JP5746515B2 - モールド真空バルブおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂により真空バルブをモールド（注型）したモールド真空バルブおよびその製造方法に関する。

従来、接離自在の一対の接点を有する真空バルブの外周を熱硬化性樹脂でモールドし、外部絶縁を補強したものが知られている。モールドにあたっては、真空絶縁容器と封着金具の封着部がセラミックスや鉄合金などの熱膨張係数の異なる複数種類の材料から構成され応力集中を起こし易いので、この封着部を覆うような金属キャップを設け、応力緩和が図られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−３３８５５７号公報

上記の従来のモールド真空バルブにおいては、次のような問題がある。
熱硬化性樹脂は、加熱により液体からゲル化を経て硬化し固体化するまでの間に、その体積を減少させる特性がある。そのため、樹脂注型金型に温度勾配を持たせ、キャビティーに充填した熱硬化性樹脂を、注入口から最も遠い部分から注入口に向かって順次硬化させる手法がとられる。これにより、硬化収縮分が注入口から順次補充されながら硬化するので、欠陥や内部応力の少ない注型品を得ることができる。

しかしながら、形状が複雑になると、硬化序列のバランスが崩れることがあり、内部応力が残留することがある。また、封着部のように、熱膨張係数の異なる材料が用いられる部分では、材料自体の熱膨張係数の差による応力も加わることになる。この部分では、金属キャップにより応力緩和がされるものの、所定以上の応力が残留すると、金属キャップの外周方向に向かって亀裂が進展することになる。このため、このような複数種類の材料が用いられる部分でも内部応力の残留し難いものが望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、内部応力を低減させたモールド真空バルブおよびその製造方法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、実施形態のモールド真空バルブは、一対の接点を収納する真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の開口部に封着された封着金具と、前記真空絶縁容器と前記封着金具との封着部を覆うように設けられた金属キャップと、前記封着金具と前記金属キャップ間に、軸方向に所定圧力で接触固定された環状で導電性の弾性部材と、前記金属キャップを包含する前記真空絶縁容器の外周に形成された絶縁層とを備えたことを特徴とする。

本発明の実施例１に係るモールド真空バルブの構成を示す断面図。 本発明の実施例１に係るモールド真空バルブの製造方法を説明する断面図。 本発明の実施例１に係るモールド真空バルブの内部応力を説明する図。 本発明の実施例１に係るモールド真空バルブの比較例の構成を示す断面図。 本発明の実施例２に係るモールド真空バルブの製造方法を説明する断面図。

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に係るモールド真空バルブを図１〜図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係るモールド真空バルブの構成を示す断面図、図２は、本発明の実施例１に係るモールド真空バルブの製造方法を説明する断面図、図３は、本発明の実施例１に係るモールド真空バルブの内部応力を説明する図、図４は、本発明の実施例１に係るモールド真空バルブの比較例の構成を示す断面図である。

図１に示すように、接離自在の一対の接点を収納するセラミックスからなる筒状の真空絶縁容器１の両端開口部には、鉄合金製で板状の固定側封着金具２と可動側封着金具３がろう付けにより封着されている。固定側封着金具２には、一方の電路となる固定側通電軸４が貫通固定されている。可動側封着金具３には、他方の電路となる可動側通電軸５が気密を保って軸方向に移動自在に貫通している。

固定側封着金具２の外周には、真空絶縁容器１との封着部を覆うような椀状の固定側金属キャップ６が設けられている。固定側封着金具２と固定側金属キャップ６間には、導電性のOリングやパッキンなどゴム材からなる環状の固定側弾性部材７が設けられている。固定側弾性部材７は、固定金具８により所定圧力で圧縮され、固定側封着金具２と固定側金属キャップ６間に接触固定されている。可動側封着金具３の外周にも、固定側と同様に、真空絶縁容器１との封着部を覆うような椀状の可動側金属キャップ９が環状の可動側弾性部材１０を介して設けられている。可動側弾性部材１０も、後述する樹脂注型金型で圧縮され、可動側封着金具３と可動側金属キャップ９間に接触固定されている。

これら真空絶縁容器１、固定側封着金具２、固定側通電軸４、固定側金属キャップ６、可動側封着金具３、可動側金属キャップ９などの外周には、エポキシ樹脂で所定形状にモールドされた絶縁層１１が設けられている。即ち、絶縁層１１は、固定側金属キャップ６、可動側金属キャップ９を包含する真空絶縁容器１の外周に設けられている。これにより、真空絶縁容器１の沿面を絶縁補強することができる。なお、固定側通電軸４端部、可動側通電軸５外周は、露出している。

次に、製造方法を図２を参照して説明する。

図２に示すように、樹脂注型金型１２内にエポキシ樹脂を充填する前に、先ず、固定側通電軸４に設けられたネジ部４ａに固定金具８を螺合させ、固定側金属キャップ６を可動側に移動させ、固定側弾性部材７を押圧し所定圧力で圧縮する。次に、可動側通電軸５の外周に有底円筒状の押し金具１３を被せ、押しネジ治具１４を樹脂注型金型１２にボルト１５で固定する。そして、固定側通電軸４端を樹脂注型金型１２の図示上方向の凹部に嵌め込み、押しネジ治具１４を操作して押し金具１３を固定側に移動させ、可動側金属キャップ９により可動側弾性部材１０を押圧し所定圧力で圧縮する。その後、樹脂注型金型１２を所定温度に加熱し、エポキシ樹脂を充填し、加熱硬化させる。固定側弾性部材７、可動側弾性部材１０は、モールド時の温度に耐え得る耐熱性を有している。

なお、押し金具１３、可動側弾性部材１０などにより可動側通電軸５側へのエポキシ樹脂の流入を防いでいる。また、固定側弾性部材７と可動側弾性部材１０をそれぞれ接触固定することにより、固定側金属キャップ６と固定側封着金具２、可動側金属キャップ９と可動側封着金具３を同電位にすることができ、それぞれの封着部の電界緩和を図ることができる。

次に、絶縁層１１の内部応力を図３、図４を参照して説明する。

図３に示すように、固定側弾性部材７と可動側弾性部材１０を設けた実施例では、実線で示すように、液体からゲル化点を経て硬化し固体化するまでの間に、殆ど内部応力の上昇は見られない。これは、真空絶縁容器１の両端部では熱膨張係数の異なる材料があり内部応力が上昇し易いものの、エポキシ樹脂の硬化収縮に追従して固定側金属キャップ６、可動側金属キャップ９が移動するため、内部応力を緩和することができる。

これに対し、比較例では、一点鎖線で示すように、ゲル化点を過ぎると、急激に内部応力が上昇する傾向にある。比較例の構成は、図４に示すように、固定側金属キャップ６を固定側通電軸４にボルト１６で固定し、また、可動側金属キャップ９を可動側封着金具３にボルト１７で固定したものである。このため、封着部付近では、固定側金属キャップ６、可動側金属キャップ９により硬化収縮時に発生する内部応力が拘束される。

次に、実施例と比較例の部分放電特性を表１に示すが、固定側金属キャップ６、可動側金属キャップ９を固定側弾性部材７、可動側弾性部材１０を介して固定したものでは、比較例に対し、２倍以上の電気的特性の向上が図れる。また、内部応力の低減が図られているので、機械的特性も向上させることができる。

内部応力の緩和においては、固定側金属キャップ６と可動側金属キャップ９の移動範囲を、真空絶縁容器１の軸方向の長さに対し、０．５％以上とすることが好ましい。これは、モールド真空バルブに用いるようなエポキシ樹脂では硬化収縮が０．５％程度であるためである。固定側弾性部材７と可動側弾性部材１０にパッキンを用いる場合では、厚みを真空絶縁容器１の軸方向の長さの２〜５％とすることが好ましい。これにより、パッキンの変形範囲を１０〜２０％とすることができ、応力緩和を図ることができる。即ち、固定側弾性部材７、可動側弾性部材１０は、絶縁層１１の硬化収縮を吸収する厚さ（大きさ）を有するものである。Oリングでは、断面の直径とする。

上記実施例１のモールド真空バルブによれば、封着部の外周を覆う金属キャップ６、９を、エポキシ樹脂の硬化収縮に追従して伸縮する弾性部材７、１０を介して固定しているので、絶縁層１１の内部応力を低減することができ、優れた電気的特性、機械的特性を得ることができる。

次に、本発明の実施例２に係るモールド真空バルブを図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施例２に係るモールド真空バルブの製造方法を説明する断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、弾性部材の材質である。図５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５に示すように、固定側金属キャップ６を金属製のバネ材からなる固定側弾性部材１８を介して固定している。また、可動側金属キャップ９を固定側と同様に、バネ材からなる可動側弾性部材１９を介して固定している。バネ材は、硬化収縮に追従して伸縮するバネ力（大きさ）を有している。

上記実施例２のモールド真空バルブによれば、実施例１と同様の効果のほかに、バネ材を用いているので、バネ定数などを選定し易く、伸縮範囲の制御が容易となる。

以上述べたような実施形態によれば、真空バルブの封着部の外周に設ける金属キャップを弾性部材を介して固定しているので、絶縁層内部の応力緩和や電界緩和を図ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 真空絶縁容器
２ 固定側封着金具
３ 可動側封着金具
４ 固定側通電軸
４ａ ネジ部
５ 可動側通電軸
６ 固定側金属キャップ
７、１８ 固定側弾性部材
８ 固定金具
９ 可動側金属キャップ
１０、１９ 可動側弾性部材
１１ 絶縁層
１２ 樹脂注型金型
１３ 押し金具
１４ 押しネジ治具
１５、１６、１７ ボルト

Claims (2)

1. 一対の接点を収納する真空絶縁容器と、
   前記真空絶縁容器の開口部に封着された封着金具と、
   前記真空絶縁容器と前記封着金具との封着部を覆うように設けられた金属キャップと、
   前記封着金具と前記金属キャップ間に、軸方向に所定圧力で接触固定された環状で導電性の弾性部材と、
   前記金属キャップを包含する前記真空絶縁容器の外周に形成された絶縁層とを備えたことを特徴とするモールド真空バルブ。
2. 一対の接点を収納する真空絶縁容器と、
   前記真空絶縁容器の開口部に封着された封着金具と、
   前記真空絶縁容器と前記封着金具との封着部を覆うように設けられた金属キャップと、
   前記封着金具と前記金属キャップ間に設けられる導電性の弾性部材と、
   前記金属キャップを包含する前記真空絶縁容器の外周に形成される絶縁層とを備えたモールド真空バルブの製造方法であって、
   前記弾性部材は、前記絶縁層を形成する前に、可動側では樹脂注型金型に固定された押しネジ治具で前記金属キャップを押圧し所定圧力で圧縮されることを特徴とするモールド真空バルブの製造方法。

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