JP2009093922A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁材料でモールドされた真空バルブのアークシールドの電位を改善する。
【解決手段】接離自在の一対の接点６、７を包囲するアークシールド容器２と、アークシールド容器２に中間部が連結された真空絶縁容器１ａ、１ｂと、真空絶縁容器１ａ、１ｂの一方端の開口部に封着された固定側封着金具３と、真空絶縁容器１ａ、１ｂの他方端の開口部に封着された可動側封着金具４と、これらの外周に設けられた絶縁層１３と、固定側封着金具３に接続固定されるとともに、その端部がアークシールド容器２に対向するように設けられ、且つ絶縁層１３内に埋め込まれた固定側電位調整シールド１１と、可動側封着金具４に接続固定されるとともに、その端部がアークシールド容器２に対向するように設けられ、且つ絶縁層１３内に埋め込まれた可動側電位調整シールド１２と、絶縁層１３の外周に設けられた接地層１４とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、中間電位となるアークシールドの電位を改善し得る絶縁材料でモールドした真空バルブに関する。

従来、接離自在の一対の接点を有する真空バルブをエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドし、外部絶縁の補強がなされているが、接点を包囲している中間電位のアークシールドが接地電位側に振られ、真空バルブ内の電位分布が乱れることがある。

これを解決するため、固定側電極とアークシールド間、およびアークシールドと可動側電極間にコンデンサのような電圧分担素子を接続し、アークシールドの電位を中間電位の５０％に近づけようとするものが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、電圧分担素子を絶縁層内に埋め込んでいるので、部品点数が増加するとともに、異種絶縁材料となる電圧分担素子と絶縁層との接着性を向上させなくてはならず、モールド作業が困難となっている。

一方、絶縁層の外周に空隙層を設けてアークシールドと接地間の静電容量が増加することを抑制し、アークシールドの電位分担を改善するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、空隙層を太径としなければならず、全体形状が大型化するとともに、空隙層内に乾燥空気のような絶縁媒体を封入するので、組立作業が困難なものとなっている。
特開２００６−１７２８４８号公報 （第５ページ、図１） 特開２００６−８００３６号公報 （第４ページ、図１）

上記の従来の絶縁材料でモールドした真空バルブにおいては、電圧分担素子を用いるものではモールド作業が困難であり、また、空隙層を設けるものでは太径となって組立作業が困難であった。なお、アークシールドの電位が接地側に大きく振られると、電位分布が乱れて耐電圧特性や遮断特性が低下する。

このため、絶縁層内には、真空バルブを構成する同種材料の金属材料を埋め込むようにし、また空隙層などを必要とせず、アークシールドの電位を５０％に近づけられるものが望まれていた。真空バルブを構成する同種材料の金属材料では、絶縁層との接着性の向上が図られており、モールド作業は容易となる。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、絶縁材料でモールドされた真空バルブのアークシールドの電位を改善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、接離自在の一対の接点を包囲するアークシールド容器と、前記アークシールド容器に中間部が連結された真空絶縁容器と、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、前記アークシールド容器、前記真空絶縁容器、前記固定側封着金具および可動側封着金具の外周に設けられた絶縁層と、前記固定側封着金具に接続固定されるとともに、その端部が前記アークシールド容器に対向するように設けられ、且つ前記絶縁層内に埋め込まれた固定側電位調整シールドと、前記可動側封着金具に接続固定されるとともに、その端部が前記アークシールド容器に対向するように設けられ、且つ前記絶縁層内に埋め込まれた可動側電位調整シールドと、前記絶縁層の外周に設けられた接地層とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、アークシールド容器で中間部が連結された真空絶縁容器の外周の絶縁層内に、アークシールド容器に端部が対向する電位調整シールドをそれぞれ埋め込んでいるので、アークシールド容器の電位を改善することができ、耐電圧特性や遮断特性など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、アルミナ磁器などからなる筒状の真空絶縁容器１ａ、１ｂは、その中間部がステンレスなどの鉄合金からなる筒状のアークシールド容器２で気密に連結されている。真空絶縁容器１ａ、１ｂの両端開口部には、ステンレスなどの鉄合金からなる固定側封着金具３と可動側封着金具４とが封着されている。

固定側封着金具３には、一方の電路となる固定側通電軸５が固定され、真空絶縁容器１ａ、１ｂ内の端部に固定側接点６が固着されている。固定側接点６に対向して、接離自在の可動側接点７が可動側封着金具４を移動自在に貫通する他方の電路となる可動側通電軸８端に固着されている。可動側通電軸８の中間部には、伸縮自在のベローズ９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４に気密に取り付けられている。これにより、真空絶縁容器１ａ、１ｂ内の真空を維持しながら、可動側通電軸８をガイド１０に沿って軸方向に移動させることが可能となっている。

固定側封着金具３の外周には、端部がアークシールド容器２に対向するステンレスなどの鉄合金からなる筒状の固定側電位調整シールド１１が設けられている。また、可動側封着金具４の外周にも、端部がアークシールド容器２に対向するステンレスなどの鉄合金からなる筒状の可動側電位調整シールド１２が設けられている。互いの電位調整シールド１１、１２間は、離間し、所定の絶縁耐力を有する。

真空絶縁容器１ａ、１ｂ、アークシールド容器２、電位調整シールド１１、１２の外周には、エポキシ樹脂のような絶縁材料をモールドして形成した絶縁層１３が設けられている。絶縁層１３の外周には、例えば導電性塗料を塗布して形成した接地層１４が設けられている。

なお、電位調整シールド１１、１２は、アークシールド容器２と所定の絶縁耐力を保って絶縁層１３内に埋め込まれる。また、アークシールド容器２は、接点６、７を包囲するように設けられ、金属蒸気を捕捉できるようになっている。即ち、アークシールド容器２は接点６、７が開閉する距離以上の筒長を有し、その筒長は真空絶縁容器１ａ、１ｂ内の沿面距離を考慮して、真空絶縁容器１ａおよび１ｂの筒長と同程度であれば好ましい。

ここで、固定側接点６など真空絶縁容器１ａ、１ｂ内の固定側とアークシールド容器２間の静電容量をｃ１とし、可動側接点７など真空絶縁容器１ａ、１ｂ内の可動側とアークシールド容器２間の静電容量をｃ２とする。アークシールド容器２と固定側電位調整シールド１１間の静電容量をｃ３とし、アークシールド容器２と可動側電位調整シールド１２間の静電容量をｃ４とする。また、アークシールド容器２と接地層１４間の静電容量をｃ５とする。

アークシールド容器２の固定側においては、静電容量ｃ１＋ｃ３となるが、絶縁層１３の比誘電率が真空中よりも大きいため、ｃ１＜ｃ３となる。可動側においては、静電容量ｃ２＋ｃ４となるが、固定側と同様に、絶縁層１３の比誘電率が真空中よりも大きいため、ｃ２＜ｃ４となる。

これにより、アークシールド容器２の電位は、絶縁層１３内で形成される大きな静電容量ｃ３、ｃ４、ｃ５でほぼ決まることになり、中間電位の５０％に近づけることができる。静電容量ｃ３、ｃ４は、電位調整シールド１１、１２端部の曲率やアークシールド容器２との距離などを調整することにより制御することができる。即ち、絶縁層１３内で形成される固定側、可動側および対地間の静電容量比でアークシールド容器２の電位を制御することができ、静電容量ｃ３、ｃ４をｃ５と同等以上の値にすれば、接地側に振られているアークシールド容器２の電位を大幅に改善することができる。

なお、電位調整シールド１１、１２は、アークシールド容器２や封着金具３、４と同種の金属材料であるので、絶縁層１３との接着性を良好にすることができ、モールド作業が容易となる。モールド作業においては、絶縁層１３との接着性を向上させるため、例えば封着金具３、４などにサンドブラスト処理やシラン処理などを行うが、同様の処理を電位調整シールド１１、１２に行うことができる。また、絶縁層１３は、高い絶縁耐力を有しているので、例えば電位調整シールド１１、１２と接地層１４間の絶縁厚さを薄くすることができ、全体形状を細径とすることができる。

上記実施例１の真空バルブによれば、アークシールド容器２で連結された真空絶縁容器１ａ、１ｂの外周の絶縁層１３内に、アークシールド容器２に端部が対向する電位調整シールド１１、１２をそれぞれ埋め込んでいるので、アークシールド容器２の電位が絶縁層１３内で形成される静電容量比でほぼ決まるようになり、電位を大幅に改善することができ、耐電圧特性や遮断特性などを向上させることができる。また、電位調整シールド１１、１２が封着金具３、４などと同種の金属材料であり、モールド作業が容易となり、絶縁材料でモールドされた真空バルブの全体形状を細径とすることができる。

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、絶縁層の絶縁厚さである。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、アークシールド容器２の外周部分に形成した絶縁層１３を環状に突出させた太径部１３ａとし、これに伴って、接地層１４も太径部１４ａとしている。

これにより、アークシールド容器２の外周部分の絶縁厚さを厚くすることができ、アークシールド容器２と接地層１４間の静電容量、所謂対地間の静電容量を小さくすることができる。

上記実施例２の真空バルブによれば、アークシールド容器２の電位をより一層改善することができ、実施例１と同様の効果が得られる。

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、アークシールド容器の中間部を太径としたことである。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、アークシールド容器２の軸方向の中間部を端部よりも太径の太径部２ａとしている。端部の径は、真空絶縁容器１ａ、１ｂと同程度である。また、接点６、７間を包囲するように、アークシールド容器２の内側に接続固定された筒状のアークシールド１５を設けている。

これにより、アークシールド容器２の太径部２ａとなる部分が曲率を持って半径方向に広がり、この曲率部分がそれぞれの電位調整シールド１１、１２端部と対向するようになる。即ち、太径部２ａとなる曲率を持ったアークシールド容器２部分と電位調整シールド１１、１２端部間の面積が広がり、アークシールド容器２とそれぞれの電位調整シールド１１、１２間の静電容量を増加させることができる。

また、固定側においては、アークシールド１５と固定側電位調整シールド１１間の静電容量が加算されることになる。可動側においても、アークシールド１５と可動側電位調整シールド１２間の静電容量が加算されることになる。また、接点６、７間で発生する金属蒸気をアークシールド１５でより確実に捕捉できるようになる。

上記実施例３の真空バルブによれば、アークシールド容器２の電位をより一層改善することができ、実施例１と同様の効果が得られる。

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３と異なる点は、アークシールドとアークシールド容器に補助シールドを設けたことである。図４において、実施例３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、アークシールド１５の両端開口部には、固定側封着金具３および可動側封着金具４の方向に伸びる環状の内部補助シールド１６ａ、１６ｂをそれぞれ接続固定している。また、アークシールド容器２の両端には、固定側電位調整シールド１１および可動側電位調整シールド１２の方向に伸びて対向する環状の外部補助シールド１７ａ、１７ｂをそれぞれ接続固定し、絶縁層１３内に埋め込んでいる。

これにより、固定側においては、内部補助シールド１６ａと外部補助シールド１７ａとで形成される静電容量が加算されることになる。可動側においても、内部補助シールド１６ｂと外部補助シールド１７ｂとで形成される静電容量が加算されることになる。

上記実施例４の真空バルブによれば、アークシールド容器２の電位をより一層改善することができ、実施例１と同様の効果が得られる。

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４と異なる点は、絶縁層の比誘電率である。図５において、実施例４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、固定側電位調整シールド１１と外部補助シールド１７ａ間、および可動側電位調整シールド１２と外部補助シールド１７ｂ間には、絶縁層１３よりも比誘電率の大きい絶縁層１８ａ、１８ｂをそれぞれ設けている。この製造においては、例えばチタン酸バリウムを混合した比誘電率の大きい絶縁層１８ａ、１８ｂを予め電位調整シールド１１、１２と外部補助シールド１７ａ、１７ｂ間に設けておき、そして主絶縁となる絶縁層１３をモールドすればよい。

これにより、固定側電位調整シールド１１とアークシールド容器２間、および可動側電位調整シールド１２とアークシールド容器２間の静電容量を増加させることができる。なお、アークシールド容器２の外周には絶縁層１８ａ、１８ｂを設けていないので、アークシールド容器２と接地層１４間、所謂対地間の静電容量の増加は抑制される。絶縁層１８ａ、１８ｂは、アークシールド容器２端部まで設けられていてもよい。

上記実施例５の真空バルブによれば、アークシールド容器２の電位をより一層改善することができ、実施例１と同様の効果が得られる。

次に、本発明の実施例６に係る真空バルブを図６を参照して説明する。図６は、本発明の実施例６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６が実施例４と異なる点は、電位調整シールドの筒長を長くしたことである。図６において、実施例４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６に示すように、固定側電位調整シールド１１は、その端部が外部補助シールド１７ａを包囲し、アークシールド容器２の一方端部とラップするまで筒長を伸ばしている。可動側電位調整シールド１２も、その端部が外部補助シールド１７ｂを包囲し、アークシールド容器２の他方端部とラップするまで筒長を伸ばしている。これにより、それぞれの電位調整シールド１１、１２とアークシールド容器２間の静電容量を増加させることができる。

上記実施例６の真空バルブによれば、アークシールド容器２の電位をより一層改善することができ、実施例１と同様の効果が得られる。

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。 本発明の実施例６に係る真空バルブの構成を示す断面図。

符号の説明

１ａ、１ｂ 真空絶縁容器
２ アークシールド容器
２ａ、１３ａ、１４ａ 太径部
３ 固定側封着金具
４ 可動側封着金具
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 ガイド
１１ 固定側電位調整シールド
１２ 可動側電位調整シールド
１３、１８ａ、１８ｂ 絶縁層
１４ 接地層
１５ アークシールド
１６ａ、１６ｂ 内部補助シールド
１７ａ、１７ｂ 外部補助シールド

Claims (8)

1. 接離自在の一対の接点を包囲するアークシールド容器と、
   前記アークシールド容器に中間部が連結された真空絶縁容器と、
   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、
   前記アークシールド容器、前記真空絶縁容器、前記固定側封着金具および可動側封着金具の外周に設けられた絶縁層と、
   前記固定側封着金具に接続固定されるとともに、その端部が前記アークシールド容器に対向するように設けられ、且つ前記絶縁層内に埋め込まれた固定側電位調整シールドと、
   前記可動側封着金具に接続固定されるとともに、その端部が前記アークシールド容器に対向するように設けられ、且つ前記絶縁層内に埋め込まれた可動側電位調整シールドと、
   前記絶縁層の外周に設けられた接地層とを
   備えたことを特徴とする真空バルブ。
2. 前記アークシールド容器の外周に設けられた絶縁層の絶縁厚さを、前記真空絶縁容器の外周に設けられた絶縁層の絶縁厚さよりも大きくしたことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
3. 前記アークシールド容器の軸方向の中間部を端部よりも太径と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。
4. 前記接点を包囲するようなアークシールドを、前記アークシールド容器の内側に接続固定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. 前記アークシールドの両端に、前記固定側封着金具および前記可動側封着金具の方向に伸びる内部補助シールドをそれぞれ接続固定した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。
6. 前記アークシールド容器の両端に、前記固定側電位調整シールドおよび前記可動側電位調整シールドに対向する外部補助シールドをそれぞれ接続固定し、前記絶縁層内に埋め込んだ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。
7. 前記固定側電位調整シールドと前記アークシールド容器間、および前記可動側電位調整シールドと前記アークシールド容器間の前記絶縁層の比誘電率を、前記アークシールド容器と前記接地層間よりも大きくしたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の真空バルブ。
8. 前記固定側電位調整シールドおよび前記可動側電位調整シールドの端部を前記アークシールド容器の端部にそれぞれラップさせたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の真空バルブ。

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