JP5016944B2

JP5016944B2 - 真空バルブ

Info

Publication number: JP5016944B2
Application number: JP2007041220A
Authority: JP
Inventors: 宏通染井; 清長部; 浩資捧
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2027-02-21
Also published as: JP2008204865A

Description

本発明は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブに係り、特に開閉寿命特性を向上し得る真空バルブに関する。

接離自在の一対の接点を有する真空バルブには、可動側に伸縮自在のベローズが設けられ、真空を保持しながら前記接点が開閉なされている。接点を開閉させるとベローズも同様に伸縮するが、ベローズには、バネのような慣性作用で振動が起こり、接点の開閉回数以上の金属疲労が加わる。

このため、従来、ベローズの大気圧側の部分に絶縁油のような液体を充填し、開閉時の振動を吸収するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、真空バルブ全体を液体中で用いるものでは、可動側通電軸に液体が流通する孔を設け、ベローズの大気圧側と真空バルブ外部とを結び、ベローズ大気圧側の液体の圧力上昇を抑制するものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

この種の真空バルブは、図７に示すように、筒状の真空絶縁容器１の両端開口面に、コバール合金や４２％鉄−ニッケル合金などからなる可動側封着金具２と固定側封着金具３とが封着されている。封着においては、真空絶縁容器１端面にモリブデン−マンガンなどからなる粉末を焼付け、可動側封着金具２と固定側封着金具３のそれぞれをろう付けしている。

固定側封着金具３には、一方の電路となる固定側通電軸４が気密に貫通固定され、真空絶縁容器１内の固定側通電軸４端に固定側接点５が固着されている。この固定側接点５と対向して、接離自在の可動側接点６が他方の電路となる可動側通電軸７端に固着されている。

可動側通電軸７の真空絶縁容器１内中間部には、伸縮自在のベローズ８の一方端が気密に取り付けられている。ベローズ８の他方端は、可動側封着金具２の中央開口部に気密に取り付けられている。これにより、内部圧力１０^−２Ｐａ以下の真空度を維持しながら可動側通電軸７を軸方向に移動させることが可能になっている。

可動側封着金具２の中央開口部には、可動側通電軸７を軸方向と平行に移動させるための軸受けガイド９が、可動側封着金具２に固定されたスタッド１０とナット１１により固定されている。軸受けガイド９の外周でベローズ８の大気圧側、および真空バルブを液体中で用いるものでは真空バルブ外周には、液体１２が充填されている。また、図８に示すように、軸受けガイド９には、ベローズ８を伸縮させたとき、液体１２を流通させる溝１３が円周方向に三個所設けられている。

なお、固定側封着金具３には、両接点５、６を包囲するように筒状のアークシールド１４が設けられ、両接点５、６の電流開閉時に発生する金属蒸気が真空絶縁容器１の内面に付着して、沿面の絶縁抵抗が低下するのを防止している。
特開平２−４６６１５号公報（第２〜３ページ、第１図）特開平６−２０３７０４号公報（第３〜４ページ、図１）

上記の従来の真空バルブにおいては、次のような問題がある。真空バルブの適用拡大により、電気炉などに適用されるものでは、三十万回程度の開閉がなされ長寿命化が要求される。また、大容量化では、遮断特性を向上させるため、開閉速度１ｍ／ｓ以上の高速での開閉が要求される。このような多頻度開閉や高速開閉においては、ベローズ８自身はもとより、図７に点線で示したように、液体１２の流通が速やかに行われず、圧力が上昇し可動側封着金具２が変形する繰り返しの金属疲労が加わる。金属疲労が進むと、真空絶縁容器１との封着部が剥離し、真空不良となってしまう。

この対応策として、軸受けガイド９に設けられた溝１３の内径や個数を増やすことが挙げられるが、溝１３を増やしたり大きくしたりすると、可動側通電軸７を軸方向と平行に移動させるという本来の機能を低下させてしまう。また、特許文献２のような可動側通電軸に液体が流通する孔を設けるものでは、その孔の内径が多頻度開閉や高速開閉に適するものとは言い難く、圧力上昇を招くことがある。更には、可動側封着金具２の外周に補強部材を設けることも挙げられるが、部品点数の増加に繋がる。

このため、ベローズ８内に液体１２が充填される真空バルブにおいて、可動側通電軸７を軸方向と平行に移動させる機能を損なうことなく、液体１２の流通を適切に行い、多頻度開閉や高速開閉を可能とする優れた開閉寿命特性を有する真空バルブが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、開閉寿命特性を向上し得る液体中で用いられる真空バルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の真空バルブは、筒状の真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の一方端に封着された固定側封着金具と、前記固定側封着金具に固定された固定側通電軸と、前記固定側通電軸端に固着された固定側接点と、前記真空絶縁容器の他方端に封着された可動側封着金具と、前記可動側封着金具の中央開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸と、前記可動側通電軸端に固着されるとともに、前記固定側接点と接離する可動側接点と、前記可動側通電軸の中間部に一方端が気密に固定され、他方端が前記可動側封着金具に気密に固定された伸縮自在のベローズと、前記ベローズの大気圧側に設けられるとともに、前記可動側通電軸を軸方向に移動させるための軸受けガイドと、前記可動側通電軸に設けられるとともに、前記接点の接離時のいずれの位置においても前記ベローズの大気圧側と前記真空絶縁容器外とを連通する複数の液体流通孔とを備え、前記液体流通孔の両端開口部の断面積を、この液体流通孔の中間部の断面積よりも大きくしたことを特徴とする。

本発明によれば、軸受けガイドの長さよりも長く、その端部の断面積が中間部の二倍以上を有する複数の液体流通孔を可動側通電軸に設けているので、ベローズ伸縮時に、ベローズの大気圧側に充填されている液体が液体流通孔を流通して圧力変化を速やかに抑制し、多頻度開閉や高速開閉に適する開閉寿命特性を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る真空バルブを図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る真空バルブの構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係る真空バルブを可動側から見た図である。なお、図１において、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。

図１に示すように、アルミナ磁器からなる筒状の真空絶縁容器１の両端開口面には、コバール合金や４２％鉄−ニッケル合金などからなるコップ状の可動側封着金具２と固定側封着金具３とが封着されている。封着においては、真空絶縁容器１端面にモリブデン−マンガンなどからなる粉末を焼付けた金属化層を設け、この金属化層に可動側封着金具２と固定側封着金具３のそれぞれをろう付けしている。

固定側封着金具３には、一方の電路となる丸棒状の固定側通電軸４が気密に貫通固定され、真空絶縁容器１内の固定側通電軸４端に固定側接点５が固着されている。また、固定側接点５と対向して、接離自在の可動側接点６が他方の電路となる丸棒状の可動側通電軸７端に固着されている。

可動側封着金具２の中央開口部には、断面Ｌ字状の環状の軸受けガイド９の太径部が、可動側封着金具２に固定されたスタッド１０とナット１１により固定されている。軸受けガイド９の細径部は、ベローズ８の大気圧側に位置する。そして、内面を可動側通電軸７が摺動して移動するので、可動側通電軸７を軸方向と平行に移動させることができる。また、軸受けガイド９の外周でベローズ８の大気圧側となる空間部、および真空バルブの外周には、絶縁油のような液体１２が充填されている。

なお、固定側封着金具３には、両接点５、６を包囲するように筒状のアークシールド１４が設けられ、両接点５、６の電流開閉時に発生する金属蒸気が真空絶縁容器１の内面に付着して、沿面の絶縁抵抗が低下するのを防止している。

ここで、可動側通電軸７には、図２に示すように、軸受けガイド９と対向する円周方向の側面の三個所に液体１２が流通する断面半円状の溝２１が設けられている。溝２１の長さは軸受けガイド９の軸方向の長さよりも長い。そして、接点５、６の接触時において、真空絶縁容器１外側の軸受けガイド９端面から溝２１端部までの長さを、溝２１の深さの二倍以上としている。また、接点５、６の開離時において、ベローズ８の大気圧側の軸受けガイド９端面から溝２１端部までの長さを、上記と同様に、溝２１の深さの二倍以上としている。

即ち、接点５、６の開閉時のいずれの位置においても、溝２１は、ベローズ８の大気圧側と真空絶縁容器１外とを連通し、その両端開口部は、軸受けガイド９端面から溝２１端部までが深さの二倍以上の長さを有している。これにより、両端開口部の断面積が増え、中間部の流量に対し、出口となる両端開口部の流量を二倍以上とすることができる。両端開口部の流量を増すことで、液体１２の流通を速やかにすることができ、高速開閉に耐え得るものとなる。ここで、この溝２１を液体流通孔と定義する。

なお、軸受けガイド９の端面から溝２１の端部までの長さが二倍未満では、開閉速度１ｍ／ｓ以上の高速で開閉させると、ベローズ８の大気圧側の液体１２の圧力上昇を速やかに抑制することが困難となる。また、三倍を超過させると、液体１２の圧力上昇を抑制することができるものの、溝２１の長さが長くなり、その結果可動側通電軸７も長くなり、真空バルブが大型化するので好ましくない。更には、円周方向の三個所に溝２１を設けているが、それぞれの溝２１を円周方向で等間隔に配置すれば、液体１２の流通がスムースになり好ましい。また、溝２１の個数は二個所以上にすることができるが、四個所以上では、軸受けガイド９と摺動する可動側通電軸７の表面積が少なくなり、可動側通電軸７を軸方向に移動させ難くなるので好ましくない。溝２１を増加させると、ベローズ８の大気圧側の液体１２の充填量が多いものに適する。

これらにより、真空バルブを高速で開閉したときには、ベローズ８も高速で伸縮し、急激な圧力変化が可動側封着金具２やベローズ８などに伝わろうとする。しかしながら、可動側通電軸７には、このような圧力変化を速やかに抑制する複数の溝２１が設けられているので、ベローズ８の大気圧側の圧力変化が吸収され、可動側封着金具２やベローズ８の変形を抑えることができる。また、大きな応力とならないので、繰り返し疲労となる多頻度開閉に耐え得るものとなる。

なお、このような高速で多頻度開閉の接点５、６においては、接点材料もこれに耐え得るものにしなくてはならない。接点材料は、ＡｇおよびＣｕのうち少なくとも一種よりなる導電成分と、１５００℃以上の溶融温度を有するＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、もしくはこれらの化合物のいずれか一種からなる耐弧成分とを備えた合金にすると、接点５、６の消耗を抑えることができる。また、炭化物、硼化物のような融点の高い化合物を用いることにより、電流開閉による接点５、６の消耗量を少なくすることができ、遮断性能を向上させることができる。更に、接点５、６にＢｉ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓｂの少なくとも一種を含有させることにより、溶着特性を改善することができ、信頼性を向上させることができる。このような特性を有するものは、数ｍｓ以下の瞬時遮断を要求される遮断器などの開閉器や負荷タップ切換器などに適することができる。

上記実施例１の真空バルブによれば、可動側通電軸７に、軸受けガイド９の長さよりも長く、開閉時のいずれの位置においても、その端部と軸受けガイド９端面までが深さの二倍以上の長さを有する複数の溝２１を設けているので、真空バルブ開閉時に、ベローズ８の大気圧側に充填されている液体１２が溝２１を速やかに流通して圧力変化を抑制し、多頻度開閉や高速開閉に適する開閉寿命特性を得ることができる。

次に、本発明の実施例２に係る真空バルブを図３および図４を参照して説明する。図３は、本発明の実施例２に係る真空バルブの構成を示す断面図、図４は、本発明の実施例２に係る真空バルブの可動側通電軸を軸方向から見た図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、可動側通電軸に液体が流通する孔を設けたことである。各図において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３に示すように、可動側通電軸７には、液体１２が流通する軸方向に設けられた断面円状の軸方向穴２２と、軸方向穴２２に連接し半径方向に設けられた断面円状の側面穴２３ａ、２３ｂとが軸受けガイド９の両端にそれぞれ設けられている。側面穴２３ａ、２３ｂは、図４に示すように、半径方向の一方向に設けられ、接点５、６の開閉時のいずれの位置においても、ベローズ８の大気圧側と真空絶縁容器１外とが連通するようになっている。また、軸方向穴２２の内径よりも側面穴２３ａ、２３ｂの内径が大きく、断面積を二倍以上としている。即ち、軸方向穴２２の流量に対し、両端の開口部となる側面穴２３ａ、２３ｂの流量が二倍以上になるようにしている。ここで、軸方向穴２２、側面穴２３ａ、２３ｂを、実施例１と同様に液体流通孔と定義する。

二倍未満では、開閉速度１ｍ／ｓ以上の高速で開閉させると、液体１２の圧力上昇を速やかに抑制することが困難となる。また、三倍を超過させると、液体１２の圧力上昇を抑制することができるものの、側面穴２３ａ、２３ｂの内径が大きくなって、可動側通電軸７の断面積が小さくなり機械的強度が低下するので好ましくない。なお、軸方向穴２２の軸端部は、図示しない他の主回路導体を接続することにより封じ切られる。また、側面穴２３ａ、２３ｂは、円周方向に、複数個所設けてもよく、等間隔で設けると液体１２がスムースに流通し好ましい。

上記実施例２の真空バルブによれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の実施例３に係る真空バルブを図５および図６を参照して説明する。図５は、本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す断面図、図６は、本発明の実施例３に係る真空バルブの可動側通電軸を軸方向から見た図である。なお、この実施例３が実施例１と異なる点は、可動側通電軸を多角形状にしたことである。図５において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図５に示すように、可動側通電軸２４は、断面六角形状となっており、それに伴って、軸受けガイド２５も内面が断面六角形状になっている。可動側通電軸２４の側面で軸受けガイド２５と対向する三個所の各辺には、図６に示すように、液体１２を流通させる断面半円状の溝２６が設けられている。溝２６の両端開口部は、中間部の流量よりも二倍以上の流量を有するように断面積が大きくなっている。ここで、この溝２６を、実施例１と同様に液体流通孔と定義する。

なお、可動側通電軸２４は、断面三角形状以上の多角形状とすることができる。また、可動側通電軸２４に、実施例２のような軸方向穴と側面穴を設けてもよい。

上記実施例３の真空バルブによれば、実施例１と同様の効果のほかに、可動側通電軸７の回転防止をすることができる。

本発明の実施例１に係る真空バルブの構成を示す断面図。本発明の実施例１に係る真空バルブを可動側から見た図。本発明の実施例２に係る真空バルブの構成を示す断面図。本発明の実施例２に係る真空バルブの可動側通電軸を軸方向から見た図。本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す断面図。本発明の実施例３に係る真空バルブの可動側通電軸を軸方向から見た図。従来の真空バルブの構成を示す断面図。従来の真空バルブを可動側から見た図。

符号の説明

１真空絶縁容器
２可動側封着金具
３固定側封着金具
４固定側通電軸
５固定側接点
６可動側接点
７、２４可動側通電軸
８ベローズ
９、２５軸受けガイド
１０スタッド
１１ナット
１２液体
１３、２１、２６溝
１４アークシールド
２２軸方向穴
２３ａ、２３ｂ側面穴

Claims

筒状の真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器の一方端に封着された固定側封着金具と、
前記固定側封着金具に固定された固定側通電軸と、
前記固定側通電軸端に固着された固定側接点と、
前記真空絶縁容器の他方端に封着された可動側封着金具と、
前記可動側封着金具の中央開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸と、
前記可動側通電軸端に固着されるとともに、前記固定側接点と接離する可動側接点と、
前記可動側通電軸の中間部に一方端が気密に固定され、他方端が前記可動側封着金具に気密に固定された伸縮自在のベローズと、
前記ベローズの大気圧側に設けられるとともに、前記可動側通電軸を軸方向に移動させるための軸受けガイドと、
前記可動側通電軸に設けられるとともに、前記接点の接離時のいずれの位置においても前記ベローズの大気圧側と前記真空絶縁容器外とを連通する複数の液体流通孔とを備え、
前記液体流通孔の両端開口部の断面積を、この液体流通孔の中間部の断面積よりも大きくしたことを特徴とする真空バルブ。
前記液体流通孔は、前記軸受けガイドに対向する前記可動側通電軸側面に設けられた溝であり、前記軸受けガイド端面から前記溝端部までの長さを、この溝の深さの二倍以上としたことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記液体流通孔は、前記可動側通電軸の軸方向に設けられた軸方向穴と、この軸方向穴に連接し半径方向に設けられた側面穴とで構成され、前記側面穴の断面積を前記軸方向穴の断面積の二倍以上としたことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記可動側通電軸を断面多角形状とした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。
前記液体流通孔を円周方向に等間隔で設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブ。