JP2007115599A

JP2007115599A - 真空バルブ

Info

Publication number: JP2007115599A
Application number: JP2005307692A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Niwa; 芳充丹羽; Junichi Sato; 純一佐藤; Kosuke Sasage; 浩資捧
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-10-21
Filing date: 2005-10-21
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2025-10-21
Also published as: JP4703360B2

Abstract

【課題】接離自在の一対の接点を有する真空バルブの耐電圧特性を向上させる。
【解決手段】複数に分割された真空絶縁容器１と、前記真空絶縁容器１に封着された固定側封着金具２と、前記固定側封着金具２に貫通固定された固定側通電軸４と、前記固定側通電軸４端に固着された固定側接点５と、前記真空絶縁容器１に封着された可動側封着金具３と、前記可動側封着金具３を移動自在に貫通する可動側通電軸７と、前記可動側通電軸７端に固着された可動側接点６と、前記固定側接点５を包囲するように設けられた固定側シールド９と、前記可動側接点６を包囲するように設けられた可動側シールド１０と、前記固定側シールド９と前記可動側シールド１０間に設けられた複数の中間電極１１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に係り、特に耐電圧特性を向上し得る真空バルブに関する。

従来の真空バルブにおいて、接離自在の一対の接点間の耐電圧特性を向上させるため、それぞれの接点を包囲するようなシールドを対向配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、真空中の破壊電圧Ｖとギャップ長ｄの間には、Ｖ∝ｄ^０．６の関係があることが知られている（例えば、特許文献２参照。）。これは、ギャップ長を大きくした割合に比例して破壊電圧が上昇しないことである。特に、真空中は、他の絶縁媒体である気中やガス中と比べて、ギャップ長に対する破壊電圧の飽和傾向が大きく出る。
特開昭５３−３６６２号公報（第１ページ、第１図）特開２０００−１６４０８４号公報（第１０ページ、図１）

上記の従来の真空バルブにおいて、高電圧化させようとすると、シールド間の耐電圧特性を向上させる必要があった。しかしながら、シールド間の耐電圧特性は、ギャップ長を大きくした割合に比例して上昇せず、真空バルブが大型化する問題があった。

これは、最近の趨勢である小型化に逆行するものであり、シールド間の耐電圧特性を向上し得ることの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、耐電圧特性を向上させ、小型化が図れ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、軸方向が複数に分割された筒状の真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の一方端の開口部に封着された固定側封着金具と、前記固定側封着金具に貫通固定された固定側通電軸と、前記固定側通電軸端に固着された固定側接点と、前記真空絶縁容器の他方端の開口部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に移動自在に貫通する可動側通電軸と、前記可動側通電軸端に固着されるとともに、前記固定側接点と対向して配置された可動側接点と、前記固定側接点を包囲するように設けられた固定側シールドと、前記可動側接点を包囲するように設けられるとともに、前記固定側シールドと対向して配置された可動側シールドと、前記固定側シールドと前記可動側シールド間に設けられるとともに、分割された前記真空絶縁容器の連結部に固定された複数の中間電極とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、接離自在の一対の接点をそれぞれ包囲するようなシールド間に複数の中間電極を配置しているので、シールド間が単位ギャップ長当たりの破壊電圧が向上する複数の短ギャップに分割され、シールド間の耐電圧特性を向上させることができる。

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に係る真空バルブを図１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である。

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１は、軸方向が二分割され、第１の真空絶縁容器１ａと第２の真空絶縁容器１ｂとに分かれて構成されている。そして、これらは、気密に連結され、その両端開口部に、固定側封着金具２と可動側封着金具３が封着されている。

固定側封着金具２には、一方の電路となる固定側通電軸４が気密に貫通固定され、真空絶縁容器１内の固定側通電軸４端に固定側接点５が固着されている。固定側接点５と対向して、接離自在の可動側接点６が可動側通電軸７端に固着されている。可動側通電軸７は、可動側封着金具３の中央開口部を移動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。

可動側通電軸７の中間部には、伸縮自在のベローズ８の一方端が気密に取り付けられ、他方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、真空絶縁容器１内の圧力を１０^−２Ｐａ以下に維持しながら、可動側通電軸７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内には、固定側接点５を包囲するようなステンレスのような金属材料からなる断面Ｌ字状の筒状の固定側シールド９が固定側封着金具２に固定されている。また、固定側シールド９に対向して、可動側接点６を包囲するようなステンレスのような金属材料からなる断面Ｌ字状の筒状の可動側シールド１０が可動側封着金具３に固定されている。固定側シールド９と可動側シールド１０間のギャップの中間部には、ステンレスのような金属材料からなる環状の中間電極１１が、第１の真空絶縁容器１ａと第２の真空絶縁容器１ｂ間の連結部にロー付けにより固定され設けられている。この中間電極１１は、主回路電位と接地電位との中間の電位となる。

そして、両接点５、６を開離させたときの真空中の耐電圧特性を説明する。

両接点５、６間の耐電圧特性は、互いのシールド９、１０により電界緩和が図られ、大きく向上する。

一方、両シールド９、１０間は、中間電極１１により二分割された二点ギャップとなり、その耐電圧特性は、中間電極１１がない場合の一点ギャップよりも向上する。これは、上述した如く、真空中の破壊電圧Ｖがギャップ長ｄに対して、Ｖ∝ｄ^０．６となり、長ギャップよりも短ギャップの方が単位ギャップ長当たりの破壊電圧が向上するためである。

定格電圧６６ｋＶクラス以下の真空バルブにおいては、一般的に両シールド９、１０間のギャップ長は５０ｍｍ程度が採用される。このため、中間電極１１を介在させると、２５ｍｍ程度のギャップ長が直列に接続された二点ギャップとなる。真空中においては、ギャップ長が半分の短ギャップになれば破壊電圧が約６５％に低下するが、二点ギャップにより、その二倍の破壊電圧が期待でき、耐電圧特性を向上させることができる。

このような耐電圧特性は、二点ギャップのそれぞれのギャップ長が等間隔で、中間電極１１の電位が主回路電位と接地電位との中間の５０％のとき、最も向上させることができる。中間電極１１の電位が例えば５０％を下回る場合には、中間電極１１と接地電位となるシールド１０（９）間のギャップ長を、中間電極１１と主回路電位となるシールド９（１０）間のギャップ長よりも短くすれば耐電圧特性をより向上させることができる。即ち、単位ギャップ長当たりの分担電圧を同様とすれば好ましい。また、それぞれのシールド９、１０のＬ字状に曲折した端部と中間電極１１とを略平行して配置すれば電界分布が乱れ難く好ましい。

なお、真空絶縁容器１においても、第１の真空絶縁容器１ａと第２の真空絶縁容器１ｂとに二分割されているので、真空絶縁容器１内面においても二分割された電極配置となり、沿面の耐電圧特性を向上させることができる。

上記実施例１の真空バルブによれば、両接点５、６をそれぞれ包囲するようなシールド９、１０間に、中間電位の中間電極１１を配置し、シールド９、１０間を短ギャップの二点ギャップとしているので、単位ギャップ長当たりの破壊電圧が向上する短ギャップでシールド９、１０間が直列に接続され、シールド９、１０間の耐電圧特性を向上させることができ、真空バルブを小型化することができる。

次に、本発明の実施例２に係る真空バルブを図２を参照して説明する。図２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、シールド端部と中間電極端部に絶縁被膜を設けたことである。図２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２に示すように、固定側シールド９の端部には、例えばプラズマエネルギーによってセラミック拡散層を生成させて設けた固定側絶縁被膜１２を設けている。同様に、可動側シールド１０の端部にも、可動側絶縁被膜１３を設けている。更に、中間電極１１にも、中間電極絶縁被膜１４を設けている。

上記実施例２の真空バルブによれば、実施例１による効果のほかに、両シールド９、１０および中間電極１１にそれぞれ絶縁被膜１２、１３、１４を設けているので、電子放出が抑制され、シールド９、１０間の耐電圧特性を更に向上させることができる。

次に、本発明の実施例３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、シールド端部を鋭角状にしたことである。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、固定側シールド１５の端部は、機械加工後にバリ取り程度を施した鋭角状となっており、その筒状の端部が中間電極１１に対向して配置されている。可動側シールド１６も同様に、その筒状の端部が中間電極１１に対向して配置されている。

これにより、両シールド１５、１６端部の電界強度が上昇するものの、破壊電圧に寄与する両シールド１５、１６の面積が減少し破壊電圧が向上する面積効果が現れるので、結果的に両シールド１５、１６間の耐電圧特性を向上させることができる。

上記実施例３の真空バルブによれば、実施例１による効果のほかに、両シールド１５、１６の加工が容易となる。

次に、本発明の実施例４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、中間電極を複数としたことである。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、固定側シールド９と可動側シールド１０間には、複数の環状の中間電極１１、即ち、第１の中間電極１１ａと第２の中間電極１１ｂとが離間して設けられている。これに伴って、真空絶縁容器１も第１の真空絶縁容器１ａ、第２の真空絶縁容器１ｂおよび第３の真空絶縁容器１ｃに分割されている。

これにより、固定側シールド９と可動側シールド１０間は、三分割された短ギャップが直列に接続された構成となり、固定側シールド９と可動側シールド１０間の耐電圧特性を向上させることができる。真空絶縁容器１も三分割されるので、真空絶縁容器１内面の耐電圧特性を向上させることができる。

なお、固定側シールド９と可動側シールド１０間を三分割以上の複数に分割してもよいが、中間電極１１ａ、１１ｂの板厚さ（１ｍｍ程度）分だけギャップ長が狭くなり、結果的に耐電圧特性を向上し難くなるので、定格電圧６６ｋＶクラス以下の真空バルブでは三分割程度が好ましい。なお、二分割したものでは、真空絶縁容器１や中間電極１１など部品点数が抑制されるので、製造が容易となり好ましい。

また、実施例２のように、固定側シールド９と可動側シールド１０との端部、および中間電極１１ａ、１１ｂに絶縁被膜を設けてもよい。また、実施例３のように、シールドの端部を鋭角状としてもよい。

上記実施例４の真空バルブによれば、シールド９、１０間を複数の短ギャップに分割しているので、耐電圧特性を更に向上させることができる。

次に、本発明の実施例５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５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５が実施例１と異なる点は、接点の開閉を固定側シールド内で行うようにしたことである。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、固定側接点５から可動側接点６が開離してアーク１５を遮断するまでの位置を固定側シールド９内としている。また、接触時にプレアークが発生する位置を、同様に固定側シールド９内としている。即ち、図５の点線で示す可動側接点６の位置で電流を開閉するものとしている。この位置を両接点５、６が接離して電流開閉を行う電流開閉領域と定義する。電流遮断後は、実線で示すように、可動側接点６が可動側シールド１０に包囲されるまで移動する。

これにより、接点５、６間で電流を遮断したときに拡散される金属蒸気が固定側シールド９内に捕捉され、真空絶縁容器１内面の絶縁抵抗を低下させることを抑制できる。

上記実施例５の真空バルブによれば、実施例１による効果のほかに、電流遮断時による金属蒸気を固定側シールド９で捕捉することができる。

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４に係る真空バルブの構成を示す断面図。本発明の実施例５に係る真空バルブの構成を示す断面図。

符号の説明

１真空絶縁容器
１ａ第１の真空絶縁容器
１ｂ第２の真空絶縁容器
１ｃ第３の真空絶縁容器
２固定側封着金具
３可動側封着金具
４固定側通電軸
５固定側接点
６可動側接点
７可動側通電軸
８ベローズ
９、１５固定側シールド
１０、１６可動側シールド
１１中間電極
１１ａ第１の中間電極
１１ｂ第２の中間電極
１２固定側絶縁被膜
１３可動側絶縁被膜
１４中間電極絶縁被膜
１５アーク

Claims

軸方向が複数に分割された筒状の真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器の一方端の開口部に封着された固定側封着金具と、
前記固定側封着金具に貫通固定された固定側通電軸と、
前記固定側通電軸端に固着された固定側接点と、
前記真空絶縁容器の他方端の開口部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に移動自在に貫通する可動側通電軸と、
前記可動側通電軸端に固着されるとともに、前記固定側接点と対向して配置された可動側接点と、
前記固定側接点を包囲するように設けられた固定側シールドと、
前記可動側接点を包囲するように設けられるとともに、前記固定側シールドと対向して配置された可動側シールドと、
前記固定側シールドと前記可動側シールド間に設けられるとともに、分割された前記真空絶縁容器の連結部に固定された複数の中間電極とを備えたことを特徴とする真空バルブ。
前記固定側シールドと前記可動側シールド間を複数の前記中間電極で等間隔のギャップ長に分割したことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記固定側シールドと前記可動側シールド間を前記中間電極で二分割したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブ。
前記固定側シールド、前記可動側シールドおよび前記中間電極の端部に絶縁被膜を設け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。
前記固定側シールドおよび前記可動側シールドの端部を鋭角状に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。
前記固定側接点と前記可動側接点とが接離して電流を開閉する電流開閉領域を前記固定側シールド内としたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の真空バルブ。