JPS631692B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空しや断器に関し、さらに詳細に
は、金属円筒の少なくとも一端を無機絶縁物から
なる絶縁端板により気密に閉塞して真空容器を形
成し、この真空容器内に１対の電極を接触離反自
在に設けてなる真空しや断器に関する。

従来、真空しや断器における筒状の真空容器
は、円筒状に形成された硬質ガラスあるいはセラ
ミツクからなる絶縁筒の両端を、熱膨張係数が絶
縁筒を形成するセラミツク等のそれと近似したコ
バール等の金属材料からなる金属端板により直接
に、又はコバール等の封着金属を介在させた金属
端板により気密に閉塞して形成されている。しか
し、絶縁筒の価格は、大径化するに従つて急激的
に高騰し、ひいては真空しや断器自体を高価なも
のとするおそれがある。

また、絶縁筒を形成するセラミツク等と気密に
接合できる金属は、熱膨張係数がセラミツク等と
近似しているFe―Ni―Co合金（コバール）やFe
―Ni合金とされているが、これらの金属は、価
格が非常に高い欠点を有するとともに、各温度Ｔ
における熱膨張係数α〔α―Ｔ特性〕がセラミツ
ク等と必ずしも一致せず、かつ、強磁性材料であ
るために、両者のろう付けによる接合によつて生
ずる熱応力を緩和するための応力緩和構造を金属
端板等に施さなければならないとともに、渦電流
による温度上昇、交番磁界による磁歪現象によつ
て生ずる騒音等の問題がある。

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、真空しや断器にお
ける筒状の真空容器を、金属円筒とその両端を気
密に閉塞する端板とにより形成するとともに、端
板の少なくとも一方を無機絶縁物からなる絶縁端
板とすることによつて、その大径化を容易にし
て、かつ安価に行ない得るようにするとともに、
可動電極棒による真空容器の気密性を損なうこと
を防止するために用いられるベローズと絶縁端板
との接合状態を良好にし、かつベローズの長寿命
化を図り得るようにした真空しや断器の提供にあ
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、金属円筒１の両端を
無機絶縁物からなる絶縁端板２，２により気密に
閉塞して真空容器３を形成し、この真空容器３内
に各絶縁端板２の中央部から相対的に接近離反自
在に導入した対をなす固定、可動電極棒４，５を
介し１対の固定、可動電極６，７を接触離反自在
に設けて構成されている。

すなわち、真空容器３の一部を形成する金属円
筒１は、非磁性材料にして、かつ、無機絶縁物か
らなる絶縁端板２とのろう付け後の冷却によつて
生ずる熱応力により、ろう付け後の徐冷過程にお
いて塑性変形自在な銅からなるもので、ほぼ円筒
状に形成されており、その一端内周部には、内径
より適宜大径の段付嵌合部８が形成されていると
ともに、他端には、径方向（第１図において左右
方向）内方へ延伸したフランジ部１ａが形成され
ており、その外面（第１図において下面）には、
金属円筒１の内径より適宜小径の段付嵌合部９が
形成されている。なお、金属円筒１は、銅からな
るものに限定されるものではなく、例えば真空し
や断器の通電容量が小さい場合には、磁性材料に
して、かつ絶縁端板２とのろう付け後の冷却によ
つて生ずる熱応力により、ろう付け後の徐冷過程
において塑性変形自在な鉄からなるもの、あるい
は絶縁端板２を形成する無機絶縁物と近似した熱
膨張係数のFe―Ni―Co合金、Fe―Ni合金からな
るものを用いたり、または、金属円筒１と絶縁端
板２との間に銅あるいは鉄からなる補助部材を介
在させる場合には、オーステナイト系ステンレス
鋼（以下、単に「ステンレス鋼」という。）から
なるものを用いてもよいものである。

前記金属円筒１内の両端付近には、カツプ状の
補助シールド１０，１０がそれぞれの底部１０ａ
を対向させて配置されており、一方（第１図にお
いて上方）の補助シールド１０は、外端部に一体
成形したフランジ部１０ｂを介し段付嵌合部８に
嵌合されるとともに、ろう付けによりその段部に
固着され、また他方の補助シールド１０は、外端
のフランジ部１０ｂを介して金属円筒１内の他端
に嵌合されるとともに、ろう付けによりそのフラ
ンジ部１ａに固着されている。各補助シールド１
０は、金属蒸気が絶縁端板２の内端面（真空側）
や後述するベローズ等に付着するのを防止すると
ともに、真空容器３内の電界分布の均一化を図る
ためのもので、ステンレス鋼からなり、それぞれ
の底部中央には、固定、可動電極棒４，５等を挿
通するための孔１１が設けられている。なお、補
助シールド１０は、ステンレス鋼からなるものに
限らず、例えば真空しや断器の通電容量が小さい
場合には、ステンレス鋼より安価な鉄からなるも
のを用いてもよいものである。

前記金属円筒１の一端の段付嵌合部８には、リ
ング状にして、かつ軸方向（第１図において上下
方向）の筒部とこの筒部の一端に連設されるとと
もに径方向内方へ延設したフランジ部とにより断
面Ｌ字形に形成された補助部材１２が、筒部１２
ａを介して嵌合されるとともに、ろう付けにより
気密に接合されている。補助部材１２は、熱膨張
係数の異なる金属円筒１と絶縁端板２との接合
が、ろう付け後の冷却によつて生ずる熱応力によ
り、気密性及び機械的結合力の点において低下す
るのを防止するためのもので、非磁性材料にし
て、かつ、絶縁端板２とのろう付け後の冷却によ
つて生ずる熱応力により、ろう付け後の徐冷過程
において塑性変形自在な銅からなる。なお、補助
部材１２は銅からなるものに限定されず、例えば
真空しや断器の通電容量が小さい場合には、磁性
材料にして、かつ、絶縁端板２とのろう付け後の
冷却によつて生ずる熱応力により、ろう付け後の
徐冷過程において塑性変形自在な鉄からなるも
の、あるいは絶縁端板２を形成するセラミツク等
の無機絶縁と近似した熱膨張係数のFe―Ni―CO
合金、Fe―Ni合金からなるものを用いてもよい
ものである 前記補助部材１２及び金属円筒１のフランジ部
１ａには、金属円筒１の両端を気密に閉塞すべく
前記絶縁端板２がそれぞれ気密に接合されてい
る。すなわち、各絶縁端板２は、アルミナセラミ
ツクあるいは結晶化ガラス等の無機絶縁物からな
るもので、中央部に孔１３を有する円板状に形成
されており、孔１３の周辺及び外周縁部付近の一
端面には、アルミナセラミツク等と近似した熱膨
張係数のMo―Mn―Ti合金、Mn―Ti合金等から
成るメタライズ層１４，１５が形成されている。
なお、各メタライズ層１４，１５の形成に際して
は、絶縁端板２に研削加工が施されるものであ
り、この研削加工を容易にするため、各メタライ
ズ層１４，１５間には、0.1〜0.5mm程度の深さの
凹部１６が円形に設けられているものである。そ
して、一方の絶縁端板２は、一方の補助シールド
１０のフランジ部１０ａと補助部材１２のフラン
ジ部１２ｂとの間において補助部材１２の筒部１
２ａに嵌合されるとともに、その外周縁部付近の
メタライズ層１５を介しろう付けにより補助部材
１２のフランジ部１２ｂと気密に接合されてお
り、また他方の絶縁端板２は、金属円筒１のフラ
ンジ部１ａの段付嵌合部９に嵌合されるととも
に、外周縁部付近のメタライズ層１５を介しろう
付けにより段付嵌合部９の段部と気密に接合され
ている。

前記真空容器３内には、銅あるいは銅合金から
なる前記固定電極棒４が、前記一方の絶縁端板２
の孔１３及び一方の補助シールド１０の孔１１を
挿通して導入されるとともに、その外端部に一体
成形した径大部４ａの径違い段部を介しろう付け
により孔１３の周辺のメタライズ層１４と気密に
接合されている。そして、固定電極棒４の内端部
には、ほぼ円板状に形成された前記固定電極６
が、その接触裏面（第１図において上面）中央部
に穿設した凹部６ａを介して嵌合されるとともに
ろう付けにより固着されている。

前記他方の絶縁端板２の孔１３には、真空容器
３内に同心状に収納されたステンレス鋼からなる
ベローズ１７が、その外端部の内径側を軸方向へ
延伸して一体成形した筒部１７ａを嵌挿すること
により他方の絶縁端板２に対して位置決めされる
とともにに、第２図に示すように、筒部１７ａの
外周面における中間部付近を介しろう付けにより
孔１３の周辺のメタライズ層１４と気密に接合さ
れている。ベローズ１７における筒部１７ａに
は、ろう付け後の冷却によつて生ずる熱応力を塑
性変形により吸収緩和すべく、外端部から中間部
付近にかけて軸方向へ切欠いた複数のスリツト１
８が円周方向へ適宜に離隔して設けられている。
なお、他方の絶縁端板２とベローズ１７とのろう
付けに際しては、第３図に示すように、リング状
の線ろう１９が孔１３の周辺のメタライズ層１４
上に載置されるものであり、ろう付け後の冷却に
よつて生ずる熱応力により、筒部１７ａにおける
ろう付け部分より外端側及びろう付け部分と最外
端の蛇腹部１７ｂとの間が塑性変形され、残留熱
応力が極めて僅小となるものである。また、ベロ
ーズ１７の内端部には、内径側を径方向内方へ延
伸して接合部１７ｃがリング状に形成されてい
る。そして、真空容器３内には、銅あるいは銅合
金からなる前記可動電極棒５が、ベローズ１７の
中心を挿通して導入されるとともに、その内端部
に一体成形した径大部５ａの径違い段部を介しろ
う付けによりベローズ１７の接合部１７ｃと気密
に接合されている。可動電極棒５の内端部付近に
は、前記補助シールド１０と同様の金属材料から
なるとともに皿状に形成されたアークシールド２
０が、その中央部に一体成形した筒部２０ａを介
し嵌挿され、かつベローズ１７の接合部１７ｃに
より他方の絶縁端板２方向への移動を規制されつ
つろう付けにより固着されている。また、可動電
極棒５の内端部には、ほぼ円板状に形成された前
記可動電極７が、その接触裏面（第１図において
下面）中央部に穿設した凹部７ａを介して嵌合さ
れるとともにろう付けにより固着されている。そ
して、可動電極７の接触面には、その中心を中心
として溝７ｂが円形に穿設されており、この溝７
ｂには、リング状の接触子２１が接触面から適宜
に突出して嵌合されるとともにろう付けにより固
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、他方の絶縁端板２をそのメタライズ層
１４，１５が上面となるように水平に支持し、こ
の絶縁端板２上に各構成部材をそれぞれの接合部
間にろう材を介装しつつ積み重ねるが如くし第１
図に示す如く真空しや断器を仮組立する。つい
で、仮組立した真空しや断器を真空炉中に納置し
加熱する。この加熱は、排気と脱ガス及びろう付
け部の酸化皮膜の除去を兼ねるので、ろう材が溶
融しない温度以下の可能な限りの高温であること
が望ましく、真空炉内も10^-4Torr以下の圧力と
なるようにすることが望ましい。そして、真空炉
中を、ステンレス鋼の表面の活性化のため900℃
以上1050℃未満の温度に上昇するとともに、
10^-5Torr以下の圧力となるように排気しながら
ろう材により各構成部材間を気密に接合する。最
後に、真空炉内を徐冷（炉冷）によりろう付け温
度から所定温度まで下降させ、この温度で所定時
間保持した後再び徐冷により室温まで低下させた
後、あるいは真空炉内を徐冷によりろう付け温度
から室温まで低下させた後に真空しや断器を取出
すと所望のものが得られる。

なお、上述した製造方法において、ステンレス
鋼からなるベローズ１７、補助シールド１０等の
ろう付け部分に、あらかじめニツケルメツキ処理
を施しておくことにより、加熱温度の上限を900
℃以下とすることができる。

ここで、アルミナセラミツク等の無機絶縁物か
らなる絶縁端板２と銅あるいは鉄からなる金属円
筒１との接合を、両者の熱膨張係数が大きく異な
るにもかかわらず、気密性及び機械的結合力の良
好なものとすることができるのは、以下の理由に
よるものと考えられる。

すなわち、温度に対する銅あるいは鉄の抗張力
は、温度の低下に従つて増大し、また温度に対す
る銅あるいは鉄の伸びは、温度の低下に従つてほ
ぼ減少することが知られている。したがつて、
銅、鉄からなる金属円筒１が、900℃以上1050℃
未満の高温でアルミナセラミツク等の無機絶縁物
からなる絶縁端板２とろう付けされると、銅、鉄
からなる金属円筒１は、その抗張力がアルミナセ
ラミツク等の無機絶縁物からなる絶縁端板２の機
械的強度に比して極めて小さいので、ろう付け後
の冷却によつて生ずる熱応力によりろう付け後の
徐冷過程において塑性変形される。ために、室温
まで冷却した際における両者の接合部の気密性が
損なわれることがなく、かつ残留熱応力が極めて
小さくなるものと考えられる。

なお、鉄は各温度における抗張力が銅のそれよ
り大きく、かつ一定温度条件下における荷重時間
に対するクリープ伸びが銅のそれより小さいにも
かかわらず、銅と同様にアルミナセラミツク等の
無機絶縁物と良好に接合できるのは、その熱膨張
係数が銅のそれより小さいためであると考えられ
る。

また、アルミナセラミツク等の無機絶縁物から
なる絶縁端板２とステンレス鋼からなるベローズ
１７との接合を、気密性及び機械的強度の高いも
のとすることができ、かつベローズ１７の長寿命
を図ることができるのは、ベローズ１７は、通常
その耐久性と機能の点から0.1〜0.15mm程度と極
めて薄く形成され、かつ両者のろう付け後の冷却
によつて生ずる熱応力が無機絶縁物からなる絶縁
端板２の機械的強度に比して極めて小さいので、
ベローズ１７自身、特にその筒部１７ａにおける
他方の絶縁端板２との接合部近傍がもつぱらろう
付け後の徐冷過程において塑性変形されるためと
考えられる。

なお、前述した実施例の真空しや断器において
は、金属円筒１の両端をともに無機絶縁物からな
る絶縁端板２により気密に閉塞して真空容器３を
形成する場合について述べたが、これに限定され
るものではなく、例えば固定電極棒４が気密に接
合される端板を、金属円筒１を形成する金属材料
と同様のあるいは別異の金属材料により形成した
金属端板としたり、または、金属円筒と金属端板
とを一体成形して有底円筒状の金属ケースとした
りすることができるものである。

以上の如く本発明は、金属円筒の少なくとも一
端を無機絶縁物からなる絶縁端板により気密に閉
塞して真空容器を形成し、前記真空容器内の一端
側にベローズを同心状に収納し、かつベローズを
その外端部に設けた筒部を介して前記一端の絶縁
端板の中央部に設けた孔に嵌挿するとともに、筒
部の外周中間部付近により一端の絶縁端板と気密
に接合して設け、前記真空容器内に可動電極棒を
ベローズの中心を挿通して導入するとともに、可
動電極棒の内端部付近とベローズの内端部とを気
密に接合し、かつ可動電極棒の内端部に可動電極
を固着して設け、前記真空容器内に固定電極棒を
前記他方の端板の中央部の孔を挿通して導入する
とともに、固定電極棒と他方の端板とを気密に接
合し、かつ固定電極棒の内端部に固定電極を固着
して設けてなるものであるから、真空容器の大径
化を容易にして、かつ安価に行なうことができる
とともに、仮組立時にベローズの絶縁端板に対す
る位置決めを容易にして、かつ正確に行なうこと
ができる。また、絶縁端板とベローズとの接合
を、気密性良好にして、かつ機械的結合力の高い
ものとすることができ、さらにベローズの長寿命
化を図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半截断面
図、第２図は本発明の要部の部分断面図、第３図
は本発明の要部断面説明図である。 １…金属円筒、２…絶縁端板、３…真空容器、
４…固定電極棒、５…可動電極棒、６…固定電
極、７…可動電極、１３…孔、１７…ベローズ、
１７ａ…筒部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属円筒の少なくとも一端を無機絶縁物から
   なる絶縁端板により気密に閉塞して真空容器を形
   成し、前記真空容器内の一端側にベローズを同心
   状に収納し、かつベローズの外端部に形成した筒
   部には外端部から中間部にかけて軸方向に切欠し
   た複数のスリツトを円周方向へ設け、この筒部を
   介して前記一端の絶縁端板の中央部に設けた孔に
   嵌挿するとともに、筒部の外周中間部付近により
   一端の絶縁端板と気密に接合して設け、前記真空
   容器内に可動電極棒をベローズの中心を挿通して
   導入するとともに、可動電極棒の内端部付近とベ
   ローズの内端部とを気密に接合し、かつ可動電極
   棒の内端部に可動電極を固着して設け、前記真空
   容器内に固定電極棒を前記他方の端板の中央部の
   孔を挿通して導入するとともに、固定電極棒と他
   方の端板とを気密に接合し、かつ固定電極棒の内
   端部に固定電極を固着して設けてなる真空しや断
   器。