JPH01151186A - 真空放電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は真空スイッチ管、真空避雷管、真空ヒユーズ
、真空トリガトロンなどの真空放電装置、特に、絶縁容
器の端部に形成した一対のメタライズ層の電位が電極と
同電位に構成された真空放電装置の内沿面および外沿面
の絶縁耐力の向上に関するものである。

〔従来の技術〕

第７図は例えば、特公昭５９−２７０５０号公報に示さ
れた真空放電装置としての従来の真空スイッチ管の縦断
面図であり、図において、８１はアルミナ・セラミック
製の円筒形の絶縁容器、８２は絶縁容器８１の内壁面中
央部に形成された帯状突出部、８３ａ、８３ｂは絶縁容
器８１の両端部８１ａ、８１ｂに形成されたメタライズ
層、８４ａ、８４ｂはメタライズ層８３ａ、８３ｂにろ
う付けされた封着金具であり、この封着金具８４ａ。

８４ｂは絶縁容器８１内を真空気密に封着する。

８５は封着金具８４ｂの中心部に取付けられた金属性の
ベローズ、８６ａ、８６ｂは封着金具８４ｂおよびベロ
ーズ８５に貫通支持された電極棒、８７ａ、８７ｂは電
極棒８６ａ、８６ｂの先端に設けられた電極であり、電
極８７ｂはベローズ８５゜電極棒８７ｂを介して電極８
７ａに対し接離自在に構成されている。８８は電極８７
ａ、８７ｂを囲むように上記帯状突出部８２に取付けら
れた金属製の中間シールド筒である。

上記絶縁容器８１の主な機能は、■真空容器の一部を構
成すること、■電極の開極時には両電極間を電気的に絶
縁すること、■金属製中間シールド筒を画電極から電気
的に接続して支持することにある。

また、■ろう付、排気などの製作工程や短絡電流遮断時
の厳しいヒートショック（熱的衝撃）に耐えること、◎
排気中または排気後に実施されるコンディショニング工
程で沿面閃絡や絶縁容器の貫通破壊を生じないこと、Ｏ
電流遮断の繰返しにより電極物質が絶縁容器内面に付着
してくるが、それによって絶縁耐力が所要の定格耐電圧
よりも劣化しないこと、■使用環境の塩分や塵埃による
外添面の汚損に対して、所要の絶縁耐力を維持できるこ
と、■電極の開閉動作に伴なう機械的衝撃や振動に耐え
ること、などの性能が要求される。

近年、真空スイッチ管に対する小型化の要求は益々強ま
っており、このために電極直径や絶縁容器の内壁直径が
与えられた場合に、上述の機能。

性能を維持しつ・如何にして最小寸法で且つ最適構造の
絶縁容器を構成するか、という課題が重要になってきた
。

従来のセラミック製の絶縁容器８１は次の手順で製作さ
れていた。一般にアルミナ粉体を調合し、ラバープレス
法により円筒を成形し、成形体を切削加工により仕上げ
た後、約１６５０℃の大気中で高温焼結する。外面に施
釉して焼付け、更に絶縁容器１の端部にＭＯとＭｎを主
体とするペーストを塗布し、乾燥し、１４００〜１５０
０℃の高温で焼付ける。この焼付けによって、絶縁物で
あるセラミックの表面が金属化されて、いわゆるメタラ
イズ層８３ａ、８３ｂが形成される。その後、メタライ
ズ層８３ａ、８３ｂにはＮｉメツキを施し、これを焼付
ける。

このようにして製作された絶縁容器８１は、メタライズ
層３３ａ、８３ｂに（図示せず）ろう材を配置し、封着
金具８４ａ、８４ｂと約８００°Ｃの高温度でろう付け
される。前述の部品を適時に組合わせて、ろう付けや溶
接により真空スイ・ノチ管を組立てた後５００℃以上の
高温度で加熱排気して真空密封する。

排気中または排気後におけるコンディショニングと称す
る製作工程では、電極間に高電圧を印加して、真空絶縁
破壊を繰返しつつ、順次、絶縁耐力を高めていく。この
際の印加電圧は、真空スイッチ管の定格耐電圧、例えば
３．３Ｋｖ用ではＡＣ（交流）１０Ｋｖ、３６Ｋｖ用で
はＡＣ７０Ｘｖよりも這かに高い値である。

従来の真空スイッチ管では、コンディショニング中に絶
縁容器８１の貫通破壊がしばしば発生し、製作歩留を低
下させていた。特に、メタライズ層８３ａ、８３ｂの近
傍や帯状突出部８２の近傍は電界が集中するので貫通破
壊を生じ易い。

真空スイッチ管は高電圧の電路において、２０年以上に
わたって使用され、その間に使用環境の塵埃や塩分を含
む雰囲気によって絶縁容器８１の外添面が汚損され、ま
た多数回の電流遮断によって絶縁容器８１の内湯面が電
極物質で覆われてくる。

従って、製作完成時に保有していた絶縁容器８１の耐電
圧性能は、使用年数とともに次第に劣化し−６＝ てゆき、遂には所要の定格耐電圧に耐え得なくなる。台
風や大雪による塩害や湿潤、或は襲雷や電路の開閉時に
発生する過渡的異常電圧によって、絶縁容器８１の外部
閃絡または内部閃絡が発生し、これが引金となって前述
のメタライズ層８３ａ。

８３ｂまたは帯状突出部２の近傍で絶縁容器８１に貫通
破壊を生じることがあった。この貫通破壊は真空スイッ
チ管において致命的不具合である。

以上に述べた製作段階及び使用段階における絶縁容器８
１の貫通破壊を抑制するためには、従来は次の手段が採
られてきた。■絶縁容器８１の全長を長くすることによ
り、メタライズ層８３ａ。

８３ｂ間の間隙長りを大きくする。■ラバープレス成形
後の切削加工で絶縁容器８１の外面に波形ひだを設ける
ことにより、外沿面長１１を長くする。■絶縁容器８１
の直径を大きくすることにより、電極８７ａ、８７ｂ、
中間シールド筒８８、絶縁容器１の内壁の相互の間隙を
広げて、真空内部の閃絡電圧を高める。■コンディショ
ニングや使用環境における周囲媒体として、絶縁油やＳ
Ｆ６ガスを用いることにより、外部閃絡電圧を高める。

しかし、上記の貫通破壊を生じる原因を詳細に検討した
結果、閃絡電圧の強化は外沿面だけでなく内湯面も同時
に同等に強化する必要があること、および乾式成形法で
あるラバープレスではアルミナ粉体の摩擦力により粉体
の流動性が妨げられて肉厚が厚くなる程絶縁容器内にピ
ンホール欠陥が生じ易くこれに異常な電界集中を生じる
ため貫通破壊を生じることが判った。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の真空放電装置としての真空スイッチ管は以上のよ
うに構成されているので、製作段階や使用段階において
、セラミック製の絶縁容器の器壁に貫通破壊を生じる危
険があり、これを抑制するためには絶縁容器の全長や直
径を大きくしたり、ラバープレス成形後の切削加工によ
って外沿面に波形ひだを設けたり、コンディショニング
や使用環境に絶縁油やＳ　Ｆ　ｂガスを使わねばならず
、真空スイッチ管を小型・軽量化し、経済的に製作。

使用する上で重大な障害となるという問題点かあった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、絶縁容器の外沿面および内湯面における閃
絡電圧を同時に同等に強化するとともに、均質、かつ、
胸肉でピンホール欠陥を生しない絶縁容器を有する真空
スイッチ管を提供すること、および、電極直径や絶縁容
器内壁の最小直径が与えられた場合に、真空スイッチ管
の製作段階で熱衝撃やコンディショニング、電圧に耐え
て、使用段階では開閉時の機械衝撃や電極物質による内
面汚損や塩分の付着による外面汚損に耐えて、しかも最
小寸法で最軽量の絶縁容器で構成された経済的な真空ス
イッチ管を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る真空放電装置は、絶縁容器を内面および
外面に波形ひだを有する肉厚のは＼・均一なセラミック
筒で構成するとともに、内添面長および外沿面長を該セ
ラミック筒の両端部に設けた一対のメタライズ層の間隙
長しよりも長くしたも一９＝ のである。

〔作用〕

この発明における真空放電装置は、絶縁容器の内面およ
び外面に波形ひだを設けたことにより、内外両沿面の沿
面長をセラミック筒の両端部に設けた一対のメタライズ
層の間隙長よりも長くでき、従って一対のメタライズ層
間の表面漏洩電流を減小させ、内外両面における沿面閃
絡電圧を向上させることができる。また、内外面の波形
ひだを肉厚かは＼゛均一なるように構成したことにより
、ピンホール欠陥が無く均質でヒートショックに強い絶
縁容器が得られ、その絶縁耐力が向上するとともに、所
要の電極直径や絶縁容器の内壁直径に対して、最小寸法
で且つ最小重量で絶縁容器を構成することが可能となり
、真空放電装置の一層の小形化、軽量化を可能とする。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、１は泥漿鋳込法で成形され、内面および外
面に波形ひだ２を設けたアルミナ・−１０＝ セラミック製の絶縁容器で、その器壁の肉厚は全長にわ
たってほぼ均一である。

３ａ、３ｂは絶縁容器ｌの両端部１ａ、ｌｂに形成され
たメタライズ層、４ａ、４ｂはメタライズ層３ａ、３ｂ
にろう付けされた封着金具であり、この封着金具４ａ、
４ｂによって絶縁容器内を真空気密に封着する。５は封
着金具４ｂの内面中央部に設けられたステンレス製のベ
ローズ、６はベローズ５の上端に取けた保護カバー、７
ａ、７ｂは封着金具４ａおよびベローズ５に貫通支持さ
せた電極棒、８ａ、８ｂは電極棒７ａ、７ｂの先端に対
向的に設けた電極であり、電極８ｂは電極棒７ｂおよび
ベローズ５を介して電極８ａに対し接離自在に構成され
ている。９は電極８ａ、８ｂを囲むように絶縁容器１内
に設けられた金属製の中間シールド筒であり、この中間
シールド筒９は一端部外面に設けられた金属部材１０と
外面膨出部９ａとで絶縁容器１の内壁面のひだ部を挾持
して取付けられている。この場合、挾持される内壁面の
ひだ部は他の内壁面のひだ部より内側への突出量が大き
く形成されている。

第１図の実施例では、アルミナの泥漿を作成し、鋳込み
成形して乾燥した後、約１６５０℃の大気中で高温焼成
して絶縁容器１とした。この絶縁容器１の最大肉厚は例
えば４．７顧、外壁の谷部ＩＣで生じる波形ひだの最小
曲率半径ｒは例えば５璽１、山部１ｄに対する谷部ＩＣ
の深さ、すなわち外壁のひだの深さｅは１２〜１８ｔｍ
、波形ひだの直線部の面と絶縁容器１の軸に平行な面と
の挾む角度θは６０度である。

このような波形ひだ２の構成によって、絶縁容器１の端
部の一対のメタライズ層３ａ、３ｂ間の間隙長Ｌ＝９５
ｍ、内沿面長１内添よび外沿面長１１は何れもβｚ＝ｌ
、−１２５ｍ璽となり、沿面長増倍率α−β＋／Ｌ＝ｘ
ｚ／Ｌ＝１．３２が得られた。

所要の工程を経て、７．２Ｋｖ用真空スイツチ管を２０
個製作し、排気した後、ＡＣ３０にνを印加してコンデ
ィショニングを実施した。コンディショニングにおいて
、絶縁容器１の貫通破壊を生じるものは皆無であった。

メクライズ層３ａ、３ｂ間の外部閃絡電圧は従来よりも
１．２倍以上に向上していることが判った。また、等価
霧中法による塩分汚損時の外部閃絡電圧の値は、従来の
間隙長し＝９５Ｎの場合に比べて１．２倍に向上した。

一方、電流遮断を繰返すことにより電極物質が内湯面に
付着してくるが、従来に比べて、特に、インパルス耐電
圧の劣化が殆んど無く、内部沿面閃絡を生じるまでの電
流遮断回数寿命は、従来の３倍に改善できることが判っ
た。

内外面に波形ひだ２を有する肉厚のは＼・均一なセラミ
ック筒は、絶縁容器１の両端部、山部、谷部、ひだの直
線部の各部分の材料特性が均質で、密度、抗折力などの
バラツキが少なく、従来のラバープレス法によるセラミ
ック筒よりもピンホール欠陥が極めて少なく、均質性が
優れている。

次に、内外面に波形ひだを有しない従来の絶縁容器１で
は、真空中に金属製の中間シールド筒が存在すると、そ
れが無い場合に比べて、大気側の外部沿面閃絡電圧が低
下する現象、すなわち背面電極効果を生じる。

−１２＝ しかし、第１図の実施例では、外部閃絡電圧Ｖは外沿面
長！１に対して■ｏＣβ１″３の関係があり、この式は
絶縁碍子における関係式と一致しており、背面電極効果
が無視できることから、メタライズ層３ａ、３ｂ間で外
部閃絡が生じたとしても、第１図の実施例では、外部閃
絡の放電通路は、３ａ−１ｄ−１ｄ−３ｂを連ねた経路
を通り、中間シールド筒の支持部である谷部ＩＣを経由
しないから、中間シールド筒の支持部ＩＣ附近で絶縁容
器１の貫通破壊が起り難い。

従来の内外面に波形ひだを有しない絶縁容器１で構成さ
れた真空スイッチ管では、絶縁容器の内湯面に電極物質
が付着すると、ＡＣ耐電圧の低下よりも特にインパルス
耐電圧の低下が著しかった。

上記第１の実施例でも電流遮断の繰返しにより絶縁容器
の内湯面に電極物質が付着してくることは避けられない
が、それでもインパルス耐電圧の低下が殆んど起らない
ことである。

このように、内湯面に電極物質が付着してもインパルス
耐電圧が低下しない原因は、中間シールド筒の先端部か
ら内添面までの真空間隙が大きいことが考えられる。し
たがって、中間シールド筒の高さを従来よりも大幅に短
くできる利点が生じる。

上記の実施例では、波形ひだの最小曲率半径ｒが約５龍
、外壁におけるひだの深さｅが１２〜１８龍、ひだの直
線部の面と絶縁容器軸に平行な面との挾む角θが６０度
の場合について説明したが、波形ひだの形状は第１図の
実施例に限らず、先に〔従来の技術〕の項で述べた絶縁
容器の具備すべき性能条件を満足する範囲で且つ小型・
軽量化に適する形状に構成することができる。

第２図は、この発明の特徴部分である波形ひだの谷部１
ｃ、山部１ｄの拡大図を示す。この図では、絶縁容器の
肉厚ｔと波形ひだの最小半径ｒとはばパ等しい場合を示
したが、ｔ＞ｒなる関係に構成すると、前述の性能条件
■、＠が満足できず、ヒートショックや機械衝撃により
クラックを生じる危険があるので、ｔ≦ｒなる関係を満
足する必要がある。

第２図に示す波形ひだの直線部の面と絶縁容器の軸に平
行な面との挾む角度θは４５°≦θ≦９０’の範囲が望
ましい。θ〈４５６の範囲では、内外沿面長７！２．β
１とメタライズ層の間隙りとの比、α＝１！、２／Ｌま
たはβ１／Ｌで定義される沿面長増倍係数αが余り太き
（できず、前述の背面電極効果が無視できなくなるから
である。またθ〉９０゜になると泥漿鋳込法が困難とな
り、前述の性能条件■、＠を満足できない。

絶縁容器１の外壁における波形ひだの深さｅは、波形ひ
だの最小曲率半径ｒに対して１．５倍以上にするのが望
ましい。ｅ＜１．５ｒの範囲では、θ２値が適当であっ
ても背面電極効果が無視できないからである。

最後に容器肉厚を全長にわたってはパ均一に構成するた
めには、内添面長１２と外温面長β１とははパ等しくな
ければならず、外沿面閃絡電圧を少なくとも１０％向上
するためには＃２＃ｊ２．≧１．２Ｌなる条件を満す必
要がある。

第３図は上記第２図で述べたひだの最小曲率半径ｒ、外
壁におけるひだの深さｅ、内・外温面長βＺ＋７２１、
メタライズ層の間隙長しおよび波形ひだの直線部の面と
絶縁容器１の軸に平行な面との挾む角度θなどの相互の
関係図を示したものである。但し、外壁における波形ひ
だの深さｅは、各ひだについて均一の場合を示しである
。第３図において、横軸の値は１．５以上、縦軸の値は
１．２以上であるのが望ましい。

第４図は、他の実施例を示すもので、絶縁容器１の端面
にメタライズ層３ａ、３ｂを形成し、そのメタライズ層
３ａ、３ｂに封着金具４ａ、４ｂを平板状にろう付し、
その一方の封着金具４ａに金属製のシールド筒１１を片
持的に取付けた真空スイッチ管の断面側面図である。

第５図は別の実施例を示すもので、絶縁容器１の端部側
面にメタライズ層３ａ、３ｂを形成し、そのメタライズ
層３ａ、３ｂに封着金具４ａ、４ｂをろう付し、上記絶
縁容器１の内部に波形ひだを利用して金属製の中間シー
ルド筒９を取付けるとともに金属製のホッパ状中間シー
ルド１２ａ。

１２ｂの一対を、その細径端部を中間シールド筒９内に
位置させて、絶縁容器１内に波形ひだを利用して取付け
た真空スイッチ管の断面側面図である。第１図の実施例
では、波形ひだ２は第６図に示すように複数個の山と谷
とに分離されているが、第７図に示すように内・外面共
通の１本の山谷、つまり螺旋形に構成してもよい。

上記の各実施例では、真空スイッチ管の場合について説
明したが、先に述べた絶縁容器の具備すべき機能・性能
要件は、真空避雷管、真空ヒ、ユーズ、真空トリガトロ
ンなどの真空放電装置においても同様であり、これらに
適用して上記実施例と同様の効果を奏するものである。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、絶縁容器を内面およ
び外面に波形ひだを有する肉厚のは・・均一なセラミッ
ク筒で形成するとともに、その内添面長および外温面長
を何れも該セラミック筒の両端部に設けた一対のメタラ
イズ層の間隙長よりも長く構成したので、コンディショ
ニングにおける製造歩留を向上でき、また小形で安価な
真空放電装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による真空放電装置を示す
縦断面図、第２図はこの発明の特徴部分である波形ひだ
の山部、谷部の拡大を示す縦断面図、第３図は波形ひだ
の諸定数と沿面長増倍率との関係図、第４図、第５図は
他の実施例を示す縦断面図、第６図は波形ひだを水平分
離ひだとしたこの発明の真空放電装置を示す正面図、第
７図は波形ひだを螺旋状に形成した同上図、第８図は従
来の真空放電装置を示す縦断面図である。 １は絶縁容器、２は波形ひだ、３ａ、３ｂはメタライズ
層、４ａ、４ｂは封着金晶、８ａ、８ｂは電極、ｅは外
壁におけるひだの深さ。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁容器の両端部に形成した一対のメタライズ層
   と、前記メタライズ層を介して前記絶縁容器の両端にろ
   う付けされ、該絶縁容器内に設けられた電極と同電位の
   封着金具を有する真空放電装置において、前記絶縁容器
   を内面および外面に波形ひだを有する肉厚のほぼ均一な
   セラミック筒で形成するとともに内沿面長および外沿面
   長を前記一対のメタライズ層の間隙長よりも長く構成し
   たことを特徴とする真空放電装置。
2. （２）絶縁容器の波形ひだの最小曲率半径（ｒ）を器壁
   の最大肉厚（ｔ）以上に構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の真空放電装置。
3. （３）波形ひだの直線部の面と絶縁容器の軸に平行な面
   とで挾む角度θを４５度≦θ≦９０度の範囲にしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の真空放電
   装置。
4. （４）波形ひだの深さｅを該波形ひだの最小曲率半径（
   ｒ）に対して１．５倍以上としたことを特徴とする特許
   請求の範囲第（１）項記載の真空放電装置。
5. （５）内沿面長（ｌ＿２）および外沿面長（ｌ＿１）を
   ｌ＿２≒ｌ＿１とし、かつ、一対のメタライズ層の間隙
   長（Ｌ）に対してｌ＿２＝ｌ＿１≧１．２Ｌとしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の真空放電
   装置。
6. （６）絶縁容器の内面および外面の波形ひだを螺旋状に
   構成したことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記
   載の真空放電装置。