WO2019220655A1

WO2019220655A1 - 真空バルブ

Info

Publication number: WO2019220655A1
Application number: PCT/JP2018/033762
Authority: WO
Inventors: 高井　雄一
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2019-11-21
Also published as: TW201947147A; JPWO2019220655A1; TWI707103B; JP6824470B2

Abstract

ベローズの大径化を抑制しつつ通電性能を向上できる真空バルブを得ることを目的とする。　真空バルブ（１００）は、円筒状の絶縁容器（１１）、絶縁容器（１１）の一端に接合された固定側端板（１２）、他端に接合された可動側端板（１３）、固定側端板（１２）に接合された固定側電極棒（１４）、可動側端板（１３）にベローズ（１６）を介して接合された可動側電極棒（１５）、固定側電極棒（１４）の端部に接合された固定側電極（１７）、可動側電極棒（１５）の端部に接合された可動側電極（１８）を備えている。可動側電極棒（１５）は、ベローズ（１６）の内径よりも径が小さくベローズ（１６）を貫通する小径部（ＳＲ１）と、ベローズ（１６）の内径よりも径が大きく、少なくとも一部が絶縁容器（１１）内に配置された大径部（ＬＲ１）が設けられている。

Description

真空バルブ

　この出願は、真空バルブに関するものである。

　一般的な真空バルブの構造では、セラミックスなどから成る円筒状の絶縁容器の端面の一方には固定側端板、もう一方には可動側端板が接合されており、内部が密閉された真空容器を形成している。この真空容器内には、接離可能な固定側電極および可動側電極が真空容器の軸方向に互いに対向して配置されており、固定側電極には固定側電極棒が、可動側電極には可動側電極棒がそれぞれ取り付けられている。固定側電極棒は、固定側端板に接合され、可動側電極棒は、ステンレス等の薄い金属で蛇腹状に形成されたベローズを介して可動側端板に接合される。すなわち、ベローズの一方の端部が可動側端板に接合され、他方の端部が可動側電極棒に接合される。このように、可動側電極棒と可動側端板をベローズを介して接合することにより、気密を保ちながら開極動作および閉極動作を行うことが可能となっている（例えば、特許文献１参照）。このような真空バルブは、真空が持つ高い絶縁耐力によりコンパクトに設計できるという利点がある。

　真空バルブは通電容量が大きいほど好ましいとされており、真空バルブの通電容量を向上させるための手段の一つとして電極棒の大径化と短縮化が挙げられている。しかしながら、可動側電極棒の大径化は固定側電極棒の大径化と比べて難しく、可動側電極棒において抵抗損が大きくなる問題がある。可動側電極棒の大径化が難しいのは、真空バルブを開極させるための操作力が可動側電極棒の大径化により増大し、操作機構が大型化することで真空遮断器全体の大型化を招くおそれがあるためである。より具体的に説明すると、可動側電極棒の外周はベローズに覆われているため、可動側電極棒の大径化に合わせてベローズも大径化する必要があり、ベローズの大径化は一般的に真空バルブの自閉力を増大させる。真空バルブの自閉力が大きいと開極動作に必要な操作力も大きくなるため、操作機構および真空バルブ全体の大型化を招く。
　そこで、真空容器の外側に可動側電極棒より太い電極棒を可動側電極棒の軸方向に接合することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６２－２４９３２７号公報特開２００６－３２４１７７号公報

　しかしながら、特許文献２の技術のように真空容器の軸方向外側に電極棒を接合する構成は、可動側電極棒も含めた電極棒部分を軸方向に延長していることとなり、電極棒の短縮化に反してしまう。
　この出願は、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、ベローズの大径化を抑制しつつ通電性能を向上させることができる真空バルブを得ることを目的とする。

　この出願に開示される真空バルブは、円筒状の絶縁容器、絶縁容器の一端に接合された固定側端板、絶縁容器の他端に接合された可動側端板、固定側端板に接合された固定側電極棒、可動側端板にベローズを介して接合された可動側電極棒、固定側電極棒の端部に接合された固定側電極、可動側電極棒の端部に接合された可動側電極を備え、固定側電極と可動側電極とは絶縁容器の軸方向に互いに対向して配置されている真空バルブにおいて、可動側端板とベローズの接合部が絶縁容器の内部に入れ込まれており、可動側電極棒は、ベローズの内径よりも径が小さくベローズを貫通する小径部と、ベローズの内径よりも径が大きく、少なくとも一部が絶縁容器内に配置された大径部が設けられているものである。

　この出願に開示される真空バルブによれば、ベローズの大径化を抑制しつつ通電性能を向上させることができる。

実施の形態１に係わる真空バルブを示す縦断面図である。実施の形態２に係わる真空バルブを示す縦断面図である。実施の形態３に係わる真空バルブを示す縦断面図である。

実施の形態１．
　実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１は、実施の形態１に係わる真空バルブを示す縦断面図である。図１に示すように、真空バルブ１００は、アルミナセラミック等から構成される円筒状の絶縁容器１１と、絶縁容器１１の一端の開口部を密封する固定側端板１２と、絶縁容器１１の他端の開口部を密封する可動側端板１３と、固定側端板１２を貫通し、絶縁容器１１側の端部に固定側電極１７が接合された固定側電極棒１４と、可動側端板１３およびベローズ１６を貫通し、絶縁容器１１側の端部に可動側電極１８が接合された可動側電極棒１５を備えている。なお、以降では絶縁容器１１の一端を固定側端部、他端を可動側端部と呼ぶ。

　固定側端板１２および可動側端板１３は、例えば金属製の円形板状部材であり、それぞれ絶縁容器１１と同軸に配置されている。固定側端板１２は、絶縁容器１１側にＬ字状に折り曲げられた折り曲げ部が周縁に設けられ、この折り曲げ部を介して絶縁容器１１の固定側端部に接合されている。また、固定側端板１２の中央部は絶縁容器１１の軸方向外側に盛り上がり、固定側電極棒１４が貫通する開口部１２ａが設けられている。可動側端板１３は、Ｕ字状に折り曲げられた折り曲げ部１３ｂが周縁に設けられ、折り曲げ部１３ｂを介して絶縁容器１１の可動側端部に接合されている。また、可動側端板１３の中央部には可動側電極棒１５が貫通する開口部１３ａが設けられており、開口部１３ａの周囲において、ベローズ１６との接合部ＮＰ１が可動側電極１８と対向する面に設けられている。Ｕ字状の折り曲げ部１３ｂは、径方向外側の直線部が絶縁容器１１の可動側端部に接合されるとともに、径方向内側の直線部が絶縁容器１１内を軸方向内側に延びている。このため、可動側端板１３の中央部は絶縁容器１１の軸方向内側に入れ込まれた構成となっている。

　固定側電極棒１４は、絶縁容器１１と同軸に配置され、固定側端板１２の開口部１２ａを貫通する。また、固定側端板１２と固定側電極棒１４との間から絶縁容器１１内に外気が流れ込んで気密性が損なわれることを防ぐため、固定側電極棒１４の外周面と固定側端板１２は気密に接合されている。

　可動側電極棒１５は、絶縁容器１１と同軸に配置され、ベローズ１６の内径よりも径が小さい小径部ＳＲ１と、ベローズ１６の内径よりも径が大きい大径部ＬＲ１が設けられている。小径部ＳＲ１は、大径部ＬＲ１よりも絶縁容器１１の軸方向内側に設けられ、小径部ＳＲ１の一部または全部はベローズ１６を貫通するベローズ貫通部Ａ１となっている。ベローズ１６は、その一端が小径部ＳＲ１の外周面に接合される。また、ベローズ１６の他端は接合部ＮＰ１を介して可動側端板１３と接合される。このように、可動側電極棒１５はベローズ１６を介して可動側端板１３と接合されているため、可動側端板１３と可動側電極棒１５との間から絶縁容器１１内に外気が流れ込んで気密性が損なわれることはない。

　大径部ＬＲ１は、接合部ＮＰ１よりも軸方向外側に配置される。上述したように、可動側端板１３の中央部は絶縁容器１１の軸方向内側に入れ込まれており、接合部ＮＰ１も絶縁容器１１の内部に入れ込まれている。大径部ＬＲ１は、可動側端板１３の中央部を絶縁容器１１内に入れ込んだことにより生じるスペースに配置され、大径部ＬＲ１の一部または全部は絶縁容器１１内に配置されることとなる。また、大径部ＬＲ１の一部または全部は、摺動部Ｂ１として樹脂製のガイド１９の内表面に当接する。これにより、可動側電極棒１５の移動に伴い摺動部Ｂ１とガイド１９とが摺動する。ガイド１９は、可動側端板１３に取り付けられて可動側電極棒１５の移動を案内し、可動側電極棒１５の傾きを抑制する。なお、大径部ＬＲ１は、小径部ＳＲ１と一体に形成してもよいし、別部材で形成してもよい。

　ベローズ１６は、中空円筒状で側面に蛇腹構造を有し、可動側電極棒１５の移動に合わせて伸縮するもので、その収縮力が閉極方向の付勢力となるように取り付けられている。ベローズ１６の収縮力はベローズ１６の内径が大きいほど大きくなるため、ベローズ１６の内径が大きいほど真空バルブ１００の自閉力も大きくなる。なお、上述したように大径部ＬＲ１は接合部ＮＰ１よりも軸方向外側に配置されるため、ベローズ１６は可動側電極１８と大径部ＬＲ１との間に配置されることとなる。なお、実施の形態１では封止部材としてベローズを用いているが、中心部が開口した構造の封止部材であればよく、例えばＯリングを用いることができる。

　固定側電極１７および可動側電極１８は、絶縁容器１１の軸方向に互いに対向して配置されており、可動側電極棒１５が軸方向に移動することにより接触（閉極）および非接触（開極）となる。

　実施の形態１によれば、ベローズの大径化を抑制しつつ通電性能を向上させることができる。より具体的には、可動側電極棒に小径部と大径部を設け、小径部の径はベローズの内径部よりも小さくし、大径部の径はベローズの内径よりも大きくした。小径部は、その一部または全部をベローズに貫通させる一方で、大径部はベローズよりも軸方向外側に配置した。これにより、大径部の径はベローズの内径に制限されることなく大きくできるので、ベローズの大径化を抑制しつつ可動側電極棒の大径化を実現し、抵抗損を小さくすることできる。この結果、真空バルブの通電容量を増大させ、通電性能を向上させることができる。この際、ベローズの内径が大きくなることはないので、ベローズの収縮力および真空バルブの自閉力が増大することはなく、真空遮断器全体の大型化を招くことはない。また、大径部は可動側電極棒の一部について径の長さを大きくしたものであり、可動側電極棒が軸方向に長くなることはないので、電極棒の延長もない。

　また、可動側端板の中央部を絶縁容器内に入れ込むことにより、大径部の一部または全部が絶縁容器内に配置するため、真空バルブの全長が大きくなることを抑制し、真空遮断器の小型化を図ることができる。

　また、可動側電極棒の傾きを抑制し、移動を案内するガイドを可動側端板に取り付けたので、可動側電極棒の大径部の摺動が円滑化され、閉極動作および開極動作をより容易に行うことができる。

　なお、実施の形態１では固定側端板の中央部を絶縁容器１１の軸方向外側に盛り上げる構成としたが、これに限られるものではなく、固定側端板の中央部を絶縁容器の固定側端部と同一平面上に配置する構成にしてもよいし、可動側端板と同じように絶縁容器内に入れ込む構成にしてもよい。

実施の形態２．
　実施の形態２を図２に基づいて説明する。実施の形態２は、樹脂製のガイドを可動側端板に取り付けず、可動側端板と可動側電極棒が直接摺動する構造としている点が実施の形態１と異なる。図２は、実施の形態２に係わる真空バルブを示す縦断面図である。図２に示すように、真空バルブ２００は、アルミナセラミック等から構成される円筒状の絶縁容器２１と、絶縁容器２１の一端の開口部を密封する固定側端板２２と、絶縁容器２１の他端の開口部を密封する可動側端板２３と、固定側端板２２を貫通し、絶縁容器２１側の端部に固定側電極２７が接合された固定側電極棒２４と、可動側端板２３およびベローズ２６を貫通し、絶縁容器２１側の端部に可動側電極２８が接合された可動側電極棒２５を備えている。

　固定側端板２２および可動側端板２３は、実施の形態１における固定側端板１２および可動側端板１３に相当し、それぞれ絶縁容器２１と同軸に配置されている。固定側端板２２は、絶縁容器２１側にＬ字状に折り曲げられた折り曲げ部が周縁に設けられ、この折り曲げ部を介して絶縁容器２１の固定側端部に接合されている。また、固定側端板２２の中央部は絶縁容器２１の軸方向外側に盛り上がり、固定側電極棒２４が貫通する開口部２２ａが設けられている。可動側端板２３は、Ｕ字状に折り曲げられた折り曲げ部２３ｂが周縁に設けられ、折り曲げ部２３ｂを介して絶縁容器２１の可動側端部に接合されている。また、可動側端板２３の中央部には可動側電極棒２５が貫通する開口部２３ａが設けられており、開口部２３ａの周囲において、ベローズ２６との接合部ＮＰ２が可動側電極２８と対向する面に設けられている。Ｕ字状の折り曲げ部２３ｂは、径方向外側の直線部が絶縁容器２１の可動側端部に接合されるとともに、径方向内側の直線部が絶縁容器２１内を軸方向内側に延びている。このため、可動側端板２３の中央部は絶縁容器２１内に所定の長さ入り込んだ構成となっている。

　固定側電極棒２４は、実施の形態１における固定側電極棒１４に相当し、絶縁容器２１と同軸に配置され、固定側端板２２の開口部２２ａを貫通する。また、固定側電極棒２４の外周面と固定側端板２２が気密に接合されている点も実施の形態１と同様である。

　可動側電極棒２５は、実施の形態１における可動側電極棒１５に相当し、絶縁容器２１と同軸に配置され、ベローズ２６の内径よりも径が小さい小径部ＳＲ２と、ベローズ２６の内径よりも径が大きい大径部ＬＲ２が設けられている。小径部ＳＲ２は、大径部ＬＲ２よりも絶縁容器２１の軸方向内側に設けられ、小径部ＳＲ２の一部または全部はベローズ２６を貫通するベローズ貫通部Ａ２となっている。ベローズ２６は、実施の形態１と同様に、その一端が小径部ＳＲ２の外周面に接合されており、他端が接合部ＮＰ２を介して可動側端板２３と接合されている。このように、可動側電極棒２５はベローズ２６を介して可動側端板２３と接合されている。

　大径部ＬＲ２は、実施の形態１と同様に接合部ＮＰ２よりも軸方向外側に配置される。上述したように、可動側端板２３の中央部は絶縁容器２１の軸方向内側に入れ込まれており、接合部ＮＰ２も絶縁容器２１の内部に入れ込まれている。大径部ＬＲ２は、可動側端板２３の中央部を絶縁容器２１内に入れ込んだことにより生じるスペースに配置され、大径部ＬＲ２の一部または全部は絶縁容器２１内に配置される。また、大径部ＬＲ２の一部または全部は、摺動部Ｂ２として可動側端板２３の内表面に当接し、可動側電極棒２５の移動に伴い摺動部Ｂ２と可動側端板２３とが直接摺動する。なお、大径部ＬＲ２は、小径部ＳＲ２と一体に形成してもよいし、別部材で形成してもよい。

　ベローズ２６、固定側電極２７および可動側電極２８については実施の形態１におけるベローズ１６、固定側電極１７および可動側電極１８と同様であるので、その説明を省略する。

　実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、ベローズの大径化を抑制しつつ通電性能を向上させることができる。また、真空バルブの全長が大きくなることを抑制し、真空遮断器の小型化を図ることができる。

　また、可動側電極棒における大径部と可動側端板との間にガイドを設けることなく、大径部と可動側端板とを直接摺動させるので、大径部の径をより大きくすることでき、通電性能をさらに向上させることができる。また、ガイドを用いないため部品点数を削減することができる。

実施の形態３．
　実施の形態３を図３に基づいて説明する。実施の形態３は、可動側電極棒における大径部を絶縁容器の外に配置した点が実施の形態１および実施の形態２と異なる。図３は、実施の形態３に係わる真空バルブを示す縦断面図である。図３に示すように、真空バルブ３００は、アルミナセラミック等から構成される円筒状の絶縁容器３１と、絶縁容器３１の一端の開口部を密封する固定側端板３２と、絶縁容器３１の他端の開口部を密封する可動側端板３３と、固定側端板３２を貫通し、絶縁容器３１側の端部に固定側電極３７が接合された固定側電極棒３４と、可動側端板３３およびベローズ３６を貫通し、絶縁容器３１側の端部に可動側電極３８が接合された可動側電極棒３５を備えている。

　固定側端板３２および可動側端板３３は、それぞれ絶縁容器３１と同軸に配置されている。固定側端板３２および可動側端板３３は、絶縁容器３１側にＬ字状に折り曲げられた折り曲げ部が周縁に設けられ、この折り曲げ部を介して絶縁容器３１の固定側端部および可動側端部に接合されている。また、固定側端板３２および可動側端板３３の中央部は絶縁容器３１の外側に盛り上がり、固定側電極棒３４および可動側電極棒３５が貫通する開口部３２ａおよび開口部３３ａがそれぞれ設けられている。また、可動側端板３３の開口部３３ａの周囲において、ベローズ３６との接合部ＮＰ３が可動側電極３８と対向する面に設けられている。

　固定側電極棒３４は、実施の形態１における固定側電極棒１４に相当し、絶縁容器３１と同軸に配置され、固定側端板３２の開口部３２ａを貫通する。また、固定側電極棒３４の外周面と固定側端板３２が気密に接合されている点も実施の形態１と同様である。

　可動側電極棒３５は、絶縁容器３１と同軸に配置され、ベローズ３６の内径よりも径が小さい小径部ＳＲ３と、ベローズ３６の内径よりも径が大きい大径部ＬＲ３が設けられている。小径部ＳＲ３は、大径部ＬＲ３よりも絶縁容器３１の軸方向内側に設けられ、小径部ＳＲ３の一部または全部はベローズ３６を貫通するベローズ貫通部Ａ３となっている。ベローズ３６は、実施の形態１と同様に、その一端が小径部ＳＲ３の外周面に接合されており、他端が接合部ＮＰ３を介して可動側端板３３と接合されている。このように、可動側電極棒３５はベローズ３６を介して可動側端板２３と接合されている。

　大径部ＬＲ３は、小径部ＳＲ３と一体に形成され、接合部ＮＰ３よりも軸方向外側に配置される。上述したように、可動側端板３３の中央部は絶縁容器３１の軸方向外側に盛り上がっており接合部ＮＰ３も絶縁容器３１の軸方向外側に配置されるため、大径部ＬＲ３は絶縁容器３１の外に配置される。

　接合部ＮＰ３が絶縁容器３１の軸方向外側に配置されるため、ベローズ３６も一部が軸方向外側に配置される。その他の点は実施の形態１におけるベローズ１６と同様である。固定側電極３７および可動側電極３８については実施の形態１における固定側電極１７および可動側電極１８と同様であるので、その説明を省略する。

　実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、ベローズの大径化を抑制しつつ通電性能を向上させることができる。

　また、可動側電極棒の大径部を絶縁容器の軸方向外側に配置するため、可動側端板と固定側端板とは同形状でよく、部品コストを低減することができる。

　また、可動側電極棒の小径部と大径部が一体に形成されているため、部品点数の増加を抑制することができる。

　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及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。

　１１、２１、３１　絶縁容器、１２、２２、３２　固定側端板、１３、２３、３３　可動側端板、１４、２４、３４　固定側電極棒、１５、２５、３５　可動側電極棒、１６、２６、３６　ベローズ、１７、２７、３７　固定側電極、１８、２８、３８　可動側電極、１９　ガイド、１００、２００、３００　真空バルブ、Ａ１、Ａ２、Ａ３　ベローズ貫通部、Ｂ１、Ｂ２　摺動部、ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３　小径部、ＬＲ１、ＬＲ２、ＬＲ３　大径部、ＮＰ１、ＮＰ２、ＮＰ３　接合部

Claims

　円筒状の絶縁容器、前記絶縁容器の一端に接合された固定側端板、前記絶縁容器の他端に接合された可動側端板、前記固定側端板に接合された固定側電極棒、前記可動側端板にベローズを介して接合された可動側電極棒、前記固定側電極棒の端部に接合された固定側電極、前記可動側電極棒の端部に接合された可動側電極を備え、前記固定側電極と前記可動側電極とは前記絶縁容器の軸方向に互いに対向して配置されている真空バルブにおいて、
　前記可動側端板と前記ベローズの接合部が前記絶縁容器の内部に入れ込まれており、
　前記可動側電極棒は、前記ベローズの内径よりも径が小さく前記ベローズを貫通する小径部と、前記ベローズの内径よりも径が大きく、少なくとも一部が前記絶縁容器内に配置された大径部が設けられていることを特徴とする真空バルブ。
　前記ベローズは、前記大径部と前記可動側電極の間に配置されている請求項１に記載の真空バルブ。
　前記可動側端板は、前記可動側電極棒における前記大径部と摺動するガイドが取り付けられている請求項１または２に記載の真空バルブ。
　前記可動側端板は、前記可動側電極棒における前記大径部と直接摺動する請求項１または２に記載の真空バルブ。
　円筒状の絶縁容器、前記絶縁容器の一端に接合された固定側端板、前記絶縁容器の他端に接合された可動側端板、前記固定側端板に接合された固定側電極棒、前記可動側端板にベローズを介して接合された可動側電極棒、前記固定側電極棒の端部に接合された固定側電極、前記可動側電極棒の端部に接合された可動側電極を備え、前記固定側電極と前記可動側電極とは前記絶縁容器の軸方向に互いに対向して配置されている真空バルブにおいて、
　前記可動側電極棒は、前記ベローズの内径よりも径が小さく前記ベローズを貫通する小径部と、前記ベローズの内径よりも径が大きく、前記小径部と一体に形成された大径部が設けられていることを特徴とする真空バルブ。
　前記可動側端板と前記ベローズの接合部は、前記絶縁容器の軸方向の外側に設けられ、前記可動側電極棒における前記大径部は、前記絶縁容器の外に配置されている請求項５に記載の真空バルブ。