JP5255416B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

この発明は真空バルブに関し、特にその端板およびその周囲の構造に関する。

従来の真空バルブにおいては、図８に示すような概略断面構造からなるものが開示されている。真空バルブは、アルミナセラミックス等で形成された円筒状の絶縁容器１および絶縁容器１の両端に気密に接合されて内部を真空封止する端板組立体２および端板組立体３を有する真空容器４と、真空容器４内に固定側電極棒５および可動側電極棒６によって接離可能に支持された一対の固定電極７および可動電極８とを備えている。固定電極７側の端板組立体２は、固定側電極棒５を介して固定電極７に固定側ブロック９によって接合された端板１０と、絶縁容器１の開口端部１１に接合されて端板１０に連結部１２で連結された端部金具１３とを備えている。端部金具１３は端板１０よりも薄い金属板でできていて、絶縁容器１ に不都合に大きな機械的応力が掛からないようにしてある。図示の例では端板１０は固定側電極棒５ にロウ付けされている。

端板１０は中央に開口を形成する内端部１４を持ち、断面形が図に示すような段部１５を持つ、全体としてほぼ円板状あるいは円環状の部材である。端板１０は固定側電極棒５に固着された内端部１４から絶縁容器１に向かって延びていて、端部金具１３に接合されて連結された連結部１６を持っている。図示の例では連結部１６は段部１５に形成されている。

端部金具１３は、外端部１７で絶縁容器１の開口端部１１上に形成された約２０μmの厚みのＭｏ−Ｍｎからなるメタライズ層１８にロウ付けにより接合されて接合部１９を形成する第１脚部２０と、端板１０に銀ロウ材によるロウ付けで連結されて連結部２１を構成する折曲部２２と、折曲部２２から絶縁容器１の接合部１９を離間して覆うようにその近傍にまで延長された第２脚部２３とを備えたほぼＵ字型断面の環状部材である。

この第２脚部２３は、端部金具１３の一部が連結部２１を越えて、絶縁容器１と端部金具１３との間の接合部１９近傍にまで延長された部分と言うことができ、この構成によりメタライズ層１８と同電位の端部金具１３がメタライズ層１８のすぐ内側に存在することとなり、電界集中を起こしやすい絶縁容器１ の接合部１９のメタライズ層１８の周囲の電界緩和機能を持つシールド部分２４が得られる。この例では第２脚部２３（ 絶縁容器１に接合されていない脚部）は絶縁容器１の内側にある。可動電極８側の端板組立体３も固定電極７側の端板組立体２とほぼ同様の構成を持ち、可動電極棒６にベローズ２５を介して気密に接合された端板２６と、絶縁容器１の開口端部１１にメタライズ層１８に接合されて端板２６に連結部２７で連結された端部金具２８とを備えている。ここでは相違する点だけを説明する。即ち、端板２６は、薄いステンレスで蛇腹状に製作されて気密を保ちながら可動側電極棒６が動くことを可能にしているベローズ２５により可動側電極棒６に接続されている。

また、ベローズ２５には絶縁容器１の内面及びベローズ２５を覆って絶縁容器１ の内面及びベローズ２５がアークにより発生する金属蒸気で汚染されるのを防ぐシールド２９が設けられている。更に、端板２６は可動側電極棒６を軸方向摺動ができるように支持する樹脂ガイド３０に取付板３１を介して取り付けられている。絶縁容器１の内周面には、固定電極７および可動電極８を囲んでシールド３２が設けられていて、絶縁容器１の内周面を覆って絶縁容器１の内周面がアークにより発生する金属蒸気で汚染されるのを防ぐようにしてある。

このように構成された従来の真空バルブでは、固定側の端板１０の周縁部が固定側ブロック９の方向に折り曲げられ段部１５が形成されている。端部金具１３とのロウ付けは連結部１２で行われる。端部金属１３は絶縁容器１の開口端部に形成されたメタライズ層１８においてロウ付けされる。メタライズ層１８は厚さが薄く両端がシャープなエッジになるため電界集中が生じ耐電圧性能を低下させることになる。このため、端部金具１３に第２脚部２３を設け電界緩和を図っている。また、固定側の端板１０の周縁部が固定側ブロック９の方向に折り曲げられているのは、端部金具１３の軸中心に対する位置決めのためである。

特開２００４−３６２９１８号公報

上述した従来技術において、端板１０部分の機械的強度を向上させるために、端板１０の板厚は端部金具１３の板厚に比べて厚く構成している。一方、端部金具１３はロウ付け時にセラミックと端部金具１３の線膨張係数の差によって発生する応力を逃がすために薄い板厚に構成している。しかし、近年の真空バルブの大容量化、高耐圧化のために、セラミックの径は大きくなり、開極距離も増大の傾向にある。このため、真空バルブの端板１０部分に加わる応力は増大している。また、短絡遮断容量も増大傾向にあり、短絡電流による真空バルブに加わる電磁力も増大している。

そこで、大容量の真空バルブでは端板１０の板厚を従来より厚く例えば３mmとか４mmという厚さにして機械的な強度を増す必要がある。端板１０は量産時の低コスト化のため、プレス加工で製造するのが一般的である。しかし、厚い板をプレス加工する場合、曲げ半径が小さいと加工時に亀裂が生じ、このような亀裂が生じた端板１０を使用して真空バルブを構成するとその亀裂部から空気が真空バルブ内に入ってしまう危険性があるので、亀裂が生じないように曲げ半径は適度に大きく取る必要がある。そうすると、端部金具１３も大きく、かつ長くなり、ロウ付け面積が増すためロウ材の使用量も増加する。この結果、真空バルブの更なる大型化とコストのロスが発生する。これを避けるために、端板１０を曲げ加工しない平板とした場合は、端部金具１３の軸中心の位置決めのための冶具をセットしてロウ付けする必要があり、冶具製造の手間がかかる。また、冶具のためのスペースが増えるため、ロウ付け１ロットあたりの投入本数が減ってしまうという課題があった。

この発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、端板を周縁部に曲げのない平板状構造とし、容易に位置決めを行うことができる真空バルブを提供することを目的とする。

この発明は、円筒状の絶縁容器内に固定側電極棒および可動側電極棒によって接離可能に支持された一対の固定電極および可動電極を備えた真空バルブにおいて、内周側が固定側電極棒に固着され、外周側が絶縁容器の端部近傍に延在する平板状の端板と、端板と絶縁容器の端部との間に配置され、前記端板に連結される連結部と、前記連結部の外側で前記絶縁容器側に折曲されて前記絶縁容器の端部に固着される外周部と、前記連結部の内側で前記絶縁容器側に折曲された中間部と、前記中間部から前記固定側電極棒に折曲されて前記固定側電極棒と接して軸中心の位置決め部を構成する内周部とから構成されたフランジを設けたものである。

この発明の真空バルブによれば、端板は周縁部に曲げのない平板状構造とし、端板とフランジの連結部との結合強度を高めることができるとともに、フランジの内周部が固定側電極棒に接することにより容易に位置決めを行うことができる。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１において、１は絶縁容器、５は固定側電極棒、６は可動側電極棒、７は固定電極、８は可動電極、１８はメタライズ層、２５はベローズ、２８は端部金具、２９はシールド、３２はシールドであり、上述した従来技術の構成と同様である。３３は入力端子部であり、図示しない入力端子と接続される。３４は内周側３４ａが固定側電極棒５に例えばロウ付けにより固着され、外周側３４ｂが絶縁容器１の端部近傍、すなわち、絶縁容器１の開口端に設けられたメタライズ層１８の上方の位置に延在する平板状の端板であり、周縁部に上述した従来技術のような曲げ構造ではなく、強度確保のため厚さを例えば３mmもしくは４mmとしている。３５は端板３４と絶縁容器１の端部との間に配置され、内周部３６は固定側電極棒５が貫通されて軸中心の位置決め部を構成し、外周部３７は絶縁容器１の端部、すなわち、絶縁容器１の開口端に設けられたメタライズ層１８に例えばロウ付けにより固着され、内周部３６と外周部３７との間に端板３４側に突出し端板３４と例えばロウ付けにより固着されて連結される連結部３８を有するフランジである。

図１はフランジ３５の一例として、端板３４に連結される連結部３８の外側の第１折曲部３９で絶縁容器１の端部側に折曲されて絶縁容器１の端部のメタライズ層１８にロウ付けにより固着される外周部３７と、連結部３８の内側の第２折曲部４０で絶縁容器１の内方側に折曲された中間部４１と、この中間部４１から第３折曲部４２で固定側電極棒５に折曲されて固定側電極棒５と接して軸中心の位置決め部を構成する内周部３６とから構成された場合を示している。

次に動作について説明する。端板３４を曲げのない平板状としたことにより、上述した従来技術のように亀裂が生じて真空漏れを起こすことはなくなる。そして、端板３４とフランジ３５の連結部３８との接触面積を適切に取ることによりロウ付け強度を確保することができる。また、フランジ３５の中間部４１と内周部３６との第３折曲部４２を絶縁容器１の端部の内方側に位置させたことにより、その中間部４１によって絶縁容器１の開口端に設けられたメタライズ層１８を覆うことができ、メタライズ層１８の電界緩和を図ることができる。その結果として、絶縁容器１の沿面長や直径を絶縁性能のために大形化する必要がなくなる。

さらに、フランジ３５の内周部３６はロウ付けすることなく固定側電極棒５に接するだけで軸中心の位置決め行うことができるので、上述した従来技術のような位置決め冶具を不必要とすることができる。すなわち、固定側電極棒５にフランジ３５の内周部３６を嵌め込んだ際、フランジ３５の内周部３６が固定側電極棒５に接しているためフランジ３５が左右に振れることがないので、位置決め冶具を使用することなくフランジ３５の位置決めを行うことができる。

また、位置決め部を構成するフランジ３５の内周部３６を端板３４と固定側電極棒５とのロウ付け部から離間して配置したことにより、真空封止位置とは関係が無くなるので、ロウ材が位置決め部を構成するフランジ３５の内周部３６に浸透することがない。したがって、フランジ３５の内周部３６は平面度を精密に加工する必要がなく、加工費の低減を図ることができる。

ところで、図１に示す真空バルブは２段階のロウ付け工程にて製造される。１次ロウ付けにおける固定側の構造を図２に示す。図２に示すように、固定側のロウ付けにおいては端板３４を下側にした配置としている。この配置にすることにより、フランジ３５は端板３４の上に載置するだけでよく、位置決め部を構成するフランジ３５の内周部３６が固定側電極棒５に接するため、軸中心の位置決めが為され横ずれもない状態となる。このようにすることは端板３４を上側にすると、端板３４とフランジ３５は未だロウ付けされていないので、また位置決め部を構成するフランジ３５の内周部３６と固定側電極棒５はロウ付けしないのでフランジ３５が落ちないように支持する冶具が必要となるからである。そして、端板３４とフランジ３５の連結部３８とのロウ付けは例えば図２に示すように第２折曲部４０近傍にロウ材４３を環状に置いてからロウ付けを行う。なお、固定電極７はフランジ３５を設置した後に固定側電極棒５の上に設置される。

さらに、図３は図２におけるフランジ３５を上方向から見た平面図であり、図３に示すように中央部に固定側電極棒５が貫通し軸中心の位置決め用の中心穴４４が形成され、固定側電極棒５の径に合されている。また、フランジ３５の内周部３６にロウ付け確認用の穴４５が複数形成されている。これら穴４５はロウ材４３の位置を確認するとともにロウ付け後のロウ回りの確認ためのものであり、穴４５から斜めに覗き込んでロウ材４３の位置を確認するとともにロウ付け後のロウ回りの確認を行う。なお、穴４５は円形の場合を示しているが、これに限定されるものではなく、楕円形、扇形等々に適宜選定して形成してもよい。

また、１次ロウ付けとしては他に可動側のロウ付けがあるが上述した従来技術のロウ付けと同様であるので説明は省略する。続いて、２次ロウ付けとして上述した従来技術と同様の工程にて最終的に図１に示すような真空バルブが組み立てられる。

この発明の実施の形態１は以上のように構成したことにより、平板状の端板３４の厚みを増してもフランジ３５を大形化する必要がなく、かつフランジ３５の内周部３６が固定側電極棒５に接することにより軸中心の位置決めを位置決め冶具を使用することなく容易に行うことができる。

また、フランジ３５の中間部４１と内周部３６との第３折曲部４２を絶縁容器１の端部の開口端より内方側に位置させたことにより、絶縁容器１の端部の開口端に設けたメタライズ層１８の電界緩和を図ることができ、絶縁容器１の沿面耐圧が向上する。この結果、真空バルブの小型化が図れるとともに、信頼性が向上し、ロウ付けの効率化も図れる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図４に基づいて説明する。図４から明らかなように、フランジ３５の中間部４１と内周部３６との第３折曲部４２が絶縁容器１の端部の開口端より外方に位置するようにしたものである。すなわち、絶縁容器１の開口端に設けたメタライズ層１８を覆わない構造としたものである。各部のロウ付け方法としては上述した実施の形態１と同様に行われる。

この発明の実施の形態２の構造は、絶縁容器１の開口端に設けたメタライズ層１８の電界緩和を考慮しなくても絶縁容器１の沿面耐圧ができる場合に有効なものである。この場合も上述した実施の形態１と同様に、平板状の端板３４の厚みを増してもフランジ３５を大形化する必要がなく、かつフランジ３５の内周部３６が固定側電極棒５に接することにより軸中心の位置決めを位置決め冶具を使用することなく容易に行うことができる。さらに、フランジ３５の大きさを上述した実施の形態１よりも小さく構成できるので、真空バルブの小型化をより一層進めることができるとともに、信頼性が向上し、ロウ付けの効率化も図れる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図５に基づいて説明する。図５は図１におけるフランジ３５の中間部４１を２分割、すなわち、第１中間部４１ａと第２中間部４１ｂとして構成したものである。上述した実施の形態１におけるフランジ３５は一体構造であり、複雑な曲げ加工により形成する必要がありコスト高となるが、この実施の形態３においてはるフランジ３５の中間部４１を２分割したことにより、複雑な曲げ加工も容易に行うことができ、コスト低減を図ることができる。

この実施の形態３においても、フランジ３５の第２中間部４１ｂと内周部３６との第３折曲部４２を絶縁容器１の端部の内方側に位置させており、その中間部４１ｂによって絶縁容器１の開口端に設けられたメタライズ層１８を覆うことができ、メタライズ層１８の電界緩和を図ることができる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４を図６に基づいて説明する。図６から明らかなように、上述した実施の形態３におけるフランジ３５の内周部３６を第４折曲部４６と第５折曲部４７による曲げ加工を行うことにより、内周部３６を上述した実施の形態３より上方側に位置させたものである。なお、この実施の形態４においては固定側電極棒５に接するフランジ３５の内周部３６にロウ付け４８が施されている。

この実施の形態４においても、上述した実施の形態３と同様の効果を奏する。また、フランジ３５の内周部３６を上述した実施の形態３より上方側に位置させたことにより沿面距離が増えるので、メタライズ層１８の電界緩和をさらに向上させることができるとともに、軸中心の位置決め部を構成するフランジ３５の内周部３６と固定側電極棒５部にロウ付け４８を施したことにより、真空性をさらに高めることができる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５を図７に基づいて説明する。図７は固定側ブロック４９を設けた真空バルブの構造を示す。通電容量が大きい場合には、固定側ブロック４９の径を大きくして接触面積を確保する必要がある。しかし、上述した従来技術においては端板１０の段部１５により大きな径の固定側ブロック９は設置できなかったので、真空バルブは大型化する傾向にあった。

この実施の形態５においては、端板３４は平板状で構成されており、固定側ブロック４９の径を大きくして接触面積を確保することができるので、真空バルブの小型化が可能となる。

また、固定側ブロック４９は上述した各実施の形態にも適用可能であり、同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１を示す概略断面図である。 この発明の実施の形態１における固定側のロウ付け状態を示す要部断面図である。 この発明の実施の形態１におけるフランジを示す平面図である。 この発明の実施の形態２を示す概略断面図である。 この発明の実施の形態３を示す概略断面図である。 この発明の実施の形態４を示す概略断面図である。 この発明の実施の形態５を示す概略断面図である。 従来技術を示す概略断面図である。

符号の説明

１：絶縁容器、５：固定側電極棒、６：可動側電極棒、７：固定電極、８：可動電極、３４：端板、３４ａ：内周側、３４ｂ：外周側、３５：フランジ、３６：内周部、３７：外周部、３８：連結部、４１：中間部、４５：穴。

Claims (5)

1. 円筒状の絶縁容器内に固定側電極棒および可動側電極棒によって接離可能に支持された一対の固定電極および可動電極を備えた真空バルブにおいて、内周側が前記固定側電極棒に固着され、外周側が前記絶縁容器の端部近傍に延在する平板状の端板と、前記端板と前記絶縁容器の端部との間に配置され、前記端板に連結される連結部と、前記連結部の外側で前記絶縁容器側に折曲されて前記絶縁容器の端部に固着される外周部と、前記連結部の内側で前記絶縁容器側に折曲された中間部と、前記中間部から前記固定側電極棒に折曲されて前記固定側電極棒と接して軸中心の位置決め部を構成する内周部とから構成されたフランジを設けたことを特徴とする真空バルブ。
2. 前記フランジの前記中間部と前記内周部との折曲部は前記絶縁容器の端部より内方側に位置する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
3. 前記フランジの前記中間部と前記内周部との折曲部は前記絶縁容器の端部より外方側に位置する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
4. 前記フランジの前記連結部側と位置決め部を構成する前記内周部側とを分離した構成としそれらを結合したことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
5. 前記フランジの前記内周部に前記端板と前記フランジの前記連結部の結合状態を確認するための穴を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブ。

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