JP5144382B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

この発明は、真空遮断器等に搭載される真空バルブに関し、特に、ベローズ部の構造に関するものである。

従来の真空バルブは、例えば図３に示すように、円筒状の絶縁容器２１と、この絶縁容器２１の端部を閉塞する固定側端板２２及び可動側端板２３と、容器内に同軸上に配置され、一端に固定電極２４が固着され他端が固定側端板２２に溶着された固定側電極棒２５と、一端に可動電極２６が固着されベローズ２７を介して可動側端板２３に取り付けられた可動側電極棒２８と、容器内に配置されて、電極部で開極時に発生するアークが絶縁容器２１の内面に付着するのを防止するシールド部材２９と、ベローズカバー３０とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
通常、ベローズ２７は、一端側はベローズカバー３０を介して可動側電極２８と溶着されており、他端側は、図３（ｂ）の拡大図に示すように、可動側端板２３に、ろう付け接合や溶接などで溶着されている。

特開平９−３２０４１２号公報（第２頁、図１）

上記のような真空バルブにおいて、各部品の接合箇所には、溶接やろう付けが多く採用されている。この場合のろう付け方法として、例えば、部品間にろう材を配置して還元雰囲気炉中でろう材の融点温度まで加熱し、ろう材を溶かして溶着させる方法がある。この製法で製作する場合は、部品の設置，位置決め，ろう材の配置という作業が必要となる。また、誤った位置に配置されてれろう付けされた場合は、ろう付け後に配置位置を変更することは困難なため、廃却を余儀なくされる場合もある。更に、ろう付け部分にろう材が十分満たされていないと、絶縁容器内の真空を保てなくなるので、ろう付けには高度な技術を要する。
また一方、ろう材の種類は、例えば、銀系のろう材や金系のろう材があり、いずれも貴金属と呼ばれる高価な材質を使用したものが多いので、上記のような真空バルブの製品のコストダウンを図るためには、組立て部品の削減や、ろう材の使用量の削減が重要な課題となる。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、部品点数を減らし、ろう付け箇所を少なくした真空バルブを提供することを目的とする。

この発明に係わる真空バルブは、円筒状の絶縁容器の端部を封止して形成された真空容器の内部に、固定電極と可動電極とが軸方向に対向配置され、可動電極に一端が固着され他端が真空容器の外部に引き出された可動側電極棒が、ベローズを介して真空容器に気密に支持されて構成された真空バルブにおいて、ベローズは、１つの器材から一体に形成され、軸方向に伸縮する円筒状の蛇腹部と、蛇腹部の一端側に形成された第１取付部と、蛇腹部の他端側に形成されて蛇腹部の外径より大きい外径の平坦部と、平坦部の外縁に形成された第２取付部とを有し、蛇腹部から平坦部に移る曲げ箇所において厚さをなだらかに変化させて、平坦部及び第２取付部の肉厚が蛇腹部の肉厚よりも厚くなるように形成されており、第１取付部は蛇腹部の内側に貫通した可動側電極棒に気密に接合され、第２取付部は絶縁容器の一端に気密に接合されているものである。

この発明の真空バルブによれば、可動側電極棒を真空容器に気密に支持するベローズは、１つの器材から一体に形成され、円筒状の蛇腹部と、蛇腹部の一端側に形成された第１取付部と、蛇腹部の他端側に形成されて蛇腹部の外径より大きい外径の平坦部と、平坦部の外縁に形成された第２取付部とを有し、蛇腹部から平坦部に移る曲げ箇所において厚さをなだらかに変化させて、平坦部及び第２取付部の肉厚が蛇腹部の肉厚よりも厚くなるように形成されており、第１取付部は蛇腹部の内側に貫通した可動側電極棒に気密に接合され、第２取付部は絶縁容器の一端に気密に接合されているので、ベローズを絶縁容器に固定するための可動側端板を必要としないため、部品点数が削減され、組立が容易となる。また、ろう付け作業に使用するろう材も削減できる。したがって、真空バルブのコスト低減を図ることが可能となる。また、真空バルブ内部を高真空に保つための溶接やろう付け箇所が少なくなるために、信頼性が増し、耐久性が向上する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による真空バルブを示す断面図であり、図２は、ベローズ部分の拡大断面図である。
図１に示すように、円筒状の絶縁容器１の一端側に固定側端板２が固着され、他端側にベローズ３（詳細は後述する）が固着されて真空容器４が形成されている。この真空容器４の内部の軸線上に固定電極５と可動電極６とが対向配置されている。固定電極５には固定側電極棒７の一端が接合され、その他端は真空容器４から突出させて固定側端板２にろう付け等により気密に接合されている。可動電極６には可動側電極棒８の一端が接合され、その他端は真空容器４の外部に引き出されてベローズ３に気密に接合されて支持されている。

ベローズ３の下面側にはガイド取付板９が固着されている。そして、可動側電極棒８を案内する樹脂製のガイド１０がガイド取付板９にねじ等（図示せず）によって取り付けられている。
また、真空容器４の内部には、固定電極５と可動電極６との開極時に発生する金属アークが絶縁容器１の内面に付着するのを防止するためのアークシールド１１とベローズカバー１２とが配置されている。
このように構成された真空バルブは、可動側電極棒８を、駆動装置（図示せず）によって軸方向に駆動させることにより、両電極５，６が接離可能になっている。

次に、図２により、ベローズ部分の詳細を説明する。
ベローズ３は、軸方向に伸縮する円筒状の蛇腹部３ａと、蛇腹部３ａの一端側に形成された第１取付部３ｂと、蛇腹部３ａの他端側に形成されて蛇腹部３ａの外径ａより大きい外径ｂを有する平坦部３ｃと、その平坦部３ｃの外縁を絶縁容器１の端面側に向けて屈曲させて形成された第２取付部３ｄとを有し、これが１つの器材から一体に形成されている。実際の製作に当たっては、例えばＳＵＳ系の素材を、平板から中央部を深絞り加工で突出させ、更に、蛇腹部を形成する。出来上がったベローズ３は、１つの器材から一体に形成されているので継目を持っていない。
第１取付部３ｂは、蛇腹部３ａの内側に貫通した可動側電極棒８に、ろう付け等により気密に接合されている。本実施の形態の場合は、ベローズカバー１２を有しているので、実際には、ベローズカバー１２と溶着し、ベローズカバー１２が可動側電極棒８と溶着されている。
第２取付部３ｄは、絶縁容器１の一端にろう付け等により気密に接合されている。また、平坦部３ｃにはガイド取付板９がろう付け等で固着されている。

以上のように構成されたベローズ３は、図３に示すような、従来のベローズ２７と可動側端板２３の機能を兼ねたものである。したがって、第２取付部３ｄ側はそれに見合う強度が必要である。一方、蛇腹部３ａの肉厚は要求される伸縮性能から決まってくる。
そこで、本実施の形態では、図２に示すように、ベローズ３の平坦部３ｃ及び第２取付部３ｄ部の肉厚を、蛇腹部３ａの肉厚よりも厚くしている。
具体的な寸法として、例えば、蛇腹部３ａの肉厚を０．２ｍｍ程度、平坦部３ｃの肉厚を１ｍｍ程度とする。
また、ベローズ３の蛇腹部３ａから平坦部３ｃに移る部位の曲げ箇所の曲率半径を、応力を集中させないために、１ｍｍ以上としている。したがって、この箇所では、肉厚は０．２ｍｍから１ｍｍへとなだらかに増加する形状となっている。

絶縁容器１の一端に接合される第２取付部３ｄをろう付により溶着する場合は、ステンレス等の金属材料からなるベローズ３とセラミックス等で構成される絶縁容器２とのろう付けとなるので、ろう付け後の冷却過程において、金属とセラミックスの熱膨張係数の違いから、ろう付け部及びセラミックスに応力が発生する。この応力は、ベローズ３の絶縁容器１と溶着される部分、すなわち第２取付部の高さｃ（図２参照）を高くし、金属のしなりにより緩和することで対処できる。上記のようなベローズの厚さの場合、例えば、高さｃを１０ｍｍ程度とするのが望ましい。

以上のように、本実施の形態の真空バルブによれば、円筒状の絶縁容器の端部を封止して形成された真空容器の内部に、固定電極と可動電極とが軸方向に対向配置され、可動電極に一端が固着され他端が真空容器の外部に引き出された可動側電極棒が、ベローズを介して真空容器に気密に支持されて構成された真空バルブにおいて、ベローズは、１つの器材から一体に形成され、軸方向に伸縮する円筒状の蛇腹部と、蛇腹部の一端側に形成された第１取付部と、蛇腹部の他端側に形成されて蛇腹部の外径より大きい外径の平坦部と、平坦部の外縁に形成された第２取付部とを有し、第１取付部は蛇腹部の内側に貫通した可動側電極棒に気密に接合し、第２取付部は絶縁容器の一端に気密に接合したので、ベローズを絶縁容器に固定するために従来使用されていたような可動側端板を必要としないため、部品点数が削減されて、組立てが容易になる。
また、ろう付け作業に使用する高価なろう材も削減できる。したがって、真空バルブのコスト低減を図ることが可能となる。
また、真空バルブ内部の高真空を保つための溶接やろう付けが少なくなるために、信頼性と耐久性が向上する。

また、ベローズは、平坦部及び第２取付部の肉厚を、蛇腹部の肉厚よりも厚くしたので、ベローズの蛇腹部については肉厚が薄いことにより電極の開閉時の発生応力は軽減されて多数回開閉に耐えられる高信頼性を確保でき、平坦部については肉厚を確保することにより、真空バルブの開閉時の衝撃等に耐えられる構造とすることができる。

更に、ベローズの蛇腹部から平坦部に移る曲げ箇所の曲率半径を１ｍｍ以上としたので、応力集中が緩和されて多回数の開閉に耐えられる信頼性の高い真空バルブを提供できる。

この発明の実施の形態１の真空バルブを示す断面図である。 図１の要部拡大図である。 従来の真空バルブ断面図である。

符号の説明

１ 絶縁容器 ２ 固定側端板
３ベローズ ３ａ 蛇腹部
３ｂ 第１取付部 ３ｃ 平坦部
３ｄ 第２取付部 ４ 真空容器
５ 固定電極 ６ 可動電極
７ 固定側電極棒 ８可動側電極棒
９ ガイド取付板 １０ ガイド
１１ アークシールド １２ ベローズカバー。

Claims (2)

1. 円筒状の絶縁容器の端部を封止して形成された真空容器の内部に、固定電極と可動電極とが軸方向に対向配置され、前記可動電極に一端が固着され他端が前記真空容器の外部に引き出された可動側電極棒が、ベローズを介して前記真空容器に気密に支持されて構成された真空バルブにおいて、
   前記ベローズは、１つの器材から一体に形成され、前記軸方向に伸縮する円筒状の蛇腹部と、前記蛇腹部の一端側に形成された第１取付部と、前記蛇腹部の他端側に形成されて前記蛇腹部の外径より大きい外径の平坦部と、前記平坦部の外縁に形成された第２取付部とを有し、前記蛇腹部から前記平坦部に移る曲げ箇所において厚さをなだらかに変化させて、前記平坦部及び前記第２取付部の肉厚が前記蛇腹部の肉厚よりも厚くなるように形成されており、
   前記第１取付部は前記蛇腹部の内側に貫通した前記可動側電極棒に気密に接合され、前記第２取付部は前記絶縁容器の一端に気密に接合されていることを特徴とする真空バルブ。
2. 請求項１記載の真空バルブにおいて、
   前記ベローズは、前記蛇腹部から前記平坦部に移る曲げ箇所の曲率半径が１ｍｍ以上であることを特徴とする真空バルブ。

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