WO2014136297A1

WO2014136297A1 - 真空バルブ

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Publication number: WO2014136297A1
Application number: PCT/JP2013/074677
Authority: WO
Inventors: 貴和原田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2014-09-12
Also published as: US9330869B2; KR20150076259A; KR101601619B1; DE112013006783B4; CN105027248B; JPWO2014136297A1; JP5583298B1; US20160035519A1; CN105027248A; DE112013006783T5

Abstract

　コイル電極（９）、（１１）は、コイル電極（９）、（１１）が取り付けられる固定側及び可動側電極棒（４）、（７）の軸線に対して直交する平面上に、上記軸線と同心に設けられたリング部（１７）と、リング部（１７）の外周から外側に延出された複数本のアーム部（１８）、（２２）と、アーム部（１８）、（２２）の先端側から周方向に折り曲げるように形成された円弧状のコイル部（１９）、（２３）と、コイル部（１９）、（２３）を分割するスリット部（２０）、（２４）とを有し、コイル電極（９）のアーム部（１８）とコイル電極（１１）のアーム部（２２）は、固定側電極棒（４）及び可動側電極棒（７）の軸方向から見て互いに重なるように同一方向に向けて配置される。

Description

真空バルブ

　この発明は、電極を流れる電流により発生する磁界によってアークを拡散するようにした真空バルブに関するものである。

　真空バルブは、例えば特開平１－３１５９１４号公報（特許文献１）、特開平１１－３１７１３４号公報（特許文献２）に開示されているように、ガラス材、セラミック材等の絶縁材からなり、内部を高真空に排気された有底円筒状の真空容器と、該真空容器の両端部にそれぞれ設けられた電極棒と、各電極棒の対向する端部に設けられた渦巻環状のコイル電極と、該コイル電極に接続される円板状の接点とを備え、一方の電極棒を軸方向へ移動させることにより、両接点（即ち固定側接点、可動側接点）を接触又は離隔して通電又は遮断を行なうものである。

　ここでコイル電極とは、主電極としての固定側接点及び可動側接点の接離方向に軸方向磁界を発生させるように、当該両接点の背面側に、接点の外周縁に沿った円周方向に向けて複数の弧状のコイル部が分割配置され、コイル部の一端は中心方向に伸びるアーム部を有し、他端は接点と接続する突出部を有するもので、上記特許文献１あるいは特許文献２に詳細に説明されている。

　上述のような真空バルブにおいては、通電によりコイル電極が軸方向の磁界を発生し、遮断時に不可避的に発生する接点間のアークを接点の径内に閉じ込めつつ接点表面に拡散させ、接点表面に対し電流密度を下げることにより、接点材料の遮断能力が勝り電流遮断を行うことができる。

　真空バルブの遮断容量をより大きくするためには、このコイル電極と接点材料の開発が必要不可欠であり、これまでに様々な研究がなされてきた。その結果、真空バルブの遮断性能は、コイル電極により発生させる軸方向磁界強度が強く、均一で、面積が広いほど良いことが分かっている。

特開平１－３１５９１４号公報特開平１１－３１７１３４号公報

　磁界によって接点間に発生するアークを拡散させることで遮断性能を向上させる方式の真空バルブは、上記特許文献１あるいは特許文献２に説明されているように、通電される電流が固定側、可動側の２つのコイル電極を流れ、コイル電極間に軸方向磁界を発生させる。

　図６、図７は、上記特許文献１で開示されているように、従来の真空バルブにおける固定側コイル電極と可動側コイル電極の位置関係を説明するもので、それぞれ固定側コイル電極と可動側コイル電極を上下に重ねた状態を示す説明図である。
　例えば固定側電極棒４からコイル電極に流れる電流は、固定側コイル電極９のアーム部（即ち固定側アーム部）１８、固定側コイル部１９、固定側コイル突出部２１を通り、固定側接点（図示せず）、可動側接点（図示せず）を経由して、可動側コイル電極１１の突出部（即ち可動側コイル突出部部）２５、可動側コイル部２３、可動側アーム部２２を通り可動側電極棒７に流れる。

　その際、固定側及び可動側コイル部１９、２３によって発生する磁界は、固定側及び可動側で同じ方向に流れるため、互いに発生する磁界を高める方向に作用するが、固定側及び可動側アーム部１８、２２では図６あるいは図７に実線と破線で示すように、固定側アーム部１８と可動側アーム部２２で逆方向に流れるため、発生する磁界は逆方向で打ち消し合うことになる。固定側及び可動側コイル電極９、１１の電極間に形成される磁界は、固定側及び可動側コイル部１９、２３、固定側及び可動側アーム部１８、２２、固定側及び可動側コイル突出部２１、２５など電流が流れるすべての部分に発生する磁界の重ねの理に従うが、アークを拡散させるための軸方向磁界を作らない固定側及び可動側コイル突出部２１、２５や固定側及び可動側アーム部１８、２２においては磁界が低くなる。

　図６に示す状態では、固定側及び可動側コイル部１９、２３で発生する磁界を固定側及び可動側アーム部１８、２２が打ち消すだけでなく、固定側アーム部１８と可動側アーム部２２と固定側及び可動側コイル突出部２１、２５で囲まれる領域では、固定側及び可動側コイル部１９、２３が作る磁界と逆方向の磁界を発生する領域を生み出してしまうため、磁界分布が不均一になる。

　また、図７に示す状態では、逆方向の磁界を発生させる領域はないが、固定側コイル電極９のアーム部（即ち固定側アーム部）１８と可動側コイル電極１１のアーム部（即ち可動側アーム部）２２の位置がずれているために、磁界が低くなるアーム部の領域が広くなる。その結果、アークを拡散させるための軸方向磁界が不均一であったり、面積が狭くなってしまい、遮断に必要な磁界の面積を確保するために固定側及び可動側コイル部１９、２３の径が大きく必要であった。これは、真空バルブの大型化につながりコスト増の要因になっていた。

　コイル電極のアーム部によって逆方向の磁界を発生させる領域をなくしたり、又は磁界が低くなるアーム部の領域を最小にするためには固定側と可動側のアーム部が重なるように位置を合わせればよいが、その場合、固定側と可動側の突出部の位置が離れてしまうため、電流の通電経路が長くなり、抵抗が高くなるという問題があった。

　この発明は、上記問題を解消し、安価な構成で軸方向磁界を下げることなく抵抗を低減させ、遮断性能と通電性能を同時に満足する真空バルブの提供を目的とするものである。

　この発明に係る真空バルブは、有底円筒状の真空容器の一方の端部に固設された固定側電極棒と、上記真空容器の他方の端部に進退自在に設けられた可動側電極棒と、上記固定側電極棒と上記可動側電極棒の対向端にそれぞれ設けられ、通電により上記固定側電極棒と上記可動側電極棒の軸線に沿う方向に軸方向磁界を発生させる環状の固定側コイル電極及び可動側コイル電極と、上記固定側コイル電極と上記可動側コイル電極の対向側にそれぞれ設けられた接点と、を備えた真空バルブにおいて、
　上記固定側コイル電極と上記可動側コイル電極は、上記軸線に対して直交する平面上に、上記軸線と同心に設けられたリング部と、上記リング部の外周から外側に延出された複数本のアーム部と、上記アーム部の先端側から周方向に折り曲げるように形成された円弧状のコイル部と、上記コイル部を分割するスリット部と、を有し、
　上記固定側コイル電極のアーム部と上記可動側コイル電極のアーム部は上記固定側電極棒及び上記可動側電極棒の軸方向から見て互いに重なるように同一方向に向けて配置されるものである。

　この発明によれば、コイル電極のコイル部によって発生する磁界と逆方向に磁界を発生させる固定側及び可動側アーム部と固定側及び可動側突出部に囲まれた部分をなくすことが可能となり、また、磁界が低くなるアーム部の領域を最小にすることができ、均一で広い軸方向磁界を固定側接点と可動側接点との間に発生させることができる。従って、遮断性能にすぐれた真空バルブを提供することができる。

この発明の実施の形態１に係る真空バルブを示す構成図である。この発明の実施の形態１に係る真空バルブのコイル電極の構成を説明する分解斜視図である。この発明の実施の形態１に係る真空バルブの固定側コイル電極の正面図及び平面図である。この発明の実施の形態１に係る真空バルブの固定側コイル電極及び可動側コイル電極を重ねた状態を示す説明図である。この発明の実施の形態２に係る真空バルブの固定側コイル電極及び可動側コイル電極を重ねた状態を示す説明図である。従来の真空バルブの固定側コイル電極及び可動側コイル電極を重ねた状態を示す説明図である。従来の真空バルブの固定側コイル電極及び可動側コイル電極を重ねた他の状態を示す説明図である。

　以下、この発明に係る真空バルブの実施の形態について図面を参照して説明する。

実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る真空バルブを示す構成図、図２は、電極の構成を説明する分解斜視図、図３（ａ）（ｂ）は、固定側コイル電極の正面図及び平面図である。なお、各図において、同一符号は同一部分を示している。
　図１において、真空バルブ１００は、アルミナセラミックス等からなる絶縁円筒１を備えている。絶縁円筒１の一方の端部開口部には、該端部開口部を覆う固定側端板２が設けられ、絶縁円筒１の他方の端部開口部には、該端部開口部を覆う可動側端板３が設けられている。これら固定側及び可動側端板２、３は、それぞれ絶縁円筒１の端面にろう付けにより同軸上に取付けられている。

　固定側端板２には該固定側端板２にろう付け接合された固定側電極棒４、及び固定側電極棒４にろう付け接合された固定側電極５がそれぞれ設けられている。また、固定側電極５に対向して可動側電極６が配設され、該可動側電極６には可動側電極棒７がろう付け接合されている。なお、後述するように、固定側電極５は固定側接点８と固定側コイル電極９により構成され、可動側電極６は可動側接点１０と可動側コイル電極１１により構成されている。

　可動側端板３と可動側電極６の間に、例えば薄いステンレスで蛇腹状に製作されたベローズ１２が配設され、該ベローズ１２は真空気密を保ちながら可動側電極棒７が移動可能に配設されており、このベローズ１２により固定側電極５と可動側電極６が真空気密を保持しつつ接離可能となっている。ベローズ１２の上端には、ベローズカバー１３が可動側電極棒７にろう付により接合されて配設されている。また、電流遮断時に固定側電極５と可動側電極６との間で発生するアークによる金属蒸気が絶縁円筒１の内面に付着するのを抑制するため、固定側電極５と可動側電極６の周囲を囲むようにアークシールド１４が配設されている。

　固定側電極５と可動側電極６は、両者間に通電により固定側及び可動側電極棒４、７の軸線に沿う方向に、軸方向磁界が発生する電極構成になっている。そこで次に、固定側電極５と可動側電極６の詳細構成について図２及び図３により説明する。

　固定側電極５と可動側電極６は、基本的に同様の構成をしているため、以下では固定側電極５で代表して説明する。なお、参考のために、図中では、固定側電極５に対応する可動側電極６の各部分の符号を括弧内に示している。従って、可動側電極６の場合は、以下の説明の「固定側」を「可動側」と読み替えて、図中の括弧内の符号を使用すればよい。
必要に応じそれらの符号も参照しながら説明する。

　図２に示すように、固定側電極５は、主電極としての円板状の固定側接点８と、該固定側接点８の背面側（固定側及び可動側電極５、６の対向側の反対側）において、固定側及び可動側電極棒４、７の軸線に対して直交する平面上に、該軸線と同心に配設された固定側コイル電極９と、ステンレス鋼等の高抵抗材料で形成され、固定側接点８を固定側電極棒４側に機械的に支持する固定側支持部材１５とで構成されている。固定側接点８は、銀系合金や銅系合金等の材料を使用するのが好ましく、固定側コイル電極９は、銅または銅系の材料を使用する。可動側支持部材１６、可動側接点１０、可動側コイル電極１１も前述のように、固定側と同様に構成されている。なお、以下の各構成の説明において、固定側及び可動側電極５、６の対向側に近い側を前面側、その反対側、即ち固定側及び可動側電極棒４、７に近い側を背面側と称すことにする。

　図３は、固定側コイル電極９を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ－ｂ線断面正面図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、固定側コイル電極９は、中心部の固定側リング部１７と、固定側リング部１７の外周からほぼ等間隔で外側に延出された複数本（図では３本）の固定側アーム部１８と、固定側アーム部１８の先端側から周方向に折り曲げるように形成された円弧状の固定側コイル部１９と、固定側コイル部１９を分割する固定側コイルスリット部２０と、固定側コイル部１９の先端側（終端側）に設けられて固定側接点８に接合される固定側コイル突出部２１とを有している。

　固定側コイル部１９は、固定側リング部１７の外側の同心円上で、円周上を均等に３分割した位置に配置されており、磁界発生コイルの役目をするものである。また、固定側コイル突出部２１は、固定側コイル部１９の先端側で固定側接点８の背面と対向する側の一部分を、軸方向に所定長さ突出させて形成したものであり、固定側接点８の背面側にろう付けにより固定される部分である。

　固定側コイル部１９を分割する固定側コイルスリット部２０は、スリット部端部のコイル内径側２０ａの位置を、固定側アーム部１８と固定側コイル部１９の内径の突出部側との交点とし、スリット部端部のコイル外径側２０ｂの位置を、固定側アーム部１８の幅をＷとしたとき、Ｗ／２からＷの範囲内とするように形成されている。なお、図３の例ではスリット部端部のコイル外径側２０ｂの位置は固定側アーム部１８の幅Ｗとした位置の例を示している。

　図４は、上記のように構成された固定側コイル電極９と可動側コイル電極１１を真空バルブ１００に組み込んだときの位置関係がわかるように、上下に重ねた状態を示す説明図である。
　図４に示すように、固定側アーム部１８と可動側アーム部２２が重なるように位置を合わせることで、固定側コイル部１９と可動側コイル部２３により発生する磁界と逆方向に磁界が発生する領域をなくすだけでなく、磁界が低くなる固定側アーム部１８と可動側アーム部２２の領域を最小とすることができる。これにより、固定側電極５と可動側電極６の間に発生する磁界が均一かつ面積を広く構成することが可能となる。また、固定側及び可動側コイルスリット部２０、２４を斜めに形成した効果により、固定側コイル突出部２１と可動側コイル突出部２５が離れることなく構成できるため、抵抗の上昇も抑制することが可能となる。

　以上のように、実施の形態１に係る真空バルブ１００によれば、上記効果によって、小型で遮断性能に優れ、低抵抗の真空バルブ１００を実現することができる。

実施の形態２．
　次に、この発明の実施の形態２に係る真空バルブについて説明する。図５は、実施の形態２に係る真空バルブの固定側コイル電極と可動側コイル電極を上下に重ねた別の状態を示す説明図である。真空バルブは、実施の形態１と同一又は相当する構成であり、ここでは、固定側コイル電極の構成について説明する。なお、図５において、図４と同一又は相当部分には、同一符号を付している。

　固定側コイル電極９の固定側コイル部１９は、固定側リング部１７の外側の同心円上で、円周上を均等に３分割した位置に配置されており、磁界発生コイルの役目をするものである。また、固定側コイル突出部２１は、固定側コイル部１９の先端側で固定側接点８の背面と対向する側の一部分を、所定長さ軸方向に突出させて形成したものであり、固定側接点８の背面側にろう付けにより固定されている。固定側コイル部１９を分割する固定側コイルスリット部２０は、スリット部端部のコイル内径側２０ａの位置を固定側アーム部１８と固定側コイル部１９の内径との突出部側交点とし、スリット部端部のコイル外径側２０ｂの位置を、固定側アーム部１８の幅をＷとしたとき、Ｗ／２の位置にしている。

　図５に示すように、固定側コイルスリット部２０のコイル外径側２０ｂをＷ／２の位置にすることで、固定側コイルスリット部２０のコイル外径側２０ｂと可動側コイルスリット部２４のコイル外径側２４ｂを合わせれば、自動的に固定側アーム部１８と可動側アーム部２２が重なるようになる。上述の実施の形態１の構成では、真空バルブを組み立てる際、接点の背面側に配置されるコイルのアーム部を固定側と可動側で位置合わせするには、コイルを外から見てアーム部の位置がわかるように目印となるケガキ線などを入れて位置合わせする必要がある。しかし、実施の形態２のような構成にすれば位置決めが容易になり、組立性がよく、固定側電極と可動側電極の間に発生する磁界が均一かつ面積を広く構成した低抵抗で安価な真空バルブを実現できる。

　以上、この発明の実施の形態１及び２に係る真空バルブについて説明したが、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims

　有底円筒状の真空容器の一方の端部に固設された固定側電極棒と、
　上記真空容器の他方の端部に進退自在に設けられた可動側電極棒と、
　上記固定側電極棒と上記可動側電極棒の対向端にそれぞれ設けられ、通電により上記固定側電極棒と上記可動側電極棒の軸線に沿う方向に軸方向磁界を発生させる環状の固定側コイル電極及び可動側コイル電極と、
　上記固定側コイル電極と上記可動側コイル電極の対向側にそれぞれ設けられた接点と、
を備えた真空バルブにおいて、
上記固定側コイル電極と上記可動側コイル電極は、
　上記軸線に対して直交する平面上に、上記軸線と同心に設けられたリング部と、
　上記リング部の外周から外側に延出された複数本のアーム部と、
　上記アーム部の先端側から周方向に折り曲げるように形成された円弧状のコイル部と、
　上記コイル部を分割するスリット部と、を有し、
　上記固定側コイル電極のアーム部と上記可動側コイル電極のアーム部は、上記固定側電極棒及び上記可動側電極棒の軸方向から見て互いに重なるように同一方向に向けて配置したことを特徴とする真空バルブ。
　有底円筒状の真空容器の一方の端部に固設された固定側電極棒と、
　上記真空容器の他方の端部に進退自在に設けられた可動側電極棒と、
　上記固定側電極棒と上記可動側電極棒の対向端にそれぞれ設けられ、通電により上記固定側電極棒と上記可動側電極棒の軸線に沿う方向に軸方向磁界を発生させる環状の固定側コイル電極及び可動側コイル電極と、
　上記固定側コイル電極と上記可動側コイル電極の対向側にそれぞれ設けられた接点と、
　上記接点の背面側にそれぞれ設けられて軸方向の強度を補強する支持部材と、
を備えた真空バルブにおいて、
　上記固定側コイル電極と上記可動側コイル電極は、
　上記軸線に対して直交する平面上に、上記軸線と同心に設けられたリング部と、
　上記リング部の外周から外側に延出された複数本のアーム部と、
　上記アーム部の先端側から周方向に折り曲げるように形成された円弧状のコイル部と、
　上記コイル部を分割するスリット部と、
　上記コイル部の先端側に設けられて上記接点に接合される突出部と、を有し、
　上記スリット部は、上記固定側電極棒及び上記可動側電極棒の軸方向に見て上記アーム部と上記突出部の交点から上記コイル部の外径における上記アーム部の中央側に向かって斜めに形成されたことを特徴とする真空バルブ。
　上記固定側コイル電極と上記可動側コイル電極は、それぞれの上記アーム部が重なるように配置されたことを特徴とする請求項２に記載の真空バルブ。
　上記スリット部は、上記アーム部の幅をＷとしたとき、上記アーム部と上記突出部の交点から上記コイル部の外径にＷ／２以上でＷ以下の範囲の位置で斜めに形成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の真空バルブ。
　上記スリット部は、上記アーム部の幅をＷとしたとき、上記アーム部と上記突出部の交点から上記コイル部の外径にＷ／２の位置で斜めに形成され、上記固定側コイル電極と上記可動側コイル電極の位置を上記スリット部が合うように配置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の真空バルブ。