(57)【要約】【課題】真空インタラプタの電極に生じさせる縦磁界強度を向上する。【解決手段】筒状部を有するコイル部６と、コイル部６の開口端に備えられる接触子７と、コイル部６の内部に備えられる補強リング８を備える真空インタラプタ１の電極４（または、電極５）である。コイル部６の内外を貫通し、接触子７が備えられる側の端部からリード棒２（または、リード棒３）が備えられる側の端部まで延びるスリット９をコイル部６に形成する。コイル部６の内外を貫通する貫通穴１０を、リード棒２（または、リード棒３）が備えられる側の端部に伸びたスリット９端部に形成する。コイル部６の端部にＲ加工を施して、コイル部６の接触子７が備えられる側の端部からリード棒２（または、リード棒３）が備えられる側の端部に向かってなだらかに湾曲した湾曲部１１を形成する。【選択図】図２
2020155245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リード棒の端部にコイルを介して接触部を形成した縦磁界印加式の真空インタラプタの電極であって、
筒状部を有するコイル部と、
前記コイル部の開口端に備えられる接触子と、
前記コイル部の内外を貫通し、前記コイル部の前記接触子が備えられる側の端部から当該端部と反対側の端部まで延びて形成されるスリットと、
前記コイル部の内外を貫通し、前記スリットの前記接触子が備えられる側の端部と反対側の端部に形成され、前記スリットの幅より大きい直径を有する貫通穴と、を備えた、ことを特徴とする真空インタラプタの電極。
【請求項２】
前記コイル部の内部に補強部材が備えられた、ことを特徴とする請求項１に記載の真空インタラプタの電極。
【請求項３】
前記コイル部の前記リード棒が備えられる側の端部は、前記コイル部の前記接触子が備えられる側の端部から前記リード棒が備えられる側の端部に向かってなだらかに湾曲した湾曲部を備え、
前記湾曲部に内接する円の半径は３ｍｍ以上である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空インタラプタの電極。
【請求項４】
筒状部を有するコイル部と、前記コイル部の開口端に備えられる接触子と、を備えた真空インタラプタの電極の製造方法であって、
前記コイル部の内外を貫通し、前記コイル部の前記接触子が備えられる側の端部から当該端部と反対側の端部まで延びたスリットを形成する工程と、
前記コイル部の内外を貫通し、前記スリットの前記接触子が備えられる側と反対側の端部に、前記スリットの幅より大きい直径を有する貫通穴を形成する工程と、
を備えた、ことを特徴とする真空インタラプタの電極の製造方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電極を備えた、真空インタラプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空インタラプタの電極および真空インタラプタの電極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空インタラプタは、真空容器の内部に相互に近接・離反可能な一対のリード棒を備え、各リード棒の内端部にそれぞれ電極が備えられる。
【０００３】
真空インタラプタには、遮断性能の向上を図るために電極間で発生するアークに対して平行な磁界を印加した縦磁界印加式の真空インタラプタがある（例えば、特許文献１−３）。縦磁界印加式の真空インタラプタでは、電極の接触子が向かい合うように一対の電極が配置され、接触子の背後にコイルが備えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２１１９２５号公報
【特許文献２】特開２００２−２９８７０８号公報
【特許文献３】特開２０１３−００８６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
縦磁界印加式の真空インタラプタでは、ある電流値以上の大電流遮断を行うとなると、縦磁界強度が不足し、局所的にアークが偏ってしまい、電極の溶融および損傷が促進され、電流遮断失敗に陥るおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、真空インタラプタの電極に生じさせる縦磁界強度を向上させる技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の真空インタラプタの電極の一態様は、
リード棒の端部にコイルを介して接触部を形成した縦磁界印加式の真空インタラプタの電極であって、
筒状部を有するコイル部と、
前記コイル部の開口端に備えられる接触子と、
前記コイル部の内外を貫通し、前記コイル部の前記接触子が備えられる側の端部から当該端部と反対側の端部まで延びて形成されるスリットと、
前記コイル部の内外を貫通し、前記スリットの前記接触子が備えられる側の端部と反対側の端部に形成され、前記スリットの幅より大きい直径を有する貫通穴と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、上記目的を達成する本発明の真空インタラプタの電極の他の態様は、上記の真空インタラプタの電極において、
前記コイル部の内部に補強部材が備えられたことを特徴としている。
【０００９】
また、上記目的を達成する本発明の真空インタラプタの電極の他の態様は、上記の真空インタラプタの電極において、
前記コイル部の前記リード棒が備えられる側の端部は、前記コイル部の前記接触子が備えられる側の端部から前記リード棒が備えられる側の端部に向かってなだらかに湾曲した湾曲部を備え、
前記湾曲部に内接する円の半径は３ｍｍ以上である、ことを特徴としている。
【００１０】
また、上記目的を達成する本発明の真空インタラプタの電極の製造方法は、
筒状部を有するコイル部と、前記コイル部の開口端に備えられる接触子と、を備えた真空インタラプタの電極の製造方法であって、
前記コイル部の内外を貫通し、前記コイル部の前記接触子が備えられる側の端部から当該端部と反対側の端部まで延びたスリットを形成する工程と、
前記コイル部の内外を貫通し、前記スリットの前記接触子が備えられる側と反対側の端部に、前記スリットの幅より大きい直径を有する貫通穴を形成する工程と、
を備えた、ことを特徴としている。
【００１１】
また、上記目的を達成する本発明の真空インタラプタは、上記いずれかの電極を備える。
【発明の効果】
【００１２】
以上の発明によれば、真空インタラプタの電極に生じさせる縦磁界強度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る真空インタラプタの電極の断面図である。
【図２】（ａ）コイル部の側面図、（ｂ）コイル部の斜視図である。
【図３】（ａ）実施例１のコイル部における電流経路および電流密度の解析結果を示す図、（ｂ）比較例のコイル部における電流経路および電流密度の解析結果を示す図である。
【図４】電極近傍における磁界解析結果を示す図である。
【図５】電極近傍における磁界解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態に係る真空インタラプタの電極、真空インタラプタの電極の製造方法および真空インタラプタについて、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る真空インタラプタ１は、図示しない真空容器の内部に導入された固定側のリード棒２と、軸方向に移動自在な可動側のリード棒３を備え、リード棒２、３の内端部にそれぞれ電極４、５が備えられている。電極４と電極５は同一構造なので、実施形態の説明では電極５について詳細に説明し、電極４の電極５と同様の構成については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する（後に説明する電極５ａ−５ｅも同様である）。
【００１６】
電極５は、筒状のコイル部６と、コイル部６の開口端に備えられる接触子７と、コイル部６の内部に備えられる補強リング８を備える。
【００１７】
コイル部６は、筒状部を有する導体にスリット９が形成されている。コイル部６は、例えば、銅等の導体により形成される。「筒状部を有する」とは、中空の筒状部とリード棒３が接続される接続部を備えればよく、両端が開口していても閉塞していてもあるいはいずれか一端のみが開口していてもよいという意味である。したがって、実施形態の説明では、接触子７が備えられる側の端部が大きく開口し、リード棒３が備えられる側の端部が小さく開口したカップ状の導体を用いた態様を例示して説明するが、コイル部６を、スリット９が形成される筒状部と筒状部の一端を閉塞する端板を備える有底筒状とし、コイル部６の開口端に接触子７を備える態様としてもよい。また、実施形態の説明では、説明の便宜上、コイル部６の接触子７が備えられる側の端部を上端、リード棒３が備えられる側の端部（すなわち、コイル部６の接触子７が備えられている側の端部と反対側の端部）を下端というが、上下方向は本発明をなんら限定するものではない。
【００１８】
図２に示すように、コイル部６は、コイル部６の上端面の周方向に沿って、所定の間隔で凸部６ａと凹部６ｂが形成される。凸部６ａと凹部６ｂは、例えば、コイル部６の上端部を周方向にスリット加工を施すことにより形成される。凸部６ａに接触子７を当接させて、コイル部６と接触子７の間で電気的な接続が確保される。コイル部６には、コイル部６の内外を貫通し、コイル部６の上端から下端近傍まで延びる３本のスリット９が等間隔で形成される。
【００１９】
スリット９は、例えば、凸部６ａと凹部６ｂの境界位置からコイル部６の外周円の中心を通る直線と平行に直線的に形成される。スリット９の数は、複数であればよく、例えば、磁界発生および強度の点から３〜６本が適当である。また、スリット９は、コイル部６の円周方向に傾斜させてもよい。スリット９の幅は、コイル部６の形状や強度に応じて定められ、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度が好ましい。
【００２０】
図２（ｂ）に示すように、コイル部６の下端部中央には、リード棒３の端面に備えられた凸部が嵌め込まれる孔６ｃが形成される。リード棒３は、その端面に備えられた凸部を孔６ｃに嵌合して備えられ、ろう付け等によりコイル部６に固着される。
【００２１】
コイル部６の下端部であって、スリット９の先端部には、貫通穴１０が形成される。貫通穴１０は、コイル部６の内外を貫通する穴である。貫通穴１０の直径φＤは、スリット９の幅よりも大きい方が好ましい。貫通穴１０の直径φＤは、コイル部６の形状や強度に応じて定められ、例えば、スリット９の幅の２倍程度大きいφ１〜４ｍｍ程度が好ましい。貫通穴１０は、スリット９の軸からコイル部６の中心部または外周部側に偏って形成してもよい。
【００２２】
コイル部６の下端部の角部にはＲ加工が施される。つまり、コイル部６は、コイル部６の上端部から下端部側の中央になだらかに湾曲した湾曲部１１を備える。電極５に生じさせる縦磁束密度を向上させる点において、湾曲部１１（コイル部６の下端部の角部に内接する円）の半径Ｒは、３ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上、さらに好ましくは９ｍｍ以上である。湾曲部１１は、プレス加工や切削加工等により形成される。なお、Ｒの加工代は、コイル部６のサイズ（高さおよび半径）およびリード棒３とコイル部６との接続部の径により決定される。例えば、最大加工代は、コイル部６の高さまたは（コイル部６の半径）−（リード棒３とコイル部６との接続部の半径）のいずれか小さい値となる。
【００２３】
接触子７は、円板状の部材で、例えば、ＣｕＣｒ材等により形成される。接触子７は、その端部から径方向に延びる複数のスリット（図示せず）を備える。このスリットは、スリット９が存在しない凸部６ａと凹部６ｂの境界部分に対応するように形成される。また、接触子７の中央部には、補強リング８の上端部が嵌合する嵌合孔７ａが形成される。接触子７は、ろう付け等によりコイル部６の開口端部に備えられる。
【００２４】
補強リング８は、例えば、ステンレス等により形成された円筒状の補強部材である。補強リング８は、コイル部６内に備えられる。補強リング８の上端は接触子７に接触し、下端はコイル部６の底面に接触している。補強リング８は、真空インタラプタ１の開閉動作時のコイル部６の変形を抑制する部材である。よって、補強リング８は、リング状に限定されるものではなく、複数の板をコイル部６内に立設する態様でもよい。
【００２５】
ここで、電極５の製造方法について説明する。まず、Ｒ加工されたコイル部６に、コイル部６の上端から下端方向まで伸びたスリット９加工を行う。スリット９は、コイル部６の周方向に等間隔で複数本形成する。次に、コイル部６の下端部に形成されたスリット９の先端部にコイル部６の内外を貫通する貫通穴１０を加工する。また、コイル部６の上端部において、スリット９の開口部から周方向にスリット加工し、凸部６ａと凹部６ｂを形成する。そして、コイル部６の内部に補強リング８を備えた後、コイル部６の上端部に接触子７をろう付けし、コイル部６の下端部にリード棒３をろう付けする。なお、コイル部６に貫通穴１０を形成した後に、スリット９を形成してもよい。また、スリット９や貫通穴１０を形成した後に、コイル部６のＲ加工を行ってもよい。
【００２６】
図３は、実施例１の電極５ａと、比較例の電極１２の電流経路と電流密度の解析結果を示す図である。電流経路と電流密度の解析は、磁場解析ソフトＭａｇＮｅｔ（Ｍｅｎｔｏｒ社製）を用いて、電流値２０ｋＡｐｅａｋの条件で行った。
【００２７】
実施例１の電極５ａは、コイル部６の下端部にＲ９加工を施し、スリット９端部にφ４ｍｍの貫通穴１０加工を施した電極である。比較例の電極１２は、コイル部の下端部にＲ加工を施さず、スリット９端部に貫通穴１０加工を施さない電極である。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、コイル部６の下端部にＲ加工を施すことで、コイル部６の下端部の断面積を減らすことができる。その結果、コイル部６の下端部を通電する電流密度が増加した。
【００２９】
また、コイル部６において、リード棒３接続側の貫通穴１０を迂回するように電流が通電するようになり、コイル部６における電流経路が長くなった。また、接触子７へ電流が通電する前に、接触子７接続側の円周方向のスリット９によって、コイル部６に流れる電流経路が増加した。
【００３０】
このように、電極５ａ端部を通電する電流密度が増加することで、電極５ａに生じる縦磁界が向上した。また、貫通穴１０によって、スリット９先端の応力集中を緩和できるため、開閉操作時における電極部の耐久性が向上した。
【００３１】
次に、実施例１−５の電極５ａ−５ｅと、比較例の電極１２に生じる磁界解析を行った。磁界解析は、磁場解析ソフトＭａｇＮｅｔを用い、電極間Ｇａｐ７ｍｍ、通電電流２０ｋＡｐｅａｋの条件で行った。実施例２−４の電極５ｂ−５ｄは、コイル部６の下端部にそれぞれＲ３、Ｒ６、Ｒ９加工を行い、スリット９の端部に貫通穴１０加工を施さない電極である。実施例５の電極５ｅは、コイル部６の下端部にＲ６加工を行い、スリット９の端部にφ４ｍｍの貫通穴１０を形成した電極である。また、表中の比率は、比較例の電極１２を基準とした最大縦磁束密度の割合である。
【００３２】
【表１】
2020155245.tif 000003
【００３３】
コイル部６の下端部をＲ０⇒Ｒ９に加工することで、最大縦磁束密度は４．９％向上した。また、コイル部６の下端部にＲ９加工し、スリット９先端に貫通穴１０を加工すると（つまり、Ｒ０⇒Ｒ９＋φ４）、最大縦磁束密度は、１１．７％向上した。また、スリット９先端に直径φ＝４ｍｍの貫通穴１０を追加するだけで、最大縦磁束密度は貫通穴１０が無い場合に対して６％以上向上する結果となった。
【００３４】
この結果から、コイル部６の下端部のＲ加工を、３ｍｍ以上、より好ましくは６ｍｍ以上、さらに好ましくは９ｍｍ以上とすることで、電極５に生じさせる最大縦磁束密度をより向上させることができる。また、貫通穴１０を形成するだけで、電極５に生じさせる最大縦磁束密度を向上させることができる。貫通穴１０の直径Ｄは、スリット９の幅（例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ）の２倍程度大きいφ４ｍｍ程度とすることで、最大縦磁束密度を向上させることができる。なお、コイル部６の下端部のＲ加工、スリット９の幅、貫通穴１０の直径Ｄは、電極５の形状や電極５の強度を考慮してそれぞれ設定される。
【００３５】
以上のような、本発明の実施形態に係る真空インタラプタ１の電極４、５および真空インタラプタ１によれば、電極４、５に生じさせる縦磁界性能を向上させることができる。また、貫通穴１０によって、スリット９先端の応力集中を緩和できるため、開閉操作時における電極４、５の耐久性が向上する。その結果、電極４、５の強度を損なうことなく、縦磁界性能を向上させることができる。
【００３６】
また、本発明の実施形態に係る真空インタラプタ１の電極４、５の製造方法によれば、コイル部６のリード棒２、３が備えられる側の端部であって、スリット９の端部近傍に貫通穴１０を形成するだけで、スリット９の端部における応力集中が緩和され、電極４、５に生じさせる縦磁束密度を向上させることができる。つまり、簡単な方法で、電極４、５の強度を向上させ、縦磁界性能を向上させることができる。
【００３７】
以上、具体的な実施形態を示して本発明の真空インタラプタの電極、真空インタラプタの電極の製造方法および真空インタラプタについて説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、その特徴を損なわない範囲で適宜設計変更が可能であり、設計変更されたものも、本発明の技術的範囲に属する。
【００３８】
例えば、実施形態の説明では、固定側のリード棒２および可動側のリード棒３にそれぞれ電極４、５を備えた態様を例示しているが、固定側のリード棒２または可動側のリード棒３のいずれか一方に電極４、５を備える態様であってもよい。また、電極４、５の特徴を部分的に備える電極も本発明の技術的範囲に属する。
【００３９】
また、接触子７側に形成されたスリットの端部に貫通穴を形成することで、接触子７の強度を損なうことなく、縦磁界性能を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…真空インタラプタ
２、３…リード棒
４、５、５ａ〜５ｅ…電極
６…コイル部、６ａ…凸部、６ｂ…凹部、６ｃ…孔
７…接触子、８…補強リング（補強部材）、９…スリット
１０…貫通穴、１１…湾曲部
【図１】
2020155245.tif 000004
【図２】
2020155245.tif 000005
【図３】
2020155245.tif 000006
【図４】
2020155245.tif 000007
【図５】
2020155245.tif 000008