JP2008293686A

JP2008293686A - 真空バルブ

Info

Publication number: JP2008293686A
Application number: JP2007135372A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Itotani; 孝行糸谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-05-22
Also published as: JP4545172B2; TW200847214A; TWI341542B; KR20080102931A

Abstract

【課題】プレス加工で製作した安価なアークシールド及び固定用の部品を使用し、アークシールドと絶縁容器間の寸法を短縮でき、安価で小形な真空バルブを提供する。
【解決手段】円筒状の第１、第２の絶縁容器を結合して構成される真空容器と、前記真空容器内に収納された接離可能な一対の電極と、これら両電極を囲繞するように配設された筒状のアークシールドとを備えた真空バルブにおいて、前記第１の絶縁容器と第２の絶縁容器とはリング形状の封着部材を介して結合され、前記アークシールドの外周に沿ってアークシールドの固定用金属帯を固定し、前記固定用金属帯と前記封着部材とが係合して接合固定されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、真空容器内に設けられた接離可能な一対の電極を囲繞してアークシールドが設けられた真空バルブに関するものである。

真空バルブは、電流の遮断時に、固定側電極に接触していた可動側電極を固定側電極から開離させて電流遮断を行うが、電流遮断時に両電極の接離点でアークが発生する。それに伴い金属蒸気が発生することになるが、この金属蒸気が真空容器を構成する絶縁容器の内面に付着すると、その絶縁特性を低下させてしまうため、通常、真空バルブでは、両電極の接離点近傍を囲繞するようにアークシールドを配置し、このアークシールドにより、金属蒸気が絶縁容器内面に付着するのを防止している。例えば、特許文献１の図５に示すように、アークシールドは外径側にエンボス部を設け、支持金具とろう付けで固定している。

特開２０００−２９４０８９号公報

従来の真空バルブは、アークシールドの外径側にエンボス部を切削又はプレス加工にて作らなければならない。アークシールドの両端部が内径側に絞られた構造のアークシールドをプレス加工で製作した場合、アークシールドの最外径部の寸法公差が大きくなり、エンボス部を追加製作するとコスト高になると共にエンボス部の外径部の寸法公差も大きくなる。また、エンポス部を切削加工で製作する場合、アークシールドの最外径部の寸法公差が大きいため、アークシールド肉厚を厚くしなければ加工できない状態となり、コスト高のみでなく、製作が困難となる場合もある。

エンボス部の外径部の寸法公差を支持金具に吸収する構造を設けた場合、筒状の絶縁容器内径とアークシールド外径間に吸収構造を構成するための空間が必要となる。真空バルブの外径寸法は、事故電流遮断に必要な電極径、耐電圧性能に必要な電極とアークシールド間の空間距離、アークシールド固定に必要となるアークシールドと絶縁容器間の寸法、絶縁容器の肉厚によって決まる。支持金具に寸法公差を吸収する構造を設けた場合、真空バルブの外径が大きくなる。

この発明は上記の問題を解決した真空バルブを提案するものである。

この発明に係る真空バルブは、円筒状の第１、第２の絶縁容器を結合して構成した真空容器と、前記真空容器内に収納された接離可能な一対の電極と、これら両電極を囲繞して設けた筒状のアークシールドとを備えた真空バルブにおいて、前記第１の絶縁容器と第２の絶縁容器をリング形状の封着部材を介して結合し、一方、前記アークシールドには、その外周を取り巻いてアークシールドの固定用金属帯を固定し、前記固定用金属帯を前記封着部材に係合させてろう付けすることにより、前記アークシールドを前記封着部材に支持固定したことを特徴とするものである。

また、前記アークシールドは、その両端が内径側に絞られた形状を有するものであることを特徴とするものである。

また、前記固定用金属帯と封着部材は、固定用金属帯の先端の全体または一部が前記封着部材の側面に当たるように係合していることを特徴とするものである。

また、前記封着部材は、銅または銅合金で製作されたことを特徴とするものである。

また、前記アークシールド及び固定用金属帯は、ともにステンレス製であることを特徴とするものである。

また、前記アークシールドと固定用金属帯とは、溶接で固定されていることを特徴とするものである。

また、前記固定用金属帯は、リング形状の一部に切れ目が設けられていることを特徴とするものである。

この発明の真空バルブによれば、アークシールドの製作過程における寸法バラツキを吸収できるアークシールドの支持固定が可能であるため、アークシールドにプレス加工で製作した安価なものが使用できるとともに、固定用金属帯も安価にプレス加工で製作が可能である。よって、真空バルブのコスト低減が可能となる。

また、アークシールドの固定方法が簡素化されており、アークシールドならびに固定用金属帯と絶縁容器間の空間寸法を最小化することができるので、絶縁容器の外径寸法の最小化、つまり真空バルブの小形化が可能である。

実施の形態１．
図１はこの実施の形態１に係る真空バルブの構成を示す断面図である。この真空バルブは、アルミナセラミックス等からなる筒状の第１、第２の絶縁容器１ａ、１ｂを有し、これら第１、第２の絶縁容器１ａ、１ｂが結合されて筒状の真空容器３０が構成される。第１の絶縁容器１ａの一端は固定側端板２で気密に閉塞されている。第２の絶縁容器１ｂの一端は可動側端板３で閉塞されている。これら固定側及び可動側端板２及び３はそれぞれ絶縁容器１ａ、１ｂの端面にろう付けにより同軸上に取付けられている。

絶縁容器１ａ、１ｂで形成された真空容器３０内には、固定電極棒４と可動電極棒７が対向して設けられ、固定電極棒４にはその先端に固定電極５が、また、可動電極棒７にはその先端に可動電極６がそれぞれろう付けされている。固定電極棒４は固定側端板２を貫いて真空容器２０内に配置され、固定側端板２に気密にろう付け接合されている。一方、可動電極棒７は、可動側端板３に設けられた開口３ａを通して真空容器３０内に挿入され、例えば薄いステンレスで蛇腹状に製作され、真空気密を保ちながら可動側電極棒７が移動可能なように配設されたベローズ８を介して可動側端板３に取り付けられている。このベローズ８により可動電極棒７は軸方向に動き、固定電極５と可動電極６とが、真空容器３０の真空気密を保持しつつ接離可能となっている。

筒状の第１と第２の絶縁容器１ａと１ｂは、その間に配設される封着部材９にろう付けにより接合されている。封着部材９は、図５（ア）（イ）に示すようなリング状をしており、第１、第２の絶縁容器１ａ、１ｂの間に挟まれて両容器を接合するものであり、その寸法は絶縁容器１ａ、１ｂの肉厚を超えて内径側に僅かに突出している。この封着部材９は、絶縁容器１ａ、１ｂとのろう付け接合部の残留応力低減のために軟質金属である銅又は銅合金で製作される。あるいは高価ではあるが、絶縁容器１ａ、１ｂに近い熱膨張率であるコバール、鉄−ニッケル合金で製作してもよい。固定電極５と可動電極６の接離点近傍の周りを覆うように、両電極５、６間と絶縁容器１ａ、１ｂとの空間にアークシールド１０が設けられている。このアークシールド１０は、固定電極５と可動電極６との間に発生するアークによる電極の金属蒸気が絶縁容器１ａ、１ｂの内面に付着して固定側と可動側間の絶縁特性を低下させることを防ぐためのものである。

アークシールド１０は、両端が内径側に絞られた形状の絞り部１０ａ、１０ｂを有している。これは、アークによる電極の金属蒸気が絶縁容器１ａ、１ｂの内面に付着する量を抑制する効果があるが、絞り部１０ａ、１０ｂを有するアークシールド１０をプレス加工で製作する場合は、アークシールド最外径部の寸法公差が±０．５ｍｍ以上と大きくなってしまう。

アークシールド１０の外周に約０．５ｍｍ〜１．０ｍｍの肉厚を有するリング状の固定用金属帯１１が固定される。これは後述するようにアークシールド１０を支持固定するもので、図３の正面図（ア）及び平面図（イ）にその形状を拡大して示しているように、厚さ０．５〜１ｍｍの短冊状の板をリング形状に成形しており、リング状の一部に切れ目部１１ａが設けられる。アークシールド１０と固定用金属体帯１１との固定方法の一つはろう付け接合である。例えば、真空バルブの他のろう付け接合部に使用するろう材が銀−銅系のろう材の場合、より融点の高いニッケル−銅系のろう材を使用してろう付け接合する方法がある。これは、真空炉内で真空バルブの最終封止ろう付けを行う場合、同じ融点のろう材を使用すると、アークシールド１０と固定用金属帯１１のろう付け接合部が再溶融によって接合が外れる恐れがあるためである。また、固定方法の二つ目は、アークシールド１０と固定用金属帯１１の両者がステンレス製の場合、溶接による接合であり、特にスポット溶接による接合が簡単で安価に行える。

図２はこの発明に係る実施の形態１の要部の構成を拡大して示す断面図である。アークシールド１０に固定した固定用金属帯１１は、第１、第２の絶縁容器１ａ、１ｂの間に配設された封着部材９に係合して配置されている。アークシールド１０と封着部材９とは、アークシールド１０の寸法バラツキにより直接ろう付けできないため、アークシールド１０と封着部材９との間に固定用金属帯１１を介在させて、固定用金属帯１１と封着部材９とを接合する。その接合は、固定用金属帯１１の一側端面が封着部材９の側端面に当たりろう付け接合されている。固定用金属帯１１は０．５〜１ｍｍの厚さがあるため、この範囲で、固定用金属帯１１の側端面と封着部材９の側端面との重なり具合を変えることにより、アークシールド１０の寸法バラツキを吸収することができる。ただし、アークシールド１０の寸法バラツキの大きさによっては、封着部材９は全周にわたって固定用金属帯１１と係合しないこともあり、その場合には係合している箇所だけがろう付け接合される。

図４はこの発明の実施の形態１に係るアークシールド１０と固定用金属帯１１との固定例を拡大して示す断面図である。図１のＸ−Ｘ部の断面におけるアークシールド１０と固定用金属帯１１のみを示している。アークシールド１０の周囲に固定用金属帯１１が固定されている状態である。この例では、アークシールド１０と固定用金属帯１１は両者共にステンレス製でスポット溶接にて固定されており、溶接部２０が５箇所ある。溶接部の数は、固定用金属帯１１の外側への膨らみのバランスから３箇所以上あればよく、固定用金属帯１１とアークシールド１０の必要な固定強度が得られる数以上で、作業性を考慮して、固定用金属帯１１の外側への膨らみが局部的にならない数がよい。固定用金属帯１１がアークシールド１０に固定された状態での最大外形は、第１の絶縁容器１ａの内径未満である必要があるため、治具で押さえながらスポット溶接を行う。治具は固定用金属帯１１が最大許容外形内に収まるようにする。固定用金属帯１１の肉厚が０．５ｍｍ〜１ｍｍと比較的薄く弾性があることから、図４の通り溶接部２０間はスポット溶接時に外径側に膨れた部分が生じる。

この膨れた部分を利用して、アークシールド１０の最外径寸法のバラツキと封着部材９の内径寸法のバラツキと固定用金属帯１１の肉厚のバラツキを吸収することが可能である。これは、電極動作時に生じるアークシールド１０への繰り返しの衝撃に耐える固定用金属帯１１と封着部材９との固着強度から考えて、固定用金属帯１１と封着部材９とを全周に亘ってろう付け接続する必要がないからである。固定用金属帯１１の肉厚を薄くした場合においても、アークシールド１０が最大外径寸法の場合に固定用金属帯１１を完全に沿わせ、切れ目部１１ａがほぼ０ｍｍになるように設定することにより、アークシールド１０が最小外径寸法時において封着部材９に固定用金属帯１１を係合させることが可能となる。

上記構造によれば、両端を内径側に絞った絞り部１０ａ、１０ｂを有する構造のアークシールド１０は、寸法バラツキが大きくなるプレス加工で製作した安価なものが使用できるとともに、固定用金属帯１１も構造が簡単なので安価にプレス加工で製作が可能である。よって、真空バルブとしてコスト低減が可能となる。

また、アークシールド１０の固定方法が簡素化されており、アークシールド１０ならびに固定用金属帯１１と絶縁容器１ａ、１ｂ間の空間寸法を最小化することができるので、絶縁容器の外径寸法の最小化、つまり真空バルブの小形化が可能である。

この発明の実施の形態１の真空バルブを示す断面図である。実施の形態１の要部を拡大して示す断面図である。実施の形態１の固定用金属帯を拡大して示す正面図（ア）と平面図（イ）である。実施の形態１のアークシールドと固定用金属帯の固定例を示す断面図である。実施の形態１の封着部材を拡大して示す正面図（ア）と平面図（イ）である。

符号の説明

１ａ第１の絶縁容器、
１ｂ第２の絶縁容器、
２固定側端板、
３可動側端板、
３ａ開口、
４固定電極棒、
５固定電極、
６可動電極、
７可動電極棒、
８ベローズ、
９封着部材、
１０アークシールド、
１０ａアークシールドの内径側絞り部、
１０ｂアークシールドの内径側絞り部、
１１固定用金属帯、
１１ａ切れ目部、
２０溶接部、
３０密封容器。

Claims

円筒状の第１、第２の絶縁容器を結合して構成した真空容器と、前記真空容器内に収納された接離可能な一対の電極と、これら両電極を囲繞して設けた筒状のアークシールドとを備えた真空バルブにおいて、前記第１の絶縁容器と第２の絶縁容器をリング形状の封着部材を介して結合し、一方、前記アークシールドには、その外周を取り巻いてアークシールドの固定用金属帯を固定し、前記固定用金属帯を前記封着部材に係合させてろう付けすることにより、前記アークシールドを前記封着部材に支持固定したことを特徴とする真空バルブ。
前記アークシールドは、その両端が内径側に絞られた形状を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記固定用金属帯と前記封着部材とは、前記固定用金属帯の一側端の全部または一部が前記封着部材の側面に当たるように係合していることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記封着部材は、銅または銅合金で製作されていることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記アークシールド及び前記固定用金属帯は、ともにステンレス製であることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記固定用金属帯は、前記アークシールドに溶接により固定されていることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記固定用金属帯は、リング形状の一部に切れ目が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。