JP7246416B2 - 真空インタラプタ - Google Patents

Description

本発明は、真空インタラプタに関する。特に、真空インタラプタを構成する絶縁筒の構造または真空インタラプタの内部構成部品の構造に関する。

真空インタラプタは、真空容器内に固定電極および可動電極を備えて構成される（例えば、特許文献１、２）。

真空容器は、セラミックスなどで形成された絶縁筒と、絶縁筒の端部に設けられる固定側端板および可動側端板を備える。絶縁筒の端面にはメタライズ層が設けられ、このメタライズ層に、固定側端板や可動側端板がろう付け接合される。

メタライズ層は極めて薄く、真空インタラプタに高電圧が印加された場合に他の部位と比べて電界が高くなり、この部位を起点として絶縁筒の外部で沿面閃絡が発生するおそれがある。つまり、絶縁筒と固定側端板（または、可動側端板）との接合部において耐電圧性能が低下するおそれがある。

そこで、特許文献１の図４では、絶縁筒の端部に絶縁筒の軸方向に突出する突起部を設けるとともに、絶縁筒の端面であって突起部の基端部にＵ字の溝部を形成している。このような突起部を設けることでメタライズ層の絶縁筒外周側端部が真空インタラプタの周囲に晒されなくなり、メタライズ層の絶縁筒外周側端部の電界が緩和される。また、絶縁筒の端面であって突起部の基端部にＵ字状の溝を形成することで、メタライズ層の絶縁筒外周側端部の電界が緩和される。

しかし、絶縁筒の端面に溝を形成する場合、絶縁筒を製作する加工工程が複雑になるおそれや、絶縁筒を作製する金型が複雑になるおそれがある。また、溝を形成することで、絶縁筒の強度が低下するおそれがある。

特開２０１０－２８２９２３号公報（日本国特許庁の公開特許公報） 特開２０１７－１４７０２６号公報（日本国特許庁の公開特許公報）

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、真空インタラプタの耐電圧性能を向上させる技術を提供することを目的としている。

上記目的を達成する本発明の真空インタラプタの一態様は、
円筒状の絶縁筒の両端部を端板で気密に封止した真空容器と、
前記真空容器内に離接可能に設けられる一対の電極と、
前記絶縁筒の端部から前記絶縁筒の軸方向に突出し、当該絶縁筒の外周に沿って形成される突起部と、
前記突起部の基端部から前記絶縁筒の内周方向に突出して備えられる端板接合部と、
前記端板接合部の表面に備えられ、前記端板が接合されるメタライズ層と、を備える。

また、上記目的を達成する本発明の真空インタラプタの他の態様は、上記真空インタラプタにおいて、
前記メタライズ層は、前記絶縁筒の径方向に延び前記端板が接合される接合部と、前記接合部の前記絶縁筒の内周側の端部から前記絶縁筒の軸方向に延びる延長部を備える。

また、上記目的を達成する本発明の真空インタラプタの他の態様は、上記真空インタラプタにおいて、
前記電極を前記絶縁筒内に支持する電極軸または前記端板の前記絶縁筒の内側に電界緩和シールドを備え、
前記電界緩和シールドは、少なくとも前記メタライズ層の端部と、前記絶縁筒の径方向に向かい合って備えられる。

また、上記目的を達成する本発明の真空インタラプタの他の態様は、上記真空インタラプタにおいて、
前記突起部の内周面と前記端板接合部の前記端板が接合される接合面との間に、前記突起部の内周面と前記端板接合部の接合面とをなだらかに繋ぐ接続部を備え、
前記メタライズ層は、前記接続部に沿って前記端板接合部の接合面から前記突起部の内周面方向に延びて備えられる。

本発明の実施形態に係る真空インタラプタの要部断面図である。 本発明の実施形態に係る真空インタラプタの固定側端板接合部の拡大断面図である。 （ａ）本発明の実施形態に係る真空インタラプタの電界解析箇所を示す図、（ｂ）本発明の他の実施形態に係る真空インタラプタの電界解析箇所を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る真空インタラプタの固定側端板接合部の拡大断面図である。

本発明の実施形態に係る真空インタラプタについて、図面に基づいて詳細に説明する。なお、図１から図４に示す図は、本発明の実施形態に係る真空インタラプタを模式的に示す図であり、図示された寸法と実際の寸法とが必ずしも一致するものではない。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る真空インタラプタ１は、真空容器２と、真空容器２内に設けられる固定電極３および可動電極４を備える。

真空容器２は、セラミックスなどで形成された円筒状の絶縁筒５と、絶縁筒５の端部にそれぞれ設けられる固定側端板６および可動側端板７を備える。絶縁筒５の一方の端部に固定側端板６が気密に接合され、絶縁筒５の他方の端部に可動側端板７が気密に接合される。このようにして、真空容器２の内部が固定側端板６と可動側端板７により真空に封止される。

絶縁筒５の端部には、絶縁筒５の外周に沿って、絶縁筒５の軸方向に突出する突起部５ａが備えられる。絶縁筒５の端部であって、突起部５ａの基端部内周側には端板接合部５ｂが備えられる。端板接合部５ｂには、固定側端板６（または、可動側端板７）が接合される。絶縁筒５の径方向の厚さは、例えば、端板接合部５ｂの突出部分で厚くなり、端板接合部５ｂの絶縁筒５内部側の端部からなだらかに絶縁筒５の中央部と同じ厚さとなるように形成される。なお、端板接合部５ｂは、絶縁筒５の内壁から絶縁筒５の径方向内側に突出させて設ければよいので、例えば、端板接合部５ｂの絶縁筒５の端部側の面だけでなく絶縁筒５の内部側の面も、絶縁筒５の径方向と平行となるように端板接合部５ｂを突出させる態様とすることもできる。突起部５ａおよび端板接合部５ｂは、絶縁筒５と一体に形成される。端板接合部５ｂには、固定側端板６（または、可動側端板７）がろう付けなどで接合されるメタライズ層８が備えられる。固定側端板６（または、可動側端板７）をろう付け接合するろう材としては、主として銀系の複合材が使用される。

図２に示すように、端板接合部５ｂは、突起部５ａの基端部から絶縁筒５の径方向内側に突出して備えられる。端板接合部５ｂは、固定側端板６が接合される接合面５ｃと、接合面５ｃの突出端から絶縁筒５の軸方向に延びる内周面５ｄを備える。端板接合部５ｂの接合面５ｃは、突起部５ａの基端部から絶縁筒５の径方向内側に延びる面であり、絶縁筒５の内周に沿って形成される。端板接合部５ｂの内周面５ｄは、端板接合部５ｂの絶縁筒５の径方向内側に突出した端面であり、絶縁筒５の内周面の一部を形成する面である。なお、可動側端板７が備えられる絶縁筒５の端部の突起部５ａや端板接合部５ｂの形状およびメタライズ層８の形状は、固定側端板６が備えられる絶縁筒５の端部の突起部５ａや端板接合部５ｂの形状およびメタライズ層８の形状と同じである。よって、同様の構成については、同じ符号を付し詳細な説明を省略する。

メタライズ層８は、端板接合部５ｂの接合面５ｃに備えられる接合部８ａと、端板接合部５ｂの内周面５ｄに備えられる延長部８ｂを備える。つまり、メタライズ層８は、絶縁筒５の径方向に延びる接合部８ａと、接合部８ａの絶縁筒５の内周側の端部から絶縁筒５の軸方向に延びる延長部８ｂを備える。接合部８ａと延長部８ｂは一体に形成される。

図１に示すように、固定電極３と可動電極４は互いに対向して真空容器２内に配置される。固定電極３には、固定電極棒３ａがろう付け接合される。また、可動電極４には、可動電極棒４ａがろう付け接合される。また、真空容器２の内部であって、固定電極３と可動電極４を覆うように中間シールド９が設けられ、固定電極３と可動電極４の間のアークにより発生する金属蒸気で真空容器２の内面が汚染されるのを防いでいる。

固定電極棒３ａは、固定電極３を絶縁筒５内に支持する電極軸であり、固定側端板６を挿通して設けられる。固定電極棒３ａには、電界緩和シールド１０が設けられる。電界緩和シールド１０は、端板接合部５ｂの突出端面に形成されたメタライズ層８（すなわち、メタライズ層８の延長部８ｂ）と対向して備えられる。

可動電極棒４ａは、可動電極４を絶縁筒５内に支持する電極軸であり、可動側端板７を挿通して設けられる。可動電極棒４ａは、図示省略の外部操作機構で軸方向に移動されるようになっており、可動電極棒４ａを軸方向に移動することで固定電極３と可動電極４が接離して、真空インタラプタ１の開閉動作（投入・遮断）が行われる。可動側端板７と可動電極棒４ａの間であって、可動電極棒４ａの外周を覆うようにベローズ１１が設けられる。

ベローズ１１は、例えば、薄いステンレスで蛇腹状に作製されたものであり、真空容器２内部の真空気密を保ちながら可動電極棒４ａが軸方向に移動することを可能としている。図示省略しているが、ベローズ１１の可動電極４側の端部には、ベローズシールドが設けられ、このベローズシールドにより、固定電極３と可動電極４の間のアークにより発生する金属蒸気でベローズ１１が汚染されることが抑制される。

固定側端板６は深皿状に形成されており、この深皿形状のフランジ端部が端板接合部５ｂに備えられたメタライズ層８（具体的には、メタライズ層８の接合部８ａ）にろう付け接合される。固定側端板６には、固定電極棒３ａが挿通される孔が形成される。

可動側端板７は深皿状に形成されており、この深皿形状のフランジ端部が端板接合部５ｂに備えられたメタライズ層８（具体的には、メタライズ層８の接合部８ａ）にろう付け接合される。可動側端板７には、可動電極棒４ａが挿通される孔が形成される。また、可動側端板７には、電界緩和シールド１２が設けられる。電界緩和シールド１２は、端板接合部５ｂの突出端面に形成されたメタライズ層８（すなわち、メタライズ層８の延長部８ｂ）と対向するように真空容器２内に延在して備えられ、電界緩和シールド１２の先端部は、真空容器２の内側に折り曲げられている。

次に、本発明の実施形態に係る真空インタラプタ１の電界解析を行った。電界解析は、電場解析ソフトＥｌｅｃＮｅｔ（Ｉｎｆｏｌｙｔｉｃａ社製）を用いて行った。電界解析は、真空インタラプタ１の絶縁筒５から離れた位置に、真空インタラプタ１の中心軸（固定電極棒３ａおよび可動電極棒４ａの軸）に平行な仮想の接地面を想定して行った。

図３（ａ）に示すように、メタライズ層８の絶縁筒５外周側端部（図中丸で囲んだ部分）の電界解析を行ったところ、電界値は７．５６％／ｍｍであった。電界値（％／ｍｍ）は、真空インタラプタ１の電極間に印加される電圧（Ｖ）を１００％と仮定し、１ｍｍ毎に変化する電位差の割合を示す。

また、本発明の実施形態に係る真空インタラプタ１の他の実施例として、図３（ｂ）に示す真空インタラプタ１３のメタライズ層１４に対して真空インタラプタ１と同様の電界解析を行った。メタライズ層１４の絶縁筒５外周側端部（図中丸で囲んだ部分）の電界解析を行ったところ、電界値は８．２８％／ｍｍであった。真空インタラプタ１３は、メタライズ層１４が、絶縁筒５の軸方向に延びる延長部（真空インタラプタ１の延長部８ｂに相当）を備えていないことを除いて、真空インタラプタ１と同様の構成を有するものである。よって、真空インタラプタ１と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

この２つの解析結果より、端板接合部５ｂを絶縁筒５の径方向内側に突出して備え、端板接合部５ｂに延長部８ｂを備えるメタライズ層８を形成することで、真空インタラプタ１は、真空インタラプタ１３と比較して約１０％電界値が低減されていることがわかる。

なお、真空インタラプタ１３は、絶縁筒５の内周面から絶縁筒５の径方向に突出して端板接合部５ｂを形成することで、真空インタラプタ１３の径を変えずに真空インタラプタ１３の耐電圧性能の向上を図ることができる。

以上のような、本発明の実施形態に係る真空インタラプタ１、１３によれば、固定側端板６（または、可動側端板７）が接合される端板接合部５ｂを、絶縁筒５の径方向内側に突出して備え、端板接合部５ｂに真空容器２の外径よりも径を小さくした固定側端板６（または、可動側端板７）を備えることで、真空容器２の内径および外形を変更することなく真空インタラプタ１、１３の耐電圧性能を向上することができる。

また、絶縁筒５の端部に絶縁筒５の軸方向に突出する突起部５ａを設けることで、真空容器２の外周部からメタライズ層８の絶縁筒５の外周側端部を隠し、バリア効果により外部閃絡を起こり難くして真空インタラプタ１、１３の耐電圧性能を向上することができる。

絶縁筒５の端部に突起部５ａを設けた場合、突起部５ａの厚さだけ絶縁筒５の外形を増やす必要がある。また、突起部５ａの厚みが薄い場合、突起部５ａが欠け易くなる。そこで、本発明の実施形態に係る真空インタラプタ１、１３では、端板接合部５ｂを絶縁筒５の径方向内側に突出して備えることで、真空容器２の内径および外形を変化させなくても、真空インタラプタ１の耐電圧性能を向上させることができる。すなわち、絶縁筒５の端板接合部５ｂにおける厚みを絶縁筒５の他の部分の厚さより厚く形成することで、真空容器２の内径および外形を変化させなくても、真空インタラプタ１、１３の耐電圧性能を向上させることができる。さらに、真空容器２の内径および外形にかかわらず、突起部５ａの厚みを選択することができるので、真空容器２の内径および外形を変化させなくても突起部５ａの強度を向上させることができる。

また、メタライズ層８の範囲を広げることで、メタライズ層８の絶縁筒５外周側端部における電界を緩和し、真空インタラプタ１の耐電圧性能を向上させることができる。

メタライズ層８を電界緩和シールド１０（または、電界緩和シールド１２）に対向する範囲まで広げることで、メタライズ層８の絶縁筒５外周側端部の電界値を下げることができる。しかし、メタライズ層８の絶縁筒５内周側端部の電界値は上がることとなる。そこで、メタライズ層８の延長部８ｂと対向して電界緩和シールド１０（または、電界緩和シールド１２）を設けることで、メタライズ層８の絶縁筒５内周側端部の電界を緩和することができる。電界緩和シールド１０（または、電界緩和シールド１２）を、少なくとも、接合部８ａから絶縁筒５の軸方向に延在する延長部８ｂの端部を覆う（延長部８ｂの端部と絶縁筒５の径方向で向かい合う）ように備えることで、電界が集中する延長部８ｂの端部における耐電圧性能の低下を抑制することができる。

つまり、メタライズ層８の形成範囲を広げ、絶縁筒５の軸方向に延長された延長部８ｂを形成し、このメタライズ層８の延長部８ｂと対向して電界緩和シールド１０（または、電界緩和シールド１２）を設けることで、メタライズ層８の真空容器２内周側端部の電界を緩和させることができる。また、絶縁筒５に突起部５ａを形成し、メタライズ層８の形成範囲を広げる（すなわち、メタライズ層８に延長部８ｂを備える）ことにより、メタライズ層８の真空容器２外周側端部の電界を緩和させることができる。

以上、具体的な実施形態を示して本発明の真空インタラプタについて説明したが、本発明の真空インタラプタは、実施形態に限定されるものではなく、その特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更されたものも、本発明の技術的範囲に属する。

例えば、実施形態で説明した真空インタラプタ１の特徴を部分的に備える真空インタラプタも本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、絶縁筒５の突起部５ａや端板接合部５ｂの形状またはメタライズ層８の形状を個々に備えた真空インタラプタにより、各構成により得られる効果を個別に得ることができる。

また、図４に示すように、突起部５ａの内周面と端板接合部５ｂの接合面５ｃとの間に、突起部５ａの内周面と端板接合部５ｂの接合面５ｃとをなだらかに繋ぐ接続部５ｅを備え、この接続部５ｅの曲面に沿ってメタライズ層８を接合面５ｃから突起部５ａの内周面方向に延びて備える態様とすることもできる。このように、メタライズ層８を接続部５ｅの曲面に沿って塗布することで、メタライズ層８の絶縁容器２外周側端部の電界が局所的に強くなることが抑制され、真空インタラプタ１５の耐電圧性能がさらに向上する。

また、突起部５ａや端板接合部５ｂの形状は、絶縁筒５の両端に形成する態様だけでなく、固定側端板６または可動側端板７が設けられる絶縁筒５の端部のどちらかに形成する態様とすることもできる。

また、固定側端板６や可動側端板７の形状は、絶縁筒５の一端を気密に封止できるものであれば、深皿状に限定されるものではなく、例えば、板状であってもよい。

また、電界緩和シールド１０は、固定側端板６の絶縁筒５内側に備えることもできる。

Claims (4)

1. 円筒状の絶縁筒の両端部を端板で気密に封止した真空容器と、
   前記真空容器内に離接可能に設けられる一対の電極と、
   を備え、
   前記絶縁筒の両端部には、当該絶縁筒の外周に沿って当該絶縁筒の軸方向に突出する突起部が備えられ、
   前記絶縁筒の両端部近傍の内周面には、当該絶縁筒の軸方向の厚さがなだらかに小さくなるように当該絶縁筒の径方向内側に突出する端板接合部が、当該絶縁筒の他の部分との接続部分に溝が形成されることなく備えられ、
   前記端板接合部の表面には、前記端板が接合されるメタライズ層が備えられる、真空インタラプタ。
2. 前記メタライズ層は、前記絶縁筒の径方向に延び前記端板が接合される接合部と、前記接合部の前記絶縁筒の内周側の端部から前記絶縁筒の軸方向に延びる延長部を備える、請求項１に記載の真空インタラプタ。
3. 前記電極を前記絶縁筒内に支持する電極軸または前記端板の前記絶縁筒の内側に電界緩和シールドを備え、
   前記電界緩和シールドは、少なくとも前記メタライズ層の端部と、前記絶縁筒の径方向に向かい合って備えられる、請求項１または請求項２に記載の真空インタラプタ。
4. 前記突起部の内周面と前記端板接合部の前記端板が接合される接合面との間に、前記突起部の内周面と前記端板接合部の接合面とをなだらかに繋ぐ接続部を備え、
   前記メタライズ層は、前記接続部に沿って前記端板接合部の接合面から前記突起部の内周面方向に延びて備えられる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の真空インタラプタ。

Images