(57)【要約】【課題】  開閉接点間のアーク放電によって発生する自由異物を捕捉し、絶縁の信頼性の高い真空バルブを得る。【解決手段】  真空容器１０に収容された一対の接点７、９と、一対の接点７，９を真空容器１０の軸方向から挟むようにして配設された一対の軸方向遮蔽部材２１ｂ，２２ｂと、上記軸方向と直交する方向から見たときに一対の軸方向遮蔽部材２１ｂ，２２ｂの間に位置するとともに真空容器１０すなわち絶縁筒１の内壁と接点７，９との間に絶縁筒１の内壁と間隙を設けて配設され多数のスリット２２ｃを形成するスリット形成部２２ｄを有する乙円筒部２２ａとを備えたので、真空バルブを横置きに配置したとき接点開閉時に発生する自由異物を絶縁筒１の内壁と乙円筒部２２ａとの間に捕捉することができ、絶縁の信頼性の高い真空バルブを得ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器に収容され所定方向に対向してかつ接離可能に配置された一対の接点と、上記真空容器に収容され上記一対の接点を上記所定方向に挟むようにして配設された一対の遮蔽部材と、上記所定方向と直交する方向から見たときに上記一対の遮蔽部材の間に位置するとともに上記真空容器の内壁と上記一対の接点との間に上記真空容器の内壁と間隙を設けて配設された内壁配置部材とを備えた真空バルブ。
【請求項２】
上記内壁配置部材は、上記接点を周回して設けられたものであることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項３】
上記内壁配置部材は、上記接点を周回する周回路上の一部に設けられたものであることを特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項４】
上記内壁配置部材は、上記所定方向と交差する方向に貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成部を有するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の真空バルブ。
【請求項５】
上記内壁配置部材は、上記周回路の周回方向に間隔を置いて設けられ上記所定方向に細長い細隙を形成する細隙形成部を有するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空バルブ、特に絶縁の信頼性が高い真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の真空バルブとして、次のようなものがある。二つの絶縁性の円筒状の真空容器（絶縁筒）の上下はそれぞれ金属フランジでもって塞がれ、一方の金属フランジは固定ロッドを支え、他方の金属フランジはベローズを介して可動ロッドを支えている。ベローズは上下の軸方向に伸縮可能であり、気密状態のままで可動ロッドを可動にしている。二つの真空容器の軸方向の間には金属円筒よりなるアークシールドが介装されている。アークシールドの軸方向端部の上下の方向の両側は、半径方向内方へ折り曲げられた折り曲げ部がそれぞれ形成されている。
【０００３】
アークシールドの上部の折り曲げ部にリング状の金属板よりなる障壁部材が取り付けられ、この障壁部材の内腔に固定ロッドが貫通している。また、アークシールドの下部の折り曲げ部にリング状の金属板よりなる障壁部材が取り付けられ、この障壁部材の内腔に可動ロッドが貫通している（例えば、特許文献１参照）。つまり、金属製のアークシールドの軸方向に間隔を設けて一対の障壁部材を配し、アークシールドと一対の障壁部材で囲まれた空間内に接点の開閉時に発生する荷電粒子や中性金属原子等をできるだけ封じ込め、拡散を防止するようにしている。これにより、障壁部材によって金属蒸気の流れが抑えられ、真空容器の内壁に金属膜が形成され難くなり、真空バルブの寿命が長くなることを期するものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０４０４５０号公報（段落番号０００２、００１１、００１２、及び図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の真空バルブは以上のように構成され、次のような問題点があった。すなわち、アーク放電時に拡散する物質は、荷電粒子や中性金属原子等のサイズの小さな粒子だけでなく、接点溶融物や接点開閉時の衝撃で接点表面から剥離した異物のようにサイズの比較的大きなもの（数μｍ〜数百μｍ）もある。これらの一部はアークシールドに衝突後、当該アークシールドの表面に固着されないで静電力や機械力によって自由運動する自由異物として真空バルブ内部に蓄積される。ここで、異物が電界中に存在すると周辺電界を変歪し上昇させる。自由異物の場合、自由に運動できる分だけ、どの部位の電界をも上昇させる可能性を持っている。仮に接点間または接点−アークシールド間に自由異物が存在すると、それらの間での電界の局所的上昇が原因となって絶縁破壊を引き起こしやすくなる。
【０００６】
真空バルブをその軸方向を縦にして縦配置した場合、自由異物はしばらくは下方の障壁部材の表面上に存在するが、最終的には接点駆動時の機械振動等で障壁部材と固定あるいは可動ロッドとの間の隙間を通って障壁部材の下方にある端板上に落下する。端板の表面の電界は一般にそれほど高くはなく、その周辺部での絶縁破壊を生じさせる可能性は小さい。一方、真空バルブを横配置した場合、両側の障壁部材がかえって邪魔となり、いつまでも自由異物がアークシールドの内面に存在し続けることになる。従って、真空バルブの横置き配置の場合には、アーク放電によって発生した自由異物がアークシールド内面に蓄積され、かえって絶縁破壊が生じやすくなるおそれがあった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、開閉接点間のアーク放電によって発生した自由異物がアークシールド内面に蓄積されるのを防止し、絶縁の信頼性の高い真空バルブを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る真空バルブにおいては、真空容器に収容され所定方向に対向してかつ接離可能に配置された一対の接点と、真空容器に収容され一対の接点を所定方向に挟むようにして配設された一対の対向部材と、所定方向と直交する方向から見たときに一対の対向部材の間に位置するとともに真空容器の内壁と一対の接点との間に真空容器の内壁と間隙を設けて配設された内壁配置部材とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る真空バルブにおいては、真空容器に収容され所定方向に対向してかつ接離可能に配置された一対の接点と、真空容器に収容され一対の接点を所定方向に挟むようにして配設された一対の対向部材と、所定方向と直交する方向から見たときに一対の対向部材の間に位置するとともに真空容器の内壁と一対の接点との間に真空容器の内壁と間隙を設けて配設された内壁配置部材とを備えたので、接点開閉時に発生する自由異物を真空容器の内壁と内壁配置部材との間に捕捉することができ、絶縁の信頼性の高い真空バルブを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１〜図３は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は真空バルブの構成を示す断面図、図２は図１における真空バルブの部分拡大図、図３は図２の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。図１において、絶縁筒１は円筒状のセラミック製のものであり、内壁部に円環状に突設された突設部１ａを有している。絶縁筒１の図１における上下両端にそれぞれ端板２，３が気密に接合されている。端板２を貫通して固定側通電軸６が設けられ、固定側通電軸６の先端に固定接点７が接合されている。端板２と固定側通電軸６との間は気密に接合されている。固定側通電軸６は、端板３を貫通している。
【００１１】
ベローズ１１は、一方の端部が端板３に気密に接合され、他方の端部が可動側通電軸８に気密に接合され、可動側通電軸８と端板３との間を気密に保つとともに、可動側通電軸８が軸方向に移動するのを許容する。可動側通電軸８の先端に可動接点９が接合され、固定接点７と図１における所定方向である上下方向の軸上において対向し、可動側通電軸８の軸方向の移動により固定接点７と接離する。なお、ベローズ１１の外側には、ベローズカバー１２がベローズ１１と同軸に配置されている。真空容器１０は、以上の絶縁筒１、端板２，３、ベローズ１１にて形成され、その内部は１０−７〜１０−５Ｔｏｒｒ程度の真空になっている。
【００１２】
甲アーク遮蔽部材２１は、漏斗状に形成され、絶縁筒１の内径よりもわずかに小さい径の円筒部２１ａと、この円筒部２１ａより径が絞り込まれたラッパ状の甲軸方向遮蔽部材２１ｂとを有する。乙アーク遮蔽部材２２は漏斗状に形成されるとともに、絶縁筒１の内径よりも所定寸法小さい径の円筒部２２ａと、この円筒部２２ａより径が絞り込まれたラッパ状の乙軸方向遮蔽部材２２ｂとを有する。乙円筒部２２ａは、一対の固定及び可動接点７、９をその対向軸を中心にして周回する円形の周回路上に配設されている。そして、乙円筒部２２ａは甲円筒部２１ａよりも径が小さく甲円筒部２１ａと軸方向に嵌合するようにされている。乙円筒部２２ａには、周方向に所定の間隔を置いてスリット２２ｃ（細隙）を形成する図３に示すような断面矩形の複数のスリット形成部２２ｄを有する。なお、甲及び乙アーク遮蔽部材２１，２２には、例えばステンレス、モネル（銅：ニッケル  ６７：２９）、４２アロイ（鉄：ニッケル  ５８：４２）等の金属材料が適宜使用される。
【００１３】
甲アーク遮蔽部材２１と乙アーク遮蔽部材２２は、図１に示すようにその甲及び乙円筒部２１ａ、２２ａが互いに所定寸法軸方向に重なるようにして、かつ固定接点７、可動接点９をその対向方向の軸を中心として取り囲むようにして、絶縁筒１内に配置されている。甲及び乙アーク遮蔽部材２１，２２は例えば溶接によって接合一体化され、アークシールド２０とされている。乙アーク遮蔽部材２２の乙軸方向遮蔽部材２２ｂの傾斜部にアークシールド押さえ２５が絶縁筒１の突設部１ａを跨ぐようにして溶接により固定され、上記溶接により一体化されたアークシールド２０を絶縁筒１の軸方向に移動しないように固定している。なお、アークシールド２０は、固定側導体６及び可動側導体８等の充電部及び接地電位部との電気的接触はなく、浮遊電位である。
【００１４】
ここで、この実施の形態１における真空バルブの内部の空間の電界分布を説明する。アークシールド２０は、充電部である固定及び可動接点７、９の電位以下で、かつ接地電位以上の浮遊電位になっている。その結果、アークシールド２０と固定及び可動接点７，９との間には電界が形成される。一方、図３（図２の点線領域Ａの拡大）に示した乙アーク遮蔽部材２２に設けられたスリット２２ｃから絶縁筒１の表面までの範囲は、多少の値の電界は形成されているものの、乙アーク遮蔽部材２２のスリット２２ｃが形成された乙円筒部２２ａが電界緩和の作用を発揮し、その電界強度はアークシールド２０と固定及び可動接点７，９の間に比べてはるかに小さい。
【００１５】
このような電界分布を持つ本発明の真空バルブを横置き配置にして使用した場合は、スリット２２ｃを形成するスリット形成部２２ｄを有する櫛状構造の乙円筒部２２ａによって自由異物Ｓを絶縁筒１の底部に図２及び図３に示すようにトラップし、アークシールド２０と接点７，９の絶縁破壊を防止する。以下詳細にこの作用を説明する。まず、固定及び可動接点７，９の開極による電流遮断により前述の自由異物Ｓが発生したとする。この自由異物Ｓには重力と、自由異物が持つ帯電電荷に起因した静電力が作用し、自由異物の持つ初速方向、質量、帯電電荷量によって運動方向は様々である。
【００１６】
この運動によって自由異物Ｓの存在する部位は時間とともにしばらくは変化するが、最終的に異物の大半は図３に示すように、絶縁筒１の内壁（内表面）のとりわけ底面部に集められる。その理由は、（１）乙円筒部２２ａのスリットから絶縁筒１の内壁までの電界強度が低いため静電力が小さく浮上しにくい、（２）絶縁筒１の下方部すなわち底面部では重力と静電力が相反する方向になるため、自由異物に対する浮上力が最も小さくなる、ためである。そして、この部位には強い電界が印加されないため、例えその部位に異物が滞留し続けたとしても、アークシールド２０と接点７，９間の絶縁破壊の引き金になる危険性は小さい。
【００１７】
以上の理由から、本発明の実施の形態１の真空バルブを横置きに配置すると、乙アーク遮蔽部材２２の櫛状構造すなわち乙円筒部２２ａにスリット形成部２２ｄを設けてスリット２２ｃを形成することにより自由異物を絶縁筒１の下方に位置する部分にトラップし、アークシールド−接点間の絶縁破壊を防止する効果を奏する。ここで、本発明の実施の形態１の真空バルブを縦配置した場合でも、自由異物は端板３の上に落下するとともに、乙アーク遮蔽部材２２の軸方向遮蔽部材２２ｂと絶縁筒１との空間にトラップされる。そのため、同様の効果が得られる。
【００１８】
なお、乙アーク遮蔽部材２２の乙円筒部２２ａにスリット２２ｃが乙円筒部２２ａの全周にわたって形成されておらず、真空バルブ横置き配置時の下方に位置する部分に対応する一部の範囲にだけ、すなわち固定及び可動接点７，９を周回する周回路上の一部にだけ形成されている場合でも、同様の効果を奏する。
【００１９】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２における真空バルブの構成を示す部分拡大図である。図４において、乙アーク遮蔽部材４２の乙円筒部４２ａのスリット４２ｃを形成するスリット形成部４２ｄの断面形状を、図１に示した実施の形態１における矩形のものから円形のものに変更したものである。乙円筒部４２ａの断面形状が円形でも、乙円筒部４２ａから絶縁筒１の表面までの電界分布には大差がないため、実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、乙アーク遮蔽部材４２のスリット形成部４２ｄが乙アーク遮蔽部材４２の全周にわたって設けられておらず、真空バルブが横置きに配置された場合の下面に対応する一部範囲にだけ形成されている場合でも、同様の効果を奏する。
【００２０】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３における真空バルブの構成を示す部分拡大図である。図５において、乙アークシールド部材５２の乙円筒部５２ａは、図１に示す円筒部２２ａと同様の同様のスリットを形成するスリット形成部５２ｄを有し、その先端部が、甲アークシールド５１の甲円筒部５１ａの径よりも大きく、甲円筒部５１ａと絶縁筒１の間にはさまれる構造となっている。このような構造にしても、乙アーク遮蔽部材５２の乙円筒部５２ａから絶縁筒１の表面までの電界分布には大差がないため、実施の形態１と同様の効果を奏する。なお、実施の形態２及び３と同様、乙アーク遮蔽部材５２にスリットが全周にわたって形成されておらず、真空バルブを横置きに配置した時の下面に対応する一部範囲にだけ形成されている場合でも、同様の効果を奏する。
【００２１】
実施の形態４．
図６、図７は、この発明の実施の形態４における真空バルブの構成を示すものであり、図６は部分拡大図、図７はその変形例を示す部分拡大図である。図６において、乙アーク遮蔽部材６２の円筒部６２ａは、スリットではなく多数の細長いフィールドトラック状の孔６２ｃを形成する孔形成部６２ｄを有する円筒部６２ａを備えている。この構造でも乙アーク遮蔽部材６２の円筒部６２ａから絶縁筒１の表面までの電界強度は、電界緩和効果によって小さくなり、絶縁筒１の表面の電界を小さくすることができる。その結果、実施の形態１と同様の効果が得られる。また、図７のように乙アーク遮蔽部材７２の円筒部７２ａが円に近い孔７２ｃを形成する孔形成部７２ｄを有するものであってもよい。
なお、この実施の形態においても、乙アーク遮蔽部材６２の細長いフィールドトラック状の孔６２ｃや乙アーク遮蔽部材７２の円に近い孔７２ｃが全周にわたって形成されておらず、真空バルブが横置きにされた配置の場合において下面に対応する一部範囲にだけ施されている場合でも、同様の効果を奏する。
【００２２】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５における真空バルブの構成を示す部分拡大図である。図８において、乙アーク遮蔽部材８２は先の実施の形態４のような細長いフィールドトラック状の孔を設けたものではなく、網目状になるように四角形状の孔８２ｃを形成する孔形成部８２ｄを有する円筒部８２ａを設けたものである。このようなものにあっても、乙アーク遮蔽部材８２の円筒部８２ａから絶縁筒１の表面までの電界強度は、電界緩和効果によって小さくなり、絶縁筒１の表面の電界を小さくすることができる。その結果、実施の形態１と同様の効果が得られる。この実施形態においても、乙アーク遮蔽部材８２の円筒部８２ａに孔８２ｃが全周にわたって形成されておらず、真空バルブを横置き配置した時の下面に対応する一部範囲にだけ形成されている場合でも、同様の効果を奏する。
【００２３】
実施の形態６．
図９、図１０は、この発明の実施の形態６における真空バルブの構成を示すものであり、図９は断面図、図１０は捕捉部材の変形例を示す平面図及び側面図である。図９において、絶縁性の円筒状の絶縁筒１１３の上端部が金属フランジ１１４にて気密に塞がれ、絶縁筒１２３の下端部は金属フランジ１２４にて気密に塞がれている。また、一方の金属フランジ１１４に気密に固定ロッド１１５が固着されている。他方の金属フランジ１２４はベローズ１２６を介して可動ロッド１２５を支えている。ベローズ１２６は図９における上下の軸方向に伸縮可能であり、気密状態のままで可動ロッド１２５を可動にしている。絶縁筒１１３，１２３の軸方向の中央部には金属円筒にて形成されたアークシールド１０２が介装されている。アークシールド１０２の軸方向端部の上下の方向の両側は、半径方向内方へ折り曲げられた折り曲げ部１１２，１２２がそれぞれ形成されている。
【００２４】
アークシールド１０２の上部の折り曲げ部１１２に円環状の金属板よりなる障壁部材１１１が取り付けられ、この障壁部材１１１の中心部を固定ロッド１１５が貫通している。また、アークシールド１０２の下部の折り曲げ部１２２に円環状の金属板よりなる障壁部材１２１が取り付けられ、この障壁部材１２１の中心部を可動ロッド１２５が貫通している。なお、アークシールド１０２の上部の折り曲げ部１１２は絶縁筒１１３の下方端に気密に固着され、下部の折り曲げ部１２２は絶縁筒１２３の上方端に気密に固着されている。そして、アークシールド１０２、絶縁筒１１３，１２３、金属フランジ１１４，１２４、ベローズ１２６にて、この発明における真空容器を形成している。アークシールド１０２の内側には、固定及び可動接点１１７，１２７が収容され、アークシールド１０２の内側に固定及び可動接点１１７，１２７を周回して円筒状の金属製の捕捉部材１３０が設けられている。
【００２５】
捕捉部材１３０は図７の乙アーク遮蔽部材７２の円筒部７２ａの孔形成部７２ｄと同様に円に近い孔１３０ｃを形成する孔形成部１３０ｄを有する。上記のような真空バルブは、捕捉部材１３０からアークシールド１０２の内面までの電界強度は、電界緩和効果によって小さくなり、アークシールド１０２の内表面の電界を小さくすることができる。従って、このような真空バルブを横置きに配設した場合、接点１１７，１２７の開閉時に発生した自由異物は、実施の形態１等で示したものと同様に捕捉部材１３０に設けられた孔１３０ｃを通過してアークシールド１０２の底部に滞留し、捕捉される。その結果、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００２６】
なお、上記実施の形態６において、捕捉部材１３０の代わりに図１０に示すような櫛形の板状部材を円筒状にした捕捉部材１３２を設けてもよい。捕捉部材１３２は、固定及び可動接点１１７，１２７を周回する周回路の周回方向に間隔を置いて設けられ固定及び可動接点１１７，１２７の対向方向に複数の細長いスリット１３２ｃを形成するスリット形成部１３２ｄを有する。また、固定及び可動接点１１７，１２７を周回する周回路の一部に櫛形の捕捉部材を設けてもよい。捕捉部材は、同様のスリット形成部を有する。
【００２７】
以上のように、この発明に係る真空バルブにおいては、真空容器に収容され所定方向に対向してかつ接離可能に配置された一対の接点と、真空容器に収容され一対の接点を所定方向に挟むようにして配設された一対の対向部材と、所定方向と直交する方向から見たときに一対の対向部材の間に位置するとともに真空容器の内壁と一対の接点との間に真空容器の内壁と間隙を設けて配設された内壁配置部材とを備えたので、接点開閉時に発生する自由異物を真空容器の内壁と内壁配置部材との間に捕捉することができ、絶縁の信頼性の高い真空バルブを得ることができる。
【００２８】
そして、内壁配置部材は、接点を周回して設けられたものであることを特徴とするので、接点開閉時に発生する自由異物を真空容器の内壁と内壁配置部材との間に捕捉することができ、絶縁の信頼性の高い真空バルブを得ることができる。
【００２９】
さらに、内壁配置部材は、接点を周回する周回路上の一部に設けられたものであることを特徴とするので、接点開閉時に発生する自由異物を真空容器の内壁と内壁配置部材との間に捕捉することができ、絶縁の信頼性の高い真空バルブを得ることができる。
【００３０】
また、内壁配置部材は、所定方向と交差する方向に貫通する貫通孔を形成する貫通孔形成部を有するものであることを特徴とするので、接点開閉時に発生する自由異物を真空容器の内壁と内壁配置部材との間に捕捉することができ、絶縁の信頼性の高い真空バルブを得ることができる。
【００３１】
そして、内壁配置部材は、周回路の周回方向に間隔を置いて設けられ所定方向に細長い細隙を形成する細隙形成部を有するものであることを特徴とするので、接点開閉時に発生する自由異物を真空容器の内壁と内壁配置部材との間に捕捉することができ、絶縁の信頼性の高い真空バルブを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１である真空バルブの構成を示す断面図である。
【図２】図１における真空バルブの部分拡大図である。
【図３】図２の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２である真空バルブの部分拡大図である。
【図５】この発明の実施の形態３である真空バルブの部分拡大図である。
【図６】この発明の実施の形態４である真空バルブの部分拡大図である。
【図７】この発明の実施の形態４の変形例である真空バルブの部分拡大図である。
【図８】この発明の実施の形態５である真空バルブの部分拡大図である。
【図９】この発明の実施の形態６である真空バルブの構成を示す断面図である。
【図１０】図９の真空バルブにおける捕捉部材の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  絶縁筒、７  固定接点、９  可動接点、１０  真空容器、２０  アークシールド、
２１，５１  甲アーク遮蔽部材、２１ａ，５１ａ  甲軸方向遮蔽部材、
２１ｂ，５１ｂ  甲円筒部、２２，４２，５２，６２，７２，８２  乙アーク遮蔽部材、
２２ａ，５２ａ，６２ａ，７２ａ，８２ａ  乙円筒部、
２２ｂ，４２ｂ，５２ｂ，６２ｂ，７２ｂ，８２ｂ  乙軸方向遮蔽部材、
２２ｄ，４２ｄ，５２ｄ  スリット形成部、６２ｄ，７２ｄ，８２ｄ  孔形成部、
１０２  アークシールド、１１１，１２１  障壁部材、
１１５，１２５  固定及び可動接点、１３０，１３２  捕捉部材。
【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１０】
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