JP5337587B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

この発明は、真空バルブの絶縁容器の構造に関するものである。

図５は従来の真空バルブの断面図である。従来の真空バルブ容器は、円筒形のアルミナセラミックスなどからなる絶縁容器１の各端面に固定側端板２と可動側端板３がろう付等により、絶縁容器１と同軸に取り付けられている。
各端板２、３は、深皿状をしていて、中心に電極棒を通す穴を開けている。
端板２、３と絶縁容器１の接合は主に銀系のろう材を使用して行なわれており、固定側端板２には固定側電極棒４が、可動側端板３にはベローズ６を介して可動側電極棒５がろう付接合されている。
このような真空バルブの接合過程において、絶縁容器１と端板２、３の接合部では、ろう付け温度から室温への冷却時に端板と絶縁容器１の熱膨張係数の違いによる応力が発生する。
この応力を緩和するために絶縁容器１の端部には薄いメタライズ層１ａが形成されている。
しかし、メタライズ層１ａは極めて薄く、厚さに比して幅のある一直線でシャープな形状であるため、真空バルブに電圧が印加された場合に他の部位と比べて、その端部の電界が高くなり、絶縁容器の沿面を介しての電圧の閃絡が発生しやすい部位となっている。
そこで、この部位の電界を緩和するために例えば特許文献１に示すようなシールドリングを使用して耐電圧性能を向上させたり、特許文献２のように絶縁容器に段部を設けるという手法が用いられている。

特開２００４−３６２９１８ 図１ 実開昭６４−９３３５ Ｐ４ Ｐ５

しかし、特許文献１のような構成では部品点数の増加や組み立て工程の増加により装置が高価になるという欠点があった。
また、特許文献２のように、溝の底にだけメタライズ層を設けるという方法ではメタライズ層端部の電界緩和効果が不十分であるという問題があった。

この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、部品点数を増やすことなくメタライズ層のエッジ部の電界を緩和し、耐電圧性能を向上させることを目的としており、さらに、安価な真空バルブ構造を提供することを目的とするものである。

この発明に係る真空バルブは、
円筒状の絶縁容器と、
この絶縁容器の両端部に気密に接合されて絶縁容器の内部を真空に封止する端板を有する真空容器と、
この真空容器内に離接可能に設けられた一対の電極とを備えた真空バルブにおいて、
端板と絶縁容器端部の接合部の内側又は外側に、接合部に沿って絶縁容器端部に溝部と、
溝部の片側の縁であって、接合部と反対側の縁上に、溝部に沿って絶縁容器の軸方向に、絶縁容器端部から突出する突起部とを設け、
絶縁容器端部の接合部及び溝部の表面及び突起部の溝部側の側面のうちの、絶縁容器の端部より高い位置まで連続的に形成したメタライズ層を設けたことを特徴とするものである。

この発明に係る真空バルブは、
端板と絶縁容器端部の接合部の内側又は外側に、接合部に沿って絶縁容器端部に溝部と、
溝部の片側の縁であって、接合部と反対側の縁上に、溝部に沿って絶縁容器の軸方向に、絶縁容器端部から突出する突起部とを設け、
絶縁容器端部の接合部及び溝部の表面及び突起部の溝部側の側面のうちの、絶縁容器の端部より高い位置まで連続的に形成したメタライズ層を設けたことを特徴とするものなので、部品点数を増やすことなくメタライズ層のエッジ部の電界を緩和し、耐電圧性能の高い、安価な真空バルブを提供できる。

この発明の実施の形態１による真空バルブの断面図である。 この発明の実施の形態１による真空バルブの断面図の要部拡大図である。 この発明の実施の形態１の変形例による真空バルブの断面図の要部拡大図である。 この発明の実施の形態２による真空バルブの断面図の要部拡大図である。 従来の真空バルブの構造を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による真空バルブ１００の断面図である。
図に示すように、アルミナセラミックスなどからなる円筒形の絶縁容器１の一端部に金属製の固定側端板２を、他端部には金属製の可動側端板３を接合してある。
これら固定側端板２及び可動側端板３はそれぞれ絶縁容器１の両端部にメタライズ層１ａを介してろう材１５により同軸上に取り付けられている。このろう材１５としては主として銀系の複合材を使用している。
メタライズ層１ａは、セラミックスと金属を接合する場合における膨張係数の違いによる冷却時の応力を緩和するために設けている。
固定側端板２には固定側電極棒４が、可動側端板３にはベローズ６を介して可動側電極棒５がろう付接合されている。
固定側電極７、可動側電極８はそれぞれ固定側電極棒４と可動側電極棒５にろう付接合されて互いに対向して配置されている。

ベローズ６は、薄いステンレスで蛇腹状に製作されており、絶縁容器１内部の真空気密を保ちながら可動側電極棒５が動作することを可能にしている。
シールド９、ベローズシールド１０は、絶縁容器１の内面及びベローズ６を覆うように配設され、絶縁容器１の内面及びベローズ６が接点間のアークにより発生する金属蒸気で汚染されるのを防いでいる。

可動側端板３の可動側電極棒５が貫通する穴の周囲、外側にはガイド取り付け板１１を取り付けてある。
そして、このガイド取り付け板１１には、可動側電極棒５の移動を案内する樹脂ガイド１２がネジなどによって取り付けられている。
固定側端板２及び固定側電極棒４は真空バルブ１００の内側を気密に保つようろう付け溶接されて固定側ブロック１３に固定されている。
図２は、この真空バルブ１００の要部を拡大した断面図である。
図２に示すように絶縁容器１の固定側端板２と絶縁容器１は、メタライズ層１ａを介してろう材１５にてろう付け接合されていて、絶縁容器１の端部と固定側端板２との接合部１６の内側には溝部１ｂが環状に設けられている。
溝部１ｂの断面はＵ字状である。溝部の断面がコ字形状の場合、製作時に角部が欠けやすくなり、また角部の電界が高くなるが、これを断面Ｕ字状にすると製作時の角部の欠け防止と角部の電界緩和ができる効果がある。

メタライズ層１ａが、セラミックス製の絶縁容器１の端面からこの溝部１ｂに連続的に形成されることによりメタライズ層１ａの溝部１ｂ内の端部が周囲に晒されなくなる。
また、溝部１ｂの形状と表面積の増加によりメタライズ層１ａの絶縁容器１内側角部の電界集中部の電界緩和が可能となる。
また、メタライズ層１ａの真空バルブ１００の外周側端部のエッジも電界集中する部位となるが、溝部１ｂのメタライズ層の形状によりこの部位の電界緩和も可能となり、従来必要であった電界緩和リング（図５、符号１４に相当）が不要となる。
図３は実施の形態１の変形例の要部を拡大した断面図である。
電界緩和を更に促進するためには溝部１ｂの縁に図３に示すような突起部１ｃを設け、この突起部１ｃに施すメタライズ層の範囲を絶縁容器１の端部より高い位置まで施すことが好ましい。

また、真空バルブ１００に高電圧が印加された場合にセラミックス製の絶縁容器１の内面においてはメタライズされた部分からシールド９を介して閃絡するという事象が発生する場合があるが、図３、１ａより突起部１ｃの高さ（「高さ」とは各図に示す真空バルブ１を各図面の上側を上にして垂直に立てた場合の高さをいう）を高く形成することにより、起点となるメタライズ層１ａの端部を、突起部１ｃによるバリア効果により保護することで閃絡を起こり難くすることが可能となる。
また、突起部１ｃを絶縁容器１の端部から突出させることにより、セラミックスの内側の沿面距離を伸ばすことができるため耐電圧性能を向上させることが可能となる。

また、接点電流を多数回遮断すると接点部から発生する金属蒸気が発生し、絶縁容器１の内面の耐電圧性能が低下するが、突起部１ｃの高さを高くすることにより、突起部１ｃの溝部１ｂ側の側面を電極の接点部から影になるように保護できる。
これにより金属蒸気が付きにくく、電流を多数回遮断したときの耐電圧性能も向上させることが可能である。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２による真空バルブ１０１を図に基づいて説明する。
図４はこの発明の実施の形態２による真空バルブ１０１の要部拡大断面図である。
固定側端板２と絶縁容器１がメタライズ層１０１ａを介してろう材１５にてろう付け接合されるが、絶縁容器１のろう付け接合部の外側に溝部１０１ｂが環状に設けられている。

メタライズ層１０１ａがセラミックス製の絶縁容器１の端面からこの溝部１０１ｂに連続的に形成されることによりメタライズ層１０１ａ外周部の端部が周囲に晒されなくなり、また、溝部１０１ｂの形状によりメタライズ層１０１ａの外側の角部の電界集中部の電界緩和が可能となり、大気中におけるメタライズ層１０１ａ付近でのコロナ放電の軽減にも効果がある。また、メタライズ層１０１ａの内周側端部のエッジも電界集中する部位となるが、溝部１０１ｂのメタライズ層の形状によりこの部位の電界緩和も可能となる。また、真空バルブ１０１に高電圧が印加された場合にセラミックス外側においてはメタライズされた部分を起点としてセラミックス外沿面で閃絡が発生する事象があるが、図４に示すように突起部１０１ｃを絶縁容器１の端部から突出させることにより、起点となるメタライズされた絶縁容器１の端部をバリア効果により保護することで閃絡を起こり難くし、耐電圧性能を向上させることが可能となる。また、これによりセラミックスの外側の沿面距離を伸ばすことも可能となる。

また、突起部１０１ｃの形状については他部品等との衝突による割れ、欠けを防ぐために角部に面取り又は丸取りを実施した形状が有効である。

上記では絶縁容器１の固定側端部に溝部１０１ｂを設けているが、絶縁容器１の可動側端部に溝を形成することも上記実施の形態２と同様の効果がある。

また、実施の形態１と実施の形態２を同時に実施することも耐電圧性能向上のために効果的である。

１ 絶縁容器、１ａ，１０１ａ メタライズ層、１ｂ，１０１ｂ 溝部、
１ｃ，１０１ｃ 突起部、２ 固定側端板、３ 可動側端板、４ 固定側電極棒、
５ 可動側電極棒、６ ベローズ、７ 固定側電極、８ 可動側電極、９ シールド、
１０ ベローズシールド、１１ ガイド取り付け板、１２ 樹脂ガイド、
１３ 固定側ブロック、１４ 電界緩和リング、１５ ろう材、１６ 接合部。

Claims (2)

1. 円筒状の絶縁容器と、
   この絶縁容器の両端部に気密に接合されて前記絶縁容器の内部を真空に封止する端板を有する真空容器と、
   この真空容器内に離接可能に設けられた一対の電極とを備えた真空バルブにおいて、
   前記端板と前記絶縁容器端部の接合部の内側又は外側に、前記接合部に沿って前記絶縁容器端部に溝部と、
   前記溝部の片側の縁であって、前記接合部と反対側の縁上に、前記溝部に沿って前記絶縁容器の軸方向に、前記絶縁容器端部から突出する突起部とを設け、
   前記絶縁容器端部の接合部及び前記溝部の表面及び前記突起部の前記溝部側の側面のうちの、前記絶縁容器の端部より高い位置まで連続的に形成したメタライズ層を設けたことを特徴とする真空バルブ。
2. 前記溝部は断面がＵ字状であることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。

Images