JPS58108621A - 真空しや断器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空しゃ断器に関するもので、その目的は真空
しゃ断器全体を非磁性部材で構成することにより高周波
電流開閉用の真空；〜や断器として適用可能とすること
にある。

！ｒ空Ｌ２や断器を構成する真空容器は、円筒と円筒の
上下端を密封する端板で構成されるものである。そＬ２
て、円筒の材質としては一般に絶縁耐力維持を目的に絶
縁物であるセラミック又ｉＩ′ｊ硬質ガラスが使用され
ており、かつ上下の端部には次に述べる上下端板と上記
円筒の接合のための加熱による熱膨張差全吸収するため
円筒の材質と熱膨張係数の近似したＦθ−Ｎ　ｉ合金や
Ｆθ−Ｎ１−Ｃｏ合金等の接合金属全使用している。一
方、上下端板にはステンレスが用いられ、上記の接合金
属以外して円筒の両端に端板全固着している。

また、真空容器に収納される構成部材のうち導体にはＯ
ｕもしくはＡＩ！、を、電極にはＯｕを主成分としたも
のを、ベローズにはステンレスもしくはリン青銅を、シ
ールドには鉄もしくは０１１をそれぞれ材質に選定して
いるのが一般的である。

上記の構成部材のうち、とくに円筒の両端に装着さ扛て
おり、絶縁部材からなる円筒とステンレスからなる上下
端板との接合金属であるＦｅ−Ｎ１合金、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金等は、円筒の材質がセラミックまたは硬質ガラ
スであることによって固有に限定されており、これまで
に、上記の接合金属以外の材質が適用されにくかまた。

しかして、この屋舎金属は磁性材料であることから、高
周波電流の通電に対し、うず電流による抵抗加熱で溶損
しやすく、周波数にして数１００Ｈ２，電流にして数１
０ＯＡまでの能力であシ、近年特に必要とされて来てい
る数ＫＨｚ、数１００Ａの高周波電流開閉用のしゃ断器
への適用を不可能にさせていた。

本発明は上記の欠点を解決するために提案されたもので
、その特長は円筒を非磁性のステンレスで構成し、一方
円筒の端部を密閉する上下の端板をセラミック円板にて
構成し、このステンレスと上下端板を、両部材の材質の
相違による熱膨張差を吸収する部材としてＯｕ部材から
なるリング状の接合部材を介して一体に接合することに
よシ真空谷器を構成し、さらにＯｕもしくはｈＱの導体
と、Ｏｔを主成分とする電極部と、ステンレスもしくは
リン青銅からなるベローズ等が上記真空容器内に配設さ
れて全構成部材が非磁性であり、それ故に高周波電流の
開閉に適する真空しゃ断器が構成されるものである。

以下本発明の実施例を図面を参照して説明する第１図は
本発明に係る真空しゃ断器の縦断面図で、この真空しゃ
断器は、金属円筒／の両端に無機絶縁物からなる絶縁端
板コ、２をリング状の接合部材３．３を介在させて気密
に接合して真空容器＋’ｌ形成し、各絶縁端板コから真
空容器ケ内に相対的に接近離反自在に導入した対をなす
導体、つまシ固定、可動電極棒５．・乙を介して１対の
固定、可動電極７．ざを接触離反自在に設けて構成され
ている。

すなわち、真空容器ｑの一部を構成する金属円筒／は、
非磁性材料にして、かつ、機械的強度の高いオーステナ
イト系ステンレス鋼からなるもので、円筒状に形成され
ている。金属円筒／の両端内周部には、第１図、第２図
に示すように、その内径より大径の段付嵌合部９が設け
られている。

金属円筒／の各段付嵌合部９には、金属円筒／の内部両
端付近に対向配置した円筒状の補助シールド１０，１０
が、それぞれの外端部に一体成形した７２７２部１０ａ
ｉ介して嵌合されるとともに、ろう付けにより各フラン
ジ部１０ａの外周面を接合して固着されている。各補助
シールドＩＯは、非磁性材であるオーステナイト系ステ
ンレス鋼からなるもので、後述するアークシールドと相
俟って固定、可動電極７．ｇの接離ｔＣより生ずる金属
蒸気が各絶縁円板λの内端面あるいは後述するベローズ
に付着するのを防止するためのものである０また、金属
円筒／の各段付嵌合部りには、リング状にして、かつ、
軸方向（第１図において上下方向）の筒部３ａとこれと
直交する径方向（第１図において左右方向）のフランジ
部３ｂとからなる断面り字形に形成された前記接合部材
３が、その筒部、？ａを介して嵌合されるとともにろう
付けにより気密に接合されている。各接合部材３は、熱
膨張係数の異なる金属円筒／と絶縁端板λとの気密接合
の信頼性を高めるためのもので、非磁性劇料にして、か
つ、セラミック等の無機絶縁物からなる絶縁端板λとの
ろう付けによって生ずる熱応力により、ろう付は後の徐
冷過程において塑性変形自在な銅からなシ、それぞれの
フランジ部３ｂが金属円筒／の内方に位置するが如くし
て設けられている。

ここで、従来一般に採用されていたリング状の接合部材
がＦｅ−Ｎｉ材、あるいはＦｅ−Ｎｉ−ＯＱ材■非磁性
材であること。■真空中での高温ロー付けによりＣｕが
軟化し、塑性変形し易く、セラミックとＯｕの膨張係数
の差によって生ずる熱の残留応力ｉ０ｕ部材が吸収でき
ること。■比重が大で、なまっているための弾性係数の
低下により振動をよく吸収できること（減衰の時定数が
短い）。これはセラミックが脆性材料であるため弾性係
数が比較的大きな割に引張破断強度が低いものである。

１電Ｃｕ 本発明で接合に背噂採用したのは以上の諸点に。

帰因するもので、Ｆｅ−Ｎｉ材もしくはＦｅ−Ｎｉ−０
゜材の場合、振動の減衰に時間ヲ要し、繰返しの疲労破
壊のレベルが低下するため、ダブルノ（ンチ型ＶＴへの
採用がしにくかったことにもよる。

つぎに、前記谷與合部材３には、前記絶縁端板２がそれ
ぞれ嵌合されるとともに気密に接合されている。この絶
縁端板、２は、アルミナセラミックあるいは結晶化ガラ
ス等の無機絶縁物からなるもので、中央部に孔／／を設
けた円板状に形成されており、孔／／の内周面及び一端
面における外周縁部付近には、この絶縁端板２と同等の
熱膨張係数のＭｎ−Ｔｉ合金あるいはＭｏ−Ｍｎ−Ｔｉ
合金等からなるメタライズ層／：ｌ、／３がそれぞれ形
成されている。

なお１各絶縁端板コのメタライズ層／２．／３の形成に
際しては、孔／ｌの内周面及び一端面における外周縁部
付近に研削加工が施されるものであシ、一端面における
外周縁部付近には、研削加工を容易にするためにα１〜
α５ｍ程度突出した環状突出部／ｌＡが形成されている
ものである。そして、各絶縁端板λは、そ扛ぞｔの接合
部材３の筒部３ａに嵌合さ扛るとともに、ろう付けによ
シその一端面のメタライズ層／３を接合部材３のフラン
ジ部３ｂに気密に接合されている。

前記一方の絶縁端板コの孔／／には、リング状にして、
かつ、軸方向の筒部１５ａとこれと直交する径方向の係
止部／３１）とによ）断面り字形に形成された補助部材
ｉｓが、その筒部ｌｊａを介して嵌合されるとともにろ
う付けによりメタライズ層１２に気密に接合されている
。

この補助部材１５は、金属円筒／と絶縁端板λとの間に
介在された前記接合部材３と同様に、一方の絶縁端板２
とこれに気密に接合される前記固定電極棒Ｓとの熱膨張
係数の差異によって生ずる熱応力により、両者の接合部
分における気密接合の信頼性の低下を防止するためのも
ので、アルミナセラミック等からなる絶縁端板λとのろ
う付けによって生ずる熱応力により、ろう付は後の徐冷
過程において塑性変形自在な銅（Ｏｕ）からなる。そし
て、真空容器ｑ内には、銅あるいは銅合金からなり、非
磁性体である固定電極棒Ｊが、補助部材１５ｆ、挿通し
て導入されている。固定電極棒Ｓは、補助部材１５の内
径とほぼ同等の外径を有するもので、その長手方向の中
央部付近の周ＩＶＩＪａに嵌合したスナップリングの如
き止め輪／６を補助部材／Ｓの係止部／３　’ｂ　Ｋ　
ｉ接することによって他方の絶縁端板２方向への移動を
規制されるとともに、ろう付けＶＣＸり補助部材／ｊの
筒部／ｊａと気密に接合されている。

１ 前記固定１ｄ極柿Ｓの内端部には、前記補助シールドｉ
ｏより大径のカップ状に形成されたアークシールド／７
が、その開口端を一方の絶縁端板２　Ｖ（対向せしめる
とともに、その底部中央に設けた孔／８を介して嵌装さ
れている。そして、アークシールド／’７は、固定電極
棒Ｓの内端部付近の周溝、５′ｂに嵌合した止め輪１９
により他方の絶縁端板）方向への移動を規制さ扛るとと
もに、ろう付けにより固定電極棒Ｓの内端部付近に固着
さｎている。アークシールド／７は、前述した一方の絶
縁端板２側の補助シールド１０と協働して金属蒸気の一
方の絶縁端板λへの付着全防止するためのもので、オー
ステナイト系ステンレス鋼からなり、その開口端部付近
と一方の絶縁端板、２側の補助シールド１０の開口端部
付近とは、固定電極棒Ｓを中心とする同心２ 状に重畳されている。ｆメ／１（１５７メり／　ｙＨｘ
　、／１ＪＷｌＪＷＪ４’）ＩｆＭ）ＫｌｉｔＮＨ２’
１５ＸＪ４ＲＸＫｑＩｆ　ｆｉ　ＸＸ　、ｆ　、Ｂ　Ｘ
　Ｅ　４：　ｅｊ　、ｔ　ｔＸ　２’Ｊ　、ｌ　ｙｚま
た、固定電極棒Ｓの内端部には、はぼ円板状に形成さ３
０ｕを主成分とする前記固定電極７が、その接触裏面（
第１図において上面）中央部に穿設した凹部７　ａｆ介
して嵌合されるとともにろう付けにより固着されている
。

前記他方の絶縁端板コの孔ｌ／には、真空容器ｑに同心
状に収納された非磁性体であるオーステナイト系ステン
レス鋼またはリン青銅から々るベローズ２０が、その一
端の内径側を軸方向へ延伸して形成して嵌合されるとと
もにろう付けにょ〕メタライズ層／２に気密に接合され
ている。ベローズ２゜の他端には、第３図に示すように
、その内径側を　３ 軸方向へ延伸するとともに内方へ屈曲した断面はぼ７字
状の載（底部、２０１）が一体成形されている。そして
、真空容器ｑ内には、ベローズ２０・の中心部を挿通し
た前記可動電極棒ｔが、その内端部をベローズ、２０の
載置部２０　ｂから適宜に突出せしめて導入さ扛ている
。可動電極棒２は、ＯｕあるいはｈＱからなり、非磁性
材であるもので、その内端部付近の周溝Ａａに嵌合した
スナップリングの如き止め輪７．／をベローズ２０の載
置部２０　ｂに当接することによりその他方の絶縁端板
２方向への移動を規制さ扛るとともに、ろう付けにより
その内端部付近がベローズ、２０．載置部、２０１）と
気密に接合されている。

前記可動電極棒２の内端部には、前記固定電極棒Ｓのア
ークシールド／７と同様に、他方の絶縁端板２側の補助
シールドｌＯよシ大径のカップ状に形４ 成されたアークシールド２２が、ぞの開口１’ｆｌｉ　
ｉ他方の絶縁端板λに対向せしめるとともに、その底部
中央に設けた孔２３を介して嵌装されている。そして、
アークシールド、２２は、止め翰２／により他方の絶縁
端板２方向への移動を規制されるとともに、ろう付けに
より可動電極棒ｔの内端部付近に固着さｎている。なお
、このアークシールドｕＪの開口端部−付近は、第１図
に示した投入状態において、他方の絶縁端板２側の補助
シールド１０の開口端部付近と、可動電極棒ｔを中心と
する同心状に重畳されるように設けられているものであ
る。また、可動電極棒２の内端部には、はぼ円板状に形
成された前記可動電極ざが、その対向裏面（第１図にお
いて下面）中央部に穿設し晃凹部ｇａを介して低合さ扛
るとともにろう付けにより固着されてい５ る。そして、可動電極どの対向面には、その中心を中心
とする円形の溝、ｒｂが穿設されており、この溝ｇｂに
は、リング状の接触子−２ケが対向面から適宜ｔこ突出
して嵌合さノするとともにろう付けにＬり固着されてい
る。

以上の１１４成からなる真空ｉ〜・や断器を製造するに
は、真空しゃ断器をその各構成部材間（Ｃろう材を介装
せしめて仮組′立し、ついで真空炉中でろう付けする。

まず、真空しゃ断器を仮組立するにＩｄ。

他方の絶縁端板２をそのメタライズ層／３が上面となる
ようＶＣ水平（Ｃ支持し、ベローズ、２０の筒部２０　
ａを孔／／に嵌合するととも例、第１図に示すように、
ろう相〕Ｓを孔／ｌ″の周辺に載置する。ついで、他方
の絶縁端板２の火固に補助部材３をそのフランジ部３ｂ
とメタライズ層／３との間にろう材４Ｋを介在６ せしめて嵌合する。さらに、この補助部材、？に、補助
シールド１０をろう材、１！ｊ’ｉ介在せしめて一端の
段付嵌合部９に嵌挿した金属円筒／を嵌合する。

そして、ベローズ２０に可動電極棒Ａ’ｌ（挿入すると
ともに、第８図に示すように、止め輪、２／を介して可
動電極に！ｔを載置部２０ｂＶＣ載置し、かつ、載置部
２０ｂと可動電極棒２との間にろう材、２夕を配本ｊす
る０ なお、可動電極棒ｔの上端には、アークシールドｎがろ
う材４３を介在せしめた止め輪２１に係止されてあらか
じめ嵌装されているとともに、接触子２１１ｆろう材を
介在せしめて溝ｇｂに嵌着した可動電極ざがその凹部ざ
ｂの底部にろう材を介在せしめてあらかじめ嵌着されて
いるものである。

また、可動電極棒乙のベローズ、２ｏの載置部ｉ′Ｏｂ
へ７ の載置は、補助シールドｉｏを４ケ部材３上に、Ｊ！！
竹した後に行ない、その後に金属円筒／の下端を接合部
材３に嵌合するようにしてもよいものである。

上述した如く他方の絶縁端板コ上に可動電極ざ等の可動
側及び金属円筒／を仮組立した後に、固定電極７等の固
定側全金属円筒／の、ト端に仮組立する０すなわち、固
定電極７をろう材を介在せしめて下端部に嵌着した固定
電極棒”　ｅ　ｓ金属円筒／の中心に位置するが如くし
て可動電極どの接触子２を上に載置する。固定電極棒Ｓ
にアークシールド７７を嵌装するとともに、その下端部
付近の止め輪／ｇにろう材４５を介在せしめて係止する
。ついで、金属円筒／の上端の段付嵌合部りに、補助シ
ールド１０のフランジ部ｌＯａ′ｆｆ：ろう材＝５（第
２図１９照）を介在せしめて嵌合するとともに、接合部
材・？の８ 筒部３ａを同様にろう材コ３ｆ介装せしめて嵌合する。

そして、一方の絶縁端板、２をその孔／／に固定電極棒
Ｓを挿通させるとともにそのメタライズ層／３と接合部
材３のフランジ部３ｂとの間にろう材を介在せしめて接
合部材３の筒部３ａに嵌合する。

さらに、固定電極棒Ｓに補助部材１５を嵌装するととも
に、補助部材１５の筒部／ｊ　ａを固定電極棒Ｓと孔／
／のメタライズ層／コとの間に挿入し、かつ、補助部材
１５の係止部／３１）と一方の絶縁端板２との間及び補
助部材１５の係止部ｌＳｂと固定電極棒５との間にそれ
ぞ扛ろう材を介装する。そして、固定電極棒Ｓの中央部
付近の周溝ｊａを補助部材／Ｓの係止部ｌＳｂより上方
に位置せしめるとともに、この周溝ｊａに止め輪／６を
嵌合すると真空しゃ断器の仮組立が完了する。

９ 上述した如く仮組立した真空しゃ断器を、１Ｏ−５Ｔｏ
ｒｒ　以下の圧力に排気自在の真空炉中に納置して加熱
する。なお、加熱は排気と脱ガスおよびろう付は部の酸
化膜除去をかねるのでろう材がとけぬ温度なら加熱温度
が高い方が良く、真空度も１０’−１′Ｔｏｒｒ　以下
が望ましい。ついで、真空炉中を、オーステナイト系ス
テンレス鋼の表面の活性化のため９００℃以上１０５０
℃未満の温度に上昇するとともに、１０−ｆ′Ｔｏｒｒ
以下の圧力に排気しながらろう材コＳによシ各構成部材
間を気密に接合する。そして、真空炉内を徐冷（炉冷）
により所定温度まで下降させ、この温度で所定時間保持
した後再び徐冷によυ室温まで低下させた後、あるいは
真空炉内が徐冷によって室温となった後に真空しゃ断器
を増出すと所望のものが得られる。

０ なお、上述した製造方法において、オーステナイト系ス
テンレス鋼からなる金属円筒／あるいはベローズ２０等
のろう付は部分に、あらかじめニッケルメッキ処理を施
しておくことにより、加熱温度の上限を９００℃以下と
することができる。

ここで、アルミナセラミック等の無機絶縁物からなる絶
縁端板２とオーステナイト系ステンレス鋼からなる金属
円筒／とが熱膨張係数が大きく異なるにもかかわらず、
銅からなる接合部材３を介在せしめることによシ、真空
容器における接合部の気密性及び機械的強度を高いもの
とすることができるのは、以下の理由によるものと考え
られる。

すなわち、温度に対する銅の延張力と伸び及び鉄の延張
力と伸びは、横軸に温度〔℃〕、縦軸に延張力（Ｋｙ／
＋＋＋＋＃）と伸び〔チ〕をとった第４図１ において曲線ＡＩ＋Ａ鵞及び曲線”１ｔＢ１で示すよう
に、延張力は温度の下降に従って増大し、伸びは温度の
下降に従ってほぼ減少することが知ら扛ている。従って
、銅からなる接合部材３あるいは金属円筒／が、９００
℃以上１０５０℃未満の高温でアルミナセラミック等の
無機絶縁物からなる絶縁端板コあるいは銅からガる接合
部材３にろう付けされると、真空炉中における徐冷過程
において、銅はその延張力がアルミナセラミック等の無
機絶縁物の機械的強度に比して非常に小さいので、ろう
付けによって生じた熱応力によシ塑性変形され、室温ま
で冷却した際における真空容器の接合部の気密性が損な
われることがないとともに、その接合部の残留熱応力が
極めて小さくなるものと考えられる。

２ また、アルミナセラミック等の無機絶縁物からなる絶縁
端板コとオーステナイト系ステンレス鋼からなるベロー
ズ２０との接合を、気密性及び機械的強度の高いものと
することができるのは、ベローズ、２０　＋−１、通常
０．１〜０．２側程度と極ｄ）て薄く形成され、かつ、
両者のろう付けによって生ずる熱応力が絶縁端板コの機
械的強度に比して極めて小さいので、ベローズ２０自身
が塑性変形するものと考えら扛る。

以上説明したように、本発明に係る真空しゃ断器による
と、金属円筒をオーステナイト系ステンレス鋼とし、絶
縁端板金セラミック材とし、さらに金属円板と絶縁端板
をＯｕの接合部材を介して真空容器を形成し、さらに、
ＯｕもしくはＡ２よシなる導体つまシミ極棒とセラミッ
ク端板との接合部３ 及び非磁性のステンレスよりなるベローズとセラミック
の絶縁円板との接合部にｉｊ　Ｏｕ　ｆ介在させている
ことにより、真空しゃ断器の全構成部材が非磁性材にて
形成されており、それ故に従来のように磁性材料を一部
に用いていることによυ高周波電流の通電に対してうず
電流による抵抗加熱で溶損するようなことがなく、高周
波電流開閉器真空しゃ断器として非常にすぐれた効果を
有するものである。さらに、Ｃｕの接合部材を介して金
属円筒と絶縁端板とを接合することにより、該金属円筒
を絶縁端板の熱膨張係数とは無関係に機械的強度の高い
、かつ非磁性材料のオーステナイト系ステンレス鋼とす
ることができ、ひいては、真空しゃ断＠、、を、温度上
昇が低いとともに、磁蚕振動による騒音が無く、かつ、
投入、しゃ断時の衝撃に耐４ え得るものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

筒１図は本発明に係る真空しゃ断器の実施例の縦断面図
、第２図、第３図はそれぞれ前記実施例の真空しゃ断器
における要部の拡大断面説明図、第４１Ｎ’ｌは銅及び
鉄の温度に対する紙張力と伸びの関係を表わした説明図
である。 ／・・・金属円筒、コ・・・絶縁端板、３・・・接合部
材、ダ・・・真空容器、Ｓ・・・固定電極棒、ｔ・・・
可動電極棒、７・・・固定電極、♂・・・可動電極、ｌ
／・・・孔、２０・・・ベローズ、ｊ・・・ろう材。 ５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）非４？’に性体のステンレス鋼を用いてなる金属
   円筒の両端に無機絶縁物からなる絶縁端板な、熱応力に
   より塑性変形自在で、かつ非磁性体であるＯｕからなる
   リング状の接合部材を介在させて気密に接合して真空容
   器を形成し、前記真空容器内に１対のＣｕを主成分どす
   る電極を各絶Ｈ端板から相対的に接近離反自在に導入し
   たｌ力」のＯｕもしくはＡρからなる′ｔｌｆ極棒を介
   して接触離反自在に設け、さらに一方の絶縁端板と可動
   電極との間を気密に対重するたぬのベローズを非磁性体
   のステンレス鋼もしくにリン青銅から構成することによ
   り、全ての摸成部材を非磁性体で構成した高周波電流開
   閉用の真空しゃ断器。