JPS643307B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、開閉動作時の衝撃荷重による導電軸
の塑性変形に起因して生じる電極間距離の増大あ
るいは減少を防止するための対策を講じた真空バ
ルブの製造方法に関するものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 一般に真空バルブにおいては、電極を取り付け
た導電軸は真空バルブの製造工程で各種熱的加工
成形による不可避な熱履歴によつて完全焼鈍状態
になり、極軟質銅材に変質した状態で使用されて
いる。したがつて、真空開閉器用として使用され
る真空バルブは、電極の開閉操作時に大きな衝撃
圧縮荷重が電極を介して導電軸に作用するため、
機器の機能によつて大きな永久伸び変形を起した
り、あるいは、大きな永久縮み変形を起してしま
う。導電軸がこのような塑性変形を起こすと真空
バルブにおいては開極時の電極間距離が短かくな
り過ぎたり、あるいは長くなり過ぎたりする。更
に各所の接続部での接触抵抗の増大あるいは開極
時のアーク熱などに起因した温度上昇がある場
合、上記の永久塑性変形は増長される。しかして
これらの電極間距離の変化は、真空バルブとして
の機能上接点の消耗やしや断不能あるいは通電不
能という不具合の発生にいたる。

それゆえ、従来、開閉操作による電極間距離の
増大すなわち、ワイプ荷重の低下を防止するた
め、あらかじめ数100回〜1000回程度の無通電で
の機械的な開閉操作のみを実施したのち、再度、
所定のワイプ荷重に調整する方法が採用されてい
る。このような調整によつて導電軸の永久縮み変
形の増分は少なくなり電極間距離あるいはワイプ
荷重を安定させることはできる。しかし操作機構
上、接点の衝突時に起きる偏心による衝撃曲げ荷
重で導電軸に曲げ変形が生じたり、あるいは、繰
返し衝撃荷重による疲労損傷が導電軸のみなら
ず、真空バルブの他の構成部材にも蓄積されるの
で、真空バルブの機械的強度あるいは寿命上、好
ましくない。また、真空バルブの導電軸材が純銅
であるか、高力銅材であるかによつても、あるい
は製造工程での熱履歴の違いによつても、無通電
機械的開閉試験をどの程度やればよいかは経験に
頼らざるを得ず、真空バルブとしての信頼性に欠
ける欠点があつた。

［発明の目的］ 本発明は上記の欠点を除去して開閉操作の繰返
しによる電極間距離の増大あるいは、減少でワイ
プ荷重の低下やしや断不能を起すことのない真空
バルブの製造方法を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は以上の目的を達成するために真空バル
ブの封着工程後導電軸と同材料で同熱履歴を受け
た供試材に対する静的引張試験データを基に導電
軸に対してプレス等で静的荷重で実働開閉操作時
の温度条件も考慮した最適永久圧縮変形を与えて
加工硬化させるようにしたことを特徴とするもの
である。

ここで、加工硬化について述べると次の通りで
ある。

金属は一般に焼鈍を行うと柔らかくなり、厚い
ものから薄いものへと圧延し易くなる。ところが
一度圧延すると再び硬くなり、圧延しにくくなる
という性質がある。この性質は製鉄所等において
は焼鈍→圧延を繰り返すことにより薄板を製作し
ているという例からも明かである。

加工硬化とは、上記で述べた圧延後に金属が硬
くなる現象をいう。すなわち金属に、塑性変形し
うる程度の外力を圧延や圧縮、引つ張り等により
加えると金属が硬くなる性質をいう。一方、金属
組織の変化は金属結晶粒が加工硬化することによ
り粗から密に変化するということがよく知られて
いる。

ところが、この性質は材料と、焼鈍温度で、種
種異なつた複雑な性質を示し、多くの実験が必要
とされる。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。第１図に示すように、真空バルブは
ガラスあるいはセラミツクス等でできた絶縁筒１
の両端をフランジ２，３で閉塞した真空容器を備
え、フランジ２には固定側の導電軸４が固定さ
れ、他方のフランジ３にはベローズ８を介して可
動側の導電軸５が取り付けられている。導電軸４
には固定電極６が、また、導電軸５には前記固定
電極６と対向し、これと接離自在な可動電極７が
固定されている。また、導電軸４，５は、第２図
に示すように、同軸心の芯金９が補強軸として挿
入されている。しかして導電軸４，５の寸法は、
導電軸４，５の材質、その製造工程での熱履歴お
よび実機での温度条件を勘案した永久縮み変形を
見込んだものである。

以上のように、各部品要素を構成して後排気管
１０から真空容器内を真空引きして封着し真空バ
ルブを構成する。このようにして構成された真空
バルブを第３図に示すように、固定電極６側を固
定治具１１に据え付け、可動電極７側の導電軸５
に取り付けた治具１２の球面部上方から、プレス
１３により低速荷重を加えていき、導電軸４，５
に、それらの素材が真空バルブの製造工程での熱
履歴と同等の熱履歴を受けた場合の静的引張伸び
δ_t％から次式で算出できる塑性ひずみε_pが軸円周
方向の引張塑性変形ひずみとして生じるまで軸方
向に対して永久縮み変形ε_cをさせる。

ε_p＝0.20δ_t …(1) 第４図は導電軸と同等熱履歴を受けた純銅およ
び高力銅材の衝撃疲労過程における（ε_p／0.01δ_t）
−（Ｎ／N_f）線図で示すもので、ε_pは電極軸銅材
の引張塑性変形ひずみである。したがつて、縦軸
はこの引張塑性ひずみε_pを各材料の引張破断伸δ_t
で規準化した値である。

そこで、第５図のような中空軸材に対して円周
方向にε_pθの引張塑性ひずみを与えるには、次式 で表わされる圧縮塑性ひずみε_cを軸方向に与えら
ばよい。

したがつて、ε_pc＝0.2δ_tの圧縮塑性ひずみを与
えると、軸材の円周方向に生じる引張塑性ひずみ
ε_pは次式のようになる。

ε_p〓／0.01δ_tとしては次式のようになる。

したがつて、49.1％≦δ_t≦69.4％に対しては この場合、ε_pθ／0.01δ_tの値は、ε_pRの変形状態に
よ つて変るので第４図においては右側にスケールと
してε_c／0.01δ_tの目盛を付してある。

本発明によれば、予めひずみ変形を与える際
に、プレス等による低速荷重を加えるので偏心荷
重が作用することがなく、オイラーの座屈の計算
からしても、導電軸４，５に座屈による曲げ変形
を与えることなく永久縮み変形をさせることがで
きる。また、従来、行つている無通電での数100
〜1000回程度の開閉操作による永久縮み変形に比
べて、偏心による衝撃曲げ変形や衝撃疲労損傷の
蓄積も生じない。

ここで、導電軸部材の静的伸びδ％の20％以上
の塑性ひずみの永久縮み変形を、両導電軸４，５
が受けているときの材料の衝撃破壊現象につい
て、材料が破壊に至る過程を第４図により検討す
ると次の通りである。

第４図は材料が破断に至る過程を衝撃荷重印加
回数と歪量の変化を正規化して表わした特性図で
ある。本図において、Ａの部分は衝撃荷重印加開
始後少ない印加回数で歪量が大きく変化する初期
変形域、Ｂの部分は歪量変化が最も少なく、かつ
衝撃荷重印加回数が最も多い最小変形領域であ
る。また、Ｃの部分は疲労破壊寸前で歪量変化も
大きい加速変形域である。

真空バルブに使用される銅材は、不可避の熱履
歴を受け極軟質銅材に変質し、この材料の衝撃疲
労破壊特性は第４図に示すようになるが、ここで
注目する必要のあることは本図の初期変形域Ａの
部分である。真空バルブを真空開閉器具に取付け
て開閉を行なうと、この初期変形域Ａで歪量が大
きく変化するため、真空バルブの電極間間隙寸法
が増大する等の不具合が生じる。因みに、繰返し
衝撃圧縮荷重による最小変形域Ｂの塑性ひずみ増
分は初期変形域Ａの塑性ひずみ増分に比べて非常
に小さく、1/10以下である。従つて、この初期変
形域Ａの歪量が大きく変化する部分を予め避ける
ように工夫したのが本発明のポイントである。

本発明は第４図に示す衝撃疲労破壊特性の歪量
変化に見合う静的な歪みを真空バルブ完成後で真
空開閉器具取付け前に与えることにより上記不具
合を解消したものであり、その値は第４図の衝撃
疲労破壊特性の歪量変化特性から、20％以上の歪
みを与えれば充分であることが確認された。

したがつて、本発明による真空バルブは、各種
真空開閉器の機構部に取り付けて所定のワイプ荷
重をかけ実際に開閉操作を繰返しても、いずれの
導電軸４，５も、軸方向の伸縮変形や曲げ変形を
起さず、電極間距離の変形に伴なう接点の消耗や
しや断不能あるいは通電不能という不具合は発生
しない。

なお、前記実施例は補強芯金を有する導電軸の
場合について記しているが、中実の導電軸の場合
でも同様な製造方法でよい。また、可動電極側の
導電軸の方にのみ補強芯金がある場合には、導電
軸の方の圧縮ひずみが(1)式で求めた所定のひずみ
に達したのちは、芯金の方に荷重が掛るようにし
固定側の中実導電軸が前述の所定ひずみに達する
まで圧縮させればよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明は真空バルブを各
種真空開閉器に組み込んだのち、電極間距離およ
びワイプ荷重の安定化のための無通電による開閉
操作を必要とせず、したがつて、従来のならし操
作による真空バルブ構成部材の衝撃疲労損傷の蓄
積もそれだけ少なくなり構造強度上、信頼性が高
くなる。

よつて電極間距離の安定あるいはワイプ荷重の
安定は、これらが起因となる通電不能、接点の消
耗、しや断不能などの不具合を各種真空開閉器に
発生させなくなり、信頼性の高い機能を有する真
空バルブの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な真空バルブの一部縦側面図、
第２図は同導電軸の断面図、第３図は本発明にお
いて導電軸に永久縮み変形を与える時の真空バル
ブの据え付け状態図、第４図は導電軸と同等熱履
歴を受けた純銅および高力銅材の衝撃疲労過程に
おけるサイクリツククリープ曲線図、第５図は第
４図の引張塑性変形ε_pについての説明図である。 ４，５……導電軸、６，７……電極、８……ベ
ローズ、９……芯金、１０……排気管、１１……
固定治具、１２……治具、１３……プレス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 真空容器内に少なくとも１対の銅材からなる
   導電軸を収納し、この導電軸に互いに接離自在な
   対向する電極を固定した真空バルブにおいて、前
   記導電軸に対し衝撃荷重の繰返しによるサイクリ
   ツククリープ塑性変形の進行が鈍化する各導電軸
   材の静的引張伸びの20％以上の永久縮み変形を低
   速荷重で与えて加工硬化させたことを特徴とする
   真空バルブの製造方法。