JP6268031B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、真空バルブに関する。

図１５は、従来の真空バルブの構成の一例を示す断面図である。図１５に示すように従来の真空バルブでは、セラミックスなどの絶縁容器６０１の両端開口部に、固定側封着金具６０２と可動側封着金具６０３が封着される。固定側封着金具６０２には、固定側通電軸６０４が貫通固定され、端部に固定側電極６０５が固着される。

固定側電極６０５に対向して可動側電極６０６が、可動側封着金具６０３を移動自在に貫通する可動側通電軸６０７の端部に固着される。固定側電極６０５および可動側電極６０６により軸方向の磁界（縦磁界）が印加される。

可動側通電軸６０６の中間部には、伸縮自在のベローズ６０８の一端が封着される。ベローズ６０８の他端は、可動側封着金具６０３の開口部に封着される。絶縁容器６０１の内面には、電極６０５，６０６を包囲するように設けられた筒状のシールド６０９が固定される。

このように構成される真空バルブは樹脂等の絶縁材料でモールドされ、絶縁部６１０が形成される。絶縁部６１０の外周表面には、例えば銀塗料などの導電性塗料が塗布されることなどにより、導電部６１１が形成される。

上記の真空バルブは、図示しない操作機構が駆動することにより操作機構に接続された可動側通電軸６０７が軸方向に移動し、固定側電極６０５と可動側電極６０６が電気的に接離する。電極６０５，６０６が開極することによりアークが生じるが、縦磁界の効果により、アークは電極６０５，６０６の接点全域に拡散される。

特開２００８−２６２７７２号公報

しかし、電極６０５，６０６間の距離が大きくなると、縦磁界が低下し、アークを電極６０５，６０６の接点全域に拡散させることが困難な場合がある。また、電界緩和のために電極６０５，６０６の接点端部の曲率半径を大きくする場合、接点の厚さが厚くなるため、電極６０５，６０６とアークとの距離が大きくなり、そのことによっても縦磁界が低下する。その結果、大電流を遮断するためには電極６０５，６０６を大きくする必要が生じてしまう。

そこで、本発明の実施形態はこれらの課題を解決するために、電極間に発生する縦磁界を向上させることができる真空バルブを提供するものである。

実施形態の真空バルブは、一方に開口面を有し、内部に空洞部が形成されるカップ状であり、軸方向を斜めに横切る螺旋状の複数の電極スリットが外周側面に設けられる電極と、前記開口面とは反対側の前記電極の他方の面に取り付けられる通電軸と、前記通電軸側に開口した第１の凹部を有し、前記電極の前記開口面側に取り付けられる接点と、前記第１の凹部に配置され、前記接点よりも低い抵抗率を有し、外周端部を始点として内側にかけて接続板スリットが設けられる接続板とを有し、前記接点側から見て前記接続板スリットの中心軸は、前記接続板の中心と前記接続板スリットの前記始点における半径方向の中心とを結ぶ線に対して、前記螺旋の回転方向に傾斜している。

第１の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図。 第１の実施形態に係る真空バルブの電極部を接点側から見た透過上面図。 第２の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図。 第３の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図。 第３の実施形態に係る真空バルブの電極部を接点側から見た透過上面図。 第４の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図。 第５の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図。 第５の実施形態に係る真空バルブの電極部を接点側から見た透過上面図。 第６の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図。 第７の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図。 第８の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図。 第９の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図 図１２のＡ−Ａ矢視図。 第９の実施形態に係る真空バルブの接続板を接点側から見た上面図。 従来の真空バルブの構成の一例を示す断面図。

以下、実施形態を図面に基づき説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図、図２は、第１の実施形態に係る真空バルブの電極部を接点側から見た透過上面図である。

真空バルブ全体の構成については、背景技術の項で説明した図１５と同様であるため省略する。

固定側電極と可動側電極は同様の構成であるため、図１および図２では、一方の電極部１００のみを記載して説明する。

第１の実施形態の真空バルブに係る電極部１００は、電極１０１、接点１０２、通電軸１０３、補強部材１０４、接続板１０５を有する。

電極１０１は、一方に開口面を有し、内部に空洞部１０１ｂが形成されるカップ状であり、例えば銅などの導電率の高い材料からなる。電極１０１の外周側面には、軸方向を斜めに横切る螺旋状の電極スリット１０１ａが複数本設けられる。電極１０１の開口面には、遮断性能の優れた例えば銅−クロム合金からなる接点１０２の一方の面が固着される。接点１０２の他方の面は、対向する図示しない接点と接離する。

開口面とは反対側に位置する電極１０１の他方の面には、軸方向に電流が流れる通電軸１０３が固着される。

空洞部１０１ｂ内には、空洞部１０１ｂの底部と、接点１０２の一方の面とを機械的に支持固定し、絶縁物やステンレスからなる補強部材１０４が設けられる。

接点１０２は、通電軸１０３側に開口した第１の凹部１０２ａを有しており、第１の凹部１０２ａ内に接続板１０５が配置される。なお、接続板１０５は、接点１０２よりも抵抗率の低い材料で構成され、例えば銅が挙げられる。

図２に示すように、接続板１０５は、外周端部を始点として内側にかけて接続板スリット１０５ａが複数本設けられる。ここで、接続板スリット１０５ａの中心軸１０は、接続板１０５の中心１１と接続板スリット１０５ａの始点における半径方向の中心１２とを結ぶ線１３に対して、電極スリット１０１ａの螺旋の回転方向に傾いている。

図１において電極スリット１０１ａは右肩上がりであり、螺旋の回転方向は「右」である。すなわち、接点１０２側から見て接続板スリット１０５ａの中心軸１０は、接続板１０５の中心１１と接続板スリット１０５ａの始点における半径方向の中心１２とを結ぶ線１３に対して、右側に傾いている。電極スリット１０１ａが左肩上がりの螺旋状である場合には、螺旋の回転方向は「左」を表し、接点１０２側から見て接続板スリット１０５ａの中心軸１０は、接続板１０５の中心１１と接続板スリット１０５ａの始点における半径方向の中心１２とを結ぶ線１３に対して、左側に傾いて構成される。

次に本実施形態の真空バルブの作用について図１および図２を用いて説明する。

電極１０１の開口面は接点１０２と接続板１０５に接しているが、接続板１０５は接点１０２よりも抵抗率の低い材料で構成されているため抵抗が小さい。そのため、電流遮断時に電極部を流れる電流の多くは、通電軸１０３、電極１０１、接続板１０５、接点１０２の経路で流れ、接点１０５と対向する図示しない接点間に発生したアークを介して、対向する図示しない接点へと流れる。

通電軸１０３から電極１０１を流れる電流１４は、電極スリット１０１ａにより向きが制限され、図１に示すように、電極スリット１０１ａ間を通る。そのため、電極１０１を流れる電流１４の周方向成分により、図１の上方向の縦磁界が発生する。

また、接続板スリット１０５ａの中心軸１０は、接続板１０５の中心１１と接続板スリット１０５ａの始点における半径方向の中心１２とを結ぶ線１３に対して、電極スリット１０１ａの螺旋の回転方向（図１の場合は右）に傾いている。

そのため、接続板１０５を流れる電流１５は、図２に示すように、接続板スリット１０５ａにより向きが制限され、接続板１０５を流れる電流１５の周方向成分によっても図１の上方向の縦磁界が発生する。

以上説明した第１の実施形態に係る真空バルブによれば、電極１０１を流れる電流１４によって生じる縦磁界に加え、接続板１０５を流れる電流１５によっても同方向の縦磁界を発生させることが可能となり、接点１０２と対向する図示しない接点との間に発生する縦磁界を強めることができる。

そのため、対向する電極間の距離を大きくした場合や接点１０２の厚さを厚くした場合でも十分な縦磁界を得ることができ、アークを接点１０２全域に拡散するように効果的に制御可能となる。このことにより、大電流を遮断する際にも電極１０１や接点１０２を大きくする必要がなく、コスト削減に繋がる。

さらに、図２に示すように、接点１０２側から見て電極スリット１０１ａと接続板スリット１０５ａの少なくとも一部が重なるように構成されることにより、電極１０１から接続板１０５に電流が流れ込んだ際、電流１６のような縦磁界を弱める向きに電流が流れるのを抑制し、縦磁界を強める向き（電流１５）に電流が流れやすくなる。

そのため、接点１０２と対向する図示しない接点との間に発生する縦磁界をより強めることが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の構成について、図３を用いて説明する。なお、第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図３は、第２の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図である。

この第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、電極１０１と接点１０２との間に間隙２０１が形成され、電極１０１は接続板１０５とのみ接する点にある。

このように構成された真空バルブでは、通電軸１０３から電極１０１を流れた電流は、直接接点１０２には流れ込まず、全て接続板１０５に流れ込む。そのため、接続板１０５を流れる電流１５が増加し、第１の実施形態で得られる効果に加えて、接点１０２と対向する図示しない接点との間に発生する縦磁界をより強めることが可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の構成について、図４、図５を用いて説明する。なお、第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図４は、第３の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図であり、図５は、第３の実施形態に係る真空バルブの電極部を接点側から見た透過上面図である。

この第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、接触部３０１を有する点にある。接触部３０１は、電極１０１と接点１０２の間に設けられる。すなわち、接触部３０１以外では、電極１０１と接点１０２は接していない。

電極スリット１０１ａに対して接触部３０１は、接点１０２側から見て螺旋の回転方向と反対側（図５の場合は電極スリット１０１ａの円周方向左側）に位置し、電極スリット１０１ａの近傍に設けられる。また、接続板スリット１０５ａは、接続部３０１から見て電極スリット１０１ａの反対側かつ、接続部３０１の近傍に設けられる。

このように構成された真空バルブでは、通電軸１０３から電極１０１を流れた電流は、接触部３０１を介して全て接続板１０５に流れ込む。そのため、接続板１０５を流れる電流１５が増加し、第１の実施形態で得られる効果に加えて、接点１０２と対向する図示しない接点との間に発生する縦磁界をより強めることが可能となる。

さらに、電極スリット１０１ａに対して接触部３０１が、接点１０２側から見て螺旋の回転方向と反対側に位置し、電極スリット１０１ａの近傍に設けられるため、電極１０１を流れる電流１４の円周方向成分が増加し、接点１０２と対向する図示しない接点との間に発生する縦磁界をより強めることが可能となる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の構成について、図６を用いて説明する。なお、第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図６は、第４の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図である。

この第４の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、接続板スリット１０５ａが電極スリット１０１ａの螺旋方向に沿って斜めに形成される点である。

このように構成された真空バルブでは、接続板スリット１０５ａにより接続板１０５に流れ込む電流は方向が制限される（図６中、電流１７）。そのため、接続板１０５を流れる電流の円周方向成分が増加し、第１の実施形態で得られる効果に加えて、接点１０２と対向する図示しない接点との間に発生する縦磁界をより強めることが可能となる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態の構成について、図７、図８を用いて説明する。なお、第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図７は、第５の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図であり、図８は、第５の実施形態に係る真空バルブの電極部を接点側から見た透過上面図である。

この第５の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、接点１０２が電極１０１側とは反対側の面、すなわち、対向する図示しない接点と接離する面に窪み５０１を有する点である。

接点１０２が窪み５０１を有することにより、接点１０２が対向する図示しない接点との投入状態であるとき、接点同士は接触部１８で接し、開極時にアークは接触部１８で発生する。なお、図８中の破線Ａの内側が窪み５０１に対応した位置を示しており、破線Ａと破線Ｂで囲まれた領域Ｃが接触部１８に対応した位置を示している。

ここで、接続板スリット１０５ａは、接続板１０５の外周端部における始点から窪み５０１に対応する位置まで設けられる。すなわち、領域Ｃは接続板スリット１０５ａ間に位置する。

接続板１０５において、接続板スリット１０５ａ間に位置する領域Ｃを流れる電流は接続板スリット１０５ａにより方向が制限され、円周方向成分が大きくなり、領域Ｃには強い縦磁界が発生する。窪み５０１により、強い縦磁界が発生する領域Ｃに対応した接触部１８にアークを発生させることで、アークに縦磁界の影響をより与えることができる。

そのことにより、第１の実施形態で得られる効果に加えて、よりアークを安定的に制御可能となる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態の構成について、図９を用いて説明する。なお、第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図９は、第６の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図である。

この第６の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、磁性体４０１を有する点である。

磁性体４０１は、例えば純鉄製の筒状であり、電極１０１の空洞部１０１ｂ内に配置される。ここで、磁性体４０１と電極１０１の内側面との間および磁性体４０１と接続板１０５との間には、これらが電気的に接続しないように間隙が設けられる。間隙を設ける代わりに、磁性体４０１と電極１０１の内側面との間や磁性体４０１と接続板１０５との間に高抵抗体や絶縁物を配置してもよい。

以上説明した第６の実施形態に係る真空バルブによれば、電極１０１の空洞部１０１ｂ内に磁気抵抗の低い磁性体４０１が配置されることで、第１の実施形態で得られる効果に加えて、接点１０２と対向する図示しない接点との間に発生する縦磁界をより強めることができる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態の構成について、図１０を用いて説明する。なお、第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図１０は、第７の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図である。

この第７の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第２の凹部７０１を有する点である。

接続板１０５は、通電軸１０３側に開口した第２の凹部７０１を有する。第２の凹部７０１の半径方向の大きさは、空洞部１０１ｂの大きさと略同一（同一を含む）である。

以上説明した第７の実施形態に係る真空バルブによれば、接続板１０５が第２の凹部７０１を有するため、接続板を通る電流は接点１０２に近い位置、すなわち接点１０２と対向する図示しない接点との間に発生するアークに近い位置を流れる。

そのため、アークに縦磁界の影響をより与えることが可能となり、第１の実施形態で得られる効果に加えて、よりアークを安定的に制御可能となる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態の構成について、図１１を用いて説明する。なお、第６の実施形態および第７の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図１１は、第８の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図である。

この第８の実施形態が第６の実施形態および第７の実施形態と異なる点は、磁性体４０１および第２の凹部７０１を有し、磁性体４０１が空洞部１０１ｂから第２の凹部７０１内にかけて延長して配置される点である。

以上説明した第７の実施形態に係る真空バルブによれば、磁性体４０１が空洞部１０１ｂから第２の凹部７０１内にかけて延長して配置されるため、接点１０２と対向する図示しない接点との間に発生するアークに近い位置に、磁性体４０１を配置することができる。

そのため、アークに縦磁界の影響をより与えることが可能となり、第６の実施形態および第７の実施形態で得られる効果に加えて、よりアークを安定的に制御可能となる。

（第９の実施形態）
第９の実施形態の構成について、図１２乃至図１４を用いて説明する。なお、第１の実施形態の各部と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。図１２は、第９の実施形態に係る真空バルブの電極部の構成を示す側面図、図１３は、図１２のＡ−Ａ矢視図、図１４は、第９の実施形態に係る真空バルブの接続板を接点側から見た上面図である。なお、図１２乃至図１４は一対の電極部のうち、一方の電極部９００を示している。

この第９の実施形態が、第１の実施形態と異なる点は電極部９００にある。

電極部９００は、通電軸９０１、接点９０２、電極９０３、接続板９０４を有する。電極９０３は、腕部９０５、円弧部９０６、接続ピン９０７を有する。

通電軸９０１の軸方向端部には、通電軸９０１の軸方向に対して垂直方向外側に延長された腕部９０５が結合され、円弧部９０６が腕部９０５の先端に支持され、通電軸９０１を中心とした円周方向に沿って円弧状に設けられる。

円弧部９０６の先端には、接続ピン９０７が設けられ、円弧部９０６は接続ピン９０７を介して接点９０２と電気的に接続される。接点９０２は、図示しない対向する接点と接離可能である。

接点９０２は、通電軸９０１側に開口した第１の凹部９０２ａを有しており、第１の凹部９０２ａ内に接続板９０４が配置される。なお、接続板９０４は、接点９０２よりも抵抗率の低い材料で構成され、例えば銅が挙げられる。

図１４に示すように、接続板９０４は、外周端部を始点として内側にかけて接続板スリット９０４ａが複数本設けられる。ここで、接続板スリット９０４ａの中心軸２０は、接続板９０４の中心２１と接続板スリット９０４ａの始点における半径方向の中心２２とを結ぶ線２３に対して、腕部９０５から円弧部９０６を流れる電流２４の回転方向とは反対向きに傾いている。

図１３において腕部９０５から円弧部９０６を流れる電流２４の回転方向は反時計回りであり、「左」である。すなわち、図１３においては「腕部９０５から円弧部９０６を流れる電流２４の回転方向とは反対向き」とは「右」を表している。

図１４に示すように、接点９０２側から見て接続板スリット９０４ａの中心軸２０は、接続板９０４の中心２１と接続板スリット９０４ａの始点における半径方向の中心２２とを結ぶ線２３に対して、電流２４の回転方向とは反対向きである右側に傾いている。

このように構成された真空バルブでは、遮断動作が行われると、事故電流や負荷電流は、一方の通電軸９０１から腕部９０５、円弧部９０６、接続ピン９０７、接続板９０４、接点９０２を経て、他方の図示しない接点に流入する。

ここで、円弧部９０６を流れる電流２４により接点２０４間に軸方向の磁界（縦磁界）が生じる（図１２の上方向）。

また、接続板９０４を流れる電流２５は、図１４に示すように、接続板スリット９０４ａにより向きが制限され、接続板９０４を流れる電流２５の周方向成分によっても図１２の上方向の縦磁界が発生する。

以上説明した第１の実施形態に係る真空バルブによれば、電極９０３の円弧部９０６を流れる電流２４によって生じる縦磁界に加え、接続板９０４を流れる電流２５によっても同方向の縦磁界を発生させることが可能となり、接点９０２と対向する図示しない接点との間に発生する縦磁界を強めることができる。

そのため、対向する電極間の距離を大きくした場合や接点９０２の厚さを厚くした場合でも十分な縦磁界を得ることができ、アークを接点９０２全域に拡散するように効果的に制御可能となる。このことにより、大電流を遮断する際にも電極９０３や接点９０２を大きくする必要がなく、コスト削減に繋がる。

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、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。これらの実施形態は、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同様に、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。

１００，９００…電極部
１０１，９０３…電極
１０１ａ…電極スリット
１０１ｂ…空洞部
１０２，９０２…接点
１０２ａ，９０２ａ…第１の凹部
１０３，９０１…通電軸
１０４…補強部材
１０５，９０４…接続板
１０５ａ，９０４ａ…接続板スリット
２０１…間隙
３０１…接触部
４０１…磁性体
５０１…窪み
６０１…絶縁容器
６０２…固定側封着金具
６０３…可動側封着金具
６０４…固定側通電軸
６０５…固定側電極
６０６…可動側電極
６０７…可動側通電軸
６０８…ベローズ
６０９…シールド
６１０…絶縁部
６１１…導電部
７０１…第２の凹部
９０５…腕部
９０６…円弧部
９０７…接続ピン

Claims (10)

1. 一方に開口面を有し、内部に空洞部が形成されるカップ状であり、軸方向を斜めに横切る螺旋状の複数の電極スリットが外周側面に設けられる電極と、
   前記開口面とは反対側の前記電極の他方の面に取り付けられる通電軸と、
   前記通電軸側に開口した第１の凹部を有し、前記電極の前記開口面側に取り付けられる接点と、
   前記第１の凹部に配置され、前記接点よりも低い抵抗率を有し、外周端部を始点として内側にかけて接続板スリットが設けられる接続板と
   を有し、
   前記接点側から見て前記接続板スリットの中心軸は、前記接続板の中心と前記接続板スリットの前記始点における半径方向の中心とを結ぶ線に対して、前記螺旋の回転方向に傾斜している真空バルブ。
2. 前記接点側から見て前記電極スリットと前記接続板スリットの少なくとも一部が重なる請求項１に記載の真空バルブ。
3. 前記電極と前記接点との間に間隙を有し、
   前記電極と前記接続板とが接する請求項１または請求項２に記載の真空バルブ。
4. 前記電極と前記接点との間に設けられる接続部をさらに有する請求項１または請求項２に記載の真空バルブ。
5. 前記接続板スリットは、前記電極スリットの前記螺旋方向に沿って斜めに形成される請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブ。
6. 前記接点は、前記電極側とは反対側の面に窪みを有し、
   前記接続板スリットは、前記始点から少なくとも前記窪みに対応する位置まで設けられる請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の真空バルブ。
7. 前記空洞部内に配置される磁性体をさらに有する請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の真空バルブ。
8. 前記接続板は、前記通電軸側に開口した第２の凹部を有し、
   前記第２の凹部の半径方向の大きさは、前記電極の前記空洞部の大きさと略同一である請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の真空バルブ。
9. 前記磁性体は、前記第２の凹部内まで延長して配置される請求項８に記載の真空バルブ。
10. 軸方向に電流が流れる通電軸と、
    前記通電軸の軸方向に対して垂直方向外側に延長された腕部と、
    前記腕部の先端に支持され、前記通電軸を中心とした円周方向に沿って円弧状に設けられた円弧部と、
    前記円弧部に設けられる接続ピンと、
    前記通電軸側に開口した第１の凹部を有し、前記接続ピンを介して前記円弧部と電気的に接続される接点と、
    前記凹部に配置され、前記接点よりも低い抵抗率を有し、外周端部を始点として内側にかけて接続板スリットが設けられる接続板と
    を有し、
    前記接点側から見て前記接続板スリットの中心軸は、前記接続板の中心と前記接続板スリットの前記始点における半径方向の中心とを結ぶ線に対して、前記腕部から円弧部を流れる電流の回転方向とは反対向きに傾斜している真空バルブ。

Images