(57)【要約】      （修正有）【課題】ろう材の加熱温度を低減させ、製造コストを削減することができる真空バルブを提供する。【解決手段】複数の部材を接合させてなる真空バルブ１であって、接合された部材のうち少なくとも１つは、ろう材８により接合されている。ろう材８には、金、銀、銅又はこれらの合金、酸化銀、酸化銅の何れかのナノ粒子が１種又は２種以上含まれている。このようなろう材８を用いることで、ろう付け時の加熱温度を４００度以下にすることができる。【選択図】図１
2020136004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部材を接合させてなる真空バルブであって、
前記部材のうち少なくとも１つは、ろう材により接合され、
前記ろう材は、金、銀、銅、又はこれらの合金、酸化銀、酸化銅の何れかのナノ粒子が１種又は２種以上含まれていること、
を特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
絶縁部材からなる絶縁筒及び前記絶縁筒の両端の開口を塞ぐ封着部を有する真空容器を備え、
前記絶縁筒及び前記封着部は、前記ろう材により接合されていること、
を特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項３】
接合された前記複数の部材は、全て前記ろう材により接合されていること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の真空バルブ。
【請求項４】
前記絶縁筒は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からなること、
を特徴とする請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項５】
前記絶縁筒の厚みは、７．５ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下であること、
を特徴とする請求項４に記載の真空バルブ。
【請求項６】
前記真空容器は、周囲を絶縁性樹脂で覆われていること、
を特徴とする請求項４又は５に記載の真空バルブ。
【請求項７】
前記複数の部材には、
絶縁部材からなる絶縁筒及び前記絶縁筒の両端の開口を塞ぐ封着部を有する真空容器と、
前記真空容器内に対向に配置される一対の電極と、
前記電極それぞれに固着された一対の通電棒と、
が含まれ、
前記封着部、前記電極、前記通電棒の少なくとも１つは、アルミニウムを主成分とする金属からなること、
を特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
短絡が起こった場合などに電気回路の開閉を行い、電流を遮断する真空遮断器が知られている。真空遮断器は、真空バルブが真空中で導通、遮断を行うことで、電気回路の開閉を行っている。この真空バルブは、ろう付け工程によって、各種部材が接合されている。ろう付け工程とは、各種部材間にろう材を設置し、真空中でろう材を溶融させ、部材間にろう材を溶け広がらせた後、冷却させて各部材を接合する工程である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４４５８７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、ろう材としては、銀と銅の２元系共晶合金からなる、所謂銀ろうが用いられている。この種のろう材は、溶融温度が高いため、約８００度〜９００度まで加熱する必要がある。そのため、高温まで加熱できる装置を用いる必要があり、また、加熱に要する時間がかかるため１つの真空バルブを製造するのに時間がかかり、製造コストの増大を招いていた。
【０００５】
また、真空バルブを構成する各種部材は、ろう材を溶融する温度に耐えることができる材料を用いる必要がある。つまり、各種部材は、約８００度〜９００度以上の高い耐熱性を有する必要がある。そのため、耐熱性の高い高価な材料を選択せざるを得ず、製造コストが増大していた。
【０００６】
本発明の実施形態は、ろう付け時の加熱温度を低減させ、製造コストを削減することができる真空バルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態の真空バルブは、複数の部材を接合させてなる真空バルブであって、前記部材のうち少なくとも１つは、ろう材により接合され、前記ろう材は、金、銀、銅、又はこれらの合金、酸化銀、酸化銅の何れかのナノ粒子が１種又は２種以上含まれている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の真空バルブの全体構成を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態の絶縁筒と封着部の接合状態を示す拡大図である。
【図３】第２の実施形態の絶縁筒と封着部の接合状態を示す拡大図である。
【図４】第３の実施形態の真空バルブの全体構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の真空バルブについて図面を参照しつつ説明する。図１は、第１の実施形態の真空バルブの全体構成を示す断面図である。図２は、第１の実施形態の絶縁筒と封着部の接合状態を示す拡大図である。
【００１０】
真空バルブ１は、真空遮断器の構成部品であり、真空の中で電路の導通、遮断を行う。真空バルブ１は、複数の部材をろう材８によるろう付けによって接合することで構成される。ろう付けとは、ろう材を部材間に置き、加熱によりろう材を溶融させ、部材間に広げ、その後冷却することで接合させる手法である。
【００１１】
ろう材８は、金、銀、銅、又はこれらの合金、酸化銀、酸化銅の何れかのナノ粒子が１種又は２種以上含まれている。このようなろう材８を使用することで、ろう付けの際の加熱温度を４００度以下に抑えることができる。本実施形態では、このろう材８によって複数の部材全てがろう付けされている。複数の部材には、図１に示すように、真空容器２、一対の通電棒３、一対の電極４、アークシールド５及びベローズ６が含まれる。
【００１２】
真空容器２は、密閉された空間が真空である容器である。真空とは、これに限られないが、例えば、１０−２Ｐａ以下であることが望ましい。この真空容器２は、絶縁筒２１及び封着部２２を有する。絶縁筒２１は、両端が開口した円筒形状を有する。この絶縁筒２１は、絶縁性を有する材質からなる。本実施形態では、絶縁筒２１は、セラミックスからなる。
【００１３】
封着部２２は、絶縁筒２１の両端の開口を塞ぐ部材である。また、封着部２２は、アルミニウムを主成分とする金属からなる。主成分とするとは、含有する金属の中で含有量が最も多いことをいう。主成分の定義については、以下の記載においても同義である。この封着部２２が、絶縁筒２１の両端の開口を塞ぎ、ろう付けすることで絶縁筒２１と封着部２２は気密に接合し、真空容器２の内部が密閉される。図２に示すように、封着部２２と絶縁筒２１は、ろう材８によって直接接合している。
【００１４】
なお、絶縁筒２１と封着部２２とをろう材８により接合する前に、絶縁筒２１の封着部２２との接合部分に、スパッタ、蒸着及びメッキといった方法により、メタライズ処理を施してもよい。メタライズ処理は、セラミックスなどの非金属の表面に金属膜を形成して金属材料と接合しやすくする処理である。このような処理を施すことで、絶縁筒２１と封着部２２をより強固に接合させることができる。
【００１５】
通電棒３は、円柱形状を有する。通電棒３は、アルミニウムを主成分とする金属からなる。一対の通電棒３は、それぞれを固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂと称する。固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂは、絶縁筒２１の中心軸である軸Ｘと共通軸を有し、対向に配置される。封着部２２の中心は、開口しており、固定側通電棒３Ａは、この開口にろう材８により固定されている。一方、可動側通電棒３Ｂは、軸Ｘに沿って移動できる。
【００１６】
電極４は、アルミニウムを主成分とする金属からなる。電極４としては、縦磁界電極、スパイラル電極、平板電極など種々の電極を用いることができる。電極４は、一対あり、それぞれを固定側電極４Ａ及び可動側電極４Ｂと称する。固定側電極４Ａは、真空容器２内に延びた固定側通電棒３Ａの端部にろう材８によって固着される。一方、可動側電極４Ｂは、真空容器２内に延びた可動側通電棒３Ｂの端部にろう材８によって固着される。
【００１７】
固定側電極４Ａ及び可動側電極４Ｂは、それぞれ接点４１を有する。互いの接点４１が接触することで、閉路状態となる。接点４１は、例えば、銅合金からなる。接点４１は、通電棒３と接合する電極４の面の反対面に配置される。接点４１は、電極４とろう材８により接合している。なお、接点４１には、互いの接点４１が接触する箇所のみではなく、電流遮断時に電極間に生じるアークと接する電極４の表面も含まれる。
【００１８】
アークシールド５は、アークの発生により飛散した金属溶融物が絶縁筒２１に付着し、真空容器２の絶縁性能が低下することを防止する。アークシールド５は、例えば、ステンレスや銅からなる。アークシールド５は、両端が開口した円筒形状を有する。アークシールド５は、真空容器２内に、固定側電極４Ａ及び可動側電極４Ｂを取り囲むように、アークシールド５の円筒軸が絶縁筒２１の軸Ｘと平行になるように設けられている。アークシールド５の外周面は、絶縁筒２１に向けて延びる突起を有する。この突起の端部は、ろう材８により絶縁筒２１と接合され、支持されている。
【００１９】
ベローズ６は、伸縮可能な蛇腹状の伸縮管であり、金属等の材料から成る。ベローズ６の内部は、可動側通電棒３Ｂが貫通している。ベローズ６の一方端部は、封着部２２の開口を覆うように封着部２２とろう材８により固定されている。一方、ベローズ６の他方端部は、可動側通電棒３Ｂとろう材８により固定されている。これにより、封着部２２の開口から真空容器２内に大気が流入することを防止でき、真空容器２内の真空が保持される。なお、ベローズ６は、アークの発生により飛散した金属溶融物がベローズ６に付着することを防ぐベローズカバー６１を有している。ベローズカバー６１は、可動側通電棒３Ｂにろう材８により固定されている。
【００２０】
（作用・効果）
以上のように、本実施形態の真空バルブ１は、複数の部材を接合させてなる真空バルブ１であって、接合された部材は、ろう材８により接合され、ろう材８は、金、銀、銅、又はこれらの合金、酸化銀、酸化銅の何れかのナノ粒子が１種又は２種以上含まれている。
【００２１】
このようなろう材８を用いることで、ろう付けの際の加熱温度は、４００度以下に、例えば、約２００度〜３００度に低減することができる。これにより、ろう付け時の加熱時間及び冷却時間を大幅に短縮することができるので、真空バルブ１の生産性を向上させることができ、製造コストの削減を図ることができる。さらに、加熱温度を低減することで、真空バルブ１を構成する複数の部材の材料は、この温度に対する耐熱性を有していればよいので、安価な材料からも選択することが可能となり、製造コストを削減することができる。
【００２２】
複数の部材は、全てろう材８により接合されている。これにより、ろう付けによる加熱工程を１度に行うことができ、真空バルブ１の生産性を更に向上させることができる。
【００２３】
絶縁部材からなる絶縁筒２１及び絶縁筒２１の両端の開口を塞ぐ封着部２２を有する真空容器２と、真空容器２内に対向に配置される一対の電極４と、電極４それぞれに固着された一対の通電棒３と、を備え、封着部２２、電極４、通電棒３の少なくとも１つは、アルミニウムを主成分とする金属からなる。
【００２４】
ろう材８を用いることで、少なくとも４００度の耐熱性を有していればよいので、安価で軽量なアルミニウムを、封着部２２、通電棒３、電極４に用いることができる。よって、真空バルブ１の軽量化を図り、かつ、製造コストを削減することができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の真空バルブ１について図面を参照しつつ説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成及び同一の機能については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図３は、第２の実施形態における真空バルブ１の絶縁筒２１と封着部２２の接合状態を示す拡大図である。図３に示すように、絶縁筒２１と封着部２２は、応力緩和リング９を介してろう材８により接合している。
【００２６】
応力緩和リング９は、絶縁筒２１と封着部２２の間に配置される。応力緩和リング９の一方端部は絶縁筒２１と、他方端部は封着部２２と、ろう材８によってそれぞれ接合している。応力緩和リング９は、絶縁筒２１と封着部２２の線膨張係数が大きく異なることで生じる絶縁筒２１の脆性破壊を防止する。
【００２７】
このように、応力緩和リング９を介して絶縁筒２１と封着部２２をろう材８によって接合させても、ろう付けの際の加熱温度を４００度以下の低温で行うことができる。よって、ろう付け時の加熱時間及び冷却時間を大幅に短縮することができるので、真空バルブ１の生産性を向上させることができる。また、加熱温度を低減できるので、加熱装置の稼働時間を短縮でき、製造コストの削減を図ることができる。
【００２８】
本実施形態では、絶縁筒２１と封着部２２とを応力緩和リング９を介してろう材８によって接合させたが、第１の実施形態のように、応力緩和リング９を介して接合させなくてもよい。つまり、図２に示すように、絶縁筒２１と封着部２２は、ろう材８によって直接接合させてもよい。
【００２９】
具体的には、ろう材８を用いることにより、ろう付けの際の加熱温度を従来の半分以下である４００度以下に低減することができる。そのため、線膨張係数の差による熱応力を低減することができる。よって、応力緩和リング９を介さなくても、絶縁筒２１が脆性破壊することを防止でき、絶縁筒２１と封着部２２を直接接合させることができる。これにより、真空バルブ１の構造の簡素化を図ると同時に、部品点数を削減することができる。
【００３０】
ここで、真空バルブ１は、電路の開閉を行う際に、大きな衝撃が生じる。この衝撃は、電路の開閉速度が速いほど大きなものとなる。また、この衝撃による応力は、絶縁筒２１と封着部２２の接合箇所に集中する。
【００３１】
もっとも、応力緩和リング９を介することなく絶縁筒２１と封着部２２を接合することで、絶縁筒２１と封着部２２の接合面積を、応力緩和リングを介して接合した場合より大きくすることができる。そのため、より大きい面で衝撃を受けることができる。よって、衝撃を分散できるので、より大きい衝撃にも耐えることができる。これにより、真空バルブ１の電路の開閉速度をより高速にすることができ、より瞬時に電路を遮断することができる。よって、真空バルブ１の電流遮断性能を向上させることができる。
【００３２】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の真空バルブ１について図面を参照しつつ説明する。図４は、第３の実施形態の真空バルブ１の全体構成を示す断面図である。本実施形態の真空バルブ１は、図４に示すように、真空容器２の周囲が絶縁性樹脂７で覆われている点が第１の実施形態と異なる。また、第１の実施形態では、セラミックスからなる絶縁筒２１を有していたが、本実施形態では、絶縁筒２１は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からなる点が異なる。
【００３３】
上記のとおり、ろう材８を用いることで、ろう付け時に加熱温度を低温にすることができ、この加熱温度における耐熱性を有する部材を絶縁筒２１に用いることができる。即ち、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からなる絶縁筒２１を用いることができる。
【００３４】
また、図４に示すように、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からなる絶縁筒２１の厚みは、第１の実施形態（図１参照）よりも厚い。絶縁筒２１の厚みとは、絶縁筒２１の外径から内径を引いた差を２で割ったものを指す。絶縁筒２１の厚みは、７．５ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下である。絶縁筒２１の厚みを７．５ｍｍ以上とすることで、電路の開閉時における衝撃に耐え得る強度になると同時に、絶縁筒２１から空気が透過することを防止し、真空容器２内の真空状態を維持することができる。絶縁筒２１の厚みを１５．０ｍｍ以下とすると、真空バルブ1の小型化を維持することができる。
【００３５】
絶縁性樹脂７は、真空容器２の周囲を覆う部材である。絶縁性樹脂７は、真空バルブ１と外部との絶縁を図っている。絶縁性樹脂７として、エポキシ樹脂などを用いることができる。
【００３６】
このように、本実施形態の真空バルブ１は、絶縁筒２１が熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からなる。つまり、絶縁筒２１に軽量で安価な材料を用いることができる。これにより、真空バルブ１の軽量化及びコスト削減を図ることができる。
【００３７】
絶縁筒２１の厚みは、７．５ｍｍ以上１５．０ｍｍ以下である。これにより、小型化を維持しつつ、電極４の開閉時の衝撃に耐えることができる強度を有し、真空バルブ１の耐久性が向上する。また、絶縁筒２１の厚みが７．５ｍｍ以上あることで、空気が真空容器２内に透過してくることを防止し、真空容器２内の真空状態を維持できるため、真空バルブ１の絶縁性能が良化する。
【００３８】
真空容器２は、真空容器２の周囲を絶縁性樹脂７で覆い、絶縁筒２１が熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からなる。従来のように絶縁筒の材質としてセラミックスを用いる場合、真空容器を絶縁性樹脂で覆う際に、絶縁筒から絶縁性樹脂が剥離しないように、シランカップリング剤等によって表面処理を施していた。
【００３９】
しかし、本実施形態のように、絶縁筒２１の材質を熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を用いることで表面処理を施す必要がない。特に、絶縁筒２１に熱硬化性樹脂を用いる場合、熱硬化性樹脂は、他の樹脂との親和性が高いため、絶縁筒２１と絶縁性樹脂７は、より強固に接着する。このように、表面処理を施す作業を行うことなく、絶縁性樹脂７が絶縁筒２１から剥離することを防止できる。したがって、真空バルブ１の生産性が向上するとともに、真空バルブ１の絶縁性能の信頼性が向上する。
【００４０】
（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【００４１】
本実施形態では、封着部２２、通電棒３及び電極４全てアルミニウムを主成分とする金属で構成させたが、少なくとも何れか１つの部材の材料をアルミニウムを主成分とする金属にすればよい。つまり、封着部２２のみアルミニウムを主成分とする金属にし、通電棒３及び電極４は、銅合金としても、真空バルブ１の軽量化を図ることが可能である。また、一対の通電棒３、電極４は、どちらか一方のみをアルミニウムを主成分とする金属にしてもよい。例えば、通電棒３のうち、固定側通電棒３Ａをアルミニウムを主成分とする金属にし、可動側通電棒３Ｂを銅合金としてもよい。
【００４２】
本実施形態では、複数の部材全てがろう材８によりろう付けされていたが、これに限定されず、複数の部材のうち少なくとも１つが、ろう材８によりろう付けされていればよい。例えば、図３に示すように、絶縁筒２１と封着部２２のみをろう材８で接合してもよい。この場合、他の部材は、ろう材８以外の種類のろう材により接合させてよいし、はんだ付けによって接合させてよい。そして、他の部材を全て接合させた後、絶縁筒２１と封着部２２をろう材８により接合する。この場合でも、絶縁筒２１と封着部２２をろう付けする際の加熱温度を４００度以下にでき、応力緩和リング９を介すことなく絶縁筒２１と封着部２２とを接合できる。よって、真空バルブ１の構造の簡素化及び遮断性能の向上を図ることができる。
【００４３】
本実施形態では、電極４と接点４１は別体とし、ろう材８によって接合させたが、電極４と接点４１は、一体に形成してもよい。これにより、電極４と接点４１とをろう付けする作業を削減できる。なお、一体に形成する場合、電極４及び接点４１の材質は、アークへの耐熱性を有する銅合金などを用いるとよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  真空バルブ
２  真空容器
２１  絶縁筒
２２  封着部
３  通電棒
３Ａ  固定側通電棒
３Ｂ  可動側通電棒
４  電極
４Ａ  固定側電極
４Ｂ  可動側電極
５  アークシールド
６  ベローズ
６１  ベローズカバー
７  絶縁性樹脂
８  ろう材
９  応力緩和リング
Ｘ  軸
【図１】
2020136004.tif 000003
【図２】
2020136004.tif 000004
【図３】
2020136004.tif 000005
【図４】
2020136004.tif 000006