JP4707974B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

この発明は、真空バルブに関し、特に真空バルブの電極構造に関するものである。

従来の真空バルブにおいては、例えば特許文献１に記載されているように、可動側の電極は、銅棒で作製された可動側通電棒の先端に円形のザグリ部が形成され、縦断面が略Ｔ字状のステンレス製の補強部材の下部に突設された環状の軸部がザグリ部に嵌合し、ロウ付けされている。そして、この軸部の外周には、銅材で作製されたコイル電極の中心部に突設された環状の軸部が挿入され、補強部材の軸部と可動側通電棒とにロウ付けされている。このコイル電極は、その軸部の外周から４本の腕部が放射状に９０度間隔に、かつ、軸方向と直交する方向に突設され、これらの腕部の先端には、弧状のコイル部の基部がロウ付けされている。これらのコイル部の先端には、貫通穴が軸方向に形成されている。これらの貫通穴には、略Ｔ字状の銅材製の接続子の軸部が挿入され、コイル部の先端にロウ付けされている。
補強部材の上端面には、銅板から円板状に形成された電極板が載置されている。この電極板が、補強部材と接続子の表面にロウ付けされている。さらに、電極板の表面に接点がロウ付けされている。
なお、固定側の電極についても、可動側の電極と同様に構成されている。

この従来の真空バルブにおいては、補強部材は、軸部と、電極板の背面を受ける円板状の鍔部とからなっている。そして、軸部が電極棒に形成されたザグリ部に嵌入されてロウ付けされ、鍔部が電極板の背面にロウ付けされている。これにより、補強部材が遮断器の開閉時の衝撃を受け、コイル電極に加わる力を緩衝し、コイル電極の変形を防止している。そして、電極棒、コイル電極を銅材で作製し、補強部材を銅に比べて電気抵抗の大きいステンレス材などで作製し、電流がコイル電極に流れるようにしている。

特開平９−１３４６５０号公報（図７）

従来の真空バルブでは、電極棒と電極板との間に、コイル電極と並列な電流経路となるように補強部材が配設されているので、電極棒から流れた電流の一部（漏れ電流）がコイル電極を経由することなく補強部材を介して電極板に流れてしまう。そして、補強部材に電気抵抗の大きなステンレス材を用いても、補強部材を流れる漏れ電流をゼロとすることはできない。この漏れ電流は、コイル電極を流れる電流を減少させることにつながり、コイル電極により発生する縦磁界を低減させ、遮断性能を低下させてしまうという課題があった。

そして、電極径を大きくすることにより遮断性能の低下を補うことができるが、この電極の大径化はコストの増大をもたらすことになる。
また、補強部材の軸部をパイプ状としたり、長くしたりして高抵抗化を図り、漏れ電流を低減することができる。しかし、開閉時の電極の接触が接点の外周部で起こった場合のコイル電極の変形を防止するために、遮断器の開閉時の衝撃を緩和する鍔部が必要となり、このような鍔部を備えた略Ｔ字状の補強部材は加工性が非常に悪く、コストの増大をもたらすことになる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、補強部材に流れる漏れ電流に起因するコイル電極に流れる電流の低減を抑え、コイル電極により発生する縦磁界の低下を抑制できる低価格な真空バルブを得ることを目的とする。

この発明は、固定側端板および可動側端板が円筒状の絶縁容器の両端に該絶縁容器を閉塞するように気密に取り付けられ、内部が真空に保持される真空容器と、固定電極が軸方向の一端に取り付けられ、軸方向の他端を上記真空容器から突出させて上記固定側端板に気密に取り付けられた固定側電極棒と、可動電極が軸方向の他端に取り付けられ、該可動電極を上記固定側電極に対向させ、かつ、上記固定側電極棒と同軸に配置され、軸方向の一端を上記真空容器から突出させてベローズを介して上記可動側端板に気密に取り付けられ、該可動側電極を該固定側電極に接離させる可動側電極棒と、を備えた真空バルブにおいて、上記固定電極は、上記固定側電極棒の軸方向の一端に電気的に接続状態に取り付けられた縦磁界発生用の固定側コイル電極と、上記固定側コイル電極のみに支持されて、背面外周側を上記固定側コイル電極に電気的に接続状態に取り付けられた固定側接点と、底部および円筒部からなる有底円筒状に作製され、該円筒部の端面が上記固定側コイル電極の背面外周側に接するように該底部を上記固定側電極棒に取り付けられて上記固定側コイル電極を支持し、該円筒部の端面のみが上記固定側コイル電極に接する固定側補強部材とから構成され、上記可動電極は、上記可動側電極棒の軸方向の他端に電気的に接続状態に取り付けられた縦磁界発生用の可動側コイル電極と、上記可動側コイル電極のみに支持されて、背面外周側を上記可動側コイル電極に電気的に接続状態に取り付けられた可動側接点と、底部および円筒部からなる有底円筒状に作製され、該円筒部の端面が上記可動側コイル電極の背面外周側に接するように該底部を上記可動側電極棒に取り付けられて上記可動側コイル電極を支持し、該円筒部の端面のみが上記可動側コイル電極に接する可動側補強部材とから構成されているものである。

この発明によれば、固定側補強部材および可動側補強部材が底部と円筒部とからなる有底円筒状に作製されているので、固定側補強部材および可動側補強部材を安価に作製できるとともに、固定側補強部材および可動側補強部材を高電気抵抗に作製でき、漏れ電流を低減できる。
また、固定側コイル電極の背面外周側が、底部を固定側電極棒に取り付けられた固定側補強部材の円筒部の端面により支持されているので、固定側電極棒と固定側接点との間で、固定側補強部材を流れる電流経路には、固定側コイル電極が介在することになる。そこで、漏れ電流が固定側補強部材を流れることに起因する固定側コイル電極を流れる電流の低減が抑制され、固定側コイル電極で発生する縦磁界の低下が抑えられる。
また、可動側コイル電極の背面外周側が、底部を可動側電極棒に取り付けられた可動側補強部材の円筒部の端面により支持されているので、可動側電極棒と可動側接点との間で、可動側補強部材を流れる電流経路には、可動側コイル電極が介在することになる。そこで、漏れ電流が可動側補強部材を流れることに起因する可動側コイル電極を流れる電流の低減が抑制され、可動側コイル電極で発生する縦磁界の低下が抑えられる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る真空バルブを示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る真空バルブの固定電極周りを示す縦断面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る真空バルブの固定電極の構成を説明する分解斜視図である。

図１において、真空容器１は、固定側端板３および可動側端板４を円筒形のアルミナセラミックなどからなる絶縁容器２の両端面にそれぞれロウ付けにより気密に取り付けて構成され、内部が約１０^−２Ｐａ以下の真空に保たれている。
固定側電極棒５は、固定側端板３に貫装されて真空容器１と同軸に配置され、固定側端板３にロウ付けにより気密に取り付けられている。そして、固定電極６が真空容器１内に延出する固定側電極棒５の軸方向の一端に配設されている。
固定電極６は、円盤状の固定側接点２０と、縦磁界を発生させる固定側コイル電極２１と、固定側コイル電極２１の背面を支持し、遮断器の開閉時の衝撃により固定側コイル電極２１が変形するのを防止するための固定側補強部材２２とから構成されている。

可動側電極棒７は、可動側端板４を貫装されて真空容器１と同軸に配置され、ベローズ９を介して可動側端板４にロウ付けにより気密に取り付けられている。そして、可動電極８が真空容器１内に延出する可動側電極棒７の軸方向の他端に、固定電極６と相対するように配設されている。このベローズ９は薄いステンレスで蛇腹状に作製されており、真空気密を保ちながら可動側電極棒７が動くことを可能にしており、これにより可動電極８が固定電極６に接離可能となっている。
可動電極８は、円盤状の可動側接点３０と、縦磁界を発生させる可動側コイル電極３１と、可動側コイル電極３１の背面を支持し、遮断器の開閉時の衝撃により可動側コイル電極３１が変形するのを防止するための可動側補強部材３２とから構成されている。

また、シールド１０およびベローズシールド１１が絶縁容器２の内壁面およびベローズ９を覆うように配設され、絶縁容器２の内壁面およびベローズ９がアークにより発生する金属蒸気で汚染されるのを防いでいる。
また、ガイド取付板１２が可動側端板４に固着され、可動側電極棒７の移動を案内する樹脂ガイド１３が、真空バルブのろう付けによる組み立て完了後、その円筒状のフランジ部１３ａ内に可動側電極棒７の延出部を挿入するようにして装着されてガイド取付板１２にねじ等により固着されている。

ここで、固定電極６の構造を図２乃至図４を参照しつつ具体的に説明する。なお、可動電極８は固定電極６と同一構造であるので、ここではその説明を省略する。
固定側電極棒５は、例えば銅材で円柱状に作製され、円柱状の第１および第２支持部５ａ，５ｂがその軸方向の一端側にステップ状に形成されている。なお、第１支持部５ａの直径、第２支持部５ｂの直径および固定側電極棒５の基部の直径の関係は、第１支持部５ａの直径＜第２支持部５ｂの直径＜固定側電極棒５の基部の直径である。
固定側接点２０は、例えば銅系や銀系の接点材料で円盤状に作製されている。
固定側コイル電極２１は、例えば銅材で作製されており、第１支持部５ａに外嵌されるリング部２１ａと、リング部２１ａの外周面から放射状に９０度間隔に、かつ、軸方向と直交する方向に延設されたアーム部２１ｂと、各アーム部２１ｂの先端から周方向一側に、例えば図３中反時計回りに延設された円弧状のコイル部２１ｃと、各コイル部２１ｃの先端から軸方向外側に所定長さ延設された接続部２１ｄとから構成されている。そして、リング部２１ａの軸方向長さが、第１支持部５ａの軸方向長さに略等しくなるように形成されている。また、固定側コイル電極２１の外径（コイル部２１ｃの外径）が、固定側接点２０の外径に略等しくなるように形成されている。
固定側補強部材２２は、例えばステンレス材やインコネル材でお椀状（有底円筒状）に作製されており、第２支持部５ｂに外嵌されるリング状の底部２２ａと、円筒部２２ｂとから構成されている。そして、固定側補強部材２２の軸方向長さが、第２支持部５ｂの軸方向長さに略等しくなるように形成されている。また、円筒部２２ｂの端面が、コイル部２１ｃの径方向幅の略中央に位置するように形成されている。

そして、固定側補強部材２２は、底部２２ａの外面が固定側電極棒５の基部と第２支持部５ｂとの段差部における固定側電極棒５の基部の端面で構成される受け面５ｄに当接するまで第２支持部５ｂに外嵌され、固定側電極棒５にロウ付けされている。
また、固定側コイル電極２１は、リング部２１ａの背面が第１支持部５ａと第２支持部５ｂとの段差部における第２支持部５ｂの端面で構成される受け面５ｃに当接するまで第１支持部５ａに外嵌され、固定側電極棒５にロウ付けされている。さらに、リング部２１ｂの背面が円筒部２２ｂの端面に当接され、ロウ付けされている。
さらに、固定側接点２０が、その背面外周側を接続部２１ｄの端面に当接するように配設され、固定側電極棒５と同軸となるように位置合わせされ、接続部２１ｄにロウ付けされている。

このように構成された真空バルブにおいては、固定側電極棒５および可動側電極棒７がそれらの軸心を真空バルブの軸心に一致させて配置され、固定電極６および可動電極８の電極面（対向面）が、真空バルブの軸心と直交する平坦面に形成されている。
この真空バルブは、可動側電極棒７の延出部に取り付けられた操作機構（図示せず）により、開閉動作が行われる。

そして、閉極時、例えば可動側電極棒７に流入した電流の大部分は、リング部３１ａおよびアーム部３１ｂを介してコイル部３１ｃに流入し、コイル部３１ｃの先端の接続部３１ｄから可動側接点３０の裏面外周側を経て可動側接点３０に流入し、可動側接点３０の表面から固定側接点２０に流出する。また、可動側電極棒７に流入した電流の一部が、可動側補強部材３２を経てコイル部３１ｃに流入し、リング部３１ａおよびアーム部３１ｂを介してコイル部３１ｃに流入した電流に合流する。
そして、固定側接点２０に流入した電流は、その裏面外周側から接続部２１ｄを経てコイル部２１ｃに流入する。コイル部２１ｃに流入した電流の大部分は、アーム部２１ｂおよびリング部２１ａを経て固定側電極棒５に流出する。また、コイル部２１ｃに流入した電流の一部は、固定側補強部材２２を経て固定側電極棒５に流出する。

このとき、各コイル電極２１，３１に流れる電流によって軸方向の磁界（縦磁界）が発生する。そこで、開極時に発生したアークは、固定側接点２０と可動側接点３０との両電極の表面に局部的に集中せず、全体に均一に広がる。これにより、アークの局部的集中による接点表面の溶融が抑制され、この溶融で生じた金属蒸気圧の上昇が抑制され、アークの増加を抑えることができ、遮断性能が向上される。
また、固定側および可動側補強部材２２、３２が遮断器の開閉時の衝撃を受け、固定側および可動側コイル電極２１、３１の変形を防止している。

この実施の形態１では、固定側および可動側補強部材２２、３２がお椀状に作製されているので、略Ｔ字状の従来の補強部材に比べ、構造的に曲げ強度が大きくなる。そこで、固定側および可動側補強部材２２、３２の肉厚を薄くすることができ、電気抵抗の高抵抗化が図られ、漏れ電流を低減することができる。
また、固定側および可動側補強部材２２、３２がステンレス材やインコネル材で作製されているので、固定側および可動側補強部材２２、３２の電気抵抗が高抵抗となり、漏れ電流を低減することができる。
また、固定側および可動側補強部材２２、３２はお椀状に形成されているので、安価なプレス加工などにより容易に作製でき、低コスト化が図られる。

また、可動側補強部材３２が、可動側コイル電極３１の背面外周側を支持しているので、可動側電極棒７から可動側補強部材３２を介してコイル部３１ｃに流入する電流は、可動側電極棒７からリング部３１ａ、アーム部３１ｂを介してコイル部３１ｃに流入する電流と合流し、コイル部３１ｃから接続部３１ｄを介して可動側接点３０に流入する。そこで、可動側補強部材３２を漏れ電流が流れることに起因するコイル部３１ｃに流れる電流の減少が抑えられ、可動側コイル電極３１により発生する縦磁界の低下を抑制できる。
また、固定側補強部材２２も、固定側コイル電極２１の背面外周側を支持しているので、同様に、固定側補強部材２２を漏れ電流が流れることに起因するコイル部２１ｃに流れる電流の減少が抑えられ、固定側コイル電極２１により発生する縦磁界の低下を抑制できる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る真空バルブの固定電極周りを示す縦断面図である。
図５において、固定側接点２０Ａは、表面側中央部にザグリ２０ａが形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
この実施の形態２では、ザグリ２０ａが固定側接点２０Ａの表面側中央部に形成されているので、閉極時、固定側接点２０Ａと可動側接点３０とは外周側で接触する。そこで、閉極時の衝撃は、固定側コイル電極２１の接続部２１ｄおよびコイル部２１ｃを介して固定側補強部材２２で受けられ、固定側コイル電極２１の変形が確実に防止される。

なお、上記実施の形態２では、ザグリ２０ａを固定側接点２０Ａの表面中央部に形成するものとして説明しているが、ザグリが形成される接点は固定側接点に限定されるものではなく、固定側および可動側接点の少なくとも一方に形成されていればよい。

実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る真空バルブの固定電極周りを示す縦断面図、図７はこの発明の実施の形態３に係る真空バルブの固定電極の構成を説明する分解斜視図である。
図６および図７において、固定側補強部材２２Ａは、凸部としての支持部２２ｃが円筒部２２ｂの端面に９０度ピッチで４つ突設されている。そして、固定側コイル電極２１が、各接続部２１ｄを支持部２２ｃ上に位置するように位置決めされて、固定側電極棒５および固定側補強部材２２Ａに接合されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態３では、固定側コイル電極２１は、コイル部２１ｃの背面の接続部２１ｄに対向する部位でのみ支持部２２ｃに支持されている。そこで、固定側接点２０に作用する衝撃力は、接続部２１ｄおよびコイル部２１ｃを介して支持部２２ｃで受けられ、固定側コイル電極２１の変形が防止される。

そこで、コイル部２１ｃと固定側補強部材２２Ａとは支持部２２ｃのみで接触することになり、コイル部２１ｃと固定側電極棒５との間の固定側補強部材２２Ａを介しての電流経路の電気抵抗が高抵抗となる。その結果、固定側補強部材２２Ａを流れる漏れ電流をさらに低減でき、遮断性能を向上させることができる。

なお、上記実施の形態３では、支持部２２ｃを円筒部２２ｂの端面に９０度ピッチで４つ突設するように固定側補強部材２２Ａを構成するものとしているが、支持部を円筒部の端面に９０度ピッチで４つ突設するように可動側補強部材を構成してもよい。この場合、可動側コイル電極は、各接続部を支持部上に位置するように位置決めされて、可動側電極棒および可動側補強部材に接合されることになる。さらに、支持部を円筒部の端面に９０度ピッチで４つ突設するように固定側および可動側補強部材を構成してもよい。

実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４に係る真空バルブの固定側電極周りを示す縦断面図である。
図８において、固定側電極棒５Ａは、円形のザグリ部５ｅが第１支持部５ａの軸心位置に凹設されている。そして、例えばステンレス材やインコネル材で作製された円筒状の固定側補助補強部材２３がザグリ部５ｅ内に挿入されてロウ付けされている。そして、固定側接点２０がその背面外周側を固定側コイル電極２１の接続部２１ｄに接触させてロウ付けされ、背面中央側を固定側補助補強部材２３の端面に接触させてロウ付けされている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態４では、固定側接点２０の背面中央側が固定側補助補強部材２３に支持されているので、閉極時の衝撃は、固定側コイル電極２１の接続部２１ｄおよびコイル部２１ｃを介して固定側補強部材２２で受けられるとともに、固定側補助補強部材２３で受けられるので、固定側コイル電極２１の変形がより確実に抑制される。
また、固定側補助補強部材２３は円筒状に作製されているので、作製が容易であり、固定側補助補強部材２３を設けることに起因するコストアップを抑制できる。さらに、電気抵抗の高抵抗化が図られ、固定側補助補強部材２３を流れる漏れ電流を低減できるので、固定側補助補強部材２３を設けることに起因する固定側コイル電極２１に流れる電流の減少を抑えることができる。

なお、上記実施の形態４では、固定側補助補強部材２３を用いて固定側接点２０の背面中央側を支持するものとしているが、可動側補助補強部材を用いて可動側接点の背面中央側を支持するようにしてもよく、さらに固定側および可動側補助補強部材用いて固定側および可動側接点の背面中央側を支持するようにしてもよい。

実施の形態５．
上記実施の形態１では、固定側および可動側補強部材２２，３２がステンレス材やインコネル材で作製されているものとしているが、この実施の形態５では、固定側および可動側補強部材を磁性体、例えば鉄やニッケルコバルト合金で作製するものとしている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態５によれば、固定側および可動側補強部材を磁性体で作製されているので、固定側および可動側コイル電極２１，３１間に発生する磁界が高められ、より遮断性能を向上させることができる。

なお、上記各実施の形態では、固定側および可動側コイル電極２１，３１は、周方向に
９０度ピッチで配列された４つの円弧状のコイル部２１ｃ，３１ｃを備えているものとして説明しているが、コイル部２１ｃ，３１ｃの個数は４つに限定されるものではなく、コイル部２１ｃ，３１ｃが等角ピッチで複数配設されていればよい。

この発明の実施の形態１に係る真空バルブを示す縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る真空バルブの固定電極周りを示す縦断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 この発明の実施の形態１に係る真空バルブの固定電極の構成を説明する分解斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る真空バルブの固定電極周りを示す縦断面図である。 この発明の実施の形態３に係る真空バルブの固定電極周りを示す縦断面図である。 この発明の実施の形態３に係る真空バルブの固定電極の構成を説明する分解斜視図である。 この発明の実施の形態４に係る真空バルブの固定電極周りを示す縦断面図である。

符号の説明

１ 真空容器、２ 絶縁容器、３ 固定側端板、４ 可動側端板、５、５Ａ 固定側電極棒、６ 固定電極、７ 可動側電極棒、８ 可動電極、９ ベローズ、２０、２０Ａ 固定側接点、２０ａ ザグリ、２１、２１Ａ 固定側コイル電極、２２、２２Ａ 固定側補強部材、２２ａ 底部、２２ｂ 円筒部、２２ｃ 支持部（凸部）、２３ 固定側補助補強部材、３０ 可動側接点、３１ 可動側コイル電極、３２ 可動側補強部材。

Claims (5)

1. 固定側端板および可動側端板が円筒状の絶縁容器の両端に該絶縁容器を閉塞するように気密に取り付けられ、内部が真空に保持される真空容器と、固定電極が軸方向の一端に取り付けられ、軸方向の他端を上記真空容器から突出させて上記固定側端板に気密に取り付けられた固定側電極棒と、可動電極が軸方向の他端に取り付けられ、該可動電極を上記固定側電極に対向させ、かつ、上記固定側電極棒と同軸に配置され、軸方向の一端を上記真空容器から突出させてベローズを介して上記可動側端板に気密に取り付けられ、該可動側電極を該固定側電極に接離させる可動側電極棒と、を備えた真空バルブにおいて、
   上記固定電極は、上記固定側電極棒の軸方向の一端に電気的に接続状態に取り付けられた縦磁界発生用の固定側コイル電極と、上記固定側コイル電極のみに支持されて、背面外周側を上記固定側コイル電極に電気的に接続状態に取り付けられた固定側接点と、底部および円筒部からなる有底円筒状に作製され、該円筒部の端面が上記固定側コイル電極の背面外周側に接するように該底部を上記固定側電極棒に取り付けられて上記固定側コイル電極を支持し、該円筒部の端面のみが上記固定側コイル電極に接する固定側補強部材とから構成され、
   上記可動電極は、上記可動側電極棒の軸方向の他端に電気的に接続状態に取り付けられた縦磁界発生用の可動側コイル電極と、上記可動側コイル電極のみに支持されて、背面外周側を上記可動側コイル電極に電気的に接続状態に取り付けられた可動側接点と、底部および円筒部からなる有底円筒状に作製され、該円筒部の端面が上記可動側コイル電極の背面外周側に接するように該底部を上記可動側電極棒に取り付けられて上記可動側コイル電極を支持し、該円筒部の端面のみが上記可動側コイル電極に接する可動側補強部材とから構成されていることを特徴とする真空バルブ。
2. 上記固定側接点および上記可動側接点の少なくとも一方の接点の表面中央部にザグリが設けられていることを特徴とする請求項１記載の真空バルブ。
3. 上記固定側補強部材および上記可動側補強部材の少なくとも一方の補強部材は、上記円筒部の端面が凹凸形状に形成され、上記固定側コイル電極および上記可動側コイル電極の対応するコイル電極の背面外周側が、該端面の凸部により支持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の真空バルブ。
4. 上記固定側補強部材および上記可動側補強部材がステンレスで作製されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空バルブ。
5. 上記固定側補強部材および上記可動側補強部材が磁性体で作製されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の真空バルブ。

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