JPH0618375A - 真空開閉器用ベローズ寿命試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ベローズを大気圧の圧力条件を負担させて高
速で多数回伸縮させ、その寿命を試験する装置である。 【構成】 ベローズ２４をチャンバ２０内の可動ロッド
２２上に載置し、真空ポンプ３２でチャンバ２０内を排
気し、オシレーティングドライブ３６によって可動ロッ
ド２２上のベローズ２４を多数回伸縮させる。所定回数
の伸縮の後、チャンバ２０内の圧力を検出し、所定の真
空度が保たれていればベローズが正常であると判定す
る。判定結果は操作パネルの判定表示部５６に表示され
る。ベローズの伸縮および伸縮後の検査を自動的に行う
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空開閉器用ベローズ
寿命試験装置に関し、特に、ベローズを高速で多数回伸
縮する真空開閉器用ベローズの寿命試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】真空開閉器、遮断器は、他の開閉器、遮
断器に比較して、高信頼度、多頻度開閉能力を有してい
ることから、近年広く利用されている。この真空遮断器
は電力供給の始端に施設され、電力供給回路で事故が発
生した場合に、直ちに電力供給停止する手段として利用
される。また、真空開閉器は主として、必要に応じて電
力供給を行い、停止する手段として利用されている。遮
断器と開閉器の区分としては、その電流遮断能力で区分
され、事故等で発生する大電流遮断能力を有するものを
遮断器と称しているが、常態として電力供給、停止する
場合に大電流遮断能力を要求される場合は、その区別が
つけにくい。したがって、真空開閉器は真空遮断器を含
むものとされる。

【０００３】高圧以上の電圧に対応する真空開閉器は電
力一般の設備同様、耐用寿命２０年程度であり、その２
０年間に事故対応として作動することは非常に少なく、
作動回数を多めに想定しても数１０回程度であり、ま
た、その他の動作として保守上からの開閉が考えられ、
これらが数１００回から数１０００回程度であることか
ら、これらを加えても一般の真空開閉器としては１万回
程度の寿命が製品保証動作回数となっており、その中で
も多頻度開閉器として商用化されている最大の寿命を有
する製品にあっては、現状では国内で製品保証動作回数
が１０万回となっている。

【０００４】一方、この真空開閉器に利用されているベ
ローズは数１０万回の寿命を有していることから、ベロ
ーズに起因する真空開閉器の事故発生は非常にまれであ
る。

【０００５】しかしながら、鉄道分野において新幹線や
今後営業が予想される浮上式鉄道においては、１列車進
行に１回の作動が必要とされることから、最大の列車密
度を有する線区においては、年５万回程度の作動を必要
としている。そのため、２年程度の寿命となり、経済
性、信頼度向上の見地から、長寿命の真空開閉器が期待
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような真空開閉器
の寿命を調べるためには、ベローズを真空開閉器と同様
の真空状態で多数回伸縮させた後、その破損状態を検査
する必要がある。しかもこのようなベローズの伸縮は真
空状態において極めて高速で行われるため、その寿命試
験を行う場合には同様の状態において極めて高速でベロ
ーズの伸縮を行わなければならない。このように伸縮を
行った後、ベローズの破損状態を検査する必要があるた
め、従来、上記のようにベローズの寿命を試験すること
は多くの手間を要し、適切な試験装置の提供が望まれて
いた。

【０００７】高圧、特別高圧の真空開閉器用のベローズ
の動作条件は、たとえばベローズの内外気圧差１気圧程
度の作動条件において、１０mm前後から数１０mm程度の
可動範囲で、４００rpm の１サイクルの動作時には、下
げ方向最大２ｍ／ｓ程度の速度モード、停止モード、上
げ方向最大０．５ｍ／ｓ程度の速度モード、停止モード
の４つのモードを有し、２０rpm の１サイクルの動作時
には、下げ方向最大０．１ｍ／ｓ程度の速度モード、停
止モード、上げ方向最大０．０２５ｍ／ｓ程度の速度モ
ード、停止モードの４つのモードを有する装置で、これ
らの速度域を自由に可変に設定でき、作動回数が数１０
０万回を十分達成できる真空開閉器用ベローズ寿命試験
装置が期待されていた。

【０００８】本発明は、上記の要求に鑑み、高速で多数
回伸縮される真空開閉器用ベローズの寿命を試験できる
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、真空開
閉器に用いられるベローズの寿命を試験する装置は、試
験されるベローズを収容し、所定の圧力状態に設定され
る空間を形成する試験部と、試験部を所定の圧力状態に
設定する圧力設定手段と、試験部に収容されたベローズ
を高速で多数回伸縮させるベローズ伸縮手段と、試験部
内の圧力を検出する圧力検出手段と、各手段を制御する
制御手段とを有し、制御手段は、試験部に収容されたベ
ローズをベローズ伸縮手段により多数回伸縮させた後、
圧力検出手段により検出された試験部内の圧力に基づい
てベローズの破損の有無を判定するものである。

【００１０】

【実施例】次に添付図面を参照して本発明によるベロー
ズの寿命試験装置の実施例を詳細に説明する。

【００１１】図２には、本発明によるベローズの寿命試
験装置の一実施例の概略構成が示されている。同図に示
されるように、本装置は、台部１０と台部１０上に載置
されたベローズ試験部１２とからなっている。ベローズ
試験部１２は、台部１０上に脚部１６によって支持され
た試験台１８と、試験台１８上に着脱可能に載置される
チャンバ２０を有する。チャンバ２０内には試験台１８
に設けられた孔を通して可動ロッド２２が挿入され、可
動ロッド２２上に試験されるベローズ２４が載置され
る。

【００１２】本装置はさらに、ベローズ試験部１２に列
置される操作パネル部１４を有する。

【００１３】ベローズ２４は、可動ロッド２２の上方に
固定された固定部材２６によってその上端を固定されて
おり、後述するように、可動ロッド２２の上下運動によ
って伸縮を繰り返される。チャンバ２０内は試験台１８
に設けられた孔を通して排気管２８に接続される。

【００１４】本装置においてはさらに、真空排気系３９
がベローズ試験部１２に列置される。

【００１５】排気管２８は弁３０を介して真空ポンプ３
２に接続されている。試験時には、真空ポンプ３２によ
ってチャンバ２０内の空気が排気され、チャンバ２０内
が真空状態にされる。排気管２８の途中に圧力計３４が
設けられている。

【００１６】台部１０には、可動ロッド２２を上下に往
復運動させるためのオシレーティングドライブ３６、オ
シレーティングドライブ３６を駆動させるモータ３８が
配設されている。真空排気系３９には、真空ポンプ３
２、排気管２８、圧力計３４が配設されている。

【００１７】操作パネル部１４には、操作者が装置に種
々の指示を入力するためのスイッチ、ボタン等の操作入
力パネル４０と、装置の動作および各部の状態を示すレ
ベルメータ、ＬＥＤ等の表示部４２が設けられている。

【００１８】可動ロッド２２は、ベローズ２４と接続金
具で連結される構造となっている。接続金具の上方に連
設される支持部分上には試験されるベローズ２４が載置
され、支持される。接続金具はオシレーティングドライ
ブ３６の出力軸に接続され、オシレーティングドライブ
３６から供給される上下運動を受ける。

【００１９】オシレーティングドライブ３６は図３に示
すように、入力軸４４および出力軸４６を有し、モータ
３８から入力軸４４に入力される回転運動をカム機構に
よって出力軸４６から矢印で示すような揺動運動として
出力するものである。

【００２０】図４に、オシレーティングドライブ３６の
入力軸４４および出力軸４６の回転角のタイミングの一
例が示されている。出力軸４６の回転角のタイミングは
任意に設定可能であり、出力軸４６に固設された揺動部
材４８は極めて高精度で高速の往復運動を行うことがで
きる。

【００２１】オシレーティングドライブ３６には、モー
タ３８が接続され、モータ３８からプーリ５０等を介し
てオシレーティングドライブ３６の入力軸４４が回転駆
動される。オシレーティングドライブ３６によって駆動
される可動ロッド２２の動作可動長は６〜３０ｍｍであ
り、この長さの範囲で可動ロッド２２が上下に可動とさ
れる。

【００２２】チャンバ２０は図２に示すように、ドーム
状の蓋部材であり、内部のベローズ２４の様子が観察で
きるとともに真空に耐える強度を有するガラス等の透明
な素材により形成されている。チャンバ２０は本実施例
においては、直径１８０ｍｍ、高さ３００ｍｍの大きさ
に形成されている。

【００２３】真空ポンプ３２は、チャンバ２０内の空気
を排気し、チャンバ２０内をたとえば１／１０³ Torr程
度の真空状態にする。排気管２８に設けられた弁３０
は、真空ポンプ３２によってチャンバ２０内が排気され
た後、閉じられ、チャンバ２０内を排気状態に維持す
る。

【００２４】操作パネル部１４の表示部４２には、ベロ
ーズ２４の設定伸縮回数と伸縮回数の現在値が表示でき
る伸縮回数表示部５２が設けられている。伸縮回数表示
部５２はたとえば７セグメントのＬＥＤ等が用いられ、
７桁の数字を表示可能に構成されている。伸縮回数表示
部５２によりたとえば時々刻々伸縮回数が更新され、設
定値１００万回でベローズ２４の伸縮は停止される。

【００２５】表示部４２にはまた、詳細圧力表示部５４
および圧力表示部５７が設けられている。詳細圧力表示
部５４および圧力表示部５７にはチャンバ２０内の圧力
が表示される。判定表示部５６にはベローズ２４の故障
条件等が表示される。

【００２６】図１には、図２の装置の機能ブロック図が
示されている。排気管２８の途中には圧力計３４が設け
られている。圧力計３４はチャンバ２０内の圧力を検出
し、その出力は圧力表示部５４および制御部６０に送ら
れる。圧力表示部５４は、操作パネル部１４の表示部４
２上に設けられている。

【００２７】オシレーティングドライブ３６に連結する
カウンタ６２はトータル動作回数をカウントし、伸縮回
数表示部５２がこれを表示する。カウンタ６２はオシレ
ーティングドライブ３６の出力軸４６から出力される揺
動運動の回数、すなわち可動ロッド２２の往復運動によ
るベローズ２４の伸縮回数をカウントする。カウンタ６
２からの出力は、伸縮回数表示部５２および制御部６０
へ送られる。

【００２８】制御部６０は本装置の各部の動作を制御す
る。制御部６０はマイクロプロセッサで構成される。本
装置においては制御部６０は特に、カウンタ６２から入
力されるカウント値、すなわちベローズの伸縮回数を所
定の回数と比較し、カウント値が所定の回数、たとえば
１００万回に達すると、その時、圧力計３４から入力さ
れるチャンバ２０内の圧力が所定の圧力であるか否かを
判断し、その判定結果を判定表示部５６に出力する。

【００２９】なお、図１のその他の機能部は前述した図
２に示すものと同様であるから、説明を省略する。

【００３０】次に装置の動作を説明する。操作者はチャ
ンバ２０をはずして試験すべきベローズ２４を可動ロッ
ド２２上に載置し、チャンバ２０を所定の位置に被せ
る。操作者が操作入力パネル４０から伸縮回数、所望の
真空度等の設定値を入力し、試験開始の指示を入力する
と、制御部６０から真空ポンプ３２に制御信号が出力さ
れる。これにより真空ポンプ３２が動作し、チャンバ２
０内の空気を排気する。制御部６０は圧力計３４から送
られるチャンバ２０内の圧力が所定の圧力、たとえば１
／１０³ Torrまで減圧されたことを検出すると、真空ポ
ンプ３２に制御信号を出力し、真空ポンプ３２の動作を
停止させるとともに、弁３０を閉じさせる。弁３０が閉
じることによってチャンバ２０内の圧力は前記の所定の
値に保たれる。その後、窒素ガスを封入して圧力を設定
圧力値に上昇させ、設定圧力下でベローズの伸縮を開始
させる。

【００３１】制御部６０からオシレーティングドライブ
３６に制御信号が出力され、オシレーティングドライブ
３６はモータ３８から駆動力を受けて揺動部材４８を通
して前記の揺動運動を出力し、揺動部材４８に連設され
た可動ロッド２２に前記の往復運動を行わせる。可動ロ
ッド２２が上下に往復運動を行うことにより、ベローズ
２４が伸縮される。

【００３２】図５には、可動ロッド２２により行われる
ベローズ２４の伸縮動作のパターンが示されている。た
とえば４００Ｈｚで可動する場合は、同図に示されるよ
うに、引き下げ位置からベローズ２４が押し上げられ、
約３７．５ｍｓ後に押し上げ位置に達し、この間の最大
速度は０．５ｍ／ｓである。押し上げ位置に達した後、
この位置で所定の時間（αｍｓ）休止され、その後、再
び引き下げられ、２３ｍｓ後に引き下げ位置に戻り、こ
の間の最大速度は２ｍ／ｓである。引き下げ位置におい
ても、所定の時間（βｍｓ）休止され、再び押し上げサ
イクルが行われる。なお、上記押し上げ時間３７．５ｍ
ｓおよび引き下げ時間２３ｍｓにはそれぞれチャタリン
グ時間２０ｍｓが含まれている。上記の動作は、図５に
示すように、２０Ｈｚ〜４００Ｈｚまで可変に設定でき
るモータに連結されるため、約３秒から１５０ｍｓのサ
イクルで繰り返すことができる。

【００３３】本実施例における可動ロッド２２の移動速
度は、モータの速度を可変に設定できることおよびオシ
レーティングドライブ３６のカム曲線により、押し上げ
時においては０．０５ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓ、引き下げ
時においては０．１２ｍ／ｓ〜２．０ｍ／ｓがそれぞれ
可変とすることができる。また、可動ロッド２２の上下
動の動作によりベローズ２４に加えられる外力は、押し
上げ時に０となり、引き下げ時に最大となる。

【００３４】カウンタ６２は、オシレーティングドライ
ブ３６から出力される往復運動の回数、すなわちベロー
ズ２４の伸縮回数をカウントする。制御部６０はカウン
タ６２から送られるカウント値が所定の値に設定された
動作回数表示部５２で、たとえば１００万回に達する
と、オシレーティングドライブ３６へ制御信号を出力
し、オシレーティングドライブ３６による往復運動を停
止させる。

【００３５】制御部６０はベローズ２４の動作中の圧力
は、圧力計３４で計測され、圧力設定表示部５７の設定
値を上回った場合に停止される。チャンバ２０内の真空
状態で所定回数の動作を繰り返されることにより試験さ
れたベローズ２４が正常である場合にはベローズ２４内
の空気がチャンバ２０へ侵入することはないから、チャ
ンバ２０内の圧力は所望の真空度を保つ。一方、ベロー
ズ２４の一部に破壊があった場合には、その破壊された
部分を通してベローズ２４内部の空気がチャンバ２０内
へ侵入するからチャンバ２０内の圧力が高くなり、ベロ
ーズ２４の破損の有無を検出することができる。

【００３６】制御部６０は圧力計３４から送られるチャ
ンバ２０内の圧力が所望の真空度を保っている場合に
は、試験されたベローズ２４が正常（合格）であると判
断し、その旨の信号を判定表示部５６に出力する。圧力
計３４から送られるチャンバ２０内の圧力が所望の真空
度を保っていない場合には、試験されたベローズ２４に
破壊があったものとしてベローズ２４が異常（不合格）
であると判断し、その旨を判定表示部５６に出力する。

【００３７】判定表示部５６は制御部６０から送られる
判定信号に基づき、判定結果を表示する。

【００３８】以上のように本装置によれば、ベローズ２
４を真空状態において多数回伸縮させた後、ベローズ２
４に異常が生じたか否かを判定することができる。しか
も、ベローズ２４の伸縮はオシレーティングドライブ３
６の揺動運動により行われるから、高精度、高速の動作
が可能である。また、上記の動作は制御部６０の制御に
よって自動的に行われるから、操作者はベローズ２４を
載置してチャンバ２０を被せ、試験開始を指示するのみ
でよく、装置の操作が容易である。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、ベローズをきわめて小
さな伸縮範囲で多数回高速で伸縮させ、その品質を試験
することができ、動作は自動的に行われるから、操作も
容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるベローズの寿命試験装置の一実施
例を示す機能ブロック図である。

【図２】本発明によるベローズの寿命試験装置の一実施
例を示す概略構成図である。

【図３】図１のオシレーティングドライブを示す斜視図
である。

【図４】図３のオシレーティングドライブの入力軸およ
び出力軸の回転角のタイミング線図である。

【図５】本装置により行われるベローズの伸縮動作のパ
ターンを示す図である。

【符号の説明】

１２ ベローズ試験部 １４ 操作パネル部 ２０ チャンバ ２２ 可動ロッド ２４ ベローズ ２８ 排気管 ３０ 弁 ３２ 真空ポンプ ３４ 圧力計 ３６ オシレーティングドライブ ３８ モータ ４０ 操作入力パネル ４２ 表示部 ５２ 伸縮回数表示部 ５４ 圧力表示部 ５６ 判定表示部 ５７ 圧力設定表示部 ６２ カウンタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 省三 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 兎束 哲夫 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 谷 満輝 東京都墨田区両国４−37−３ 株式会社谷 製作所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空開閉器に用いられるベローズの寿命
   を試験する装置において該装置は、 試験されるベローズを収容し、所定の圧力状態に設定さ
   れる空間を形成する試験部と、 前記試験部を所定の圧力状態に設定する圧力設定手段
   と、 前記試験部に収容されたベローズを高速で多数回伸縮さ
   せるベローズ伸縮手段と、 前記試験部内の圧力を検出する圧力検出手段と、 前記各手段を制御する制御手段とを有し、 前記制御手段は、前記試験部に収容されたベローズを前
   記ベローズ伸縮手段により多数回伸縮させた後、前記圧
   力検出手段により検出された前記試験部内の圧力に基づ
   いてベローズの破損の有無を判定することを特徴とする
   真空開閉器用ベローズ寿命試験装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記試
   験部は、ベローズを載置する台と、該台上に載置される
   チャンバとにより構成されることを特徴とする真空開閉
   器用ベローズ寿命試験装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の装置において、前記ベ
   ローズ伸縮手段は、連続等速回転で回転する入力軸によ
   って、出力軸が高速に往復運動するオシレーティングド
   ライブを有し、該オシレーティングドライブによりベロ
   ーズの上下動および停止のサイクル駆動を行うことを特
   徴とする真空開閉器用ベローズ寿命試験装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の装置において、前記オ
   シレーティングドライブは、前記可動ロッドの作動範囲
   が数１０ｍｍの中で、最大速度２ｍ／ｓを達成させるこ
   とを特徴とする真空開閉器用ベローズ寿命試験装置。