JP6214459B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

この発明は、真空開閉器に用いられる真空バルブの改良に関する。

まず、一般的な真空バルブの構造について図３にて説明する。図３は、比較的定格電圧の低い真空開閉器に使用されるタイプのもので、電極間の開極距離が小さくてよく、絶縁容器１の固定側には金属製端板２が、可動側には波形の薄板状の金属製端板３が接合され真空容器を形成し、内部に固定側電極５および可動側電極７を収納している。
金属製端板３は波形の薄板にて構成された弾性部材のため、可動側電極の開閉を可能としている。可動側電極７は可動側電極棒６を介して真空開閉器の操作機構と連結されており、電極の接離が出来るようになっている。このように、薄板上の端板を備えた構造のものとして、特許文献１のものがある。
なお、遮断性能を向上する目的で電極に螺旋状の溝を設けたスパイラル電極構造を収納したものもある。

図４に示す構造の真空バルブは、図３に示す真空バルブより使用される定格電圧が高く、電極間の開極寸法が大きいタイプであって、ベローズ８を介して可動側電極棒６と可動側の端板３とを接合しており、可動側端板３に可動側電極棒６の傾きを抑制する樹脂製のガイド９が取付けられている。

米国特許第６８６４４５６号明細書

従来、定格電圧の低い真空開閉器に使用される真空バルブは電極間の開極距離が小さくてよく、図３に示すように波形の薄板にて構成された弾性部材にて可動側電極の開閉を可能としている。この波形の薄板にて構成された弾性部材では、可動側電極および可動側電極棒が真空バルブの中心軸に対し自由に傾いてしまい十分な性能を発揮できない。仮に可動側電極棒の傾きを抑制する樹脂製のガイドを取付けようにも取付けできる箇所がなく、このガイドを取付けるための部材を追加する必要がある。

また、真空バルブの大電流遮断時に発生する電極間のアーク、あるいは大電流通電時に電極間に働く電磁反発力により電極間に間隙ができ発生するアークにより、電極が高温となり電極が部分的に溶融し、その溶融物が真空容器内に飛散する。ここで、薄板にて構成された端板は、その弾性特性を持たせるために０．１〜０．２ｍｍ程度の板厚のもので製作されており、電極からの高温溶融物の塊が直接付着すると溶融して孔が開いてしまい真空を維持できなくなるという問題があった。

また、図４に示す高圧タイプの真空バルブにおいても、特に大電流通電時および大電流遮断時には、図５に示すように真空開閉器の主回路端子１０、１１の引き回しと真空バルブにて形成される電流経路にて、可動側電極棒６には電磁力１２が矢印の方向に発生する。この電磁力１２により可動側電極棒６は電磁力が働く方向に大きく傾こうとする。このため、安定した通電特性が得られないこととなる。

この発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、特に使用される定格電圧が低く電極間の開極寸法が小さく、可動側端板を波形の薄板にて構成した弾性部材とした真空バルブにおいて、可動側電極棒の傾きを抑制すると共に、大電流遮断時等、電極間に発生したアークにより生成された電極の溶融物の可動側端板への飛散および付着を防止し、安定した電極間の接触抵抗、大電流遮断性能を得、また、真空度低下に対する信頼性の向上を図った真空バルブを得ることを目的とする。

この発明における真空バルブは、絶縁容器とこの絶縁容器の両端に設けた端板とで真空容器を形成し、該真空容器内に互いに接離し得る固定側電極と可動側電極を収納し、可動側端板は上記可動側電極を備えた可動側電極棒と接合された真空バルブにおいて、上記絶縁容器の可動側電極と可動側端板との間に位置する箇所に真空バルブの中心軸方向に突出する凸部を設け、この凸部にて上記可動側電極棒の傾きを抑制するようにしたものである。

この発明による真空バルブによれば、可動側端板を弾性部材とし、絶縁容器内面の凸部にて可動側電極棒の傾きを抑制できる構造としているので真空バルブを簡素な構造とすることができる。
また、絶縁容器内面の凸部により、可動側電極棒の傾きを抑制しているので電極の接触面同士が平行に面当たりすることで電極間の接触抵抗が安定する。同様に大電流遮断時の開極動作においても、可動側電極の接触面が固定側電極の接触面に対し平行な状態で開くので電極全面にアークが拡散し遮断性能が向上・安定する。
さらに、大電流遮断時等に発生するアークにより生成された電極溶融物が可動側端板に飛散し付着することがないので、この電極溶融物により薄板状の可動側端板が溶融し孔が開いてしまい真空度が低下する恐れが全くない。

この発明の実施の形態１に係る真空バルブの断面図である。 この発明の実施の形態２に係る真空バルブの断面図である。 一般的な低圧タイプの真空バルブの構造を示す断面図である。 一般的な高圧タイプの真空バルブの構造を示す断面図である。 真空開閉器の主回路端子と真空バルブの電流経路により発生する電磁力を説明した図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１を説明する断面図である。１は絶縁容器で、この絶縁容器１の固定側（図では上部）には金属製端板２が気密接合されており、可動側（図では下部）には波形の薄板にて構成された金属製の弾性部材３が気密接合されている。この金属製の弾性部材３は、板厚０．１〜０．２ｍｍ程度のもので製作されており、耐食性に優れたステンレス鋼で製作した方が好ましい。４は固定側電極棒で金属製端板２と気密接合されており、その絶縁容器内部側の端部には固定側電極５を備えている。６は可動側電極棒で金属製の弾性部材３と気密接合されており、同様にその絶縁容器内部側の端部には可動側電極７を備えている。
絶縁容器１の内面側の絶縁容器の真空側沿面の可動側電極と可動側端板との間に位置する箇所に真空バルブの中心軸方向に突出する凸部１ａを設けている。この凸部１ａは、可動側電極棒６に接するあるいは、微小間隔を隔てて設けられている。これら絶縁容器１と固定側の金属製端板２、および可動側の金属製の弾性部材３等で密閉された容器内部は真空に排気され高真空状態が維持されている。

可動側電極棒６および可動側電極７は、図示していないが、図５と同様に真空開閉器の操作機構に接続されており、金属製の弾性部材３を介して真空状態を保ったまま図１の紙面上において上下に移動することができる。固定側電極５と可動側電極７とが閉じた状態にて電流通電を行い、電流遮断時には、可動側電極７を開極して遮断する。可動側電極棒６は薄板状の金属製の弾性部材３を介して絶縁容器１と気密接合されているが、弾性部材３はその名の通り容易に弾性変形するため可動側電極棒６が容易に傾いてしまうので、その傾きを絶縁容器１の内面側に設けた凸部１ａにて制限している。特に大電流通電時および大電流遮断時には、可動側電極棒６には大きな電磁力が発生する。この電磁力により可動側電極棒６は電磁力が働く方向に大きく傾こうとするが、この可動側電極棒６の傾きを絶縁容器１に設けた凸部１ａにて制限できる。なお、図１、図２の例では、絶縁容器１の内面に形成した凸部は、１箇所としているが、複数個所の凸部を形成しても良い。
凸部１ａは真空バルブにおける真空容器を形成する筒状をなす絶縁容器１の内周面から絶縁容器１の中心軸方向へ、すなわち筒状をなす絶縁容器１を有する真空容器を備えた真空バルブの中心軸方向へ突出する環状体として絶縁容器１と一体に形成されるものであって、凸部１ａの環状体内周面が可動側電極棒６の外周面に係合し、可動側電極棒６の絶縁容器１における径方向位置を規制して、可動側電極棒６を絶縁容器１の中心軸近傍に配置し、絶縁容器１の中心軸からの可動側電極棒６の傾きを抑制するものである。

また、大電流遮断時に電極間に生じるアークにより、電極の一部が溶融し溶融物として真空容器内に飛散しても、絶縁容器１の内面側に設けた凸部１ａによって金属製弾性部材３への飛散・付着を防止できる。この電極からの溶融物は高温であり、金属製弾性部材３に付着した場合は、金属製弾性部材が容易に溶融し孔が開いてしまい真空度が低下して真空バルブとしての性能を維持できなくなるので、金属製弾性部材３への電極溶融物の飛散・付着防止は重要な機能である。

このように可動側端板を弾性部材３とし、絶縁容器１の内面側に中心軸方向に突出する凸部１ａを形成し可動側電極棒６を支持する構成とすることにより、真空バルブを簡素な構造とすることができ、併せて可動側電極棒６の傾きを抑制して電流通電性能および電流遮断性能を安定して得ることができる。また、電極間にて生じたアークにより生成される電極溶融物から弾性部材３を保護でき真空度低下に対し信頼性の高い真空バルブを得ることができる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２を説明する断面図である。この実施の形態２の真空バルブは、固定側電極５の直径を可動側電極７の直径よりも大きくした構成にしたものである。

可動側電極７の直径は、大電流遮断時の遮断性能を満足するようその直径を決定しており、固定側電極５と可動側電極７の電極間で発生するアークは、可動側電極７の直径内に存在するようにしているので、このアークにより生成された電極溶融物や電極からの蒸発物の飛散に関しては、固定側電極５の外周部が遮蔽部分となり、固定側電極５の側面部分から固定側端板に向けた方向への飛散を抑制することができる。
可動側電極７の直径を固定側電極５の直径より大きくすることで同じように電極からの溶融物や蒸発物の飛散の方向を抑制できるが、可動側電極７を大きくすることは可動部の質量が重くなることになり真空開閉器の必要操作エネルギーの増大につながるため、固定側電極５の直径を大きくした方が良い。

このように固定側電極５の直径を可動側電極７の直径より大きくして、電極からの溶融物および蒸発物の飛散方向を抑制することは、電極からの溶融物や蒸発物にて絶縁容器１の真空側内面の汚損を軽減し絶縁性能の低下を防止するのに効果的である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 絶縁容器、 １ａ 凸部、 ２ 固定側端板、 ３ 可動側端板、４ 固定側電極棒、 ５ 固定側電極、 ６ 可動側電極棒、 ７ 可動側電極、 ８ ベローズ、 ９ ガイド部材、 １０ 固定側主回路端子、 １１ 可動側主回路端子、 １２ 電磁力の方向を示す矢印。

Claims (4)

1. 絶縁容器とこの絶縁容器の両端に設けた固定側端板と可動側端板とで真空容器を形成し、該真空容器内に互いに接離し得る固定側電極と可動側電極を収納し、上記可動側端板は上記可動側電極を備えた可動側電極棒と接合された真空バルブにおいて、上記絶縁容器の上記可動側電極と上記可動側端板との間に位置する箇所に真空バルブの中心軸方向に突出する凸部を設け、この凸部にて上記可動側電極棒の傾きを抑制するようにしたことを特徴とする真空バルブ。
2. 上記可動側端板はステンレス製の薄板状のものであり、上記可動側電極が上記固定側電極と対向して可動できることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
3. 上記固定側電極と上記可動側電極のうち、片方の電極の直径を他方の電極の直径よりも大きくしたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の真空バルブ。
4. 上記固定側電極の直径を上記可動側電極の直径よりも大きくしたことを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の真空バルブ。

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