專利名稱：開關機構及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及開關機構，具體涉及一種通過真空遮斷器、真空斷路器等的真空開關裝置構成、用于電力及受配電系統(tǒng)的遮斷·通電及開閉的開關機構。


圖1示出用于電力及受配電系統(tǒng)的有代表性的開關機構的構成例子。圖1中，通過隔壁103在用軟鋼板包圍外周的容器101內前后隔開，并將裝有真空閥107的遮斷器109容置在前方的遮斷器室105中。另外，在后方的母線室111中上下設有與遮斷器109的上下主回路配合且分別為同樣形狀的斷路器113、114。在上位側的斷路器113側與固定在支承絕緣子115上的母線117連接，并與鄰接的開關箱連接。另外，在下位側的斷路器114側則與由電力電纜119受電的電纜頭121連接。而且，這些裝置以連接導體123相互連接。另外，在分隔電源側與負荷側的隔壁103設有用絕緣層將主回路導體模壓在未圖示的貫通孔中的絕緣襯墊125，并進行相互的室105、111的隔開及主回路的連接。在這些室105、111中封入有作為絕緣體的例如SF6氣體那樣的絕緣氣體。
SF6氣體具有無色、無害、惰性等特點，并具有在大氣壓下2-3倍于空氣的絕緣耐力。通過封入如此管理的絕緣氣體的開關機構進行電力的穩(wěn)定供給。
在這種結構中，由于SF6氣體具有高于空氣的絕緣耐力，如日本專利特開昭60-210107號所示，能實現(xiàn)開關機構的縮小化。然而，在防止地球溫暖化京都會議(1997年12月)上，SF6氣體因其對于地球溫暖化的影響是二氧化碳的約23000倍而被認為不應向大氣泄漏或排放。
因此，接合容器101的鋼板相互的焊接部的氣密性或用于電纜頭121的氣體/氣中部分的O形圈的氣體泄漏的驗證等變得十分重要。另外，在容器101的內部檢查等的氣體開放時必須用氣體回收機對開放前封入的氣體進行回收。雖然，即使在以往方法的機構中也是這樣進行的，但仍須進一步提高其重要性并作萬全的對應。
由上可見，雖然如不使用SF6氣體則不必作上述對應，但目前尚無優(yōu)于SF6氣體的絕緣媒體。例如，由于如以空氣為絕緣媒體則絕緣耐力變差，相應地必須擴大絕緣距離等，從而使整體形狀大型化。另外，由于在一般空氣中絕緣受到灰塵及濕潤的影響，考慮到這些污損特性，必須增大沿面距離等。這與作為最近趨勢的裝置縮小化是背道而馳的。
作為不使用SF6氣體的方法，已知的有例如日本專利特愿平9-013027號所揭示的那樣用固體絕緣物直接對真空閥進行模壓的固體絕緣結構。然而，這種裝置對于開關機構的其他結構件也施以模壓等絕緣處理，而且必須絕緣處理成這些連接部在裝配后不露出導體部，致使工序增多、成本提高。
本發(fā)明鑒于上述問題，其目的在于提供一種通過將具有遮斷及斷路功能等的真空閥的周圍固體絕緣化產生大于SF6氣體絕緣的絕緣耐力并實現(xiàn)整體形狀縮小化、通過一次處理地一體注塑以在減少零件數(shù)和注塑工序的同時高速注塑、經濟、高效的開關機構及其制造方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下，即一種開關機構，包括具有真空遮斷器、真空斷路器等的真空閥的開關開閉機構，對來自外部的電源進行輸入的開閉機構的輸入部，對向外部進行電源輸出的開閉機構的輸出部，其特征在于，將上述開閉機構與上述輸入部和輸出部一起整個用樹脂層一次處理并一體注塑。
因此，開關機構的遮斷、斷路及接地能通過在真空中使接點開閉的遮斷用真空閥和斷路及接地用真空閥進行，以下，真空閥有時指真空遮斷器或真空斷路器。在將遮斷用真空閥和斷路及接地用真空閥照其原樣裝配的場合，各真空閥之間的距離必須相應于空氣的絕緣耐力而增大，但通過將不同功能的2個真空閥一次處理并用注塑材料一體注塑，能使各真空閥之間的絕緣耐力取決于注塑樹脂的絕緣耐力。由于注塑樹脂的絕緣耐力與空氣或常壓的SF6氣體相比約大10倍，能大幅度地縮小與開關機構的心臟部接觸的真空閥部的絕緣距離，故能實現(xiàn)整個開關機構的縮小化。另外，將2個真空閥裝配成開關機構的場合，在它們的位置未正確設定而使真空閥內的接點開閉時，則會產生定時偏差及接點無法進行均勻的面接觸之類的問題，并可能發(fā)生大的麻煩。因此，雖然裝配時的尺寸精度花費很多時間進行，但由于通過將真空閥一次處理并一體注塑，并由模具自動設定尺寸，故無注塑后進行位置調整等的麻煩。而且，雖然開關機構中必須具有輸入部和輸出部，但由于將輸入部、輸出部與真空閥一次處理并一體注塑，輸入部與輸出部的絕緣在與外表面之間能作成固體絕緣，不需要連接部的絕緣處理，連接部具有可選擇螺絲連接、焊接、壓接、接觸等多種方式、并可從生產率或經濟性等進行選擇的優(yōu)點。而且，由于連接部的絕緣為用注塑樹脂一體的固體絕緣，能實現(xiàn)縮小化并使注塑工序一次完成而較為經濟。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，將一體注塑的開關機構的樹脂層外表面作為接地層。
因此，通過將輸入部與輸出部的嵌合部分與真空閥可動導體部附近以外的注塑樹脂部的表面作為接地層，由于注塑樹脂內的導體或真空閥之間為注塑樹脂的固體絕緣，與空氣等的氣體絕緣相比能縮小化。另外，三相的場合因通過在各相的開關機構的外表面加以接地層將各相分離，由于沒有相間短路，無需相間距離，故可縮小化。而且，因表面為接地層，由于即使污損，絕緣性也不變化，設計時無需考慮污損，故可縮小化，也無需對于污損的維護工作。開關箱本身不必采用防止污損用的氣密結構，具有結構簡單、制造容易的優(yōu)點。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，將輸入部·輸出部成為T字狀叉開的T分叉。
因此，通過將輸入部與輸出部成為T分叉，輸入部和輸出部的變型豐富，即使在安裝計量儀器用變壓器或過壓熔斷器時也能對應而無需改變注塑用模具。另外，通過在輸入部和輸出部使用相同的T分叉導體，由于實現(xiàn)零件的標準化、通用化，故能經濟地進行制作。尤其是開關機構因系統(tǒng)的種類繁多，可節(jié)省每次均需制作模具的費用。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，使開關機構的模具至少能在輸入部和輸出部中調換，并能與輸入部和輸出部的結構·形狀配合且一體注塑。
因此，雖然開關機構的母線側(輸入部)與輸出部(電纜頭側)方向不同的情況較多，但由于輸入部和輸出部的模具能分開，并能由本體模具裝卸，故能改變?yōu)槿酄顟B(tài)的輸入部和輸出部的配置不重疊。雖然作為包含開關機構本體部的一體模具的整個模具較大、制作費用高、替換等調節(jié)時間較多，但由于僅對輸入部·輸出部的部分模具進行制作并對應于目的進行替換，故模具費用較低，替換也較容易。另外還可減少不使用時的保管空間。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，將電流傳感器和電壓傳感器兼作導體部的支承件并對開關機構一次完成且一體注塑。
因此，通過用于開關機構的回路的保護及計量的電壓傳感器和電流傳感器作為導體部的支承件，不必對電壓傳感器和電流傳感器進行其他注塑，較為經濟。而且，由于與開關機構本體部的絕緣媒體為一體化的固體絕緣，絕緣耐力提高，故包含電壓傳感器和電流傳感器的開關機構的尺寸能縮小化。另外，雖然內部的導體部一般采用保持絕緣距離用的襯墊，或提高導體的剛性而必須在模具內中空懸浮，但由于使電壓傳感器和電流傳感器具有該功能而無需使用襯墊，能使用不必極端地提高導體剛性、加工容易的導體，故更為經濟。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，在成T字狀叉開的T分叉部的單側裝有模制的計量儀器用變壓器(PT)或過壓熔斷器。
因此，由于無需改變開關機構的本體模具，并能對系統(tǒng)構成的變型進行擴大，故能提供經濟的開關機構。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，將導電性金屬蓋安裝成在使用開關機構的真空閥的兩端面罩覆真空閥的絕緣筒端面，并與其他零件一起裝入模具并一體注塑。
因此，雖然軸向的熱應力在真空閥的兩端面變大，在金屬蓋的外側則因存在金屬蓋而緩和，并能耐受熱應力。由于真空閥的兩端由金屬構成，在用樹脂模制的場合因與陶瓷和金屬的接合部為不同材料，容易產生應力，雖然長度越長則該兩端面的應力越大，但由于該部分設有金屬蓋，即使在該金屬蓋與閥端部之間產生剝離或開裂，由于金屬蓋與閥的端部為同電位，故在電氣方面并無絕緣破壞之虞。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，安裝在真空閥的兩端的導電性金屬蓋與真空閥的端面之間由彈性體構成，金屬蓋端面與真空閥的絕緣筒之間用高強度纖維材料卷繞成對彈性體抵壓狀，并用粒子類填充材料的注塑材料一體注塑。
因此，由于通過在金屬蓋與真空閥的端面之間配置彈性體能在緩和軸向產生的應力的同時通過高強度纖維材料接受彈性體、金屬蓋端面產生的應力，該部分由注塑樹脂而成為高強度。而且由于端面不進入直接注塑樹脂部而沒有缺口部，故可提高耐開裂性。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，用熔融二氧化硅填充材料和彈性體微粒構成注塑樹脂的填充材料，彈性體微粒對于樹脂以大約5-20％的比例呈分散狀。
因此，通過在無機粒子系填充材料的注塑樹脂中放入彈性體微粒，可提高注塑樹脂的韌性，并使對真空閥進行注塑時的耐開裂性提高。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，通過在100℃以上的高溫側向注塑樹脂中添加促進反應的硬化促進劑、使模具內成為減壓狀態(tài)、并用在壓入注入后約20-30分鐘脫模的高速注塑法一體注塑。
因此，通過使注入樹脂以加壓的狀態(tài)從離澆口遠的部分依次硬化不斷進行樹脂補充，能在短時間中提供無氣孔(注即在樹脂硬化時所不希望產生的微小空間)的注塑件。通過一體注塑時對模具內部進行減壓，由于能排除內部的空氣而能減少空隙的發(fā)生，且由于能增大注入樹脂時的壓力差，故易于從下部注入樹脂。注入的樹脂雖然一面從模具接受熱量變成高溫一面填充，但最初注入的樹脂比澆口部分的樹脂較早進行硬化反應并凝膠化。伴隨著樹脂的硬化產生收縮，此時雖然無樹脂補充且不產生氣孔，但由于澆口部分的樹脂硬化較遲而能進行樹脂補充，故能提供無氣孔的注塑件。
另外，在本發(fā)明的開關機構的高速注塑方法中，采用多個部位設置注塑樹脂的注入口、樹脂儲存部及脫氣部的模具并一體注塑。
因此，通過使注入口為多個并在與各注入口對應的部位設置樹脂儲存部及脫氣部，能清除模具內的真空閥周邊的瓣等，并能形成無空隙的固體絕緣層。由于將至少多個真空閥一次處理并一體注塑，雖然在注入口部為1個部位的場合當模具溫度下降而并非慢慢注入時由中途的空穴作用產生的氣泡照原樣殘留，固體絕緣層中仍存在缺陷部分，但通過設置多個注入口，能一面依次清除內部產生的氣泡，一面將氣泡趕入各樹脂儲存部、脫氣部，故能提供無空穴的一體注塑的開關機構。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，在相當于開關機構的外表面的模具面上噴涂導電涂料后，在模具中對開關機構構成件進行調節(jié)并一體注塑，將導電涂料涂覆在樹脂外表面并與注塑樹脂層一體化。
因此，通過注塑前在模具的與注塑件表面相當?shù)牟糠滞扛矊щ娡苛?，在其后的關閉模具并注入樹脂的工序中，使注塑樹脂與導電涂料在模具中接合，并在脫模時一體形成注塑樹脂表面和導電涂料層。因此在注塑工序的后工序中沒有形成導電涂料層的作業(yè)，更為經濟。
另外，在本發(fā)明的開關機構的制造方法中，在用注塑樹脂一體注塑時，在注塑樹脂凝膠化的時刻，僅在導電涂料流動部分打開模具，將導電涂料壓入注塑件與模具的間隙后，使模具關閉并加熱硬化至導電層的厚度，在注塑件的外表面形成導電層。
因此，在從模具注入口注入導電涂料時，通過將模具向兩側少許打開，并在注塑件與模具的微小間隙中加壓注入導電涂料，能可靠地形成導電涂料層，同時由于注塑樹脂加溫到玻璃轉位溫度以上，故能牢固地形成接合性良好的導電涂料層。因此能提高固體絕緣層的可靠性，并由于能調節(jié)導電涂料層的厚度，故能提供經濟地形成表面接地層的注塑件。
另外，在本發(fā)明的開關機構的制造方法中，在用注塑樹脂一體注塑時，在注塑樹脂凝膠化的時刻打開模具，在用導電性預浸樹脂條片罩覆注塑件的表面后將模具夾緊并使導電性預浸樹脂料加熱加壓而與注塑件一體化，從而在表面形成導電層。
因此，導電性預浸樹脂料成為注塑表面的保護層，并能形成一定厚度。由于厚度一定，導電率穩(wěn)定，且預浸樹脂料的基材采用高強度纖維，可防止破損等。
另外，在本發(fā)明的將多個真空閥一體注塑的開關機構中，將真空閥的可動部側沿同一方向配置，包含可動部側的滑動部的連接片由一體的導體構成，并與真空閥一起一體注塑。
因此，由于將包含滑動部的連接片與真空閥的可動部側在注塑前裝配并安放在模具中，因位置關系取決于模具，沒有尺寸調整等麻煩作業(yè)。而且，通過使2個真空閥的可動部側為同一方向并用金屬片對2個真空閥的可動部側的端部進行支承，能容易地實現(xiàn)端部的電場緩和。另外，由于該連接片為同時注塑并加以絕緣，能減少可動部側的露出部，并能減少后工序的絕緣作業(yè)及裝配。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，將一體注塑的開關機構的外表面作成冷卻用的散熱片。
因此，由于與空氣接觸的表面積因注塑件的表面設有散熱片而增加，故能提高冷卻性能并實現(xiàn)開關機構的縮小化。
另外，在本發(fā)明的一體注塑的開關機構中，注塑時在外表面設有金屬制的散熱片，并與金屬制的散熱片一起一體注塑。
因此，因金屬制的散熱片比注塑樹脂等有機材料導熱性好，冷卻效率提高。而且由于散熱片由金屬制成，即使散熱片受碰觸也不會破損，實現(xiàn)在移動及運輸時品質穩(wěn)定化。
另外，在本發(fā)明的一體注塑的開關機構中，在外表面中埋入金屬物后進行注塑，該金屬物裝有帶有散熱片的熱管。
因此，由于注塑件內部因帶有冷卻散熱片的熱管而易于進一步冷卻，故能提高開關機構的容量。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，經帶有冷卻散熱片的熱管將各相的開關機構安裝為三相狀態(tài)，并在開關機構的兩端經熱管與盤面固定。
因此，通過在安裝為三相狀態(tài)時采用帶有冷卻散熱片的熱管，由于在使盤內加快冷卻的同時盤本身成為散熱面，故能增加冷卻面積、提高冷卻效率、并實現(xiàn)開關機構的縮小化。
另外，在本發(fā)明的開關機構中，在與開關機構內部的真空閥連接的導體上采用密閉型熱管。
因此，由于能通過連接導體的熱管使作為開關機構中的發(fā)熱源的導體、連接部、接觸部的熱量均勻化，從而使注塑樹脂層的熱流密度平均化，并增加注塑件表面的有效冷卻面積。因此，能實現(xiàn)開關機構的縮小化。
附圖簡單說明以下結合附圖進行具體說明，以期更全面地理解及認識本發(fā)明及其優(yōu)點，其中圖1為表示以往的SF6氣體進入的開關機構的剖面圖；圖2為表示本發(fā)明第1實施例的開關機構的主要部分的剖面圖；圖3為開關機構的單線接線圖；圖4為用于本發(fā)明的真空遮斷器的概略剖面圖；圖5為用于本發(fā)明的帶有接地功能的真空斷路器的概略剖面圖；圖6為本發(fā)明第1實施例中三相配置的概要圖；圖7為本發(fā)明第2實施例中三相配置的概要圖；圖8為圖7的開關機構的向視概要圖；圖9為表示本發(fā)明第2實施例中其他變形例的三相配置的概要圖；圖10為圖9的開關機構的向視概要圖；圖11為表示本發(fā)明第2實施例中其他變形例的三相配置的概要圖；圖12為圖11的開關機構的向視概要圖13為表示本發(fā)明第3實施例的真空閥部的概要圖；圖14為表示本發(fā)明第3實施例中使用的蓋的概要圖；圖15為表示本發(fā)明第3實施例中其他變形例的真空閥的概要圖；圖16為表示本發(fā)明第3實施例中模具的概要圖；圖17為本發(fā)明第4實施例中導電層形成的概要圖；圖18為本發(fā)明第4實施例中其他實施例的概要圖；圖19為表示本發(fā)明第5實施例中開關機構可動部側的主要部分剖面圖；圖20為本發(fā)明第6實施例中開關機構的平面概要圖；圖21為表示本發(fā)明第6實施例中其他實施例的三相開關機構的平面概要圖；圖22為表示本發(fā)明第7實施例中開關機構的概要圖；圖23為本發(fā)明第7實施例中使用的連接導體的概要圖。
以下參照附圖尤其是圖2說明本發(fā)明的一個較佳實施例，各附圖中相同或相應零件采用同樣標號。
圖2為表示本發(fā)明開關機構的一實施例的開關機構的主要部分的剖面圖；是根據(jù)圖3的單線接線圖構成的圖。圖2的開關機構1示出一相的剖面，將作為電極的固定導體5從母線連接部3作T分叉成T字狀，并與具有接地功能的真空斷路器7連接。作為具有接地功能的真空斷路器的真空閥7的電極的可動側導體9經由多觸點條帶等構成的連接片11與作為成為真空遮斷器的真空閥13的電極的可動部側導體15連接。真空閥13由其固定導體17經導體19與分叉成T字狀的T分叉的電纜頭接受部21連接。
將注塑樹脂23以從母線連接部3連接到電纜頭接受部21的狀態(tài)裝入未圖示的模具后在模具中注塑后得到加熱硬化一體的注塑件。在這種情況下，作為輸入部的母線連接部3和作為輸出部的電纜頭接受部21最好能在可調換的模具中一體注塑。注塑后，在除母線連接部3與電纜頭接受部21的嵌合部和真空閥7、13的可動部側的內面之外的注塑樹脂的外表面設置導電層。在作為電纜頭接受部21的一方的上位側安裝注塑的計量儀器用變壓器(VT或PT)25或分壓器(VD)，在作為其相對側的另一方即圖中下側安裝電纜27，在電纜27上安裝計量儀器用變流器29后得到圖3的構成的開關機構。斷路器用的真空閥7和遮斷器用的真空閥13的各可動部側導體9、15經操作絕緣桿31能與未圖示的操作機構部連接并進行真空閥7、13的開閉。圖4為示出作為用于本發(fā)明的開關機構的真空遮斷器的真空閥13的一例的概略剖面圖。在陶瓷等的無機質絕緣筒35內相對狀設置有具有接點電極17a、15a的固定導體17和可動部側導體15，且固定導體17固定在金屬性端板37上。可動部側導體15由可伸縮的波紋管39上下運動自如地支承在金屬性端板41上。上下金屬性端板37、41在真空狀態(tài)下與絕緣筒35焊接且其內部為真空狀態(tài)。圖5為示出作為用于本發(fā)明的開關機構的真空斷路器的真空閥7的一例的概略剖面圖。其結構為具有固定導體5的接點電極5a和相對的接點電極9a，在可動部側導體9的中途安裝接地用電極43，并將接地電極45安裝為在絕緣筒35側也與其動作范圍配合，通過使可動部側導體9上下動作進行斷路并接地。另外，其他構成要素因與圖4結構相同，故采用相同標號，說明從略。
因此，連接不同功能的2個真空閥7、13與分叉成T字狀的T分叉的輸入部·輸出部3、21并一體注塑的注塑件為在可動部側導體9、15上安裝連接片11和操作桿31，并裝配在未圖示的操作機構上而成為開關機構。
在圖3的回路構成的場合，系在電纜頭接受部21的一方的上位側安裝有一體注塑的計量儀器用變壓器(VT)25。一體注塑的計量儀器用變流器(CT)29安裝成貫通電纜27。另外在不必安裝注塑的計量儀器用變壓器(VT)25的場合，則也可作為安裝絕緣栓、進行電纜的試驗等時的外部電源連接部或在該部分安裝過電壓熔斷器。
另外，在三線配置的場合，如圖6用平面所示那樣將一體注塑的一相的開關機構1沿圖紙左右方向錯開配置成母線47、48、49不重疊，能構成三相開關機構。
采用這樣構成的開關機構1，雖然必須具有遮斷功能、斷路功能、接地功能，但由于各功能是在非常優(yōu)良的特性的真空中使接點開閉，可通過小的真空閥7、13進行。這種真空閥7、13雖然因接通、斷開時在極間或對地產生大的沖擊電壓而必須加以絕緣，但由于帶電部罩覆有絕緣耐力高的注塑樹脂23，與空氣等的氣體絕緣相比可采用小的絕緣距離。尤其是由于表面為接地層，其絕緣距離取決于注塑樹脂23的絕緣耐力，由于注塑樹脂23的絕緣耐力約為空氣的10倍，其絕緣耐力也高于SF6氣體，故可減小整體尺寸。由于即使不采用SF6氣體也能獲得緊湊的結構，故可提供對于環(huán)境方面優(yōu)良的開關機構1。另外，在將2個真空閥7、13裝配成開關機構的場合，在其位置未正確設定并使真空閥7、13內的接點15a、17a及5a、9a開閉時，即產生定時偏移或不再保持均勻的面接觸，并可能產生大的麻煩。因此，雖然裝配時的尺寸精度一般花費時間較多，但通過將真空閥7、13一次處理并一體注塑，由于尺寸通過模具自動設定，故注塑后無位置調整等的麻煩。另外，雖然開關機構1中必須具有輸入部3和輸出部21，但由于將輸入部3和輸出部21與真空閥7、13一次處理并一體注塑，因輸入部3、輸出部21的絕緣部與外表面之間可作成固體絕緣，故沒有象連接各個絕緣的零件時那種界面絕緣處的壓力調整或具有接觸部的表面狀態(tài)等精度的作業(yè)。另外，由于對真空閥7、13與輸入部3、輸出部21一體注塑，注塑工序一次完成，故較為經濟。另外，由于輸入部3、輸出部21為T型分叉結構，能通過將構成零件替換成與該部分嵌合狀而附加不同功能。
另外，在三相構成的場合，如圖6所示那樣，由于將模制且一體的開關機構1、1、1向錯開配置成母線連接部3不重疊地進行母線47、48、49的連接，故能使用同一模具，并使制造工序簡化。在本實施例雖然是以圖3的系統(tǒng)構成的實施例，在僅有遮斷功能的場合或斷路及遮斷以一個真空閥進行等真空閥為1個的情況下則僅在圖2的結構中將真空閥7的部分作為導體，并能使用同一模具進行制作，這是毋庸置疑的。
以下結合圖7至圖12說明本發(fā)明的第2實施例。
圖7為將開關機構1作成三相配置的平面圖，圖8為從箭頭方向看圖7的正面圖。一體注塑的各開關機構1的輸入部(母線連接部)3按各相配置成各母線51沿高度方向不重疊。在這種場合，除對作為開關機構本體的真空閥7、13等進行注塑的本體模具外，根據(jù)各相采用對圖8的A部上方區(qū)域進行一體注塑的模具并象第1實施例那樣制作對母線連接部3進行一體注塑的開關機構1。模具與母線連接部3的型式配合，并改變連接本體內的真空閥7與母線連接部3的固體導體5的長度。這樣，提供在遮斷、斷路、接地部的功能均不改變的情況下對母線連接部3的模具進行變化并一體注塑、在如圖7那樣在長方形占地面積中容納三相的開關機構。雖然在圖8的實施例中是說明在A部變換模具，但即使輸出部(電纜頭接受部)也能在B部替換模具，故能提供在電纜側方向同樣容易改變的開關機構，這是毋庸置疑的。
在第2實施例中，由于是根據(jù)各相改變輸入部3或輸出部21，故在配置成三相時，能配置成母線與電纜不重疊，地面形狀為長方形，能減小死空間。另外，由于不必改變整個模具，而只需替換輸入部3或輸出部21的部分模具，故能降低模具費和安裝費。另外，由于除固體導體5以外即使相位變化也能作為通用件使用，故能降低零件成本。
雖然在第2實施例中母線51是沿縱向配置的，如圖7、圖8所說明的那樣，但也可采取如圖9、圖10所示的那樣將母線沿橫向并列的方式。即使在這種場合也能獲得與圖7、圖8同樣的作用效果。另外，即使如圖11、圖12那樣傾斜配置，也能獲得與圖7、圖8同樣的作用效果。在該實施例的場合，通過如圖12所示那樣在導體部中由真空閥13至電纜頭接受部13配置電流傳感器55、配置電壓傳感器57并一體注塑，能僅縮小電流傳感器55和電壓傳感器57的外形尺寸。另外，由于能在其注塑樹脂23的上部裝設過電壓熔斷器59等，能提高開關機構1的附屬功能。在這種場合，電流傳感器55雖然采用貫通式的計量儀器用變流器或一種無鐵心的多個回轉線圈，但在空間較少時以采用無鐵心的多個回轉線圈的電流傳感器為宜。電壓傳感器57則采用僅配置將陶瓷電容器組合而成的分壓器或電極并利用注塑樹脂的靜電容量的分壓器。在帶電部的周圍配置無論哪種傳感器，由于存在低壓或接地部，故可兼作保持導體的支承件。在這種場合，并能減少保持導體等的支承件。如上所述，由于能將輸入部3或輸出部21的模具在本體的模具上進行調換，故能在制作費用不變的情況下在開關機構1的安裝部的空間中選擇何種方式。
以下結合圖13至圖16說明本發(fā)明的第3實施例。
這是關于對圖4或圖5的由陶瓷制成的真空閥7、或13進行一體注塑時的真空閥7、13的端部形態(tài)的一實施例。圖13為示出一體注塑的真空閥7、13的主要部分剖面圖(絕緣筒內省略)，示出在由陶瓷制成的絕緣筒59中將固定導體61的固定側端板63、可動部側導體65及安裝有未圖示的波紋管的可動部側端板67密封在真空中的真空閥7或13的兩端安裝由銅等金屬材料制成的金屬蓋69的狀態(tài)。圖14為金屬蓋69的概要圖。如上所述將安裝有金屬蓋69的真空閥7、13安裝在模具內，即可得到用使彈性體粒子分散的粒子系環(huán)氧注塑材料一體注塑的開關機構1。作為彈性體粒子，有庫列哈公司(クレハ)的EXL2314和日本彈性體公司(JSR)的FX602。在熔融二氧化硅粒子作為填充材料的玻璃轉位溫度135℃的環(huán)氧注塑樹脂中，可用使クレハEXL2314最好作10％分散的注塑樹脂使破壞韌性值(注韌性值越高，樹脂越不會開裂)由1.8Mpam1/2提高至2.5Mpam1/2。通過該注塑樹脂得到耐開裂性良好的開關機構。注塑方法為在一般的真空中使注塑樹脂流入模具并在硬化爐中一次硬化后，也可脫模進行二次硬化，將作為硬化促進劑添加促進環(huán)氧注塑樹脂的高溫反應性的三氯化硼的胺配位體的注塑樹脂混合后，在130℃的模具內減壓，在模具下部對50℃-60℃的脫泡的注塑樹脂加壓并注塑，在注塑樹脂注入后30分鐘即可脫模。然后在140℃-150℃下進行二次硬化而得到一體的開關機構。
在第3實施例中，通過在真空閥7或13的兩端安裝金屬蓋69，能將因陶瓷與注塑樹脂的線膨脹率的不同引起的熱應力的最大發(fā)生點落在真空閥7、13和金屬蓋69內，并能進行使用而與真空閥7、13的端部形狀無關。另外，在采用粒子系的填充材料的注塑樹脂中，雖然僅加入到線膨脹率相當于銅的線膨脹率的程度，但通過使0.5-5μm的彈性體微粒分散到10phr(注per hundredresin，相對于樹脂100，微粒為10)的程度而能提高破壞韌性。彈性體微粒的添加量除根據(jù)微粒的粒徑或注塑樹脂填充材料的種類和粒徑以及樹脂的種類等而變化外，由于強度或彈性率均為變化，故難以保持在最適宜的值，但在本發(fā)明人進行的實驗中，在對真空閥7、13進行一體注塑時采用5-20phr的添加量是有效的。而且，由于是粒子系的填充材料的注塑樹脂，還能在工序中除去異物，并能以加壓凝膠方式的高速注塑對樹脂加壓進行注入，能獲得硬化后均質的樹脂層。通過在這種注塑樹脂中加入彈性體微粒，由于彈性率減小，具有因彈性率減小而降低熱應力的效果。在真空閥7、13上裝有金屬蓋69的場合，雖然最大應力發(fā)生在端板和蓋內，但由于即使該部分產生剝離或開裂，金屬蓋69與端板部也為同電位，故在絕緣方面并無影響。另外，由于注塑樹脂的破壞韌性提高，因該部分的剝離等缺陷并未發(fā)展到龜裂，從而提高了耐開裂性。在不安裝金屬蓋69等的情況下對真空閥7、13進行模制的場合，由于僅為二氧化硅等粒子系的填充材料的情況下破壞韌性不強，故在真空閥7、13的周圍設置緩沖層，或在注塑樹脂的填充材料中填充粉碎的玻璃纖維或短纖維以提高韌性并進行注塑。在這種場合，前者設置緩沖層的工序復雜，后者一面如高速注塑法那樣對樹脂進行壓送，一面在注塑時無法控制填充材料的分散的情況下定向(注纖維沿一定方向排列)并開裂，由于即使混入異物也無法通過過濾器，故無法進行品質穩(wěn)定性管理的情況很多。對此，粒子系注塑材料由于是粒子系，能通過過濾器將異物除去，即使如高速注塑法那樣對樹脂進行壓送，也能將填充材料分散后注塑，從而提供品質穩(wěn)定的注塑件。
另外，在第3實施例中，金屬蓋69的內側是與注塑樹脂同一種樹脂構成的，但也可用圖15所示的彈性體71構成。彈性體71也可在安裝金屬蓋69時將RTV(室溫硫化劑Room Temperature Valcanizer)等填充至該部分，也可預先制作彈性體71的成型件并在安裝金屬蓋69時嵌入。但在這種場合，由于據(jù)分析最大應力發(fā)生在彈性體71的前端部與絕緣筒35的交界面處，為防止該部分因剝離而開裂，用玻璃帶73罩覆交界部。由于用玻璃帶73進行罩覆，注塑樹脂進入玻璃帶73，使該部分成為高強度，從而防止剝離·開裂的發(fā)生。另外，在以高速注塑制作本實施例的場合，開關機構1的結構如圖16的概要圖所示，將注入口75分為多個分叉75a、75b，并在模具81中設有多個脫氣部77和樹脂儲存部79。在模具81內裝入各導體3、5、19等后將注塑樹脂23注入真空閥7、13中，但由于注入口75分為多個分叉，注塑樹脂23就不會不均勻地流動進行填充而殘留未填充部。在圖16中是在模具81內將注入口75分為2個分叉75a、75b的形狀，但也可在模具81外將注入口75分為多個。在對注入的注塑樹脂23加溫并進行反應的同時，一面將模具81內的空氣排出一面進行填充，并在前端部分產生空隙。該空隙及內部的去除空氣的部分即為脫氣部77及樹脂儲存部79。如在沒有該部分77、79時進行填充注塑樹脂23，模具內部壓力上升，并在上部產生未填充部。去除空氣時脫氣部77的間隙雖然以寬為好，但一旦間隙變寬，則注塑樹脂23在填充的注塑樹脂凝膠化以前經脫氣部77及樹脂儲存部79由上部脫氣部77流出而無法獲得良好的注塑件。為此，位于最初的下部側的脫氣部77為包含空隙的注塑樹脂23容易通過的截面圓錐形狀，由于包含空隙的注塑樹脂23在樹脂儲存部79處，位于上部側的脫氣部77為狹窄的間隙，故最好設定為樹脂到達該部分時進行樹脂反應、凝膠化并將樹脂止住。在我們的實驗中，雖然作為對象物或注塑樹脂的填充材料因注入壓力而不同，但仍在下部側的脫氣部77為0.1-1mm、上部側的脫氣部77為0.03-1mm的間隙情況下加壓而止住注塑樹脂23的流出。另一方面，該脫氣部77和樹脂儲存部79為1個部位的場合，模具內部一旦存在水平部位，則該部分的空隙或空氣無處可去而在該部分產生未填充部或空隙。因此，如圖16所示那樣在多個部位設置脫氣部77和樹脂儲存部79，以通過注塑件的形狀去除空氣或空隙。從而得到無空隙的一體注塑的開關機構1。
以下參照圖17和圖18說明第4實施例。
由于第4實施例系關于開關機構注塑件的表面導電層的形成方法，圖17為在模具81的內面預先表面粘接一層脫模性良好的氟化加工等的脫模劑82，并在一體注塑前通過放入導電涂料83的噴槍84噴射導電涂料83并形成導電層85，然后將注塑樹脂23注入并加熱硬化，即得到注塑樹脂23與導電層85成一體的注塑件。
在第4實施例中，由于是在導電涂料83完全硬化前注入注塑樹脂23，故注塑樹脂23與導電涂料83的粘合良好，可得到表面上具有導電層85的一體的注塑件。而且，由于在注塑工序中可形成導電層85，故可簡化工序。注塑工序中除導電層85的形成外，如圖18所示，在高速注塑法的過程中，在已注塑的開關機構1的注塑樹脂23凝膠化而未硬化到塑型倒塌程度時將模具81、81稍微打開，在開關機構1與模具81之間設置1-2mm的間隙，并從注入口86注入導電涂料83。然后至預定的導電層85厚度時將模具81緊固，并進行硬化，直至導電層85與開關機構1粘合。在高速注塑時可容易地進行模具81的開閉，并由于模具81與一般注塑相比為高溫，能在短時間內脫模。由于注塑件的溫度仍為高溫狀態(tài)，與導電涂料83的粘合良好，并能通過模具81的夾緊形成一定厚度均質的導電層85。這種情況下能通過一系列的工序形成導電層85而無需再次加熱注塑件，故較為經濟。另外，雖然在圖16中是在導電層85形成過程中采用導電涂料83，但也可不采用導電涂料83，而在模具的內面配置環(huán)氧預浸樹脂的導電性條片后注塑而形成與注塑件一體的導電層。另外，在圖18的高速注塑法中，由于是在注塑樹脂凝膠化的時刻將模具81打開，并用導電性的環(huán)氧預浸樹脂條片罩覆注塑件的表面后，通過關閉模具81將上述環(huán)氧預浸樹脂條片加熱、加壓，故能得到與注塑件的表面牢固粘接的導電層成一體的注塑件。
以下參照圖19說明第5實施例。
第5實施例是在圖2的已注塑開關機構1中同時注塑可動部側導體9、15的方式，并在圖19中示出其概要。將安裝有多觸點帶87的連接片11與真空閥7、13的可動部側導體9、15一起設置在圖外的模具上，并通過注塑樹脂23一體注塑。多觸點帶87當開關機構1的電流容量大時安裝多個。此時也可沿真空閥7、13的上下安裝應力緩和用金屬蓋69。
采用該第5實施例，由于在模具裝配時裝設要求正確動作的可動部側導體9、15和連接片11，故尺寸調整容易進行，由于連接片11的周圍罩覆有絕緣耐力高的注塑樹脂23，故操作部的充電露出部僅為可動部側導體9、15，可縮小絕緣尺寸。
以下參照圖20、21說明第6實施例。
第6實施例是在已注塑開關機構1的表面安裝有冷卻用散熱片89。圖20表示其概要。圖20的已一體注塑的開關機構1其外表面的形態(tài)為了增加冷卻用表面積而作成散熱片形狀89。開關機構1的發(fā)熱部為接觸部或連接部、導體本身的電阻損耗，但特別是接觸部或連接部為大。該部分發(fā)出的熱量通過樹脂的熱傳導傳遞到表面并由此散熱，表面積越大，散熱量也越大。如能使散熱量大，則可實現(xiàn)開關機構1的縮小化。散熱片89的部位和形狀可容易地根據(jù)模具的挖入來設定。雖然圖20中示出的是用注塑樹脂23一體制作散熱片89的場合，但也可將金屬物埋入開關機構1的樹脂層并注塑后將金屬制的散熱片89與埋入樹脂層的金屬物固定，再在一體注塑的開關機構1的表面安裝金屬的散熱片89。在這種場合，由于一體注塑的開關機構1的表面形成有導電層，故即使在其表面安裝金屬制的散熱片89在絕緣方面也沒有問題，且由于金屬的熱傳導比樹脂好，故冷卻效率提高。同一模具中，在注塑的開關機構1安裝有金屬制的散熱片89的場合，由于能增加電流容量，并能減少內部使用的真空閥等的種類，故能標準化，并提高生產效率。另外，由于金屬制的散熱片89也能進行標準化，即使同一開關機構1中也因安裝數(shù)量或部位變化而能用于不同的電流容量，故能提高開關機構1的生產效率。另外，由于散熱片89的外表面涂敷黑色涂料，故能進一步提高散熱效果。在不采用金屬制散熱片89的場合則采用埋入樹脂中的金屬物并與盤固定，也可用于與其他相的開關機構的連接。
作為本實施例的變形例，為進一步提高冷卻效率，可采用如圖21所示的結構。圖21示出在埋入安裝用金屬物的多個開關機構1之間以及盤側板91之間用于帶有冷卻散熱片92的熱管93固定的開關機構1。通過采用熱管93，能使熱量的移動均勻化，并能提高安裝在熱管93上的冷卻散熱片92的冷卻效率。另外還由于與盤側板91固定，故盤側板91本身也成為冷卻面，能進一步提高冷卻效率。還有，如將熱管93與熱交換器連接，則可進一步提高冷卻效率。
以下參照圖22、23說明第7實施例。
第7實施例是使一體注塑的內部發(fā)熱部的熱量高效率擴散的開關機構。圖22表示其概要。在圖22中是將真空閥7、13的固定導體5、17作為熱管連接導體94。熱管連接導體94的概要示出于圖23。在銅等導體材料95的內部具有送入熱移送媒體的中空部96，單側為螺紋等嵌合部97。相對側則構成能將移送媒體96送入、密閉并連接嵌合的栓98。通過該熱管連接導體94從與真空閥7、13的母線連接部3至電纜頭部21之間進行連接并進行一體注塑。
在第7實施例中，雖然真空閥7、13的接點較大，但由于真空閥7、13內為中空，故開關機構1的發(fā)熱為將接點的熱量傳遞到導體并擴散，并經樹脂由表面散熱。通過采用熱管連接導體94，因能使導體部的熱量均勻化，能使由導體向樹脂部的散熱均勻化，由于能增加散熱面積，故能提高冷卻效率。
另外，雖然在上述實施形態(tài)中是以采用2個真空閥的例子加以說明的，而在真空閥本身具有遮斷、斷路、接地功能的場合則采用1個真空閥，這是毋庸置疑的。
在本發(fā)明的方法中，通過對具有開關機構的功能的真空閥和零件一次處理地一體注塑，并在表面設置導電層，能經濟地提供不使用SF6氣體、緊湊、冷卻效率良好、生產率高、耐開裂性良好的開關機構。
顯然，可通過上述面的論述對本發(fā)明作許多附加的修改和變化。應當理解，在所附權利要求的范圍內，本發(fā)明能以不同于以上具體描述的方式實施。
權利要求
1．一種開關機構，包括具有真空遮斷器、真空斷路器等的真空閥的開關開閉機構，對來自外部的電源進行輸入的所述開閉機構的輸入部，對向外部進行輸出電源的所述開閉機構的輸出部，其特征在于，所述開閉機構與所述輸入部和輸出部一起整個用樹脂層一次處理并一體注塑。
2．如權利要求1所述的開關機構，其特征在于，將所述一體注塑的開關機構的樹脂層外表面作為接地層。
3．如權利要求1所述的開關機構，其特征在于，所述輸入部·輸出部為T字狀叉開的T分叉。
4．如權利要求1所述的開關機構，其特征在于，所述對開關機構一體注塑的模具至少能在所述輸入部和輸出部中調換，并能與輸入部和輸出部的結構·形狀配合且一體注塑。
5．如權利要求1所述的開關機構，其特征在于，將電流傳感器和電壓傳感器兼作導體部的支承件并一體注塑。
6．如權利要求1所述的開關機構，其特征在于，在成T字狀叉開的T分叉部的單側裝有模制的安裝計量儀器用變壓器或過電壓熔斷器。
7．如權利要求1所述的使用真空閥的開關機構，其特征在于，將導電性金屬蓋安裝成在真空閥的兩端面罩覆真空閥的絕緣筒端面，并與其他零件一起裝入模具并一體注塑。
8．如權利要求7所述的使用真空閥的開關機構，其特征在于，安裝在所述真空閥的兩端的導電性金屬蓋與所述真空閥的端面之間由彈性體構成，所述金屬蓋端面與所述真空閥的絕緣筒之間用高強度纖維材料卷繞成對所述彈性體抵壓狀，并用粒子類注塑材料一體注塑。
9．如權利要求7所述的開關機構，其特征在于，所述注塑樹脂的填充材料用熔融二氧化硅填充材料和彈性體微粒構成，所述彈性體微粒對于樹脂以大約5-20％的比例分散。
10．一種開關機構的制造方法，系采用高速注塑法對如權利要求1-9所述的開關機構一體注塑，其特征在于，通過在100℃以上的高溫側向注塑樹脂中添加促進反應的硬化促進劑、使模具內成為減壓狀態(tài)、并在壓入注入后約20-30分鐘脫模。
11．如權利要求10所述的開關機構的高速注塑方法，其特征在于，采用多個部位設置注塑樹脂的注入口、樹脂儲存部及脫氣部的模具并一體注塑。
12．一種開關機構的制造方法，其特征在于，在如權利要求2所述的開關機構中，在相當于開關機構的外表面的模具面上噴涂導電涂料后，在模具中對開關機構構成件進行調節(jié)并一體注塑，將所述導電涂料涂覆在樹脂外表面并與注塑樹脂層一體化。
13．一種開關機構的制造方法，其特征在于，在如權利要求2所述的開關機構中，用注塑樹脂一體注塑時，在注塑樹脂凝膠化的時刻僅在導電涂料流動部分打開模具，將導電涂料壓入注塑件與模具的間隙后使模具關閉并加熱硬化至導電層的厚度，從而在注塑件的外表面形成導電層。
14．一種開關機構的制造方法，其特征在于，在如權利要求2所述的開關機構中，在用注塑樹脂一體注塑時，在注塑樹脂凝膠化的時刻打開模具，在用導電性預浸樹脂條片罩覆注塑件的表面后將模具夾緊并使導電性預浸樹脂料加熱加壓而與注塑件一體化。
15．如權利要求1所述的開關機構，其特征在于，在所述將多個真空閥一體注塑的開關機構中，所述真空閥的可動部位側同一方向配置，所述包含可動部側的滑動部的連接片由一體的導體構成，并與所述真空閥一起一體注塑。
16．如權利要求1所述的開關機構，其特征在于，所述一體注塑的開關機構的外表面作成冷卻用的散熱片形態(tài)。
17．如權利要求1所述的開關機構，其特征在于，所述開關機構注塑時，在外表面配置有金屬制的散熱片，并與金屬制的散熱片一起一體注塑。
18．如權利要求1所述的開關機構，其特征在于，在開關機構注塑時，將金屬物埋入外表面后進行注塑，所述金屬物裝有帶有散熱片的熱管。
19．如權利要求17所述的開關機構，其特征在于，經帶有冷卻散熱片的熱管將各相的開關機構安裝為三相狀態(tài)，并在開關機構的兩端經熱管與盤面固定。
20．如權利要求1所述的開關機構，其特征在于，在與所述開關機構內部的真空閥連接的導體上采用密閉型熱管。
全文摘要
通過將具有不同功能的多個真空閥(7)、(13)與輸入部(3)·輸出部(21)一起整個用樹脂層(23)一次處理并作成一體注塑的開關機構(1),能在不采用SF6氣體的情況下提高絕緣耐力,實現(xiàn)整個形狀的縮小化及零件數(shù)量和注塑工序的減少化。
文檔編號H01H31/00GK1305208SQ0013474
公開日2001年7月25日 申請日期2000年12月1日 優(yōu)先權日1999年12月1日
發(fā)明者伊藤善博, 木下晉, 槇島聰, 關谷洋紀, 宮川勝, 清水敏夫 申請人:東芝株式會社