JP6808397B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、真空バルブに関する。

真空バルブは、例えば、大きな電流の遮断のために用いられる。このような真空バルブは、接触及び離間が可能な一対の電極部を有し、一対の電極部が接触する閉極時に電流が流される。

特開２０００−１６４０８３号公報

一対の電極部の間の抵抗が大きいと、真空バルブの通電容量が制限される。

一つの実施形態に係る真空バルブは、第１の電極部と、第２の電極部と、接触子と、電極と、部材と、を備える。前記第２の電極部は、前記第１の電極部に対し、当該第１の電極部に近づく第１の方向と、当該第１の電極部から離間する第２の方向と、に相対的に移動可能であり、前記第１の電極部と接触可能である。前記接触子は、前記第２の電極部に設けられ、前記第１の電極部と前記第２の電極部とが互いに接触するときに前記第１の電極部に接触するよう構成された第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、を有する。前記電極は、前記第２の電極部に設けられ、前記接触子から前記第２の方向に離間する第１の壁部と、前記第１の壁部から突出するとともに前記接触子に接続された第２の壁部と、を有する。前記部材は、前記接触子と前記第１の壁部との間に位置し、隙間を介して前記第２の面に面する第１の端部と、前記第１の端部から突出し、前記第１の面と前記第１の方向に重なる位置に配置された凸部と、を有する。

図１は、第１の実施形態に係る真空バルブを示す断面図である。 図２は、第１の実施形態の第１の電極部又は第２の電極部を分解して示す斜視図である。 図３は、第１の実施形態の第１の電極部及び第２の電極部を示す断面図である。 図４は、第１の実施形態の接触子を示す平面図である。 図５は、第２の実施形態に係る第１の電極部及び第２の電極部を示す断面図である。 図６は、第２の実施形態の第１の電極部及び第２の電極部の一部を示す断面図である。 図７は、第２の実施形態の変形例に係る第１の電極部及び第２の電極部を示す断面図である。

以下に、第１の実施形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、本明細書において、実施形態に係る構成要素及び当該要素の説明について、複数の表現が記載されることがある。複数の表現がされた構成要素及び説明は、記載されていない他の表現がされても良い。さらに、複数の表現がされない構成要素及び説明も、記載されていない他の表現がされても良い。

図１は、第１の実施形態に係る真空バルブ１０を示す断面図である。真空バルブ１０は、例えば、真空遮断器とも称され得る。例えば図１に示すように、真空バルブ１０は、第１の電極部１１と、第２の電極部１２と、真空容器１３と、シールド１４と、カバー１５とを有する。

各図面に示されるように、本明細書において、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が定義される。Ｘ軸とＹ軸とＺ軸とは、互いに直交する。Ｚ軸は、一点鎖線で示される真空バルブ１０の中心軸に沿って延びる。

第１の電極部１１は、第２の電極部１２よりもＺ軸に沿う正方向（Ｚ軸の矢印が向く方向、図１における上方向）に位置する。本実施形態において、第１の電極部１１はいわゆる固定側電極であり、第２の電極部１２はいわゆる可動側電極である。なお、第１の電極部１１と第２の電極部１２とはこれに限らない。

第１の電極部１１と第２の電極部１２とは、相対的に移動可能であり、互いに接触及び離間可能である。例えば、第１の電極部１１と第２の電極部１２とは、Ｚ軸に沿う方向に相対的に移動可能である。Ｚ軸に沿う方向は、Ｚ軸に沿う正方向と、Ｚ軸に沿う負方向（Ｚ軸の矢印の反対方向、図１における下方向）とを含む。

第２の電極部１２は、第１の電極部１１に対し、Ｚ軸に沿う正方向と、Ｚ軸に沿う負方向に相対的に移動可能である。このため、Ｚ軸に沿う方向は、第１の電極部１１と第２の電極部１２の移動方向とも称され得る。Ｚ軸に沿う正方向は、第１の方向の一例である。Ｚ軸に沿う負方向は、第２の方向の一例である。

第２の電極部１２は、第１の電極部１１に接触する位置と、第１の電極部１１から離間した位置との間で移動可能である。図１は、第１の電極部１１から離間した位置に配置された第２の電極部１２を示す。

第１の電極部１１と第２の電極部１２とは、同じ形状を有する。なお、第１の電極部１１の形状と第２の電極部１２の形状とが異なっても良い。第１の電極部１１と第２の電極部１２とはそれぞれ、通電軸２１と、電極２２と、接触子２３とを有する。言い換えると、通電軸２１と、電極２２と、接触子２３とは、第１の電極部１１及び第２の電極部１２にそれぞれ設けられる。接触子２３は、例えば、接点とも称され得る。

通電軸２１は、Ｚ軸に沿う方向に延び、真空バルブ１０の電路となる。電極２２は、例えば、カップ状に形成され、通電軸２１の端部に設けられる。第１の電極部１１の電極２２は、第２の電極部１２に向く通電軸２１の端部に設けられる。第２の電極部１２の電極２２は、第１の電極部１１に向く通電軸２１の端部に設けられる。通電軸２１と電極２２とは、例えば、無酸素銅のような導体によって作られる。

接触子２３は、電極２２の端部に、例えばロウ付けによって固定される。第１の電極部１１の接触子２３は、第２の電極部１２に向く電極２２の端部に設けられる。第２の電極部１２の接触子２３は、第１の電極部１１に向く電極２２の端部に設けられる。接触子２３は、例えば、銅クロムのような導体によって作られる。接触子２３は、電極２２に電気的に接続される。

第１の電極部１１と第２の電極部１２とが接触するとき、第１の電極部１１の接触子２３と、第２の電極部１２の接触子２３とが接触する。これにより、第１の電極部１１と第２の電極部１２とが電気的に接続され、真空バルブ１０が閉極状態となる。

第１の電極部１１と第２の電極部１２との一部は、真空容器１３の内部に収容される。例えば、第１の電極部１１及び第２の電極部１２の、通電軸２１の一部と、電極２２と、接触子２３とが、真空容器１３の内部に収容される。第１の電極部１１と第２の電極部１２とは、真空容器１３の内部で接触及び離間可能である。真空容器１３は、絶縁容器４１と、二つの封止部４２，４３と、ベローズ４４とを有する。

絶縁容器４１は、アルミナのような絶縁体によって作られる。絶縁容器４１は、例えば、Ｚ軸に沿う方向に延びる円筒形に形成される。絶縁容器４１は、他の形状に形成されても良い。絶縁容器４１は、二つの端部４１ａ，４１ｂを有する。端部４１ａは、Ｚ軸に沿う正方向における絶縁容器４１の端部である。端部４１ｂは、Ｚ軸に沿う負方向における絶縁容器４１の端部である。

一方の封止部４２は、絶縁容器４１の端部４１ａに取り付けられる。封止部４２に孔４２ａが設けられる。第１の電極部１１の通電軸２１が、封止部４２の孔４２ａを通される。第１の電極部１１の通電軸２１は、封止部４２に固着される。

他方の封止部４３は、絶縁容器４１の端部４１ｂに取り付けられる。封止部４３に孔４３ａが設けられる。第２の電極部１２の通電軸２１が、封止部４３の孔４３ａを移動可能に通される。

ベローズ４４は、伸縮自在にＺ軸に沿う方向に延びる。ベローズ４４の一方の端部４４ａは、封止部４３に固着される。ベローズ４４の他方の端部４４ｂは、第２の電極部１２の通電軸２１に固着される。このため、ベローズ４４は、第２の電極部１２の移動に合わせて伸長又は収縮する。

二つの封止部４２，４３とベローズ４４とは、絶縁容器４１の端部４１ａ，４１ｂを気密に封止する。真空容器１３の内部の圧力は、例えば、１×１０^−２Ｐａ以下に保たれる。

シールド１４及びカバー１５は、真空容器１３の内部に配置される。シールド１４は、略筒状に形成され、第１の電極部１１及び第２の電極部１２の接触子２３を囲む。カバー１５は、第２の電極部１２の電極２２と、ベローズ４４との間に位置し、ベローズ４４を覆う。

第１の電極部１１と第２の電極部１２とが接触すると、第１の電極部１１と第２の電極部１２とに定格電流が流れる。第１の電極部１１と第２の電極部１２とが接触及び離間するとき、第１の電極部１１と第２の電極部１２との間にアークが発生することがある。

アークにより、第１の電極部１１と第２の電極部１２とから、蒸発又は溶融した金属が発生する可能性がある。シールド１４は、蒸発又は溶融した金属が絶縁容器４１に付着して、絶縁容器４１の絶縁抵抗が低下することを抑制する。カバー１５は、蒸発又は溶融した金属がベローズ４４に付着することを抑制する。

図２は、第１の実施形態の第１の電極部１１又は第２の電極部１２を分解して示す斜視図である。図２は、第１の電極部１１を代表的に示す。しかし、第１の電極部１１と第２の電極部１２とが同じ形状を有するため、図２は実質的に第２の電極部１２をも示す。図３は、第１の実施形態の第１の電極部１１及び第２の電極部１２を示す断面図である。

図２及び図３に示すように、接触子２３は、Ｘ‐Ｙ平面上に広がる略円盤状に形成される。本実施形態の接触子２３は、六つの周部５１と、連結部５２とを有する。なお、周部５１の数はこれに限らない。

図４は、第１の実施形態の接触子２３を示す平面図である。図４に示すように、六つの周部５１は、周方向に分割された円環状に形成される。六つの周部５１は、接触子２３に設けられた六つのスリット５５によって互いに隔てられる。スリット５５は、第２のスリットの一例である。

スリット５５は、接触子２３の外縁から、略円盤状の接触子２３の中心に向かって延びる。スリット５５は、Ｚ軸に沿う方向に接触子２３を貫通する。なお、スリット５５はこれに限らない。

図３に示すように、周部５１は、接触面５１ａを有する。接触面５１ａは、第１の面の一例である。接触面５１ａは、略平坦に形成される。六つの周部５１の接触面５１ａは、スリット５５によって周方向に分割され且つ略平坦な、円環状の面を形成する。

第１の電極部１１の接触子２３の接触面５１ａと、第２の電極部１２の接触子２３の接触面５１ａとは、互いに向かい合う。また、第１の電極部１１の接触子２３の接触面５１ａと、第２の電極部１２の接触子２３の接触面５１ａとは、略平行な面である。

第１の電極部１１の周部５１は、第２の電極部１２に向かって凸に形成される。第２の電極部１２の周部５１は、第１の電極部１１に向かって凸に形成される。接触面５１ａは、周部５１の頂部である。第１の電極部１１と第２の電極部１２とが互いに接触するとき、第１の電極部１１の接触面５１ａと、第２の電極部１２の接触面５１ａとが互いに接触する。

図４に示すように、連結部５２は、六つの周部５１に囲まれ、六つの周部５１を連結する。言い換えると、六つの周部５１は、連結部５２から放射状に延びる。図３に示すように、Ｚ軸に沿う方向において、連結部５２の厚さは、周部５１の接触部５１ｂの厚さよりも薄い。接触部５１ｂは、周部５１の、接触面５１ａとＺ軸に沿う方向に重なる部分である。各図面において、接触部５１ｂは二点鎖線で示される。

接触子２３は、背面２３ａを有する。背面２３ａは、第２の面の一例である。背面２３ａは、周部５１の接触面５１ａの反対側に位置し、略平坦に形成される。背面２３ａは、電極２２に向く。

電極２２は、上述のように、カップ状に形成される。このため、電極２２に、凹部２２ａが設けられる。凹部２２ａは、略円柱状の窪みである。第１の電極部１１の凹部２２ａは、第２の電極部１２に向かって開口する。第２の電極部１２の凹部２２ａは、第１の電極部１１に向かって開口する。電極２２は、第１の壁部６１と、第２の壁部６２とを有する。

第１の壁部６１は、Ｘ‐Ｙ平面上に広がる略円盤状に形成され、接触子２３から離間する。第１の電極部１１において、第１の壁部６１は、接触子２３からＺ軸に沿う正方向に離間する。第２の電極部１２において、第１の壁部６１は、接触子２３からＺ軸に沿う負方向に離間する。言い換えると、第１の壁部６１は、第１の電極部１１又は第２の電極部１２から遠ざかる方向に、接触子２３から離間する。

第１の壁部６１に、通電軸２１が接続される。第１の壁部６１は、底面６１ａと、凹面６１ｂとを有する。底面６１ａは、第１の壁部６１の、通電軸２１が接続される面の反対側に位置する。第１の壁部６１は、凹部２２ａの底を形成する。凹面６１ｂは、底面６１ａから窪んだ部分である。凹面６１ｂは、底面６１ａの略中央に位置する。Ｚ軸に沿う方向に平面視した場合、凹面６１ｂは、通電軸２１と重なる。

第２の壁部６２は、Ｚ軸に沿う方向に延びる略円筒状に形成される。第２の壁部６２は、例えば、第１の壁部６１の外縁から突出する。第１の電極部１１の第２の壁部６２は、第２の電極部１２に向かって突出する。第２の電極部１２の第２の壁部６２は、第１の電極部１１に向かって突出する。

第２の壁部６２は、第１の内周面６２ａと、第１の端面６２ｂとを有する。第１の内周面６２ａは、凹部２２ａの内周面を形成する。第１の端面６２ｂは、第２の壁部６２の端部である。第１の端面６２ｂは、第１の壁部６１の反対側に位置する。

第２の壁部６２の第１の端面６２ｂに、接触子２３の背面２３ａが、例えばロウ付けにより固定される。これにより、第２の壁部６２に接触子２３が固定される。なお、第１の端面６２ｂは、接触子２３の他の部分に固定されても良い。接触子２３は、電極２２の凹部２２ａを塞ぐ。

図２に示すように、電極２２に、六つのスリット６５が設けられる。スリット６５はそれぞれ、第１の壁部６１から第２の壁部６２の第１の端面６２ｂに亘って設けられる。スリット６５は、第１の壁部６１と第２の壁部６２とを、厚さ方向に貫通する。スリット６５により、第２の壁部６２は、螺旋状に延びる六つの部分に分割される。

第２の壁部６２の第１の端面６２ｂにおけるスリット６５の位置と、接触子２３のスリット５５の位置とは略一致する。言い換えると、スリット６５とスリット５５とは連通する。このため、第２の壁部６２の六つに分割された部分はそれぞれ、接触子２３の六つの周部５１のうち一つに接続される。

接触子２３にスリット５５が設けられ、電極２２にスリット６５が設けられることにより、第１の電極部１１及び第２の電極部１２にそれぞれ、コイル部６７が形成される。コイル部６７は、電極２２と接触子２３とを含む。

コイル部６７をそれぞれ有する第１の電極部１１と第２の電極部１２とに電気が流れたとき、コイル部６７に電気が流れる。コイル部６７は、電気が流れる方向に応じて磁界を発生させる。

コイル部６７は、例えば、Ｚ軸に沿う方向に磁力線が延びる磁界を発生させる。すなわち、第１の電極部１１及び第２の電極部１２は、いわゆる縦磁界電極である。なお、コイル部６７は、例えば、Ｚ軸と交差（直交）する方向に磁力線が延びる磁界を発生させても良い。すなわち、第１の電極部１１及び第２の電極部１２は、いわゆる磁気駆動電極であっても良い。磁気駆動電極は、コントレート電極とも称され得る。Ｚ軸と交差する方向は、第１の方向と交差する方向の一例である。

図３に示すように、第１の電極部１１及び第２の電極部１２はそれぞれ、補強部材７０をさらに有する。補強部材７０は、部材の一例である。補強部材７０は、例えば、鉄のような磁性体によって作られる。補強部材７０の剛性は、電極２２の剛性より高く、且つ接触子２３の剛性よりも高い。補強部材７０は、ステンレス鋼のような他の材料によって作られても良い。

補強部材７０は、略円筒形に形成される。なお、補強部材７０は、他の形状に形成されても良い。補強部材７０は、電極２２の凹部２２ａに収容される。補強部材７０は、接触子２３と、電極２２の第１の壁部６１との間に位置し、電極２２の第２の壁部６２に囲まれる。補強部材７０は、第１の端部７１と、第２の端部７２と、凸部７３とを有する。

第１の電極部１１において、第１の端部７１は、Ｚ軸に沿う負方向における補強部材７０の端部である。第２の電極部１２において、第１の端部７１は、Ｚ軸に沿う正方向における補強部材７０の端部である。本実施形態において、第１の端部７１は、略円筒形に形成された補強部材７０の一方の端面である。

補強部材７０の第１の端部７１は、接触子２３の背面２３ａに向く。補強部材７０の第１の端部７１は、例えば僅かな隙間を介して、接触子２３の背面２３ａに面する。第１の端部７１は、接触子２３の背面２３ａに接触しても良い。

第２の端部７２は、第１の端部７１の反対側に位置する。第２の端部７２は、電極２２の第１の壁部６１に向く。補強部材７０の第２の端部７２は、第１の壁部６１の凹面６１ｂに嵌め込まれ、例えばロウ付けによって凹面６１ｂに固定される。

図２に示すように、補強部材７０に、六つのスリット７５が設けられる。スリット７５は、第１のスリットの一例である。スリット７５は、補強部材７０の外縁から、略円筒形の補強部材７０の中心に向かって延びる。

六つのスリット７５はそれぞれ、補強部材７０の第１の端部７１から第２の端部７２まで延びる。言い換えると、六つのスリット７５はそれぞれ、補強部材７０を貫通する。なお、スリット７５はこれに限らない。

接触子２３の六つのスリット５５は、補強部材７０の六つのスリット７５と、Ｚ軸に沿う正方向に重なる。言い換えると、接触子２３のスリット５５の位置と、補強部材７０のスリット７５の位置と、は略一致し、スリット７５とスリット５５とは連通する。

図３に示すように、凸部７３は、第１の端部７１に設けられる。本実施形態において、凸部７３は、補強部材７０の第１の端部７１から突出する。なお、第１の端部７１が凸部７３を形成しても良い。

図２に示すように、本実施形態の凸部７３は、スリット７５によって六つに分割された略円環状に形成され、略四角形の断面を有する。凸部７３は、他の形状に形成されても良い。図３に示すように、凸部７３は、接触子２３の周部５１の接触部５１ｂに向かって突出する。

凸部７３は、接触子２３の接触面５１ａと、Ｚ軸に沿う正方向に重なる位置に配置される。凸部７３は、接触子２３の接触面５１ａと、少なくとも部分的に重なる。凸部７３は、接触面５１ａより大きくても良いし、接触面５１ａと同じ大きさであっても良いし、接触面５１ａより小さくても良い。

凸部７３は、接触子２３の背面２３ａに面する平面７３ａを有する。平面７３ａは、接触子２３の背面２３ａに接触する。しかし、平面７３ａは背面２３ａに固定されないため、凸部７３は背面２３ａに対して僅かに移動可能である。言い換えると、凸部７３は、接触子２３から自由である。なお、平面７３ａが背面２３ａから離間しても良いし、平面７３ａと背面２３ａとの間に例えば絶縁体が介在しても良い。

上述のように、真空バルブ１０の閉極時、第２の電極部１２が第１の電極部１１に近づく方向に移動し、第１の電極部１１の接触子２３と、第２の電極部１２の接触子２３とが接触する。一方、真空バルブ１０の開極時、第２の電極部１２が第１の電極部１１から離間する方向に移動する。

例えば、真空バルブ１０が最初に閉極するとき、第１の電極部１１と第２の電極部１２との偏心や寸法誤差により、第１の電極部１１の接触子２３と、第２の電極部１２の接触子２３とが片当たり（部分的接触）することがある。しかし、真空バルブ１０が開極及び閉極を繰り返すことで、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触面５１ａが互いになじみ、より広い領域で互いに接触するようになる。

第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触子２３が互いに接触するとき、補強部材７０の凸部７３が、接触子２３の接触部５１ｂを支持する。このため、凸部７３に支持された部分の接触面５１ａにおける面圧は、接触面５１ａの他の部分における面圧よりも高くなる。これにより、凸部７３に支持された部分の接触面５１ａは、より早くなじみやすくなる。

上記説明のように、凸部７３は、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触面５１ａが互いになじむことを促進する。さらに、凸部７３は、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触面５１ａが互いになじむ部分（位置）をコントロールし、より確実に第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触面５１ａが互いになじむようにする。

補強部材７０は、接触子２３よりも硬く、且つ電極２２よりも硬い。このため、電極２２及び接触子２３は、第１の電極部１１及び第２の電極部１２が互いになじむよう変形しやすい。一方、補強部材７０は、電極２２及び接触子２３よりも変形しにくく、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触面５１ａが互いになじむ部分をより確実にコントロールする。

第１の電極部１１と第２の電極部１２とが互いに接触するとき、接触子２３、電極２２、及び補強部材７０に、Ｚ軸に沿う方向に押圧力が作用する。このとき、スリット５５，６５，７５により、接触子２３、電極２２、及び補強部材７０は弾性変形しやすくなる。接触子２３、電極２２、及び補強部材７０が弾性変形することで、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触子２３が、より広い領域でより均一に互いに接触できる。

さらに、第１の電極部１１と第２の電極部１２とが互いに接触しているとき、第１の電極部１１と第２の電極部１２とは、荷重がかけられ、互いに押し合っている。当該荷重により、接触子２３、電極２２、及び補強部材７０が弾性変形する。弾性変形の反発力により、接触面５１ａにおける面圧がより高くなり、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触面５１ａが互いになじみやすくなる。

第１の電極部１１と第２の電極部１２とが互いに当接するとき、第１の電極部１１と第２の電極部１２に衝撃がかかる。さらに、第１の電極部１１と第２の電極部１２とが互いに接触している真空バルブ１０の閉極時、第１の電極部１１と第２の電極部１２とに接触荷重が作用する。補強部材７０は、上記の衝撃及び接触荷重による電極２２の変形を抑制する。

第１の電極部１１及び第２の電極部１２において、電流は電極２２及び接触子２３を通る。補強部材７０は、電極２２にロウ付けされ、凸部７３で接触子２３に接触する。このため、電流が補強部材７０を通ることがある。しかし、補強部材７０の電気抵抗は、電極２２の電気抵抗より高く、且つ接触子２３の電気抵抗よりも高い。このため、多くの電流が電極２２を通り、補強部材７０に流れる電流が低減されている。

例えば第２の電極部１２が第１の電極部１１から離間するとき、第１の電極部１１と第２の電極部１２との間にアークが発生することがある。このとき、コイル部６７によって磁界が発生するため、アークを構成する荷電粒子が磁界中で磁力線に捕捉され、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接触子２３の全体に広がり、真空バルブ１０が電流をより確実に遮断する。磁性体によって作られる補強部材７０は、コイル部６７の磁界をより強め、真空バルブ１０の電流遮断性能を向上させる。

コイル部６７がＺ軸と交差する方向に磁力線が延びる磁界を発生させる場合、アークは、ローレンツ力を作用させられ、停滞することなく周方向に駆動する。このため、アークが接触子２３を局部的に過熱させることが抑制される。

以上説明されたように、一般的に、第１の電極部１１と第２の電極部１２とが接触するとき、第２の電極部１２の接触面５１ａが、第１の電極部１１に片当たり（部分的接触）することがある。この場合、接触面５１ａの全域が第１の電極部１１に接触する場合に比べ、接触領域が小さくなり、接触抵抗が増大する。しかし、第１の電極部１１と第２の電極部１２とが接触及び離間を繰り返すことにより、接触面５１ａは、均され、第１の電極部１１になじみ、より広い領域で第１の電極部１１に接触するようになる。

第１の実施形態に係る真空バルブ１０において、電極２２の第２の壁部６２が、接触子２３に接続される。一方、補強部材７０が接触子２３と電極２２の第１の壁部６１との間に位置する。そして、補強部材７０の凸部７３が、接触子２３の接触面５１ａとＺ軸に沿う正方向に重なる位置に配置される。第１の電極部１１と第２の電極部１２とが接触するとき、接触子２３の接触面５１ａを含む部分は、凸部７３に支持される。このため、凸部７３に支持された部分の接触面５１ａにおける面圧は、接触面５１ａの他の部分における面圧よりも高くなる。これにより、凸部７３に支持された部分の接触面５１ａは、均され、第１の電極部１１になじみ、より広い領域でより均一に第１の電極部１１に接触しやすくなる。従って、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触抵抗が低減されやすくなり、真空バルブ１０のサイズ及びコストの増大を伴わずに、真空バルブ１０の通電容量が増大する。真空バルブ１０は、より大きい電流を通電及び遮断できる。

一般的に、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触荷重を増大させることによっても、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触抵抗を低減することができる。しかし、接触荷重が所定の大きさより大きくなると、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触抵抗は一定となる。本実施形態の真空バルブ１０は、このような制限無く、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触抵抗を低減することができる。

補強部材７０に、第１の端部７１から第２の端部７２まで延びるスリット７５が設けられる。さらに、第１の電極部１１の接触子２３に、スリット７５とＺ軸に沿う正方向に重なるスリット５５が設けられる。スリット５５，７５が設けられることで、第１の電極部１１と第２の電極部１２とが接触するとき、第１の電極部１１及び補強部材７０は、Ｚ軸に沿う負方向に弾性変形することができる。このため、接触面５１ａが第１の電極部１１に十分になじんでいなくても、接触面５１ａが、より広い領域でより均一に第１の電極部１１に接触しやすくなる。従って、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触抵抗が低減される。さらに、弾性変形した第１の電極部１１及び補強部材７０が元に戻ろうとすることで、凸部７３に支持された部分の接触面５１ａにおける面圧が高くなる。このため、凸部７３に支持された部分の接触面５１ａは、均され、第１の電極部１１になじみ、より広い領域でより均一に第１の電極部１１に接触しやすくなる。従って、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触抵抗が低減されやすくなる。

Ｚ軸に沿う方向において、連結部５２の厚さは、周部５１の接触部５１ｂの厚さよりも薄い。このため、スリット５５が設けられた接触子２３が弾性変形しやすくなる。従って、接触面５１ａが、より広い領域でより均一に第１の電極部１１に接触しやすくなり、第１の電極部１１と第２の電極部１２との接触抵抗が低減される。

第１の電極部１１は、第１の電極部１１と第２の電極部１２とに電気が流れたときに、Ｚ軸に沿う正方向に磁力線が延びる磁界を発生させるコイル部６７を有する。言い換えると、コイル部６７は、第１の電極部１１と第２の電極部１２との間に発生するアークに平行な磁界を発生させる。このため、アークの荷電粒子が磁界中で磁力線に捕捉され、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、真空バルブ１０の遮断性能が向上する。本実施形態において、補強部材７０が磁性体によって作られることで、アークがより拡散し、真空バルブ１０の遮断性能がより向上する。

コイル部６７は、第１の電極部１１と第２の電極部１２とに電気が流れたときに、Ｚ軸に沿う正方向と交差する方向に磁力線が延びる磁界を発生させても良い。言い換えると、コイル部６７は、アークに対して交差（直交）方向の磁界を発生させ、アークに作用させても良い。このとき、アークにローレンツ力が働き、停滞することなく周方向に駆動する。従って、局部的な過熱による接触子２３の損耗を軽減できる。補強部材７０が磁性体によって作られることで、アークによりローレンツ力が働き、接触子２３の損耗をより軽減できる。

以下に、第２の実施形態について、図５乃至図７を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明において、既に説明された構成要素と同様の機能を持つ構成要素は、当該既述の構成要素と同じ符号が付され、さらに説明が省略される場合がある。また、同じ符号が付された複数の構成要素は、全ての機能及び性質が共通するとは限らず、各実施形態に応じた異なる機能及び性質を有していても良い。

図５は、第２の実施形態に係る第１の電極部１１及び第２の電極部１２を示す断面図である。図５に示すように、第２の実施形態の電極２２の第２の壁部６２に、切欠き６２ｃが設けられる。切欠き６２ｃは、例えば、座ぐりとも称され得る。

切欠き６２ｃは、第２の壁部６２の第１の内周面６２ａと第１の端面６２ｂとの角に設けられる。第２の壁部６２は、第２の内周面６２ｄと、第２の端面６２ｅとをさらに有する。第２の内周面６２ｄと第２の端面６２ｅとは、切欠き６２ｃを形成する。

第２の内周面６２ｄは、切欠き６２ｃの内周面を形成する。第２の内周面６２ｄは、凹部２２ａに収容された補強部材７０に向く。Ｚ軸に沿う方向における第２の内周面２１ｄの一方の端部は、第１の端面６２ｂに接続される。

第２の端面６２ｅは、第１の内周面６２ａと第２の内周面６２ｄとの間に介在する。第１の電極部１１において、第２の端面６２ｅは、Ｚ軸に沿う負方向に向く略平坦な面である。第２の電極部１２において、第２の端面６２ｅは、Ｚ軸に沿う正方向に向く略平坦な面である。

第２の端面６２ｅは、第１の端面６２ｂよりも第１の壁部６１に近い位置で、接触子２３に向く。言い換えると、第２の端面６２ｅは、接触子２３から離間した位置に設けられる。Ｚ軸に沿う方向に平面視した場合、第２の端面６２ｅは、第１の端面６２ｂの内側に位置する。

補強部材７０は、鍔部８１をさらに有する。鍔部８１は、例えば、凸部、支持部、又は引掛け部とも称され得る。鍔部８１は、補強部材７０の外周面７０ａから突出する。外周面７０ａは、Ｚ軸と交差（直交）する方向に向く。

鍔部８１は、例えば、スリット７５によって六つに分割された円環状に形成される。鍔部８１は、突起のような他の形状に形成されても良い。鍔部８１の直径は、第２の壁部６２の第１の内周面６２ａの内径よりも大きく、且つ第２の内周面６２ｄの内径以下である。

鍔部８１は、第２の壁部６２の第２の端面６２ｅに支持される。なお、鍔部８１と第２の端面６２ｅとの間に隙間があっても良いし、補強部材７０の他の部分が第２の端面６２ｅに支持されても良い。鍔部８１は、第２の端面６２ｅと、接触子２３との間に位置する。鍔部８１はさらに、第２の壁部６２の第２の内周面６２ｄに接触する。なお、鍔部８１と第２の内周面６２ｄとの間に隙間があっても良い。

真空バルブ１０の閉極時、第１の電極部１１と第２の電極部１２とに大きな電流が通電される。このため、第１の電極部１１の接触面５１ａと、第２の電極部１２の接触面５１ａとが、部分的に溶着することがある。

図６は、第２の実施形態の第１の電極部１１及び第２の電極部１２の一部を示す断面図である。上述のように真空バルブ１０の開極時、第２の電極部１２が第１の電極部１１から離間する方向に移動する。第１の電極部１１の接触面５１ａと、第２の電極部１２の接触面５１ａとが、部分的に溶着している場合、第１の電極部１１及び第２の電極部１２に、図６に矢印で示す引張力Ｆが作用する。

接触面５１ａが溶着する一方、例えば通電軸２１が引張力Ｆによって引っ張られる。このため、電極２２及び接触子２３は、通電軸２１から離間する方向に伸びるよう変形しようとする。図６は、変形する第２の電極部１２の電極２２及び接触子２３を、二点鎖線で仮想的に示す。

例えば、第２の電極部１２の電極２２は、第２の壁部６２が図６に矢印で示す方向Ｄ１に伸びるよう、変形しようとする。方向Ｄ１は、第２の電極部１２から第１の電極部１１に向かう方向であり、例えばＺ軸に沿う正方向である。

第２の壁部６２が方向Ｄ１に伸びるよう変形しようとすると、補強部材７０の鍔部８１が、第２の壁部６２の第２の端面６２ｅを支持する。補強部材７０の第２の端部７２は、第１の壁部６１の凹面６１ｂに固定される。このため、補強部材７０と通電軸２１との相対的な位置はほぼ変わらない。補強部材７０の鍔部８１は、第２の壁部６２の第２の端面６２ｅを支持することで、第２の壁部６２の変形を抑制する。

さらに、第２の電極部１２の電極２２は、第２の壁部６２が図６に矢印で示す方向Ｄ２に移動するよう変形しようとすることがある。方向Ｄ２は、第２の電極部１２の中心軸に向かう方向であり、例えばＺ軸と交差（直交）する方向である。

第２の壁部６２が方向Ｄ２に移動するよう変形しようとすると、補強部材７０の鍔部８１が、第２の壁部６２の第２の内周面６２ｄを支持する。これにより、補強部材７０の鍔部８１は、第２の壁部６２の変形を抑制する。

以上説明された第２の実施形態の真空バルブ１０において、互いに接触した第１の電極部１１と第２の電極部１２とに電流が流されると、第１の電極部１１と、第２の電極部１２の接触子２３とが部分的に溶着することがある。一般的に、溶着された第１の電極部１１と第２の電極部１２とを引き離すと、電極２２がＺ軸に沿う方向に伸びるように変形する可能性がある。

本実施形態において、電極２２の第２の壁部６２は、接触子２３が固定される第１の端面６２ｂと、第１の端面６２ｂよりも第１の壁部６１に近い位置で接触子２３に向く第２の端面６２ｅと、を有する。そして、補強部材７０は、第１の壁部６１に固定されるとともに、鍔部８１で第２の端面６２ｅに支持されるよう構成される。これにより、電極２２がＺ軸に沿う方向に伸びようとしても、補強部材７０の鍔部８１が電極の第２の壁部６２を支持する。このため、電極２２が伸びるように変形することが抑制される。

図７は、第２の実施形態の変形例に係る第１の電極部１１及び第２の電極部１２を示す断面図である。図７に示すように、凸部７３は、平面７３ａの代わりに、曲面７３ｂを有しても良い。なお、第１の実施形態の凸部７３が曲面７３ｂを有しても良い。曲面７３ｂは、接触子２３の背面２３ａに面し、接触子２３の背面２３ａに向かって凸な曲面である。

曲面７３ｂは、接触子２３の背面２３ａに接触する。しかし、曲面７３ｂは背面２３ａに固定されないため、凸部７３は背面２３ａに対して僅かに移動可能である。言い換えると、凸部７３は、接触子２３から自由である。なお、曲面７３ｂが背面２３ａから離間しても良いし、曲面７３ｂと背面２３ａとの間に例えば絶縁体が介在しても良い。

上述のように、第２の実施形態の変形例において、凸部７３は、接触子２３の背面２３ａに接触する曲面７３ｂを有する。これにより、凸部７３と接触子２３とが線接触し、凸部７３に支持された部分の接触面５１ａにおける面圧がより高くなる。従って、凸部７３に支持された部分の接触面５１ａは、均され、第１の電極部１１になじみ、より広い領域でより均一に第１の電極部１１に接触しやすくなる。

補強部材７０の第１の端部７１が、凸部７３を形成しても良い。この場合、第１の端部７１によって形成される凸部７３が、曲面７３ｂを有する。すなわち、第１の端部７１が曲面７３ｂを有する。

以上説明された少なくとも一つの実施形態によれば、部材の凸部が、接触子の第１の面と第１の方向に重なる位置に配置される。これにより、第１の電極部と第２の電極部との接触抵抗が低減されやすくなる。

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。
以下に、出願当初の特許請求の範囲の内容を付記する。
［１］
第１の電極部と、
前記第１の電極部に対し、当該第１の電極部に近づく第１の方向と、当該第１の電極部から離間する第２の方向と、に相対的に移動可能であり、前記第１の電極部と接触可能な第２の電極部と、
前記第２の電極部に設けられ、前記第１の電極部と前記第２の電極部とが互いに接触するときに前記第１の電極部に接触するよう構成された第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、を有する接触子と、
前記第２の電極部に設けられ、前記接触子から前記第２の方向に離間する第１の壁部と、前記第１の壁部から突出するとともに前記接触子に接続された第２の壁部と、を有する電極と、
前記接触子と前記第１の壁部との間に位置して前記第２の面に面し、前記第１の面と前記第１の方向に重なる位置に配置された凸部を有する、部材と、
を具備する真空バルブ。
［２］
前記部材は、前記第２の面に向く第１の端部と、前記第１の端部の反対側に位置する第２の端部と、を有し、前記第１の端部から前記第２の端部まで延びる第１のスリットが設けられ、
前記第２の電極部に、前記第１のスリットと前記第１の方向に重なる第２のスリットが設けられた、
［１］の真空バルブ。
［３］
前記第２の壁部は、前記接触子が固定される第１の端面と、前記第１の端面よりも前記第１の壁部に近い位置で前記接触子に向く第２の端面と、を有し、
前記部材は、前記第１の壁部に固定されるとともに、前記第２の端面に支持されるよう構成される、
［１］又は［２］の真空バルブ。
［４］
前記第２の電極部は、前記第１の電極部と前記第２の電極部とに電気が流れたときに、前記第１の方向に磁力線が延びる磁界を発生させるコイル部を有し、
前記部材は、磁性体によって作られる、
［１］乃至［３］のいずれか一つの真空バルブ。
［５］
前記第２の電極部は、前記第１の電極部と前記第２の電極部とに電気が流れたときに、前記第１の方向と交差する方向に磁力線が延びる磁界を発生させるコイル部を有し、
前記部材は、磁性体によって作られる、
［１］乃至［３］のいずれか一つの真空バルブ。

１０…真空バルブ、１１…第１の電極部、１２…第２の電極部、２２…電極、２３…接触子、２３ａ…背面、５１…周部、５１ａ…接触面、５５…スリット、６１…第１の壁部、６２…第２の壁部、６２ｂ…第１の端面、６２ｅ…第２の端面、６５…スリット、６７…コイル部、７０…補強部材、７１…第１の端部、７２…第２の端部、７３…凸部、７５…スリット。

Claims (6)

1. 第１の電極部と、
   前記第１の電極部に対し、当該第１の電極部に近づく第１の方向と、当該第１の電極部から離間する第２の方向と、に相対的に移動可能であり、前記第１の電極部と接触可能な第２の電極部と、
   前記第２の電極部に設けられ、前記第１の電極部と前記第２の電極部とが互いに接触するときに前記第１の電極部に接触するよう構成された第１の面と、前記第１の面の反対側に位置する第２の面と、を有する接触子と、
   前記第２の電極部に設けられ、前記接触子から前記第２の方向に離間する第１の壁部と、前記第１の壁部から突出するとともに前記接触子に接続された第２の壁部と、を有する電極と、
   前記接触子と前記第１の壁部との間に位置し、隙間を介して前記第２の面に面する第１の端部と、前記第１の端部から突出し、前記第１の面と前記第１の方向に重なる位置に配置された凸部と、を有する、部材と、
   を具備する真空バルブ。
2. 前記凸部は、前記第２の面に対して移動可能に配置された、請求項１の真空バルブ。
3. 前記部材は、前記第１の端部の反対側に位置する第２の端部を有し、前記第１の端部から前記第２の端部まで延びる第１のスリットが設けられ、
   前記第２の電極部に、前記第１のスリットと前記第１の方向に重なる第２のスリットが設けられた、
   請求項１又は請求項２の真空バルブ。
4. 前記第２の壁部は、前記接触子が固定される第１の端面と、前記第１の端面よりも前記第１の壁部に近い位置で前記接触子に向く第２の端面と、を有し、
   前記部材は、前記第１の壁部に固定されるとともに、前記第２の端面に支持されるよう構成される、
   請求項１乃至請求項３のいずれか一つの真空バルブ。
5. 前記第２の電極部は、前記第１の電極部と前記第２の電極部とに電気が流れたときに、前記第１の方向に磁力線が延びる磁界を発生させるコイル部を有し、
   前記部材は、磁性体によって作られる、
   請求項１乃至請求項４のいずれか一つの真空バルブ。
6. 前記第２の電極部は、前記第１の電極部と前記第２の電極部とに電気が流れたときに、前記第１の方向と交差する方向に磁力線が延びる磁界を発生させるコイル部を有し、
   前記部材は、磁性体によって作られる、
   請求項１乃至請求項４のいずれか一つの真空バルブ。

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