JPH05174677A - 密封型開閉器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 可動接触子の開極動作にともなうベローズの
自己振動を低減し、高速度で多数回開閉可能な密封型開
閉器を得ることを目的とする。 【構成】 ベローズ40の各ひだ40cー1〜nの形状をベロー
ズ40の伸縮方向に順に変化させ、１つのひだ40cー1〜nに
相当するベローズ40の一部分の固有振動数と振幅とがそ
れぞれ異なるように構成した。 【効果】 ベローズ40に生ずる合成応力はその応力が最
大となる振幅点が時間の経過と共に移動し、特定の１つ
または複数のひだ（40cー1〜nのいずれか）の部分に最大
応力が生ずることを回避でき、最大振幅による繰返し加
重の回数が低減するので、開閉器の使用可能回数が飛躍
的に増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速度で多数回開閉さ
れる密封型開閉器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な密封型開閉器又は真空開
閉器の構成を図９に示す。図９において、従来の開閉器
は、容器３の上部フランジ７に固定された固定接触子１
と、固定接触子１に対して接触離反可能な可動接触子２
と、可動接触子２を駆動する駆動ロツド６と、駆動ロツ
ド６と容器３の下部フランジ８との間に設けられたベロ
ーズ４を具備している。このベローズ４の下端部4aが容
器３の下部フランジ８と、またベローズ４の上端部4bが
駆動ロツド６と、それぞれ密着結合されている。ベロー
ズ４は、可動接触子２および駆動ロツド６の上下動にと
もなって伸縮され、容器３の内部は密封状態に保持され
る。

【０００３】可動接触子２および駆動ロツド６は操作機
構（周知により図示せず）に連結され、操作機構の動作
により図中上方へ高速度に駆動されて閉極動作を行な
う。逆に、これらが図中下方へ高速度に駆動されたとき
は開極動作を行なう。可動接触子２および駆動ロツド６
は、閉極動作および開極動作のいずれの場合にも、あら
かじめ設定された行程距離を移動する。また、可動接触
子２および駆動ロツド６は開極動作の最終行程では緩衝
機構（周知により図示せず）により減速された後停止す
る。

【０００４】ベローズ４は、上記可動接触子２等の動作
にともなって、その上端部4bが可動接触子２の動作行程
と等しい長さだけ伸縮する。そのため、ベローズ４は伸
縮動作に耐え、かつ必要な伸縮寸法を得るように、多数
のひだ4cが設けられている。また、成形を容易にするた
め、従来各ひだ4cの形状は同一である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の密封型開閉器は
以上のように構成されているため、可動接触子２の開極
動作中の急加速されるされる最初の行程と急減速される
最後の行程において、同一形状に成形され同一の振動特
性を有する各ひだ4cに相当する部分が相互に共振し、ベ
ローズ４全体には大きな振幅の自己振動が発生する。一
般的な開閉器では、開極動作直後にベローズの固定端で
ある下部フランジ８の近傍がベローズ４の自己振動の最
大振幅部となり、この自己振動の最大振幅部分が移動す
ることなく持続し、長い場合には数秒間も続くことが確
認されている。可動接触子２の開極動作直後におけるベ
ローズ４の自己振動の状態を図10に示す。このベローズ
４の振幅の大きな自己振動によりベローズ４には非常に
大きな応力が局部的に発生する。また、可動接触子２が
１回開極動作するごとにベローズ４の自己振動による応
力が数回発生する。そのため、ベローズ４の耐久性が密
封型開閉器の使用回数に重大な影響を及ぼすという問題
点を有していた。さらに、開閉器が大容量になるほど、
また可動接触子２の開極動作が高速になるほど、すなわ
ち可動接触子２の運動量が増加するほど、ベローズ４の
自己振動現象は顕著となる。そのため、従来のベローズ
をそのまま用いたのでは、大容量でかつ数万〜数十万回
の開閉を許容する密封型開閉器の開発は困難であるとい
う問題点を有していた。

【０００６】この発明は以上のような問題点を解決する
ためになされたものであり、可動接触子の開極動作にと
もなうベローズの自己振動を低減し、高速度で多数回開
閉可能な密封型開閉器を得ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る密封型開
閉器は、内部を真空に保つ又は絶縁性ガスを密封する容
器と、前記容器の上部フランジに固定された固定接触子
と、前記固定接触子に対して接触および離反する可動接
触子と、前記可動接触子を駆動する可動接触子駆動手段
と、前記容器の下部フランジと前記可動接触子駆動手段
との間に気密的に設けられ、前記可動接触子の駆動方向
に伸縮自在な複数のひだを有し、前記各ひだの形状をそ
れぞれ前記伸縮の方向に変化させることにより縦弾性特
性を変化させたベローズと、を具備している。

【０００８】

【作用】ベローズの各ひだの形状をベローズの伸縮方向
に順に変化させることにより、１つのひだに相当するベ
ローズの一部分の固有振動数と振幅とがそれぞれ異なる
ように変化する。可動接触子の動作によりベローズが伸
縮し、それにともなって、ベローズには静的な応力とベ
ローズの固有振動に基づく応力とが合成された合成応力
が発生する。ところが、ベローズは、それぞれ固有振動
数の異なる各部分の合成体であるため、ベローズに生ず
る合成応力はその応力が最大となる振幅点が時間の経過
と共に移動する。その結果、特定の１つまたは複数のひ
だの部分に最大応力が生ずることを回避することができ
る。また、ベローズに生ずる固有振動に基づく振動波
は、振幅と周期の異なる複数の振動波の合成波であり、
その最大振幅が時間の経過と共に変化するので、１つの
ひだに相当する部分が受ける最大振幅による繰返し加重
の回数が低減する。これにより、開閉器の使用可能回数
が飛躍的に増加する。

【０００９】

【実施例】

第１の実施例 この発明に係る密封型開閉器の第１の実施例を図１およ
び図２を用いて説明する。図１は第１の実施例に係る密
封型開閉器の構成を示す断面図、図２は第１の実施例に
おけるベローズ40の詳細を示す断面図である。図１にお
いて、この実施例に係る密封型開閉器は、容器３の上部
フランジ７に固定された固定接触子１と、固定接触子１
に対して接触離反可能な可動接触子２と、可動接触子２
を駆動する駆動ロツド６と、駆動ロツド６と容器３の下
部フランジ８との間に設けられたベローズ40を具備して
いる。このベローズ40の下端部40aが容器３の下部フラ
ンジ８と、またベローズ40の上端部40bが駆動ロツド６
と、それぞれ密着結合されている。ベローズ40は、可動
接触子２（および駆動ロツド６）の上下動にともなって
伸縮され、容器３の内部は密封状態（真空状態）に保持
される。

【００１０】可動接触子２および駆動ロツド６は操作機
構（周知により図示せず）に連結され、操作機構の動作
により図中上方へ高速度に駆動されて閉極動作を行な
う。逆に、図中下方へ高速度に駆動されて開極動作を行
なう。可動接触子２および駆動ロツド６は、閉極動作お
よび開極動作のいずれの場合にも、あらかじめ設定され
た行程距離を移動する。また、可動接触子２および駆動
ロツド６は開極動作の最終行程では緩衝機構（周知によ
り図示せず）により減速された後停止する。

【００１１】ベローズ40は、上記可動接触子２等の動作
にともなって、その上端部40bが可動接触子２の動作行
程と等しい長さだけ伸縮する。そのため、ベローズ40は
伸縮動作に耐え、かつ必要な伸縮寸法を得るように、多
数のひだ40cー1〜nが設けられている。この実施例におけ
るベローズ40は、その詳細を図２に示すように、各ひだ
40cー1〜nの容器側の最大径および最小径（但し、部品と
してのベローズを開閉器に組み立てた場合）は同一であ
るが、ピツチが図中上側から順に狭く（下側から見れば
順に広く）なるように設定されている。その結果、ベロ
ーズ40の各ひだ40cー1〜nに相当する部分の固有振動数
は、図中上側から順に少しずつ増加する。

【００１２】固定接触子１と可動接触子２の開極動作速
度と閉極動作速度が異なる密封型開閉器の場合、開極動
作速度が閉極動作速度よりも速い場合には、ベローズ40
の固有振動数（すなわち、弾性係数またはばね定数）の
大きい側を容器３の下部フランジ８の側に配置し、ま
た、開極動作速度が閉極動作速度よりも遅い場合には、
ベローズ40の固有振動数の小さい側を容器３の下部フラ
ンジ８の側に配置する。このように配置することによ
り、ベローズ40の自己振動を効果的に減衰させることが
できる。例えば図１の場合、開極速度が閉極速度よりも
速い場合を示す。

【００１３】第２の実施例 この発明に係る密封型開閉器の第２の実施例を図３およ
び図４を用いて説明する。図３は、第２の実施例に係る
密封型開閉器の構成を示す断面図であり、図４は第２の
実施例におけるベローズ41の詳細を示す断面図である。
図３において、ベローズ41以外の構成は、図１に示す第
１の実施例の場合と同様であるため、その説明を省略す
る。

【００１４】図３および図４に示すように、第２の実施
例におけるベローズ41では、各ひだ41cー1〜nのピツチは
一定であるが、各ひだの高さ、すなわち、各ひだ41cー1
〜nの部分における容器側の最大径と最小径の差の1/2
が、図中上側から順に小さく（下側から見れば順に大き
く）なるように設定されている。その結果、ベローズ41
の各ひだ41cー1〜nに相当する部分の固有振動数は、図中
上側から順に少しずつ増加する。

【００１５】第３の実施例 この発明に係る密封型開閉器の第３の実施例を図５およ
び図６を用いて説明する。図５は第３の実施例に係る密
封型開閉器の構成を示す断面図であり、図６は第３の実
施例におけるベローズ42の詳細を示す断面図である。一
般に、高電圧用開閉器では可動接触子２の動作行程が長
くなり、それにともなって、ベローズの全長を長くする
か、あるいは複数のベローズをその伸縮方向に接合して
用いられる。図５および図６において、ベローズ42はひ
だの高さ、すなわち、ひだの部分の容器側の最大径と最
小径との差が異なる、すなわち、縦弾性特性の異なる、
複数の（２つの）小ベローズ42-Aおよび42-Bを伸縮方向
に連結したものである。その他の構成は、図１に示す第
１の実施例の場合と同様であり、その説明を省略する。
上記構成により、ベローズ42は全体として、所定の伸縮
可能な長さを確保すると共に、各小ベローズ42-Aおよび
42-Bのそれぞれの固有振動数を異ならしめ、各小ベロー
ズ42-Aおよび42-Bに発生する振動の合成波の最大振幅を
時間の経過と共に変化させ、最大振幅による繰返し加重
の回数が低減せしめている。全長の長い１個のベローズ
を製作することに代えて、この実施例に示すように、ベ
ローズを複数の単位に分割し、各単位の小ベローズの縦
弾性特性（固有振動数）を異ならしめることにより、製
造方法や材料等による制約を受けることなく、経済的
に、所定の縦弾性特性を有するベローズを製作すること
ができる。

【００１６】第４の実施例 この発明に係る密封型開閉器の第４の実施例を図７およ
び図８を用いて説明する。図７は、第４の実施例に係る
密封型開閉器の構成を示す断面図であり、図８は第４の
実施例におけるベローズ43の詳細を示す断面図である。
なお、第４の実施例に係る密封型開閉器の構成は、図５
に示す第３の実施例の場合と比較して、ベローズ43の構
成のみが異なるため、その他の説明を省略する。図７お
よび図８において、ベローズ43は、各ひだ43cー1〜nの部
分の少なくとも容器側の最大径が図中上側から順に小さ
くなるように構成された複数の（２つの）小ベローズ43
-Aおよび43-Bをその伸縮方向に結合したものである。小
ベローズ43-Aの図中右端のひだ（43cーm+1）の容器側の
最大径は小ベローズ43-Bの左端のひだ(43cーm）の容器側
の最大径よりも小さくなるように設定されている。な
お、図８に示すように、各ひだ43cー1〜nの部分の容器側
の最大径だけでなく最小径も図中右側から順に小さくな
るように構成してもよい。以上のような構成により、各
小ベローズ43-Aおよび43-Bに発生する振動の合成波の最
大振幅を時間の経過と共に変化させ、最大振幅による繰
返し加重の回数が低減せしめている。

【００１７】一般に、密封型開閉器に用いられるベロー
ズは、比較的小型の場合、液圧成形により一体成形され
る。また、大型の場合は、１つのひだに相当する部分の
さらにその半分ごとに成形された部品（例えば、外側に
凸の部分と外側に凹の部分）を、溶接により一体化す
る。いずれの方法により製造されたベローズを用いるか
は、ベローズに要求される諸条件にベローズの製造条件
を加味して選択される。液圧成形の場合、ひだのピツチ
や容器側の最大径および最小径の変化が少ないものを製
作するには有利であり、量産に適する。一方、溶接成形
の場合は、ひだのピツチや容器側の最大径および最小径
を大きく変化させたベローズであっても容易に製作が可
能であるが、量産には適さない。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る密封型開
閉器は、ベローズの各ひだの形状をベローズの伸縮方向
に変化させ、１つのひだに相当するベローズの一部分の
固有振動数と振幅とがそれぞれ異なるように構成したの
で、ベローズに生ずる合成応力はその応力が最大となる
振幅点が時間の経過と共に移動し、特定の１つまたは複
数のひだの部分に最大応力が生ずることを回避すること
ができる。また、ベローズに生ずる固有振動に基づく振
動波の最大振幅は時間の経過と共に変化するので、１つ
のひだに相当する部分が受ける最大振幅による繰返し加
重の回数が低減する。その結果、開閉器の使用可能回数
が飛躍的に増加するという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係る密封型開閉器の構成を示す
断面図

【図２】第１の実施例におけるベローズ40の詳細を示す
断面図

【図３】第２の実施例に係る密封型開閉器の構成を示す
断面図

【図４】第２の実施例におけるベローズ41の詳細を示す
断面図

【図５】第３の実施例に係る密封型開閉器の構成を示す
断面図

【図６】第３の実施例におけるベローズ42の詳細を示す
断面図

【図７】第４の実施例に係る密封型開閉器の構成を示す
断面図

【図８】第４の実施例におけるベローズ43の詳細を示す
断面図

【図９】従来の一般的な密封型開閉器（真空開閉器）の
構成を示す断面図

【図１０】可動接触子２の開極動作直後におけるベロー
ズ４の自己振動の状態を示す図

【符号の説明】

１ 固定接触子 ２ 可動接触子 ３ 容器 ６ 駆動ロツド ７ 上部フランジ ８ 下部フランジ 40〜43 ベローズ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を真空に保つ又は絶縁性ガスを密封
   する容器と、 前記容器の上部フランジに固定された固定接触子と、 前記固定接触子に対して接触および離反する可動接触子
   と、 前記可動接触子を駆動する可動接触子駆動手段と、 前記容器の下部フランジと前記可動接触子駆動手段との
   間に気密的に設けられ、前記可動接触子の駆動方向に伸
   縮自在な複数のひだを有し、前記各ひだの形状をそれぞ
   れ前記伸縮の方向に変化させることにより縦弾性特性を
   変化させたベローズと、 を具備する密封型開閉器。
2. 【請求項２】 固定接触子と可動接触子の開極動作速度
   と閉極動作速度が異なる請求項１記載の密封型開閉器に
   おいて、 開極動作速度が閉極動作速度よりも速い場合に、前記ベ
   ローズの弾性係数の大きい側を前記容器の下部フランジ
   側に配置したことを特徴とするもの。
3. 【請求項３】 固定接触子と可動接触子の開極動作速度
   と閉極動作速度が異なる請求項１記載の密封型開閉器に
   おいて、 開極動作速度が閉極動作速度よりも遅い場合に、前記ベ
   ローズの弾性係数の小さい側を前記容器の下部フランジ
   側に配置したことを特徴とするもの。
4. 【請求項４】 前記ベローズは、容器側の最大径および
   最小径が一定で、各ひだのピツチを順に広くまたは狭く
   してなる、請求項１、２または３記載の密封型開閉器。
5. 【請求項５】 前記ベローズは、各ひだのピツチは実質
   的に一定で、容器側の最大径を順に大きく又は小さくし
   てなる、請求項１、２または３記載の密封型開閉器。
6. 【請求項６】 内部を真空に保つ又は絶縁性ガスを密封
   する容器と、 前記容器の上部フランジに固定された固定接触子と、 前記固定接触子に対して接触および離反する可動接触子
   と、 前記可動接触子を駆動する可動接触子駆動手段と、 前記容器の下部フランジと前記可動接触子駆動手段との
   間に気密的に設けられ、縦弾性特性の異なる複数の小ベ
   ローズを前記駆動方向に結合してなるベローズと、 を具備する密封型開閉器。