專利名稱：接合結(jié)構(gòu)、電接點及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及真空斷路器、真空開關(guān)裝置、氣體絕緣開關(guān)裝置等所使用的電力開閉器用接合結(jié)構(gòu)、電接點及其制造方法。
背景技術(shù)：
在真空中斷開電流的電力開閉設(shè)備具備內(nèi)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(jié)法或溶液浸透法等制造方法制造，根據(jù)需要進行機械加工。該電接點在與通電部件釬焊(一次接合)后，在組裝在構(gòu)成真空閥的容器內(nèi)的狀態(tài)下，通過在真空中對容器進行釬焊封閉(二次接合)后，將電接點內(nèi)置在真空閥內(nèi)。這樣，一般在電接點的制造方法中，釬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制造上花費較大的費用。
另外，若不具備電接點與通電部件的釬焊，則由于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，釬焊材料揮散，電性能下降，產(chǎn)品可靠性下降。因此，即使在釬焊中，也要求在一次釬焊中具有較高的可靠性，在用于得到設(shè)置在接合部附近用于保持適當?shù)拟F焊材料量的部位、形狀等健全的釬焊狀態(tài)的形狀上下功夫。
現(xiàn)有技術(shù)文獻
專利文獻1:日本特開2007-157666號公報
上述專利文獻I通過使釬焊部的形狀適當化而實現(xiàn)釬焊健全性的提高。但是，只要使用釬焊材料，就有可能由于其加熱揮散而導致接合可靠性下降。另外，由于利用燒結(jié)法或溶液浸透法的電接點的制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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于以低成本且不使用釬焊材料地接合部件彼此。
為了解決上述課題，本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)的特征在于，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(jié)合，接合上述多個部件。
本發(fā)明的效果如下。
根據(jù)本發(fā)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(fā)明的接合結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2是本發(fā)明的其他接合結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖3是本發(fā)明的其他接合結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖4是本發(fā)明的其他接合結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖5是本發(fā)明的其他接合結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖6是本發(fā)明的電接點的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖7是本發(fā)明的接點層的立體圖與其他電接點的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖8是本發(fā)明的其他電接點的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖9是用于本發(fā)明的電接點的基材的俯視圖。
圖10是本發(fā)明的具有多個組成的接點層的電接點的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖11是本發(fā)明的其他接合結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖12是表示第二實施例的真空閥的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖13是表示第三實施例的真空斷路器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖14是表示第三實施例的負荷開閉器的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖中l(wèi)、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—釬焊材料，9—臺階，10—屏蔽件，11—可動側(cè)屏蔽件，12a 一固定側(cè)端板，12b—可動側(cè)端板，13—風箱，14 一導向件，15—可動側(cè)支架，16— 陶瓷絕緣筒，17—環(huán)氧筒，18 —絕緣操作桿，19一上部端子，20—集電子，21—下部端子， 22一接觸彈簧,23一支撐桿，24—支柱，25—柱塞,26—爆震桿，27—滾子，28—主桿，29— 解扣線圈，30一解扣桿,31 一復(fù)位彈簧，32一投入線圈,33一排氣筒，34一外側(cè)真空容器， 35一上部板材，36一下部板材，37一側(cè)部板材，38一上部貫通孔，39一上部基體,40一外側(cè)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(cè)電極 棒， 46b-可動側(cè)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(wǎng)上的接點層(接點層)。
具體實施方式
圖1及圖2表示本發(fā)明的接合結(jié)構(gòu)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(shè)在基材2上的貫通孔，5是設(shè)在被接合部件I上的凸部。
圖1所示的第一結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)，能不使用比較低的熔點且耐熱性低的釬焊材料等地接合基材2與被接合部件I。接合后，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(tài)。
另外，如圖3所示，通過使凸部5的突出部表面粗糙度粗，設(shè)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(jié)合(所謂的錨定效果)或接觸面積，從而能夠得到更結(jié)實的結(jié)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(shè)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(shè)置錐或R部，附著堆積層3與被接合部件I的結(jié)合變得更結(jié)實。
圖6及圖8表示利用上述接合結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的電接點的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在圖6及圖8中，I是由高傳導性金屬構(gòu)成的杯形狀或棒狀的被接合部件，2是由高傳導性金屬構(gòu)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并由附著堆積層3構(gòu)成的接點層， 7是用于增強被接合部件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之間的釬焊材料，9是設(shè)在被接合部件I與基材2的重合部的用于定位的臺階。
在圖6及圖8各個中，(a)是利用上述接合結(jié)構(gòu)中圖1所示的第一結(jié)構(gòu)接合的電接點100及300，(b)是利用圖2所示的第二結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在一個工序中同時形成，能夠進行低成本的電接點的制造、不使用釬焊材料的接點周邊部位的接合。
另外，載置在支撐部件7的上下的釬焊材料8在之后的真空閥的封閉釬焊過程中熔融，用于支撐部件7的釬焊固定，由于配置在接點層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(shè)在基材2上的臺階9只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(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)置螺紋部，通過螺紋連接基材2與被接合部件1，能夠防止后述的接點層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(jié)構(gòu)的電接點100及200也能夠成為圖7所示的結(jié)構(gòu)。即，將由高傳導性金屬構(gòu)成的網(wǎng)作為基材2，在其上形成接點層6。此時，在將脫模劑涂敷在平坦面上的硬質(zhì)的底座上載置網(wǎng)，使粉末從其上附著堆積并形成接點層6。該接點層6的外徑比杯形狀的被接合部件I的內(nèi)徑小。將網(wǎng)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及釬焊材料8的支撐部件7上，使粉末相對于網(wǎng)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(jié)構(gòu)中，由于基材2為堆積的小的網(wǎng)狀，因此能夠使電接點1200輕量化，有利于減少使用材料。
本發(fā)明的電接點的構(gòu)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?yōu)橹饕煞值暮辖?。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，并且能夠確保良好的通電性能。另外，使構(gòu)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(fā)現(xiàn)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(gòu)成。由此，得到致密的附著堆積層3，并且能相對于嵌合部的周圍(圖1)或貫通孔 4的內(nèi)部(圖2)有效地堆積填充原料粉，得到良好的接合狀態(tài)。若原料粉的粒徑超過大概 75 μ m,則粉末粒子的重量增大，由于使原料粉附著堆積，因此無法得到所需的沖突速度，另夕卜，由于容易在堆積的粒子間形成間隙，因此無法得到致密的附著堆積層3。
圖10是將在徑向上組成不同的多個接點層配置為環(huán)狀的場合的、本發(fā)明的電接點的結(jié)構(gòu)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(shè)置為環(huán)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(shè)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(shè)置為環(huán)狀的電接點1000。 電接點的電性能根據(jù)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?qū)崿F(xiàn)具有多個功能、例如斷開性能、耐電壓性能、低電涌性等的電接點。另外，具有該多種組成的接點層的電接點同樣能夠應(yīng)用于圖6 (a)、(b)、圖7 (b)、圖8 (b)的結(jié)構(gòu)。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?qū)崿F(xiàn)。
以上的接合結(jié)構(gòu)及電接點通過相對于基材2與被接合部件I的嵌合部或重合部位，利用熱噴涂或爆炸壓實成型等方法以高速使構(gòu)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(zhì)，因此即使以高速使該粉末碰撞也難以塑性變形，幾乎不會相對于成為目的的部位附著堆積，但若含有比較軟質(zhì)的高傳導性金屬的粉末，則由于它一邊卷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于圖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(tài)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(yīng)用于圖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(xù)地變化。例如，在通過熱噴涂形成接點層6、47、48時，通過使供給的粉末的組成階段性或連續(xù)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(cè)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?zhèn)葹槟突鹦缘慕饘倩蚧衔锒嗟慕M成，能夠得到與基材2的密合性優(yōu)異，具有充分的耐電壓特性的接點層6、47、48。
本發(fā)明的真空閥在真空容器內(nèi)具備一對固定側(cè)接點及可動側(cè)接點，通過在至少一方的接點上具有本發(fā)明的電接點，能夠?qū)崿F(xiàn)在真空中的優(yōu)異的電流斷開性能及耐電壓性倉泛。
本發(fā)明的真空斷路器具備在上述真空閥內(nèi)的固定側(cè)接點及可動側(cè)接點的各個上連接在真空閥外的導體端子、驅(qū)動可動側(cè)接點的開閉機構(gòu)，通過該真空閥具有本發(fā)明的電接點，作為真空斷路器能夠發(fā)揮充分的功能。
本發(fā)明的電力開閉器的一對電接點中的一方由本發(fā)明的電接點構(gòu)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(gòu)。由此，能夠在真空、惰性氣體、大氣任意的氣氛中發(fā)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于實施發(fā)明的優(yōu)選的方式，但本發(fā)明未限定于這些實施例。
(實施例一)
在圖8及圖10 (a)所示的結(jié)構(gòu)中，制造了接點層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(nèi)徑12mm，基材2及被接合部件I是無氧銅。另外，作為比較品，也制造了使用Cu-Mn-Ni類釬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進行釬焊的電接點。
首先，對本實施例的電接點300及400的制造方法進行說明。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范圍為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范圍為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(tài)下，使用Ar+H2混合氣體將這些混合粉熱噴涂在基材2的表面，使這些混合粉碰撞并進行附著堆積。在接點層6的組成在表I所示的范圍連續(xù)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(tǒng)，使接點層6的厚度方向的組成從基材側(cè)向表面?zhèn)入A段性或連續(xù)地變化。在基材2的表面堆積了大約3mm厚的原料粉后，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的制造方法(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(tài)下，通過開有內(nèi)徑25mm的孔的屏蔽板(罩)，使用Ar+H2混合氣體將Ag-WC混合粉熱噴涂在基材2的中央部表面上，進行碰撞并附著堆積。另外，在將外徑25_的屏蔽板(罩)配置在基材2的中央的狀態(tài)下，同樣地熱噴涂Cu-Cr混合粉并附著堆積。之后，實施與上述相同的機械加工，得到在內(nèi)周側(cè)(大約25mm直徑)具有Ag-WC的接點層6，在外周側(cè)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(jié)構(gòu)，原料粉的粒徑范圍與本實施例不同的 No. 9及No. 10的電接點300的制造方法進行說明。在原料粉上使用粒徑范圍為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涂到基材2的表面上后，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，對比較品中利用釬焊接合基材2與被接合部件I的電接點(No. 7及No. 8) 的制造方法進行說明。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(fā)明品相同的方法將這些混合粉熱噴涂在不具有貫通孔4的基材2 的表面上后，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類釬焊材料(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，得到釬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(jié)構(gòu)及制造方法，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(xiàn)有的釬焊法相同的結(jié)構(gòu)的電接點。另外，在本實施例的接點層6的形成上使用熱噴涂法，但只要是使粉末碰撞并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(quán)利要求
1.一種接合結(jié)構(gòu)，其特征在于，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(jié)合，接合上述多個部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的接合結(jié)構(gòu)，其特征在于，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，其特征在于，上述基材由高傳導性金屬構(gòu)成，上述被接合部件為杯形狀且由高傳導性金屬構(gòu)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(quán)利要求2或3所述的接合結(jié)構(gòu)接合。
5.一種電接點，其特征在于，上述基材由高傳導性金屬構(gòu)成，上述被接合部件為棒狀且由高傳導性金屬構(gòu)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(quán)利要求2或3所述的接合結(jié)構(gòu)接合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電接點，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求4 6任一項所述的電接點，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求4 7任一項所述的電接點，其特征在于，上述接點層在徑向上由不同的組成形成同心圓狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求4 8任一項所述的電接點，其特征在于，上述接點層的組成在厚度方向上階段性或連續(xù)性地變化。
10.一種電接點的制造方法，該電接點是權(quán)利要求4 9任一項所述的電接點，該電接點的制造方法的特征在于，使構(gòu)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(nèi)具備一對固定側(cè)接點及可動側(cè)接點，該真空閥的特征在于，上述固定側(cè)接點及可動側(cè)接點的至少一方具有權(quán)利要求4 9任一項所述的電接點。
12.—種真空斷路器，其特征在于，具備權(quán)利要求11所述的真空閥、在上述真空閥內(nèi)的上述固定側(cè)接點及可動側(cè)接點的各個上與上述真空閥外連接的導體端子、以及驅(qū)動上述可動側(cè)接點的開閉機構(gòu)。
13.一種電力開閉器，其特征在于，一 對電接點中的一方由權(quán)利要求4 9中任一項所述的電接點構(gòu)成，該電力開閉器具備如下機構(gòu)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(fā)明提供接合結(jié)構(gòu)、電接點及其制造方法。低成本且不使用釬焊材料地接合部件彼此。接合結(jié)構(gòu)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(jié)合，接合上述多個部件。另外，上述基材由高傳導性金屬構(gòu)成，上述被接合部件為杯形狀且由高傳導性金屬構(gòu)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(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)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:株式會社日立制作所