真空バルブ
【課題】帯電し難く沿面絶縁距離を増大させた真空絶縁容器を用いた真空バルブを提供する。
【解決手段】セラミックスからなる真空絶縁容器１と、真空絶縁容器１の両端開口部にそれぞれ封着された封着金具２、３と、真空絶縁容器１内に収納された接離自在の一対の接点５、６と、真空絶縁容器１の内面に設けられたセラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層１１とを備え、真空絶縁容器１内面に凸凹部１０を設け、抵抗層１１も凸凹状としたことを特徴とする。
【解決手段】セラミックスからなる真空絶縁容器１と、真空絶縁容器１の両端開口部にそれぞれ封着された封着金具２、３と、真空絶縁容器１内に収納された接離自在の一対の接点５、６と、真空絶縁容器１の内面に設けられたセラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層１１とを備え、真空絶縁容器１内面に凸凹部１０を設け、抵抗層１１も凸凹状としたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブに係り、特に真空中の沿面絶縁耐力を向上し得る真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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バルブは、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。真空絶縁容器には、機械的特性や絶縁抵抗などの電気的特性の優れたアルミナ磁器などのセラミックスが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３１９１５１号公報 （第３ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の従来の真空バルブにおいては、次のような問題がある。真空絶縁容器の抵抗率が温度２５℃で約１０１５Ω・ｃｍと高く、優れた絶縁抵抗を示すものの、絶縁抵抗が高すぎてアークシールド端部など電界強度の高い部分から放出される電子がトラップされ、帯電を起こすことがある。
【０００４】
帯電が起きると、真空バルブ内の電界分布が乱れ、絶縁耐力の低下を招く。特に、真空絶縁容器内面においては、沿面絶縁耐力が低下し、貫通破壊を起こすこともある。このため、運転に影響を及ぼさない程度に抵抗率を小さくするとともに、沿面絶縁距離の増大を図り、帯電を起こし難く沿面絶縁耐力を向上し得るものが望まれていた。
【０００５】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、帯電し難く沿面絶縁距離を増大させた真空絶縁容器を用いた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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の真空バルブは、セラミックスからなる真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の両端開口部にそれぞれ封着された封着金具と、前記真空絶縁容器内に収納された接離自在の一対の接点と、前記真空絶縁容器の内面に設けられた前記セラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層とを備え、前記真空絶縁容器内面に凸凹部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、真空絶縁容器の内面に、セラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層を設けるとともに、内面を凸凹状としているので、帯電現象が起こり難く、沿面絶縁距離が増大し、真空中の沿面絶縁耐力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
先ず、本発明の実施例１に係る真空バルブを図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る真空バルブの構成を示す断面図である。
【００１０】
図１に示すように、アルミナ磁器などのセラミックスからなる筒状の真空絶縁容器１の両端開口部には、固定側封着金具２と可動側封着金具３とが封着されている。固定側封着金具２には、固定側通電軸４が貫通固定され、真空絶縁容器１内の端部に固定側接点５が固着されている。
【００１１】
固定側接点５に対向して接離自在の可動側接点６が、可動側封着金具３の開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸７の端部に固着されている。可動側通電軸７の中間部と可動側封着金具３間には、伸縮自在の筒状のベローズ８の両端が封着されている。これにより、真空絶縁容器１内の真空を保ちながら、可動側通電軸７を軸方向に移動させることができる。また、両接点５、６を包囲するように、筒状のアークシールド９が真空絶縁容器１の中間部に固定されている。
【００１２】
真空絶縁容器１内面には、例えばサンドブラスト処理により山部と谷部とがランダムに形成された凸凹部１０が設けられている。山部の高さは、数１０〜数１００μｍである。また、凸凹部１０の表面には、炭化水素、あるいは炭素の同素体からなる非晶質（アモルファス）の抵抗層１１が、固定側封着金具２から可動側封着金具３までの全域に設けられている。抵抗層１１は、厚さが数１０ｎｍ〜数μｍであり、凸凹部１０に沿って表面の形状も凸凹状となる。
【００１３】
この抵抗層１１は、所謂、ダイヤモンドライクカーボンで構成されており、例えば、アセチレンなどの炭化水素ガスをプラズマ化し、真空絶縁容器１内面に炭化水素を蒸着するプラズマＣＶＤ法により設けることができる。そして、蒸着後、熱処理する温度を制御することにより、抵抗率を１０８〜１０１４Ω・ｃｍに変化させることができる。熱処理の温度を高温にすれば、ランダムに配列している炭素原子が規則的な配列となり、抵抗率が小さくなる。
【００１４】
これにより、真空絶縁容器１内面においては、約１０１５Ω・ｃｍと高抵抗のセラミックスよりも小さい抵抗率に制御することができる。このため、アークシールド９端部などと対向し電界強度が高くなる部分では、帯電を起こし易くなるが、抵抗層１１の抵抗率が小さいので、電荷は固定側封着金具２側や可動側封着金具３側に短時間で移動する。即ち、帯電し難いものとなる。更に、ランダムな凸凹部１０によって、沿面絶縁距離が増大し沿面絶縁耐力を向上させることができる。
【００１５】
なお、抵抗層１１の抵抗率が１０８Ω・ｃｍ未満では漏れ電流が増加し、また、１０１４Ω・ｃｍ超過では短時間で電荷を移動させることが困難となるため好ましくない。
【００１６】
上記実施例１の真空バルブによれば、真空絶縁容器１の内面に、セラミックスよりも小さい抵抗率を持つ抵抗層１１を設けるとともに、表面を凸凹状としているので、トラップされようとする電荷は短時間で封着金具２、３側に移動し、帯電が起こり難くなるとともに、沿面絶縁距離が増大し、真空中の沿面絶縁耐力を向上させることができる。
【００１７】
上記実施例１では、抵抗層１１を炭素の同素体からなる非晶質の硬質膜で説明したが、酸化銅などを蒸着させた金属酸化層や、二酸化珪素に酸化マグネシウムや酸化ナトリウムなどの酸化物を添加した酸化ガラス層を設けても、セラミックスよりも小さい抵抗率となり帯電現象を抑制することができる。
【００１８】
また、真空絶縁容器１を熱処理して製造した時点では、素焼きの状態であり、その内面は多少凸凹状となっている。このため、凸凹状の大きさが抵抗層１１の膜厚よりも大きく、凹部に窪んだ部分が抵抗層１１の膜厚で埋もれない程度であれば、サンドブラスト処理を施す必要はない。
【実施例２】
【００１９】
次に、本発明の実施例２に係る真空バルブを図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、真空絶縁容器内面を環状の凸凹部としたことである。図２において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２０】
図２に示すように、真空絶縁容器１の内面には、環状の山部と谷部とを有する複数の凸凹部１２を機械加工により設けている。山部の高さは、数１０〜数１００μｍである。そして凸凹部１２の表面には、実施例１と同様のセラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層１３を設けている。凸凹部１２と抵抗層１３は固定側から可動側の全域に設けられている。なお、凸凹部１２の表面に実施例１のようなランダムに形成された凸凹部を設けてもよい。
【００２１】
上記実施例２の真空バルブによれば、実施例１による効果のほかに、凸凹部１２で接点５から放出される金属蒸気の拡散を抑制することができる。また、沿面絶縁距離を確実に増大させることができる。
【実施例３】
【００２２】
次に、本発明の実施例３に係る真空バルブを図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、凸凹部を螺旋状としたことである。図３において、実施例２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２３】
図３に示すように、真空絶縁容器１の内面には、螺旋状の山部と谷部を有する凸凹部１４を設けている。そして凸凹部１４の表面には、実施例１と同様のセラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層１５を設けている。凸凹部１４と抵抗層１５は固定側から可動側の全域に設けられている。なお、凸凹部１４に実施例１のようなランダムに形成された凸凹部を設けてもよい。
【００２４】
上記実施例３の真空バルブによれば、実施例２と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１に係る真空バルブの構成を示す断面図。
【図２】本発明の実施例２に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図。
【図３】本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１ 真空絶縁容器
２ 固定側封着金具
３ 可動側封着金具
４ 固定側通電軸
５ 固定側接点
６ 可動側接点
７ 可動側通電軸
８ ベローズ
９ アークシールド
１０、１２、１４ 凸凹部
１１、１３、１５ 抵抗層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接離自在の一対の接点を有する真空バルブに係り、特に真空中の沿面絶縁耐力を向上し得る真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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バルブは、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。真空絶縁容器には、機械的特性や絶縁抵抗などの電気的特性の優れたアルミナ磁器などのセラミックスが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３１９１５１号公報 （第３ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の従来の真空バルブにおいては、次のような問題がある。真空絶縁容器の抵抗率が温度２５℃で約１０１５Ω・ｃｍと高く、優れた絶縁抵抗を示すものの、絶縁抵抗が高すぎてアークシールド端部など電界強度の高い部分から放出される電子がトラップされ、帯電を起こすことがある。
【０００４】
帯電が起きると、真空バルブ内の電界分布が乱れ、絶縁耐力の低下を招く。特に、真空絶縁容器内面においては、沿面絶縁耐力が低下し、貫通破壊を起こすこともある。このため、運転に影響を及ぼさない程度に抵抗率を小さくするとともに、沿面絶縁距離の増大を図り、帯電を起こし難く沿面絶縁耐力を向上し得るものが望まれていた。
【０００５】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、帯電し難く沿面絶縁距離を増大させた真空絶縁容器を用いた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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の真空バルブは、セラミックスからなる真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の両端開口部にそれぞれ封着された封着金具と、前記真空絶縁容器内に収納された接離自在の一対の接点と、前記真空絶縁容器の内面に設けられた前記セラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層とを備え、前記真空絶縁容器内面に凸凹部を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、真空絶縁容器の内面に、セラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層を設けるとともに、内面を凸凹状としているので、帯電現象が起こり難く、沿面絶縁距離が増大し、真空中の沿面絶縁耐力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
先ず、本発明の実施例１に係る真空バルブを図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係る真空バルブの構成を示す断面図である。
【００１０】
図１に示すように、アルミナ磁器などのセラミックスからなる筒状の真空絶縁容器１の両端開口部には、固定側封着金具２と可動側封着金具３とが封着されている。固定側封着金具２には、固定側通電軸４が貫通固定され、真空絶縁容器１内の端部に固定側接点５が固着されている。
【００１１】
固定側接点５に対向して接離自在の可動側接点６が、可動側封着金具３の開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸７の端部に固着されている。可動側通電軸７の中間部と可動側封着金具３間には、伸縮自在の筒状のベローズ８の両端が封着されている。これにより、真空絶縁容器１内の真空を保ちながら、可動側通電軸７を軸方向に移動させることができる。また、両接点５、６を包囲するように、筒状のアークシールド９が真空絶縁容器１の中間部に固定されている。
【００１２】
真空絶縁容器１内面には、例えばサンドブラスト処理により山部と谷部とがランダムに形成された凸凹部１０が設けられている。山部の高さは、数１０〜数１００μｍである。また、凸凹部１０の表面には、炭化水素、あるいは炭素の同素体からなる非晶質（アモルファス）の抵抗層１１が、固定側封着金具２から可動側封着金具３までの全域に設けられている。抵抗層１１は、厚さが数１０ｎｍ〜数μｍであり、凸凹部１０に沿って表面の形状も凸凹状となる。
【００１３】
この抵抗層１１は、所謂、ダイヤモンドライクカーボンで構成されており、例えば、アセチレンなどの炭化水素ガスをプラズマ化し、真空絶縁容器１内面に炭化水素を蒸着するプラズマＣＶＤ法により設けることができる。そして、蒸着後、熱処理する温度を制御することにより、抵抗率を１０８〜１０１４Ω・ｃｍに変化させることができる。熱処理の温度を高温にすれば、ランダムに配列している炭素原子が規則的な配列となり、抵抗率が小さくなる。
【００１４】
これにより、真空絶縁容器１内面においては、約１０１５Ω・ｃｍと高抵抗のセラミックスよりも小さい抵抗率に制御することができる。このため、アークシールド９端部などと対向し電界強度が高くなる部分では、帯電を起こし易くなるが、抵抗層１１の抵抗率が小さいので、電荷は固定側封着金具２側や可動側封着金具３側に短時間で移動する。即ち、帯電し難いものとなる。更に、ランダムな凸凹部１０によって、沿面絶縁距離が増大し沿面絶縁耐力を向上させることができる。
【００１５】
なお、抵抗層１１の抵抗率が１０８Ω・ｃｍ未満では漏れ電流が増加し、また、１０１４Ω・ｃｍ超過では短時間で電荷を移動させることが困難となるため好ましくない。
【００１６】
上記実施例１の真空バルブによれば、真空絶縁容器１の内面に、セラミックスよりも小さい抵抗率を持つ抵抗層１１を設けるとともに、表面を凸凹状としているので、トラップされようとする電荷は短時間で封着金具２、３側に移動し、帯電が起こり難くなるとともに、沿面絶縁距離が増大し、真空中の沿面絶縁耐力を向上させることができる。
【００１７】
上記実施例１では、抵抗層１１を炭素の同素体からなる非晶質の硬質膜で説明したが、酸化銅などを蒸着させた金属酸化層や、二酸化珪素に酸化マグネシウムや酸化ナトリウムなどの酸化物を添加した酸化ガラス層を設けても、セラミックスよりも小さい抵抗率となり帯電現象を抑制することができる。
【００１８】
また、真空絶縁容器１を熱処理して製造した時点では、素焼きの状態であり、その内面は多少凸凹状となっている。このため、凸凹状の大きさが抵抗層１１の膜厚よりも大きく、凹部に窪んだ部分が抵抗層１１の膜厚で埋もれない程度であれば、サンドブラスト処理を施す必要はない。
【実施例２】
【００１９】
次に、本発明の実施例２に係る真空バルブを図２を参照して説明する。図２は、本発明の実施例２に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、真空絶縁容器内面を環状の凸凹部としたことである。図２において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２０】
図２に示すように、真空絶縁容器１の内面には、環状の山部と谷部とを有する複数の凸凹部１２を機械加工により設けている。山部の高さは、数１０〜数１００μｍである。そして凸凹部１２の表面には、実施例１と同様のセラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層１３を設けている。凸凹部１２と抵抗層１３は固定側から可動側の全域に設けられている。なお、凸凹部１２の表面に実施例１のようなランダムに形成された凸凹部を設けてもよい。
【００２１】
上記実施例２の真空バルブによれば、実施例１による効果のほかに、凸凹部１２で接点５から放出される金属蒸気の拡散を抑制することができる。また、沿面絶縁距離を確実に増大させることができる。
【実施例３】
【００２２】
次に、本発明の実施例３に係る真空バルブを図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、凸凹部を螺旋状としたことである。図３において、実施例２と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２３】
図３に示すように、真空絶縁容器１の内面には、螺旋状の山部と谷部を有する凸凹部１４を設けている。そして凸凹部１４の表面には、実施例１と同様のセラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層１５を設けている。凸凹部１４と抵抗層１５は固定側から可動側の全域に設けられている。なお、凸凹部１４に実施例１のようなランダムに形成された凸凹部を設けてもよい。
【００２４】
上記実施例３の真空バルブによれば、実施例２と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１に係る真空バルブの構成を示す断面図。
【図２】本発明の実施例２に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図。
【図３】本発明の実施例３に係る真空バルブの構成を示す要部拡大半断面図。
【符号の説明】
【００２６】
１ 真空絶縁容器
２ 固定側封着金具
３ 可動側封着金具
４ 固定側通電軸
５ 固定側接点
６ 可動側接点
７ 可動側通電軸
８ ベローズ
９ アークシールド
１０、１２、１４ 凸凹部
１１、１３、１５ 抵抗層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器の両端開口部にそれぞれ封着された封着金具と、
前記真空絶縁容器内に収納された接離自在の一対の接点と、
前記真空絶縁容器の内面に設けられた前記セラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層とを備え、
前記真空絶縁容器内面に凸凹部を設けたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
前記凸凹部は、山部と谷部とがランダムに形成されてい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】
前記凸凹部は、環状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項４】
前記凸凹部は、螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項５】
前記抵抗層を炭化水素あるいは炭素の同素体からなる非晶質で構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブ。
【請求項１】
セラミックスからなる真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器の両端開口部にそれぞれ封着された封着金具と、
前記真空絶縁容器内に収納された接離自在の一対の接点と、
前記真空絶縁容器の内面に設けられた前記セラミックスよりも抵抗率の小さい抵抗層とを備え、
前記真空絶縁容器内面に凸凹部を設けたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
前記凸凹部は、山部と谷部とがランダムに形成されてい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】
前記凸凹部は、環状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項４】
前記凸凹部は、螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項５】
前記抵抗層を炭化水素あるいは炭素の同素体からなる非晶質で構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の真空バルブ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−７３４６０（Ｐ２０１０−７３４６０Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２３９０５０（Ｐ２００８−２３９０５０）
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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