JPH0210679A - 真空放電装置 - 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】 【産業上の利用分野】

この発明は、真空スイッチ管、真空避雷管、真空ヒユー
ズ、真空トリガトロンなどの真空放電装置に関し、特に
、器壁両端に形成した一対のメタライズ層の電位が電極
と同電位に構成された絶縁容器を有し、この絶縁容器の
内湯面および外温面の絶縁耐力の向上を図った真空放電
装置に関するものである。

【従来の技術】

第６図は従来の真空放電装置として、例えば特公昭５９
−２７０５０号公報に示された真空スイッチ管の縦断面
図であり、図において、■はストレート円筒形状に形成
されたアルミナ・セラミック製の絶縁容器、１ａはこの
絶縁容器１の内壁面中央部に一体形成された帯状突出部
、２はこの帯状突出部１ａに取付部材３を介して外周面
中央部が取付けられた金属製の中間シールド筒、４，５
は上記絶縁容器１の両端部に形成されたメタライズ層、
６．７はこれらのメタライズ層４，５にろう付けされて
上記絶縁容器１内を真空気密状態に封止する上下の封着
金具、８はその下側の封着金具７の中ノｑ・部に取付け
られ、上記中間シールド筒２内に下方から臨ませた金属
製のベローズ、９は上記上側の封着金具６の中心部に貫
通支持されて上記中間シールド筒２の上方内部に臨ませ
た一方の電極棒、９ａはこの電極棒９の先端に設けられ
た一方の電極、１０は上記ベローズ８の中心部に貫通支
持されて上記中間シールド筒２の下方内部に臨ませた他
方の電極棒、１０ａはこの電極棒１０の先端に設けられ
て上記一方の電極９ａに接近・離間させるための他方の
電極、Ｌは上記メタライズ層４，５間の間隙長である。 次に、上記絶縁容器１の機能について説明すると、その
主な機能は、■真空容器の一部を構成すること、■電極
９ａ、１０ａの開極時にはこれらの両電極間を電気的に
絶縁すること、■金属製中間シールド筒２を画電極９ａ
、１０ａから電気的に接続して支持することにある。 また、上記絶縁容器Ｉの性能条件としては、■ろう付け
、排気などの製作工程や短絡電流遮断時の厳しい熱的衝
撃に耐えること、＠排気中または排気後に実施されるコ
ンディショニング工程（製作工程）で沿面閃絡や絶縁容
器１の貫通破壊が生じないこと、◎電流遮断の繰返しに
より電極物質が絶縁容器１内面に付着してくるが、それ
によって絶縁耐力が所要の定格耐電圧よりも劣化しない
こと、■使用環境の塩分や塵埃による外沿面の汚損に対
して、所要の絶縁耐力を維持できること、■画電極の開
閉動作に伴う機械的衝撃や振動に耐えること、などの性
能が要求される。 しかるに近年、真空スイッチ管に対する小型化の要求は
益々強まっており、このために電極直径や絶縁容器１の
内壁直径が与えられた場合に、上述の機能、性能を維持
しつつ如何にして最小寸法で且つ最適構造の絶縁容器１
を構成するか、という課題が重要になってきた。 次に、上記セラミック製絶縁容器１の製作手順について
説明する。まず、一般にアルミナ粉体を調合し、ラバー
プレス法により円筒を形成し、該円筒成形体を切削加工
により仕上げた後、約１６５０°Ｃの大気中で高温焼結
する。次いで、上記円筒成形体から成る上記絶縁容器１
の外面に施釉して焼付け、更に上記絶縁容器１の端部に
ＭｏとＭｎを主体とするペーストを塗布し、乾燥し、１
４００〜１５００°Ｃの高温で焼付ける。この焼付けに
よって、絶縁物であるセラミックの表面が金属化される
ことにより、いわゆるメタライズ層４，５が形成される
。その後、上記メタライズ層４，５にはＮｉメツキを施
し、これを焼付ける。 このようにして製作された絶縁容器１は、メタライズ層
４．５にろう材（図示せず）を配置し、封着金具６．７
が約８００℃の高温度でろう付けされる。そして、上述
の封着金具６，７やベローズ８および中間シールド筒２
と取付部材３．並びに電極棒９．１０等の各部品を適時
に組合わせて、ろう付けや溶接等により真空スイッチ管
が組立てられ、該組立後の真空スイッチ管を５００℃以
上の高温度で加熱排気して真空密封する。 また、上記排気中または排気後におけるコンディジ式ニ
ングと称する製作工程では、画電極９ａ。 １０ａ間に高電圧を印加して、真空絶縁破壊を繰返しつ
つ、順次、絶縁耐力を高めていく。この際の印加電圧は
、真空スイッチ管の定格耐電圧、例えば３．３Ｋｖ用で
はＡＣｌｏＫｖ、３６Ｋｖ用ではＡ　Ｃ７０Ｋ　ｖより
も蟲かに高い値である。 以上のように製作された従来の真空スイッチ管では、コ
ンディショニング中に絶縁容器１の貫通破壊がしばしば
発生し、製作歩留を低下させていた。特に、上記メタラ
イズ層４．５の近傍や帯状突出部１ａの近傍は電界が集
中するので貫通破壊を生じ易い。 かかる真空スイッチ管は高電圧の電路において、２０年
以上にわたって使用され、その間に使用環境の塵埃や塩
分を含む雰囲気によって絶縁容器１の外沿面が汚損され
、また多数回の電流遮断によって絶縁容器１の内湯面が
電極物質で覆われてくる。 従って、製作完成時に保有していた絶縁容器１の耐電圧
性能は、使用年数とともに次第に劣化し、遂には所要の
定格耐電圧に耐え得なくなる。また、台風や大雪による
塩害や湿潤、或いは聾雷や電路の開閉時に発生する過渡
的異常電圧によって、絶縁容器１の外部閃絡または内部
閃絡が発生し、これが引金となって前述のメタライズ層
４．５または帯状突出部１ａの近傍で絶縁容器１に貫通
破壊を生じることがあった。この貫通破壊は真空スイッ
チ管において致命的不具合である。 以上に述べた製作段階及び使用段階における絶縁容器１
の貫通破壊を抑制するために、従来は次の手段が採られ
てきた。ｆａｔ絶縁容器１の全長を長くすることにより
、メタライズ層４．５間の間隙長りを大きくする。（ｂ
）ラバープレス成形後の切削加工で絶縁容器１の外面に
波形ひだを設ける。第７図はその一例として米国特許第
３，８５７．００５号に示された真空スイッチ管の縦断
面図であり、図において、ｌｄｌは上記絶縁容器１の外
面に切削加工で形成された波形ひたであり、この波形ひ
だｌｄｌによって、上記絶縁容器１の外温面長β。 を長くする。（Ｃ）第６図における上記絶縁容器１の直
径を大きくすることにより、電極９ａ、ｌｏａ。 中間シールド筒２．絶縁容器工の内壁相互の間隙を広げ
て、真空内部の閃絡電圧を高める。（ｄ）コンディショ
ニングや使用環境における周囲媒体として、絶縁油やＳ
Ｆ、ガスを用いることにより、外部閃絡電圧を高める。 しかし、上記の貫通破壊を生じる原因を詳細に検討した
結果、閃絡電圧の強化は外沿面だけでな（内湯面も同時
に同等に強化する必要があること、および乾式成形法で
あるラバープレスではアルミナ粉体の摩擦力により粉体
の流動性が妨げられて肉厚が厚くなる程、絶縁容器１内
にピンホール欠陥が生じ易く、これに異常な電界集中が
生じるため貫通破壊を発生することが判った。

【発明が解決しようとする諜Ｂ］ 従来の真空放電装置は異常のように構成されているので
、製作段階や使用段階において、セラミック製の絶縁容
器１の器壁に貫通破壊が生じる危険があり、これを抑制
するためには絶縁容器１の全長や直径を大きくしたり、
ラバープレス成形後の切削加工によって外沿面に波形ひ
たｌｄｌを設けたり、コンディショニングや使用環境に
絶縁油やＳＦ６ガスを使わねばならず、真空スイッチ管
を小型・軽量化し、経済的に製作、使用する上で重大な
障害になるという問題点があった。 この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、絶縁容器の外沿面および内湯面における閃絡
電圧を同時に同等に強化するとともに、均質且つ均肉で
ピンホール欠陥が生じない絶縁容器を有する真空放電装
置を得ること、および、電極直径や絶縁容器内壁の最小
直径が与えられた場合に、真空スイッチ管の製作段階で
熱衝撃やコンディショニング、電圧に耐えて、使用段階
では開閉時の機械衝撃や電極物質による内面汚損や塩分
の付着による外面汚損に耐え、しがも最小寸法で最軽量
の絶縁容器で構成された経済的な真空放電装置を得るこ
とを目的とする。 【課題を解決するための手段】 この発明に係る真空放電装置は、泥漿鋳込法により形成
されて内面および外面に波形ひだを有し、且つ、該波形
ひだの谷部肉厚がほぼ均一なセラミック筒で絶縁容器を
構成すると共に、その内沿面長および外温面長を上記セ
ラミック筒の両端部に設けた一対のメタライズ層の間隙
長よりも長くしたものである。

【作　用】

この発明における真空放電装置は、絶縁容器がセラミッ
ク筒から成り、このセラミック筒の内面および外面に設
けられた波形ひだによって、上記絶縁容器の内外両沿面
の沿面長が該絶縁容器（セラミック筒）の両端部に設け
た一対のメタライズ層間の間隙長よりも長くなる。従っ
て、上記一対のメタライズ層間の表面漏洩電流が減少し
、かつ、上記絶縁容器の内外両面における沿面閃絡電圧
が向上する。また、上記波形ひだは、その内面谷部の肉
厚がほぼ均一になるように構成されているので、ピンホ
ール欠陥が無く均質で、機械的衝撃力に強い絶縁容器が
得られ、その絶縁耐力が向上すると共に、所要の電極直
径や絶縁容器の内壁直径に対して、最小寸法で且つ最小
重量で絶縁容器を構成することが可能となり、真空放電
装置の一層の小型化、軽量化を可能とする。

【実施例】

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例による真空放電装置の縦断面図
、第２図は同要部の拡大断面図であり、第６図および第
７図との同一または相当部分には同一符号を付して重複
説明は省略する。図において、■は泥漿鋳込法により成
形されたアルミナ・セラミック製の円筒体から成る絶縁
容器、１ｂはこの絶縁容器１の上端円筒部、ＩＣは上記
絶縁容器１の下端円筒部、１ｄ２は上記上端円筒部１ｂ
と上記下端円筒部ＩＣとの間における上記絶縁容器１の
器壁の内面および外面に形成された波形ひた、１ｅはこ
の波形ひだｌｄ２の谷部１ｅで、この谷部１ｅの肉厚は
全長に亘ってほぼ均一に形成されている。ｌｅｌは上記
谷部１ｅにおいて中間シールド筒２が取付けられるシー
ルド筒取付用の谷部で、この谷部１ｅｌは他の上記谷部
１ｅより内側への突出量が大きく形成されている。 １ｆは上記波形ひだ１ｄ２の山部、１ｇは上記波形ひだ
１ｄ２の外壁における深さである。また、πｌは上記波
形ひだ１ｄ２の外面における上記谷部１ｅの外径最小曲
率半径、π２は上記谷部１ｅの内径曲率半径、π３は上
記波形ひだ１ｄ２に外面における上記山部１ｆの外径最
小曲率半径、π４は上記山部ｉｆの内径曲率半径、ｔは
上記山部１ｆの肉厚で、上記谷部１ｅの外径最小曲率半
径πｌとほぼ等しい肉厚に形成されている。θは上記絶
縁容器１の軸に平行な面と上記波形ひだ１ｄ２の直線部
の面とが成す角度である。２ａは上記中間シールド筒２
に形成された外面膨出部、３は上記中間シールド筒２の
上端小径筒部の外面に取付けられた取付部材で、図示例
の場合、外側弯曲部を有する金属部材から成り、かかる
取付部材３と上記外面膨出部２ａとで上記シールド筒取
付用の谷部１ｅｌを内側から挟持することにより、上記
中間シールド筒２が取付けられている。１１はベローズ
８の上端に取付けられた保護カバーである。 次に、上記絶縁容器１を製作する場合について説明する
。 まず、アルミナの泥漿を作成し、鋳込成形して乾燥した
後、約１６５０℃の大気中で高温焼成して絶縁容器１を
得る。この場合における上記絶縁容器１の寸法関係を例
示すると、該絶縁容器１の上端円筒部１ｂおよび下端円
筒部１ｃの肉厚は４．７ｆｌ、器壁の谷部１ｅおよびｌ
ｅｌで生じる波形ひだ１ｄ２の外径最小曲率半径π１は
約８１１、山部１ｆでの外径最小曲率半径π３は約３鶴
、波形ひだ１ｄ２の外壁での深さ１ｇは１２〜１Ｂ＋ａ
■、上記波形ひだ１ｄ２の内壁での深さは３〜５ｆｌ、
角度θは６０度である。 このような波形ひだ１ｄ２の構成によって、上記絶縁容
器１の端部の一対のメタライズ層４．５間の間隙長しは
Ｌ＝９６ｍ■、上記絶縁容器１の内沿面長１２は１０５
ｆｉ、外温面長Ｊ、は１５０鰭となり、沿面長倍率α＋
　＝Ｉｌ＋　／Ｌ＝１．５６゜β、／ｌ、＝１．１０５
が得られた。 以上における所要の工程を経て、１２ＫＶ用の真空スイ
ッチ管を２０個製作し、排気した後、ＡＣ６０ＫＶを印
加してコンディショニングを実施した。このコンディシ
ョニングにおいて、上記絶縁容器１の貫通破壊を調べた
結果、貫通破壊は皆無であった。また、上記メタライズ
層４，５間の外部閃絡電圧は第６図の従来例の場合より
１．３５倍以上に向上していることが判った。更に、等
偏置中法による塩分汚損時の外部閃絡電圧の値は、上記
従来例の間隙長Ｌ　＝　９５　ｍｍの場合に比べて１．
４倍に向上した。 一方、画電極９ａ、１０ａ間での電流遮断を繰返すこと
により、それらの電極物質が上記絶縁容器１の内湯面に
付着してくるが、この場合にあっても、上記従来例に比
べて、特に、インパルス耐電圧の劣化が殆ど無く、内部
沿面閃絡を生じるまでの電流遮断回数寿命は上記従来例
の２倍に改善できることが判った。 しかも、内外面に波形ひだ１ｄ２を有する器壁谷部１ｅ
およびｌｅｌの肉厚ｔが全長に亘って均一で、且つ外壁
のひた深さ１ｇが深いセラミック筒（絶縁容器１）は、
その両端筒部１ｂ、ｌｃ。 谷部１ｅ、山部１ｆおよび上記波形ひだ１ｄ２の直線部
の各部分の材料特性が均質で、密度、抗折力などのバラ
ツキが少なく、従来例のラバープレス法によるセラミッ
ク筒よりもピンホール欠陥が極めて少なく、均質性が優
れており、しかも、外部閃絡電圧を高くすることができ
る。 このような特性を有する本発明の絶縁容器１に対して、
上記第６図の従来例の絶縁容器１では、真空中に金属性
の中間シールド筒２が存在すると、それが無い場合に比
べて、大気側の外部沿面閃絡電圧が低下する現象、すな
わち、背面電極効果が生じる。 しかし、この発明の上記実施例の場合、外部閃絡電圧■
は外沿面長β、に対して■ｏｃｒｉｌ、””の関係があ
り、この式は絶縁碍子における関係式と一致しており、
背面電極効果が無視できることから、上記メタライズＮ
４．５間で外部閃絡が生じたとしても、この発明の上記
実施例における外部閃絡の放電通路は、第１図において
、上部のメタライズ層４−複数の山部１ｆ→下部のメタ
ライズ層５を連ねた経路を通り、中間シールド筒２の支
持部である谷部１ｅｌを経由しないので、この谷部１ｅ
ｌによる上記中間シールド筒２の支持部付近では上記絶
縁容器１の貫通破壊が起り難い。 また、第６図に示すように、内外面に波形ひだを有しな
い従来の絶縁容器１で構成された真空スイッチ管では、
上記絶縁容器１の内湯面に電極物質が付着すると、ＡＣ
耐電圧の低下よりも特にインパルス耐電圧の低下が著し
かった。 この点に関しては、この発明の上記実施例でも、電流遮
断の繰返しにより上記絶縁容器１の内湯面に電極物質が
付着してくることは避けられないが、それでもインパル
ス耐電圧の低下が殆んど起らない特長がある。 なお、上記実施例では、上記波形ひだ１ｄ２の山部１ｆ
の外径最小曲率半径π３が約３１ｍ、上記波形ひだ１ｄ
２の外壁における深さ１ｇが１２〜１８ｍｍ、角度θが
６０度の場合について説明したが、上記波形ひだ１ｄ２
の形状は上記実施例に限らず、先に

【従来の技術】の項
で述べた絶縁容器１の具備すべき性能条件■〜のを満足
する範囲で且つ小型・軽量化に適する形状であればよい
。 また、上記実施例では、上記谷部１ｅの肉厚ｔと外径最
小曲率半径π１とをほぼ等しくしたが、ｔ〉π１なる関
係に構成すると、上記性能条件■。 のが満足できず、ヒートシラツクや機械衝撃によりクラ
ンクを生じる危険があるので、ｔ≦π１なる関係を満足
する必要がある。 更に、第２図において、角度θは４５″≦θ≦９０°の
範囲が望ましい。θく４５６の範囲では、内外沿面長１
．．１．とメタライズ層４．５間の間隙長しとの比、α
−Ｊｚ／Ｌまたは１１／Ｌで定義される沿面長増倍係数
αが余り大きくできず、上述の背面電極効果が無視でき
なくなるからである。また、θ〉９０°になると泥漿鋳
込法の実施が困難となり、上記性能条件■、のを満足で
きない。 また、上記実施例において、絶縁容器１の外壁における
波形ひだ１ｄ２の深さ１ｇは、谷部１ｅの外径最小曲率
半径π１に対して１．５倍以上にするのが望ましい。ｅ
＜１．５ｘπ１の範囲では、θ２値が適当であっても背
面電極効果が無視できないからである。 最後に、上記絶縁容器１の機械的衝撃強さを保持するた
めには、谷部１ｅの肉厚ｔを上述のように全長に亘って
ほぼ均一に構成する必要があり、内沿面長１２は上記メ
タライズ層４．５間の直線距離りの１．２倍以下でなけ
ればならず、外部閃絡電圧を少なくとも１０％向上する
ためには、外沿面長ｌ、≧１．２しなる条件を満す必要
がある。 第３図は他の実施例による真空スイッチ管の縦断面図で
あり、図において、２は中間シールド筒であり、この中
間シールド筒２は、第１図のそれよりも軸方向の長さが
短く形成され、その外周面はぼ中央部に形成された外面
膨出部２ａと取付部材３とによって波形ひだ１ｄ２の谷
部１ｅを挟持することにより取付けられている。２１お
よび２２はそれぞれ別々に形成された金属製の一対のホ
ッパ状中間シールド筒であり、これらのホッパ状中間シ
ールド筒２１．２２は、それらの細径端側を上記中間シ
ールド筒２内に挿入位置させ、この状態でそれぞれの大
径端側外周面部を上記波形ひだ１ｄ２の内部における谷
部１ｅに係合させた取付構成となっている。従って、こ
の実施例の真空スインチ管は、３個の中間シールド筒２
，２１．２２を備えている。 第４図は第１図の正面図であり、この第１図および第４
図における波形ひだ１ｄ２は、谷部１ｅと山部１ｆのそ
れぞれがほぼ水平に形成され、それらの水平な谷部１ｅ
と山部１ｆとが交互に連続した構成となっているが、上
記波形ひだ１ｄ２は第５図に示すように、谷部１ｅおよ
び山部１ｆのそれぞれが１本に連なった螺旋形状のもの
であってもよい。 なお、上記各実施例では、真空スイッチ管の場合につい
て説明したが、上記絶縁容器１は、上記真空スイッチ管
のほか、真空避雷管や真空ヒユーズ、真空トリガトロン
などの真空放電装置にも適用し得ること勿論であり、こ
の場合にあっても上記実施例と同様の作用効果を奏する
。 以上によって、この発明の実施態様は次のように要約で
きる。 （１）絶縁容器の外面において、波形ひだの曲率半径は
山部よりも谷部の方が大きいことを特徴とする真空放電
装置。 （２）波形ひだの山部肉厚が谷部肉厚よりも厚いことを
特徴とする真空放電装置。 （３）波形ひだにおける谷部の外径最小曲率半径が上記
谷部の最大肉厚以上になっていることを特徴とする真空
放電装置。 （４）波形ひだの山部の外径最小曲率半径がその山部の
最大肉厚よりも小さくなっていることを特徴とする真空
放電装置。 （５）波形ひだの直線部の面と絶縁容器の軸に平行な面
とが成す角度θが４５″≦θ≦９０″の範囲に設定され
ていることを特徴とする真空放電装置。 （６）波形ひだの深さが該波形ひだの谷部の外径最小曲
率半径に対して１．５倍以上になっていることを特徴と
する真空放電装置。 （７）絶縁容器（セラミック筒）の内沿面長β２および
外沿面長１１のそれぞれが一対のメタライズ層間の間隙
長しに対して１２≦１．２Ｌ、ｔｔ＋　≧１．２Ｌにな
っていることを特徴とする真空放電装置。

【発明の効果】

以上のように、この発明によれば、内面および外面に波
形ひだを有し、その谷部の肉厚が全長に亘ってほぼ均一
なセラミック筒で絶縁容器が形成され、特に、その内沿
面長および外沿面長が上記セラミック筒の両端部に設け
たメタライズ層間の間隙長よりも長（なる構成としたの
で、上記絶縁容器のコンディショニングにおける製造歩
留が向上し、且つ小型で安価な真空放電装置が得られる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による真空放電装置の縦断
面図、第２図は同要部となる波形ひだの部分拡大断面図
、産３図は他の実施例による真空放電装置の縦断面図、
第４図は第１図の正面図、第５図は第４図に対応した他
の実施例による真空放電装置の正面図、第６図および第
７図はそれぞれ異なった従来例に係る真空スイッチ管の
縦断面図である。 図において、１は絶縁容器、１ｄ２は波形ひだ、ｌｅは
谷部、ｔは谷部肉厚、４，５はメタライズ層、６．７は
封着金具、９ａ、１０ａは電極、！。 は外沿面長、ｌ、は内沿面長、Ｌはメタライズ層間の間
隙長である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 特　許　出　願　人　　三菱電機株式会社第１ＷＪ １：陀徴宕茅。 ６．７１午（を具 派

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁容器の両端部に形成した一対のメタライズ層と、前
   記メタライズ層を介して前記絶縁容器の両端にろう付け
   され、該絶縁容器内に設けられた電極と同電位の封着金
   具を有する真空放電装置において、前記絶縁容器は、泥
   漿鋳込法により形成され、内面および外面に波形ひだを
   有し、且つ、該波形ひだの谷部肉厚がほぼ均一なセラミ
   ック筒から成り、その内沿面長および外沿面長が前記一
   対のメタライズ層間の間隙長よりも長くなっていること
   を特徴とする真空放電装置。