JP2022132958A - 真空バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】アーク放電により生じる金属蒸気の絶縁容器やベローズへの付着を抑制するとともに、部品の小型化や部品点数の削減を図ることが可能な真空バルブを提供する。【解決手段】真空バルブは、絶縁材で筒状に構成され、筒軸方向の両端に開口部をそれぞれ有する絶縁容器と、絶縁容器にそれぞれ収容され、互いの接点部を接離可能な第１の電極および第２の電極と、開口部にそれぞれ接合され、絶縁容器を閉塞する封着金具と、第１の電極と連続し、第１の電極および第２の電極の各々の接点部を取り囲む筒部とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、真空バルブに関する。

例えば、ビル、工場、病院などには、電力の配送電系統における電路の保護、電力の制御、設備の監視などを図るために金属閉鎖形スイッチギヤ（以下、単にスイッチギヤという）が備えられている。スイッチギヤは、金属容器（筐体）によって外部から隔てられた空間に主回路導体、電力ケーブル、接地装置、変流器、真空遮断器、真空断路器などを収容して構成されている。真空遮断器および真空断路器は、絶縁容器内に配置された電極を導電状態または絶縁状態に適宜切り換えて電流を遮断する真空バルブ（真空開閉装置とも称される）を有している。導電状態は一対の電極の接点が接触（閉極）した状態であり、絶縁状態はこれら接点が分離（開極）した状態である。絶縁状態には、接点が接触して電極間が閉じることで形成される回路の遮断状態や断路状態が含まれる。

真空バルブにおいて負荷電流を遮断すると、電極間にアーク放電が発生する。その際、電極の接点が溶融蒸発し、その金属蒸気が絶縁容器の内面に付着すると、絶縁容器の耐電圧性能が低下を招く。このような金属蒸気の付着を抑えるための方策として、例えば電極を覆うアークシールドを絶縁容器の内面に設けることが挙げられる。また、可動電極の通電軸を進退可能に支持するベローズを金属蒸気から保護するべく、ベローズを覆うベローズカバーが設けられる場合もある。

特開２０００－１８８０４６号公報

その一方で、真空バルブを低コスト化するためには、部品の小型化や部品点数の削減を図る必要がある。したがって、アーク放電により生じる金属蒸気の絶縁容器やベローズへの付着を抑制するとともに、部品の小型化や部品点数の削減を図ることが求められている。

実施形態の真空バルブは、絶縁容器と、第１の電極および第２の電極と、封着金具と、筒部とを備える。前記絶縁容器は、絶縁材で筒状に構成され、筒軸方向の両端に開口部をそれぞれ有する。前記第１の電極および前記第２の電極は、前記絶縁容器にそれぞれ収容され、互いの接点部を接離可能である。前記封着金具は、前記開口部にそれぞれ接合され、前記絶縁容器を閉塞する。前記筒部は、前記第１の電極と連続し、前記第１の電極および前記第２の電極の各々の前記接点部を取り囲む。

第１の実施形態に係る真空バルブの構成を概略的に示す筒軸（軸心）を含む一平面での断面図。 第２の実施形態に係る真空バルブの構成を概略的に示す筒軸（軸心）を含む一平面での断面図。 第３の実施形態に係る真空バルブの構成を概略的に示す筒軸（軸心）を含む一平面での断面図。 第４の実施形態に係る真空バルブの構成を概略的に示す筒軸（軸心）を含む一平面での断面図。 第５の実施形態に係る真空バルブの構成を概略的に示す筒軸（軸心）を含む一平面での断面図。 第６の実施形態に係る真空バルブの構成を概略的に示す筒軸（軸心）を含む一平面での断面図。

以下、実施形態に係る真空バルブについて、図１から図６を参照して説明する。真空バルブ（真空開閉装置とも称される）は、例えば電力の配送電系統における電路の保護、電力の制御、設備の監視などを目的に設置される金属閉鎖形スイッチギヤの真空断路器などに備えられ、電流（一例として負荷電流）を遮断するスイッチとして利用される。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の真空バルブ１の構成を概略的に示す図であって、後述する筒軸（軸心Ｃ）を含む一平面での断面図である。なお、以下の説明においては、図１に矢印ＵＰで示す方向を上、その反対方向を下としてそれぞれ規定する。これらの方向は、真空バルブが実装された状態での方向と一致しているかどうかは問わない。

図１に示すように、真空バルブ１は、絶縁容器２と、封着金具３と、通電軸４と、電極５とを備えている。

絶縁容器２は、絶縁材で筒状に構成され、軸方向の両端に開口部２０（第１の開口部２１および第２の開口部２２）をそれぞれ有している。軸方向は、絶縁容器２の筒軸（軸心Ｃ）に沿った方向である。絶縁材としては、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミック、ガラスなどを適用できるが、これらに限定されない。開口部２０は、封着金具３で閉塞されている。具体的には、第１の開口部２１が第１の封着金具３１で閉塞され、第２の開口部２２が第２の封着金具３２で閉塞されている。封着金具３は、アルミニウムやステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属材料で形成可能である。ただし、素材はこれらに限定されない。封着金具３は、例えば略円板状をなし、周縁部が絶縁容器２の軸方向の端部に接合され、軸心Ｃと同軸状に配置されている。

通電軸４は、導電材、例えば銅（無酸素銅）などで形成可能である。ただし、素材はこれらに限定されない。通電軸４は、絶縁容器２の軸心Ｃと同軸状に一対をなして配置された第１の通電軸４１および第２の通電軸４２により構成されている。

第１の通電軸４１は、電極５（具体的には後述する第１の電極５１）から第１の封着金具３１へ向けて伸び、第１の封着金具３１の孔部３３から絶縁容器２の外部へ突出している。孔部３３は、第１の封着金具３１の中心部を貫通している。第１の通電軸４１は、後述する第１の接点部７１とともに軸方向へ進退する。したがって、第１の通電軸４１と孔部３３との間には、孔部３３において第１の通電軸４１の変位（軸方向への進退）を許容する空隙Ｓが形成されている。換言すれば、第１の通電軸４１の軸径は、孔部３３の孔径よりも小さい。第１の通電軸４１には、第１の通電軸４１を軸方向へ進退可能に支持するベローズ６が取り付けられている。

ベローズ６は、軸方向へ伸縮可能な蛇腹状に構成され、封着金具３（第１の封着金具３１、第２の封着金具３２）とともに、絶縁容器２の内部２３を気密に保つ。絶縁容器２の内部２３の圧力は、１×１０^－３～１×１０^－６Ｐａ程度であることが好ましい。ベローズ６の一端６１は、第１の封着金具３１に接合されている。ベローズ６の他端６２は、第１の通電軸４１に接合されている。

第２の通電軸４２は、電極５（具体的には後述する第２の電極５２）から第２の封着金具３２へ向けて伸び、第２の封着金具３２の孔部３４から絶縁容器２の外部へ突出している。孔部３４は、第２の封着金具３２の中心部を貫通している。第２の通電軸４２は、孔部３４において第２の封着金具３２と接合され、第２の封着金具３２、端的には真空バルブ１における位置が固定されている。

電極５は、通電軸４に接続され、封着金具３で閉塞された絶縁容器２に収容されている。電極５は、導電材、例えば銅（無酸素銅）などで形成可能である。ただし、素材はこれらに限定されない。電極５は、一対をなす可動電極５１と固定電極５２を含んで構成されている。本実施形態においては、可動電極５１が第１の電極、固定電極５２が第２の電極にそれぞれ相当する。可動電極５１は、第１の通電軸４１に接続され、固定電極５２に対して接離可能に変位（本実施形態では上下動）する。固定電極５２は、第２の通電軸４２に支持され、絶縁容器２に対して位置が変動（変位）しない。

可動電極５１および固定電極５２は、接点部７をそれぞれ有し、これらの接点部７を接離させる。接点部７は、一対をなす第１の接点部７１と第２の接点部７２を含んで構成されている。第１の接点部７１は、固定電極５２と接離する可動電極５１の電気的な接続端部に相当する。第２の接点部７２は、可動電極５１と接離する固定電極５２の電気的な接続端部に相当する。

第１の接点部７１と第２の接点部７２は、対向配置され、固定電極５２に対して可動電極５１が変位することで接離する。接点部７１，７２の接離により、可動電極５１と固定電極５２との間が導電状態と絶縁状態に遷移される。導電状態は接点部７１，７２が接触（閉極）した状態であり、絶縁状態は接点部７１，７２が分離（開極）した状態である。絶縁状態には、接点部７１，７２が接触して電極５１，５２間が閉じることで形成される回路の断路状態が含まれる。

第１の接点部７１を含む可動電極５１および第２の接点部７２を含む固定電極５２は、適切な遮断性能や耐電圧性能を満たす所望の素材、例えば銅クロム（ＣｕＣｒ）で形成されている。銅クロムの組成は特に限定されないが、一例として銅（Ｃｕ）が７５％から６５％程度、クロム（Ｃｒ）が２５％から３５％程度、好ましくは銅（Ｃｕ）が７５％程度、クロム（Ｃｒ）が２５％程度である場合を想定する。ただし、可動電極５１および固定電極５２の素材はこれに限定されず、例えばＡｇＷＣ、あるいはＣｕＣｒＴｅなどの合金とすることも可能である。

本実施形態において、第２の電極である固定電極５２は平板型の電極とされている。図１に示す例によれば、固定電極５２は、第２の接点部７２を含む平坦の円板状に構成されている。換言すれば、固定電極５２は、第２の通電軸４２の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなしている。固定電極５２の厚みおよび第２の通電軸４２の長さは、いずれも軸方向における距離（寸法）である。

これに対し、真空バルブ１は、第１の電極である可動電極５１と連続する筒部８を備えている。筒部８は、第１の接点部７１と第２の接点部７２を取り囲む部材である。本実施形態では、可動電極５１が筒部８を備えて構成されている。換言すれば、筒部８は、可動電極５１の一部として構成されている。

図１に示すように、可動電極５１は、底部８１と周壁部８２とを備える有底の筒状（例えばカップ状）の形態となっている。底部８１と周壁部８２は、上述した可動電極５１と同一素材、例えばＣｕＣｒやＡｇＷＣで形成されればよい。ただし、底部８１と周壁部８２とは、異なる素材で形成可能である。例えば、底部８１はＣｕＣｒやＡｇＷＣなどで形成され、周壁部８２はこれらの素材と比べて低コストであるＣｕやＳＵＳなどで形成されていてもよい。

底部８１は、第１の接点部７１を含む平坦の円板状に構成されている。換言すれば、底部８１は、第１の通電軸４１の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなしている。また、底部８１は、全体に亘って貫通孔や開口などを持たない中実とされている。底部８１の厚みおよび第１の通電軸４１の長さは、いずれも軸方向における距離（寸法）である。底部８１の厚みは、可動電極５１を固定電極５２に対して変位させて接点部７１，７２の接離を繰り返した場合であっても、その影響による変形を抑え得る厚さであればよい。

周壁部８２は、底部８１の周縁から上側へ全周に亘って起立している。底部８１における上側は、軸方向における固定電極５２側に相当する。周壁部８２は、第１の接点部７１と第２の接点部７２を取り囲むように起立している。したがって、図１に示す例では、周壁部８２は筒部８を兼ねており、可動電極５１の一部として構成されている。周壁部８２の厚みは、後述するようなアーク放電が発生した際に溶融して破損しない厚さであればよい。周壁部８２の厚みは、外径と内径の寸法差である。

周壁部８２の内壁面８２１と固定電極５２の第２の接点部７２の外周面７２１との面間距離（図１に示す距離Ｌ１１）は、ギャップ長（図１に示す距離Ｘ）以上とされている。ギャップ長は、可動電極５１の第１の接点部７１と固定電極５２の第２の接点部７２とが分離（開極）し、電極５１，５２が絶縁状態に遷移した際の接点部７１，７２の最大離間距離（以下、ギャップ長Ｘという）である。ギャップ長Ｘは、例えば真空バルブ１の定格電圧に応じて異なり、定格電圧が低いほど狭く、高いほど広い。本実施形態では、ギャップ長Ｘが５ｍｍ～３５ｍｍ程度である場合を想定するが、この範囲に限定されない。

別の捉え方をすれば、底部８１と固定電極５２との曲率半径の差は、ギャップ長Ｘ以上とされている。かかる曲率半径の差は、内壁面８２１と外周面７２１との面間距離Ｌ１１に相当する。これにより、軸心Ｃと同軸状に配置された状態において、底部８１は、固定電極５２よりも一回り大きく、軸方向の可動電極５１側（図１においては下側）からみて固定電極５２を遮蔽している。

また、周壁部８２の起立端８２２の位置は、軸方向において固定電極５２の端部５２１の位置を超えている。起立端８２２は、周壁部８２の起立方向の先端部である。固定電極５２の端部５２１は、固定電極５２における軸方向において可動電極５１とは反対側の端部（図１に示す例では上端部）である。すなわち、周壁部８２は、起立端８２２が軸方向において固定電極５２の端部５２１を超える高さで起立している。換言すれば、周壁部８２の高さ、つまり底部８１から軸方向に延びる距離（図１に示す距離Ｌ１２）は、ギャップ長Ｘよりも大寸である。

上述したように、本実施形態において、真空バルブ１は、可動電極５１と連続する筒部８を備えている。具体的には、可動電極５１が底部８１と周壁部８２とを備える有底の筒状（カップ状）の形態をなしている。したがって、本実施形態によれば、次のような作用効果を奏する。

例えば、真空バルブ１において負荷電流を遮断した際、電極５１，５２間に発生したアーク放電によって接点部７１，７２が溶融蒸発した場合であっても、その飛散を周壁部８２で抑制できる。すなわち、周壁部８２が第１の接点部７１と第２の接点部７２を取り囲むように起立しているため、アーク放電時に発生した金属蒸気を周壁部８２で受け止めることができる。これにより、金属蒸気が周壁部８２の内側にとどめられ、周壁部８２の外周側への金属蒸気の飛散が抑制される。その結果、金属蒸気（金属溶融物）が絶縁容器２の内周面２４に付着することを抑制でき、絶縁容器２の絶縁性能を適切に維持可能となる。

本実施形態によれば、絶縁容器２の内周面に設けられた従来のアークシールドのような軸方向に幅広の部材ではなく、筒部８、つまり周壁部８２で金属蒸気の飛散を抑制できる。すなわち、筒部８を兼ねる周壁部８２は、可動電極５１と連続し、可動電極５１の一部として構成されているため、アーク放電を生じさせる接点部７１，７２に従来のアークシールドよりも近づけて配置することができる。したがって、筒部８（周壁部８２）は、従来のアークシールドより小型であっても同等の金属蒸気の飛散抑制効果が得らえる。筒部８を備えることで従来のアークシールドを省略可能な分だけ、部品点数も削減させることができる。

また、アーク放電時、発生した金属蒸気を周壁部８２で受け止めるとともに、底部８１でも受け止めることができる。したがって、金属蒸気が底部８１の外側（図１においては下側）へ飛散することも抑制できる。底部８１の外側は、ベローズ６の配置側に相当する。このため、本実施形態によれば、アーク放電時に発生した金属蒸気（金属溶融物）のベローズ６への付着を抑制する従来のようなベローズカバーも省略可能である。したがって、アークシールドに加えてベローズカバーの分も部品点数を削減できる。

このように本実施形態に係る真空バルブ１によれば、アーク放電により生じる金属蒸気の絶縁容器２やベローズ６への付着を抑制するとともに、部品の小型化や部品点数の削減を図ることが可能となる。

ここで、アーク放電時の金属蒸気の飛散抑制を図るための筒部（底部および周壁部）の形態、その周辺部材（可動電極および固定電極）の形態は、上述した第１の実施形態に限定されない。例えば、後述する第２から第６の実施形態であっても、第１の実施形態と同等の作用効果を奏することができる。以下、これら第２から第６の実施形態について説明する。なお、これら第２から第６の実施形態に係る真空バルブの基本的な構成は、第１の実施形態に係る真空バルブ１（図１）と同様である。したがって、以下では、かかる真空バルブの基本的な構成についての説明は省略し、第２から第６の実施形態の特徴である第１の実施形態との相違点について詳述する。その際、第１の実施形態と同一もしくは類似の構成部材については、同一の参照符号を用いる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る真空バルブ１ｂの構成を概略的に示す図であって、筒軸（軸心Ｃ）を含む一平面での断面図である。第１の実施形態では、可動電極５１に連続して筒部８が備えられている。これに対し、第２の実施形態では、図２に示すように固定電極５２ｂに連続して筒部８ｂが備えられている。すなわち、第２の実施形態においては、固定電極５２ｂが第１の電極、可動電極５１ｂが第２の電極にそれぞれ相当する。

本実施形態において、第２の電極である可動電極５１ｂは平板型の電極とされている。図２に示す例によれば、可動電極５１ｂは、第１の接点部７１ｂを含む平坦の円板状に構成されている。換言すれば、可動電極５１ｂは、第１の通電軸４１の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなしている。可動電極５１ｂの厚みは、軸方向における距離（寸法）である。

これに対し、真空バルブ１は、第１の電極である固定電極５２ｂと連続する筒部８ｂを備えている。筒部８ｂは、第１の接点部７１と第２の接点部７２を取り囲む部材である。本実施形態では、固定電極５２ｂが筒部８ｂを備えて構成されている。換言すれば、筒部８ｂは、固定電極５２ｂの一部として構成されている。

すなわち、図２に示すように、固定電極５２ｂは、底部８１ｂと周壁部８２ｂとを備える有底の筒状（例えばカップ状）の形態となっている。底部８１ｂと周壁部８２ｂは、第１の実施形態の固定電極５２と同一素材、例えばＣｕＣｒやＡｇＷＣで形成されればよい。ただし、底部８１ｂと周壁部８２ｂとは、異なる素材で形成可能であることは第１の実施形態と同様である。例えば、底部８１ｂはＣｕＣｒやＡｇＷＣなどで形成され、周壁部８２ｂはこれらの素材と比べて低コストであるＣｕやＳＵＳなどで形成されていてもよい。

底部８１ｂは、第２の接点部７２ｂを含む平坦の円板状に構成されている。換言すれば、底部８１ｂは、第２の通電軸４２の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなしている。また、底部８１ｂは、全体に亘って貫通孔や開口などを持たない中実とされている。底部８１ｂの厚みは、軸方向における距離（寸法）であり、接点部７１ｂ，７２ｂの接離を繰り返した際の影響による変形を抑え得る厚さであればよい。

周壁部８２ｂは、底部８１ｂの周縁から下側へ全周に亘って起立している。底部８１ｂにおける下側は、軸方向における可動電極５１ｂ側に相当する。周壁部８２ｂは、第１の接点部７１ｂと第２の接点部７２ｂを取り囲むように起立している。したがって、図２に示す例では、周壁部８２ｂは筒部８ｂを兼ねており、固定電極５２ｂの一部として構成されている。周壁部８２ｂの厚みは、後述するようなアーク放電が発生した際に溶融して破損しない厚さであればよい。周壁部８２ｂの厚みは、外径と内径の寸法差である。

周壁部８２ｂの内壁面８２１ｂと可動電極５１ｂの第１の接点部７１ｂの外周面７１１との面間距離（図２に示す距離Ｌ２１）は、ギャップ長（図２に示す距離Ｘ）以上とされている。ギャップ長Ｘは、第１の実施形態と同様に、電極５１ｂ，５２ｂが絶縁状態に遷移した際の接点部７１ｂ，７２ｂの最大離間距離である。本実施形態では、第１の実施形態と同様に、ギャップ長Ｘが５ｍｍ～３５ｍｍ程度である場合を想定するが、この範囲に限定されない。

別の捉え方をすれば、底部８１ｂと可動電極５１ｂとの曲率半径の差は、ギャップ長Ｘ以上とされている。かかる曲率半径の差は、内壁面８２１ｂと外周面７１１との面間距離Ｌ２１に相当する。これにより、軸心Ｃと同軸状に配置された状態において、底部８１ｂは、可動電極５１ｂよりも一回り大きく、軸方向の固定電極５２ｂ側（図２においては上側）からみて可動電極５１ｂを遮蔽している。

また、周壁部８２ｂの起立端８２２ｂの位置は、軸方向において可動電極５１ｂの端部５１１の位置を超えている。起立端８２２ｂは、周壁部８２ｂの起立方向の先端部である。可動電極５１ｂの端部５１１は、可動電極５１ｂにおける軸方向において固定電極５２ｂとは反対側の端部（図２に示す例では下端部）である。すなわち、周壁部８２ｂは、起立端８２２ｂが軸方向において可動電極５１ｂの端部５１１を超える高さで起立している。換言すれば、周壁部８２ｂの高さ、つまり底部８１ｂから軸方向に延びる距離（図２に示す距離Ｌ２２）は、ギャップ長Ｘよりも大寸である。

なお、本実施形態では、アーク放電時、発生した金属蒸気を周壁部８２ｂで受け止めるとともに、底部８１ｂでも受け止めることができる。したがって、金属蒸気が底部８１ｂの外側（図２においては上側）へ飛散することも抑制できる。ただし、底部８１ｂの外側は、第２の通電軸４２の配置側、つまりベローズ６の配置側とは反対側に相当する。このため、本実施形態に係る真空バルブ１ｂは、図２に示すように、ベローズカバー９を備えている。ベローズカバー９は、ベローズ６を覆うようにベローズ６の他端６２に設けられている。これにより、アーク放電時に発生する金属蒸気（金属溶融物）をベローズカバー９で受け止めることができ、金属蒸気のベローズ６への付着を抑制できる。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る真空バルブ１ｃの構成を概略的に示す図であって、筒軸（軸心Ｃ）を含む一平面での断面図である。第１の実施形態（図１）および第２の実施形態（図２）では電極５が平板電極とされ、可動電極５１自体もしくは固定電極５２ｂ自体がそれぞれ有底の筒状（カップ状）とされている。これに対し、第３の実施形態では、電極５、つまり可動電極５１ｃおよび固定電極５２ｃがいずれも縦磁界電極とされている。縦磁界電極は、電流を電極内で回転させることで縦磁界、縦方向（つまり軸方向）の磁界を発生させる。電極５のうち、可動電極５１ｃには、筒部８ｃとして有底の筒状部材（以下、カップ部材という）１０が連続されている。すなわち、第３の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、可動電極５１ｃが第１の電極、固定電極５２ｃが第２の電極にそれぞれ相当する。カップ部材１０は、アーク放電時に発生する金属蒸気を受け止め、飛散を抑制するための部材である（後述する第４および第５の実施形態においても同様）。

図３に示すように、可動電極５１ｃおよび固定電極５２ｃは、縦磁界電極として構成され、有底の筒状（カップ状）の形態となっている。

固定電極５２ｃは、底部５３と周壁部５４とを備える有底の筒状体をなし、該筒状体の開口部分が第２の接点部７２ｃで閉塞された形態となっている。

底部５３は、平坦の円板状に構成されている。換言すれば、底部５３は、第２の通電軸４２の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなしている。また、底部５３は、全体に亘って貫通孔や開口などを持たない中実とされている。

周壁部５４は、底部５３の周縁から下側へ全周に亘って起立している。底部５３における下側は、軸方向における可動電極５１ｃ側に相当する。周壁部５４には、軸方向に連続する切れ目（図示省略）が螺旋状に形成されている。切れ目以外のコイル状の部位が通電することで、周壁部５４は縦方向の磁界を発生させる。

第２の接点部７２ｃは、周壁部５４の厚み（外径と内径の寸法差）の分だけ、曲率半径が底部５３の曲率半径より大きな平坦の円板状に構成されている。第２の接点部７２ｃは、周壁部５４の起立端で囲まれた開口部分を閉塞するように、底部５３と対向して配置されている。

可動電極５１ｃは、底部５５と周壁部５６とを備える有底の筒状体をなし、該筒状体の開口部分がカップ部材１０で閉塞された形態となっている。

底部５５は、平坦の円板状に構成されている。換言すれば、底部５５は、第１の通電軸４１の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなしている。また、底部５５は、全体に亘って貫通孔や開口などを持たない中実とされている。

周壁部５６は、底部５５の周縁から上側へ全周に亘って起立している。底部５５における上側は、軸方向における固定電極５２ｃ側に相当する。周壁部５６には、軸方向に連続する切れ目（図示省略）が螺旋状に形成されている。切れ目以外のコイル状の部位が通電することで、周壁部５６は縦方向の磁界を発生させる。

カップ部材１０は、底部１１と周壁部１２とを備える有底の筒状の形態をなし、可動電極５１ｃと電気的に連続している。すなわち、カップ部材１０は、可動電極５１ｃとともに固定電極５２ｃに対して接離可能に変位（本実施形態では上下動）する。したがって、カップ部材１０は、可動電極５１ｃの一部として機能する。底部１１と周壁部１２は、可動電極５１ｃおよび固定電極５２ｃと同一素材、例えばＣｕＣｒやＡｇＷＣで形成されればよい。ただし、底部１１と周壁部１２とは、異なる素材で形成可能である。例えば、底部１１はＣｕＣｒやＡｇＷＣなどで形成され、周壁部１２はこれらの素材と比べて低コストであるＣｕやＳＵＳなどで形成されていてもよい。

底部１１は、第１の接点部７１ｃを含む平坦の円板状、換言すれば第１の通電軸４１の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなし、周壁部５６の起立端で囲まれた開口部分を閉塞するように、底部５５と対向して配置されている。すなわち、底部１１は、可動電極５１ｃと隣接して配置されている。また、底部１１は、全体に亘って貫通孔や開口などを持たない中実とされている。底部１１の厚みは、軸方向における距離（寸法）であり、接点部７１ｃ，７２ｃの接離を繰り返した際の影響による変形を抑え得る厚さであればよい。

周壁部１２は、底部１１の周縁から上側へ全周に亘って起立している。底部１１における上側は、軸方向における固定電極５２ｃ側に相当する。周壁部１２は、第１の接点部７１ｃと第２の接点部７２ｃを取り囲むように起立している。したがって、図３に示す例では、周壁部１２は筒部８ｃを兼ねており、可動電極５１ｃの一部として構成されている。周壁部１２の厚み（外径と内径の寸法差）は、アーク放電が発生した際に溶融して破損しない厚さであればよい。

周壁部１２の内壁面１２１と固定電極５２ｃの第２の接点部７２ｃの外周面７２１ｃとの面間距離（図３に示す距離Ｌ３１）は、ギャップ長（図３に示す距離Ｘ）以上とされている。ギャップ長Ｘは、第１の実施形態と同様に、電極５１ｃ，５２ｃが絶縁状態に遷移した際の接点部７１ｃ，７２ｃの最大離間距離である。本実施形態では、第１の実施形態と同様に、ギャップ長Ｘが５ｍｍ～３５ｍｍ程度である場合を想定するが、この範囲に限定されない。

別の捉え方をすれば、底部１１と固定電極５２ｃとの曲率半径の差は、ギャップ長Ｘ以上とされている。かかる曲率半径の差は、内壁面１２１と外周面７２１ｃとの面間距離Ｌ３１に相当する。これにより、軸方向の可動電極５１ｃ側（図３においては下側）からみて、底部１１は、固定電極５２ｃよりも一回り大きく、固定電極５２ｃを遮蔽している。

また、周壁部１２の起立端１２２の位置は、軸方向において固定電極５２ｃの端部５２１ｃの位置を超えている。起立端１２２は、周壁部１２の起立方向の先端部である。固定電極５２ｃの端部５２１ｃは、固定電極５２ｃにおける軸方向において可動電極５１ｃとは反対側の端部（図３に示す例では上端部）であり、端的には底部５３の端部である。すなわち、周壁部１２は、起立端１２２が軸方向において固定電極５２ｃの端部５２１ｃを超える高さで起立している。換言すれば、周壁部１２の高さ、つまり底部１１から軸方向に延びる距離（図３に示す距離Ｌ３２）は、ギャップ長Ｘよりも大寸である。

（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係る真空バルブ１ｄの構成を概略的に示す図であって、筒軸（軸心Ｃ）を含む一平面での断面図である。第４の実施形態において、電極５、つまり可動電極５１ｄおよび固定電極５２ｄは、いずれもスパイラル電極とされている。電極５のうち、可動電極５１ｄには、筒部８ｄとして有底の筒状部材（以下、カップ部材という）１３が連続されている。すなわち、第４の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、可動電極５１ｄが第１の電極、固定電極５２ｄが第２の電極にそれぞれ相当する。

図４に示すように、可動電極５１ｄおよび固定電極５２ｄは、スパイラル電極として構成され、有底の筒状（カップ状）の形態となっている。

可動電極５１ｄは、第１の接点部７１ｄを含む平坦の円板状に構成されている。換言すれば、可動電極５１ｄは、第１の通電軸４１の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなしている。可動電極５１ｄの厚みは、軸方向における距離（寸法）である。可動電極５１ｄは、外周部から延びた複数のスリット（図示省略）を有している。これにより、可動電極５１ｄは、かかる複数のスリットによって規定されたスリット以外の箇所である複数の腕部（図示省略）を有する渦巻き状の形状となっている。

固定電極５２ｄは、第２の接点部７２ｄを含む平坦の円板状に構成されている。換言すれば、固定電極５２ｄは、第２の通電軸４２の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなしている。固定電極５２ｄの厚みは、軸方向における距離（寸法）である。固定電極５２ｄは、外周部から延びた複数のスリット（図示省略）を有している。これにより、固定電極５２ｄは、かかる複数のスリットによって規定されたスリット以外の箇所である複数の腕部（図示省略）を有する渦巻き状の形状となっている。

カップ部材１３は、底部１４と周壁部１５とを備える有底の筒状の形態をなし、可動電極５１ｄと電気的に連続している。すなわち、カップ部材１３は、可動電極５１ｄとともに固定電極５２ｄに対して接離可能に変位（本実施形態では上下動）する。したがって、カップ部材１３は、可動電極５１ｄの一部として機能する。なお、可動電極５１ｄと通電軸４１との電気的な接続に支障を来さなければ、カップ部材１３は、可動電極５１ｄと物理的に連続していればよく、電気的に接続されていなくともよい。底部１４と周壁部１５は、可動電極５１ｄおよび固定電極５２ｄと同一素材、例えばＣｕＣｒやＡｇＷＣで形成されればよい。ただし、底部１４と周壁部１５とは、異なる素材で形成可能である。例えば、底部１４はＣｕＣｒやＡｇＷＣなどで形成され、周壁部１５はこれらの素材と比べて低コストであるＣｕやＳＵＳなどで形成されていてもよい。

底部１４は、平坦の円板状、換言すれば第１の通電軸４１の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなし、可動電極５１ｄと第１の通電軸４１との間に介在している。すなわち、底部１４は、軸方向において、可動電極５１ｄの背面側に隣接して配置されている。可動電極５１ｄの背面側は、可動電極５１ｄにおける軸方向において固定電極５２ｄとは反対側（図４においては下側）である。このように底部１４を可動電極５１ｄの背面側に密着して配置することで、カップ部材１３で可動電極５１ｄを補強できる。このため、接点部７１ｄ，７２ｄの接離を繰り返した場合であっても、その際の衝撃による可動電極５１ｄの変形を抑制できる。また、底部１４は、全体に亘って貫通孔や開口などを持たない中実とされている。底部１４の厚みは、軸方向における距離（寸法）であり、接点部７１ｄ，７２ｄの接離を繰り返した際の影響による変形を抑え得る厚さであればよい。

周壁部１５は、底部１４の周縁から上側へ全周に亘って起立している。底部１４における上側は、軸方向における固定電極５２ｄ側に相当する。周壁部１５は、第１の接点部７１ｄと第２の接点部７２ｄを取り囲むように起立している。したがって、図４に示す例では、周壁部１５は筒部８ｄを兼ねており、可動電極５１ｄの一部として構成されている。周壁部１５の厚み（外径と内径の寸法差）は、アーク放電が発生した際に溶融して破損しない厚さであればよい。

周壁部１５の内壁面１５１と固定電極５２ｄの第２の接点部７２ｄの外周面７２１ｄとの面間距離（図４に示す距離Ｌ４１）は、ギャップ長（図４に示す距離Ｘ）以上とされている。ギャップ長Ｘは、第１の実施形態と同様に、電極５１ｄ，５２ｄが絶縁状態に遷移した際の接点部７１ｄ，７２ｄの最大離間距離である。本実施形態では、第１の実施形態と同様に、ギャップ長Ｘが５ｍｍ～３５ｍｍ程度である場合を想定するが、この範囲に限定されない。

別の捉え方をすれば、底部１４と固定電極５２ｄとの曲率半径の差は、ギャップ長Ｘ以上とされている。かかる曲率半径の差は、内壁面１５１と外周面７２１ｄとの面間距離Ｌ４１に相当する。これにより、軸方向の可動電極５１ｄ側（図４においては下側）からみて、底部１４は、固定電極５２ｄよりも一回り大きく、固定電極５２ｄを遮蔽している。

また、周壁部１５の起立端１５２の位置は、軸方向において固定電極５２ｄの端部５２１ｄの位置を超えている。起立端１５２は、周壁部１５の起立方向の先端部である。固定電極５２ｄの端部５２１ｄは、固定電極５２ｄにおける軸方向において可動電極５１ｄとは反対側の端部（図４に示す例では上端部）である。すなわち、周壁部１５は、起立端１５２が軸方向において固定電極５２ｄの端部５２１ｄを超える高さで起立している。換言すれば、周壁部１５の高さ、つまり底部１４から軸方向に延びる距離（図４に示す距離Ｌ４２）は、ギャップ長Ｘよりも大寸である。

（第５の実施形態）
図５は、第５の実施形態に係る真空バルブ１ｅの構成を概略的に示す図であって、筒軸（軸心Ｃ）を含む一平面での断面図である。第５の実施形態において、一対の電極５のうち、可動電極５１ｅは縦磁界電極であり、固定電極５２ｅは第１の実施形態（図１）の固定電極５２と同様の平板電極である。可動電極５１ｅには、筒部８ｅとして有底の筒状部材（以下、カップ部材という）１６が連続されている。すなわち、第５の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、可動電極５１ｅが第１の電極、固定電極５２ｅが第２の電極にそれぞれ相当する。

固定電極５２ｅは、第２の接点部７２ｅを含む平坦の円板状に構成されている。換言すれば、固定電極５２ｅは、第２の通電軸４２の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなしている。固定電極５２ｅの厚みは、軸方向における距離（寸法）である。

可動電極５１ｅは、底部５７と周壁部５８とを備える有底の筒状体をなし、該筒状体の開口部分がカップ部材１６で閉塞された形態となっている。
底部５７および周壁部５８は、第３の実施形態の可動電極５１ｃにおける底部５５および周壁部５６と同様の形態をなしている。ただし、底部５７は、後述するカップ部材１６の底部１７とほぼ同一の差渡し寸法の円板状に構成されている。

また、可動電極５１ｅは、底部５７および周壁部５８に加えて、磁性体部５９を備えている。磁性体部５９は、底部５７と周壁部５８とにより構成される筒状体において、底部５７から上側へ周壁部５８とほぼ同一高さで起立している。底部５７における上側は、軸方向における可動電極５１ｅ側に相当する。磁性体部５９の起立位置は、周壁部５８よりも内側で、周壁部５８に近接した位置である。

カップ部材１６は、底部１７と周壁部１８とを備える有底の筒状の形態をなし、可動電極５１ｅと電気的に連続している。すなわち、カップ部材１６は、可動電極５１ｅとともに固定電極５２ｅに対して接離可能に変位（本実施形態では上下動）する。したがって、カップ部材１６は、可動電極５１ｅの一部として機能する。底部１７と周壁部１８は、可動電極５１ｅおよび固定電極５２ｅと同一素材、例えばＣｕＣｒやＡｇＷＣで形成されればよい。ただし、底部１７と周壁部１８とは、異なる素材で形成可能である。例えば、底部１７はＣｕＣｒやＡｇＷＣなどで形成され、周壁部１８はこれらの素材と比べて低コストであるＣｕやＳＵＳなどで形成されていてもよい。

底部１７は、第１の接点部７１ｅを含む平坦の円板状、換言すれば第１の通電軸４１の長さに対して十分に厚みが小さな扁平形態をなし、周壁部５８の起立端で囲まれた開口部分をちょうど閉塞するように、底部５７と対向して配置されている。すなわち、底部１７は、可動電極５１ｅと隣接して配置されている。また、底部１７は、全体に亘って貫通孔や開口などを持たない中実とされている。底部１７の厚みは、軸方向における距離（寸法）であり、接点部７１ｅ，７２ｅの接離を繰り返した際の影響による変形を抑え得る厚さであればよい。

周壁部１８は、底部１７の周縁から上側へ全周に亘って起立している。底部１７における上側は、軸方向における固定電極５２ｅ側に相当する。周壁部１８は、第１の接点部７１ｅと第２の接点部７２ｅを取り囲むように起立している。したがって、図５に示す例では、周壁部１８は筒部８ｅを兼ねており、可動電極５１ｅの一部として構成されている。周壁部１８の厚み（外径と内径の寸法差）は、アーク放電が発生した際に溶融して破損しない厚さであればよい。

周壁部１８の内壁面１８１と固定電極５２ｅの第２の接点部７２ｅの外周面７２１ｅとの面間距離（図５に示す距離Ｌ５１）は、ギャップ長（図５に示す距離Ｘ）以上とされている。ギャップ長Ｘは、第１の実施形態と同様に、電極５１ｅ，５２ｅが絶縁状態に遷移した際の接点部７１ｅ，７２ｅの最大離間距離である。本実施形態では、第１の実施形態と同様に、ギャップ長Ｘが５ｍｍ～３５ｍｍ程度である場合を想定するが、この範囲に限定されない。

別の捉え方をすれば、底部１７と固定電極５２ｅとの曲率半径の差は、ギャップ長Ｘ以上とされている。かかる曲率半径の差は、内壁面１８１と外周面７２１ｅとの面間距離Ｌ５１に相当する。これにより、軸方向の可動電極５１ｅ側（図５においては下側）からみて、底部１７は、固定電極５２ｅよりも一回り大きく、固定電極５２ｅを遮蔽している。

また、周壁部１８の起立端１８２の位置は、軸方向において固定電極５２ｅの端部５２１ｅの位置を超えている。起立端１８２は、周壁部１８の起立方向の先端部である。固定電極５２ｅの端部５２１ｅは、固定電極５２ｅにおける軸方向において可動電極５１ｅとは反対側の端部（図５に示す例では上端部）である。すなわち、周壁部１８は、起立端１８２が軸方向において固定電極５２ｅの端部５２１ｅを超える高さで起立している。換言すれば、周壁部１８の高さ、つまり底部１７から軸方向に延びる距離（図５に示す距離Ｌ５２）は、ギャップ長Ｘよりも大寸である。

本実施形態では、第３の実施形態と比べて底部５７を拡張し、磁性体部５９を周壁部５８の内側に近接して配置することで、周壁部５８で発生する縦方向の磁界と磁性体部５９で発生する磁界とが重畳する。これにより、アーク放電時に発生する金属蒸気は、第３の実施形態と比べて径方向の外側により広がって飛散する。このように金属蒸気が広がって飛散した場合であっても、本実施形態によれば、カップ部材１６の底部１７だけでなく、周壁部１８でもかかる金属蒸気を受け止めることができる。すなわち、本実施形態では、第３の実施形態よりも、アーク放電をカップ部材１６の周壁部１８まで広げて発生させることが可能となる。したがって、カップ部材１６がアーク放電から受ける単位面積あたりのエネルギーを第３の実施形態のカップ部材１０よりも小さくできる。その結果、より大電流を遮断可能となる。

（第６の実施形態）
図６は、第６の実施形態に係る真空バルブ１ｆの構成を概略的に示す図であって、筒軸（軸心Ｃ）を含む一平面での断面図である。
例えば、第１の実施形態のように、可動電極５１が有底の筒状（カップ状）である場合、導電状態において周壁部８２の起立端８２２に電界が集中しやすくなる。仮に、起立端８２２に電界が集中すると、例えば起立端８２２と固定電極５２や第２の通電軸４２との間で絶縁破壊が発生しやすくなる。第６の実施形態は、このような起立端を介した絶縁破壊を抑制可能とする実施形態である。

図６に示す例は、第６の実施形態の一例であり、図１に示す第１の実施形態の変形例に相当する。図６に示すように、可動電極５１の周壁部８２の起立端８２３は、全周に亘って外側へ湾曲して折り返されている。外側は、周壁部８２を拡径する側（拡径方向）に相当する。すなわち、周壁部８２は、起立端８２３に所定の折り返し部８３を有している。折り返し部８３は、周壁部８２の起立方向とは逆向きに折り返して起立端８２３を形成する。この場合、折り返し部８３は、起立端８２３が所定の曲率で湾曲するように、周壁部８２を起立方向とは逆向きに折り返している。

このように、周壁部８２が折り返し部８３を有し、起立端８２３を所定の曲率で湾曲させることで、起立方向に沿った単なる終端である第１の実施形態の起立端８２２のように電界が集中することを回避できる。すなわち、湾曲する起立端８２３によれば、起立端８２２よりも電界を湾曲に沿って分散させ、固定電極５２や第２の通電軸４２との間の電界強度（電位勾配）を緩和させることができる。したがって、本実施形態によれば、起立端８２３を介した絶縁破壊を抑制可能となる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、上述した各実施形態は、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。これらの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。

１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ…真空バルブ、２…絶縁容器、３，３１，３２…封着金具、４，４１，４２…通電軸、５…電極、６…ベローズ、７…接点部、８，８ｂ，８ｃ…筒部、９…ベローズカバー、１０，１３，１６…カップ部材、１１，１４，１７…底部、１２，１５，１８…周壁部、２０，２１，２２…開口部、５１，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ…可動電極、５２，５２ｂ，５２ｃ，５２ｄ，５２ｅ…固定電極、５３，５５，５７…底部、５４，５６，５８…周壁部、５９…磁性体部、７１，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，７１ｅ…第１の接点部、７２，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄ，７２ｅ…第２の接点部、８１，８１ｂ…底部、８２，８２ｂ…周壁部、８３…折り返し部、１２１，１５１，１８１…内壁面、１２２，１５２，１８２…起立端、５１１，５２１，５２１ｃ，５２１ｄ，５２１ｅ…端部、７１１，７２１，７２１ｃ，７２１ｄ，７２１ｅ…外周面、８２１，８２１ｂ…内壁面、８２２，８２２ｂ，８２３…起立端、Ｃ…軸心、Ｌ１１，Ｌ２１，Ｌ３１，Ｌ４１，Ｌ５１…面間距離、Ｌ１２，Ｌ２２，Ｌ３２，Ｌ４２，Ｌ５２…周壁部の高さ、Ｓ…空隙。

Claims (7)

1. 絶縁材で筒状に構成され、筒軸方向の両端に開口部をそれぞれ有する絶縁容器と、
   前記絶縁容器にそれぞれ収容され、互いの接点部を接離可能な第１の電極および第２の電極と、
   前記開口部にそれぞれ接合され、前記絶縁容器を閉塞する封着金具と、
   前記第１の電極と連続し、前記第１の電極および前記第２の電極の各々の前記接点部を取り囲む筒部と、を備える
   真空バルブ。
2. 前記第１の電極は、前記接点部を含む底部と、前記底部の周縁から前記筒軸方向における前記第２の電極側へ全周に亘って起立する周壁部とを備える有底の筒状をなし、
   前記周壁部は、前記筒部を兼ねる
   請求項１に記載の真空バルブ。
3. 前記筒部は、前記第１の電極に隣接して配置された底部と、前記底部の周縁から前記筒軸方向における前記第２の電極側へ起立する周壁部とを備える有底の筒状をなす
   請求項１に記載の真空バルブ。
4. 前記周壁部の内壁面と前記第２の電極の前記接点部の外周面との面間距離は、前記第１の電極および前記第２の電極の各々の前記接点部の最大離間距離以上である
   請求項２または３に記載の真空バルブ。
5. 前記周壁部の起立端の位置は、前記第２の電極における前記筒軸方向において前記第１の電極とは反対側の端部の位置を超える
   請求項２または３に記載の真空バルブ。
6. 前記周壁部の起立端は、全周に亘って外側へ湾曲して折り返されている。
   請求項２から５のいずれか一項に記載の真空バルブ。
7. 前記底部と前記周壁部とは、異なる素材で形成される
   請求項３から６のいずれか一項に記載の真空バルブ。

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