JP2002319341A - 真空バルブ - Google Patents

真空バルブ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大電流の遮断が可能であり、溶着引き外し力
が小さく、接触抵抗が安定して低く、電極消耗量が少な
いという良好な性能を兼ね備えた真空バルブを経済的に
得る。 【解決手段】 この発明に係る真空バルブは、筒状の絶
縁筒１の両端部にそれぞれ設けられた固定側端板２およ
び可動側端板３により内部が閉塞された真空容器内に、
固定側端板２に固定され端部に固定側電極７が設けられ
た固定側電極棒４と、端部に固定側電極７に接離可能な
可動側電極８が設けられた可動側電極棒５と、絶縁筒１
に固定されているとともに固定側電極７および可動側電
極８を包囲し電流遮断時に固定側電極７および可動側電
極８から発生する金属蒸気により絶縁筒１の内壁面が汚
染されるのを防止する電極側シールド９とを備え、固定
側電極７の接触面および可動側電極８の接触面の中央部
の一方のみに凹部８ａが形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、真空バルブに関
し、特に真空バルブの電極構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８は例えば特開平０９−３２０４１２
号公報に示された従来の真空バルブを示す断面図であ
る。図において、１は円筒形のアルミナセラミック等か
ら構成された絶縁筒である。２は固定側端板、３は可動
側端板であり、これらの固定側端板２及び可動側端板３
はそれぞれ絶縁筒１の両端にろう付により同軸状に取付
けられている。組立は主に銀系のろう材を使用して行わ
れており、固定側端板２には固定側電極棒４が、可動側
端板３にはベロ−ズ６を介して可動側電極棒５がろう付
接合されている。７は固定側電極棒４の端部にろう付接
合された固定側電極、８は可動側電極棒５の端部にろう
付接合された可動側電極で、固定側電極７と可動側電極
８とは互いに対向して配置されている。
【０００３】ベロ−ス６は、薄いステンレスで蛇腹状に
製作されており、気密を保ちながら可動側電極棒５が動
くことを可能にしている。９は固定側電極７および可動
側電極８を囲むように配設され、絶縁筒１に固定された
電極側シールド、１０はベロ−ズ６を覆うように配設さ
れたベローズ側シールドであり、電極側シールド９およ
びベローズ側シールド１０により、絶縁筒１の内面およ
びベロ−ズ６が電流遮断時に固定側電極７および可動側
電極８から発生する金属蒸気により汚染されるのを防止
している。１１はガイド取付け板であり、１２は可動側
電極棒５の移動を案内する樹脂ガイドである。樹脂ガイ
ド１２は真空バルブのろう付による組立完了後、ネジ等
（図示せず）によってガイド取付け板１１に取付けられ
ている。
【０００４】上記構成の真空バルブは、可動側電極棒５
の端部に取り付けられた遮断器の操作機構の動作によ
り、開閉動作が行われるが、操作機構の部品の公差等の
原因から固定側電極棒４と可動側電極棒５との軸心にず
れが生じることがある。また、操作機構は３相一括で軸
の回転運動をレバーによる直線運動に変換するため、真
空バルブの可動側電極棒５の開閉時の動作は多少円弧運
動となる。そのため、可動側電極棒５がスム−ズに動作
するように樹脂ガイド１２と可動側電極棒５との間に
は、若干の隙間があり、摩擦が少なくなるように設計さ
れており、真空バルブの投入時や開極時に可動側電極８
にはいくらかの傾きが生じることがある。
【０００５】ところで、真空バルブは、性能としては、
イ．大電流の遮断能力が大きいこと、ロ．耐圧性能が良
いこと、ハ．溶着引き外し力が小さいこと、ニ．電極消
耗量が少なく、長寿命であること、ホ．接触抵抗が低く
安定していること等の性能を同時に満足させる必要があ
るが、さらに、小形で低コストであることも要求され
る。
【０００６】また、大電流の遮断能力を向上させるため
に、一般的には２０ｋＡ以上の短絡遮断性能が要求され
る場合には、電極にスパイラルの溝を設けて遮断時のア
−クを駆動したり、電極の裏にコイル電極を設けて拡散
ア−クにすることで遮断性能の向上を図っていた。一
方、１６ｋＡ以下の場合には、特に複雑な構造を用い
ず、単なる平板構造で電極材料自身に遮断能力が高い材
料を用いることが最も経済的な方法であった。また、従
来の真空バルブは、短絡電流の投入性能や短時間通電性
能が必要とされるが、その際に、発弧したり、通電時の
発熱により溶着するため、電極７、８間を引き外すのに
大きな操作力が必要であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の真空バルブは、
上記のような性能が要求されるが、電極７、８同士の引
き外しの操作力が大きい程、遮断器の操作機構の強度向
上が必要となり、それだけ高価なものになってしまうと
いう問題点があった。
【０００８】この発明は、上記のような問題点を解決す
ることを課題とするものであって、大電流の遮断が可能
であり、溶着引き外し力が小さく、接触抵抗が安定して
低く、電極消耗量が少ないという良好な性能を兼ね備え
た真空バルブを経済的に提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る真空バル
ブは、筒状の絶縁筒の両端部にそれぞれ設けられた固定
側端板および可動側端板により内部が閉塞された真空容
器内に、前記固定側端板に固定され端部に固定側電極が
設けられた固定側電極棒と、端部に前記固定側電極に接
離可能な可動側電極が設けられた可動側電極棒と、前記
絶縁筒に固定されているとともに前記固定側電極および
前記可動側電極を包囲し電流遮断時に固定側電極および
可動側電極から発生する金属蒸気により前記絶縁筒の内
壁面が汚染されるのを防止する電極側シールドとを備え
たものにおいて、前記固定側電極の接触面および前記可
動側電極の接触面の一方のみの中央部に凹部が形成され
ている。
【００１０】この発明に係る真空バルブでは、凹部は固
定側電極のみに形成されている。
【００１１】この発明に係る真空バルブは、筒状の絶縁
筒の両端部にそれぞれ設けられた固定側端板および可動
側端板により内部が閉塞された真空容器内に、前記固定
側端板に固定され端部に固定側電極が設けられた固定側
電極棒と、端部に前記固定側電極に接離可能な可動側電
極が設けられた可動側電極棒と、前記固定側端板に固定
され前記固定側電極および前記可動側電極を包囲し電流
遮断時に固定側電極および可動側電極から発生する金属
蒸気により絶縁筒の内壁面が汚染されるのを防止する固
定側シールドとを備えたものにおいて、前記固定側電極
の接触面のみの中央部に凹部が形成されている。
【００１２】この発明に係る真空バルブは、筒状の絶縁
筒の両端部にそれぞれ設けられた固定側端板および可動
側端板により内部が閉塞された真空容器内に、前記固定
側端板に固定され端部に固定側電極が設けられた固定側
電極棒と、端部に前記固定側電極に接離可能な可動側電
極が設けられた可動側電極棒と、前記可動側端板に固定
され前記固定側電極および前記可動側電極を包囲し電流
遮断時に固定側電極および可動側電極から発生する金属
蒸気により絶縁筒の内壁面が汚染されるのを防止する可
動側シールドとを備えたものにおいて、前記可動側電極
の接触面のみの中央部に凹部が形成されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
に基づいて説明する。なお、図８に示される従来の真空
バルブと同一、同等部材、部位については、同一符号を
付し、その説明を省略する。
【００１４】実施の形態１．図１はこの発明の実施の形
態１に係る真空バルブを示す断面図であり、８ａは可動
側電極８の接触面の中央部に形成された凹部である。次
に、この実施の形態１による真空バルブの電気的性能に
ついて説明する。先ず、短絡電流の投入時や短時間電流
時の溶着引き外しについて説明する。短絡電流の投入時
のプリア−クによる溶着痕跡や短時間通電時の発弧時の
溶着痕跡は、電流が集中アークとなるため、電極７、８
の接触面の全面に痕跡ができるのではなく、ア−クの発
生場所に通常一箇所程度の、電極７、８の面積から比べ
ればごく小さな面積の溶着痕跡が発生する。
【００１５】図２は従来例の電極７、８の近傍の拡大図
であり、１３ａは投入時や短時間通電時の溶着箇所を示
す。この場合、接触面全面が平坦であるため、中央で溶
着痕跡が発生した場合、電極７、８を互いに引き外すに
必要な力としてＦ１の荷重が必要であるとする。
【００１６】図３はこの発明の実施の形態１による電極
７、８の近傍の拡大図である。この場合、可動側電極８
の接触面の中央部に凹部８ａがあるため、軸心から径方
向にずれた片側に溶着痕跡が発生する。この場合の引き
外し力Ｆ２は、溶着面に対し偏荷重として働くためにＦ
１より小さい力で引き外しが可能である。このことは、
遮断器の操作機構が低強度のものでよく、経済的な遮断
器とすることが可能になる。
【００１７】この場合、固定側電極７および可動側電極
８の両接触面の中央部に凹部を設けても、軸心から径方
向にずれた片側に溶着痕跡が発生するので、低い引き外
し力となるが、この場合、ガイド１２と可動側電極棒５
との間に隙間があるため、電極７、８同士がずれた場
合、互いの接触面積が小さくなり、その結果接触抵抗が
高くなることがあり、同時に負荷電流の開閉による電極
７、８の消耗量が多くなる問題点がある。しかしなが
ら、この実施の形態１による電極７、８の形状の組合せ
では、片側の固定側電極７の接触面が平面のため面積が
大きく、固定側電極７の接触面が安定して得られるため
両電極７、８の接触による接触抵抗が低く安定してお
り、電極７、８の消耗量も少ないという効果があり、こ
のように経済的な手法で、高性能な真空バルブを得るこ
とができる。
【００１８】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２に係る真空バルブを示す断面図である。図におい
て、７ａは固定側電極７の接触面の中央部に設けられた
凹部である。次に、この実施の形態２による真空バルブ
の電気的性能について説明する。まず、短絡電流の遮断
時の性能について説明する。短絡電流の遮断の可否は、
電流遮断後の回復電圧に電極７、８間の耐圧が耐えるか
どうかで決まるが、電極７、８の温度が局部的に高いと
その箇所で再点弧しやすくなり、遮断失敗となる。
【００１９】図４において、電極側シ−ルド９は絶縁筒
１のほぼ中央で支持されているため、電極側シ−ルド９
の電位は、電極側シールド９と、固定側電極棒４、固定
側電極７、可動側電極棒５および可動側電極８との間の
容量から決まり、電極側シールド９の電位は固定側電極
７および可動側電極８の中間電位に近くなるため、電極
７、８の周辺部の電界が緩和されている。
【００２０】ところで、図５は固定側および可動側の電
極７、８の両接触面の中央部に凹部７ａ、８ａを形成し
た真空バルブの例であるが、この場合、全く凹部７ａ、
８ａのないものと比べて、遮断性能の低下がみられた。
遮断後の電極７、８の表面の観察結果では、可動側電極
８の損傷が激しく、可動側電極８が遮断失敗の原因であ
ることが判明した。これは次の理由による。凹部７ａ、
８ａを有する電極７、８では凹部７ａ、８ａの角部での
電界値が高くなりやすく、更に、ア−クの広がりが平坦
なものと比べ悪くなるので、大電流遮断時には局部的な
温度上昇を招きやすく、大電流の遮断性能は平板状のも
のと比べ、低下しやすいことによる。また、更に、図５
に示すように、ガイド１２と可動側電極棒５との間に隙
間があるため、実際の開極時の動きとしては可動側電極
８は傾きを生じ、その結果、可動側電極８と電極側シ−
ルド９との間の距離が狭まり、その結果可動側電極８の
電界値は更に高くなることによる。
【００２１】この実施の形態２による真空バルブでは、
固定側電極７の接触面の中央部のみに凹部７ａを設け、
可動側電極８は凹部８ａを設けない平板状とした。そし
て、大電流の遮断試験の結果では、良好な性能を示した
が、これは次の理由によると考えられる。可動側電極８
には凹部８ａがないため、局部的な電界集中がなく、ま
たア−クも広がりやすいため局部的な温度上昇も防が
れ、電極側シ−ルド９との接近による電界の悪化はある
が、再点弧には至らない。一方、固定側電極７には凹部
７ａが設けられているため、ア−クの広がりがやや悪
く、凹部７ａにより角部では電界値が高くなるが、電極
側シ−ルド９との距離は一定に保たれているため、固定
側電極７の電界は悪くならず、バランスのとれた構成に
なっているために良好な大電流の遮断性能が得られたと
考えられる。
【００２２】実施の形態３．図６はこの発明の実施の形
態３に係る真空バルブを示す断面図である。図におい
て、９ａは固定側端板２に取付けられた固定側シ−ルド
であり、固定側電極７の接触面の中央部には凹部７ａが
設けられている。この固定側シールド９ａは電流遮断時
に固定側電極７および可動側電極８から発生する金属蒸
気により絶縁筒１の内壁面が汚染されるのを防止するも
のである。次に、この実施の形態３による真空バルブの
電気的性能について説明する。図６において、固定側シ
−ルド９ａは固定側端板２に取付けられている。このよ
うな形態の真空バルブの特徴としては、セラミックで構
成された絶縁筒１にシ−ルドを取り付けた場合に必要と
される段部や補助金具が不要であり、絶縁筒１の軸線方
向の長さが短縮できる反面、固定側シ−ルド９ａの電位
は固定側電極７と同電位となるため、可動側電極８近傍
の電界が厳しくなり、比較的使用電圧の低いものに使用
される。
【００２３】この発明の実施の形態においては、固定側
電極７の接触面の中央部に凹部７ａを設け、可動側電極
８では接触面が平坦であり凹部による電界の悪化は避け
られ、大電流遮断性能を低下させることなく、軸心から
径方向にずれた片側に溶着痕跡が発生し、溶着引き外し
力を下げることが可能である。
【００２４】実施の形態４．図７はこの発明の実施の形
態４に係る真空バルブを示す断面図である。図におい
て、９ｂは可動側端板３に取付けられた可動側シ−ルド
であり、可動側電極８の接触面の中央部に凹部８ａが設
けられている。可動側シールド９ｂは電流遮断時に固定
側電極７および可動側電極８から発生する金属蒸気によ
り絶縁筒１の内壁面が汚染されるのを防止するものであ
る。この発明の実施の形態においては、可動側シールド
９ｂの電位は可動側電極８と同電位となるが、可動側電
極８の接触面の中央部に凹部８ａを設け、固定側電極７
では接触面が平坦であり凹部による電界の悪化は避けら
れ、大電流遮断性能を低下させることなく、軸心から径
方向にずれた片側に溶着痕跡が発生し、溶着引き外し力
を下げることが可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の真空バ
ルブによれば、筒状の絶縁筒の両端部にそれぞれ設けら
れた固定側端板および可動側端板により内部が閉塞され
た真空容器内に、前記固定側端板に固定され端部に固定
側電極が設けられた固定側電極棒と、端部に前記固定側
電極に接離可能な可動側電極が設けられた可動側電極棒
と、前記絶縁筒に固定されているとともに前記固定側電
極および前記可動側電極を包囲し電流遮断時に固定側電
極および可動側電極から発生する金属蒸気により前記絶
縁筒の内壁面が汚染されるのを防止する電極側シールド
とを備え、前記固定側電極の接触面および前記可動側電
極の接触面の一方のみの中央部に凹部が形成されている
ので、軸心から径方向にずれた片側に溶着痕跡が発生
し、小さな力で溶着引き外しが可能となり、また接触抵
抗が安定して低く、電極消耗量も少ないという高性能
で、低コストの真空バルブを得ることができる。
【００２６】また、この発明の真空バルブによれば、凹
部が固定側電極のみに形成されているので、固定側電極
では電界値の高い部分が生じるものの、電極側シールド
との距離が一定に保たれており、固定側電極の電界が悪
化せず、小さな力で溶着引き外しが可能となり、また接
触抵抗が安定して低く、電極消耗量も少ないという高性
能で、低コストの真空バルブを得ることができる。
【００２７】また、この発明の真空バルブによれば、筒
状の絶縁筒の両端部にそれぞれ設けられた固定側端板お
よび可動側端板により内部が閉塞された真空容器内に、
前記固定側端板に固定され端部に固定側電極が設けられ
た固定側電極棒と、端部に前記固定側電極に接離可能な
可動側電極が設けられた可動側電極棒と、前記固定側端
板に固定され前記固定側電極および前記可動側電極を包
囲し電流遮断時に固定側電極および可動側電極から発生
する金属蒸気により絶縁筒の内壁面が汚染されるのを防
止する固定側シールドとを備え、前記固定側電極の接触
面のみの中央部に凹部が形成されているので、軸心から
径方向にずれた片側に溶着痕跡が発生し、小さな力で溶
着引き外しが可能となり、また接触抵抗が安定して低
く、電極消耗量も少ないという高性能で、低コストの真
空バルブを得ることができる。
【００２８】また、この発明の真空バルブによれば、筒
状の絶縁筒の両端部にそれぞれ設けられた固定側端板お
よび可動側端板により内部が閉塞された真空容器内に、
前記固定側端板に固定され端部に固定側電極が設けられ
た固定側電極棒と、端部に前記固定側電極に接離可能な
可動側電極が設けられた可動側電極棒と、前記可動側端
板に固定され前記固定側電極および前記可動側電極を包
囲し電流遮断時に固定側電極および可動側電極から発生
する金属蒸気により絶縁筒の内壁面が汚染されるのを防
止する可動側シールドとを備え、前記可動側電極の接触
面のみの中央部に凹部が形成されているので、軸心から
径方向にずれた片側に溶着痕跡が発生し、小さな力で溶
着引き外しが可能となり、また接触抵抗が安定して低
く、電極消耗量も少ないという高性能で、低コストの真
空バルブを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る真空バルブを
示す断面図である。
【図２】 従来の真空バルブの電極近傍の拡大断面図で
ある。
【図３】 この発明の実施の形態１に係る真空バルブの
電極近傍の拡大断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態２に係る真空バルブを
示す断面図である。
【図５】 従来の真空バルブを示す断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態３に係る真空バルブを
示す断面図である。
【図７】 この発明の実施の形態４に係る真空バルブを
示す断面図である。
【図８】 従来の真空バルブを示す断面図である。
【符号の説明】
１ 絶縁筒、２ 固定側端板、３ 可動側端板、４ 固
定側電極棒、５ 可動側電極棒、７ 固定側電極、７
ａ，８ａ 凹部、８ 可動側電極、９ 電極側シール
ド、９ａ 固定側シールド、９ｂ 可動側シールド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 貴和 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5G026 CA02 CB02 CB09 5G051 RA03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 筒状の絶縁筒の両端部にそれぞれ設けら
    れた固定側端板および可動側端板により内部が閉塞され
    た真空容器内に、前記固定側端板に固定され端部に固定
    側電極が設けられた固定側電極棒と、端部に前記固定側
    電極に接離可能な可動側電極が設けられた可動側電極棒
    と、前記絶縁筒に固定されているとともに前記固定側電
    極および前記可動側電極を包囲し電流遮断時に固定側電
    極および可動側電極から発生する金属蒸気により前記絶
    縁筒の内壁面が汚染されるのを防止する電極側シールド
    とを備えた真空バルブにおいて、 前記固定側電極の接触面および前記可動側電極の接触面
    の一方のみの中央部に凹部が形成されていることを特徴
    とする真空バルブ。
  2. 【請求項２】 凹部は固定側電極のみに形成されている
    請求項１に記載の真空バルブ。
  3. 【請求項３】 筒状の絶縁筒の両端部にそれぞれ設けら
    れた固定側端板および可動側端板により内部が閉塞され
    た真空容器内に、前記固定側端板に固定され端部に固定
    側電極が設けられた固定側電極棒と、端部に前記固定側
    電極に接離可能な可動側電極が設けられた可動側電極棒
    と、前記固定側端板に固定され前記固定側電極および前
    記可動側電極を包囲し電流遮断時に固定側電極および可
    動側電極から発生する金属蒸気により絶縁筒の内壁面が
    汚染されるのを防止する固定側シールドとを備えた真空
    バルブにおいて、 前記固定側電極の接触面のみの中央部に凹部が形成され
    ている真空バルブ。
  4. 【請求項４】 筒状の絶縁筒の両端部にそれぞれ設けら
    れた固定側端板および可動側端板により内部が閉塞され
    た真空容器内に、前記固定側端板に固定され端部に固定
    側電極が設けられた固定側電極棒と、端部に前記固定側
    電極に接離可能な可動側電極が設けられた可動側電極棒
    と、前記可動側端板に固定され前記固定側電極および前
    記可動側電極を包囲し電流遮断時に固定側電極および可
    動側電極から発生する金属蒸気により絶縁筒の内壁面が
    汚染されるのを防止する可動側シールドとを備えた真空
    バルブにおいて、 前記可動側電極の接触面のみの中央部に凹部が形成され
    ている真空バルブ。
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