JP2020194733A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】真空バルブのコイルが生成する磁界を強化し、遮断性能を向上すること。【解決手段】真空バルブは、軸方向において接離可能な一対の電極５Ａを備えている。前記一対の電極の少なくとも一方は、前記軸方向と平行な軸を中心とした周方向の成分を有する電流が流れる複数のコイル１０Ａ、２０Ａ、３０Ａを備えている。前記複数のコイルは、前記軸方向に並びかつ互いに接続することにより、電極間で発生する磁界を強化し、遮断性能を向上した真空バルブ。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、真空バルブに関する。

接離可能な一対の電極を真空絶縁容器に収容した真空バルブが知られている。例えば、各電極は、磁界を生成するコイルと、コイルの先端に接合された接触子とを備えている。各電極の接触子が離間した状態においては、これら接触子の間にアークが発生する。このアークは、各電極のコイルが生成する磁界により拡散され、これにより接触子の局所的な加熱が抑制される。コイルが生成する磁界を強化すれば、アークの良好な拡散が期待できる。

特開２０１９−５３９５５号公報

本発明が解決しようとする課題は、真空バルブのコイルが生成する磁界を強化することである。

一実施形態に係る真空バルブは、軸方向において接離可能な一対の電極を備えている。前記一対の電極の少なくとも一方は、前記軸方向と平行な軸を中心とした周方向の成分を有する電流が流れる複数のコイルを備えている。前記複数のコイルは、前記軸方向に並びかつ互いに接続されている。

図１は、第１実施形態に係る真空バルブの概略的な構成を示す断面図である。 図２は、第１実施形態に係る第１電極に適用し得る構成の一例を示す側面図である。 図３は、図２に示した第１コイルおよび第１接触子の概略的な斜視図である。 図４は、第１コイルにスリットを形成する工程の一例を示す概略的な斜視図である。 図５は、コイルの段数と磁界の強さの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。 図６は、第１実施形態に係る第１電極の一部を示す概略的な斜視図である。 図７は、第２実施形態に係る第１電極の一部を示す概略的な斜視図である。 図８は、第２実施形態に係る第１コイルを底部側から見た概略的な斜視図である。 図９は、第３実施形態に係る第１コイルを底部側から見た概略的な斜視図である。 図１０は、第３実施形態に係る第１電極の一部を示す概略的な斜視図である。 図１１は、第４実施形態に係る第１電極の概略的な斜視図である。 図１２は、第４実施形態に係る第１コイルおよび複数の棒材の概略的な斜視図である。 図１３は、第５実施形態に係る第１電極の概略的な斜視図である。 図１４は、図１３に示す第１電極の概略的な断面図である。

いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各実施形態に開示する真空バルブは一例であり、他の構造を備えた真空バルブに対して、各実施形態に開示する構成の一部を適用することもできる。また、各図においては、真空バルブを構成する各部材の相対的な大きさや位置を模式的に示すことがある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る真空バルブ１の概略的な構成を示す断面図である。真空バルブ１は、例えば真空遮断器として利用することができる。また、この真空遮断器は、スイッチギヤに利用されてもよい。

図１の例において、真空バルブ１は、絶縁容器２と、第１金具３Ａと、第２金具３Ｂと、第１通電軸４Ａと、第２通電軸４Ｂと、第１電極５Ａと、第２電極５Ｂと、シールド６と、ベローズ７と、カバー８とを備えている。

絶縁容器２は、第１電極５Ａ、第２電極５Ｂ、シールド６、ベローズ７およびカバー８を収容している。第１通電軸４Ａおよび第２通電軸４Ｂは、一端が絶縁容器２の内部に位置するとともに、他端が絶縁容器２の外部に位置している。

例えば、絶縁容器２は、真空バルブ１の軸ＡＸを中心とした円筒状である。絶縁容器２は、例えばアルミナ等の絶縁性のセラミックスで形成することができるが、この例に限られない。絶縁容器２が樹脂材料で形成され、さらに絶縁容器２の外面を覆う樹脂層が設けられてもよい。

第１金具３Ａおよび第２金具３Ｂは、例えば円盤状であり、絶縁容器２の両端の開口を塞いでいる。第１金具３Ａおよび第２金具３Ｂは、例えばステンレス鋼で形成することができるが、この例に限られない。

第１通電軸４Ａおよび第２通電軸４Ｂは、いずれも軸ＡＸに沿って延びている。第１通電軸４Ａは、第１金具３Ａの開口に通され、第１金具３Ａに接合されている。第２通電軸４Ｂは、第２金具３Ｂの開口に通されている。第２通電軸４Ｂと当該開口の内面との間には、隙間が設けられている。第１通電軸４Ａおよび第２通電軸４Ｂは、例えば無酸素銅で形成することができるが、この例に限られない。

第１電極５Ａは、第１コイル１０Ａと、第２コイル２０Ａと、第３コイル３０Ａと、第１接触子４０Ａとを備えている。第２コイル２０Ａは、第１コイル１０Ａと第３コイル３０Ａとの間に配置されている。第３コイル３０Ａは、第２コイル２０Ａと第１通電軸４Ａとの間に配置されている。第１接触子４０Ａは、第２電極５Ｂと対向する第１コイル１０Ａの端部（図中の下端部）に配置されている。第１コイル１０Ａと第２コイル２０Ａ、第２コイル２０Ａと第３コイル３０Ａ、第３コイル３０Ａと第１通電軸４Ａ、第１接触子４０Ａと第１コイル１０Ａは、例えば銀ろう等の接合材を用いて互いに接合されている。

第２電極５Ｂは、第１コイル１０Ｂと、第２コイル２０Ｂと、第３コイル３０Ｂと、第２接触子４０Ｂとを備えている。第２コイル２０Ｂは、第１コイル１０Ｂと第３コイル３０Ｂとの間に配置されている。第３コイル３０Ｂは、第２コイル２０Ｂと第２通電軸４Ｂとの間に配置されている。第２接触子４０Ｂは、第１電極５Ａと対向する第１コイル１０Ｂの端部（図中の上端部）に配置されている。第１コイル１０Ｂと第２コイル２０Ｂ、第２コイル２０Ｂと第３コイル３０Ｂ、第３コイル３０Ｂと第２通電軸４Ｂ、第２接触子４０Ｂと第１コイル１０Ｂは、例えば銀ろう等の接合材を用いて互いに接合されている。

第１接触子４０Ａおよび第２接触子４０Ｂは、互いに対向している。本実施形態において、第１電極５Ａはいわゆる固定側電極に相当し、第２電極５Ｂはいわゆる可動側電極に相当する。すなわち、第１電極５Ａおよび第２電極５Ｂは、接離可能である。図１の例においては、第１接触子４０Ａと第２接触子４０Ｂが離間した開極状態を示している。第１電極５Ａが第２電極５Ｂに向けて移動することで、第１接触子４０Ａと第２接触子４０Ｂが接触し、閉極状態となる。各コイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂ，３０Ｂは、例えば無酸素銅で形成することができるが、この例に限られない。各接触子４０Ａ，４０Ｂは、例えば銅クロムで形成することができるが、この例に限られない。

シールド６は、例えば軸ＡＸを中心とした筒状であり、第１電極５Ａおよび第２電極５Ｂを囲っている。シールド６は、開極状態において第１電極５Ａと第２電極５Ｂの間に生じるアークにより飛散する金属溶融物が絶縁容器２に付着して絶縁容器２の絶縁性能が低下することを抑制する。シールド６は、例えばステンレス鋼や銅で形成することができるが、この例に限られない。

ベローズ７は、軸ＡＸに沿って伸縮可能である。ベローズ７の一端は、第１金具３Ａに接合されている。ベローズ７の他端は、例えばカバー８を介して第１通電軸４Ａに接合されている。ベローズ７の当該他端は、第１通電軸４Ａに直接接合されてもよい。カバー８は、ベローズ７を覆っており、アークにより飛散する金属溶融物がベローズ７に付着することを抑制する。

第１金具３Ａ、第２金具３Ｂ、ベローズ７およびカバー８により、絶縁容器２の内部が気密に保たれている。絶縁容器２の内部の圧力は、１×１０^−２Ｐａ以下であることが好ましい。

図２は、第１電極５Ａに適用し得る構成の一例を示す側面図である。図３は、図２に示した第１コイル１０Ａおよび第１接触子４０Ａの概略的な斜視図である。図２および図３に示すように、第１コイル１０Ａは、軸ＡＸを中心とした中空の円筒部１１と、円筒部１１の一方の開口を塞ぐ底部１２（第１底部）とを有している。円筒部１１は、複数のスリット１３（第１スリット）と、隣り合うスリット１３の間にそれぞれ設けられた複数のアーム１４（第１アーム）とを有している。

各スリット１３および各アーム１４は、軸ＡＸと平行な軸方向および軸ＡＸを中心とした周方向の双方と交差する方向に延びている。各スリット１３は、軸ＡＸに関して互いに回転対称となる３次元形状を有している。同様に、各アーム１４は、軸ＡＸに関して互いに回転対称となる３次元形状を有している。

図３に示すように、円筒部１１の端部には、円筒部１１の内周面から外周面に亘る複数の凹部１１ａが設けられている。これら凹部１１ａは、軸ＡＸを中心とした周方向に一定間隔で並んでいる。各アーム１４の先端部１４ａ（第１先端部）は、これら凹部１１ａの間に位置している。また、各スリット１３は、凹部１１ａに繋がっている。

第１接触子４０Ａは、例えば円盤状であり、外周から所定長さで延びる複数の切り込み部４１と、隣り合う切り込み部４１の間にそれぞれ設けられた複数の接続部４２とを有している。複数の切り込み部４１は、凹部１１ａと同じピッチで軸ＡＸを中心とした周方向に並んでいる。複数の接続部４２は、先端部１４ａと同じピッチで当該周方向に並んでいる。

第１コイル１０Ａと第１接触子４０Ａは、各先端部１４ａがそれぞれ接続部４２と接触し、かつ各凹部１１ａがそれぞれ切り込み部４１と重なるように接合される。このように接合された状態においては、先端部１４ａの全体が第１接触子４０Ａと接触する。

図２に示す第２コイル２０Ａおよび第３コイル３０Ａの形状は、第１コイル１０Ａと同様である。すなわち、第２コイル２０Ａは、円筒部２１および底部２２（第２底部）を備え、円筒部２１は複数のスリット２３（第２スリット）と複数のアーム２４（第２アーム）とを有している。さらに、円筒部２１は複数の凹部２１ａを有し、各アーム２４は隣り合う凹部２１ａの間に先端部２４ａ（第２先端部）を有している。

また、第３コイル３０Ａは、円筒部３１および底部３２（第３底部）を備え、円筒部３１は複数のスリット３３（第３スリット）と複数のアーム３４（第３アーム）とを有している。さらに、円筒部３１は複数の凹部３１ａを有し、各アーム３４は隣り合う凹部３１ａの間に先端部３４ａ（第３先端部）を有している。

第１コイル１０Ａと第２コイル２０Ａは、各アーム２４の先端部２４ａがそれぞれ底部１２と接触するように接合される。第２コイル２０Ａと第３コイル３０Ａは、各アーム３４の先端部３４ａがそれぞれ底部２２と接触するように接合される。第１通電軸４Ａは、底部３２に接合される。

先端部２４ａと底部１２との接触位置は、アーム１４の付け根部分、すなわち周方向において隣り合うスリット１３の下端部間の領域であることが好ましい。また、先端部３４ａと底部２２との接触位置は、アーム２４の付け根部分、すなわち周方向において隣り合うスリット２３の下端部間の領域であることが好ましい。

図４は、第１コイル１０Ａにスリット１３を形成する工程の一例を示す概略的な斜視図である。例えば、スリット１３は、回転するブレードＢＬによって円筒部１１を切削することにより形成できる。他のコイル２０Ａ，３０Ａも同様の方法で加工することができる。

例えば図３に示すように、第１コイル１０Ａを流れる電流Ｉは、各アーム１４を通る。この電流Ｉは、周方向の成分を有するため、第１コイル１０Ａの内部においては縦方向（軸方向）の成分を有する磁界ＭＦが発生する。

第１接触子４０Ａと第２接触子４０Ｂが離間した状態においては、第１電極５Ａと第２電極５Ｂの間にアークが発生し得る。仮にこのアークが第１接触子４０Ａの所定部分に集中すると、当該部分が局所加熱されて高温となり、熱電子を発生させることがある。このような熱電子は、真空バルブ１の遮断性能を低下させる。

一方、図２および図３に示した構成においては、アークを構成する荷電粒子が各コイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａにより生成される磁界ＭＦの磁力線に捕捉され、当該磁力線を中心に螺旋運動する。これにより、アークが拡散されて第１接触子４０Ａおよび第２接触子４０Ｂの全体に広がる。したがって、アークの集中による第１接触子４０Ａおよび第２接触子４０Ｂの局所加熱を抑制でき、結果として真空バルブ１の遮断性能が向上する。

例えば第１電極５Ａと第２電極５Ｂを高速で開極させる場合、開極時における両電極間の距離が大きくなる。各コイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａが第１接触子４０Ａと第２接触子４０Ｂの間に発生させる磁界ＭＦの強さは、この距離が大きくなるほど低下する。また、磁界ＭＦの強さは、軸ＡＸを中心とした半径方向の外側ほど低下する傾向がある。このため、電極間の距離が大きくなると、アークの拡散範囲が狭くなり、局所加熱を十分に抑制できない可能性がある。

一般に、コイルが生成する磁界の強さ（磁束密度Ｂｚ）は、コイルの巻き数に比例する。そこで、コイルの巻き数を増やして磁界を強めれば、アークを良好に拡散できると考えられる。しかしながら、図４に示した加工方法においては、巻き数を増やすこと、すなわちスリット１３，２３，３３を長くすることが困難である。

このように、コイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａのそれぞれにおいて巻き数を増やすことは難しい。しかしながら、コイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａを軸方向に接合した構造であれば、これらコイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａのアーム１４，２４，３４により、巻き数の多いコイルが構成される。これにより、第１電極５Ａにおける磁界が強化され、アークを良好に拡散することができる。

図５は、コイルを１段有する電極、コイルを２段有する電極、本実施形態のようにコイルを３段有する電極のそれぞれにつき磁界の強さをシミュレーションした結果を示すグラフである。横軸は真空バルブ１の軸ＡＸからの距離ｒであり、縦軸は磁束密度Ｂｚである。

１段、２段、３段のいずれの場合も、距離ｒが小さい領域では磁束密度Ｂｚが強く、距離ｒが大きくなると磁束密度Ｂｚが低下する。ただし、１段に比べて２段の方が全体的に磁束密度Ｂｚが高く、さらに２段に比べて３段の方が全体的に磁束密度Ｂｚが高くなっている。例えば距離ｒ＝０の位置において、２段の磁束密度Ｂｚは、１段に比べて約５０％向上している。また、距離ｒ＝０の位置において、３段の磁束密度Ｂｚは、１段に比べて約６０％向上している。

以上、第１電極５Ａの各コイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａおよび第１接触子４０Ａについて説明した構成は、第２電極５Ｂのコイル１０Ｂ，２０Ｂ，３０Ｂおよび第２接触子４０Ｂに対しても適用することができる。これにより、第２電極５Ｂによる磁界も強まり、アークをより好適に拡散できる。

本実施形態において、各コイルが備える複数のアームは、底部によって連結されている。これにより、各アームを別々の部品として用意する場合に比べて、部品点数を削減できるとともに、各電極５Ａ，５Ｂの組み立ても容易となる。

本実施形態においては、各コイルのアームの先端部が、隣接するコイルの底部や接触子に接続されている。このような構造においては、各電極５Ａ，５Ｂの内部が各コイルの底部によって複数の空間に区切られ、結果として各電極５Ａ，５Ｂの強度が増す。

上記複数の空間の少なくとも１つに補強材が配置されてもよい。この場合には、各電極５Ａ，５Ｂの強度をより高めることができる。また、上記複数の空間の少なくとも１つに磁性体が配置されてもよい。この場合においては、各電極５Ａ，５Ｂにおける磁界の強度をより高めることができる。

各電極５Ａ，５Ｂが備えるコイルの数は、３つに限られず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。図５に示したグラフから分かるように、コイルが２段積まれた場合であっても磁界の強度を十分に高めることができる。また、段数を増やすほど磁界の強度を高めることができる。

さらに、各電極５Ａ，５Ｂが備えるコイルの数が異なってもよい。この場合において、各電極５Ａ，５Ｂの一方が複数のコイルを備え、他方がコイルを１つのみ備えてもよい。例えば、高速な開極を実現するためには、可動側電極である第２電極５Ｂが軽い方が好ましい。そこで、第２電極５Ｂのコイルの数を第１電極５Ａより少なくしてもよい。

［第２実施形態］
第２実施形態について説明する。図６は、上述した第１実施形態に係る第１電極５Ａの一部を示す概略的な斜視図である。第１電極５Ａを流れる電流Ｉの多くは、図中の右側から左側に向けた矢印で示すように、第３コイル３０Ａのアーム３４から第２コイル２０Ａのアーム２４へ流れ、このアーム２４から第１コイル１０Ａのアーム１４へ流れる。このような流れは、上述の磁界の強化に寄与する。

ただし、スリット３３とスリット２３は互いに離れており、スリット２３とスリット１３も互いに離れていることから、電流Ｉと逆の周方向成分を有する電流Ｉｃも生じ得る。このような電流Ｉｃは、電流Ｉによる磁界を弱める一因となる。

そこで、本実施形態においては、電流Ｉｃを抑制するための構造を開示する。特に言及しない構成および効果については、第１実施形態と同様である。

図７は、第２実施形態に係る第１電極５Ａの一部を示す概略的な斜視図である。本実施形態において、第１コイル１０Ａは、複数のノッチ１５（第１ノッチ）を有している。各ノッチ１５は、凹部２１ａを介してスリット１３とスリット２３とを接続する。

同様に、第２コイル２０Ａは、複数のノッチ２５（第２ノッチ）を有している。各ノッチ２５は、凹部３１ａを介してスリット２３とスリット３３とを接続する。また、第３コイル３０Ａは、各スリット３３に繋がる複数のノッチ３５（第３ノッチ）を有している。

このような構成であれば、スリット１３，２３，３３が互いに接続される。そのため、図６に示した電流Ｉｃが抑制され、結果としてアーム１４，２４，３４を螺旋状に流れる電流Ｉを大きくすることができる。電流Ｉが大きくなれば磁界が強まるので、アークを良好に拡散できる。

図８は、第１コイル１０Ａを底部１２側から見た概略的な斜視図である。各ノッチ１５は、円筒部１１の外周面から軸ＡＸに向けて一定の幅で直線状に延びている。ノッチ１５の半径方向の長さＬは、第２コイル２０Ａのアーム２４から第１コイル１０Ａに流れる電流が、当該アーム２４に対応するアーム１４に流れ、他のアーム１４に流れないように定めることが好ましい。

このようなノッチ１５の長さＬの一例につき、図８に示すスリット１３Ｘ，１３Ｙ、アーム１４Ｘ，１４Ｙおよびノッチ１５Ｘ，１５Ｙを用いて説明する。スリット１３Ｘ，１３Ｙは、周方向に隣接するスリット１３である。アーム１４Ｘはスリット１３Ｙ，１３Ｘの間のアーム１４であり、アーム１４Ｙはスリット１３Ｙを介してアーム１４Ｘに隣接するアーム１４である。ノッチ１５Ｘはスリット１３Ｘに繋がるノッチ１５であり、ノッチ１５Ｙはスリット１３Ｙに繋がるノッチ１５である。

アーム１４Ｘに対応するアーム２４の先端部２４ａは、斜線を付した接触領域ＣＡにおいて底部１２に接触する。なお、「アーム１４Ｘに対応するアーム２４」とは、ノッチ１５Ｘを介してスリット１３Ｘに繋がるスリット２３と、ノッチ１５Ｙを介してスリット１３Ｙに繋がるスリット２３との間に位置するアーム２４を意味する。

実線矢印で示す経路は、接触領域ＣＡに含まれる位置Ｐからノッチ１５Ｘとスリット１３Ｘの接続部分（アーム１４Ｘの付け根部分）までの最短経路Ｍ１である。破線矢印で示す経路は、位置Ｐからノッチ１５Ｙとスリット１３Ｙの接続部分（アーム１４Ｙの付け根部分）までの最短経路Ｍ２である。位置Ｐは、接触領域ＣＡにおいて最短経路Ｍ２が最も小さくなる位置である。

ノッチ１５Ｙの半径方向の長さＬが長ければ、最短経路Ｍ２が長くなる。そこで、長さＬは、最短経路Ｍ１が最短経路Ｍ２よりも短くなるように定めることが好ましい。このようにすれば、接触領域ＣＡを通る電流が主にアーム１４Ｘに流れ、アーム１４Ｙには殆ど流れない。

他の観点からいうと、長さＬは、アーム１４Ｘの内周面や接触領域ＣＡよりも第１コイル１０Ａの軸（すなわち軸ＡＸ）に近い位置まで延びていることが好ましい。このようにすれば、ノッチ１５Ｙを迂回する分だけ最短経路Ｍ２が大きくなるので、接触領域ＣＡに流れる電流がアーム１４Ｙに流れにくくなる。

他のノッチ１５や第２コイル２０Ａのノッチ２５についても、ノッチ１５Ｙと同様に半径方向の長さを定めることができる。第２電極５Ｂの各コイル１０Ｂ，２０Ｂにノッチを設け、このノッチの形状を本実施形態と同様に定めてもよい。

以上説明したように、各コイルにノッチを設け、かつこのノッチの半径方向における長さを工夫することで、各コイルが生成する磁界を強化することができる。結果として、第１電極５Ａと第２電極５Ｂの間に生じるアークが良好に拡散され、真空バルブ１の遮断性能が一層向上する。

なお、図８においては全てのスリット１３に対してノッチ１５が設けられる構成を例示した。しかしながら、一部のスリット１３に対してのみノッチ１５が設けられてもよい。他のコイル２０Ａ，３０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂ，３０Ｂについても同様である。

［第３実施形態］
第３実施形態について説明する。特に言及しない構成および効果については、上述の各実施形態と同様である。

図９は、第３実施形態に係る第１コイル１０Ａを底部１２側から見た概略的な斜視図である。図１０は、第３実施形態に係る第１電極５Ａの一部を示す概略的な斜視図である。

本実施形態においては、軸ＡＸを中心とした周方向における各ノッチ１５の幅が、軸ＡＸ側から円筒部１１の外周面側に向けて徐々に広がっている。すなわち、各ノッチ１５は、扇形である。

さらに図９の例においては、各ノッチ１５の半径方向における長さＬが図８の例に比べて大きい。一例として、長さＬは、第１コイル１０Ａの直径の１／３以上であるが、この例に限られない。

アーム１４に電流Ｉが流れ始めると、この電流Ｉの立ち上がりに応じて磁界ＭＦが強くなる。仮にノッチ１５が設けられていないと、このような磁界ＭＦの変化により、底部１２に大きな渦電流ＶＩが流れる。渦電流ＶＩにより発生する磁界ＭＦＶは、磁界ＭＦと逆方向であるために、磁界ＭＦが弱められる。これに対し、図９の例のようにノッチ１５の長さＬを大きくすれば、渦電流ＶＩが生じ得る領域が小さくなる。これにより渦電流ＶＩが抑制され、結果として磁界ＭＦを強めることができる。

図１０に示すように、第２コイル２０Ａおよび第３コイル３０Ａには、第１コイル１０Ａと同様の形状を適用できる。本実施形態においてはノッチ１５の幅が大きいため、図１０に示すように先端部２４ａの一部がノッチ１５において底部１２から露出している。同様に、先端部３４ａの一部がノッチ２５において底部２２から露出している。

このような構成であれば、先端部２４ａが全体的に底部１２によって覆われる場合に比べ、アーム２４からアーム１４に流れる電流Ｉの経路が軸方向に対して垂直に近い角度（周方向に近い角度）となる。これにより、電流Ｉの周方向成分が強まり、電流Ｉにより生じる磁界の軸方向成分が増加する。同様に、アーム３４からアーム２４に流れる電流の経路も軸方向に対して垂直に近い角度となるので、当該電流によって生じる磁界の軸方向成分が増加する。

一方で、ノッチ１５の幅が大きすぎると、図９に示す接触領域ＣＡが小さくなり、アーム２４からアーム１４に至る経路の抵抗が増大する。そこで、ノッチ１５の形状は、接触領域ＣＡの面積がアーム１４の最小横断面積Ａ以上となるように定めることが好ましい。

ここで、最小横断面積Ａは、アーム１４の延出方向に対して垂直な横断面の面積のうち、最小のものを意味する。例えば図９の例においては、破線枠と斜線で示すように、アーム１４の付け根部分における横断面の面積が、最小横断面積Ａに相当する。接触領域ＣＡの面積は、アーム１４の最小横断面積Ａだけでなく、アーム２４の最小横断面積以上であってもよい。なお、第１コイル１０Ａと第２コイル２０Ａの形状が同じであれば、アーム１４，２４の最小横断面積は同じである。ノッチ２５についても同様に、先端部３４ａと底部２２の接触領域の面積が、アーム２４やアーム３４の最小横断面積以上となるように形状を定めることができる。

アーム１４と第１接触子４０Ａの接触領域に関しても、当該接触領域の面積がアーム１４の最小横断面積Ａ以上となるように定めることができる。このようにすれば、アーム１４から第１接触子４０Ａに流れる電流の抵抗を低減できる。また、第２電極５Ｂの各コイル１０Ｂ，２０Ｂ，３０Ｂにノッチを設け、このノッチの形状を本実施形態と同様に定めてもよい。

以上説明したように、各コイルのノッチの形状を工夫することで、各コイルが生成する磁界を強化することができる。結果として、第１電極５Ａと第２電極５Ｂの間に生じるアークが良好に拡散され、真空バルブ１の遮断性能が一層向上する。

［第４実施形態］
第４実施形態について説明する。特に言及しない構成および効果については、上述の各実施形態と同様である。

図１１は、第４実施形態に係る第１電極５Ａの概略的な斜視図である。本実施形態において、第１電極５Ａは、第１接触子４０Ａと第３コイル３０Ａの底部３２との間に配置された複数の棒材５０を備えている。

棒材５０は、例えば各コイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａにより生成される磁界を強めるための磁性体である。また、棒材５０は、閉極時の衝撃力や各電極５Ａ，５Ｂを接触させるワイプ荷重による第１電極５Ａの変形を抑制する補強材であってもよい。棒材５０は、各コイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ、第１接触子４０Ａおよび第１通電軸４Ａよりも抵抗が大きい材料で形成される。例えば棒材５０が磁性体である場合、その材料としては鉄を用いることができる。また、棒材５０が補強材である場合、その材料としては鉄またはステンレス鋼を用いることができる。

図１２は、第１コイル１０Ａおよび各棒材５０の概略的な斜視図である。図示した第１コイル１０Ａの形状は、第３実施形態（図９および図１０）と同様である。第２コイル２０Ａも第３実施形態と同様の形状を有している。さらに、ノッチ１５とノッチ２５が軸方向において重なるように、第１コイル１０Ａと第２コイル２０Ａが接合される。

図１２に示すように、各棒材５０は例えば円柱状であり、ノッチ１５に通されている。さらに、各棒材５０は、ノッチ２５にも通される。各棒材５０の一端は、第１接触子４０Ａに接合されている。各棒材５０の他端は、例えば第３コイル３０Ａの底部３２に接合されている。この場合においては、各棒材５０との接合領域を確保するために、図１０に示したノッチ３５を底部３２に設けなくてもよい。あるいは、ノッチ３５が他のノッチ１５，２５と軸方向において重ならないように、第３コイル３０Ａの形状を他のコイル１０Ａ，２０Ａと異ならせてもよい。

本実施形態においては、各コイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａの内部を貫く棒材５０を開示したが、このような棒材５０に代えて各コイル１０Ａ，２０Ａ，３０Ａの内部にそれぞれ磁性体や補強材が配置されてもよい。第２電極５Ｂについても、本実施形態と同様の構成を適用できる。

以上説明したように、第１電極５Ａおよび第２電極５Ｂの少なくとも一方に磁性体または補強材である棒材５０を設けることで、各コイルが生成する磁界の強化や、各電極５Ａ，５Ｂの機械的強度の向上が期待できる。結果として、真空バルブ１の遮断性能や信頼性を向上させることができる。

［第５実施形態］
第５実施形態について説明する。特に言及しない構成および効果については、上述の各実施形態と同様である。

図１３は、第５実施形態に係る第１電極５Ａの概略的な斜視図である。図１４は、図１３に示す第１電極５Ａの概略的な断面図である。本実施形態において、第１電極５Ａは、第１コイル１０Ａ、第２コイル２０Ａおよび第１接触子４０Ａを備えるが、第３コイル３０Ａを備えていない。図１３および図１４に示す各コイル１０Ａ，２０Ａおよび第１接触子４０Ａの形状は、第３実施形態（図９および図１０）と同様であるが、第１実施形態（図２および図３）または第２実施形態（図７および図８）と同様の形状であってもよい。

また、本実施形態においては、各アーム１４の先端部１４ａと、各アーム２４の先端部２４ａとが接合されている。スリット１３とスリット２３は、凹部１１ａ，２１ａを介して接続される。

第１接触子４０Ａは、底部１２に接合されている。図１３の例においては、隣接するノッチ１５の間において、底部１２と第１接触子４０Ａの接続部４２とが接触している。第１接触子４０Ａの切り込み部４１は、軸方向においてノッチ１５と重なっている。第１通電軸４Ａは、底部２２に接合されている。

このように第１コイル１０Ａと第２コイル２０Ａを接合した場合、図１４に示すように、各アーム１４，２４および各底部１２，２２で囲われた空間ＳＰが形成される。例えば、この空間ＳＰには、第４実施形態にて例示した棒材５０よりも容量の大きい磁性体を配置することができる。これにより、コイル１０Ａ，２０Ａが生成する磁界をより強化することができる。

なお、空間ＳＰには、磁性体に代えて、あるいは磁性体とともに、閉極時の衝撃力や各電極５Ａ，５Ｂを接触させるワイプ荷重による第１電極５Ａの変形を抑制するための補強材を配置してもよい。

本実施形態のようにアーム１４の先端部１４ａとアーム２４の先端部２４ａとを接合する場合であっても、各コイル１０Ａ，２０Ａにより巻き数の多い１つのコイルを構成できる。また、各コイル１０Ａ，２０Ａの内部に底部１２，２２が位置しないために、大きな空間ＳＰを形成でき、上述のように容量の大きい磁性体や補強材の配置に利用できる。

なお、第２電極５Ｂについても、第１電極５Ａと同様に２つのコイル１０Ｂ，２０Ｂと第２接触子４０Ｂを含む構成を適用し得る。第１電極５Ａと第２電極５Ｂの一方が第１乃至第４実施形態にて開示したように３つのコイルを含み、他方が本実施形態にて開示したように２つのコイルを含んでもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

各実施形態においては、第１電極５Ａおよび第２電極５Ｂがそれぞれコイルとは別体の接触子４０Ａ，４０Ｂを備える構成を例示した。他の例として、これら接触子４０Ａ，４０Ｂは、コイルの一部であってもよい。例えば、図１３および図１４に示した構成においては、第１コイル１０Ａの底部１２が第１接触子４０Ａとして機能してもよい。

１…真空バルブ、４Ａ，４Ｂ…通電軸、５Ａ，５Ｂ…電極、１０Ａ，２０Ａ，３０Ａ，１０Ｂ，２０Ｂ，３０Ｂ…コイル、４０Ａ，４０Ｂ…接触子、１１，２１，３１…円筒部、１１ａ，２１ａ，３１ａ…凹部、１２，２２，３２…底部、１３，２３，３３…スリット、１４，２４，３４…アーム、１４ａ，２４ａ，３４ａ…先端部、１５，２５，３５…ノッチ。

Claims (13)

1. 軸方向において接離可能な一対の電極を備え、
   前記一対の電極の少なくとも一方は、前記軸方向と平行な軸を中心とした周方向の成分を有する電流が流れる複数のコイルを備え、
   前記複数のコイルは、前記軸方向に並びかつ互いに接続されている、
   真空バルブ。
2. 前記複数のコイルは、第１コイルと、前記軸方向において前記第１コイルに隣接する第２コイルと、を含み、
   前記第１コイルは、前記軸方向および前記周方向の双方と交差する方向に延びる複数の第１スリットと、隣り合う前記第１スリットの間にそれぞれ位置する複数の第１アームと、前記複数の第１アームの一方の端部を連結する第１底部と、を有し、
   前記第２コイルは、前記軸方向および前記周方向の双方と交差する方向に延びる複数の第２スリットと、隣り合う前記第２スリットの間にそれぞれ位置する複数の第２アームと、前記複数の第２アームの一方の端部を連結する第２底部と、を有する、
   請求項１に記載の真空バルブ。
3. 前記一対の電極は、互いに対向する一対の接触子を備え、
   前記第１アームは、前記第１底部の反対側に位置する第１先端部を有し、
   前記接触子と前記第１先端部とが接続されている、
   請求項２に記載の真空バルブ。
4. 前記第１先端部と前記接触子が接触する領域の面積は、前記第１アームの最小横断面積以上である、
   請求項３に記載の真空バルブ。
5. 前記第２アームは、前記第２底部の反対側に位置する第２先端部を有し、
   前記第２先端部と前記第１底部とが接続されている、
   請求項３または４に記載の真空バルブ。
6. 前記第２先端部と前記第１底部が接触する領域の面積は、前記第１アームまたは前記第２アームの最小横断面積以上である、
   請求項５に記載の真空バルブ。
7. 前記第１底部は、前記複数の第１スリットと前記複数の第２スリットとをそれぞれ接続する複数の第１ノッチを有する、
   請求項５または６に記載の真空バルブ。
8. 一対の前記第２スリットの間の前記第２アームから、当該一対の第２スリットとそれぞれ前記第１ノッチを介して接続された一対の前記第１スリットの間の前記第１アームに流れる電流の経路は、当該第２アームから前記第１ノッチを迂回して他の前記第１アームに至る経路よりも短い、
   請求項７に記載の真空バルブ。
9. 前記第２先端部は、前記第１ノッチにおいて前記第１底部から露出している、
   請求項７または８に記載の真空バルブ。
10. 前記第１ノッチは、前記第１アームの内周面よりも前記第１コイルの軸に近い位置まで延びている、
    請求項７乃至９のうちいずれか１項に記載の真空バルブ。
11. 前記第２底部は、前記複数の第２スリットにそれぞれ繋がるとともに前記第２アームの内周面よりも前記第２コイルの軸に近い位置まで延びる複数の第２ノッチを有し、
    前記軸方向において重なる前記第１ノッチおよび前記第２ノッチに挿通された磁性体または補強材をさらに備える、
    請求項１０に記載の真空バルブ。
12. 前記軸方向に延びる通電軸をさらに備え、
    前記複数のコイルは、前記軸方向において前記第２コイルに隣接する第３コイルをさらに含み、
    前記第３コイルは、前記通電軸と接続されている、
    請求項２乃至１１のうちいずれか１項に記載の真空バルブ。
13. 前記第１アームは、前記第１底部の反対側に位置する第１先端部を有し、
    前記第２アームは、前記第２底部の反対側に位置する第２先端部を有し、
    前記複数の第１アームのそれぞれの前記第１先端部と、前記複数の第２アームのそれぞれの前記第２先端部とが接続されている、
    請求項２に記載の真空バルブ。

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