JP5238349B2

JP5238349B2 - 真空バルブ

Info

Publication number: JP5238349B2
Application number: JP2008130476A
Authority: JP
Inventors: 哲塩入; 浩資捧; 純一佐藤; 直紀浅利
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2028-05-19
Also published as: JP2009277615A

Description

本発明は、セラミックスからなる真空絶縁容器内面の絶縁耐力を向上し得る真空バルブに関する。

従来、接離自在の一対の接点を有する真空バルブには、耐熱性や絶縁耐力などに優れたセラミックスからなる筒状の真空絶縁容器が用いられている。そして、真空中の優れた絶縁耐力と耐アーク消弧性とから真空バルブの高電圧化、大容量化が図られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−９３２９３号公報（第５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。真空中においては、優れた絶縁耐力から接点間などの絶縁距離を縮小できるものの、真空絶縁容器の沿面では絶縁距離の縮小化が困難であった。真空中の沿面では、陰極が所定の電界に達すると、電子が放出され、真空絶縁容器の所定の沿面位置でトラップされる。そして、トラップされた電子が臨界に達すると二次電子が放出され、次の所定の沿面位置にトラップされる。これを繰り返して電子が陽極に達すると、絶縁破壊に到る。

このように、真空絶縁容器の沿面においては、二次電子の放出状態により、絶縁耐力が左右される。このため、更なる高電圧化を可能とするために、二次電子の放出のし難い真空絶縁容器が望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、二次電子放出のし難い真空絶縁容器を用い、高電圧化に対応可能な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、内面に凸凹部を設けたセラミックスからなる筒状の真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の一方端開口部に封着された固定側封着金具と、前記固定側封着金具に貫通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開口部に封着された可動側封着金具と、前記可動側封着金具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封着されるとともに、他方端が前記可動側封着金具に封着された伸縮自在のベローズとを備え、前記凸凹部にガラス層を点在させ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サンドブラスト処理によって微細な凸凹部を設けているので、沿面からの二次電子の放出が抑制され、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、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に係る真空絶縁容器沿面の絶縁耐力を説明する図である。

図１に示すように、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内の固定側通電軸４端に固定側接点５が固着されている。なお、真空絶縁容器１外の固定側通電軸４端には、他の電路との接続を行うネジ部４ａが設けられている。

固定側接点５と対向して可動側接点６が、可動側封着金具３の中央開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸７端に固着されている。可動側通電軸７の中間部には、伸縮自在のベローズ８の一方端が封着され、他方端が可動側封着金具３の中央開口部に封着されている。これにより、真空絶縁容器１内の真空状態を保って、可動側通電軸７を軸方向に移動させることができる。なお、真空絶縁容器１外の可動側通電軸７端には、他の電路との接続を行うネジ部７ａが設けられている。また、接点５、６を包囲するような筒状のアークシールド９が真空絶縁容器１内面中間部の突出部１ａに固定されている。

ここで、真空絶縁容器１の内面の全域には、サンドブラスト処理を施し、凸凹状の凸凹部１０を設けている。一般に、熱処理によって製作された真空絶縁容器１の内面は比較的に滑らかに仕上げられている。これを例えば砂を用いたサンドブラスト処理で凸凹状としている。即ち、封着金具２、３を封着する前の真空絶縁容器１に、サンドブラスト処理を施している。凸凹部１０の絶縁耐力を図２を参照して説明する。

図２に示すように、真空絶縁容器１の表面粗さを０．１９μｍから２７．１μｍまで変化させてインパルスフラッシオーバ電圧を求めると、表面が粗くなるほど、フラッシオーバ電圧は上昇する。そして、０．１９μｍと６．０μｍとでは約３倍の上昇がある。また、６．０μｍと２７．１μｍとでは、印加回数によるフラッシオーバ電圧の上昇が同様の傾向を示し、飽和する傾向を示している。

このような凸凹部１０によるフラッシオーバ電圧の上昇は、ミクロ的に沿面距離が増大し、二次電子の放出が抑制されるためと考えられる。そして、６〜２７μｍの粗さが真空中での二次電子の放出抑制に適している。なお、粗さ３０μｍを超えるものでは、サンドブラスト処理のサンドの粒径を大きくしたり、長時間の処理時間を要したりする。また、比較的粗い状態のものを沿面全域に形成することは作業上からみても困難であり、好ましくない。なお、ここで、３０μｍ以下を微細な粗さと称する。

これにより、フラッシオーバ電圧を大きく上昇させることができるので、真空バルブの高電圧化を可能とすることができる。なお、真空絶縁容器１の内面では、接点５、６間でのアーク拡散により、金属蒸気が付着して沿面絶縁抵抗を低下させる傾向にある。しかしながら、凸凹部１０により、この低下を補うことができ、信頼性を向上させることができる。

上記実施例１の真空バルブによれば、真空絶縁容器１内面にサンドブラスト処理によって微細な凸凹部１０を設けているので、二次電子の放出を抑制することができ、絶縁耐力を向上させることができる。

上記実施例１では、凸凹部１０を真空絶縁容器１全面に設けることで説明したが、少なくとも最初に二次電子が放出される封着金具２、３近傍の表面に設けても、フラッシオーバ電圧を向上させることができる。一般的に、陰極から陽極までの間では、二次電子が数〜数十回放出され絶縁破壊に到る。このため、陰極からの電子が到達し、最初に二次電子となって放出される部分の二次電子の放出を抑制すれば、絶縁耐力を向上させることができる。具体的には、封着金具２、３近傍であって、沿面距離の１０％程度が最初に二次電子が放出される部分となる。ここで、最初に二次電子となって放出される部分を陰極からの電子到達領域と定義する。

次に、本発明の実施例２に係る真空バルブを図３、４を参照して説明する。図３、４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、真空絶縁容器の内面にガラス層を点在させたことである。図３、４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。

先ず、溶解させる方法を図３を参照して説明する。

図３に示すように、真空絶縁容器１の内面には、凸凹部１０の山部や谷部に二酸化ケイ素を主成分とするガラス層１１を点在させている。凸凹部１０の全域にガラス層１１を設けるものではない。

この製造方法を説明する。真空絶縁容器１のサンドブラスト処理において、サンドに二酸化ケイ素を主成分とするガラスビーズを用いる。表面を凸凹状とした後、異物や塵埃を取り除き、熱処理を行う。サンドブラスト処理時には、ガラスビーズが破砕して山部や谷部などに残存する。これを融点以上で熱処理を行って溶解させ、点在するガラス層１１とするものである。二酸化ケイ素にＮａ、Ｍｇなどを混合させたものでは、約６００℃以上の熱処理を行えばよい。

次に、残存させる方法を図４を参照して説明する。

図４に示すように、真空絶縁容器１の内面には、凸凹部１０の谷部に二酸化ケイ素を主成分とする釉薬によるガラス層１２を点在させている。凸凹部１０の全域にガラス層１２を設けるものではない。

この製造方法を説明する。製作した真空絶縁容器１の内面に二酸化ケイ素を含有する釉薬処理を施し、これをサンドブラスト処理する。釉薬の全面をサンドブラスト処理で除去するものではなく、サンドが当たってない部分が山部となり、ガラス層１２として残存させるものである。サンドは、砂やガラスビーズなどを用いる。

これらにより、真空絶縁容器１内面には、ガラス層１１、１２がランダムに点在するので、沿面からの二次電子の放出を抑制することができる。セラミックスと二酸化ケイ素との二次電子放出係数を比較すると、二酸化ケイ素の方が格段に小さく、フラッシオーバ電圧を向上させることができる。

上記実施例２の真空バルブによれば、実施例１による効果のほかに、セラミックスよりも二次電子放出係数の小さいガラス層１１、１２を点在させて設けているので、真空絶縁容器１内面の絶縁耐力を更に向上させることができる。

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に係る真空絶縁容器沿面の絶縁耐力を説明する図。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断面図。

符号の説明

１真空絶縁容器
１ａ突出部
２固定側封着金具
３可動側封着金具
４固定側通電軸
４ａ、７ａネジ部
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凸凹部
１１、１２ガラス層

Claims

内面に凸凹部を設けたセラミックスからなる筒状の真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器の一方端開口部に封着された固定側封着金具と、
前記固定側封着金具に貫通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開口部に封着された可動側封着金具と、
前記可動側封着金具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封着されるとともに、他方端が前記可動側封着金具に封着された伸縮自在のベローズとを備え、
前記凸凹部にガラス層を点在させたことを特徴とする真空バルブ。