真空スイッチとは
真空スイッチ (英: vacuum switch) とは、大気圧より低い圧力を感知して回路を開閉するスイッチです。
真空圧力の変化を感知して、流体の流れを制御します。設定した到達点に達すると電気回路の開閉を行い、流体の流れを変えたり、安全装置を作動させまます。
その他、電力分野で高電圧の開閉用の遮断器も用途の1つです。真空中ではアークが出ないので、真空容器の中にスイッチ機構を設け、外から作動させます。
真空スイッチの使用用途
1. 自動化制御用
真空スイッチは、各種自動化真空装置等の制御、搬送、保護および安全回路用スイッチとして使用されます。高い安全性や信頼性を要求される安全インターロック機構や圧力制御など、さまざまな用途で用いられます。
具体的な用途は、半導体製造装置、化学分析装置、真空蒸着装置、メカニカルブ－スタ－などです。さまざまな使用環境に対応できるように、あらゆる流体と適合しやすいシリコン素材やステンレスなどを使用します。中には、真空スイッチと圧力スイッチがセットになった製品もあります。
2. 電力用
電力用では、ビルや工場、鉄道会社等に電力会社から電力を受電し、高圧遮断器を設置します。高圧遮断器に多く使われるのが真空スイッチです。手動で動作させるのが一般的ですが、電磁石で開閉するものもあります。
また、電柱に変圧器の他に、金属の箱状のものが付いている場合は、高圧開閉器で真空スイッチが使われています。電磁石の力で回路を開き、スプリングの力で遮断する方式の真空スイッチは真空電磁接触器と呼ばれ、大容量モータの開閉に使用されます。
6kVや3kVの高圧回路に使われる場合が多く、機器や電力系統に異常が発生した際、回路を遮断する用途です。真空スイッチは、繰り返しの動作に耐えられるように堅牢性の高い仕様になっています。防爆対応をしている真空スイッチもありますが、爆発性や引火性がある気体やガスに対して使用できないものが一般的です。
真空スイッチの原理
1. 制御用真空スイッチ
制御用の真空スイッチは、電気式、エア式、メカ式、電子式などのスイッチとセンサ部分によって成り立っています。センサ部分によって圧力の状態や変化を感知し、設定した作動圧力の上限や下限に到達すると、あらかじめ設定された信号を発します。この信号により電気回路の開閉を行うことで、安全に内部のワークを搬送したり、状態を保持したりすることが可能です。
圧力の検知部は、ブルドン管・ベローズ・ゴムダイヤフラムなどの機構部と機械式スイッチや電子式スイッチから構成されます。使用材料は、りん青銅・ステンレス、シリコンゴムなどを使用し、各種ガスに対応可能です。
真空スイッチの表示部は、アナログ式とデジタル式があります。デジタル式は視認性に優れ、調整が容易です。
2. 電力用真空スイッチ
電力用の真空スイッチは、機器や電力系統に異常が発生した際、回路を遮断するのに利用されます。性能が高く、短絡電流、負荷電流、過電流などすべての電流を遮断できることが特徴です。通常は過電流継電器などを併用して信号を受け取り、異常電流を遮断します。
真空スイッチは、真空バルブ構造になっています。真空度は、10-3～10-5Pa程度の高真空です。バルブ内には、2個の固定電極と可動電極があり、異常発生時、接点の距離を離して遮断します。真空中では遮断時のアークが拡散され、消弧します。
真空スイッチの特徴
1. 設定範囲が広い
真空圧の設定範囲は、−10～−100kP程度の広範囲です。
2. 長寿命
設定誤差が小さく、堅牢で100万回以上の長寿命です。
3. 多様な媒体に対応
大気とのシールは溶接構造であり、主にステンレスを使用し、多くの種類のガスに対応しています。
4. 単極双頭接点
単極双頭接点を備えたものが多く、作動圧力の上限または下限において、ON・OFF2点制御信号が得られます。
真空スイッチのその他情報
衝撃電流用真空スイッチ
電力関係や高温プラズマの実験分野では、コンデンサ放電による衝撃電流を用いる場合が多いです。この衝撃電流のスイッチに真空スイッチを使用した結果、良好な特性が得られています。
事故による大電流時に短絡させて、ヒューズを溶断することで負荷に過電圧が印加されるのを防止するクローバ装置としての役割があります。
参考文献
https://www.sankyointernational.co.jp/products/pressure_vacuum/item_87
http://www.schmalz.co.jp/products/vacuum-components/switch-systemmonitoring/vacuum-switch.html
https://jp.rs-online.com/web/c/pneumatics-hydraulics/vacuum-components/vacuum-switches/