(57)【要約】【課題】シールドで保護されていない筒状部材の内壁のエリアの２次電子放出量を低減し、さらには筒状部材の内面の沿面放電性能を向上して小型化を図る。【解決手段】実施形態の真空絶縁開閉装置は、絶縁性の筒状部材、金属製の閉塞部材、第１シールド部、接点部、第２シールド部を備える。筒状部材は第１シールド部および第２シールド部の保護範囲外のエリアの面が、部材端部側よりも部材中央部側の肉厚が薄くなるように形成した斜面を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が開口された絶縁性の筒状部材とこの筒状部材の両端の開口を閉塞する金属製の閉塞部材とで形成された真空容器と、
前記真空容器の軸方向に移動して接離自在な接点を構成する一対の電極を有する接点部と、
前記閉塞部材から前記筒状部材の内側に前記筒状部材と前記閉塞部材との接合部を含む保護範囲を電磁的ストレスから保護するように突設された第１シールド部と、
前記接点部を少なくとも含む軸方向の保護範囲に前記接点部と間隙を有して前記接点部を取り囲むように配置され、前記接点部と前記筒状部材の内壁面との間に介在して前記接点部から放出される電子の直進を遮るように設けられた第２シールド部とを備え、
前記筒状部材は、
前記第１シールド部および前記第２シールド部の保護範囲外のエリアの面が、部材端部側よりも部材中央部側の肉厚が薄くなるように形成した斜面を有する真空絶縁開閉装置。
【請求項２】
前記斜面の断面形状が直線または曲線である請求項１記載の真空絶縁開閉装置。
【請求項３】
前記斜面が一定の周期で凹凸形状に形成された面を有する請求項１記載の真空絶縁開閉装置。
【請求項４】
前記凹凸形状のうち凹み部分が斜面または曲面を有する請求項３記載の真空絶縁開閉装置。
【請求項５】
前記真空容器の周囲を覆う外郭部を備える請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空絶縁開閉装置。
【請求項６】
前記真空容器が１０−２Ｐａ以下のほぼ真空に密封されている請求項１記載の真空絶縁開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、接離自在の一対の接点を有する真空絶縁開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、筒状の真空絶縁容器内に接離自在の一対の接点を収納した真空絶縁開閉装置（以下「真空バルブ」と称す）は、真空が持つ優れた絶縁耐力やアーク消弧性などにより、外形形状の小型化が図られているが、さらなる小型化が望まれる。
【０００３】
真空絶縁容器には、絶縁特性や機械的特性の優れたアルミナ磁器などのセラミックスを素材とする筒状部材とその両端の開口を閉塞する金属製の蓋部材とが用いられている。
【０００４】
この真空バルブでは、絶縁性の筒状部材と導電性の蓋部材との接合部であるフランジ部に電磁的なストレスが集中するため、通常、フランジ部を保護するためのフランジシールドが真空絶縁容器内に配置される。また接点で発生するアークが筒状部材の内壁面に影響を及ぼさないように接点周辺にもアークシールドが配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１９１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような真空バルブでは、次のような課題がある。  
すなわち筒状部材の内壁面のうち接点の周辺とフランジ部の周辺は各シールドにより保護されるものの、シールドで保護されていない内壁のエリアはシールドから放出された電子の衝突で壁面から２次電子を放出し、この２次電子がさらに内壁に衝突することで３次電子、４次電子を放出しそのエリアに電子が増える。
【０００７】
このため、筒状部材の内壁のそのエリアで沿面放電が発生し、金属蒸気による生成物が内壁面に付着し易くなる。このため、そのエリアに対する電子の衝突エネルギーをできるだけ弱める必要がある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、シールドで保護されていない筒状部材の内壁のエリアの２次電子放出量を低減し、さらには筒状部材の内面の沿面放電性能を向上して小型化を図ることができる真空絶縁開閉装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の真空絶縁開閉装置は、真空容器、第１シールド部、接点部、第２シールド部を備える。真空容器は両端が開口された絶縁性の筒状部材とこの筒状部材の両端の開口を閉塞する金属製の閉塞部材とで形成されている。第１シールド部は閉塞部材から筒状部材の内側に筒状部材と閉塞部材との接合部を含む保護範囲を電磁的ストレスから保護するように突設されている。接点部は真空容器の軸方向に移動して接離自在な接点を構成する一対の電極を有する。第２シールド部は接点部を少なくとも含む軸方向の保護範囲に接点部と間隙を有して接点部を取り囲むように配置されている。また第２シールド部は接点部と筒状部材の内壁面との間に介在して接点部から放出される電子の直進を遮るように設けられている。筒状部材は第１シールド部および第２シールド部の保護範囲外のエリアの面が、部材端部側よりも部材中央部側の肉厚が薄くなるように形成した斜面を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の真空バルブの構成を示す断面図である。
【図２】比較対象の内壁面５１ａの電子の衝突エネルギーを模式的に示す図である。
【図３】第１実施形態のテーパー面１ａの電子の衝突エネルギーを模式的に示す図である。
【図４】第２実施形態の真空バルブの構成を示す断面図である。
【図５】第３実施形態の真空バルブの構成を示す断面図である。
【図６】（ａ）は第４実施形態の真空バルブの構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部の拡大図である。
【図７】（ａ）は第５実施形態の真空バルブの構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。  
（第１実施形態）  
まず、図１を参照して第１実施形態の真空絶縁開閉装置を説明する。図１は真空絶縁開閉装置の一つの実施の形態の真空バルブの第１実施形態の構成を示す断面図であり、ここでは説明を分かり易くするために可動側の部位と固定側の部位のうち固定側の部位を主に説明する。  
図１に示すように、この第１実施形態の真空バルブは、両端が開口された絶縁性の２つの筒状部材１と、２つの筒状部材１を連結する中継金具１６と、中継金具１６により連結され一体化した２つの筒状部材１、１のそれぞれの端部の開口を閉塞する金属製の閉塞部材（以下「金属部材」と称す）２、３とを備える。
【００１２】
この金属部材２、３と中継金具１６により連結され一体化した筒状部材１、１とで真空容器が形成（構成）される。個々の筒状部材１、１は絶縁特性や機械的特性の優れたアルミナ磁器などのセラミックスを素材とするものである。真空容器の内部は１０−２Ｐａ以下の圧力（気圧）でほぼ真空の状態に密封（封止）されている。
【００１３】
真空容器内には固定側の通電軸４、固定側の電極５、第１シールド部としてのフランジシールド６、１１、ベローズ７、可動側の通電軸８、第２シールド部としてのアークシールド９、可動側の電極１０などが収容されている。
【００１４】
一方の金属部材２には通電軸４が真空容器内に筒状部材１の軸方向に貫通して固着されている。この通電軸４の先端部には固定側電極５が設けられている。
【００１５】
また、他方の金属部材３には筒状部材１の軸方向に貫通して通電軸８がベローズ７を介して軸方向に移動自在に支持されている。通電軸８の先端には電極１０が固着されている。
【００１６】
この電極１０は電極５と対向して配置されており、電軸８の軸方向の動きに伴って、電極５と当接／離間するようになっている。つまりこれら一対の電極（電極１０と電極５）は、軸方向に移動して接離自在な接点を構成する接点部と言える。
【００１７】
ベローズ７は金属部材３を貫通した通電軸８が摺動する際に真空容器内の気圧の状態（ほぼ真空な状態）を維持するためのものである。
【００１８】
アークシールド９は円筒状をなし接点部を少なくとも含む軸方向の保護範囲に接点部と間隙を有して（非接触で）接点部を取り囲むように配置されている。アークシールド９は接点部と筒状部材１の内壁面１ａとの間に介在して接点部から放出される電子の直進を遮るように設けられている。つまりアークシールド９は上記保護範囲にかかる筒状部材１、１の内壁を、接点部から放出される電子の直接的な衝突から保護するものである。
【００１９】
また金属部材２、３にはその縁部にリング状の結合部材２ａ（金属製）が取り付けられており筒状部材１、１の端面に結合されている。
【００２０】
フランジシールド６、１１は接合部（具体的には、金属部材２と結合金属２ａとの接合部分及び金属部材２ａと筒状部材１との接合部分、金属部材３と結合金属３ａとの接合部分及び金属部材３ａと筒状部材１との接合部分）に生じる強い電磁的ストレス（高い電界強度）を低減するためのものであり、真空容器内の接合部近傍（通電軸４と結合金具２ａの間および通電軸８と結合金具３ａの間）に各金属金具２、３から容器内側に突出するように設けられている。
【００２１】
フランジシールド６、１１およびアークシールド９の保護範囲外の筒状部材１、１のエリア２０の内壁には、部材端部（筒状部材１の通電軸側端部）側よりも部材中央部（筒状部材１の電極側中央部）側の肉厚が薄くなるように斜面、つまり部材の断面形状が直線のテーパー面１ａが形成されている。
【００２２】
図２および図３を参照してこの第１実施形態の真空バルブの作用を説明する。図２は比較対象の一般的な真空絶縁容器（筒状部材５１）の内壁（肉厚が一定で軸方向に沿った内壁面５１ａ）に衝突する電子の衝突エネルギーを示している。
【００２３】
図２に示すように、電界強度の高いフランジシールド６の端部から放出された電子（電界放出電子）は、筒状部材５１の内壁面５１ａに衝突し２次電子を放出する。このとき筒状部材５１の内壁面５１ａに角度α°の角度で衝突するものとし、電子が衝突するエネルギーをＥとする。
【００２４】
この場合、筒状部材５１の内壁面５１ａと垂直な方向のエネルギーＥｎはＥ×ｓｉｎαとなる。電子が衝突した筒状部材５１の内壁面５１ａからさらに電子が放出され、その電子が筒状部材５１の壁面面５１ａに再度衝突する過程を繰り返することで沿面放電へと至る。
【００２５】
図３は第１実施形態の真空バルブの筒状部材１、１の内壁に衝突する電子の衝突エネルギーを示している。
【００２６】
この例の筒状部材１、１の内壁は、図３に示すように、図２に示した内壁面５１ａよりも角度β°だけ傾斜した部材の断面が直線（平面）のテーパー面１ａである。
【００２７】
この場合、筒状部材１のテーパー面１ａに垂直な方向の衝突エネルギーＥｎはＥ×ｓｉｎ（α−β）となるため、筒状部材１、１のテーパー面１ａに衝突する垂直方向の衝突エネルギーを図２に示した壁面に比べてより低減でき、筒状部材１のテーパー面１ａからの２次電子放出量を減少させることができる。これにより、筒状部材１の壁面の耐沿面放電性能を向上することができる。
【００２８】
このようにこの第１の実施形態によれば、真空バルブのアークシールド９の先端とフランジシールド６の先端との間のエリア２０の筒状部材１、１の内壁のテーパー面１ａに、端部側から中央部の側へ向かう方向に部材の肉厚が薄くなるようにテーパーをつけているので、フランジシールド６、フランジシールド１１の先端やアークシールド９の先端から放出された電子が筒状部材１、１の内壁のテーパー面１ａに衝突するときの、テーパー面１ａに垂直な方向のエネルギーＥｎ（衝突エネルギー）を低減することができる。このため筒状部材１、１の壁面からの２次電子放出量を低減できる。
【００２９】
（第２実施形態）  
図４は真空バルブの第２実施形態の構成を示す図である。なおこの第２実施形態において第１実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明は省略する。上記第１実施形態に示した斜面は部材の断面形状が直線のテーパー面１ａであったがこれは一例にしかすぎない。
【００３０】
そこで、この第２実施形態は、図４に示すように、筒状部材１、１の内壁の断面形状が曲線のテーパー面１ｂとしている。
【００３１】
この第２実施形態では、筒状部材１、１の内壁のテーパー面１ｂを湾曲した面としたことで、斜面の形状は異なるものの第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３２】
（第３実施形態）  
図５は真空バルブの第３実施形態の構成を示す図である。なおこの第３実施形態において第１実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明は省略する。上記第１実施形態に示した真空絶縁容器は筒状部材１、１と金属金具２、３がむき出し、つまり外気に直接触れるようになっていたが、図５に示すように、この第３実施形態は、筒状部材１、１と金属金具２、３を含む容器全体をエポキシ樹脂などの絶縁性の部材でモールドして（覆い）外郭部１２を形成している。
【００３３】
この場合、可動側の通電軸８はベローズ７の部分で摺動動作するため、この部分の沿線上のモールドは避ける必要がある。そこで、この例では、金属金具３の上に支持金具１３を突設したフランジ部材１４を設け、フランジ部材１４の中央部に設けた軸受け１５に通電軸８を挿通するようしている。支持金具１３は外郭部１２を支持するためのものである。
【００３４】
このようにこの第３実施形態によれば、筒状部材１、１と金属金具２、３を含む全体をエポキシ樹脂で覆った外郭部１２を形成したことで、さらに装置全体を小型化した際の真空絶縁容器の強度を高めることができる。
【００３５】
（第４実施形態）  
図６（ａ）は真空バルブの第４実施形態の構成を示す図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ部の拡大図である。なおこの第４実施形態において第１実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明は省略する。上記第１実施形態に示したテーパー面１ａは平面であったが、これ以外の斜面であってもよい。
【００３６】
例えば図６（ａ）に示すように、この第４実施形態は、筒状部材１、１の内壁の斜面に複数の凹凸形状の段差を設けている。つまり筒状部材１、１の内壁のエリア２０の斜面を一定の周期で凹凸する形状に形成した段差面としている。
【００３７】
この例の場合、図６（ｂ）に示すように、筒状部材１、１の内壁の凹凸形状のうち凹み部分を傾斜した平面６１、６２としている。
【００３８】
このようにこの第４実施形態によれば、筒状部材１、１の内壁のエリア２０の斜面を一定の周期で凹凸する段差面にすることで、段差によって筒状部材１の内壁から放出された電子の進展を妨げることができ、第１実施形態よりも沿面放電性能を向上することができる。
【００３９】
（第５実施形態）  
図７（ａ）は真空バルブの第５実施形態の構成を示す図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ部の拡大図である。なおこの第５実施形態において第１実施形態と同じ構成要素については同一の符号を付しその説明は省略する。上記第１実施形態に示したテーパー面１ａは平面であったが、これ以外の斜面であってもよい。
【００４０】
例えば図７（ａ）に示すように、この第５実施形態は、筒状部材１、１の内壁の斜面に複数の凹凸形状の段差を設けている。つまり筒状部材１、１の内壁のエリア２０の斜面を一定の周期で凹凸する形状に形成した段差面としている。
【００４１】
この例の場合、図７（ｂ）に示すように、筒状部材１、１の内壁の凹凸形状のうち凹み部分を曲面７１、７２としている。
【００４２】
このようにこの第５実施形態によれば、筒状部材１、１の内壁のエリア２０の斜面を一定の周期で凹凸する段差面にすることで、段差によって筒状部材１、１の内壁から放出された電子の進展を妨げることができ、第１実施形態よりも沿面放電性能を向上することができる。
【００４３】
以上これら実施形態によれば、アークシールド９およびフランジシールド６、１１などの各シールドで保護されていないエリア２０の内壁面１ａに対する電子の衝突エネルギーを弱めることで、そのエリア２０の２次電子放出量を低減し、さらには筒状部材１、１の内壁面１ａの沿面放電性能を向上して小型化を図ることができる。
【００４４】
本発明の実施形態を説明したが、上記各実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１…筒状部材、１ａ…テーパー面、２…固定側の金属部材、３…可動側の金属部材、４…固定側の通電軸、５…固定側の電極、６…固定側のフランジシールド、７…ベローズ、８…可動側の通電軸、９…アークシールド、１０…可動側の電極、１１…可動側のフランジシールド、１２…外郭部、１３…支持金具、１４…フランジ部材、１５…軸受け、１６…中継金具。
【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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