JP5537303B2 - 真空バルブ - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、耐電圧特性を向上し得る接離自在の一対の接点を有する真空バルブに関する。
従来、この種の真空バルブは、真空中の耐電圧特性を向上させるため、金属蒸気の拡散を防止する筒状のアークシールド端部にセラミック拡散層を生成させたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
一方、アークシールド端部などにおいては、曲率を小さくし、耐電圧特性を向上させるものが知られている。所謂、真空中の面積効果を利用したものであり、絶縁破壊に寄与する面積を小さくし、破壊電界を上昇させるものである（例えば、特許文献２参照。）。
上記の従来の真空バルブにおいては、電界強度の高い部分がアークシールド端部に位置し易く、各種の耐電圧向上策が取られている。一方、接点を固着している通電軸においては、アークシールドとの絶縁距離が比較的に確保され、電界強度が抑制されている。しかしながら、棒状の通電軸と筒状のアークシールド間は、絶縁破壊に寄与する面積がアークシールド端部と比べて格段に広く、真空中の面積効果を考慮すると、破壊電界が低くなる。
特に、大容量化や小型化の要求に対しては、通電軸を太径としたり、絶縁距離を短くしたりするので、対向する面積が増加して破壊電界が低下する。このため、通電軸とアークシールド間において、耐電圧特性が低下する問題がある。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、通電軸とアークシールド間の耐電圧特性を向上させ、大容量化や小型化を図ることのできる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、実施形態の真空バルブは、真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器内に収納される接離自在の一対の接点と、前記一対の接点にそれぞれ固着された通電軸と、前記一対の接点を包囲するように設けられるとともに、前記真空絶縁容器の内面に固定されたアークシールドとを有する真空バルブであって、前記通電軸の外面、および前記アークシールドの内面と端部とには、当該構成金属よりも融点の高い金属材料からなる金属被膜を設け、前記接点は、接離する接触子と、前記接触子に固着された磁界を発生するコイル電極とで構成され、前記コイル電極の外面に、当該構成金属よりも融点の高い金属材料からなる金属被膜を設けたことを特徴とする。
本発明による実施形態は、融点の高い金属被膜を用いることにより、真空中での破壊電界を上昇させることにある。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が封着されている。固定側封着金具２には、電気銅からなる固定側通電軸４が貫通固定されている。固定側通電軸４の外面には、例えばクロムのような電気銅よりも融点の高い固定側金属被膜５が蒸着やメッキにより設けられている。膜厚は、数１００ｎｍである。固定側通電軸４端には、銅合金を有する固定側接点６が固着されている。
固定側接点６に対向して接離自在の銅合金を有する可動側接点７が、可動側封着金具３を移動自在に貫通する電気銅からなる可動側通電軸８端に固着されている。可動側通電軸８の外面には、固定側と同様に、電気銅よりも融点の高い可動側金属被膜９が設けられている。
可動側通電軸８の中間部には、伸縮自在のベローズ１０の一方端が封着され、他方端が可動側封着金具３に封着されている。これにより、真空絶縁容器１内の真空を保って、可動側通電軸８を軸方向に移動させることができる。なお、ベローズ１０内に囲まれた可動側通電軸８には、前記可動側金属被膜９を設けなくてもよい。
また、固定側接点６と可動側接点７を包囲するように、ステンレスからなる筒状のアークシールド１１が真空絶縁容器１内面に固定されている。アークシールド１１の内面には、通電軸４、８と同様に、例えばクロムのようなステンレスよりも融点の高いシールド側金属被膜１２が設けられている。
これにより、通電軸４、８では、電気銅（約１０２０℃）よりも融点の高い例えばクロム（約１９００℃）の金属被膜５、９が設けられ、また、アークシールド１１では、ステンレス（約１４２０℃）よりも融点の高い金属被膜１２が設けられており、耐電圧特性を向上させることができる。即ち、通電軸４、８とアークシールド１１間は、真空バルブ内で対向する面積が最も大きく、面積効果から破壊電界が低下する傾向にあるが、自身を構成している当該構成金属よりも融点の高い金属材料からなる金属被膜５、９、１２を設けているので、見かけ上の破壊電界を上昇させることができる。当該構成金属とは、通電軸４、８では電気銅、アークシールド１１ではステンレスとなる。
これは、金属被膜５、９、１２によって、機械加工時に形成された微小な凸凹が滑らかになり、電界放射による電子放出が抑制されたものと考えられる。また、自身からの電子放出も抑制されたものと考えられる。なお、金属被膜５、９、１２に、更に融点の高いチタン（約３１７０℃）やモリブデン（約２６２０℃）などを用いることができる。クロム、チタン、モリブデンは、少なくとも１種類を含有するものとする。
上記実施例１の真空バルブによれば、対向する面積が大きい通電軸４、８の外面とアークシールド１１内面に、当該構成金属よりも融点の高い金属材料を用いて金属被膜５、９、１２を設けているので、耐電圧特性を向上させることができ、全体形状の小型化を図ることができる。
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、金属被膜を設ける範囲である。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、固定側接点６、可動側接点７の外周部にも、金属被膜５、９と同様の、固定側電極金属被膜１３、可動側電極金属被膜１４を設けている。固定側接点６、可動側接点７は、例えば縦磁界を発生するコイル電極と接触子などで構成されるが、コイル電極の外面は比較的電界が高くなる。このコイル電極の外面に、金属被膜１３、１４を設けるものである。また、アークシールド１１の端部にも、シールド側金属被膜１２と同様の、端部金属被膜１５を設けている。
即ち、電界が高くなる部分にも、金属被膜１３、１４、１５を設けている。これらの金属被膜１３、１４、１５は、電界強度の低い面に設けた金属被膜５、９、１２よりも膜厚が厚い方がよく、より表面を滑らかにすることができる。イオンプレーティングを用いることにより、数〜数１０μｍの膜厚にすることができる。なお、コイル電極は、通電性を考慮し電気銅で構成される。
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、電界強度が高くなる部分においても、融点の高い金属材料からなる金属被膜１３、１４、１５を設けているので、耐電圧特性を向上させることができる。
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、真空絶縁容器の外周に絶縁層を設けたことである。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に外周には、エポキシ樹脂をモールドして形成した絶縁層１６を設けている。
上記実施例３の真空バルブによれば、実施例２による効果のほかに、絶縁層１６により、真空絶縁容器１の外部沿面の絶縁補強をすることができ、更に真空バルブの小型化を図ることができる。
以上述べたような実施形態は、通電軸では電気銅、アークシールドではステンレスよりも融点の高い金属材料からなる金属被膜を設けることにより、耐電圧特性を向上させることができる。
以上において幾つかの実施形態を述べたが、これらの実施形態は、単に例として示したもので、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。実際、ここにおいて述べた新規な装置は、種々の他の形態に具体化されてもよいし、さらに、本発明の主旨またはスピリットから逸脱することなく、ここにおいて述べた装置の形態における種々の省略、置き換えおよび変更を行ってもよい。付随する請求項およびそれらの均等物は、本発明の範囲および主旨またはスピリットに入るようにそのような形態若しくは変形を含むことを意図している。
１ 真空絶縁容器
２、３ 封着金具
４、８ 通電軸
５、９、１２、１３、１４、１５ 金属被膜
６、７ 接点
１０ ベローズ
１１ アークシールド
１６ 絶縁層
２、３ 封着金具
４、８ 通電軸
５、９、１２、１３、１４、１５ 金属被膜
６、７ 接点
１０ ベローズ
１１ アークシールド
１６ 絶縁層
Claims (2)
- 真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器内に収納される接離自在の一対の接点と、
前記一対の接点にそれぞれ固着された通電軸と、
前記一対の接点を包囲するように設けられるとともに、前記真空絶縁容器の内面に固定されたアークシールドとを有する真空バルブであって、
前記通電軸の外面、および前記アークシールドの内面と端部とには、当該構成金属よりも融点の高い金属材料からなる金属被膜を設け、
前記接点は、接離する接触子と、
前記接触子に固着された磁界を発生するコイル電極とで構成され、
前記コイル電極の外面に、当該構成金属よりも融点の高い金属材料からなる金属被膜を設けたことを特徴とする真空バルブ。 - 前記金属被膜は、クロム、チタン、モリブデンの少なくとも１種類を含有し、イオンプレーティングで設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
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