JP2009113089A

JP2009113089A - 真空バルブ用接合材料

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Publication number: JP2009113089A
Application number: JP2007289936A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kusano; 貴史草野; Atsushi Yamamoto; 敦史山本; Kiyoshi Osabe; 清長部; Kosuke Sasage; 浩資捧; Isao Okutomi; 功奥富
Original assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Shibafu Engineering Corp
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】真空バルブを構成するステンレス部品を強固に接合し得る真空バルブ用接合材料を得る。
【解決手段】真空中で接離自在の一対の接点６、７を有する真空バルブのアークシールド１１、サポート１２、ベローズ１０、封着金具２、３からなるステンレス部品を接合する真空バルブ用接合材料であって、ろう材を所定温度で溶融、凝固させろう付けしたとき、ステンレス部品近傍のろう材中にＮｉを含んだ物質を存在させたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、アークシールド、ベローズなどのステンレス部品や通電軸などの銅部品をろう付けする真空バルブ用接合材料に関する。

従来、真空バルブのステンレス部品の接合には、１〜１０重量％のＳｎ、２．５〜１０重量％のＣｕ、残部がＡｇからなるろう材、および１〜１０重量％のＳｎ、２．５〜１０重量％のＣｕ、６重量％以下のＭｎ、残部がＡｇからなるろう材による接合技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

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またはＳｎの少なくとも１つからなる第２相とからなる接合技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−３６１４７８号公報（第３ページ、図１）特開２００５−２０９５７８号公報（第４ページ、図１）

真空バルブの機能を充分に発揮させるためには、電極開閉時の機械的、熱的衝撃により、ろう付けによる接合部が剥離や分離をしないことが望ましい。しかしながら、従来の接合部では、多頻度開閉時におけるろう材端部からの亀裂進展の現象についての考慮が少なく、接合部が位置ずれを生じたり、気密性が維持できなったりし、耐電圧特性などの必要な特性を満足できないことがあった。このため、本願発明は、ろう材中に含まれるＮｉに着目し、接合性を検討した。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、接合部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。

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を接合する真空バルブ用接合材料であって、ろう材を所定温度で溶融、凝固させろう付けしたとき、前記ステンレス部品近傍の前記ろう材中にＮｉを含んだ物質を存在させたことを特徴とする。

本発明によれば、ろう材を溶融、凝固させたときに、ろう材やステンレスから供給されるＮｉを含んだ物質を接合部に存在させているので、ステンレスとの親和力が高くなり、濡れ広がり性や接合強度などの接合性が向上し、真空バルブの信頼性を高いものにすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

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の接合部を説明する拡大断面図である。

先ず、真空バルブ用接合材料が用いら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、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。

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、環状のサポート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。

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。可動側も同様の構成である。

ここで、アークシールド１１、サポート１２、ベローズ１０、封着金具２、３がステンレスまたはステンレスを含んだ合金からなり、これらを真空バルブのステンレス部品という。

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２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。

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、銅板１５とステンレス板１６を表１に示す各種材料で構成されたろう材１７で接合し、ろう材１７中のステンレス板１６近傍に存在するろう材マトリックスやステンレスとは明らかに組織形態が異なるＮｉを含む物質１８を、電子顕微鏡および付属の半定量分析装置で調べた。また、同一材料のろう材で接合した真空バルブで、１０００回の機械的開閉を実施した後、被接合部を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。

以下、ろう材１７中の成分、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。

（比較例１、２、実施例１〜３）
比較例１では、ろう材１７として貴金属元素である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、９００℃の真空中で熱処理をした。ステンレス板１６にはＮｉメッキを施したが、ろう材１７中にはＮｉを含んだ物質は検出されなかった。また、真空バルブの評価では、Ｎｉメッキを施したアークシールド１１／サポート１２の接合は良好であり、開閉試験後の耐電圧特性も良好であった。この耐電圧値を基準値（１．０）とし、以下の比較例、実施例では、相対値で示した。なお、ステンレス板１６は、アークシールド１１などと同一材料である。

比較例２では、ろう材１７としてＡｇ−２８Ｃｕ（共晶銀ろう）を使用し、９００℃の真空中で熱処理をした。メッキ無しのステンレス板１６上には、Ｎｉを含んだ物質が検出されず、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。

実施例１〜３では、ろう材１７としてＣｕ−１０Ａｇ、Ｃｕ−２５Ａｇ、Ｃｕ−５０Ａｇを使用し、９００℃の真空中で熱処理をした。メッキ無しのステンレス板１６近傍において、Ｎｉを含んだ物質１８が検出され、その成分はＣｕ−Ｎｉであった。これは、ステンレスからNｉが供給されたものである。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、開閉試験で脱落せず、耐電圧特性はそれぞれ１．１倍であった。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る。

（実施例４〜６）
実施例４ではろう材１７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、９００℃の真空中で熱処理をした。ステンレス板１６近傍において、Ｎｉを含んだ物質１８が検出され、その成分はＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ、Ｎｉ−Ｓｎであった。これは、ろう材やステンレスからＮｉが供給されたものである。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。

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４種類の元素を１つ以上添加しても同様の効果を期待できる。特に添加元素の合計量が２０重量％以下ならば、ろう材１７自体の強度低下を抑制することができるので、その効果は大きく出る。

（実施例７〜９）
実施例７〜９ではろう材１７としてＡｇ−２８Ｃｕ−１Ｓｎ−１Ｎｉを使用し、９００℃の水素雰囲気、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気の不活性雰囲気中で熱処理をした。ステンレス板１６近傍において、Ｎｉを含んだ物質１８が検出され、その成分はＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ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１．０倍以上であった。また、ろう材１７の外観が良好であり、金属光沢を示していた。

（比較例３〜４、実施例１０〜１２）
比較例３では、ろう材１７としてＡｇ−２８Ｃｕ−１Ｓｎ−１Ｎｉを使用し、９５５℃の真空中で加熱処理をした。実施例１０〜１２では、ろう材１７としてＡｇ−２８Ｃｕ−１Ｉｎ−１Ｎｉを使用し、９５０〜７００℃の真空中で熱処理をした。比較例４では、ろう材１７としてＡｇ−２８Ｃｕ−１Ｉｎ−１Ｎｉを使用し、６８０℃の真空中で熱処理をした。

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観察され、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、熱処理温度９５５℃が純銀の溶融温度の９６１℃に近く、その影響を受けたものと推測される。（熱処理温度が９５５℃でも過昇温により真温が上昇することと、銀系部品への不純物の混入による溶融温度が低下する複合的要因）
実施例１０〜１２では、ステンレス板１６近傍において、Ｎｉを含んだ物質１８が検出され、その成分はＣｕ−Ｎｉ−Ｉｎ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。

（実施例１３〜１６）
実施例１３〜１６では、ろう材１７としてＣｕ−２５Ａｇ−１Ｔｉ−１Ｎｉを使用し、９００℃の真空中で加熱処理をした。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とステンレス合金の可動側封着金具３、実施例１５では固定側封着金具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１６近傍において、Ｎｉを含んだ物質１８が検出され、その成分はＣｕ−Ｎｉ−Ｔｉであった。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。

上記実施例の真空バルブ用接合材料によれば、ろう材１７を溶融、凝固させたときに、ろう材１７やステンレス板１６から供給されるＮｉを含んだ物質１８がろう材１７中に存在するようにしているので、ステンレス板１６との親和力が高くなり、濡れ広がり性や接合強度などの接合性が向上し、ステンレス部品、銅部品、セラミックなどの接合部を強固に接合することができ、良好な開閉特性や耐電圧特性を有する真空バルブを提供することができる。

本発明の実施例に係る真空バルブの構成を示す断面図。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。本発明の実施例に係る真空バルブの接合部を説明する拡大断面図。

符号の説明

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
１５銅板
１６ステンレス板
１７ろう材
１８Ｎｉを含んだ物質

Claims

真空バルブを構成するステンレス部品を接合する真空バルブ用接合材料であって、
ろう材を所定温度で溶融、凝固させろう付けしたとき、前記ステンレス部品近傍の前記ろう材中にＮｉを含んだ物質を存在させたことを特徴とする真空バルブ用接合材料。
前記ろう材は、主成分がＣｕまたはＡｇのどちらか一方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。
前記ろう材は、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｔｉのうちの少なくとも１種類を含有してい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。
前記Ｎｉを含んだ物質は、Ｃｕ−Ｎｉ系またはＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系であ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。
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４のいずれか１項に記載の真空バルブ用接合材料。
前記ろう材を温度７００〜９５０℃で熱処理する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。
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、封着金具であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の真空バルブ用接合材料。
前記ステンレス部品は、Ｎｉメッキを施していないことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の真空バルブ用接合材料。