JP6716209B2 - エポキシ樹脂絶縁真空バルブ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、真空バルブの外周をエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドしたエポキシ樹脂絶縁真空バルブに関する。

従来、真空バルブの外周をエポキシ樹脂でモールドし、外部絶縁を補強したものが知られている。モールド時には、真空バルブの可動側にシール部材が用いられ、可動側通電軸にエポキシ樹脂を浸入させないようになっている（例えば、特許文献１参照）。

この種のエポキシ樹脂絶縁真空バルブを図５に示すが、筒状の真空絶縁容器１の両端開口部には、円板状の固定側封着金具２、可動側封着金具３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。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の中間部には、伸縮自在のベローズ８の一方端が封着され、他方端が可動側封着金具３の開口部に封着されている。接点５、６の周りには、筒状のアークシールド９が設けられている。これらにより、真空バルブが構成されている。

真空バルブの外周には、エポキシ樹脂をモールドした絶縁層１０が設けられており、軸方向の両端が界面接続部となっている。界面接続部を除く絶縁層１０の外周には、接地層１１が設けられている。絶縁層１０の固定側には、固定側封着金具２を囲むように真空絶縁容器１と所定の間隔を保って配置された椀状の固定側電界緩和シールド１２が埋め込まれている。固定側電界緩和シールド１２は、真空絶縁容器１とラップするまで先端が軸方向に延びた外周部１２ａと、外周部１２ａに連接された環状の円板部１２ｂで構成されている。

絶縁層１０の可動側には、可動側封着金具３を囲むように真空絶縁容器１と所定の間隔を保って配置された椀状の可動側電界緩和シールド１３が埋め込まれている。可動側電界緩和シールド１３は、真空絶縁容器１とラップするまで先端が軸方向に延びた外周部１３ａと、外周部１３ａに連接された環状の円板部１３ｂと、円板部１３ｂの内周側に連接され可動側通電軸７と所定の間隔を保って設けられた樹脂浸入防止部１３ｃで構成されている。可動側封着金具３と可動側電界緩和シールド１３の円板部１３ｂ間には、圧縮された環状のＯリング１４とＯリング１４の圧縮程度を調整する固定リング１５が設けられている。

ここで、真空バルブのモールド時には、樹脂浸入防止部１３ｃの端部に可動側通電軸７側から筒状の押圧治具１６をセットして押圧し、Ｏリング１４を圧縮させることが知られている（例えば、特許文献２参照）。これにより、可動側通電軸７側へのエポキシ樹脂の浸入を防ぐことができる。しかしながら、モールド後において、Ｏリング１４の反発力が絶縁層１０に加わり続けることになる。更には、真空絶縁容器１に設けたメタライズ層と可動側封着金具３の真空封着部にも同様の応力が加わり続けることになる。

このように応力が連続的に加わると、封着部の接合が疲労劣化して真空バルブの真空不良を招いたり、絶縁層１０が剥離したりすることになる。このため、封着部や絶縁層１０に応力の加わらないものが望まれていた。

一方、Ｏリング１４による応力が絶縁層１０などに加わらないようにするため、可動側電界緩和シールド１３を二分割したものが知られている（例えば、特許文献３参照）。図６に示すように、外周には断面Ｌ字状の外周側電界緩和シールド１７、内周には断面Ｌ字状の内周側電界緩和シールド１８がそれぞれボルト１９で可動側封着金具３に固定されている。可動側封着金具３には、ボルト１９が螺合されるリング状の外周側固定リング２０、内周側固定リング２１が溶接などで固定されている。内周側電界緩和シールド１８と可動側封着金具３間には、可動側通電軸７側への樹脂の浸入を防止するＯリング１４が設けられている。

しかしながら、外周側電界緩和シールド１７、内周側電界緩和シールド１８、外周側固定リング２０、内周側固定リング２１など部品点数が増加していた。また、可動側封着金具３には、リング状で面積の大きい外周側固定リング２０や内周側固定リング２１を固定しなければならず、可動側封着金具３に損傷を与えないように慎重な組立作業が必要であった。可動側封着金具３は、真空絶縁容器１の真空を保つための部品であり、真空を保つ以外の部品の取付けを最小限にすることが望まれていた。

特開２０１５−１５１５５号公報 特開２０１２−２２８７９６号公報 特開２０１４−３５８４２号公報

本発明が解決しようとする課題は、モールド時に可動側通電軸７側へのエポキシ樹脂の浸入を防ぐために設けられるＯリング１４のようなシール部材によって発生する応力が絶縁層１０に加わらないようにし、長期間に亘り安定した絶縁特性が得られるエポキシ樹脂絶縁真空バルブを提供することにある。この場合、可動側封着金具３に固定される部品点数の削減を図る。

上記課題を解決するために、実施形態のエポキシ樹脂絶縁真空バルブは、真空絶縁容器、可動側封着金具、可動側通電軸を有する真空バルブと、前記真空絶縁容器端部を囲むように配置された外周部と、前記外周部に連接された環状の円板部と、前記円板部に連接され前記可動側通電軸の周りに設けられた樹脂浸入防止部とで構成される可動側電界緩和リングと、前記可動側封着金具に固定された複数の固定架台と、前記可動側封着金具と前記円板部との間に設けられたシール部材と、前記円板部を前記固定架台に締付け固定するボルトと、前記真空バルブの周りに設けられた絶縁層とを備えたことを特徴とする。

本発明の実施例１に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部断面図。 本発明の実施例１に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブを可動側から見た図。 本発明の実施例２に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部半断面図。 本発明の実施例３に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部半断面図。 従来のエポキシ樹脂絶縁真空バルブの構成を示す断面図。 従来のエポキシ樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブを図１、図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部断面図、図２は、本発明の実施例１に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブを可動側から見た図である。なお、従来と同様の構成部分においては、同一符号を記した。また、エポキシ樹脂絶縁真空バルブは、電界緩和シールド部分を除き同様の構成であるので、全体構成の説明を省略する。

図１に示すように、真空絶縁容器１の開口部には、可動側封着金具３が封着されている。可動側封着金具３の中央の開口部には、可動側接点６を固着した移動自在の可動側通電軸７が貫通している。可動側通電軸７には、中間部に伸縮自在のベローズ８の一方端が封着され、他方端が可動側封着金具３の開口部に封着されている。可動側接点６と図示しない固定側接点の周りには、アークシールド９が設けられている。これにより、真空バルブの可動側が構成されている。

真空バルブの外周には、エポキシ樹脂のような絶縁材料をモールドした絶縁層１０が設けられており、軸方向の端部が界面接続部となっている。界面接続部を除く絶縁層１０の外周には、接地層１１が設けられている。

絶縁層１０の可動側には、可動側封着金具３と真空絶縁容器１端部を囲むように所定の間隔を保って配置された椀状の可動側電界緩和シールド３０が埋め込まれている。可動側電界緩和シールド３０は、真空絶縁容器１とラップするまで先端が軸方向に延びた筒状の外周部３０ａと、外周部３０ａに連接された環状の円板部３０ｂと、円板部３０ｂの内周側に連接され可動側通電軸７と所定の間隔を保って設けられた筒状の樹脂浸入防止部３０ｃで構成されている。円板部３０ｂは、可動側封着金具３に固定された固定架台３１にボルト１９で締付け固定され、可動側封着金具３と円板部３０ｂ間に環状のＯリング１４が設けられている。

可動側封着金具３には、図２に示すように、円周方向に複数の柱状の固定架台３１がスポット溶接などで固定されている。固定架台３１は、Ｏリング１４の外周側に位置し（図２では４個所）、ボルト１９が螺合される雌ねじが設けられ、Ｏリング１４が所定の応力で圧縮されるような高さを有している。

これにより、可動側封着金具３には、複数の固定架台３１をスポット溶接などで固定するだけでよく、従来のような面積の大きいリング状のものを固定するときよりも熱履歴を抑えることができ、また、柱状の軽量部品であり組立作業から生じる損傷などを防ぐことができる。可動側電界緩和シールド３０は、主に可動側封着金具３の電界緩和を図る外周部３０ａ、Ｏリング１４の固定個所となる円板部３０ｂ、樹脂浸入を防ぐ樹脂浸入防止部３０ｃが一体構造であり、部品点数を削減することができる。

なお、引用文献１には、一体構造の電界緩和シールドが記載されているが、押圧治具による応力に耐える必要性から厚板構造としなければならず重量化していた。これに対し、可動側電界緩和シールド３０は、円板部３１ｂがＯリング１４を圧縮させる程度の機械的強度を有していればよく、外周部３０ａや樹脂浸入防止部３０ｃなどを薄板構造とすることができ、軽量化を図ることができる。外周部３０ａが薄板の場合では、周縁部をＵ字状に折り曲げ、曲率を持たせることにより電界緩和を図ることができる。

また、Ｏリング１４は、固定架台３１にボルト１９で締付け圧縮されるので、モールド後において、Ｏリング１４の反発力が絶縁層１０などに加わることがなく、長期間に亘り安定した絶縁特性を得ることができる。

なお、モールドのあたっては、真空絶縁容器１の釉薬をサンドブラスト処理で除去し、シランカップリング剤のような表面改質剤を塗布し、また、可動側封着金具３、可動側電界緩和シールド３０などを粗面化し、エポキシ樹脂とダイマー酸により構成されるプライマー処理を施すと接着力が向上する。更に、エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型あるいはビスフェノールＦ型と酸無水物硬化剤の組合せを用い、熱膨張率を例えば１．８×１０^−５（１／Ｋ）とすることにより、可動側封着金具３、可動側電界緩和シールド３０などの熱膨張率と同程度とすることができ、熱応力的に好ましいものとなる。可動側封着金具３、可動側電界緩和シールド３０には、電気銅、真鍮などを用いる。

上記実施例１のエポキシ樹脂絶縁真空バルブによれば、外周部３０ａ、円板部３０ｂ、樹脂浸入防止部３０ｃを一体化した可動側電界緩和シールド３０を可動側封着金具３にＯリング１４を挟んでボルト１９で固定しているので、部品点数を削減することができ、Ｏリング１４の反発力による応力が絶縁層１０や真空封着部に加わることを防ぎ、長期間に亘り安定した絶縁特性を得ることができる。

上記実施例１では、可動側封着金具３と可動側電界緩和シールド３０間にＯリング１４を用いて説明したが、平パッキン、コルク、ガスケットなどを用いることができる。これらをまとめてシール部材と称する。

次に、本発明の実施例２に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブを図３を参照して説明する。図３は、本発明の実施例２に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部半断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、ボルトに貫通孔、円板部にＯリング溝を設けたことである。図３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。

図３に示すように、ボルト１９には、軸方向に貫通孔３２を設けている。また、可動側電界緩和シールド３０には、円板部３０ｂにＯリング１４を嵌め込むリング状のＯリング溝３３を設けている。

これにより、固定架台３１のねじ部に残留する残留空気を貫通孔３２から排気することができ、ボイドの発生を防ぐことができる。また、Ｏリング溝３３では、Ｏリング１４をＯリング溝３３に沿って取付ければよく、作業性を向上させることができる。なお、平パッキンなどにおいても、Ｏリング溝３３を用いてもよい。

上記実施例２のエポキシ樹脂絶縁真空バルブによれば、実施例１による効果のほかに、残留空気によるボイドの発生を防ぎ、また、Ｏリング１４の取付け作業を容易とすることができる。

次に、本発明の実施例３に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブを図４を参照して説明する。図４は、本発明の実施例３に係るエポキシ樹脂絶縁真空バルブの構成を示す要部半断面図である。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、可動側電界緩和シールドを二分割したことである。図４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。

図４に示すように、可動側封着金具３の外周には、断面Ｌ字状の外周側電界緩和シールド３４、内周には、可動側通電軸７を囲むような断面Ｌ字状の内周側電界緩和シールド３５を設けている。外周側電界緩和シールド３４は、内周側電界緩和シールド３５にスポット溶接などで固定された柱状の所定の高さを有する固定架台（第２の固定架台）３６にボルト１９で締付け固定されている。固定個所は、外周側電界緩和シールド３４と内周側電界緩和シールド３５が可動側封着金具３と平行となる板面（実施例１の円板部に相当）である。この板面間には、モールド時に樹脂が流通する。なお、内周側電界緩和リング３５は、実施例１と同様に、可動側封着金具３に固定された固定架台（第１の固定架台）３１にボルト１９で締付け固定されている。可動側封着金具３と内周側電界緩和リング３５間には、樹脂の浸入を防止するＯリング１４が設けられている。

ここで、電界緩和シールド３４、３５と絶縁層１０の熱膨張率を同様としてもいいが、電界緩和シールド３４、３５が二分割となり若干構造が複雑になるので、絶縁層１０よりも熱膨張率を若干小さくすれば、モールド後の収縮時に樹脂が細部まで充填され、剥離などの生じ難いものにすることができる。即ち、絶縁層１０の熱膨張率を電界緩和シールド３４、３５と同等以上に若干大きく（数％）すれば、大きな残留応力を防ぎつつ細部まで樹脂が充填され、強固な接着力を得ることができる。

上記実施例３のエポキシ樹脂絶縁真空バルブによれば、実施例２による効果のほかに、外周側電界緩和シールド３４と内周側電界緩和シールド３５間に固定架台３６の高さ分だけの隙間ができ、モールド時に樹脂が流通するので、可動側封着金具３の周りの残留空気をより排気できるようになる。また、可動側封着金具３の周りは、複雑な構造であるが、樹脂が細部まで充填され、絶縁特性を向上させることができる。なお、可動側封着金具３には、固定架台３１を固定するだけでよく、可動側封着金具３に固定する部品点数の削減は図られている。

以上述べたような実施形態によれば、可動側封着金具の電界緩和の機能と、可動側通電軸側への樹脂浸入防止の機能を一体化した可動側電界緩和シールドを用い、このシールドの円板部を、シール部材を介して可動側封着金具に固定するようにしているので、シール部材による応力が絶縁層に加わることを防ぐことができ、また、可動側封着金具に固定する部品点数を削減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。

１ 真空絶縁容器
３ 可動側封着金具
７ 可動側通電軸
１３、３０ 可動側電界緩和リング
１３ａ、３０ａ 外周部
１３ｂ、３０ｂ 円板部
１３ｃ、３０ｃ 樹脂浸入防止部
１４ Ｏリング
１７、３４ 外周側電界緩和リング
１８、３５ 内周側電界緩和リング
１９ ボルト
３１、３６ 固定架台
３２ 貫通孔
３３ Ｏリング溝

Claims (5)

1. 真空絶縁容器、可動側封着金具、可動側通電軸を有する真空バルブと、
   前記真空絶縁容器端部を囲むように配置された外周部と、前記外周部に連接された環状の円板部と、前記円板部に連接され前記可動側通電軸の周りに設けられた樹脂浸入防止部とで構成される可動側電界緩和リングと、
   前記可動側封着金具に固定された複数の固定架台と、
   前記可動側封着金具と前記円板部との間に設けられたシール部材と、
   前記円板部を前記固定架台に締付け固定するボルトと、
   前記真空バルブの周りに設けられた絶縁層とを備えたエポキシ樹脂絶縁真空バルブにおいて、
   前記ボルトの軸方向に貫通孔を設けたことを特徴とするエポキシ樹脂絶縁真空バルブ。
2. 前記円板部にＯリング溝を設けたこと特徴とする請求項１に記載のエポキシ樹脂絶縁真空バルブ。
3. 前記外周部、前記樹脂浸入防止部を前記円板部よりも薄板構造としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエポキシ樹脂絶縁真空バルブ。
4. 真空絶縁容器、可動側封着金具、可動側通電軸を有する真空バルブと、
   前記真空絶縁容器端部を囲むように配置された外周側電界緩和リングと、
   前記可動側通電軸を囲むように配置された内周側電界緩和リングと、
   前記可動側封着金具に固定された第１の固定架台と、
   前記可動側封着金具と前記内周側電界緩和リングとの間に設けられたシール部材と、
   前記内周側電界緩和リングを前記第１の固定架台に締付け固定するボルトと、
   前記内周側電界緩和リングに固定された第２の固定架台と、
   前記外周側電界緩和リングを前記第２の固定架台に締付け固定するボルトと、
   前記真空バルブの周りに設けられた絶縁層とを備えたことを特徴とするエポキシ樹脂絶縁真空バルブ。
5. 前記外周側電界緩和リング、前記内周側電界緩和リングよりも前記絶縁層の熱膨張率を同等以上に大きくしたことを特徴とする請求項４に記載のエポキシ樹脂絶縁真空バルブ。