JP2024064677A - モールド真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】アークシールドと絶縁碍管と絶縁樹脂層とが互いに接触する三重点における内部応力の発生を緩和することが可能なモールド真空バルブを提供する。【解決手段】一対の電極Ｅ１,Ｅ２を離接可能に収容し、かつ、電極の離接方向において両端が開口した筒状の絶縁容器１と、絶縁容器の外側を覆うように成型された絶縁樹脂層Ｉｒと、絶縁容器に設けられ、一対の電極を囲むように離接方向に沿って延在した筒状のアークシールド５とを有し、絶縁容器は、離接方向において、アークシールドの両端に接続された筒状の絶縁碍管１ａ,１ｂと、絶縁樹脂層とアークシールドと絶縁碍管とが互いに近接する境界部Ｒ１,Ｒ２に発生する応力を緩和する応力緩和手段１３とを備えている。【選択図】図１

Description

この発明の実施形態は、モールド真空バルブに関する。

ビルや大型施設に設けられる受配電用の開閉装置として、例えば、遮断器や断路器などの開閉器を具備したスイッチギヤが知られている。スイッチギヤには、開閉器の構成要素として真空バルブが適用されている。真空バルブの内部は、絶縁容器によって一定の絶縁状態に維持され、この絶縁容器の内部に一対の電極が離接可能に収容されている。この場合、一対の電極を離接操作することで、事故電流の遮断や負荷電流の開閉が行われ、スイッチギヤから電力が安定して供給される。

特許第５１７５５１６号公報

ところで、上記した真空バルブとしては、絶縁容器の外側を覆うように絶縁樹脂層で成型されたもの（例えば、モールド真空バルブ）がある。モールド真空バルブにおいて、絶縁容器は、一対の電極を囲むように配置されたアークシールドの両端に絶縁碍管を接続させた複合円筒となっている。この場合、アークシールドの両端には、当該アークシールドと絶縁碍管と絶縁樹脂層とが互いに接触する三重点（トリプルジャンクションとも言う）が構成される。

三重点において、アークシールドと絶縁碍管と絶縁樹脂層とは、互いに異なる線膨張係数（熱膨張係数とも言う）を有し、かつ、これら三者の境界が互いに隙間無く接触した状態になっている。ここで、例えば、温度上昇によって上記した三者の長さや体積が膨張した場合を想定すると、互いに異なる線膨張係数（熱膨張係数）に応じて、これら三者の長さや体積が膨張する割合も互いに異なるものとなる。

このため、互いに異なる膨張割合の程度によっては、三重点に内部応力が発生する。そして、このとき発生した内部応力の大きさの程度によっては、例えば、アークシールドと絶縁樹脂層との剥離や、絶縁樹脂層のクラック（亀裂、ひび割れ）などの欠陥が生じる虞がある。そうすると、例えば、真空バルブの運転中（特に、電圧印加時）に、部分放電が発生し、その結果、絶縁樹脂層が破壊されて地絡事故に繋がることは否めない。

そこで、本発明の目的は、アークシールドと絶縁碍管と絶縁樹脂層とが互いに接触する三重点における内部応力の発生を緩和することが可能なモールド真空バルブを提供することにある。

実施形態によれば、一対の電極を離接可能に収容し、かつ、電極の離接方向において両端が開口した筒状の絶縁容器と、絶縁容器の外側を覆うように成型された絶縁樹脂層と、絶縁容器に設けられ、一対の電極を囲むように離接方向に沿って延在した筒状のアークシールドとを有し、絶縁容器は、離接方向において、アークシールドの両端に接続された筒状の絶縁碍管と、絶縁樹脂層とアークシールドと絶縁碍管とが互いに近接する境界部に発生する応力を緩和する応力緩和手段とを備えている。

第１実施形態に係るモールド真空バルブの内部構造を示す断面図。 図１に示された応力緩和手段の配置構成を示す断面図。 図１に示された応力緩和手段の他の配置構成を示す断面図。 第２実施形態において応力緩和手段の表面に形成されたシランカップリング層の配置構成を示す部分断面図。 図４のシランカップリング層を形成するプロセスを示すフローチャート。 シランカップリング層の有無における応力緩和手段と絶縁樹脂層との間の接着力の比較結果を示す図。 第１変形例に係る応力緩和手段の配置構成を示す断面図。 第２変形例に係る応力緩和手段の配置構成を示す断面図。 第３変形例に係る応力緩和手段の配置構成を示す断面図。 第４変形例に係る応力緩和手段の配置構成を示す断面図。

「第１実施形態」
図１は、第１実施形態に係るモールド真空バルブＰ（以下、真空バルブＰと称する）の基本構造を示す図である。真空バルブＰは、固定電極Ｅ１と、可動電極Ｅ２と、絶縁容器１（真空容器とも言う）と、固定側封着金具２と、可動側封着金具３と、気密維持機構４と、アークシールド５と、固定側外部シールド６と、可動側外部シールド７と、絶縁樹脂層Ｉｒとを具備している。図１の例において、固定電極Ｅ１、可動電極Ｅ２、気密維持機構４は、絶縁容器１に収容されている。

図１に示すように、絶縁容器１は、真空バルブＰの中心を規定する仮想軸線Ｐｘを中心とした中空円筒形状を成している。絶縁容器１は、仮想軸線Ｐｘ方向（換言すると、後述する電極Ｅ１,Ｅ２の離接方向とも言う）で見て、その両端が開口されている。双方の開口（固定側開口Ｋ１、可動側開口Ｋ２）は、固定側封着金具２、及び、可動側封着金具３によって覆われている。即ち、固定側開口Ｋ１は、固定側封着部材２によって閉塞され、可動側開口Ｋ２は、可動側封着金具３によって閉塞されている。

絶縁容器１は、仮想軸線Ｐｘ方向（電極Ｅ１,Ｅ２の離接方向）において、アークシールド５の両端（一端Ｔ１、他端Ｔ２）に絶縁碍管（固定側絶縁碍管１ａ、可動側絶縁碍管１ｂ）を接続させて構成されている。即ち、アークシールド５の一端Ｔ１に固定側絶縁碍管１ａが接続され、アークシールド５の他端Ｔ２に可動側絶縁碍管１ｂが接続されている。

絶縁碍管１ａ,１ｂは、互いに同一の厚さに構成されている。アークシールド５は、絶縁碍管１ａ,１ｂよりも薄肉に構成されている。これら絶縁碍管１ａ,１ｂ及びアークシールド５は、仮想軸線Ｐｘを中心とした中空円筒形状を成し、それぞれの径寸法（半径、直径）は、互いに略同一に設定されている。これにより、双方の絶縁碍管１ａ,１ｂと、これら絶縁碍管１ａ,１ｂの相互間に介在させたアークシールド５とは、仮想軸線Ｐｘに沿って延在しつつ互いに真っ直ぐに並んで配置されている。

この状態において、アークシールド５は、一対の電極Ｅ１,Ｅ２を囲むように、具体的には、その内部（内側）に、後述する固定電極Ｅ１の固定接点８、並びに、可動電極Ｅ２の可動接点１０を収容するように配置されている。

ここで、絶縁碍管１ａ,１ｂ及びアークシールド５の内径に着目すると、これら絶縁碍管１ａ,１ｂ及びアークシールド５の内径は互いに同一に設定されている。一方、絶縁碍管１ａ,１ｂ及びアークシールド５の外径に着目すると、絶縁碍管１ａ,１ｂの外径は互いに同一に設定され、かつ、アークシールド５の外径は絶縁碍管１ａ,１ｂよりも小さく設定されている。

絶縁碍管１ａ,１ｂ及びアークシールド５の外径構成について詳述すると、中空円筒形状の絶縁碍管１ａ,１ｂの外周面Ｓａ,Ｓｂは、仮想軸線Ｐｘを中心とした円筒面を成している。これら円筒面（即ち、外周面Ｓａ,Ｓｂ）相互の直径（即ち、上記した絶縁碍管１ａ,１ｂの外径）は、互いに同一に設定されている。

一方、中空円筒形状のアークシールド５の外周面５ｓは、仮想軸線Ｐｘを中心とした円筒面を成している。この円筒面（即ち、外周面５ｓ）の直径（即ち、上記したアークシールド５の外径）は、絶縁碍管１ａ,１ｂの外周面Ｓａ,Ｓｂの直径よりも小さく設定されている。これにより、絶縁容器１の外側の形状は、アークシールド５が絶縁碍管１ａ,１ｂよりも径方向内側に陥没した（凹んだ、窪んだ）輪郭を有している。

この場合、固定側封着金具２及び可動側封着金具３は、例えば、ステンレス鋼を主成分とする金属材料で構成されている。絶縁碍管１ａ,１ｂは、例えば、アルミナセラミックなどの絶縁材料で構成されている。アークシールド５は、例えば、銅やステンレス鋼などを主成分とする金属材料で構成されている。

また、固定電極Ｅ１及び可動電極Ｅ２は、仮想軸線Ｐｘを中心に同心状に構成されていると共に、仮想軸線Ｐｘに沿って整列して延在されている。固定電極Ｅ１は、固定接点８と、固定通電軸９とを備えている。可動電極Ｅ２は、可動接点１０と、可動通電軸１１とを備えている。固定通電軸９及び可動通電軸１１は、互いに同一の直径を有する円柱形状を成し、導電率の高い材料（例えば、銅（Ｃｕ）、銅合金、銀（Ａｇ））で構成されている。

固定接点８及び可動接点１０は、互いに同一の大きさの輪郭形状を有し、対向して配置されている。固定接点８は、固定通電軸９の一端に接続され、固定通電軸９の他端は、固定側封着金具２を介して、仮想軸線Ｐｘに沿って移動不能に真空バルブＰに固定されている。可動接点１０は、可動通電軸１１の一端に接続され、可動通電軸１１の他端は、可動側封着金具３を介して、図示しない操作機構に連結されている。

このような配置構成において、図１に示すように、操作機構によって可動通電軸１１を仮想軸線Ｐｘに沿って移動させる。これにより、可動接点１０を固定接点８に対して離接させることができる。この結果、真空バルブＰを開閉操作（即ち、一対の電極Ｅ１,Ｅ２を離接操作）することができる。

また、可動通電軸１１と可動側封着金具３との間には、気密維持機構４が配置されている。気密維持機構４は、伸縮性を有するベローズで構成され、ベローズ（気密維持機構）４は、例えば、ステンレスなどの薄い金属で構成されている。ベローズ４は、仮想軸線Ｐｘ方向に伸縮可能な蛇腹状を成し、可動通電軸１１の外側を隙間無く覆っている。

ベローズ４は、その一端が可動側封着金具３に隙間無く接合され、その他端が可動通電軸１１に隙間無く接合されている。これにより、絶縁容器１の内部は、常に気密状態（即ち、真空状態）に維持される。この結果、真空バルブＰの開閉操作に際し、可動通電軸１１を仮想軸線Ｐｘに沿って移動させている間も、絶縁容器１の内部に大気（空気）が浸入することはない。

このような真空バルブＰは、絶縁樹脂層Ｉｒによって、円筒形状の輪郭に成型されている。絶縁樹脂層Ｉｒは、絶縁容器１の外側（即ち、アークシールド５の外周面５ｓ、絶縁碍管１ａ,１ｂの外周面Ｓａ,Ｓｂ）を隙間無く覆うように成型されている。絶縁樹脂層Ｉｒは、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などで構成されている。

絶縁樹脂層Ｉｒにより円筒形状の輪郭に成型された真空バルブＰは、絶縁樹脂層Ｉｒの外側を覆うように設けられた導電性の接地層１２を具備している。接地層１２は、円筒形状の絶縁樹脂層Ｉｒの外周に、例えば、導電性塗料を塗布して成形され、アースが施されている。

更に、真空バルブＰには、通電時ないし開極時において、上記した封着金具２,３への電界集中を緩和する外部シールド（固定側外部シールド６、可動側外部シールド７）が設けられている。外部シールド６,７は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属（導電）材料で成形されている。

固定側外部シールド６は、固定側封着金具２を覆いつつ絶縁容器１（即ち、固定側絶縁碍管１ａ）の外側を一部囲むように仮想軸線Ｐｘ方向に延出している。可動側外部シールド７は、可動側封着金具３を覆いつつ絶縁容器１（即ち、可動側絶縁碍管１ｂ）の外側を一部囲むように仮想軸線Ｐｘ方向に延出している。

ところで、上記したような真空バルブＰ（絶縁容器１）によれば、通常、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２において、当該アークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂと絶縁樹脂層Ｉｒとが互いに隙間無く接触した三重点（トリプルジャンクション）が構成される。

図１の例において、絶縁碍管１ａ,１ｂ及びアークシールド５は、中空円筒形状を成している。このため、後述する応力緩和手段１３を備える以前の状態において、三重点は、仮想軸線Ｐｘを中心として、周方向に沿って連続した円形の輪郭形状（例えば、リング形状）を成している。

このような構成によれば、例えば、温度上昇によって三重点に大きな内部応力が発生した場合、アークシールド５と絶縁樹脂層Ｉｒとの剥離や、絶縁樹脂層Ｉｒのクラック（亀裂、ひび割れ）などの欠陥が生じる虞がある。

そこで、このような不具合の発生を未然に防止するために、本実施形態の真空バルブＰ（絶縁容器１）には、応力緩和手段１３が備えられ、これにより、三重点（即ち、後述する境界部Ｒ１,Ｒ２）に発生する内部応力を緩和することが可能に構成されている。

このような効果を実現するための構成要件としては、応力緩和手段１３の配置、線膨張係数（熱膨張係数）、並びに、その材料が想定される。なお、以下では、まず、応力緩和手段１３の配置について図１を参照して詳説し、線膨張係数（熱膨張係数）、並びに、その材料については、後述する図２を参照して詳説する。

図１に示すように、応力緩和手段１３は、絶縁樹脂層Ｉｒとアークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂとの間に介在させて配置されている。ただし、この配置によれば、アークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂと絶縁樹脂層Ｉｒとが互いに隙間無く接触した三重点は構成されない。

このため、当該三重点に代えて、本実施形態の真空バルブＰ（絶縁容器１）では、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２において、絶縁樹脂層Ｉｒとアークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂとが互いに近接する境界部Ｒ１,Ｒ２が規定されている。

これら２つの境界部（固定側境界部Ｒ１、可動側境界部Ｒ２）は、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２に構成され、それぞれ、仮想軸線Ｐｘを中心として周方向に沿って連続した円形の輪郭形状（例えば、リング形状）を成している。なお、境界部Ｒ１,Ｒ２は、応力緩和手段１３を備える以前の状態で構成される上記した三重点に一致した輪郭形状及び位置関係を有している。

図２は、境界部Ｒ１,Ｒ２における応力緩和手段１３の配置構成図である。応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁樹脂層Ｉｒとアークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂとが同時に接触しないように構成されている。換言すると、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁樹脂層Ｉｒとアークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂとから成る３つの構成部材のうち、少なくとも１つの構成部材が他の構成部材に接触しないように設定されている。

図２では一例として、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁樹脂層Ｉｒがアークシールド５及び絶縁碍管１ａ,１ｂに接触しないように設定されている。換言すると、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁樹脂層Ｉｒをアークシールド５及び絶縁碍管１ａ,１ｂから離間させるように設定されている。

図２に示すように、応力緩和手段１３は、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２の相互間に亘って連続的に設けられている。これら両端Ｔ１,Ｔ２の相互間には、上記したアークシールド５の外周面５ｓが構成されている。応力緩和手段１３は、この外周面５ｓを全体的に隙間無く覆うように、当該外周面５ｓの輪郭に一致した円筒形状を成している。これにより、応力緩和手段１３は、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２に規定された境界部Ｒ１,Ｒ２に隣接させて配置されている。

ここで、境界部Ｒ１,Ｒ２に近接する３つの構成部材（即ち、絶縁碍管１ａ,１ｂ、アークシールド５、絶縁樹脂層Ｉｒ）の材質に着目すると、互いに異なる線膨張係数（熱膨張係数とも言う）を有している。線膨張係数（熱膨張係数）は、温度上昇により物体の長さや体積が膨張する割合として規定され、単位は、１０^－６／℃（以下、ｐｐｍと称する）として設定されている。

例えば、アルミナセラミックで構成された絶縁碍管１ａ,１ｂを想定すると、その線膨張係数（熱膨張係数）は７ｐｐｍに設定されている。
例えば、ステンレス鋼を主成分とする金属材料で構成されたアークシールド５を想定すると、その線膨張係数（熱膨張係数）は１７ｐｐｍに設定されている。
例えば、エポキシ樹脂で構成された絶縁樹脂層Ｉｒを想定すると、その線膨張係数（熱膨張係数）は１８～２３ｐｐｍに設定されている。

この場合、例えば、温度上昇によって、これらの構成部材（絶縁碍管１ａ,１ｂ、アークシールド５、絶縁樹脂層Ｉｒ）の長さや体積が膨張したとき、上記した線膨張係数に応じて、各構成部材の膨張割合（線膨張率とも言う）は、互いに大きく異なったものとなる。このとき、構成部材相互の線膨張差も大きくなり、その結果、境界部Ｒ１,Ｒ２には、大きな内部応力が発生することとなる。

そこで、このような不具合の発生を未然に防止するために、応力緩和手段１３は、上記した構成部材相互の線膨張差を小さくすることで、境界部Ｒ１,Ｒ２に発生する内部応力を緩和（低減）することが可能に構成されている。

このような効果を実現するための構成要件としては、上記した応力緩和手段１３の配置に加えて、後述する応力緩和手段１３の線膨張係数（熱膨張係数）、並びに、その材料が想定される。

まず、応力緩和手段１３の線膨張係数（熱膨張係数）としては、アークシールド５の線膨張係数（熱膨張係数）よりも低く、かつ、絶縁碍管１ａ,１ｂの線膨張係数（熱膨張係数）よりも高く設定することが好ましい。

ここで、線膨張係数（熱膨張係数）を温度上昇により物体の長さや体積が膨張する割合として規定すると、下記の関係を満足させるように、応力緩和手段１３の線膨張係数（熱膨張係数）を設定すればよい。

即ち、絶縁碍管１ａ,１ｂが温度上昇により膨張する割合をＥ１とし、応力緩和手段１３が温度上昇により膨張する割合をＥ２とし、アークシールド５が温度上昇により膨張する割合をＥ３とすると、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３なる関係を満足する。

この関係を満足させる一例として、アルミナセラミックで構成された絶縁碍管１ａ,１ｂを想定すると、その線膨張係数（熱膨張係数）Ｅ１は７ｐｐｍである。ステンレス鋼を主成分とする金属材料で構成されたアークシールド５を想定すると、その線膨張係数（熱膨張係数）Ｅ３は１７ｐｐｍである。従って、応力緩和手段１３の線膨張係数（熱膨張係数）Ｅ２は、７ｐｐｍ（＝Ｅ１）＜Ｅ２＜１７ｐｐｍ（＝Ｅ３）の範囲内に設定すればよい。

更に、この関係に、絶縁樹脂層Ｉｒの線膨張係数（熱膨張係数）を考慮した場合、例えば、エポキシ樹脂で構成された絶縁樹脂層Ｉｒを想定すると、その線膨張係数（熱膨張係数）は１８～２３ｐｐｍである。従って、絶縁樹脂層Ｉｒが温度上昇により膨張する割合をＥ４とすると、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３＜Ｅ４なる関係を満足させればよい。

次に、上記した線膨張係数（熱膨張係数）Ｅ２を有する応力緩和手段１３の材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）などの金属材料のうち、少なくとも１種類の金属材料を含む合金であることが好ましい。例えば、ニッケル及びスズのいずれか一方を含有した金属材料、或いは、ニッケル及びスズの双方を含有した金属材料を含む合金とする。

このような金属製の応力緩和手段１３を、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２の相互間（即ち、外周面５ｓ）の全体的に隙間無く形成する方法としては、例えば、メッキ処理によって、上記した合金をアークシールド５の外周面５ｓに付着させる。そして、アークシールド５の外周面５ｓに、金属皮膜から成る金属メッキ層を積層させる。これにより、上記した合金を含有した金属メッキ層（例えば、ニッケルメッキ層、スズメッキ層）を、アークシールド５の外周面５ｓに成膜させる。

このとき、アークシールド５の外周面５ｓに成膜させる金属メッキ層の膜厚（即ち、厚さ）は、アークシールド５の厚さに対して金属メッキ層の厚さを０.１～２％、好ましくは０.３～１％に設定すればよい。

この場合、応力緩和手段１３の厚さをＷ１とし、アークシールド５の厚さをＷ２とし、厚さＷ２を１００％に設定すると、Ｗ２×０.１％≦Ｗ１≦Ｗ２×２％なる関係を満足させればよい。より好ましくは、Ｗ２×０.３％≦Ｗ１≦Ｗ２×１％なる関係を満足させればよい。

ここで、アークシールド５の外周面５ｓに成膜させる応力緩和手段１３の一例として、ニッケルメッキ層やスズメッキ層を想定する。ニッケルメッキ層の線膨張係数（熱膨張係数）は１２～１７ｐｐｍ（＝Ｅ２）であり、また、スズメッキ層の線膨張係数（熱膨張係数）は１１.６ｐｐｍ（＝Ｅ２）であり、いずれも７ｐｐｍ（＝Ｅ１）＜Ｅ２＜１７ｐｐｍ（＝Ｅ３）なる関係を満足する。

なお、上記した実施形態では、絶縁容器１の製造方法について言及しなかったが、当該製造方法の一例として、上記した応力緩和手段１３をアークシールド５の外周面５ｓに成膜させた後、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２に絶縁碍管１ａ,１ｂを接続（例えば、銀ロウ付け）させればよい。

図３は、境界部Ｒ１,Ｒ２における応力緩和手段１３の配置構成図である。上記した実施形態では、アークシールド５の外周面５ｓに積層された応力緩和手段１３の円筒形状の表面１３ｓが絶縁碍管１ａ,１ｂの外周面Ｓａ,Ｓｂよりも径方向内側に陥没（凹んだ、窪んだ）した絶縁容器１を想定したが、これに代えて、図３に示すように、応力緩和手段１３の円筒形状の表面１３ｓと、絶縁碍管１ａ,１ｂの外周面Ｓａ,Ｓｂとが互いに同一の直径（即ち、面一）となるように構成してもよい。このような構成を有する絶縁容器１も本発明の技術範囲に含まれ、上記した実施形態と同一の効果を得ることができる。

以上、本実施形態によれば、絶縁樹脂層Ｉｒとアークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂとが互いに近接する境界部Ｒ１,Ｒ２において、線膨張係数（熱膨張係数）がアークシールド５よりも低くかつ絶縁碍管１ａ,１ｂよりも高く設定された応力緩和手段１３を、これら構成部材（絶縁碍管１ａ,１ｂ、アークシールド５、絶縁樹脂層Ｉｒ）相互間に介在させて配置させる。これにより、構成部材相互の線膨張差を小さくすることが可能となり、その結果、境界部Ｒ１,Ｒ２に発生する内部応力を緩和させることができる。かくして、絶縁樹脂層Ｉｒの剥離やクラックなどの欠陥の発生が防止されるため、例えば、真空バルブＰの運転中（特に、電圧印加時）における部分放電による地絡事故を回避することができる。

本実施形態によれば、応力緩和手段１３の一例として、ニッケルメッキ層をアークシールド５の外周面５ｓに成膜（例えば、５μｍ以上（好ましくは、１０μｍ以上））させた真空バルブＰ（本発明品）と、応力緩和手段１３（ニッケルメッキ層）を成膜させない真空バルブ（従来品）とを用意し、６０ｋＶの電圧を印加した時における部分放電の比較試験を行った。そうすると、従来品では、上記した三重点における部分放電の発生が確認されたことで、当該三重点に大きな内部応力が発生し、これにより、絶縁樹脂層の剥離やクラックなどの欠陥の発生が生じたものと考察される。これに対して、本発明品は、上記した境界部Ｒ１,Ｒ２における部分放電の発生が確認されなかったことで、当該境界部Ｒ１,Ｒ２に大きな内部応力が発生すること無く、これにより、絶縁樹脂層Ｉｒの剥離やクラックなどの欠陥の発生が防止されたものと考察される。

「第２実施形態」
図４は、第２実施形態に係る真空バルブＰの主要構造を示す図である。上記した第１実施形態では、応力緩和手段１３の表面１３ｓに絶縁樹脂層Ｉｒを直接接触させる構造について説明したが、本実施形態では、応力緩和手段１３の表面１３ｓと絶縁樹脂層Ｉｒとの間に、化学的カップリング層１３ｐを介在させる構造を想定している。

なお、これ以外の構造は、上記した第１実施形態と同一であるため、以下、本実施形態の主要構造である化学的カップリング層１３ｐについて詳説し、その他の構造についての説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態の応力緩和手段１３には、化学的カップリング層１３ｐが含まれている。化学的カップリング層１３ｐは、化学的カップリング処理によって、応力緩和手段１３の表面１３ｓに形成されている。化学的カップリング層１３ｐは、絶縁樹脂層Ｉｒとの反応性の高い官能基を有している。これにより、化学的カップリング層１３ｐは、応力緩和手段１３の表面１３ｓと絶縁樹脂層Ｉｒとの間の接着力を向上させる。

図４の例では、アークシールド５の外周面５ｓに成膜させる応力緩和手段１３としてニッケルメッキ層を想定する。化学的カップリング層１３ｐとしてシランカップリング層を想定する。そして、絶縁樹脂層Ｉｒとして、エポキシ樹脂で構成されたものを想定する。

この場合、ニッケルメッキ層１３の表面１３ｓに、既存のシランカップリング処理を施して、シランカップリング層１３ｐを形成する。そうすると、ニッケルメッキのＯＨ層にシラン化合物が結合する。これにより、エポキシ樹脂Ｉｒと反応性の高い官能基が、ニッケルメッキ層１３の表面１３ｓに塗布される。この結果、シランカップリング層１３ｐを介して、応力緩和手段１３の表面１３ｓと絶縁樹脂層Ｉｒとの間の接着力を強めることができる。

図５は、シランカップリング層１３ｐの形成プロセスを示すチャート図である。図５に示すように、先ず、アークシールド５の外周面５ｓに成膜させた応力緩和手段１３の表面１３ｓに対するシランカップリング処理を行う（Ｆ１）。このとき、応力緩和手段１３の表面１３ｓにシラン化合物が塗布される。次に、このシラン化合物に対する加熱処理を行う（Ｆ２）。これにより、応力緩和手段１３の表面１３ｓにシランカップリング層１３ｐが形成される（Ｆ３）。そして、このシランカップリング層１３ｐを含めて絶縁容器１の外側を隙間無く覆うように絶縁樹脂層Ｉｒを成型する（Ｆ４）。この結果、上記した真空バルブＰが製造される。

図６は、上記したシランカップリング処理の有無における応力緩和手段１３と絶縁樹脂層Ｉｒとの間の接着強さの比較結果を示す図である。ここで、接着強さの比較試験では、図４に示された積層構造を有する試験片を用意する。そして、例えば、アークシールド５側を固定した状態で、絶縁樹脂層Ｉｒ側に引張力を作用させる。

引張力は、絶縁樹脂層Ｉｒ側をアークシールド５側から離間させる方向に作用させる。このとき、１秒間に５ｍｍの引張速度（５ｍｍ／秒）の引張力を試験片が破断するまで作用させる。そうすると、図６に示すように、シランカップリング処理有りは、シランカップリング処理無しに比べて約５倍程度の接着強さを有することが判明した。

以上、本実施形態によれば、例えば、鉄道用や炉用の受配電設備における真空バルブＰのように開閉頻度の多いものであっても、応力緩和手段１３の表面１３ｓと絶縁樹脂層Ｉｒとの間にシランカップリング層１３ｐを介在させることで、応力緩和手段１３の表面１３ｓと絶縁樹脂層Ｉｒとの間の接着力を強めることができる。

これにより、多頻度の開閉動作による機械的疲労が長期間に亘ってかかり続けるような使用環境下においても、絶縁樹脂層Ｉｒの剥離やクラックなどの欠陥の発生を確実に防止することができる。なお、その他の構成及び効果は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

「第１変形例」
図７は、第１変形例に係る応力緩和手段１３の配置構成図である。上記した各実施形態では、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２の相互間に亘って連続的に設けられた応力緩和手段１３を想定したが、これに代えて、本変形例の応力緩和手段１３は、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２にそれぞれ断続的に設けられている。図７の例において、応力緩和手段１３は、アークシールド５の外周面５ｓを部分的に覆うように、境界部Ｒ１,Ｒ２に隣接させて配置されている。

図７に示すように、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、アークシールド５の外周面５ｓに接触（当接）させて配置されている。これにより、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁樹脂層Ｉｒとアークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂとが同時に接触しないように構成されている。

図７では一例として、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁樹脂層Ｉｒがアークシールド５及び絶縁碍管１ａ,１ｂに接触しないように設定されている。なお、その他の構成及び効果は、上記した各実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

「第２変形例」
図８は、第２変形例に係る応力緩和手段１３の配置構成図である。上記した各実施形態では、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２の相互間に亘って連続的に設けられた応力緩和手段１３を想定したが、これに代えて、本変形例の応力緩和手段１３は、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２にそれぞれ断続的に設けられている。図８の例において、応力緩和手段１３は、アークシールド５の外周面５ｓを部分的に覆うように、境界部Ｒ１,Ｒ２に隣接させて配置されている。

図８に示すように、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、アークシールド５の外周面５ｓに埋没（没入）させて配置されている。これにより、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁樹脂層Ｉｒとアークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂとが同時に接触しないように構成されている。

図８では一例として、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、アークシールド５が絶縁樹脂層Ｉｒ及び絶縁碍管１ａ,１ｂに接触しないように設定されている。なお、その他の構成及び効果は、上記した各実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

「第３変形例」
図９は、第３変形例に係る応力緩和手段１３の配置構成図である。上記した各実施形態では、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２の相互間に亘って連続的に設けられた応力緩和手段１３を想定したが、これに代えて、本変形例の応力緩和手段１３は、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２にそれぞれ断続的に設けられている。図９の例において、応力緩和手段１３は、アークシールド５の外周面５ｓを覆うこと無く、境界部Ｒ１,Ｒ２に隣接させて配置されている。

図９に示すように、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁碍管１ａ,１ｂに埋没（没入）させて配置されている。これにより、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁樹脂層Ｉｒとアークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂとが同時に接触しないように構成されている。

図９では一例として、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁碍管１ａ,１ｂがアークシールド５及び絶縁樹脂層Ｉｒに接触しないように設定されている。なお、その他の構成及び効果は、上記した各実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

「第４変形例」
図１０は、第４変形例に係る応力緩和手段１３の配置構成図である。上記した各実施形態では、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２の相互間に亘って連続的に設けられた応力緩和手段１３を想定したが、これに代えて、本変形例の応力緩和手段１３は、アークシールド５の両端Ｔ１,Ｔ２にそれぞれ断続的に設けられている。図１０の例において、絶縁樹脂層Ｉｒとアークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂとを同時に境界部Ｒ１,Ｒ２から離間させるように、境界部Ｒ１,Ｒ２に重畳させて配置されている
図１０に示すように、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２を中心に例えば断面矩形状に拡大された輪郭形状を有し、その外側領域の一部が絶縁樹脂層Ｉｒ並びにアークシールド５及び絶縁碍管１ａ,１ｂに入り込む（突出する）ように配置されている。これにより、応力緩和手段１３は、境界部Ｒ１,Ｒ２において、絶縁樹脂層Ｉｒとアークシールド５と絶縁碍管１ａ,１ｂとが同時に接触しないように構成されている。なお、その他の構成及び効果は、上記した各実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

以上、本発明の各実施形態及びいくつかの変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、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。これらの実施形態及び変形例は、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。これら実施形態及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。

Ｐ…モールド真空バルブ、Ｅ１…固定電極、Ｅ２…可動電極、１…絶縁容器、１ａ…固定側絶縁碍管、１ｂ…可動側絶縁碍管、Ｓａ,Ｓｂ…外周面、２…固定側封着金具、３…可動側封着金具、４…気密維持機構、５…アークシールド、５ｓ…外周面、６…固定側外部シールド、７…可動側外部シールド、８…固定接点、９…固定通電軸、１０…可動接点、１１…可動通電軸、１２…接地層、１３…応力緩和手段、１３ｓ…表面、Ｉｒ…絶縁樹脂層、Ｒ１…固定側境界部、Ｒ２…可動側境界部。

Claims (13)

1. 一対の電極を離接可能に収容し、かつ、前記電極の離接方向において両端が開口した筒状の絶縁容器と、
   前記絶縁容器の外側を覆うように成型された絶縁樹脂層と、
   前記絶縁容器に設けられ、一対の前記電極を囲むように前記離接方向に沿って延在した筒状のアークシールドと、を有し、
   前記絶縁容器は、
   前記離接方向において、前記アークシールドの両端に接続された筒状の絶縁碍管と、
   前記絶縁樹脂層と前記アークシールドと前記絶縁碍管とが互いに近接する境界部に発生する応力を緩和する応力緩和手段と、を備えているモールド真空バルブ。
2. 前記応力緩和手段は、前記境界部において、前記絶縁樹脂層と前記アークシールドと前記絶縁碍管とが同時に接触しないように、前記絶縁樹脂層と前記アークシールドと前記絶縁碍管との間に介在させて配置されている請求項１に記載のモールド真空バルブ。
3. 前記応力緩和手段は、前記絶縁樹脂層と前記アークシールドと前記絶縁碍管とから成る３つの構成部材のうち、少なくとも１つの前記構成部材が他の前記構成部材に接触しないように設定されている請求項２に記載のモールド真空バルブ。
4. 前記応力緩和手段は、前記アークシールドの前記両端の相互間に亘って設けられ、前記アークシールドの外周面を全体的に覆うように、前記境界部に隣接させて配置されている請求項３に記載のモールド真空バルブ。
5. 前記応力緩和手段は、前記アークシールドの前記両端にそれぞれ設けられ、前記アークシールドの外周面を部分的に覆うように、前記境界部に隣接させて配置されている請求項３に記載のモールド真空バルブ。
6. 前記応力緩和手段は、前記アークシールドの前記両端にそれぞれ設けられ、前記アークシールドの外周面を覆うこと無く、前記境界部に隣接させて配置されている請求項３に記載のモールド真空バルブ。
7. 前記応力緩和手段は、前記アークシールドの前記両端にそれぞれ設けられ、前記絶縁樹脂層と前記アークシールドと前記絶縁碍管とを同時に前記境界部から離間させるように、前記境界部に重畳させて配置されている請求項３に記載のモールド真空バルブ。
8. 前記絶縁碍管が温度上昇により膨張する割合をＥ１とし、
   前記応力緩和手段が温度上昇により膨張する割合をＥ２とし、
   前記アークシールドが温度上昇により膨張する割合をＥ３とすると、
   Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３
   なる関係を満足する請求項１に記載のモールド真空バルブ。
9. 前記絶縁樹脂層が温度上昇により膨張する割合をＥ４とすると、
   Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３＜Ｅ４
   なる関係を満足する請求項８に記載のモールド真空バルブ。
10. 前記応力緩和手段の厚さをＷ１とし、
    前記アークシールドの厚さをＷ２とし、前記厚さＷ２を１００％に設定すると、
    Ｗ２×０.１％≦Ｗ１≦Ｗ２×２％
    なる関係を満足する請求項１に記載のモールド真空バルブ。
11. 前記応力緩和手段の厚さをＷ１とし、
    前記アークシールドの厚さをＷ２とし、前記厚さＷ２を１００％に設定すると、
    Ｗ２×０.３％≦Ｗ１≦Ｗ２×１％
    なる関係を満足する請求項１に記載のモールド真空バルブ。
12. 前記応力緩和手段の表面に前記絶縁樹脂層を接触させる構成において、
    前記応力緩和手段には、化学的カップリング処理によって前記表面に形成され、かつ、前記絶縁樹脂層との反応性の高い官能基を有する化学的カップリング層が含まれ、
    前記化学的カップリング層は、前記応力緩和手段の前記表面と前記絶縁樹脂層との間の接着力を向上させる請求項１に記載のモールド真空バルブ。
13. 前記応力緩和手段は、ニッケル及びスズのいずれか一方を含有した金属材料、或いは、ニッケル及びスズの双方を含有した金属材料で構成されている請求項１に記載のモールド真空バルブ。

Images