説明

真空バルブ用接合材料

【課題】 接点と電極を強固に接合し、大容量化や多頻度開閉に適する真空バルブ用接合材料を提供する。
【解決手段】 Ag−炭化物系合金からなる接点6、8とCuからなる電極5、9とを接合材料で接合する真空バルブ用接合材料において、接合材料には、接点系と同様のAgと電極と同様のCuとをベース材料とし、接点系の炭化物を構成する金属と同一の金属を添加し、接点6、8と電極5、9とを接合した接合部7、10には、炭化物が形成されることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、真空バルブに用いられる接点と電極とを接合する真空バルブ用接合材料に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、真空バルブの接点と電極を接合する接合材料には、Ag−Cu合金系のろう材が用いられており、Sn、Niなどを添加し、所定温度での粘性率を定めたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、所定温度での固相率を定めたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
【0003】
これらにより、接点と電極を強固に接合することができ、接点開閉時の機械的、熱的衝撃に対し、接合部分の剥離、分離の防止が図られてきた。しかしながら、真空バルブが大容量化し、多頻度開閉に適用しようとすると、機械的、熱的衝撃が増大するので、更に強固に接合しなくてはならない。また、低サージ化、高耐電圧化などの要求性能を満足させるため、各種の接点材料が用いられるが、これらの接点材料にも相性がよく、強固に接合することのできる接合材料が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−262267号公報
【特許文献2】特開2005−78952号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、各種の接点材料よりなる接点と電極を強固に接合し、増大する機械的、熱的衝撃に耐え得る真空バルブ用接合材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、実施形態の真空バルブ用接合材料は、Ag−炭化物系合金からなる接点とCuからなる電極とを接合材料で接合する真空バルブ用接合材料において、前記接合材料には、AgとCuとのベース材料に、前記炭化物と同一の金属を添加し、前記接点と前記電極とを接合した接合部には、前記炭化物が形成されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の実施形態に係る真空バルブの構成を示す断面図。
【図2】本発明の実施形態に係る真空バルブの接点と電極の接合部分を説明する拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
(真空バルブの構成)
真空バルブの構成を図1を参照して説明する。図1に示すように、アルミナ磁器からなる筒状の真空絶縁容器1の両端開口部には、碗状の固定側封着金具2と可動側封着金具3が封着されている。固定側封着金具2には、固定側通電軸4が貫通固定され、真空絶縁容器1内の端部に例えば縦磁界を発生させる電気銅からなる固定側電極5が固着されている。固定側電極5の可動側表面には、各種の接点材料からなる固定側接点6が固定側接合部7で接合されている。
【0009】
固定側接点6に対向し、これと同様の接点材料からなる接離自在の可動側接点8が、固定側電極5と同様に例えば縦磁界を発生させる電気銅からなる可動側電極9に可動側接合部10で接合されている。可動側電極9には、可動側封着金具3を移動自在に貫通する可動側通電軸11の端部が固着されている。可動側通電軸11の中間部には、伸縮自在のベローズ12の一方端が封着され、他方端が可動側封着金具3に封着されている。これにより、真空絶縁容器1内の真空を保って可動側通電軸11を軸方向に移動させることができる。接点6、8の外周には、筒状のアークシールド13が設けられている。
【0010】
(接合部7、10の構成)
接合部7、10の構成を図2を参照して説明する。図2(a)に示すように、接点6、8と電極5、9間は、厚さ約100μmの接合部7、10で接合されるものの、図2(b)に示すように、条件によっては接合材料の主成分14と、接点材料と接合材料に含まれる金属成分で生成された炭化物15が形成されることがある。炭化物15は、接点6、8との境界部に形成される。
【0011】
この接合は、真空バルブを構成する部材を一括して接合する全体組立時に行った。なお、他の方法として、固定側部材と可動側部材をそれぞれ部分組立しておき、これらを真空絶縁容器1に組合せる全体組立の製造がある。
【0012】
(評価方法)
表1に示す各種の接点材料を用いた接点6、8と電極5、9を、各種の接合材料を用いて接合した。これを真空遮断器の操作機構を模擬した試験装置に組込み、1000回の開閉試験を行い、接点6、8の剥離、離脱などを調査した。衝撃荷重は、一般の真空遮断器よりも大きくし約1.2倍とした。試験後には、接合部7、10の断面を電子顕微鏡で観察し、構成元素を付属の判定量分析器で調査した。結果は、接点6、8が正常に接合されているものを○とし、ずれ、剥離などあるものを×とした。
【0013】
以下、表1を参照し、結果を説明する。
【実施例】
【0014】
(比較例1、実施例1、2)
比較例1では、接合材料として共晶銀ろうAg−28Cuを用い、Ag−60WCの接点6、8とCuからなる電極5、9を900℃の真空中で接合した。なお、元素前の数字は質量%を表し、この表記を省略している。以下、同様である。その結果、開閉試験後に接点6、8に僅かなずれがあり、接合性は不良であった。接合部7、10には、WCが検出されただけであった。
【0015】
実施例1では、接合材料としてAg−27Cu−2Wを用い、Ag−60WCの接点6、8と電極5、9を900℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点6、8は良好に接合されていた。接合部7、10には、接合材料の主成分14とともに、接点6、8から溶出して形成された炭化物15のW−Cu−Cが接点6、8との界面近傍に形成されていた。
【0016】
炭化物15は、熱膨張率などの物性値が接点材料と接合材料の中間値に位置し、優れた接合性を発揮したものと考えられる。また、炭化物15の金属元素のWは、接合材料に添加する金属元素と同一のため、更に接合性が向上したものと考えられる。なお、接合材料には、電極5、9に用いられるCuと、接点材料に用いられるAgがベース材料となっている。
【0017】
実施例2では、接合材料としてAg−27Cu−2Wを用い、Ag−50WC−10WCの接点6、8と電極5、9を900℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点6、8は良好に接合されていた。接合部7、10には、接合材料の主成分14とともに、炭化物15のW−Cu−Cが形成されていた。
【0018】
(実施例3〜8)
実施例3では、接合材料としてAg−26Cu−3Moを用い、Ag−55MoCの接点6、8と電極5、9を900℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点6、8は良好に接合されていた。接合部7、10には、接合材料の主成分14とともに、炭化物15のMoCが形成されていた。
【0019】
実施例4では、接合材料としてAg−26Cu−3Moを用い、Ag−55MoCの接点6、8と電極5、9を900℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点6、8は良好に接合されていた。接合部7、10には、接合材料の主成分14とともに、炭化物15のMoCが形成されていた。
【0020】
実施例5では、接合材料としてAg−27Cu−1Zrを用い、Ag−50ZrCの接点6、8と電極5、9を900℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点6、8は良好に接合されていた。接合部7、10には、接合材料の主成分14とともに、炭化物15のZrCが形成されていた。
【0021】
実施例6では、接合材料としてAg−28Cuを用い、Ag−50ZrCの接点6、8と、Zrをイオンプレーティングで1μm成膜した電極5、9を900℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点6、8は良好に接合されていた。接合部7、10には、接合材料の主成分14とともに、炭化物15のZrCが形成されていた。
【0022】
実施例7では、接合材料としてAg−27Cu−1Tiを用い、Ag−55TiCの接点6、8と電極5、9を900℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点6、8は良好に接合されていた。接合部7、10には、接合材料の主成分14とともに、炭化物15のTiCが形成されていた。
【0023】
実施例8では、接合材料としてAg−28Cuを用い、Ag−55TiCの接点6、8と、Tiを電気めっきで2μm成膜した電極5、9を900℃の真空中で接合した。その結果、開閉試験において、接点6、8は良好に接合されていた。接合部7、10には、接合材料の主成分14とともに、炭化物15のTiCが形成されていた。
【0024】
(実施例9〜12)
実施例9〜12では、炭化物系接点材料に補助成分を添加した。実施例9ではAg−50WC−1Coの接点6、8をAg−27Cu−2Wで接合し、実施例10ではAg−50MoC−1Niの接点6、8をAg−26Cu−3Moで接合し、実施例11ではAg−50ZrC−1Feの接点6、8をAg−27Cu−1Zrで接合し、実施例12ではAg−50TiC−1Crの接点6、8をAg−27Cu−1Tiで接合した。その結果、開閉試験において、接点6、8は良好に接合されていた。接合部7、10には、それぞれW、Mo、Zr、Tiを含んだ炭化物15が形成されていた。
【0025】
(実施例13〜15)
実施例13〜実施例15では、接合時の雰囲気を変化させた。実施例13では水素中、実施例14ではアルゴン中、実施例15では窒素中の不活性雰囲気中で、Ag−50ZrCの接点6、8をAg−27Cu−1Zrで接合した。その結果、開閉試験において、接点6、8は良好に接合されていた。接合部7、10には、炭化物15のZrCが形成されていた。
【0026】
(実施例16〜18、比較例2)
実施例16〜18、比較例2では、処理温度を680〜950℃の範囲で変化させた。実施例16では950℃、実施例17では800℃、実施例18では700℃、比較例2では680℃で、Ag−55TiC接点6、8をAg−27Cu−1Tiで接合した。その結果、開閉試験において、実施例16〜18では接点6、8が良好に接合されていた。比較例2では接点6、8にずれが生じていた。接合部7、10には、全ての条件で炭化物15のTiCが形成されていた。
【0027】
上記実施例の真空バルブ用接合材料によれば、Ag−炭化物系合金からなる接点6、8と電極5、9を接合する接合材料に、AgとCuをベース材料とし、炭化物15と同一の元素である金属を添加することにより、接点6、8と電極5、9を強固に接合することができる。接合部7、10には、この炭化物が形成されており、強固に接合していることが裏付けられていた。
【0028】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0029】
1 真空絶縁容器
2、3 封着金具
4、11 通電軸
5、9 電極
6、8 接点
7、10 接合部
12 ベローズ
13 アークシールド
14 主成分
15 炭化物
【表1】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ag−炭化物系合金からなる接点とCuからなる電極とを接合材料で接合する真空バルブ用接合材料において、
前記接合材料には、AgとCuとのベース材料に、前記炭化物と同一の金属を添加し、
前記接点と前記電極とを接合した接合部には、前記炭化物が形成されることを特徴とする真空バルブ用接合材料。
【請求項2】
前記炭化物を構成する金属は、それぞれW、Mo、Zr、Tiであることを特徴とする請求項1に記載の真空バルブ用接合材料。
【請求項3】
前記接合部の前記接点との界面に、前記炭化物が形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の真空バルブ用接合材料。
【請求項4】
前記接点に補助成分としてCo、Ni、Fe、Crの少なくとも1種類を含有させることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の真空バルブ用接合材料。
【請求項5】
前記接合材料を温度700〜950℃の不活性雰囲気中で熱処理したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の真空バルブ用接合材料。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2013−25870(P2013−25870A)
【公開日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−156155(P2011−156155)
【出願日】平成23年7月14日(2011.7.14)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】