JP2017016988A - 真空バルブ及びこれを用いた真空遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】ガイドのガイド取付部材への取付において、部品点数を削減し、取付作業を簡単にできる真空バルブを提供する。
【解決手段】真空バルブ１００は、真空容器の内部において固定側電極７に接離自在に配置された可動側電極８と、可動側電極８に一端が固着された可動側電極棒５と、可動側電極棒５の周囲を取り囲むガイド筒部１１と、ガイド筒部１１の一端に設けられ、ガイド筒部１１より大径に形成されたガイド外縁部１２とからなる、可動側電極棒５を案内するガイド１０と、真空容器の可動側端板３と接合され、ガイド１０を外周から保持するガイド取付部材２０とを備え、ガイド１０のガイド外縁部１２に形成され径方向外側に突出した係合突起１２ｃと、ガイド取付部材２０に形成され係合突起１２ｃと係合する係合穴２０ａとを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空バルブ及びこれを用いた真空遮断器に関するものである。

従来の真空バルブにおいては、アルミナセラミック等からなる絶縁筒の両端部に固定側端板及び可動側端板が、それぞれろう付けにより接合され、真空容器を形成している。固定側端板には固定側電極棒が固定され、可動側端板には可動側電極棒が摺動可能に保持さられている。固定側電極棒及び可動側電極棒には、互いに対向して配置された固定側電極と可動側電極がそれぞれ設けられている。可動側電極棒と可動側端板の間にはベローズがろう付けにより接合され、気密を保ちながら開閉を可能にしている。ベローズは、ステンレス等の薄い金属で蛇腹状に製作されている。可動側端板には、可動側電極棒の軸方向の動作を案内するガイドを固定するための平板状のガイド取付板がろう付けによって接合され、ガイドはねじ止めによってガイド取付板に固定されている。ガイドは合成樹脂等からなり、円筒状に形成され、可動側電極棒の回転を防止すると共に、ベローズのねじれを防止している（例えば、特許文献１参照）。

特許第２０４９９０４号公報

特許文献１に示されたような従来の真空バルブでは、ガイドはねじ止めする構造であった。そのため、ガイドの円板部とガイド取付板は、ねじ止め強度を確保するために十分な厚さが必要であり、真空バルブを小形化する上での妨げとなっていた。また、ねじ止め工程でのねじ止め作業、ねじの管理、ねじトルクの管理に手間がかかっていた。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ガイドの固定にねじを用いることなく、可動側電極を摺動させるガイドを安定的に真空容器側に保持することが可能な真空バルブを提供するものである。

本発明の真空バルブは、絶縁筒の一端に固定側端板、他端に可動側端板を備えた真空容器と、真空容器の内部において接離自在に配置された固定側電極と可動側電極と、可動側電極に一端が固着され他端が真空容器の外部に引出され、直動することで可動側電極を固定側電極に対して接離させる可動側電極棒と、可動側電極棒の周囲を取り囲むガイド筒部と、ガイド筒部の一端に設けられ、ガイド筒部より大径に形成されたガイド外縁部とからなる、可動側電極棒を案内するガイドと、可動側端板と接合され、ガイドを外周から保持するガイド取付部材と、を備え、ガイドのガイド外縁部に形成され径方向外側に突出した係合突起と、ガイド取付部材に形成され係合突起と係合する係合穴とを有するものである。
また、本発明の真空遮断器は、上記の真空バルブと、真空バルブの固定側電極と可動側電極とに各々接続する固定側導体と可動側導体と、真空バルブの電極間の接離を行う駆動装置と、を備えたものである。

この発明の真空バルブによれば、ガイド取付部材によって、ガイドの外側面を囲むとともに、ガイド外縁部に設けられた係合突起と、ガイド取付部材に設けられた係合穴を係合させることによって、ガイドの固定にねじを用いることなく、可動電極を摺動させるガイドを安定的に真空容器側に保持することが可能となる。
また、上記のような真空バルブを、真空遮断器の構成要素として用いることが可能である。

この発明の実施の形態１に係わる真空バルブを示す断面図である。 図１のガイド及びガイド取付部材の斜視図である。 図３(a)は、図１のガイドの上面図である。図３(b)は、図１のガイドの変形例を示す上面図である。図３(c)は、図１のガイドの別の変形例を示す上面図である。 図３(a)のＡ−Ａ断面図である。 この発明の実施の形態に１に係わる真空バルブを用いた真空遮断器の断面図である。 この発明の実施の形態２に係わる真空バルブを示す断面図である。 図６のガイド及びガイド取付部材の斜視図である。 図６のガイドの上面図である。 図８のＢ−Ｂ断面図である。

実施の形態１．
以下、図面に基づいて、本発明の各実施の形態を説明する。なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。この発明の実施の形態１における真空バルブについて、図１から図４を参照して説明する。

図１は実施の形態１の真空バルブ１００の断面図である。図１に示すように、円筒形のアルミナセラミック等から構成される絶縁筒１の一端が固定側端板２で、他端が可動側端板３で閉塞されて真空容器が構成されている。固定側端板２および可動側端板３は、それぞれ絶縁筒１の一端および他端にろう付けにより同軸上に取り付けられている。この組立には、主に銀系のろう材が使用され、固定側端板２には固定側電極棒４が、可動側端板３にはベローズ６を介して可動側電極棒５がろう付け接合されている。さらに、真空容器内において、固定側電極棒４の端部に固定側電極７がろう付け接合され、この固定側電極７に対向するように可動側電極棒５の端部に可動側電極８がろう付け接合されている。
ここで、固定側電極棒４と固定側電極７によって固定電極が構成され、可動側電極棒５と可動側電極８によって可動電極が構成されるものとする。

また、固定側電極７および可動側電極８を囲むように、絶縁筒１の内側にシールド９が固定されている。このシールド９は、電流遮断時に、絶縁筒１の内面が固定側電極７および可動側電極８から発生する金属蒸気によって汚損されることを防止する。可動側電極棒５は、可動側端板３に、ガイド１０およびガイド取付部材２０を介して固定されている。ガイド１０は、可動側電極棒５の動作を案内する部材である。ガイド取付部材２０は、ガイド１０を固定するために可動側端板３に接合された部材である。また、ベローズ６の可動側電極８側端部には、電流遮断時、固定側電極７および可動側電極８から発生する金属蒸気によって、ベローズ６の表面が汚損されることを防止するため、ベローズカバー６ａが可動側電極棒５にろう付け接合されている。

ここで、詳細については後述するが、本発明の真空バルブ１００は、ガイド１０とガイド取付部材２０の形状に特徴がある。ガイド１０は、可動側電極８を支持する可動側電極棒５の周囲を取り囲むガイド筒部１１と、ガイド筒部１１よりも大径に形成されたガイド外縁部１２が一続きに形成された部材である。そして、ガイド外縁部１２には、ガイド取付部材２０に係合する係合突起１２ｃが、径方向外側に突出して設けられている。さらに、このガイド１０の軸方向の側面部のほぼ全面を支持する形状となるようにガイド取付部材２０が形成され、ガイド１０を取り巻く筒状のガイド取付部材２０の側面部には、係合突起１２ｃと嵌合する係合穴２０ａが開口されている。よって、このガイド１０をガイド取付部材２０に嵌め込むことで、ねじ等の締結部材を用いることなく、係合突起１２ｃを係合穴２０ａに係合させ、ガイド１０をガイド取付部材２０に固定することができる。

次に、真空バルブ１００の作用について説明する。図１の真空バルブ１００は、稼働時、固定側電極７と可動側電極８が開閉動作をする。その際、可動側電極棒５を案内するガイド１０は、可動側電極８の軸心を固定側電極７に合わせる、操作機構により開閉操作時に発生する衝撃力に耐える、大電流通電時に可動側電極棒５に発生する電磁力に耐える、可動側電極棒５をなめらかに摺動させるという機能が必要となる。上記のような機能が得られるように、ガイド１０の材質は、一般に合成樹脂が用いられる。
また、真空バルブ１００を真空遮断器に取り付ける際に、固定側電極棒４がボルト等（図示せず）によって真空遮断器に固定され、可動側電極棒５が真空遮断器の操作機構に連結される。

この発明は、ガイド１０の取付に関するものであるので、以下、この取付部について詳細に説明する。図２に、ガイド１０と、ガイド１０を係合させるガイド取付部材２０の斜視図を示すように、ガイド１０は、可動側電極棒５の軸方向への移動を案内するため、可動側電極棒５の直径より僅かに大きい内径を有するガイド筒部１１と、ガイド取付部材２０の係合穴２０ａに係合する係合突起１２ｃを有する、ガイド筒部１１よりも大径に形成されたガイド外縁部１２によって主に構成される。なお、ガイド外縁部１２の内側面はガイド筒部１１の内側面と一続きとなるように、同径に開口されている。

図３(a)、図３(b)、図３(c)に、ガイド１０の上面図を示すように、ガイド外縁部１２は、径方向に沿って設けられたスリット１２ａによって、周方向に複数の区間に区切られている。図３(a)、図３(b)、図３(c)の例では、ガイド外縁部１２が、スリット１２ａによって６つの区間に区切られた状態を示している。また、図３(a)、図３(b)、図３(c)では、一例として、スリット１２ａが、周方向に等間隔に配置された例を示している。
また、図３(a)、図３(b)、図３(c)の例では、ガイド外縁部１２は、係合突起１２ｃが設けられた区間（係合部１２ｂ）と、係合突起１２ｃが設けられない区間（段部１２ｅ）が、周方向に交互に配置されている。

さらに図３(a)では、ガイド筒部１１の内周穴、外周ともに円形の例を示したが、これに限定されるものではない。図３(b)にガイド筒部１１１のガイド筒部端面１１ｂを示すように、ガイド筒部１１１の内周穴が一例として六角形を始めとする多角形で、外周は円形であってもよく、また、図３(c)にガイド筒部１１２のガイド筒部端面１１ｃを示すように、ガイド筒部１１２の内周穴、外周共に一例として六角形を始めとする多角形であっても良い。

ここで、図４に、図３(a)のＡ−Ａ線に沿った係合突起１２ｃを含むガイド１０の断面図を示すように、ガイド外縁部１２の係合突起１２ｃが設けられた区間は、係合部１２ｂに相当し、係合突起１２ｃよりも径方向内側に、溝部１２ｄが形成されている。この溝部１２ｄを形成することにより、係合部１２ｂは、可撓性を持つ薄肉部となる。薄肉部となることでガイド外縁部１２の係合部１２ｂは、係合突起１２ｃを係合穴２０ａに嵌合させる際に撓み、ガイド１０をガイド取付部材２０にスムーズに係合させる役割を果たしている。

ガイド外縁部１２の係合突起１２ｃが設けられない区間は、段部１２ｅに相当し、ガイド筒部１１との間で段差が生じる。ガイド外縁部１２は、ガイド筒部１１よりも段部１２ｅが径方向外側に突出している分だけ大径となり、厚肉部となっている。段部１２ｅは、係合部１２ｂのような弾性を持たない部分であり、ガイド取付部材２０の内側にガイド１０を保持する際の、径方向のスペーサとしての役割を果たしている。
なお、係合部１２ｂの係合突起１２ｃが形成されていない領域においては、ガイド外縁部１２の外側面は、ガイド取付部材２０の内側面に接した状態となる。

図２に、ガイド取付部材２０の斜視図を示すように、ガイド取付部材２０は、略筒形状に形成され、ガイド取付部材２０には、ガイド１０の係合突起１２ｃを係合させる係合穴２０ａが開口されている。ガイド取付部材２０は、ガイド１０の外面を覆う形状に形成され、ガイド１０のガイド筒部１１を取り囲んで支持する筒状支持部２０ｂと、ガイド１０の可動側電極８側端面を支持および位置決めする端面支持部２０ｃと、可動側端板３に接合するための接合部２０ｄを有している。また、係合突起１２ｃと係合穴２０ａが係合される位置で、ガイド取付部材２０の内側面とガイド１０の外側面が接するように、ガイド取付部材２０の内側面は、ガイド１０のガイド筒部１１およびガイド外縁部１２の外側面に沿って折り曲げられた形状に形成されている。これにより、ガイド１０が係止されたガイド取付部材２０は、ガイド１０の径の異なる二つの外側面の両方を支持した状態となる。
また、ガイド取付部材２０の接点側の端部に形成される端面支持部２０ｃは、可動側電極棒５の軸に対し垂直に広がる垂直面部に相当する。この端面支持部２０ｃの寸法は、係合突起１２ｃと係合穴２０ａが係合する際に、ガイド１０のガイド筒部端面１１ａと接するように決められている。

図３(a)、図３(b)、図３(c)の例では、係合突起１２ｃ（および係合穴２０ａ）を、電極棒周方向の異なる位置の三箇所に設けた場合を示しているが、係合箇所は、三箇所に限定するものではなく、複数箇所あれば良い。また、１箇所であってもガイド１０をガイド取付部材２０に保持させることができる。また、図３(a)、図３(b)、図３(c)では、スリット１２ａによってガイド外縁部１２が、周方向に等間隔に分割されて各区画（係合部１２ｂおよび段部１２ｅ）が設けられた例を示している。しかし、等間隔以外の間隔となるようにスリット１２ａを配設することも可能である。例えば、係合部１２ｂを段部１２ｅよりも小さな角度の区画として形成することで、係合部１２ｂの弾性を大きくするとともに段部１２ｅのスペーサとしての役割を重視するような構成とすることも可能である。また、スリット１２ａは、軸方向および径方向に沿って同じ幅で形成した例を示しているが、軸方向または径方向に沿って幅を変化させて形成することも可能である。

また、ガイド取付部材２０には、ガイド１０の係合突起１２ｃに対応する位置に、ガイド取付部材２０の係合穴２０ａが、径方向に設けられた貫通孔として形成されている。この係合穴２０ａは、係合突起１２ｃが係合部１２ｂの弾性をもって隙間なく挿入される大きさに開口されている。
ガイド１０をガイド取付部材２０へ組み付ける際は、ガイド取付部材２０の係合穴２０ａとガイド１０の係合突起１２ｃの方向を合わせ、ガイド１０の係合部１２ｂの弾性を利用し、ガイド取付部材２０にガイド１０を押し込むことで容易に組み付けることができる。
係合突起１２ｃが係合穴２０ａに嵌まり込むと、同時に、ガイド筒部端面１１ａが、ガイド取付部材２０の端面支持部２０ｃと接した状態となる。そのため、ガイド１０は、ガイド取付部材２０にしっかりと固定される。
このように、ガイド１０をガイド取付部材２０に嵌め合わせる構造としたため、従来のようなねじ止め作業は不要となる。

以上のように、この発明の真空バルブ１００によれば、筒形状のガイド１０に、径方向外側に突出するガイド外縁部１２を設け、ガイド取付部材２０には、ガイド１０の係合突起１２ｃが係合される係合穴２０ａを設け、ガイド１０の係合突起１２ｃをガイド取付部材２０の係合穴２０ａに係合させて、ガイド１０をガイド取付部材２０に固定する構成としている。
そのため、ガイド１０の取付作業において、ねじ等の固定部材を用いることがないため、部品点数を削減でき、ねじ止めの締結作業を必要とせず、取付作業が簡単になる。
そして、ガイド１０をねじ止めする際に必要であったガイドの円板部を設ける必要がなく、ねじ止め強度を確保するために十分な厚みが必要であったガイド取付板を設ける必要もない。よって、真空バルブ１００を小形化することが可能である。

また、ガイド取付部材２０の端面支持部２０ｃは、ガイド１０の可動側電極８側先端のガイド筒部端面１１ａと接するように折り曲げられた形状であるため、ガイド１０をガイド取付部材２０に挿入する際の挿入長を管理することができ、誤って入れ過ぎてしまうことを防止することが可能である。
さらに、ガイド取付部材２０の筒状支持部２０ｂおよび端面支持部２０ｃが、ガイド筒部１１の外側面およびガイド筒部端面１１ａをカバーするように配設され、開閉動作時に発生する衝撃力および大電流通電時の電磁力に対しても十分な強度を持つため、ガイド１０を薄肉化することが可能であり、安価な真空バルブ１００を得ることが可能である。

図５に本実施の形態に示した真空バルブ１００を用いた真空遮断器５０の概略構造の断面図を示す。真空バルブ１００の上部からは固定側電極棒４、下部からは可動側電極棒５が突出しており、固定側電極棒４は固定側導体１４、可動側電極棒５は可動側導体１５と接続されている。

さらに固定側電極棒４は固定側電極７、可動側電極棒５は可動側電極８と接続され、駆動部２２の動作に応じて可動側電極棒５が動作して固定側電極７と可動側電極８を接続あるいは開放する。それにより固定側導体１４と可動側導体１５との間の主回路を開閉することで、真空遮断器５０として用いることができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２の真空バルブ１００について、図６から図９を用いて説明する。上述の実施の形態１による真空バルブ１００では、構成要素となるガイド１０のガイド外縁部１２の段部１２ｅは、外側面がガイド筒部１１よりも大径となるように形成され、ガイド取付部材２０にガイド１０を嵌め込む際のスペーサとしての役割を持つことについて示していた。
この実施の形態２では、ガイド外縁部１２の段部１２ｅの外側面にガイド１０を挿入する際に、挿入方向を決める位置決め突起１３を設け、ガイド取付部材２０側に、位置決め突起１３と嵌合する位置決め溝２１を設けることを特徴としている。

図６は、この発明の実施の形態２による真空バルブ１００の構造を示す断面図であり、図７は、実施の形態２のガイド１０とガイド取付部材２０の斜視図である。上述した実施の形態１の図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。ここでは相違点について主に説明する。実施の形態２では、図６に示すように、ガイド１０に、位置決め突起１３を、ガイド取付部材２０に位置決め溝２１をそれぞれ設けた点に特徴がある。
この位置決め突起１３と位置決め溝２１は、互いに隙間なく嵌め合わせられる寸法で形成されている。また、位置決め突起１３と位置決め溝２１が周囲方向で合致すると同時に、ガイド１０の係合突起１２ｃとガイド取付部材２０の係合穴２０ａの周囲方向の位置が合致するように形成されている。

ガイド１０をガイド取付部材２０に嵌め込む際には、位置決め突起１３を位置決め溝２１に沿わせてガイド１０を押し込む。このとき、実施の形態１と同様に、ガイド１０の係合突起１２ｃがガイド取付部材２０の係合穴２０ａに係止されると同時に、ガイド筒部端面１１ａがガイド取付部材２０の端面支持部２０ｃと接するため、ガイド１０は、ガイド取付部材２０にしっかりと固定される。

図８は、実施の形態２のガイド１０の上面図であり、係合突起１２ｃ（および係合穴２０ａ）、位置決め突起１３（および位置決め溝２１）をそれぞれ三箇所設けた場合を示している。しかし、係合箇所は、三箇所に限定されるものではなく、複数箇所あれば良く、１箇所であっても係合を実施することができる。なお、位置決め突起１３の個数と、係合突起１２ｃの個数を合わせる必要はなく、異なる個数でも良いことは言うまでもない。
また、図９に、図８のガイド１０のＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。図９では、係合突起１２ｃと位置決め突起１３が軸対称に配置された例を示している。

以上のように、この発明の真空バルブ１００によれば、位置決め突起１３と位置決め溝２１が周囲方向で合致する位置で、ガイド１０の係合突起１２ｃとガイド取付部材２０の係合穴２０ａの周囲方向の位置が合致する配置とするため、上述の実施の形態１で得られる効果に加え、位置決め溝２１に位置決め突起１３を嵌合させ、精度良く位置合わせをしつつガイド１０をガイド取付部材２０に安定的に組み付けことが可能となる。
また、位置決め突起１３と位置決め溝２１が、隙間なく嵌め合わされる寸法で形成されることから、係合突起１２ｃと係合穴２０ａの嵌め合わせに加え、位置決め溝２１と位置決め突起１３の嵌め合わせでもガイド１０をガイド取付部材２０に固定することができ、ガイド１０をより安定的に保持することが可能となる。
このように、位置決め突起１３と位置決め溝２１の形成によって、ガイド１０とガイド取付部材２０の周囲方向の位置決めが容易となり、ガイド１０の嵌め込み作業時間を短縮することが可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 絶縁筒、２ 固定側端板、３ 可動側端板、４ 固定側電極棒、５ 可動側電極棒、６ ベローズ、６ａ ベローズカバー、７ 固定側電極、８ 可動側電極、９ シールド、１０ ガイド、１１、１１１、１１２ ガイド筒部、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ ガイド筒部端面、１２ ガイド外縁部、１２ａ スリット、１２ｂ 係合部、１２ｃ 係合突起、１２ｄ 溝部、１２ｅ 段部、１３ 位置決め突起、１４ 固定側導体、１５ 可動側導体、２０ ガイド取付部材、２０ａ 係合穴、２０ｂ 筒状支持部、２０ｃ 端面支持部、２０ｄ 接合部、２１ 位置決め溝、２２ 駆動部、５０ 真空遮断器、１００ 真空バルブ

Claims (8)

1. 絶縁筒の一端に固定側端板、他端に可動側端板を備えた真空容器と、
   前記真空容器の内部において接離自在に配置された固定側電極と可動側電極と、
   前記可動側電極に一端が固着され他端が前記真空容器の外部に引出され、直動することで前記可動側電極を前記固定側電極に対して接離させる可動側電極棒と、
   前記可動側電極棒の周囲を取り囲むガイド筒部と、前記ガイド筒部の一端に設けられ、前記ガイド筒部より大径に形成されたガイド外縁部とからなる、前記可動側電極棒を案内するガイドと、
   前記可動側端板と接合され、前記ガイドを外周から保持するガイド取付部材と、を備え、
   前記ガイドの前記ガイド外縁部に形成され径方向外側に突出した係合突起と、前記ガイド取付部材に形成され前記係合突起と係合する係合穴とを有することを特徴とする真空バルブ。
2. 前記ガイド外縁部は、径方向に沿って設けられたスリットによって、周方向に複数の区間に区切られたことを特徴とする請求項１記載の真空バルブ。
3. 前記ガイド外縁部は、前記係合突起が設けられた区間と前記係合突起が設けられない区間が、周方向に交互に配置されてなることを特徴とする請求項２記載の真空バルブ。
4. 前記ガイド外縁部の前記係合突起が設けられた区間は、前記係合突起よりも径方向内側に溝部が設けられたことを特徴とする請求項２または３記載の真空バルブ。
5. 前記ガイド取付部材は、前記可動側電極の軸に対し垂直に広がる垂直面部を有し、前記ガイドの前記係合突起が前記ガイド取付部材の前記係合穴に係合される位置で、前記ガイド筒部の端面が前記垂直面部に当接することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の真空バルブ。
6. 前記ガイド取付部材の内側面は、前記ガイドの前記ガイド筒部および前記ガイド外縁部の外側面に沿った形状に形成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の真空バルブ。
7. 前記ガイド外縁部に位置決め突起が設けられ、前記ガイド取付部材に前記位置決め突起と嵌合する位置決め溝が設けられたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の真空バルブ。
8. 請求項１から７のいずれか１項記載の真空バルブと、
   前記真空バルブの前記固定側電極と前記可動側電極とに各々接続する固定側導体と可動側導体と、
   前記真空バルブの電極間の接離を行う駆動装置と、を備えたことを特徴とする真空遮断器。

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