JP5139214B2

JP5139214B2 - 真空バルブ

Info

Publication number: JP5139214B2
Application number: JP2008239049A
Authority: JP
Inventors: 純一佐藤; 彰石井; 哲塩入; 直紀浅利; 修阪口; 治多賀谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-09-18
Filing date: 2008-09-18
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2028-09-18
Also published as: JP2010073459A

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、特に真空中の沿面絶縁耐力を向上し得る真空バルブに関する。

従来、真空絶縁容器内に接離自在の一対の接点を収納した真空バルブは、真空が持つ優れた絶縁耐力やアーク消弧性などにより外形形状の小型化が図られている。真空絶縁容器には、機械的特性や絶縁抵抗などの電気的特性の優れたアルミナ磁器などのセラミックスが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−３１９１５１号公報（第３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。真空絶縁容器の抵抗率が温度２５℃で約１０^１５Ω・ｃｍと高く、優れた絶縁抵抗を示すものの、接点などの電界強度が高くなる部位から放出される電子がトラップされ、帯電を起こすことがある。

帯電は電界強度の高い局所で起き易く、真空バルブ内の電界分布を乱し、絶縁耐力の低下を招く。特に、真空絶縁容器内面においては、沿面絶縁耐力が低下し、貫通破壊を起こすこともある。このため、運転に影響を及ぼさない所定の抵抗値を保つとともに、電界強度の高い部分において抵抗率を制御し、帯電を起こし難いものが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、帯電し難い真空絶縁容器を用いた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、セラミックスからなる真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の両端開口部にそれぞれ封着された封着金具と、前記真空絶縁容器内に収納された接離自在の一対の接点と、前記真空絶縁容器の内面に設けられた前記セラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層とを備え、前記抵抗層は、真空バルブを構成するアークシールド端と対向し、電界強度が上昇する部分の膜厚が厚いとともに、炭化水素あるいは炭素の同素体からなる非晶質で構成したことを特徴とする。

本発明によれば、真空絶縁容器の内面に、セラミックスよりも小さい抵抗率を持つ第１の抵抗層を設けるとともに、電界強度の高い部分には更に抵抗率が下がるように膜厚の厚い第２の抵抗層を設けているので、帯電現象が起こり難く、真空中の沿面絶縁耐力を向上させることができる。

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である。

図１に示すように、アルミナ磁器などのセラミックスからなる筒状の真空絶縁容器１の両端開口部には、固定側封着金具２と可動側封着金具３とが封着されている。固定側封着金具２には、固定側通電軸４が貫通固定され、真空絶縁容器１内の端部に固定側接点５が固着されている。

固定側接点５に対向して接離自在の可動側接点６が、可動側封着金具３の開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸７の端部に固着されている。可動側通電軸７の中間部と可動側封着金具３間には、伸縮自在の筒状のベローズ８の両端が封着されている。これにより、真空絶縁容器１内の真空を保ちながら、可動側通電軸７を軸方向に移動させることができる。また、両接点５、６を包囲するように、筒状のアークシールド９が真空絶縁容器１の中間部に固定されている。

真空絶縁容器１内面には、炭化水素、あるいは炭素の同素体からなる非晶質（アモルファス）の第１の抵抗層１０が、固定側封着金具２から可動側封着金具３までの全域に設けられている。第１の抵抗層１０の厚さは、数１０ｎｍ〜数μｍである。また、軸方向と直交してアークシールド９端部と対向する部分には、第１の抵抗層よりも膜厚の厚い第２の抵抗層１１が設けられている。

これらの抵抗層１０、１１は、所謂、ダイヤモンドライクカーボンで構成されており、例えば、アセチレンなどの炭化水素ガスをプラズマ化し、真空絶縁容器１内面に炭化水素を蒸着するプラズマＣＶＤ法により設けることができる。そして、蒸着後、熱処理する温度を制御することにより、抵抗率を１０^８〜１０^１４Ω・ｃｍに変化させることができる。熱処理の温度を高温にすれば、ランダムに配列している炭素原子が規則的な配列となり、抵抗率が低下する。

第２の抵抗層１１は、第１の抵抗層１０を形成後、当該部分だけに炭化水素を再蒸着することにより設けることができる。膜厚を厚くすると、厚さに比例して抵抗率が低下し、第１の抵抗層１０よりも低下する。第２の抵抗層１１の膜厚は、作業性を考慮して第１の抵抗層１０の２倍程度が好ましい。

これにより、真空絶縁容器１内面においては、約１０^１５Ω・ｃｍと高抵抗のセラミックスよりも小さい抵抗率に制御することができる。更に、第２の抵抗層１１部分では、最も抵抗率を小さくすることができる。このため、アークシールド９端部と対向する部分では、電界強度が最も高く、帯電を起こし易い部分となるが、抵抗率が他の部分よりも小さいので、トラップされようとする電荷は短時間で第１の抵抗層１０側へ拡散し移動する。

第２の抵抗層１１部分から移動した電荷は、第１の抵抗層１０を介して固定側封着金具２側や可動側封着金具３側に短時間で移動する。即ち、帯電し難いものとなる。

ここで、アークシールド９を真空バルブを構成する金属部材と定義する。また、第１の抵抗層１０と第２の抵抗層１１とは、同様の材料から形成されているので、第２の抵抗層１１を単に膜厚が最も厚い抵抗層と言う。なお、第１の抵抗層１０が１０^８Ω・ｃｍ未満では漏れ電流が増加し、また、１０^１４Ω・ｃｍ超過では短時間で電荷を移動させることが困難となるため好ましくない。

上記実施例１の真空バルブによれば、真空絶縁容器１の内面に、セラミックスよりも小さい抵抗率を持つ第１の抵抗層１０を設けるとともに、アークシールド９端部と対向する部分に第１の抵抗層１０よりも膜厚の厚い第２の抵抗層を設け抵抗率を更に下げているので、トラップされようとする電荷は短時間で拡散して封着金具２、３側へ移動し、帯電が起こり難くなり、真空中の沿面絶縁耐力を向上させることができる。

上記実施例１では、第１の抵抗層１０と第２の抵抗層１１とを炭素の同素体からなる非晶質の硬質膜で説明したが、酸化銅などを蒸着させた金属酸化層や、二酸化珪素に酸化マグネシウムや酸化ナトリウムなどの酸化物を添加した酸化ガラス層を設けても、セラミックスよりも小さい抵抗率となり帯電現象を抑制することができる。

次に、本発明の実施例２に係る真空バルブを図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、真空バルブに外部電界緩和シールドを設けたことである。図２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２に示すように、固定側封着金具２の外周には、真空絶縁容器１との封着部分の電界緩和のため、外部電界緩和シールド１２を設けている。また、軸方向と直交して外部電界緩和シールド１２端部と対向する真空絶縁容器１内面には、第２の絶縁層１１と同様の膜厚を持った第３の絶縁層１３を設けている。

これにより、外部電界緩和シールド１２端部と対向する真空絶縁容器１の部分も電界強度が上昇して帯電をし易くなるが、第３の絶縁層１３により短時間で電荷を固定側封着金具２へ移動させることができる。なお、可動側においても、固定側と同様である。

ここで、外部電界緩和シールド１２を真空バルブを構成する金属部材と定義する。外部電界緩和シールド１２は、真空絶縁容器１の外周をエポキシ樹脂などでモールドするモールド真空バルブにおいて、モールド部分を電界緩和するために有効なものとなる。

次に、本発明の実施例３に係る真空バルブを図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、抵抗層の膜厚を連続的に変化させたことである。図３において、実施例２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、真空絶縁容器１内面には、アークシールド９中間部と対向する部分から固定側封着金具２までの膜厚が連続的に変化する第４の抵抗層１４を設けている。即ち、真空絶縁容器１の中間部では最も薄く、電界強度が高い部分では最大電界部分が最も厚くなるように段々と厚くなっている。図３では、３段階で厚くしている。なお、可動側においても、固定側と同様である。

これにより、最大電界部分の抵抗率が最も小さくなり、トラップされようとする電荷を、より短時間でスムースに拡散させ、固定側封着金具２に移動させることができる。アークシールド９端部などとともに、真空絶縁容器１端部と固定側封着金具２との封着部近傍はメタライズ層などを設けてろう付けされ、電界強度が上昇し易いが、電荷を短時間で移動させることができる。

ここで、メタライズ層やろう付け部を真空バルブを構成する金属部材と定義する。また、固定側封着金具２側に設けた連続的に変化する第４の抵抗層１４は、真空絶縁容器１端を境としてこの金属部材と対向する位置にある。

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２に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図。本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図。

符号の説明

１真空絶縁容器
２固定側封着金具
３可動側封着金具
４固定側通電軸
５固定側接点
６可動側接点
７可動側通電軸
８ベローズ
９アークシールド
１０第１の抵抗層
１１第２の抵抗層
１２外部電界緩和シールド
１３第３の抵抗層
１４第４の抵抗層

Claims

セラミックスからなる真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器の両端開口部にそれぞれ封着された封着金具と、
前記真空絶縁容器内に収納された接離自在の一対の接点と、
前記真空絶縁容器の内面に設けられた前記セラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層とを備え、
前記抵抗層は、真空バルブを構成するアークシールド端と対向し、電界強度が上昇する部分の膜厚が厚いとともに、炭化水素あるいは炭素の同素体からなる非晶質で構成したことを特徴とする真空バルブ。