(57)【要約】【課題】低コストで大容量化を図った縦磁界電極を有する真空バルブを得る。【解決手段】真空容器内に一対の電極が接離自在に対向配置された真空バルブにおいて、各電極は、周壁に複数条のＬ字状スリット３ｂが形成された円筒状のコイル電極３を有し、コイル電極３の一端側に径方向に差し渡した細長い接合板２を介して円板状の接点１を固着し、他端側にコイル電極３の内周部に嵌め合わされた電極棒５を固着し、更に、コイル電極３の内側にコイル電極３より高抵抗の円筒状の電極支え４を配置して一端を接点１に固着し他端を電極棒５に固着して構成した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に一対の電極が接離自在に対向配置された真空バルブにおいて、
前記各電極は、周壁に複数条のＬ字状スリットが形成された円筒状のコイル電極と、
前記コイル電極の一端側に、径方向へ差し渡し接合位置を構成する接合板を介して接合された円板状の接点と、
前記コイル電極の他端側に、その内周部に嵌合させて接合された電極棒と、
前記コイル電極より高抵抗の部材から成り、前記コイル電極の内側に配置されて一端が前記接点に固着され他端が前記電極棒に固着された円筒状の電極支えと、で構成されていることを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
真空容器内に一対の電極が接離自在に対向配置された真空バルブにおいて、
前記各電極は、周壁に複数条のＬ字状スリットが形成された円筒状のコイル電極と、
前記コイル電極の一端側に、径方向へ差し渡し接合位置を構成する接合板を介して接合された円板状の接点と、
前記コイル電極の他端側に、その内周部に嵌合させて接合された土台電極と、
前記土台電極に接合された電極棒と、
前記コイル電極より高抵抗の部材から成り、前記コイル電極の内側に配置されて一端が前記接点に固着され他端が前記土台電極に固着された円筒状の電極支えと、で構成されていることを特徴とする真空バルブ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の真空バルブにおいて、
前記接合板は、中央部に前記電極支えの内周と嵌合する円板部が形成されていることを特徴とする真空バルブ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の真空バルブにおいて、
前記接点には、外周側から中心部に向かう複数条のスリットが形成されていることを特徴とする真空バルブ。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブにおいて、
前記コイル電極に形成された前記Ｌ字状スリットは、円筒状の前記コイル電極の端部から前記コイル電極の長さ方向に向かう部分は、続いて周方向に向かう部分の伸延方向へ向けて傾斜していることを特徴とする真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気回路を開閉する真空遮断器の消弧室を構成する真空バルブに関し、特に、その電極構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０は従来の真空バルブの構成の一例を示す図で、（ａ）は断面図であり（ｂ）は電極部の分解斜視図である。図のように、円筒状の絶縁容器２１の両端が固定側端板２２及び可動側端板２３で密閉され、固定側端板２２には固定電極棒２４に固着された固定電極２５が、可動側端板２３にはベローズ２６を介して可動電極棒２７に固着された可動電極２８が取り付けられている。両電極２５，２８は同一軸線上に接離可能に対向配置され、密閉された容器内部は１０−２Ｐａ以下の真空に保たれている。また、開極時に発生する金属蒸気による汚損を防ぐため、アークシールド２９が絶縁容器２１の内壁面を覆うように配設されている。両電極２５，２８の接点を接触させることで通電を行い、事故電流が発生すると接点を速やかに開離させて、真空の優れた電気絶縁性によって高電圧大電流遮断を行うものである。
【０００３】
真空バルブの接点周りの電極構造の一つに縦磁界電極がある。図１０の真空バルブは、一般的な縦磁界電極構造を採用した例である。可動電極２５と固定電極２８とは同様に構成されているので可動電極２８で説明すると、（ｂ）のように、可動電極２８は、円板状の可動接点３０と、縦磁界を発生させる環状の可動コイル電極３１と、接点を補強する補強部材３２とから構成され、これらが可動電極棒２７の端部に一体に固着されている。
【０００４】
電流は、可動接点３０→コイル電極接合部３１ａ→コイル電極円弧部３１ｂ→コイル電極アーム部３１ｃ→可動電極棒２７へと流れる。このとき、特にコイル電極円弧部３１ｂによって円状の電流経路が形成されるため、真空バルブの軸方向の磁界（縦磁界）を両接点間に発生させ、接点間で発生するアークを拡散させて局部的な接点溶融を防ぎ、真空バルブの大容量化を図ることができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上述のような縦磁界電極を採用した場合、コイル電極の通電経路が長いため抵抗発熱による温度上昇が大きくなるため、定格電流の大容量化において熱対策が重要となってくる。そこで、通電部の抵抗を下げることによって通電大容量化を図る技術として、図１１のような電極構造が知られている。これによれば、固定ロッド３３および可動ロッド３４の接点側端部に鍋底形の凹み部３３ａ，３４ａが形成され、各凹み部３３ａ，３４ａの内径側に沿って非磁性材料よりなるコイル補強３５が固着され、このコイル補強３５の外周部に接する固定ロッド３３および可動ロッド３４の端部に、コイル部３３ｂ，３４ｂがクランク状に機械加工により形成され、各先端側に固定接点３６と可動接点３７が接合されている。電流は一点鎖線で示すように流れる（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６４９１２号公報（第４−６頁、図３−４）
【特許文献２】特開２０００−０５７９１３号公報（第４頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に示すような縦磁界電極構造に比べ、特許文献２の電極構造の方が、電流経路が短くなり定格電流を大きくできる効果はあるが、特許文献２の構成では、コイル電極部を形成するために、特別な工程を踏む必要があり、製作コストが高くなるという問題点があった。つまり、図１１の電極のコイル部３３ｂ，３４ｂを得るためには、凹み部３３ａ，３４ａを加工した両ロッド３３，３４に、コイル補強３５を一度ロウ付けし、その後、ロッド３３，３４にだけコイル部３３ｂ，３４ｂ及び接合部３３ｃ，３４ｃ（クランク型の形状加工）を形成する加工をし、更にその後に、各接点３６，３７をロウ付けする工程となり、クランク形状を得るための高度な３次元機械加工と２度のロウ付けが必要になる。
また、接合部３３ｃ，３４ｃとコイル補強３５が同時に接点３６，３７に接合されるように、部品面精度とロウ付け後の品質管理を徹底する必要がある。なお、特許文献２の中に、異なる実施例としてコイル部とロッドを別部材で構成したものが示されているが、この場合でも、やはり製作・組立・ロウ付けが複雑となる点は同様である。
【０００８】
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、低コストで大容量化を図った縦磁界電極を有する真空バルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る真空バルブは、真空容器内に一対の電極が接離自在に対向配置された真空バルブにおいて、各電極は、周壁に複数条のＬ字状スリットが形成された円筒状のコイル電極と、コイル電極の一端側に、径方向へ差し渡し接合位置を構成する接合板を介して接合された円板状の接点と、コイル電極の他端側に、その内周部に嵌合させて固着された電極棒と、コイル電極より高抵抗の部材から成り、コイル電極の内側に配置されて一端が接点に固着され他端が電極棒に固着された円筒状の電極支えと、で構成されたものである。
【００１０】
また、上記構成において、電極棒部分が、コイル電極の内周部に嵌合させて固着された土台電極と、土台電極に接合された電極棒とで構成されたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の真空バルブによれば、各電極は、周壁に複数条のＬ字状スリットが形成された円筒状のコイル電極と、コイル電極の一端側に接合板を介して接合された円板状の接点と、コイル電極の他端側に固着された電極棒と、コイル電極の内側に配置されて一端が接点に固着され他端が電極棒に固着された円筒状の電極支えとで構成したので、各部材が単純な形状に形成できるため加工が簡単となり、また、組立時のロウ付作業は、各部材を順にはめ合わせて一度のロウ付けをするだけで可能となる。このため、組立精度が優れ、部品製造及び組立においてコスト低減を図ることができる縦磁界電極を備えた真空バルブを得ることができる。
【００１２】
また、電極棒部分を、コイル電極の内周部に嵌合させて固着された土台電極と、土台電極に接合された電極棒とで構成したので、必要な電極面積を確保しながら、電極棒の不必要な重量増加を防ぐことができるため、可動側電極部を開閉するために必要な操作エネルギーの増大を抑制でき、操作機構を大形化することなく遮断容量を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１による真空バルブの電極部を示す斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の分解斜視図である。
【図４】図２及び図３の矢印Ａ−Ａから見た断面図である。
【図５】この発明の実施の形態２による真空バルブの電極部を示す斜視図である。
【図６】図５の矢印Ｂ−Ｂから見た断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による真空バルブの電極部を示す分解斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態４による真空バルブの電極部を示す斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態５による真空バルブの電極部を示す分解斜視図である。
【図１０】従来の真空バルブを示す構成図である。
【図１１】従来の真空バルブの電極部の他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
以下、実施の形態１による真空バルブを図に基づいて説明する。図１〜図４は実施の形態１の真空バルブの電極構造を示すものである。真空バルブの全体の構成については、背景技術の項で説明した図１０と同等なので説明は省略する。図１〜図４に示す部分は図１０の固定電極２５と可動電極２８に相当する部分である。但し、固定電極と可動電極は基本的に同形状なので、単に電極として説明する。なお、以下の説明では、図１０の場合の電極と電極棒と（例えば、符号２４と２５）を合わせた部分に相当する部分を「電極」と呼ぶことにする。
【００１５】
先ず、図３によって本実施の形態の真空バルブの電極を構成する部品から説明をする。図３の分解斜視図に示すように、電極は、円板状をした導電性部材からなる接点１と、接点１の直径とほほ同じ長さで平面視矩形状の細長い導電性の薄板からなる接合板２と、接点１と同じ外径の円筒形状をした導電性部材からなり、その周壁の円弧部に複数条（図では２条の場合を示す）のＬ字状スリット３ａ，３ｂが形成されたコイル電極３と、コイル電極３より高抵抗の材料からなる円筒状の電極支え４と、棒状の導電性部材からなりコイル電極３の内周が嵌め合わされる外径を有すると共に電極支え４が嵌め合わされる段差部５ａが形成された電極棒５とで構成されている。
上記電極支え４は、コイル電極３の内側に隙間を空けて収納されるためにコイル電極３の内径より小さい外径を有し、且つ、一端側には接合板２の幅で接合板２の厚みより深い凹部４ａが形成されている。材料としては、銅系のコイル電極３より高抵抗であり、かつ非磁性であるステンレス系材料が望ましい。
【００１６】
次に、組立について説明する。
はじめに、接合板２とコイル電極３との組み立て時の配置関係を説明する。接合板２の長さは接点１の外径（＝コイル電極３の外径）とほぼ同じとしており、その角部Ｃ１（図３参照）をコイル電極３のＬ字状スリット３ａの軸方向に伸びた端部の角部Ｃ１に合わせ、同様に、接合板２の角部Ｃ２はコイル電極３のＬ字状スリット３ｂの軸方向に伸びた端部の角部Ｃ２に合わせる。このように、接合板２は、スリットで区切られた一方のコイル部の端部と接点１とを接続すると共に、他方のコイル部の端部と接点１とを接続して接合位置を構成する。平面から見れば、図２のような関係になっている。Ｃ１，Ｃ２とも、Ｌ字状スリット及び接合板２の角部としているので位置決めが簡単にできる。
【００１７】
図４は、図２及び図３において矢印Ａ−Ａで示す方向に見た断面図であり、以下、図４も参照しながら説明する。
組立作業は、先ず、接点１→接合板２→電極支え４→コイル電極３→電極棒５と、ロウ材を接合箇所に付加しながら部材を順に組み合わせて一体にする。
ロウ付作業は、真空または不活性ガス中で高温状態に晒し、ロウ材を溶かして部品を接合させるが、このとき（ロウ付け時は図と上下逆さにすることで）電極支え４は電極棒５の自重によって接点１と電極棒５とに押し付けられた状態でそれらに接合される。また、接合板２はコイル電極３の自重で接点１とコイル電極３とに挟まれた状態でそれらに接合される。コイル電極３の内周は電極棒５の外周に嵌め合わされて接合される。組立が完了すれば、図１のような状態となる。
【００１８】
図４に示すように、コイル電極３の一端が接合板２と接合されて通電部となり、他端が電極棒５の外周面に接合されている。また、電極支え４の一端が接点１と接合され他端が電極棒５の段差部５ａに勘合して接合されている。
つまり、単純に部材を積み上げてロウ付けするだけで、接点１−接合板２−コイル電極３が，また、コイル電極３内周−電極棒５外周が，更に、接点１−電極支え４−電極棒５が組み合わされて、容易にロウ付けによる接合を行うことが可能であり、簡単な組立とロウ付け管理で、高品質な縦磁界電極構造を得ることができる。
【００１９】
次に、動作について説明する。この縦磁界電極を固定電極及び可動電極として搭載した真空バルブでは、電流は一方の電極（例えば固定電極）の、電極棒５の外周→コイル電極３のくびれ部→コイル電極３の円周部→接合板２（この経路は、コイル電極３にスリットを２箇所設けているので他方の電極を流れる経路と２経路ある）→接点１を通り、一方の電極（例えば可動電極）の接点１→接合板２→コイル電極３→電極棒５へと通電されていく。ここで、電極支え４は、例えば銅材等の導電部材からなるコイル電極３に比べて電気抵抗が大きいため、通電電流は電極支え４にはほとんど流れない。
【００２０】
コイル電極３の外壁の円周部にＬ字状スリット３ａ，３ｂを設けたことにより、全体として円状の通電経路が形成されるので、通電時に両接点間に縦磁界（電極の接離方向に並行な磁界）が発生し、遮断動作時に両接点間に発生するアークが一ヶ所に集中されずに両接点の対向面全体に拡散されるので、遮断性能が向上する。
なお、これまでの説明では、コイル電極のＬ字状スリットは２条設けた場合について説明したが、それ以上にしてもよい。その場合、接合板の形状は変更する必要があるが、薄板部材なので、プレス加工等で簡単に製作できる。
【００２１】
以上のように、実施の形態１の真空バルブによれば、各電極は、周壁に複数条のＬ字状スリットが形成された円筒状のコイル電極と、コイル電極の一端側に、径方向へ差し渡し接合位置を構成する接合板を介して接合された円板状の接点と、コイル電極の他端側に、その内周部に嵌合させて固着された電極棒と、コイル電極より高抵抗の部材から成り、コイル電極の内側に配置されて一端が接点に固着され他端が電極棒に固着された円筒状の電極支えと、で構成されているので、各部材は単純な形状の組み合わせで構成できるため、加工が簡単となり、また、組立時のロウ付作業は各部材を順にはめ合わせて一度のロウ付けをするだけで可能となるため、部品製造及び組立においてコスト低減を図ることができる縦磁界電極を備えた真空バルブを得ることができる。
また、電流はコイル電極から電極棒の外周へ直接流れていくため、電流パスを短くでき電気抵抗が低減されるため、定格電流の大容量化を図ることができる。
【００２２】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２による真空バルブに使用される電極の分解斜視図であり、図６は図５のＢ−Ｂから見た断面図である。実施の形態１と同等部分は同一符号で示して説明は省略し、相違点を中心に説明する。真空バルブ全体の構成は背景技術の項で説明した図１０と同等なので説明は省略する。
【００２３】
実施の形態１との相違点として、本実施の形態による電極は、実施の形態１の電極棒５の替わりに、それに相当する部分を土台電極６と電極棒７とで構成したものである。土台電極６と電極棒７とは、土台電極６の底面側に形成した凹部に電極棒７の先端側に形成した凸部を嵌合させロウ付けによって接合する。その土台電極６の上に、実施の形態１と同様の、接点１，接合板２，コイル電極３，及び電極支え４で形成されたコイル部がロウ付けにより組み合わされて構成されている。
【００２４】
次に作用について説明する。一般に縦磁界電極では、その電極径は遮断に必要な磁場強度と拡散面積により必要最小径が決定される。そこで、その接続先である電極棒の径を縦磁界電極径に合わせた太さにすると、重量が増えて可動側電極を開閉するのに必要な操作エネルギーが増加するため、操作機構が大形化する。しかも、電極径が太いと、アークシールド（図１０で説明した符号２９参照）までの距離が近づいてしまい、耐電圧性能に支障がでる。したがって、電極棒の外径を縦磁界電極径に合わせると、真空バルブが大形化したり、機器の遮断容量（遮断電流，遮断後過渡回復電圧（定格電圧に関与））が制限されたりする場合がある。
そこで、本実施の形態の縦磁界電極では、土台電極６と電極棒７とを別部材で構成することで、電極棒７の径を必要最小の大きさとしたものである。
【００２５】
以上のように、実施の形態２の真空バルブによれば、各電極は、周壁に複数条のＬ字状スリットが形成された円筒状のコイル電極と、コイル電極の一端側に、径方向へ差し渡し接合位置を構成する接合板を介して接合された円板状の接点と、コイル電極の他端側に、その内周部に嵌合させて固着された土台電極と、土台電極に接合された電極棒と、コイル電極より高抵抗の部材から成り、コイル電極の内側に配置されて一端が接点に固着され他端が土台電極に固着された円筒状の電極支えと、で構成されているので、耐圧性能と遮断電流をともに向上させること、つまり、遮断容量を向上させることができる。
また、電極棒の不必要な重量増加を防ぐことができるので、可動側電極部を開閉するために必要な操作エネルギーの増大を招くことがないため、操作機構を小形化できる。
【００２６】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３による真空バルブに使用される電極の分解斜視図である。実施の形態１と同等部分は同一符号で示して説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、真空バルブ全体の構成は背景技術の項で説明した図１０と同等なので説明は省略する。
実施の形態１との相違点は、接合板の形状である。本実施の形態の接合板８は、接点１の直径とほほ同じ長さの平面視矩形状の細長い導電性の薄板からなる点は、実施の形態１の接合板２と同様であるが、更に、その中央部に電極支え４の内周と嵌合する円板部８ａが一体に形成されている点である。接合板８は、接点１にロウ付けされる。
【００２７】
このような構成により、接点１裏面の広い範囲に接合板８が張り付いているため、接点１の熱容量が増加して遮断性能を向上させることが可能となる。接合板８のような形状であっても、プレス打ちで簡単に製作できるため、実施の形態１の接合板と比較して製作コストが特にアップすることはない。
また、この接合板８は、実施の形態２の真空バルブの電極にも同様に適用できる。
【００２８】
以上のように、実施の形態３の真空バルブによれば、接合板には、中央部に電極支えの内周と嵌合する円板部を形成したので、実施の形態１及び２の効果に加え、接点の熱容量が増加して遮断性能を向上させることができる。
【００２９】
実施の形態４．
図８は、実施の形態４による真空バルブに使用される電極の外観を示す斜視図である。実施の形態１と同等部分は同一符号で示して説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、真空バルブ全体の構成は背景技術の項で説明した図１０と同等なので説明は省略する。本実施の形態は、実施の形態１と同様な電極構造において、その接点にスリットを付加したものである。
【００３０】
図８に示すように、本実施の形態の接点９には、外周側から中心部に向かって複数条（図では４条）のスリット９ａが形成されている。スリット９ａの長さは、スリット同士が干渉しない長さとし、例えば、図のように、半径の１／２程度とする。
このスリット９ａが接点９に設けられていることにより、縦磁界によって接点９に発生する渦電流の経路を遮断することができる。
なお、本実施の形態のスリットを設けた接点構造は、実施の形態２又は３の電極にも、同様に適用することができる。
【００３１】
以上のように、実施の形態４による真空バルブによれば、電極を構成する接点には、外周側から中心部に向かう複数条のスリットを形成したので、縦磁界によって接点に発生する渦電流の経路を遮断することができるため、渦電流の発生を抑制して接点の発熱を抑制し、定格電流の大容量化を図ることができる。
【００３２】
実施の形態５．
図９は、実施の形態５による真空バルブに使用される電極を示す分解斜視図である。実施の形態１と同等部分は同一符号で示して説明は省略し、相違点を中心に説明する。また、真空バルブ全体の構成は背景技術の項で説明した図１０と同等なので説明は省略する。
【００３３】
実施の形態１との相違点は、コイル電極に形成するＬ字状スリットの形状である。図９のように、本実施の形態のコイル電極１０は、内径，外径，及び長さは実施の形態１と同様であるが、周壁に形成される複数条（図９では２条の場合を示す）のＬ字状スリット１０ａ，１０ｂは、円筒状のコイル電極１０の端部からコイル電極１０の長さ方向に向かう部分は、続いて周方向に向かう部分の伸延方向へ向けて傾斜させている。
すなわち、コイル電極１０の端部からコイル電極１０の長さ方向に向かう部分が、軸と並行方向に対して所定の傾斜角θを有して周方向伸延側へ傾斜している。傾斜角θは、当然９０度より小さい値であり、例えば、図のように４５度程度とするのが望ましい。
【００３４】
次に、作用について説明する。このように構成した縦磁界電極では、電極棒５からコイル電極１０へ流れる電流の通電部１０ｃと、接合板２との接合部１０ｄとがほぼ軸方向上に重なるように配置されるため、縦磁界を生成する電流成分である円周路の途切れる箇所が減るため、発生する縦磁界の弱い箇所が減り、縦磁界の均一性が改善される。
なお、この傾斜スリットを有する構成の電極構造は、実施の形態１〜４のいずれにも適用することができる。
【００３５】
以上のように、実施の形態５の真空バルブによれば、コイル電極に形成されＬ字状スリットは、円筒状のコイル電極の端部からコイル電極の長さ方向に向かう部分を、周方向に向かう部分と同方向へ傾斜させたので、コイル電極の円周方向の電流経路の途切れる箇所が減るため、発生する縦磁界の弱い箇所が減り、縦磁界の均一性が改善されるため、真空バルブの遮断容量を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１，９  接点                    ２，８  接合板
３，１０  コイル電極            ３ａ，３ｂ，１０ａ，１０ｂ  Ｌ字状スリット
４  電極支え                    ４ａ  凹部
５，７  電極棒                  ５ａ  段差部
６  土台電極                    ８ａ  円板部
９ａ  スリット                １０ｃ  通電部
１０ｄ  接合部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１０】
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