JP7433531B2 - 真空バルブの製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、真空バルブの製造方法に関するものである。
従来、真空バルブの絶縁性能を向上させるため、真空バルブの外周部を絶縁樹脂によりモールドして覆い、沿面長を増加させて真空バルブの外周部沿面の絶縁を補強する手法が用いられている。このように真空バルブ外周部を絶縁樹脂でモールドする際、真空バルブに負荷される発生荷重を考慮する必要があり、従来は、高温で液状となった絶縁樹脂材料を注型金型に流し込み、冷却することによって樹脂を硬化させる注型が用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、真空バルブを絶縁樹脂でモールドするために用いられている注型は、製造時において真空バルブへの発生荷重が少ないが、外周部を形成するために金型に流し込んだ高温の樹脂が冷却するまで待つ必要がある。このため、１つの真空バルブを製造するために注型金型をはじめとする製造設備の占有時間が長く、製造工期が約数時間～１日かかり、製造サイクルが長く製造コストが高いという課題があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、製造コストが安価な真空バルブの製造方法を提供することを目的としている。
本願に開示された真空バルブの製造方法は、円筒状の絶縁容器の両端に固定側端板および可動側端板をそれぞれろう付け接合して真空容器を形成するとともに、前記真空容器内に固定側電極および可動側電極を収納してなる真空バルブの中間組立体を金型内に配置し、前記中間組立体の外周に絶縁樹脂材料をモールド成形して絶縁樹脂層を形成する真空バルブの製造方法であって、前記絶縁樹脂材料を前記中間組立体の外周にモールドする際、前記絶縁容器と前記固定側端板とのろう付け部に発生する荷重が前記ろう付け部の許容荷重より小さくなるように前記固定側端板の外周部の面積を形成していることを特徴とするものである。
本願に開示される真空バルブの製造方法によれば、絶縁樹脂をモールドする際の成形圧力により真空バルブのろう付け部に負荷される荷重を低減することが可能となり、製造サイクルが短く安価な真空バルブを製造することができる。
実施の形態１．
以下、本願に係る真空バルブの製造方法について図面を用いて説明する。なお、各図において、同一又は相当部分については同一符号を付している。
図１は、実施の形態１に係る真空バルブの製造方法によって製造された真空バルブ全体の構成を示す断面図、図２は、図１におけるＡ部を拡大して示す断面図である。
以下、本願に係る真空バルブの製造方法について図面を用いて説明する。なお、各図において、同一又は相当部分については同一符号を付している。
図１は、実施の形態１に係る真空バルブの製造方法によって製造された真空バルブ全体の構成を示す断面図、図２は、図１におけるＡ部を拡大して示す断面図である。
図１において、真空バルブ１００は、セラミックス等からなる円筒状の絶縁容器１と、絶縁容器１の両端にろう付け接合された固定側端板２および可動側端板３と、固定側端板２に固定された固定側電極棒４と、固定側電極棒４の端部に固定され、絶縁容器１内に配置された固定側電極５と、可動側端板３にベローズ６を介して摺動可能に支持された可動側電極棒７と、可動側電極棒７の端部に接合され、絶縁容器１内に配置された可動側電極８と、外周にＢＭＣ(Bulk Molding Compound：不飽和ポリエステル)材料を主材とする絶縁樹脂材料をモールド成形して形成された絶縁樹脂層９とを備えて構成されている。
なお、絶縁容器１は、固定側端板２および可動側端板３にろう付けにより接合されて密閉された真空容器を形成しており、この接合部には、図２に示すように、通常μmオーダの薄い金属膜であるろう付け部１０が形成されることになる。また、固定側電極５と可動側電極８とは、絶縁容器１内部で軸方向に互いに対向して配置され、可動側電極８の移動に伴って固定側電極５と離接可能に構成されている。
なお、絶縁容器１は、固定側端板２および可動側端板３にろう付けにより接合されて密閉された真空容器を形成しており、この接合部には、図２に示すように、通常μmオーダの薄い金属膜であるろう付け部１０が形成されることになる。また、固定側電極５と可動側電極８とは、絶縁容器１内部で軸方向に互いに対向して配置され、可動側電極８の移動に伴って固定側電極５と離接可能に構成されている。
このような真空バルブ１００の絶縁樹脂層９を直圧成形により製造する工程を図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃを用いて説明する。
まず、図３Ａに示すように円筒状の絶縁容器１の両端に固定側端板２および可動側端板３をそれぞれろう付け接合して真空容器を形成するとともに、真空容器内に固定側電極５および可動側電極８を収納してなる真空バルブの中間組立体を組み立て、この中間組立体に中子１１を組み付けて成形用の固定側金型１２に配置し、中間組立体における絶縁容器１の上部にＢＭＣ材料を主材とする絶縁樹脂材料１３を半硬化状態で配置する。
次に、図３Ｂに示すように、可動側金型１４を移動させ、絶縁樹脂材料１３を押圧して流動させる。
最後に、図３Ｃに示すように、可動側金型１４を最終位置まで移動させると、絶縁樹脂材料１３が中間組立体の外周に充填されることになり、その後、絶縁樹脂材料１３を硬化させることによって絶縁樹脂層９を外周に形成した真空バルブ１００を製造することができる。
まず、図３Ａに示すように円筒状の絶縁容器１の両端に固定側端板２および可動側端板３をそれぞれろう付け接合して真空容器を形成するとともに、真空容器内に固定側電極５および可動側電極８を収納してなる真空バルブの中間組立体を組み立て、この中間組立体に中子１１を組み付けて成形用の固定側金型１２に配置し、中間組立体における絶縁容器１の上部にＢＭＣ材料を主材とする絶縁樹脂材料１３を半硬化状態で配置する。
次に、図３Ｂに示すように、可動側金型１４を移動させ、絶縁樹脂材料１３を押圧して流動させる。
最後に、図３Ｃに示すように、可動側金型１４を最終位置まで移動させると、絶縁樹脂材料１３が中間組立体の外周に充填されることになり、その後、絶縁樹脂材料１３を硬化させることによって絶縁樹脂層９を外周に形成した真空バルブ１００を製造することができる。
ところで、絶縁樹脂材料１３を組立体の外周に充填する際、ＢＭＣ材では、高い成形圧力（約１０メガパスカル）が必要となるが、成形圧力Ｐを大きくし過ぎると、真空バルブ１００のろう付け部１０を損傷する恐れがあるため、ろう付け部１０に発生する荷重Ｆ１およびろう付け部１０の許容荷重Ｆ２との関係を、Ｆ１＜Ｆ２に設定する必要がある。
ここで、成形圧力Ｐによる荷重Ｆ１は、固定側端板２及び可動側端板３の外周部の面積Ｓに比例するため、成形圧力Ｐによって発生する荷重Ｆと面積Ｓの関係を図４に示すように、面積ＳをＦ１＜Ｆ２となるように固定側端板２及び可動側端板３を構成することによって、ろう付け部１０の損傷を防止することができ、直圧成形により外周部をモールドした真空バルブ１００を製造することが可能となる。
ここで、成形圧力Ｐによる荷重Ｆ１は、固定側端板２及び可動側端板３の外周部の面積Ｓに比例するため、成形圧力Ｐによって発生する荷重Ｆと面積Ｓの関係を図４に示すように、面積ＳをＦ１＜Ｆ２となるように固定側端板２及び可動側端板３を構成することによって、ろう付け部１０の損傷を防止することができ、直圧成形により外周部をモールドした真空バルブ１００を製造することが可能となる。
実施の形態２
図５は、実施の形態２に係る真空バルブの製造方法によって製造された真空バルブ全体の構成を示す断面図、図６は、図５におけるＢ部を拡大して示す断面図、図７は、図６における要部斜視図である。
実施の形態２においては、固定側端板２を覆うように図７に示すカップ状の導電性部材からなるカバー１５を配置し、中間組立体の全体を絶縁樹脂材料１３でモールドして絶縁樹脂層９を形成したものである。その他の構成は、実施の形態１と同一であり、同一または相当する部分には同一符号を付して説明を省略する。
図５は、実施の形態２に係る真空バルブの製造方法によって製造された真空バルブ全体の構成を示す断面図、図６は、図５におけるＢ部を拡大して示す断面図、図７は、図６における要部斜視図である。
実施の形態２においては、固定側端板２を覆うように図７に示すカップ状の導電性部材からなるカバー１５を配置し、中間組立体の全体を絶縁樹脂材料１３でモールドして絶縁樹脂層９を形成したものである。その他の構成は、実施の形態１と同一であり、同一または相当する部分には同一符号を付して説明を省略する。
このようにカップ状の導電性部材からなるカバー１５を配置して絶縁樹脂材料１３をモールドすることによって、成形時に発生するろう付け部１０への負荷を低減することが可能となるとともに、真空バルブ１００の構成の自由度を拡大させることができる。
また、カップ状の導電性部材からなるカバー１５は、ろう付け部１０における電界集中を緩和するため、真空バルブ１００の絶縁耐力をより向上させることが可能である。
また、カップ状の導電性部材からなるカバー１５は、ろう付け部１０における電界集中を緩和するため、真空バルブ１００の絶縁耐力をより向上させることが可能である。
実施の形態３．
図８Ａは、実施の形態３に係る真空バルブの製造方法における製造過程を示す断面図、図８Ｂは、図８Ａの製造過程における一部を破断して示す斜視図である。
真空バルブ１００においては、可動側に可動側電極棒７の可動スペースを確保する必要があるため、可動側端板３の全外周をモールドすることができない。このため、真空バルブの軸方向において中間組立体がモールドされる投影面積は、可動側が固定側より小さくなり、成形時において中間組立体に発生する荷重は、固定側＞可動側となる。
図８Ａは、実施の形態３に係る真空バルブの製造方法における製造過程を示す断面図、図８Ｂは、図８Ａの製造過程における一部を破断して示す斜視図である。
真空バルブ１００においては、可動側に可動側電極棒７の可動スペースを確保する必要があるため、可動側端板３の全外周をモールドすることができない。このため、真空バルブの軸方向において中間組立体がモールドされる投影面積は、可動側が固定側より小さくなり、成形時において中間組立体に発生する荷重は、固定側＞可動側となる。
したがって、成形時の軸方向の圧力を固定側端板２および固定側電極棒４に連結された外部引出し端子４ａで受けた場合、固定側端板２ですべての荷重を受けることになり、変形する恐れが生じることになる。このため、図８Ａ、図８Ｂに示すように絶縁容器１を円周方向から金型１２，１４の中子１１で支持し、この状態で絶縁樹脂材料１３を充填することによって、固定側端板２に発生する軸方向の荷重を低減することが可能となり、成形によるろう付け部１０の損傷を回避することができる。
なお、図９，図１０，図１１は、実施の形態３に係る真空バルブの製造方法における他の製造過程の例を示す断面図で、図９は、絶縁容器１を軸方向から中子１１の先端によって支持する例を示している。また、図１０は、可動側端板３を円周方向から、さらに、図１１は、可動側端板３を軸方向から支持する例を示しており、いずれの場合も固定側端板２に発生する軸方向の荷重を低減することが可能となる。
実施の形態４．
図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃは、実施の形態４に係る真空バルブの製造方法を説明するための概要図で、トランスファー成形を用いる場合の製造過程を示している。また、図１３は、実施の形態４に係る真空バルブの製造方法において要部に発生する荷重の変化を示すタイムチャートである。
図１２Ａ、図１２Ｂおよび図１２Ｃは、実施の形態４に係る真空バルブの製造方法を説明するための概要図で、トランスファー成形を用いる場合の製造過程を示している。また、図１３は、実施の形態４に係る真空バルブの製造方法において要部に発生する荷重の変化を示すタイムチャートである。
まず、図１２Ａに示すように、真空バルブの中間組立体における可動側端板３の円周方向を支持するように中子２０を取り付けた状態で、予熱した固定側金型２１および可動側金型２２との間に配置し、可動側金型２２の材料充填ポット２３に予熱したＢＭＣ材料を主材とする絶縁樹脂材料３０をセットする。
次に、図１２Ｂに示すように、加圧装置２４を移動させて金型２１，２２内に絶縁樹脂材料３０を注入し、最後に、図１２Ｃに示すように、加圧装置２４を最終位置まで移動させて絶縁樹脂材料３０を中間組立体および中子２０の外周に充填する。
その後、絶縁樹脂材料３０を硬化させることにより、真空バルブの中間組立体外周に絶縁樹脂層９を形成した真空バルブ１００を製造することが可能となる。
次に、図１２Ｂに示すように、加圧装置２４を移動させて金型２１，２２内に絶縁樹脂材料３０を注入し、最後に、図１２Ｃに示すように、加圧装置２４を最終位置まで移動させて絶縁樹脂材料３０を中間組立体および中子２０の外周に充填する。
その後、絶縁樹脂材料３０を硬化させることにより、真空バルブの中間組立体外周に絶縁樹脂層９を形成した真空バルブ１００を製造することが可能となる。
このようなトランスファー成形においては、金型２１、２２を予熱しておくことによって予熱された絶縁樹脂材料３０が金型２１、２２内を流動する際、さらに加熱されてゲル状になり、絶縁樹脂材料３０の粘性が低下することになる。このため、図１３に示すように、真空バルブの中間組立体に印加される圧力が充填中に低減することになり、ろう付け部１０に発生する荷重Ｆ４を低減させることが可能となる。
また、成形用金型へ充填する絶縁樹脂材料３０の位置または注入速度などの成形条件は、金型の構造及び成形設備の制御で決まるため、成形条件の制御が容易であり、ろう付け部に発生する荷重Ｆ４のばらつきを抑制することが可能である。
したがって、より安定した品質の真空バルブ１００の製造が可能となる。
また、成形用金型へ充填する絶縁樹脂材料３０の位置または注入速度などの成形条件は、金型の構造及び成形設備の制御で決まるため、成形条件の制御が容易であり、ろう付け部に発生する荷重Ｆ４のばらつきを抑制することが可能である。
したがって、より安定した品質の真空バルブ１００の製造が可能となる。
なお、図１３に実施の形態１におけるろう付け部１０に発生する荷重Ｆ３を示すように、直圧成形では、絶縁樹脂材料のセットを作業者が行なうため、作業にばらつきが発生し易く、特に半硬化状態の絶縁樹脂材料３０の配置によっては、中間組立体に印加される圧力箇所およびタイミングのばらつきが大きくなり、ろう付け部１０に発生する荷重Ｆ３も大きくなるとともにばらつきも大きくなる恐れがあるが、トランスファー成形によれば、成形条件の制御が容易となる利点がある。
また、上述の実施の形態４においては、トランスファー成形方法により絶縁樹脂層９を形成するように構成したが、射出成形方法により絶縁樹脂層９を形成するように構成してもよい。
さらに、上述の実施の形態においては、絶縁樹脂材料として、不飽和ポリエステル樹脂を主材とした絶縁樹脂材料を用いて絶縁樹脂層を形成するように構成したが、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、アクリル樹脂のいずれかを主材として用いてもよい。
また、主材を２０～３０％、強化繊維としてガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン繊維またはボロン繊維を１５～２０％、充填剤として炭酸カルシウム、水酸化アルミニウムまたは珪酸塩を５０～６０％含む絶縁樹脂材料によって絶縁樹脂層を形成してもよい。
さらに、上述の実施の形態においては、絶縁樹脂材料として、不飽和ポリエステル樹脂を主材とした絶縁樹脂材料を用いて絶縁樹脂層を形成するように構成したが、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、アクリル樹脂のいずれかを主材として用いてもよい。
また、主材を２０～３０％、強化繊維としてガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン繊維またはボロン繊維を１５～２０％、充填剤として炭酸カルシウム、水酸化アルミニウムまたは珪酸塩を５０～６０％含む絶縁樹脂材料によって絶縁樹脂層を形成してもよい。
なお、本願は、例示的な実施の形態を記載しているが、様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１：絶縁容器、 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：ベローズ、 ７：可動側電極棒、 ８：可動側電極、 ９：絶縁樹脂層、 １０：ろう付け部、 １１：中子、 １２：固定側金型、 １３：絶縁樹脂材料、 １４：可動側金型、 １５：カバー、 ２０：中子、 ２１：固定側金型、 ２２：可動側金型、 ２３：材料充填ポット、 ２４：加圧装置、 ３０：絶縁樹脂材料、 １００：真空バルブ
Claims (6)
- 円筒状の絶縁容器の両端に固定側端板および可動側端板をそれぞれろう付け接合して真空容器を形成するとともに、前記真空容器内に固定側電極および可動側電極を収納してなる真空バルブの中間組立体を金型内に配置し、前記中間組立体の外周に絶縁樹脂材料をモールド成形して絶縁樹脂層を形成する真空バルブの製造方法であって、
前記絶縁樹脂材料を前記中間組立体の外周にモールドする際、前記絶縁容器と前記固定側端板とのろう付け部に発生する荷重が前記ろう付け部の許容荷重より小さくなるように前記固定側端板の外周部の面積を形成していることを特徴とした真空バルブの製造方法。 - 前記絶縁樹脂層を形成するモールド成形方法として直圧成形またはトランスファー成形または射出成形を用いることを特徴とした請求項１に記載の真空バルブの製造方法。
- 前記絶縁容器における可動側端板側の一部または前記可動側端板を中子により支持した状態で、前記中間組立体の外周に絶縁樹脂材料を充填して絶縁樹脂層を形成することを特徴とした請求項１または２に記載の真空バルブの製造方法。
- 前記絶縁樹脂材料として不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂のいずれかを主材とした絶縁樹脂を用いたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の真空バルブの製造方法。
- 前記固定側端板の外周部を覆うカバーをさらに設けて前記中間組立体を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の真空バルブの製造方法。
- 前記カバーを導電性部材で形成したことを特徴とする請求項５に記載の真空バルブの製造方法。
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