(57)【要約】【課題】ロウ材が溶融し、凝固した状態を観察し、強固に接合していることが判定できる真空バルブ用接合材料を得る。【解決手段】真空バルブを構成するアークシールド、サポート、ベローズなどのステンレス部品、通電軸、電極などの銅部品、封着金具などの合金部品を接合する真空バルブ用接合材料において、アークシールドなどと同種材料のステンレス板２０上でろう材２１を所定の温度で溶融、凝固させたとき、溶融して一様に広がった主部２２の端部付近に島部２３が形成されることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空バルブを構成するステンレス部品、銅部品、合金部品を接合する真空バルブ用接合材料において、
前記ステンレス部品と同種材料のステンレス板上でろう材を所定の温度で溶融、凝固させたとき、主部の端部付近に島部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】
前記ろう材は、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも一方を主成分とし、貴金属を含有しない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】
前記ろう材は、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｔｉのうちの少なくとも一種類が添加され、これらの総量が２０重量％以下であ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】
前記ろう材を不活性雰囲気中で使用す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】
前記ろう材を温度７００〜９００℃で溶融させる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。
【請求項６】
前記ステンレス部品は、アークシールド、サポート、ベローズからなり、ステンレス素地を露出させたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の真空バルブ用接合材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベローズなどのステンレス部品や通電軸などの銅部品などを接合する真空バルブ用接合材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の真空バルブ用接合材料には、ステンレス部品の接合技術として、１〜１０重量％のＳｎ、２．５〜１０重量％のＣｕ、および残部がＡｇからなるろう材が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、接合相が、９０重量％以上のＡｇと１０重量％以下のＣｕからなる第１相と、８重量％以下のＡｇ、５〜３５重量％のＣｕ、残部がＮｉ、Ｓｎの少なくとも一つからなる第２相とから構成されたろう材が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−３６１４７８号公報  （第３ページ、図１）
【特許文献２】特開２００５−２０９５７８号公報  （第４ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来の真空バルブ用接合材料においては、次のような問題がある。真空バルブは多頻度開閉化や大容量化などが進み、ベローズなどのステンレス部品や通電軸などの銅部品の接合にも、これに耐え得るものにする必要性が出てきた。即ち、多頻度開閉化に伴う繰り返しの衝撃や大容量化に伴う応力の増大などに耐え得るものにしなくてはならない。接合部分が剥離や分離を起こすと、接合した部品が脱落したり、気密性を維持できなくなり、耐電圧特性などの真空バルブに必要な特性を満足できないようになる。
【０００５】
このため、真空バルブが多頻度開閉化や大容量化されても、ステンレス部品や銅部品を強固に接合し得る接合材料が望まれていた。また、接合材料が溶融、凝固すると、様々な様相を示すので、溶融し、凝固した状態を観察し、強固に接合していることが判定できることが望まれていた。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、ステンレス部品や銅部品を強固に接合し得る真空バルブ用接合材料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】
上記目的を達成するために、本発明の真空バルブ用接合材料は、真空バルブを構成するステンレス部品、銅部品、合金部品を接合する真空バルブ用接合材料において、前記ステンレス部品と同種材料のステンレス板上でろう材を所定の温度で溶融、凝固させたとき、主部の端部付近に島部が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ステンレス板上でろう材を溶融、凝固させたときに、溶融して一様に広がった主部の端部付近に島部が形成されるような真空バルブ用接合材料を使用しているので、スレンレス部品、銅部品、合金部品を強固に接合でき、真空バルブの信頼性を高いものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
真空バルブ用接合材料は、Ａｇ、Ｃｕの少なくとも一方を主成分とするろう材を溶融、凝固させたとき、一様に広がった主部の端部付近に島部が形成されるものである。以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例】
【００１０】
本発明の実施例に係る真空バルブ用接合材料を図１乃至図３を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る真空バルブの構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例に係る真空バルブの一方の接点の構成を示す断面図、図３は、本発明の実施例に係る真空バルブ用接合材料の溶融、凝固の状態を説明する図である。
【００１１】
先ず、真空バルブ用接合材料が使用される真空バルブを説明する。図１に示すように、筒状の真空絶縁容器１の両端開口面には、固定側封着金具２と可動側封着金具３とがろう付けにより封着されている。固定側封着金具２には、固定側通電軸４が貫通固定され、その端部に固定側電極５および固定側接点６が固着されている。固定側接点６に対向して、接離自在の可動側接点７が可動側電極８に固着されている。可動側電極８は、可動側封着金具３の中央開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸９の端部に固着されている。また、可動側通電軸９と可動側封着金具３の開口部間には、伸縮自在のベローズ１０がろう付けにより封着されている。
【００１２】
これにより、真空絶縁容器１内を真空に保ちながら、可動側接点７が固定側接点６と接離できるようになっている。また、接点６、７間を包囲するような筒状のアークシールド１１の外周には、サポート１２がろう付けされ、真空絶縁容器１の内面に突出した突出部に固定されている。
【００１３】
固定側接点６は、図２に示すように、固定側電極５とろう付け部１３で固着されている。固定側電極５と固定側通電軸４は、ろう付け部１４によって固着されるか、かしめによって圧着接続されている。なお、可動側も同様である。
【００１４】
次に、このような真空バルブの組立方法を説明する。真空バルブは、接点６、７と電極５、８、アークシールド１１とサポート１２などを部分組立てする工程と、部分組立てした部品を組み合わせて真空絶縁容器１と封着金具２、３とを封着する全体封着工程で製造される。部分組立てする工程と全体封着工程は、溶融温度の異なるろう材を用いて二段階ろう付けで製造する場合と、これらの工程を同時にろう付けで製造する場合とがある。ここでは、部分組立てする工程と全体封着工程とを同時に行った。
【００１５】
次に、接合材料となるろう材の評価方法を説明する。図３に示すように、（ａ）ステンレス板２０にろう材２１を載置し、（ｂ）所定の温度で溶融させ、（ｃ）凝固させると、溶融して一様に広がったろう材２１の端部付近に、殆どの部分を占める主部２２から取り残された島部２３が形成されるので、その個数を調べた。そして、真空バルブでは、これと同様のろう材２１を用いて組立てを行い、１０００回の開閉試験を行った。また、被接合部分をＸ線で観察するとともに、気密性を調べるため、耐電圧特性を求めた。
【００１６】
以下、ろう材２１の成分、熱処理条件などを変化させたときの結果を表１を参照して説明する。
【００１７】
（比較例１〜２、実施例１〜３）
比較例１では、ろう材２１としてＰｄを１０重量％含有したＢＰｄ−２（Ａｇ−３１．５重量％Ｃｕ−１０重量％Ｐｄ、以下、重量％を省略する）を使用し、８９０℃の真空中で熱処理をした。メッキ無しのステンレス板２０上では島部２３は観察されず、真空バルブの評価では表面にＮｉメッキを施したステンレス部品のアークシールド１１／サポート１２のアークシールド１１が開閉試験で脱落した。製造時の耐電圧特性は良好であり、この値を基準値（１．０）とした。なお、ステンレス板２０は、アークシールド１１などと同種材料である。ここで、Ｐｄと同様に、Ａｕ、Ｐｔを含有すると、接合性が劣る。Ｐｄ、Ａｕ、Ｐｔを貴金属と定義する。
【００１８】
比較例２では、ろう材２１としてＡｇ−２８Ｃｕ（共晶銀ろう）を使用し、８９０℃の真空中で熱処理をした。ステンレス板２０上での島部２３は観察されず、真空バルブの評価ではメッキ無しのアークシールド１１／サポート１２のアークシールド１１が製造直後に脱落していた。
【００１９】
実施例１〜３では、ろう材２１としてＣｕ−１０Ａｇ、Ｃｕ−２５Ａｇ、Ｃｕ−５０Ａｇを使用し、８９０℃の真空中で熱処理をした。ステンレス板２０上での島部２３は、７個、５個、１個であった。真空バルブの評価では、メッキ無しのアークシールド１１／サポート１２の接合が良好であり、開閉試験で脱落しなかった。耐電圧特性は、それぞれ１．１倍であった。ステンレス板２０上で島部２３が観察されたものでは、強固な接合を示し、耐電圧特性から気密性も良好であった。なお、メッキ無しとは、ステンレスの素地が露出した状態であり、特に、ステンレス相互に優れた接合性を示す。
【００２０】
ここで、島部２３の個数は、ステンレス板２０の表面粗さ、ろう材２１の溶融時の粘性、凝固収縮時の収縮率などに依存する。このため、今回使用したステンレス板２０の表面粗さは、平均粗さが０．０５〜０．５μｍ、最大高さが０．５〜５．０μｍを用いた。ろう材２１の粘性は、３．２〜３．５×１０−３Ｐａ・ｓであり、凝固時の収縮率は、約１０％であった。
【００２１】
真空バルブの評価でも同様のろう材２１を用い、評価後に、解体をして接合部を観察した。その結果、ステンレス板２０上での島部２３の個数と異なるものの、接合部の端部付近には複数の島部２３が観察された。即ち、真空バルブにおいても、ろう材２１が溶融、凝固した状態を観察すると、島部２３が存在するものでは、強固に接合していた。これらのことは、以降の実施例においても同様である。
【００２２】
（実施例４〜６）
実施例４ではろう材２１としてＣｕ−１５Ｓｎ、実施例５ではＡｇ−２０Ｓｎ、実施例６ではＡｇ−２８Ｃｕ−１Ｎｉを使用し、８９０℃の真空中で熱処理をした。ステンレス板２０上での島部２３は、１０個以上、１０個以上、８個であった。真空バルブの評価では、メッキ無しのアークシールド１１／サポート１２が開閉試験で脱落せず、耐電圧特性は、それぞれ１．１倍であった。
【００２３】
実施例４〜６では、添加元素としてＳｎとＮｉについて述べたが、ＩｎとＴｉとを加えた四種類の元素を一つ以上添加しても同様の効果を期待できる。そして、添加元素の総量が２０重量％以下ならば、ろう材２１自体の強度低下を抑制することができる。
【００２４】
（実施例７〜９）
実施例７〜９ではろう材２１としてＡｇ−２８Ｃｕ−１Ｓｎ−１Ｎｉを使用し、８９０℃の水素雰囲気、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気という不活性雰囲気中で熱処理をした。ステンレス板２０上での島部２３はいずれも複数個観察され、真空バルブの評価では、メッキ無しのアークシールド１１／サポート１２が開閉試験で脱落せず、耐電圧特性は、それぞれ１．０倍以上であった。また、ろう材２１の外観が良好であり、金属光沢を示していた。
【００２５】
（比較例３〜４、実施例１０〜１２）
比較例３では、ろう材２１としてＡｇ−２８Ｃｕ−１Ｓｎ−１Ｎｉを使用し、９１０℃の真空中で加熱処理をした。実施例１０〜１２では、ろう材２１としてＡｇ−２８Ｃｕ−１Ｉｎ−１Ｎｉを使用し、９００〜７００℃の真空中で熱処理をした。比較例４では、ろう材２１としてＡｇ−２８Ｃｕ−１Ｉｎ−１Ｎｉを使用し、６９０℃の真空中で熱処理をした。
【００２６】
比較例３では、真空バルブを構成する銀系部品の表面が一部溶融した痕跡があり、製品には適さないと判断し、真空バルブの評価は中止した。これは、純銀の溶融温度の９６０℃に近く、その影響を受けたものと思われる。実施例１０〜１２では、ステンレス板２０上での島部２３はいずれも複数個観察され、真空バルブの評価では、メッキ無しのアークシールド１１／サポート１２が開閉試験で脱落せず、耐電圧特性は、それぞれ１．１倍以上であった。比較例４では、溶融温度が低く、開閉試験中にアークシールド１１が脱落し、耐電圧特性は、不整放電があり求められなかった。
【００２７】
（実施例１３〜１６）
実施例１３〜１６では、ろう材２１としてＣｕ−２５Ａｇ−１Ｔｉ−１Ｎｉを使用し、８９０℃の真空中で加熱処理をした。そして、実施例１３ではメッキ無しのステンレス部品のベローズ１０と銅部品の可動側通電軸９、実施例１４ではメッキ無しのベローズ１０とＦｅ−Ｎｉ合金の可動側封着金具３、実施例１５ではＦｅ−Ｎｉ合金の固定側封着金具２と銅部品の固定側通電軸４、実施例１６では封着金具２、３と真空絶縁容器１（封着面をＭｏ−ＭｎメタライズとＮｉメッキで表面処理）とを接合した。いずれもステンレス板２０上での島部２３は複数個観察され、真空バルブの評価では、それぞれの部品が開閉試験で脱落せず、耐電圧特性は、それぞれ１．１倍であった。ここで、封着金具２、３、真空絶縁容器１を真空バルブの合金部品と定義する。なお、電極５、８、接点６、７などは、銅部品となる。また、銅部品と同種材料のメッキ無しの銅板上においても、ステンレス板２０上とは個数がことなるものの、島部２３が観測された。
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に係る真空バルブの構成を示す断面図。
【図２】本発明の実施例に係る真空バルブの一方の接点の構成を示す断面図。
【図３】本発明の実施例に係る真空バルブ用接合材料の溶融、凝固の状態を説明する図。
【符号の説明】
【００２９】
１  真空絶縁容器
２  固定側封着金具
３  可動側封着金具
４  固定側通電軸
５  固定側電極
６  固定側接点
７  可動側接点
８  可動側電極
９  可動側通電軸
１０  ベローズ
１１  アークシールド
１２  サポート
１３、１４  ろう付け部
２０  ステンレス板
２１  ろう材
２２  主部
２３  島部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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