JP2014186879A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】汚損及び湿潤の多い環境下での使用に適した真空バルブを経済的に提供する。
【解決手段】筒状の絶縁容器１の両端部が封着部材２、３で密封された真空容器と、この真空容器内に対向配置された接離可能な一対の電極４、５を備えた真空バルブであって、前記絶縁容器の外周面に装着された、沿面距離を増大させるための周方向に延在する少なくとも１つの襞状の突出部９ａを有するリング状または筒状に形成された少なくとも１つのゴム製の襞状成形体９を備え、前記襞状成形体はそれ自体のゴム弾性を利用して前記絶縁容器の外周面１ａに密着されていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は真空遮断器等に用いられる真空バルブに関するもので、特に汚損雰囲気や湿潤環境下での使用に適した真空バルブに関するものである。

真空バルブは、一般にセラミックまたはガラスよりなる円筒状の絶縁容器の両端開口部を固定側端板及び可動側端板でそれぞれ密封した気密な真空容器を用い、固定側端板には固定電極を接合した棒状の固定側電極が支持固定され、前記固定電極と対向するように可動電極が接合された棒状の可動側電極が可動側端板に保持される。この可動側電極と可動側端板とは蛇腹状のベローズを介して気密に接続され、真空バルブ内の真空を維持しつつ可動側電極が固定側電極に対して接離動作される。また、電流遮断時に電極間で発生したアークにより、電極から飛散した金属蒸気が絶縁容器の内面に付着して内沿面の絶縁性能が低下するのを防止するため電極周囲にアークシールドが設けられる。通常、真空バルブの絶縁容器は円筒形状であり真空側より大気側の沿面絶縁性能が劣ることから、汚損や湿潤環境の影響を受けた場合、沿面絶縁性能低下を生じ、最悪は沿面閃絡事故に至る可能性がある。従って、このような環境下で使用される真空バルブは、絶縁容器の大気側の沿面長を長くして絶縁性能を向上させる必要があり、その一つの手段として絶縁容器の外形側にひだ形状を設ける方法がある（例えば特許文献１参照）。また、他の手段としては、絶縁容器外径側をエポキシ樹脂等で注型することでひだ形状を製作する方法や、絶縁容器外周部にリングを装着し撥水製の熱収縮チューブを被せる方法なども提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開昭５８−１６９７２６号公報（第２頁、第２図） 特公昭６１−６９６３号公報（第１頁、第２図）

従来の技術による絶縁容器の大気側沿面長を長くする手段を用いた真空バルブは、絶縁容器自身にひだ形状を設ける場合は、絶縁容器の外径寸法が大きくなり、絶縁容器自身の価格上昇と、真空バルブ製作時に真空炉内に配置できる数量が減少することによる製作コスト上昇を招く課題がある。また、絶縁性の樹脂で真空バルブの大気側にひだ形状等を設ける場合は、注型するための金型が必要で、絶縁容器と樹脂の熱膨張係数の差を解消するための手段が必要になり、工期が長く、コスト上昇を招く課題がある。また、熱収縮チューブを被せる方法において、絶縁容器部に装着するリングの大きさは熱収縮チューブの収縮量によって制限されるため、大幅な沿面長増は望めないという課題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、絶縁容器の全長及び外径寸法を大きくすることなく真空バルブ大気側の沿面長の増大が可能で、コストの増大を抑えつつ汚損の発生や湿潤の多い環境下での使用に適した真空バルブを提供することを目的としている。

この発明に係る真空バルブは、筒状の絶縁容器の両端部が封着部材で密封された真空容器と、この真空容器内に対向配置された接離可能な一対の電極を備えた真空バルブであって、前記絶縁容器の外周面に装着された、沿面距離を増大させるための周方向に延在する少なくとも１つの襞状の突出部を有するリング状または筒状に形成された少なくとも１つのゴム製の襞状成形体を備え、前記襞状成形体はそれ自体のゴム弾性を利用して前記絶縁容器の外周面に密着されていることを特徴とするものである。

この発明においては、沿面距離を増大させるための周方向に延在する少なくとも１つの襞状の突出部を有するリング状または筒状に形成された少なくとも１つのゴム製の襞状成形体を、前記襞状成形体自体のゴム弾性を利用して前記絶縁容器の外周面に密着するようにしたことにより、絶縁容器の全長及び外径寸法を大きくすることなく真空バルブの大気側の沿面長の増大が可能となり、汚損の発生や湿潤の多い環境下での使用に適した真空バルブが得られる。また、絶縁容器及び襞状成形体の共用化を図ることも可能となり、コストの低減も図れる。

本発明の実施の形態１に係わる真空バルブの要部構成を示す断面図である。 図１に示された襞状成形体を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係わる真空バルブの要部構成を示す断面図である。 図３に示された襞状成形体を示す断面図及び斜視図である。 図３に示された実施の形態２の変形例の要部構成を示す断面図である。 図５に示された変形例の襞状成形体を示す断面図及び斜視図である。 本発明の実施の形態３に係わる真空バルブの要部構成を示す断面図である。 図７に示された襞状成形体を示す断面図及び斜視図である。

実施の形態１．
図１はこの実施の形態１の真空バルブの要部構成を概略的に示す断面図、図２は図１に示された襞状成形体を示す断面図である。図において、真空バルブはガラスあるいはアルミナセラミックス等からなる円筒状の絶縁容器１、この絶縁容器１の一方の開口端部にろう付けにより封着された封着部材２、絶縁容器１の他方の開口端部にろう付けにより封着された封着部材３からなる真空容器１０と、封着部材２の中心部に貫通されてその封着部材２の貫通部分に気密にろう付け接合され、絶縁容器１の内部側の先端に固定電極４ａを有する棒状の固定側電極４と、封着部材３に対して気密を保持しつつ軸方向（図の上下方向）に移動可能に貫通・保持され、絶縁容器１の内部側の先端に固定電極４ａに対向する可動電極５ａを有し、固定側電極４に対して接離可能に配設された棒状の可動側電極５を備えている。

可動側電極５は封着部材３に対して、例えば薄いステンレス材などで蛇腹状に製作されたベローズ６を介して気密に保持されており、可動側電極５が真空気密を保ちながら軸方向に移動可能なように構成されている。また、絶縁容器１の内部には固定電極４ａと可動電極５ａの切離空間のまわりを包囲するように形成された円筒状のアークシールド７が設けられており、電流遮断時に電極間で発生するアークによる金属蒸気が絶縁容器１の内面に付着する量を抑制するように構成されている。また、ベローズカバー８は可動電極５ａとベローズ６の間に配設され、可動側電極５に固定されており、電流遮断時に電極間で発生するアークによる金属蒸気のベローズ６への付着を抑制している。

絶縁容器１の外周面１ａには、この発明の典型的な特徴部分の一つであるシリコン系ゴム等の絶縁性ゴム材の成形品からなり、周方向に襞状に延在する複数の突出部９ａを有する筒状体からなる襞状成形体９が設けられている。襞状成形体９の内周面９ｂは絶縁容器１の外周面１ａに沿うような形状となっている。襞状成形体９の突出部９ａは沿面長を増大させるもので、この例では１つの成形体に複数設けることで必要な沿面長が得られる形状としている。襞状成形体９の内径寸法は、絶縁容器１の外形寸法より若干小さく形成されており、襞状成形体９を絶縁容器１の所定の場所に装着した後は襞状成形体９自体がゴム弾性により収縮する圧力が常時働き、両者が密着するような関係にしている。その際に、両者をより密着させるため、接着剤（図示省略）により接着するか、例えばシリコングリースなどのグリース（図示省略）を予め塗布しておき密着性を向上させる方法などを行うことができる。

襞状成形体９として好ましく用いることができる材料としては、長期信頼性（耐劣化）の点からシリコン系樹脂またはフッ素系樹脂のゴム材が良く、さらに外面を形成する襞状の突出部９ａは撥水性を有している方が良い。また、絶縁容器１の外周面１ａは襞状成形体９との密着性を図るためにできるだけ平滑である方が良く、絶縁容器１は表面が平滑なガラス製の円筒として製作する、またはアルミナ等のセラミック円筒の外側面にガラス質の釉薬を焼付けて表面を平滑にするように製作することが望ましい。

上記のように構成された実施の形態１においては、絶縁容器１の外周面に装着された襞状成形体９がそれ自体のゴム弾性を利用して絶縁容器１の外周面に密着されていることで、絶縁容器１と襞状成形体９との界面の電気的絶縁特性（「電気的絶縁力」）は、突出部９ａが軸方向に複数設けられている襞状成形体９の外周面における大気中で清浄な表面状態での絶縁力よりも大きくなる。そして、絶縁容器１の襞状成形体９を装着した沿面部分１ｂの長さよりも、突出部９ａを有する襞状成形体９の大気側の表面部における沿面の長さの方が、突出されていることで、相当寸法長くなるため、襞状成形体９を装着した後の真空バルブの大気側絶縁部沿面距離は襞状成形体９の装着前よりも長くなり、大気側絶縁性能が向上する。そのため、真空バルブの耐久性が向上し、長寿命化が図れる。

また、絶縁容器１を大形化するような変更の必要がないので、絶縁容器１を安価に入手できる。さらに真空バルブ製造工程内でのろう付け組立工程は炉中でろう付けを行うため、真空バルブの外形寸法が炉内に配置できる数を決め、製造コストに影響を及ぼすので、結果的には製造コストの低減や環境負荷の低減効果がある。また、襞状成形体９を界面絶縁で真空バルブの絶縁容器１に装着することにより、絶縁容器１の全長及び外径寸法を大きくすることなく真空バルブ大気側の沿面長増が可能で、絶縁容器を安価に製作できる上、真空バルブの製作コスト低減も図れるため、汚損及び湿潤の多い環境下での使用に適した真空バルブを経済的に提供することができる。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係わる真空バルブの要部構成を概略的に示す断面図、図４は図３に示された襞状成形体を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。また、図５は図３に示された実施の形態２の変形例の要部構成を概略的に示す断面図、図６は図５に示された変形例の襞状成形体を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。なお、この実施の形態２の真空バルブの襞状成形体を除く基本的な構成部分は、前述の実施の形態１と同様であり、襞状成形体及びその装着部分を中心に説明する。なお、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

実施の形態２における襞状成形体９Ａは、図２に示す複数の襞状の突出部９ａの内、１つの突出部９ａを独立して成形したリング状体からなる。襞状成形体９Ａの素材は実施の形態１と同様、シリコン系ゴム等の絶縁性ゴム材からなる。真空バルブは、複数の襞状成形体９Ａを軸方向に所定間隔で互いに離間させて絶縁容器１の外周面に装着している。襞状成形体９Ａの装着個数は、必要な沿面長に対して適宜決められる。また、装着する場所や間隔は、絶縁容器１上であれば問題ないが、等間隔に配置したほうが良い。

襞状成形体９Ａの内径寸法は、絶縁容器１の外形寸法より若干小さくしており、襞状成形体９Ａを絶縁容器１の所定の場所に装着した後は襞状成形体９Ａがゴム弾性によって収縮する圧力が常時働き、両者が密着するような関係にしている。その際に、両者をより密着させるため、接着剤により接着するか、グリースを予め塗布しておき密着性を向上させることが好ましい。襞状成形体９Ａの材料は、長期信頼性（耐劣化）の点からシリコン系またはフッ素系のゴム材が良く、さらに突出部９ａの外側部分は撥水性を有している方が良い。なお、図４の襞状成形体９Ａは図の上下方向に対称な形状であり装着方向に規定はない。

一方、図５に示す実施の形態２の変形例の場合、襞状成形体９Ｂは図の上下方向に非対称形状に形成されている。真空バルブの取り付け方向が、図５のように固定側電極４が上である場合は、図５に示すように、突出部９ａの半径方向の傾斜が下方向になるように各襞状成形体９Ｂの向きを揃えて装着する必要があり、この装着方向に揃えることで、襞状成形体９Ｂに付着した水分がより流れ落ちやすくなる。なお、絶縁容器１に装着する襞状成形体の形状は、特定の１種類に統一する必要はなく、例えば図４の襞状成形体９Ａと図６の襞状成形体９Ｂを混在させるなど、１つの絶縁容器１に複数種類の襞状成形体を装着しても良い。

上記のように構成された実施の形態２においては、絶縁容器１に１個の襞状成形体９Ａまたは襞状成形体９Ｂを装着した状態で、絶縁容器１と襞状成形体９Ａ（９Ｂ）との界面の電気的絶縁力は、襞状成形体９Ａ（９Ｂ）の突出部９ａの大気中で清浄な表面状態での絶縁力より大きくなる。襞状成形体９Ａ（９Ｂ）を装着した絶縁容器１の沿面部分１ｂの長さより、襞状成形体９Ａ（９Ｂ）の突出部９ａによる大気側沿面の長さの方がかなり長くなるため、襞状成形体９Ａ（９Ｂ）装着後の真空バルブの大気側絶縁部沿面距離は襞状成形体９Ａ（９Ｂ）装着前よりも長くなり、大気側絶縁性能が向上する。

そのため、襞状成形体９Ａ（９Ｂ）を所要個数装着することで、必要な沿面長が得られる。また、絶縁容器１を大形化するような変更が必要なく、絶縁容器１を安価に入手でき、さらに真空バルブ製造工程内でのろう付け組立工程は炉中でろう付けを行うため、真空バルブの外形寸法が炉内に配置できる数を決め、製造コストに影響を及ぼすので、結果的には製造コスト低減効果がある。

上記のように実施の形態２によれば、１つの突出部９ａを設けたリング状体からなる襞状成形体９Ａ（９Ｂ）を絶縁容器１に複数個装着して真空バルブを構成することにより、絶縁容器１の全長及び外径寸法を大きくすることなく真空バルブ大気側の沿面長増が可能で、絶縁容器及び襞状成形体の共用化が図れる利点もあり、絶縁容器を安価に製作できる上、真空バルブの製作コスト低減も図れるため、汚損及び湿潤の多い環境下での使用に適した真空バルブを経済的に提供することができる。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係わる真空バルブの要部構成を示す断面図、図８は図７に示された襞状成形体を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は斜視図である。なお、この実施の形態３の真空バルブの真空容器と襞状成形体を除く基本的な構成部分は、前述の実施の形態１と同様であり、真空容器と襞状成形体及びその装着部分を中心に説明する。図において、絶縁容器１Ａの外周面１ａには界面絶縁部とする周方向に凹設された滑らかな曲面の窪み部１ｃが、絶縁容器１の中心軸と平行な方向に所定間隔で複数個所に設けられている。窪み部１ｃの形状は特に限定されるものではないが、後述するリング状体からなる襞状成形体９Ｃを装着した際に隙間なく密着できる形状とする必要があり、角などの無い滑らかな曲面形状が良い。

襞状成形体９Ｃはリング形状かつ絶縁容器１の窪み部１ｃの形状に沿って密着できるように、内周面９ｃが窪み部１ｃの形状に対応するように中心方向に突出した曲面からなり、実施の形態１、２と同様のシリコン系ゴム等の絶縁性ゴム材を成形で製作した部品である。装着する襞状成形体９Ｃの個数は、必要な沿面長に対して適宜決められる。襞状成形体９Ｃを絶縁容器１の窪み部１ｃに装着した後は、襞状成形体９Ｃ自体がゴム弾性によって収縮する圧力が常時働き、両者が密着するような関係にしている。なお、密着力を高めるため、実施の形態１、２と同様に接着剤、またはグリースを用いることも望ましい。また、襞状成形体９Ｃの材料は、長期信頼性（耐劣化）の点からシリコン系樹脂またはフッ素系樹脂のゴム材が良く、さらに突出部９ａの表面は撥水性を有している方が良い。

上記のように構成された実施の形態３においては、絶縁容器１の窪み部１ｃにおける界面絶縁部分の襞状成形体９Ｃとの沿面距離は窪みを形成していることで直線の場合よりも長くなるため、界面絶縁力もより大きくなり、襞状成形体９Ｃの突出部９ａにおける大気絶縁部沿面の距離をより長くした形状にすることができる。絶縁容器１の界面絶縁部となる窪み部１ｃに１個の襞状成形体９Ｃを装着した状態で、絶縁容器１と襞状成形体９Ｃとの界面の「電気的絶縁力」は、襞状成形体９Ｃの外側部である突出部９ａの大気中で清浄な表面状態での絶縁力より大きくなる。襞状成形体９Ｃを装着した絶縁容器１の界面絶縁部となる窪み部１ｃの沿面部分の長さより、襞状成形体９Ｃの大気側沿面の長さの方がかなり長くなるため、襞状成形体９Ｃ装着後の真空バルブの大気側絶縁部沿面距離は襞状成形体９Ｃ装着前よりも長くなり、大気側絶縁性能が向上する。

上記の実施の形態３によれば、襞状成形体９Ｃを所要個数装着することで必要な沿面長が得られる。また、絶縁容器１に界面絶縁部となる窪み部１ｃを設けることで、襞状成形体９Ｃを装着する場所が明確になり、装着の作業性が向上する上、絶縁容器１に対する据わりがよく、襞状成形体９Ｃを絶縁容器１外周面に確実に保持させることができる。また、絶縁容器１を大形化するような変更が必要なく、絶縁容器１を安価に入手でき、さらに真空バルブ製造工程内でのろう付け組立工程は炉中でろう付けを行うため、真空バルブの外形寸法が炉内に配置できる数を決め、製造コストに影響を及ぼすので、結果的には製造コスト低減効果がある。

また、リング状体からなる襞状成形体９Ｃを界面絶縁で真空バルブの絶縁容器１に複数個装着することにより、絶縁容器１の全長及び外径寸法を大きくすることなく真空バルブ大気側の沿面長増が可能で、絶縁容器及び襞状成形体の共用化が図れる利点もあり、絶縁容器を安価に製作できる上、真空バルブの製作コスト低減も図れるため、汚損及び湿潤の多い環境下での使用に適した真空バルブを経済的に提供することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において適宜、変形、あるいは省略することが可能である。例えば、図１の筒状体からなる襞状成形体９を軸方向に複数に分割し、あるいは絶縁容器１の外周面に窪み部１ｃを設けて襞状成形体９を装着しても差し支えない。また、リング状体からなる襞状成形体９Ｂ、９Ｃは、突出部９ａを複数にしても良い。その他、種々の変形や変更が可能であることは言うまでもない。

１、１Ａ 絶縁容器、 １ａ 外周面、 １ｂ 沿面部分、 １ｃ 窪み部、 ２ 封着部材、 ３ 封着部材、 ４ 固定側電極、 ４ａ 固定電極、 ５ 可動側電極、 ５ａ 可動電極、 ６ ベローズ、 ７ アークシールド、 ８ ベローズカバー、 ９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ 襞状成形体、 ９ａ 突出部、 ９ｂ 内周面、 ９ｃ 内周面、 １０ 真空容器。

Claims (8)

1. 筒状の絶縁容器の両端部が封着部材で密封された真空容器と、この真空容器内に対向配置された接離可能な一対の電極を備えた真空バルブであって、前記絶縁容器の外周面に装着された、沿面距離を増大させるための周方向に延在する少なくとも１つの襞状の突出部を有するリング状または筒状に形成された少なくとも１つのゴム製の襞状成形体を備え、前記襞状成形体はそれ自体のゴム弾性を利用して前記絶縁容器の外周面に密着されていることを特徴とする真空バルブ。
2. 前記襞状成形体と前記絶縁容器との界面に、接着材またはグリースが介在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。
3. 前記襞状成形体は、一体に形成され互いに離間された複数の前記突出部を有する筒状体からなる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. １つの前記突出部を有するリング状体からなる襞状成形体が前記絶縁容器の中心軸と平行な方向に互いに離間されて複数装着されている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。
5. 前記絶縁容器の外周面に周方向の窪み部が設けられ、前記襞状成形体が前記窪み部に装着されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の真空バルブ。
6. 前記窪み部は前記絶縁容器の中心軸と平行な方向に所定間隔で複数設けられ、１つの前記突出部を有するリング状体はその内周面が前記窪み部に対応する突形状に形成されて複数の前記窪み部の全部または一部に装着されていることを特徴とする請求項５に記載の真空バルブ。
7. 前記襞状成形体は、シリコン樹脂系ゴム材またはフッ素樹脂系ゴム材からなることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の真空バルブ。
8. 前記絶縁容器は、セラミックでかつ表面に釉薬が焼き付けられ、前記釉薬が焼き付けられた部分に前記襞状成形体が装着されていることを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の真空バルブ。

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