(57)【要約】【課題】接合体の負荷能力が向上するセラミック部材と金属部材との接合体及び該接合体を用いた電力用遮断器を提供する。【解決手段】セラミック部材５と金属部材３ａ，７ａとの接合体において、該金属部材３ａ，７ａは、その接合面にセラミック部材５の外径と等しいかもしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部にセラミック部材５と熱膨張係数が等しいか、もしくは小さい嵌合部材０，１１を嵌め込み、嵌合部材１０，１１にセラミック部材５が接合される。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック部材と金属部材との接合体において、
該金属部材は、その接合面に前記セラミック部材の外径と等しいか、もしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に前記セラミック部材と熱膨張係数が等しいか、もしくは小さい嵌合部材を嵌め込み、該嵌合部材に前記セラミック部材が接合されることを特徴とするセラミック部材と金属部材との接合体。
【請求項２】
請求項１記載の接合体において、前記嵌合部材がセラミック部材と接合される側の前記嵌合部材の表面に凸部が形成されると共に、前記セラミック部材に前記嵌合部材の凸部と嵌め合わされる凹部を形成して両者が接合されるセラミック部材と金属部材との接合体。
【請求項３】
セラミック部材に金属部材を接合する接合体において、
該金属部材は、その接合面に凸部が形成され、かつ該凸部周囲の接合面に前記セラミック部材の外径と等しいか、もしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に前記金属部材より熱膨張係数が小さい環状の嵌合部材が嵌め込まれ、前記セラミック部材に前記金属部材の凸部と嵌め合わされる凹部を形成して両者が接合されるセラミック部材と金属部材との接合体。
【請求項４】
セラミック部材と金属部材との接合体において、
該金属部材は、前記セラミック部材と前記金属部材との該金属部材の接合面に該セラミック部材の外径と等しいか、もしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に該セラミック部材が嵌め合わされて接合され、該セラミック部材が該金属部材に嵌め合わされる部分以外の部分は、嵌め合わされる部分より小径にすることを特徴とするセラミック部材と金属部材との接合体。
【請求項５】
固定接触子と、可動接触子と、該可動接触子と前記固定接触子とを接触もしくは離間動作をさせる該可動接触子に設けられた操作機構、前記固定接触子及び可動接触子をそれぞれ対地に対して絶縁支持する絶縁部材を備える電力用遮断器において、
前記絶縁部材は、セラミック部材と金属部材との接合体によって構成され、
前記可動接触子側のセラミック部材と金属部材との接合体は、該金属部材が、その接合面に前記セラミック部材の外径と等しいかもしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に前記セラミック部材と熱膨張係数が等しいか、もしくは小さい嵌合部材が嵌め込まれて、該嵌合部材に前記セラミック部材を接合するものであることを特徴とする電力用遮断器。
【請求項６】
固定接触子と、可動接触子と、該可動接触子と前記固定接触子とを接触もしくは離間動作をさせる該可動接触子に設けられた操作機構、前記固定接触子及び可動接触子をそれぞれ対地に対して絶縁支持する絶縁部材を備える電力用遮断器において、
前記絶縁部材は、セラミック部材と金属部材との接合体によって構成され、
前記可動接触子側のセラミック部材と金属部材との接合体は、該金属部材が、その接合面に前記セラミック部材の外径と等しいかもしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に前記セラミック部材と熱膨張係数が等しいか、もしくは小さい嵌合部材が嵌め込まれ、
前記固定接触子側のセラミック部材と金属部材との接合体は、該金属部材はフランジ部を有し、該フランジ部の接合面に、前記セラミック部材の外径と等しいかもしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に前記セラミック部材と熱膨張係数が等しいか、もしくは小さい嵌合部材が嵌め込まれて、これら嵌合部材にそれぞれセラミック部材が接合されることを特徴とする電力用遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用遮断器に使用される通電接触子を対地に対し絶縁するためのセラミック部材と金属部材との接合対及び該接合体を用いた電力用遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱膨張率の異なる部材が接合される場合、両者の界面に両部材より熱膨張率が低い中間層を設けて接合する方法が知られている。例えば、実開昭５９−１６０５３３号公報においては、セラミック部材と金属部材（一般には、セラミック部材より金属部材が高熱膨張である）との接合界面に、ＷまたはＭｏ材を介在させて接合する技術が記載されている。
【０００３】
上記技術は、界面中心部の残留応力は緩和されるが、冷却と共に金属部材の収縮により接合界面端部で金属部材、特にセラミック部材に高い引張り応力が残り、外部負荷によって接合界面あるいは界面近傍のセラミック部材に割れが発生し易い。
【０００４】
この対策として、例えば特開平６−４８８５３号公報に、端部残留応力を緩和できるセラミック部材と金属部材との接合構造が開示されている（図５参照）。すなわち、セラミック部材Ａと金属部材Ｂとの中間に中間部材Ｃを介して接合する接合構造において、中間部材Ｃは、その降伏応力がセラミック部材及び金属部材の両部材より降伏応力より小さく、かつ中間部材Ｃをセラミック部材側に向けて外径が大きくなる形状とするものである。このような形状とすることによって、熱膨張差によって生じる引張り応力が接合界面端部に加わっても、中間部材Ｃの塑性変形により界面間の残留応力が緩和され、界面の接合強度が向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記中間材の塑性変形を利用して残留応力を緩和する技術では、変形が薄い中間材の塑性変形量に限られるため、残留応力が高く、かつ直径の大きい接合部材では残留応力の緩和効果が十分でなく、接合体のもつ本来の強度が十分に発揮し得ないことに対し配慮されていない。
【０００６】
一般に、セラミック部材と金属部材との接合界面に生じる残留応力は、接合面積の減少に伴って低減されて接合強度は上昇する。しかし、接合体が受けられる負荷（接合強度×接合面積）の上昇には限界がある。したがって、セラミック部材と金属部材との接合体の負荷を向上させるには、接合強度と接合面積とを同時に向上させることが最も効果的である。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術に鑑み、セラミック部材の接合界面近傍に発生する残留応力を圧縮応力になるようにして接合強度を上昇させると共に接合面積も拡大することによって接合体の負荷能力が向上するセラミック部材と金属部材との接合体及び該接合体を用いた電力用遮断器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係るセラミック部材と金属部材との接合体は、セラミック部材と金属部材との接合体において、該金属部材は、その接合面に前記セラミック部材の外径と等しいか、もしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に前記セラミック部材と熱膨張係数が等しいか、もしくは小さい嵌合部材を嵌め込み、該嵌合部材に前記セラミック部材が接合されるものである。
【０００９】
より好ましくは、請求項１に記載の接合体において、前記嵌合部材がセラミック部材と接合される側の前記嵌合部材の表面に凸部が形成されると共に、前記セラミック部材に前記嵌合部材の凸部と嵌め合わされる凹部を形成して両者が接合されるものである。
【００１０】
上記目的を達成するために本発明に係るセラミック部材と金属部材との接合体の他の発明は、セラミック部材に金属部材を接合する接合体において、該金属部材は、その接合面に凸部が形成され、かつ該凸部周囲の接合面に前記セラミック部材の外径と等しいか、もしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に前記金属部材より熱膨張係数が小さい環状の嵌合部材が嵌め込まれ、前記セラミック部材に前記金属部材の凸部と嵌め合わされる凹部を形成して両者が接合されるものである。
【００１１】
上記目的を達成するために本発明に係るセラミック部材と金属部材との接合体のさらに他の発明は、セラミック部材と金属部材との接合体において、該金属部材は、前記セラミック部材と前記金属部材との該金属部材の接合面に該セラミック部材の外径と等しいか、もしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に該セラミック部材が嵌め合わされて接合され、該セラミック部材が該金属部材に嵌め合わされる部分以外の部分は、嵌め合わされる部分より小径にするものである。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明に係る電力用遮断器は、固定接触子と、可動接触子と、該可動接触子と前記固定接触子とを接触もしくは離間動作をさせる該可動接触子に設けられた操作機構、前記固定接触子及び可動接触子をそれぞれ対地に対して絶縁支持する絶縁部材を備える電力用遮断器において、前記絶縁部材は、セラミック部材と金属部材との接合体によって構成され、前記可動接触子側のセラミック部材と金属部材との接合体は、該金属部材が、その接合面に前記セラミック部材の外径と等しいかもしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に前記セラミック部材と熱膨張係数が等しいか、もしくは小さい嵌合部材が嵌め込まれて、該嵌合部材に前記セラミック部材を接合するものである。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明に係る電力用遮断器の他の発明は、前記絶縁部材は、セラミック部材と金属部材との接合体によって構成され、前記可動接触子側のセラミック部材と金属部材との接合体は、該金属部材が、その接合面に前記セラミック部材の外径と等しいかもしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に前記セラミック部材と熱膨張係数が等しいか、もしくは小さい嵌合部材が嵌め込まれ、前記固定接触子側のセラミック部材と金属部材との接合体は、該金属部材はフランジ部を有し、該フランジ部の接合面に、前記セラミック部材の外径と等しいかもしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部に前記セラミック部材と熱膨張係数が等しいか、もしくは小さい嵌合部材が嵌め込まれて、これら嵌合部材にそれぞれセラミック部材が接合されるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は、本発明の電力用遮断器に係る実施例の概要縦断面図である。
絶縁雰囲気（真空、ガスなど）に密封されている銅あるいは銅合金の可動接触子１が、絶縁雰囲気の容器２外に設けられた操作機構３（ステンレス部材など）によって上下移動され、同様に絶縁雰囲気にある銅あるいは銅合金などの固定接触子４との接触もしくは離間させる機構になっている。絶縁のため、可動接触子１及び固定接触子４と対地（もしくは他の機構部）に対してアルミナなどのセラミック部材５，６が使用されている。７は一方の電極、８は他方の電極、９ａ，９ｂは弾性部材である。
上記構成において、操作機構３を上方に移動させることによって、可動接触子１は固定接触子４から離間して電力が遮断され、操作機構３を下方に移動させることによって、可動接触子１は固定接触子４と接触して導通がとられる。
【００１６】
図２は、セラミック部材５近傍の詳細縦断面図で、図を参照してさらに説明する。
セラミック部材５（アルミナなど）は筒状に形成され、上端には操作機構３が取り付けられており、図示下端には一方の電極７が位置している。さらに詳細には、該操作機構３には金属部材３ａ（ステンレス部材など）が接合されて操作機構３と金属部材３ａとは一体的に構成されている。同様に、一方の電極７には金属部材７ａ（ステンレス部材など）が接合されて一方の電極７と金属部材７ａとは一体的に構成されている。金属部材３ａには、機械加工によってセラミック部材５の外径より大きな凹部（深さは、概ね３ｍｍもしくはそれ以上）が形成され、該凹部に嵌合部材１０が嵌め込まれており、金属部材３ａと嵌合部材１０とはろう付け１２で接合されている。金属部材３ａに形成する凹部をセラミック部材５の外径より大きくすると、セラミック部材５と嵌合部材１０間の接合により生じる応力集中位置と、金属部材３ａと嵌合部材１０間の接合により生じる応力集中位置とが離れるので、応力集中が互いに影響を及ぼす度合いが軽減される。嵌合部材１０がセラミック部材５と接合される側の嵌合部材１０の表面には凸部１０ａが形成され、該凸部１０ａにセラミック部材５の筒内凹部（すなわち空洞部）と嵌め合わされる構成になっている。嵌合部材１０と絶縁部材５とは、同様にろう付け１２で接合されるが、セラミック部材５には凹部が存在するため凸部１０ａとの位置合わせが容易な構造になっている。
【００１７】
同様に、金属部材７ａには、セラミック部材５の外径より大きな凹部が形成され、該凹部に嵌合部材１１ａが嵌め込まれており、金属部材７ａと嵌合部材１１とはろう付け１２で接合されている。ろう付けで接合する方法に代え、上記焼き嵌めで接合のほか、はんだ付け接合、拡散接合、摩擦圧接接合、ガラス接合と機械的接合の組み合わせなどの種々の接合方法をとることができる。嵌合部材１１がセラミック部材５と接合される側の嵌合部材１１の表面には凸部１１ａが形成され、該凸部１１ａにセラミック部材５の筒内凹部と嵌め合わされる。嵌合部材１０，１１とセラミック部材５とは、同様にろう材で接合されるが、セラミック部材５には凹部が存在するため凸部１１ａとの位置合わせが容易である。
【００１８】
嵌合部材１０，１１の材料としては、コバール，Ｎｂ，Ｆｅ−Ｎｉ合金，Ｗ，Ｗ合金，Ｍｏ，Ｍｏ合金、もしくはセラミック部材５と同材質のセラミック部材などが使用される。要するに、嵌合部材１０，１１には、使用されたセラミック部材５の熱膨張係数と等しいか、もしくは小さいものであればよい。
なお、セラミック部材５は筒状に形成することに代え、単に嵌合部材１０，１１の凸部１０ａ，１１ａと嵌合できる凹部を形成するものであってもよい。
【００１９】
上記構成において、嵌合部材１０，１１とセラミック部材５との関係においては、嵌合部材１０，１１の熱膨張係数をセラミック部材５の熱膨張係数と等しいか、もしくは小さくしたことによって、常温時には、接合端部近傍のセラミック部材５には圧縮応力が現れるので接合面端部の剥離や、セラミック部材に割れ（引っ張り応力が発生した場合）が発生することがない。また、嵌合部材１０，１１と金属部材３ａ，７ａとの関係においては、嵌合部材１０，１１の熱膨張係数が金属部材３ａ，７ａより小さいので、常温時には、嵌合部材１０，１１が金属部材３ａ，７ａによって挟持されることになるので、嵌合部材１０，１１と金属部材３ａ，７ａとの接合強度が向上する。
【００２０】
本実施例によれば、接合界面における接合強度が向上すると共に接合面積が拡大したことによって接合体の負荷能力が向上したセラミック部材と金属部材との接合体及び該接合体を用いた電力用遮断器が得られる。
【００２１】
図３の（ａ）〜（ｄ）は、セラミック部材と金属部材との接合体の他の実施例である。
（ａ）は、嵌合部材１３の接合面に凸部がなく平面に形成され、他方、セラミック部材１４は柱状に形成されている。
本実施例によれば嵌合部材１３に凸部を設ける必要がなく、またセラミック部材１４も柱状であるので製作が容易になる（ただし、位置決めの作業性が若干劣る）。
（ｂ）は、嵌合部材１３の接合面に凸部がなく平面に形成され、他方、セラミック部材５は前述の筒状のものである。
本実施例によれば、嵌合部材１３に凸部を設ける必要がないので製作が容易になる（ただし、位置決め作業性が若干劣る）。
【００２２】
（ｃ）は、金属部材１５ａは、機械加工によってその接合面に凸部１５ｂが形成され、かつ該凸部１５ｂの周囲接合面にセラミック部材５の外径と等しいかもしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部にセラミック部材５より熱膨張係数が小さい環状の嵌合部材１６が嵌め込まれている。筒状セラミック部材５に金属部材１５ａの凸部１５ｂと嵌め合わされる凹部を形成して両者がろう付け接合されるものである。
（ｄ）は、金属部材３ａに、セラミック部材１７との接合面にセラミック部材１７の外径と等しいかもしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部にセラミック部材１７が嵌め合わされて接合される。セラミック部材１７が金属部材３ａに嵌め合わされる部分１７ａ以外の部分１７ｂは、嵌め合わされる部分１７ａより小径になっている。すなわち、セラミック部材１７は前記嵌合部材１３と一体になった形状をしているものである。
本実施例によれば、金属部材３ａとセラミック部材１７との接合作業が容易になる。
【００２３】
（実施例２）
図４は、セラミック部材６と金属部材との接合体のさらに他の実施例で、前記他方の電極８と容器２とを絶縁するためにセラミック部材６を介在させた部分を示すものである。
同図において、電極８には金属部材で形成されたフランジ部８ａが形成されている。フランジ部８ａがセラミック部材６と接合される図示下端の接合面には、電極８の周囲接合面にセラミック部材６の外径と等しいか、もしくは大きい内径の凹部が形成され、該凹部にセラミック部材６より熱膨張係数が小さい環状の嵌合部材１８が嵌め込まれている。これらフランジ部８ａ，嵌合部材１８，セラミック部材６がろう付け接合されている。
本実施例によれば、接合界面における接合強度が向上すると共に接合面積が拡大したことによって接合体の負荷能力が向上する共に信頼性が向上するセラミック部材と金属部材との接合体及び該接合体を用いた電力用遮断器が得られる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、接合面、特にセラミック部材の接合界面に圧縮応力を発生させるようにしてことによって、接合界面における接合強度が向上すると共に接合面積が拡大したことによって接合体の負荷能力が向上したセラミック部材と金属部材との接合体が得られる。
上記セラミック部材と金属部材との接合体を備えることによって負荷能力と共に信頼性が向上する電力用遮断器はが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力用遮断器に係る実施例の概要縦断面図である。
【図２】セラミック部材近傍の詳細縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、セラミック部材と金属部材との接合体の他の実施例である。
【図４】セラミック部材６と金属部材との接合体のさらに他の実施例である。
【符号の説明】
１：可動接触子
２：容器
３：操作機構
３ａ，７ａ，１５ａ：金属部材
４：固定接触子
５，６，１４，１７：セラミック部材
７：一方の電極
８：他方の電極
８ａ：フランジ部
９ａ，９ｂ：弾性部材
１０，１１，１３，１６，１８：嵌合部材
１０ａ，１１ａ，１５ｂ：凸部
１２：ろう付け。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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