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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023090342
(43)【公開日】2023-06-29
(54)【発明の名称】真空バルブ
(51)【国際特許分類】
H01H 33/664 20060101AFI20230622BHJP
【ＦＩ】
H01H33/664 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021205267
(22)【出願日】2021-12-17
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】森 義憲
(72)【発明者】
【氏名】吉田 剛
【テーマコード（参考）】
5G026
【Ｆターム（参考）】
5G026CB02
5G026CB09
(57)【要約】
【課題】低サージ性と接触抵抗特性の両立を維持しつつ、耐凝着摩耗性に優れた真空バルブを提供する。
【解決手段】電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを対向させて配置され、互いに離接可能な一対の電極Ｅ１,Ｅ２と、双方の電極対向面、或いは、一方の電極対向面に設けられた起伏構造１２と、を具備し、起伏構造は、電極対向面が予め設定された方向に延在する規則的な凹凸形状となるように、電極対向面から突出させた１つ又は複数の凸部１３ａと、凸部に隣接させて設けられた凹部１３ｂと、を有し、電極対向面を横断する方向において、凸部と凹部とは、交互に配置され、電極同士が接触する通電状態において、凸部は、対向する相手方の電極対向面に接触する。
【選択図】図３
【解決手段】電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを対向させて配置され、互いに離接可能な一対の電極Ｅ１,Ｅ２と、双方の電極対向面、或いは、一方の電極対向面に設けられた起伏構造１２と、を具備し、起伏構造は、電極対向面が予め設定された方向に延在する規則的な凹凸形状となるように、電極対向面から突出させた１つ又は複数の凸部１３ａと、凸部に隣接させて設けられた凹部１３ｂと、を有し、電極対向面を横断する方向において、凸部と凹部とは、交互に配置され、電極同士が接触する通電状態において、凸部は、対向する相手方の電極対向面に接触する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極対向面を対向させて配置され、互いに離接可能な一対の電極と、
双方の前記電極対向面、或いは、一方の前記電極対向面に設けられた起伏構造と、を具備し、
前記起伏構造は、
前記電極対向面が予め設定された方向に延在する規則的な凹凸形状となるように、前記電極対向面から突出させた１つ又は複数の凸部と、
前記凸部に隣接させて設けられた凹部と、を有し、
前記電極対向面を横断する方向で見て、前記凸部と前記凹部とは、交互に配置され、
前記電極同士が接触する通電状態において、前記凸部は、対向する相手方の前記電極対向面に接触する真空バルブ。
双方の前記電極対向面、或いは、一方の前記電極対向面に設けられた起伏構造と、を具備し、
前記起伏構造は、
前記電極対向面が予め設定された方向に延在する規則的な凹凸形状となるように、前記電極対向面から突出させた１つ又は複数の凸部と、
前記凸部に隣接させて設けられた凹部と、を有し、
前記電極対向面を横断する方向で見て、前記凸部と前記凹部とは、交互に配置され、
前記電極同士が接触する通電状態において、前記凸部は、対向する相手方の前記電極対向面に接触する真空バルブ。
【請求項2】
前記電極対向面を横断する方向で見て、前記凸部は、等間隔に配置され、
隣り合う２つの前記凸部の相互間のピッチ幅をＬとし、前記凸部と前記凹部との高低差で規定される前記凸部の高さをＨとすると、Ｌ＞Ｈなる関係を満足する請求項１に記載の真空バルブ。
隣り合う２つの前記凸部の相互間のピッチ幅をＬとし、前記凸部と前記凹部との高低差で規定される前記凸部の高さをＨとすると、Ｌ＞Ｈなる関係を満足する請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項3】
ＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される前記電極対向面の表面粗さの算術平均粗さをＲａとすると、前記凸部の高さＨは、Ｈ≒４×Ｒａなる関係を満足する請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項4】
前記凸部及び前記凹部により規則的な凹凸形状となった前記電極対向面の表面粗さは、評価長さ５ｍｍで計測される表面粗さの前記算術平均粗さＲａで６.３μｍ以上である請求項３に記載の真空バルブ。
【請求項5】
前記凸部及び前記凹部により規則的な凹凸形状となった前記電極対向面の表面粗さは、評価長さ５ｍｍで計測される表面粗さの最大高さＲｚで１５μｍ以上である請求項４に記載の真空バルブ。
【請求項6】
評価長さ５ｍｍで計測される前記電極対向面の表面粗さの前記算術平均粗さＲａを６.３μｍ以上とし、
前記電極対向面を横断する方向で見て、前記凸部の配置された個数をＮとすると、
前記Ｎ個の前記凸部の高さＨの平均値は、３０μｍ以上である請求項４に記載の真空バルブ。
前記電極対向面を横断する方向で見て、前記凸部の配置された個数をＮとすると、
前記Ｎ個の前記凸部の高さＨの平均値は、３０μｍ以上である請求項４に記載の真空バルブ。
【請求項7】
前記起伏構造は、前記電極対向面の全体、或いは、その一部に設けられている請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項8】
前記起伏構造において、前記電極対向面は、前記凸部及び前記凹部が予め設定された方向に連続的に延在する規則的な凹凸形状となっている請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項9】
前記起伏構造において、前記電極対向面は、前記凸部及び前記凹部が予め設定された方向に断続的に延在する規則的な凹凸形状となっている請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項10】
前記電極対向面において、複数の前記凸部は、それぞれ円環状に延在し、かつ、互いに同心円状で等間隔に配置されている請求項８又は９に記載の真空バルブ。
【請求項11】
前記電極対向面において、複数の前記凸部は、それぞれ直線状に延在し、かつ、互いに平行で等間隔に配置されている請求項８又は９に記載の真空バルブ。
【請求項12】
前記電極対向面において、１つの前記凸部は、螺旋状に延在して配置されている請求項８又は９に記載の真空バルブ。
【請求項13】
前記凸部の形状には、少なくとも三角形、矩形、台形、円弧形の輪郭が含まれる請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項14】
前記凸部が矩形の形状輪郭を有する前記起伏構造において、
前記電極対向面を横断する方向で見て、前記凸部の幅をＷ１とし、前記凹部の幅をＷ２とすると、Ｗ１≧Ｗ２なる関係を満足する請求項１３に記載の真空バルブ。
前記電極対向面を横断する方向で見て、前記凸部の幅をＷ１とし、前記凹部の幅をＷ２とすると、Ｗ１≧Ｗ２なる関係を満足する請求項１３に記載の真空バルブ。
【請求項15】
一対の前記電極は、それぞれ、前記電極対向面が設けられた接点を備え、
前記接点は、Ａｇ及びＷＣを主成分とする材料で構成されている請求項１に記載の真空バルブ。
前記接点は、Ａｇ及びＷＣを主成分とする材料で構成されている請求項１に記載の真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明の実施形態は、真空バルブに関する。
【背景技術】
【0002】
ビルや大型施設に設けられる受配電用の開閉装置として、例えば、遮断器や断路器などの開閉器を具備したスイッチギヤが知られている。スイッチギヤには、開閉器の構成要素として真空バルブが適用されている。真空バルブの内部は、絶縁容器によって一定の絶縁状態に維持され、この絶縁容器の内部に一対の電極が離接可能に収容されている。この場合、一対の電極を離接操作することで、事故電流の遮断や負荷電流の開閉が行われ、スイッチギヤから電力が安定して供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭５４－６５３７７号公報
【特許文献2】特開２００９－２８９６５２号公報
【特許文献3】特開平１０－４０７６１号公報
【特許文献4】特開２０２０－２７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、真空バルブには、低サージ性と接触抵抗特性の両立が求められている。低サージ性では、電極の接点（即ち、固定接点、可動接点）をＡｇ（銀）及びＷＣ（炭化タングステン）を主成分とする材料で構成することにより、異常電圧の発生防止が図られる。更に、接触抵抗特性では、電極の接点相互の対向する電極対向面を凹凸の無い軟質（柔軟）な平滑面で構成することにより、電極対向面同士の接触面積の増加が図られる。
【0005】
しかし、このような電極（固定接点、可動接点）で離接操作を繰り返すと、電極対向面同士が接触した際の微小な滑りによって、電極対向面に凝着摩耗が生じる場合がある。この場合、凝着摩耗の程度によっては、局所的に不規則な凹凸が形成され、これにより、電極対向面同士の接触面積が著しく減少し、その結果、接触抵抗値が急増する虞がある。
【0006】
本発明の目的は、低サージ性と接触抵抗特性の両立を維持しつつ、耐凝着摩耗性に優れた真空バルブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態によれば、電極対向面を対向させて配置され、互いに離接可能な一対の電極と、双方の電極対向面、或いは、一方の電極対向面に設けられた起伏構造と、を具備し、起伏構造は、電極対向面が予め設定された方向に延在する規則的な凹凸形状となるように、電極対向面から突出させた１つ又は複数の凸部と、凸部に隣接させて設けられた凹部と、を有し、電極対向面を横断する方向において、凸部と凹部とは、交互に配置され、電極同士が接触する通電状態において、凸部は、対向する相手方の電極対向面に接触する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係る真空バルブの内部構成を示す図。
【図4】対向面の接触抵抗値と表面粗さとの関係を示す図。
【図5】第２実施形態に係る電極（接点）の対向面の構成を示す平面図。
【図7】第３実施形態に係る電極（接点）の対向面の構成を示す平面図。
【図9】第１変形例に係る電極（接点）の対向面の構成を示す断面図。
【図10】第２変形例に係る電極（接点）の対向面の構成を示す断面図。
【図11】第３変形例に係る電極（接点）の対向面の構成を示す断面図。
【図12】第４変形例に係る電極（接点）の対向面の構成を示す平面図。
【図13】第５変形例に係る電極（接点）の対向面の構成を示す平面図。
【図14】第６変形例に係る電極（接点）の対向面の構成を示す平面図。
【図15】第７変形例に係る電極（接点）の対向面の構成を示す平面図。
【図16】第８変形例に係る電極（接点）の対向面の構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態に係る真空バルブＰの内部構造図である。真空バルブＰは、固定電極Ｅ１と、可動電極Ｅ２と、絶縁容器１（真空容器とも言う）と、固定側封着部材２と、可動側封着部材３と、気密維持機構４と、アークシールド５と、を有している。固定電極Ｅ１、可動電極Ｅ２、気密維持機構４、アークシールド５は、絶縁容器１に収容されている。
図１は、第１実施形態に係る真空バルブＰの内部構造図である。真空バルブＰは、固定電極Ｅ１と、可動電極Ｅ２と、絶縁容器１（真空容器とも言う）と、固定側封着部材２と、可動側封着部材３と、気密維持機構４と、アークシールド５と、を有している。固定電極Ｅ１、可動電極Ｅ２、気密維持機構４、アークシールド５は、絶縁容器１に収容されている。
【0010】
図１の例において、絶縁容器１は、例えば、アルミナセラミックなどの絶縁材料で中空円筒形状に成形されている。固定側封着部材２及び可動側封着部材３は、例えば、ステンレス鋼を主成分とする金属材料で構成されている。
【0011】
図１に示すように、中空円筒形の絶縁容器１は、真空バルブＰの中心を規定する仮想軸線Ｐｘを中心とした同心円状を成している。絶縁容器１は、仮想軸線Ｐｘ方向で見て、その両端が開口されている。双方の開口（固定側開口Ｋ１、可動側開口Ｋ２）は、固定側封着部材２、及び、可動側封着部材３によって覆われている。具体的には、固定側封着部材２は、固定側封着金具６を介して、絶縁容器１の一方の固定側開口Ｋ１を閉塞している。可動側封着部材３は、可動側封着金具７を介して、絶縁容器１の他方の可動側開口Ｋ２を閉塞している。
【0012】
アークシールド５は、例えば、銅やステンレス鋼などを主成分とする金属材料で構成されている。アークシールド５は、中空円筒形状を成し、絶縁容器１に固定されている。アークシールド５は、その内部（内側）に、固定電極Ｅ１の固定接点８、並びに、可動電極Ｅ２の可動接点１０を収容するように配置されている。なお、アークシールド５の固定方法としては、絶縁容器１以外に、例えば、固定側封着部材２や可動側封着部材３に固定される場合も想定される。
【0013】
固定電極Ｅ１及び可動電極Ｅ２は、仮想軸線Ｐｘを中心に同心状に構成されていると共に、仮想軸線Ｐｘに沿って整列して延在されている。この状態において、固定電極Ｅ１と可動電極Ｅ２とは、それぞれの電極対向面（固定側電極対向面Ｅ１ｓ、可動側電極対向面Ｅ２ｓ）が平行に対向するように位置付けられている。
【0014】
固定電極Ｅ１は、固定接点８と、固定通電軸９と、を備えている。可動電極Ｅ２は、可動接点１０と、可動通電軸１１と、を備えている。上記した一方の電極対向面Ｅ１ｓは、固定接点８に設けられ、他方の電極対向面Ｅ２ｓは、可動接点１０に設けられている。固定通電軸９及び可動通電軸１１は、互いに同一の直径を有する円柱形状を成し、導電率の高い材料（例えば、Ｃｕ）で構成されている。
【0015】
固定接点８及び可動接点１０は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓが平行に対向するように、互いに対向して配置されている。固定接点８は、固定通電軸９の一端に接続され、固定通電軸９の他端は、固定側封着部材２を介して、仮想軸線Ｐｘに沿って移動不能に真空バルブＰに固定されている。可動接点１０は、可動通電軸１１の一端に接続され、可動通電軸１１の他端は、可動側封着部材３を介して、図示しない操作機構に連結されている。なお、固定接点８及び可動接点１０の構造並びに材質については、後述する図２及び図３の説明において詳述する。
【0016】
ここで、図１に示すように、操作機構によって可動通電軸１１を仮想軸線Ｐｘに沿って移動させる。これにより、可動接点１０を固定接点８に対して離接、具体的には、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを離接させることができる。この結果、真空バルブＰを開閉操作（即ち、一対の電極Ｅ１,Ｅ２を離接操作）することができる。
【0017】
更に、可動通電軸１１と可動側封着部材３との間には、気密維持機構４が配置されている。気密維持機構４は、伸縮性を有するベローズで構成され、ベローズ（気密維持機構）４は、例えば、ステンレスなどの薄い金属で構成されている。ベローズ４は、仮想軸線Ｐｘ方向に伸縮可能な蛇腹状を成し、可動通電軸１１の外側を隙間無く覆っている。
【0018】
ベローズ４は、その一端が可動側封着部材３に隙間無く接合され、その他端が可動通電軸１１に隙間無く接合されている。これにより、絶縁容器１の内部は、常に気密状態（即ち、真空状態）に維持される。この結果、真空バルブＰの開閉操作に際し、可動通電軸１１を仮想軸線Ｐｘに沿って移動させている間も、絶縁容器１の内部に大気（空気）が浸入することはない。
【0019】
図２は、起伏構造１２の平面構成図で、図３は、起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の真空バルブＰは、上記した構成に加えて、起伏構造１２を具備している。起伏構造１２は、上記した接点８,１０の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを予め設定された方向に延在する規則的な凹凸形状となるようにする。起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ、或いは、一方の電極対向面Ｅ１ｓ（又は、Ｅ２ｓ）に設けられている。
【0020】
なお、固定接点８及び可動接点１０は、Ａｇ（銀）及びＷＣ（炭化タングステン）を主成分とし、必要により補助成分を含有させた材料で構成されている。ここで、補助成分としては、例えば、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉの少なくとも１種を適用し、これらの総量を５質量％以下とする。この場合、補助成分を含有させると加工性が向上するが、５質量％を超えると、旋盤加工特性が低下するため、１質量％以下に設定することが好ましい。
【0021】
図２及び図３の例において、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓは、起伏構造１２が施される以前の状態で、上記した仮想軸線Ｐｘを中心とした円形の平坦面（凹凸の無い平面）として構成されている。起伏構造１２は、この平坦面状の双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの全体に亘って設けられている。双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに設けられた起伏構造１２は、互いに同一の構成を有している。
【0022】
図２及び図３に示すように、起伏構造１２は、複数の凸部１３ａと、複数の凹部１３ｂと、を有している。
複数の凸部１３ａは、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓから突出させて構成されている。凸部１３ａは、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）の断面視において、三角形に突出した輪郭を有している。
複数の凸部１３ａは、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓから突出させて構成されている。凸部１３ａは、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）の断面視において、三角形に突出した輪郭を有している。
【0023】
凸部１３ａは、仮想軸線Ｐｘを中心として、周方向に連続して円環状に延在している。それぞれの凸部１３ａは、互いに大きさ（直径）の異なる円環状を成している。これらの凸部１３ａは、仮想軸線Ｐｘを中心として、互いに同心円状に配置されていると共に、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）で見て、互いに等間隔に配置されている。
【0024】
複数の凹部１３ｂは、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを陥没させて構成されている。凹部１３ｂは、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）の断面視において、三角形に陥没した輪郭を有している。
【0025】
凹部１３ｂは、仮想軸線Ｐｘを中心として、周方向に連続して円環状に延在している。それぞれの凹部１３ｂは、互いに大きさ（直径）の異なる円環状を成している。これらの凹部１３ｂは、仮想軸線Ｐｘを中心として、互いに同心円状に配置されていると共に、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）で見て、互いに等間隔に配置されている。
【0026】
上記した構成において、複数の凸部１３ａは、複数の凹部１３ｂの相互間に１つずつ介在して位置付けられている。即ち、１つの凸部１３ａは、１つの凹部１３ｂに隣接させて設けられている。換言すると、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）で見て、凸部１３ａと凹部１３ｂとは、１つずつ交互に配置されている。
【0027】
このような起伏構造１２によれば、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓは、円環状の凸部１３ａ及び凹部１３ｂが予め設定された方向（即ち、仮想軸線Ｐｘを中心に周方向）に連続的に延在しつつ、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って凸部１３ａと凹部１３ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。
【0028】
ここで、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに対して、上記した規則的な凹凸形状の起伏構造１２を施す方法としては、例えば、既存の旋盤によって、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに起伏構造１２を施す加工方法を適用することができる。即ち、旋盤加工では、先ず、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓが平坦な接点８,９を用意する。なお、真空バルブＰの低サージ性を維持すべく、当該接点８,９は、Ａｇ及びＷＣを主成分とし、必要により上記した補助成分を含有させた材料で成形されている。
【0029】
次に、仮想軸線Ｐｘを回転中心として接点８,９を回転させた状態において、刃物（バイト）を電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに押し当ることで、当該電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを円環状に削り出す。このとき、削り取られた部分が、上記した断面三角形の凹部１３ｂとなり、削り取られずに残留した部分が、上記した断面三角形の凸部１３ａとなる。
【0030】
この場合、上記した低サージ性と共に、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの軟質（柔軟）性が求められる接触抵抗特性、並びに、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの硬質性が求められる耐凝着摩耗性に優れた真空バルブＰを実現するためには、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの表面状態（即ち、表面粗さ）が、硬くて柔らかい規則的な凹凸形状となることが要求される。
【0031】
そして、この要求に応えるためには、凸部１３ａと凹部１３ｂとの高低差で規定される凸部１３ａの高さは、後述する条件を満足することが要件となる。なお、凸部１３ａと凹部１３ｂとの高低差は、仮想軸線Ｐｘに沿った方向で見て、三角形の凸部１３ａの先細り突端と、三角形の凹部１３ｂの先細り突端との間の直線状の距離（長さ）として規定される。
【0032】
このとき、上記した旋盤加工の精度としては、例えば、隣り合う２つの凸部１３ａの相互間のピッチ幅をＬとし、凸部１３ａと凹部１３ｂとの高低差で規定される凸部１３ａの高さをＨとすると、ピッチ幅Ｌが高さＨよりも大きいこと、即ち、Ｌ＞Ｈなる関係を満足することが好ましい。より好ましくは、ピッチ幅Ｌが高さＨの５倍以上となること、即ち、Ｌ＞５Ｈなる関係を満足させればよい。この場合、ピッチ幅Ｌの上限を考慮すると、１０Ｈ＞Ｌ＞５Ｈなる関係を満足することが好ましい。
【0033】
図４は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの表面粗さＲａと、接触抵抗値の増加率との相関図である。図４の例において、表面粗さＲａの異なる４つの測定値（図中黒丸で示す）がプロットされ、測定値毎の誤差範囲（最大値と最小値を示すエラーバー）が付け加えられている。それぞれの測定値は、９本のサンプル真空バルブを開閉操作して、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを複数回離接させた際に得られた当該電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの接触抵抗値の平均値である。
【0034】
図４に示すように、上記した平均値（測定値）が接触抵抗値の初期値「１」の近傍Ｔを下回る表面粗さＲａは、誤差範囲（エラーバー）を考慮すると、５μｍ＜Ｒａ＜２５μｍなる関係を満足する。この関係を有する表面粗さＲａによれば、接点８,９の離接操作が長期に亘って繰り返されても、接触抵抗値の変動が許容範囲内に抑えられる。
【0035】
一方、表面粗さＲａが０μｍ≦Ｒａ≦５μｍなる範囲では、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを複数回離接させた際に得られる接触抵抗値が、初期値「１」の近傍Ｔを上回る。この関係を有する表面粗さＲａによれば、接点８,９の離接操作が長期に亘って繰り返されると、接触抵抗値の増加率が高くなる。即ち、接触抵抗値が急増する。
【0036】
この場合、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに対して、表面粗さＲａが５μｍ＜Ｒａ＜２５μｍなる関係を満足する規則的な凹凸形状となるように起伏構造１２を施すことが好ましい。より好ましくは、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの表面粗さは、評価長さ５ｍｍで計測される表面粗さの算術平均粗さＲａで６.３μｍ≦Ｒａ≦１２μｍなる関係を満足させる。別の捉え方をすると、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの表面粗さは、評価長さ５ｍｍで計測される表面粗さの最大高さＲｚで１５μｍ≦Ｒｚ≦４０μｍなる関係を満足させることが好ましい。
【0037】
このような関係を満足する表面粗さＲａにおいて、上記した凸部１３ａの高さＨは、例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定される電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの表面粗さの算術平均粗さをＲａとすると、Ｈ≒４×Ｒａなる関係を満足することが好ましい。なお、この関係における倍数値「４」は、経験則に基づいたもので、今後の使用により変動される。
【0038】
例えば、評価長さ５ｍｍで計測される電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの表面粗さの算術平均粗さＲａを６.３μｍ以上とし、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向で見て、凸部１３ａの配置された個数をＮとすると、Ｎ個の凸部１３ａの高さＨの平均値は、３０μｍ以上となり、上記した「Ｈ≒４×Ｒａ」なる関係を満足する。
【0039】
以上、第１実施形態によれば、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに対して、凸部１３ａの高さＨの平均値が３０μｍ以上となる規則的な凹凸形状の起伏構造１２が施されている。この場合、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向で見て、凸部１３ａは、上記した高さＨを有しつつ規則的に等間隔に配置されている。これにより、真空バルブＰの閉操作に際し、電極Ｅ１,Ｅ２同士が接触する通電状態において、凸部１３ａは、対向する相手方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに均等に接触する。このとき、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ相互の接触状態は、常に、硬くて柔らかい規則的な凹凸形状の表面同士の接触状態と同等になる。この結果、低サージ性と接触抵抗特性の両立を維持しつつ、耐凝着摩耗性に優れた真空バルブＰを実現することができる。
【0040】
「第２実施形態」
図５は、第２実施形態に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図で、図６は、起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、互いに同一の構成を有している。
図５は、第２実施形態に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図で、図６は、起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、互いに同一の構成を有している。
【0041】
図５及び図６に示すように、起伏構造１２は、複数の凸部１４ａと、複数の凹部１４ｂと、を有している。
複数の凸部１４ａは、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓから矩形に突出した輪郭を有し、互いに同心円状に配置されていると共に、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）で見て、互いに等間隔に配置されている。
複数の凸部１４ａは、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓから矩形に突出した輪郭を有し、互いに同心円状に配置されていると共に、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）で見て、互いに等間隔に配置されている。
【0042】
複数の凹部１４ｂは、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを矩形に陥没した輪郭を有し、互いに同心円状に配置されていると共に、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）で見て、互いに等間隔に配置されている。
【0043】
このような構成において、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓは、円環状の凸部１４ａ及び凹部１４ｂが予め設定された方向（即ち、仮想軸線Ｐｘを中心に周方向）に連続的に延在しつつ、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って凸部１４ａと凹部１４ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。
【0044】
ここで、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに対して、上記した規則的な凹凸形状の起伏構造１２を施す方法としては、例えば、先ず、上記した第１実施形態と同様に、既存の旋盤によって、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに、断面三角形の凸部１４ａと凹部１４ｂを削り出す。続いて、三角形状に突出した部分を平坦化させる。これにより、断面矩形（正方形、長方形）や台形の凹凸形状を成す起伏構造１２が電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに施される。
【0045】
この場合、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）で見て、凸部１４ａの幅をＷ１とし、凹部１４ｂの幅をＷ２とすると、Ｗ１≧Ｗ２なる関係を満足する。図６では一例として、Ｗ１＝Ｗ２なる関係を満足する凹凸形状の起伏構造１２が示されている。
【0046】
以上、第２実施形態によれば、真空バルブＰの閉操作に際し、電極Ｅ１,Ｅ２同士が接触する通電状態において、矩形の凸部１４ａは、対向する相手方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓに均等かつ面状に接触する。これにより、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ相互の接触状態は、電流の流れ易さの維持向上を図りつつ、常に、硬くて柔らかい規則的な凹凸形状の表面同士の接触状態と同等になり、その結果、電気流動性の向上を図ることができる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【0047】
「第３実施形態」
図７は、第３実施形態に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図で、図８は、起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、互いに同一の構成を有している。
図７は、第３実施形態に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図で、図８は、起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、互いに同一の構成を有している。
【0048】
図７及び図８に示すように、起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの一部に設けられ、上記した第１実施形態と同様の輪郭、即ち、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓから三角形に突出した複数の凸部１３ａと、三角形に陥没した複数の凹部１３ｂとが１つずつ交互に等間隔で同心円状に構成されている。図７及び図８では一例として、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓは、上記した仮想軸線Ｐｘに沿って円弧状に湾曲した表面輪郭を有し、起伏構造１２は、仮想軸線Ｐｘの近傍周りに同心円状に配置されている。
【0049】
以上、第３実施形態によれば、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓの一部にのみ旋盤加工を施すだけで、起伏構造１２を構成することができる。これにより、加工時間の短縮や他の性能への影響を最小限に抑えることができる。なお、その他の構成並びに効果、及び、起伏構造１２を施す方法は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【0050】
「第１変形例」
図９は、第１変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、互いに同一の構成を有している。
図９は、第１変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、互いに同一の構成を有している。
【0051】
図９に示すように、起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓから円弧形に突出した複数の凸部１５ａと、隣り合う２つの凸部１５ａの相互間に構成された複数の凹部１５ｂとを備え、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って凸部１５ａと凹部１５ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。
【0052】
以上、第１変形例によれば、上記した第１実施形態と同様に、真空バルブＰの閉操作に際し、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ相互の接触状態は、常に、硬くて柔らかい規則的な凹凸形状の表面同士の接触状態と同等になる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【0053】
「第２変形例」
図１０は、第２変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、互いに異なる構成を有している。
図１０は、第２変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、互いに異なる構成を有している。
【0054】
図１０では一例として、固定電極Ｅ１の電極対向面Ｅ１ｓは、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って、矩形の凸部１４ａと凹部１４ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。一方、可動電極Ｅ２の電極対向面Ｅ２ｓは、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って、三角形の凸部１３ａと凹部１３ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。
【0055】
以上、第２変形例によれば、上記した第１実施形態と同様に、真空バルブＰの閉操作に際し、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ相互の接触状態は、常に、硬くて柔らかい規則的な凹凸形状の表面同士の接触状態と同等になる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【0056】
「第３変形例」
図１１は、第３変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓのうち一方にのみ設けられている。図１１では一例として、可動電極Ｅ２の電極対向面Ｅ２ｓが、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って、三角形の凸部１３ａと凹部１３ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。一方、固定電極Ｅ１の電極対向面Ｅ１ｓは、起伏構造１２が施される以前の状態で、上記した仮想軸線Ｐｘを中心とした円形の平坦面（凹凸の無い平面）として構成されている。
図１１は、第３変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の断面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓのうち一方にのみ設けられている。図１１では一例として、可動電極Ｅ２の電極対向面Ｅ２ｓが、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って、三角形の凸部１３ａと凹部１３ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。一方、固定電極Ｅ１の電極対向面Ｅ１ｓは、起伏構造１２が施される以前の状態で、上記した仮想軸線Ｐｘを中心とした円形の平坦面（凹凸の無い平面）として構成されている。
【0057】
以上、第３変形例によれば、上記した第１実施形態と同様に、真空バルブＰの閉操作に際し、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ相互の接触状態は、常に、硬くて柔らかい接触状態と同等になる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【0058】
「第４変形例」
図１２は、第４変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、円環状の凸部１３ａ及び凹部１３ｂが予め設定された方向（即ち、仮想軸線Ｐｘを中心に周方向）に断続的に延在しつつ、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って凸部１３ａと凹部１３ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。
図１２は、第４変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、円環状の凸部１３ａ及び凹部１３ｂが予め設定された方向（即ち、仮想軸線Ｐｘを中心に周方向）に断続的に延在しつつ、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って凸部１３ａと凹部１３ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。
【0059】
図１２では一例として、上記した第１実施形態と同様に、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、三角形に突出した輪郭を有する複数の凸部１３ａと、三角形に陥没した輪郭を有する複数の凹部１３ｂとが設けられている。
【0060】
そして、これらの凸部１３ａ及び凹部１３ｂは、それぞれ、周方向に沿って等間隔に四等分されている。この場合、二等分、三等分、或いは、五等分などに凸部１３ａ及び凹部１３ｂを断続化させてもよい。
【0061】
以上、第４変形例によれば、上記した第１実施形態と同様に、真空バルブＰの閉操作に際し、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ相互の接触状態は、常に、硬くて柔らかい接触状態と同等になる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【0062】
「第５変形例」
図１３は、第５変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、１つの凸部１３ａが、螺旋状に連続的に延在させて配置されている。この場合、この凸部１３ａに隣接して螺旋状に連続した凹部１３ｂが配置されている。
図１３は、第５変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、１つの凸部１３ａが、螺旋状に連続的に延在させて配置されている。この場合、この凸部１３ａに隣接して螺旋状に連続した凹部１３ｂが配置されている。
【0063】
図１３では一例として、上記した第１実施形態と同様に、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、三角形に突出した輪郭を有する１つの凸部１３ａと、三角形に陥没した輪郭を有する１つの凹部１３ｂとが設けられている。
【0064】
このような構成において、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）で見て、凸部１３ａと凹部１３ｂとは、１つずつ交互に配置されている。
【0065】
以上、第５変形例によれば、上記した第１実施形態と同様に、真空バルブＰの閉操作に際し、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ相互の接触状態は、常に、硬くて柔らかい接触状態と同等になる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【0066】
「第６変形例」
図１４は、第６変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、円環状の凸部１３ａ及び凹部１３ｂが予め設定された方向（即ち、仮想軸線Ｐｘを中心に周方向）に断続的に延在しつつ、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って凸部１３ａと凹部１３ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。
図１４は、第６変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、円環状の凸部１３ａ及び凹部１３ｂが予め設定された方向（即ち、仮想軸線Ｐｘを中心に周方向）に断続的に延在しつつ、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向に沿って凸部１３ａと凹部１３ｂとが１つずつ交互に繰り返される規則的な凹凸形状となっている。
【0067】
図１４では一例として、上記した第１実施形態と同様に、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、三角形に突出した輪郭を有する複数の凸部１３ａと、三角形に陥没した輪郭を有する複数の凹部１３ｂとが設けられている。
【0068】
そして、これらの凸部１３ａ及び凹部１３ｂは、それぞれ、周方向に沿って等間隔に四等分されている。この場合、二等分、三等分、或いは、五等分などに凸部１３ａ及び凹部１３ｂを断続化させてもよい。
【0069】
以上、第６変形例によれば、上記した第１実施形態と同様に、真空バルブＰの閉操作に際し、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ相互の接触状態は、常に、硬くて柔らかい接触状態と同等になる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。
【0070】
「第７変形例」
図１５は、第７変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、複数の凸部１３ａが、それぞれ直線状に延在し、かつ、互いに平行で等間隔に配置されている。この場合、この凸部１３ａに隣接して直線状に連続した凹部１３ｂが配置されている。
図１５は、第７変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、複数の凸部１３ａが、それぞれ直線状に延在し、かつ、互いに平行で等間隔に配置されている。この場合、この凸部１３ａに隣接して直線状に連続した凹部１３ｂが配置されている。
【0071】
図１５では一例として、上記した第１実施形態と同様に、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、三角形に突出した輪郭を有する複数の凸部１３ａと、三角形に陥没した輪郭を有する複数の凹部１３ｂとが設けられている。
【0072】
このような構成において、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）で見て、凸部１３ａと凹部１３ｂとは、１つずつ交互に配置されている。
【0073】
以上、第７変形例によれば、上記した第１実施形態と同様に、真空バルブＰの閉操作に際し、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ相互の接触状態は、常に、硬くて柔らかい接触状態と同等になる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。また、特に図示しないが、直線状に延出している凸部１３ａ及び凹部１３ｂを断続的に構成しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【0074】
「第８変形例」
図１６は、第８変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、複数の凸部１３ａが、それぞれ直線状に延在し、かつ、互いに平行かつ直交しつつ等間隔に配置されている。この場合、これらの凸部１３ａで囲まれた複数領域に矩形状の凹部１３ｂが配置されている。
図１６は、第８変形例に係る真空バルブＰの起伏構造１２の平面構成図である。本実施形態の起伏構造１２は、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、複数の凸部１３ａが、それぞれ直線状に延在し、かつ、互いに平行かつ直交しつつ等間隔に配置されている。この場合、これらの凸部１３ａで囲まれた複数領域に矩形状の凹部１３ｂが配置されている。
【0075】
図１５では一例として、上記した第１実施形態と同様に、双方の電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓにおいて、三角形に突出した輪郭を有する複数の凸部１３ａと、三角形に陥没した輪郭を有する複数の凹部１３ｂとが設けられている。
【0076】
このような構成において、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓを横断する方向（例えば、仮想軸線Ｐｘから半径（放射）方向）で見て、凸部１３ａと凹部１３ｂとは、１つずつ交互に配置されている。
【0077】
以上、第８変形例によれば、上記した第１実施形態と同様に、真空バルブＰの閉操作に際し、電極対向面Ｅ１ｓ,Ｅ２ｓ相互の接触状態は、常に、硬くて柔らかい接触状態と同等になる。なお、その他の構成並びに効果は、上記した第１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。また、特に図示しないが、直線状に延出している凸部１３ａを断続的に構成しても同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【0078】
以上、本発明の複数の実施形態及び変形例を説明したが、これらの実施形態及び変形例は、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。これらの実施形態及び変形例は、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。これら実施形態及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
【符号の説明】
【0079】
１…絶縁容器、２…固定側封着部材、３…可動側封着部材、４…気密維持機構、５…アークシールド、６…固定側封着金具、７…可動側封着金具、８…固定接点、９…固定通電軸、１０…可動接点、１１…可動通電軸、１２…起伏構造、１３ａ,１４ａ,１５ａ…凸部、１３ｂ,１４ｂ,１５ｂ…凹部、Ｐ…真空バルブ、Ｐｘ…仮想軸線、Ｅ１ｓ…固定側電極対向面、Ｅ２ｓ…可動側電極対向面。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】