JP2014127280A

JP2014127280A - 真空バルブ

Info

Publication number: JP2014127280A
Application number: JP2012281715A
Authority: JP
Inventors: Yoshimitsu Niwa; 芳充丹羽; Takeshi Yoshida; 剛吉田; Kosuke Sasage; 浩資捧; Wataru Sakaguchi; 亙坂口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】アークに働く電磁力を向上させ、アークの停滞を防止することで電極の局部溶損を避けることができる真空バルブを提供するものである。
【解決手段】実施形態の真空バルブは、通電軸の軸方向に電流が流れる。電極は、前記通電軸が接合される中心部と、前記中心部の外周にあり、前記通電軸側と反対方向に前記中心部より突出した接触部と、前記中心部側を一方の端点とし、前記接触部の周縁を他方の端点として前記接触部を複数の円弧部に分割するスリットとを有する。磁性体は、前記電極の前記通電軸側の面に沿って前記通電軸の周縁に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、真空バルブに関する。

図１１に示すように従来の真空バルブでは、セラミックスなどの絶縁容器８０１の両端開口部に、固定側封着金具８０２と可動側封着金具８０３が封着される。固定側封着金具８０２には、固定側通電軸８０４が貫通固定され、端部に固定側電極８０５が固着される。固定側電極８０５に対向して可動側電極８０６が、可動側封着金具８０３を移動自在に貫通する可動側通電軸８０７の端部に固着される。

可動側通電軸８０７の中間部には、伸縮自在のベローズ８０８の一方端が封着される。他方端は、可動側封着金具８０３の開口部に封着される。絶縁容器８０１の内面には、電極８０５，８０６を包囲するように設けられた筒状のシールド８０９が固定される。

このように構成される真空バルブは、図示しない操作機構が駆動することにより操作機構に接続された可動側通電軸８０７が軸方向に移動し、固定側電極８０５と可動側電極８０６が電気的に接離する。電極８０５，８０６が開極することによりアークが生じるが、シールド８０９により、アークから拡散する金属蒸気の絶縁容器８０１内壁への付着が防止される。

アークが１箇所に停滞すると、アークの熱により電極８０５，８０６が溶損する可能性がある。そこで、そのような対策の１つとして、電極８０５，８０６に複数のスリットを設ける方法が挙げられる。スリットによって電極８０５，８０６内の電流経路が制限され、その電流経路によって生じる磁界により、アークの発弧直後から強い電磁力をアークに作用させる。その電磁力によりアークを電極８０５，８０６の円周上を移動させ、アークの停滞を防止し、電極８０５，８０６の局部溶損を避けることができる。

特開２００９−２８９６６０号公報

しかし、真空バルブの小型化が求められる中で、電極を小型化しようとすると電極の電流経路が短くなり、アークに働く電磁力が小さくなる。電磁力が小さいとアークが駆動されにくくなるため、大電流の遮断が困難となる。

そこで、本発明の実施形態はこれらの課題を解決するために、アークに働く電磁力を向上させ、アークの停滞を防止することで電極の局部溶損を避けることができる真空バルブを提供するものである。

上記課題を達成するために、実施形態の真空バルブは、通電軸の軸方向に電流が流れる。電極は、前記通電軸が接合される中心部と、前記中心部の外周にあり、前記通電軸側と反対方向に前記中心部より突出した接触部と、前記中心部側を一方の端点とし、前記接触部の周縁を他方の端点として前記接触部を複数の円弧部に分割するスリットとを有する。磁性体は、前記電極の前記通電軸側の面に沿って前記通電軸の周縁に配置される。

第１の実施形態の真空バルブに係る電極部の構成を示す側面図。第１の実施形態の真空バルブに係る電極部の構成を示す上面図。図２のＡ−Ａ断面図。第２の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す側面断面図。第２の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す上面図。第３の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す側面断面図。第３の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す上面図。第４の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す側面断面図。第４の実施形態の変形例における真空バルブの電極部の構成を示す側面断面図。第５の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す側面断面図。従来の真空バルブの構成を示す断面図。

以下、実施形態を図面に基づき説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の真空バルブに係る電極部の構成を示す側面図、図２は、第１の実施形態の真空バルブに係る電極部の構成を示す上面図である。

真空バルブ全体の構成については、背景技術の項で説明した図１１と同様であるため省略する。

第１の実施形態の真空バルブに係る電極部１００は、電極１０１、通電軸１０２、磁性体１０３を有する構成である。

固定側電極と可動側電極は同様の構成であるため、図１、図２では一方の電極部１００のみを記載して説明する。

電極１０１は、通電性を考慮し例えば電気銅で構成され、円形の中心部２０１と、中心部２０１の外周を取り巻く接触部２０２、複数のスリット２０３を有する。

通電軸１０２は、中心部２０１に接合され、接触部２０２は、通電軸１０２側と反対方向（対向電極方向）に中心部２０１よりも突出している。

スリット２０３は、中心部２０１側を第１端点２０４とし、接触部２０２の周縁を第２端点２０５として通電軸１０２の中心まわりに一定方向に設けられる。

スリット２０３は、電極１０１の表面から裏面まで切り込まれ、スリット２０３によって接触部２０２は複数（図２では４つ）の円弧形状に分割されている。

図２では、スリット２０３の数を４つとしているが、スリット２０３の数は４つに限定されない。また、全てのスリット２０３が同一の曲率を有している必要はなく、直線と組み合わせられてもよい。

磁性体１０３は比透磁率が１より大きい例えば純鉄製であり、電極１０１の通電軸１０２側の面に沿って通電軸１０２の周縁に、通電軸１０２を囲むように配置される。ここで、電極１０１と磁性体１０３の間は間隙が設けられる。

このように構成される第１の実施形態に係る真空バルブの動作について図２、図３を用いて説明する。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。

真空バルブの通電時には電極１００ａの接触部２０２ａと、対向配置される電極１００ｂの接触部２０２ｂが接触しており、電流遮断時には接触部２０２ａ，２０２ｂが解離され、電極１０１ａ，１０１ｂ間にアーク３０１ａが発生する。アーク３０１ａは接触部２０２上の任意の位置に発生し、図２のアーク３０１ａ発生箇所は例として示している。

電極１０１間にアーク３０１ａが点弧すると、一方の通電軸１０２ａを流れる電流３０２ａは電極１０１ａ、アーク３０１ａを通り（電流３０２ｂ，３０２ｃ）、対向配置される電極１０１ｂ、通電軸１０２ｂに流れる（電流３０２ｄ，３０２ｅ）。

このとき電極１０１を流れる電流３０２ｂ，３０２ｄによって磁界３０３が生じ、アーク３０１ａを通る電流３０２ｃと、磁界３０３によりアーク３０１ａには電磁力３０４が働く。

電極１０１と磁性体１０３の間には間隙が設けられているため、磁性体１０３とスリット２０３は電気的に接続されていない。そのため、電極１０１を流れる電流３０２ｂは、スリット２０３を跨いで流れることがなく、図２に示すように接触部２０２の円弧形状に沿って流れる。そのため、電磁力３０４は電極１０１の円周方向に生じる。

そのことにより、例えば図２におけるアーク３０１ａはアーク３０１ｂの位置まで移動する。アーク３０１ｂの位置まで移動した後はさらに時計回り方向の隣の接触部２０２まで移動する。アーク３０１発生中はこのような動作が連続的に行われ、接触部３０２上をアーク３０１が実質的に回転移動する。

第１の実施形態に係る真空バルブでは、磁界３０３は電極１０１の通電軸１０２側において、比透磁率が１より大きい（磁気抵抗の低い）磁性体１０３中を通過する。

そのため、磁性体１０３を設けずに磁界が真空中を通過する場合に比べてアーク３０１ａに印加される磁界３０３は大きくなり、アーク３０１ａに働く電磁力３０４も大きくなる。

よって、電極１０１が小型化され電流経路が短くなった場合でも、アーク３０１が電極１０１の接触部２０２上を移動するために十分な電磁力３０４を得ることができる。このことにより、アーク３０１の停滞を防止し、電極１０１の局部溶損を避けることができる。

また、磁性体１０３を設けることにより電極１０１の機械的強度を向上させることが可能となる。

なお、上記の第１の実施形態において、電極１０１と磁性体１０３との間に間隙を設ける代わりに、樹脂などの絶縁物や高抵抗の部材を設けることによっても同様の効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図４は、第２の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す側面断面図、図５は、第２の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す上面図である。

この第２の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は磁性体４０１にある。以下に第１の実施形態と異なる点について説明する。

第２の実施形態の真空バルブに係る電極部１００は、電極１０１、通電軸１０２、磁性体４０１を有する構成である。

図４および図５に示すように、磁性体４０１は、スリット２０３の第１端点２０４より半径方向内側で電極１０１の通電軸１０２側の面と接する。また、スリット２０３の第１端点２０４より半径方向外側では電極１０１と磁性体４０１との間に間隙を有し、磁性体４０１とスリット２０３が接しないような構成となっている。

このように構成することにより、磁性体４０１とスリット２０３は電気的に接続されないため、電極１０１を流れる電流３０２ｂは、スリット２０３を跨いで流れることなく、図５に示すように接触部２０２の円弧形状に沿って流れる。そのことにより、第１の実施形態と同様に電磁力３０４が電極１０１の円周方向に生じ、対向する電極１０１間に発生するアーク３０１を駆動させることができる。

この第２の実施形態では、磁性体４０１をスリット２０３の第１端点２０４より半径方向内側で電極１０１の通電軸１０２側の面と接するように構成するため、第１の実施形態に比べて磁界３０３が通過する磁性体４０１の断面積が大きくなる。

磁性体４０１の断面積が大きくなることで磁気抵抗は低くなるため、アーク３０１ａに印加される磁界３０３は第１の実施形態よりも大きくなる。そのことにより、アーク３０１ａを駆動させるための電磁力３０４もより大きくなり、アーク３０１の停滞防止、延いては電極１０１の局部溶損防止に繋がる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態および第２の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図６は、第３の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す側面断面図、図７は、第３の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す上面図である。

この第３の実施形態が、第１の実施形態および第２の実施形態と異なる点は磁性体５０１にある。以下に第１の実施形態および第２の実施形態と異なる点について説明する。

第３の実施形態の真空バルブに係る電極部１００は、電極１０１、通電軸１０２、磁性体５０１を有する構成である。

図６および図７に示すように、磁性体５０１は、電極１０１の通電軸１０２側の面に接し、スリット２０３に対応する位置にスリット５０２を有する構成である。

磁性体５０１は、電極１０１と接しているがスリット２０３に対応する位置にスリット５０２を有するため、磁性体５０１と電極１０１のスリット２０３とは電気的に接続されない。

そのため、電極１０１を流れる電流３０２ｂは、スリット２０３を跨いで流れることなく、図７に示すように接触部２０２の円弧形状に沿って流れる。そのことにより、第１の実施形態と同様に電磁力３０４が電極１０１の円周方向に生じ、対向する電極１０１間に発生するアーク３０１を駆動させることができる。

この第３の実施形態では、磁性体５０１と電極１０１とが接するように構成されるため、第１の実施形態に比べて磁界３０３が通過する磁性体５０１の断面積が大きくなる。

磁性体５０１の断面積が大きくなることで磁気抵抗は低くなるため、アーク３０１ａに印加される磁界３０３は第１の実施形態よりも大きくなる。そのことにより、アーク３０１ａを駆動させるための電磁力３０４もより大きくなり、アーク３０１の停滞を防止し、電極１０１の局部溶損を防止することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態乃至第３の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図８は、第４の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す側面断面図である。

この第４の実施形態が、第１の実施形態乃至第３の実施形態と異なる点は磁性体６０１にある。以下に第１の実施形態乃至第３の実施形態と異なる点について説明する。

第４の実施形態の真空バルブに係る電極部１００は、電極１０１、通電軸１０２、磁性体６０１を有する構成である。

図８に示すように、電極１０１と磁性体６０１との間には間隙を有し、磁性体６０１は、通電軸１０２側で厚く、電極１０１の端部側で薄い構造となっている。

このように構成することで、通電軸１０２側の磁気抵抗が小さくなり、電極１０１間に発生するアーク３０１との距離が遠い通電軸１０２側においても、アーク３０１に印加される磁界３０３が大きくなる。

そのことにより、アーク３０１ａを駆動させるための電磁力３０４も大きくなり、アーク３０１の停滞を防止し、電極１０１の局部溶損を防止することに繋がる。

なお、図８では電極１０１の端部側から通電軸１０２側にかけて徐々に磁性体６０１が厚くなっているが、図９に示すように階段状に磁性体６０１の厚さが変化してもよく、同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態乃至第４の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図１０は、第５の実施形態の真空バルブの電極部の構成を示す側面断面図である。

この第５の実施形態が、第１の実施形態乃至第４の実施形態と異なる点は通電軸７０１、磁性体７０２にある。以下に第１の実施形態乃至第４の実施形態と異なる点について説明する。

第５の実施形態の真空バルブに係る電極部１００は、電極１０１、通電軸７０１、磁性体７０２を有する構成である。

図１０に示すように通電軸７０１には、半径方向内側に向けて凹部７０３が設けられ、磁性体７０２は凹部７０３に嵌め込まれるように配置される。

このように構成することで、第１の実施形態に比べて磁界３０３が通過する磁性体７０２の断面積は半径方向に大きくなる。

磁性体７０２の断面積が大きくなることで磁気抵抗は低くなるため、アーク３０１ａに印加される磁界３０３は第１の実施形態よりも大きくなる。そのことにより、アーク３０１ａを駆動させるための電磁力３０４もより大きくなり、アーク３０１の停滞防止し、電極１０１の局部溶損を防止することができる。

なお、上記の第１の実施形態乃至第５の実施形態は適宜組み合せて構成することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…電極部
１０１…電極
１０２，７０１…通電軸
１０３，４０１，５０１，６０１，７０２…磁性体
２０１…中心部
２０２…接触部
２０３，５０２…スリット
３０１…アーク
３０２…電流
３０３…磁界
３０４…電磁力

Claims

軸方向に電流が流れる通電軸と、
前記通電軸が接合される中心部と、前記中心部の外周にあり、前記通電軸側と反対方向に前記中心部より突出した接触部と、前記中心部側を一方の端点とし、前記接触部の周縁を他方の端点として前記接触部を複数の円弧部に分割するスリットとを有する電極と、
前記電極の前記通電軸側の面に沿って前記通電軸の周縁に配置される磁性体と
を有する真空バルブ。
前記電極の前記通電軸側の面と前記磁性体との間に間隙を有する請求項１に記載の真空バルブ。
前記磁性体は、前記スリットの前記一方の端点より半径方向内側で前記電極の前記通信軸側の面と接する請求項２に記載の真空バルブ。
前記電極の前記通電軸側の面と前記磁性体との間に設けられる絶縁物をさらに有する請求項１に記載の真空バルブ。
前記磁性体は、前記電極の前記スリットに対応した位置にスリットが設けられる請求項１に記載の真空バルブ。
前記磁性体は、前記通電軸側で厚く、前記電極の端部側で薄い請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の真空バルブ。
前記通電軸は、半径方向内側に向けて凹部を有し、
前記磁性体は、前記凹部に嵌め込まれるように配置される請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の真空バルブ。