JP5342517B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

この発明は、真空遮断器に組み込まれる真空バルブに係り、特に、耐電圧性並びに遮断性に優れた真空バルブに関するものである。

従来、真空遮断器に組み込まれる真空バルブとして、例えば、特許文献１に開示された真空バルブがある。この特許文献１に開示された真空バルブは、固定電極棒と可動電極棒のそれぞれの接点側端部に鍋底形の窪み部を設け、この窪み部の内径面に沿って非磁性材からなるコイル補強部材を固着している。そして、コイル補強部材を固着した後、固定電極棒と可動電極棒の接点側端部をクランク状に加工することによって、固定電極棒と可動電極棒のそれぞれに接合される接点間にアークと平行な縦磁界を発生するコイルを形成している。これにより、電極棒とコイルとの間に存在していた縦磁界電極の腕の部分を無くし、通電経路を短くして電気抵抗を下げ、温度上昇を抑制する真空バルブを得ることができる。

また、例えば、特許文献２には、固定電極棒と可動電極棒の双方、又は一方を中空管のような軸とし、熱放散を良くして通電性能を向上させる真空バルブが開示されている。

更に、例えば、特許文献３には、固定電極と可動電極の周囲をこれらの電極より耐電圧の高い材料、例えばステンレスからなる電界緩和シールドで覆って電界を緩和し、耐電圧性能を向上する真空インタラプタの電極が開示されている。この特許文献３には、遮断の際に生じるアークが電界緩和シールドに移って、電流の一部が電界緩和シールドを流れてアークに至ることでコイル電極に流れる電流が減少し、アークと平行な縦磁界の磁束密度が減少することを防止するために、アーク電極の外周部表面から電界緩和シールドまでの距離を最適化する技術が開示されている。

また、電界緩和シールドの別の例として、特許文献４には、シールドカバーに加えて挟み込み部材を電極板の裏に設け、挟み込み部材の端部のふくらみによってシールドカバーの端部と電極端部の電界緩和を行う真空バルブが開示されている。

特開２０００-５７９１３号公報（要約の欄、図２） 特開昭６０−９１５１７号公報（特許請求の範囲、第２図） 特開昭６２−１２０２１号公報（特許請求の範囲、第１図） 特開昭５８−８２４３１号公報（３頁左上欄１５行〜右上欄１５行、第５図）

ところで、現在、真空バルブは高電圧化、短絡遮断電流の増大、通電電流の増大の傾向にあり、これらを満足した上で真空バルブを小形、軽量化する技術の開発が求められている。高耐圧、大容量の真空バルブでは、短絡遮断性能を確保するために必要な接点径、および縦磁界電極のコイル径が、通電電流性能を確保するために必要な電極棒の径より大きい場合がほとんどである。このため、上記特許文献１の真空バルブのように、接点径、および縦磁界電極のコイル径を電極棒の径と等しくすると、電極棒の径が必要以上に大きくなるため真空バルブの重量が増える問題がある。また、真空バルブの重量が増えると開閉機構の負担が増えるため、開閉機構部が大型化してしまうことになる。

そこで、軽量化のため、例えば電極棒を必要な径に削り込むと、加工工程が増える上に材料の損失も増加する。また、電極棒の径とコイルの径とが異なるため、電極棒とコイルとの間を通電する経路が生じて電流路が長くなるため、電気抵抗が増大することになる。

上記特許文献２に開示された真空バルブでは、電極棒を中空構造として中空電極棒と平板電極を直接接合している。しかし、短絡遮断性能を向上させるために縦磁界電極を適用した場合、コイル部にスリットが形成されるために真空バルブ内を真空に保つことができない。なお、上記特許文献１に開示された真空バルブの縦磁界電極に適用した場合も、コイル補強部材を電極棒端部にロウ付けした後にクランク状に加工するため、コイル補強部材にはスリットが入り、真空を維持できない。

また、上記特許文献３では、アーク電極の外周部表面から電界緩和シールドまでの距離Ｈを最適化して遮断性能と耐電圧性能の両立を達成したと述べられている。しかし、アーク電極の外径寸法Ｄが、例えば１００ｍｍである場合、Ｈ／Ｄ＝０．１〜０．２５とするためには、Ｈ＝１０ｍｍ〜２５ｍｍとする必要があるため、アーク電極の外周面との距離が離れ、アーク電極周辺部の電界が高くなり、また、コイル電極のスリット（特許文献３の第６図参照）が露出してくるため、このスリットの電界が高くなる。この結果、耐電圧性能が低下する問題がある。

また、上記特許文献４に開示された真空バルブにおいては、電極の端部における電界を緩和するために、挟み込み部材のふくらみ部が電極の端部を覆い、かつ、電極の表面側に突出するように構成されている。このため、固定電極と可動電極のそれぞれのふくらみ部間の距離が電極間の距離（開極距離）と近く、遮断時のアークがこのふくらみ部に移行しやすい。また、ふくらみ部自体の電界緩和のために曲率を大きくする必要があり、挟み込み部材の外径は大きくなって、ふくらみ部に移行したアークと縦磁界電極との距離が離れる。この結果、ふくらみ部に移行したアークに作用する縦磁界強度が弱まってアークを拡散させる効果が小さくなる。このため、アークのエネルギーでふくらみ部の温度が上昇し、金属蒸気の発生量が増加したり、更にはアークがシールドカバーに移行することによって、遮断性能が低下する問題がある。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、電極を覆うカバーの構造を最適化することにより、耐電圧性並びに遮断性に優れた真空バルブを得るものである。

この発明に係る真空バルブは、密封状態に保持された絶縁筒内に、上記絶縁筒の軸方向に対向して接離可能に配置された可動側接点および固定側接点と、上記両接点を包囲するように取り付けられたアークシールドと、上記可動側接点に固着された可動側電極棒をべローズを介して上記絶縁筒に取り付け、上記固定側接点に固着された固定側電極棒を上記絶縁筒に取り付けた真空バルブであって、上記両接点の開離時に生じるアークと平行な縦磁界を発生する縦磁界電極のコイル部と上記可動側電極棒、および上記コイル部と上記固定側電極棒のそれぞれを覆う高耐圧材料で形成されたカバーを備え、上記カバーは、上記コイル部の側面から底部に至る部位を覆うコイルカバーと、上記コイルカバーと所定のギャップを介して取り付けられ、上記縦磁界電極のコイル部の底部を覆う電極底部カバーを含み、上記コイルカバーの一端を上記可動側接点と上記固定側接点のそれぞれと上記コイル部との間に固定すると共に、他端の内径を上記コイル部の外径より大きくしたものである。

この発明によれば、固定側接点と可動側接点の開離時に生じるアークと平行な縦磁界を発生する縦磁界電極のコイル部を高耐圧材料で形成されたコイルカバーと電極底部カバーで覆ったため、銅製のコイル部より耐圧が向上し、アークシールドの径を小さくできるので、真空バルブの径を小さくすることができる。また、カバーをコイルカバーと電極底部カバーに分けたため、アークがコイルカバーに移行してもコイル部の発生する縦磁界が弱くならず、遮断性能の高い真空バルブを得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る真空バルブを示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る真空バルブの固定側電極の要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る真空バルブの可動側電極の近傍を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る真空バルブの可動側電極の近傍を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る真空バルブの可動側電極の近傍を示す断面図である。 この発明の実施の形態４に係る真空バルブの可動側電極の近傍を示す断面図である。 この発明の実施の形態５に係る真空バルブの可動側電極の近傍を示す断面図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明に係る真空バルブについて好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更をも包摂するものである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る真空バルブを示す断面図である。図１において、真空バルブ１００は絶縁筒１を備えており、絶縁筒１の両端に固定側端板２と可動側端板３がそれぞれ配置されている。絶縁筒１の内面にはアークシールド４が設けられ、このアークシールド４の両端部４ａ，４ｂの径は、中央部の径より小さく絞り込まれている。

固定側端板２には固定側電極棒５ａが配置され、固定側電極棒５ａの先端に固定側接点６ａが取り付けられている。そして、固定側電極棒５ａの後端はブロック７により固定側端板２に固定することで真空バルブ内部を密閉している。また、可動側端板３にはベローズ８とベローズ８を覆うベローズカバー９を介して可動側電極棒５ｂが配置され、可動側電極棒５ｂの先端に可動側接点６ｂが取り付けられている。そして、可動側電極棒５ｂの後端は可動側端板３に取り付けられたガイド１０により、密封状態を保持してスライドできるように構成されている。これにより、固定側接点６ａと可動側接点６ｂは対向し、ベローズ８の伸縮により接離可能となっている。なお、固定側接点６ａと可動側接点６ｂは、アークシールド４により包囲されている。

固定側電極棒５ａと可動側電極棒５ｂはそれぞれ中空状に構成され、中央部に空洞を有している。固定側電極棒５ａの可動側電極棒５ｂとの対向端部は、コイル部１１ａと底部１２ａから成り、コイル部１１ａには縦磁界を発生させるための後述する斜めのスリットが形成されている。なお、コイル部１１ａと底部１２ａによりコントレート電極１３ａを形成している。同様に、可動側電極棒５ｂの固定側電極棒５ａとの対向端部は、コイル部１１ｂと底部１２ｂから成り、コイル部１１ｂには縦磁界を発生させる斜めのスリットが形成されている。そして、コイル部１１ｂと底部１２ｂによりコントレート電極１３ｂを形成している。

固定側電極棒５ａおよび可動側電極棒５ｂは次の方法により形成される。即ち、銅管の端部をプレス加工、または鍛造加工によって径を広げて底部１２ａ，１２ｂとコイル部１１ａ，１１ｂを形成する。その後、コイル部１１ａ，１１ｂに斜めのスリットをメタルソー、バンドソー、ダイヤモンドソー、チップソー、ワイヤーカット、ドリル、ミーリング加工などで加工し、コントレート電極１３ａ，１３ｂとする。

固定側接点６ａ、可動側接点６ｂの裏側にはそれぞれ、裏板１４ａ，１４ｂと補強部材１５ａ，１５ｂが配置されている。電流の一部が補強部材１５ａ，１５ｂに流れることでコイル部１１ａ，１１ｂで発生する磁界強度が下がらないようにするために、補強部材１５ａ，１５ｂを長くして電気抵抗を増加させている。この結果、補強部材１５ａ，１５ｂと電極棒５ａ，５ｂのロウ付け部位が、コイル部１１ａ，１１ｂより接点６ａ，６ｂから離れた位置になる。なお、ロウ付け箇所を減らすために補強部材１５ａ，１５ｂと裏板１４ａ，１４ｂとはそれぞれ一体に形成しても良い。また、後述のコイルカバー１９ａ，１９ｂと裏板１４ａ，１４ｂとをそれぞれ一体化してもよい。

カバー１６ａ，１６ｂは、それぞれ電極棒５ａ，５ｂの側部を覆う電極棒カバー１７ａ，１７ｂと、電極棒５ａ，５ｂの底部１２ａ，１２ｂを覆う電極底部カバー１８ａ，１８ｂと、コイル部１１ａ，１１ｂを覆うコイルカバー１９ａ，１９ｂとで構成されている。なお、カバー１６ａ，１６ｂは、高耐圧で非磁性材料である材料、例えばオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）が望ましい。

上記特許文献３、４に開示されている電界緩和シールドの場合、ロウ付けの際に通常は真空バルブを縦に設置するので、固定電極または可動電極のどちらかが下方になり、電界緩和シールド固定のためのロウ材が流れて電界緩和シールド自身に付着したり、電極棒に付着する可能性がある。このため、高電界部位までロウ材が流れて付着すると、ロウ材は耐電圧の低い金属、例えば銀を含んでおり耐電圧性能が低下する。そこで、本実施形態では電極棒カバー１７ａ，１７ｂと電極底部カバー１８ａ，１８ｂを一体とし、ロウ材がカバー１６ａ，１６ｂ表面に流出しないように構成している。

また、電極棒５ａ，５ｂは、アークシールド４の径の小さくなった両端部４ａ，４ｂに対向する部分の電界が高くなる。従って、電極棒カバー１７ａ，１７ｂはこのアークシールド４の両端部４ａ，４ｂに対向する高電界部位を越えて電界の低くなる固定側端板２およびベローズカバー９付近まで覆うのが好ましい。

実施の形態１に係る真空バルブ１００は上記のように構成されているが、通電電流が増大しても電極棒５ａ，５ｂや縦磁界電極の径を大きくせずにすむように、次のように構成されている。即ち、電極棒５ａ，５ｂの中央の空洞部に、接点６ａ，６ｂとその周辺部を冷却する媒体が入れられている。この冷媒は、図示しない外部の冷媒供給手段により供給される。冷媒としては、空気、あるいはＳＦ６といった絶縁性ガスなどを用いて、自然対流や強制循環させたり、あるいは絶縁油、フロリナートなどの絶縁性液体を用いて循環させている。この冷却構造により電極棒５ａ，５ｂや、接点６ａ，６ｂとその周辺部の発熱が抑制され通電性能が向上する。その結果、真空バルブ１００の発熱を減らすために電極径、電極棒の径を大きくして抵抗を下げる必要がなくなり、真空バルブ１００の小型化が達成される。また、電極棒５ａ，５ｂを空洞とすることで重量の抑制が可能となり、開閉機構が小型化する。

また、真空バルブ１００の内部は真空に保つ必要があるため、特に冷媒が触れる部品である裏板１４ａ，１４ｂ、補強部材１５ａ，１５ｂ、電極棒５ａ，５ｂのロウ付けを確実に行い強固に封止する必要がある。そのため、次のように構成されている。即ち、接点６ａ，６ｂは、粉状の材料を焼結等で形成したものであって、微小な穴があいている可能性があり、裏板１４ａ，１４ｂを接点６ａ，６ｂの裏側に配置している。裏板１４ａ，１４ｂは補強部材１５ａ，１５ｂからの力を受ける必要もあるので、機械的強度が高く、また、コイル部１１ａ，１１ｂの発生する磁場の影響を受けない非磁性材料のオーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）が望ましい。例えば、板材から打ち抜いた材料を使用するとよい。なお、補強部材１５ａ，１５ｂと裏板１４ａ，１４ｂは、真空バルブ１００内の真空を維持するためにも穴があってはいけない。

実施の形態１に係る真空バルブ１００は更に、次のように構成されている。即ち、上記特許文献３、４に開示されている電界緩和シールドは電極を覆ってしまうため、隠される部分、例えば本実施形態であれば、接点６ａ，６ｂとコイル部１１ａ，１１ｂ、および裏板１４ａ，１４ｂ、補強部材１５ａ，１５ｂ、電極棒５ａ，５ｂの接合部のロウ付け状態の確認が困難となる。電極棒５ａ，５ｂを中空状に構成した構造では、これらの部位のロウ付けを確実に行うことが真空バルブ内を高真空に維持するために重要である。

そこで、本実施形態では、電極底部カバー１８ａ，１８ｂと底部１２ａ，１２ｂを貫通するロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂを形成している。但し、ロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂを通してカバー１６ａ，１６ｂの表面にロウ材が流出しないように、底部１２ａ，１２ｂの穴よりカバー１６ａ，１６ｂの穴が小さくされている。従って、耐電圧の低い銀を含むロウ材を使用してもロウ材の流出がないため耐電圧性能が維持される。

ところで、ロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂは、形成位置によっては遮断性能を低下させることになる。そこで、本実施形態は次のように構成されている。即ち、図２は、図１のコイルカバー１９ａと電極底部カバー１８ａを外した固定側電極のコイル部１１ａ、底部１２ａを示す斜視図である。図２に示すように、コントレート電極１３ａのスリット２１の略延長線上に位置するように、底部１２ａにロウ付け確認穴２０ａを形成する。但し、ロウ付け確認穴２０ａの形成は、電界の低い電極棒５ａに近い部位が望ましい。ロウ付け確認穴２０ａの穴形状は円形でも長方形のような矩形でもよく、円形とすればドリルで簡単にあけることができ、長方形として電流の流れる向きを制御するようにしてもよい。この結果、縦磁界を発生する電流パスを長くしたことと同等の効果があり、縦磁界強度が上がって遮断性能が高くなる効果がある。なお、可動側電極のコイル部１１ｂ、底部１２ｂにおいても同様である。

図１に戻り、底部１２ａ，１２ｂに形成されるロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂの少なくとも一部は、電極底部カバー１８ａ，１８ｂのロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂと重なるようにする。ロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂの電界緩和のために、ロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂは電界の低い位置、即ち、電極棒５ａ，５ｂに近い部位とする。更に、カバー１６ａ，１６ｂの表面にロウ材が流出しないように、底部１２ａ，１２ｂに形成されるロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂと電極底部カバー１８ａ，１８ｂに形成されるロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂとの重なり部では、電極底部カバー１８ａ，１８ｂに形成されるロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂの径を小さく形成する。

製造工程では、ロウ付けの後にロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂから、補強部材１５ａ，１５ｂと裏板１４ａ，１４ｂの接合部のロウ付け状態を確認する。補強部材１５ａ，１５ｂと電極棒５ａ，５ｂの接合部についても、例えば光ファイバーを用いてロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂおよび電極棒５ａ，５ｂの中央の空洞部からロウ付け状態を確認することができる。その結果、電極棒５ａ，５ｂと補強部材１５ａ，１５ｂ、および裏板１４ａ，１４ｂの三者のロウ付けを確実に行うことができる。

次に、図３により真空バルブ１００の電極部分の詳細構造について説明する。図３は、真空バルブ１００の可動側電極部分の近傍を示す断面図である。なお、固定側電極部分については、可動側電極部分と同様であり、図示説明を省略している。
図３において、コイルカバー１９ｂは、接点６ｂとコイル部１１ｂの間に挟み込んでロウ付け固定されている。このような構造とするとコイルカバー（ＳＵＳ）はコイル（Ｃｕ）に比べて抵抗が大きいのでコイル部１１ｂから接点６ｂへの通電を妨げる。そこで、各コイル部１１ｂと接点６ｂとの接触部の一部のみを挟み込み部とし、残りは通電部２２を設け抵抗を抑える構造とする。

コイル部１１ｂには斜めのスリット２１（図２参照）が設けられているため、スリットの切れ込み端の電界が高くなる。更に、コイル部１１ｂ、底部１２ｂ、電極棒５ｂは電気抵抗を下げるために銅で形成されるが、銅は耐電圧が低い欠点がある。従って、高耐圧材料のコイルカバー１９ｂでコイル部１１ｂのスリット２１を覆うことにより電界緩和と高耐圧化が行なわれている。底部１２ｂは高耐圧材料の電極底部カバー１８ｂで覆い、電極棒５ｂは高耐圧材料の電極棒カバー１７ｂで覆うことで耐電圧性能の向上を図っている。
コイルカバー１９ｂを設けることで、Ｂ部が接点端部（Ｃ部）付近の等電位線を持ち上げるため、接点端部（Ｃ部）の電界も緩和する。このため接点の耐電圧性能を向上させる効果がある。

真空バルブ１００を真空遮断器に組み込んだ後、開極状態では固定側接点６ａと可動側接点６ｂが規定の距離だけ開く。この状態でのコイルカバー１９ｂと電極底部カバー１８ｂの表面の電界分布は、アークシールド４の端部４ｂとの距離が短い場合、図３のＡ部に示すギャップ２３を挟んだカバー端部付近と電極底部カバー１８ｂが最大電界部位となる。
真空遮断器の耐電圧試験をクリアするためには、真空バルブのコンディショニング工程で耐電圧試験時より大きな電界を印加する必要がある。通常の設計では規定の開極状態よりさらに開極距離を開いて、Ａ部とアークシールド４の端部４ｂとの距離を縮めることができない。真空バルブ単体でも、Ａ部とアークシールド４の端部４ｂとの距離をあまり縮めることができない。このため、Ａ部に最大電界があると、コンディショニング工程でアークシールド４の端部４ｂとの距離を縮めて大きな電界を印加することができない。無理に印加電圧を上げると接点間やセラミックなど他の部位で放電してしまいＡ部のコンディショニングにならない。
そこで、コイルカバー１９ｂのＢ部あるいは側面部（ＡとＢの間の部分）が最大電界部位となるようにするとよい。これは、コイルカバー、電極底部カバーの曲率やアークシールドとの距離を調節することで実現できる。この場合は、コンディショニングの際に開極距離を縮めて電圧を印加することで、Ｂ部とＡとＢの間の部分に耐電圧試験時の電界より十分高い電界を印加できる。

また、コイルカバー１９ｂのギャップ側端部は、内径がコイル部１１ｂより大きくなっている。これは、組立の際にコイルカバー１９ｂの裏側からコイル部１１ｂを入れるためである。

コイルカバー１９ｂと電極底部カバー１８ｂのギャップ側端部は、糸面取り加工（Ｒ０．２程度）もしくはバリ取り加工が施される。この部位は、図１に示すように、アークシールド４の径が小さくなって内側に絞り込まれている部位４ｂと対向しているため、放電防止のために電界緩和が必要である。そこで、カバーの曲率を調整し、両カバー端部をコイル部１１ｂ側に窪ませてハの字とする。この構成により、上記特許文献３で開示された電界緩和カバーの先端のように絞り加工で大きな曲率をつける必要がなく、端面の糸面取り加工もしくはバリ取り加工程度の簡単な加工で済み、また、絞り加工で大きな曲率をつけるとコイルカバー１９ｂの外径が大きくなるので、本構造のほうがの外径が抑制され真空バルブを小形化できるという効果がある。

電極棒カバー１７ｂと電極底部カバー１８ｂとは、保持部２４で底部１２にロウ付け固定されている。保持部２４以外に電極棒カバー１７ｂと電極棒５ｂが接触する部位があると、電極棒カバー１７ｂを通る電流路が生成され、表皮効果により表面に近いカバーの方が電極棒５ｂより電流密度が高くなる。こうなると、カバーは電極棒５ｂよりも導電率の低いＳＵＳ製なので高温となり発熱源となってしまう。そこで、電極棒カバー１７ｂと電極棒５ｂは保持部２４以外で接触しないように隙間をあける。電極底部カバー１８ｂと底部１２ｂも同様に保持部２４以外は隙間をあける。これらの隙間は、部材の加工公差を考慮して０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度が望ましい。

また、コイルカバー１９ｂと電極底部カバー１８ｂは、遮断性能を向上させるために、次のように構成されている。
（１）コイルカバー１９ｂと電極底部カバー１８ｂのギャップ２３が、開閉による衝撃やコイル部１１ｂの縮みによって狭くなり通電しないように適当な距離を設ける必要がある。一方で、ギャップ２３が大きすぎると等電位線がギャップ２３に入り込み、カバー端部の電界が高くなる。そこで、ギャップ２３は、０．３ｍｍ〜２．５ｍｍ程度の範囲としている。

（２）一般に、真空遮断器の入出力端子に繋がれた外部電流パスの発生する磁界により、アークに対して大きなローレンツ力が作用し、アークを接点の外に押し出す力を発生する場合がある。しかし、本実施形態ではギャップ２３が設けられているので、アーク２５がコイルカバー１９ｂに移行しても電流はコイル部１１ｂを流れ、縦磁界は弱まらずに発生し続ける。アーク２５は縦磁界の強い部位に移行する性質があるため、最終的には接点６ｂに戻りコイル部１１ｂの発生する縦磁界によって拡散状態となる。このため、遮断性能が高い効果がある。

本実施形態の電極構造にて遮断試験を実施した結果、アーク２５が一旦コイルカバー１９ｂに移行し、コイル部１１ｂの側面を底部１２ｂ近くまで移動する場合があったが、アーク２５は電極底部カバー１８Ｂには移行せずに接点６ｂに戻り、遮断性能は維持されることが判明した。従って、コイルカバー１９ｂは、図１あるいは図３に示すように、コイル部１１ｂの側面を覆い底部１２ｂ近くまで伸びている必要がある。このため、例えば特許文献３、４のように、コイルの側面が電極棒側から伸びるカバー（本実施形態で言えば、電極底部カバー１８ｂがコイル部１１ｂの側面まで伸びていて、コイルカバー１９ｂがコイル部１１ｂの残りの一部のみを覆っている状態に相当）で覆われていると、アークがこのカバーに移行し、前述のように電流がカバーを流れ、コイルを流れる電流が減少するため遮断性能が低下する。

次に、本実施形態の電極構造と上記特許文献３と４を組み合わせた場合の構造との比較について説明する。先ず、特許文献３と４を組み合わせた場合の構造について、特許文献３の第１図に特許文献４の挟み込み部材を適用すると考える。挟み込み部材の厚さは特許文献４の図５（ｂ）から接点の１／３程度とする。

上記特許文献３の第１図に示されたアーク電極の裏側に、上記特許文献４の挟み込み部材を固着し、その裏側に高抵抗体を取り付ける。高抵抗体は、電流が高抵抗体に流れずコイル電極に流れるようにするために抵抗値が大きく、かつ、開閉時に可動リート棒とアーク電極との間に働く力に耐えるために機械的強度が大きいことが求められる。このため、高抵抗体の長さや厚みはほぼ元の形を保って、挟み込み部材の厚さの分だけアーク電極から離れた位置に移動する。特許文献３では高抵抗体をコイル電極の基部に設けた横板で受ける構造で、リードパイプとコイル電極の接触面積も通電性能から決まっているので、可動リード棒とコイル電極の位置関係もそのまま維持されなければならない。この結果、高抵抗体がずれた分だけリードパイプとコイル電極がアーク電極から離れる。その結果として、アークに作用する縦磁界の強度が低下し、遮断性能が低下する問題がある。

これに対し、本実施形態では、補強部材１５ｂ（高抵抗体に相当）を電極棒５ｂの内径側に設けた段差で受ける構造としている。このため、裏板１４ｂを設けて補強部材１５ｂの端部の位置が接点６ｂから離れても、縦磁界を発生するコイル部１１ｂを接点６ｂの近くに設置することができ、遮断性能を維持することができる。

また、上記特許文献３では縦磁界電極のコイル電極が２分割であるため円弧部が変形しやすい。そこで裏側に補強体を設置して腕や円弧部の変形を防いでいる。
本実施形態では、補強部材１５ｂで電極棒５ｂの力を受ける構造としコイル部の変形を防止している。また、コントレート電極１３ｂは穴（ロウ付け確認穴２０ｂ）が小さいので強度が高く、裏に補強体を設ける必要がない。

更に、上記特許文献３ではコイル電極の基部に設けた横板とアーク電極との間の空間が高抵抗体の穴（特許文献３の第１図参照）によって真空状態となっている。このため、この構造では可動リード棒を中空としても、アーク電極の裏面に冷媒を接触させることができず、放熱効率が上がらない。これに対し、本実施形態では接点６ｂの裏面を、裏板１４ｂを介して冷媒で冷却するので放熱効率が高い。

以上詳述したように、実施の形態１に係る真空バルブ１００は、コイルカバー１９ａ，１９ｂでコイル部１１ａ，１１ｂを覆い、底部１２ａ，１２ｂ付近まで伸ばしたため、アーク２５がコイルカバー１９ａ，１９ｂに移行しても電極底部カバー１８ａ，１８ｂまで移行することがない。従って、コイル部１１ａ，１１ｂを流れる電流の一部が、電極底部カバー１８ａ，１８ｂからコイルカバー１９ａ、１９ｂを介して流れることが無く、縦磁界強度が維持されるため、アーク２５は最終的に接点６ａ，６ｂに戻り遮断性能は維持される。

また、補強部材１５ａ，１５ｂが高抵抗体と縦磁界電極の補強体を兼ね、電極棒５ａ，５ｂの内径側に設けた段差で保持する構造としたため、裏板１４ａ，１４ｂを設けて補強部材１５ａ，１５ｂの端部位置が接点から離れても、縦磁界を発生するコイル部１１ａ，１１ｂを接点６ａ，６ｂの近くに設置することができて遮断性能が維持され、また接点６ａ，６ｂの裏面を裏板１４ａ，１４ｂを介して冷媒で冷却できるので、放熱効率が高い。その結果、真空バルブ１００のコントレート電極１３ａ，１３ｂの径、電極棒５ａ，５ｂの径を小さくできるので真空バルブ１００の小型化が達成できる。

なお、実施の形態１に係る真空バルブ１００ではコントレート電極１３ａ，１３ｂを適用したが、それに限定しない。但し、コントレート電極１３ａ，１３ｂは、直線状のスリット２１を入れるだけなので加工が簡単になるメリットがある。

また、カバー１６ａ、１６ｂは、真空バルブ１００の定格電圧が比較的低い場合には銅（無酸素銅、黄銅、タフピッチ銅等）、Ｃｕ−Ｃｒ系材料としてもよい。銅であってもスリット２１を覆うことで電界緩和効果があり、加工しやすいメリットがある。Ｃｕ−Ｃｒ系材料は遮断性能が高い効果がある。電極底部カバー１８ａ，１８ｂの保持部２４を底部１２ａ，１２ｂに設けたが、電極棒５ａ，５ｂに設けてもよい。

実施の形態１に係る真空バルブ１００では、コントレート電極１３ａ，１３ｂの周囲（側面および裏面）を高耐圧材料製のカバー１６ａ，１６ｂで覆ったため、銅製のコイル部１１ａ，１１ｂより耐圧が向上し、アークシールド４の径を小さくすることができる。

また、カバー１６ａ，１６ｂを接点６ａ，６ｂの裏側で固定し、コントレート電極１３ａ，１３ｂのコイル部１１ａ，１１ｂを覆うコイルカバー１９ａ，１９ｂと、電極底部カバー１８ａ，１８ｂに分けたため、アーク２５がコイルカバー１９ａ，１９ｂに移行してもコイル部１１ａ，１１ｂの発生する縦磁界が弱くならないので、遮断性能が高く、電極径を小さくすることができる。このため、真空バルブ１００の周囲の電流パスが発生する磁界の影響を受けないので、真空遮断器全体を小型化することができる。

また、コイルカバー１９ｂと電極底部カバー１８ｂのギャップ側端部は、糸面取り加工もしくはバリ取り加工程度のみであり、部品加工が容易である。

また、電極棒５ａ，５ｂとコントレート電極１３ａ，１３ｂを銅管で一体に形成したので、電極棒５ａ，５ｂとコントレート電極１３ａ，１３ｂのロウ付け部がなくなり、組立とロウ付け工程が簡易化される。

更に、電極棒５ａ，５ｂを中空とすることにより、接点６ａ，６ｂの発熱を効率的に冷却でき、通電電流を増してもコントレート電極１３ａ，１３ｂの径、電極棒５ａ，５ｂの径を大きくする必要がなくなる。また、電極棒５ａ，５ｂの径を小さくできるので、アークシールド４の両端４，４ｂの径を絞ることができ、遮断持の金属蒸気の捕集効果が上がり、セラミック内沿面への金属蒸気付着量が減るので遮断回数を増やすことができる。

また、ロウ付け確認穴２０ａ，２０ｂでロウ付け状態を確認できるので、冷却用媒体が触れる部位のロウ付けを確実に行うことができる。コントレート電極１３ａ，１３ｂの底部にはロウ付け確認穴を設ける。ロウ付け確認穴の位置はコントレート電極１３ａ，１３ｂのスリット２１の略延長線上としたので、縦磁界を発生する電流パスを長くしたことと同等の効果があり、縦磁界強度が上がり遮断性能が高くなる。

また、カバー１６ａ，１６ｂの表面にはロウ材が付着しない構造としたので、耐電圧の低い銀を含むロウ材を使用しても耐電圧性能が維持される。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る真空バルブについて説明する。図４は、実施の形態２に係る真空バルブの可動側電極部分の近傍を示す断面図である。なお、固定側電極部分については、可動側電極部分と同様であり、図示説明を省略する。
図４において、実施の形態２に係る真空バルブ２００は、電極底部カバー１８ｂの先端とコイルカバー１９ｂの先端の両方、または一方にリング４０を取り付ける。リング４０の取り付けは、溶接、ロウ付けなどで行う。リング４０の位置決めのために、リング４０または電極底部カバー１８ｂあるいはコイルカバー１９ｂの先端部に嵌め合わせ部が設けられている。例えば、リング４０を電極底部カバー１８ｂの先端だけに取り付けた場合でも、リング４０の径を調整することによってコイルカバー１８ｂの先端の電界も緩和されるので、ギャップ２３を大きく取ることができる。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。

真空バルブ２００には例えば数万回の開閉寿命が求められる。このため、開閉衝撃によりコイル部１１ｂが縮むことを考慮した設計が必要になる。実施の形態２に係る真空バルブ２００は、上記のように構成されているので、ギャップ２３を大きく取ることができ、コイルカバー１９ｂと電極底部カバー１８ｂが接触してコイル部１１ｂに流れるべき電流の一部が電極底部カバー１８ｂを経由してアークに流れ込むことが無い。このため、コイル部１１ｂの発生する縦磁界強度が維持され遮断性能が高まる効果がある。

また、リング４０の径とコイルカバー１９ｂの曲率を調整して、電極底部カバー１８ｂを曲げの無い円板にすることができ、加工が容易となる。

なお、実施の形態１で説明したように、アークが一旦コイルカバー１９ｂに移行すると、コイル部１１ｂの側面を底部１２ｂ近くまで移動する場合があるため、実施の形態２においてもコイルカバー１９ｂはコイル部１１ｂの側面を覆い、底部１２ｂ近くまで伸びた構造になっている。

以上のように、実施の形態２に係る真空バルブ２００によれば、電極底部カバー１８ｂの先端とコイルカバー１９ｂの先端の両方、または一方にリング４０を取り付けたので、電極底部カバー１８ｂとコイルカバー１９ｂの先端の電界が緩和され、かつ、ギャップ２３が大きく取れることで電極底部カバー１８ｂからコイルカバー１９ｂを経由した通電を確実に防止するため遮断性能が高まる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る真空バルブについて説明する。図５は、実施の形態３に係る真空バルブの可動側電極部分の近傍を示す断面図である。なお、固定側電極部分については、可動側電極部分と同様であり、図示説明を省略する。
図５において、実施の形態２に係る真空バルブ３００は、電極底部カバー５０を円板形状とし、その先端部となる外周円部に、厚み方向に円弧を有する円弧状部を形成する。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態３に係る真空バルブ３００は、上記のように円板形状の電極底部カバー５０の外周円部に、厚み方向の円弧状部を形成したので、厚み方向の円弧状部における円弧の大きさを調整することにより、コイルカバー１９ｂの先端の電界も緩和される。

以上のように、実施の形態３に係る真空バルブ３００によれば、円板形状に構成された電極底部カバー５０とコイルカバー１９ｂの先端の電界が緩和され、かつ、図５で明らかなように、ギャップ２３を大きく取ることができ、電極底部カバーからコイルカバーカバーを経由した通電を確実の防止し、遮断性能が高まる。なお、本実施形態においても、コイルカバー１９ｂはコイル部１１ｂの側面を覆い、底部１２ｂ近くまで伸びた構造になっている。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る真空バルブについて説明する。図６は、実施の形態４に係る真空バルブの可動側電極部分の近傍を示す断面図である。なお、固定側電極部分については、可動側電極部分と同様であり、図示説明を省略する。
図６において、実施の形態４に係る真空バルブ４００は、電極底部カバー６０を電極棒カバー１７ｂと分離し、コイルカバー１９ｂに取り付ける構造とする。コイルカバー１９ｂに嵌め合わせ部を設け、電極底部カバー６０を溶接、ロウ付けなどで取り付ける。電極底部カバー６０の中央には穴をあけ、コントレート電極１３ｂの底部や電極棒カバー１７ｂと接触しないようにギャップ２３を形成する。ギャップ２３は、電極棒カバー１７ｂの端部との距離が０．３ｍｍ以上とする。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。

コイルカバー１９ｂと電極底部カバー６０の接続位置は、図６に示すようにコントレート電極１３ｂの側面でもよいが、接点６ｂから更に離れた底部１２ｂ側の位置でもよい。但し、コントレート電極１３ｂを入れて組み立てるため、コイルカバー１９ｂの端部の内径はコイル外径より大きくする。

また、カバー表面の最大電界が、図６のＤ部にあることが望ましい。そのために、電極底部カバー６０の曲率を大きくする。Ｄ部に最大電界があれば、コンディショニングの際に開極距離を縮めて電圧を印加することで、この最大電界部付近に耐電圧試験時の電界より十分高い電界を印加できる。

以上のように、実施の形態４に係る真空バルブ４００によれば、コイル部１１ｂを流れるべき電流が電極底部カバー６０からコイルカバー１９ｂを経由し分流することがないため、発生する縦磁界強度が高く遮断性能が高まる。また、電極底部カバー６０とコイルカバー１９ｂの高さＨ２を、コイル部１１ｂの高さＨ１より大きく取ることができるので、電極底部カバー６０あるいはコイルカバー１９ｂの曲率の大きさや、コイル部１１ｂの高さＨ１の大きさに自由度が増し、電界設計が容易になる効果がある。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係る真空バルブについて説明する。図７は、実施の形態５に係る真空バルブの可動側電極部分の近傍を示す断面図である。なお、固定側電極部分については、可動側電極部分と同様であり、図示説明を省略する。
図７において、実施の形態５に係る真空バルブ５００は、コントレート電極１３ｂを形成する底部１２ｂと電極棒５ｂとを分離し、接合部７０で両者を接合するもので、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態５に係る真空バルブ５００は上記のように構成されており、その電極部は、銅管の端部をプレス加工、または鍛造加工によって径を広げ底部１２ｂとコイル部１１ｂを形成する。電極棒５ｂには銅管の端部に嵌め合わせ構造を加工する。

また、実施の形態１と同様に、コントレート電極１３ｂの変形を防止するために電極棒５ｂの内面に段部を設け、補強部材１５ｂを固定する。補強部材１５ｂの抵抗を高くして電流が流れないようにするため、電極棒５ｂとの接合位置と裏板１４ｂの間の距離を長く取る。このために、底部１２ｂの内径と補強部材１５ｂの外径の間には隙間を設ける。

実施の形態１のように、コントレート電極１３ｂと電極棒５ｂを一体とすると、電極棒５ｂが長い場合にコントレート電極加工の作業性が悪い問題があるが、本実施形態であればコントレート電極１３ｂを形成する底部１２ｂと電極棒５ｂとを分離し、接合部７０で両者を接合するので作業性が向上する。そして、電極棒５ｂと底部１２ｂのロウ付け部からロウ材が流出しても電極棒カバー１７ｂと電極底部カバー１８ｂは一体なので、ロウ材が表面に現れず耐電圧性能が維持される。なお、電極構造は縦磁界電極であればよい。

また、図示は省略しているが、この実施の形態５の真空バルブ５００に、実施の形態２と同様に電極底部カバー１８ｂの先端とコイルカバー１９ｂの先端の両方、または一方に溶接、あるいはロウ付けによりリングを取り付け、実施の形態２で説明した効果を得ることもできる。

１ 絶縁筒、２ 固定側端板、３ 可動側端板、４ アークシールド
５ａ 固定側電極棒、５ｂ 可動側電極棒、６ａ 固定側接点、６ｂ 可動側接点
７ ブロック、８ ベローズ、９ ベローズカバー、１０ ガイド
１１ａ，１１ｂ コイル部、１２ａ，１２ｂ 底部
１３ａ，１３ｂ コントレート電極、１４ａ，１４ｂ 裏板
１５ａ，１５ｂ 補強部材、１６ａ，１６ｂ カバー、１７ａ，１７ｂ 電極棒カバー
１８ａ，１８ｂ，５０，６０ 電極底部カバー、１９ａ，１９ｂ コイルカバー
２０ａ，２０ｂ ロウ付け確認穴、２１ スリット、２２ 通電部、２３ ギャップ
２４ 保持部、２５ アーク、４０ リング、７０ 接合部
１００，２００，３００，４００，５００ 真空バルブ

Claims (16)

1. 密封状態に保持された絶縁筒内に、上記絶縁筒の軸方向に対向して接離可能に配置された可動側接点および固定側接点と、上記両接点を包囲するように取り付けられたアークシールドと、上記可動側接点に固着された可動側電極棒をべローズを介して上記絶縁筒に取り付け、上記固定側接点に固着された固定側電極棒を上記絶縁筒に取り付けた真空バルブであって、
   上記両接点の開離時に生じるアークと平行な縦磁界を発生する縦磁界電極のコイル部と上記可動側電極棒、および上記コイル部と上記固定側電極棒のそれぞれを覆う高耐圧材料で形成されたカバーを備え、
   上記カバーは、上記コイル部の側面から底部に至る部位を覆うコイルカバーと、上記コイルカバーと所定のギャップを介して取り付けられ、上記コイル部の底部を覆う電極底部カバーを含み、
   上記コイルカバーの一端を上記可動側接点と上記固定側接点のそれぞれと上記コイル部との間に固定すると共に、他端の内径を上記コイル部の外径より大きくしたことを特徴とする真空バルブ。
2. 上記ギャップを介して対向する上記コイルカバーと上記電極底部カバーのそれぞれの端部を、糸面取り加工もしくはバリ取り加工すると共に、上記コイルカバーと上記電極底部カバーの上記対向端部が上記コイル部側に窪ませた形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。
3. 上記カバーの表面の最大電界は、上記コイルカバーの上記ギャップ付近以外に位置することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の真空バルブ。
4. 上記電極底部カバーと上記電極棒を覆うカバーを一体化して上記コイル部の底部に固定すると共に、上記固定部を除いて上記電極棒の表面と上記電極棒を覆うカバーとの間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の真空バルブ。
5. 上記電極棒を覆うカバーは、上記アークシールドの先端と対向する高電界部位より先まで上記電極棒を覆うものであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の真空バルブ。
6. 上記コイル部と上記電極棒とを銅管から一体に形成すると共に、上記電極棒を中空状に構成することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の真空バルブ。
7. 上記コイル部と上記電極棒とを嵌め合わせにより一体化すると共に、上記電極棒を中空状に構成することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の真空バルブ。
8. 上記コイル部の強度を補う補強部材を上記電極棒の中空部にロウ付け固定すると共に、上記接点の裏側に裏板を設け、上記コイル部の内部を密閉構造にすることを特徴とする請求項６又は７に記載の真空バルブ。
9. 上記コイル部の底部と上記電極底部カバーとを貫通するロウ付け確認穴を形成したことを特徴とする請求項８に記載の真空バルブ。
10. 上記ロウ付け確認穴は、上記電極棒に近い部位で、上記コイル部に縦磁界を発生させるスリットの略延長線上に形成したことを特徴とする請求項９に記載の真空バルブ。
11. 上記ギャップを介して対向する上記コイルカバーの先端と上記電極底部カバーの先端の両方、または一方にリングを取り付けたことを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の真空バルブ。
12. 上記電極底部カバーを円板形状とし、その外周円部に厚み方向に円弧を有する円弧状部を形成したことを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の真空バルブ。
13. 密封状態に保持された絶縁筒内に、上記絶縁筒の軸方向に対向して接離可能に配置された可動側接点および固定側接点と、上記両接点を包囲するように取り付けられたアークシールドと、上記可動側接点に固着された可動側電極棒をべローズを介して上記絶縁筒に取り付け、上記固定側接点に固着された固定側電極棒を上記絶縁筒に取り付けた真空バルブであって、
    上記両接点の開離時に生じるアークと平行な縦磁界を発生する縦磁界電極のコイル部と上記可動側電極棒、および上記コイル部と上記固定側電極棒のそれぞれを覆う高耐圧材料で形成されたカバーを備え、
    上記カバーは、上記縦磁界電極のコイル部の側面を覆うコイルカバーと、上記コイルカバーに取り付けられ、上記コイル部の側面から底部に至る部位を覆う電極底部カバーと、上記電極底部カバーと所定のギャップを介して取り付けられ、上記電極棒を覆う電極棒カバーにより構成されることを特徴とする真空バルブ。
14. 上記カバーの表面の最大電界は、上記コイルの側面に位置するように上記電極底部カバーの曲率を形成することを特徴とする請求項１３に記載の真空バルブ。
15. 上記コイル部と上記電極棒とを銅管から一体に形成すると共に、上記電極棒を中空状に構成することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の真空バルブ。
16. 上記コイル部の強度を補う補強部材を上記電極棒の中空部にロウ付け固定すると共に、上記接点の裏側に裏板を設け、上記コイル部の内部を密閉構造にすることを特徴とする請求項１５に記載の真空バルブ。

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