JPH08111149A

JPH08111149A - 真空バルブの製造装置

Info

Publication number: JPH08111149A
Application number: JP6245886A
Authority: JP
Inventors: Satoru Shioiri; 哲塩入; Toru Kamikawaji; 徹上川路
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】接点の表面に形成された微少な突起や表面に付
着した粒子などに起因する遮断性能と絶縁特性の低下を
防ぐ。【構成】第１の処理室12と第２の処理室14を気密容器15
に設け、この気密容器15の外壁には、真空ポンプ16を接
続する。このうち、第１の処理室12の上部には、電子ビ
ーム出射装置11を収納し、第１の処理室12から第２の処
理室14に通じる搬送コンベア17を設ける。第２の処理室
14には、加熱装置13を設ける。第１の処理室12では、可
動通電軸７にろう付された可動電極６と固定通電軸５に
ろう付された固定電極５の表面の接点に対して、電子ビ
ーム出射装置11から出射されたビーム11ａを照射して、
この接点の改質と表面の突起の解消を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空バルブの製造装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空遮断器に組み込まれる真空バルブで
は、10^-2Pa以下の高真空中で一対の接点を開離すること
により、真空の優れた消弧性と絶縁性を利用し、一対の
接点間を通電していた電流を遮断して、回路を開く。図
４は、その代表的な縦断面図を示し、セラミックスまた
はガラスで製造された絶縁円筒１の両端の開口部の片側
に、固定側端板２をろう付けし、開口部の他側に可動側
端板３をろう付で密封して、気密容器を構成している。

【０００３】このうち、固定側端板２の中心には、下端
に固定電極４が接合された固定通電軸５が貫通して上端
の下面がろう付され、この固定電極４と対向して可動電
極６が図示しない操作機構に下端が連結された可動通電
軸７の上端にろう付されている。

【０００４】また、固定電極４と可動電極６Ａが接触す
る対向面には、真空遮断器の用途に応じて、複数の種々
の材料の合金でなる略円板状の接点８がそれぞれの電極
にろう付されている。そして、可動通電軸７が貫通する
可動側端板３の開口部をベローズ９により気密に封止す
ることで、真空バルブ内の真空を保ちながら可動電極６
を固定電極７に接離させている。

【０００５】さらに、電流遮断時に接点８と電極４，６
から飛散する金属蒸気や金属溶融粉が絶縁円筒１の内面
に付着して、この絶縁円筒１の内面の絶縁特性が低下す
る現象を防ぐために、略円筒状のシールド10が電極４，
６Ａの外側に挿入され、絶縁円筒１の内面に固定されて
いる。

【０００６】このように構成された真空バルブの絶縁特
性と遮断性能は、接点８に採用されている材料と、その
表面状態に強く影響される。特に後者に関しては、接点
の表面に微細な突起が形成されていたり微粒子が付着し
ていた場合や、接点の表面に酸素等のガスが吸着してい
たり、塵埃などの不純物が付着（汚損）している場合に
は、それらがないときに比べて絶縁破壊電圧や遮断性能
が大きく低下することがある。

【０００７】したがって、真空バルブの遮断性能を向上
させる一方法として、例えば特開昭63-141226号公報に
示されるように、接点の表面に電子ビームやレーザビー
ムを照射する方法が提案されている。この方法では、電
子ビームやレーザビームの照射により、接点の表面に存
在した微小な突起や微粒子を溶融し、吸着ガスや不純物
を飛散させる。

【０００８】真空バルブの絶縁特性と遮断性能を低下さ
せる一要因となる接点の表面の微小な突起の発生原因に
ついて説明する。接点の素材を施盤等によって加工する
と、巨視的には平滑な面が得られる。しかし、その表面
を電子顕微鏡で観察すると、鋭利な突起部や微粒子が観
察される。このうち、鋭利な突起の先端は、電圧印加時
に極めて高い電界となり、この突起の先端からトンネル
効果で電子が放出される。

【０００９】すると、この電子の流れで発生するジュー
ル熱により、表面の突起が溶融し蒸発してプラズマ源と
なり、接点間の絶縁破壊となる。また、突起の先端から
放出された電子が加速されて対向した電極に衝突するこ
とにより、この衝突面から二次的に荷電粒子が放出され
る。また、接点の表面に存在する微粒子は、静電気力に
より接点間を移動して対向した電極に衝突するが、衝突
によるエネルギーがある値を超えると、微粒子が溶融蒸
発して、やはりプラズマ源となる。

【００１０】例えば、真空バルブの接点材料として多用
されている銅・クロム合金接点を切削加工して、表面の
粗さの最大高さが６μｍの場合には、切削加工としては
かなり平滑な仕上面ということができる。

【００１１】しかし、接点の表面には、前述したよう
に、微少な荒れ（ささくれ・剥がれ）が無数に形成され
ており、これらのささくれや剥がれ部分は、真空バルブ
の開閉動作の衝撃などにより、表面に起立したり、ある
いは離脱して、微小突起や微粒子となり、前述のような
絶縁破壊の要因となる。

【００１２】図４に示した真空バルブは、一般に以下の
ような製造工程で組み立てられており、各部品は銀ろう
で接合されている。すなわち、防塵室で洗浄処理された
部品の接合面には、銀ろう材が挿入されて重ねられる。
重ねられた部品は、真空中で加熱接合するために真空炉
の中に挿入された後、銀ろう材が溶融するまで加熱さ
れ、部品相互の接合と図４で示した絶縁円筒１の両端の
封着が行われる。

【００１３】このような真空バルブの製造装置で製作さ
れた真空バルブの接点やその他の構成部品の表面には、
大気中のガスを吸着して形成された、厚さが数百オング
ストロムの吸着ガス層で覆われている。たとえば、材料
が銅の場合には、表面はＣｕＯやＣｕ₂Ｏ等の銅の酸化
物で覆われている。

【００１４】吸着ガス層は、真空炉での加熱処理によっ
て除去されるが、完全に除くことはできないので、厚さ
が数十オングストロムの吸着ガス層が電極の表面に形成
される。このような吸着ガス層が形成されると、前述し
たように低い電圧で吸着ガス層がジュール熱により溶融
・蒸発し、絶縁破壊の要因となる。

【００１５】また、前述したように真空バルブの部品の
組立は、クラス1,000 〜100,000 の防塵室内で行われて
いるので、防塵室内に残留していた塵埃が接点や部品の
表面に付着する。この接点や部品に付着した塵埃は、微
粒子と同様に静電気により接点間を移動して、対向電極
に衝突するが、この衝突によるエネルギーがある値を超
えると、微粒子が溶融し蒸発して、やはりプラズマ源と
なる。

【００１６】このような電極表面の微小突起，微粒子，
吸着ガス，付着物を除くために、真空遮断器の完成後に
は、実際に電流を遮断する電流コンディショニング処理
や、高電圧を印加して絶縁破壊を繰り返す電圧コンディ
ショニング処理が行われている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このうち、
前者の電流コンディショニング処理においては、安全性
と簡便性の点から小電流を遮断した場合には、アークが
接点の一部分の間で点弧し、全面に亘る突起や異物の除
去ができないおそれがあり、逆に大電流で処理すると、
絶縁円筒の内面が汚損したり、ときには電極部まで溶融
して、耐電圧性能が低下するおそれもある。

【００１８】また、真空バルブの電極を開閉する際に
は、接点間に印加されている電圧により接点が実際に接
触する直前に絶縁破壊が生じ、プレアーク（先行放電）
が点弧し突入電流が流れる。さらに、接点が接触した後
にバウンドするチャタリング現象が発生することもあ
る。

【００１９】このような狭い接点間隙で点弧したアーク
は、充分に拡散することができないため、接点間に注入
されるエネルギー密度が高くなり、接点の接触面が部分
的に溶着するおそれもある。この溶着面積は僅かである
ので、真空バルブの開極動作により比較的容易に引き剥
がされる。しかし、その結果、前述した銅・クロム接点
の表面に大きな突起が形成される。

【００２０】この突起の表面は接点母材がむき出しで、
引き続き行われる開閉動作により組成粒子が離脱し易い
状態になっており、さらに、突起の先端では、電界も高
くなっているため、このような微粒子が静電気によって
浮上し易く、前述の接点間の絶縁破壊が生じ易い。

【００２１】一方、このような電流コンディショニング
処理は、真空バルブの製造工程を増やし、製作期間が長
くなる。つまり、真空バルブの完成後に、この真空バル
ブに操作機構に連結して電流コンディショニング処理を
行うため、作業工程が増え製作期間が長くなる。

【００２２】そこで、本発明の目的は、接点の表面に形
成される微小突起，微粒子，吸着ガス，付着物などに起
因する絶縁性能の低下を防ぐことのできる真空バルブの
製造装置を得ることにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】請求項１及び請求項２に
記載の発明の真空バルブの製造装置は、真空バルブの構
成部品が収納される第１の処理室を片側に設け、構成部
品で組み立てられた真空バルブが収納される第２の処理
室を他側に設け、第１の処理室と第２の処理室を結ぶ搬
送装置を収納し、外壁に真空ポンプが接続された気密容
器を備え、構成部品の接点の表面にビームを照射するビ
ーム照射器を第１の処理室に収納し、搬送装置によって
第１の処理室から搬送された真空バルブの端板と真空バ
ルブの絶縁筒をろう付する加熱装置を第２の処理室の外
周に設けたことを特徴とする。なお、加熱装置を第２の
処理室の内側に収納してもよい。

【００２４】また、請求項３及び請求項４並びに請求項
５に記載の発明の真空バルブの製造装置は、真空バルブ
の構成部品が収納される第１の処理室を片側に設け、構
成部品で仮組みされた真空バルブが収納される第２の処
理室を他側に設け、第１の処理室と第２の処理室の間に
組立室を設け、第１の処理室及び組立室と第２の処理室
を結ぶ搬送装置を収納し、外壁に真空ポンプが接続され
た気密容器を備え、構成部品の接点の表面にビームを照
射するビーム照射器を第１の処理室に収納し、組立室で
仮組みされ搬送装置によって搬送された真空バルブの端
板と真空バルブの絶縁筒をろう付する加熱装置を第２の
処理室の内周に設けたことを特徴とする。なお、組立室
の天井部に構成部品を組立てる組立ロボットを設けても
よく、さらに、組立室に不活性ガスが封入してもよい。

【００２５】

【作用】真空バルブの接点は、第１の処理室のビーム照
射器で照射されるビームによって、表面の微小な突起が
溶融され表面に付着したガスが飛散され、組織が微細に
改質されるとともに、真空ポンプによって真空状態とな
る第２の処理室で最終の封着が行われる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の真空バルブの製造装置の一実
施例を図面を参照して説明する。図１は、請求項１及び
請求項２に記載の発明の真空バルブの製造装置を示す縦
断面図である。図１において、正面から見て略凹字状に
形成され外周をステンレス鋼板で気密に製造された気密
容器15は、左側の第１の処理室12と右側の第２の処理室
13で構成されている。これらの第１の処理室12と第２の
処理室14の下部には、無端状の搬送コンベア17が設置さ
れている。

【００２７】このうち、左側の第１の処理室12の下部の
搬送コンベア17の左端の上面には、図示しない昇降機構
付のパレットが固定され、このパレットの上面には、図
示しない組立治具が載置・固定され、この組立治具に
は、以下説明する可動側通電部30が載置されている。

【００２８】すなわち、この組立治具には、図４で示し
た可動側端板３が載置された状態で位置決めされ、この
可動側端板３には、同じく図４で示したベローズ９があ
らかじめ載置されてろう付されている。さらに、ベロー
ズ９には、可動側通電軸７が挿入され、あらかじめベロ
ーズ９にろう付されている。この可動側通電軸７の上面
には、可動電極６が載置されあらかじめろう付されてい
る。

【００２９】さらに、可動側通電部30の右端には、以下
説明する固定側通電部31が図示しない組立治具に載置さ
れている。すなわち、この組立治具には、固定通電軸５
が載置され、この固定通電軸５には、固定側端板２があ
らかじめ挿入され固定側通電軸５にろう付されている。
固定通電軸５の上端には、固定電極５が図示しない円板
状のろう材を介してろう付されている。

【００３０】第１の処理室12の上方には、電子ビーム出
射装置11が取り付けられ、この電子ビーム出射装置11の
下面には、図示しないビーム出射口が突設されている。
気密容器15の右端に形成された第２の処理室14の上部外
周には、縦断面が逆Ｕ字状の加熱装置13が載置されてい
る。また、気密容器15の下端中央部には、図示しない空
圧継手が螺合され、この空圧継手には、配圧33Ａの片側
が接続されている。この配管33Ａの他側には空圧バルブ
23の片側が接続され、この空圧バルブ23の他側には、配
管33Ｂを介して真空ポンプ16が接続されている。

【００３１】このように構成された真空バルブの製造装
置においては、真空ポンプ16によって気密容器15の内部
は10^-2Ｐａ以下に維持されている。この状態で、気密容
器15に隣接して設置された図示しない制御装置の指令に
よって、電子ビーム出射装置11の電源側に接続された接
触器が投入されると、電子ビーム出射装置11から出射さ
れたビーム11ａは、図１の破線で示すように、隣接した
固定電極４と可動電極６に照射される。

【００３２】すると、これらの固定電極４と可動電極６
の表面は加熱され、これらの固定電極４と可動電極６の
表面に形成されていた微少な突起や、表面に付着してい
た微細な粒子は溶融され、気化し飛散して除去される。
さらに、このビーム11ａによって加熱された固定電極４
と可動電極６の表面にろう付されている接点は、加熱に
よって上昇した熱により加熱され微細な組織に改質され
る。

【００３３】したがって、真空遮断器などに組み込まれ
て事故電流などを遮断する場合には、固定電極４と可動
電極６との間において荷電粒子が移動する現象を解消す
ることができるので、固定電極４と可動電極６との間の
絶縁耐力の低下や、遮断性能の低下を防ぐことができ
る。

【００３４】なお、第１の処理室12で固定電極４と可動
電極６の接点が改質された可動側通電部30と固定側通電
部31は、この第１の処理室12に設置された図示しない多
関節ロボットによって、絶縁円筒を介して組み立てら
れ、図示しない制御装置で駆動される搬送コンベア17に
よって、右側に形成された第２の処理室14に搬送され、
所定の位置に停止される。

【００３５】すると、図示しないパレットに内蔵されて
いる昇降機構によって図１の一点鎖線で示す位置まで上
昇される。次に、図示しない制御装置によって加熱装置
13に通電され、第２の処理室14と固定側端板２，可動側
端板３及び絶縁円筒24が加熱されて、固定側端板２及び
可動側端板３は絶縁円筒24にろう付される。なお、上記
実施例において、接点を改質し表面を平滑且つ浄化する
電子ビーム出射装置11の代りに、レーザ加工装置を使っ
てもよい。

【００３６】次に、図２は、請求項３，請求項４及び請
求項５に記載の発明の真空バルブの製造装置を示す縦断
面図で、図１に対応する図である。図２において、図１
と異なるところは、気密容器15Ａの中央部に仕切り15
ａ，15ｂが垂設されて、この間に後述する組立室18が設
けられていることと、第２の処理室14には、加熱装置13
Ａが内蔵されていることが大きく異なっている。

【００３７】このうち、第３の処理室18には、天井部に
多関節ロボット19がアーム19ａを下側にして取り付けら
れ、この多関節ロボット19の各軸を駆動するモータは、
前述した制御装置に接続されている。なお、絶縁筒24
は、処理室18の紙面直交方向に設けられた図示しないパ
レットにあらかじめ載置されている。

【００３８】また、気密装置15Ａの右側に垂設された仕
切り15ｂの下部の中央部には、図示しない側面図では逆
Ｕ字状の切欠き部18ａが形成されている。この切欠き部
18ａの左側には、仕切り15ｂの左側面に縦設された図示
しない案内部に両側が嵌合した詳細省略したシャッタ34
が添設されている。その他は、図１と同様で、同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。

【００３９】このように構成された真空バルブの製造装
置においても、第１の処理室12においては、図１で示し
た第１の処理室12と同様に、電子ビーム照射装置11から
出射されたビーム11ａによって、固定電極４と可動電極
６の表面にろう付された接点の改質が行われる。

【００４０】これらの固定電極４と可動電極６の改質が
行われた可動側通電部30と固定側通電部31は、搬送コン
ベア17によって右側に設けられた組立室18に搬送され、
所定の位置に位置決めされる。

【００４１】すると、搬送コンベア17に設置されている
図示しないリミットスイッチの動作信号によって、制御
装置は、多関節ロボット19をあらかじめ教示した軌跡に
従い駆動して、組立室18に設置されたパレット上のシー
ルド付の絶縁筒24を把持して、固定側端板２の上面に載
置する。

【００４２】次に、多関節ロボット19は、更に駆動さ
れ、可動側通電部30の可動側通電軸７を把持して、この
可動側通電部30に組み込まれた可動側端板３を絶縁筒24
の上面に、可動側通電軸７を固定側通電軸５と同一軸心
線上にして載置する。

【００４３】多関節ロボット19のグリップが可動側通電
軸７から離れて、各アームが上方に退避すると、搬送コ
ンベア17が駆動され、仮組状態の真空バルブは第２の処
理室14に搬送され、所定の位置に停止された後、図示し
ない昇降機構によって上昇される。以下、加熱装置13Ａ
によって、固定側端板２と可動側端板３は、図１で示し
た実施例と同様に、絶縁筒24にそれぞれろう付される。

【００４４】なお、仕切り15ｂの下部左側面に添設され
たシャッタ34は、仮組状態の真空バルブが第２の処理室
14に直前に上方に駆動される。次に、真空バルブが第２
の処理室に搬送されると、搬送コンベアに設けられた図
示しないリミットスイッチの検出信号が入力された制御
装置によって、空圧シリンダが作動して、再び下方に復
帰する。

【００４５】次に、図３は、請求項３，４及び請求項５
に記載の発明の真空バルブの製造装置の他の実施例を示
す縦断面図で、図１及び図２に対応する図である。図３
において、図２と異なるところは、第１の処理室12及び
第２の処理室14と組立室18は、それぞれ独立した気密室
となっており、搬送コンベアは、第１の処理室12と組立
室18に設けられた搬送コンベア17Ａと、第２の処理室14
に設けられた搬送コンベア（株）真空技研製型式ＥＬ-5
00Ｒ）17Ｂに分割されていることである（注；図３で
は、搬送コンベア17Ａの左端と搬送コンベア17Ｂの右端
は、外壁の内側となるように示しているが、実際には外
側に突き出た図示しない外壁の一部とともに突き出てい
る）。

【００４６】また、各気密室の隣接部の壁には、各気密
室を気密に仕切るゲートバルブ（日電アネルバ（株）
製、型式 951-7789)20，21がそれぞれ取り付けられてい
る。さらに、組立室18の上面に接続された配管には、空
圧バルブ23Ａを介してガスボンベ22が接続され、このガ
スボンベ22には、アルゴンガスが封入されている。一
方、第１の処理室12及び第２の処理室14と組立室18の底
部には、それぞれ空圧バルブ23が接続され、それぞれ真
空ポンプ16に接続されている。

【００４７】このように構成された真空バルブの製造装
置においては、組立室18は、隣接室との間に設けられた
ゲートバルブ20，21によって気密が維持されるととも
に、ガスボンベ22から封入されたアルゴンガスによっ
て、内部に残留した酸素などが真空バルブの構成部品の
表面に吸着するおそれを防ぐことができるので、遮断性
能の低下や絶縁特性の低下を更に防ぐことができる。な
お、多関節ロボット19は、複腕の多関節ロボットでもよ
く、アルゴンガスは他の不活性ガス、例えば、窒素ガス
でもよい。

【００４８】

【発明の効果】以上、本発明の真空バルブの製造装置に
よれば、真空バルブの構成部品が収納される第１の処理
室を片側に設け、構成部品で組み立てられた真空バルブ
が収納される第２の処理室を他側に設け、第１の処理室
と第２の処理室を結ぶ搬送装置を収納し、外壁に真空ポ
ンプが接続された気密容器を備え、構成部品の接点の表
面にビームを照射するビーム照射器を第１の処理室に収
納し、搬送装置によって第１の処理室から搬送された真
空バルブの端板と真空バルブの絶縁筒をろう付する加熱
装置を備えることで、真空バルブの接点を、第１の処理
室のビーム照射器で照射されるビームによって、表面の
微少な突起を溶融し表面に付着したガスを飛散し、組織
を微細に改質するとともに、真空ポンプによって真空状
態となる第２の処理室で最終の封着を行ったので、接点
の表面に形成される微少突起や付着物に起因する遮断性
能と絶縁特性の低下を防ぐことのできる真空バルブの製
造装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１及び請求項２に記載の発明の真空バル
ブの製造装置の一実施例を示す縦断面図。

【図２】請求項３及び請求項４又は請求項５に記載の発
明の真空バルブの製造装置の一実施例を示す縦断面図。

【図３】請求項３及び請求項４又は請求項５に記載の発
明の真空バルブの製造装置の他の実施例を示す縦断面
図。

【図４】従来の真空バルブの一例を示す縦断面図。

【符号の説明】

２…固定側端板、３…可動側端板、４…固定電極、５…
固定通電軸、６…可動電極、７…可動側通電軸、11…電
子ビーム出射装置、12…第１の処理室、13，13Ａ…加熱
装置、14…第２の処理室、15，15Ａ…気密容器、16…真
空ポンプ、17…搬送コンベア、18…第３の処理室、19…
多関節ロボット、20，21…ゲートバルブ、22…ガスボン
ベ、23, 23Ａ…空圧バルブ、24…絶縁筒。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空バルブの構成部品が収納される第１
の処理室が片側に設けられ、前記構成部品で組み立てら
れた前記真空バルブが収納される第２の処理室が他側に
設けられ、前記第１の処理室と前記第２の処理室を結ぶ
搬送装置が収納され、外壁に真空ポンプが接続された気
密容器と、前記第１の処理室に収納された前記構成部品
の接点の表面にビームを照射するビーム照射器と、前記
第２の処理室の外周に設けられ前記搬送装置によって前
記第１の処理室から搬送された前記真空バルブの端板と
前記真空バルブの絶縁筒をろう付する加熱装置を備えた
真空バルブの製造装置。
【請求項２】加熱装置を第２の処理室の内周に収納し
たことを特徴とする請求項１に記載の真空バルブの製造
装置。
【請求項３】真空バルブの構成部品が収納される第１
の処理室が片側に設けられ、前記構成部品で仮組みされ
た前記真空バルブが収納される第２の処理室が他側に設
けられ、前記第１の処理室と前記第２の処理室の間に組
立室が設けられ、前記第１の処理室及び前記組立室と前
記第２の処理室を結ぶ搬送装置が収納され、外壁に真空
ポンプが接続された気密容器と、前記第１の処理室に収
納され前記構成部品の接点の表面にビームを照射するビ
ーム照射器と、前記第２の処理室の内周に設けられ前記
組立室で仮組みされ前記搬送装置によって搬送された前
記真空バルブの端板と前記真空バルブの絶縁筒をろう付
する加熱装置を備えた真空バルブの製造装置。
【請求項４】組立室の天井部に構成部品を組立てる組
立ロボットを設けたことを特徴とする請求項３に記載の
真空バルブの製造装置。
【請求項５】組立室に不活性ガスが封入したことを特
徴とする請求項３又は請求項４に記載の真空バルブの製
造装置。