接合結構、電接點及其製造方法
2023-05-29 09:09:41 1
專利名稱：接合結構、電接點及其製造方法
技術領域：
本發明涉及真空斷路器、真空開關裝置、氣體絕緣開關裝置等所使用的電力開閉器用接合結構、電接點及其製造方法。
背景技術：
在真空中斷開電流的電力開閉設備具備內置電接點，作為被真空封閉的容器的真空閥。電接點利用燒結法或溶液浸透法等製造方法製造，根據需要進行機械加工。該電接點在與通電部件釺焊(一次接合)後，在組裝在構成真空閥的容器內的狀態下，通過在真空中對容器進行釺焊封閉(二次接合)後，將電接點內置在真空閥內。這樣，一般在電接點的製造方法中，釺焊工序需要與通電部件的接合和真空封閉接合至少兩階段以上的工序，在包括電接點的真空閥的製造上花費較大的費用。
另外，若不具備電接點與通電部件的釺焊，則由於在工作中電接點脫落，電流斷開時的弧光加熱或通電中的焦耳加熱，釺焊材料揮散，電性能下降，產品可靠性下降。因此，即使在釺焊中，也要求在一次釺焊中具有較高的可靠性，在用於得到設置在接合部附近用於保持適當的釺焊材料量的部位、形狀等健全的釺焊狀態的形狀上下功夫。
現有技術文獻
專利文獻1:日本特開2007-157666號公報
上述專利文獻I通過使釺焊部的形狀適當化而實現釺焊健全性的提高。但是，只要使用釺焊材料，就有可能由於其加熱揮散而導致接合可靠性下降。另外，由於利用燒結法或溶液浸透法的電接點的製造方法需要較大的熱能量，因此接點方法自身成為成本增大的主要原因。發明內容
本發明的目的在於以低成本且不使用釺焊材料地接合部件彼此。
為了解決上述課題，本發明的接合結構的特徵在於，具備多個部件、使含有金屬的粉末附著堆積在上述多個部件上的附著堆積層，通過上述多個部件和上述附著堆積層的利用熱、機械性合金化的結合，接合上述多個部件。
本發明的效果如下。
根據本發明，能夠以較低成本且不使用焊接材料地接合部件彼此。
圖1是本發明的接合結構的剖視圖。
圖2是本發明的其他接合結構的剖視圖。
圖3是本發明的其他接合結構的剖視圖。
圖4是本發明的其他接合結構的剖視圖。
圖5是本發明的其他接合結構的剖視圖。
圖6是本發明的電接點的結構的剖視圖。
圖7是本發明的接點層的立體圖與其他電接點的結構的剖視圖。
圖8是本發明的其他電接點的結構的剖視圖。
圖9是用於本發明的電接點的基材的俯視圖。
圖10是本發明的具有多個組成的接點層的電接點的結構的剖視圖。
圖11是本發明的其他接合結構的剖視圖。
圖12是表示第二實施例的真空閥的結構的剖視圖。
圖13是表示第三實施例的真空斷路器的結構的剖視圖。
圖14是表示第三實施例的負荷開閉器的結構的剖視圖。
圖中l、la、lb—被接合部件,2、2a、2b—基材,3—附著堆積層，4、45—貫通孔，5— 凸部，6、6a、6b—接點層，7—支撐部件，8—釺焊材料，9—臺階，10—屏蔽件，11—可動側屏蔽件，12a 一固定側端板，12b—可動側端板，13—風箱，14 一導向件，15—可動側支架，16— 陶瓷絕緣筒，17—環氧筒，18 —絕緣操作杆，19一上部端子，20—集電子，21—下部端子， 22一接觸彈簧,23一支撐杆，24—支柱，25—柱塞,26—爆震杆，27—滾子，28—主杆，29— 解扣線圈，30一解扣杆,31 一復位彈簧，32一投入線圈,33一排氣筒，34一外側真空容器， 35一上部板材，36一下部板材，37一側部板材，38一上部貫通孔，39一上部基體,40一外側風箱，41 一下部貫通孔，42—絕緣性軸套，43-下部基體，44-撓性導體，46a-固定側電極 棒， 46b-可動側電極棒，47—第二接點層(接點層)，48—第三接點層(接點層)，49一通電部件， 100、200、300、400、800、900、1000、1200—電接點，500—真空閥，600—真空斷路器，700—負荷開閉器，1100—形成在銅網上的接點層(接點層)。
具體實施方式
圖1及圖2表示本發明的接合結構的剖視圖。在圖1及圖2中，I是被接合部件， 2是基材，3是附著堆積層，4是設在基材2上的貫通孔，5是設在被接合部件I上的凸部。
圖1所示的第一結構嵌合基材2的貫通孔4與被接合部件I的凸部5。凸部5的前端的表面可以從基材2的表面突出(X > Y)，可以在同一平面上(X=Y)，也可以比基材2的表面向下凹(Χ<Υ)。以下的結構也是相同的。另外，被接合部件I與基材2可以不如圖那樣在被接合部件I的軸中心嵌合。將被接合部件I與基材2接觸的部分作為嵌合部，在該嵌合部上形成附著堆積層3。通過使含有金屬的粉末附著堆積在基材2和凸部5 (被接合部件I)的兩部件上，形成為使該附著堆積層3與基材2及被接合部件I接觸，通過利用熱、 機械性合金化的結合，能夠接合基材2與被接合部件I。
另外，圖2所示的第二結構在被接合部件I上載置基材2，使基材2的貫通孔4與被接合部件I的平坦部重合，以填充貫通孔4的方式使含有金屬的粉末附著堆積。由此，通過利用附著堆積層3與基材2及被接合部件I的熱、機械性合金化的結合，能夠接合基材2 與被接合部件I。被接合部件I與基材2的接觸面可以不平坦，貫通孔4可以以進一步向下延伸的方式凹。通過這些結構，能不使用比較低的熔點且耐熱性低的釺焊材料等地接合基材2與被接合部件I。接合後，利用機械加工等除去在基材2的表面成為突起部的附著堆積層3，即使使基材2的表面平坦化也能夠維持接合狀態。
另外，如圖3所示，通過使凸部5的突出部表面粗糙度粗，設置微小的凹凸，能夠增大凸部5與附著堆積層3之間的機械結合(所謂的錨定效果)或接觸面積，從而能夠得到更結實的結合。
另外，如圖4所示，可以將與附著堆積層3接觸的被接合部件I的表面與圖3相同地粗糙或設置微小凹凸，如圖4及圖5所示，若在基材2的貫通孔4上設置錐或R部，附著堆積層3與被接合部件I的結合變得更結實。
圖6及圖8表示利用上述接合結構的本發明的電接點的結構的剖視圖。在圖6及圖8中，I是由高傳導性金屬構成的杯形狀或棒狀的被接合部件，2是由高傳導性金屬構成的基材，6是包括耐火性的金屬或化合物與高傳導性金屬並由附著堆積層3構成的接點層， 7是用於增強被接合部件I與基材2間的空間的支撐部件，8是載置在支撐部件7與被接合部件I及基材2之間的釺焊材料，9是設在被接合部件I與基材2的重合部的用於定位的臺階。
在圖6及圖8各個中，(a)是利用上述接合結構中圖1所示的第一結構接合的電接點100及300，(b)是利用圖2所示的第二結構接合的電接點200及400。通過任意的場合附著堆積層3都兼做接點層6，被接合部件I與基材2的接合、及接點層3向基材2上的形成能夠利用上述接合結構在一個工序中同時形成，能夠進行低成本的電接點的製造、不使用釺焊材料的接點周邊部位的接合。
另外，載置在支撐部件7的上下的釺焊材料8在之後的真空閥的封閉釺焊過程中熔融，用於支撐部件7的釺焊固定，由於配置在接點層6的背面中央，因此伴隨工作中的溫度上升的材料揮散的影響小，只要支撐部件7的固定沒有故障，則可以省略。另外，設在基材2上的臺階9隻要不對與被接合部件I的定位精度帶來影響，則可以省略。另外，在具有圖6的結構的電接點100及200中，使用的基材2的貫通孔4的形狀除了以圖9 Ca)的俯視圖所示的圓形在圓周方向上均等地設置多個貫通孔4，可以為沿圖9(b)的俯視圖所示那樣的沿圓周的長孔。由此，接合部尺寸增加，對接合強度與通電性的提高有利。
另外，在具有圖8的結構的電接點300及400中，在基材2與被接合部件I接觸的部分(貫通孔4與凸部5、或被接合部件I與基材2的重合部)上設置螺紋部，通過螺紋連接基材2與被接合部件1，能夠防止後述的接點層6的形成過程中的基材2的傾斜或脫落。另夕卜，成為圖6的結構的電接點100及200也能夠成為圖7所示的結構。即，將由高傳導性金屬構成的網作為基材2，在其上形成接點層6。此時，在將脫模劑塗敷在平坦面上的硬質的底座上載置網，使粉末從其上附著堆積並形成接點層6。該接點層6的外徑比杯形狀的被接合部件I的內徑小。將網狀的基材2與接點層6—體化了的接點層1100載置在配置了被接合部件I及釺焊材料8的支撐部件7上，使粉末相對於網狀的基材2與被接合部件I重合的外周部附著堆積而連接(1200)。在該結構中，由於基材2為堆積的小的網狀，因此能夠使電接點1200輕量化，有利於減少使用材料。
本發明的電接點的構成被接合部件1及基材2、或接點層6的一部分的高傳導性金屬是Cu或Ag或以它們為主要成分的合金。由此，抑制伴隨通電的電接點的溫度上升，防止互相接觸的接點層6彼此的熔敷，並且能夠確保良好的通電性能。另外，使構成接點層6 的一部分的耐火性的金屬或化合物為Cr、Co、W、WC中至少一種以上。由此，能夠發現作為電接點必要的耐電壓特性(耐弧性)或電流斷開特性等。另外，成為接點層6的附著堆積層 3粒徑為75 μ m以下，由上述的耐火性的金屬或化合物與高傳導性金屬的粉末(以下稱為原料粉)構成。由此，得到緻密的附著堆積層3，並且能相對於嵌合部的周圍(圖1)或貫通孔 4的內部(圖2)有效地堆積填充原料粉，得到良好的接合狀態。若原料粉的粒徑超過大概 75 μ m,則粉末粒子的重量增大，由於使原料粉附著堆積，因此無法得到所需的衝突速度，另夕卜，由於容易在堆積的粒子間形成間隙，因此無法得到緻密的附著堆積層3。
圖10是將在徑向上組成不同的多個接點層配置為環狀的場合的、本發明的電接點的結構的剖視圖。在圖10中，47是與接點層6組成不同的第二接點層，48是與接點層6 及47任一個組成不同的第三接點層。圖10 Ca)是兩種接點層6及47中心軸對稱地設置為環狀的電接點800，圖10 (b)是三種接點層6、47及48中心軸對稱地設置為同心圓狀的電接點900，圖10 (c)是兩種接點層6及47中心軸對稱地交替設置為環狀的電接點1000。 電接點的電性能根據接點的組成而變化。因此，通過具有組成不同的多個接點層，能夠實現具有多個功能、例如斷開性能、耐電壓性能、低電湧性等的電接點。另外，具有該多種組成的接點層的電接點同樣能夠應用於圖6 (a)、(b)、圖7 (b)、圖8 (b)的結構。另外，就組成不同的多個接點層而言，從中心軸向外周放射狀地交替配置的電接點也同樣能夠實現。
以上的接合結構及電接點通過相對於基材2與被接合部件I的嵌合部或重合部位，利用熱噴塗或爆炸壓實成型等方法以高速使構成附著堆積層3的原料粉碰撞，粉末塑性變形，利用熱、機械性合金化進行附著堆積而得到。耐火性的金屬或化合物一般比較硬質，因此即使以高速使該粉末碰撞也難以塑性變形，幾乎不會相對於成為目的的部位附著堆積，但若含有比較軟質的高傳導性金屬的粉末，則由於它一邊捲入耐火性的金屬或化合物的粉末一邊進行堆積，因此如上所述，能夠得到各成分不同的接點層6、47、48。利用通過該粉末的熱 、機械性合金化的兩個部件的接合也能夠用於圖11所示的被接合部件與通電部件49的連接。即，在使被接合部件I與通電部件49密合而載置的狀態下，沿該接觸部的邊緣使粉末以高速碰撞，通過形成附著堆積層3而能夠連接兩者，這些也能夠應用於圖6 (b)或圖7 (b)的情況。
另外，由附著堆積層3形成的接點層6、47、48分別在其厚度方向(電接點的開閉方向)能夠使組成階段性或連續地變化。例如，在通過熱噴塗形成接點層6、47、48時，通過使供給的粉末的組成階段性或連續地變化，接點層為在厚度方向上傾斜的組成。此時，通過使基材2側為與基材2密合性高的傳導性金屬多的組成，使接點層6、47、48的表面側為耐火性的金屬或化合物多的組成，能夠得到與基材2的密合性優異，具有充分的耐電壓特性的接點層6、47、48。
本發明的真空閥在真空容器內具備一對固定側接點及可動側接點，通過在至少一方的接點上具有本發明的電接點，能夠實現在真空中的優異的電流斷開性能及耐電壓性倉泛。
本發明的真空斷路器具備在上述真空閥內的固定側接點及可動側接點的各個上連接在真空閥外的導體端子、驅動可動側接點的開閉機構，通過該真空閥具有本發明的電接點，作為真空斷路器能夠發揮充分的功能。
本發明的電力開閉器的一對電接點中的一方由本發明的電接點構成，通過使一對電接點接觸或離開，具備使電流通電或斷開的機構。由此，能夠在真空、惰性氣體、大氣任意的氣氛中發揮充分的電流斷開性能等作為電力開閉器的性能。
下面，利用實施例詳細地說明用於實施發明的優選的方式，但本發明未限定於這些實施例。
(實施例一)
在圖8及圖10 (a)所示的結構中，製造了接點層6為表I所示的組成(分析值)的電接點300、400及800。任一個基材2都是直徑54臟，厚度5mm，貫通孔4的內徑12mm，基材2及被接合部件I是無氧銅。另外，作為比較品，也製造了使用Cu-Mn-Ni類釺焊材料對不具有貫通孔4的基材2和不具有凸部5的被接合部件I進行釺焊的電接點。
首先，對本實施例的電接點300及400的製造方法進行說明。在接點層6的組成是Cu-Cr的場合(表I的No.1、No. 2及No. 6)，使用在原料粉中以得到表I所示的接點層6 的組成的方式配合了粒徑範圍為25 75 μ m的Cu粉末及Cr粉末的混合粉。在接點層6 的組成為Ag-WC的場合(表I的No. 3及No. 4)，使用在原料粉中以得到表I所示的接點層6的組成的方式配合了粒徑範圍為O. 3 45 μ m的Ag粉末及WC粉末的混合粉。在組合了基材2和被接合部件I的狀態下，使用Ar+H2混合氣體將這些混合粉熱噴塗在基材2的表面，使這些混合粉碰撞並進行附著堆積。在接點層6的組成在表I所示的範圍連續地變化的No. 6中，分別控制Cu粉末和Cr粉末各自的供給系統，使接點層6的厚度方向的組成從基材側向表面側階段性或連續地變化。在基材2的表面堆積了大約3mm厚的原料粉後，利用機械加工切削到厚度大約2mm，得到接點層6與基材2的合計厚度大約為5mm的電接點 300 及 400。接著，對本實施例的電接點800的製造方法(表I的No. 5)進行說明。在原料粉中使用上述混合粉。首先，在組合了基材2和被接合部件I的狀態下，通過開有內徑25mm的孔的屏蔽板(罩)，使用Ar+H2混合氣體將Ag-WC混合粉熱噴塗在基材2的中央部表面上，進行碰撞並附著堆積。另外，在將外徑25_的屏蔽板(罩)配置在基材2的中央的狀態下，同樣地熱噴塗Cu-Cr混合粉並附著堆積。之後，實施與上述相同的機械加工，得到在內周側(大約25mm直徑)具有Ag-WC的接點層6，在外周側具有Cu-Cr的接點層47的電接點800。
接著，對比較品中具有圖8 (a)的接合結構，原料粉的粒徑範圍與本實施例不同的 No. 9及No. 10的電接點300的製造方法進行說明。在原料粉上使用粒徑範圍為45 105 μ m 及80 150 μ m的Cu粉末和Cr粉末的混合粉。在將該混合粉利用與上述的本實施例相同的方法熱噴塗到基材2的表面上後，利用機械加工切削表面，得到接點層6與基材2的總和厚度為大約5mm的電接點300。
接著，對比較品中利用釺焊接合基材2與被接合部件I的電接點(No. 7及No. 8) 的製造方法進行說明。在原料粉中使用與No.1 No. 5相同的Cu-Cr混合粉及Ag-WC混合粉。在利用與上述的本發明品相同的方法將這些混合粉熱噴塗在不具有貫通孔4的基材2 的表面上後，利用機械加工切削表面，使接點層6的厚度為大約2mm。在該基材2的背面與被接合部件I的平坦面(直徑12_)之間載置Cu-Mn-Ni類釺焊材料(厚度O.1mm),使用真空加熱爐在大約3X 10_3Pa的真空中進行960°C X 10分的加熱，得到釺焊在表面具有接點層6 的基材2和被接合部件I的電接點。
如上所述，利用本實施例的接合結構及製造方法，同時實施接點層6的形成和其他部件的接合，確認能得到與現有的釺焊法相同的結構的電接點。另外，在本實施例的接點層6的形成上使用熱噴塗法，但只要是使粉末碰撞並進行附著堆積的方法，即使其他方法 (例如爆炸壓實成形等)，也能得到同樣的電接點。
表I
權利要求
1.一種接合結構，其特徵在於，具備多個部件、及將含有金屬的粉末附著堆積在上述多個部件上而成的附著堆積層， 通過上述多個部件和上述附著堆積層利用熱、機械性合金化的結合，接合上述多個部件。
2.根據權利要求1所述的接合結構，其特徵在於，上述多個部件具備具有貫通孔的基材、及具有嵌合在上述貫通孔中的凸部的被接合部件。
3.根據權利要求1所述的接合結構，其特徵在於，上述多個部件具備具有貫通孔的基材、及載置上述基材的被接合部件，以填充上述貫通孔的方式形成上述附著堆積層。
4.一種電接點，其特徵在於，上述基材由高傳導性金屬構成，上述被接合部件為杯形狀且由高傳導性金屬構成，上述附著堆積層是含有耐火性的金屬或化合物與高傳導性金屬的接點層，上述基材的一面與上述被接合部件的杯形狀的敞開端部利用權利要求2或3所述的接合結構接合。
5.一種電接點，其特徵在於，上述基材由高傳導性金屬構成，上述被接合部件為棒狀且由高傳導性金屬構成，上述附著堆積層是含有耐火性的金屬或化合物與高傳導性金屬的接點層，上述基材的一面與棒狀的上述被接合部件的一端利用權利要求2或3所述的接合結構接合。
6.根據權利要求4或5所述的電接點，其特徵在於，上述高傳導性金屬是Cu、或Ag、或Cu與Ag的合金，上述耐火性的金屬或化合物是Cr、 Co、W、WC中的至少一種以上。
7.根據權利要求4 6任一項所述的電接點，其特徵在於，上述接點層的上述耐火性的金屬或化合物的粉末與上述高傳導性金屬的粉末的粒徑為75 μ m以下。
8.根據權利要求4 7任一項所述的電接點，其特徵在於，上述接點層在徑向上由不同的組成形成同心圓狀。
9.根據權利要求4 8任一項所述的電接點，其特徵在於，上述接點層的組成在厚度方向上階段性或連續性地變化。
10.一種電接點的製造方法，該電接點是權利要求4 9任一項所述的電接點，該電接點的製造方法的特徵在於，使構成上述附著堆積層的上述耐火性的金屬或化合物的粉末與上述高傳導性金屬粉末以高速與嵌合上述基材與上述被接合部件的上述凸部或上述貫通孔碰撞，通過伴隨上述粉末的塑性變形的熱、機械性合金化進行附著堆積。
11.一種真空閥，其在真空容器內具備一對固定側接點及可動側接點，該真空閥的特徵在於，上述固定側接點及可動側接點的至少一方具有權利要求4 9任一項所述的電接點。
12.—種真空斷路器，其特徵在於，具備權利要求11所述的真空閥、在上述真空閥內的上述固定側接點及可動側接點的各個上與上述真空閥外連接的導體端子、以及驅動上述可動側接點的開閉機構。
13.一種電力開閉器，其特徵在於，一 對電接點中的一方由權利要求4 9中任一項所述的電接點構成，該電力開閉器具備如下機構通過使上述一對電接點在真空、惰性氣體、大氣的任一種氣氛中接觸或分離， 接通或斷開電流。
全文摘要
本發明提供接合結構、電接點及其製造方法。低成本且不使用釺焊材料地接合部件彼此。接合結構具備多個部件、及使含有金屬的粉末附著堆積在上述多個部件上而成的附著堆積層，通過上述多個部件與上述附著堆積層利用熱、機械性合金化的結合，接合上述多個部件。另外，上述基材由高傳導性金屬構成，上述被接合部件為杯形狀且由高傳導性金屬構成，上述附著堆積層是含有耐火性的金屬或化合物與高傳導性金屬的接點層，上述基材的一面與上述被接合部件的杯形狀的敞開端部利用上述熱、機械性合金化接合。
文檔編號H01H11/00GK103021727SQ20121027611
公開日2013年4月3日 申請日期2012年8月3日 優先權日2011年9月27日
發明者菊池茂, 佐藤隆, 森田步, 岡本和孝, 藪雅人, 土屋賢治 申請人:株式會社日立製作所