JP6351239B2

JP6351239B2 - 真空バルブ

Info

Publication number: JP6351239B2
Application number: JP2013238399A
Authority: JP
Inventors: 糸谷　孝行; 孝行糸谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: JP2015099671A

Description

本発明は、接離可能な一対の電極の周囲に中間電位となるアークシールドが配設された真空バルブに関するものである。

真空バルブを構成する絶縁円筒内面の汚損抑制のため、対向された電極の周りを囲むように設けられるアークシールドは、一つの部材で製作する場合と、軸方向に二分割されたアークシールド部材を結合して製作する場合がある（例えば特許文献１、特許文献２参照）。特に、アークシールドの軸方向の端部を内径側に絞る形状のものは、二つのアークシールド部材を結合させる方が製作し易い。この二つのアークシールド部材同士は、例えばろう付け、溶接、カシメなどから適宜選択された結合手段で一体化し、予め一つのアークシールドとして構成する場合もある。アークシールドの固定には溶接またはろう付け接合、挟み込む等の機械的な固定が用いられる。特に、二分割されたアークシールド部材でアークシールドを構成し、真空炉内で真空バルブ内を真空排気しながらろう付けで気密接合を行う場合は、生産効率の観点から、ろう付け接合でアークシールドを構成し、アークシールドの固定もろう付け接合で行われる。

特開平３−２６９９２３号公報（第１頁、第１、２図）特開平１１−１２６５４８号公報（第１〜３頁、第１、２図）

上記のような、中間電位となるアークシールドを配設した従来の真空バルブでは、定格電圧ごとに専用のアークシールドが必要となり、用意する部品数が増えるという課題があった。特に定格電圧が高くなると電極間距離が大きくなるため、アークシールドは必然的に長くなるので、一つの部品で共用化することは不可能であった。

本発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、アークシールドの共用化範囲を広げることができ、しかも構成が簡素で安価に製造し得るアークシールドを提供することを目的としている。

本発明に係る真空バルブは、真空に保持された絶縁容器の内部に接離可能に対向配置された一対の電極と、前記絶縁容器内に配置されて前記一対の電極の周りを囲繞する筒状のアークシールドとを備えた真空バルブにおいて、前記アークシールドは、軸方向に２つに分けて形成された一方のアークシールド部材に他方のアークシールド部材を、前記軸方向に所定距離挿入し得るようにすることで、前記一方のアークシールド部材と他方のアークシールド部材を合体させたときの前記アークシールドの前記軸方向の長さを任意に選べるようにしたものであって、前記一方のアークシールド部材はその円筒部分の内径が、前記他方のアークシールド部材の円筒部分の外径と同一または大きく形成されているものであり、前記他方のアークシールド部材の外周に嵌合する前記一方のアークシールド部材と前記他方のアークシールド部材の重合により形成されて熱容量を大きくする重合部が、前記対向配置された一対の電極の周囲に位置されるものである。

この発明によれば、アークシールドを軸方向に２つに分けて構成し、２つに分けられた一方のアークシールド部材に他方のアークシールド部材が、前記軸方向に所定距離進入し得るようにして、アークシールドの前記軸方向の長さを任意に選べるようにしたので、アークシールドの共用化範囲を広げることができると共に、構成を簡素にできるので真空バルブを安価に得ることができ、しかも、アークシールドの軸方向の長さを選ぶため互いに嵌合するアークシールド部材の重合により形成されて熱容量を大きくする重合部が、電極の周囲に位置されることによって、アークシールドの軸方向の長さを選ぶため互いに嵌合するアークシールド部材の重合部により重合部以外の追加構成を用いることなく簡潔な構成で電流遮断性能の向上に寄与することができる。

本発明の実施の形態１に係る真空バルブの要部構成を示す断面図である。図１に示されたアークシールドの軸方向の長さを伸長して定格電圧が図１のものよりも高い真空バルブに用いたときの要部構成を示す断面図である。本発明の実施の形態２に係る真空バルブの要部構成を示す断面図である。図３に示された真空バルブの要部を示す拡大断面図である。本発明の実施の形態３に係る真空バルブの要部構成を示す断面図である。図５に示された一方のアークシールド部材を下側から見た斜視図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る真空バルブの要部構成を示す断面図、図２は図１に示されたアークシールドの軸方向の長さを伸長して定格電圧が図１のものよりも高い真空バルブに用いたときの要部構成を示す断面図である。図において、真空バルブは無酸素銅、銅合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはステンレスによって円筒状に形成されたリング状の封着部材１を介して接合された、アルミナセラミックス等の絶縁材製の第１の絶縁容器部材２Ａ、及び第２の絶縁容器部材２Ｂからなる容器部材２と、第１の絶縁容器部材２Ａの開口端部を覆う固定側端板３Ａと、第２の絶縁容器部材２Ｂの開口端部を覆う可動側端板３Ｂとからなる絶縁容器４を有している。なお、固定側及び可動側端板３Ａ、３Ｂは、対応する第１、第２の絶縁容器部材２Ａ、２Ｂに対して、それぞれろう付けにより同軸上に取付けられている。固定側端板３Ａにはその中心部を軸方向（図における上下方向）に貫き、図の下側端部に固定側電極５ａを有する固定側電極棒５Ａがろう付け接合されている。

固定側電極５ａに対向された可動側電極５ｂを有する可動側電極棒５Ｂは、例えば薄いステンレスで蛇腹状に製作され真空気密を保ちながらその可動側電極棒５Ｂを軸方向に移動可能にするベローズ６に保持され、このベローズ６により固定側電極５ａと可動側電極５ｂが真空気密を保持しつつ接離可能となっている。第１の絶縁容器部材２Ａと第２の絶縁容器部材２Ｂを固着している封着部材１は、その内周側端部１ａが絶縁容器４の内周面よりも内側に突出され、その内周側端部１ａに、固定側電極５ａと可動側電極５ｂのまわりを囲繞するように形成された円筒状で、電流遮断時に電極間で発生するアークによる金属蒸気が絶縁容器４の内面に付着する量を抑制するためのアークシールド７が固定されている。

アークシールド７は、軸方向に２つに分けて形成された第１のアークシールド部材７１と第２のアークシールド部材７２を組み合わせて構成されている。具体的には、アークシールド７は、軸方向に一方（ここでは図において上側）の第１のアークシールド部材７１における、軸方向に他方の第２のアークシールド部材７２の側の端部７１ａから、第１のアークシールド部材７１の内側に第２のアークシールド部材７２における第１のアークシールド部材７１の側の端部７２ａを軸方向に所定長進入し得るように構成することで、アークシールド７の軸方向の長さを任意に選択できるようにしたものである。この例では、第１のアークシールド部材７１はその円筒部分の内径が、第２のアークシールド部材７２の円筒部分の外径よりも大きく形成されており、合体させたときに軸方向の中央部分に重合部Ｄが形成される構造となっている。

第１のアークシールド部材７１と第２のアークシールド部材７２は、何れも重合部Ｄの反対側端部の直径が小さくなるように絞られた絞り部７１ｂ、７２ｂが形成されている。アークシールド７は、第１のアークシールド部材７１と第２のアークシールド部材７２を、図１に示すように重合部Ｄの寸法ＬＤを所定の値に調節した後、例えば溶接、カシメ、ろう付けなどの適宜の固定手段で相互に固定することで構成されている。寸法ＬＤは真空バルブの使用電圧から電極間距離である寸法Ａが決まり、固定側電極５ａと可動側電極５ｂの周囲を覆うことができ、必要な空間絶縁距離を維持できるように決められ、寸法ＬＤを可能な限り長くすることで、真空バルブの全長を短くすることが可能となる。

また、第１のアークシールド部材７１の端部７１ａをリング形状の封着部材１に乗せたときに、封着部材１の内径と第２のアークシールド部材７２の外径が嵌め合い関係となるように形成することで同軸が得られる。その後、第１のアークシールド部材７１の端部７１ａとリング形状の封着部材１をろう付け接合することでアークシールド７が固定され、簡単且つ省スペースで実現できる。

なお、図２に示す真空バルブは、図１の真空バルブと定格電圧が異なる場合の例を示したものであり、図２の方が定格電圧の高い例である。定格電圧の高い図２の真空バルブでは、電極間距離寸法Ａ１が図１のものよりも大きくなるため、アークシールド７の全長を長くする必要があるが、製作する際に第１のアークシールド部材７１と第２のアークシールド部材７２の重合部Ｄ１の寸法ＬＤ１を変更する（短くする）ことで対応できるため、第１のアークシールド部材７１と第２のアークシールド部材７２の共用化が図れる。

上記のように実施の形態１によれば、定格電圧の異なる真空バルブ同士でのアークシールド７の共用化を図ることができ、しかも、構成が簡素でありながらアークシールド７の共用化範囲を広げることができることで安価なアークシールド７を提供できると共に、アークシールド７の固定が簡単かつコンパクトなため真空バルブの小形化及び低コスト化を図ることができる。
実施の形態２．

図３は本発明の実施の形態２に係る真空バルブの要部構成を示す断面図、図４は図３に示された真空バルブの要部を示す拡大断面図である。図において、第１のアークシールド部材７１Ａと第２のアークシールド部材７２Ａは、外径、肉厚が互いに同一の円筒部材から製作され、第１のアークシールド部材７１Ａの内周面は、第２のアークシールド部材７２Ｂの挿入側の端部７１ａから軸方向に所定範囲の内面を削ることで内径が拡大された拡大内径部７１ｃが形成されている。そして、第２のアークシールド部材７２Ａの第１のアークシールド部材７１Ａに対する挿入側外周面は、挿入側の端部７２ａから軸方向に所定範囲の外面を削ることで外径が第１のアークシールド部材７１Ａの内周面に進入し得る寸法に縮小された縮小外径部７２ｃが形成されている。

前記のように加工された第１のアークシールド部材７１Ａの拡大内径部７１ｃに、第２のアークシールド部材７２Ａの縮小外径部７２ｃを挿入したとき、両者の寸法を嵌め合わせの関係にすることにより、精度よく第１のアークシールド部材７１Ａと第２のアークシールド部材７２Ａは同軸となる。重合部Ｄ２の寸法ＬＤ２を変えることでアークシールド７Ａの全長を所望の値に選ぶことができる。なお、図では、第１のアークシールド部材７１Ａと第２のアークシールド部材７２Ａの重合部Ｄ２の寸法ＬＤ２を、第１のアークシールド部材７１Ａの拡大内径部７１ｃの長さを同じにしているが、削り代をさらに大きくして前記長さが異なっていても良い。なお、前記長さを同じにした場合には、組立時に、第１のアークシールド部材７１Ａと第２のアークシールド部材７２Ａの固定位置が分かりやすい利点がある。

また、第２のアークシールド部材７２Ａの縮小外径部７２ｃの軸方向の寸法Ｂは重合部Ｄ２の寸法ＬＤ２よりも長く、寸法差（Ｂ−ＬＤ２）はリング形状の封着部材１の肉厚寸法より長く設定し、リング形状の封着部材１の内径と第２のアークシールド部材７２Ａの縮小外径部７２ｃの外径は嵌め合わせとなり、第１のアークシールド部材７１Ａの端部７１ａとリング形状の封着部材１をろう付け接合することで精度良く同軸に構成できる。なお、削り部分の製作は、第１のアークシールド部材７１Ａと第２のアークシールド部材７２Ａのどちらか一方のみとしても良いことは勿論である。

上記のように、実施の形態２によれば、第１のアークシールド部材７１Ａと第２のアークシールド部材７２Ａの両方または一方に、拡大内径部７１ｃや縮小外径部７２ｃなどの削り部を設けて嵌め合わせる方式で合体させ、その削り部の寸法を調節することで、第１のアークシールド部材７１Ａと第２のアークシールド部材７２Ａを合体させたアークシールド７Ａの長さを仕様に応じて自由に対応できる。また、第１のアークシールド部材７１Ａと第２のアークシールド部材７２Ａの両方に削り部を設けた場合には、第１のアークシールド部材７１Ａと第２のアークシールド部材７２Ａの最大外径部寸法を合わせることができ、真空バルブの小形化により貢献できる。また、アークシールド７の共用化範囲を広げることができることで安価なアークシールド７Ａあるいは真空バルブを提供できると共に、アークシールド７の固定が簡単かつコンパクトなため真空バルブの小形化及び低コスト化を図ることができる。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３に係る真空バルブの要部構成を示す断面図、図６は図５に示された一方のアークシールド部材を下側から見た斜視図である。なお、この実施の形態３の真空バルブの主要部外観は、実施の形態１とほぼ同様であり、以下、アークシールドの構成部分の異なる点を主体に説明する。
第１のアークシールド部材７１Ｂはステンレス製で、第２のアークシールド部材７２Ｂは無酸素銅製または銅合金製である。固定側電極５ａ、可動側電極５ｂが風車形電極である場合、例えば十数ｋＡから数十ｋＡの大電流（事故電流）を遮断する際に、電極間で発生するアークが風車形電極に特有の特性によって電極外周を回転し、局部過熱が抑えられ電流零点で電流遮断完了するなかで、真空バルブの小形化によりアークはアークシールド７Ｂに触れる。

このとき、アークによってアークシールド７Ｂは熱的な損傷を受けるため、熱容量の大きいアークシールド７Ｂの方が大電流遮断に対し有利である。従って、第１のアークシールド部材７１Ｂと第２のアークシールド部材７２Ｂを共にステンレス製にするよりも、第２のアークシールド部材７２Ｂを無酸素銅製または銅合金製に変更した本発明の実施の形態３においては、大電流遮断性能が向上する。当然、第１のアークシールド部材７１Ｂも無酸素銅製または銅合金製に変更しても良い。さらに、アークシールド７Ｂの軸方向における両電極間に対向される部分は、第１のアークシールド部材７１Ｂと第２のアークシールド部材７２Ｂの重合部Ｄが位置するように形成し、熱容量が大きくなるようにしているので電流遮断性能の向上に寄与している。

なお、第１のアークシールド部材７１Ｂはステンレス製で、第２のアークシールド部材７２Ｂを無酸素銅製または銅合金製にした場合、第１のアークシールド部材７１Ｂと第２のアークシールド部材７２Ｂの固定に溶接はできないため、例えば図６のように第１のアークシールド部材７１Ｂにカシメ用穴部７１ｄを数箇所設け、第２のアークシールド部材７２Ｂを第１のアークシールド部材７１Ｂと重合部Ｄが形成されるように重ね合わせ、内面からカシメ用穴部７１ｄに対応する箇所を叩き、カシメることで固定する。強度不足の場合は、さらにろう付け接合しても良い。また、カシメ用穴部７１ｄの代わりに溝部を設けるなどしても良い。

上記のように、実施の形態３によれば、第１のアークシールド部材７１Ｂを例えばステンレス製とし、第２のアークシールド部材７２Ｂを、例えば無酸素銅製または銅合金製にするなど、材質を夫々適宜選定することで性能向上が図れる。そして、実施の形態１と同様、第１のアークシールド部材７１Ｂと第２のアークシールド部材７２Ｂの重合部Ｄの寸法ＬＤを変化させることで、アークシールド７Ｂの全長を所望の寸法に選ぶことができるので、アークシールド７Ｂの共用化範囲を広げることができる。このため、安価な真空バルブを提供できると共に、アークシールド７Ｂの固定が簡単かつコンパクト、さらに大電流遮断性能向上が図れるため真空バルブの小形化及び低コスト化を図ることができる。

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合せたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１封着部材、１ａ内周側端部、２Ａ第１の絶縁容器部材、２容器部材、２Ｂ第２の絶縁容器部材、３Ａ固定側端板、３Ｂ可動側端板、４絶縁容器、５Ａ固定側電極棒、５ａ固定側電極、５Ｂ可動側電極棒、５ｂ可動側電極、６ベローズ、７、７Ａ、７Ｂアークシールド、７１、７１Ａ、７１Ｂ第１のアークシールド部材、７１ａ端部、７１ｂ絞り部、７１ｃ拡大内径部、７１ｄカシメ用穴部、７２、７２Ａ、７２Ｂ第２のアークシールド部材、７２ａ端部、７２ｂ絞り部、７２ｃ縮小外径部、Ｄ重合部。

Claims

真空に保持された絶縁容器の内部に接離可能に対向配置された一対の電極と、前記絶縁容器内に配置されて前記一対の電極の周りを囲繞する筒状のアークシールドとを備えた真空バルブにおいて、前記アークシールドは、軸方向に２つに分けて形成された一方のアークシールド部材に他方のアークシールド部材を、前記軸方向に所定距離挿入し得るようにすることで、前記一方のアークシールド部材と他方のアークシールド部材を合体させたときの前記アークシールドの前記軸方向の長さを任意に選べるようにしたものであって、前記一方のアークシールド部材はその円筒部分の内径が、前記他方のアークシールド部材の円筒部分の外径と同一または大きく形成されているものであり、前記他方のアークシールド部材の外周に嵌合する前記一方のアークシールド部材と前記他方のアークシールド部材の重合により形成されて熱容量を大きくする重合部が、前記対向配置された一対の電極の周囲に位置されることを特徴とする真空バルブ。
前記一方のアークシールド部材と他方のアークシールド部材とは、互いに異なる材質からなることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
前記一方のアークシールド部材と他方のアークシールド部材は、ステンレスまたは無酸素銅または銅合金からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブ。
前記絶縁容器は、第１、第２の円筒状の絶縁容器部材をリング状の封着部材を介して結合されたものでなり、前記一方のアークシールド部材における、前記他方のアークシールド部材の挿入側端部が前記封着部材に対して結合されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の真空バルブ。