JPS62150620A - 真空遮断器の外被組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は真空遮断器、特に真空遮断器の外被構成部品の
組立に関する。

発明の背景 真空遮断器は、はぼ円筒形状の排気した外被を備える。

外被の両端の部材はそれぞれ、接点を支持する可動接点
ロッドおよび固定接点ロッドを支持している。可動接点
ロッドの移動により接点の開閉が行われる。外被は、金
属性部材と、可動接点ロッドおよび固定接点ロッド間を
電気的に絶縁するための絶縁部材とで構成される。これ
らの部材は、内部の真空を保つ気密シールを維持するた
めに機械的強度と耐熱性の高い外被構造を形成するよう
に固着しなければならない。普通、外波構成部材は突合
せ接触させて接合され、１つの部材の端面が対応する別
の部材の端面に固着すなわちろう付けされる。構成部材
間の継目は適切に封じすなわちろう付けして洩れを防ぐ
必要がある。たとえ僅かな洩れでも装置の故障原因とな
る。従って、接合すべき外被構成部品の数、従ってろう
付けすべき外被継目の数を最小にして、洩れや故障の危
険を小さくするのが望ましい。

外被構成部品は大体８００乃至１０５０℃の範囲の高温
で固着すなわちろう付けされるので、その組立て中に熱
膨張を生じがちである。熱膨張係数が相異なる異種材料
、すなわち絶縁部材と金属部材を固着する場合、熱膨張
の差およびその後の熱収縮の差により応力が発生しやす
く、この応力はｍ目を弱め、ついにはシールの破壊を招
く。継目に非常に小さい破断が生じた場合でもシールが
破壊するおそれがあり、従って遮断器が動作不能になる
おそれがある。このため、外被の材料すべての熱膨張係
数を同じにして膨張および収縮の差をなくすことが望ま
しい。しかし、外被構成部品は、色々な特性および性能
条件に合うように選ばなければならない。このため、実
質的に同じ熱膨張係数を有する満足な絶縁部材および金
属部祠を得ることは困難である。

従って、破断の原因となる応力を防止するには別の解決
策が必要である。このような解決策は、遮断器の組立法
を過度に複雑にするものであってはならず、また外被構
造に余分な部品を必要とするものであってもならない。

外被構成部品の数、従って部品間の継目の数を少なくし
て、洩れの可能性を小さくしなければならない。

発明の目的 本発明の目的は、大気圧の力および接点の作動時にかか
る機械的な力にも耐える適正な強度と剛性を有し、しか
も破断の原因となる応力を最小にするように設計された
外被を有する遮断器を提供することにある。

本発明の他の目的は、金属部品と絶縁部品とを突合せ接
合して比較的応力の小さい継目を作るようにした遮断器
外被を提供することにある。

本発明の別の目的は、中央の円筒形絶縁部材の両端にそ
れぞれ単一体の金属製端部材を、実質的に応力が小さく
なる様にろう付けした遮断器外被を提供することにある
。

発明の概要 本発明によれば、絶縁材料の円筒形ケーシングの両端に
第１および第２金属製端部材が接合される。可動および
固定接点ロッドがそれぞれ端部材を貫通しかつ端部材に
より支持される。端部材の少なくとも一方は、底部分と
円筒形側壁とを有する一体に形成された一体構造体であ
り、底部分は一方の接点ロッドを支持し、円筒形側壁の
端面はケーシングの端面に固着され、例えばろう付けさ
れる。この一体構造体は、大気圧の力と機械的作動力と
に耐えるのに十分な剛性を有していなければならない。

円筒形側壁の一部を形成する、その端面から底部分に向
って延在する円筒状部分の壁厚を、端部材の他の部分の
壁厚に対して実質的に薄くして、円筒形側壁と絶縁ケー
シングとの間の熱変形の差を吸収できるようにする。好
ましい実施態様では、両方の端部材を上述した構成にす
る。

実施例の説明 本発明を一層よく理解で。きるように、以下本発明を添
付図面を参照して詳述する。

本発明は第１図に示す一般的な型式の真空遮断器に適用
できる。図示の真空遮断器は、電気絶縁材料の管状また
は円筒形ケーシング１２と２つの金属製端部材１３およ
び１４とを有する高度に排気された外被１１を備える。

この外被１１内には２つの相対的に移動可能な接点１５
および１６が配置されている。

接点１５は固定接点であって、上側端部材１３を封じさ
れた状態で貫通する固定接点ロッド１７により支持され
ている。接点１６は可動接点であって、下側端部材１４
の中心開口１９を自由に貫通する可動接点ロッド１８に
より支持されている。

伸縮自在な金属ベローズ２２が可動接点ロッド１８のま
わりのシールを構成する。ベローズ２２はその上端２３
が可動接点ロッド１８に接合され、下端２４が下側端部
材１４の内の中心開口１９を限定する周壁に接合されて
いる。

この遮断器の図示の状態は開位置、すなわち接点１５お
よび１６が互に離れている状態である。

接点の開成は可動接点ロッド１８を上向きに駆動して接
点同士を接触させることにより達成される。

可動接点ロッド１８を図示の位置まで下げると、接点の
開放すなわち回路遮断が行われる。

接点を開放すなわち開離すると、両接点間にアークが生
じ、このアークは通常はぼ自然に電流がゼロになるまで
持続する。電流がゼロになると遮断が完了する。アーク
°により生じる金属蒸気は周囲の表面に付着する。

ベローズ２２を金属蒸気から保護するために、ベローズ
・シールド２９が設けられる。

また金属蒸気が絶縁ケーシング１２に付−着するのを防
止する必要があるので、管状の金属製主シールド２６が
設けられる。主シールド２６は絶縁ケーシング１２の内
周に同心に固定される。この固定を行うには、例えば金
属製クリップ２７を、主シールド２６の長さ方向の中央
でその外周のまわりに等間隔にスポット溶接すること等
によって固着する。クリップ２７はケーシング１２から
内方へ突出する突起２８に係合する。

絶縁ケーシング１２はさらに、端部シールド３２および
３３によって金属蒸気の付着から保護されている。金属
製の上側端部シールド３２および金属製の下側端部シー
ルド３３は、それぞれ上側端部材１３および下側端部材
１４に固着されて、絶縁ケーシング１２と主シールド２
６との間に同心に延在する。従って、主シールド２６の
端から逃げ出る金属蒸気は端部シールド３２および３３
によって阻止されて、絶縁ケーシング１２に達しない。

本出願人による１９８５年１１月８日出願の米国特許第
７９６１４８号明細書には、端部シールド３２および３
３を真空遮断器の外被に固着する構成が開示されている
。

遮断器の外被は、絶縁ケーシング１２とこのケーシング
の両端を密封する端部材１３および１４とで構成される
。一実施例では、円筒形の絶縁ケーシング１２は「うわ
ぐすり（ｇｌａｚｅ）　Ｊをかけた緻密な不透過性の、
低損失の真空密な高アルミナ・セラミックでつくる。ケ
ーシング１２の両端の端部５３に薄い金属被膜５４（第
２図および第３図）を設けてろう付を容易にする。この
被膜は厚さ約１ミルの耐火すなわち焼結金属被膜と、そ
の外側のそれより薄い電気メッキして焼結したニッケル
被膜とで構成することができる。セラミック、うわぐす
りおよび金属被膜は、劣化することなく約１０００℃ま
での温度に耐えなければならない。

好適な実施例では、ケーシング１２は高さが約４インチ
、内径が約４．６インチ、壁厚が約０．　２５インチで
ある。

端部材１３および１４は、底部分５１およびこれと一体
で連続した円筒形側壁３８からなるほぼベル形またはカ
ップ形の一体構造体である。底部分５１には、接点ロッ
ドが貫通する中心孔１９が設けられており、また底部分
の湾曲部分５２が側壁３８へつながっている。上述の好
適な実施例では、端部材は高さが約２インチで、円筒形
側壁の内径が約４．８インチである。端部材は金属シー
ト材、例えば＃３０４スチール・シートから形成される
。上述の好適な実施例では、シート材の厚さは約０．０
６インチである。シート材の厚さは、端部材が十分な強
度すなわち接点ロッドと接点の組立体を支持するととも
に大気圧に耐えるのに十分な強度をもつようにに選ばれ
る。円筒形側壁３８および絶縁ケーシング１２の直径は
、側壁３８の端面５５がケーシング１２の端面５３すな
わち金属被膜５４に突合せ接触するように定められる。

ケーシング１２の壁厚は端部材の壁厚よりも実質的に厚
くする。ケーシングと各端部材との間の界面が、絶縁ケ
ーシング１２の内壁面と外壁面とのほぼ中間点に位置す
ることが好ましい。

上記種灯ｉのスチール・シートは非磁性である。

真空遮断器の動作中には磁束が発生する。この磁束は端
部材を通る。もし端部材が磁化可能な材料で作られてい
ると、渦電流が発生し、この渦電流により端部材に望ま
しくない温度上昇が生じる。

絶縁ケーシング１２と端部部材１３および１４とは相異
なる熱膨張係数を有する。ケーシング１２の線膨張係数
は、関心のある温度範囲で、７゜５乃至９．０Ｘ１０’
インチ／インチ／℃である。

＃３０４スチール・シートの線膨張係数はそれより大き
く、約１７．３Ｘ１０’インチ／インチ／°Ｃである。

遮断器外被を組み立てる際、すなわち端部利１３および
１４の端面をケーシング１２の端面にろう付けする際、
外被構成部品は約１０００℃の温度に加熱される。この
結果かなりの膨張差が生じる。具体的には、突合せ接触
しているケーシングと端部材を加熱するにつれて、その
界面に隣接した円筒形側壁３８の部分が半径方向に膨張
する。したがって、側壁３８の端面５５がケーシング１
２の端面５３すなわち金属被膜５４に沿ってケーシング
の外壁面に向って移動する。この外被組立体を冷却する
と、端部材とケーシングとの界面で溶融したろう付は合
金が冷却して凝固する。こうして端部材の端面５５がケ
ーシング１２の端面および金属被膜にろう付けされる。

冷却中は、ケーシング１２と端部材の側壁３８との間に
収縮差が生じる。しかし、それぞれの端面５３および５
５間の界面はその時ろう付けされて固定されている。し
たがって、端部材の端面５５はケーシング１２の端面に
沿って半径方向内方へ移動できない。この結果、端面５
５に隣接する側壁の部分は遮断器の中心軸線に向って内
方へ変形する。

このため、端部材とケーシングの間の界面に大きな応力
が生じる。この残留応力は、端部材とケーシングとの間
のろう付はシールを破断することがある。僅かな破断て
も真空対じがそこなわれて、真空遮断器が動作不能にな
る惧れがある。

本発明によれば、円筒形側壁３８の壁厚を十分に薄くし
て界面での応力を最小にする。壁厚を薄くすると、外波
組立て時の加熱および冷却の際に生じる応力を最小にす
るように壁が十分にたわむことができる。しかし、端部
材全体の壁厚を十分に薄くすることはできない。と云う
のは、全体を薄くすると端部材が過度に弱くなるからで
ある。

さらに、端部材とケーシングとの間に、例えば壁厚の薄
い円筒形の別個の部材を設けるのは望ましくない。そう
すると、外被組立体の各端部に少なくとも１個の余分な
円形の継目が必要になる。このような余分な継目を設け
ることは、余計なコストと労力を必要とするのに加えて
、いつもシールの欠陥および真空シールの破断が生じ易
くなる。

このため、本発明では、端部材の側壁３８の端面５５か
ら底部分５１に向って延在する円筒状部分５６の壁厚を
薄くする。上述の好適な実施例では、側壁の内のこの円
筒状部分５６の壁厚が０゜０５インチ未満、例えば０．
０２インチとなるように側壁の外側を薄くする。この円
筒状部分５６の壁厚は、例えば端部材の残りの部分の壁
厚の約半分以下（６０％未満）にする。

上述の好適な実施例では、円筒状部分５６の幅すなわち
端面５５からの長さは０．１乃至０．５インチ、例えば
約０．３インチである。従って、壁厚の薄い円筒状部分
５６は、端部材の全体の高さく例えば２インチ）のごく
小さな一部を占めるだけである。この円筒状部分５６は
、端部材とケーシングとの間の継目での残留応力を最小
にするのに十分なたわみを生じるための十分な薄さおよ
び長さく高さ）を有する。また逆に、円筒状部分５６の
薄くした壁厚が、遮断器の外被構造の構造的一体性を損
なわない十分な短かさおよび十分な厚さであることを確
かめた。

端部材をろう付は合金により絶縁ケーシング１２に固着
するのが好ましい。この目的のため、ろう材のリング５
７を端部材と絶縁ケーシングの金属端面との間に介在さ
せることができる。ろう材のリング５７はろう付は前に
、例えば端部材の端面５５にスポット溶接するなどして
、仮り付けするのが好ましい。そうすれば、ろう材リン
グ付きの端部材をろう付けのためにケーシング１２に隣
接配置することができる。好適な実施例で用いられるろ
う母合金は融点９２５°Ｃ１凝固温度８８０°Ｃの合金
である。

真空遮断器の組立ては次のように行うことができる。端
部材は金属シート材から、破断の原因となる応力を生じ
ないように形成する。シート祠、例えば＃３０４スチー
ルを最初に焼きなます、すなわち軟化させる。次に端部
材をダイで成形して、底部分５１と円筒形側壁３８から
なるカップ形またはベル形の形状にする。次に側壁３８
を切断して平坦な端面５５を精確に形成する。その後、
上述したように側壁３８の一部を切除すなわちその厚み
を減らすことにより部分５６を形成する。これらの工程
の完了前に端部材を再び焼きなまして、その結果書られ
る端部材が応力のないようにする。

端部材の作製後、内部の部品を慣用技術を用いて組立て
る。例えば、不動端側の構成部品と可動端側すなわち作
動端側の構成部品をそれぞれ別々に適当なろう材のリン
グやシムを用いて組立てることができる。希望に応じて
、先に引用した米国特許出願第７９６１４８号に記載さ
れているように、端部シールドをカップ形の端部材に挿
入することができる。次に不動端側の組立体と可動端側
の組立体を別々にろう付けする。主シールド２６をケー
シング１２内に挿入し、例えばタブまたはクリップ２７
によりケーシングに固定する。最後に、不動端側の組立
体と可動端側（作動端側）の組立体とを絶縁ケーシング
１２に前述の通りに固着し、遮断器をろう付けして排気
する。

本発明の特定の実施例を説明したが、当業者には本発明
の要旨を逸脱することなく種々の変形や改変が可能であ
ることが明らかであろう。従って、このような変形や改
変もすべて本発明の要旨の範囲内に入るものと考える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いた真空遮断器の断面図、第２図は
端部材および端部シールドとこれら部品の固着に用いる
ろう材リングとを示す分解斜視図、 第３図は端部材、絶縁ケーシングおよびろう材のリング
の一部の分解断面図である。 （主な符号の説明） １１・・・外被、１２・・・ケーシング、１３’、１４
・・・端部材、１５．１６・・・接点、１７・・・固定
接点ロッド、１８・・・可動接点ロッド、２６・・・主
シールド、２７・・・クリップ、２８・・・突起、３２
．３３・・・端部シールド、５１・・・底部分、５３．
５６・・・端面、５４・・・金属波膜、５６・・・壁厚
を薄くした円筒状部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）絶縁材料の円筒形ケーシング、ならびに該ケ
   ーシングの両端に密封して接合された金属性の第１およ
   び第２端部材と、 （ｂ）それぞれ上記第１および第２端部材 を貫通しかつ該端部材により支持された可動接点ロッド
   および固定接点ロッドとを含み、 （ｃ）上記端部材の少なくとも一方は、一 体に形成された底部分および円筒形側壁を有する一体構
   造体よりなり、 （ｄ）上記底部分は上記接点ロッドの一方 を支持しており、 （ｅ）上記円筒形側壁は上記円筒形ケーシ ングの対応する一端に固着された端面を有し、（ｆ）上
   記円筒形側壁の内、上記端面から 上記底部分に向って延在する円筒状の一部分の壁厚が、
   上記円筒形側壁の他の部分および上記底部分の壁厚に対
   して実質的に薄くなっていて、この壁厚の薄い円筒状部
   分により上記円筒形側壁と上記ケーシングとの間の熱変
   形差を吸収することを特徴とする真空遮断器。 ２、上記一方の端部材がほぼカップ形の形状である特許
   請求の範囲第１項記載の真空遮断器。 ３、上記円筒状部分の壁厚が上記円筒形側壁の他の部分
   および上記底部分の壁厚の６０％より小さい特許請求の
   範囲第１または２項記載の真空遮断器。 ４、上記円筒状部分の壁厚が０．０５インチより小さい
   特許請求の範囲第３項記載の真空遮断器。 ５、上記円筒状部分の幅が０．１乃至０．５インチの範
   囲にある特許請求の範囲第３項記載の真空遮断器。 ６、上記ケーシングの両端には金属化層が設けられてお
   り、上記円筒形側壁の端面が実質的に平坦であって、上
   記ケーシングの対応する一端に設けられた金属化層にろ
   う付けされている特許請求の範囲第１または２項記載の
   真空遮断器。 ７、上記少なくとも一方の端部材が厚さの実質的に均一
   な金属シート材から形成され、上記円筒状部分の壁厚が
   この均一な壁厚に対して薄くなっている特許請求の範囲
   第１項記載の真空遮断器。 ８、上記円筒状部分の壁厚がその外周で薄くされている
   特許請求の範囲第７項記載の真空遮断器。 ９、（ａ）絶縁材料の円筒形ケーシング、ならびにこの
   ケーシングの両端に密封して接合された金属性の第１お
   よび第２端部材を含み、 （ｂ）上記第１および第２端部材の各々は、一体に形成
   された底部分および円筒形側壁を有する一体構造体より
   なり、 （ｃ）上記第１および第２端部材の底部分 はそれぞれ可動接点ロッドおよび固定接点ロッドを遮断
   器の長さ方向中心軸線と同軸に支持しており、 （ｄ）上記第１および第２端部材の各々の 円筒形側壁は上記ケーシング対応する一端に固着された
   端面を有し、該円筒形側壁の内、該端面から上記底部分
   に向って延在する円筒状の一部分の壁厚が、該円筒形側
   壁の他の部分および該底部分の壁厚に対して実質的に薄
   くなっていて、この壁厚の薄い円筒状部分により該円筒
   形側壁と上記ケーシングとの間の熱変形を吸収すること
   を特徴とする真空遮断器。 １０、上記端部材が上記円筒状部分の薄い壁厚を除いて
   は実質的に均一な壁厚の金属シート材から形成されてい
   る特許請求の範囲第９項記載の真空遮断器。 １１、上記端部材の各々がほぼカップ形の形状である特
   許請求の範囲第１０項記載の真空遮断器。 １２、上記可動接点ロッドおよび上記固定接点ロッドの
   まわりには主シールドが同心に配置されていて、該主シ
   ールドは上記ケーシングに固着されている特許請求の範
   囲第９または１０項記載の真空遮断器。 １３、上記ケーシングが少なくとも１個の内部突起を有
   し、上記主シールドがロック用タブを有し、該タブが上
   記内部突起に係合している特許請求の範囲第１２項記載
   の真空遮断器。 １４、上記第１および第２端部材の円筒形側壁にほぼ円
   錐形の第１および第２端部シールドがそれぞれ固着され
   ている特許請求の範囲第１２項記載の真空遮断器。 １５、絶縁材料の円筒形ケーシングと該ケーシングにろ
   う付けされかつ接点ロッドを支持する端部材とで構成さ
   れた外被を含む真空遮断器を製造する方法において、 （ａ）所定の厚さのシート材を焼きなまし、（ｂ）この
   シート材から、孔を設けた底部分およびこの底部分と一
   体であって端面で終端する円筒形側壁を有するほぼカッ
   プ形状の端部材を形成し、 （ｃ）上記円筒形側壁の内、その上記端面から上記底部
   分に向って延在する一部分の壁厚を薄くし、 （ｄ）上記カップ形の端部材を焼きなまして内部の応力
   を除去し、 （ｅ）接点保持ロッド組立体を上記端部材の孔に挿入し
   てろう付けし、 （ｆ）円筒形絶縁ケーシングの両端の少なくとも一方に
   金属化被膜を設け、 （ｇ）上記端部材の端面を上記円筒形絶縁ケーシングの
   金属化被膜にろう付けし、これにより円筒形側壁の肉厚
   を薄くした部分が変形して上記端部材と上記絶縁ケーシ
   ングとの界面での残留応力を除くようにした工程を含む
   真空遮断器の製造方法。