JP5556596B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

この発明は、電流遮断時に電極から発生する金属蒸気により絶縁筒の内壁面が汚染されるのを防止するシールドを備えた真空バルブに関するものである。

真空バルブの組立は、銀と銅の共晶ろう材である銀ろうを使用して行われるのが一般的である。真空バルブの真空容器は、円筒形状のアルミナセラミック等からなる絶縁筒と、この絶縁筒の両端にろう付により取付けられた端板とから構成される。

また、一方の端板には円柱形状の固定側電極棒が、他方の端板にはベロ−ズを介して円柱形状の可動側電極棒がそれぞれろう付接合される。真空容器内においては、固定側電極棒の先端部には固定側電極がろう付接合され、可動側電極棒の先端部には固定側電極と対向して配置された可動側電極がろう付接合され、固定側電極と可動側電極とからなる電極対を構成する。

このような真空バルブでは、絶縁円筒の内壁面が電流遮断ア−クにより電極対付近に発生する金属蒸気で汚染され、絶縁筒の絶縁耐力が低下してしまうという問題がある。そこで、絶縁筒の内部には電極対を囲むようにシールドが配設され、絶縁筒の内壁面に金属蒸気が付着するのを防止している。

シールドには、耐電圧性能の良好なステンレス材料が一般的に使用される。一方、固定側電極棒や可動側電極棒の材料としては、耐電圧性能がステンレス材料に劣る銅が用いられることが多い。これは、電極棒は短絡電流や負荷電流を通電するため、電極棒の材料の選択において電気伝導率が優先されるためである。

このように、電極棒の耐電圧性能はシールドと比較して低くなることが多いため、高電圧の真空バルブにおいては電極棒の耐電圧性能への対策が必要となる。

この対策として、電極棒を高電圧から保護し、真空バルブの耐電圧性能を向上させるために電極棒の側周面を耐電圧性能の良いステンレス材料等で構成された円筒形状の高耐電圧リングで覆うという方法がある（例えば、特許文献１参照）。

実開昭５４−８８６７８号公報（第１頁、第１図）

上述のように、円筒形状の高耐電圧リングにより真空バルブの耐電圧性能を向上させることができる。しかし、特に工夫のない単純な円筒形状の高耐電圧リングでは、高耐電圧リングを電極棒に対して固定する際に、電極棒と高耐電圧リングとが同軸度が悪い状態で接合されがちである。電極棒と高耐電圧リングの同軸度が悪くなると、高耐電圧リングとシールドとの距離が短くなる箇所ができるため、その箇所において耐電圧性能が低下するという問題がある。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、電極棒と高耐電圧リングとが同軸度が悪い状態で接合されることを防ぎ、耐電圧性能を確保することを目的とする。

この発明に係る真空バルブにおいては、円筒形状で、前記電極棒を構成する材料より耐電圧性能が高い金属製であり、先端が内側に折り曲げられた折曲部となっており、この折曲部の内周面が電極棒の細径部の外周面に当接し、折曲部が電極棒と電極とで挟み込まれて押さえられる高耐電圧リングとを備えた。

この発明に係る真空バルブにおいては、電極棒と高耐電圧リングとが同軸度が悪い状態で接合されることを防ぐことができ、耐電圧性能の信頼性が向上する。

この発明の実施の形態１に係る真空バルブの開極状態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閉極状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る高耐電圧リングの斜視図である。 図１の点線で囲んだ部分の要部拡大図である。 この発明の実施の形態２に係る真空バルブの開極状態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閉極状態を示す断面図である。 図５の点線で囲んだ部分の要部拡大図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る真空バルブの開極状態を示す断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係る真空バルブの閉極状態を示す断面図である。図１に示すように、この発明の実施の形態１に係る真空バルブにおいては、円筒状の絶縁筒１と、その両端をそれぞれ封止する端板２及び端板３で真空容器が形成される。

真空容器の内部には固定側電極７１とそれに対向する可動側電極８１とで構成される電極対が設けられている。端板２には円柱形状の固定側電極棒４１が固定されており、固定電極棒４１の一端には固定側電極７１が固着され、固定側電極棒４１の他端は端板２を貫通し、真空容器の外部に引き出されている。可動側電極棒５１は、一端に可動側電極８１が固着され、可動側電極棒５１の他端はベローズ６を介して端板３を貫通し、真空容器の外部に引き出されている。

可動側電極棒５１は図１の上下方向に可動となっており、これにより可動側電極８１を固定側電極７１と接離させ、図１に示した開極状態と図２に示した閉極状態を行き来することが可能になっている。また、ベローズ６が可動電極棒５の運動に伴って伸縮することで、真空容器内を気密に保つことができる。

遮断時には図１のように可動側電極８１は固定側電極７１から引き離されるが、この際に固定側電極７１及び可動側電極８１付近に金属蒸気が発生する。絶縁筒１の内壁面にこの金属蒸気が付着すると絶縁筒１の絶縁性能が劣化してしまう。そこで、真空容器の内部には、固定側電極７１及び可動側電極８１を囲み、固定側電極７１及び可動側電極８１から絶縁筒１の内壁面を遮蔽するように円筒形状のシールド９が設けられている。シールド９は金属製であり、その両端部の半径は、金属蒸気を効果的に補足するために中央部の半径より小さく形成されている。

また、ベローズ６を金属蒸気から保護するために、ベローズ６の電極対側の端部には、ベローズカバー１０が設けられている。

次に、真空バルブの各構成部品間の耐電圧性能について述べる。真空バルブの固定側電極７１と可動側電極８１との間に電圧が印加された場合、シ−ルド９の電位は、シールド９と、固定側電極棒４１、固定側電極７１、可動側電極棒５１及び可動側電極８１との間の容量から決まる。シ−ルド９は絶縁筒１のほぼ中央に支持されているので、固定側電極７１と可動側電極８１との間の中間電位に近くなる。特に、シールド９の両端部（端部９ａ及び端部９ｂ）は、半径が中央部と比較して小さいため、その付近は電界集中部となり電界強度が比較的高くなる。

シールド９の両端部と固定側端板２やベローズカバー１０との間の耐電圧については、距離が比較的に長く取れ、かつ、固定側端板２やベローズカバー１０の材料としてステンレス材料が使用できるため、この部分の耐電圧は問題となりにくい。

また、シールド９と固定側電極７１との間の耐電圧及びシールド９と可動側電極８１との間の耐電圧については、やはり距離が比較的に長く取れ、また固定側電極７１及び可動側電極８１の周縁部のＲ加工を大きくして電界緩和を図ることができるので、これらの部分の耐電圧も問題となりにくい。

一方、シールド９の端部９ａと固定側電極棒４１との間の耐電圧及び端部９ｂと可動側電極棒５１との間の耐電圧であるが、距離が比較的短く、シールド９の端部９ａ及び端部９ｂ付近の電界強度が高いため耐電圧条件が厳しい。そこで固定側電極棒４１及び可動側電極棒５１の側周面を、円筒形状で電極棒の材料より耐電圧性能が高い金属製の高耐電圧リング１１及び高耐電圧リング１２でそれぞれ覆うことで、電極棒の耐電圧性能を向上させている。

電極棒は通電性に優れた材料、例えば銅で構成される。その場合、高耐圧リングにはステンレス鋼を用いるとよい。

ここで、従来のように特に工夫のない単純な円筒形状の高耐電圧リングでは、高耐電圧リングを電極棒に対して固定するには、電極棒に直接ろう付するか、電極棒の一端に固着された電極にろう付する。しかし、このような接合方法では電極棒と高耐電圧リングとの同軸度が悪い状態で接合されがちである。電極棒と高耐電圧リングの同軸度が悪くなると、高耐電圧リングとシールドとの距離が短くなる箇所ができるため、その箇所において耐電圧性能が低下するという問題がある。

図３は、この発明の実施の形態１に係る高耐電圧リング１１の斜視図である。高耐電圧リング１１は、円筒形状で、その一端が内側に折り曲げられて折曲部１1ａが形成されている。高耐電圧リング１２も同様で、その一端が内側に折り曲げられて折曲部１２ａが形成されている。

図４は、図１の点線で囲んだ部分の要部拡大図である。図４に示したように、高耐圧リング１１は、折曲部１１ａの内周面が固定側電極棒４１の固定側電極７１側の端部の外周面に当接した状態で、固定側電極７１の裏面にろう付により接合されている。

図４に示す高耐電圧リング１１の中央部の半径Ｒ_１は機械加工では製作しないため寸法精度が悪い。この寸法公差が、従来の真空バルブにおける電極棒と高耐電圧との軸ずれの原因となっていた。一方、高耐電圧リング１１の折曲部１１ａの半径Ｒ_２は、機械加工で製作するため寸法精度が高い。高耐電圧リング１１の折曲部１１ａの内周面が固定側電極棒４１の端部の外周面と当接することで正確な位置決めがなされ、高耐電圧リング１１と固定電極棒４１とを同軸性が高い状態で接合することができる。また、機械加工を行う部分が端部１１ａのみなので、機械加工にかかるコストは最小限に抑えることができる。高耐電圧リング１２及び可動側電極棒５１も同様である。

他方の高耐電圧リング１２及び可動側電極棒５１の構造も同様で、高耐圧リング１２は、折曲部１２ａの内周面が可動側電極棒５１の可動側電極８１側の端部の外周面に当接した状態で、可動側電極８１の裏面にろう付により接合されている。

以上、本実施の形態１における真空バルブにおいては、電極棒と高耐電圧リングとが同軸度が悪い状態で接合されることを防ぎ、耐電圧性能を確保し、信頼性の高い真空バルブを実現することができる。

また、高耐電圧リングの機械加工を施す部分を最小限にし、製作コストを抑制することができる。

さらに、高耐電圧リングをシールドと対向しない電極裏側でろう付するため、銀ろう等の高耐電圧リングの材料よりも一般的に耐電圧性能の低いろう材がシールドとの対向部(高電界部)に出てきて耐電圧性能を低下させることを防止できる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る真空バルブの開極状態を示す断面図である。図６は、この発明の実施の形態２に係る真空バルブの閉極状態を示す断面図である。実施の形態１と同一の構成には同一の番号を付し、説明を省略する。実施の形態２に係る真空バルブの基本的な構成は、実施の形態１に係る真空バルブの構成と同様である。

可動側電極棒５２が図５の上下方向に可動となっており、これにより可動側電極８２を固定側電極７２と接離させ、図５に示した開極状態と図６に示した閉極状態を行き来することが可能になっていることも、実施の形態１に係る真空バルブと同様である。

実施の形態１との相違点は、電極棒と高耐電圧リングとが当接する部分の構造であり、この点を以下に説明する。

図７は、図５の点線で囲んだ部分の要部拡大図である。図７に示したように、固定側電極棒４２の固定側電極７２が固着された側の端部は、半径が中央部の半径より小さく形成された細径部となっている。そして高耐電圧リング１１の折曲部１１ａの内周面が固定側電極棒４２の細径部の外周面に当接した状態で、高耐圧リング１１は固定側電極７２の裏面にろう付により接合されている。

このような構造とすることで、高耐電圧リング１１が固定側電極棒４２と固定側電極７２とで挟み込まれて押さえられるため、高耐電圧リング１１が、閉極時に固定側電極７２と可動側電極８２とが接触する際に衝撃が生じても、安定的に固定される。

他方の高耐電圧リング１２及び可動側電極棒５２も同様で、可動側電極棒５２の可動側電極８２が固着された側の端部は、半径が中央部の半径より小さく形成された細径部となっている。そして高耐電圧リング１２の折曲部１２ａの内周面が可動側電極棒５２の細径部の外周面に当接した状態で、高耐圧リング１２は可動側電極８２の裏面にろう付により接合されている。

以上、本実施の形態２における真空バルブにおいては、高耐電圧リングが電極棒と電極とで挟み込まれて押さえられるため、高耐電圧リングが、閉極時に固定側電極７２と可動側電極８２とが接触する際に衝撃が生じても、安定的に固定される。

なお、実施の形態１及び２においては固定側及び可動側の両方に高耐電圧リングを設けたが、コストを抑制するためにどちらか片方にだけ設けてもよい。例えば、遮断器の操作機構の動作により、真空バルブの開閉動作が行われるが、操作機構の部品の公差等の原因から、固定側電極棒に対して可動側電極棒の軸心がずれ、可動側電極がいくらか傾くことが生じる可能性がある。このように可動側電極棒とシールドとの距離が固定側に比較して不安定なことを考慮するなら、可動側電極棒だけに高耐電圧リング１２を設けてもよい。また逆に、固定側の耐電圧性能を特に向上させたいような事情がある場合は、固定側にだけ高耐圧リング１１を設けてもよい。

また、実施の形態１及び２においては高耐電圧リングの折曲部を、高耐電圧リングの先端を内側に直角に曲げて絞った形状としたが、高耐電圧リングと電極棒とを接合することが可能な範囲であれば、高耐電圧リングの先端を曲げる角度は直角よりも小さい角度でも大きい角度でもよい。

１ 絶縁筒
２ 固定側端板
３ 可動側端板
６ ベローズ
９ シールド
９ａ 端部
９ｂ 端部
１０ ベローズカバー
１１ 高耐電圧リング
１１ａ 折曲部
１２ 高耐電圧リング
１２ａ 折曲部
４１ 固定側電極棒
４２ 固定側電極棒
５１ 可動側電極棒
５２ 可動側電極棒
７１ 固定側電極
７２ 固定側電極
８１ 可動側電極
８２ 可動側電極

Claims (4)

1. 絶縁筒の両端部が一対の端板により封止された真空容器内に、
   接離可能な一対の電極からなる電極対と、
   前記電極対を囲む金属製のシールドと、
   円柱形状で、一方の端部に前記電極対の一方の電極が固着され、他方の端部が前記真空容
   器から引き出され、前記一方の端部が細径部となっている電極棒と、
   円筒形状で、前記電極棒を構成する材料より耐電圧性能が高い金属製であり、先端が内側
   に折り曲げられた折曲部となっており、前記折曲部の内周面が前記電極棒の前記細径部の外周面に当接し、前記折曲部が前記電極棒と前記電極とで挟み込まれて押さえられる高耐電圧リングとを備える真空バルブ。
2. 前記電極棒は、ベローズを介して可動な電極棒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. 前記電極棒は、前記一対の端板の一方の端板に固定される電極棒であることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
4. 前記高耐電圧リングは、前記一方の電極の裏面側にろう付けされたことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。

Images