JP6652298B2 - 真空バルブ - Google Patents

Description

この発明は、真空遮断器、真空開閉器等に搭載される真空バルブに関し、特に、構成部品の一つであるベローズの構造に関するものである。

一般的に、例えば真空遮断器および真空開閉器等に設けられる真空バルブは、固定側接点、固定側電極棒、固定側端板、可動側接点、可動側電極棒、可動側端板、ベローズ、ベローズカバー、絶縁容器、シールドで構成されている。真空バルブを構成する部品間の接合は、非酸化雰囲気中で銀ロウを使用した炉中ロウ付けを用いる。各部品には、凹凸や穴などが形成されており、それらを同軸上に嵌合し、各部品間に配置したロウ材を溶融、凝固させ、ロウ付け接合する（例えば、特許文献１参照）。

真空バルブの製造手順としては、まず固定側電極および可動側電極を組立て、部分ロウ付け接合し、製造する。固定側電極は、固定側接点、固定側電極棒、固定側端板で構成され、可動側電極は可動側接点、可動側電極棒、可動側端板、ベローズ、ベローズカバーで構成される。部分ロウ付け接合した各電極とシールドを接合した絶縁容器を組立て、最終ロウ付け接合し、真空バルブを製造する。

真空バルブを構成する部品の一つであるベローズは、片側端部を可動側電極棒などの可動部品とロウ付け接合し、もう片側端部を可動側端板などの固定部品とロウ付け接合されている。可動部品と固定部品にロウ付け接合されているベローズは、真空バルブの気密性を保持しながら固定側電極と可動側電極の接離を可能とする機能を持っている。真空バルブは、電流を投入又は遮断するために、固定側電極と可動側電極の接離を高速で行う必要がある。その際、接離動作開始時と接離動作完了時に発生する加速度によって、ベローズに過渡振動が発生する。そのため、ベローズは固定側電極と可動側電極の接離による伸縮と接離動作開始、完了時の加速度による過渡振動に耐え、真空気密を保持する性能が必要である。

特開昭６２−２８１２１９号公報

高電圧で使用される真空遮断器は、耐電圧性能を向上させるため、真空バルブの固定側電極と可動側電極間の可動距離を長くする必要がある。真空遮断器を搭載したキュービクル形ガス絶縁開閉装置およびタンク形真空遮断器等について、ベローズは、真空バルブ周囲の絶縁ガスと真空バルブ内部の真空との差圧負荷がかかり、伸縮時に過大な応力が発生する。さらに、遮断器開閉動作開始、完了時つまり真空バルブ接離開始、完了時の加速度によってベローズに過渡振動も発生するため、高い耐久性が求められる。
上記従来の真空バルブは、可動距離長大化によるベローズ伸縮量の増加、差圧負荷時の伸縮や過渡振動で発生する過大な応力に対応するため、ベローズ山数を増加させて全長を長くする必要があった。ベローズ全長を長くすると、真空バルブ全長も長大化する必要がある。真空バルブ全長を長大化すると真空遮断器、キュービクル形ガス絶縁開閉装置およびタンク形真空遮断器も外形寸法を拡大する必要があり、結果的に据付面積拡大や製造コストアップが発生していた。

この発明は、上述のような課題を解決するために成されたもので、ベローズ全長を抑制することで全長長大化を抑えた真空バルブを得ることを目的とする。

この発明に係る真空バルブは、筒状の絶縁容器の両端部が固定側端板および可動側端板でそれぞれ塞がれており、絶縁容器の内部で接点が接離可能に配置された固定側電極および可動側電極が設けられ、可動側電極の可動側電極棒と可動側端板をベローズで気密に連結した真空バルブであって、ベローズは、可動側電極棒に対して同心状に配置された内側ベローズと外側ベローズを有し、内側ベローズと外側ベローズとの発生応力の差を抑制するように内側ベローズと外側ベローズとは構造又は材料が異なり、内側ベローズの一端が可動側電極棒に固定され、外側ベローズの一端が可動側端板に固定され、内側ベローズの他端と外側ベローズの他端において一体となっていることを特徴とする。
この発明に係る真空バルブは、筒状の絶縁容器の両端部が固定側端板および可動側端板でそれぞれ塞がれており、絶縁容器の内部で接点が接離可能に配置された固定側電極および可動側電極が設けられ、可動側電極の可動側電極棒と可動側端板をベローズで気密に連結し、可動側電極棒の軸方向に摺動可能に可動側電極棒に嵌め合わさってベローズの接点側を包囲するベローズカバーが設けられた真空バルブであって、ベローズは、可動側電極棒に対して同心状に配置された内側ベローズと外側ベローズを有し、内側ベローズの一端が可動側電極棒に固定されており、外側ベローズの一端が可動側端板に固定されており、内側ベローズの他端と外側ベローズの他端とがベローズカバーに固定され一体となっていることを特徴とする。

この発明は、ベローズを内側ベローズと外側ベローズで構成し、内側ベローズの一端が可動側電極棒に固定され、外側ベローズの一端が可動側端板に固定され、内側ベローズの他端と外側ベローズの他端において一体とすることにより、真空バルブの可動距離分のベローズ伸縮量を内側と外側のベローズで分担することが可能となる。そのため、疲労寿命が向上し、外側のベローズ全長を抑制させることができ、真空バルブの全長長大化を抑制することが可能である。

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。 この発明の実施の形態１における真空バルブのベローズ部分の構成を説明するための断面図である。 この発明の実施の形態１を示す図１のＡ部を拡大して示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態１における真空バルブの動作状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態２の真空バルブを示す断面図である。 この発明の実施の形態２における真空バルブのベローズ部分の構成を説明するための断面図である。 この発明の実施の形態２を示す図５のＢ部を拡大して示す拡大断面図である。 この発明の実施の形態２における真空バルブの動作状態を示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態について、図を参照して詳述する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における真空バルブの断面図、図２（ａ）は、実施の形態１に係る真空バルブのロウ付け接合前における真空バルブ可動側電極構成部品の状態を示す断面図、図２（ｂ）は、実施の形態１に係る真空バルブのロウ付け接合後における真空バルブ可動側電極構成部品の状態を示す図、図３は、図１の矢印Ａ部を拡大して、真空バルブの外側ベローズ、内側ベローズおよびベローズカバーの接合部分を示す拡大断面図、図４（ａ）は、実施の形態１における真空バルブの電極を閉じた状態を示す真空バルブの断面図、図４（ｂ）は、実施の形態１における真空バルブの電極を開いた状態を示す真空バルブの断面図である。

実施の形態１の真空バルブは、固定側電極１を構成する固定側接点２と固定側電極棒３、円筒状の絶縁容器１１の一方の端部を塞ぐ固定側端板４、可動側電極５を構成する可動側接点６と可動側電極棒７、絶縁容器１１の他方の端部を塞ぐ可動側端板８、外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂを有するベローズ９、ベローズカバー１０、シールド１２で構成されている。
実施の形態１の真空バルブは、ベローズ９として、可動側電極棒７と同心状に個別の外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂを用いている。外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂは、組立て途中の段階では、ロウ付け接合前なので、図２（ａ）のように、個別の状態であるが、組立て後の段階では、図２（ｂ）のように、外側ベローズ９ａの一端部を可動側端板８へ、内側ベローズ９ｂの一端部を可動側電極棒７へロウ付け接合で固定している。また、外側ベローズ９ａの他端部と内側ベローズ９ｂの他端部は、上面のベローズカバー１０にロウ付け接合で固定され、両ベローズは結合、連結されて一体となっている。ベローズカバー１０は、可動側電極棒７とその軸方向に摺動可能に嵌め合わさった構造であり、外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂを真空バルブ軸方向、即ち可動側電極棒７の軸方向へ伸縮するよう案内する機能を持っている。

外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂは、ベローズを構成する山部、谷部（これらを総称して山谷部ともいう）の円弧径が同等か、若しくは、図３のように、内側ベローズ９ｂの山部９ｂ１の円弧径Ｒｂ１、谷部９ｂ２の円弧径Ｒｂ２の方が、外側ベローズの山部９ａ１の円弧径Ｒａ１、谷部９ａ２の円弧径Ｒａ２より大きいと良い。なお、外側ベローズ９ａの山部９ａ１の円弧径Ｒａ１と谷部９ａ２の円弧径Ｒａ２を異ならせても良い。内側ベローズ９ｂの山部９ｂ１の円弧径Ｒｂ１と谷部９ｂ２の円弧径Ｒｂ２についても同様である。また、ベローズの板厚は、外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂの板厚が同等か、内側ベローズ９ｂの板厚の方が外側ベローズ９ａの板厚よりも薄いと良い。更に、ベローズ９の山部の数（山数）は、外側ベローズ９ａの山部９ａ１の数と内側ベローズ９ｂの山部９ｂ１の数が同等か、内側ベローズ９ｂの山部９ｂ１の数の方が外側ベローズ９ａの山部９ａ１の数よりも多いと良い。ベローズ９の谷部の数（谷数）についても同様である。ベローズ９の材料は、外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂの材質が同等か、内側ベローズ９ｂに外側ベローズ９ａに比べて高い疲労強度を持つ材料を適用する方が良い。
図３に示すように、外側ベローズ９ａの山部から山部までの距離（ベローズピッチ）Ｐａは、内側ベローズ９ｂの山部から山部までの距離（ベローズピッチ）Ｐｂに比べて短くなっている。

図４においてベローズ９の機能について説明する。
図４（ａ）のように、電極を閉じた状態の外側ベローズ９ａの伸縮部長さをＡ１、内側ベローズ９ｂの伸縮部長さをＢ１とする。また、図４（ｂ）のように、電極を開いた状態の外側ベローズ９ａの伸縮部長さをＡ２、内側ベローズ９ｂの伸縮部長さをＢ２とし、固定側電極１と可動側電極５の可動距離をＣとする。外側ベローズ９ａの伸縮量は絶対値｜Ａ１−Ａ２｜、内側ベローズ９ｂの伸縮量は絶対値｜Ｂ１−Ｂ２｜になる。真空バルブ可動距離Ｃと外側および内側ベローズ伸縮量の関係は、Ｃ＝｜Ａ１−Ａ２｜＋｜Ｂ１−Ｂ２｜になる。つまり、真空バルブの接離による伸縮量を外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂで分担することができる。

真空バルブの接離による伸縮量を外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂで分担することが可能なため、１つのベローズを配置した真空バルブより、疲労寿命が向上するため、外側ベローズ９ａの全長を抑制することができる。外側ベローズ９ａの全長を抑制することで真空バルブ全長も抑制することができる。
一般的に、外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂの山谷部の円弧径Ｒａ１，Ｒａ２およびＲｂ１，Ｒｂ２、板厚、山数と谷数（山谷数）、材料が同じ場合、内側ベローズ９ｂの方が外側ベローズ９ａより疲労寿命が短くなる。そのため、外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂの構造、材料を変えることで発生応力の差を抑制し、疲労寿命を調整することができる。手段としては、外側ベローズ９ａの山部の円弧径Ｒａ１、谷部の円弧径Ｒａ２に比べて、内側ベローズ９ｂの山部の円弧径Ｒｂ１、谷部の円弧径Ｒｂ２を大きくしたり、板厚を薄くしたり、山数、谷数を増やしたり、材質を高疲労強度材料にする。
また、外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂの板厚、山数と谷数、材質を変えることで質量、バネ定数を変えることが可能なため、外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂの固有振動数を調整することができ、遮断器開閉時のベローズ９に発生する過渡振動を抑制し、さらに疲労寿命を向上させることができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２における真空バルブの断面図、図６（ａ）は、実施の形態２に係る真空バルブのロウ付け接合前における真空バルブ可動側電極構成部品の状態を示す断面図、図６（ｂ）は、実施の形態２に係る真空バルブのロウ付け接合後における真空バルブ可動側電極構成部品の状態を示す図、図７は、図５の矢印Ｂ部を拡大して、真空バルブの外側ベローズ、内側ベローズおよびベローズカバーの接合部分を示す拡大断面図、図８（ａ）は、実施の形態２における真空バルブの電極を閉じた状態を示す真空バルブの断面図、図８（ｂ）は、実施の形態１における真空バルブの電極を開いた状態を示す真空バルブの断面図である。

実施の形態２の真空バルブは、固定側電極１を構成する固定側接点２と固定側電極棒３、円筒状の絶縁容器１１の一方の端部を塞ぐ固定側端板４、可動側電極５を構成する可動側接点６と可動側電極棒７、絶縁容器１１の他方の端部を塞ぐ可動側端板８、外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂを有するベローズ９、ベローズカバー１０、シールド１２で構成されている。
実施の形態２の真空バルブは、ベローズ９として、可動側電極棒７と同心状に２層一体成型された外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂを有した単一のものを用いている。外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂは、組立て途中の段階では、ロウ付け接合前なので、図６（ａ）のように、一部が分離された状態であるが、組立て後の段階では、図６（ｂ）のように、外側ベローズ９ａの一端部を可動側端板８へ、内側ベローズ９ｂの一端部を可動側電極棒７へロウ付け接合で固定している。また、外側ベローズ９ａの他端部と内側ベローズ９ｂの他端部は、上面のベローズカバー１０にロウ付け接合で固定されている。ベローズカバー１０は、可動側電極棒７とその軸方向に摺動可能に嵌め合わさった構造であり、ベローズ９（外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂ）を真空バルブ軸方向、即ち可動側電極棒７の軸方向へ伸縮するよう案内する機能を持っている。

外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂは、ベローズを構成する山部、谷部（これらを総称して山谷部ともいう）の円弧径が同等か、若しくは、図７のように、内側ベローズ９ｂの山部９ｂ１の円弧径Ｒｂ１、谷部９ｂ２の円弧径Ｒｂ２の方が、外側ベローズの山部９ａ１の円弧径Ｒａ１、谷部９ａ２の円弧径Ｒａ２より大きいと良い。なお、外側ベローズ９ａの山部９ａ１の円弧径Ｒａ１と谷部９ａ２の円弧径Ｒａ２を異ならせても良い。内側ベローズ９ｂの山部９ｂ１の円弧径Ｒｂ１と谷部９ｂ２の円弧径Ｒｂ２についても同様である。
図７に示すように、外側ベローズ９ａの山部から山部までの距離（ベローズピッチ）Ｐａは、内側ベローズ９ｂの山部から山部までの距離（ベローズピッチ）Ｐｂに比べて短くなっている。

図８においてベローズ９の機能について説明する。
図８（ａ）のように、電極を閉じた状態の外側ベローズ９ａの伸縮部長さをＤ１、内側ベローズ９ｂの伸縮部長さをＥ１とする。また、図８（ｂ）のように、電極を開いた状態の外側ベローズ９ａの伸縮部長さをＤ２、内側ベローズ９ｂの伸縮部長さをＥ２とし、固定側電極１と可動側電極５の可動距離をＦとする。外側ベローズ９ａの伸縮量は絶対値｜Ｄ１−Ｄ２｜、内側ベローズ９ｂの伸縮量は絶対値｜Ｅ１−Ｅ２｜になる。真空バルブ可動距離Ｃと外側および内側ベローズ伸縮量の関係は、Ｆ＝｜Ｄ１−Ｄ２｜＋｜Ｅ１−Ｅ２｜になる。つまり、真空バルブの接離による伸縮量を外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂで分担することができる。

真空バルブの接離による伸縮量をベローズ９の外側と内側で分担することが可能なため、1つのベローズを配置した真空バルブより、ベローズ９の外側の全長を抑制することができる。ベローズ９の外側全長を抑制することで真空バルブ全長も抑制することができる。
一般的に、ベローズ９の外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂの山谷部の円弧径Ｒａ１，Ｒａ２およびＲｂ１，Ｒｂ２、山数と谷数（山谷数）が同じ場合、内側ベローズ９ｂの方が外側ベローズ９ａより疲労寿命が短くなる。そのため、ベローズ９の外側と内側の構造を変えることで発生応力の差を抑制し、疲労寿命を調整することができる。手段としては、ベローズ９の外側ベローズ９ａの山部の円弧径Ｒａ１、谷部の円弧径Ｒａ２に比べて、内側ベローズ９ｂの山部の円弧径Ｒｂ１、谷部の円弧径Ｒｂ２を大きくしたり、山数、谷数を増やすことが挙げられる。
また、ベローズ９の外側ベローズと内側ベローズの山数、谷数を変えることで質量、バネ定数を変えることが可能なため、ベローズ９の外側ベローズ９ａと内側ベローズ９ｂで固有振動数を調整することができ、遮断器開閉時のベローズ９に発生する過渡振動を抑制し、さらに疲労寿命を向上させることができる。

この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。

１ 固定側電極、２ 固定側接点、３ 固定側電極棒、４ 固定側端板、５ 可動側電極、６ 可動側接点、７ 可動側電極棒、８ 可動側端板、９ ベローズ、９ａ 外側ベローズ、９ｂ 内側ベローズ、１０ ベローズカバー、１１ 絶縁容器、１２ シールド

Claims (8)

1. 筒状の絶縁容器の両端部が固定側端板および可動側端板でそれぞれ塞がれており、前記絶縁容器の内部で接点が接離可能に配置された固定側電極および可動側電極が設けられ、前記可動側電極の可動側電極棒と前記可動側端板をベローズで気密に連結した真空バルブであって、
   前記ベローズは、
   前記可動側電極棒に対して同心状に配置された内側ベローズと外側ベローズを有し、
   前記内側ベローズと前記外側ベローズとの発生応力の差を抑制するように前記内側ベローズと前記外側ベローズとは構造又は材料が異なり、
   前記内側ベローズの一端が前記可動側電極棒に固定されており、
   前記外側ベローズの一端が前記可動側端板に固定されており、
   さらに、前記内側ベローズの他端と前記外側ベローズの他端において一体となっていること
   を特徴とする真空バルブ。
2. 前記ベローズは、前記内側ベローズの山谷部の円弧径が、前記外側ベローズの山谷部の円弧径より大きいこと
   を特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
3. 前記ベローズは、前記内側ベローズの山谷部の数が、前記外側ベローズの山谷部の数より多いこと
   を特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
4. 前記ベローズは、前記内側ベローズの板厚が、前記外側ベローズの板厚より薄いこと
   を特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
5. 前記ベローズは、前記内側ベローズが前記外側ベローズに比べて高疲労強度材料であること
   を特徴とする請求項１に記載の真空バルブ。
6. 筒状の絶縁容器の両端部が固定側端板および可動側端板でそれぞれ塞がれており、前記絶縁容器の内部で接点が接離可能に配置された固定側電極および可動側電極が設けられ、前記可動側電極の可動側電極棒と前記可動側端板をベローズで気密に連結し、前記可動側電極棒の軸方向に摺動可能に前記可動側電極棒に嵌め合わさって前記ベローズの前記接点の側を包囲するベローズカバーが設けられた真空バルブであって、
   前記ベローズは、
   前記可動側電極棒に対して同心状に配置された内側ベローズと外側ベローズを有し、
   前記内側ベローズの一端が前記可動側電極棒に固定されており、
   前記外側ベローズの一端が前記可動側端板に固定されており、
   前記内側ベローズの他端と前記外側ベローズの他端とが前記ベローズカバーに固定され一体となっていること
   を特徴とする真空バルブ。
7. 前記ベローズは、個別の前記内側ベローズと前記外側ベローズが両ベローズの前記他端の側で結合されていること
   を特徴とする請求項１又は６に記載の真空バルブ。
8. 前記ベローズは、前記内側ベローズと前記外側ベローズが単一であること
   を特徴とする請求項１又は６に記載の真空バルブ。

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