WO2022030086A1

WO2022030086A1 - 真空バルブ

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Publication number: WO2022030086A1
Application number: PCT/JP2021/020710
Authority: WO
Inventors: 直也粟飯原; 大樹道念; 泰智大竹; 勝也神野; 博美古賀; 真一三木
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-08-05
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2022-02-10
Also published as: EP4195231A1; EP4195231A4; JPWO2022030086A1; JP7403664B2; CN116134573A; US20230260725A1

Abstract

本開示に係る真空バルブ（１００）は、絶縁容器（１）の少なくとも一部の周囲を覆うように線形抵抗層（１０）と非線形抵抗層（１１）とが配置されており、非線形抵抗層（１１）の動作電界未満における抵抗率をＲ１、雷インパルス印加時のインピーダンス以下の抵抗率をＲ２、線形抵抗層（１０）の抵抗率をＲ３としたとき、各抵抗率の大小関係はＲ１＞Ｒ３＞Ｒ２であることを特徴とする。

Description

真空バルブ

　本開示は、例えばセラミックスからなる絶縁容器内に固定側電極および可動側電極が配置され、回路の遮断および接続を行う真空バルブに関するものである。

　真空バルブとは、１対の固定側電極および可動側電極を接触および開極させて、回路の接続および遮断を行う機器である。各電極は筒状のセラミックスからなる絶縁容器内に配置されており、絶縁容器内は真空状態に保たれている。漏電や短絡等の事故が発生したときに、１対の固定側電極および可動側電極を開極させることで、回路を遮断し事故電流を防ぐことができる。このとき、電極が発熱し、接点表面から金属蒸気が発生し電流が流れることでアークが発生する。アークは電極表面全体に拡散し、絶縁容器を構成するセラミックスに金属蒸気が付着した場合、絶縁破壊に至る可能性がある。そのため、電極の周囲に筒状の金属（アークシールド）を配置することで、絶縁容器を構成するセラミックスへの付着を防止している。

　このアークシールドは、セラミックスからなる絶縁容器に挟まれて配置されているため、電気的に浮遊している状態となる。この状態ではアークシールドの浮遊電位が接地側で低くなり、アークシールドの近くに配置される電極に高い電界強度が発生するため、真空中で絶縁破壊に至る可能性がある。これを避けるためには、外付けの電圧分担素子（コンデンサあるいは抵抗）を用いて、アークシールドの浮遊電位を制御し、各電極に均等な電界をかける必要があるが、この方法では真空バルブが大型化する問題がある。

　ここで、真空バルブを大型化しない方法として、特許文献１の真空バルブにおいては、セラミックスからなる絶縁容器の内面または外面に酸化亜鉛（ＺｎＯ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の非線形抵抗体を形成する技術が開示されている。非線形抵抗体は、ある動作電界以上の電界が加わったとき抵抗率が急激に低下するという特徴を有している。したがって、雷インパルス（高周波）等の高電圧印加時に非線形抵抗の抵抗率が真空バルブ内部のインピーダンスを下回るように設計することでアークシールドの浮遊電位を均等にすることができ、各電極に均等な電界をかけることができ、真空中の絶縁破壊耐性を向上させることができる。

実開昭６０－７５９４０

　しかしながら、特許文献１の真空バルブでは、交流電圧（低周波）印加時においては、非線形抵抗体に加わる電界が動作電界未満となる。よって、非線形抵抗体の抵抗率が真空バルブ内部のインピーダンスを上回り、アークシールドの浮遊電位が接地側に偏るため、絶縁破壊に至るといった課題がある。

　本開示は、この課題を解決するためになされたものであり、コンデンサ等の外付けの電圧分担素子を用いず、交流電圧（低周波）と雷インパルス電圧（高周波）のいずれの条件の印加時おいても、アークシールドの浮遊電位を制御可能となるため、真空バルブの小型化と絶縁破壊耐性との両立を図ることが出来る真空バルブを提供することができる。

　本開示に係る真空バルブは、筒状の絶縁容器と、絶縁容器の一方側端部を閉塞する可動側端板と、絶縁容器の他方側端部を閉塞する固定側端板と、可動側端板を貫通して配設された可動側通電軸の先端部に設けられた可動側電極と、固定側端板を貫通して配設された固定側通電軸の先端部に可動側電極と相対向して設けられた固定側電極と、可動側電極と固定側電極との周囲を取り囲むように配置されたアークシールドとを備え、絶縁容器の少なくとも一部の周囲を覆うように線形抵抗層と非線形抵抗層とが配置されており、非線形抵抗層の動作電界未満における抵抗率をＲ１、雷インパルス印加時のインピーダンス以下の抵抗率をＲ２、線形抵抗層の抵抗率をＲ３としたとき、各抵抗率の大小関係はＲ１＞Ｒ３＞Ｒ２であることを特徴とする。

　本開示に係る真空バルブによれば、絶縁容器の少なくとも一部の周囲を覆うように線形抵抗層もしくは非線形抵抗層の少なくともいずれか一方が配置されているため、真空バルブの小型化と、交流電圧（低周波）と雷インパルス電圧（高周波）のいずれの条件の印加時における絶縁破壊耐性との両立を図ることが出来る真空バルブを提供することができる。

本開示の実施の形態１に係る真空バルブ１００の断面図である。本開示の実施の形態１に係る真空バルブのインピーダンスと電界との関係を示す分布図である。本開示の実施の形態２に係る真空バルブ１０１の断面図である。本開示の実施の形態３に係る真空バルブ１０２の断面図である。本開示の実施の形態４に係る真空バルブ１０３の断面図である。本開示の実施の形態５に係る真空バルブ１０４の断面図である。本開示の実施の形態６に係る真空バルブ１０５の断面図である。本開示の実施の形態６における沿面電界とセラミック沿面距離との関係を示すグラフである。

実施の形態１．
　本開示の実施の形態１に係る真空バルブについて図を参照しながら詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態１に係る真空バルブ１００の断面図であり、図２は、本開示の実施の形態１に係る真空バルブのインピーダンスと電界との関係を示す分布図である。

　はじめに、図１を参照して、実施の形態１に係る真空バルブ１００の構成を説明する。真空バルブ１００は、筒状の絶縁容器１と、絶縁容器１の一方側端部を閉塞する可動側端板３と、絶縁容器１の他方側端部を閉塞する固定側端板２と、可動側端板３を貫通して配設された可動側通電軸の先端部に設けられた可動側電極５１と、固定側端板２を貫通して配設された固定側通電軸の先端部に可動側電極５１と相対向して設けられた固定側電極４１と、可動側電極５１と固定側電極４１との周囲を取り囲むように配置されたアークシールド９とを備えている。筒状の絶縁容器１は、セラミックスなどの絶縁性の部材で構成される。絶縁容器１の一方の端部に、可動側端板３が配置され、絶縁容器１の端部と可動側端板３の端部とが接続される。さらに、絶縁容器１の他方の端部に、固定側端板２が配置され、絶縁容器１の端部と固定側端板２の端部とが接続される。固定側端板２および可動側端板３はそれぞれ、円板の外周端部を折り曲げた状態で構成されている。なお、図１では、絶縁容器１を単一の部品で構成しているが、絶縁容器１を２つもしくはそれ以上の複数の部品で構成してもよい。

　さらに、絶縁容器１の周囲は、線形抵抗層１０と非線形抵抗層１１とが積層されて覆われるように配置されている。本実施の形態１の構成では、絶縁容器１と接するように非線形抵抗層１１が配置され、その外周に線形抵抗層１０が積層されて配置されているが、絶縁容器１と接するように線形抵抗層１０が配置され、その外周に非線形抵抗層１１が積層されて配置されていても構わない。また、絶縁容器１の内部には、絶縁容器１の支持部１３により支持されたアークシールド９を備える。支持部１３は、絶縁容器１の外側の線形抵抗層１０及び非線形抵抗層１１の両方に接触している。また、支持部１３を境界として、絶縁容器１を２つ用いてもよい。アークシールド９は、金属などの導電性部材で形成され、後述する可動側電極５１と固定側電極４１とを覆うように設置される。

　可動側端板３には、紙面の左右に伸縮自在のベローズ５の一端側が取り付けれ、ベローズ５のもう一端側には、ベローズシールド１４が取り付けられる。さらに、ベローズシールド１４および可動側端板３を貫通するように、可動側通電軸６が取り付けられる。また、アークシールド９に覆われる可動側通電軸６の端部には、可動側電極５１を有する。さらに、可動側端板３には、可動側シールド８が、可動側端板３の端部と可動側通電軸６との間に、可動側通電軸６を取り囲むように取り付けられる。なお、可動側端板３、ベローズ５、ベローズシールド１４、可動側通電軸６、可動側電極５１、および可動側シールド８は、電気的に接続される。

　可動側シールド８は、可動側端板３の端部に発生する電界強度を緩和する効果を現す。可動側シールド８を可動側端板３に備えない場合、可動側通電軸６に電圧が印加されると、可動側端板３の端部に局所的に高い電界強度が発生し絶縁破壊の至る可能性がある。この観点から、可動側端板３は、線形抵抗層１０及び非線形抵抗層１１を介し、絶縁容器１に接触していることが望ましい。

　固定側端板２には、固定側端板２を貫通するように、固定側通電軸４が取り付けられる。また、アークシールド９に覆われる固定側通電軸４の端部には、固定側電極４１を有する。さらに、固定側端板２には、固定側シールド７が、固定側端板２の端部と固定側端板２との間に、固定側通電軸４を取り囲むように取り付けられる。なお、固定側端板２、固定側通電軸４、固定側電極４１、および固定側シールド７は、電気的に接続される。

　固定側シールド７は、固定側端板２の端部に発生する電界強度を緩和する効果を現す。固定側シールド７を固定側端板２に備えない場合、固定側通電軸４に電圧が印加されると、固定側端板２の端部に局所的に高い電界強度が発生し絶縁破壊に至る可能性がある。この観点から、固定側端板２は、線形抵抗層１０及び非線形抵抗層１１を介し、絶縁容器１に接触していることが望ましい。

　また、アークシールド９は、可動側電極５１と固定側電極４１との間にアークが発生した場合、アークの熱により可動側電極５１と固定側電極４１とから飛散する金属蒸気および金属粒子から他の部位を保護するために設置される。

　絶縁容器１の周囲を覆うように線形抵抗層１０と非線形抵抗層１１とが積層されて配置されている。線形抵抗層１０とは、電界に対して、一定の抵抗率を示す層をいい、具体的な線形抵抗層１０の構成材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａの少なくともいずれか１つを含む金属であり、蒸着法あるいはスパッタリング法により形成することができる。また、酸化物に代表されるような上記金属化合物あるいは合金を材料として使用してもよい。非線形抵抗層１１とは、ある動作電界以上の高い電界が加わったとき、抵抗率が低下する性質を有する層をいい、具体的な非線形抵抗層１１の構成材料としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）があり、蒸着法あるいはスパッタリング法により形成することができる。

　つぎに、真空バルブ１００の動作について説明する。真空バルブ１００の内部は、高い絶縁状態を維持するために、１×１０^－３パスカル未満の真空状態に保たれる。また、可動側電極５１と固定側電極４１とを接続する閉状態と、可動側電極５１と固定側電極４１とを開放する開状態とを、切り替えることが可能である。図１は、可動側電極５１と固定側電極４１とが接続していない開状態である。外部から可動側通電軸６に、紙面右から左へ押圧が印加されることにより、可動側通電軸６が移動し、可動側電極５１と固定側電極４１とが接続する閉状態となる。すなわち、可動側通電軸６を移動することにより、開状態から閉状態への切り替え、あるいは閉状態から開状態への切り替えることが可能である。

　つぎに、絶縁破壊現象について説明する。開状態において、可動側通電軸６と固定側通電軸４との間に電圧が印加される場合、可動側シールド８の表面および固定側シールド７の表面の電界強度が高くなり、可動側シールド８の表面および固定側シールド７の表面から１次電子が真空バルブ１００の内部に向かって放出される。この１次電子が、絶縁容器１の内面上に衝突すると、絶縁容器１の内面から２次電子が放出される。この２次電子の放出により、絶縁容器１の内面が正極性に帯電する。２次電子が放出され続け、内面の正極性の帯電が進行すれば、可動側通電軸６と固定側通電軸４との間の絶縁状態が維持できなくなることがある。すなわち、絶縁破壊現象に至ることがある。なお、２次電子の放出量は、１次電子の運動エネルギーに依存する。すなわち、絶縁容器１の内面上の電界強度に依存し、電界強度が高くなると、２次電子の放出量が増えることになる。言い換えると、絶縁容器１の内面上の電界強度が高い場合、絶縁破壊現象に至る可能性が高くなる。

　特に、真空バルブにおいて高い電界強度が発生する箇所は、固定側電極４１と可動側電極５１との接触点及びアークシールド９の固定側通電軸４と可動側通電軸６との接触点である。これは、アークシールド９が、セラミックスからなる絶縁容器に挟まれて配置されており、電気的に浮遊している状態となっており、この状態ではアークシールドの浮遊電位が接地側で低くなり、アークシールドの近くに配置される電極に高い電界強度が発生するからである。

　真空バルブに要求される絶縁破壊耐性には、主に交流（日本国内では５０Ｈｚ及び６０Ｈｚ）電圧（低周波）と雷インパルス（印加直後で１．２ｕｓ）電圧（高周波）の印加時に対して要求される。真空バルブ内の抵抗を表すインピーダンスは未満の数式で表される。ここで、Ｚはインピーダンス、Ｒは抵抗率、ｆは周波数、Ｃは容量成分を示す。

　周波数ｆが低い交流ではインピーダンスが高くなり、周波数ｆが高い雷インパルスでは容量成分Ｃが支配的となりインピーダンスは低くなるという特性をもつ。外付けの電圧分担素子としてコンデンサを並列に接続した場合、コンデンサのインピーダンスが周波数依存性を示すため、交流と雷インパルスのどちらの周波数領域においてもアークシールド９の浮遊電位を制御できる。しかしこの場合、真空バルブ自体の大型化や定期的なメンテナンス作業を必要とするという問題が生じる。

　絶縁容器１の少なくとも一部の周囲を覆うように線形抵抗層１０と非線形抵抗層１１とが配置されている場合には、アークシールド９の浮遊電位を制御でき、交流電圧（低周波）と雷インパルス電圧（高周波）のいずれの条件の印加時おいても絶縁破壊耐性を保つことが出来る。図２は、本開示の実施の形態１係る線形抵抗層１０と非線形抵抗層１１を絶縁容器１の少なくとも一部の周囲を覆うように線形抵抗層１０もしくは非線形抵抗層１１の少なくともいずれか一方が配置されている場合の真空バルブのインピーダンスと電界との関係を示す分布図である。線形抵抗層１０は電界に対して一定の抵抗率Ｒ３を示すのに対し、非線形抵抗層１１はある動作電界以上の高い電界が加わったとき、抵抗率Ｒ１から抵抗率Ｒ２へ急激に低下する特性を示す。図２に示されるように、非線形抵抗層１１の動作電界未満における抵抗率をＲ１、雷インパルス印加時のインピーダンス以下の抵抗率をＲ２、線形抵抗層１０の抵抗率をＲ３としたときに、抵抗率の大小関係はＲ１＞Ｒ３＞Ｒ２となっている。

　絶縁容器１の周囲に線形抵抗層１０のみが形成された場合、周波数ｆの低い交流電圧印加時は、線形抵抗層１０の抵抗率が真空バルブのインピーダンスを下回るように設計することで、アークシールド９の浮遊電位を制御できる。しかし、周波数ｆが高い雷インパルス電圧印加時においては、線形抵抗層１０の抵抗率が真空バルブのインピーダンスを上回るため、アークシールド９の浮遊電位を制御できない。また、非線形抵抗層１１のみが形成された場合、周波数ｆの低い交流電圧印加時は、非線形抵抗層１１の抵抗率が真空バルブのインピーダンスを上回るため、アークシールド９の浮遊電位を制御できない。一方で、周波数ｆが高い雷インパルス電圧印加時においては、非線形抵抗層１１の抵抗率が真空バルブのインピーダンスを下回るように設計することで、アークシールド９の浮遊電位を制御できる。

　絶縁容器１の少なくとも一部の周囲を覆うように線形抵抗層１０と非線形抵抗層１１とが配置されている場合には、交流電圧（低周波）に対しては線形抵抗層１０の抵抗率Ｒ３、雷インパルス電圧（高周波）に対しては非線形抵抗層１１の抵抗率Ｒ３の抵抗分圧によりアークシールド９の浮遊電位を制御でき、交流・雷インパ交流電圧（低周波）と雷インパルス電圧（高周波）のいずれの条件の印加時おいても絶縁破壊耐性との両立を図ることが出来る真空バルブを提供することができる。

　本開示の実施の形態１に係る真空バルブ１００は、絶縁容器１の周囲が線形抵抗層１０と非線形抵抗層１１とが積層されて覆われるように配置されており、非線形抵抗層の動作電界未満における抵抗率をＲ１、雷インパルス印加時のインピーダンス以下の抵抗率をＲ２、線形抵抗層の抵抗率をＲ３としたとき、各抵抗率の大小関係はＲ１＞Ｒ３＞Ｒ２である。これにより、真空バルブの小型化と、交流電圧（低周波）と雷インパルス電圧（高周波）のいずれの条件の印加時おいても絶縁破壊耐性との両立を図ることが出来る真空バルブを提供することができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、絶縁容器の周囲を覆うように線形抵抗層と非線形抵抗層とが積層され配置されている形態を説明した。本実施の形態２では、絶縁容器の周囲を覆うように、絶縁容器の内面に線形抵抗層１０を、外面に非線形抵抗層１１を配置している形態を説明する。図３を参照して、実施の形態２に係る真空バルブ１０１の構成を説明する。なお、図３において、図１と同一番号あるいは同一符号は、実施の形態１に示す構成要素と同一品あるいは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。

　図３に示されるように、実施の形態２の真空バルブでは、絶縁容器の周囲を覆うように、絶縁容器の内面に線形抵抗層１０を、外面に非線形抵抗層１１を配置している。真空バルブでは、その内部を真空状態に保つために、製造過程において真空炉内で高温加熱する必要がある。本実施の形態の真空バルブは、絶縁容器の内面に線形抵抗層１０を、外面に非線形抵抗層１１を配置しており、非線形抵抗層の動作電界未満における抵抗率をＲ１、動作電界以上における抵抗率をＲ２、線形抵抗層の抵抗率をＲ３としたとき、各抵抗率の大小関係はＲ１＞Ｒ３＞Ｒ２である。これにより、高温加熱時に抵抗率の非線形性を損なうことなく、真空バルブの小型化と、交流電圧（低周波）と雷インパルス電圧（高周波）のいずれの条件の印加時おいても絶縁破壊耐性との両立を図ることが出来る真空バルブを提供することができる。
実施の形態３．
　実施の形態２では、絶縁容器の周囲を覆うように、絶縁容器の内面に線形抵抗層１０を、外面に非線形抵抗層１１を配置している形態を説明した。本実施の形態３では、絶縁容器の周囲を覆うように、絶縁容器の内面に線形抵抗層１０を、外面に非線形抵抗層１１と金属層１５とを配置している形態を説明する。図４を参照して、実施の形態３に係る真空バルブ１０２の構成を説明する。なお、図３において、図１と同一番号あるいは同一符号は、実施の形態１に示す構成要素と同一品あるいは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。

　図４に示されるように、実施の形態３の真空バルブでは、絶縁容器の周囲を覆うように、絶縁容器の内面に線形抵抗層１０を、外面に非線形抵抗層１１を配置している。また、絶縁容器の外側の固定側シールド７、可動側シールド８、アークシールド９に対向する部分には、導電性をもった金属で構成される金属層１５が形成されている。また、非線形抵抗層の動作電界未満における抵抗率をＲ１、雷インパルス印加時のインピーダンス以下の抵抗率をＲ２、線形抵抗層の抵抗率をＲ３としたとき、各抵抗率の大小関係はＲ１＞Ｒ３＞Ｒ２である。これにより、これにより、真空バルブの小型化と、交流電圧（低周波）と雷インパルス電圧（高周波）のいずれの条件の印加時おいても絶縁破壊耐性との両立を図ることが出来るとともに、等電位面が絶縁容器１沿面方向に対して垂直方向に入り、絶縁容器１の内面と外面における電位差が小さくなるため、貫通破壊を防止することができる。
実施の形態４．
　実施の形態１および実施の形態２では、絶縁容器１を単一の部品で構成する形態について説明した。本実施の形態４では、絶縁容器１を複数の部品で構成する形態について説明する。図５を参照して、本実施の形態４に係る真空バルブ１０３の構成を説明する。なお、図５において、図１と同一番号あるいは同一符号は、実施の形態１および実施の形態２に示す構成要素と同一品あるいは同等品であるので、その詳細な説明は省略する。

　第１の固定電極側絶縁部材１ａ、第２の固定電極側絶縁部材１ｂ、第１の可動電極側絶縁部材１ｃ、第２の可動電極側絶縁部材１ｄは、セラミックスなどの絶縁性の部材で構成される。第１の固定電極側絶縁部材１ａ及び第２の固定電極側絶縁部材１ｂの間は封着部材で封着されており、さらに封着部材は第１の浮遊シールド１２ａの接続具に接続され、第１の浮遊シールド１２ａを保持している。また、第１の可動電極側絶縁部材１ｃ及び第２の可動電極側絶縁部材１ｄの間は封着部材で封着されており、さらに封着部材は第２の浮遊シールド１２ｂの接続具に接続され、第２の浮遊シールド１２ｂを保持している。また、第２の固定電極側絶縁部材１ｂ及び第１の可動電極側絶縁部材１ｃの間は封着部材で封着されており、さらに封着部材は支持部１３に接続され、アークシールド９を保持している。すなわち、実施の形態１～実施の形態３では、絶縁容器１を単一の部品で構成するが、本実施の形態４では、絶縁容器１を、第１の固定電極側絶縁部材１ａ、第２の固定電極側絶縁部材１ｂ、第１の可動電極側絶縁部材１ｃ、第２の可動電極側絶縁部材１ｄで構成し、封着部材が、第１の固定電極側絶縁部材１ａ及び第２の固定電極側絶縁部材１ｂの間、第１の可動電極側絶縁部材１ｃび第２の可動電極側絶縁部材１ｄの間、第２の固定電極側絶縁部材１ｂ及び第１の可動電極側絶縁部材１ｃの間に封着されており、第１の浮遊シールド１２ａ、第２の浮遊シールド１２ｂ、アークシールド９を保持している。第１の浮遊シールド１２ａ及び第２の浮遊シールド１２ｂの支持部は、絶縁容器１の外側の線形抵抗層１０及び非線形抵抗層１１の両方に接触している。

　さらに、固定側端板２側に配置されている第１の固定電極側絶縁部材１ａ及び可動側端板３側に配置されている第２の可動電極側絶縁部材１ｄの絶縁容器の周囲を覆うように、内面に線形抵抗層１０を、外面に非線形抵抗層１１が配置されている。また、非線形抵抗層の動作電界未満における抵抗率をＲ１、雷インパルス印加時のインピーダンス以下の抵抗率をＲ２、線形抵抗層の抵抗率をＲ３としたとき、各抵抗率の大小関係はＲ１＞Ｒ３＞Ｒ２である。これにより、実施の形態１～３においては真空バルブ中央のアークシールド９の浮遊電位を制御するのに対して、本実施の形態４においては、第１の浮遊シールド１２ａ、第２の浮遊シールド１２ｂの浮遊電位を制御することとなる。実施の形態４の真空バルブでは、固定側端板２側に配置されている第１の固定電極側絶縁部材１ａ及び可動側端板３側に配置されている第２の可動電極側絶縁部材１ｄの絶縁容器の周囲を覆うように、内面に線形抵抗層１０を、外面に非線形抵抗層１１が配置されているため、真空バルブの小型化と、交流電圧（低周波）と雷インパルス電圧（高周波）のいずれの条件の印加時おいても絶縁破壊耐性との両立を図ることが出来るとともに、電流が第１の浮遊シールド１２ａ、第２の浮遊シールド１２ｂで折り返す通電経路となり、漏れ電流を防止することができる。さらに、雷インパルス電圧が印加されたときでも、固定側端板２及び可動側端板３へ導通させることで、帯電を防止できる。さらに、電極への高電圧印加が可能となる効果が得られる。

　実施の形態５．
　次に、図６を用いて、実施の形態５に係る真空バルブ１０４の構成を説明する。実施の形態５は、特に説明しない限り、上記の実施の形態３と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態３と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

　図６に示されるように、本実施の形態において、線形抵抗層１０は、絶縁容器１の内面に配置されている。非線形抵抗層１１は、絶縁容器１の周囲を覆うように絶縁容器１の外面に配置されている。金属層１５は、絶縁容器１の周囲を覆うように絶縁容器１の外面に配置されている。

　金属層１５は、絶縁容器１の内側に配置された固定側シールド７、可動側シールド８およびアークシールド９の各々に対向するように配置されている。金属層１５は、導電性を有する金属によって構成されている。本実施の形態において、非線形抵抗層１１は、金属層１５の端部に重ねられている。非線形抵抗層１１は、金属層１５の端部を被覆している。金属層１５の端部は、非線形抵抗層１１と絶縁容器１の外面とに挟み込まれている。なお、図示されないが、金属層１５の端部が非線形抵抗層１１を覆っていてもよい。

　続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
　本実施の形態に係る真空バルブ１０４によれば、図６に示されるように、非線形抵抗層１１は、金属層１５に重ねられている。このため、非線形抵抗層１１と金属層１５との接触面積を大きくすることができる。非線形抵抗層１１と金属層１５とを面接触させることができる。よって、非線形抵抗層１１と金属層１５との接触抵抗を改善（低減）することができる。これにより、雷インパルス印加時における非線形抵抗層１１への導通を向上させることができる。したがって、アークシールド９の浮遊電位を制御することができる。

　金属層１５は、固定側シールド７、可動側シールド８およびアークシールド９に対向するように配置されている。このため、等電位面を、金属層１５から固定側シールド７に向かう方向、金属層１５から可動側シールド８に向かう方向および金属層１５からアークシールド９のに向かう方向の各々に沿って形成することができる。すなわち、等電位面を、金属層１５が被覆する絶縁容器１の沿面方向に対して交差するように形成することができる。よって、絶縁容器１の内面と外面との電位差を小さくすることができる。したがって、貫通破壊（絶縁破壊）を防止することができる。

　非線形抵抗層１１の動作電界未満における抵抗率がＲ１、雷インパルス印加時のインピーダンス以下の抵抗率がＲ２、線形抵抗層１０の抵抗率がＲ３である場合に、Ｒ１、Ｒ３およびＲ２は、この順に大きい。これにより、真空バルブ１０４の小型化の達成と、交流電圧（低周波）が印加される条件および雷インパルス（高周波）が印加される条件の各々における絶縁破壊耐性の達成とを両立することができる。

　実施の形態６．
　次に、図７および図８を用いて、実施の形態６に係る真空バルブ１０５の構成を説明する。実施の形態６は、特に説明しない限り、上記の実施の形態３と同一の構成および作用効果を有している。したがって、上記の実施の形態３と同一の構成には同一の符号を付し、説明を繰り返さない。

　図７に示されるように、本実施の形態に係る真空バルブ１０５は、固定側電界緩和用リング７１と、可動側電界緩和用リング８１と、中間電界緩和用リング９１とをさらに含んでいる。固定側電界緩和用リング７１、可動側電界緩和用リング８１および中間電界緩和用リング９１の各々は、金属製の環状の部材によって構成されている。固定側電界緩和用リング７１、可動側電界緩和用リング８１および中間電界緩和用リング９１の各々は、絶縁容器１の外側にそれぞれ配置されている。

　固定側電界緩和用リング７１は、絶縁容器１の他方側端部を取り囲んでいる。固定側電界緩和用リング７１は、絶縁容器１の外側において絶縁容器１の他方側端部を取り囲んでいる。固定側電界緩和用リング７１は、固定側シールド７とで絶縁容器１を挟み込んでいる。固定側電界緩和用リング７１によって、絶縁容器１の内側の固定側シールド７の端部によって強調される電界を緩和することができる。

　可動側電界緩和用リング８１は、絶縁容器１の一方側端部を取り囲んでいる。可動側電界緩和用リング８１は、絶縁容器１の外側において絶縁容器１の一方側端部を取り囲んでいる。可動側電界緩和用リング８１は、可動側シールド８とで絶縁容器１を挟み込んでいる。可動側電界緩和用リング８１によって、絶縁容器１の内側の可動側シールド８の端部によって強調される電界を緩和することができる。

　中間電界緩和用リング９１は、アークシールド９とで絶縁容器１を挟み込んでいる。中間電界緩和用リング９１によって、アークシールド９と絶縁容器１との間の三重点において強調される電界を緩和することができる。

　金属層１５は、固定側電界緩和用リング７１、可動側電界緩和用リング８１および中間電界緩和用リング９１の各々に向かい合うように配置されている。金属層１５は、固定側電界緩和用リング７１と絶縁容器１との間に配置されている。金属層１５は、可動側電界緩和用リング８１と絶縁容器１との間に配置されている。金属層１５は、中間電界緩和用リング９１と絶縁容器１との間に配置されている。

　続いて、本実施の形態の作用効果を説明する。
　本実施の形態に係る真空バルブ１０５によれば、図７に示されるように、金属層１５は、固定側電界緩和用リング７１、可動側電界緩和用リング８１および中間電界緩和用リング９１の各々に向かい合うように配置されている。このため、金属層１５の電位を、固定側電界緩和用リング７１の電位、可動側電界緩和用リング８１の電位および中間電界緩和用リング９１の電位と同じにすることができる。よって、金属層１５の電位の増加を抑制することができる。したがって、金属層１５と固定側電界緩和用リング７１との間、金属層１５と可動側電界緩和用リング８１との間および金属層１５と中間電界緩和用リング９１との間において絶縁破壊が生じることを抑制することができる。

　仮に、金属層１５が設けられていない場合、非線形抵抗層１１において沿面電界の分布に偏りが生じる。図８は、雷インパルスの電圧値が最も高い時間（１．２μｓ）における絶縁容器１の沿面電界の分布の一例を示している。図８の実線は、金属層１５が設けられている場合における沿面電界の分布を示している。図８の破線は、金属層１５が設けられていない場合における沿面電界の分布を示している。図８の一点鎖線は、非線形抵抗層１１の動作電界を示している。図８の横軸は、中間電界緩和用リング９１から可動側電界緩和用リング８１に向かう方向における絶縁容器１の表面の位置を示している。図８の横軸の左端は、絶縁容器１の表面の線形抵抗層１０と中間電界緩和用リング９１との交点の位置である。図８の横軸の右端は、絶縁容器１の表面の線形抵抗層１０の可動側電界緩和用リング８１側の端部の位置である。

　図８に示されるように、仮に、金属層１５が設けられていない場合には、絶縁容器１の表面の線形抵抗層１０と中間電界緩和用リング９１との交点の位置（横軸の左端）における沿面電界は、非線形抵抗層１１の動作電界よりも小さい。また、金属層１５が設けられていない場合には、絶縁容器１の表面の可動側電界緩和用リング８１側の端部の位置（横軸の右端）における沿面電界は、非線形抵抗層１１の動作電界よりも小さい。このため、金属層１５が設けられていない場合には、当該２つの位置における抵抗率は、Ｒ１である。また、金属層１５が設けられていない場合には、絶縁容器１の表面の非線形抵抗層１１側の位置における沿面電界は、非線形抵抗層１１の動作電界よりも大きくなることがある。このため、金属層１５が設けられていない場合には、絶縁容器１の表面の非線形抵抗層１１側の位置における抵抗率は、Ｒ２になることがある。よって、絶縁容器１の表面の抵抗率の分布には、偏りが生じ得る。なお、絶縁容器１の表面における抵抗率の分布の偏りは、固定側シールド７、可動側シールド８、アークシールド９、固定側電界緩和用リング７１、可動側電界緩和用リング８１および中間電界緩和用リング９１によって、絶縁容器１の表面に入る等電位面に偏りが生じることで生じる。このため、雷インパルスの電圧値が最も高い時間（１．２μｓ）において非線形抵抗層１１の導通が確保されない可能性がある。したがって、アークシールド９の浮遊電位の制御が困難である。

　これに対して、本実施の形態に係る真空バルブ１０５によれば、図７に示されるように、金属層１５は、固定側電界緩和用リング７１、可動側電界緩和用リング８１および中間電界緩和用リング９１の各々に向かい合うように配置されている。このため、金属層１５の電位が固定側電界緩和用リング７１の電位、可動側電界緩和用リング８１の電位および中間電界緩和用リング９１の電位をそれぞれ同じ電位にすることができる。よって、沿面電界は金属層１５に生じず、かつ非線形抵抗層１１にのみ均一に生じる。したがって、雷インパルスの電圧値が最も高い時間（１．２μｓ）において非線形抵抗層１１の全体の抵抗率をＲ２にすることができる。言い換えると、雷インパルスの電圧値が最も高い時間（１．２μｓ）において非線形抵抗層１１の全体の抵抗率を均一にすることができる。これにより、時間遅延なしにアークシールド９の浮遊電位を容易に制御することができる。

　なお、上記の各実施の形態において、雷インパルス印加時のインピーダンス以下の抵抗率Ｒ２は、１０^９Ωｍよりも小さいことが望ましい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１　絶縁容器、１ａ　第１の固定電極側絶縁部材、１ｂ　第２の固定電極側絶縁部材、１ｃ　第１の可動電極側絶縁部材、１ｄ　第２の可動電極側絶縁部材、２　固定側端板、３　可動側端板、４　固定側通電軸、５　ベローズ、６　可動側通電軸、７　固定側シールド、８　可動側シールド、９　アークシールド、１０　線形抵抗層、１１　非線形抵抗層、１２ａ　第１の浮遊シールド、１２ｂ　第２の浮遊シールド、１３　支持部、１４　ベローズシールド、１５　金属層、４１　固定側電極、５１　可動側電極、１００、１０１、１０２、１０３　真空バルブ。

Claims

筒状の絶縁容器と、
前記絶縁容器の一方側端部を閉塞する可動側端板と、
前記絶縁容器の他方側端部を閉塞する固定側端板と、
前記可動側端板を貫通して配設された可動側通電軸の先端部に設けられた可動側電極と、
前記固定側端板を貫通して配設された固定側通電軸の先端部に前記可動側電極と相対向して設けられた固定側電極と、
前記可動側電極と前記固定側電極との周囲を取り囲むように配置されたアークシールドとを備え、
前記絶縁容器の少なくとも一部の周囲を覆うように線形抵抗層と非線形抵抗層とが配置されており、
前記非線形抵抗層の動作電界未満における抵抗率をＲ１、雷インパルス印加時のインピーダンス以下の抵抗率をＲ２、前記線形抵抗層の抵抗率をＲ３としたとき、各抵抗率の大小関係はＲ１＞Ｒ３＞Ｒ２であることを特徴とする真空バルブ。
前記線形抵抗層と前記非線形抵抗層とは積層されて前記絶縁容器の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１記載の真空バルブ。
前記線形抵抗層は前記絶縁容器の内面に、前記非線形抵抗層は前記絶縁容器の外面にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載の真空バルブ。
前記絶縁容器の外面にはさらに金属層が形成されていることを特徴とする請求項３記載の真空バルブ。
前記絶縁容器は、第１の固定電極側絶縁部材と第２の固定電極側絶縁部材と第１の可動電極側絶縁部材と第２の可動電極側絶縁部材とから構成され、
前記可動側端板側に配置されている前記第１の固定電極側絶縁部材と前記固定側端板側に配置されている前記第２の可動電極側絶縁部材の周囲を覆うように、前記絶縁容器の内面に前記線形抵抗層と前記絶縁容器の外面に前記非線形抵抗層とが配置されていることを特徴とする請求項１記載の真空バルブ。
前記線形抵抗層は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、およびＴａの少なくともいずれか１つを含む金属もしくは金属化合物であることを特徴とした請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の真空バルブ。
前記非線形抵抗層は、酸化亜鉛または炭化ケイ素のいずれか１つであることを特徴とした請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の真空バルブ。
前記非線形抵抗層は、前記金属層の端部に重ねられている、請求項４に記載の真空バルブ。
固定側電界緩和用リングと、
可動側電界緩和用リングと、
中間電界緩和用リングとをさらに備え、
前記固定側電界緩和用リングは、前記絶縁容器の前記他方側端部を取り囲んでおり、
前記可動側電界緩和用リングは、前記絶縁容器の前記一方側端部を取り囲んでおり、
前記中間電界緩和用リングは、前記アークシールドとで前記絶縁容器を挟み込んでおり、
前記金属層は、前記固定側電界緩和用リング、前記可動側電界緩和用リングおよび前記中間電界緩和用リングの各々に向かい合うように配置されている、請求項４に記載の真空バルブ。
前記Ｒ２は、１０^９Ωｍよりも小さい、請求項１～９のいずれか１項に記載の真空バルブ。