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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024134360
(43)【公開日】2024-10-03
(54)【発明の名称】真空バルブの接合構造、及び真空バルブ
(51)【国際特許分類】
H01H 33/664 20060101AFI20240926BHJP
H01H 33/662 20060101ALI20240926BHJP
【ＦＩ】
H01H33/664 B
H01H33/662 J
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023044619
(22)【出願日】2023-03-20
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】垂井 洋静
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 遥
(72)【発明者】
【氏名】吉田 剛
(72)【発明者】
【氏名】近藤 淳一
【テーマコード（参考）】
5G026
【Ｆターム（参考）】
5G026BA07
5G026BB02
5G026BB04
5G026BB24
5G026BB30
5G026BC04
(57)【要約】
【課題】 低コストな接合層を用いた真空バルブの接合構造を提供する。
【解決手段】 実施形態によれば、真空バルブの接合構造は、第１接合領域が設けられた第１母材と、第１接合領域と対向して配置された第２接合領域が設けられた第２母材と、第１接合領域と第２接合領域とを接合する接合層とを含み、第１母材は接点、第２母材は通電軸であり、接合層は、第１液相線温度を有し、第１接合領域の第１部分と第２接合領域の第２部分とを接合する第１接合部と、第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有し、第１接合領域の第１部分とは異なる第３部分と第２接合領域の第２部分とは異なる第４部分とを接合する第２接合部とを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１接合領域が設けられた第１母材と、
前記第１接合領域と対向して配置された第２接合領域が設けられた第２母材と、
前記第１接合領域と前記第２接合領域とを接合する第１接合層とを含み、
前記第１母材は接点、前記第２母材は通電軸であり、
前記第１接合層は、第１液相線温度を有し、前記第１接合領域の第１部分と前記第２接合領域の第２部分とを接合する第１接合部と、前記第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有し、前記第１接合領域の前記第１部分とは異なる第３部分と前記第２接合領域の前記第２部分とは異なる第４部分とを接合する第２接合部とを含むことを特徴とする真空バルブの接合構造。
前記第１接合領域と対向して配置された第２接合領域が設けられた第２母材と、
前記第１接合領域と前記第２接合領域とを接合する第１接合層とを含み、
前記第１母材は接点、前記第２母材は通電軸であり、
前記第１接合層は、第１液相線温度を有し、前記第１接合領域の第１部分と前記第２接合領域の第２部分とを接合する第１接合部と、前記第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有し、前記第１接合領域の前記第１部分とは異なる第３部分と前記第２接合領域の前記第２部分とは異なる第４部分とを接合する第２接合部とを含むことを特徴とする真空バルブの接合構造。
【請求項2】
前記第１接合部と前記第２接合部との間の少なくとも一部を遮蔽する構造をさらに含む請求項１に記載の真空バルブの接合構造。
【請求項3】
前記遮蔽する構造は、前記第１接合領域と前記第２接合領域のうち少なくとも一方に設けられたスリットである請求項２に記載の真空バルブの接合構造。
【請求項4】
前記接合層は、前記第１接合部と前記第２接合部との間に、前記第１接合部及び前記第２接合部の組成とは異なる組成を有する第３接合部をさらに含む請求項１に記載の真空バルブの接合構造。
【請求項5】
前記第３接合部は、傾斜組成を有し、前記第１接合部の組成から前記第２接合部の組成へ連続的に変化する請求項４に記載の真空バルブの接合構造。
【請求項6】
両端に開口端を有する絶縁容器と、
前記開口端に接合された一対の封着金具を備えた真空容器と、
前記真空容器に切離可能に設けられた一対の電極とを備えた真空バルブであって、
少なくとも一方の前記電極は、
第１接合領域が設けられた第１母材と、
前記第１接合領域と対向して配置された第２接合領域が設けられた第２母材と、
前記第１接合領域と前記第２接合領域とを接合する第１固相温度を有する第１接合層とを含む真空バルブの接合構造を含み、
前記第１母材は接点、前記第２母材は通電軸であり、
前記第１接合層は、第１液相線温度を有し、前記第１接合領域の第１部分と前記第２接合領域の第２部分とを接合する第１接合部と、前記第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有し、前記第１接合領域の前記第１部分とは異なる第３部分と前記第２接合領域の前記第２部分とは異なる第４部分とを接合する第２接合部とを含むことを特徴とする真空バルブ。
前記開口端に接合された一対の封着金具を備えた真空容器と、
前記真空容器に切離可能に設けられた一対の電極とを備えた真空バルブであって、
少なくとも一方の前記電極は、
第１接合領域が設けられた第１母材と、
前記第１接合領域と対向して配置された第２接合領域が設けられた第２母材と、
前記第１接合領域と前記第２接合領域とを接合する第１固相温度を有する第１接合層とを含む真空バルブの接合構造を含み、
前記第１母材は接点、前記第２母材は通電軸であり、
前記第１接合層は、第１液相線温度を有し、前記第１接合領域の第１部分と前記第２接合領域の第２部分とを接合する第１接合部と、前記第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有し、前記第１接合領域の前記第１部分とは異なる第３部分と前記第２接合領域の前記第２部分とは異なる第４部分とを接合する第２接合部とを含むことを特徴とする真空バルブ。
【請求項7】
前記第１接合層は、第１固相温度を有し、前記真空容器は、前記絶縁容器の両端と一対の封着金具との間に、第１液相線温度を有する第２接合層を含み、前記第２接合層の前記第１液相線温度は、前記第１接合層の前記第１固相線温度以下である請求項６に記載の真空バルブ。
【請求項8】
前記第１接合部と前記第２接合部との間の少なくとも一部を遮蔽する構造をさらに含む請求項６に記載の真空バルブ。
【請求項9】
前記遮蔽する構造は、前記第１接合領域と前記第２接合領域のうち少なくとも一方に設けられたスリットである請求項８に記載の真空バルブ。
【請求項10】
前記第１接合層は、前記第１接合部と前記第２接合部との間に、前記第１接合部及び前記第２接合部の組成とは異なる組成を有する第３接合部をさらに含む請求項６に記載の真空バルブ。
【請求項11】
前記第３接合部は、傾斜組成を有し、前記第１接合部の組成から前記第２接合部の組成へ連続的に変化する請求項１０に記載の真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、真空バルブの接合構造、及び真空バルブに関する。
【背景技術】
【0002】
真空容器の製作には金属同士を接合するためのろう付けプロセスが用いられる。一部の真空容器においては複雑な内部構造を実現するために、多段ろう付けプロセスが適用される。多段ろう付けプロセスでは、融点の異なる二種類のろう材を用いることを特徴としており、まず、融点の高いろう材で真空容器内の部品例えば接点と通電軸を接合し、後工程で融点の低いろう材を用いて例えばセラミック容器と封着金具などの封着を行う。また、通電を伴う真空機器の場合、ろう材は電気抵抗が低い貴金属ろうが用いられることが一般的であり、特に高融点ろう材としてはパラジウムを含むろう材を用いることが多い。一方で低コスト化のためにはこれらの貴金属の使用量を低減することが求められている。貴金属を含まない高融点ろう材は一般に電気伝導度が悪く、常時通電するような環境においては電気的な損失が課題となりうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５６６８１２３号公報
【特許文献2】特許第５３５０３１７号公報
【特許文献3】特許第６１８７１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の実施形態は、低コストな接合層を用いた真空バルブの接合構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態によれば、第１接合領域が設けられた第１母材と、
前記第１接合領域と対向して配置された第２接合領域が設けられた第２母材と、
前記第１接合領域と前記第２接合領域とを接合する第１接合層とを含み、
前記第１母材は接点、前記第２母材は通電軸であり、
前記第１接合層は、第１液相線温度を有し、前記第１接合領域の第１部分と前記第２接合領域の第２部分とを接合する第１接合部と、前記第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有し、前記第１接合領域の前記第１部分とは異なる第３部分と前記第２接合領域の前記第２部分とは異なる第４部分とを接合する第２接合部とを含むことを特徴とする真空バルブの接合構造が提供される。
前記第１接合領域と対向して配置された第２接合領域が設けられた第２母材と、
前記第１接合領域と前記第２接合領域とを接合する第１接合層とを含み、
前記第１母材は接点、前記第２母材は通電軸であり、
前記第１接合層は、第１液相線温度を有し、前記第１接合領域の第１部分と前記第２接合領域の第２部分とを接合する第１接合部と、前記第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有し、前記第１接合領域の前記第１部分とは異なる第３部分と前記第２接合領域の前記第２部分とは異なる第４部分とを接合する第２接合部とを含むことを特徴とする真空バルブの接合構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】実施形態に係る真空バルブの接合構造の一例を表す模式的な断面図である。
【図2】実施形態に係る真空バルブの構成を表す縦断面図である。
【図3】実施形態に係る真空バルブの接合構造の他の一例を表す模式的な断面図である。
【図4】実施例１に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図である。
【図5】実施例２に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図である。
【図6】実施例３に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図である。
【図9】Ｃｕ－Ａｇ系平衡状態図である。
【図10】実施例４に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図である。
【図12】Ｃｕ－Ｂｉ系平衡状態図である。
【図13】Ｃｕ－Ｚｎ系平衡状態図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
第１実施形態に係る真空バルブの接合構造は、第１接合領域が設けられた第１母材と、第１接合領域と対向して配置された第２接合領域が設けられた第２母材と、第１接合領域と第２接合領域とを接合する第１接合層とを含む。第１母材は接点、第２母材は通電軸にすることができる。
第１接合層は、第１液相線温度を有する第１接合部と、第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有する第２接合部とを含む。第１接合部は、第１接合領域の第１部分と第２接合領域の第２部分とを接合する。第２接合部は、第１接合領域の第１部分とは異なる第３部分と、第２接合領域の第２部分とは異なる第４部分とを接合する。
第１接合層は、第１液相線温度を有する第１接合部と、第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有する第２接合部とを含む。第１接合部は、第１接合領域の第１部分と第２接合領域の第２部分とを接合する。第２接合部は、第１接合領域の第１部分とは異なる第３部分と、第２接合領域の第２部分とは異なる第４部分とを接合する。
【0008】
また、第２実施形態に係る真空バルブは、上記接合構造を用いた真空バルブであって、
両端に開口端を有する絶縁容器と、開口端に第２接合層により接合された一対の封着金具を備えた真空容器と、真空容器に切離可能に設けられた一対の電極とを含み、少なくとも一方の電極は、上記第１実施形態に係る真空バルブの接合構造を含む。
第１接合層は、第１実施形態にかかる真空バルブの接合構造の作成工程で、１段目の接合（ろう付け）により設けられる。第２接合層は、第１接合層を含む真空バルブの接合構造を封入して絶縁容器開口端を封着金具で封止する工程で、２段目の接合（ろう付け）により設けられる。このように、第１接合層は、真空バルブを作成する際に少なくとも２段の接合（多段ろう付け）に供され、高温に晒される。
第１接合層の第１接合部及び第２接合部には、ろう材を用いることができる。液相線温度が低い第１接合部は、導電率が高い傾向があるが、高温では溶けやすい。一方、液相線温度が高い第２接合部は、高温では溶けにくいが電気抵抗が高い傾向がある。
。
両端に開口端を有する絶縁容器と、開口端に第２接合層により接合された一対の封着金具を備えた真空容器と、真空容器に切離可能に設けられた一対の電極とを含み、少なくとも一方の電極は、上記第１実施形態に係る真空バルブの接合構造を含む。
第１接合層は、第１実施形態にかかる真空バルブの接合構造の作成工程で、１段目の接合（ろう付け）により設けられる。第２接合層は、第１接合層を含む真空バルブの接合構造を封入して絶縁容器開口端を封着金具で封止する工程で、２段目の接合（ろう付け）により設けられる。このように、第１接合層は、真空バルブを作成する際に少なくとも２段の接合（多段ろう付け）に供され、高温に晒される。
第１接合層の第１接合部及び第２接合部には、ろう材を用いることができる。液相線温度が低い第１接合部は、導電率が高い傾向があるが、高温では溶けやすい。一方、液相線温度が高い第２接合部は、高温では溶けにくいが電気抵抗が高い傾向がある。
。
【0009】
第１実施形態及び第２実施形態によれば、第１液相線温度を有する第１接合部と、第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有する第２接合部とを含む第１接合層を用いて、第１接合部で、第１接合領域の第１部分と第２接合領域の第２部分とを接合し、第２接合部で、第１接合領域の第１部分とは異なる第３部分と、第２接合領域の第２部分とは異なる第４部分とを接合することにより、高温例えば２段目の接合の温度における第１接合層の溶け落ちを第２接合部で防止し、第１接合層の抵抗値の増加を第１接合部で防ぐことができる。
【0010】
このように、実施形態によれば、第１接合層に第１液相線温度を有する第１接合部と、第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有する第２接合部との組み合わせを使用することにより、第１接合層にパラジウムなどの高価な貴金属を含むろう材を使用しなくても、真空バルブの接合構造において低コストで電気伝導度を維持できる。
【0011】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【0012】
図１に、第１実施形態に係る真空バルブの接合構造の一例を表す模式的な断面図を示す。
２１は、第１実施形態に係る真空バルブに用いられる部品の一例であり、真空バルブ用電極の一方例えば固定側電極を示す。固定側電極２１は、その端面に第１接合領域６ａが設けられた第１母材としての接点６と、第１接合領域６ａと対向して配置された第２接合領域４ａが設けられた第２母材としての通電軸４と、接点６の第１接合領域６ａと通電軸４の第２接合領域４ａとを接合する第１接合層５を含む接合構造１２１を備えている。
２１は、第１実施形態に係る真空バルブに用いられる部品の一例であり、真空バルブ用電極の一方例えば固定側電極を示す。固定側電極２１は、その端面に第１接合領域６ａが設けられた第１母材としての接点６と、第１接合領域６ａと対向して配置された第２接合領域４ａが設けられた第２母材としての通電軸４と、接点６の第１接合領域６ａと通電軸４の第２接合領域４ａとを接合する第１接合層５を含む接合構造１２１を備えている。
【0013】
第１接合層５は、第１液相線温度を有する第１接合部５－１と、第１液相線温度よりも高い第２液相線温度を有する第２接合部５－２を含む。ここでは、一例として、第１接合部５－１は第１接合層５の中央部付近に設けられ、第２接合部５－２は第１接合部５－１の周囲に設けられている。第１接合部５－１は、第１接合領域６ａの中央部付近の第１部分６ａ－１と、第２接合領域４ａの中央部付近の第２部分４ａ－１とを接合する。第２接合部５－２は、第１接合領域６ａの第１部分６ａ－１の周囲に設けられた第３部分６ａ－２と、第２接合領域の第２部分４ａ－１の周囲に設けられた第４部分４ａ－２とを接合する。
第１接合層５には、金属を用いることができる。第１接合部５－１及び第２接合部５－２として、互いに組成の異なる金属を使用することができる。金属として、種々のろう材を使用することができる。ろう材としては、ＣｕＡｇ合金、ＢｉＣｕ合金、ＣｕＺｎ合金等をあげることができる。
第１接合層５には、金属を用いることができる。第１接合部５－１及び第２接合部５－２として、互いに組成の異なる金属を使用することができる。金属として、種々のろう材を使用することができる。ろう材としては、ＣｕＡｇ合金、ＢｉＣｕ合金、ＣｕＺｎ合金等をあげることができる。
【0014】
図２に、第２実施形態に係る真空バルブの構成を表す縦断面図を示す。
図示するように、真空バルブ１００は、両端に開口部を有し、例えばアルミナ磁器等よりなる筒状のセラミックス容器１と、一方の開口部に第２接合層１５により接合して封着された固定側封着金具２と、他方の開口部に第２接合層１５’により接合して封着された可動側封着金具３と、一対の電極として、固定側電極２１と、可動側電極２２とを備えている。真空バルブ１００内は真空が維持されている。固定側封着金具２には中央開口部が設けられ、一方の電路となる固定側通電軸４が貫通固定されている。固定側通電軸４のセラミックス容器１内の端部に第１接合層５を介して固定側接点６が固着されることにより、真空バルブ１００の一対の電極の一方として、固定側電極２１の接合構造が得られる。固定側電極２１の接合構造として、図１に示す第１実施形態に係る真空バルブの接合構造１２１を適用することができる。
図示するように、真空バルブ１００は、両端に開口部を有し、例えばアルミナ磁器等よりなる筒状のセラミックス容器１と、一方の開口部に第２接合層１５により接合して封着された固定側封着金具２と、他方の開口部に第２接合層１５’により接合して封着された可動側封着金具３と、一対の電極として、固定側電極２１と、可動側電極２２とを備えている。真空バルブ１００内は真空が維持されている。固定側封着金具２には中央開口部が設けられ、一方の電路となる固定側通電軸４が貫通固定されている。固定側通電軸４のセラミックス容器１内の端部に第１接合層５を介して固定側接点６が固着されることにより、真空バルブ１００の一対の電極の一方として、固定側電極２１の接合構造が得られる。固定側電極２１の接合構造として、図１に示す第１実施形態に係る真空バルブの接合構造１２１を適用することができる。
【0015】
また、固定側接点６に対向し、切離自在の一対の接点となる可動側接点７が、可動側通電軸９の端面に第１接合層８を介して固着されることにより、可動側電極２２の接合構造が形成される。可動側通電軸９は、可動側封着金具３に設けられた中央開口部を移動自在に貫通する他の電路となる。
【0016】
この可動側通電軸９の中央部分より可動側封着金具３側の部分がセラミックス容器１の外に導出される部分となっており、その部分に、気密封止のためのベローズカバー１０が設けられ、ベローズカバー１０には伸縮自在の筒状のベローズ１１の一方の端部が配設されている。ベローズ１１の他方の端部は可動側封着金具３の中央開口部に封着されている。これにより、絶縁容器１の真空を保って、可動側通電軸９を軸方向に移動させることができる。固定側接点６、及び可動側接点７の周りには、開閉時に発生する金属蒸気や溶融金属が、絶縁容器１の内壁に付着して絶縁抵抗が低下することを防止するため、筒状のアークシールド１２が設けられている。
可動側電極２２の接合構造として、第１実施形態に係る真空バルブの接合構造１２２を適用することができる。
可動側電極２２の接合構造として、第１実施形態に係る真空バルブの接合構造１２２を適用することができる。
【0017】
図３に、可動側電極の接合構造の一例を表す模式的な断面図を示す。
２２は、図２に示す真空バルブ１００に用いられる真空バルブ用電極のもう一方である可動側電極を示す。可動側電極２２は、その端面に第１接合領域７ａが設けられた第１母材としての接点７と、第１接合領域７ａと対向して配置された第２接合領域９ａが設けられた第２母材としての通電軸９と、接点７の第１接合領域７ａと通電軸４の第２接合領域９ａとを接合する第１接合層８を含む接合構造１２２を備えている。
２２は、図２に示す真空バルブ１００に用いられる真空バルブ用電極のもう一方である可動側電極を示す。可動側電極２２は、その端面に第１接合領域７ａが設けられた第１母材としての接点７と、第１接合領域７ａと対向して配置された第２接合領域９ａが設けられた第２母材としての通電軸９と、接点７の第１接合領域７ａと通電軸４の第２接合領域９ａとを接合する第１接合層８を含む接合構造１２２を備えている。
【0018】
上記接合構造１２２は、第１の接合部５－１の代わりに第１接合部８－１、第２接合部５－２の代わりに第２接合部８－２、第１部分６ａ－１の代わりに第１部分７ａ－１、第２部分４ａ－１第の代わりに第２部分９ａ－１、第３部分６ａ－２の代わりに第３部分７ａ－２、第４部分４ａ－２の代わりに第４部分９ａ－２が設けられていること以外は図１と同様の構造を有する。
なお、ここでは、第２実施形態に係る真空バルブにおいて、第１実施形態にかかる真空バルブの接合構造は、固定側電極２１の接合構造、及び可動側電極２２の接合構造の両方に適用しているが、少なくとも一方に適用すればよい。
なお、ここでは、第２実施形態に係る真空バルブにおいて、第１実施形態にかかる真空バルブの接合構造は、固定側電極２１の接合構造、及び可動側電極２２の接合構造の両方に適用しているが、少なくとも一方に適用すればよい。
【0019】
第１実施形態にかかる真空バルブの接合構造において、第１接合部５－１，８－１と、第２接合部５－２，８－２との比率は例えば面積比で１：２～１：１０にすることができる。
通電軸４，９の端部４ｂまたは端部９ｂの径は、例えば１０ｍｍ～１５０ｍｍ、軸方向の厚さは、例えば１ｍｍ～３０ｍｍにすることができる。
接点の径は、例えば１５ｍｍ～１５０ｍｍ、厚さは、例えば３ｍｍ～１０ｍｍにすることができる。
第１接合層の径は、例えば１０ｍｍ～１５０ｍｍ、厚さは、例えば０．１ｍｍ～１ｍｍにすることができる。
第１実施形態にかかる真空バルブの接合構造は、第１接合部と第２接合部との間の少なくとも一部を遮蔽する構造をさらに含むことができる。
遮蔽する構造とは、第１接合部から第２接合部への元素の拡散、もしくは第２接合部から第１接合部への元素の拡散を防止する構造のことをいう。
遮蔽する構造として、例えば、第１接合領域と第２接合領域のうち少なくとも一方に設けられたスリットを用いることができる。また、スリットには第１接合部５－１、８－１、及び第２接合部５－２、８－２の組成とは異なる組成を有する例えばリング状のシールド材を適用することができる。シールド材としては、第１接合層に用いられる合金がシールド材内部に拡散し難い、あるいは第１接合層に用いられる合金とシールド材とが化学反応を生じ難い材料を使用することが可能であり、例えばアルミナ、黒鉛、カルシア、ジルコニア、マグネシア、及びシリカ等があげられる。
通電軸４，９の端部４ｂまたは端部９ｂの径は、例えば１０ｍｍ～１５０ｍｍ、軸方向の厚さは、例えば１ｍｍ～３０ｍｍにすることができる。
接点の径は、例えば１５ｍｍ～１５０ｍｍ、厚さは、例えば３ｍｍ～１０ｍｍにすることができる。
第１接合層の径は、例えば１０ｍｍ～１５０ｍｍ、厚さは、例えば０．１ｍｍ～１ｍｍにすることができる。
第１実施形態にかかる真空バルブの接合構造は、第１接合部と第２接合部との間の少なくとも一部を遮蔽する構造をさらに含むことができる。
遮蔽する構造とは、第１接合部から第２接合部への元素の拡散、もしくは第２接合部から第１接合部への元素の拡散を防止する構造のことをいう。
遮蔽する構造として、例えば、第１接合領域と第２接合領域のうち少なくとも一方に設けられたスリットを用いることができる。また、スリットには第１接合部５－１、８－１、及び第２接合部５－２、８－２の組成とは異なる組成を有する例えばリング状のシールド材を適用することができる。シールド材としては、第１接合層に用いられる合金がシールド材内部に拡散し難い、あるいは第１接合層に用いられる合金とシールド材とが化学反応を生じ難い材料を使用することが可能であり、例えばアルミナ、黒鉛、カルシア、ジルコニア、マグネシア、及びシリカ等があげられる。
【0020】
スリットの形状としてとして、例えばリング状、格子状の形状があげられる。
例えばリング状の場合、深さは１ｍｍ～５ｍｍ、幅は１ｍｍ～３０ｍｍにすることができる。
また、例えば格子状の場合、深さは１ｍｍ～５ｍｍ、幅は１ｍｍ～５ｍｍにすることができる。
スリットの深さは、１．５ｍｍ未満であると、接合部からスリット部へ接合部を構成する成分が流入する傾向がある。また、スリットの幅は、３ｍｍ未満であると、一方の接合部の成分と他方の接合部の成分とが混ざりやすくなる傾向がある。
例えばリング状の場合、深さは１ｍｍ～５ｍｍ、幅は１ｍｍ～３０ｍｍにすることができる。
また、例えば格子状の場合、深さは１ｍｍ～５ｍｍ、幅は１ｍｍ～５ｍｍにすることができる。
スリットの深さは、１．５ｍｍ未満であると、接合部からスリット部へ接合部を構成する成分が流入する傾向がある。また、スリットの幅は、３ｍｍ未満であると、一方の接合部の成分と他方の接合部の成分とが混ざりやすくなる傾向がある。
【0021】
第１接合層は、第１接合部と第２接合部との間に、第１接合部及び第２接合部の組成とは異なる組成を有する第３接合部をさらに設けることができる。このとき、第１接合層は、第１液相線温度及び第２液相線温度とは異なる第３の液相線温度を有し、かつ第１接合領域の第１部分及び第３部分とは異なる第５部分と第２接合領域の第２部分及び第４部分とは異なる第６部分とを接合する第３接合部を、さらに含むことができる。
第３接合部は、第１接合部の組成から第２接合部の組成へ連続的に変化する傾斜組成を有することができる。
ここで、第１接合層５，８が第１固相線温度を有し、第２接合層が第１液相線温度を有する場合、第２接合層の第１液相線温度は、第１固相線温度以下にすることができる。第２接合層の第１液相線温度が第１接合層の第１固相線温度を超えると、２段目の接合の際に、１段目で接合された第１接合層の一部が溶融する傾向がある。
なお、ここでは、第１接合層の第１固相線温度は、第１接合層が複数の固相線温度を有する場合には一番低い固相線温度のことをいう。また、第２接合層の第１液相線温度は、第２接合層が複数の液相線温度を有する場合には、一番高い液相線温度のことをいう。
第３接合部は、第１接合部の組成から第２接合部の組成へ連続的に変化する傾斜組成を有することができる。
ここで、第１接合層５，８が第１固相線温度を有し、第２接合層が第１液相線温度を有する場合、第２接合層の第１液相線温度は、第１固相線温度以下にすることができる。第２接合層の第１液相線温度が第１接合層の第１固相線温度を超えると、２段目の接合の際に、１段目で接合された第１接合層の一部が溶融する傾向がある。
なお、ここでは、第１接合層の第１固相線温度は、第１接合層が複数の固相線温度を有する場合には一番低い固相線温度のことをいう。また、第２接合層の第１液相線温度は、第２接合層が複数の液相線温度を有する場合には、一番高い液相線温度のことをいう。
【0022】
第１実施形態及び第２実施形態に用いられる真空バルブの接合構造を製造する方法は、以下の２つに分けることができる。
まず、第１形成方法では、通電軸の接合領域に、互いに液相線温度が異なる２種以上のろう材例えば第１液相線温度を有する第１ろう材、及び第１液相線温度より高い第２液相線温度を有する第２ろう材を適用し、その上に接点の接合領域を設置し、常圧以下の気圧、及び液相線温度以上の温度でろう付けを行うことにより、通電軸、接点、通電軸と接点の間に設けられた第１接合層からなる第１接合構造を得ることができる。第１接合構造の第１接合層では、適用したろう材に対応して例えば第１ろう材に対応して第１接合部、第２ろう材に対応して第２接合部を作成することができる。
まず、第１形成方法では、通電軸の接合領域に、互いに液相線温度が異なる２種以上のろう材例えば第１液相線温度を有する第１ろう材、及び第１液相線温度より高い第２液相線温度を有する第２ろう材を適用し、その上に接点の接合領域を設置し、常圧以下の気圧、及び液相線温度以上の温度でろう付けを行うことにより、通電軸、接点、通電軸と接点の間に設けられた第１接合層からなる第１接合構造を得ることができる。第１接合構造の第１接合層では、適用したろう材に対応して例えば第１ろう材に対応して第１接合部、第２ろう材に対応して第２接合部を作成することができる。
【0023】
また、第２形成方法では、通電軸の接合領域に、１種以上のろう材例えば第１液相線温度を有する第１ろう材を適用し、その上に接点の接合領域を設置し、真空雰囲気下、第１液相線温度以上から通電軸および接点が溶融しない温度以下の温度でろう付けを行うことにより、通電軸、接点、通電軸と接点の間に設けられた第１接合層からなる第２接合構造を得ることができる。第２接合構造の第１接合層では、真空雰囲気下でろう付けを行うことにより、側面は、第１ろう材に含まれる金属成分の一部が蒸発して金属組成比が変わり、金属成分の他の一部がリッチな組成を有する第２接合部となる。中心部は第１ろう材の金属組成と同様の組成を有する第１接合部となる。側面と中心部の間は、第２接合部の組成から第１接合部の組成へ連続して変化する傾斜組成を有する第３接合部とすることができる。
【0024】
第２形成方法において、真空雰囲気下におけるろう付けの温度は、ろう材の液相線温度以上、通電軸および接点が溶融しない温度以下にすることができる。ろう付けの気圧は、１０－５Ｐａ～１０－３Ｐａにすることができる。
また、第１形成方法では、ろう付けの温度は、ろう材の液相線温度以上、通電軸および接点が溶融しない温度以下にすることができる。また、ろう付けの気圧は１０－５Ｐａ～１０１３００（大気圧）Ｐａにすることができる。
また、第１形成方法では、ろう付けの温度は、ろう材の液相線温度以上、通電軸および接点が溶融しない温度以下にすることができる。また、ろう付けの気圧は１０－５Ｐａ～１０１３００（大気圧）Ｐａにすることができる。
【0025】
以下、実施例を示し、実施形態をより具体的に説明する。
実施例
実施例１
図４に、実施例１に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図を示す。
図４に示すように、直径５０ｍｍの接合面３４ａを有する無酸素銅製の通電軸３４と、直径５０ｍｍの接合面３６ａを有し、Ｃｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）からなる接点３６とを用意した。一対のスリット３１として、接合面３６ａに同心円状のスリット３１－１、及び接合面３４ａにスリット３１－１に対向して同心円状のスリット３１－２を設け、無酸素銅接合面３４ａのスリット３１－２に収まる円筒形状のＡｌ２Ｏ３（アルミナ）材３３を設置し、アルミナ材３３よりも内側の無酸素銅接合面３４ａに、ろう材１としてＣｕＡｇ合金（Ｃｕ２８重量％－Ａｇ７２重量％）からなる共晶Ａｇろう箔３５－２（０．１ｍｍ）を設置し、ろう材２としてアルミナ材３３よりも外側の平滑面にＮｉ－Ｐ合金からなるＮｉ－Ｐろう箔３５－１（０．１ｍｍ）を設置した。共晶Ａｇろう箔３５－２の固相線温度、液相線温度はともに７８０℃、Ｎｉ－Ｐろう箔３５－１の固相線温度、液相線温度はともに８７５℃である。Ｃｕ合金の接合面３６ａに設けたスリット３１－１に無酸素銅側のアルミナ材３３が収まるように設置し、真空雰囲気下、温度９００℃、保持時間１０分のろう付け処理を行い、通電軸３４と、接点３６と、通電軸３４及び接点３６間に設けられた第１接合層３５とを有する接合構造１２３を有する電極２３を得た。ろう付完了後に接点３６と通電軸３４との間の抵抗を測定したところ、得られた抵抗は、接点３６と通電軸３４の接合面と同様の接合面を全面共晶Ａｇろうでろう付けした接合構造の抵抗値を抵抗の基準値とした場合、１．７倍程度であった。また、実施例１の接合構造を８００℃で１０分加熱したところ、Ｃｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。なお、このような８００℃で１０分の加熱処理は、例えば共晶Ａｇろう箔による２段目の接合に使用される処理と同様である。
得られた結果を下記表１に示す。
実施例
実施例１
図４に、実施例１に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図を示す。
図４に示すように、直径５０ｍｍの接合面３４ａを有する無酸素銅製の通電軸３４と、直径５０ｍｍの接合面３６ａを有し、Ｃｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）からなる接点３６とを用意した。一対のスリット３１として、接合面３６ａに同心円状のスリット３１－１、及び接合面３４ａにスリット３１－１に対向して同心円状のスリット３１－２を設け、無酸素銅接合面３４ａのスリット３１－２に収まる円筒形状のＡｌ２Ｏ３（アルミナ）材３３を設置し、アルミナ材３３よりも内側の無酸素銅接合面３４ａに、ろう材１としてＣｕＡｇ合金（Ｃｕ２８重量％－Ａｇ７２重量％）からなる共晶Ａｇろう箔３５－２（０．１ｍｍ）を設置し、ろう材２としてアルミナ材３３よりも外側の平滑面にＮｉ－Ｐ合金からなるＮｉ－Ｐろう箔３５－１（０．１ｍｍ）を設置した。共晶Ａｇろう箔３５－２の固相線温度、液相線温度はともに７８０℃、Ｎｉ－Ｐろう箔３５－１の固相線温度、液相線温度はともに８７５℃である。Ｃｕ合金の接合面３６ａに設けたスリット３１－１に無酸素銅側のアルミナ材３３が収まるように設置し、真空雰囲気下、温度９００℃、保持時間１０分のろう付け処理を行い、通電軸３４と、接点３６と、通電軸３４及び接点３６間に設けられた第１接合層３５とを有する接合構造１２３を有する電極２３を得た。ろう付完了後に接点３６と通電軸３４との間の抵抗を測定したところ、得られた抵抗は、接点３６と通電軸３４の接合面と同様の接合面を全面共晶Ａｇろうでろう付けした接合構造の抵抗値を抵抗の基準値とした場合、１．７倍程度であった。また、実施例１の接合構造を８００℃で１０分加熱したところ、Ｃｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。なお、このような８００℃で１０分の加熱処理は、例えば共晶Ａｇろう箔による２段目の接合に使用される処理と同様である。
得られた結果を下記表１に示す。
【0026】
実施例２
図５に、実施例２に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図を示す。
直径５０ｍｍの接合面４４ａを有する無酸素銅製の通電軸４４と、直径５０ｍｍの接合面４６ａを有し、Ｃｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）からなる接点４６を用意した。図５に示すように、一対のスリット４１として、接合面４６ａに同心円状のスリット４１－１，及び接合面４４ａにスリット４１－１に対向して同心円状のスリット４１－２を設けた。無酸素銅接合面４４ａのスリット４１よりも内側に、ろう材１として実施例１と同様の共晶Ａｇろう箔４５－２（０．１ｍｍ）を設置し、接合面４４ａのスリット４１よりも外側にろう材２としてＮｉ－Ｐろう箔４５－１（０．１ｍｍ）を設置した。共晶銀ろう箔４５－２の固相線温度、液相線温度はともに７８０℃、Ｎｉ－Ｐろう箔４５－１の固相線温度、液相線温度はともに８７５℃である。Ｃｕ合金４６に設けたスリット４１－１と無酸素銅４４側のスリット４１－２が一致するように各接合面４６ａ，４４ａを向かい合わせて設置し、真空雰囲気下、温度９００℃、保持時間１０分のろう付け処理を行い、通電軸４４と、接点４６と、通電軸４４及び接点４６間に設けられた第１接合層４５とを有する接合構造１２４を有する電極２４を得た。ろう付完了後に接点４６と通電軸４４との間の抵抗を測定したところ、実施例１の抵抗の基準値の１．７倍程度であった。また、実施例２の接合構造を８００℃で１０分加熱したところ、Ｃｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。
得られた結果を下記表１に示す。
図５に、実施例２に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図を示す。
直径５０ｍｍの接合面４４ａを有する無酸素銅製の通電軸４４と、直径５０ｍｍの接合面４６ａを有し、Ｃｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）からなる接点４６を用意した。図５に示すように、一対のスリット４１として、接合面４６ａに同心円状のスリット４１－１，及び接合面４４ａにスリット４１－１に対向して同心円状のスリット４１－２を設けた。無酸素銅接合面４４ａのスリット４１よりも内側に、ろう材１として実施例１と同様の共晶Ａｇろう箔４５－２（０．１ｍｍ）を設置し、接合面４４ａのスリット４１よりも外側にろう材２としてＮｉ－Ｐろう箔４５－１（０．１ｍｍ）を設置した。共晶銀ろう箔４５－２の固相線温度、液相線温度はともに７８０℃、Ｎｉ－Ｐろう箔４５－１の固相線温度、液相線温度はともに８７５℃である。Ｃｕ合金４６に設けたスリット４１－１と無酸素銅４４側のスリット４１－２が一致するように各接合面４６ａ，４４ａを向かい合わせて設置し、真空雰囲気下、温度９００℃、保持時間１０分のろう付け処理を行い、通電軸４４と、接点４６と、通電軸４４及び接点４６間に設けられた第１接合層４５とを有する接合構造１２４を有する電極２４を得た。ろう付完了後に接点４６と通電軸４４との間の抵抗を測定したところ、実施例１の抵抗の基準値の１．７倍程度であった。また、実施例２の接合構造を８００℃で１０分加熱したところ、Ｃｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。
得られた結果を下記表１に示す。
【0027】
実施例３
図６に、実施例３に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図を示す。
直径５０ｍｍの接合面５４ａを有する無酸素銅製の通電軸５４と、直径５０ｍｍの接合面５６ａを有し、Ｃｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）からなる直径５０ｍｍの接点５６を用意した。図６に示すように、接合面５４ａにろう材として実施例１と同様の共晶Ａｇろう箔を設置し、その上にＣｕ合金５６（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）の接合面５６ａを設置し、真空雰囲気下１０５０℃の温度で３０分加熱し、ろう付け処理を行い、通電軸５４と、接点５６と、通電軸５４及び接点５６間に設けられた第１接合層５５とを有する接合構造１２６を有する電極２６を得た。ろう付け部の断面を電子顕微鏡で観察した。
図６に、実施例３に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図を示す。
直径５０ｍｍの接合面５４ａを有する無酸素銅製の通電軸５４と、直径５０ｍｍの接合面５６ａを有し、Ｃｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）からなる直径５０ｍｍの接点５６を用意した。図６に示すように、接合面５４ａにろう材として実施例１と同様の共晶Ａｇろう箔を設置し、その上にＣｕ合金５６（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）の接合面５６ａを設置し、真空雰囲気下１０５０℃の温度で３０分加熱し、ろう付け処理を行い、通電軸５４と、接点５６と、通電軸５４及び接点５６間に設けられた第１接合層５５とを有する接合構造１２６を有する電極２６を得た。ろう付け部の断面を電子顕微鏡で観察した。
【0028】
図７に、図６のろう付け部の断面の一部の電子顕微鏡写真を示す。
図８に、図６のろう付け部の断面の他の一部の電子顕微鏡写真を示す。
図７に示すように、真空雰囲気下でろう付けを行うことにより、共晶Ａｇろうに含まれるＡｇの一部が蒸発し、側面はＣｕリッチな組成を持つ領域５５－１（接合材料３）となり、図８に示すように、中心付近は共晶Ａｇろうに近い組成を持つ領域５５－２（接合材料１）、その間は接合材料１の組成から接合材料３の組成へと連続的に組成が変化する中間の組成を持つ領域５５－３（接合材料２）となっていた。元素分析の結果、接合材料２は平均組成がＡｇ５重量％－Ｃｕ９５重量％、接合材料３は平均組成がＡｇ２０重量％－Ｃｕ８０重量％、接合材料１は共晶組成（Ａｇ２８重量％－Ｃｕ７２重量％）となっていた。
図８に、図６のろう付け部の断面の他の一部の電子顕微鏡写真を示す。
図７に示すように、真空雰囲気下でろう付けを行うことにより、共晶Ａｇろうに含まれるＡｇの一部が蒸発し、側面はＣｕリッチな組成を持つ領域５５－１（接合材料３）となり、図８に示すように、中心付近は共晶Ａｇろうに近い組成を持つ領域５５－２（接合材料１）、その間は接合材料１の組成から接合材料３の組成へと連続的に組成が変化する中間の組成を持つ領域５５－３（接合材料２）となっていた。元素分析の結果、接合材料２は平均組成がＡｇ５重量％－Ｃｕ９５重量％、接合材料３は平均組成がＡｇ２０重量％－Ｃｕ８０重量％、接合材料１は共晶組成（Ａｇ２８重量％－Ｃｕ７２重量％）となっていた。
【0029】
図９に、Ｃｕ－Ａｇ系平衡状態図を示す。
図中、１３１は液相線を示す。
状態図から固相線温度は、接合材料１及び接合材料３は７８０℃、接合材料２は９００℃程度であり、液相線温度は、接合材料１は７８０℃、接合材料３は９６０℃、接合材料２は１０５０℃程度であることを確認した。この接合構造を８００℃で１０分加熱したがＣｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。通電軸５４と接点５６との間の抵抗を測定したところ、実施例１の基準値と同等であった。
得られた結果を下記表１に示す。
図中、１３１は液相線を示す。
状態図から固相線温度は、接合材料１及び接合材料３は７８０℃、接合材料２は９００℃程度であり、液相線温度は、接合材料１は７８０℃、接合材料３は９６０℃、接合材料２は１０５０℃程度であることを確認した。この接合構造を８００℃で１０分加熱したがＣｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。通電軸５４と接点５６との間の抵抗を測定したところ、実施例１の基準値と同等であった。
得られた結果を下記表１に示す。
【0030】
実施例４
図１０に、実施例４に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図を示す。
直径５０ｍｍの接合面６４ａを有する無酸素銅製の通電軸６４と、直径５０ｍｍの接合面６６ａを有し、Ｃｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）からなる接点６６を用意した。
図１０に示すように、一対のスリット６１として、接合面６４ａに格子状のスリット６１－２，及び接合面６６ａにスリット６１－２に対向して格子状のスリット６１－１を設けた。直径５０ｍｍの無酸素銅接合面およびＣｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）接合面に図１０に示すように格子状のスリットを設けた。
図１０に、実施例４に係る真空バルブの接合構造を表す模式的な断面図を示す。
直径５０ｍｍの接合面６４ａを有する無酸素銅製の通電軸６４と、直径５０ｍｍの接合面６６ａを有し、Ｃｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）からなる接点６６を用意した。
図１０に示すように、一対のスリット６１として、接合面６４ａに格子状のスリット６１－２，及び接合面６６ａにスリット６１－２に対向して格子状のスリット６１－１を設けた。直径５０ｍｍの無酸素銅接合面およびＣｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）接合面に図１０に示すように格子状のスリットを設けた。
【0031】
接合面６４ａのスリット６１－２以外の部分となる領域６２－２に実施例１と同様の共晶Ａｇろう箔を設置し、領域６２－２の上に、Ｃｕ合金の接合面６６ａのスリット６１－１以外の部分となる領域６２－１を位置合わせして設置した。真空雰囲気下１０５０℃で３０分加熱してろう付けを行ない、接合構造１２７を有する電極２７を得た。ろう付け部分の断面を電子顕微鏡で観察した。
【0032】
図１１に、図１０の一部を拡大して模式的に表す断面図を示す。
スリット６１－２以外の部分となる領域６２－２とスリット６１－１以外の部分となる領域６２－１の間の共晶Ａｇろう箔２５では、共晶Ａｇろうに含まれるＡｇの一部が蒸発し、側面はＣｕリッチな領域２５－１（接合材料２）となり、中心付近の領域２５－３は共晶Ａｇろうに近い組成（接合材料１）、その間の領域２５－２は接合材料１の組成から接合材料２の組成へと連続的に組成が変化する中間の組成（接合材料３）となっていた。
元素分析の結果、接合材料２は平均組成がＡｇ５重量％－Ｃｕ９５重量％、接合材料３は平均組成がＡｇ２０重量％－Ｃｕ８０重量％、接合材料１は共晶組成となっていた。
スリット６１－２以外の部分となる領域６２－２とスリット６１－１以外の部分となる領域６２－１の間の共晶Ａｇろう箔２５では、共晶Ａｇろうに含まれるＡｇの一部が蒸発し、側面はＣｕリッチな領域２５－１（接合材料２）となり、中心付近の領域２５－３は共晶Ａｇろうに近い組成（接合材料１）、その間の領域２５－２は接合材料１の組成から接合材料２の組成へと連続的に組成が変化する中間の組成（接合材料３）となっていた。
元素分析の結果、接合材料２は平均組成がＡｇ５重量％－Ｃｕ９５重量％、接合材料３は平均組成がＡｇ２０重量％－Ｃｕ８０重量％、接合材料１は共晶組成となっていた。
【0033】
また、図９の状態図から固相線温度は接合材料２、接合材料３が７８０℃、接合材料１が９００℃程度となり、液相線温度は、接合材料１は７８０℃、接合材料３は９６０℃、接合材料２は１０５０℃程度であることを確認した。本接合体を８００℃で１０分加熱したがＣｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。
接点６６と通電軸６４との間の抵抗を測定したところ、実施例１の抵抗の基準値と同等であった。
得られた結果を下記表１に示す。
接点６６と通電軸６４との間の抵抗を測定したところ、実施例１の抵抗の基準値と同等であった。
得られた結果を下記表１に示す。
【0034】
実施例５
直径５０ｍｍの接合面を有する無酸素銅製の通電軸と、直径５０ｍｍの接合面を有し、Ｃｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）からなる直径５０ｍｍの接点を用意した。
無酸素銅接合面にろう材としてＣｕ５０重量％－Ｂｉ５０重量％のろう材箔を設置し、その上に接点のＣｕ合金を設置し、真空雰囲気下９００℃で３０分加熱することによりろう付けを行ない、接合構造を得た。ろう付け部の断面を電子顕微鏡で観察したところ、図６に示す接合構造と同様に、Ｃｕ５０重量％－Ｂｉ５０重量％合金に含まれるＢｉの一部が蒸発し、側面はＣｕリッチな領域（接合材料２）となり、中心付近は初期組成に近い組成を持つ領域（接合材料１）、その間は接合材料１の組成から接合材料３の組成へと連続的に組成が変化する中間の組成を持つ領域（接合材料３）となっていた。元素分析の結果、接合材料２はほぼＣｕ単相、接合材料３は平均組成がＣｕ８０重量％－Ｂｉ２０重量％、接合材料１は初期のＣｕ５０重量％－Ｂｉ５０重量％組成となっていた。
直径５０ｍｍの接合面を有する無酸素銅製の通電軸と、直径５０ｍｍの接合面を有し、Ｃｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）からなる直径５０ｍｍの接点を用意した。
無酸素銅接合面にろう材としてＣｕ５０重量％－Ｂｉ５０重量％のろう材箔を設置し、その上に接点のＣｕ合金を設置し、真空雰囲気下９００℃で３０分加熱することによりろう付けを行ない、接合構造を得た。ろう付け部の断面を電子顕微鏡で観察したところ、図６に示す接合構造と同様に、Ｃｕ５０重量％－Ｂｉ５０重量％合金に含まれるＢｉの一部が蒸発し、側面はＣｕリッチな領域（接合材料２）となり、中心付近は初期組成に近い組成を持つ領域（接合材料１）、その間は接合材料１の組成から接合材料３の組成へと連続的に組成が変化する中間の組成を持つ領域（接合材料３）となっていた。元素分析の結果、接合材料２はほぼＣｕ単相、接合材料３は平均組成がＣｕ８０重量％－Ｂｉ２０重量％、接合材料１は初期のＣｕ５０重量％－Ｂｉ５０重量％組成となっていた。
【0035】
図１２に、Ｃｕ－Ｂｉ系平衡状態図の一例を示す。
図中、１３２は液相線を示す。
状態図から固相線温度は接合材料１、接合材料３が３００℃、接合材料２が１０８０℃程度となり、液相線温度は、接合材料１は９００℃、接合材料３は１０００℃、接合材料２は１０８０℃程度であることを確認した。また、接点と通電軸との間の抵抗を測定したところ、同様の接点と通電軸を共晶銀ろうで全面ろう付けした場合と同程度であった。
この接合構造を８００℃で１０分加熱したがＣｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。
得られた結果を下記表１に示す。
図中、１３２は液相線を示す。
状態図から固相線温度は接合材料１、接合材料３が３００℃、接合材料２が１０８０℃程度となり、液相線温度は、接合材料１は９００℃、接合材料３は１０００℃、接合材料２は１０８０℃程度であることを確認した。また、接点と通電軸との間の抵抗を測定したところ、同様の接点と通電軸を共晶銀ろうで全面ろう付けした場合と同程度であった。
この接合構造を８００℃で１０分加熱したがＣｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。
得られた結果を下記表１に示す。
【0036】
実施例６
ろう材として、Ｃｕ５０重量％－Ｂｉ５０重量％のろう材箔の代わりにＣｕ５０重量％－Ｚｎ５０重量％のろう材箔を使用すること以外は実施例５と同様にして、無酸素銅製の通電軸とＣｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）製の接点のろう付けを行ない、接合構造を得た。ろう付け部の断面を電子顕微鏡で観察したところ、図６に示す接合構造と同様に、Ｃｕ５０重量％－Ｚｎ５０重量％合金に含まれるＺｎの一部が蒸発し、側面はＣｕリッチな領域（接合材料２）となり、中心付近は初期組成に近い組成（接合材料１）、その間は接合材料１の組成から接合材料３の組成へと連続的に組成が変化する中間の組成（接合材料３）となっていた。元素分析の結果、接合材料２はＣｕ９０重量％－Ｚｎ１０重量％、接合材料３は平均組成がＣｕ６０重量％－Ｚｎ４０重量％、接合材料１は初期の組成となっていた。
ろう材として、Ｃｕ５０重量％－Ｂｉ５０重量％のろう材箔の代わりにＣｕ５０重量％－Ｚｎ５０重量％のろう材箔を使用すること以外は実施例５と同様にして、無酸素銅製の通電軸とＣｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）製の接点のろう付けを行ない、接合構造を得た。ろう付け部の断面を電子顕微鏡で観察したところ、図６に示す接合構造と同様に、Ｃｕ５０重量％－Ｚｎ５０重量％合金に含まれるＺｎの一部が蒸発し、側面はＣｕリッチな領域（接合材料２）となり、中心付近は初期組成に近い組成（接合材料１）、その間は接合材料１の組成から接合材料３の組成へと連続的に組成が変化する中間の組成（接合材料３）となっていた。元素分析の結果、接合材料２はＣｕ９０重量％－Ｚｎ１０重量％、接合材料３は平均組成がＣｕ６０重量％－Ｚｎ４０重量％、接合材料１は初期の組成となっていた。
【0037】
図１３に、Ｃｕ－Ｚｎ系平衡状態図の一例を示す。
図中、１３３は液相線を示す。
状態図から固相線温度は接合材料２が１０３０℃程度、接合材料３が８９０℃程度、接合材料１が８７０℃程度となっており、液相線温度は、接合材料２が１０５０℃程度、接合材料３が９００℃程度、接合材料１が８５０℃程度となっていることを確認した。また、接点と通電軸との間の抵抗を測定したところ、同様の接点と通電軸を共晶銀ろうで全面ろう付けした場合と同程度であった。この接合構造を８００℃で１０分加熱したがＣｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。
得られた結果を下記表１に示す。
図中、１３３は液相線を示す。
状態図から固相線温度は接合材料２が１０３０℃程度、接合材料３が８９０℃程度、接合材料１が８７０℃程度となっており、液相線温度は、接合材料２が１０５０℃程度、接合材料３が９００℃程度、接合材料１が８５０℃程度となっていることを確認した。また、接点と通電軸との間の抵抗を測定したところ、同様の接点と通電軸を共晶銀ろうで全面ろう付けした場合と同程度であった。この接合構造を８００℃で１０分加熱したがＣｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。
得られた結果を下記表１に示す。
【0038】
比較例１
直径５０ｍｍの無酸素銅製の通電軸と直径５０ｍｍのＣｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）接点とをＮｉ－Ｐろうペーストを介して接合した。真空雰囲気下で、到達温度９００℃、保持時間１０分のろう付け処理を行ない、接合構造を得た。ろう付完了後に接点と通電軸との間の抵抗を測定したところ、実施例１の抵抗の基準値の２０倍程度であった。また、この接合構造を８００℃で１０分加熱したがＣｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。
直径５０ｍｍの無酸素銅製の通電軸と直径５０ｍｍのＣｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）接点とをＮｉ－Ｐろうペーストを介して接合した。真空雰囲気下で、到達温度９００℃、保持時間１０分のろう付け処理を行ない、接合構造を得た。ろう付完了後に接点と通電軸との間の抵抗を測定したところ、実施例１の抵抗の基準値の２０倍程度であった。また、この接合構造を８００℃で１０分加熱したがＣｕ合金が無酸素銅から脱落することはなかった。
【0039】
比較例２
直径５０ｍｍの無酸素銅製の通電軸と直径５０ｍｍのＣｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）接点とを共晶銀ろう箔を介して接合した。真空雰囲気下で、到達温度９００℃、保持時間１０分でろう付け処理を行ない、接合構造を得た。ろう付完了後に接点と通電軸との間の抵抗を測定したところ、十分な抵抗値が得られた。なお、各実施例は、この抵抗値を基準値として抵抗値を比較した。この接合構造を８００℃で１０分加熱したところＣｕ合金が無酸素銅から脱落した。
得られた結果を下記表１に示す。
直径５０ｍｍの無酸素銅製の通電軸と直径５０ｍｍのＣｕ合金（Ｃｕ７５重量％－Ｃｒ２５重量％）接点とを共晶銀ろう箔を介して接合した。真空雰囲気下で、到達温度９００℃、保持時間１０分でろう付け処理を行ない、接合構造を得た。ろう付完了後に接点と通電軸との間の抵抗を測定したところ、十分な抵抗値が得られた。なお、各実施例は、この抵抗値を基準値として抵抗値を比較した。この接合構造を８００℃で１０分加熱したところＣｕ合金が無酸素銅から脱落した。
得られた結果を下記表１に示す。
【0040】
【表1】
【0041】
表１に示すように、実施例１～６の接合構造では、高温における接合層の溶け落ちを防止し、接合層の抵抗値の増加を防ぐことができる。
実施例１～実施例６に接点として使用されるＣｕ合金としては他の組み合わせ例えばＣｕ－５０重量％Ｗ－１重量％Ｓｂ，Ｃｕ－６０重量％Ｍｏ－２重量％Ｃｒ，Ｃｕ－４０重量％Ｍｏ－１重量％Ｃｒ，Ｃｕ－２５重量％Ｃｒ，Ｃｕ－５０重量％Ｃｒ，あるいはＣｕ－６５重量％Ｃｒなど適用可能である。また、それ以外にも母材として任意の材料を用いることができる。
また、実施例１，実施例２に関してはろう材１とろう材２の組み合わせとして下記表２に示すような組み合わせも適用可能である。また、下記以外にも請求項を満たす範囲で任意の接合材料を用いることができる。
実施例１～実施例６に接点として使用されるＣｕ合金としては他の組み合わせ例えばＣｕ－５０重量％Ｗ－１重量％Ｓｂ，Ｃｕ－６０重量％Ｍｏ－２重量％Ｃｒ，Ｃｕ－４０重量％Ｍｏ－１重量％Ｃｒ，Ｃｕ－２５重量％Ｃｒ，Ｃｕ－５０重量％Ｃｒ，あるいはＣｕ－６５重量％Ｃｒなど適用可能である。また、それ以外にも母材として任意の材料を用いることができる。
また、実施例１，実施例２に関してはろう材１とろう材２の組み合わせとして下記表２に示すような組み合わせも適用可能である。また、下記以外にも請求項を満たす範囲で任意の接合材料を用いることができる。
【0042】
【表2】
【0043】
表２中、Ｂａｌ．は、残部を示す。
なお、上記実施例では、第１母材が電極、第２母材が通電軸である真空バルブの接合構造について示しているが、第１母材と第２母材の接合構造は、真空バルブ以外に使用することもできる。
なお、上記実施例では、第１母材が電極、第２母材が通電軸である真空バルブの接合構造について示しているが、第１母材と第２母材の接合構造は、真空バルブ以外に使用することもできる。
【0044】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0045】
１…絶縁容器、４、９、３４、４４、５４、６４…通電軸、４ａ，９ａ…第２接合領域、５、２５、３５、４５、５５…第１接合層、４ａ－１、９ａ－１…第２部分、４ａ－２、９ａ－２…第４部分、５－１、８－１…第１接合部、５－２、８－２…第２接合部、６、７、３６、４６、５６、６６…接点、６ａ，７ａ…第１接合領域、６ａ－１、７ａ－１…第１部分、６ａ－２、７ａ－２…第３部分、２１、２２、２４、２６、２７…電極、１００…真空バルブ、１２１、１２２、１２６、１２７…接合構造
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】