JPS6236335B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空しや断器とその製造方法に係り、
特に銅からなるカツプ状のケースの開口部をセラ
ミツクからなる絶縁円板により閉塞して真空容器
を構成し、この真空容器内に一対の接点を接離自
在に設けてなる真空しや断器とその製造方法に関
するものである。

上述した真空しや断器における真空容器を構成
するカツプ状のケースは、これを閉塞すべく接合
される絶縁円板を形成するアルミナ質系のセラミ
ツクと近似した熱膨張係数の金属であることが望
ましいとされ、一般に、Fe−Ni−Co合金あるい
はFe−Ni合金が用いられている。

しかし、ケースを形成するFe−Ni−Co合金あ
るいはFe−Ni合金と絶縁円板を形成するセラミ
ツクとでは、熱膨張係数が多少異なり、両者のろ
う付けにより発生する熱応力のため、ケースの機
械的強度を高めるべくその肉厚、換言すると絶縁
円板との接合部端面を大きくすることができず、
ケースに段付張出し部等を設けて熱応力や投入、
しや断時の衝撃等を吸収、緩和する必要がある。

また、ケースを形成するFe−Ni−Co合金ある
いはCe−Ni合金は強磁性体であるため、通電電
流によつて生ずる渦電流によりケースの温度上昇
が大となり、大電流用に適しないとともに、ケー
スの小径化に比例して渦電流の影響が一層助長さ
れ真空しや断器の小形化が図れなく、かつ、商用
周波数の通電電流による交番磁界によつてケース
が磁歪振動し騒音を発生する問題がある。

さらに、ケースを形成するFe−Ni−Co合金
は、価格が高いとともに、硬く、かつ、延展性に
乏しいために、ケースの肉厚や形状が限定される
問題がある。

また、上述した真空しや断器は、その製造工程
の仮組工程において、接点の保持、特に固定接点
の保持が困難である等の問題がある。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、固定接点とその取
付部の形状を改良することにより、仮組立時にお
ける固定接点の保持を容易にし、かつ、真空容器
を構成するケースを銅とすることにより、任意の
形状、肉厚等を有するものをプレス成形によつて
容易に製作できるとともに、通電電流による渦電
流及び磁歪振動を生ずることのない真空しや断器
とその製造方法を提供するにある。以下、図面を
用いてこの発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明に係る真空しや断器の半截断面
図で、この真空しや断器は、銅からなるカツプ状
（有底円筒状）のケース１の開口部を、セラミツ
クからなる絶縁円板２により閉塞して真空容器３
とし、この真空容器３内に対をなす固定、可動接
点４，５を接離自在に設けて構成されている。

すなわち、アルミナ質系のセラミツクからなる
絶縁円板２には、軸方向（第１図において上下方
向）へ貫通した孔６が中心に設けられているとと
もに、その一端面（第１図において上面）におけ
る孔６の周辺及び外周部付近には、セラミツクと
同等の熱膨張係数のMo−Mn−Ti合金あるいは
Mn−Ti合金のごとき金属からなるメタライズ層
（図示省略）がそれぞれ形成されている。また、
絶縁円板２の一端面には、メタライズ層を形成す
るに際しての孔の周辺及び外周部付近の研削加工
を容易にするため、各メタライズ層の間に0.1〜
0.5mm程度の深さの溝７が設けられている。そし
て、絶縁円板２には、この絶縁円板２とともに真
空容器３を構成する前記ケース１が、真空ろう付
け等によりその開口部端面を外周部付近のメラタ
イズ層に気密に接合して取付けられている。ケー
ス１は、ブロツク状の銅をプレス成形してカツプ
状に形成されており、その肉厚は、機械的強度を
高めるべく比較的大きく設けられるとともに、そ
の底部１ａの内側（内底面）の中央には、接点取
付部８が一体的に突設されている。接点取付部８
には、軸方向へ貫通した孔９が設けられており、
その内端側には、第２図に示すように、半径内方
向へリング状に突出した係止部８ａが設けられて
いる。そして、接点取付部８には、フランジ状の
係止部４ａを一体成形したほぼ円板状の前記固定
接点４が、その一端を真空容器３内に突出して孔
９に嵌合されるとともに係止部４ａを接点取付部
８の係止部８ａに当接して係止され、かつ、ろう
付け等により気密に接合されている。また、接点
取付部の孔９には接点を取付ける部材、本実施例
では、鋼製のケース取付ボルト１０が、その一端
部付近に設けた径大部１０ａを介して嵌合される
とともに、ろう付け等により固着されている。

前記真空容器３内には、ステンレス鋼からなる
ベローズ１１が同心状に収納されており、その一
端の内径側を軸方向へ延伸して設けた筒部１１ａ
の端を、真空ろう付け等により絶縁円板２の孔６
の周辺のメタライズ層に気密に接合されている。
また、真空容器３内には、可動電極棒が孔６及び
ベローズ１１の中心部を挿通して軸方向へ移動自
在に挿入されており、その径大に設けた内端部に
は、内径側を軸方向と直交する半径内方向へ延伸
せしめたベローズ１１の他端が真空ろう付け等に
より気密に接合されている。そして、可動電極棒
１２の内端軸心部に穿設した凹部１２ａには、固
定接点４と同様に係止部５ａを有するほぼ円板状
の前記可動接点５が嵌合されるとともにろう付け
等により固着されている。

なお、第１図、第２図において１３は、固定、
可動接点４，５の接離によつて生ずる金属蒸気を
補捉し、絶縁円板２及びベローズ１１に金属蒸気
が付着するのを防止するためのもので、鉄、ステ
ンレス鋼あるいは銅等によりほぼカツプ状に形成
されており、その開口部をケース１の底部１ａと
対向させるとともに、その底部に設けた孔を介し
て可動電極棒１２の内端部付近に嵌装され、か
つ、ろう付け等により固着されている。

また、シールドは上述した形状に限定されるも
のではなく、例えば第３図に示すような形状のシ
ールド１４とすることもできる。すなわち、この
シールド１４は、上述したシールド１３と同様
に、可動電極棒１２の内端部付近に固着したカツ
プ状に形成されており、そのケース１の底部１ａ
と対向した開口端部に、開口端部を円弧状に外側
方へ屈曲せしめるとともにベローズ１１を囲繞す
る円筒状のベローズ囲繞部１４ａを一体成形して
形成されている。従つてベローズ１１に対する金
属蒸気の付着を一層低減することが可能である。

以上の構成からなる真空しや断器を製造するに
は、まず、セラミツクからなる絶縁円板２を、メ
タライズ層が上面となるように水平に支持する。
ついで、ステンレス鋼からなるベローズ１１を、
その下端と孔６の周辺のメタライズ層との周辺
に、第１図、第２図に示すようにろう材１５を配
材して絶縁円板２の中心に載置し、さらに、可動
電極棒１２の上端部付近にシールド１３あるいは
１４をその底部の孔を介して嵌装するとともにそ
の周辺にろう材１５を配材する。そして、ベロー
ズ１１内に可動接点５をろう材（図示省略）を介
在せしめて上端に載置した可動電極棒１２を挿入
し、この可動電極棒１２の上端部付近をベローズ
１１の上端にろう材１５を介在せしめて係止し可
動側を仮組立する。なお、可動電極棒１２とベロ
ーズ１１及びシールド１３，１４とを固着するろ
う材１５は、１箇所に配材したものを兼用するこ
とが望ましい。

ついで、プレス成形によりブロツク状の銅をカ
ツプ状にして、かつ、内底部中央に接点取付部８
を突設するとともに、接点取付部８に係止部８ａ
を有する孔９を設けたケース１を形成する。そし
て、接点取付部１０の孔９に固定接点４をろう材
１５を配材せしめて係止するとともにケース取付
ボルト１０を同様にろう材１５を配材せしめて嵌
合したケース１を、その開口部端面と外周部付近
のメタライズ層との周辺にろう材１５を配材せし
めて、絶縁円板２に載置して真空しや断器を仮組
立する。

上述した如く仮組立した真空しや断器を、
10^-4Torr以下の圧力に排気するようにした真空
炉中で950℃以上1050℃未満の温度で加熱し、各
構成部材の脱ガスと気密封着とを同時に行なう。
そして、真空炉内が徐冷によつて室温となつた後
に取出すと所望の真空しや断器が完成する。

また、前述した構成の真空しや断器を得るに
は、上述した第１実施例の製造方法に限らず、次
のように行なうこともできる。

すなわち、セラミツクからなる絶縁円板２を、
各メタライズ層が上面となるように水平に支持す
る。ついで、第１実施例の場合と同様にして、ベ
ローズ１１、可動電極棒１２及びシールド１３等
をろう材１５を配材せしめながら絶縁円板２に順
次載置して可動側を仮組立する。

仮組立した可動側を10^-4Torr以下の圧力に排
気するようにした真空炉中あるいは水素ガス等の
還元ガス雰囲気中において950℃以上1050℃未満
の温度で加熱して脱ガスと気密封着とを同時に行
なう。

ついで、脱ガスとろう付け処理を施した可動側
の絶縁円板に、ろう材１５を配材しながら固定接
点４及びケース取付ボルト１０をケース１に製込
んだ固定側を、ケース１の開口部端面と絶縁円板
２の外周部付近のメタライズ層との周辺にろう材
１５を配材して載置するようにして真空しや断器
を仮組立する。

上述した如く仮組立した真空しや断器を、
10^-4Torr以下の圧力に排気するようにした真空
炉中で500℃以上1050℃未満の温度で加熱して脱
ガスと気密封着とを同時に行なう。そして、真空
炉内が徐冷によつて室温となつた後に取出すと所
望の真空しや断器が完成する。

なお、上述した各製造方法において、ステンレ
ス鋼からなるベローズのろう付け部分に、あらか
じめニツケルメツキ処理あるいは銅の補助部材を
気密ろう付けしておくことにより、加熱温度の下
限を950℃以下とすることができる。

一般に此種の真空しや断器は、開閉動作時の機
械的衝激や使用中の温度変化等の影響を受け、長
時間使用するとセラミツクと金属板の接合部から
真空漏れを起こすため、この接合部の接着強度や
セラミツクとこれと接合する金属の熱膨張係数に
は細心の注意がはらわれており、特に接合する金
属板の熱膨張係数は、セラミツクと同等のものが
最も望ましいとして先に述べた通りFe−Ni−Co
合金或いはFe−Ni合金等が使用されていた。従
つて銅は加工性や延展性に優れしかも安価であつ
ても、熱膨張係数がセラミツクに対して高く、そ
の差が大きいため、銅材の使用は全く考えられな
かつた。しかし種々の実験結果、銅であつてもセ
ラミツクと強固に接合し、温度変化に対しても全
く問題がなく信頼性の高い真空しや断器を得るこ
とができた。その理由は次によるものと考えられ
る。

すなわち、温度に対する銅の抗張力は、温度が
上昇するに従つて低下し、また伸び率は、500℃
くらいまでは徐々に下がり、これを超えると急に
増加することが知られている。従つて、銅からな
るケース１は、例えば500℃以上の高温でセラミ
ツクからなる絶縁円板２に気密ろう付けされる
と、真空炉中等で徐冷される過程において、銅の
抗張力がセラミツクの強度に比して極めて小さい
ので、塑性変形あるいは鈍りと塑性変形とを繰り
返して変形し、常温まで冷却した際におけるその
熱応力が真空しや断器として必要する機械的強度
に悪影響がない程度に小さくなるためと考えられ
る。

また、ステンレス鋼からなるベローズ１１は、
通常0.1〜0.2mm程度と極めて薄く設けられ、か
つ、セラミツクからなる絶縁円板２の強度に対し
てその熱応力が極めて小さいので、それ自身が塑
性変変あるいは弾性変形し、絶縁円板２との気密
封着部を破壊することなく、投入、しや断時の衝
撃に充分耐え得るものとなるものと考えられる。

以上の如く本発明は、真空容器を構成するケー
スを銅としたので、肉厚、形状等を任意に設定し
たケースをプレス成形により容易に製作すること
ができるとともに、通電電流の磁束による渦電流
によりケースが温度上昇することはなく、かつ、
通電電流による交番磁界によりケースが磁歪振動
し騒音が生ずることはない。また、ケースの底部
中央に設けた孔に固定接点を係止するようにした
ので、仮組立時における固定接点の保持を極めて
容易に行なうことができる。

また、ケースの底部中央に外方へ突出した鋼製
のケース取付ボルトを固着したから、真空しや断
器を所定の固定部位に容易にして、かつ、確実に
取付けることができる。

また、シールドを設けたので、絶縁円板及びベ
ローズに対する金属蒸気の付着を防止することが
できる。

さらに、ろう材を配材して仮組立した真空しや
断器を、10^-4Torr以下の圧力となるように排気
した真空炉中において950℃以上1050℃未満の温
度で加熱して脱ガスと気密封着とを同時に行なう
ようにしたから、１回のろう付けにより所望の真
空しや断器を得ることができるとともに、真空容
器のケースを形成する銅が、真空炉の徐冷に伴な
つて塑性変形されるので、その絶縁円板との接合
部分の機械的強度を充分に高いものとすることが
できる。

また、ろう材を配材して仮組立した可動側を
10^-4Torr以下の圧力に排気するようにした真空
炉中あるいは還元ガス雰囲気中において950℃以
上1050℃未満の温度で加熱して脱ガスと気密封着
とを同時に行なうようにし、この可動側にろう材
を配材して仮組立した固定側を組込んで真空しや
断器を仮組立し、この仮組立した真空しや断器を
10^-4Torr以下に排気するようにした真空炉中に
おいて500℃以上1050℃未満の温度で加熱して脱
ガスと気密封着とを同時に行なうようにしたもの
であるから、可動側の気密封着部と組立不良の点
検ができるとともに、２回目のろう付け温度が低
いので真空炉を低コストにしてかつ長寿命にする
ことができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る真空しや断器の第１実施
例の半截断面説明図、第２図は第１実施例の真空
しや断器の部分拡大断面説明図、第３図は第２実
施例の真空しや断器の半截断面図、である。 １……ケース、２……絶縁円板、３……真空容
器、４……固定接点、５……可動接点、６……
孔、８……接点取付部、９……孔、１０……ケー
ス取付ボルト、１１……ベローズ、１２……可動
電極棒、１３，１４……シールド、１５……ろう
材、１６……ケース、２０……螺子孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 中心に孔を有するセラミツクからなる絶縁円
   板の一端面の外周部付近に銅からなるカツプ状の
   ケースの開口部端面を気密に接合して真空容器を
   構成し、前記ケースの底部中央に設けた孔に接点
   を取付ける部材を挿通し、該部材を前記真空容器
   内に突出せしめて前記ケースと気密に接合しその
   挿通端に固定接点を設け、前記真空容器内にステ
   ンレス銅からなるベローズを前記絶縁円板の中心
   の孔の外周に該孔と同心状に収納するとともにそ
   の一端を絶縁円板の孔の周辺部に気密に接合して
   設け、前記ベローズ内に固定接点と接離自在な可
   動接点を内端部に装着した可動電極棒を軸方向へ
   移動自在に挿入するとともにその内端部付近にベ
   ローズの他端を気密に接合してなる真空しや断
   器。 ２ 中心に孔を有するセラミツクからなる絶縁円
   板の一端面の外周部付近に銅からなるカツプ状の
   ケースの開口部端面を気密に接合して真空容器を
   構成し、前記ケースの底部中央に孔を設け、該孔
   に鋼製のケース取付けボルトの一端を嵌合して前
   記真空容器内に突出せしめて気密に接合し、前記
   取付ボルトの一端に固定接点を取付けるととも
   に、前記真空容器内にステンレス鋼からなるベロ
   ーズを前記絶縁円板の中心の孔の外周に該孔と同
   心状に収納するとともにその一端を絶縁円板の孔
   の周辺部に気密に接合して設け、前記ベローズ内
   に固定接点と接離自在な可動接点を内端部に装着
   した可動電極棒を軸方向へ移動自在に挿入すると
   ともにその内端部付近にベローズの他端を気密に
   接合してなる真空しや断器。 ３ 中心に孔を有するセラミツクからなる絶縁円
   板の一端面の外周部付近に銅からなるカツプ状の
   ケースの開口部端面を気密に接合して真空容器を
   構成し、前記ケースの底部中央に孔を設けるとと
   もにこの孔に接点取付部材を嵌合して設け、前記
   接点取付部材をケースに気密に接合するとともに
   その軸心部に螺子孔を設け、前記螺子孔に固定接
   点をその取付部材より突出せしめて気密に接合し
   て設け、前記真空容器内にステンレス鋼からなる
   ベローズを前記絶縁円板の中心の孔の外周に該孔
   と同心状に収納するとともにその一端を絶縁円板
   の孔の周辺部に気密に接合して設け、前記ベロー
   ズ内に固定接点と接離自在な可動接点を内端部に
   装着した可動電極棒を軸方向へ移動自在に挿入す
   るとともにその内端部付近にベローズの他端を気
   密に接合してなる真空しや断器。 ４ 中心に孔を有するセラミツクからなる絶縁円
   板の一端面の外周部付近に銅からなるカツプ状の
   ケースの開口部端面を気密に接合して真空容器を
   構成し、前記ケースの底部中央に設けた孔に接点
   を取付ける部材を挿通し該部材の挿通端を前記真
   空容器内に突出せしめて前記ケースと気密に接合
   し、その挿通端に固定接点を設け、前記真空容器
   内にステンレス鋼からなるベローズを前記絶縁円
   板の中心の孔の外周に該孔と同心状に収納すると
   ともにその一端を絶縁円板の孔の周辺部に気密に
   接合して設け、前記ベローズ内に固定接点と接離
   自在な可動接点を内端部に装着した可動電極棒を
   軸方向へ移動自在に挿入して設け、前記可動電極
   棒の内端部付近に固定、可動接点を囲繞するほぼ
   カツプ状のシールドと前記ベローズの他端とを気
   密に接合してなる真空しや断器。 ５ 中心に孔を有するセラミツクからなる絶縁円
   板の中心に、ステンレス鋼からなるベローズをそ
   の下端と絶縁円板との周辺にろう材を配材して載
   置し、前記ベローズ内に可動接点をろう材を介在
   せしめて上端に載置した可動電極棒を挿入すると
   ともに、この可動電極棒の上端部付近をろう材を
   介在せしめてベローズの上端に係止するように
   し、前記絶縁円板にカツプ状に形成されるととも
   に底部中央に孔を設けた銅からなるケースをその
   開口部端面と絶縁円板との周辺にろう材を配材せ
   しめて載置するようにし、前記ケースの孔に固定
   接点を係止するが如くして嵌合するとともに、そ
   の周辺にろう材を配材して真空しや断器を仮組立
   し、前記仮組立した真空しや断器を10^-4Torr以
   下の圧力に排気するようにした真空炉中で950℃
   以上1050℃未満の温度で加熱して脱ガスと気密封
   着とを同時に行なつた後前記真空炉内で徐冷によ
   つて冷却するようにした真空しや断器の製造方
   法。 ６ 中心に孔を有するセラミツクからなる絶縁円
   板の中心に、ステンレス鋼からなるベローズをそ
   の下端と絶縁円板との周辺にろう材を配材して載
   置し、前記ベローズ内に可動接点をろう材を介在
   せしめて上端に載置した可動電極棒を挿入すると
   ともに、この可動電極棒の上端部付近をろう材を
   介在せしめてベローズの上端に係止するようにし
   て可動側を仮組立し、前記仮組立した可動側を
   10^-4Torr以下の圧力に排気するようにした真空
   炉中あるいは還元ガス雰囲気中において950℃以
   上1050℃未満の温度で加熱して脱ガスと気密封着
   とを同時に行なうようにし、前記脱ガスと気密封
   着処理を施した可動側の絶縁円板に、カツプ状に
   形成されるとともに底部中央に孔を設けた銅から
   なるケースをその開口部端面と絶縁円板との周辺
   にろう材を配材せしめて載置するようにし、前記
   ケースの孔に固定接点を係止するが如くして嵌合
   するとともにその周辺にろう材を配材して真空し
   や断器を仮組立し、前記仮組立した真空しや断器
   を10^-4Torr以下の圧力に排気するようにした真
   空炉中で500℃以上1050℃未満の温度で加熱して
   脱ガスと気密封着とを同時に行なつた後前記真空
   炉内で徐冷によつて冷却するようにした真空しや
   断器の製造方法。