JP7118765B2 - 真空バルブ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本実施形態は、真空バルブ及びその製造方法に関する。

電気回路の開閉を行い、短絡が起こった場合などに電流を遮断する真空遮断器が知られている。真空遮断器は、真空バルブが真空中で導通、遮断を行うことで、電路の開閉を行っている。この真空バルブは、絶縁筒と絶縁筒の上端及び下端を気密に接合する封着金具とを有する真空容器と、真空容器内に対向して配置された固定側電極及び可動側電極と、固定側電極と接合している固定側通電棒と、可動側電極と接合している可動側通電棒とを備える。

従来の真空バルブは、まず、固定側電極と固定側通電棒及び可動側電極と可動側通電棒をそれぞれ銀ろう付けにより接合させる部組みを行った後、通電棒と封着金具、絶縁筒と封着金具などを銀ろう付けにより接合して一体化する工程を有していた。このように従来の真空バルブの製造方法は、少なくとも２回の銀ろう付け作業を要していた。しかし、銀ろう付け作業は、加熱炉によって数百度に加熱する必要があり、銀ろう付けを行う作業を複数回行うと真空バルブの生産性が低下するという問題が生じていた。

特開２０１７－２２４６４号公報

そこで、固定側電極と固定側通電棒、及び、可動側電極と可動側通電棒を接合する部組工程では、ろう材を固定側電極と固定側通電棒の間、また、可動側電極と可動側通電棒の間に挟んだ状態でかしめによって仮に固定する。この接合の時点では、加熱炉による加熱を行わない。すべての部材を組立て、銀ろう付けすべき全ての箇所にろう付けした後、加熱炉で加熱する際に、その加熱によって固定側及び可動側の電極と通電棒の間に挟んだろう材も溶融させ、電極と通電棒を銀ろうによって接合する手法が提案されている。

しかし、絶縁筒と封着金具などをろう付けする際、電極がずれてろう付けされたり、脱落したりするといった問題が生じていた。さらに、スパイラル電極などアークを消弧するために固定側電極と可動側電極の向きが重要となる場合、ろう付け時に電極の向きが変化しないよう構造や治具が複雑となるという問題もあった。

本実施形態では、上記課題を解決すべく、銀ろう付けの回数を削減しつつ、電極と通電棒の接合部の信頼性を向上させる真空バルブを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本実施形態の真空バルブは、真空容器内に対向に配置される一対の電極と、各電極と摩擦圧接により接合している一対の通電棒と、前記電極と前記通電棒の間に設けられ、前記電極と前記通電棒とを接合させる原子拡散層と、を備え、前記通電棒又は前記電極は、前記摩擦圧接により接合する端部から形成された凹部と、前記凹部の内部に設けられた収容体と、を有し、前記収容体は、前記原子拡散層に接合していることを特徴とする。

また、本実施形態の真空バルブの製造方法は、真空容器内に配置される電極と、前記電極と接合している通電棒と、を備える真空バルブの製造方法であって、前記電極及び前記通電棒の何れか一方を固定し、他方を軸方向に回転させ、前記電極の端部と前記通電棒の端部とを摩擦圧接して接合させる摩擦圧接工程と、前記摩擦圧接工程により、接合した前記電極及び前記通電棒を含めた各部材を組立て、ろう付けするろう付け工程とを有し、前記摩擦圧接工程の摩擦圧接する時間は、１０秒以上であり、前記電極と前記通電棒の間に設けられ、前記電極の材料と前記通電棒の材料とが混合してなる原子拡散層を形成すること、を特徴とする。さらに、本実施形態の真空バルブの製造方法は、真空容器内に配置される電極と、前記電極と接合している通電棒と、を備える真空バルブの製造方法であって、前記電極及び前記通電棒の何れか一方を固定し、他方を軸方向に回転させ、前記電極の端部と前記通電棒の端部とを摩擦圧接して接合させる摩擦圧接工程と、前記摩擦圧接工程で前記電極と前記通電棒の接合部分に生じたバリを除去する機械加工工程と、前記摩擦圧接工程により接合した前記電極及び前記通電棒を含めた各部材を組立て、ろう付けするろう付け工程と、を有し、前記通電棒は、前記電極と接合する端部が前記通電棒の軸方向と直交する方向に膨らんでいる膨出部を有し、前記機械加工工程は、前記膨出部及び前記電極によって凹凸のない一続きの湾曲形状を構成するよう形作っていること、を特徴とする。

第１の実施形態に係る真空バルブの概略全体構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る真空バルブの製造工程を示すフローチャートである。 配置工程～機械加工工程における電極及び通電棒の模式図である。 凹部を設けた通電棒の模式図である。 第１の実施形態に係る真空バルブの側面図である。 変形例に係る真空バルブの電極及び通電棒の断面図である。

（第１の実施形態）
（構成）
以下、第１の実施形態に係る真空バルブについて図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、第１の実施形態の真空バルブの全体構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る真空バルブの概略全体構成を示す断面図である。真空バルブ１は、真空の中で電路の導通、遮断、絶縁を行う。この真空バルブ１は、図１に示すように、真空容器２、固定側通電棒３Ａ、可動側通電棒３Ｂ、固定側電極４Ａ、可動側電極４Ｂ、アークシールド６及びベローズ７を備える。

この真空バルブ１は、概略円筒形状の真空容器２内に、一対の固定側電極４Ａと可動側電極４Ｂとが対向に配置され、可動側電極４Ｂを円筒軸Ｘに沿って移動させることで、可動側電極４Ｂと固定側電極４Ａとを接離させる。この可動側電極４Ｂが固定側電極４Ａと接触している場合には、導通となり、電路は閉路状態となる。一方、可動側電極４Ｂが固定側電極４Ａと離間すると、電流は遮断され、電路は開路状態となる。

真空容器２は、密閉された空間が１０^－２Ｐａ以下の真空である容器である。この真空容器２は、絶縁筒２１及び封着金具２２を有する。絶縁筒２１は、両端が開口した円筒形状を有する。この絶縁筒２１は、絶縁性を有する材質であり、例えば、セラミックスや硝子である。

封着金具２２は、絶縁筒２１の両端の開口を塞ぐ部材である。封着金具２２は、円盤形状を有し、その外径は、絶縁筒２１の両端の開口と概略同一径である。この封着金具２２が、絶縁筒２１の両端の開口を塞ぎ、銀ろう付けされることで絶縁筒２１と封着金具２２は気密接合し、真空容器２の内部が密閉される。

固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂは、銅などの導電性を有する材質により構成された導体であり、例えば、円柱形状を有する。封着金具２２の中心は、開口しており、固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂは、真空容器２外からこの開口を貫通し、真空容器２内に延びている。

固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂは、絶縁筒２１の円筒軸Ｘと共通軸を有する。また、固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂは、対向に配置される。なお、本実施形態では、固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂは、絶縁筒２１の円筒軸Ｘと共通軸を有するように配置したが、これに限定するものではなく、固定側通電棒３Ａと可動側通電棒３Ｂを対向に配置すれば、所望の位置に配置することができる。

固定側通電棒３Ａの外径は、封着金具２２の開口の外径と概略同一径である。固定側通電棒３Ａは、封着金具２２の開口と銀ろう付けされることにより、封着金具２２に固定されて支持されている。一方、可動側通電棒３Ｂの外径は、封着金具２２の開口よりやや小さい。やや小さいとは、可動側通電棒３Ｂが、封着金具２２の開口を円筒軸Ｘに沿って移動できる程度に小さければよい。即ち、可動側通電棒３Ｂは、封着金具２２の開口に遊貫している。

固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂは、真空容器２内に延びている端部が通電棒の軸方向と直交する方向に膨らんでいる膨出部３１を有する。この膨出部３１と後述する電極４とが摩擦圧接により接合している。

固定側電極４Ａ及び可動側電極４Ｂは、クロム銅、銀タングステンカーバイド、銅タングステンなどの導電性を有する材質により構成される。本実施形態では、例えばスパイラル電極を用いている。スパイラル電極は、円盤状の電極で外周部から延びた複数のスリットを有することで、スリットにより部分的に区画された複数の腕部を有し、渦巻き状の形状となっている電極である。固定側電極４Ａ及び可動側電極４Ｂには、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｂの１種又は２種以上が添加されている。なお、固定側電極４Ａ及び可動側電極４Ｂはスパイラル電極に限らず、縦磁界電極、平板電極など種々のものが使用できる。

固定側電極４Ａは、真空容器２内に延びた固定側通電棒３Ａの膨出部３１と接し、摩擦圧接により接合される。一方、可動側電極４Ｂは、可動側通電棒３Ｂの膨出部３１と接し、摩擦圧接により接合される。即ち、固定側電極４Ａと可動側電極４Ｂは、対向に配置される。この固定側電極４Ａと可動側電極４Ｂが接離することで、電流の導通又は遮断を行う。

通電棒３Ａ、３Ｂの膨出部３１と電極４Ａ、４Ｂとが接合した表面は、凹凸のない一続きの湾曲形状となっている。凹凸のないとは、曲がりくねることなく１つの孤を描くことをいう。換言すれば、膨出部３１と電極４Ａ、４Ｂによって形成された凹凸のない一続きの湾曲形状は、蛇行していない。

具体的には、図１に示すように、通電棒３Ａ、３Ｂの膨出部３１は、通電棒３Ａ、３Ｂの軸方向と直交する方向に丸みを帯びて膨らみ、電極４Ａ、４Ｂと接合する面は平坦面３４となっている。一方、電極４Ａ、４Ｂは、膨出部３１と接合する面に、膨出部３１の平坦面３４と同一の大きさである平坦面４１を有し、互いの平坦面３４、４１が合致した状態で接合されている。電極４Ａ、４Ｂは、平坦面４１から膨出部３１の膨らみと同一の曲率で湾曲し、電極４Ａ、４Ｂが接触する箇所に平坦面４２を有する。即ち、摩擦圧接によって形成された通電棒３Ａ、３Ｂの膨出部３１と電極４Ａ、４Ｂによる一体物は、概略楕円体形状となっている。つまり、この一体物の接合箇所表面は、角ばった箇所を有していない。

アークシールド６は、例えば、ステンレスや銅からなる。アークシールド６は、両端が開口した円筒形状を有する。アークシールド６は、真空容器２内に、固定側電極４Ａ及び可動側電極４Ｂを取り囲むように、アークシールド６の円筒軸が絶縁筒２１の円筒軸Ｘと平行になるように設けられている。アークシールド６の外周面は、絶縁筒２１に向けて延びる突起を有する。この突起の端部は、銀ろう付けにより絶縁筒２１と接合されている。つまり、アークシールド６は、絶縁筒２１によって支持されている。

アークシールド６の円筒軸Ｘ方向の長さは少なくとも、固定側電極４Ａ及び可動側電極４Ｂの円筒軸Ｘ方向の厚みと開路状態における固定電極側４Ａ及び可動側電極４Ｂの隙間の距離を足した以上の長さを有する。このアークシールド６の両端部は、内側に湾曲し、湾曲した端部は、固定側通電棒３Ａ又は可動側通電棒３Ｂには未達である。

アークシールド６は、電極間で発生したアークが絶縁筒に当たって絶縁筒が破損し、真空リークすることを防止する。

ベローズ７は、伸縮可能な蛇腹状の伸縮管であり、金属等の材料からなる。このベローズ７は真空容器２内に設けられている。ベローズ７の内部は、可動側通電棒３Ｂが貫通している。ベローズ７の一方端部は、封着金具２２の開口を覆うように封着金具２２と銀ろう付けにより固定されている。即ち、ベローズ７の外径は、封着金具２２の開口の外径より大きい。一方、ベローズ７の他方端部は、可動側通電棒３Ｂと銀ろう付けにより気密に固定されている。つまり、ベローズ７は、封着金具２２と可動側通電棒３Ｂとに固定されることで、封着金具２２の開口から流入してくる大気をベローズ７内部に留める。これにより、真空容器２内に大気が流入することを防止でき、真空容器２内の真空が保持される。

なお、可動側通電棒３Ｂの他方端部は、真空容器２外に配置された不図示の駆動装置と接続している。駆動装置は、制御装置と接続されており、制御装置の命令を受けて可動側通電棒３Ｂを移動させる。この駆動装置が、可動側通電棒３Ｂを円筒軸Ｘに沿って移動させることで、可動側電極４Ｂは、固定側電極４Ａと接触又は離間する。

（製造方法）
次に、本実施形態の真空バルブ１の製造方法について図面を参照しつつ説明する。図２は、本実施形態の真空バルブの製造工程を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態の真空バルブ１の製造方法は、配置工程、摩擦圧接工程、機械加工工程、目印作成工程、ろう付け工程を経る。

配置工程は、通電棒３と電極４を対向に配置させる工程である（ステップＳ０１）。図３は、本製造工程のうち、配置工程～機械加工工程における電極及び通電棒の模式図である。図３（ａ）に示すように、通電棒３の膨出部３１と電極４の端面を対向に配置させ、通電棒３を不図示の冶具により固定させる。本実施形態では、通電棒３を冶具により固定させたが、電極４を固定させてもよい。

摩擦圧接工程は、通電棒３と電極４を摩擦圧接する工程である（ステップＳ０２）。図３（ｂ）に示すように、電極４は中心軸周りに回転速度１０００ｒｐｍ～３０００ｒｐｍで回転させ、回転させた電極４を通電軸３に接圧５０ＭＰａ～２００ＭＰａで押し当て摩擦圧接する。この摩擦圧接工程によって、通電棒３と電極４の材料が混じり合って複合化した原子拡散層５が形成される。

原子拡散層５は、通電棒３と電極４を摩擦圧接したことによりできた通電棒３の材料と電極４の材料とが混合してなる層である。つまり、固定側通電棒３Ａと固定側電極４Ａ及び可動側通電棒３Ｂと可動側電極４Ｂの間に設けられている。原子拡散層５は、通電棒３と電極４を接合させている。即ち、固定側通電棒３Ａの膨出部３１と固定側電極４Ａ、可動側通電棒３Ｂの膨出部３１と可動側電極４Ｂは原子拡散層５によって接合している。

摩擦圧接している時間は、１０秒以上であることが好ましい。摩擦圧接時間が１０秒未満である場合であっても通電棒３と電極４との接合は可能であるが、通電棒３や電極４の微細な粉状まで粉砕されない可能性がある。１０秒以上であると、通電棒３や電極４の微細な粉状まで粉砕され、微細化した粒子が混じり合って複合化した原子拡散層５が形成されるので、より強固に通電棒３と電極４を接合させることができる。

図３（ｃ）に示すように、機械加工工程は、摩擦圧接工程で発生したバリＢを除去し、接合箇所表面を所望の形状に成形する工程である（ステップＳ０３）。本実施形態では、切削によりバリを除去し、成形しているが、その手法はこれに限るものではなく、種々の手法を用いることができる。

通電棒３と電極４とを摩擦圧接すると、両部材は接合面の発熱により柔らかくなって塑性変形し、一体化され接合する。即ち、膨出部３１、原子拡散層５及び電極４は一体に形成される。一体に形成された膨出部３１、原子拡散層５及び電極４の接合箇所表面を凹凸のない一続きの湾曲形状となるよう機械加工する。

具体的には、膨出部３１、原子拡散層５及び電極４は一体となり、膨出部３１の曲率に倣った概略楕円体形状となっている。換言すれば、膨出部３１、原子拡散層５及び電極４によって形成された一体物は、角ばった箇所を有しない。この概略楕円体形状の一体物は、電界集中を緩和する役割を担っている。

本実施形態では、膨出部３１に倣った曲率の湾曲形状を有していたが、凹凸のない一続きの湾曲形状を有するものであれば、これに限定するものではない。例えば、概略楕円体のうち、電極が接合している側の半円の曲率を大きくし、接合していない反対側の半円の曲率を小さくした概略楕円体形状としてもよい。

目印作成工程は、固定側電極４Ａと可動側電極４Ｂを対向に配置する際に、それぞれの電極４Ａ、４Ｂの向きを合わせるための目印となる凹部３３を設ける工程である（ステップＳ０４）。本実施形態のように、電極４Ａ、４Ｂがスパイラル電極の場合、アークを駆動させることが電流遮断性能を左右することから、固定側電極４Ａと可動側電極４Ｂの向きが重要となる。そこで、電極４Ａ、４Ｂの向きの目印となる凹部３３を設けることで容易に電極４Ａ、４Ｂの位置合わせを行うことができる。

図４は、目印となる凹部を設けた通電棒３の模式図である。図４に示すように、固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂには凹部３３が設けられている。凹部３３は、互いの凹部３３を同一直線上に合わせた時に、電極４Ａ、４Ｂの向きが合うように設ける。

図５は、本実施形態の真空バルブの側面図である。図５に示すように、各部材を組立てた際に、固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂの露出部３２が有している各凹部３３が、同一直線上に配置される。また、固定側通電棒３Ａ及び可動側通電棒３Ｂは、真空容器２の外部に露出している露出部３２を有する。露出部３２は、露出部３２の端部の外周面に凹部３３を有する。このように、真空容器２の外部から見える露出部３２に電極４Ａ、４Ｂの向きの目印となる凹部３３を設けることで、各部材の組立てが終わった後でも、真空容器２の外部から確認しながら電極４Ａ、４Ｂの向きを合わせることもできる。

凹部３３は、露出部３２の端部から真空容器２に向かって延びている。延びている長さは、露出部３２の長さの概略半分である。なお、本実施形態では、露出部３２に凹部３３を設けたが、電極４Ａ、４Ｂの位置合わせの目印となるのであれば、これに限定するものではなく、凸部を設けてもよい。また、凹部３３又は凸部の形状も目印となるので如何なる形状のものでもよい。また、電極４Ａ、４Ｂの向きを合わせる必要がない、例えば平板電極などの場合には、本工程を行うことを要しない。

ろう付け工程は、摩擦圧接工程によって接合した通電棒３及び電極４を含めた真空バルブ１を構成する各部材を組立て、銀ろうによってろう付けする工程である。(ステップＳ０５)。接合した通電棒３及び電極４を組み立てる際は、互いの凹部３３が同一直線上になるよう固定側通電棒３Ａと可動側通電棒３Ｂを組み立てる。銀ろうによって接合すべき箇所とは、例えば、固定側通電棒３Ａと封着金具２２の開口の間、アークシールド６と絶縁筒２１が接する間、絶縁筒２１と封着金具２２が接する間などが挙げられる。

また、電極４は、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｂの１種又は２種以上が添加されている。添加とは、電極内部まで添加されている状態をいう。Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｂは、銀ろうと混合すると銀ろうによって接合した箇所の接合強度を脆弱化させる。しかし、本実施形態では、銀ろうを用いず摩擦圧接によって通電棒３と電極４を接合させているので、接合箇所にＢｉ、Ｔｅ、Ｓｂが添加されていても影響を受けない。よって、銀ろうを用いる場合のように、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｂを添加する箇所に気を遣う必要がないため、電極構造を簡素化できる。

（作用）
本実施形態に係る真空バルブ１が電路を閉路状態から開路状態にする動作について説明する。閉路状態とは、可動側電極４Ｂが、固定側電極４Ａに接触し、電気的に接続している状態をいう。開路状態とは、可動側電極４Ｂが固定側電極４Ａから離間して、電気的に接続していない状態をいう。

まず、閉路状態である場合は、両電極４Ａ、４Ｂには電流が流れる。この時、ろう材を使用している場合と比べて、通電容量の減少を防止することができる。即ち、従来のように銀ろう付けにより接合させると、ろう材自体が電気抵抗を有するため、ろう材が真空バルブの通電容量を減少させる一因となっていた。しかし、本実施形態では、通電棒３と電極４とを摩擦圧接により接合させ、ろう材は使用していないため、ろう材による電気抵抗を受けることはない。よって、通電容量の減少を防止できる。

次に、不図示の駆動装置は、不図示の制御装置から遮断命令が送られてくると、可動側通電棒３Ｂを絶縁筒２１の円筒軸Ｘに沿って、固定側電極４Ａとは反対の方向に引っ張り、可動側電極４Ｂを固定側電極４Ａと離間させる。電極が離間すると、電極間でアークが生じる。

本実施形態では、発生したアークを消弧させることができる。本実施形態のように電極４にスパイラル電極を用いた場合、固定側電極４Ａと可動側電極４Ｂの間には、電極４Ａ、４Ｂを流れていた電流によって、電極４Ａ、４Ｂの半径方向に磁界（横磁界）が発生する。この磁界はアークに印加される。アークには、この磁界とアークに流れる電流によりローレンツ力が働き、アークは１箇所に停滞することなく、円周方向、即ち、円筒軸Ｘの軸回り方向に駆動し、電流零点になると、アークは消弧される。

アークを円周方向に駆動させるためには、固定側電極４Ａと可動側電極４Ｂの向きを合わせて横磁界をアークに印加する必要がある。本実施形態では、電極４Ａ、４Ｂを組み立てる際、露出部３２に電極４Ａ、４Ｂの向きの目印となる凹部３３を設けている。したがって、電極４Ａ、４Ｂの向きがずれることがなく、アークに横磁界を印加することができるので、アークを消弧でき、真空バルブ１の遮断性能が向上する。

また、本実施形態では、真空バルブ１の遮断性能を維持しつつ、真空バルブ１の小型化を実現することができる。即ち、電気的に接続していると電界が発生し、この電界が集中すると、集中する箇所が絶縁破壊するおそれがあり、絶縁性能が低下する。そこで、本実施形態では、膨出部３１、原子拡散層５及び電極４によって凹凸のない一続きの湾曲形状を有し、真空容器２内に延びている通電棒３の端部（膨出部３１、原子拡散層５及び電極４により構成される部分）は、全体として概略楕円体の形状をしている。このように、通電棒３の端部を楕円体とすることで、電界緩和効果を得ることができる。

ここで、従来は、通電棒の膨出部と電極との接合は、銀ろう付けにより行っていた。銀ろう付けで接合箇所を凹凸のない湾曲形状を形成させるためには、通電棒の膨出部と電極とをぴたりと合致させ接合させる必要がある。しかし、ぴたりと合致させて接合させようとしても、銀ろうがはみ出すことがあり、銀ろうがはみ出すとそこから絶縁破壊するおそれがある。また、銀ろうをはみ出さないようにしようとすると、ぴたりと接合することができず、接合箇所には角が生じてしまう。そのため、通電棒の膨出部の外径を電極よりも大きくし、平面上で電極と通電棒をろう付けし接合する必要があった。

さらに、銀ろう付けした後、機械加工によって凹凸のない一続きの湾曲形状を成形しようとすると、機械加工した際に銀ろう付けした部分の接合強度の信頼性の低下が問題となる。よって、銀ろう付けにより通電棒と電極を接合する場合には、その接合箇所には角が生じており、その角の部分に電界が集中する。そのため、角の電界集中を緩和させるため、楕円体の直径と湾曲の曲率はより大きくする必要があるため、真空バルブは大型化していた。

しかし、本実施形態では、摩擦圧接によって接合表面が変形することを利用して、膨出部３１、原子拡散層５及び電極４を凹凸のない一続きの湾曲した形状に成形している。つまり、銀ろう付けした場合のように角ばった箇所がないため、その角ばった箇所に集中する電界を緩和するためにより曲率の大きな楕円体を成形する必要がなくなる。そのため、銀ろう付けした場合と比べて、楕円形の直径と湾曲の曲率を小さくすることができ、その結果、真空バルブ１の小型化を図ることができる。

アークが消弧された後、不図示の制御装置から導通命令が送られてくると、不図示の駆動装置は、可動側通電棒３Ｂを絶縁筒２１の円筒軸Ｘに沿って、固定側電極４Ａに向けて
押し上げ、可動側電極４Ｂを固定側電極４Ａと接触させる。可動側電極４Ｂと固定側電極４Ａが接触する時、相当な衝撃が加えられる。

本実施形態では、接合強度が向上しているため、耐久性も向上している。つまり、通電棒３と電極４の接合強度が弱いと、電極４の開閉動作を繰り返しているうちに、衝撃により接合箇所に亀裂が生じ、最悪の場合、通電棒３と電極４が分離してしまうおそれがある。しかし、本実施形態では、通電棒３や電極４の微細な粉状まで粉砕され、微細化した粒子が混じり合って複合化した原子拡散層５を形成し、この原子拡散層５によって通電棒３と電極４を接合させている。したがって、通電棒３と電極４はより強固に接合することができ、接合部の信頼性を向上させる。

（効果）
本実施形態の真空バルブ１は、真空容器２内に対向に配置される一対の電極４と、各電極４と摩擦圧接により接合している一対の通電棒３とを備えるようにした。これにより、通電棒３と電極４とを銀ろうによって接合する必要がなくなり、ろう付け工程を削減することができるので、真空バルブ１の生産性が向上する。また、通電棒３と電極４の接合に銀ろうを用いていないので、銀ろうによる電気抵抗の影響を受けることがなく、真空バルブ１の通電容量を向上させることができる。さらに、摩擦圧接による接合は、銀ろう付けによる接合より強固なので、通電棒３と電極４の接合部の信頼性を向上させることができる。

電極４と通電棒３の間に設けられ、電極４と通電棒３とを接合させる原子拡散層５を更に備え、原子拡散層５は、電極４の材料と通電棒３の材料とが複合化してなるようにした。これにより、各材料が微細化した粒子が複合化した原子拡散層５によって、通電棒３と電極４は接合されているので、より強固に接合させることができる。

通電棒３は、電極４と接合する端部が真空容器２の軸方向と直交する方向に膨らんでいる膨出部３１を有し、膨出部３１、原子拡散層５及び電極４によって、凹凸にない一続きの湾曲形状を構成するようにした。これにより、電界を緩和するための楕円体の曲率を小さくすることができるので、真空バルブ１の小型化を図ることができる。

一対の通電棒３は、それぞれ真空容器２外に延びている露出部３２を有し、各露出部３２は、電極４Ａ、４Ｂの位置合わせの目印となる凹部３３を有するようにした。これにより、互いの凹部３３を目印にして固定側電極４Ａと可動側電極４Ｂの向きを容易に合わせることができるので、組立作業の効率が向上する。

電極４は、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｂの１種又は２種以上が添加されるようにした。本実施形態では、銀ろうを用いず摩擦圧接によって通電棒３と電極４を接合させているので、接合箇所にＢｉ、Ｔｅ、Ｓｂが添加されていても影響を受けない。よって、銀ろうを用いる場合のように、添加する箇所に気を遣う必要がないため、真空バルブ１のろう付け作業の効率が向上する。

（変形例）
変形例に係る真空バルブ１について図面を参照しつつ説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成及び同一の機能については、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。図６は、変形例に係る真空バルブ１の電極４Ａ、４Ｂ及び通電棒３Ａ、３Ｂの断面図である。図６に示すように、変形例に係る真空バルブ１は、通電棒３の内部に収容体９が設けられている。

具体的には、通電棒３の膨出部３１は、摩擦圧接される端部から形成された円柱状の凹部８を有する。また、膨出部３１は、凹部８の内部に設けられた円柱状の収容体９を有する。補強部９の外径は、凹部８の外径よりも若干小さい。若干小さいとは、収容体９を凹部８に挿入した時に、収容体９が膨出部３１と接触しない程度に小さければよい。

収容体９としては、磁性体や補強材などを挙げることができる。収容体９が磁性体の場合には、磁界を強化させる。また、収容体９が補強材の場合には、電路の開閉による衝撃で電極４が変形することを防止する。よって、補強材としては、電極４より剛性が大きいものが好ましい。本変形例では、収容体９として磁性体を用いている。また、本変形例では、通電棒３の膨出部３１に凹部８を設けたが、電極４に凹部８を設け、凹部８の内部に収容体９を設けていてもよい。

収容体９は、原子拡散層５と接合し、支持されている。収容体９の外周面は、膨出部３１とは接していない。また、収容体９は、原子拡散層５と接合している反対側の端部は、膨出部３１とは接していない。つまり、収容体９が接しているのは、原子拡散層５のみであり、収容体９と膨出部３１の間には隙間がある。

このように、変形例では、通電棒３の膨出部３１に凹部８を有し、凹部８の内部に収容体９である磁性体を設けている。これにより、電極４に発生する磁界を強めることができる。

また、収容体９は電気抵抗を有するので、収容体９に電流が流れると真空バルブ１の通電容量の損失につながる。しかし、収容体９と膨出部３１の間には隙間がある。つまり、電極４と膨出部３１は、収容体９を介して電気的に接続していない。よって、収容体９に流れる電流を抑制することができるので、真空バルブ１の通電容量の損失を抑制することができる。

なお、収容体９と膨出部３１との間には、隙間を有していたが、摩擦圧接によって溶けた金属により隙間の一部分又は全体を埋め込んで、収容体９と膨出部３１を接合させてもよい。例えば、収容体９としてステンレス鋼を用いる場合、この収容体９は、電極４が開閉する際に生じる衝撃による変形を抑制する役割を担う。そのため、より強固に補強するためには、収容体９と膨出部３１の間に隙間がない方がよい。隙間のない構成であっても、収容体９をステンレス鋼のように電極４よりも電気抵抗が高いものを用いることで、収容体９に電流が流れることを抑制することができる。

（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

本変形例では、収容体９は原子拡散層５と接合されていたが、膨出部３１と接合させてもよい。収容体９と膨出部３１とを接合させる場合には、電極４と通電棒３を摩擦圧接する前に、収容体９と膨出部３１を摩擦圧接によって接合させてもよい。また、収容体９は、原子拡散層５及び膨出部３１の何れにも接合せず、凹部８内を自由に動けるようにしてもよい。

１ 真空バルブ
２ 真空容器
２１ 絶縁筒
２２ 封着金具
３ 通電棒
３Ａ 固定側通電棒
３Ｂ 可動側通電棒
３１ 膨出部
３２ 露出部
３３ 凹部
３４ 平坦面
４ 電極
４Ａ 固定側電極
４Ｂ 可動側電極
４１ 平坦面
４２ 平坦面
５ 原子拡散層
６ アークシールド
７ ベローズ
８ 凹部
９ 収容体
Ｂ バリ
Ｘ 円筒軸

Claims (8)

1. 真空容器内に対向に配置される一対の電極と、
   前記各電極と摩擦圧接により接合している一対の通電棒と、
   前記電極と前記通電棒の間に設けられ、前記電極と前記通電棒とを接合させる原子拡散層と、
   を備え、
   前記通電棒又は前記電極は、
   前記摩擦圧接により接合する端部から形成された凹部と、
   前記凹部の内部に設けられた収容体と、
   を有し、
   前記収容体は、前記原子拡散層に接合していること、
   を特徴とする真空バルブ。
2. 前記原子拡散層は、前記電極の材料と前記通電棒の材料とが複合化してなること、
   を特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
3. 前記通電棒は、前記電極と接合する端部が前記通電棒の軸方向と直交する方向に膨らんでいる膨出部を有し、
   前記膨出部及び前記電極によって、凹凸のない一続きの湾曲形状を構成していること、
   を特徴とする請求項１又は２に記載の真空バルブ。
4. 前記一対の通電棒は、それぞれ前記真空容器外に延びている露出部を有し、
   前記各露出部は、前記電極の位置合わせの目印となる凹部又は凸部を有していること、
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の真空バルブ。
5. 前記電極は、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｂの１種又は２種以上が添加されていること、
   を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の真空バルブ。
6. 真空容器内に配置される電極と、前記電極と接合している通電棒と、を備える真空バルブの製造方法であって、
   前記電極及び前記通電棒の何れか一方を固定し、他方を軸方向に回転させ、前記電極の端部と前記通電棒の端部とを摩擦圧接して接合させる摩擦圧接工程と、
   前記摩擦圧接工程により接合した前記電極及び前記通電棒を含めた各部材を組立て、ろう付けするろう付け工程と、
   を有し、
   前記摩擦圧接工程の摩擦圧接する時間は、１０秒以上であり、
   前記電極と前記通電棒の間に設けられ、前記電極の材料と前記通電棒の材料とが混合してなる原子拡散層を形成すること、
   を特徴とする真空バルブの製造方法。
7. 真空容器内に配置される電極と、前記電極と接合している通電棒と、を備える真空バルブの製造方法であって、
   前記電極及び前記通電棒の何れか一方を固定し、他方を軸方向に回転させ、前記電極の端部と前記通電棒の端部とを摩擦圧接して接合させる摩擦圧接工程と、
   前記摩擦圧接工程で前記電極と前記通電棒の接合部分に生じたバリを除去する機械加工工程と、
   前記摩擦圧接工程により接合した前記電極及び前記通電棒を含めた各部材を組立て、ろう付けするろう付け工程と、
   を有し、
   前記通電棒は、前記電極と接合する端部が前記通電棒の軸方向と直交する方向に膨らんでいる膨出部を有し、
   前記機械加工工程は、前記膨出部及び前記電極によって凹凸のない一続きの湾曲形状を構成するよう形作っていること、
   を特徴とする真空バルブの製造方法。
8. 前記摩擦圧接工程で前記電極と前記通電棒の接合部分に生じたバリを除去する機械加工工程を有し、
   前記通電棒は、前記電極と接合する端部が前記通電棒の軸方向と直交する方向に膨らんでいる膨出部を有し、
   前記機械加工工程は、前記膨出部及び前記電極によって凹凸のない一続きの湾曲形状を構成するよう形作っていること、
   を特徴とする請求項６に記載の真空バルブの製造方法。
   

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