(57)【要約】【課題】  真空バルブを構成する各部材の接合構造を改善する。【解決手段】  一実施形態に係る真空バルブは、複数の部材と、金属ナノ粒子の焼結体と、金属製の被覆体とを備えている。前記複数の部材は、第１部材および第２部材を含む。前記焼結体は、前記第１部材と前記第２部材を連結する。前記被覆体は、前記第１部材および前記第２部材から露出する前記焼結体の外面を覆う。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材および第２部材を含む複数の部材と、
前記第１部材と前記第２部材を連結する金属ナノ粒子の焼結体と、
前記第１部材および前記第２部材から露出する前記焼結体の外面を覆う金属製の被覆体と、
を備える真空バルブ。
【請求項２】
前記被覆体は、前記焼結体の前記外面とともに、前記第１部材および前記第２部材の一部を覆う、
請求項１に記載の真空バルブ。
【請求項３】
前記被覆体は、錫、鉛および金のいずれかを主成分とする合金で形成されている、
請求項１または２に記載の真空バルブ。
【請求項４】
前記複数の部材は、接離可能な一対の電極と、前記一対の電極を収容するとともに開口を有する絶縁容器と、前記開口を塞ぐ金具と、を含み、
前記第１部材は前記絶縁容器であり、前記第２部材は前記金具である、
請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の真空バルブ。
【請求項５】
前記絶縁容器は、内周面と、外周面と、前記金具に対向する端部と、を有し、
前記金具は、前記端部に対向する被接合面を有し、
前記焼結体は、前記端部と前記被接合面の間に配置され、
前記被覆体は、前記外周面と前記被接合面とで形成される第１角部、および、前記内周面と前記被接合面とで形成される第２角部の少なくとも一方に配置されている、
請求項４に記載の真空バルブ。
【請求項６】
前記複数の部材は、接離可能な一対の電極と、前記一対の電極を収容する絶縁容器と、を含み、
前記絶縁容器は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂で形成されている、
請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の真空バルブ。
【請求項７】
前記複数の部材は、接離可能な一対の電極と、前記一対の電極をそれぞれ支持する一対の通電軸と、前記一対の電極を収容するとともに開口を有する絶縁容器と、前記開口を塞ぐ金具と、を含み、
前記一対の電極の各々は、前記通電軸により支持されるコイルと、前記コイルに連結される接点と、を含み、
前記コイル、前記通電軸および前記金具の少なくとも１つは、アルミニウムを主成分とする金属材料で形成されている、
請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の真空バルブ。
【請求項８】
第１部材および第２部材を含む複数の部材を備える真空バルブの製造方法であって、
前記第１部材および前記第２部材の間に金属ナノ粒子を含む接合材を配置することと、
前記接合材の周囲に金属製の溶融材を配置することと、
前記金属ナノ粒子を焼結させ、前記第１部材および前記第２部材を接合する焼結体を形成することと、
前記溶融材を溶融させ、前記第１部材および前記第２部材から露出する前記焼結体の外面を覆う被覆体を形成することと、
を含む製造方法。
【請求項９】
前記溶融材の融点よりも低い第１温度で前記接合材を加熱することにより、前記金属ナノ粒子を焼結させ、
前記金属ナノ粒子を焼結させた後に、前記融点よりも高い第２温度で前記溶融材を加熱することにより、前記溶融材を溶融させる、
請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記第１温度で前記接合材を加熱する時間は、前記第２温度で前記溶融材を加熱する時間よりも長い、
請求項９に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、真空バルブおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
接離可能な一対の接点と、各接点がそれぞれ連結される一対の電極と、これら接点および電極を収容する絶縁容器と、絶縁容器の開口を塞ぐ金具とを備えた真空バルブが知られている。真空バルブを構成する各部材は、例えばろう付けによって接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５１３９１６１号公報
【特許文献２】特許第４４５８７９７号公報
【特許文献３】特許第５８２４２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
真空バルブを構成する各部材の接合に関しては、改善の余地がある。例えば、ろう付けに際し、真空バルブを構成する各部材は、ろう材の固相線温度以上に加熱される。冷却時において、各部材の線膨張係数の相違に起因した熱応力が生じるため、その対策が必要である。また、各部材は、ろう材を溶融させる温度に十分耐え得る材料で形成する必要があり、これによって各部材の材料選択が制約される。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、真空バルブを構成する各部材の接合構造を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態に係る真空バルブは、複数の部材と、金属ナノ粒子の焼結体と、金属製の被覆体とを備えている。前記複数の部材は、第１部材および第２部材を含む。前記焼結体は、前記第１部材と前記第２部材を連結する。前記被覆体は、前記第１部材および前記第２部材から露出する前記焼結体の外面を覆う。
【０００７】
一実施形態に係る真空バルブの整合方法は、第１部材および第２部材の間に金属ナノ粒子を含む接合材を配置することと、前記接合材の周囲に金属製の溶融材を配置することと、前記金属ナノ粒子を焼結させ、前記第１部材および前記第２部材を接合する焼結体を形成することと、前記溶融材を溶融させ、前記第１部材および前記第２部材から露出する前記焼結体の外面を覆う被覆体を形成することと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１実施形態に係る真空バルブの概略的な構成を示す断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態における絶縁容器と金具の接合構造を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態における真空バルブの製造方法を例示するフローチャートである。
【図４】図４は、図３に示した製造方法の工程の一部を示す概略的な斜視図である。
【図５】図５は、図３に示した製造方法の工程の他の一部を示す概略的な断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る真空バルブの概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図に示す真空バルブは一例であり、他の構造を備えた真空バルブに対して各実施形態に開示する構成の一部を適用することもできる。また、各図においては、真空バルブを構成する各部材の相対的な大きさや位置を模式的に示すことがある。
【００１０】
［第１実施形態］  
図１は、第１実施形態に係る真空バルブ１の概略的な構成を示す断面図である。真空バルブ１は、例えば真空遮断器として利用することができる。また、この真空遮断器は、スイッチギヤに利用されてもよい。
【００１１】
図１の例において、真空バルブ１は、絶縁容器２と、第１金具３Ａと、第２金具３Ｂと、第１通電軸４Ａと、第２通電軸４Ｂと、第１電極５Ａと、第２電極５Ｂと、シールド６と、ベローズ７と、カバー８とを備えている。
【００１２】
絶縁容器２は、第１電極５Ａ、第２電極５Ｂ、シールド６、ベローズ７およびカバー８を収容している。第１通電軸４Ａおよび第２通電軸４Ｂは、一端が絶縁容器２の内部に位置するとともに、他端が絶縁容器２の外部に位置している。
【００１３】
例えば、絶縁容器２は、真空バルブ１の軸ＡＸを中心とした円筒状であり、図中上方の第１開口２１と、図中下方の第２開口２２と、外周面２３と、内周面２４とを有している。絶縁容器２は、例えばアルミナ等の絶縁性のセラミックスで形成することができるが、この例に限られない。
【００１４】
第１金具３Ａは、絶縁容器２の第１開口２１を塞いでいる。第２金具３Ｂは、絶縁容器２の第２開口２２を塞いでいる。第１金具３Ａは、例えば円盤状であり、第１通電軸４Ａを通すための第１孔３１Ａを有している。第２金具３Ｂは、例えば円盤状であり、第２通電軸４Ｂを通すための第２孔３１Ｂを有している。第１金具３Ａおよび第２金具３Ｂは、アルミニウムを主成分とする金属材料で形成することができる。本実施形態において、ある部材に関して特定材料を主成分とするとの表現は、その部材に含まれる材料（成分）の中で、当該特定材料の含有量が最も多いことを意味する。なお、第１金具３Ａおよび第２金具３Ｂは、ステンレス鋼等の他の材料で形成されてもよい。
【００１５】
第１通電軸４Ａおよび第２通電軸４Ｂは、いずれも軸ＡＸに沿って延びている。第１通電軸４Ａは、第１金具３Ａの第１孔３１Ａに通され、第１孔３１Ａの内面に接合されている。第２通電軸４Ｂは、第２金具３Ｂの第２孔３１Ｂに通されている。第２通電軸４Ｂと第２孔３１Ｂの内面との間には、隙間が設けられている。第１通電軸４Ａおよび第２通電軸４Ｂは、アルミニウムを主成分とする金属材料で形成することができる。第１通電軸４Ａおよび第２通電軸４Ｂは、無酸素銅等の他の材料で形成されてもよい。
【００１６】
第１電極５Ａは、第１通電軸４Ａによって支持された第１コイル５１Ａと、第１コイル５１Ａに連結された第１接点５２Ａとを備えている。例えば、第１コイル５１Ａは第１通電軸４Ａの端部に接合され、第１接点５２Ａは第１コイル５１Ａの図中下面に接合されている。
【００１７】
第２電極５Ｂは、第２通電軸４Ｂによって支持された第２コイル５１Ｂと、第２コイル５１Ｂに連結された第２接点５２Ｂとを備えている。例えば、第２コイル５１Ｂは第２通電軸４Ｂの端部に接合され、第２接点５２Ｂは第２コイル５１Ｂの図中上面に接合されている。
【００１８】
第１コイル５１Ａおよび第２コイル５１Ｂは、アルミニウムを主成分とする金属材料で形成することができる。第１コイル５１Ａおよび第２コイル５１Ｂは、無酸素銅等の他の材料で形成されてもよい。
【００１９】
第１接点５２Ａおよび第２接点５２Ｂは、例えば円盤状であり、互いに対向している。本実施形態において、第１電極５Ａはいわゆる固定側電極に相当し、第２電極５Ｂはいわゆる可動側電極に相当する。すなわち、第１電極５Ａおよび第２電極５Ｂは、接離可能である。図１の例においては、第１接点５２Ａと第２接点５２Ｂが離間した開極状態を示している。第２電極５Ｂが第１電極５Ａに向けて移動することで、第１接点５２Ａと第２接点５２Ｂが接触し、閉極状態となる。第１接点５２Ａおよび第２接点５２Ｂは、例えば銅クロム等の材料で形成することができるが、この例に限られない。
【００２０】
シールド６は、例えば軸ＡＸを中心とした筒状であり、第１電極５Ａおよび第２電極５Ｂを囲っている。シールド６は、開極状態において第１電極５Ａと第２電極５Ｂの間に生じるアークにより飛散する金属溶融物が絶縁容器２に付着して絶縁容器２の絶縁性能が低下することを抑制する。シールド６は、外周面から絶縁容器２に向けて突出する突起６１を有している。突起６１は、例えば環状であり、絶縁容器２の内周面２４に接合されている。シールド６は、例えばステンレス鋼や銅で形成することができるが、この例に限られない。
【００２１】
ベローズ７は、軸ＡＸに沿う方向に伸縮可能である。ベローズ７の一端は、第２金具３Ｂに接合されている。ベローズ７の他端は、例えばカバー８を介して第２通電軸４Ｂに接合されている。ベローズ７の当該他端は、第２通電軸４Ｂに直接接合されてもよい。カバー８は、ベローズ７を覆っており、アークにより飛散する金属溶融物がベローズ７に付着することを抑制する。
【００２２】
第１金具３Ａ、第２金具３Ｂ、ベローズ７およびカバー８により、絶縁容器２の内部が気密に保たれている。絶縁容器２の内部の圧力は、１×１０−２Ｐａ以下であることが好ましい。
【００２３】
本実施形態において、真空バルブ１を構成する複数の部材のうち、互いに固定される第１部材と第２部材は、一般的なろう材ではなく、金属ナノ粒子の焼結体によって連結（接合）されている。例えば、このような第１部材と第２部材の組み合わせとしては、絶縁容器２と第１金具３Ａ、絶縁容器２と第２金具３Ｂ、第１通電軸４Ａと第１金具３Ａ、第１通電軸４Ａと第１コイル５１Ａ、第１コイル５１Ａと第１接点５２Ａ、第２通電軸４Ｂと第２コイル５１Ｂ、第２コイル５１Ｂと第２接点５２Ｂ、シールド６と絶縁容器２、ベローズ７と第２金具３Ｂ、ベローズ７とカバー８、カバー８と第２通電軸４Ｂが挙げられる。図１においては、ここで例示した第１部材および第２部材の候補の接合位置に、符号ＣＰを付している。
【００２４】
以下、第１部材が絶縁容器２であり、第２部材が第２金具３Ｂである場合を例に、焼結体を用いた接合構造の詳細について説明する。ここで説明する接合構造は、上記列挙した他の部材の接合、あるいはその他の部材の接合にも同様に適用することができる。
【００２５】
図２は、絶縁容器２と第２金具３Ｂの接合構造を概略的に示す断面図である。絶縁容器２は、第２金具３Ｂに対向する端部２５を有している。第２金具３Ｂは、端部２５に対向する被接合面３２を有している。
【００２６】
端部２５と被接合面３２との間に、焼結体９が配置されている。「焼結体」は、例えば焼結層、接合体または接合層と言い換えることもできる。図１に示した軸ＡＸに沿って見た場合、焼結体９は、端部２５に沿って延びる環状（円形）である。焼結体９は、ナノオーダーの金属製の粒子である金属ナノ粒子を焼結させることで形成される。例えば、金属ナノ粒子の材料としては、金、銀、銅、これらの合金、酸化銀または酸化銅を用いることができる。ここで例示した２種以上の材料の金属ナノ粒子を用いて焼結体９が形成されてもよい。
【００２７】
焼結体９は、端部２５と被接合面３２の間を満たしている。また、焼結体９は、端部２５および被接合面３２から露出する第１外面９１および第２外面９２を有している。第１外面９１は、絶縁容器２の外周面２３と被接合面３２の間に位置している。第２外面９２は、絶縁容器２の内周面２４と被接合面３２の間に位置している。
【００２８】
図２の例においては、第１外面９１と外周面２３とが揃っているが、これらが僅かにずれてもよい。同様に、図２の例においては、第２外面９２と内周面２４とが揃っているが、これらが僅かにずれてもよい。
【００２９】
外周面２３と被接合面３２とで形成される第１角部Ｃ１には、金属製の第１被覆体１０Ａが配置されている。内周面２４と被接合面３２とで形成される第２角部Ｃ２には、金属製の第２被覆体１０Ｂが配置されている。以下の説明において、第１被覆体１０Ａと第２被覆体１０Ｂを特に区別しない場合には、単に被覆体１０と呼ぶことがある。「被覆体」は、例えば封着部材や補強部材と言い換えることもできる。
【００３０】
図２の例において、第１被覆体１０Ａおよび第２被覆体１０Ｂは、いずれも被接合面３２に向かうに連れて幅が増すフィレット形状を有している。ただし、被覆体１０の断面形状はこの例に限られない。図１に示した軸ＡＸに沿って見た場合、第１被覆体１０Ａは、第１角部Ｃ１に沿って連続的に延びる環状である。同様に、第２被覆体１０Ｂは、第２角部Ｃ２に沿って連続的に延びる環状である。例えば、被覆体１０は、錫、鉛および金のいずれかを主成分とする低融点合金で形成することができる。
【００３１】
第１被覆体１０Ａは、第１外面９１を覆っている。第１被覆体１０Ａは、外周面２３の一部および被接合面３２の一部も覆っている。同様に、第２被覆体１０Ｂは、第２外面９２を覆っている。第２被覆体１０Ｂは、内周面２４の一部および被接合面３２の一部も覆っている。
【００３２】
焼結体９の厚さＴは、例えば１００μｍ未満とすることができる。具体例を挙げると、厚さＴは、３０μｍである。ただし、この例に限られず、厚さＴを１００μｍ以上としてもよい。被覆体１０の高さＨは、厚さＴよりも大きい（Ｈ＞Ｔ）。説明の便宜上、図２においてはミクロンオーダーである厚さＴを大きく表しているが、高さＨや絶縁容器２および第２金具３Ｂの厚さに比べ、厚さＴが極めて小さくてもよい。
【００３３】
続いて、真空バルブ１の製造方法について説明する。  
図３は、真空バルブ１の製造方法の一部を示すフローチャートである。ここでは一例として、図１に示した接合位置ＣＰの全てに対し、焼結体９と被覆体１０による接合構造を適用する場合を想定する。
【００３４】
真空バルブ１を構成する各部材を用意した後、各接合位置ＣＰにおいて、焼結体９の元となる接合材を配置する（工程Ｐ１）。ここで用いる接合材は、例えば上述の金属ナノ粒子を有機バインダーに含有させたペーストである。このような接合材は、互いに接合される第１部材と第２部材のいずれか一方に配置（形成、塗布、印刷）すればよい。
【００３５】
工程Ｐ１の後、接合材を予備乾燥する（工程Ｐ２）。予備乾燥は、例えば接合材が配置された部材を真空雰囲気中で１００℃程度の温度に加熱することにより実施できる。なお、予備乾燥が不要な場合、工程Ｐ２が省略されてもよい。
【００３６】
工程Ｐ２の後、真空バルブ１を構成する各部材を仮組みする（工程Ｐ３）。これにより、上述した第１部材と第２部材の各組合せにおいて、第１部材と第２部材の間に接合材が配置される。
【００３７】
工程Ｐ３の後、各接合位置ＣＰにおいて、被覆体１０の元となる溶融材を接合材の周囲に配置する（工程Ｐ４）。ここでは、例えば糸状の溶融材を用いることができる。すなわち、糸状の溶融材を接合材の近傍に一重または二重以上に巻き付ける。他の例として、溶融材は、めっき等の適宜の方法により、第１部材または第２部材に予め配置（形成、成膜）されていてもよい。この場合においては、工程Ｐ４が工程Ｐ１〜Ｐ３の前に実施されてもよい。
【００３８】
ここで、第１部材および第２部材が絶縁容器２および第２金具３Ｂである場合を想定して、工程Ｐ１〜Ｐ４の具体例を挙げる。図４は、工程Ｐ１〜Ｐ３の一例を示す概略的な斜視図である。図５は、工程Ｐ４の一例を示す概略的な断面図である。
【００３９】
図４の例においては、第２金具３Ｂの被接合面３２にペーストである接合材ＣＭが配置されている。例えば、接合材ＣＭは、スクリーン印刷により被接合面３２に配置することができる。すなわち、絶縁容器２と第２金具３Ｂの接合位置に応じた開口を有するメタルマスクを被接合面３２に対して配置し、このメタルマスクの開口を通じてペースト状の接合材ＣＭを被接合面３２に配置する。
【００４０】
その後、必要に応じて工程Ｐ２の乾燥を経て、絶縁容器２を接合材ＣＭの上に押し付ける。これにより、絶縁容器２と第２金具３Ｂが仮組みされる。
【００４１】
図５の例においては、糸状の溶融材ＭＭが第１角部Ｃ１および第２角部Ｃ２のそれぞれに対し３重で配置されている。糸状の溶融材ＭＭの巻き数については、溶融材ＭＭの径や、溶融後の被覆体１０で覆うべき領域の大きさなどを考慮して適宜に定めればよい。また、第１角部Ｃ１と第２角部Ｃ２とで、溶融材ＭＭの巻き数が異なってもよい。
【００４２】
図１に示した他の接合位置ＣＰについても、図４および図５を用いて説明したものと同様の方法で接合材および溶融材を配置することができる。ただし、各接合位置ＣＰにおいて、接合材および溶融材の配置方法が異なってもよい。
【００４３】
工程Ｐ４の後、仮組みされたアセンブリを炉内に配置する（工程Ｐ５）。このアセンブリは、例えば図１に示したように真空バルブ１の各部材が仮組みされたものである。
【００４４】
その後、先ず炉内を第１温度Ｔ１に設定し、真空雰囲気中でアセンブリを所定時間にわたって加熱する（工程Ｐ６）。第１温度Ｔ１は、接合材に含まれる金属ナノ粒子の焼結に適した温度であり、かつ溶融材の融点（例えば固相線温度）未満の温度である。一例として、第１温度Ｔ１は、４００℃以下であり、好ましくは２００℃以上かつ３００℃以下である。この工程により、金属ナノ粒子が焼結し、焼結体９が形成される。
【００４５】
金属ナノ粒子は、サイズが小さくなると比表面積が大きくなる。そのため、工程Ｐ６においては、金属ナノ粒子のごく表層のみ表面エネルギーが液相と同程度まで増大し、隣接する粒子同士のネッキングが生じて緻密化される焼結反応が著しく進行するようになる。一般的な金属の固相焼結は融点の７割以上の温度で行われるが、粒子径がナノオーダーになると焼結温度が著しく低下する。これにより、比較的低温でも焼結が進行し、良好な接合状態を得ることが可能となる。
【００４６】
工程Ｐ６の後、炉内を第２温度Ｔ２に設定し、真空雰囲気中でアセンブリを所定時間にわたってさらに加熱する（工程Ｐ７）。第２温度Ｔ２は、溶融材の融点（例えば固相線温度）以上の温度である。すなわち、第２温度Ｔ２は、第１温度Ｔ１よりも高い（Ｔ２＞Ｔ１）。この工程により、溶融材が溶け、焼結体９を覆うとともに第１部材と第２部材の表面に沿って濡れ広がる。この溶融材がその後に冷やされると、図２に例示したようなフィレット形状の被覆体１０が形成される。なお、工程Ｐ７においても、接合材において金属ナノ粒子の焼結が進行する。
【００４７】
溶融材として例えば鉛９５％錫５％のはんだを用いた場合、その融点（固相線温度）は３００℃である。この場合の第１温度Ｔ１は、３００℃未満の温度、例えば２５０℃に設定することができる。また、第２温度Ｔ２は、３００℃以上の温度、例えば３５０℃に設定することができる。
【００４８】
金属ナノ粒子の焼結を進行させて粒子間の隙間を極力無くす観点から、工程Ｐ６において第１温度Ｔ１で加熱する時間は長い方が好ましい。一方、溶融材の成分と接合材の成分の反応を低減する観点から、工程Ｐ７において第２温度Ｔ２で加熱する時間は短い方が好ましい。そこで、工程Ｐ６において第１温度Ｔ１で加熱する時間を、工程Ｐ７において第２温度Ｔ２で加熱する時間より長くしてもよい。一例として、第１温度Ｔ１で加熱する時間は１〜２時間であり、第２温度Ｔ２で加熱する時間は１０〜３０分である。
【００４９】
工程Ｐ７の後、アセンブリを冷却する工程などを経て、真空バルブ１が完成する。この真空バルブ１においては、図１に示した各接合位置ＣＰの全てにおいて焼結体９と被覆体１０が形成されている。
【００５０】
以上の製造方法においては、真空バルブ１を構成する部材の全てを仮組みしたアセンブリを一度の工程Ｐ６，Ｐ７で加熱する場合を例示した。他の例として、真空バルブ１を構成する部材の一部を仮組みしたアセンブリに対して工程Ｐ６，Ｐ７の加熱を実施した後、このアセンブリに残りの部材を仮組みしたアセンブリに対して工程Ｐ６，Ｐ７の加熱を再度実施してもよい。
【００５１】
続いて、本実施形態に係る真空バルブ１およびその製造方法により得られる効果の一例について説明する。  
一般的に、真空バルブを構成する部材の接合には、ＢＡｇ−８などの銀ろうが用いられる。この場合、ろう付けに際して仮組みされたアセンブリを８００〜９００℃の高温で加熱する必要がある。絶縁容器２が酸化物系のセラミックスで形成され、各金具３Ａ，３Ｂがステンレス鋼で形成されている場合、これら材料の線膨張係数が大きく異なるため、絶縁容器２が脆性破壊される可能性がある。絶縁容器２と各金具３Ａ，３Ｂだけでなく、互いに接合される他の部材についても同様の破壊が生じ得る。
【００５２】
また、この脆性破壊を抑制するために、例えばステンレス鋼で形成された応力緩和リングが絶縁容器２と各金具３Ａ，３Ｂの間に配置されることがある。真空バルブにおいて電流を遮断する際には、各通電軸４Ａ，４Ｂおよび各電極５Ａ，５Ｂが高速で開極するため、大きな衝撃が発生する。この衝撃は、特に応力緩和リングに作用しやすい。そのため、一般的には応力緩和リングが破損しない範囲内で開極速度が決定されている。真空バルブの電流遮断能力は開極速度に依存するため、応力緩和リングが真空バルブの性能を制限する一因となる。
【００５３】
また、ろう付け時の高温に耐える必要があることから、真空バルブ１を構成する各部材には高い耐熱性が必要である。そのため、例えばアルミニウム等の軽量で安価な材料を選択することができず、真空バルブの重量が増大し、製造コストも増加する。
【００５４】
これらに対し、本実施形態においては焼結体９により各部材が接合される。この場合、上述したように、比較的低温（例えば４００℃以下）の加熱での接合が可能である。したがって、接合される部材間の線膨張係数の相違に起因した脆性破壊を抑制することができる。また、図１に示したように応力緩和リングを用いない構造を採用することも可能となる。この場合には、開極速度を速めて真空バルブ１の性能を向上させることができる。
【００５５】
真空バルブ１を構成する各部材を低温で接合できるため、上述したように第１金具３Ａ、第２金具３Ｂ、第１通電軸４Ａ、第２通電軸４Ｂ、第１コイル５１Ａおよび第２コイル５１Ｂをアルミニウム等の軽量かつ安価な材料で形成することができる。これにより、真空バルブ１の重量を低減し、製造コストも低減できる。
【００５６】
さらに、接合に際して加熱する温度を低くできるので、加熱およびその後の冷却に要する時間を短縮できるなど、真空バルブ１の製造工程に関しても利点がある。これにより、真空バルブ１の生産効率が高まるので、この観点からも製造コストを低減できる。
【００５７】
焼結体９には、元の金属ナノ粒子間の隙間がある程度残る可能性がある。例えば絶縁容器２と各金具３Ａ，３Ｂとを焼結体９で接合する場合、上記隙間が存在すれば絶縁容器２内部の気密性が低減され得る。
【００５８】
これに対し、本実施形態に係る真空バルブ１は、焼結体９の外面を覆う被覆体１０を備えている。これにより、焼結体９に上記隙間が形成された場合であっても、絶縁容器２と各金具３Ａ，３Ｂの接合部分における気密性を保つことができる。図２に示したように接合部分の内外に被覆体１０を配置すれば、より気密性を高めることができる。
【００５９】
図２に示したように被覆体１０が第１部材（例えば絶縁容器２）と第２部材（例えば第２金具３Ｂ）の一部を覆うフィレット状であれば、開極時における衝撃を緩和することができる。このような効果は、絶縁容器２と第２金具３Ｂの接合部分だけでなく、他の部材の接合部分についても同様に得ることができる。  
図３に例示した製造方法においては、先ず工程Ｐ６で焼結体９を形成し、その後に工程Ｐ７で被覆体１０を形成している。他の例として、始めから第２温度Ｔ２で加熱することにより、焼結体９と被覆体１０を同時に形成することも考えられる。ただし、この場合には、焼結体９の元となる接合材に含まれる材料と、被覆体１０の元となる溶融材に含まれる材料とが反応し、脆性の化合物が生じて真空バルブ１の機械的強度が低下する可能性がある。
【００６０】
一方、先ず溶融材が溶けない第１温度Ｔ１で焼結体９を形成し、その後により高温の第２温度Ｔ２で溶融材を溶かす場合には、上記脆性の化合物が生じにくい。これにより、真空バルブ１の機械的強度を高めることができる。
【００６１】
このように、本実施形態に係る真空バルブ１においては、各部材の接合構造および製造方法を改善することにより、種々の好適な効果を得ることができる。
【００６２】
［第２実施形態］  
第２実施形態について説明する。第１実施形態と同一または類似する要素には同一の符号を付して説明を省略する。  
図６は、第２実施形態に係る真空バルブ１００の概略的な断面図である。この真空バルブ１００は、セラミックス製の絶縁容器２に代えて、樹脂製の絶縁容器１１０を備えている。さらに、真空バルブ１００は、絶縁容器１１０、第１金具３Ａおよび第２金具３Ｂの周囲を覆う絶縁性の樹脂層１２０を備えている。
【００６３】
上述のように焼結体９を用いて各部材を接合する場合には、製造時の加熱温度を低減できる。したがって、セラミックスよりも耐熱性が低い樹脂材料の絶縁容器１１０を用いることが可能となる。これにより、真空バルブ１００の一層の軽量化と製造コストの低減を実現できる。絶縁容器１１０を形成する樹脂材料は、製造時の加熱に耐え得るものであれば、熱硬化性樹脂であってもよいし、熱可塑性樹脂であってもよい。
【００６４】
絶縁容器１１０の厚さは、例えば７．５ｍｍ以上とすることが好ましい。これにより、開極時または閉極時における衝撃に耐え得る強度が実現されるとともに、絶縁容器１１０の気体の透過を好適に抑制できる。また、絶縁容器１１０の厚さは、例えば１５ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、真空バルブ１を小型化できる。
【００６５】
樹脂層１２０は、例えばエポキシ樹脂にて形成することができる。樹脂層１２０を設けることで、真空バルブ１００と外部との絶縁性を高めることができる。
【００６６】
なお、仮に樹脂層１２０をセラミックス製の絶縁容器の周囲に設ける場合、両者が剥離しないように、シランカップリング剤等で絶縁容器の外周面に表面処理を施す必要がある。これに対し、樹脂製の絶縁容器１１０を用いる場合、絶縁容器１１０と樹脂層１２０が剥離しにくいことから、当該表面処理を省略することができる。特に、絶縁容器１１０として熱硬化性樹脂を用いる場合、熱硬化性樹脂が他の樹脂との親和性が高いことから、絶縁容器１１０と樹脂層１２０とをより強力に固着することができる。これにより、真空バルブ１００の信頼性が向上する。
【００６７】
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。
【００６８】
例えば、第１実施形態においては、第１金具３Ａ、第２金具３Ｂ、第１通電軸４Ａ、第２通電軸４Ｂ、第１コイル５１Ａおよび第２コイル５１Ｂがアルミニウムで形成できると述べた。ただし、これら全ての部材がアルミニウムで形成される必要はなく、少なくとも一つがアルミニウムで形成されれば真空バルブ１の軽量化と製造コストの低減の効果が得られる。
【００６９】
また、図１および図６に複数の接合位置ＣＰを示したが、これら全ての接合位置ＣＰに対して焼結体９を用いた接合方法が適用される必要はない。また、図１および図６に示した接合位置ＣＰにおいて、焼結体９を用いて接合されているが被覆体１０が設けられていない接合位置があってもよい。
【００７０】
第１実施形態においては、当該実施形態の構成によれば応力緩和リングを用いない構造を採用可能であると述べた。しかしながら、この記載は、必ずしも真空バルブ１が応力緩和リングを備えないことを意図したものではない。さらに、真空バルブ１が応力緩和リングを備える場合において、当該リングと絶縁容器２や、当該リングと各金具３Ａ，３Ｂを、焼結体９を用いて接合してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１，１００…真空バルブ、２，１１０…絶縁容器、３Ａ，３Ｂ…金具、４Ａ，４Ｂ…通電軸、５Ａ，５Ｂ…電極、６…シールド、７…ベローズ、８…カバー、９…焼結体、１０…被覆体、５１Ａ，５１Ｂ…コイル、５２Ａ，５２Ｂ…接点、ＣＰ…接合位置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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