JP4751362B2

JP4751362B2 - 真空バルブ

Info

Publication number: JP4751362B2
Application number: JP2007108192A
Authority: JP
Inventors: 博美古賀; 真一三木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2027-04-17
Also published as: JP2008269834A

Description

本発明は、真空バルブに関する。

従来の真空バルブでは、可動側電極棒にプラスチック等からなる円管形状のガイドが固定され、絶縁容器と接合されていない側の可動側端板の端部が円筒状に形成され、摺動部が、可動側端板の端部の円筒状部分とガイドとになり、可動側端板に軸受け機能を持たせることができるため、可動側電極棒が軸方向に対してまっすぐ滑らかに開閉できる構造が提案されていた（例えば、特許文献１）。

特開２００５−３３９８６５号

従来の技術における真空バルブは、可動側電極棒の移動を案内する可動側端板の端部が、一定の高さの円筒状に形成されていた。可動側電極棒の傾き（軸心のズレ）を小さくするためには、可動側端板の端部における円筒状部分の高さをより高くする、あるいは可動側電極棒に固定されたガイドと可動側端板の端部との間の隙間を小さくすることで対応できるが、いずれの場合も、摺動部において可動側電極棒に固定されたガイドと可動側端板の端部との摩擦力が増大し、スムーズに動作しないという問題があった。

一方、真空バルブを真空遮断器に取り付けた場合に、遮断器の主回路端子の引き回しと真空バルブにて形成される電流通路にて、電流通電時および電流遮断時に可動側電極棒には電磁力が発生し、この電磁力により可動側電極棒は、電磁力が働く方向に傾こうとするという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、可動側電極棒の傾きを抑制し、閉極時の安定した電極接触面の確保と、開極時の安定した遮断性能を得ることを目的とする。

この発明に係わる真空バルブは、略円筒状の絶縁容器の一端および他端に、上記絶縁容器を閉塞するように固定側端板および可動側端板が取り付けられ、内部が真空に保持される真空容器、上記真空容器の軸線上に配置され、上記真空容器内に配置される固定側電極が一端に取り付けられ、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、上記真空容器の軸線上に配置され、上記真空容器内において上記固定側電極と離接する可動側電極が一端に取り付けられ、他端を上記真空容器から突出させて、上記可動側端板にベローズを介して気密に取り付けられた可動側電極棒、上記可動側端板側に固定され、上記可動側電極棒の一部の外周を取り囲み、上記可動側電極棒を軸線に沿って案内するガイドを備え、上記ガイドは、上記可動側電極棒が電流経路において発生する電磁力によって傾く方向に位置する部分に、上記固定側電極側に向って延長したガイド延長部を有するものである。

この発明の真空バルブによれば、可動側電極棒が、可動電極棒に働く電磁力により、電磁力の方向に傾こうとした場合に、可動側電極棒が電磁力によって傾く方向に位置するガイド延長部によって案内され、可動側電極棒の傾きが抑制されるという効果がある。

実施の形態１．
まず、真空バルブを真空遮断器に取り付けた場合の、電流通電（閉極）時および電流遮断（開極）時における可動側電極棒の傾き（軸心のズレ）について説明する。
図１は、真空バルブの断面図である。絶縁容器１の固定側および可動側の両端は金属製端板（固定側金属製端板２、可動側金属製端板３）で気密接合されており、固定側電極棒４の下端には固定側電極５を備えている。固定側電極棒４と同軸に配置され、駆動機構によって駆動される可動側電極棒６は、その上端に可動側電極７を備えている。可動側電極棒６は、ベローズ８を介して可動側金属製端板３と気密接合されており、また、可動側電極棒６の傾きを抑制するためにガイド９０を備えている。

このような真空バルブにおいては、閉極状態では可動側電極棒５が上方向に移動し、固定側電極５と可動側電極７が接し、開極状態では可動側電極棒５が下方向に移動し、固定側電極５と可動側電極７が離れるように構成されている。
従来、ガイド９０は、図１に示すように、可動側電極棒６を案内する部分（軸方向に沿って伸びる円筒状の部分）の長さ（高さ）は全周において均等となっていた。

真空バルブを真空遮断器に取り付けた場合、図２に示すように、真空遮断器の主回路端子１０、１１の引き回しと真空バルブにて形成される電流通路にて、電流通電時および電流遮断時に可動側電極棒６には電磁力１２（図中、矢印にて電磁力１２の方向を示す。）が発生する。この電磁力１２により、可動側電極棒６は、電磁力１２が働く方向に傾こうとするため、ガイド９０にて可動側電極棒６の傾きを抑制することが必要となる。

ガイド９０の円筒部分によって可動側電極棒６の傾きをより低減するためには、ガイドの円筒部の長さを大きくする、あるいは可動側電極棒６とガイド９０との間の隙間（ゆとり）を小さくすることが対策として考えられるが、いずれの場合も、可動側電極棒６とガイド９０との摩擦力が大きくなってしまい、可動側電極棒６のスムーズな動作の妨げになるという問題があった。

より詳細に説明すると、ガイド９０の円筒部分の長さを大きくした場合には、特に樹脂材料にてガイド製作する上では、その成形時に抜き勾配が必要となり、電極棒のガイド面の寸法公差を精度良くできず、電極棒とガイドとの隙間が小さくなりすぎて摩擦力が大きくなり、可動側電極棒６がスムーズに動作しないという問題があった。また、電極棒とガイドとの隙間を小さくした場合も寸法公差内において隙間が小さくなりすぎて同様に摩擦力が大きくなり、可動側電極棒６がスムーズに動作しないという問題があった。

そこで、この発明の実施の形態１では、図３〜図５に示すように、真空バルブを取り付ける真空遮断器の主回路端子１０、１１と真空バルブとの電流経路にて可動側電極棒６に働く電磁力により可動側電極棒６が傾く方向（符号１２で示す。）に対し、ガイド９の長さを部分的に延長してガイド延長部９ａを形成し、このガイド延長部９ａによって可動側電極棒６の傾きを抑制する構造の真空バルブを提案する。この実施の形態１による真空バルブは、可動側電極棒６の外周の一部であり、電磁力１２が生じる方向に限定してガイド延長部９ａを形成したことによって、電流通電時、電流遮断時のいずれの状態においても可動側電極棒６の傾きを抑制し、閉極時の安定した接触面の確保と、開極時の安定した遮断性能を得ることが可能となる。

この発明の実施の形態１の真空バルブは、図３に示すように、略円筒状の絶縁容器１の一端および他端に、絶縁容器１を閉塞するように固定側端板（固定側金属製端板２）および可動側端板（可動側金属製端板３）が取り付けられ、内部が真空に保持される真空容器、真空容器の軸線上に配置され、真空容器内に配置される固定側電極５が一端に取り付けられ、他端を真空容器から突出させて、固定側端板２に気密に取り付けられた固定側電極棒４、真空容器の軸線上に配置され、真空容器内において固定側電極５と離接する可動側電極７が一端に取り付けられ、他端を真空容器から突出させて、可動側端板３にベローズ８を介して気密に取り付けられた可動側電極棒６、可動側端板３側に固定され、可動側電極棒６の一部の外周を取り囲み、可動側電極棒６を軸線に沿って案内するガイド９を備え、ガイド９は、可動側電極棒６が電流経路において発生する電磁力によって傾く方向に位置する部分に、固定側電極５側に向って延長したガイド延長部９ａを有する構造である。

図４（ａ）は、ガイド９と可動側電極棒６との嵌合部における、可動側電極棒６の断面形状が円形の場合の、ガイド９の斜視図である。従来、ガイド９０では、軸心方向の伸びる円筒部は、電磁力の働く方向に関係なく、同じ高さとなるように形成されていたが、この発明の実施の形態１によるガイド９は、図示するように、円筒の周囲のうち、数分の１（１/６〜１/２）程度の部分に限定して、軸方向上向き（固定側電極５側に向う方向）に伸びるガイド延長部９ａを設けている。

なお、ガイド延長部９ａの突出量（従来のガイド９０の、円筒状の上端部よりも突き出す部分の長さ）は、長くできればできるほど可動側電極棒６の傾きを抑制することができ、軸心ズレ防止の効果を大きく得ることができるが、可動側電極棒６の開閉動作によりベローズ８の上端部にガイド延長部９ａの先端が底当たりしないような構成とする必要がある。可動側電極棒６の傾き角を２/３〜１/２程度に抑制することで電極間の接触状態を改善する効果があると考えられることから、ガイド延長部９ａの長さ（突出量）は、延長部以外の円筒部の高さ（従来のガイド９０の円筒部の高さ）の０．５〜１倍程度とする（ガイド延長部９ａ以外の部分の円筒の高さ１に対して、ガイド延長部９ａが形成された部分のガイド９の高さを１、５〜２程度とする）ことが適当である。

図５は、真空遮断器の主回路端子１０、１１と真空バルブのガイド９との配置を示した断面図である。主回路端子１０は固定側電極棒４の上端部に接続され、主回路端子１１は可動側電極棒６の下端部に接続されている。図５に示すような主回路端子１０、１１と真空バルブとの電流経路にて発生する電磁力１２が働く方向（図中に矢印にて示す。）に、ガイド９の円筒状部分の高さ（軸線に沿う長さ）を部分的に延長したガイド延長部９ａを配置している。
図５においては、主回路端子１０、１１と、真空バルブとが、コの字型に配置され、コの字の外側（図中右側）に向って電磁力１２が働く例を示しているが、真空バルブと主回路端子１０、１１の配置で決まる電流経路によって電磁力１２が働く方向は変化するため、真空バルブを取り付ける真空遮断器の構成に応じて、電磁力１２が働く方向を確認の上、ガイド延長部９ａの位置を調節して可動側端板３にガイド９を固定する。

このように、真空バルブを真空遮断器に取り付けた場合、真空遮断器の主回路端子１０、１１の引き回しと真空バルブの電極棒（固定側電極棒４、可動側電極棒６）にて形成される電流通路に、電流通電時および電流遮断時に流れる電流により可動側電極棒６には電磁力１２が働き、主回路端子１０、１１と反対方向に電磁力１２を受け傾こうとするが、可動側電極棒６が傾こうとする方向のガイド９の長さを部分的に大きく形成したガイド延長部９ａを設けたため、可動側電極棒６の傾きを抑制することができる。これにより電流通電時の固定側電極５と可動側電極７の接触状態を安定させることが可能である。

また、電流遮断時においても可動側電極棒６の傾きがガイド延長部９ａによって抑制されている為、固定側電極５と可動側電極７との軸心ズレや電極間の平行度が悪くなるという問題が解消され（電極間の平行状態が保たれ）、遮断性能が向上するという効果がある。

なお、上述の図４（ａ）の例では、ガイド延長部９ａの高さ（高さｘとする。）と、ガイド延長部９ａ以外のガイド９の円筒状部分の高さ（高さｙとする。）は、それぞれ一様な高さとなるように形成されている（２種類の高さによって構成される）が、図４（ｂ）に示すように、ガイド延長部９ａａのような延長部分の両サイドに繋ぎ部分を設ける形状とすることもできる。図４（ｂ）のガイド延長部９ａａは、図４（ａ）で言うところの、ガイド延長部９ａの近傍に位置するガイド９の円筒状部分（高さｙの部分）から、ガイド延長部９ａの上端部（高さ）に至るまでの範囲で、ガイド９の円筒状部分の高さを、滑らかな曲線を描くように徐々に変化させた繋ぎ部分（高さｚとすると、ｙ＜ｚ＜ｘの関係となる。）を設けた形状である。

ガイド延長部９ａａの繋ぎ部分は、ガイド９の円筒状部分の高さを徐々に変化させてガイド延長部９ａの高さに至る形状であるため、ガイド延長部９ａａの補強とすることとあわせて電極棒を案内する効果も高めることができる。またガイド９の部品としての形状を見た場合に、切り立った形状（ガイド延長部９ａの立ち上がり部分）を、繋ぎ部分によって曲線形とすることができ、作業上の取り扱いが容易になるという効果もある。

また、ガイド延長部９ａ（９ａａ）の補強は、ガイド９の円筒部分の断面で見た場合に、ガイド延長部９ａ（９ａａ）の形成部分のみを、他部よりも厚く形成すること、または軸に沿って厚みを持たせた芯部をガイド延長部９ａ（９ａａ）に設けることによって実現することができ、ガイド延長部９ａ（９ａａ）を補強することで、可動側電極棒６の軸心ズレを防止でき、開閉動作を安定させることが可能となる。

実施の形態２．
図６はガイド９の穴形状を多角形、特に六角形にした場合のガイド９の斜視図である。ガイド９の穴形状を六角形状とすると、これに嵌合する可動側電極棒６も、ガイド９との嵌合部は相補形の六角柱形状（軸線に対して垂直な断面形状が六角形）に形成される。図６に示すように、ガイド９は、その穴形状である六角形の一辺（もしくは連続する二辺）の長さが他よりも長くなるように構成され、部分的にガイド延長部９ｂが設けられている。

このようなガイド９を、電磁力１２によって、可動側電極棒６が傾く方向にガイド延長部９ｂが位置するように、真空バルブ内の可動側端板３に固定して配置することで、可動側電極棒６とガイド９との嵌合部における、可動側電極棒６の六面よりなる外側面の、電磁力１２によって傾く方向に位置する一面（または連続した二面）に沿って、ガイド延長部９ｂが形成された状態を得ることができ、可動側電極棒６の開閉時の傾きを防止することができる。また、このように可動側電極棒６とガイド９とを六角形状にて構成させることにより、可動側電極棒６と真空遮断器側端子とをネジ締結する際に可動側電極棒６が回転しベローズ９がねじれることを防止することができる。

なお、ガイド９の穴形状として、六角形状を選択したのは次のような理由による。可動側電極棒６用の素材として四角柱形状または六角柱形状のものが市販されており、可動側電極棒６製作における外周部の切削加工を省略できるため、多角形のうち四角形〜八角形の中では四角形か六角形が製作性に優れていること、また四角形と六角形とを比較した場合に、六角形の各頂点の内接円の径が四角形に較べて小さいため、六角形の方がガイドの径を小さくできること等の理由がある。上述したような理由により、ガイド９の穴形状としては、その断面形状を六角形状とすることが製作性・コンパクト性の両面で最も適している。

実施の形態３.
可動側電極棒６は一般に無酸素銅にて製作されており、ガイド９を金属で構成すると可動側電極棒６と焼付きを起こす場合がある。そこで、この実施の形態３では、ガイド９（ガイド延長部９ａ（９ａａ、９ｂ）は、ガイド９と同じ材料によって一体として形成される。）を樹脂で構成する場合について説明する。可動側電極棒６が電磁力１２によって傾こうとするのをガイド延長部９ａによって抑制し、軸心ズレを防止する場合に、ガイド延長部９ａが樹脂によって構成されていることにより、同部材が金属で構成された場合よりも可動側電極棒６との焼付きを低減することができ、可動側電極棒６の開閉動作をスムーズに行うことができる。
なお、ガイド９を構成する樹脂材料としては、ポリエステル系のポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が製作精度、強度の面で優れている。その他、ポリエステル系以外に、アセタール系、ナイロン系の樹脂によってガイド９を構成しても同等の効果を得ることが可能である。

この発明の課題を説明するために必要な、真空バルブの断面図である。この発明の課題を説明するために必要な、電磁力による可動側電極棒の傾きを示すための真空バルブの断面図である。この発明の実施の形態１における真空バルブを示す断面図である。この発明の実施の形態１の真空バルブを構成する部品であるガイドの斜視図である。この発明の実施の形態１における、真空遮断器に取り付けた真空バルブの断面図である。この発明の実施の形態２の真空バルブを構成する部品であるガイドの斜視図である。

符号の説明

１絶縁容器、２固定側金属製端板、
３可動側金属製端板、４固定側電極棒、
５固定側電極、６可動側電極棒、
７可動側電極、８ベローズ、
９、９０ガイド、９ａ、９ａａ、９ｂガイド延長部、
１０固定側主回路端子、１１可動側主回路端子、
１２電磁力が働く方向を示す矢印。

Claims

略円筒状の絶縁容器の一端および他端に、上記絶縁容器を閉塞するように固定側端板および可動側端板が取り付けられ、内部が真空に保持される真空容器、上記真空容器の軸線上に配置され、上記真空容器内に配置される固定側電極が一端に取り付けられ、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、上記真空容器の軸線上に配置され、上記真空容器内において上記固定側電極と離接する可動側電極が一端に取り付けられ、他端を上記真空容器から突出させて、上記可動側端板にベローズを介して気密に取り付けられた可動側電極棒、上記可動側端板側に固定され、上記可動側電極棒の一部の外周を取り囲み、上記可動側電極棒を軸線に沿って案内するガイドを備え、上記ガイドは、上記可動側電極棒が電流経路において発生する電磁力によって傾く方向に位置する部分に、上記固定側電極側に向って延長したガイド延長部を有することを特徴とする真空バルブ。
上記可動側電極棒は、上記ガイドとの嵌合部における、上記軸線に対して垂直な断面形状が多角形であることを特徴とする請求項１記載の真空バルブ。
上記可動側電極棒と上記ガイドとの嵌合部における、上記可動側電極棒の六面よりなる外側面の、上記電磁力によって傾く方向に位置する一面に沿って、上記ガイド延長部が形成されたことを特徴とする請求項２記載の真空バルブ。
上記可動側電極棒と上記ガイドとの嵌合部における、上記可動側電極棒の六面よりなる外側面の、上記電磁力によって傾く方向に位置する連続した二面に沿って、上記ガイド延長部が形成されたことを特徴とする請求項２記載の真空バルブ。
上記ガイドは、樹脂により構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の真空バルブ。