JP2011258320A

JP2011258320A - 真空バルブ

Info

Publication number: JP2011258320A
Application number: JP2010129508A
Authority: JP
Inventors: Masashi Kawada; 将司川田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: JP5534960B2

Abstract

【課題】ベローズの汚損防止と絶縁容器端部への電界集中の緩和を同時に実現できる部品点数の少ない真空バルブを提供する。
【解決手段】絶縁容器１の可動側端部に接続する可動側端板５の内側に、円筒状の金属製ベローズシールド金具１０を接合する。これにより、電極を開極する時に可動側電極９と固定側電極８から周辺に飛散し、アークシールド１１に沿って降下する金属スパッタによるベローズ７の汚損を防止し、ベローズ７の耐久性を確保する。
【選択図】図１

Description

この発明は、真空容器内に接離自在に取り付けた固定側電極と可動側電極を擁する真空バルブに関するものである。

従来の真空バルブは、アルミナセラミックのような絶縁物を材質とする円筒状の絶縁容器の両端にメタライズ層を形成し、容器内を高真空で気密保持すべく、金属端板がこのメタライズ層にロウ付けによって固着されている。
絶縁容器の両端に固着された金属端板にはそれぞれ固定側電極棒、可動側電極棒が同軸上に対向して取り付けられており、各電極棒の対向面にはそれぞれ固定側電極と可動側電極が固着されている。

また、可動側電極が気密を保持しながら絶縁容器軸心上を可動できるよう、可動側電極棒と金属端板間にベローズを設けている。そして、電流遮断時に発生したアークによってベローズが汚損されることを防ぐために、傘状のベローズ保護具が可動側電極棒に固着されており、ベローズは一端がベローズ保護具を介して可動側電極棒に、他端が可動側金属端板に取り付けられている。

アークシールドは、絶縁容器の内沿面に沿って、対抗する２つの電極を囲繞するように設けられており、電流遮断時に発生するアークによって絶縁容器の内沿面が汚損されることを防いでいる。

特開２００４−３６２９１８号公報

このような真空バルブにおいては、電極を囲繞するアークシールドおよび傘状のベローズ保護具によって電流遮断時に発生するアークによる金属スパッタの拡散を防止しているが、ベローズ全面を囲繞しているわけではないため、ベローズ谷部等に金属スパッタが侵入して付着し、ベローズの汚損や劣化を招くという問題があった。

この発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、ベローズと絶縁容器可動側内沿面の汚損を抑制することが可能な真空バルブを得ることを目的とする。

この発明に係る真空バルブは、
円筒状の絶縁容器と、
この絶縁容器の一端部に接合されて絶縁容器の内部を真空に封止する固定側端板と、絶縁容器の軸方向中央に向かって伸びる固定側電極棒と、
絶縁容器の他端部に絶縁容器と同軸に接合された可動側端板と、
可動側端板に開けた穴を進退可能に貫通して絶縁容器の軸方向中央に向かって伸びる可動側電極棒と、
固定側電極棒の可動側電極棒と対向する端面に取り付けた固定側電極と、
可動側電極棒の固定側電極棒と対向する端面に取り付けた可動側電極と、
絶縁容器の内周面に支持されて、可動側電極と固定側電極の周囲を取り囲むように設けたアークシールドと、
可動側端板に開けた穴の縁に一端を固定し、可動側電極棒を取り囲んで絶縁容器の軸方向中央に向かって伸縮し、他端が可動側電極棒の周囲に接合されることによって絶縁容器内部と外部の気密を確保するベローズを備えた真空バルブにおいて、
可動側端板に固定されたベローズシールド部によって、ベローズが取り囲まれていることを特徴とするものである。

この発明に係る真空バルブは、
ベローズシールド部によって、ベローズが取り囲まれていることを特徴とするものなので、ベローズの汚損の抑制を実現できる。

この発明に係る真空バルブの実施の形態１における概略断面図である。この発明に係る真空バルブの実施の形態１における真空バルブの要部拡大断面図である。この発明に係る真空バルブの実施の形態１におけるベローズシールド金具の変形例を示す図である。この発明に係る真空バルブの実施の形態１におけるベローズシールド金具の変形例を示す図である。この発明に係る真空バルブの実施の形態２における概略断面図である。この発明に係る真空バルブの実施の形態２におけるベローズシールド部の変形例を示す図である。この発明に係る真空バルブの実施の形態２におけるベローズシールド部の変形例を示す図である。

実施の形態１．
この発明に係る真空バルブの実施の形態１を図を用いて説明する。
図１は、真空バルブ１００の概略断面図である。図１において、絶縁容器１は、アルミナセラミック等の絶縁物を材質とする円筒状の容器である。絶縁容器１の両端部には薄いメタライズ層２を設けている。固定側端板３はフランジ形状をしたステンレス鋼等の金属製の蓋であって、絶縁容器１と同軸の側面部３ａと、絶縁容器１の端部を外部と封止するための端面部３ｂで構成されている。そして、この固定側端板３が、絶縁容器１の一端のメタライズ層２に真空ロウ付けによって固着されている。

この固定側端板３の端面部３ｂの中心には、穴が開けられていて、その穴を貫通して、絶縁容器１の内部に向かって固定側電極棒４が、絶縁容器１と同軸に絶縁容器１の中心に向かって伸びている。また、固定側電極棒４は端面部３ｂに固定され、固定側電極棒４と端面部３ｂの接続部分は密閉されている。
絶縁容器１の他端には、先に説明した固定側端板３とほぼ同形状をした可動側端板５が固定されている。この可動側端板５の端面部５ｂにも中心に穴が開いていて、この穴を貫通して可動側電極棒６が絶縁容器１と同軸に、絶縁容器の中心に向かって挿入されている。可動側電極棒６は、電極の開閉に応じて図１上下方向に動く。したがって、この可動側電極棒６は可動側端板５の端面部５ｂには固定されていない。

端面部５ｂの穴の、絶縁容器１側の縁には、蛇腹状のベローズ７が、可動側電極棒６を取り囲むように取り付けられている。このベローズ７の上端部は可動側電極棒６の周囲に密着固定されている。これによって、可動側電極棒６が図１上下方向に動作しても、絶縁容器１の内部と外部との密閉を確保できる。
固定側電極棒４及び可動側電極棒６の対向する面にはそれぞれ固定側電極８と可動側電極９が固定されている。可動側電極棒６が移動することにより、閉極、開極することができる。

可動側端板５の端面部５ｂには、側面シールド部１０ａと、端面シールド部１０ｂを備えたベローズシールド部としてのベローズシールド金具１０が固着されている。側面シールド部１０ａは円筒形状をしており、ベローズ７の周囲を取り囲むように設けられている。端面シールド部１０ｂは環状の保護板であって、電極開極時に飛散する金属スパッタが、ベローズ７と側面シールド部１０ａの間に侵入することを防止する。ベローズシールド金具１０は可動側端板５と同電位を保っている。

絶縁容器１内沿面にはアークシールド１１が対向配置された固定側電極８と可動側電極９を囲繞するように設けられている。アークシールド１１は電流遮断時に電極間で発生するアークによる金属スパッタの飛散を防止するためにしぼり部１１ａを有している。

前述のとおり、可動側端板５にはベローズシールド金具１０が固着されている。ベローズシールド金具１０を可動側端板５に接合させたことで、真空バルブ１００の気密性を左右するロウ付け面は、従来同様ベローズ７と可動側端板５との間、可動側端板５と絶縁容器１との間の２ヶ所のみとすることができる。ベローズシールド金具１０の取り付けによって真空バルブ１００の気密性に対する信頼性が損なわれることはない。

ベローズシールド金具１０は、可動側端板５との接合面から、絶縁容器１内面とベローズ７との間を沿うように絶縁容器１のメタライズ層２を越える位置まで伸長されている。ロウ付け接合されている側面シールド部１０ａとメタライズ層２とが同電位であることから、メタライズ層２の端部への電界集中を緩和することが可能となる。さらに側面シールド部１０ａは、ベローズ７と可動側電極棒６の固着部分を越える位置まで延長され、可動側電極棒６の方向へ折曲され、端面シールド部１０ｂを形成している。これによりベローズ７全面を囲繞する形となり電流遮断時に発生するアークによる金属スパッタの飛散からベローズ７および絶縁容器１内沿面を保護することが可能となる。

図２は、真空バルブ１００の要部拡大断面図である。
図２に示すように、可動側電極棒６の外径をｒ、アークシールドしぼり部１１ａの内径をＲ、ベローズシールド金具１０の端面シールド部１０ｂの穴の直径をφとすると、φはｒ＜φ＜Ｒである。また、アークシールド１１における金属スパッタの跳ね返り、および真空バルブ１００製作時における軸ずれを考慮し、φはφ≧ｒ＋２ｍｍであることが望ましい。

図３は、ベローズシールド金具の変形例を示す図である。
また、図３に示すようにベローズシールド金具１０の側面シールド部１０ａに段部１０ｃを設けることで絶縁容器１内面とベローズシールド金具１０との間隔を大きくとることができる。これによって、絶縁容器１内面とベローズシールド金具１０間の等電位線の間隔を広げることができ、容器内の可動側の電界をより緩和することが可能となる。

図４に示すように、側面シールド部１０ａにテーパ形状部１０ｄを設けても容器内の可動側の電界を緩和することができる。
このような構造のベローズシールド金具１０を使用すると、テーパ形状部１０ｄに飛散した金属スパッタが、下方、すなわち可動側端板５の方向に落ちていくため真空バルブ１００の動作時における金属スパッタの浮上を抑制できる。これにより真空バルブ１００の動的耐電圧性能の向上させることができる。

このように、実施の形態１に示す真空バルブ１００によれば、メタライズ層２近傍の電界緩和と、ベローズ７および絶縁容器１の可動側内沿面の汚損の抑制を同時に実現できる。
特にベローズ７の汚損抑制に関しては、従来のベローズ保護具とは異なり、ベローズシールド金具１０の側面シールド部１０ａおよび端面シールド部１０ｂがベローズ７全面を囲繞しているため、アーク発生時に飛散した金属スパッタがベローズ７に付着する確率を飛躍的に低減でき、ベローズ７の真空劣化に対する信頼性を向上させることができる。また、ベローズ７の谷部に金属スパッタが付着する確率も飛躍的に低減できることから、多頻度開閉用真空バルブへの適用に優れた効果を発揮する。
また、１つの部品にメタライズ層近傍の電界緩和機能とベローズ７の汚損抑制機能を持たせたことで、部品点数を削減することが可能となる。更に、ベローズシールド金具１０は、プレス加工によって製作可能であるため部品コストは割安で、真空バルブ１００全体のコスト削減に貢献できる。

実施の形態２．
この発明の実施形態２を図を用いて実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
図５は、この実施の形態に係る真空バルブ２００の概略断面図である。
実施の形態１では可動側端板５自体を絶縁容器１の端部に設けたメタライズ層２とベローズ７の端部に接続することにより絶縁容器１を密閉していた。この実施の形態では、側面部２０５１、端面部２０５２、ベローズシールド部２０５３をフランジ状部材２０５０として一体成型し、絶縁容器１の密閉は、端面部２０５２とベローズ７の端部間を密閉する円環状の気密保持板２０６０を使用している。
この２つの部品を組み合わせることにより、実施の形態１の可動側端板５とベローズシールド金具１０の組合せと同様の効果を奏する。
これ以外の構成は実施の形態１と同様なので省略する。

フランジ状部材２０５０をこのような形状とした理由は真空バルブ２００の可動側端部の機械的強度を向上させるためである。例えば、実施の形態１の可動側端板５とベローズ７の固着部分の機械的強度を向上させるためには、可動側端板５の板厚を上げれば良い。
しかし、絶縁容器１と端板には熱膨張係数に差があるため、板厚を上げるほど真空ロウ付け時に絶縁容器１に発生する応力が増大し、絶縁容器１に割れが生じる危険があった。そこで、本実施の形態では、フランジ状部材２０５０を一体成形してその端部にフランジ形状部を設け、ベローズ７の接合部分を気密保持板２０６０に変更したことで気密保持板２０６０の板厚を変更可能としてベローズ７の接合部の機械的強度の向上が図れる構造とした。

実施の形態１と同様、ベローズシールド部２０５３には側面シールド部２０５３ａおよび端面シールド部２０５３ｂが形成されているため、メタライズ層２端部の電界集中の緩和と電流遮断時に発生するアークによる金属スパッタの飛散からベローズ７および絶縁容器１内沿面を保護することが可能となる。
また、実施の形態１と同様に可動側電極棒６の外径をｒ、アークシールド１１のしぼり部１１ａの内径をＲ、端面シールド部２０５３ｂの穴の直径をφとした場合、φは、ｒ＜φ＜Ｒであること、また、φはφ≧ｒ＋２ｍｍであることが望ましい。
また、実施の形態１と同様、図６に示すようにベローズシールド部２０５３の側面シールド部２０５３ａに段部２０５３ｃを設けたり、図７に示すように側面シールド部２０５３ａにテーパ形状部２０５３ｄを設けて絶縁容器１内面とベローズシールド部２０５３との間隔を広くし、絶縁容器１の可動側端部の電界緩和が図れる構造としても良い。

このように、実施の形態２に示す真空バルブ２００によっても、メタライズ層２近傍の電界緩和と、ベローズおよび絶縁容器可動側内沿面の汚損抑制を同時に実現できる。
また、１つの部品であるフランジ状部材２０５０にメタライズ層２近傍の電界緩和機能とベローズ７の汚損抑制機能を持たせたことで、部品点数を削減することが可能となる。
また、フランジ状部材２０５０は、構造上プレス加工によって容易に製作可能であるため、部品コストは割安であり、真空バルブ２００全体の製造コストの削減に繋がる。
また、この実施の形態２で示した構造としたことにより、可動側端部の機械的強度をフレキシブルに向上させることが可能となる。
更に、フランジ状部材２０５０と機密保持板のロウ付け部の状態を外部から視認できるので、組み立て完成後の真空バルブ２００の品質を均一に確保できる。

１００，２００真空バルブ、１絶縁容器、２メタライズ層、
３固定側端板、３ａ側面部、３ｂ端面部、４固定側電極棒、
５可動側端板、５ａ側面部、５ｂ端面部、６可動側電極棒、
７ベローズ、８固定側電極、９可動側電極、
１０ベローズシールド金具、１０ａ側面シールド部、
１０ｂ端面シールド部、１０ｃ，２０５３ｃ段部、
１０ｄ，２０５３ｄテーパ形状部、１１アークシールド、１１ａしぼり部、
２０５０フランジ状部材、２０５１側面部、２０５２端面部、
２０５３ベローズシールド部、２０５３ａ側面シールド部、
２０５３ｂ端面シールド部、２０６０気密保持板。

Claims

円筒状の絶縁容器と、
この絶縁容器の一端部に接合されて前記絶縁容器の内部を真空に封止する固定側端板と、前記絶縁容器の軸方向中央に向かって伸びる固定側電極棒と、
前記絶縁容器の他端部に前記絶縁容器と同軸に接合された可動側端板と、
前記可動側端板に開けた穴を進退可能に貫通して前記絶縁容器の軸方向中央に向かって伸びる可動側電極棒と、
前記固定側電極棒の前記可動側電極棒と対向する端面に取り付けた固定側電極と、
前記可動側電極棒の前記固定側電極棒と対向する端面に取り付けた可動側電極と、
前記絶縁容器の内周面に支持されて、前記可動側電極と前記固定側電極の周囲を取り囲むように設けたアークシールドと、
前記可動側端板に開けた穴の縁に一端を固定し、前記可動側電極棒を取り囲んで前記絶縁容器の軸方向中央に向かって伸縮し、他端が前記可動側電極棒の周囲に接合されることによって前記絶縁容器内部と外部の気密を確保するベローズを備えた真空バルブにおいて、
前記可動側端板に固定されたベローズシールド部によって、前記ベローズが取り囲まれている真空バルブ。
前記絶縁容器は両端面にメタライズ層を有し、前記ベローズシールド部は前記可動側端板と同電位にあることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記ベローズシールド部は円筒形状である請求項１又は請求項２に記載の真空バルブ。
前記ベローズシールド部は、円筒状の側面シールド部と、
この側面シールド部の前記絶縁容器の中央側端部を、前記絶縁容器の径方向内側に曲折して構成され、前記可動側電極棒が進退可能に貫通する環状の端面シールド部とで構成する請求項３に記載の真空バルブ。
前記可動側端板は、
前記絶縁容器の端部に前記絶縁容器の軸方向に突出するよう接合した端板側面部と、
前記端板側面部が概略直角に前記絶縁容器の径方向内側に折曲して形成する端板端面部と、前記端板端面部が更に前記固定電極棒方向に概略直角に折曲して形成する前記ベローズシールド部とが一体として成型されたフランジ状部材及び、
前記端板端面部と、前記ベローズの前記可動側電極から遠い方の端部に接続して前記絶縁容器の気密を確保する環状の気密保持板からなる請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブ。
前記アークシールド端部内径をＲ、前記端面シールド部の穴の内径をφ、前記端面シールド部の穴の内周面が対向する前記可動側電極棒の外径をｒとするとき、ｒ＜φ＜Ｒかつφ≧ｒ＋２ｍｍが成立する請求項４又は請求項５に記載の真空バルブ。
前記ベローズシールド部は、段差であって、この段差を挟んで前記可動側電極側の内径が小さくなる段差を有する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の真空バルブ。
前記ベローズシールド部は、テーパ形状部であって、前記可動側電極側の内径が次第に小さくなるテーパ形状部を有する請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の真空バルブ。