JP5397160B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

この発明は、この発明は、電気回路を開閉する真空遮断器の消弧室を構成する真空バルブに関し、特に絶縁性ガスを充填した容器内に配置される真空バルブに関するものである。

従来の真空バルブの構成を図１に示す。真空バルブ１００は、真空気密した容器内に電流を開閉する電極５、６が電極棒２、７に固着されており、容器内部の真空気密を保ちつつ可動側電極６とこれを支持する電極棒７を電極５、６が接離する方向にスライドできるように伸縮可能なベローズ２２が設けられている。このベローズ２２は、真空バルブ内にコンパクトに収容できるように一般的に内径側の圧力が外径側の圧力よりも高い内圧形ベローズを使用している（例えば特許文献１参照）。

特開昭６０−２０５９２６号公報（第３図）

真空遮断器の高電圧化において、真空バルブ１００を収納した接地タンク（図示せず）内にＳＦ６ガスやドライエアといった絶縁性ガスを充填して、タンク内と真空バルブ１００の外沿面の耐電圧性能を確保したガス絶縁方式の真空遮断器がある。この真空遮断器では、充填した絶縁性ガスは大気圧以上であって真空バルブ１００のベローズ２２内外の圧力差が大きいため、高圧力環境下で使用可能なベローズとするため、ベローズの肉厚増大化、山数増、材質の見直しが必要となるが、内圧形ベローズでは内外圧の圧力差が大きいと座屈現象が発生するため、使用圧力の上限が出てくる。

このような高圧力環境下での真空バルブの使用に関わる先行技術文献として特許文献１があり、ベローズを二重構造としベローズ間の気密空間を外部圧力より低い圧力にすることでベローズ両側の圧力差を減らし、高圧力環境下でのベローズの機械的開閉寿命を長寿命化する構造が開示されている。この先行技術文献の構造においては、ベローズが並列してあるためベローズ同士の干渉による破損を防ぐために十分な間隔をベローズ間に確保しておく必要があり、ベローズの設置スペースが大きくなり、これに伴い真空バルブが大型化するという問題があった。また、遮断器が高電圧化すると、真空バルブの耐電圧性能や遮断性能といった絶縁性能を確保するために、接点の開極速度の高速化や開閉ストロークの長ギャップ化必要になり、これに耐え得るベローズ強度が必要となるが、絶縁性ガスの高圧力化の目的である高耐電圧化に伴うベローズへのストレス増加に対して有効な方策が見出せていなかった。

この発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、高圧力環境下で内圧形ベローズを使用しても内外圧の圧力差に伴う座屈現象を生じにくくしたコンパクトな真空バルブを得るものである。

真空容器内において回路を開閉する固定側及び可動側電極と、前記真空容器の一端を貫通して前記可動側電極を支持し開閉駆動する電極棒と、前記電極棒の真空容器の貫通部に前記電極棒と前記真空容器間を伸縮自在でかつ気密に接続するベローズとを備えた真空バルブにおいて、前記ベローズは同軸上に平行して配置した第１のベローズと第２のベローズの間に気密空間を形成して前記気密空間の圧力を前記第１のベローズ外周の圧力と、前記第のベローズの内径側の圧力との中間値にするとともに、前記密閉空間内に緩衝材を配置した。

第１のベローズと第２のベローズの間に気密空間を形成して前記気密空間の圧力を前記第１のベローズ外周の圧力と、前記第のベローズの内径側の圧力との中間値にするとともに、前記密閉空間内に緩衝材を配置したので、各ベローズの内外圧の差を小さくすることが可能となり、ベローズの座屈を生じにくくすることができる。このため内圧形ベローズを用いてもコンパクトな真空バルブを得ることができる。

この発明の実施の形態１による真空バルブの断面図である。 図１のベローズ部の断面図である。 図１のベローズ部の断面図である。 この発明の実施の形態２による真空バルブの断面図である。 図４の緩衝材の斜視図である。 この発明の実施の形態３を示す真空バルブの断面図である。 この発明の実施の形態４を示す真空バルブの断面図である。 この発明の実施の形態５を示す断面図である。 この発明の実施の形態６を示す断面図である。 従来の真空バルブの構造を示す図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１による真空バルブ１００の構成図である。絶縁容器１と金属容器４
を組み合わせて両端部をフランジ３と１２で封止して真空容器を形成し、この真空容器内
に電流を開閉する電極５、６が電極棒２、７に固着されており、容器内部の真空気密を保
ちつつ可動側電極６とこれを支持する電極棒７を電極５、６が接離する方向にスライドで
きるように伸縮可能に配置している。可動側の電極棒７は真空容器の一端のフランジ１２
を貫通してスライド可能に配置されており、電極棒７とフランジ１２間を真空側ベローズ
９と絶縁性ガス側ベローズ１０で接続して真空を維持した状態でスライド可能にしている
。電極棒７とフランジ１２間を真空側ベローズ９と絶縁性ガス側ベローズ１０の接続部に
は、電極５、６の開閉時に発生する金属蒸気から保護するため真空側ベローズ９と絶縁性
ガス側ベローズ１０の端部外周を覆うベローズ保護シールド８を配置している。ベローズ
は、外周側に真空側ベローズ９を、その内周側に絶縁性ガス側ベローズ１０を同心状に配
置し、真空側ベローズ９の一端は前記ベローズ保護シールド８に固着し、他端部はフラン
ジ１２に固着している。また絶縁性ガス側ベローズ１０の一端は前記ベローズ保護シール
ド８に固着し、他端部は円盤状の端板１３に固着している。絶縁性ガス側ベローズ１０と
電極棒７の隙間には樹脂製のガイド１４を挿入し、電極棒７の動作時の軸振れを防止する
ようにしている。

真空側ベローズ９と絶縁性ガス側ベローズ１０の間に形成された気密空間１５の中に緩衝材１１を封入している。この緩衝材１１は、円筒形状をしており、その材質としては変形性とクッション性を併せ持った樹脂があり、例えばスポンジのような発砲成形材料を使用しており、その緩衝材１１の外径は真空側ベローズ９の谷径以上、その緩衝材１１の内径は絶縁性ガス側ベローズ１０の山径以下とすることで、真空バルブ組入状態において両ベローズ９、１０と接した状態に配置する。
なお、緩衝材１１の挿入は、緩衝材１１が樹脂性で変形が容易であるため、絶縁性ガス側ベローズ１０の端版１３側を少し引き出すようにベローズ１０を変形させ拡大した隙間に緩衝材１１を変形させながら差し込むことで挿入を可能としている。
絶縁性ガス側ベローズ１０には、真空容器可動側フランジ１２側の端面に端板１３が固着されている。図２に示すように、この端板１３は、緩衝材１１をベローズ９、１０間に封入した後、フランジ１２と気密に接合する。この接合は端板１３に穴を設けネジ３０をフランジ１２に設けたネジ穴にねじ込むことでネジ３０とパッキン３１による締結固定を行う他、図３に示すように溶接３２によるものでよい。この端板１３とベローズ９，１０によって密閉される気密空間１５は、絶縁性ガスの圧力よりも低い圧力にしている。

この形態の真空バルブにおいては、緩衝材１１があることで、真空バルブ開閉動作時にベローズ９、１０に発生する振動エネルギーは緩衝材１１によって吸収されて消散するため、ベローズ９、１０の疲労破壊を抑制することができる。すなわち、高電圧化に伴うベローズ９、１０のストレス増加を抑制することができる。ベローズ９、１０間に配置した緩衝材１１がベローズ９、１０相互が接触して損傷することを防止するため、ベローズ９、１０相互間を近接させて小型化することができる。緩衝材１１以外の部材を高温下での真空ロウ付けによって固着した後に、緩衝材１１をベローズ９、１０間に挿入し、その後端板１３を可動側フランジ１２に接合することでベローズ９，１０間を気密空間にすることができる。以上により、本実施の形態の真空バルブにおいては、小型化した真空バルブを得ることができる。

実施の形態２．
図４は実施の形態２による真空バルブの構成を示す断面図である。本形態は、実施の形態
１において、図５のように緩衝材１６の片側にひだ１６ａを付けた形状とし、そのひだ１
６ａの山径が真空側ベローズ９の谷径以上であり、緩衝材１６が両ベローズ９，１０と接
触していることに加えて、ひだ１６ａが真空側ベローズ９の谷に入り込んでいる。図５に
緩衝材１６の外形を斜視図で示す。図４ではひだ１６ａは外径側にあるが、ひだ１６ａは
緩衝材１６の内径側に設けてもよい。ひだ１６ａを内側に設けた場合、緩衝材１６の山径
は絶縁性ガス側ベローズ１０の谷径以上とする。また、ひだ１６ａの形状は図４中の円径
形の他、のこぎり型であってもよい。
以上

この形態の真空バルブにおいては、緩衝材１６自体が変形可能な柔軟性を持っており、ベローズ９，１０間に封入可能でかつ封入した緩衝材１６はベローズ９、１９と接する面が増えるため、ベローズ９、１０の振動エネルギーの消散作用が多くなり、ベローズ９、１０の更なる機械的開閉寿命を向上させる効果がある。

実施の形態３．
図６は実施の形態３による真空バルブの構成図である。本形態は、真空側ベローズ１７の谷の頂上位置と絶縁ガス側ベローズ１８の山の底位置を合わせている。

この形態の真空バルブにおいては、ベローズ間の緩衝材１１を封入する空間において、最も狭い箇所が真空側ベローズ１７の谷の底位置と絶縁ガス側ベローズ１８の山の頂上位置で形成されるため、緩衝材１１は両ベローズ１７、１８の端面で押し付けられる状態になるため、緩衝材１１とベローズ１７、１８との接触状態が安定するので、ベローズの振動エネルギー消散作用を安定して得ることができる。加えて、緩衝材を押し入れて封入することが容易になり組立作業性が良くなる。

実施の形態４．
図７は実施の形態４による真空バルブの構成図である。本形態は、緩衝材１９が両側にひだが付いた形状となっており、その外径側ひだの径は真空側ベローズ１７の谷径以上とし、その内径側ひだの径は絶縁性ガス側ベローズ１８の山径以下として、緩衝材１９が両ベローズ１７、１８と接触していることに加えて、その緩衝材のひだが真空側ベローズ１７の山と絶縁性ガス側ベローズ１８の谷に入り込んでいる。

この形態の真空バルブにおいては、実施の形態２と同様、緩衝材自体の変形柔軟性でベローズ間に封入可能でかつ封入した緩衝材はベローズと接する面が増えるため、ベローズの振動エネルギーの消散作用が多くなり、ベローズの更なる機械開閉寿命信頼性の向上に効果がある。

実施の形態５．
図８は実施の形態５による真空バルブの構成図である。本形態は、端板２０の外径が絶縁ガス側ベローズ１０の山径より小さく、その端板１０と可動側フランジ１２を円盤状の板材２１で接合している。

この形態の真空バルブにおいては、端板２０の外径が緩衝材１１の内径より小さいため、緩衝材１１を端板２０に干渉することなく緩衝材を変形して破損することなく封入することができるので組立作業性が良くなる。

実施の形態６．
図９は実施の形態６による真空バルブの構成図である。本形態は、伸縮機能のない緩衝材２２を真空側ベローズ９と絶縁ガス側ベローズ１０の間に挿入したものであり、緩衝材２２の長さをベローズ９、１０よりも短くしたものである。
この形態の真空バルブにおいては、緩衝材２２を伸縮のないものしているため、ベローズ９、１０の動作時に谷に緩衝材２２が入り込まないため、組立て時の挿入が容易となり組立作業性が良くなる。

１ 絶縁容器
２ 固定側電極棒
３ 固定側フランジ
４ 金属容器
５ 固定側電極棒
６ 可動側電極棒
７ 可動側電極棒
８ ベローズ保護シールド
９ 真空側ベローズ（第１のベローズ）
１０ 絶縁性ガス側ベローズ（第２のベローズ）
１１ 緩衝材
１２ 真空容器可動側フランジ
１３ 端板
１４ ガイド
１５ 気密空間
１６ 緩衝材
１６ａ ひだ
１７ 真空側ベローズ
１８ 絶縁性ガス側ベローズ
１９ 緩衝材
２０ 端版
２１ 板材
２２ 緩衝材
３０ ネジ
３１ パッキン
３３ 溶接
１００ 真空バルブ

Claims (1)

1. 絶縁容器の両端部をフランジで封止した真空容器と、前記真空容器内において回路を開閉する固定側及び可動側電極と、前記真空容器の一端を貫通して前記可動側電極を支持し開閉駆動する電極棒と、前記電極棒の真空容器の貫通部において前記電極棒と前記真空容器間を伸縮自在でかつ気密に接続するベローズとを備えた真空バルブにおいて、中心部に前記電極棒を移動可能に貫通させるとともに前記可動側電極側の前記フランジの内周側に気密に装着される円盤状の端板を配置し、前記ベローズは同軸上に平行して配置され、前記電極棒と前記可動側電極側の前記フランジ間を気密に接続した外周側の第１のベローズと、前記電極棒と前記端板間を気密に接続した内周側の第２のベローズとを備え、前記第１のベローズと前記第２のベローズの間に気密空間を形成して前記気密空間の圧力を前記第１のベローズ外周の圧力と、前記第２のベローズの内径側の圧力との中間値にするとともに、前記気密空間内に緩衝材を配置したことを特徴とする真空バルブ。

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