JP6560928B2 - 真空バルブの圧力診断装置及び真空バルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は真空バルブの圧力診断装置及び真空バルブ装置に関する。

真空バルブの圧力診断装置に関する従来技術として、特開平７−６５６７６号公報（特許文献１）がある。この公報には、「真空バルブの外部に所定間隔をもって検出電極を対設し、検出電極で真空バルブの真空度低下時に発生する放電を放電パルス電流として検出し、電流を真空監視装置に入力して真空監視装置であらかじめ設定した基準レベルに達した時に真空異常と判定するようにした真空度低下検出装置において、検出電極を真空バルブの外径に略等間隔で沿った円弧状に形成したことを特徴とする真空バルブの真空度低下検出装置」が記載されている。

特開平７−６５６７６号公報

上述した特許文献１には、真空バルブの圧力上昇を検出する装置が記載されている。しかし、特許文献１の構成は、放電パルスを検出する検出電極が真空バルブに対して所定間隔で常時対設されているため、アークシールドの電位は常時接地電位に近くなっている。つまり、真空バルブの主回路導体とアークシールドとの電位差が大きくなるため、各部が高電界となる。この場合、圧力に異状がない場合でも真空バルブの主回路導体とアークシールドとの間で放電が発生し、圧力上昇として検出してしまう恐れがあるため、真空バルブの主回路導体とアークシールドとの絶縁距離を、真空バルブに要求される絶縁性能を確保するまでに長くすることで対策できるが、真空バルブまたは真空バルブを搭載した開閉装置が大型化する問題がある。

本発明では、真空バルブまたは真空バルブを搭載した開閉装置を小形化でき、さらに安全性と信頼性を向上させた真空バルブの圧力診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る真空バルブの圧力診断装置は、内部が真空の真空容器と、真空容器内に配置されて互いに接離可能な複数の接点と、接点と電気的に絶縁された浮遊電位金属を配置した真空バルブの圧力診断を行う圧力診断装置であって、複数の絶縁物を少なくとも部分的に直列に接続して構成した絶縁物群と、複数の絶縁物間に接続される電位測定器を備え、絶縁物群のうち浮遊電位金属に近い側に位置する少なくとも一つの絶縁物とは異なる絶縁物は、圧力診断時に電位固定点に接続され、絶縁物群のうち浮遊電位金属に近い側に位置する少なくとも一つの絶縁物群の絶縁物に接続した導電材の浮遊電位金属に対する距離が圧力診断時に短くなるように変更されることを特徴とする。

本発明によれば、真空バルブまたは真空バルブを搭載した開閉装置を小形化でき、安全性と信頼性を向上させた真空バルブの圧力診断装置を提供することが可能になる。

実施例１の側面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図であり、圧力診断以外の概略配置である。 図１のＡ−Ａ線断面図であり、圧力診断時の概略配置である。 実施例２の概略図である。 実施例３の概略図である。 実施例４の概略図である。 図６のＢ−Ｂ線断面図である。 実施例５の概略図である。 実施例６の概略図である。 実施例７の概略図である。 実施例８の概略図である。 電極間のギャップ長が５ｍｍのときの雰囲気圧力と放電電圧との相関を示す特性図である。

以下、本発明の真空バルブの圧力診断装置の実施例について図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも本発明の実施に好適な実施例であり、本発明の適用対象を限定することを意図する趣旨ではない。

図１乃至３は実施例１を示すものであり、図１は側面図を、図２は図１におけるＡ断面矢視図を、図３は圧力診断時の真空バルブと圧力診断装置の配置関係の一例をそれぞれ示している。図１の左側に示した真空バルブ１は、円筒絶縁材２の一端に接合された固定側端板３と、固定側端板３を気密に貫通する固定側導体４と、円筒絶縁材２の他端に接合された可動側端板５と、可動側端板５に一端が接合され、可動部の駆動を許容する蛇腹形状のベローズ６と、ベローズ６を気密に貫通し真空を維持しながら軸方向に駆動する可動側導体７とで真空容器が構成され、内部圧力はおよそ１０^−２Ｐａ以下の真空で保たれている。

その真空容器の内部には、円筒絶縁材２で支持された浮遊電位金属８と、固定側導体４の端部に接続された固定側電極９と、可動側導体７の端部に接続された可動側電極１０が配置され、可動側導体７は、図示しない操作用絶縁ロッド、及び電極対に接触荷重を加えるワイプ機構と連結された操作器と接続され、軸方向の駆動が可能となっている。これにより、固定側電極９と可動側電極１０の接離、即ち、真空バルブの開状態と閉状態を切り替えている。

また、図１の右側に示した圧力診断装置１１は、板状の導電材１２と、インピーダンスが異なる複数の絶縁物、ここでは絶縁物１３と絶縁物１４を直列に接続して構成した絶縁物群と、絶縁物間に接続された電位測定器１５とで構成される。尚、複数の絶縁物は少なくとも部分的に直列に接続されていれば足りる。絶縁物１４の一端と電位測定器１５の一端は、電位固定点に接続され、絶縁物１４の両端に発生する電圧を電位測定器１５にて測定できる。本実施例では電位固定点は接地電位であるが、診断時に電位が特定できれば接地に限られない。そして、浮遊電位金属８に近い側の絶縁物１３のインピーダンスを浮遊電位金属８に遠い側の絶縁物１４よりも大きくしている。尚、本実施例においてはインピーダンスが異なる複数の絶縁物を用いているが、必ずしもインピーダンスを異ならせる必要はない。但し、電位測定器１５よりも浮遊電位金属８に近い側の絶縁物１３のインピーダンスを、電位測定器１５よりも浮遊電位金属８から遠い側の絶縁物１４のインピーダンスよりも大きくすることで、電位測定器１５で測定する電圧を、例えば数ボルト程度に小さくでき、電位測定器１５を簡素な構成とすることが可能になる。

次に真空バルブ１の圧力劣化、即ち真空容器内部の圧力が上昇した場合について説明する。真空容器内部の圧力上昇は、一般的に真空容器外部からのガス透過、真空容器の内部部材からのガス放出、ベローズや接合部などに稀に発生するピンホールなどが主要因で発生し、図１２のパッシェンカーブに示されるように、およそ１０^−１Ｐａ以上になると絶縁性能が急激に低下し始める。

真空バルブ１を搭載した開閉装置が通常運転状態にあるときに真空バルブ１に圧力上昇が生じて絶縁性能が低下すると、固定側導体４、固定側電極９、可動側導体７、可動側電極１０から成る主回路と、この主回路とは電気的に絶縁されている浮遊電位金属８の間で放電が発生する。

ここで真空バルブ１に圧力上昇が発生しない通常運転時の浮遊電位金属８の電位は、運転電圧と、真空バルブ構造と、真空バルブ周囲の固定電位部材の配置などによりおよそ決定されるが、圧力上昇が発生して真空バルブ１の主回路と浮遊電位金属８の間で放電が発生したときの浮遊電位金属８の電位は、通常運転時の電位に放電パルスが重畳された電位となる。さらに圧力が上昇すると増加した放電パルスが重畳され、最終的に浮遊電位金属８の電位は運転電圧に程近い状態まで上昇する。

本実施例では、上述した真空バルブ１と圧力診断装置１１において、圧力診断時に真空バルブの浮遊電位金属８と導電材１２の距離を短く変更して真空バルブの圧力診断を実施する。このように実施される真空バルブの圧力診断装置は、浮遊電位金属８と導電材１２の対向面積が増えると同時に双方間の距離が短くなるため、浮遊電位金属８と導電材１２の間の静電容量が大きくなる。つまり、浮遊電位金属８と導電材１２の間のインピーダンスが小さくなるため、浮遊電位金属８の電位を通常運転時の電位以下に意図的に低下することができる。この結果、固定側導体４、固定側電極９、可動側導体７、可動側電極１０から成る主回路と浮遊電位金属８の間の電位差が大きくなり、各部が高電界となる。この状態は、圧力診断をしていない状態に比べ、主回路と浮遊電位金属８の間での放電が発生し易い環境となるため、真空バルブ１に圧力上昇が生じた場合では、感度良く放電を誘発することができる。放電が発生した場合、浮遊電位金属８の電位は通常運転時の電位に放電パルスが重畳された電位となり、この電位変化を圧力診断装置１１の絶縁物１３と絶縁物１４の間に接続された電位測定器１５により測定した電圧値により検出することができる。

上述した真空バルブの圧力診断装置によると、通常運転時における真空バルブの絶縁要求を緩和することができるため、真空バルブ、または真空バルブを搭載した開閉装置を小形化できる。

なお、真空バルブ１が開状態であるときに真空バルブの圧力診断を実施した場合で、真空バルブ１に圧力上昇が生じている状態であったときは、真空バルブ１の電源側となる一方の主回路から負荷側となる他方の主回路に放電する問題があるため、真空バルブの圧力診断を真空バルブ１が閉状態のときにのみ圧力診断を実施することで、地絡事故を防止できる安全性と信頼性を向上させた真空バルブの圧力診断装置を提供することができる。

本実施例によれば、圧力診断時に真空バルブの浮遊電位金属８と導電材１２の距離を変更して真空バルブの圧力診断を実施している。真空バルブの圧力診断装置としては、例えば次のような利点が考えられる。即ち、通常の使用時には放電が未だ生じていない状況で放電を誘発できるので、圧力上昇を事故が生ずる前に把握することが可能となる。よって、圧力診断精度を高めることが可能になるため、信頼性向上が期待できる。

更に本実施例に係る圧力診断装置１２を備えた真空バルブ装置に関して言えば、圧力診断精度が高まるので、特に真空に関して高信頼性の真空バルブ装置の提供が可能になる。加えて、診断時に真空バルブの浮遊電位金属と導電材の距離を変更するようにしており、診断時以外には真空バルブの浮遊電位金属と導電材の距離を離しておくことで、診断時以外における絶縁特性低下は生じさせない。この意味合いにおいても絶縁信頼性の向上が期待できる。

図４は実施例２を示すものである。実施例１と同様な部分については説明を省略する。本実施例での圧力診断装置１６は、真空バルブ１の外径より大きく、略円弧な形状である導電材１７を設けている。本実施例では、簡便な説明のために、導電材１７は２箇所で折り曲げた場合を例にして説明しているが、１箇所以上で折り曲げた形状であれば良く、また折り曲げがない円弧形状や、折り曲げと円弧を組み合わせた形状でも良い。

本実施例では、真空バルブの通常運転時に浮遊電位金属８と導電材１７の距離を変更して真空バルブの圧力診断を実施する。このように実施される真空バルブの圧力診断装置においても、実施例１と同様に浮遊電位金属８の電位を通常運転時の電位以下に意図的に低下することができる。更に本実施例では、導電材１７を略円弧形状にしているため、略円弧形状でない、例えば平板の導電材に比べ、浮遊電位金属と導電材の間の静電容量を大きくできる。即ち、浮遊電位金属の電位の低下幅を平板の導電材より大きくすることができる。その結果、実施例１より検出感度が向上するため、信頼性の高い真空バルブの圧力診断装置を提供することが可能になる。

図５は実施例３を示すものである。実施例１と同様の部分については説明を省略する。本実施例での圧力診断装置１８は、真空バルブ１の周囲に導電材を真空バルブの円周方向に案内するガイド１９を設けてあり、導電材２０は可撓性を有する構造になっている。本実施例でのガイド１９は、真空バルブ１のおよそ半周まで導電材２０を案内するようになっているが、僅かでも真空バルブ１を囲むように案内されていれば良い。勿論、全周を囲むように案内されていても良い。また、本実施例での導電材２０は、全体が可撓性を有していなくても良く、その一部が可撓性を有するものであっても良い。

本実施例では、真空バルブの通常運転時に浮遊電位金属８と導電材２０の距離を変更して真空バルブの圧力診断を実施する。このように実施される真空バルブの圧力診断装置においても、実施例１と同様に浮遊電位金属８の電位を通常運転時の電位以下に意図的に低下することができる。更に本実施例では、圧力診断時における導電材２０は、真空バルブの周囲に設けたガイド１９により真空バルブ１を囲むように配置されることになるため、実施例２と同様な効果を得ることができる。

図６、７は実施例４を示すものであり、図６は側面図を、図７は図６におけるＢ断面矢視図をそれぞれ示している。図６の左側に示した真空バルブは、実施例１の真空バルブ１をエポキシ樹脂などの絶縁層２１で覆った樹脂モールド真空バルブ２２である。

本実施例においても真空バルブの通常運転時に浮遊電位金属８と導電材１２の距離を変更して真空バルブの圧力診断を実施するため、実施例１と同様な効果を得ることができる。また、本実施例においても実施例２や実施例３を組み合わせることで同様の効果を得ることができる。

図８は実施例５を示すものである。実施例４と同様の部分については説明を省略する。本実施例での圧力診断装置２３は、樹脂モールド真空バルブ２２の周囲に導電材を樹脂モールド真空バルブの円周方向に案内するガイド２４を設けてあり、導電材２０は可撓性を有する構造になっている。本実施例でのガイドは、樹脂モールド真空バルブ２２のおよそ半周まで導電材１９を案内するようになっているが、僅かでも樹脂モールド真空バルブ２２を囲むように案内されていれば良い。勿論、全周を囲むように案内されていても良い。また、本実施例での導電材２０は、全体が可撓性を有していなくても良く、その一部が可撓性を有するものであっても良い。

本実施例では、真空バルブの通常運転時に浮遊電位金属８と導電材２０の距離を変更して真空バルブの圧力診断を実施する。このように実施される真空バルブの圧力診断装置においても、実施例１と同様に浮遊電位金属８の電位を通常運転時の電位以下に意図的に低下することができる。更に本実施例では、圧力診断時における導電材２０は、真空バルブの周囲に設けたガイド２４により真空バルブ１を囲むように配置されることになるため、実施例２と同様な効果を得ることができる。

図９は実施例６を示すものであり、圧力診断装置の側面図を示している。実施例１と同様の部分については説明を省略する。本実施例での圧力診断装置２５は、導電材１２が絶縁物２６で覆われた構造になっている。このように構成される本実施例では、圧力診断時の導電材の端部の電界を緩和できるため、絶縁物で覆っていない場合より、導電材を真空バルブに近付けることができる。これは、浮遊電位金属と導電材１２の距離が短くなり、双方間の静電容量が大きくなることを意味する。つまり、浮遊電位金属の電位を絶縁物で覆っていない場合より、浮遊電位金属の電位の低下幅を大きくすることができる。その結果、実施例１より検出感度が向上するため、信頼性の高い真空バルブの圧力診断装置を提供することが可能になる。

なお、導電材１２を絶縁物２６は、常時覆っていなくても、圧力診断時に覆っていればよい。具体的には、少なくとも浮遊電位金属に近付ける際に覆っていれば良い。勿論、常時覆う様に構成しても良い。また、導電材を覆う絶縁物は、絶縁物群のうち浮遊電位金属に近い側に位置する絶縁物の比誘電率よりも低比誘電率として良い。これにより電界を緩和することができる。

図１０は実施例７を示すものである。実施例１と同様な部分については説明を省略する。本発明での圧力診断装置は、電位測定器１５に圧力異常判定器２７が接続されている。また、この圧力異常判定器２７は、真空バルブを搭載した開閉装置の制御器２８と有線、または無線で情報通信できるようになっている。圧力異常判定器２７が圧力異常を検出した場合に、真空バルブの開動作を不可とする開動作不可指令、または圧力異常を警告する圧力異常警告指令を開閉装置の制御器２８に出力する。尚、真空バルブへの通信手段は、圧力異常判定器自体が備えていなくても良く、圧力異常判定器による判定結果に基づいて別の手段が通信を行う様にすることも可能である。

このように構成される本実施例では、地絡事故を防止できる安全性と信頼性を向上させた真空バルブの圧力診断装置を提供することができる。

真空バルブに圧力異常が生じていたときに開動作した場合、電極間で放電が発生し、地絡事故を引き起こす問題があるため、真空バルブの圧力異常を検出した場合に、真空バルブの開動作を不可とする開動作不可指令、または圧力異常を警告する圧力異常警告指令を出力することで、地絡事故を防止できる安全性と信頼性を向上させた真空バルブの圧力診断装置を提供することができる。

図１１は実施例８を示すものである。実施例１と同様な部分については説明を省略する。本発明での圧力診断装置は、圧力診断時における導電材の移動量を出力する移動量出力器が接続されている。

このように構成される本実施例では、予め真空バルブの圧力と導電材の移動量と検出信号の関係を取得しておけば、真空バルブの御圧力診断装置を簡易な圧力計として使用できる。つまり、実用する場合は導電材の移動量と検出信号を検出し、その検出信号から圧力を換算できる。その結果、圧力異常の度合いを把握することができるため、信頼性の高い真空バルブの圧力診断装置を提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…真空バルブ
２…円筒絶縁材
３…固定側端板
４…固定側導体
５…可動側端板
６…ベローズ
７…可動側導体
８…浮遊電位金属
９…固定側電極
１０…可動側電極
１１、１６、１８、２３、２５…圧力診断装置
１２、１７、２０…導電材
１３、１４、２６…絶縁物
１５…電位測定器
１９、２４…ガイド
２１…樹脂モールド
２２…樹脂モールド真空バルブ
２７…圧力異常判定器
２８…開閉装置の制御器
２９…移動量出力器

Claims (9)

1. 内部が真空の真空容器と、真空容器内に配置されて互いに接離可能な複数の接点と、接点と電気的に絶縁された浮遊電位金属を配置した真空バルブの圧力診断を行う圧力診断装置であって、
   複数の絶縁物を少なくとも部分的に直列に接続して構成した絶縁物群と、複数の絶縁物間に接続される電位測定器を備え、
   前記絶縁物群のうち浮遊電位金属に近い側に位置する少なくとも一つの絶縁物とは異なる絶縁物は、圧力診断時に電位固定点に接続され、
   前記絶縁物群のうち浮遊電位金属に近い側に位置する少なくとも一つの絶縁物群の絶縁物に接続した導電材の浮遊電位金属に対する距離が圧力診断時に短くなるように変更され、
   前記絶縁物群のうち浮遊電位金属に近い側に位置する絶縁物に接続した導電材は、真空バルブの外径より大きい略円弧な形状であることを特徴とする真空バルブの圧力診断装置。
2. 請求項１に記載の真空バルブの圧力診断装置において、
   前記導電材は、その一部または全てが可撓性を有する材質で形成されていることを特徴とする真空バルブの圧力診断装置。
3. 請求項２に記載の真空バルブの圧力診断装置において、
   前記真空バルブの外周に導電材を真空バルブの円周方向に案内するガイドが配置されていることを特徴とする真空バルブの圧力診断装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空バルブの圧力診断装置において、
   前記真空バルブは、真空バルブと真空バルブの周囲に設けられた絶縁層とで構成する樹脂モールド真空バルブであることを特徴とする真空バルブの圧力診断装置。
5. 内部が真空の真空容器と、真空容器内に配置されて互いに接離可能な複数の接点と、接点と電気的に絶縁された浮遊電位金属を配置した真空バルブの圧力診断を行う圧力診断装置であって、
   複数の絶縁物を少なくとも部分的に直列に接続して構成した絶縁物群と、複数の絶縁物間に接続される電位測定器を備え、
   前記絶縁物群のうち浮遊電位金属に近い側に位置する少なくとも一つの絶縁物とは異なる絶縁物は、圧力診断時に電位固定点に接続され、
   前記絶縁物群のうち浮遊電位金属に近い側に位置する少なくとも一つの絶縁物群の絶縁物に接続した導電材の浮遊電位金属に対する距離が圧力診断時に短くなるように変更され、
   前記導電材は、少なくとも圧力診断を行う際、もしくは常時、絶縁物で覆われていることを特徴とする真空バルブの圧力診断装置。
6. 請求項５に記載の真空バルブの圧力診断装置において、
   前記導電材を覆う絶縁物は、絶縁物群のうち浮遊電位金属に近い側に位置する少なくとも一つの絶縁物群の絶縁物の比誘電率よりも低比誘電率であることを特徴とする真空バルブの圧力診断装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の真空バルブの圧力診断装置において、
   圧力異常を検出した場合に、真空バルブに対して開動作を不可とする開動作不可指令、または圧力異常を警告する圧力異常指令を出力することを特徴とする真空バルブの圧力診断装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の真空バルブの圧力診断装置において、
   圧力診断の際に真空バルブと導電材の位置関係を出力することを特徴とする真空バルブの圧力診断装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の真空バルブの圧力診断装置と真空バルブとを備えることを特徴とする圧力診断機能を有する真空バルブ装置。

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