KR101445447B1

KR101445447B1 - 접합 구조, 전기 접점, 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101445447B1
Application number: KR1020120084765A
Authority: KR
Inventors: 시게루 기꾸찌; 다까시 사또오; 아유무 모리따; 가즈따까 오까모또; 마사또 야부; 겐지 쯔찌야
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2014-09-26
Also published as: CN103021727A; JP2013073701A; KR20130033945A; EP2575149A3; JP5409739B2; EP2575149A2; CN103021727B

Abstract

부재끼리를 저비용으로 납땜재를 사용하지 않고 접합한다. 복수의 부재와, 금속을 포함하는 분말을 상기 복수의 부재에 걸쳐 부착 퇴적시킨 부착 퇴적층을 구비하고, 상기 복수의 부재와 상기 부착 퇴적층과의 열적·기계적 합금화에 의한 결합을 통해서, 상기 복수의 부재를 접합한다. 또한, 상기 기재는 고 전도성 금속으로 이루어지고, 상기 비 접합 부재는 컵 형상으로 고 전도성 금속으로 이루어지고, 상기 부착 퇴적층은 내화성의 금속 또는 화합물과 고 전도성 금속을 포함하는 접점층이며, 상기 기재의 일면과 상기 피접합 부재의 컵 형상의 개방 단부가 상기 열적·기계적 합금화에 의해 접합된다.

Description

접합 구조, 전기 접점, 그 제조 방법{JOINING STRUCTURES, ELECTRICAL CONTACTS, AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 진공 차단기, 진공 스위치 기어, 가스 절연 스위치 기어 등에 이용되는 전력 개폐기용의 접합 구조, 전기 접점, 제조 방법에 관한 것이다.

진공중에서 전류를 차단하는 전력 개폐 기기는 전기 접점을 내장하고, 진공 밀봉된 용기인 진공 밸브를 구비한다. 전기 접점은 소결법이나 용침법 등의 제조 프로세스에 의해 제작되고, 필요에 따라 기계 가공된다. 이 전기 접점은 통전 부재와 납땜(1차 접합)된 후, 진공 밸브를 구성하는 용기 내에 집어넣은 상태에서, 진공중에 있어서 용기를 납땜 밀봉(2차 접합)함으로써, 전기 접점은 진공 밸브내에 내장된다. 이와 같이, 일반적으로 전기 접점의 제조 프로세스에 있어서, 납땜 공정은 통전 부재와 접합과 진공 밀봉 접합의 적어도 2단계 이상의 공정수를 필요로 하고 있어, 전기 접점을 포함시킨 진공 밸브의 제조에는 엄청난 비용이 소비된다.

또한, 전기 접점과 통전 부재의 납땜에 불비가 있으면, 가동중에 전기 접점이 탈락하거나, 전류 차단시의 아크 가열 또는 통전중의 주울 가열에 의해 납땜재가 휘산함으로써 전기적 성능이 저하하거나, 제품 신뢰성이 저하한다. 따라서, 납땜의 중에서도 1차 납땜에는 높은 신뢰성이 요구되고, 접합부 근방에 있어서 적정한 납땜재 양을 유지하기 위한 부위·형상을 설치하는 등 건전한 납땜 상태를 얻기 위한 형상상의 고안이 이루어지고 있다.

특허 출원 공개 제2007-157666호 공보

상기의 특허문헌 1은 납땜부의 형상을 적정화함으로써 납땜 건전성의 향상을 도모하고 있다. 그러나, 납땜재를 사용하는 한, 그 가열 휘산에 의해 접합 신뢰성이 저하될 가능성이 있다. 또한, 소결법이나 용침법에 의한 전기 접점의 제조 공정이 엄청난 열에너지를 필요로 하기 때문에, 접점의 프로세스 자체가 비용 증대의 요인이 되고 있다.

본 발명의 목적은 부재끼리를 저비용으로 납땜재를 사용하지 않고 접합하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 접합 구조는 복수의 부재와, 금속을 포함하는 분말을 상기 복수의 부재에 걸쳐 부착 퇴적시킨 부착 퇴적층을 구비하여, 상기 복수의 부재와 상기 부착 퇴적층과의 열적·기계적 합금화에 의한 결합을 통해서, 상기 복수의 부재를 접합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 부재끼리를 저비용으로 납땜재를 사용하지 않고 접합할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 접합 구조의 단면도.
도 2는 본 발명에 관한 다른 접합 구조의 단면도.
도 3은 본 발명에 관한 다른 접합 구조의 단면도.
도 4는 본 발명에 관한 다른 접합 구조의 단면도.
도 5는 본 발명에 관한 다른 접합 구조의 단면도.
도 6은 본 발명에 관한 전기 접점 구조의 단면도.
도 7은 본 발명에 관한 접점층의 사시도와 다른 전기 접점 구조의 단면도.
도 8은 본 발명에 관한 다른 전기 접점 구조의 단면도.
도 9는 본 발명에 관한 전기 접점에 사용하는 기재의 평면도.
도 10은 본 발명에 관한 복수 조성의 접점층을 갖는 전기 접점 구조의 단면도.
도 11은 본 발명에 관한 다른 접합 구조의 단면도.
도 12는 제2 실시예에 관한 진공 밸브의 구조를 나타내는 단면도.
도 13은 제3 실시예에 관한 진공 차단기의 구조를 나타내는 단면도.
도 14는 제3 실시예에 관한 부하 개폐기의 구조를 나타내는 단면도.

본 발명에 관한 접합 구조의 단면도를 도 1 및 도 2에 도시한다. 도 1 및 도 2에 있어서, 부호 1은 피접합 부재, 부호 2는 기재, 부호 3은 부착 퇴적층, 부호 4는 기재(2)에 설치된 관통 구멍, 부호 5는 피접합 부재(1)에 설치된 볼록부이다.

도 1에 도시하는 제1 구조는 기재(2)의 관통 구멍(4)과 피접합 부재(1)의 볼록부(5)를 끼워맞춘다. 볼록부(5)의 선단의 표면은 기재(2)의 표면보다 돌출되어 있어도(X>Y), 동일 평면상에 있어도(X=Y), 기재(2)의 표면보다 오목해도(X<Y) 좋다. 이하의 구조에 대해서도 마찬가지다. 또한, 피접합 부재(1)와 기재(2)는 도면과 같은 피접합 부재(1)의 축중심에서 끼워맞추지 않고 있어도 좋다. 피접합 부재(1)와 기재(2)가 접촉하는 부분을 끼워맞춤부라고 하고, 그 끼워맞춤부에 부착 퇴적층(3)을 형성한다. 기재(2)와 볼록부(5)[피접합 부재(1)]의 양 부재에 걸쳐, 금속을 포함하는 분말을 부착 퇴적시킴으로써, 이 부착 퇴적층(3)을 기재(2) 및 피접합 부재(1)와 접촉시키도록 형성하고, 열적·기계적 합금화에 의한 결합을 통해서, 기재(2)와 피접합 부재(1)를 접합할 수 있다.

또한, 도 2에 도시하는 제2 구조는, 피접합 부재(1) 상에 기재(2)를 적재하고, 기재(2)의 관통 구멍(4)과 피접합 부재(1)의 평탄부를 중첩하고, 관통 구멍(4)을 충전하도록 금속을 포함하는 분말을 부착 퇴적시킨다. 이로써, 부착 퇴적층(3)의 기재(2) 및 피접합 부재(1)의 열적·기계적 합금화에 의한 결합을 통해서, 기재(2)와 피접합 부재(1)를 접합하는 것이다. 피접합 부재(1)는 기재(2)와의 접촉면이 평탄하지 않고, 관통 구멍(4)이 더 아랫쪽으로 신장되도록 오목하게 되어도 된다. 이들의 구조에 의해, 비교적 저융점에서 내열성이 낮은 납땜재 등을 이용하는 일이 없고, 기재(2)와 피접합 부재(1)의 접합이 가능해진다. 접합한 후, 기재(2) 표면에 있어서 돌기부가 되는 부착 퇴적층(3)을 기계 가공 등으로 제거하고, 기재(2)의 표면을 평탄화해도 접합 상태를 유지할 수 있다.

또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 볼록부(5)의 돌출부 표면 거칠기를 거칠게 하거나, 미소한 요철을 설치함으로써, 볼록부(5)와 부착 퇴적층(3) 사이에서의 기계적 결합(소위 앵커 효과) 또는 접촉 면적을 증대할 수 있고, 보다 강고한 결합을 얻을 수 있다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 부착 퇴적층(3)과 접촉하는 피접합 부재(1)의 표면을 도 3과 마찬가지로 거칠게 하거나 미소 요철을 설치해도 좋고, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 기재(2)의 관통 구멍(4)에 테이퍼나 R부를 설치하면 부착 퇴적층(3)과 피접합 부재(1)의 결합이 더욱 강고해진다.

상기의 접합 구조를 이용한 본 발명의 전기 접점의 구조의 단면도를 도 6 및 도 8에 도시한다. 도 6 및 도 8에 있어서, 부호 1은 고 전도성 금속으로 이루어지는 컵 형상 또는 막대 형상의 피접합 부재, 부호 2는 고 전도성 금속으로 이루어지는 기재, 부호 6은 내화성의 금속 또는 화합물과 고 전도성 금속을 포함해 부착 퇴적층(3)으로 이루어지는 접점층, 부호 7은 피접합 부재(1)와 기재(2) 사이의 공간을 보강하기 위한 지지 부재, 부호 8은 지지 부재(7)와 피접합 부재(1) 및 기재(2) 사이에 적재되는 납땜재, 부호 9는 피접합 부재(1)와 기재(2)의 중첩부에 설치된 위치 결정을 위한 단차이다.

도 6 및 도 8 각각에 있어서, (a)는 상기 접합 구조 중 도 1에 도시한 제1 구조에 의해 접합하는 전기 접점(100 및 300), (b)는 도 2에 도시한 제2 구조에 의해 접합하는 전기 접점(200 및 400)이다. 모든 경우에도 부착 퇴적층(3)이 접점층(6)을 겸함으로써, 피접합 부재(1)와 기재(2)의 접합, 및 기재(2) 상으로의 접점층(3)의 형성이 상술한 접합 기구에 의해 하나의 공정으로 동시에 달성할 수 있고, 저비용의 전기 접점의 제조, 납땜재를 사용하지 않는 접점 주변 부재의 접합이 가능해진다.

또한, 지지 부재(7)의 상하에 적재되는 납땜재(8)는 이후의 진공 밸브의 밀봉 납땜 과정에서 용융하고, 지지 부재(7)의 납땜 고정에 사용되는 것으로, 접점층(6)의 이면 중앙에 배치되기 때문에, 가동중의 온도 상승에 수반하는 납땜재 휘산의 영향은 작고, 지지 부재(7)의 고정에 지장이 없다면 생략해도 된다. 또한, 기재(2)에 설치된 단차(9)는 피접합 부재(1)와의 위치 결정 정밀도에 지장이 없으면 생략해도 된다. 또한, 도 6의 구조를 갖는 전기 접점(100 및 200)에 있어서, 사용하는 기재(2)의 관통 구멍(4)의 형상은, 도 9의 (a)의 평면도에 도시하는 것과 같은 원형으로 복수의 관통 구멍(4)을 둘레 방향에 균등하게 설치하는 것 이외에, 도 9의 (b)의 평면도에 도시하는 것과 같은 원주에 따른 장척 구멍으로서도 좋다. 이에 의해 접합부 치수가 증가하고, 접합 강도와 통전성의 향상에 유리하게 된다.

또한, 도 8의 구조를 갖는 전기 접점(300 및 400)에 있어서, 기재(2)와 피접합 부재(1)가 접하는 부분[관통 구멍(4)과 볼록부(5), 또는 피접합 부재(1)와 기재(2)의 중첩부]에 나사부를 설치하고, 기재(2)와 피접합 부재(1)를 나사 체결해 둠으로써, 후술하는 접점층(6)의 형성 과정에 있어서의 기재(2)의 기울어짐이나 탈락을 방지할 수 있다. 또한, 도 6의 구조를 이루는 전기 접점(100 및 200)은 도 7에 도시하는 구조로 할 수도 있다. 즉, 고 전도성 금속으로 이루어지는 그물을 기재(2)로 하고, 그 위에 접점층(6)을 형성한다. 이때, 평탄면에 이형제를 도포한 경질한 토대의 위에 그물을 설치하고, 그 위로부터 분말을 부착 퇴적시켜서 접점층(6)을 형성한다. 이 접점층(6)의 외경은 컵 형상의 피접합 부재(1)의 내경보다 작게 한다. 망 형상의 기재(2)와 접점층(6)이 일체화된 접점층(1100)을 피접합 부재(1) 및 납땜재(8)를 배치한 지지 부재(7)의 위에 적재하고, 망 형상의 기재(2)와 피접합 부재(1)가 겹치는 외주부에 대하여 분말을 부착 퇴적시켜서 체결한다(1200). 이 구조에서는 기재(2)가 퇴적의 작은 망 형상이기 때문에, 전기 접점(1200)을 경량화할 수 있고, 사용 재료의 삭감에도 연결된다.

본 발명의 전기 접점은 피접합 부재(1) 및 기재(2), 또는 접점층(6)의 일부를 구성하는 고 전도성 금속이 Cu 또는 Ag 또는 이것들을 주성분으로 하는 합금이다. 이에 의해, 통전에 수반되는 전기 접점의 온도 상승을 억제하고, 서로에 접촉하는 접점층(6)끼리의 용착을 방해하는 동시에, 양호한 통전 성능을 확보하는 것이 가능하다. 또한, 접점층(6)의 일부를 구성하는 내화성의 금속 또는 화합물을 Cr, Co, W, WC 중 적어도 1종 이상으로 하는 것이다. 이에 의해, 전기 접점으로 해서 필요한 내전압 특성(내아크성)이나 전류 차단 특성 등을 발현할 수 있다. 또한, 접점층(6)을 이루는 부착 퇴적층(3)은 입경이 75㎛ 이하에서, 상기한 내화성의 금속 또는 화합물과 고 전도성 금속의 분말(이하, 원료분이라고 함)로 구성되는 것이다. 이에 의해, 치밀한 부착 퇴적층(3)을 얻을 수 있는 동시에, 끼워맞춤부의 주위(도 1) 또는 관통 구멍(4)의 내부(도 2)에 대하여 효율적으로 원료분을 퇴적 충전하는 것이 가능해지고, 양호한 접합 상태가 얻어진다. 원료분의 입경이 대략 75㎛를 초과하면 분말 입자의 중량이 커지고, 원료분을 부착 퇴적시키기 위해서 필요한 충돌 속도를 얻을 수 없고, 또한 퇴적하는 입자간에 간극이 형성되기 쉬워지기 때문에, 치밀한 부착 퇴적층(3)을 얻을 수 없다.

도 10은 직경 방향으로 조성이 다른 복수의 접점층을 환형상으로 배치했을 경우의 본 발명의 전기 접점 구조의 단면도이다. 도 10에 있어서, 부호 47은 접점층(6)과 조성이 다른 제2 접점층, 부호 48은 접점층(6 및 47) 어느 하나와도 조성이 다른 제3 접점층이다. 도 10의 (a)는 2종류의 접점층(6 및 47)이 중심축 대칭으로 환형상으로 설치된 전기 접점(800), 도 10의 (b)는 3종류의 접점층(6, 47 및 48)이 중심축 대칭으로 동심원 형상으로 설치된 전기 접점(900), 도 10의 (c)는 2종류의 접점층(6 및 47)이 중심축 대칭으로 환형상으로 교대로 설치된 전기 접점(1000)이다. 전기 접점의 전기적 성능은 접점의 조성에 의해 변화된다. 따라서, 조성이 다른 복수의 접점층을 가짐으로써 복수의 기능, 예를 들어 차단 성능이나 내전압 성능, 저 서지성 등을 합쳐 갖는 전기 접점을 실현할 수 있다. 또한, 이 복수 조성의 접점층을 갖는 전기 접점은 도 6의 (a), (b), 도 7의 (b), 도 8의 (b)의 구조에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 또한, 조성이 다른 복수의 접점층이 중심축으로부터 외주로 향해서 방사상으로 교대로 배치된 전기 접점도 마찬가지로 실현 가능하다.

이상과 같은 접합 구조 및 전기 접점은 기재(2)와 피접합 부재(1)의 끼워맞춤부 또는 중첩 부위에 대하여, 부착 퇴적층(3)을 구성하는 원료분을 용사나 폭발 압축 성형 등의 방법에 의해 고속으로 충돌시켜, 분말이 소성 변형하고, 열적·기계적 합금화에 의해 부착 퇴적시킴으로써 얻어진다. 내화성의 금속 또는 화합물은 일반적으로 비교적 경질이기 때문에, 이 분말을 고속으로 충돌시켜도 소성 변형하기 어렵고, 목적으로 하는 부위에 대하여 대부분 부착 퇴적하지 않지만, 비교적 연질의 고 전도성 금속의 분말을 포함하면, 이것이 내화성의 금속 또는 화합물의 분말을 말려들게 하면서 퇴적하기 때문에, 상기와 같이 각각 성분이 다른 접점층(6, 47, 48)을 얻을 수 있다. 이 분말을 통한 열적·기계적 합금화에 의한 2개 부재의 접합은 도 11에 도시하는 것과 같은 피접합 부재(1)와 통전 부재(49)의 체결에도 사용할 수 있다. 즉, 피접합 부재(1)와 통전 부재(49)를 밀착시켜서 적재한 상태에서, 그 접촉부의 테두리에 따라 분말을 고속으로 충돌시켜, 부착 퇴적층(3)을 형성함으로써 양자를 체결할 수 있고, 이것은 도 6의 (b)이나 도 7의 (b)의 경우에도 적용할 수 있다.

또한, 부착 퇴적층(3)을 갖고 형성되는 접점층(6, 47, 48)은 각각, 그 두께 방향(전기 접점의 개폐 방향)에 있어서 조성을 단계적 또는 연속적으로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 접점층(6, 47, 48)을 용사에 의해 형성할 때, 공급하는 분말의 조성을 단계적 또는 연속적으로 변화시킴으로써, 접점층은 두께 방향으로 경사진 조성이 된다. 이때, 기재(2)측을 기재(2)와 밀착성이 높은 고 전도성 금속이 많은 조성으로 해서 접점층(6, 47, 48)의 표면측을 내화성의 금속 또는 화합물이 많은 조성으로 함으로써, 기재(2)와의 밀착성이 우수하고, 충분한 내전압 특성을 갖는 접점층(6, 47, 48)을 얻을 수 있다.

본 발명에 관한 진공 밸브는, 진공 용기 내에 한쌍의 고정측 접점 및 가동측 접점을 구비하는 것으로, 적어도 한쪽의 접점에 본 발명의 전기 접점을 가짐으로써, 진공중에서의 우수한 전류 차단 성능이나 내전압 성능 등을 발현할 수 있다.

본 발명에 관한 진공 차단기는, 상기한 진공 밸브내의 고정측 접점 및 가동측 접점의 각각에 진공 밸브 외부에 접속된 도체 단자와, 가동측 접점을 구동하는 개폐 수단을 구비하는 것으로, 이 진공 밸브가 본 발명에 관한 전기 접점을 가짐으로써, 진공 차단기로서 충분한 기능을 발휘할 수 있다.

본 발명에 관한 전력 개폐기는, 한쌍의 전기 접점 중의 한쪽이 본 발명의 전기 접점으로 되고, 한쌍의 전기 접점을 접촉 또는 개방 분리시킴으로써, 전류를 통전 또는 차단하는 기구를 구비한 것이다. 이에 의해 진공, 불활성 가스, 대기의 어느 하나의 분위기 중에서 충분한 전류 차단 성능 등 전력 개폐기로서의 성능을 발휘할 수 있다.

이하, 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 실시예에 의해 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

[실시예 1]

도 8 및 도 10의 (a)에 도시하는 구조에서, 접점층(6)이 표 1에 나타내는 조성(분석값)의 전기 접점(300, 400 및 800)을 제작했다. 모든 기재(2)는 직경 54㎜, 두께 5㎜, 관통 구멍(4)의 내경이 12㎜에서, 기재(2) 및 피접합 부재(1)는 무산소동이다. 또한, 비교품으로서, 관통 구멍(4)을 가지지 않는 기재(2)와 볼록부(5)를 가지지 않는 피접합 부재(1)를 Cu-Mn-Ni계 납땜재를 사용해서 납땜한 전기 접점도 제작했다.

우선, 본 실시예의 전기 접점(300 및 400)의 제작 방법에 대해서 설명한다. 접점층(6)의 조성이 Cu-Cr인 경우(표 1의 No. 1 , No. 2 및 No. 6), 원료분에는 입경 범위가 25 내지 75㎛의 Cu 분말 및 Cr 분말을 표 1에 나타내는 접점층(6)의 조성이 얻어지도록 배합한 혼합분을 사용했다. 접점층(6)의 조성이 Ag-WC인 경우(표 1의 No. 3 및 No. 4) , 원료분에는 입경 범위가 0.3 내지 45㎛의 Ag 분말 및 WC 분말을 표 1에 나타내는 접점층(6)의 조성이 얻어지는 것 같이 배합한 혼합분을 사용했다. 이들의 혼합분을, 기재(2)와 피접합 부재(1)를 조합한 상태에서, 기재(2)의 표면에 Ar+H₂ 혼합 가스를 사용해서 용사하고, 충돌시켜서 부착 퇴적시켰다. 접점층(6)의 조성이 표 1에 나타내는 범위로 연속적으로 변화된 No. 6에서는, Cu 분말과 Cr 분말 각각의 공급 계통을 별개로 제어하고, 접점층(6)의 두께 방향의 조성을 기재측에서 표면측에 단계적 또는 연속적으로 변화시켰다. 기재(2)의 표면에 원료분을 두께 약 3㎜ 퇴적시킨 후, 기계 가공에 의해 두께 약 2㎜까지 절삭해서, 접점층(6)과 기재(2)의 합계 두께가 약 5㎜인 전기 접점(300 및 400)을 얻었다.

다음에, 본 실시예의 전기 접점(800)의 제작 방법(표 1의 No. 5)에 대해서 설명한다. 원료분에는 상기의 혼합분을 사용했다. 우선, 기재(2)와 피접합 부재(1)를 조합한 상태에서, 내경 25㎜의 구멍이 생긴 차폐판(마스크)을 통해서, Ag-WC 혼합분을 기재(2)의 중앙부 표면에 Ar+H₂ 혼합 가스를 사용해서 용사하고, 충돌시켜서 부착 퇴적시켰다. 또한, 외경 25㎜의 차폐판(마스크)을 기재(2)의 중앙에 배치한 상태에서, Cu-Cr 혼합분을 마찬가지로 용사해서 부착 퇴적시켰다. 그 후, 상기와 동일한 기계 가공을 실시하고, 내주측(약 25㎜ 직경)에 Ag-WC의 접점층(6), 외주측에 Cu-Cr의 접점층(47)을 갖는 전기 접점(800)을 얻었다.

다음에, 비교품 중, 도 8의 (a)의 접합 구조를 갖고, 원료분의 입경 범위가 본 실시예와 다른 No. 9 및 No. 10의 전기 접점(300)의 제작 방법에 대해서 설명한다. 원료분에는, 입경 범위가 45 내지 105㎛ 및 80 내지 150㎛의 Cu 분말과 Cr 분말의 혼합분을 사용했다. 이 혼합분을, 상기의 본 실시예와 마찬가지의 방법에서 기재(2)의 표면에 용사한 후, 기계 가공에 의해 표면을 절삭하여, 접점층(6)과 기재(2)의 합계 두께가 약 5㎜인 전기 접점(300)을 얻었다.

계속해서, 비교품 중, 기재(2)와 피접합 부재(1)를 납땜에 의해 접합한 전기 접점(No. 7 및 No .8)의 제작 방법에 대해서 설명한다. 원료분에는, No. 1 내지 No. 5와 동일한 Cu-Cr 혼합분 및 Ag-WC 혼합분을 이용했다. 이들의 혼합분을, 상기의 본 발명품과 마찬가지의 방법에서 관통 구멍(4)을 가지지 않는 기재(2)의 표면에 용사한 후, 기계 가공에 의해 표면을 절삭하여, 접점층(6)의 두께를 약 2㎜로 했다. 이 기재(2)의 이면과 피접합 부재(1)의 평탄면(직경 12㎜) 사이에 Cu-Mn-Ni계 납땜재(두께 0.1㎜)를 적재하고, 진공 가열로를 사용해서 약 3×10^-3Pa의 진공중에서 960℃×10분의 가열을 하고, 접점층(6)을 표면에 갖는 기재(2)와 피접합 부재(1)가 납땜된 전기 접점을 얻었다.

이상과 같이, 본 실시예에 관한 접합 구조 및 제조 방법에 의해, 접점층(6)의 형성과 다른 부재와의 접합이 동시에 실시되어, 종래의 납땜법과 동일한 구조의 전기 접점이 얻어지는 것이 확인되었다. 또한, 본 실시예에 있어서의 접점층(6)의 형성에는 용사법을 사용했지만, 분말을 충돌시켜서 부착 퇴적하는 방법이면 다른 방법(예를 들어 폭발 압축 성형 등)에서도 동일한 전기 접점이 얻어진다.

[표 1]

[실시예 2]

실시예 1에서 제작한 전기 접점(300, 400 및 800)을 사용하여, 진공 차단기에 있어서의 전류 차단 기구부인 진공 밸브를 제작했다. 도 12는 본 실시예에 관한 진공 밸브(500)의 구조를 도시하는 단면도이고, 정격 사양은 전압 24㎸, 전류 1250A, 차단 전류 25㎄이다. 도 12에 있어서, 접점층(6a 및 6b), 기재(2a 및 2b), 피접합 부재(1a 및 1b)를 갖고, 각각(300, 400 또는 800)의 고정측 전기 접점 및 가동측 전기 접점을 구성한다. 부호 10은 차단시의 금속 증기 등의 비산을 방지하기 위해서 세라믹 절연통(16)의 내면에 설치되는 실드, 부호 11은 가동측 방향으로의 금속 증기 등의 비산을 방지하는 가동측 실드, 부호 15는 나사부를 갖고 외부 도체와 접속하기 위한 가동측 홀더, 부호 12a, 12b는 각각 고정 측단부판, 가동 측단부판, 부호 13은 진공 밸브(500) 내를 진공으로 유지한 채 가동측 홀더(15)를 상하시키기 위한 벨로즈, 부호 14는 가동 측단부판(12b)과 가동측 홀더(15) 사이의 미끄럼 이동 부분을 지지하기 위한 가이드이다.

이상은 비교적 융점이 낮은 납땜재를 사용해서 고 진공중에서 접합되고, 내부가 고 진공으로 밀봉된다. 이 진공 밀봉 납땜의 방법은 다음과 같다. 이들의 부재를 도 12에 도시하는 상태로 짜 올리고, 그 때 접합을 필요로 하는 개소에 두께 0.1㎜의 은(Ag-Cu계 납땜재)을 적재했다. 이것을 진공 가열로중에서 약 3×10^-3Pa의 진공중, 820℃×12분 가열을 하고, 진공 밸브(500) 내를 진공으로 유지한 채 밀봉했다.

얻어진 진공 밸브(500)의 단자간[피접합 부재(1a)와 가동측 홀더(15) 사이]의 전기 저항값을 측정한 결과를 표 1에 합쳐서 도시한다. 또한, 이 전기 저항값은 진공 밸브(500) 내가 진공인 것에 의한 자폐력에 의해 접점층(6a 및 6b)이 폐쇄한(접촉한) 상태에서 측정한 것으로, 전기 접점(300, 400 또는 800)을 구성하는 각 부재간의 접합 상태의 목표가 된다. 종래의 접합 방법인 납땜에 의해 제작한 전기 접점에서는, 접점층(6)이 Cu-Cr인 경우는 12.6μΩ(No. 7), Ag-WC인 경우는 13.4μΩ(No. 8)이었다. 이것에 비해, 도 8의 (a), (b) 각각의 접합 구조에서 제작한 전기 접점(300, 400 또는 800)을 내장한 본 실시예의 진공 밸브(500)(No. 1 내지 No. 4, 및 No. 6)는 어느 접점층(6)의 조성인 경우도, 납땜에 의해 제작한 No. 7 및 No. 8보다도 작은 값으로, 납땜재층을 갖지 않기 위해서 저항이 작다. 특히 경사 조성을 가지는 No. 6은, 납땜인 경우(No, 7)보다도 저항은 약 5% 작아졌다. 도 10의 (a)의 구조를 갖는 전기 접점(800)(No. 5)은 No. 7과 No. 8 사이의 저항값을 도시했다. 한편, 입경이 본 실시예의 범위외인 원료분을 사용한 비교품의 진공 밸브(500)(No. 9 및 No. 10)에서는, 종래의 납땜법에 의한 No. 7에 비해 저항값이 크고, 원료분의 입경이 커짐에 따라서 저항값이 커지는 경향이 보였다. No. 9 및 No. 10의 접점층(6) 및 접합부 주변의 단면 조직을 관찰한 바 기공이 많이 보이고, 이 기공은 원료분의 입경이 커짐에 따라서 증가하는 경향이 보였다. 이것으로부터, 원료분의 입경이 크고 접점층(6)의 세밀화가 부족하고, 이것이 저항값 증대의 요인이 된다. 따라서, 원료분의 입경은 본 실시예의 범위에 있는 것이 바람직한 것이 확인되었다.

이상과 같이, 본 실시예에 관한 전기 접점이 납땜재를 사용하는 일이 없이 건전한 접합 상태를 갖고, 종래의 납땜법과 동등한 전기적 성능이 얻어지는 것이 확인되었다.

[실시예 3]

실시예 2에서 제작한 진공 밸브(500)를 도 13에 도시하는 구조의 진공 차단기(600)에 내장했다. 진공 차단기(600)는 조작 기구부를 전방면에 배치하고, 배면에 진공 밸브(500)를 지지하는 3상 일괄형의 3조의 에폭시통(17)을 배치한 구조이다. 진공 밸브(500)는 절연 조작 로드(18)를 통해서, 조작 기구에 의해 개폐된다. 차단기가 폐로 상태인 경우, 전류는 상부 단자(19), 전기 접점(300, 400 또는 800), 집전자(20), 하부 단자(21)를 흐른다. 전극간의 접촉력은 절연 조작 로드(18)에 장착된 접촉 스프링(22)에 의해 유지되어 있다. 전극간의 접촉력 및 단락 전류에 의한 전자력은 지지 레버(23) 및 프로프(prop)(24)로 유지되고 있다. 투입 코일(32)을 여자하면 개로 상태로부터 플런저(25)가 노킹 로드(26)를 통해서 롤러(27)를 누르면, 주 레버(28)를 돌려서 전극간을 폐쇄한 뒤, 지지 레버(23)에서 보유지지하고 있다. 차단기가 트리핑 자유 상태에서는, 트리핑 코일(29)이 여자되고, 트리핑 레버(30)가 프로프(24)의 결합을 분리하고, 주 레버(28)가 돌아 전극 사이가 열린다. 차단기가 개로 상태에서는, 전극 사이가 열린 뒤, 리셋 스프링(31)에 의해 링크가 복귀하고, 동시에 프로프(24)가 결합한다. 이 상태에서 투입 코일(32)을 여자하면 폐로 상태로 된다. 또한, 부호 33은 배기통이다.

실시예 1에서 제작한 전기 접점(300, 400 및 800)을 내장한 진공 밸브(500)를 진공 차단기(600)에 내장한다. 이 상태에서 차단 시험에 제공하고, 최대 차단 전류와 초핑 전류를 측정한 결과를 표 1에 합쳐서 도시한다. 본 실시예 중, No. 1 내지 No. 4 및 No. 6은 종래의 납땜에서 접합된 Cu-Cr, Ag-WC 각각의 접점층(6)을 갖는 No. 7, No. 8에 비해, 최대 차단 전류, 초핑 전류와도 동등한 값을 갖고, 실용적인 성능을 갖는 것이 확인되었다. 또한, 복수 조성의 접점층(6 및 47)을 갖는 No. 5는 최대 차단 전류와 초핑 전류의 값이 No. 7과 No.8 중간값을 나타내고, 차단 성능과 저 서지성을 합쳐 갖는 전기적 특성을 갖는 것이 확인되었다.

계속해서, 실시예 2에서 제작한 진공 밸브(500)를 진공 차단기(600) 이외의 진공 개폐 장치에 탑재했다. 도 14는 실시예 2에서 제작한 진공 밸브(500)를 탑재한 부하 개폐기(700)이다.

이 부하 개폐기는 주 회로 개폐부에 상당하는 진공 밸브(500)가 진공 밀봉된 외측 진공 용기(34) 내에 복수쌍 수납된 것이다. 외측 진공 용기(34)는 상부 판재(35)와 하부 판재(36) 및 측부 판재(37)를 구비하고, 각 판재의 주위(테두리)가 서로 용접에 의해 접합되어 있는 동시에, 설비 본체와 함께 설치되어 있다.

상부 판재(35)에는, 상부 관통 구멍(38)이 형성되어 있고, 각 상부 관통 구멍(38)의 테두리에는 환형상의 절연성 상부 베이스(39)가 각 상부 관통 구멍(38)을 덮도록 고정되어 있다. 그리고, 각 상부 베이스(39)의 중앙에 형성된 원형 공간부에는, 원기둥 형상의 가동측 전극 막대(46b)가 왕복 운동(상하 이동) 가능하게 삽입되어 있다. 즉, 각 상부 관통 구멍(38)은 상부 베이스(39)와 가동측 전극 막대(46b)에 의해 폐색되어 있다.

가동측 전극 막대(46b)의 축방향 단부(상부측)는 외측 진공 용기(34)의 외부에 설치되는 조작기(전자기 조작기)에 연결되도록 되어 있다. 또한, 상부 판재(35)의 하부측에는, 각 상부 관통 구멍(38)의 테두리에 따라 외측 벨로즈(40)가 왕복 운동(상하 이동) 가능하게 배치되어 있고, 각 외측 벨로즈(40)는 축방향의 일단부측이 상부 판재(35)의 하부측에 고정되고, 축방향의 타단부측이 각 가동측 전극 막대(46b)의 외주면에 장착되어 있다. 즉, 외측 진공 용기(34)를 밀폐 구조로 하기 위해서, 각 상부 관통 구멍(38)의 테두리에는 각 가동측 전극 막대(46b)의 축방향을 따라서 외측 벨로즈(40)가 배치되고 있다. 또한, 상부 판재(35)에는 배기관(도시 생략)이 연결되고, 이 배기관을 통해서 외측 진공 용기(34) 내가 진공 배기되도록 되어 있다.

한편, 하부 판재(36)에는 하부 관통 구멍(41)이 형성되어 있고, 각 하부 관통 구멍(41)의 테두리에는 절연성 부싱(42)이 각 하부 관통 구멍(41)을 덮도록 고정되어 있다. 각 절연성 부싱(42)의 저부에는, 환형상의 절연성 하부 베이스(43)가 고정되어 있다. 그리고, 각 하부 베이스(43)의 중앙의 원형 공간부에는, 원기둥 형상의 고정측 전극 막대(46a)가 삽입되어 있다. 즉, 하부 판재(36)에 형성된 하부 관통 구멍(41)은 각각 절연성 부싱(42), 하부 베이스(43) 및 고정측 전극 막대(46a)에 의해 폐색되어 있다. 그리고, 고정측 전극 막대(46a)의 축 방향의 일단부측(하부측)은 외측 진공 용기(34)의 외부에 배치된 케이블(배전선)에 연결되도록 되어 있다.

외측 진공 용기(34)의 내부에는, 부하 개폐기의 주 회로 개폐부에 상당하는 진공 밸브(500)가 수납되어 있고, 각 가동측 전극 막대(46b)는 2개의 만곡부를 갖는 플렉시블 도체(가요성 도체)(44)를 통해서 서로 연결되어 있다. 이 플렉시블 도체(44)는 축방향에 있어서 2개의 만곡부를 갖는 도전성 판재로서의 동판과 스테인리스판을 교대로 복수매 적층해서 구성되어 있다. 플렉시블 도체(44)에는 관통 구멍(45)이 형성되어 있고, 각 관통 구멍(45)에 각 가동측 전극 막대(46b)를 삽입해서 서로 연결된다.

이상과 같이, 실시예 2에서 제작한 본 발명에 관한 진공 밸브는 진공 차단기나 패드 마운트 변압기(pad mount transformer)용의 부하 개폐기에 적용 가능하고, 이외의 스위치 기어 등의 각종 진공 개폐 장치에도 적용할 수 있다.

1, 1a, 1b : 피접합 부재
2, 2a, 2b : 기재
3 : 부착 퇴적층
4, 45 : 관통 구멍
5 : 볼록부
6, 6a, 6b : 접점층
7 : 지지 부재
8 : 납땜재
9 : 단차
10 : 실드
11 : 가동측 실드
12a : 고정측 단판
12b : 가동측 단판
13 : 벨로즈
14 : 가이드
15 : 가동측 홀더
16 : 세라믹 절연통
17 : 에폭시통
18 : 절연 조작 로드
19 : 상부 단자
20 : 집전자
21 : 하부 단자
22 : 접촉 스프링
23 : 지지 레버
24 : 프로프
25 : 플런저
26 : 노킹 로드
27 : 롤러
28 : 주 레버
29 : 당김 분리 코일
30 : 당김 분리 레버
31 : 리셋 스프링
32 : 투입 코일
33 : 배기통
34 : 외측 진공 용기
35 : 상부 판재
36 : 하부 판재
37 : 측부 판재
38 : 상부 관통 구멍
39 : 상부 베이스
40 : 외측 벨로즈
41 : 하부 관통 구멍
42 : 절연성 부싱
43 : 하부 베이스
44 : 플렉시블 도체
46a : 고정측 전극 막대
46b : 가동측 전극 막대
47 : 제2 접점층(접점층)
48 : 제3 접점층(접점층)
49 : 통전 부재
100, 200, 300, 400, 800, 900, 1000, 1200 : 전기 접점
500 : 진공 밸브
600 : 진공 차단기
700 : 부하 개폐기
1100 : 동망상에 형성한 접점층(접점층)

Claims

삭제
제1 부재와,
관통 구멍을 갖고, 상기 제1 부재 상에 설치된 제2 부재와,
금속을 포함하는 분말을 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 양방에 걸쳐 부착 퇴적시키고, 열적·기계적 합금화에 의해 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접합하는 부착 퇴적층을 구비하고,
상기 제1 부재 및 상기 부착 퇴적층 중 어느 하나가 상기 관통 구멍에 끼워맞춰지는 볼록부를 갖는, 접합 구조를 갖는 전기 접점이며,
상기 제1 부재는 컵 형상이고, 상기 부착 퇴적층은 내화성의 금속 또는 화합물과 고 전도성 금속을 포함하는 접점층이며, 상기 제2 부재의 일면과 상기 제1 부재의 컵 형상의 개방 단부가 상기 접합 구조로 접합되는 것을 특징으로 하는, 전기 접점.
제1 부재와,
관통 구멍을 갖고, 상기 제1 부재 상에 설치된 제2 부재와,
금속을 포함하는 분말을 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 양방에 걸쳐 부착 퇴적시키고, 열적·기계적 합금화에 의해 상기 제1 부재와 상기 제2 부재를 접합하는 부착 퇴적층을 구비하고,
상기 제1 부재 및 상기 부착 퇴적층 중 어느 하나가 상기 관통 구멍에 끼워맞춰지는 볼록부를 갖는, 접합 구조를 갖는 전기 접점이며,
상기 제1 부재는 막대 형상이고, 상기 부착 퇴적층은 내화성의 금속 또는 화합물과 고 전도성 금속을 포함하는 접점층이며, 상기 제2 부재의 일면과 막대 형상의 상기 제1 부재의 일단이 상기 접합 구조로 접합되는 것을 특징으로 하는, 전기 접점.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 고 전도성 금속은 Cu 또는 Ag 또는 그것들의 합금이며, 상기 내화성의 금속 또는 화합물은 Cr, Co, W, WC 중 적어도 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 전기 접점.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 접점층은 상기 내화성의 금속 또는 화합물의 분말과 상기 고 전도성 금속의 분말의 입경이 75㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 전기 접점.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 접점층은, 직경 방향에 있어서, 동심원 형상으로 다른 조성으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 전기 접점.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 접점층은, 두께 방향에 있어서, 그 조성이 단계적 또는 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는, 전기 접점.
제2항 또는 제3항에 기재된 전기 접점의 제조 방법이며,
상기 부착 퇴적층을 구성하는 상기 내화성의 금속 또는 화합물의 분말과 상기 고 전도성 금속의 분말을, 상기 제2 부재와 상기 제1 부재가 끼워맞춰지는 상기 볼록부 또는 상기 제2 부재의 상기 관통 구멍에 대하여 고속으로 충돌시켜서, 상기 분말의 소성 변형을 수반하는 열적·기계적 합금화에 의해 부착 퇴적시키는 것을 특징으로 하는, 전기 접점의 제조 방법.
진공 용기 내에 한 쌍의 고정측 접점 및 가동측 접점을 구비한 진공 밸브에 있어서, 상기 고정측 접점 및 가동측 접점의 적어도 한쪽이 제2항 또는 제3항에 기재된 전기 접점을 갖는, 진공 밸브.
제9항에 기재된 진공 밸브와, 상기 진공 밸브 내의 상기 고정측 접점 및 가동측 접점의 각각에 상기 진공 밸브 외에 접속된 도체 단자와, 상기 가동측 접점을 구동하는 개폐 수단을 구비하는, 진공 차단기.
한 쌍의 전기 접점 중 어느 한쪽이 제2항 또는 제3항에 기재된 전기 접점으로 이루어지고, 진공, 불활성 가스, 대기의 어느 하나의 분위기 중에서 상기 한 쌍의 전기 접점을 접촉 또는 개방 분리시킴으로써, 전류를 통전 또는 차단하는 기구를 구비한, 전력 개폐기.
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