真空阀

本申请以日本专利申请2021-120677(申请日：2021年7月21日)为基础而享受该申请的优先权。本申请通过参照该申请而包含该申请全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及一种真空阀。

背景技术

作为设置于大厦、大型设施的受配电用的开闭装置，例如已知有具备切断器、断路器等开闭器的开关机构。在开关机构中，作为开闭器的构成要素而应用真空阀。真空阀的内部通过绝缘容器维持为一定的绝缘状态，在该绝缘容器的内部能够接触分离地收纳有一对电极。在该情况下，通过对一对电极进行接触分离操作，由此进行事故电流的切断、负载电流的开闭，从开关机构稳定地供给电力。

然而，在从通电状态转移到电流切断状态时，在使真空阀开放(即，使一对电极分离)时，由于在电极彼此之间产生的电弧放电(以下，称作电弧)，例如有时电极彼此的对置面(以下，称作电极对置面)被局部地加热而表面温度上升。

此时，根据表面温度的上升程度，例如从电极对置面喷出金属蒸汽或者电极对置面的一部分熔融(熔解)。于是，真空阀的真空度劣化，切断性能(绝缘性能)降低。

为了避免这种事态发生，只要使电弧不局部地停滞即可。因此，在现有的真空阀中，例如通过在双方的电极上设置狭缝(槽部)来限制电流的路径，而对电弧施加半径方向的磁场。此时，对电弧作用基于弗莱明左手定则的洛伦兹力。由此，能够在圆周方向上驱动电弧。

但是，例如，根据真空阀的大小、使用环境的不同，能够假定由于对电弧施加的磁场降低，因此作用于电弧的洛伦兹力变得不充分的情况。在该情况下，由于难以在圆周方向上驱动电弧，因此电弧会停滞在特定位置。于是，难以避免金属蒸汽的喷出、电极对置面的局部熔融(熔解)，其结果，无法实现真空阀的真空度的劣化防止、切断性能(绝缘性能)的降低防止。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种真空阀，在真空阀的开放时(使一对电极分离时)，能够使在电极彼此之间产生的电弧不停滞在特定位置而沿着圆周方向驱动。

根据实施方式，真空阀具有一对电极，该一对电极被定位于以能够接触分离的方式对置的位置，并具备由多个槽部划分而成的电极对置面，在一对电极中，与电极对置面邻接的对置区域的电流密度高于对置区域以外的电流密度。

附图说明

图1是表示一个实施方式的真空阀的内部构造的图。

图2是在电极彼此之间产生了电弧的状态下的一对电极的立体图。

图3是表示图2所示的电极的内部构造的图。

图4是表示第1变形例的电极的内部构造的图。

图5是表示第2变形例的电极的内部构造的图。

图6是表示第3变形例的电极的内部构造的图。

图7是表示第4变形例的电极的内部构造的图。

具体实施方式

[一个实施方式]

图1是本实施方式的真空阀P的内部构造图。真空阀P具有固定电极E1、可动电极E2、绝缘容器1(也称作真空容器)、固定侧密封部件2、可动侧密封部件3、气密维持机构4以及电弧屏蔽件5。固定电极E1、可动电极E2、气密维持机构4、电弧屏蔽件5收纳于绝缘容器1。

在图1的例子中，绝缘容器1例如由氧化铝陶瓷等绝缘材料成型为中空圆筒形状。固定侧密封部件2以及可动侧密封部件3例如由以不锈钢为主要成分的金属材料构成。

如图1所示，中空圆筒形的绝缘容器1成为以对真空阀P的中心进行规定的假想轴线Px为中心的同心圆状。从假想轴线Px方向观察，绝缘容器1的两端开口。双方的开口(固定侧开口K1、可动侧开口K2)由固定侧密封部件2以及可动侧密封部件3覆盖。具体而言，固定侧密封部件2经由固定侧密封配件6将绝缘容器1的一方的固定侧开口K1封闭。可动侧密封部件3经由可动侧密封配件7将绝缘容器1的另一方的可动侧开口K2封闭。

电弧屏蔽件5例如由以铜、不锈钢等为主要成分的金属材料构成。电弧屏蔽件5成为中空圆筒形状，并固定于绝缘容器1。电弧屏蔽件5被配置成，在其内部(内侧)收纳固定电极E1的固定触点8以及可动电极E2的可动触点10。另外，作为电弧屏蔽件5的固定方法，除了固定于绝缘容器1以外，例如还能够假定固定于固定侧密封部件2、可动侧密封部件3的情况。

固定电极E1以及可动电极E2以假想轴线Px为中心构成为同心状，并且沿着假想轴线Px排列地延伸。在该状态下，固定电极E1与可动电极E2被定位为，各自的电极对置面E1s、E2s平行地对置。

固定电极E1具备固定触点8以及固定通电轴9。可动电极E2具备可动触点10以及可动通电轴11。上述的一方的电极对置面E1s设置于固定触点8，另一方的电极对置面E2s设置于可动触点10。固定通电轴9以及可动通电轴11成为具有彼此相同直径的圆柱形状，由电导率较高的材料(例如，Cu)构成。

固定触点8以及可动触点10以双方的电极对置面E1s、E2s平行地对置的方式相互对置地配置。固定触点8与固定通电轴9的一端连接，固定通电轴9的另一端经由固定侧密封部件2以无法沿着假想轴线Px移动的方式固定于真空阀P。可动触点10与可动通电轴11的一端连接，可动通电轴11的另一端经由可动侧密封部件3与未图示的操作机构连结。另外，关于固定触点8以及可动触点10的构造以及材质，将在后述的图2以及图3的说明中详细叙述。

此处，如图1所示，通过操作机构使可动通电轴11沿着假想轴线Px移动。由此，能够使可动触点10相对于固定触点8接触分离，具体而言，能够使双方的电极对置面E1s、E2s接触分离。其结果，能够对真空阀P进行开闭操作(即，对一对电极E1、E2进行接触分离操作)。

进而，在可动通电轴11与可动侧密封部件3之间配置有气密维持机构4。气密维持机构4由具有伸缩性的波纹管构成，波纹管(气密维持机构)4例如由不锈钢等的较薄的金属构成。波纹管4成为能够在假想轴线Px方向上进行伸缩的蛇腹状，且无间隙地覆盖可动通电轴11的外侧。

波纹管4的一端与可动侧密封部件3无间隙地接合，另一端与可动通电轴11无间隙地接合。由此，绝缘容器1的内部始终被维持为气密状态(即，真空状态)。其结果，在真空阀P的开闭操作时，在使可动通电轴11沿着假想轴线Px移动的期间，大气(空气)也不会侵入绝缘容器1的内部。

然而，在真空阀P的开放时(即，使一对电极E1、E2分离时)，由于在电极E1、E2彼此之间(具体而言，电极对置面E1s、E2s彼此之间)产生的电弧Arc，例如有时从电极对置面E1s、E2s喷出金属蒸汽或者电极对置面E1s、E2s局部地熔融(熔解)。为了避免这种事态发生，只要使电弧Arc不停滞在特定位置而沿着圆周方向驱动即可。

因此，在本实施方式的真空阀Px中，在一对电极E1、E2(具体而言，固定触点8、可动触点10)中，应用使在电极E1、E2彼此之间产生的电弧Arc不停滞在特定位置而沿着圆周方向驱动的构造以及材质。

图2是固定触点8以及可动触点10的外部构造图。图3是固定触点8以及可动触点10的内部构造图。在图2以及图3的例子中，固定触点8以及可动触点10构成为，成为具有彼此相同大小的圆板形状，并具有彼此相同的构造以及材质。固定触点8以及可动触点10分别具有电导率(电阻率)不同的多层构造。

如图2以及图3所示，固定触点8构成为包括固定侧对置区域8a以及支承固定侧对置区域8a的固定侧支承区域8b的多层构造。固定侧对置区域8a与上述电极对置面E1s邻接地设置。固定侧支承区域8b与电极对置面E1s的相反侧的固定侧对置区域8a邻接地设置。

可动触点10构成为包括可动侧对置区域10a以及支承可动侧对置区域10a的可动侧支承区域10b的多层构造。可动侧对置区域10a与上述电极对置面E2s邻接地设置。可动侧支承区域10b与电极对置面E2s的相反侧的可动侧对置区域10a邻接地设置。

另外，固定侧对置区域8a与固定侧支承区域8b的接合方法以及可动侧对置区域10a与可动侧支承区域10b的接合方法，例如只要应用摩擦压接、银焊即可。在摩擦压接中，通过利用基于摩擦产生的热，将双方的区域8a、8b进行接合。在银焊中，通过使熔点比双方的区域8a、8b低的合金熔化而作为一种粘接剂加以利用，由此能够不使区域8a、8b熔融地将双方的区域8a、8b进行接合。根据这种接合方法，能够将区域8a、8b彼此牢固地接合，其结果，能够延长固定触点8以及可动触点10的耐用年数。

此处，当着眼于上述固定通电轴9与固定触点8之间的连接关系时，固定通电轴9贯通固定侧支承区域8b而相对于固定侧对置区域8a以面状无间隙地连接。同样，当着眼于上述可动通电轴11与可动触点10之间的连接关系，可动通电轴11贯通可动侧支承区域10b而相对于可动侧对置区域10a以面状无间隙地连接。由此，能够降低通电时的电损失。另外，通电轴9、11与触点8、10之间的连接方法，也是只要应用上述的摩擦压接、银焊即可。

此外，从沿着假想轴线Px的方向观察，固定触点8以及可动触点10的厚度、具体为上述对置区域8a、10a以及支承区域8b、10b的厚度，例如根据真空阀P的大小、使用环境来设定，因此不特别进行数值限定。在该情况下，通过由支承区域8b、10b支承对置区域8a、10a，由此能够将固定触点8以及可动触点10的机械强度确保为一定。

进而，在固定触点8上，除了固定侧对置区域8a以及固定侧支承区域8b之外，还设置有多个槽部12(也称作狭缝)。在图2以及图3中，作为一例设置有3个槽部12。这3个槽部12为，避开固定通电轴9，并且以上述假想轴线Px为中心向放射方向呈螺旋状(也称作螺线状)延伸，且沿着圆周方向等间隔地配置。

各个槽部12从电极对置面E1s贯通固定侧对置区域8a且贯通固定侧支承区域8b而延伸。此时，在由这3个槽部12划分的固定触点8中构成有呈螺旋状延伸的3个叶片部14。

这3个叶片部14以假想轴线Px为中心向放射方向延伸，且沿着圆周方向等间隔地配置。因此，能够实现具有由这些槽部12划分的电极对置面E1s的固定触点8(即，螺线固定电极E1)。

进而，在可动触点10上，除了可动侧对置区域10a以及可动侧支承区域10b之外，还设置有多个槽部13(也称作狭缝)。在图2以及图3中，作为一例设置有3个槽部13。这3个槽部13为，避开可动通电轴11，并且以假想轴线Px为中心向放射方向呈螺旋状(也称作螺线状)延伸，且沿着圆周方向等间隔地配置。

各个槽部13从电极对置面E2s贯通可动侧对置区域10a且贯通可动侧支承区域10b而延伸。此时，在由这3个槽部13划分的可动触点10中构成有呈螺旋状延伸的3个叶片部15。

这3个叶片部15以假想轴线Px为中心向放射方向延伸，且沿着圆周方向等间隔地配置。因此，能够实现具有由这些槽部13划分的电极对置面E2s的可动触点10(即，螺线可动电极E2)。

此处，当着眼于槽部12、13与叶片部14、15之间的位置关系时，在固定触点8以及可动触点10被定位于沿着假想轴线Px对置的位置的状态下，双方的槽部12、13具有相互对置且沿着假想轴线Px排列的位置关系。由此，双方的叶片部14、15也具有相互对置且沿着假想轴线Px排列的位置关系。

进而，在上述那样的具有多层构造的电极E1、E2(触点8、10)中，优选与电极对置面E1s、E2s邻接的对置区域8a、10a的电流密度被设定得最高。电流密度是指，在与单位面积垂直的方向上在单位时间内流动的电量(电荷量)。

为了应对该情况，在固定触点8中，固定侧对置区域8a与固定侧支承区域8b具有互不相同的电导率(电阻率)。在可动触点10中，可动侧对置区域10a与可动侧支承区域10b具有互不相同的电导率(电阻率)。

具体而言，对置区域8a、10a的电导率被设定得高于对置区域8a、10a以外(即，支承区域8b、10b)的电导率。换言之，对置区域8a、10a的电阻率被设定得低于对置区域8a、10a以外(即，支承区域8b、10b)的电阻率。

由此，对置区域8a、10a的电流密度高于对置区域8a、10a以外(即，支承区域8b、10b)的电流密度。在该情况下，在真空阀P的开闭时，从通电轴9、11经由触点8、10流动的交流电流16的大部分集中于对置区域8a、10a。其结果，在使一对电极E1、E2分离时，能够使交流电流16与在电极E1、E2彼此之间产生的电弧Arc邻接(接近)地流动。

另外，对置区域8a、10a被要求通电性以及耐弧性(也称作耐电弧性)，因此作为对置区域8a、10a的材质，例如优选应用Cu、Ag等通电材料与Cr、W、WC等耐弧材料的合金。与此相对，支承区域8b、10b被要求电流抑制特性，因此作为支承区域8b、10b的材质，例如优选应用以SUS等为主要成分的通电性成分的含有量较少的合金。

并且，触点8、10也可以构成为，将对置区域8a、10a以及支承区域8b、10b中的一方或者双方的相对磁导率设定为1以上(1≤相对磁导率)。在该情况下，在由于在叶片部14、15中流动的交流电流16而产生的磁通(基于右手螺旋定则)的路径上夹设有磁导率较高的部分。于是，对该磁通的路径进行规定的叶片部14、15的磁阻降低。由此，即使是相同的磁通势(交流电流16)，在叶片部14、15产生的磁通也会增加，其结果，触点8、10彼此之间的磁通密度增加。因此，对电弧Arc施加的磁场Mf增加。

接着，作为真空阀P的动作的一例，假定从通电状态转移到电流切断状态的情况来进行说明。在图2以及图3的例子中，在使真空阀P开放(即，使一对电极E1、E2分离)时，交流电流16从固定通电轴9经由固定触点8以及可动触点10向可动通电轴11流动。在此期间，在电极E1、E2彼此之间产生电弧Arc，直到交流电流16到达零点为止。

在该状态下，从固定通电轴9向固定触点8流入的交流电流16的大部分沿着叶片部14的固定侧对置区域8a流动。接着，交流电流16通过电弧Arc向可动触点10流入。流入到可动触点10的交流电流16的大部分沿着叶片部15的可动侧对置区域10a流动。之后，交流电流16通过可动通电轴11流出。

此时，在叶片部14、15中流动的交流电流16的大部分沿着与电弧Arc的两侧邻接的对置区域8a、10a流动。换言之，交流电流16最接近电弧Arc，并且沿着对置区域8a、10a流动。由此，对电弧Arc施加的磁场Mf不会降低而始终维持为一定。其结果，对电弧Arc稳定地作用基于弗莱明左手定则的洛伦兹力Lf。因此，电弧Arc不会停滞在特定位置而沿着圆周方向驱动。

以上，根据本实施方式，交流电流16的大部分沿着对置区域8a、10a且与电弧Arc邻接(接近)地流动。在该情况下，对电弧Arc施加的磁场Mf始终维持为一定。由此，通过稳定的洛伦兹力Lf，能够使电弧Arc连续地移动。其结果，能够与真空阀P的大小、使用环境无关地实现真空度的劣化防止、切断性能(绝缘性能)的降低防止。

根据本实施方式，通电轴9、11贯通支承区域8b、10b而相对于对置区域8a、10a以面状无间隙地连接。在该情况下，通电轴9、11与触点8、10中的电流密度最高的对置区域8a、10a直接连接。由此，能够降低通电时的电损失，并且在电流切断时能够使交流电流16的大部分沿着与电弧Arc的两侧邻接的对置区域8a、10a流动。其结果，在电流切断时，能够对电弧Arc施加足以使该电弧Arc不停滞地驱动的磁场Mf。

根据本实施方式，电导率较高(电阻率较低)的对置区域8a、10a由支承区域8b、10b支承。由此，能够将触点8、10的机械强度确保为一定。其结果，能够延长固定触点8以及可动触点10的耐用年数。

根据本实施方式，在触点8、10中，将对置区域8a、10a以及支承区域8b、10b中的一方或者双方的相对磁导率设定为1以上(1≤相对磁导率)。在该情况下，在由于在叶片部14、15中流动的交流电流16而产生的磁通的路径上夹设有磁导率较高的部分。于是，对该磁通的路径进行规定的叶片部14、15的磁阻降低。由此，即使是相同的磁通势(交流电流16)，在叶片部14、15产生的磁通也会增加。其结果，能够使触点8、10彼此之间的磁通密度增加。因此，能够使对电弧Arc施加的磁场Mf增加。

[第1变形例]

图4是第1变形例的固定触点8以及可动触点10的内部构造图。如图4所示，在触点8、10的对置区域8a、10a的范围内，槽部12、13具有朝向电极对置面E1s、E2s开口的凹处12p、13p。凹处12p、13p被设定得比槽部12、13宽(大)。

在图4的例子中，凹处12p、13p成为截面矩形状的立体轮廓，但并不限定于此，也可以应用朝向电极对置面E1s、E2s扩展的截面梯形状、截面圆弧状的立体轮廓。另外，其他构成与上述实施方式相同，因此省略其说明。

根据第1变形例，例如，在由于电弧Arc而电极对置面E1s、E2s的一部分熔融(熔解)的情况下，能够使其熔融(熔解)物流入凹处12p、13p而贮存。其结果，能够将短路等不良情况的产生防患于未然。

根据第1变形例，通过将凹处12p、13p构成在对置区域8a、10a的范围内，由此支承区域8b、10b的强度被维持为一定，其结果，能够防止触点8、10整体的机械强度的降低。另外，其他效果与上述实施方式相同，因此省略其说明。

[第2变形例]

图5是第2变形例的固定触点8以及可动触点10的内部构造图。如图5所示，槽部12、13成为有底构造。即，槽部12、13从电极对置面E1s、E2s贯通对置区域8a、10a但不贯通支承区域8b、10b地延伸。另外，其他构成与上述实施方式相同，因此省略其说明。

根据第2变形例，有底的槽部12、13成为使其整体发挥与上述凹处相同功能的构造。由此，例如，在由于电弧Arc而电极对置面E1s、E2s的一部分熔融(熔解)的情况下，能够使其熔融(熔解)物流入槽部12、13而贮存。

在该情况下，也可以对于有底的槽部12、13增设上述第1变形例的凹处12p、13p。由此，能够进一步提高熔融(熔解)物的贮存效果。另外，其他效果与上述实施方式相同，因此省略其说明。

此处，在具有有底的槽部12、13的触点8、10中，根据向对置区域8a、10a以及支承区域8b、10b的一方或者双方添加的材料不同，需要新增设使支承区域8b、10b断续化的槽部12g、13g(也称作狭缝)。

例如，当作为添加材料而假定是强磁性材料时，在真空阀P的开放时，有时在支承区域8b、10b中以通电轴9、11为中心而在圆周方向上产生涡电流。在该情况下，在与为了驱动电弧Arc而对该电弧Arc施加的磁场Mf的方向相反的方向上，产生基于涡电流的磁通(即，磁场的方向)。于是，无法将对电弧Arc施加的磁场Mf的强度维持为一定、即稳定化。

为了使对电弧Arc施加的磁场Mf的强度稳定化，需要切断在支承区域8b、10b中流动的涡电流。因此，沿着切断涡电流的方向、例如与涡电流正交的方向(换言之，以通电轴9、11为中心的放射方向)增设槽部12g、13g。在图5的例子中，将支承区域8b、10b的一部分切除而构成槽部12g、13g。此时，在从通电轴9、11侧对支承区域8b、10b进行平面观察时，支承区域8b、10b成为如字母C那样的轮廓形状。由此，涡电流的路径被切断，其结果，能够防止涡电流的発生。因此，能够使对电弧Arc施加的磁场Mf的强度稳定化。

[第3变形例]

图6是第3变形例的固定触点8以及可动触点10的内部构造图。如图6所示，在通电轴9、11贯通了支承区域8b、10b的部分(范围)，电极E1、E2具备对在通电轴9、11与支承区域8b、10b之间流动的电流进行抑制的通电抑制部17。通电抑制部17与通电轴9、11周围邻接地设置。

通电抑制部17为，从沿着假想轴线Px的方向观察，可以设定为与支承区域8b、10b相同的厚度，或者也可以设定得比支承区域8b、10b薄。在图6中作为一例，通电抑制部17被设定得比支承区域8b、10b薄。

通电抑制部17为，能够通过沿着通电轴9、11周围连续或者断续地设置切断交流电流16的绝缘材料而构成。作为绝缘材，例如只要应用陶瓷、玻璃等固体绝缘材料即可。

除此以外，通电抑制部17为，能够通过使接触部17p和非接触部(未图示)沿着通电轴9、11周围交替地连续而构成，该接触部17p使通电轴9、11与支承区域8b、10b直接接触，该非接触部使通电轴9、11与支承区域8b、10b不接触。作为非接触部，只要在通电轴9、11与支承区域8b、10b之间构成空间的间隙即可。另外，其他构成与上述实施方式相同，因此省略其说明。

根据第3变形例，能够大幅度抑制从通电轴9、11向支承区域8b、10b的交流电流16的流入量。由此，能够使从通电轴9、11向对置区域8a、10a的交流电流16的流入量增加。其结果，能够使对电弧Arc施加的磁场Mf增加。另外，其他效果与上述实施方式相同，因此省略其说明。

[第4变形例]

图7是第4变形例的固定触点8以及可动触点10的内部构造图。如图7所示，通电轴9、11贯通支承区域8b、10b而相对于对置区域8a、10a以面状无间隙地连接。在该状态下，通电轴9、11以其一部分(例如，前端部分9p、11p)埋入对置区域8a、10a内的方式与对置区域8a、10a连接。另外，其他构成与上述实施方式相同，因此省略其说明。

根据第4变形例，能够使与电流密度最高的对置区域8a、10a直接连接的通电轴9、11的连接范围增加。由此，能够同时实现通电时交流电流16的通电量的提高、以及电流切断时向对置区域8a、10a的交流电流16的流动量的提高。另外，其他效果与上述实施方式相同，因此省略其说明。

以上，对本发明的一个实施方式以及几个变形例进行了说明，但这些实施方式以及变形例是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这些实施方式以及变形例能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式以及变形例包含于发明的范围及主旨中，并且包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。