JPS59111214A - 真空バルブ - 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】 、〔発明の技術分野〕 本発明は一電力の開閉に用いられる真空バルブ、特にそ
の電極構造に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

周知のごとく一般に真空バルブというのは、真空の絶縁
容器内に一対の電極を収納配置し、その電極を、真空状
態を保持したまま開閉することにより′電流すなわち電
力を遮断したり投入したりする開閉器である。この糧の
真空バルブの一例を第１図に示す。

第１図の真空バルブは両端開放の絶縁筒ｌと、その両端
を密封する一対の端板２８よび３とにより真空絶縁容器
４を備えている。端板２にはこれを気密に貫通して固定
軸５が取付けられ、端板３にはこれを気密に頁通し７、
かつ軸方向に摺動し得るように固定軸５と同心上に可動
軸６が軸斃７を介して出入り自在に設けられている。固
定軸５お上び可動軸６の各対向先端部にはそれぞれ固定
′成極８および可動成極９が取付けられている。固定軸
５および可動軸６は導電材から成っていて、導電路を形
成する。軸受７の部分の密封性を維持するために真空絶
縁容器４内において軸方向に伸縮し得るベローズ１０が
可動軸６を取囲むように可動軸６と同心的に配置され、
その一端を可動軸６に、他端を端板３に、それぞれ気密
に固着している。

電流開閉時に両電極８，９から発生する金属蒸気が真空
絶縁容器４の内面に付着して電気的耐圧性能が低下する
のを防止するために、成極８，９を取囲むようにシール
ド１１が配置されている。

このように構成された真空バルブに対する信頼性上の問
題の一つとして、事故電流投入時の電極どうしの溶着の
問題がある。大電流の投入過程において電極間距離が次
第に短くなって行き、接触直前にプレアークと言われる
放電が電極間に発生する。この時のアーク熱で電極が溶
融し、さらに電極が接触したところで両電極が完全に一
体化してしまい、以後の電極開閉が不能になるというプ
ロセスによって電極の溶着が起こる。

このような溶着を防止する方法として、従来は、電極の
投入速度を速くするようにしている。すなわち、溶着と
いうのは゛成極対の接触直前から始まるプレアークによ
る熱が主原因であり、このアーク熱エネルギー（こよっ
て電極が溶融させられることによって起こるのであるか
ら、プレアークが成極に与える総エネルギーを減少させ
ればよいはずである。そのためにはプレアークの発生時
間を短縮すればよく、それを達成する手段として電極の
投入速度を高速化すればよい、という訳である。

ところが、電極の投入速度を速くすることは、溶着防止
の点では効果的であるが、他の面で不都合が生じるよう
になった。すなわち、投入速度の増大により、電極どう
しの接触時に生ず、る機械的な衝撃応力が増大し、電極
が割れ易くなったというのがそれである。因に、物体の
運動エネルギーは速度の２乗に比例する。

電極の割れは特にＷ（タングステン）などを主成分とす
る硬い材料で構成した場合に発生し易い。

その発生メカニズ為を次により詳細に説明する。

真空バルブの成極８，９どうしの接融は、ミクロに見れ
ば完全に面接触で行なわれることはない。

その＝因は、第２図に示すように可動軸６が傾いてしま
うことにある。それは、可動軸６の１釉方向の動・きを
円滑をこするために可動軸６と軸受７との間ζこ多少の
間隙を設けざるを得ないので、避けることは置敷である
。可動軸６が傾くことによって電極８，９は点接触の状
態になつヱし才う。このような傾向は開閉回数が少なく
、機械的ななじみも不十分な時期に顕著なものである。

点接触の状態では、投入時の衝撃応力が接触点のみに集
中することになる。電極がＣｕ　（＠　）を主成分とす
るような軟質材料から成っている場合は、数十回の開閉
動作を繰返すことζこよって電極自体が変形し、電極ど
うしはほぼ全表面で接触する面接触状態となる。この面
接触状態を第３図ζこやや誇張して示している。この状
態では、投入時の衝撃応力も局部的に集中することなく
、いわゆる集中荷重は生じない。

ところが、Ｗを主成分とするような硬質の材料から成る
電極の場合には、・１極自体は変形しないばかりか、む
しろもろいため、投入速度を速くすると第２図にＡで示
す固定軸５の先端外径部、あるいはＢで示す可動軸６の
先端外径部の近傍の電極部分に局部的に過大な応力が集
中し、極めて好ましくない。さらに、投入時の衝撃力と
、第２図にｔおよびｍで示しているアーム長さとの績で
表わされる曲げモーメントがそれぞれＡ点およびＢ点を
支点として電極に加わり、多数の開閉動作を繰返すこと
により、ついには電極が割れたり欠は落ちたりすること
があった。

〔発明の目的〕

本発明は以上述べた不都合を除去するためになされたも
ので、その目的とするところは、投入動作時に電極に割
れを生ずる方向に作用する衝撃力による曲げモーメント
を無くシ、それにより多数回の開閉ｊ更耐える長寿命の
真空バルブを提供することにある。

〔発明の概要コ この目的を達成するために本発明の真空バルブは、真空
絶縁容器と、この真空絶縁容器内に配置される固定電極
と、前記真空絶縁容器内に前記固定電極に対して対向配
置される可＠電極と、前記真空絶縁容器に固定的に取付
けられ、一端で前記固定電極を担持し、他端が前記真空
絶縁容器外に導出された導電材製の固定軸と、前記真空
絶縁容器に出入自在に設けられ、一端で前記可＠−極を
担持し、他端が前記真空絶縁容器外に導出された導に材
製の可動軸とを備えて成る真空バルブにおいて、固定電
極および可動電極のうちの少なくとも一方の対向電極と
の対向表面に、よ−り小さな直径の中心平面部と、この
中心平面部の外周部からより大きな直径の周縁部へとい
くにつれて対向電極から遠去かる方向に傾斜をなす傾斜
面部とを形成し、しかも前記中心平面部の直径を当該電
極を担持している固定軸もしくは可動軸の外径と同一も
しくはそれ以下に構成したことを特徴とするものである
。

〔発明の実施例〕

第４図は本発明の一実施例を示すものである。

この真空バルブの特徴は固定電極１８および可動電極１
９の構造にある。すなわち両電極１８　、１９はそれぞ
れより小さな直径φＣ９φＤで示されている中央の平面
部と、この平面部の外周部からより大きな直径の周縁部
へといくにつれて対向電極から遠去かる方向に傾斜をな
す錐面もしくは球面等の傾斜面部とを形成し、しかも直
径φＣ９φＤを固定＠５および可動軸６の直径φＥ、φ
Ｆと同一もしくはそれ以下に構成したのが特徴である。

＠４図の構成によれば、第５図に示すように可動電極６
が傾いて投入された場合、電極どうしの接触が両電極１
８　、１９の中心平面部で行なわれるため、投入時の衝
撃力はそのまま中心平面部に加わる。ところが、この平
面部はそれぞれ固定軸５および可動軸６の直径との比較
においてφＣ≦φＥ。

φＤ≦ψＦにしであるため、衝撃力の作用点がすでに述
べたＡ点、Ｂ点と同一直径方向位置もしくはそれよりも
中心側に位置することになり、そのためＡ点、Ｂ点を支
点として４極に割れを起こさせる方向に作用する衝撃力
による曲げモーメントは発生せず、衝撃応力は結局、゛
１極１８　、１９と結合されている固定軸５．可動軸６
との接合面全体に分散され、ここに局部的な応力集中を
巧みに防止することができ、開閉動作を繰返した時でも
投入動作時の衝撃による電極の割れや欠落などを防止す
ることができる。

本発明は特に硬度の大きな電極材料を用いた場合に有効
なものであり、例えばＷを主成分とする合金から成る電
極がこれに相当する。具体的には、Ｗ（６０〜８０重量
％）＋Ｃｕおよびその他の成分（残部）、あるいはＷ（
５０〜６０重量％）＋Ａｇおよびその他の成分（残部）
などのいわゆる焼結合金で作ったものが主に該当し、一
般的にはその硬度がロックウェルＣスケールによる硬度
（ＨＲＣ）で２０以上の材料から成る電極に対して本発
明は顕著な効果のあることが判明した。

第６図は、中心平面部および傾斜面部を有する電極構造
を可動電極１９のみに適用し、固定電極８は従来の平板
状に構成した実施例を示すものである。第７図は同真空
バルブの投入状態を可動軸６および可動電極１９が傾い
ている状態で示したものである。この構成によっても第
４図、第５図の′成極栴成とほぼ同等の作用効果を奏す
ることができる。

一対の電極間の関係は相対的なものであるから、第６図
、＠７図とは逆に、固定電極に傾斜面を設け、可動電極
を平板状にしても同等の作用効果を達成できることは明
らかである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、簡易な構成により、
投入時の衝撃力により電極に作用する曲げモーメントを
無くすことができ、したがって多数回にわたる投入動作
のもとでも成極の割れや欠落といった不都合の発生を回
避することができ、多数回の開閉にも十分耐え得る高信
頼性の真空バルブを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の真空バルブの縦断面図、第２図は第１図
の真空バルブの投入時の一態様を示す縦断面図、 第３図は゛成極が変形した状態を示す第２図と同様の部
分縦断面図、 第４図は本発明の一実施例を示す部分縦断面図、第５図
は第４図の真空バルブの投入時の一態様を示す部分縦断
面図、 第６図は本発明の他の実施例を示す部分縦断面図、 第７図は第６図の真空バルブの投入時の一態様を示す部
分縦断面図である。 ４・・・真空絶縁容器、５・・・同定軸、６・・・可動
軸、８．１８・・・固定゛成極、９，１９・・・可動電
極。 出願人代理人　　猪　股　　　　清 第１図 第２ｒＸＪ 第４図 邑 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空絶縁容器と、この真空絶縁容器内に配置される
   固定電極と、前記真空絶縁容器内に前記固定電極に対し
   て対向配置される可動電極と、前記真空絶縁容器に固定
   的に取付けられ、一端で前記固定電極を担持し、他端が
   前記真空絶縁容器外に導出された導゛成材製の固定軸と
   、前記真空絶縁容器に出入自在に設けられ、一端で前記
   可動電極を担持し、他端が前記真空絶縁容器外に導出さ
   れた導電材製の可動軸とを備えてなる真空バルブにおい
   て、 固定電極および可動電極のうちの少なくとも一方の対向
   ′電極との対向表面に、より小さな直径の中心平面部と
   、この中心平面部の外周部からより大きな直径の周縁部
   へといくにつれて対向電極から遠去かる方向に傾斜をな
   す傾斜面部とを形成し、しかも前記中心平面部の直径を
   当該電極を担持している固定軸もしくは可動軸の外径と
   同一もしくはそれ以下をこ構成したことを特徴とする真
   空バルブ。 ２、両電極が硬度ＨＲＣ２０以上の材料から成−ってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の真空バ
   ルブ。 ３、両電極が焼結合金から成っていることを特徴とする
   特許請求の範囲第２項記載の真空ノ（ルブ。 ４、両電極がＷ６０〜８０重量饅と、残部に少なくとも
   Ｃｕとを含む焼結合金から成っていることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の真空バルブ。 ５、両電極がＷ５０〜６０重量％と、残部に少なくとも
   Ａｇとを含む焼結合金から成っていることを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の真空バルブ。 ６、固定電極および可動電極が共に前記中心平面部およ
   び傾斜面部を持っていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の真空バルブ。 ７、固定電極および可動電極のうちのいずれか一方のみ
   が中心平面部および傾斜面部を持っており、他方の電極
   は平板状に形成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の真空バルブ。