JPS6262012B2 - - 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、
特に銅材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Fe−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
の小径化に従つて渦電流の影響が一層助長される
ので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
スが磁歪振動して振動騒音を発生する等の問題が
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
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、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り容易に製作
できるとともに、通電電流による渦電流及び磁歪
振動を生じ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縦断面図
で、この真空しや断器は、銅材からなるカツプ状
（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、第２図に示す
ように、セラミツクとほぼ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７，８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７，８を形成する際における孔６の周
辺及び外周部付近の研削加工を容易にするため
に、各メタライズ層７，８の間に0.1〜0.5mm程度
の深さの溝９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タライズ層８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によりカツプ状に形
成されるもので、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ているとともに、そ
の底部１ａの内側（内底部）の中央には、接点取
付部１０が突設されている。接点取付部１０の端
面には、接点係合凹部１０ａが凹設されており、
この接点合凹部１０ａには、前記固定接点４が適
宜に突出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。

また、ケース１の底部１ａの外側（外底部）の
中央には、円形の集電部１１が一体成形されてお
り、集電部１１の中央には、この真空しや断器を
適宜固定部位に取付けるためのボルト状のケース
取付部１２が一体成形されている。

前記真空容器３内には、ステンレス鋼からなる
ベローズ１３が同心状に収納されており、その内
径側を軸方向へ延伸した一端は、真空ろう付け等
により絶縁円板２における孔６の周辺のメタライ
ズ層７に気密に接合されている。また、真空容器
３内には、前記可動接点５を内端部に取付けた可
動電極棒１４が、孔６及びベローズ１３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の段部には、内径側を軸
方向と直交する方向へ延伸せしめたベローズ１３
の他端が真空ろう付け等により気密に接合されて
いる。

なお、可動接点５は、可動電極棒１４の内端軸
心部に穿設した接点係合凹部１４ａに嵌合される
とともに、ろう付け等により固定され、可動電極
棒１４の移動により固定接点４に接離されるもの
である。また、第１図において１５は、固定、可
動接点４，５の接離により生ずる金属蒸気を補捉
するとともにベローズ１３をこれから保護するた
めのもので、鉄、ステンレス鋼あるいは銅等によ
りほぼ有底円筒状に形成されており、その底部を
開口部方向へ凹設して接点囲繞部１５ａを形成し
てある。そして、シールド１５は、接点囲繞部１
５ａの底部中央に設けた孔を介して可動電極棒１
４の内端部に同心状に嵌装されろう付け等により
固着されている。

以上の構成からなる真空しや断器を製造するに
は、まず、中心に孔６を有するセラミツクからな
る絶縁円板２を、その一端面に形成したメタライ
ズ層７，８が上方に位置するようにして水平に支
持する。ついで、ステンレス鋼からなるベローズ
１３を、第１図、第２図に示すように、その一端
とメタライズ層７との周辺にろう材１６を配材し
て絶縁円板２の中心に載置する。そして、ベロー
ズ１３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１４を挿入
するとともに、この可動電極棒１４の上端付近を
ベローズ１３の上端にろう材１６を介在せしめて
係止する。さらに、可動電極棒１４の上端にシー
ルド１５をその接点囲繞部１５ａの底部の孔を介
して嵌装するとともに、底部の孔の周辺にろう材
１６を配材して可動側を仮組立する。

ついで、ブロツク状の銅をプレス成形によりカ
ツプ状にしてかつ内底部中央に接点取付部１０を
突設したケース１を形成する。接点取付部１０の
端部に固定接点４をろう材（図示省略）を介在せ
しめて係止したケース１を、その開口部端面とメ
タライズ層８との周辺にろう材１６を配材して絶
縁円板２に載置し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以下の圧力に保持自在の真空炉中で排
気しながら950℃以上1050℃未満の温度で加熱
し、各構成部品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に低
下し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製造する
には、上述した第１実施例の製造方法に限られる
ものではなく、例えば次のようにすることもでき
る。

すなわち、中心に孔６を有するセラミツクから
なる絶縁円板２を、その一端面に形成したメタラ
イズ層７，８が上方に位置するように水平に支持
する。ついで、ベローズ１３、可動電極棒１４及
びシールド１５等を第１実施例の場合と同様にし
て可動側を仮組立する。

仮組立した可動側を10^-4Torr以下の圧力に保
持自在の真空炉中あるいは水素などの還元ガス雰
囲気中において950℃以上1050℃未満の温度で加
熱し、脱ガス処理と気密ろう付け処理とを同時に
行なう。

ついで、脱ガス処理とろう付け処理を施した可
動側の絶縁円板に、プレス成形によりカツプ状に
してかつ内底部中央に接点取付部１０を突出して
形成するとともに接点取付部１０の端部に固定接
点４をろう材を介在せしめて係止するようにした
銅からなるケース１を、その開口部端面と絶縁円
板２のメタライズ層８との周辺にろう材１６を配
材して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以下の圧力に保持自在の真空炉中で排
気しながら500℃以上1050℃未満の温度で加熱
し、固定側機成部材の脱ガス処理と気密封着処理
とを同時に行なう。

そして、真空炉内が徐冷によつて室温に低下し
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、ニツケ
ルメツキ処理あるいは銅の補助部材をあらかじめ
気密ろう付けしておくことにより、ろう付け温度
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
（Kg／mm²）と伸び（％）の関係は、一般に、横軸
に温度をとり、縦軸に抗張力及び伸びをとつた第
３図においてイ，ロの曲線で示されることが知ら
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、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
に対し極めて小さいので、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
必要と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１３は、
通常0.1〜0.2mm程度と極めて薄く設けられてお
り、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
身が塑性変形あるいは弾性変形し、絶縁円板２と
の気密接合部を破壊することなく投入、しや断時
の衝撃に充分に耐えるものと考えられる。

第４図は本発明に係る真空しや断器の他の実施
例の縦断面図である。なお、この実施例の真空し
や断器は、前述した第１実施例のものにおいてケ
ース取付部及びシールドの構造等が異なるもので
あるから、第１実施例のものと同一機能を奏する
構成部材には同一符号を付けることとしその説明
を省略する。

すなわち、真空容器３におけるケース１の集電
部１１には、外方へ開口した凹部１１ａがその中
心部に設けられており、この凹部１１ａには、鉄
系のボルトからなるケース取付部１７の基部が嵌
合されてろう付け等により固着されている。

また、シールドは、可動電極棒１４の内端部付
近に装着したほぼカツプ状のアークシールド１８
と、絶縁円板２に装着した有底円筒状のベローズ
シールド１９とに分離されている。すなわち、ア
ークシールド１８は、固定、可動接点４，５の接
離によつて生ずる金属蒸気を主に補捉するための
もので、鉄、ステンレス鋼あるいは銅等からな
り、底部を開口部方向へ凹設して接点囲繞部１８
ａを形成したほぼカツプ状に設けられている。そ
して、アークシールド１８は、接点囲繞部１８ａ
の底部中央に設けた孔を介し、固定、可動接点
４，５を囲繞するが如くして可動電極棒１４の内
端部に嵌装され、ろう付け等により可動電極棒１
４に固着されている。

また、ベローズシールド１９は、金属蒸気がベ
ローズ１３に付着するのを防止するためのもの
で、銅、Fe−Ni−Co合金あるいはFe−Ni合金等
からなり、有底円筒状に設けられている。そし
て、ベローズシールド１９は、第５図に示すよう
に、その底部中央に設けた孔１９ａを介してベロ
ーズ１３の一端に嵌装され、その底部がベローズ
１３の一端と一体に絶縁円板２の孔６の周辺のメ
タライズ層７にろう付け等により気密に接合され
ている。

上述した構成の真空しや断器を製造するには、
前述した第１実施例のものと同様に、ろう材１６
を第４図に示すように各構成部材の接合部分に配
材して全体を仮組立し、この仮組立した真空しや
断器を10^-4Torr以下の圧力に保持自在の真空炉
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１回のろう付けを行なつて完成
させたり、あるいは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水素等の還元ガス雰囲気
中で、950℃以上1050℃未満の温度で加熱して脱
ガスと同時に気密封着し、この可動側にろう材を
配材して仮組立した固定側を載置して真空しや断
器を仮組立するとともに、仮組立した真空しや断
器を真空炉中で10^-4Torr以下の圧力となるよう
に排気しながら500℃以上1050℃未満の温度で加
熱して脱ガスと同時に気密封着し、２回のろう付
けを行なつて完成させる。

以上の如く本発明は、真空容器を構成するケー
スを銅材で有底のカツプ状としたことにより、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がない等の効
果がある。

また、ケースの外底部中央にケース取付部を設
けたので真空しや断器を容易に取付けることがで
きる。

さらに、仮組立した真空しや断器を、真空炉中
で10^-4Torr以下の圧力となるように排気しなが
ら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真空しや断器を製造すること
ができるとともに、真空容器は、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、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同時に気密封着し、この可動
側にろう材を配材して仮組立した固定側を載置し
て真空しや断器を仮組立し、仮組立した真空しや
断器を真空炉中で10^-4Torr以下の圧力となるよ
うに排気しながら500℃以上1050℃未満の温度で
加熱して脱ガスと同時に気密封着するようにした
ものであるから、可動側の気密封着部及び組立不
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
例の縦断面説明図、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図は温度に対
する銅の抗張力と伸びの関係を表わした説明図、
第４図は本発明に係る真空しや断器の第２実施例
の縦断面説明図、第５図は第２実施例の真空しや
断器の部分拡大断面説明図である。 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、、１０……接点取付部、１２……ケース取付
部、１３……ベローズ、１４……可動電極棒、１
６……ろう材、１７……ケース取付部。

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有底カツプ
   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、前記ケースの内底部中央に接点取付
   部を突設するとともにこの接点取付部の端面に固
   定接点を装着して設け、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。 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有底カツプ
   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、前記ケースの外底中央にケース取付
   部を突設するとともに、その内底中央部に接点取
   付部を突設しかつ接点取付部の端面に固定接点を
   装着して設け、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。 ３ 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、前記絶縁円板に有底カツプ状に形成されると
   ともに底部中央に接点取付部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
   スの接点取付部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。 ４ 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、有底カツプ
   状に形成されるとともに底部中央に接点取付部を
   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、前記ケースの接点取付部に固定接点を係
   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。