釉薬層付きセラミック絶縁体
【課題】比較的安価に製造できるにもかかわらず優れた沿面耐電圧を維持できる釉薬層付きセラミック絶縁部品を提供すること。
【解決手段】本発明の釉薬層付きセラミック絶縁体１０は、絶縁性セラミック製の筒状本体１１の外周面１２に釉薬層７１が形成されたものであって、筒状本体１１の軸方向Ｆ１に電圧が印加される。外周面１２における複数の位置には複数の粒子状絶縁物８１が配置される。複数の粒子状絶縁物８１は、絶縁体外表面に凹凸８２が存在した状態で釉薬層７１を介して外周面１２に保持固定されている。
【解決手段】本発明の釉薬層付きセラミック絶縁体１０は、絶縁性セラミック製の筒状本体１１の外周面１２に釉薬層７１が形成されたものであって、筒状本体１１の軸方向Ｆ１に電圧が印加される。外周面１２における複数の位置には複数の粒子状絶縁物８１が配置される。複数の粒子状絶縁物８１は、絶縁体外表面に凹凸８２が存在した状態で釉薬層７１を介して外周面１２に保持固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空スイッチ容器の外囲器等に使用される釉薬層付きセラミック絶縁体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高電圧負荷への電流供給を開閉するためのスイッチとして、真空スイッチがよく知られている。一般的に真空スイッチでは、電流遮断に伴う火花発生やその後の放電短絡を防止して十分な絶縁性を確保するために、セラミック製の容器（外囲器）に接点部分を収納し、容器内部を真空減圧状態にした構造を採用している。
【０００３】
この種の容器においては、例えばアルミナ等のような絶縁性セラミック製の筒状本体が使用される。筒状本体の外周面には、通常、沿面放電短絡に対する絶縁耐電圧を向上させるためにガラス質の釉薬層が形成される。この釉薬層には、容器外周面を平滑化して汚れの付着を防止する役割があるほか、容器の化学的強度あるいは機械的強度を高める役割がある。また、容器外周面に鍔状の凸部や波状のコルゲーション（以下、単に「鍔」と記す。）を設けて沿面絶縁距離を確保し、これにより沿面放電短絡に対する絶縁耐電圧（以下、単に「沿面耐電圧」と記す。）の向上を図ることも従来提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００４】
このような釉薬層付きのセラミック製の容器は、例えば次のような手順で製造される。成形型内にセラミック粉を配置して加圧するプレス成形を行い、筒状のセラミック成形体を作製する。次に、このセラミック成形体を切削加工して外周面に鍔を形成し、全体的にその形状を整える。さらに、鍔形成後のセラミック成形体を焼成し、セラミック製の容器となるべきセラミック焼結体を得る。この後、セラミック焼結体の外表面にスラリー状の釉薬を塗布してさらに焼成することにより、釉薬を焼き付けて釉薬層付きのセラミック焼結体とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４９３５３号公報
【特許文献２】特開平８−３２１２６１号公報
【特許文献３】特開２００１−８９２６８号公報
【特許文献４】特開２００１−２２０２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記従来技術においては、セラミック成形体をあらかじめ大きめに作製しておき、それに対して切削加工を行うことで鍔を形成していたため、工数が増えるという欠点があった。しかも、切削加工によりセラミック材料が削り取られるため、材料のロスが多いという欠点があった。従って、セラミック製の容器を安価に製造することが困難であった。
【０００７】
また、セラミック成形体に鍔を加工形成する技術のほか、例えばセラミック焼結の外表面をブラスト処理などにより粗化して表面粗度を粗くする技術が従来提案されている。しかしながら、この技術によると、容器表面に汚れが付着しやすくなるばかりでなく、その付着した汚れを容易に除去できなくなるという欠点があった。よって、結局のところ沿面耐電圧の低下を来すという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的安価に製造できるにもかかわらず優れた沿面耐電圧を維持できる釉薬層付きセラミック絶縁体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして上記課題を解決するための手段としては、絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、前記外周面における複数の位置に複数の粒子状絶縁物が配置されるとともに、前記複数の粒子状絶縁物が、絶縁体外表面に凹凸が存在した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されていることを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体がある。
【００１０】
従って、上記手段の発明によると、複数の粒子状絶縁物を設けたことにより、絶縁体外表面に凹凸が存在した状態となるので、鍔を設けたときと同様に沿面絶縁距離が確保される。よって、沿面耐電圧が確実に向上する。また、釉薬層を介して複数の粒子状絶縁物を外周面に保持固定させているため、成形体に鍔を形成するための切削加工が不要になる。ゆえに、工数増が回避されるとともに、セラミック材料のロスを減らすことができる。
【００１１】
以上のように、上記手段の発明によると、比較的安価に製造できるにもかかわらず優れた沿面耐電圧を維持できる釉薬層付きセラミック絶縁体を提供することができる。
【００１２】
以下、本発明の釉薬層付きセラミック絶縁体について説明する。
【００１３】
この釉薬層付きセラミック絶縁体は、絶縁性セラミック製の筒状本体を主体として構成されている。筒状本体を形成している絶縁性セラミックは特に限定されず任意に選択可能であるが、例えばアルミナ系セラミックなどが好適である。勿論、用途に応じてアルミナ系以外のセラミック材料（例えばベリリア系やイットリア系のセラミック材料など）を選択することもできる。
【００１４】
また、筒状本体の外周面には釉薬層が形成されている。釉薬層は、二酸化珪素（シリカ：ＳｉＯ２）、酸化鉛（Ｐｂ３Ｏ４）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）等の主成分に、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）、酸化ほう素（Ｂ２Ｏ３）、酸化二ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）等を、１種類または２種類以上混合することによって形成される。また、釉薬層に、クロム酸鉛（ＰｂＣｒＯ４）、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）等の金属成分を添加することも可能である。
【００１５】
なお、本発明において釉薬層は、それ自体が沿面耐電圧の向上に寄与するばかりでなく、筒状本体の外周面に複数の粒子状絶縁物を確実に保持固定させる役割を果たしている。
【００１６】
また、前記粒子状絶縁物が存在しない箇所における前記釉薬層の厚さは特に限定されないが、例えば、５０μｍ以上２５０μｍ以下、特には、１５０μｍ以上２００μｍ以下であることがよい。仮に、釉薬層の厚さが５０μｍ未満であると、釉薬層が薄くなりすぎるため、釉薬層の強度が低下して破損する可能性がある。一方、釉薬層の厚さを２５０μｍよりも大きくすると、釉薬層を構成する材料のロスが多くなってしまう。
【００１７】
ここで、前記粒子状絶縁物の形状は特に限定されないが、例えば、球形状、円柱状、多面体状（立方体状等）などが挙げられる。しかし、粒子状絶縁物は、例えば球形状絶縁物であることが好ましい。このようにすれば、絶縁体外表面が平滑化されるため、絶縁体外表面に汚れが付着しにくくなり、沿面耐電圧の向上に寄与することができる。なお、球形状絶縁物は、前記釉薬層形成時の焼成温度に耐えうる無機材料からなることがよい。焼成温度に耐えうる無機材料からなる球形状絶縁物としては、例えば、セラミックからなるセラミック球や、ガラスからなるガラス球などが挙げられるが、特にはガラス球であることが好ましい。このようにすれば、粒子状絶縁物を、一般的にセラミックと比較して安価な材料（ガラス）によって形成することができる。しかも、釉薬には一般的にガラス成分が含まれているため、粒子状絶縁物をガラス球にすれば、粒子状絶縁物と釉薬層との馴染みが良くなる。よって、粒子状絶縁物を筒状本体の外周面に強固に固定することができる。
【００１８】
また、前記粒子状絶縁物の直径は特に限定されないが、前記釉薬層の厚さよりも大きいことがよく、例えば０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがよい。仮に、粒子状絶縁物の直径が０．２ｍｍ未満であると、粒子状絶縁物の直径が釉薬層の厚さよりも小さくなり、絶縁体外表面に凹凸が存在しなくなる可能性がある。その結果、沿面絶縁距離を十分に確保できなくなり、沿面耐電圧の向上を図ることができなくなってしまう。一方、粒子状絶縁物の直径が５ｍｍよりも大きくなると、粒子状絶縁物が重くなるため、粒子状絶縁物が筒状本体の外周面から脱落しやすくなる。
【００１９】
さらに、前記釉薬層の表面から前記粒子状絶縁物の一部が露出するとともに、前記釉薬層と前記粒子状絶縁物とを繋ぐ境界部分の形状が曲線形状であってもよい。このようにした場合、釉薬層の表面と粒子状絶縁物の露出面とを含む絶縁体外表面全体が平滑になるため、絶縁体外表面に汚れが付着しにくくなり、沿面耐電圧の向上に寄与することができる。
【００２０】
なお、前記複数の粒子状絶縁物は、前記筒状本体の外周面全域にわたって散点的にかつ均等に配置されていてもよい。ここで、複数の粒子状絶縁物を散点的にかつ均等に配置する具体例としては、前記複数の粒子状絶縁物を、前記軸方向と交差する方向に沿って等しい間隔をもって帯状に配列するとともに、前記複数の粒子状絶縁物からなる列を複数設けることなどが挙げられる。このようにした場合、前記凹凸が前記筒状本体の外周面全周にわたって存在するため、筒状本体の外周面において、筒状本体の軸方向に沿った任意の線上に粒子状絶縁物が存在する可能性が高くなる。特に、前記複数の粒子状絶縁物からなる列が複数設けられている場合、隣接する列に属する前記複数の粒子状絶縁物同士は、互いに前記軸方向に並ばないように周方向にオフセットして配置されていることが好ましい。このようにすれば、筒状本体の外周面において、筒状本体の軸方向に沿った任意の線上に粒子状絶縁物が存在する可能性がよりいっそう高くなる。その結果、筒状本体の外周面のどの部分においても、沿面絶縁距離が確保されるため、沿面耐電圧がより確実に向上する。
【００２１】
なお、前記筒状本体の両端面に導体金属部が設けられていてもよい。このようにした場合、本発明の釉薬層付きセラミック絶縁体によって導体金属部間の放電短絡を防止することができる。さらに、釉薬層付きセラミック絶縁体は、真空スイッチ容器の外囲器として用いられていてもよい。このようにした場合、釉薬層付きセラミック絶縁体によって、電流遮断に伴う火花発生やその後の放電短絡を防止して十分な絶縁性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の真空スイッチを示す概略断面図。
【図２】セラミック絶縁容器を示す要部断面図。
【図３】ガラス球の配置態様を示す説明図。
【図４】図３のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線における断面図。
【図５】実施例１〜５及び比較例１，２を示す図表。
【図６】比較例１のセラミック絶縁容器を示す要部断面図。
【図７】比較例２のセラミック絶縁容器を示す要部断面図。
【図８】他の実施形態におけるガラス球の配置態様を示す説明図。
【図９】他の実施形態におけるガラス球の配置態様を示す説明図。
【図１０】他の実施形態におけるガラス球及び釉薬層を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を真空スイッチに具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２４】
図１に示されるように、真空スイッチ１は、真空スイッチ容器の外囲器として用いられるセラミック絶縁容器１０（釉薬層付きセラミック絶縁体）を備えている。セラミック絶縁容器１０は、絶縁性セラミック製の筒状本体１１を備えている。詳述すると、筒状本体１１は、アルミナ（９２重量％）を含有するアルミナ系セラミックの焼結体からなっている。本実施形態において、筒状本体１１の熱膨張係数は７．５ｐｐｍ／℃となっている。なお、筒状本体１１の熱膨張係数は、３０℃〜７００℃間の測定値の平均値をいう。
【００２５】
また、筒状本体１１は、上端面１５及び下端面１６にて開口する円筒状をなし、外径が６０ｍｍ、内径が５０ｍｍ、高さ（筒状本体１１の軸方向Ｆ１における長さＬ１）が９０ｍｍに設定されている。さらに、筒状本体１１の内周面１３には、筒状をなす金属製のアークシールド６１がロウ材層６２を介して接合されている。
【００２６】
図１に示されるように、筒状本体１１には、筒状本体１１の上端面１５側の開口部を塞ぐ第１導体金属板２（導体金属部）と、筒状本体１１の下端面１６側の開口部を塞ぐ第２導体金属板３（導体金属部）とが取り付けられている。導体金属板２，３は、円板状をなし、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金であるコバール（ウェスティングハウス社の登録商標）によって形成されている。
【００２７】
そして、第１導体金属板２には、導電金属からなる固定電極４が取り付けられている。固定電極４は、第１導体金属板２の中央部を貫通して第１導体金属板２に固定される固定軸４１と、固定軸４１の先端側に接続される固定側接点４２とを備えている。一方、第２導体金属板３には、導電金属からなる可動電極５が取り付けられている。可動電極５は、第２導体金属板３の中央部を貫通する可動軸５１と、可動軸５１の先端側に接続される可動側接点５２とを備えている。なお、可動電極５は、蛇腹状の金属ベローズ５３によって、固定電極４に対して接近または離間するようになっている。これに伴い、可動側接点５２は、固定側接点４２に対して当接または離間するようになる。そして、可動側接点５２が固定側接点４２に当接すると、筒状本体１１の軸方向Ｆ１に電流が流れるようになる。
【００２８】
図１に示されるように、両接点４２，５２は、アークシールド６１の内部に配置されている。なお、アークシールド６１は、電圧印加時に接点４２，５２から発生した金属蒸気が内周面１３に付着することを防止して、筒状本体１１の絶縁性低下を防止する機能を有している。また、金属ベローズ５３は、ベローズカバー５４によって覆われている。ベローズカバー５４は、金属蒸気が金属ベローズ５３に付着することを防止する機能を有している。
【００２９】
図１〜図４に示されるように、筒状本体１１の外周面１２の略全体には、釉薬層７１が形成されている。釉薬層７１は、二酸化珪素（シリカ換算にて６０〜７４重量％）や酸化アルミニウム（アルミナ換算にて１６〜３０重量％）などのガラス成分を含有するガラスセラミックとして形成された層である。本実施形態において、釉薬層７１の熱膨張係数は４．７ｐｐｍ／℃となっている。なお、釉薬層７１の熱膨張係数は、３０℃〜７００℃間の測定値の平均値をいう。また、釉薬層７１の厚さＡ１（図４参照）は、後述するガラス球８１が存在しない箇所において２００μｍに設定されている。さらに、釉薬層７１の表面粗さＲａは約０．２μｍ以下に設定されている。なお、本明細書で述べられている「表面粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で定義されている算術平均粗さＲａである。表面粗さＲａの測定方法はＪＩＳ Ｂ０６５１に準じるものとする。
【００３０】
図１〜図４に示されるように、筒状本体１１の外周面１２における複数の位置には、複数のガラス球８１（粒子状絶縁物）が配置されている。各ガラス球８１は、釉薬層７１形成時の焼成温度（本実施形態では約１４００℃）に耐えうる無機材料（ガラス）からなる球形状絶縁物である。本実施形態において、ガラス球８１の熱膨張係数は０．９ｐｐｍ／℃となっている。なお、ガラス球８１の熱膨張係数は、０℃〜ガラス転移温度（Ｔｇ）間の測定値の平均値をいう。また、ガラス球８１の融点は、釉薬層７１に含まれているガラス成分の融点（即ち、釉薬の焼成温度）よりも高くなっており、本実施形態において１５００℃に設定されている。
【００３１】
図４に示されるように、各ガラス球８１の直径Ａ２は、釉薬層７１の厚さＡ１（２００μｍ）よりも大きくなっており、本実施形態において２ｍｍに設定されている。さらに、各ガラス球８１の表面粗さＲａは約０．１μｍ以下に設定されている。そして、各ガラス球８１は、絶縁体外表面に凹凸８２が存在した状態で、釉薬層７１を介して外周面１２に保持固定される。このとき、釉薬層７１の表面からガラス球８１の一部が突出（露出）する一方、ガラス球８１の大部分は釉薬層７１内に埋没している。そして、釉薬層７１とガラス球８１とを繋ぐ境界部分Ａ３の形状は、曲線形状となる。
【００３２】
なお図３，図４に示されるように、各ガラス球８１は、筒状本体１１の外周面１２全域にわたって散点的にかつ均等に配置されている。これに伴い、凹凸８２は、筒状本体１１の外周面１２全周にわたって存在するようになっている。詳述すると、外周面１２には、複数のガラス球８１からなるガラス球列８３が複数設けられている。各ガラス球列８３は、筒状本体１１の周方向Ｆ２（図３参照）に対して所定角度（本実施形態では６０°）だけ傾斜している。また、各ガラス球列８３を構成するガラス球８１は、軸方向Ｆ１と交差する方向（本実施形態では、図３に示す仮想線Ｌ３に沿った方向）に沿って、ガラス球８１の直径Ａ２と等しい間隔をもって帯状に配列（列設）されている。さらに、隣接するガラス球列８３に属するガラス球８１同士は、互いに周方向Ｆ２に沿って配列されている。しかも、隣接するガラス球列８３に属するガラス球８１同士は、互いに軸方向Ｆ１に並ばないように周方向Ｆ２にオフセットして配置されている。そして、周方向Ｆ２に沿って隣接するガラス球８１の中心間距離（ピッチ）は、ガラス球８１の直径Ａ２と等しくなるように設定されている（図４参照）。よって、外周面１２において、軸方向Ｆ１に沿った線上（複数の電圧印加方向に沿った任意の線上）には、必ずガラス球８１が存在するようになる。従って、ガラス球８１及び釉薬層７１の表面の沿面距離（筒状本体１１の上端から下端までの長さ）は、外周面１２におけるどの位置においても、軸方向Ｆ１における長さＬ１（高さ）よりも大きくなるように設定される。
【００３３】
次に、真空スイッチ１の製造方法を説明する。
【００３４】
まず、筒状本体１１を作製する。即ち、アルミナセラミック粉末に、焼結助剤粉末、有機バインダ及び溶媒を加えて湿式混合する。その後、得られた混合物をスプレー噴霧等により造粒して成形用素地粉末を作る。次に、成形型内に成形用素地粉末を充填して加圧するプレス成形（一軸加圧プレス等）を行った後、必要に応じて端面に切削加工を施すことにより、セラミック成形体を得る。なお、セラミック成形体は、上端面及び下端面にて開口する円筒状をなし、外径が７２ｍｍ、内径が６０ｍｍ、高さが１０８ｍｍに設定されている。そして、そのセラミック成形体を大気炉に入れて所定温度（本実施形態では約１６００℃）で焼成することにより、アルミナ系セラミックの焼結体からなる筒状本体１１を得る。
【００３５】
また、以下の手順で釉薬スラリーを調製する。まず、複数の成分源粉末、具体的には、二酸化珪素粉末（シリカ換算にて６０〜７４重量％）、酸化アルミニウム粉末（アルミナ換算にて１６〜３０重量％）、及び、酸化カリウム粉末（酸化カリウム換算にて２０重量％以下）を混合する。さらに、得られた成分源粉末の混合物に、水あるいはこれに適量の溶媒を配合したものを加え、粉砕機等により粉砕及び混合することにより、釉薬スラリーを得る。なお、成分源粉末として、焼成により酸化物に転化する金属塩類（無水炭酸カリウム等）、あるいはそれらを主体とする鉱物類（石灰石、珪石等）を用いてもよい。また、複数種類のカチオンを含有する複合酸化物や複塩類、あるいはそれらを主体とする天然または合成の鉱物類（例えば、長石やカオリン等）を用いてもよい。
【００３６】
次に、得られた釉薬スラリーを噴霧器から筒状本体１１の外周面１２に対して噴霧し、下地層を形成する。さらに、下地層の表面に、複数のガラス球８１を付着させる。この状態において、釉薬スラリーを噴霧器から下地層の表面に対して重ねて噴霧することにより、釉薬スラリー層を形成する。その結果、ガラス球８１の大部分が釉薬スラリー層内に埋没する。そして、この筒状本体１１を大気炉に入れて所定温度（本実施形態では約１４００℃）で焼成することにより、釉薬スラリー層が釉薬層７１になるとともに、各ガラス球８１が互いに固着して移動不能となる。
【００３７】
その後、筒状本体１１に対して、固定電極４や可動電極５などの部品を組み付ければ、真空スイッチ１が完成する。
【００３８】
次に、真空スイッチが備えるセラミック絶縁容器の評価方法及びその結果を説明する。
【００３９】
まず、図５に示されるように、複数の測定用サンプルを次のように準備した。外周面に直径２ｍｍのガラス球を配置した筒状本体を準備し、筒状本体の両端面（上端面及び下端面）を研磨した。次に、上端面上及び下端面上にそれぞれメタライズペーストを印刷し、所定温度で所定時間焼成を行うことにより、メタライズ層を形成した。さらに、得られたメタライズ層に対して電解ニッケルめっきを行い、各メタライズ層の上にニッケルめっき層を形成した。その結果、得られたセラミック絶縁容器を実施例１とした。なお、実施例１の筒状本体は、本実施形態の筒状本体１１と同じものである。
【００４０】
また、実施例１において、ガラス球の直径を０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍに変更したセラミック絶縁容器を準備し、それぞれ実施例２，３，４，５とした。さらに、実施例１において、ガラス球を省略したセラミック絶縁容器１１０（図６参照）を準備し、これを比較例１とした。また、実施例１において、筒状本体１１の外周面１２に、ガラス球の代わりに複数の鍔１１２を設けることにより、筒状本体１１の外周面１２側を断面波形状に変更したセラミック絶縁容器１１１（図７参照）を準備し、これを比較例２とした。
【００４１】
そして、準備した実施例１〜５及び比較例１，２の各測定用サンプルを使用し、以下の手順に従って絶縁性の実験を行った。詳述すると、各測定用サンプルを大気中に配置し、各測定用サンプルの筒状本体の両端面に形成されたメタライズ層（及びニッケルめっき層）間に、電圧（６０Ｈｚの交流電圧）を印加した。そして、印加されている電圧を徐々に上昇させ、その絶縁破壊電圧（短絡電圧）を測定した。なお、絶縁破壊電圧の測定を３回繰り返し、その平均値を算出した。
【００４２】
その結果、比較例１では、絶縁破壊電圧の平均値が５２．７ｋＶとなった。即ち、比較例１では、絶縁破壊電圧の平均値が５５ｋＶ未満となったため、セラミック絶縁容器１１０の沿面耐電圧が低すぎることが確認された。一方、実施例１では絶縁破壊電圧の平均値が６１．３ｋＶとなり、実施例２では絶縁破壊電圧の平均値が５６．７ｋＶとなり、実施例３では絶縁破壊電圧の平均値が５８．７ｋＶとなり、実施例４では絶縁破壊電圧の平均値が６６．０ｋＶとなり、実施例５では絶縁破壊電圧の平均値が６４．０ｋＶとなった。また、比較例２では、絶縁破壊電圧の平均値が６６．７ｋＶとなった。即ち、実施例１〜５及び比較例２では、絶縁破壊電圧の平均値が５５ｋＶ以上となるため、セラミック絶縁容器の沿面耐電圧が十分に維持されることが確認された。従って、筒状本体の外周面にガラス球を配置した場合や、外周面を凹凸を有する形状に変更した場合には、絶縁破壊電圧の平均値が高くなることが証明された。
【００４３】
また、各測定用サンプルの状態を観察し、セラミック絶縁容器の外観（具体的には、ガラス球の状態）に異常があるかないかを確認した。
【００４４】
このように観察した結果、実施例５では、ガラス球がセラミック絶縁容器の外周面から垂れ落ちていることが確認された（図５参照）。一方、実施例１〜４では、ガラス球に特に異常は見られなかった。なお、比較例１，２では、ガラス球自体が存在していないため、当然異常は見られなかった。従って、ガラス球の直径を０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下にすれば、ガラス球の垂れ落ちを防止できることが証明された。
【００４５】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４６】
（１）本実施形態のセラミック絶縁容器１０によれば、筒状本体１１の外周面１２に複数のガラス球８１を設けたことにより、絶縁体外表面に凹凸８２が存在した状態となるので、鍔１１２（図７参照）を設けたときと同様に沿面絶縁距離が確保される。よって、沿面耐電圧が確実に向上する。また、釉薬層７１を介して複数のガラス球８１を外周面１２に保持固定させているため、セラミック成形体に鍔１１２を形成するための切削加工が不要になる。ゆえに、工数増が回避されるとともに、セラミック材料のロスを減らすことができる。
【００４７】
以上のように、本実施形態によると、比較的安価に製造できるにもかかわらず優れた沿面耐電圧を維持できるセラミック絶縁容器１０を提供することができる。
【００４８】
（２）本実施形態では、釉薬層７１の表面からガラス球８１の一部が露出するとともに、釉薬層７１とガラス球８１とを繋ぐ境界部分Ａ３（図４参照）の形状が曲線形状となっている。その結果、釉薬層７１の表面とガラス球８１の露出面とを含む絶縁体外表面全体が平滑になるため、絶縁体外表面に汚れが付着しにくくなり、沿面耐電圧の向上に寄与することができる。
【００４９】
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、複数のガラス球８１からなるガラス球列８３が外周面１２に複数設けられ、各ガラス球列８３が筒状本体１１の周方向Ｆ２に対して所定角度（６０°）だけ傾斜したセラミック絶縁容器１０が用いられていた。しかし、ガラス球列８３の配置態様を変更したセラミック絶縁容器を用いてもよい。例えば、図８に示されるように、ガラス球列１８３の数を上記実施形態のガラス球列８３の数よりも少なくするとともに、隣接するガラス球列１８３同士の間隔を上記実施形態の場合よりも大きくしたセラミック絶縁容器２１０を用いてもよい。また、図９に示されるように、各ガラス球列２８３を筒状本体２１１の周方向Ｆ２と平行に配置したセラミック絶縁容器３１０を用いてもよい。なお、図８，図９に示されるように、ガラス球列１８３，２８３を構成するガラス球１８１，２８１を、上記実施形態の場合（ガラス球８１の直径Ａ２と等しい間隔）よりも小さい間隔を持って配列することが好ましい。このようにすれば、軸方向Ｆ１に沿った線上（複数の電圧印加方向に沿った任意の線上）に、必ずガラス球１８１，２８１が存在するようになる。
【００５１】
・上記実施形態では、釉薬層７１の表面からガラス球８１の一部が露出するとともに、釉薬層７１とガラス球８１とを繋ぐ境界部分Ａ３（図４参照）の形状が曲線形状となるセラミック絶縁容器１０が用いられていた。しかし、図１０に示されるように、ガラス球３８１が釉薬層３７１内に埋没しているセラミック絶縁容器４１０を用いてもよい。
【００５２】
・上記実施形態の釉薬層付きセラミック絶縁体は、真空スイッチ容器の外囲器（セラミック絶縁容器１０）として用いられていたが、釉薬層付きセラミック絶縁体を他の用途に用いてもよい。例えば、釉薬層付きセラミック絶縁体を、絶縁碍子の本体を構成する硬質磁器や、真空バルブのセラミック絶縁容器などとして用いてもよい。
【００５３】
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００５４】
（１）絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、前記外周面における複数の位置に、前記釉薬層形成時の焼成温度に耐えうる複数のガラス球が配置されるとともに、前記複数のガラス球が、絶縁体外表面に凹凸を有した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されており、前記ガラス球の融点が、前記釉薬層に含まれているガラス成分の融点よりも高いことを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体。
【００５５】
（２）絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、前記外周面における複数の位置に複数の粒子状絶縁物が配置されるとともに、前記複数の粒子状絶縁物が、絶縁体外表面に凹凸を有した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されており、前記粒子状絶縁物及び前記釉薬層の表面の沿面距離が、前記外周面における任意の位置において、前記筒状本体の軸方向における長さよりも大きくなるように設定されていることを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体。
【００５６】
（３）絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、前記外周面における複数の位置に複数の粒子状絶縁物が配置されるとともに、前記複数の粒子状絶縁物が、絶縁体外表面に凹凸を有した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されており、前記筒状本体の外周面において、前記軸方向に沿った線上に必ず前記複数の粒子状絶縁物が存在していることを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体。
【００５７】
（４）絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、前記外周面における複数の位置に複数の粒子状絶縁物が配置されるとともに、前記複数の粒子状絶縁物が、絶縁体外表面に凹凸を有した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されており、前記粒子状絶縁物は前記釉薬層内に埋没していることを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体。
【符号の説明】
【００５８】
２…導体金属部としての第１導体金属板
３…導体金属部としての第２導体金属板
１０，２１０，３１０，４１０…釉薬層付きセラミック絶縁体（セラミック絶縁体）としてのセラミック絶縁容器
１１，２１１…筒状本体
１２…外周面
１５…端面としての上端面
１６…端面としての下端面
７１，３７１…釉薬層
８１，１８１，２８１，３８１…粒子状絶縁物としてのガラス球
８２…凹凸
８３，１８３，２８３…複数の粒子状絶縁物からなる列としてのガラス球列
Ａ１…釉薬層の厚さ
Ａ２…粒子状絶縁物の直径
Ａ３…境界部分
Ｆ１…筒状本体の軸方向
Ｆ２…筒状本体の周方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空スイッチ容器の外囲器等に使用される釉薬層付きセラミック絶縁体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高電圧負荷への電流供給を開閉するためのスイッチとして、真空スイッチがよく知られている。一般的に真空スイッチでは、電流遮断に伴う火花発生やその後の放電短絡を防止して十分な絶縁性を確保するために、セラミック製の容器（外囲器）に接点部分を収納し、容器内部を真空減圧状態にした構造を採用している。
【０００３】
この種の容器においては、例えばアルミナ等のような絶縁性セラミック製の筒状本体が使用される。筒状本体の外周面には、通常、沿面放電短絡に対する絶縁耐電圧を向上させるためにガラス質の釉薬層が形成される。この釉薬層には、容器外周面を平滑化して汚れの付着を防止する役割があるほか、容器の化学的強度あるいは機械的強度を高める役割がある。また、容器外周面に鍔状の凸部や波状のコルゲーション（以下、単に「鍔」と記す。）を設けて沿面絶縁距離を確保し、これにより沿面放電短絡に対する絶縁耐電圧（以下、単に「沿面耐電圧」と記す。）の向上を図ることも従来提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００４】
このような釉薬層付きのセラミック製の容器は、例えば次のような手順で製造される。成形型内にセラミック粉を配置して加圧するプレス成形を行い、筒状のセラミック成形体を作製する。次に、このセラミック成形体を切削加工して外周面に鍔を形成し、全体的にその形状を整える。さらに、鍔形成後のセラミック成形体を焼成し、セラミック製の容器となるべきセラミック焼結体を得る。この後、セラミック焼結体の外表面にスラリー状の釉薬を塗布してさらに焼成することにより、釉薬を焼き付けて釉薬層付きのセラミック焼結体とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２４９３５３号公報
【特許文献２】特開平８−３２１２６１号公報
【特許文献３】特開２００１−８９２６８号公報
【特許文献４】特開２００１−２２０２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記従来技術においては、セラミック成形体をあらかじめ大きめに作製しておき、それに対して切削加工を行うことで鍔を形成していたため、工数が増えるという欠点があった。しかも、切削加工によりセラミック材料が削り取られるため、材料のロスが多いという欠点があった。従って、セラミック製の容器を安価に製造することが困難であった。
【０００７】
また、セラミック成形体に鍔を加工形成する技術のほか、例えばセラミック焼結の外表面をブラスト処理などにより粗化して表面粗度を粗くする技術が従来提案されている。しかしながら、この技術によると、容器表面に汚れが付着しやすくなるばかりでなく、その付着した汚れを容易に除去できなくなるという欠点があった。よって、結局のところ沿面耐電圧の低下を来すという問題があった。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的安価に製造できるにもかかわらず優れた沿面耐電圧を維持できる釉薬層付きセラミック絶縁体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そして上記課題を解決するための手段としては、絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、前記外周面における複数の位置に複数の粒子状絶縁物が配置されるとともに、前記複数の粒子状絶縁物が、絶縁体外表面に凹凸が存在した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されていることを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体がある。
【００１０】
従って、上記手段の発明によると、複数の粒子状絶縁物を設けたことにより、絶縁体外表面に凹凸が存在した状態となるので、鍔を設けたときと同様に沿面絶縁距離が確保される。よって、沿面耐電圧が確実に向上する。また、釉薬層を介して複数の粒子状絶縁物を外周面に保持固定させているため、成形体に鍔を形成するための切削加工が不要になる。ゆえに、工数増が回避されるとともに、セラミック材料のロスを減らすことができる。
【００１１】
以上のように、上記手段の発明によると、比較的安価に製造できるにもかかわらず優れた沿面耐電圧を維持できる釉薬層付きセラミック絶縁体を提供することができる。
【００１２】
以下、本発明の釉薬層付きセラミック絶縁体について説明する。
【００１３】
この釉薬層付きセラミック絶縁体は、絶縁性セラミック製の筒状本体を主体として構成されている。筒状本体を形成している絶縁性セラミックは特に限定されず任意に選択可能であるが、例えばアルミナ系セラミックなどが好適である。勿論、用途に応じてアルミナ系以外のセラミック材料（例えばベリリア系やイットリア系のセラミック材料など）を選択することもできる。
【００１４】
また、筒状本体の外周面には釉薬層が形成されている。釉薬層は、二酸化珪素（シリカ：ＳｉＯ２）、酸化鉛（Ｐｂ３Ｏ４）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）等の主成分に、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）、酸化ほう素（Ｂ２Ｏ３）、酸化二ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化鉛（ＰｂＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ３）等を、１種類または２種類以上混合することによって形成される。また、釉薬層に、クロム酸鉛（ＰｂＣｒＯ４）、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）等の金属成分を添加することも可能である。
【００１５】
なお、本発明において釉薬層は、それ自体が沿面耐電圧の向上に寄与するばかりでなく、筒状本体の外周面に複数の粒子状絶縁物を確実に保持固定させる役割を果たしている。
【００１６】
また、前記粒子状絶縁物が存在しない箇所における前記釉薬層の厚さは特に限定されないが、例えば、５０μｍ以上２５０μｍ以下、特には、１５０μｍ以上２００μｍ以下であることがよい。仮に、釉薬層の厚さが５０μｍ未満であると、釉薬層が薄くなりすぎるため、釉薬層の強度が低下して破損する可能性がある。一方、釉薬層の厚さを２５０μｍよりも大きくすると、釉薬層を構成する材料のロスが多くなってしまう。
【００１７】
ここで、前記粒子状絶縁物の形状は特に限定されないが、例えば、球形状、円柱状、多面体状（立方体状等）などが挙げられる。しかし、粒子状絶縁物は、例えば球形状絶縁物であることが好ましい。このようにすれば、絶縁体外表面が平滑化されるため、絶縁体外表面に汚れが付着しにくくなり、沿面耐電圧の向上に寄与することができる。なお、球形状絶縁物は、前記釉薬層形成時の焼成温度に耐えうる無機材料からなることがよい。焼成温度に耐えうる無機材料からなる球形状絶縁物としては、例えば、セラミックからなるセラミック球や、ガラスからなるガラス球などが挙げられるが、特にはガラス球であることが好ましい。このようにすれば、粒子状絶縁物を、一般的にセラミックと比較して安価な材料（ガラス）によって形成することができる。しかも、釉薬には一般的にガラス成分が含まれているため、粒子状絶縁物をガラス球にすれば、粒子状絶縁物と釉薬層との馴染みが良くなる。よって、粒子状絶縁物を筒状本体の外周面に強固に固定することができる。
【００１８】
また、前記粒子状絶縁物の直径は特に限定されないが、前記釉薬層の厚さよりも大きいことがよく、例えば０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることがよい。仮に、粒子状絶縁物の直径が０．２ｍｍ未満であると、粒子状絶縁物の直径が釉薬層の厚さよりも小さくなり、絶縁体外表面に凹凸が存在しなくなる可能性がある。その結果、沿面絶縁距離を十分に確保できなくなり、沿面耐電圧の向上を図ることができなくなってしまう。一方、粒子状絶縁物の直径が５ｍｍよりも大きくなると、粒子状絶縁物が重くなるため、粒子状絶縁物が筒状本体の外周面から脱落しやすくなる。
【００１９】
さらに、前記釉薬層の表面から前記粒子状絶縁物の一部が露出するとともに、前記釉薬層と前記粒子状絶縁物とを繋ぐ境界部分の形状が曲線形状であってもよい。このようにした場合、釉薬層の表面と粒子状絶縁物の露出面とを含む絶縁体外表面全体が平滑になるため、絶縁体外表面に汚れが付着しにくくなり、沿面耐電圧の向上に寄与することができる。
【００２０】
なお、前記複数の粒子状絶縁物は、前記筒状本体の外周面全域にわたって散点的にかつ均等に配置されていてもよい。ここで、複数の粒子状絶縁物を散点的にかつ均等に配置する具体例としては、前記複数の粒子状絶縁物を、前記軸方向と交差する方向に沿って等しい間隔をもって帯状に配列するとともに、前記複数の粒子状絶縁物からなる列を複数設けることなどが挙げられる。このようにした場合、前記凹凸が前記筒状本体の外周面全周にわたって存在するため、筒状本体の外周面において、筒状本体の軸方向に沿った任意の線上に粒子状絶縁物が存在する可能性が高くなる。特に、前記複数の粒子状絶縁物からなる列が複数設けられている場合、隣接する列に属する前記複数の粒子状絶縁物同士は、互いに前記軸方向に並ばないように周方向にオフセットして配置されていることが好ましい。このようにすれば、筒状本体の外周面において、筒状本体の軸方向に沿った任意の線上に粒子状絶縁物が存在する可能性がよりいっそう高くなる。その結果、筒状本体の外周面のどの部分においても、沿面絶縁距離が確保されるため、沿面耐電圧がより確実に向上する。
【００２１】
なお、前記筒状本体の両端面に導体金属部が設けられていてもよい。このようにした場合、本発明の釉薬層付きセラミック絶縁体によって導体金属部間の放電短絡を防止することができる。さらに、釉薬層付きセラミック絶縁体は、真空スイッチ容器の外囲器として用いられていてもよい。このようにした場合、釉薬層付きセラミック絶縁体によって、電流遮断に伴う火花発生やその後の放電短絡を防止して十分な絶縁性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態の真空スイッチを示す概略断面図。
【図２】セラミック絶縁容器を示す要部断面図。
【図３】ガラス球の配置態様を示す説明図。
【図４】図３のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線における断面図。
【図５】実施例１〜５及び比較例１，２を示す図表。
【図６】比較例１のセラミック絶縁容器を示す要部断面図。
【図７】比較例２のセラミック絶縁容器を示す要部断面図。
【図８】他の実施形態におけるガラス球の配置態様を示す説明図。
【図９】他の実施形態におけるガラス球の配置態様を示す説明図。
【図１０】他の実施形態におけるガラス球及び釉薬層を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を真空スイッチに具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２４】
図１に示されるように、真空スイッチ１は、真空スイッチ容器の外囲器として用いられるセラミック絶縁容器１０（釉薬層付きセラミック絶縁体）を備えている。セラミック絶縁容器１０は、絶縁性セラミック製の筒状本体１１を備えている。詳述すると、筒状本体１１は、アルミナ（９２重量％）を含有するアルミナ系セラミックの焼結体からなっている。本実施形態において、筒状本体１１の熱膨張係数は７．５ｐｐｍ／℃となっている。なお、筒状本体１１の熱膨張係数は、３０℃〜７００℃間の測定値の平均値をいう。
【００２５】
また、筒状本体１１は、上端面１５及び下端面１６にて開口する円筒状をなし、外径が６０ｍｍ、内径が５０ｍｍ、高さ（筒状本体１１の軸方向Ｆ１における長さＬ１）が９０ｍｍに設定されている。さらに、筒状本体１１の内周面１３には、筒状をなす金属製のアークシールド６１がロウ材層６２を介して接合されている。
【００２６】
図１に示されるように、筒状本体１１には、筒状本体１１の上端面１５側の開口部を塞ぐ第１導体金属板２（導体金属部）と、筒状本体１１の下端面１６側の開口部を塞ぐ第２導体金属板３（導体金属部）とが取り付けられている。導体金属板２，３は、円板状をなし、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金であるコバール（ウェスティングハウス社の登録商標）によって形成されている。
【００２７】
そして、第１導体金属板２には、導電金属からなる固定電極４が取り付けられている。固定電極４は、第１導体金属板２の中央部を貫通して第１導体金属板２に固定される固定軸４１と、固定軸４１の先端側に接続される固定側接点４２とを備えている。一方、第２導体金属板３には、導電金属からなる可動電極５が取り付けられている。可動電極５は、第２導体金属板３の中央部を貫通する可動軸５１と、可動軸５１の先端側に接続される可動側接点５２とを備えている。なお、可動電極５は、蛇腹状の金属ベローズ５３によって、固定電極４に対して接近または離間するようになっている。これに伴い、可動側接点５２は、固定側接点４２に対して当接または離間するようになる。そして、可動側接点５２が固定側接点４２に当接すると、筒状本体１１の軸方向Ｆ１に電流が流れるようになる。
【００２８】
図１に示されるように、両接点４２，５２は、アークシールド６１の内部に配置されている。なお、アークシールド６１は、電圧印加時に接点４２，５２から発生した金属蒸気が内周面１３に付着することを防止して、筒状本体１１の絶縁性低下を防止する機能を有している。また、金属ベローズ５３は、ベローズカバー５４によって覆われている。ベローズカバー５４は、金属蒸気が金属ベローズ５３に付着することを防止する機能を有している。
【００２９】
図１〜図４に示されるように、筒状本体１１の外周面１２の略全体には、釉薬層７１が形成されている。釉薬層７１は、二酸化珪素（シリカ換算にて６０〜７４重量％）や酸化アルミニウム（アルミナ換算にて１６〜３０重量％）などのガラス成分を含有するガラスセラミックとして形成された層である。本実施形態において、釉薬層７１の熱膨張係数は４．７ｐｐｍ／℃となっている。なお、釉薬層７１の熱膨張係数は、３０℃〜７００℃間の測定値の平均値をいう。また、釉薬層７１の厚さＡ１（図４参照）は、後述するガラス球８１が存在しない箇所において２００μｍに設定されている。さらに、釉薬層７１の表面粗さＲａは約０．２μｍ以下に設定されている。なお、本明細書で述べられている「表面粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で定義されている算術平均粗さＲａである。表面粗さＲａの測定方法はＪＩＳ Ｂ０６５１に準じるものとする。
【００３０】
図１〜図４に示されるように、筒状本体１１の外周面１２における複数の位置には、複数のガラス球８１（粒子状絶縁物）が配置されている。各ガラス球８１は、釉薬層７１形成時の焼成温度（本実施形態では約１４００℃）に耐えうる無機材料（ガラス）からなる球形状絶縁物である。本実施形態において、ガラス球８１の熱膨張係数は０．９ｐｐｍ／℃となっている。なお、ガラス球８１の熱膨張係数は、０℃〜ガラス転移温度（Ｔｇ）間の測定値の平均値をいう。また、ガラス球８１の融点は、釉薬層７１に含まれているガラス成分の融点（即ち、釉薬の焼成温度）よりも高くなっており、本実施形態において１５００℃に設定されている。
【００３１】
図４に示されるように、各ガラス球８１の直径Ａ２は、釉薬層７１の厚さＡ１（２００μｍ）よりも大きくなっており、本実施形態において２ｍｍに設定されている。さらに、各ガラス球８１の表面粗さＲａは約０．１μｍ以下に設定されている。そして、各ガラス球８１は、絶縁体外表面に凹凸８２が存在した状態で、釉薬層７１を介して外周面１２に保持固定される。このとき、釉薬層７１の表面からガラス球８１の一部が突出（露出）する一方、ガラス球８１の大部分は釉薬層７１内に埋没している。そして、釉薬層７１とガラス球８１とを繋ぐ境界部分Ａ３の形状は、曲線形状となる。
【００３２】
なお図３，図４に示されるように、各ガラス球８１は、筒状本体１１の外周面１２全域にわたって散点的にかつ均等に配置されている。これに伴い、凹凸８２は、筒状本体１１の外周面１２全周にわたって存在するようになっている。詳述すると、外周面１２には、複数のガラス球８１からなるガラス球列８３が複数設けられている。各ガラス球列８３は、筒状本体１１の周方向Ｆ２（図３参照）に対して所定角度（本実施形態では６０°）だけ傾斜している。また、各ガラス球列８３を構成するガラス球８１は、軸方向Ｆ１と交差する方向（本実施形態では、図３に示す仮想線Ｌ３に沿った方向）に沿って、ガラス球８１の直径Ａ２と等しい間隔をもって帯状に配列（列設）されている。さらに、隣接するガラス球列８３に属するガラス球８１同士は、互いに周方向Ｆ２に沿って配列されている。しかも、隣接するガラス球列８３に属するガラス球８１同士は、互いに軸方向Ｆ１に並ばないように周方向Ｆ２にオフセットして配置されている。そして、周方向Ｆ２に沿って隣接するガラス球８１の中心間距離（ピッチ）は、ガラス球８１の直径Ａ２と等しくなるように設定されている（図４参照）。よって、外周面１２において、軸方向Ｆ１に沿った線上（複数の電圧印加方向に沿った任意の線上）には、必ずガラス球８１が存在するようになる。従って、ガラス球８１及び釉薬層７１の表面の沿面距離（筒状本体１１の上端から下端までの長さ）は、外周面１２におけるどの位置においても、軸方向Ｆ１における長さＬ１（高さ）よりも大きくなるように設定される。
【００３３】
次に、真空スイッチ１の製造方法を説明する。
【００３４】
まず、筒状本体１１を作製する。即ち、アルミナセラミック粉末に、焼結助剤粉末、有機バインダ及び溶媒を加えて湿式混合する。その後、得られた混合物をスプレー噴霧等により造粒して成形用素地粉末を作る。次に、成形型内に成形用素地粉末を充填して加圧するプレス成形（一軸加圧プレス等）を行った後、必要に応じて端面に切削加工を施すことにより、セラミック成形体を得る。なお、セラミック成形体は、上端面及び下端面にて開口する円筒状をなし、外径が７２ｍｍ、内径が６０ｍｍ、高さが１０８ｍｍに設定されている。そして、そのセラミック成形体を大気炉に入れて所定温度（本実施形態では約１６００℃）で焼成することにより、アルミナ系セラミックの焼結体からなる筒状本体１１を得る。
【００３５】
また、以下の手順で釉薬スラリーを調製する。まず、複数の成分源粉末、具体的には、二酸化珪素粉末（シリカ換算にて６０〜７４重量％）、酸化アルミニウム粉末（アルミナ換算にて１６〜３０重量％）、及び、酸化カリウム粉末（酸化カリウム換算にて２０重量％以下）を混合する。さらに、得られた成分源粉末の混合物に、水あるいはこれに適量の溶媒を配合したものを加え、粉砕機等により粉砕及び混合することにより、釉薬スラリーを得る。なお、成分源粉末として、焼成により酸化物に転化する金属塩類（無水炭酸カリウム等）、あるいはそれらを主体とする鉱物類（石灰石、珪石等）を用いてもよい。また、複数種類のカチオンを含有する複合酸化物や複塩類、あるいはそれらを主体とする天然または合成の鉱物類（例えば、長石やカオリン等）を用いてもよい。
【００３６】
次に、得られた釉薬スラリーを噴霧器から筒状本体１１の外周面１２に対して噴霧し、下地層を形成する。さらに、下地層の表面に、複数のガラス球８１を付着させる。この状態において、釉薬スラリーを噴霧器から下地層の表面に対して重ねて噴霧することにより、釉薬スラリー層を形成する。その結果、ガラス球８１の大部分が釉薬スラリー層内に埋没する。そして、この筒状本体１１を大気炉に入れて所定温度（本実施形態では約１４００℃）で焼成することにより、釉薬スラリー層が釉薬層７１になるとともに、各ガラス球８１が互いに固着して移動不能となる。
【００３７】
その後、筒状本体１１に対して、固定電極４や可動電極５などの部品を組み付ければ、真空スイッチ１が完成する。
【００３８】
次に、真空スイッチが備えるセラミック絶縁容器の評価方法及びその結果を説明する。
【００３９】
まず、図５に示されるように、複数の測定用サンプルを次のように準備した。外周面に直径２ｍｍのガラス球を配置した筒状本体を準備し、筒状本体の両端面（上端面及び下端面）を研磨した。次に、上端面上及び下端面上にそれぞれメタライズペーストを印刷し、所定温度で所定時間焼成を行うことにより、メタライズ層を形成した。さらに、得られたメタライズ層に対して電解ニッケルめっきを行い、各メタライズ層の上にニッケルめっき層を形成した。その結果、得られたセラミック絶縁容器を実施例１とした。なお、実施例１の筒状本体は、本実施形態の筒状本体１１と同じものである。
【００４０】
また、実施例１において、ガラス球の直径を０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、５ｍｍ、７ｍｍに変更したセラミック絶縁容器を準備し、それぞれ実施例２，３，４，５とした。さらに、実施例１において、ガラス球を省略したセラミック絶縁容器１１０（図６参照）を準備し、これを比較例１とした。また、実施例１において、筒状本体１１の外周面１２に、ガラス球の代わりに複数の鍔１１２を設けることにより、筒状本体１１の外周面１２側を断面波形状に変更したセラミック絶縁容器１１１（図７参照）を準備し、これを比較例２とした。
【００４１】
そして、準備した実施例１〜５及び比較例１，２の各測定用サンプルを使用し、以下の手順に従って絶縁性の実験を行った。詳述すると、各測定用サンプルを大気中に配置し、各測定用サンプルの筒状本体の両端面に形成されたメタライズ層（及びニッケルめっき層）間に、電圧（６０Ｈｚの交流電圧）を印加した。そして、印加されている電圧を徐々に上昇させ、その絶縁破壊電圧（短絡電圧）を測定した。なお、絶縁破壊電圧の測定を３回繰り返し、その平均値を算出した。
【００４２】
その結果、比較例１では、絶縁破壊電圧の平均値が５２．７ｋＶとなった。即ち、比較例１では、絶縁破壊電圧の平均値が５５ｋＶ未満となったため、セラミック絶縁容器１１０の沿面耐電圧が低すぎることが確認された。一方、実施例１では絶縁破壊電圧の平均値が６１．３ｋＶとなり、実施例２では絶縁破壊電圧の平均値が５６．７ｋＶとなり、実施例３では絶縁破壊電圧の平均値が５８．７ｋＶとなり、実施例４では絶縁破壊電圧の平均値が６６．０ｋＶとなり、実施例５では絶縁破壊電圧の平均値が６４．０ｋＶとなった。また、比較例２では、絶縁破壊電圧の平均値が６６．７ｋＶとなった。即ち、実施例１〜５及び比較例２では、絶縁破壊電圧の平均値が５５ｋＶ以上となるため、セラミック絶縁容器の沿面耐電圧が十分に維持されることが確認された。従って、筒状本体の外周面にガラス球を配置した場合や、外周面を凹凸を有する形状に変更した場合には、絶縁破壊電圧の平均値が高くなることが証明された。
【００４３】
また、各測定用サンプルの状態を観察し、セラミック絶縁容器の外観（具体的には、ガラス球の状態）に異常があるかないかを確認した。
【００４４】
このように観察した結果、実施例５では、ガラス球がセラミック絶縁容器の外周面から垂れ落ちていることが確認された（図５参照）。一方、実施例１〜４では、ガラス球に特に異常は見られなかった。なお、比較例１，２では、ガラス球自体が存在していないため、当然異常は見られなかった。従って、ガラス球の直径を０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下にすれば、ガラス球の垂れ落ちを防止できることが証明された。
【００４５】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４６】
（１）本実施形態のセラミック絶縁容器１０によれば、筒状本体１１の外周面１２に複数のガラス球８１を設けたことにより、絶縁体外表面に凹凸８２が存在した状態となるので、鍔１１２（図７参照）を設けたときと同様に沿面絶縁距離が確保される。よって、沿面耐電圧が確実に向上する。また、釉薬層７１を介して複数のガラス球８１を外周面１２に保持固定させているため、セラミック成形体に鍔１１２を形成するための切削加工が不要になる。ゆえに、工数増が回避されるとともに、セラミック材料のロスを減らすことができる。
【００４７】
以上のように、本実施形態によると、比較的安価に製造できるにもかかわらず優れた沿面耐電圧を維持できるセラミック絶縁容器１０を提供することができる。
【００４８】
（２）本実施形態では、釉薬層７１の表面からガラス球８１の一部が露出するとともに、釉薬層７１とガラス球８１とを繋ぐ境界部分Ａ３（図４参照）の形状が曲線形状となっている。その結果、釉薬層７１の表面とガラス球８１の露出面とを含む絶縁体外表面全体が平滑になるため、絶縁体外表面に汚れが付着しにくくなり、沿面耐電圧の向上に寄与することができる。
【００４９】
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
【００５０】
・上記実施形態では、複数のガラス球８１からなるガラス球列８３が外周面１２に複数設けられ、各ガラス球列８３が筒状本体１１の周方向Ｆ２に対して所定角度（６０°）だけ傾斜したセラミック絶縁容器１０が用いられていた。しかし、ガラス球列８３の配置態様を変更したセラミック絶縁容器を用いてもよい。例えば、図８に示されるように、ガラス球列１８３の数を上記実施形態のガラス球列８３の数よりも少なくするとともに、隣接するガラス球列１８３同士の間隔を上記実施形態の場合よりも大きくしたセラミック絶縁容器２１０を用いてもよい。また、図９に示されるように、各ガラス球列２８３を筒状本体２１１の周方向Ｆ２と平行に配置したセラミック絶縁容器３１０を用いてもよい。なお、図８，図９に示されるように、ガラス球列１８３，２８３を構成するガラス球１８１，２８１を、上記実施形態の場合（ガラス球８１の直径Ａ２と等しい間隔）よりも小さい間隔を持って配列することが好ましい。このようにすれば、軸方向Ｆ１に沿った線上（複数の電圧印加方向に沿った任意の線上）に、必ずガラス球１８１，２８１が存在するようになる。
【００５１】
・上記実施形態では、釉薬層７１の表面からガラス球８１の一部が露出するとともに、釉薬層７１とガラス球８１とを繋ぐ境界部分Ａ３（図４参照）の形状が曲線形状となるセラミック絶縁容器１０が用いられていた。しかし、図１０に示されるように、ガラス球３８１が釉薬層３７１内に埋没しているセラミック絶縁容器４１０を用いてもよい。
【００５２】
・上記実施形態の釉薬層付きセラミック絶縁体は、真空スイッチ容器の外囲器（セラミック絶縁容器１０）として用いられていたが、釉薬層付きセラミック絶縁体を他の用途に用いてもよい。例えば、釉薬層付きセラミック絶縁体を、絶縁碍子の本体を構成する硬質磁器や、真空バルブのセラミック絶縁容器などとして用いてもよい。
【００５３】
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００５４】
（１）絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、前記外周面における複数の位置に、前記釉薬層形成時の焼成温度に耐えうる複数のガラス球が配置されるとともに、前記複数のガラス球が、絶縁体外表面に凹凸を有した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されており、前記ガラス球の融点が、前記釉薬層に含まれているガラス成分の融点よりも高いことを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体。
【００５５】
（２）絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、前記外周面における複数の位置に複数の粒子状絶縁物が配置されるとともに、前記複数の粒子状絶縁物が、絶縁体外表面に凹凸を有した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されており、前記粒子状絶縁物及び前記釉薬層の表面の沿面距離が、前記外周面における任意の位置において、前記筒状本体の軸方向における長さよりも大きくなるように設定されていることを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体。
【００５６】
（３）絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、前記外周面における複数の位置に複数の粒子状絶縁物が配置されるとともに、前記複数の粒子状絶縁物が、絶縁体外表面に凹凸を有した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されており、前記筒状本体の外周面において、前記軸方向に沿った線上に必ず前記複数の粒子状絶縁物が存在していることを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体。
【００５７】
（４）絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、前記外周面における複数の位置に複数の粒子状絶縁物が配置されるとともに、前記複数の粒子状絶縁物が、絶縁体外表面に凹凸を有した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されており、前記粒子状絶縁物は前記釉薬層内に埋没していることを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体。
【符号の説明】
【００５８】
２…導体金属部としての第１導体金属板
３…導体金属部としての第２導体金属板
１０，２１０，３１０，４１０…釉薬層付きセラミック絶縁体（セラミック絶縁体）としてのセラミック絶縁容器
１１，２１１…筒状本体
１２…外周面
１５…端面としての上端面
１６…端面としての下端面
７１，３７１…釉薬層
８１，１８１，２８１，３８１…粒子状絶縁物としてのガラス球
８２…凹凸
８３，１８３，２８３…複数の粒子状絶縁物からなる列としてのガラス球列
Ａ１…釉薬層の厚さ
Ａ２…粒子状絶縁物の直径
Ａ３…境界部分
Ｆ１…筒状本体の軸方向
Ｆ２…筒状本体の周方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、
前記外周面における複数の位置に複数の粒子状絶縁物が配置されるとともに、前記複数の粒子状絶縁物が、絶縁体外表面に凹凸が存在した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されていることを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項２】
前記粒子状絶縁物は前記釉薬層形成時の焼成温度に耐えうる無機材料からなる球形状絶縁物であることを特徴とする請求項１に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項３】
前記粒子状絶縁物は前記釉薬層形成時の焼成温度に耐えうるガラス球であることを特徴とする請求項２に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項４】
前記粒子状絶縁物の直径は、前記釉薬層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項５】
前記粒子状絶縁物の直径は、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項６】
前記釉薬層の厚さは、５０μｍ以上２５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項７】
前記凹凸は前記筒状本体の外周面全周にわたって存在していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項８】
前記複数の粒子状絶縁物は、前記筒状本体の外周面全域にわたって散点的にかつ均等に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項９】
前記釉薬層の表面から前記粒子状絶縁物の一部が露出するとともに、前記釉薬層と前記粒子状絶縁物とを繋ぐ境界部分の形状が曲線形状であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項１０】
前記複数の粒子状絶縁物は、前記軸方向と交差する方向に沿って等しい間隔をもって帯状に配列されているとともに、前記複数の粒子状絶縁物からなる列は、複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項１１】
前記複数の粒子状絶縁物は、前記軸方向と直交する方向に沿って前記粒子状絶縁物の直径と等しい間隔をもって帯状に配列されているとともに、前記複数の粒子状絶縁物からなる列は、複数設けられており、隣接する列に属する前記複数の粒子状絶縁物同士は、互いに前記軸方向に並ばないように周方向にオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項１２】
前記筒状本体の両端面に導体金属部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項１３】
真空スイッチ容器の外囲器として用いられることを特徴とする請求項１２に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項１】
絶縁性セラミック製の筒状本体の外周面に釉薬層が形成され、前記筒状本体の軸方向に電圧が印加されるセラミック絶縁体であって、
前記外周面における複数の位置に複数の粒子状絶縁物が配置されるとともに、前記複数の粒子状絶縁物が、絶縁体外表面に凹凸が存在した状態で前記釉薬層を介して前記外周面に保持固定されていることを特徴とする釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項２】
前記粒子状絶縁物は前記釉薬層形成時の焼成温度に耐えうる無機材料からなる球形状絶縁物であることを特徴とする請求項１に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項３】
前記粒子状絶縁物は前記釉薬層形成時の焼成温度に耐えうるガラス球であることを特徴とする請求項２に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項４】
前記粒子状絶縁物の直径は、前記釉薬層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項５】
前記粒子状絶縁物の直径は、０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項６】
前記釉薬層の厚さは、５０μｍ以上２５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項７】
前記凹凸は前記筒状本体の外周面全周にわたって存在していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項８】
前記複数の粒子状絶縁物は、前記筒状本体の外周面全域にわたって散点的にかつ均等に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項９】
前記釉薬層の表面から前記粒子状絶縁物の一部が露出するとともに、前記釉薬層と前記粒子状絶縁物とを繋ぐ境界部分の形状が曲線形状であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項１０】
前記複数の粒子状絶縁物は、前記軸方向と交差する方向に沿って等しい間隔をもって帯状に配列されているとともに、前記複数の粒子状絶縁物からなる列は、複数設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項１１】
前記複数の粒子状絶縁物は、前記軸方向と直交する方向に沿って前記粒子状絶縁物の直径と等しい間隔をもって帯状に配列されているとともに、前記複数の粒子状絶縁物からなる列は、複数設けられており、隣接する列に属する前記複数の粒子状絶縁物同士は、互いに前記軸方向に並ばないように周方向にオフセットして配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項１２】
前記筒状本体の両端面に導体金属部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【請求項１３】
真空スイッチ容器の外囲器として用いられることを特徴とする請求項１２に記載の釉薬層付きセラミック絶縁体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１２１８３９（Ｐ２０１１−１２１８３９Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８２６５９（Ｐ２００９−２８２６５９）
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１４日（２００９．１２．１４）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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