JP4728396B2 - 中圧及び高圧用遮断装置のための遮断器部分の製造方法及び遮断器部分 - Google Patents

Description

本発明は、低圧用遮断装置、中圧用遮断装置及び高圧用遮断装置並びに設備のための遮断器部分の請求項１の上位概念に記載の形式の製造方法、及び請求項１１に記載の形式の遮断器部分に関する。

上記形式の遮断器部分（開閉器極部分若しくは回路遮断器部分）若しくはプラスチック構成ユニットは、真空遮断室（真空インターラップチャンバー[vacuum interrupter chamber]）を含んでおり、真空遮断室は絶縁性の材料内に埋め込まれ、若しくは絶縁性の材料で被覆されている。真空遮断室（ＶＫ）は実質的にセラミック質の材料（絶縁体）から成っていて、一般的に筒状若しくはシリンダー状に形成され、かつ端部を金属製のカバーで閉じられている。可動側のカバーにベローを設けてあり、ベローは真空遮断室内のリード線を介して一方若しくは両方の接点片の運動を可能にしている。リード線は駆動ロッドを介して次のように案内されており、つまり接点片は真空遮断室の真空内で開閉されるようになっている。真空遮断室内に真空、つまり真空雰囲気を形成してあり、これによって、接続及び遮断の際に発生するアークの急速な消滅を保証してある。

真空遮断室は一般的にエポキシ樹脂混合物を用いて（大気圧若しくは数バールの圧力下で）被覆されており、エポキシ樹脂混合物は誘電性の真空遮断室の外部強度若しくは絶縁性を増大させ、かつ機械的な機能を担っている。さらに真空遮断室は外部強度若しくは絶縁性を高めるためにゴム弾性の材料でも被覆若しくは外装されている。

真空遮断室のセラミック質の絶縁体並びに被覆成形されたエポキシ樹脂は、互いに極めて異なる熱膨張係数を有しており、その結果、真空遮断室の周囲に直接にエポキシ樹脂を被覆成形してある場合には、該エポキシ樹脂被覆（エポキシ樹脂外皮）は熱的な交番負荷を受けると亀裂を生ぜしめやすいものである。さらに製造過程は注型成形材料に適合されている。例えば真空注入法若しくは加圧成形法で行われる各構成部分の製造時間（サイクル時間）は、構成部分の硬化及び構成部分の取り出しまで相応に長くなっている。

亀裂発生を避けるために周知技術では、真空遮断室表面とエポキシ樹脂被覆との間の互いに異なる熱膨張の補償のための補償層若しくは緩衝層を設けるようになっている。このために一般的にエラストマー、例えばゴム若しくは硬質ゴム材料を用いてあり、エラストマーはスリーブとして形成され、若しくは予め成形されて、真空遮断室に被せ嵌められて、次いで該真空遮断室を注入成形型内に装着してエポキシ樹脂（一般的に充填材を含む）で被覆するようになっている。この場合に前記補償層は、成形される複合体によって被覆される。このような製造方法は、温度変動による負荷若しくは応力に起因するエポキシ樹脂被覆の亀裂発生を防止するものである。しかしながらエポキシ樹脂被覆の成形は極めて煩雑である。

本発明の課題は、真空遮断室形遮断器部分の製造方法を改善して、該製造方法を簡単に実施できるようにし、かつ該製造方法で製造された真空遮断室形遮断器部分があらゆる技術的な要求を満たしているようにすることである。

前記課題を解決するために、本発明に基づく製造方法では、外側の絶縁被覆をプラスチック射出成形法によって真空遮断室の周囲に被覆成形するようになっており、つまり真空遮断室はプラスチック射出成形による絶縁被覆で外装若しくは射出成形被覆される。本発明では射出成形技術の使用を特徴としている。射出成形は、エポキシ樹脂成形若しくはエポキシ樹脂注入成形と極めて異なっている。プラスチック射出成形では、一般的に射出成形型内で８０バールより高い圧力を用いる。成形温度（プロセス温度）は約１６０°である。このような条件下で、特に前記圧力で真空遮断室を被覆若しくはシールすることは、これまで避けられており、それというのはセラミック質の材料から成る真空遮断室は、前記圧力に耐えられず、ひいては十分な真空雰囲気を維持できなくなるからである。したがってこのような条件下、殊に前記圧力で真空遮断室を射出成形被覆することは、避けられており、それというのは実質的にセラミック質の材料から成る真空遮断室は前記圧力に耐えられず、ひいては十分な真空雰囲気を維持できないものであると思われていたからである。しかしながら実験による考察は、技術的な予測と異なるものである。

本発明の実施態様では、プラスチックにより一般的に得られる絶縁特性及び誘電特性は最適にされている。特に、本発明の実施態様により処理若しくは加工されたプラスチックの熱膨張係数は有利なものになっている。これによって真空遮断室に施された被覆はあらゆる要求を満たしており、材料パラメータは著しく調整可能であり、かつ技術的な要求に適合される。

本発明に基づく製造方法では、周知の種々の熱可塑性プラスチックを用いることができる。このことはエポキシ樹脂成形と極めて異なっており、それというのはエポキシ樹脂は特殊な熱硬化性樹脂であるからである。熱可塑性プラスチックは、最も射出成形可能な合成樹脂である。熱可塑性プラスチックを本発明に基づく製造方法で処理することによって、真空遮断室のための絶縁被覆を技術的にあらゆる条件に適合させることができる。このことはエポキシ樹脂では不可能であり、若しくは限定的にしか可能でない。

本発明の別の実施態様では熱硬化性プラスチックを成形加工するようになっている。この場合にも射出成形技術を用いてある。

本発明の別の実施態様ではゴム弾性のプラスチックを成形加工するようになっている。本発明に基づく方法では、さらに補償層で被覆された真空遮断室、つまり構成部分若しくは構成ユニットをプラスチック被覆することも可能である。

本発明の別の有利な実施態様では高い付着特性を得るために、付着媒体を１つの境界層の領域若しくは複数の境界層の領域に施すようになっている。これにより、表面間の永続的な付着、つまり真空遮断室と絶縁被覆若しくは射出成形被覆との間の永続的若しくは堅牢な付着を保証してあり、このことは特に絶縁にとって誘電性の理由から重要である。

境界面間の高い良好な付着特性は、該境界面を例えば浸漬法、若しくはスプレー法、若しくは塗布法、若しくはプラズマ法でドーピングすることによって達成される。

別の有利な実施態様では、遮断装置構成部分の絶縁被覆は、互いに順次に施される少なくとも２つのプラスチック層によって形成される。これによって得られる複合材料は、適切な方法で特別な要求に適合される。このことは、遮断器部分において本発明に基づき射出成形技術を用いることによって特に簡単に可能である。

別の有利な実施態様では、まずゴム弾性の１つの層を構成部分若しくは真空遮断室に形成し、次いで該構成部分若しくは真空遮断室をプラスチックで被覆し、さらに続いてプラスチックから成る別の層を施すようになっている。

別の有利な実施態様では、絶縁被覆の膨張係数を真空遮断室の材料に適合させるために、射出成形型内へのプラスチックの射出の前に該プラスチックに添加剤、例えばセラミック質の材料又はガラスから成る粒子、球体、中空球体若しくは繊維などの添加剤を混合するようになっている。このような添加剤を用いて極めて多様な材料特性を簡単に達成することができる。

遮断器部分を熱硬化性の射出成形可能なプラスチックで射出成形被覆することは、技術的に進歩した手段である。適切なプラスチック（充填材、つまり粒子及び／又は繊維も含む）を適切に選んであると、選ばれた適切なプラスチックは、構成部分に使用された金属若しくはセラミック材料の熱膨張係数に匹敵する、つまり同等の熱膨張係数を有している。流動状若しくは液状の材料、湿った加圧成形材料若しくはプレスコンパウンド等は、射出成形技術的に処理可能若しくは加工可能なプラスチックに含まれる。

本発明に基づく方法により、実質的にセラミック材料から成る真空遮断室もプラスチック射出成形の条件下で被覆される。プラスチック射出成形のパラメータは、真空遮断室の極めて高い応力を意味する。つまりエポキシ樹脂注入成形の場合と全く異なって、真空遮断室は１００バールよりも高い圧力負荷を伴って処理される。射出成形によって真空遮断室を損傷なしに被覆若しくは外装できることは、長期にわたる実験によって明らかになっている。

本発明に基づく方法を用いることによって、エポキシ樹脂の場合と異なり、ほぼ同じ熱膨張係数に基づき誘電性の確実な接合のための極めて薄い補償層（例えば付着媒体）も可能である。しかしながら最も簡単な実施態様では、補償層は省略される。温度変化による応力も、被覆層の亀裂につながらない。熱硬化性の射出成形材料から成る被覆用コンパウンド若しくは封止用コンパウンドは、直接に真空遮断室上に施され、若しくは被覆すべき構成ユニットの表面に設けられている極めて薄い補償層上に施される。

射出成形法としてはダイカスト成形、モールディング、射出加圧成形等の特殊な射出成形法も考えられる。処理可能な材料は顆粒、棒状片、ねり粉状若しくは流動状のコンパウンドとして供給される。構成部分の被覆は、単層若しくは複数の層で施される。プラスチック若しくは合成樹脂は、充填材、例えば粒子、球体、中空球体及び／又は繊維を用いることによって、構成部分に使用された金属若しくはセラミック材料と同等の熱膨張係数を有するようになっている。

ゴム弾性の材料で真空遮断室を被覆する場合には、製造過程は使用される材料に適合されている。例えば手動射出成形、真空射出成形若しくは低圧成形での構成部分の製造時間（サイクル時間）は、構成部分の硬化及び構成部分の取り出しまで相応に長くなっている。

直接的な射出成形法でゴム弾性の材料を用いることも有利である。適切な材料を（充填材、例えば粒子、球体、中空球体及び／又は繊維と共に）を選ぶことによって、該材料は構成ユニットの誘電性の外部強度を高めることのほかに、機械的な機能をも担っている。射出成形技術で処理可能な材料としては、シリコン原料等がある。

良好な付着特性を得るためには付着媒体若しくは付着層を用いるとよい。このために例えば浸漬法によって境界面をドーピングして、境界面の相応に良好な付着を達成している。これによって製造は極めて簡単になっている。このことは、本発明に基づく製造方法と従来技術とを比較することによって明らかになっている。

本発明に基づく製造方法では、適切に準備された真空遮断室若しくは構成ユニット（構成部分）を射出成形型内に挿入して、次いで熱硬化性若しくはゴム弾性のプラスチックを直接に真空遮断室若しくは構成ユニット上に施す。本発明に基づく方法で製造される構成部分の硬化時間は、エポキシ樹脂で製造される構成部分の反応時間よりも短くなっている。エポキシ樹脂は、複数の基本成分、つまり樹脂、硬化剤、充填剤、促進剤、柔軟剤、及び着色剤を必要とし、これらは加熱された型内で互いに反応させられねばならない。樹脂、硬化剤及び、有機質若しくは無機質である充填剤を真空及び所定の温度下で促進剤の添加によって混合反応させる必要がある。完全な橋掛け結合のために、構成部分は数時間にわたって硬化させられる。

熱硬化式の射出成形技術若しくはゴム弾性の材料を用いた射出成形は公知技術として全くすたれたものであるものの、所定の特性を有しかつ温度変化に耐え得る遮断器部分若しくはブレーカーの製造に有利に用いられ、並びに補償層を備えていてエポキシ樹脂で被覆された遮断器部分の製造にも用いられるものである。

本発明に基づく方法の利点は、遮断器部分室若しくは構成部分を薄い厚さで被覆でき、構成部分の形状付与の自由度が高く、被覆の厚さを薄くすることにより構成部分の重量を減少させ、ひいては材料使用量の節減を達成していることにある。

プラスチック射出成形技術においては、構成部分若しくは構成部品の寸法制度及び品質は、エポキシ樹脂成形に比べて著しく高くなっている。射出成形は短いサイクル時間で実施され、短いサイクル時間は製造能力（生産性）の増大につながっており、その結果、プラスチック構成ユニットの製造コストの減少を達成している。さらに製造過程は、既存の標準機械を用いることによって容易に自動化される。

前述の利点は、本発明に基づく遮断器部分若しくは回路ブレーカーにも当てはまる。本発明の実施態様では、遮断器構成部分の絶縁被覆は、互いに重ねられ、つまり積層された少なくとも２つのプラスチック層から形成されている。

次に本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。図面において、
図１は、真空遮断室を備えた遮断器部分の断面図であり、
図２は、補償層を備えた遮断器部分の断面図であり、
図３は、多層のプラスチック被覆を備えた遮断器部分の断面図であり、
図４は、傾斜領域を有する遮断器部分の断面図である。

図１には真空遮断室を概略的に示してある。接点片、駆動構成部分並びに駆動ロッドは図示を省略してある。真空遮断室は射出成形型（金型）内に挿入され、かつ固定されて、射出成形被覆（外装）される。この場合に真空遮断室は、
境界面ドーピングのため、並びに付着の改善のために付着媒体、媒介材料若しくはドーピング材料を備えていてよく、付着媒体、媒介材料若しくはドーピング材料は真空遮断室及びプラスチックの所定の浸入深さにわたって機械的な結合及び付着結合を生ぜしめるようになっている。

射出成形過程の終了段階で、型は開かれて、完成した遮断器部分は取り出される。

図１に概略的に示す遮断器部分は、真空遮断室（１）及び射出成形被覆（２）から成っている。射出成形被覆（２）は熱硬化性若しくはゴム弾性のプラスチックを断面で示してあり、該プラスチックは型内で構成部分（１）上に射出成形される。

図２では図示の真空遮断室（１）上に補償層を示してあり、補償層は前述のように、被覆すべき該構成部分上に施される。補償層（３）上に熱硬化性若しくはゴム弾性のプラスチックを射出成形してある。

図３に示す遮断器部分は、真空遮断室（１）を複数の層のプラスチックで被覆されている。真空遮断室は補償層（３）で被覆されている。もちろん、該構成部分若しくは構成部品を図１のように補償層で被覆しないことも可能である。つまり、多層はプラスチック層（２，４，５）によって形成される。

図４に示してあるように、傾斜領域を設けることも可能である。

真空遮断室を備えた遮断器部分の断面図 補償層を備えた遮断器部分の断面図 多層のプラスチック被覆を備えた遮断器部分の断面図 傾斜領域を有する遮断器部分の断面図

符号の説明

１ 真空遮断室、 ２ 射出成形被覆、 ３ 補償層、 ４，５ プラスチック層

Claims (15)

1. 中圧及び高圧用遮断装置のための真空遮断室及び外側の絶縁被覆を備えた遮断器部分の製造方法において、外側の絶縁被覆をプラスチック射出成形法によって８０バールより高い圧力で真空遮断室の周囲に被覆成形することを特徴とする、中圧及び高圧用遮断装置のための遮断器部分の製造方法。
2. 絶縁被覆をプラスチック射出成形法によって熱可塑性プラスチックで形成する請求項１に記載の製造方法。
3. 絶縁被覆をプラスチック射出成形法によって熱硬化性プラスチックで形成する請求項１に記載の製造方法。
4. 絶縁被覆をプラスチック射出成形法によってゴム弾性のプラスチックで成形する請求項１に記載の製造方法。
5. 真空遮断室の射出成形被覆の前に該真空遮断室の外周に補償層を形成する請求項２又は３に記載の製造方法。
6. 良好な付着特性を得るために、付着媒体を１つ若しくは複数の境界層の領域に施す請求項２から４のいずれか１項に記載の製造方法。
7. 境界面に所定の付着特性を得るために、該境界面を浸漬法、若しくはスプレー法、若しくは塗布法、若しくはプラズマ法によってドーピングする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
8. 遮断器構成部分の絶縁被覆を、互いに順次に施される少なくとも２つのプラスチック層によって形成する請求項１から７のいずれか１項に記載の製造方法。
9. まずゴム弾性の１つの層を構成部分若しくは真空遮断室に形成し、次いで該構成部分若しくは真空遮断室をプラスチックで射出被覆し、該構成部分若しくは真空遮断室はプラスチックから成る複数の層を含んでいる請求項１から８のいずれか１項に記載の製造方法。
10. 絶縁被覆の膨張係数を真空遮断室の材料に適合させるために、射出成形型内へのプラスチックの射出の前に該プラスチックに添加剤を混合し、若しくはセラミック質の材料又はガラスから成る粒子、球体、中空球体若しくは繊維を混合する請求項９に記載の製造方法。
11. 中圧及び高圧用遮断装置のための真空遮断室及び絶縁被覆を備えた遮断器部分において、外側の絶縁被覆は、プラスチック射出成形法によって８０バールより高い圧力で真空遮断室に形成された層から成っていることを特徴とする、中圧及び高圧用遮断装置のための真空遮断室及び絶縁被覆を備えた遮断器部分。
12. 絶縁被覆の少なくとも１つの層は、熱可塑性プラスチックから成っている請求項１１に記載の遮断器部分。
13. 絶縁被覆の少なくとも１つの層は、熱硬化性プラスチックから成っている請求項１１に記載の遮断器部分。
14. 絶縁被覆の少なくとも１つの層は、ゴム弾性の材料から成っている請求項１１に記載の遮断器部分。
15. 遮断器構成部分の絶縁被覆は、互いに重ねられた少なくとも２つのプラスチック層から形成されている請求項１１から１４のいずれか１項に記載の開閉部分。

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