。したがつて腐食性雰囲気中でこ
のような真空スイツチを用いるとベローズは腐食
され、孔食その他の事由により割れ、孔等を生じ
て内部へ大気が入り真空度の低下によつて電流し
や断が不可能になる等の不具合を呈する。たとえ
ば一般に耐食性材料として使用されるステンレス
鋼は硫化水素、亜硫酸ガスに対しては耐食性が低
く、特に塩素を含む雰囲気あるいは液体に対する
耐食性は極めて低い。またリン青銅も、特に硫化
水素、亜硫酸ガス等を含む雰囲気に対する耐食性
は低い。 本発明は上記の事情に鑑みてなされたものでス
テンレス鋼に比して優れた耐食性の得られるNi
（ニツケル）、Cr（クロム）を多く含むNi基の高
耐食性金属材料をベローズに用いて確実な気密を
行なえ腐食性雰囲気中で安定に使用することがで
きる真空スイツチを提供することを目的とするも
のである。 以下本発明の一実施例を第２図、第３図を参照
して詳細に説明する。ところで、一般に高耐食性
金属としてTi（チタン）、Re（レニウム）、Ni
（ニツケル）等が知られている。しかしながらこ
のような金属は高価でしかも単体の場合には必要
とする機械的強度を保有しないために合金の添加
剤として使用されるに過ぎない。また高温におけ
る使用、機械的特性の向上を目的とする場合には
Mo（モリブデン）、Nb（ニオブ）、Ｖ（バナジウ
ム）、その他の希土類元素を添加することも行な
われている。また高耐食性、必要とする機械的強
度を保有する金属材料としてNi基にCr、Mo、Ta
（タンタル）、Nb、Co等を添加した材料を一般市
場で比較的容易に入手することができる。次に示
す表はこの種の材料の組成の一例を示すものであ
る。

【表】 このような材料（以下高耐食性金属と称す）は
高温から低温までの領域において、ステンレス鋼
（SUS−304LCP）に比して硬度が大である。この
ためベローズを成形する場合、真空中の焼鈍〜急
冷の熱処理または非酸化性雰囲気中での焼鈍〜急
冷の熱処理等を必要とする。しかしながらこのよ
うな熱処理によつてベローズの表面は非光沢性を
呈し、真空スイツチを構成する場合、ベローズを
TIG溶接、硬ろう接合等を行なうとボイドの発
生、硬ろうのヌレ性低下等のために真空スイツチ
内部の気密が破れ易い問題がある。特にTIG溶接
の場合、高温のために金属結晶が粗大化して溶接
部と比溶接部の境界附近で疲労破壊を呈し易く、
また溶接部の耐食性低下をきたす。 このために上記高耐食性金属からなるベローズ
ではろう接合を行なうことが適切である。一般に
Ni基、ステンレス系等の金属材料のろう接合に
はBNi系、BAu系等の硬ろう材が用いられてい
る。しかしながらこのような硬ろう材を使用する
場合は接合物の表面は清浄な金属面を呈していな
ければならない。一方上記ベローズは成形時の熱
処理によつて非光沢性の金属表面を呈している。
このためにろう接合時のヌレ性が著るしく乏し
く、必然的に気密封じを得ることは困難である。
そしてこのようなベローズは高耐食性金属材料の
ために、たとえば王水を用いてもその金属表面の
非光沢性を除去することはできない。また高純度
水素雰囲気中、10^-6Torr以下の高真空中等にお
いてベローズの機械的強度、耐食性等の低下をき
たさない1000℃以下の温度でブライトアニールを
行なつてもその表面の非光沢性のためにろうのヌ
レ性が乏しく良好な気密封じを得ることはできな
い。 このことは一般にヌレ性確保のために行なわれ
るNiその他のメツキを用いても母材とメツキ膜
との密着性が乏しくこのためにメツキ膜の剥離を
生じ良好な気密封じを得ることは困難である。 一方このベローズを接合するフランジはNi基
合金およびステンレス系いずれの場合もベローズ
のように成形のための熱処理は不要である。した
がつて非光沢性を生じることはなく、高純度水素
雰囲気中、10^-6Torr以下の高真空中において、
たとえばBPd系ろう接合を行なう場合はフランジ
自体のろうのヌレ性の確保は可能である。またこ
のヌレ性を向上するためにフランジにNiその他
のメツキを施すこともできる。したがつてこのよ
うなフランジとベローズとを接合するとろうはヌ
レ性の良好なフランジ表面にだけ流れてベローズ
表面のろうの確保はみられずこの結果気密封じは
困難である。 本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので
Ni基の高耐食性金属材料からなるベローズを確
実にフランジに接合できそれによつて良好な気密
封じを得ることができる真空スイツチを提供する
ことを目的とするものである。 以下本発明の一実施例を第２図に示すフランジ
とベローズとの接合部の断面図を参照して詳細に
説明する。すなわち図中１１は高耐食性金属を熱
処理によつて所定形状に成形してなるベローズで
ある。また１２は上記高耐食性金属あるいはステ
ンレス系の耐食性金属からなるフランジである。
なおこのベローズ１１およびフランジ１２は第１
図に示す載断面図のように真空スイツチ内外の気
密の維持および可動電極を進退自在に保持するた
めに用いている。そして上記ベローズ１１の端部
をヌレ性媒体１３を介して10^-6Torr以下の高真
空中で誘導加熱等適宜な方法によつてフランジ１
２へ接合する。図中１４はワツシヤー構造の板状
ろう材である。このろう接合のろう材としてはベ
ローズ１１の機械的強度、耐食性等の低下を防ぐ
ために1000℃以下の温度でろう接合の可能なBPd
（ホウ素パラジウム）系ろう材を用いる。これら
一体に組合せたものを10^-6TORR以下の高真空中
で950〜1000℃の高温度に加熱し、この温度を５
〜10分間保つことによりろう材１４が溶融する。
この溶融したろう材はそれぞれベローズ１１、フ
ランジ１２、ヌレ性媒体１３の各接触面の隙間に
毛細管現象でしみ込む。これを冷却すると各接触
面の隙間のろう材が概記のようにヌレ性媒体とろ
う材のPd成分がベローズの非光沢性表面を拡散
して母材に達し、さらにろう材の成分がヌレ性媒
体成分に溶解して強固かつ確実な気密封じとなし
得る。また上記ヌレ性媒体１３としては無酸素
銅、真空溶解銅またはNiを用いる。 なお上記ヌレ性媒体１３は、たとえば第３図に
示す断面図のようにフランジ１２の中心孔の縁部
に添着し、ここにベローズ１１の端部にリング構
造の線状ろう材を取付けてろう接合するようにし
てもよい。 このようにすれば、たとえばヌレ性媒体１３と
して銅を用いると接合時に銅およびろう材のPd
成分がベローズの非光沢性表面を拡散して母材に
達しさらにろう材の成分が銅成分に溶解して強固
かつ確実な気密封じを行なうことができる。第４
図はベローズ１１とフランジ１２との接合部を示
す金属断面写真でヌレ性媒体１３およびろう材が
ベローズ１１の表面に拡散し、かつろう材の成分
がヌレ性媒体に溶解して強固な接合がなされてい
る。 なお上記ヌレ性媒体１３はNiを用いた場合も
同様の効果を奏することができ、またフランジ１
２に予め銅、Niのメツキを施し、このメツキ層
をヌレ性媒体として用いてもよい。 以上詳述したように本発明はNi基の高耐食性
金属材料からなるベローズをこのベローズと同材
またはステンレス系の耐食性金属材料からなるフ
ランジへ無酸素銅、真空溶解銅またはNiからな
るヌレ性媒体を介してBPd系のろう材を用いて接
合するようにしたので強固でかつ確実な気密封じ
を行なえる真空スイツチを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は真空スイツチの一例を示す載断面図、
第２図は本発明の一実施例の要部を示す断面図、
第３図は本発明の他の実施例の要部を示す断面
図、第４図は上記実施例のベローズとフランジと
の接合部の金属組織の顕微鏡写真である。 １１……ベローズ、１２……フランジ、１３…
…ヌレ性媒体、１４……ろう材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ニツケル基の高耐食性金属材料を熱処理によ
   つて所定形状に成形してなる非光沢性のベローズ
   をこのベローズと同材またはステンレス系の耐食
   性金属材料からなるフランジに無酸素銅、真空溶
   解銅またはニツケルからなるヌレ性媒体を介して
   ホウ素パラジウム系ろう材を用いて接合したこと
   を特徴とする真空スイツチ。