JP2005317245A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】 真空バルブ外部の沿面絶縁距離を確保し、外形形状を小型にする。
【解決手段】 軸方向に複数分割され、これらが中間金具２１、２２で気密に連結された真空絶縁容器２０と、一方の開口端面に封着された固定側封着金具２、および固定側接点６を設けた固定側通電軸５と、他方の開口端面に封着された可動側封着金具３と、進退自在に貫通する前記固定側接点６と対向して接離自在の可動側接点７を設けた可動側通電軸８とを備え、前記固定側接点６および前記可動側接点７の側面に対向して位置する中間金具２１、２２を前記真空絶縁容器２０内に突出させ、この突出させた中間金具２１、２２および中間部の真空絶縁容器２０ｂで、前記固定側接点６および前記可動側接点７を包囲するようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空バルブに係り、特に外部の沿面絶縁距離を確保でき、外形形状の小型化を可能とし得る真空バルブに関する。

周知のように、真空開閉器は、小型、軽量、メンテナンスフリー、環境調和など優れた特徴を有するため、適用範囲が拡大している。真空開閉器に用いられる真空バルブは、真空中でのアーク拡散性を利用したもので、真空中で一対の接点を開離させて電流遮断を行うものである。

従来の代表的な真空バルブの断面図を示す図６において、アルミナ磁器からなる筒状の真空絶縁容器１には、その両端開口端面に固定側封着金具２と可動側封着金具３とが気密に封着されている。この真空絶縁容器１は、二分割されており、その中間部が中間金具４により気密に連結されている。

そして、固定側封着金具２には、互いに接離自在の一方の電路となる固定側通電軸５が気密に貫通固定され、この固定側通電軸５の真空絶縁容器１内端部に固定側接点６が取り付けられている。固定側接点６と対向して、可動側接点７が図示していない操作機構に連結された他方の電路となる可動側通電軸８の端部に取り付けられている。また、可動側通電軸８の真空絶縁容器１内中間部には、伸縮自在のベローズ９の自由端が気密に取り付けられ、固定端が可動側封着金具３の中央開口部に気密に取り付けられている。これにより、内部圧力１×１０^−２Ｐａ以下の真空を維持しながら、可動側通電軸８を軸方向に移動させることが可能となっている。

一方、真空絶縁容器１内の中間金具４には、両接点６、７を包囲するように筒状のアークシールド１０が例えばロー付けで固定され、両接点６、７の電流開閉時に発生する金属蒸気が真空絶縁容器１の内面に付着して沿面の絶縁抵抗が低下するのを防止している。このアークシールド１０は、中間電位となり、真空絶縁容器１内面に接触すると電界集中を起こすので、内面に接触しないように例えば数ｍｍの所定のギャップを保って配設されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、真空バルブを高電圧化しようとすると、両接点６、７とアークシールド１０間のギャップを広げなくてはならず、それに伴って、真空絶縁容器１の内径も大きくしなければならなかった。即ち、筒状の真空絶縁容器１を太径としなくてはならなかった。

これを解決するために、図７に示すように、筒状のアークシールド１１自体を太径にしたものが知られている。これは、両接点６、７を包囲するアークシールド１１の中間部を太径とし、両端を細径に絞って、この細径に絞った軸方向と直交する周端面に、二分割された筒状の真空絶縁容器１２をそれぞれ気密に封着させたものである（例えば、特許文献２参照。）。

これにより、両接点６、７とアークシールド１１間のギャップは、充分に確保されるようになるが、真空絶縁容器１２の沿面絶縁距離が短くなってしまう。特に、内部沿面では、真空の優れた絶縁特性により絶縁耐力を維持できるものの、外部沿面では、汚損など使用環境により所定の絶縁耐力を維持できなくなる。このため、外部の沿面絶縁距離を充分に保とうとすると、それぞれの真空絶縁容器１２の軸方向長さを長くしなければならなかった。

これを解決するために、図８に示すように、両接点６、７の側面と対向する周囲を太径部１３ａ、また両端を細径部１３ｂとし、外部の沿面絶縁距離を増大させた真空絶縁容器１３が知られている。これは、両接点６、７で発生した金属蒸気による付着物１４を太径部１３ａ内面で捕捉するものである（例えば、非特許文献１参照。）。しかしながら、真空バルブ製造時のコンディショニングにおいて、接点７（６）から発生したアーク放電１５が真空絶縁容器１３内面に到達すると、このアーク放電１５の経路が真空絶縁容器１３を貫通して外部に達することがある。このようになると、真空絶縁容器１３内が真空不良となる。
特開昭５０−１２５２６７号公報 （第１ページ、第１図） 特開昭５０−１４９９７９号公報 （第１ページ、第１図） 「IEEE 18th Int. Symp. On Discharges and Electrical Insulation in Vacuum-Eindhoven-1998」 p.410 Fig.4 1998

上記の従来の真空バルブにおいては、真空バルブの真空絶縁容器が太径になったり、または軸方向が長尺になったり、更にはコンディショニング時に貫通破壊して真空不良になる問題がある。このため、真空絶縁容器の径方向や軸方向の外形形状を縮小でき、外部の沿面絶縁距離を確保できる真空バルブが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、外部の沿面絶縁距離が確保でき、外形形状を小型にし得る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、本発明の真空バルブは、軸方向に複数分割されるとともに、これらが複数の中間金具で気密に連結された筒状の真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の一方の開口端面に封着された固定側封着金具と、前記固定側封着金具を貫通固定するとともに、前記真空絶縁容器内端部に固定側接点を設けた固定側通電軸と、前記真空絶縁容器の他方の開口端面に封着された可動側封着金具と、前記可動側封着金具を気密のもとに進退自在に貫通するとともに、前記真空絶縁容器内端部に前記固定側接点と対向して接離自在の可動側接点を設けた可動側通電軸とを備え、前記固定側接点および前記可動側接点の側面に対向して位置するそれぞれの中間金具を前記真空絶縁容器内に突出させるとともに、この突出させたそれぞれの中間金具およびこの中間金具間の分割された真空絶縁容器で、前記固定側接点および前記可動側接点を包囲するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、軸方向に複数分割された真空絶縁容器を中間金具で気密に連結し、固定側接点と可動側接点の側面と対向する中間金具を、真空絶縁容器内にそれぞれ突出させ、電流開閉時の金属蒸気を、この突出させたそれぞれの中間金具、およびこの中間金具間の真空絶縁容器内面で捕捉するようにしているので、真空絶縁容器の外部の沿面絶縁距離が確保でき、径方向や軸方向の外形形状を小型にすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下、本発明の実施例１に係る真空バルブを図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る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に係る真空バルブのアーク放電経路を示す要部拡大断面図である。なお、各図において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。

図１に示すように、アルミナ磁器からなる筒状の真空絶縁容器２０には、その両端開口端面に固定側封着金具２と可動側封着金具３とが気密に封着されている。この真空絶縁容器２０は、固定側封着金具２側の第１の真空絶縁容器２０ａ、中間部の第２の真空絶縁容器２０ｂ、および可動側封着金具３側の第３の真空絶縁容器２０ｃの軸方向に三分割されており、これらは金属製の環状の第１の中間金具２１と第２の中間金具２２とでそれぞれ気密に連結されている。

そして、固定側封着金具２には、互いに接離自在の一方の電路となる固定側通電軸５が気密に貫通固定され、この固定側通電軸５の真空絶縁容器２０内端部に固定側接点６が取り付けられている。固定側接点６と対向して、可動側接点７が図示していない操作機構に連結された他方の電路となる可動側通電軸８の端部に取り付けられている。また、可動側通電軸８の真空絶縁容器２０内中間部には、伸縮自在のベローズ９の自由端が気密に取り付けられ、固定端が可動側封着金具３の中央開口部に気密に取り付けられている。これにより、内部圧力１×１０^−２Ｐａ以下の真空を維持しながら、可動側通電軸８を軸方向に進退自在に移動させることが可能となっている。

一方、第１の中間金具２１および第２の中間金具２２は、両接点６、７の側面に対向して位置し、真空絶縁容器２０内に突出している。そして、この両中間金具２１、２２と第２の真空絶縁容器２０ｂとで両接点６、７を包囲するようになっている。また、第１の中間金具２１では、その端部が固定側封着金具２と対向する方向に、また、第２の中間金具２２では、その端部が可動側封着金具３と対向する方向にそれぞれ折曲されている。なお、この第１の中間金具２１および第２の中間金具２２は、両接点６、７および両通電軸５、８と所定のギャップを持って離間されている。

即ち、第１の中間金具２１および第２の中間金具２２は、電界緩和のための曲面を持って、その曲面の外側が、第１の中間金具２１では固定側接点６、第２の中間金具２２では可動側接点７と対向するように設けられている。この曲面によって、電界緩和の他に、表面積が増大するので、後述する金属蒸気の捕捉を容易としている。ここで、第１の中間金具２１および第２の中間金具２２の電位は、両接点６、７の電位と接地電位との中間となり、必ずしも両中間金具２１、２２が同一の電位とはならない。

そして、両接点６、７で電流を開閉すると、金属蒸気が真空絶縁容器２０内に拡散するが、最も近接している第２の真空絶縁容器２０ｂ内面にその付着物１４が付着する。また、第１の中間金具２１および第２の中間金具２２を飛び越えようとする金属蒸気も、この第１および第２の中間金具２１および２２に捕捉されるようになる。このため、第１の真空絶縁容器２０ａおよび第３の真空絶縁容器２０ｃでは、その内面に金属蒸気が付着し難く、絶縁抵抗が低下することを防止できる。

更に、真空バルブの製造時のコンディショニングにおいては、図２に示すように、接点７（６）表面からアーク放電２３が起き、このアーク放電２３が第２の真空絶縁容器２０ｂ内面に達しても、付着物１４を介して中間金具２２（２１）に到る。そして、中間金具２２（２１）に到達したアーク放電２３は、絶縁耐力の弱い外部の沿面を沿って放電することになる。即ち、真空絶縁容器２０を貫通破壊することがない。

また、真空絶縁容器２０の外部沿面においては、第１乃至第３の真空絶縁容器２０ａ、２０ｂ、２０ｃの沿面絶縁距離を加算したものとなり、充分な沿面絶縁距離を確保することができる。更に、真空絶縁容器２０は、その内面と両接点６、７間で所定のギャップが確保されるので、細径とすることができる。

なお、両接点６、７の電極構造が軸方向に磁界を発生するようなものでは、金属蒸気が半径方向に拡散し難くなるので、第２の真空絶縁容器２０ｂの内面に付着物１４が付着し難くなり好ましい。

上記実施例１の真空バルブによれば、三分割された真空絶縁容器２０を第１の中間金具２１および第２の中間金具２２で気密に連結し、両接点６、７での電流開閉時の金属蒸気を第２の真空絶縁容器２０ｂ内面、および第１の中間金具２１と第２の中間金具２２とで捕捉するようにしているので、真空絶縁容器２０の外部の沿面絶縁距離が確保でき、径方向や軸方向の外形形状を小型にすることができる。

次に、本発明の実施例２に係る真空バルブを図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例２に係る真空バルブの構成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、第２の真空絶縁容器の内面に中間筒を設けたことである。図３において、実施例１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３に示すように、第２の真空絶縁容器２０ｂの内面には、その内面に接する程度の外径を有し、第１の中間金具２１と第２の中間金具２２とに狭持される金属製の筒状の中間筒２４を挿入している。このため、両接点６、７間で電流開閉時に発生する金属蒸気は、殆どが中間筒２４の内面に捕捉されることになる。また、第１の中間金具２１と第２の中間金具２２とは、中間電極２４を介して同一の中間電位となる。

上記実施例２の真空バルブによれば、実施例１の効果の他に、第１の中間金具２１、第２の中間金具２２、および中間筒２４の電位が同様となるので、真空絶縁容器２０内の耐電圧特性を安定させることができる。ただし、実施例２の真空バルブは、第１の中間金具２１と第２の中間金具２２とが同電位となるため、真空絶縁容器２０の外部の沿面絶縁距離は実質真空絶縁容器２０ａ、２０ｃの沿面絶縁距離を加算したものとなる。従って、実施例２の真空バルブでは、外部沿面絶縁距離は図７の構造の真空バルブと同様であって、真空バルブを径方向に縮小化できる。

次に、本発明の実施例３に係る真空バルブを図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す断面図である。なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、第２の真空絶縁容器の内周面に導電層を設けたことである。図４において、実施例１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４に示すように、第２の真空絶縁容器２０ｂの内周面には、例えば銅材を溶射して設けた導電層２５を設けている。このため、両接点６、７間で電流開閉時に発生する金属蒸気は、殆どが導電層２５に捕捉されることになる。また、第１の中間金具２１と第２の中間金具２２とは、導電層２５を介して同一の中間電位となる。なお、この導電層２５は、真空バルブを組立てる前の真空絶縁容器２０ｂ内周面に予め設けることができるので、真空バルブの組立作業が容易となる。

上記実施例３の真空バルブによれば、実施例１の効果の他に、導電層２５の形成が容易であり、第１の中間金具２１と第２の中間金具２２との電位が同様となるので、真空絶縁容器２０内の耐電圧特性を安定させることができる。ただし、実施例３の真空バルブは、実施例２と同様に、第１の中間金具２１と第２の中間金具２２とが同電位となり、真空絶縁容器２０の外部の沿面絶縁距離は実質真空絶縁容器２０ａ、２０ｃの沿面絶縁距離を加算したものとなる。従って、実施例３の真空バルブでは、外部沿面絶縁距離は図７の構造の真空バルブと同様であって、真空バルブを径方向に縮小化できる。

次に、本発明の実施例４に係る真空バルブを図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施例４に係る真空バルブの構成を示す断面図である。なお、この実施例４が実施例１と異なる点は、真空絶縁容器を三分割以上の複数に分割したことである。図５において、実施例１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、真空絶縁容器２０は、固定側封着金具２側の第１の真空絶縁容器２０ａ、中間部の第２の真空絶縁容器２０ｂ、および可動側封着金具３側の第３の真空絶縁容器２０ｃの軸方向に三分割され、これらは第１の中間金具２１と第２の中間金具２２とで気密に連結されている。更に、このように分割された真空絶縁容器２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、第１の真空絶縁容器２０ａでは、第４の真空絶縁容器２０ａ１と第５の真空絶縁容器２０ａ２とに分割され、環状の第３の中間金具２６で気密に連結されている。また、第２の真空絶縁容器２０ｂでは、第６の真空絶縁容器２０ｂ１と第７の真空絶縁容器２０ｂ２とに分割され、環状の第４の中間金具２７で気密に連結され、また、第３の真空絶縁容器２０ｃでは、第８の真空絶縁容器２０ｃ１と第９の真空絶縁容器２０ｃ２とに分割され、環状の第５の中間金具２８で気密に連結されている。

ここで、第１の中間金具２１と第２の中間金具２２とは、両接点６、７の側面に対向して位置し、第３の中間金具２６、第４の中間金具２７、第５の中間金具２８よりも真空絶縁容器２０内に突出している。そして、第１の中間金具２１と第２の中間金具２２、および第６の真空絶縁容器２０ｂ１と第７の真空絶縁容器２０ｂ２とで両接点６、７を包囲するようになっている。

上記実施例４の真空バルブによれば、実施例１の効果と同様の効果が得られる。しかしながら、真空絶縁容器２０は、実施例１で説明したような三分割において、部品点数が少なく好ましい。

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、両接点６、７の側面に対向して位置する真空絶縁容器２０内の第１の中間金具２１および第２の中間金具２２を電界緩和のために折り曲げた形状で説明したが、折り曲げをしないで内周端面が軸方向と直交するような環状の形状でもよい。これは、真空中では、耐電圧特性と電極面積との関係による面積効果で、内周端面の電界強度が上昇してもその電極面積が小さいと耐電圧特性が向上するので、必ずしも折り曲げて電界緩和をする必要がないためである。

本発明の実施例１に係る真空バルブの構成を示す断面図。 本発明の実施例１に係る真空バルブのアーク放電経路を示す要部拡大断面図。 本発明の実施例２に係る真空バルブの構成を示す断面図。 本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す断面図。 本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す断面図。 従来の真空バルブの構成を示す断面図。 従来の真空バルブの構成を示す断面図。 従来の真空バルブの構成を示す断面図。

符号の説明

１、１２、１３、２０ 真空絶縁容器
２ 固定側封着金具
３ 可動側封着金具
４ 中間金具
５ 固定側通電軸
６ 固定側接点
７ 可動側接点
８ 可動側通電軸
９ ベローズ
１０、１１ アークシールド
１３ａ 太径部
１３ｂ 細径部
１４ 付着物
１５、２３ アーク放電
２０ａ 第１の真空絶縁容器
２０ａ１ 第４の真空絶縁容器
２０ａ２ 第５の真空絶縁容器
２０ｂ 第２の真空絶縁容器
２０ｂ１ 第６の真空絶縁容器
２０ｂ２ 第７の真空絶縁容器
２０ｃ 第３の真空絶縁容器
２０ｃ１ 第８の真空絶縁容器
２０ｃ２ 第９の真空絶縁容器
２１ 第１の中間金具
２２ 第２の中間金具
２４ 中間筒
２５ 導電層
２６ 第３の中間金具
２７ 第４の中間金具
２８ 第５の中間金具

Claims (5)

1. 軸方向に複数分割されるとともに、これらが複数の中間金具で気密に連結された筒状の真空絶縁容器と、
   前記真空絶縁容器の一方の開口端面に封着された固定側封着金具と、
   前記固定側封着金具を貫通固定するとともに、前記真空絶縁容器内端部に固定側接点を設けた固定側通電軸と、
   前記真空絶縁容器の他方の開口端面に封着された可動側封着金具と、
   前記可動側封着金具を気密のもとに進退自在に貫通するとともに、前記真空絶縁容器内端部に前記固定側接点と対向して接離自在の可動側接点を設けた可動側通電軸とを備え、
   前記固定側接点および前記可動側接点の側面に対向して位置するそれぞれの中間金具を前記真空絶縁容器内に突出させるとともに、この突出させたそれぞれの中間金具およびこの中間金具間の分割された真空絶縁容器で、前記固定側接点および前記可動側接点を包囲するようにしたことを特徴とする真空バルブ。
2. 複数分割された前記真空絶縁容器のうち、前記固定側接点および前記可動側接点を包囲する真空絶縁容器内面に、筒状の中間筒を挿入したことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
3. 複数分割された前記真空絶縁容器のうち、前記固定側接点および前記可動側接点を包囲する真空絶縁容器内周面に、導電層を設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
4. 前記真空絶縁容器を三分割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項に記載の真空バルブ。
5. 前記真空絶縁容器内に突出したそれぞれの前記中間金具は折曲され、前記固定側接点側では、その曲面の外側がこの固定側接点と対向するように、前記可動側接点側では、その曲面の外側がこの可動側接点と対向していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブ。

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