JP2005285430A - 樹脂モールド真空バルブおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘電率の異なる絶縁層を容易に形成し、電気的特性を向上し得る樹脂モールド真空バルブを得る。
【解決手段】 真空絶縁容器１２の両端開口部に、固定側通電軸１５を貫通固定した固定側端板１３および気密に進退自在する可動側通電軸１８を貫通させた可動側端板１４を気密に封着するとともに、前記真空絶縁容器１２内に接離自在の一対の接点１６、１７を設けた真空バルブ１０と、前記真空バルブ１０を収納できる内径を有し、少なくとも前記固定側端板１３および前記可動側端板１４と対向する面がこの内径よりも太径に形成された絶縁筒２１と、前記固定側端板１３および前記可動側端板１４と前記絶縁筒２１間に、前記絶縁筒２１よりも大きい誘電率を有する液状のエポキシ樹脂を充填して形成された絶縁層２４、２５とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブの周りに異なる誘電率からなる絶縁層を形成し、電気的特性を向上し得る樹脂モールド真空バルブおよびその製造方法に関する。

真空バルブは、内部が高真空に保たれ優れた絶縁耐力を有するので、接離自在の一対の接点間距離を短くして高電圧回路に適用できるものであり、この一対の接点を収納する真空絶縁容器の外形形状をコンパクトにできる利点をある。しかしながら、外形形状をコンパクトにできるということは、真空絶縁容器の外側の沿面絶縁距離が短くなり、大気中の塵埃などが付着した場合、耐電圧特性が低下してフラッシオーバすることがある。

このため、従来、図６に示すように、絶縁容器１の外側にエポキシ樹脂をモールドして絶縁層２を設け、外側の沿面絶縁距離を長くすることが知られている。また、絶縁容器１の両端開口部に気密封着された端板３がシャープエッジとなり絶縁層２内部の電界強度が上昇するので、椀状のシールド電極４をこれらの端板３を覆うようにそれぞれ装着し、絶縁層２内部に一体でモールドすることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、絶縁層２内にシールド電極４を設ける場合、シールド電極４を端板３に取付ける作業があり、その作業時において、椀状の周縁部が絶縁容器１に近接もしくは接触しないように細心の注意を払わなくてはならなかった。シールド電極４の周縁部の一部分が絶縁容器１に近接もしくは接触すると、この間で微小ギャップが形成され、その部分の電界強度が上昇する。このため、電界緩和をするためにシールド電極４を設けたのにも係らず、逆に電界強度を上昇させる結果になる。

これを解決するため、シールド電極４のような部品を用いずに、電界緩和を行うため、絶縁層２内部の誘電率を変化させたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。これは、絶縁層２内部の誘電率を、端板３のような高電圧電極側から反高電圧側電極側にかけて小さくなるように変化させるものである。

このように誘電率を変化させる場合には、異なる誘電率からなるエポキシ樹脂をそれぞれ金型でモールドする二段モールド法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。これは、先ず、真空バルブのような電極部材を第１の金型内にセットして第１の絶縁層を形成し、次いで、この絶縁層を形成した電極部材を第２の金型内にセットして第１の絶縁層よりも誘電率の小さい第２の絶縁層を形成するものである。
特開２００３−１８７６７８号公報 （第４ページ、図１） 特開平１１−２６２１２０号公報 （第５ページ、図１） 特開平７−２１４５７６号公報 （第２ページ、図９）

上記の従来の樹脂モールド真空バルブにおいては、以下のような問題がある。
二段モールド法で異なる誘電率の絶縁層を二層形成する場合、金型を二組用意しなくてはならなかった。このため、エポキシ樹脂を金型に注入するモールド作業が二回必要となり、作業が長時間で困難であった。このことから、異なる誘電率からなる絶縁層を容易に形成できることが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、誘電率の異なる絶縁層を容易に形成することができ、電気的特性を向上し得る樹脂モールド真空バルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の樹脂モールド真空バルブは、真空絶縁容器の両端開口部に、固定側通電軸を貫通固定した固定側端板および気密に進退自在する可動側通電軸を貫通させた可動側端板を気密に封着するとともに、前記真空絶縁容器内に接離自在の一対の接点を前記それぞれの通電軸端に接続した真空バルブと、前記真空バルブを収納できる内径を有するとともに、少なくとも前記固定側端板および前記可動側端板と対向する面がこの内径よりも太径に形成され、且つ前記太径間の両端を繋ぐ溝部を設けた絶縁筒と、前記固定側端板および前記可動側端板と前記絶縁筒間に、前記真空絶縁容器外に伸びた前記固定側通電軸端および前記可動側通電軸を露出させるとともに、前記絶縁筒よりも大きい誘電率を有する液状のエポキシ樹脂を充填して形成した絶縁層とを備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、予め製造しておいた絶縁筒内に真空バルブをセットし、真空絶縁容器両端に封着された端板と絶縁筒間で形成される空間部に、絶縁筒よりも大きい誘電率を有する液状のエポキシ樹脂を充填して絶縁層を形成しているので、金型を用いずに、誘電率の異なる絶縁層を真空バルブの周りに容易に設けることができ、電気的特性を向上し得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る樹脂モールド真空バルブを図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る樹脂モールド真空バルブの構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る絶縁筒を示す断面図、図３は、本発明の実施例１に係る絶縁筒を示す平面図、図４は、本発明の実施例１に係る樹脂モールド真空バルブの製造方法を示す断面図ある。

図１に示すように、樹脂モールド真空バルブは、中央部の接離自在の一対の接点を有する真空バルブ１０と、その周りに形成された樹脂絶縁部１１で構成されている。

真空バルブ１０には、筒状の真空絶縁容器１２の両端開口部に固定側端板１３と可動側端板１４とが気密に封着されている。そして、固定側端板１３には、一方の電路となる固定側通電軸１５が気密に貫通固定され、この固定側通電軸１５の真空絶縁容器１２内の端部に互いに接離自在の固定側接点１６が取付けられている。また、固定側接点１６に対向して、可動側接点１７が可動側通電軸１８の端部に取付けられている。この可動側通電軸１８は、可動側端板１４を進退自在に貫通して図示しない操作機構に連結され、他方の電路となる。

また、可動側通電軸１８の真空絶縁容器１２内には、伸縮自在のベローズ１９の自由端が気密に固定され、固定端が可動側端板１４に気密に固定されている。これにより、真空絶縁容器１２内の内部圧力が１×１０^−２Ｐａ以下の真空に維持される。なお、可動通電軸１８が軸方向と平行に移動できるように真空絶縁容器１２外には、ガイド板２０が取付けられている。

樹脂絶縁部１１には、真空バルブ１０を内部に収納できる内径を有するエポキシ樹脂でモールドされた絶縁筒２１が設けられている。この絶縁筒２１の絶縁厚さは、真空バルブ１０の定格電圧が２０ｋＶの場合、十数ｍｍである。また、絶縁筒２１の両端側の内面は、その端面から真空絶縁容器１２の端面より真空絶縁容器１２の中心側寄りまで太径に形成された固定側太径部２２および可動側太径部２３となっている。この太径となる段差は、筒状の内面を機械加工などにより設けたものであり、上述と同様に、真空バルブ１０の定格電圧が２０ｋＶの場合、段差は数ｍｍである。

そして、固定側端板１３と固定側太径部２２間には、固定側通電軸１５端を露出させ、絶縁筒２１の誘電率よりも大きい誘電率を有するエポキシ樹脂を充填した固定側絶縁層２４が設けられている。同様に、可動側端板１４と可動側太径部２３間にも可動側通電軸１８を露出させて可動側絶縁層２５が設けられている。即ち、固定側端板１３および可動側端板１４のようなシャープエッジを有する部分は、誘電率の大きい絶縁層２４および２５で覆われている。

次に、この樹脂モールド真空バルブの製造方法を図２乃至図４を参照して説明する。

先ず、図２および図３に示すように、予め製造しておいた絶縁筒２１を準備する。絶縁筒２１の内面には、固定側太径部２２と可動側太径部２３とを結ぶ複数本の溝部２６が設けられている。

次に、図４に示すように、内面を清掃、脱脂した絶縁筒２１の可動側太径部２３に架台２７を挿入する。架台２７には、中央部に可動側通電軸１８が貫通する孔部２８が設けられ、また、側面に絶縁筒２１内面とシールされるＯリング２９、および絶縁筒２１内面側に真空バルブ１０のガイド板２０とシールされるＯリング３０が設けられている。

そして、表面を清掃、脱脂した真空バルブ１０を固定側太径部２２側から絶縁筒２１内に挿入する。また、可動側通電軸１８を孔部２８に貫通させてガイド板２０とＯリング３０とを密接固定させる。このように絶縁筒２１内に架台２７と真空バルブ１０とをセットした後、架台２７を図示下方に配置して図示しない乾燥炉に入炉し、例えば１２０℃の高温に加熱する。そして、固定側太径部２２から耐熱容器３１に充填されている例えば６０℃に保温された液状のエポキシ樹脂３２を固定側太径部２２と固定側端板１３で形成される空間部に充填する。

充填されたエポキシ樹脂３２は、溝部２６を流れて、先ず、図示下方の可動側太径部２３と架台２７および可動側端板１４で形成される空間部を充填し、次いで図示上方の固定側太径部２２と固定側端板１３で形成される空間部を充填する。固定側端板１３が覆われる程度の所定量の充填が終われば、前記乾燥炉内で数時間の所定の硬化時間を与え、エポキシ樹脂３２を硬化させる。これにより、固定側絶縁層２４および可動側絶縁層２５が形成される。

ここで、絶縁筒２１中間部の内径と真空絶縁容器１２の外径とが一致せずに、隙間が形成されていれば、この隙間にもエポキシ樹脂３２が充填される。このため、絶縁筒２１と真空絶縁容器１２との隙間は、電気的特性に影響を与えることはない。なお、必要に応じ、エポキシ樹脂３２の注入を図示しない真空タンク内、または大気中で注入後、図示しない真空タンク内に設置して真空脱泡を行ってもよい。

また、エポキシ樹脂３２は、液状のビスフェノール型エポキシ樹脂に、酸化チタンやチタン酸バリウムのような金属酸化物とシリカとを溶融させた充填剤を６５〜７５体積％充填させている。これにより、誘電率εは、ε＝７〜８となる。なお、金属酸化物とシリカとを溶融させた充填剤の充填量を上記以上に増量すれば誘電率εを大きくすることができるが、機械的強度が低下する。逆に、この充填量を減量すれば誘電率εを大きくすることができず好ましくない。

なお、絶縁筒２１をモールドするエポキシ樹脂は、液状のビスフェノール型エポキシ樹脂に、一般のシリカを６５〜７５体積％充填させたものである。これにより、誘電率εは、ε＝３〜４となる。これは、前記エポキシ樹脂３２の誘電率ε＝７〜８の約１／２であり、異なる誘電率からなる二層の絶縁層で電界緩和を行う上で好ましくなる。即ち、シャープエッジを有する固定側端板１３および可動側端板１４の周りには、定格電圧２０ｋＶの場合、絶縁厚さ十数ｍｍの絶縁筒２１よりも約２倍大きい誘電率で絶縁厚さ数ｍｍの絶縁層２４および２５が形成されるので、固定側端板１３および可動側端板１４の電界強度が約２０％抑制される。

上記実施例１の樹脂モールド真空バルブによれば、予め絶縁筒２１を製作しておき、この絶縁筒２１内に真空バルブ１０をセットし、真空バルブ１０の固定側端板１３および可動側端板１４と絶縁筒２１間で形成される空間部に、絶縁筒２１の誘電率よりも大きい誘電率を有するエポキシ樹脂３２を充填して硬化させているので、金型が不要で、誘電率の異なる絶縁層を容易に形成することができ、電気的特性を向上し得る樹脂モールド真空バルブを得ることができる。

次に、本発明の実施例２に係る樹脂モールド真空バルブを図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施例２に係る絶縁筒を示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、絶縁筒の内面形状である。図５において、図２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図５に示すように、絶縁筒２１の内面には、真空バルブ１０の固定側端板１３および可動側端板１４と対向する部分が、可動側端板１３および固定側端板１４の端部を囲むように機械加工などにより形成された断面半円状の環状の窪み部３３を設けている。即ち、固定側端板１３および可動側端板１４と対向する絶縁筒２１部分を太径としている。そして、この窪み部３３に絶縁筒２１よりも大きい誘電率を有する絶縁層が形成されるようになっている。なお、断面半円状の窪み部３３の頂部が、固定側端板１３および可動側端板１４の板面の延長線上に位置するようにすれば、電界緩和の効果が大きくなり好ましい。

上記実施例２の樹脂モールド真空バルブによれば、実施例１による効果の他に、固定側端板１３および可動側端板１４が断面半円状の誘電率の大きい絶縁層で囲まれるので、電界を抑制する効果が大きなものとなる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。上記実施例では、絶縁筒２１を一般のシリカを６５〜７５体積％充填したエポキシ樹脂でモールドしたが、ガラス繊維を充填し、機械的強度を大きくすれば、絶縁厚さを薄くすることができる。

また、真空バルブ１０を一個の真空絶縁容器１２で説明したが、複数個の真空絶縁容器を中間フランジで積み重ねた真空バルブにおいては、中間フランジと対向する絶縁筒内面を窪み部のような太径とし、この窪み部と中間フランジ間で形成される空間部に絶縁筒よりも大きい誘電率を有するエポキシ樹脂を充填し、絶縁層を形成してもよい。

本発明の実施例１に係る樹脂モールド真空バルブの構成を示す断面図。 本発明の実施例１に係る絶縁筒を示す断面図。 本発明の実施例１に係る絶縁筒を示す平面図。 本発明の実施例１に係る樹脂モールド真空バルブの製造方法を示す断面図。 本発明の実施例２に係る絶縁筒を示す断面図。 従来の樹脂モールド真空バルブの構成を示す断面図。

符号の説明

１ 絶縁容器
２ 絶縁層
３ 端板
４ シールド電極
１０ 真空バルブ
１１ 樹脂絶縁部
１２ 真空絶縁容器
１３ 固定側端板
１４ 可動側端板
１５ 固定側通電軸
１６ 固定側接点
１７ 可動側接点
１８ 可動側通電軸
１９ ベローズ
２０ ガイド板
２１ 絶縁筒
２２ 固定側太径部
２３ 可動側太径部
２４ 固定側絶縁層
２５ 可動側絶縁層
２６ 溝部
２７ 架台
２８ 孔部
２９、３０ Ｏリング
３１ 耐熱容器
３２ エポキシ樹脂
３３ 窪み部

Claims (7)

1. 真空絶縁容器の両端開口部に、固定側通電軸を貫通固定した固定側端板および気密に進退自在する可動側通電軸を貫通させた可動側端板を気密に封着するとともに、前記真空絶縁容器内に接離自在の一対の接点を前記それぞれの通電軸端に接続した真空バルブと、
   前記真空バルブを収納できる内径を有するとともに、少なくとも前記固定側端板および前記可動側端板と対向する面がこの内径よりも太径に形成され、且つ前記太径間の両端を繋ぐ溝部を設けた絶縁筒と、
   前記固定側端板および前記可動側端板と前記絶縁筒間に、前記真空絶縁容器外に伸びた前記固定側通電軸端および前記可動側通電軸を露出させるとともに、前記絶縁筒よりも大きい誘電率を有する液状のエポキシ樹脂を充填して形成した絶縁層とを備えたことを特徴とする樹脂モールド真空バルブ。
2. 前記絶縁筒の両端内面が、その端面から前記真空絶縁容器の端面と対向する面を過ぎるまで太径部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の樹脂モールド真空バルブ。
3. 前記固定側端板および前記可動側端板と対向する前記絶縁筒の両端内面が、断面半円状の窪み部に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の樹脂モールド真空バルブ。
4. 前記真空絶縁容器が中間フランジで複数連結された前記真空バルブであって、
   前記中間フランジと対向する前記絶縁筒の内面を太径としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の樹脂モールド真空バルブ。
5. 真空絶縁容器の両端開口部に、固定側通電軸を貫通固定した固定側端板および気密に進退自在する可動側通電軸を貫通させた可動側端板を気密に封着するとともに、前記真空絶縁容器内に接離自在の一対の接点を前記それぞれの通電軸端に接続した真空バルブと、
   前記真空バルブを収納できる内径を有するとともに、少なくとも前記固定側端板および前記可動側端板と対向する面がこの内径よりも太径に形成され、且つ前記太径間の両端を繋ぐ溝部を設けた絶縁筒と、
   前記固定側端板および前記可動側端板と前記絶縁筒間に、前記真空絶縁容器外に伸びた前記固定側通電軸端および前記可動側通電軸を露出させるとともに、前記絶縁筒よりも大きい誘電率を有する絶縁層とを備えた樹脂モールド真空バルブであって、
   先ず前記絶縁筒内に前記真空バルブをセットし、次いで前記真空バルブの固定側を上方に配置後、前記絶縁筒と前記固定側端板間で形成される空間部に液状のエポキシ樹脂を充填して硬化させたことを特徴とする樹脂モールド真空バルブの製造方法。
6. 前記エポキシ樹脂は、ビスフェノール型エポキシ樹脂に、金属酸化物とシリカとを溶融させた充填剤を６５〜７５体積％充填し、前記絶縁筒は、ビスフェノール型エポキシ樹脂に、シリカを６５〜７５体積％充填したことを特徴とする請求項５に記載の樹脂モールド真空バルブの製造方法。
7. 前記エポキシ樹脂の誘電率は７〜８、前記絶縁筒の誘電率は３〜４としたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の樹脂モールド真空バルブの製造方法。

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