KR100389574B1 - 벨로우즈와그벨로우즈를사용하는진공스위치 - Google Patents

Abstract

용기벽을 관통하고 흔들리는 가동 레버(35)에 고정된 한쪽 단부와 용기벽(3)에 고정된 다른쪽 단부를 갖는 벨로우즈는, 연장 방향의 단부에서보다는 연장방향의 중심부에서 상기 벨로우즈의 탄성계수가 더 작은 것을 특징으로 한다. 이 벨로우즈는 그 크기를 확대함이 없이 단부에서 응력 집중을 줄일 수 있고 수명을 연장할 수 있다.

그리고 진공 스위치는 그 내부에 상기 벨로우즈를 사용한다.

Description

벨로우즈와 그 벨로우즈를 사용하는 진공 스위치{BELLOWS AND VACUUM SWITCH USING THE BELLOWS}

본 발명은 벨로우즈(bellows)와 진공스위치에 관한 것으로서, 특히, 장치 또는 소자(device)의 벽을 관통시키도록 구비된 레버부를 밀봉하는 데 사용되는 벨로우즈에 관한 것이다.

일반적으로, 진공과 대기 사이에서와 같이 다른 두 공간 사이에서 공기-밀폐성을 잃지 않고 힘의 구동을 전송하는 수단으로서, 벨로우즈가 많은 경우에 사용된다. 예를 들어, 진공스위치에서, 진공스위치의 외부에 제공되는 작동 기구와 용기를 관통하는 레버는 고정된 로드에 대하여 상하방향으로 가동로드를 움직여서 각각의 로드 상에 제공되는 전극에 접촉 또는 분리시킨다. 이 경우에, 벨로우즈는 진공 스위치의 외측과 내측 사이를 밀봉하기 위해 가동로드 주위에 사용된다.

더욱, 이 기술에 관한 종래기술로서, 일본국 특허출원 55-143727에 예로서 나타나 있다.

이러한 기구에서, 벨로우즈가 축선방향으로만 팽창되고 수축될 경우에는 아무런 문제도 발생되지 않는다. 그러나 상기 일본국 특허출원 55-143727에 공개된 진공스위치에서처럼 가동 전극과 고정 전극을 분리하거나 접촉시키기 위해 주축의 받침대 주위에서 레버가 흔들리는 경우에는, 즉, 벨로우즈의 팽창과 수축에 의해 벨로우즈가 곡선형으로 변형되는 경우에는, 벨로우즈는 반복적으로 곡선형으로 변형되고, 그래서 응력이 벨로우즈의 연결부의 부근, 즉, 레버측에서 고정부와 용기벽측에서 고정부의 근처에서 집중되고, 여러 해 작동하는 동안 그러한 부분에서 균열이 발생할 수도 있으며 두 공간사이에서의 밀봉이 파손될 수도 있다.

이러한 경우에, 벨로우즈의 직경을 어느 정도 크게 만들어 응력 집중을 줄일 수 있을 것이다. 그러나 벨로우즈의 크기를 크게 만드는 것은 벨로우즈를 사용하는장치나 소자의 크기를 크게 만드는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 문제의 관점에서 만들어진 것으로서, 본 발명의 목적은 크기를 확대하지 않고 양 단부에서 응력집중을 막을 수 있고 수명을 연장할 수 있는 이러한 종류의 벨로우즈와 그 벨로우즈를 사용하는 진공 스위치를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명에 따르면, 한쪽 단부는 용기벽을 관통하고 흔들릴 수 있는 가동레버에 고정되고 다른쪽 단부는 용기벽에 고정되는 벨로우즈에 있어서, 전술한 목적은 팽창방향(expansion direction)의 중앙부에서 벨로우즈의 탄성계수가 팽창방향의 일 단부 또는 양 단부에서의 탄성계수보다 작도록 형성된 벨로우즈에 의해 달성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 한쪽 단부는 용기벽을 관통하고 흔들릴 수 있는 가동레버에 고정되고 다른쪽 단부는 용기벽에 고정되는 벨로우즈에 있어서, 상기 벨로우즈는 팽창방향의 중앙부에서 벨로우즈의 주름높이(pleat hight)가 팽창방향의 단부에서의 주름높이보다 크게 형성된다.

또한, 이 경우에 주름높이가 양 단부로부터 중앙부까지 연속적으로 증가하도록 벨로우즈가 형성된다. 또한 벨로우즈의 외측이 맥주통 형상이 되도록 벨로우즈가 형성된다.

또한, 서로 대향하도록 진공 용기에 배열된 고정 전극(fixed electrode) 및 가동 전극(movable electrode)과; 용기를 관통하고 흔들리도록 형성되고 가동 전극을 이동시키는 가동 전극에 연결된 가동 도체; 및 일 단부가 가동도체에 고정되고, 타 단부가 용기벽에 고정된 벨로우즈를 포함하는 진공스위치에 있어서, 상기 언급한 벨로우즈의 어느 하나가 이 벨로우즈에 사용된다.

즉, 이러한 방식으로 형성된 벨로우즈에서, 벨로우즈의 팽창방향의 중심부에서 탄성계수는 팽창방향의 단부에서의 탄성계수보다 크게 만들어지기 때문에, 벨로우즈의 중심부는 단부보다 더욱 신축적 구조를 갖는다. 그러므로, 비록 상기 벨로우즈가 곡선형으로 변형될 지라도, 단부에서의 응력은 중앙부 쪽으로 분산된다. 그러므로, 벨로우즈의 크기를 확장하지 않고서도 단부에서의 응력 집중은 완화되고 수명을 연장하는 것이 가능하다.

또한, 중심부에서 벨로우즈의 탄성계수를 작게 만들었을 경우, 벨로우즈의 주름높이가 변화된다. 즉, 단부에서 벨로우즈의 주름높이가 중앙부에서의 주름높이보다 더 작아지게 되어, 각 단부 가까이 있는 주름이 서로 접촉하는 것을 막는 것이 또한 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 벨로우즈를 나타내는 수직단면도;

도 2는 종래의 벨로우즈를 나타내는 수직단면도;

도 3은 종래의 벨로우즈에 작용하는 응력을 나타내는 특성도;

도 4는 본 발명에 따른 실시예의 벨로우즈에 작용하는 응력을 나타내는 특성도;

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 벨로우즈의 작동을 설명하기 위한 단면도;

도 6은 본 발명의 벨로우즈을 채용한 진공스위치의 수직단면도;

도 7은 종래의 벨로우즈가 사용된 경우의 절연 실린더와 진공스위치의 벨로우즈 사이의 위치 관계를 나타내는 단면도;

도 8은 본 발명에 따른 벨로우즈가 사용된 경우의 절연 실린더와 진공스위치의 벨로우즈 사이의 위치 관계를 나타내는 단면도이다.

본 발명에 관해 첨부한 도면을 참고하여 이하에서 설명한다.

도 1에 벨로우즈의 단면과 벨로우의 주변 구조를 나타낸다. 번호(3)는 진공스위치 등과 같은 장치나 소자의 용기 측벽을 나타내고, 측벽의 양측이 다른 공간으로 형성된다. 번호(35)는 상기 장치나 소자 용기벽을 관통하여 그 장치의 용기 내부에 있는 소자를 작동하도록 제공된 가동레버를 나타낸다.

상기 가동레버(35)는 용기벽(3)을 관통하도록 제공되고 상기 용기의 외측에제공되는 주축(18)의 지레받침대 주위에서 흔들리도록 형성된다. 상기 장치나 소자 용기의 부분을 통과하는 가동레버를 위해, 벨로우즈(6)가 용기벽(3)과 가동레버(35)의 양쪽에 장착되어 제공된다. 즉, 벨로우즈는 일 단부에서 가동레버에, 다른 단부에서 용기벽(3)에 고정된다.

이러한 경우에, 특히, 상기 벨로우즈(6)는 다음과 같이 형성된다. 즉, 팽창방향의 중앙부에서 벨로우즈의 주름높이(H)는 팽창방향의 단부에서의 주름높이보다 크게 만들어진다. 다시 말해, 팽창방향의 단부에서 탄성계수보다는 팽창방향의 중앙부에서 벨로우즈의 탄성계수가 더 작게 형성된다.

이러한 벨로우즈에 있어서, 상기 벨로우즈의 중앙부가 단부에서보다 더욱 신축적 구조이기 때문에, 축이탈 이동과 같은 이동에 기인한 곡선변형이 벨로우즈에 일어날지라도, 벨로우즈의 단부에서 응력은 중앙부를 향해서 분산된다. 그러므로, 상기 벨로우즈의 양 단부에서의 응력집중이 완화된다.

즉, 종래의 것과 상기 벨로우즈를 비교하면, 도 2에 나타낸 바와 같이 주축(18)이 벨로우즈(6)의 외측에 존재하는 경우에, 상기 벨로우즈(6)는 "굽힘이동"과 "축이탈이동"의 복합이동을 하게된다. 이러한 경우에, 벨로우즈(6)에서 발생하는 응력 분포는 도 3에 나타낸 바와 같다. 이 도면에서, 그래프의 횡좌표는 벨로우즈의 양단(A-A') 사이의 부분을 지시하고, 세로좌표는 끝측(tip)과 저부측(bottom)에서 벨로우즈(6)의 응력을 지시한다.

즉, 벨로우즈(6)의 단부(S1)에서 응력집중이 발생한다는 것을 도면으로부터 알 수 있다. 더욱, 회전각 등의 조건에 따라, 벨로우즈(6)의 주름꼭대기(pleattip)가 서로 접촉하는 부분(S2)이 있고 응력집중은 더욱 증대될 수도 있다. 반면에, 본 발명의 벨로우즈(6)에서는, 주름높이(H)(도 1 참조)가 벨로우즈(6)의 단부에서 중앙부까지 계속적으로 증가하고, 상응하여 단부에서보다는 중앙부에서 탄성계수가 작아지게 되고, 응력집중은 도 4에 나타낸 바와 같이, 단부에서 벨로우즈(6)의 응력이 중앙부를 향해 분산하게 된다. 더욱, 단부에서 주름높이(H1)가 중앙부에서 주름높이(H2)보다 작게 만들어지기 때문에 부분(S2)에서 주름 끝이 서로 접촉하는 것을 충분히 방지할 수 있다.

더욱, 이러한 경우에, 벨로우즈의 주름높이가 단부에서 중앙부를 향해서 연속적으로 변화하는 방식으로 벨로우즈가 형성됨으로써, 팽창방향으로 응력을 일정하게 분산시키는 것이 가능하고, 벨로우즈의 수명을 연장하는 것이 가능하다.

더욱, 상기 설명에서, 단부에서보다 중앙부에서 벨로우즈의 탄성계수가 더욱 작게 만들어지는 경우에, 상기 벨로우즈는 주름높이가 팽창방향에서 변화하도록 형성되나, 주름피치(pleat pitch)를 변화하고 벨로우즈의 두께를 변화하는 등의 다른 방법이나 수단은 탄성계수를 변화하는데에 고려될 수 있을 것이다. 더욱, 벨로우즈의 외측이 이 경우에 맥주통 형태 구조로 형성되지만, 항상 그와 같은 구조를 취할 필요는 없고, 즉, 예로서 도 5에 나타낸 바와 같이, 중앙부가 상당히 넓어지는 방식의 볼록 구조를 취할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 벨로우즈에서, 주축(18)이 벨로우즈(6)의 외측에 배치된 경우에서조차도, 중앙부에서 벨로우즈의 탄성계수가 단부에서의 탄성계수보다 작게 만들어지므로, 벨로우즈(6)의 단부에서 발생하는 응력은 중앙부를향해서 분산되고, 벨로우즈(6)는 종래의 벨로우즈에 비해 작은 크기로 만들어질 수 있고 수명이 연장될 수 있다.

다음으로 기술될 다른 실시예는 본 발명에 따른 벨로우즈가 진공스위치에 적용된 일 실시예로서, 도 6내지 도 8을 참고하여 이하에서 설명한다. 진공스위치(1)는 아래와 같이 구성되고 내부가 진공으로 밀봉되어 있다. 금속케이스(16)의 상부 위에, 절연 실린더(2A)가 제공되고 고정로드(4)(fixed rod)가 진공스위치(1)내에 배치되며 절연 실린더(2A)의 상부 상에 제공되는 밀봉금속(3A)에 의해 고정된다. 더욱, 금속 케이스(16)의 저부 상에, 절연 실린더(2C)가 제공되고, 그 내부에서 접지도체(42)가 벨로우즈(6C)와 밀봉금속(3C)을 통해 고정된다.

더욱, 전술한 고정로드(4)에 수직방향으로 연장되도록 배열된 가동로드(5)(가동레버)는 벽의 부분으로서 합체된 절연 실린더(2B)와 진공스위치(1)의 벽 부분을 통과하여 외측으로 연장된다. 상기 가동로드(5)는 회전가능하게 또는 흔들릴 수 있게 주축(18), 벨로우즈(6B), 및 밀봉금속(3B)에 의해 고정된다. 고정로드(4)와 가동로드(5)의 끝에는, 예를 들면, 구리-납 합금으로 만들어진 고정전극(8)과 가동전극(9)이 각각 제공된다. 상기 전극(8, 9)은 벨로우즈(6B)의 외측에 제공되는 주축(18)의 받침대 주위로 회전하거나 흔들리는 가동전극(5)에 의해 개방되고 폐쇄된다.

가동전극(5)에 고정되고 밀봉된 상기 벨로우즈(6B)는 주름높이(H)가 단부에 서 중앙부로 증가되도록 형성되고 외측은 전술한 실시예와 같이, 술통형태의 모양이 되도록 형성된다. 여기서 본 실시예의 효과를 설명한다.

가동로드(5)는 벨로우즈(6B)의 외측에 제공된 주축(18)의 받침대 주위를 회전한다. 그러므로, 상기 벨로우즈(6B)는 "굽힘이동"과 "축이탈이동"의 복합 이동을 행한다. 중앙부에서 벨로우즈(6B)의 탄성계수가 양 단부에서의 탄성계수보다 더 작게 만들어지므로, 벨로우즈(6B)의 밑바닥부(S1)에서 응력 집중을 줄이는 것이 가능하고, 상기 벨로우즈(6B)는 작은 크기로 될 수 있고, 수명이 길어진다.

더욱, 도 7과 도 8은, 가동로드(5)가 회전하게 배치되었을 때의 벨로우즈(6B, 6B')와 절연 실린더(2B, 2B') 사이의 관계를 나타낸다. 종래의 벨로우즈(6B')가 사용된 종래의 구조를 나타내는 도 7에서, 필수 간극(W)이 벨로우즈(6B')와 절연 실린더(2B') 사이에서 확보된다. 도 8에서, 역시 필수 간극(W)이 벨로우즈(6B)와 절연 실린더(2B) 사이에서 확보된다. 도 8에서 점선은, 도 7에 나타낸 바와 같이 종래의 벨로우즈(6B)를 사용할 경우의 절연 실린더(2B')의 위치를 지시한다. 절연실린더(2B)의 크기는 양 단부에서 벨로우즈(6B)의 주름높이를 줄여 사용함으로써 상당히 줄어든다. 도면에 나타난 바와 같이, 크기가 수축되었을 지라도, 중앙부에서의 주름높이보다 양 단부에서 벨로우즈의 주름높이(H)가 더욱 작게 만들어지므로, 절연 실린더(2B)와 벨로우즈(6B) 사이의 간극은 벨로우즈(6B)가 회전된 때에도 확보될 수 있고, 그 결과로서 절연 실린더(2B)는 작은 크기로 만들 수 있으며, 스위칭 소자도 전체적으로 작은 크기로 만들 수 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 가동로드에 고정된 단부에서의 응력보다 용기벽에 고정된 단부에서 응력은 더욱 크다. 주름 높이가 레버측의 단부에서부터 용기벽측의 단부까지 감소하는 것 또한 효과적이다.

더욱, 전술한 설명은 벨로우즈가 진공장치에 응용될 경우에 관한 것이나, 가스 용기, 유체 용기, 등에 응용될 수 있다는 것은 당연하다.

상기 진술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 벨로우즈의 크기를 증대시키지 않고서도 벨로우즈의 양 단부에서 응력 집중을 완화할 수 있고 벨로우즈의 수명이 연장될 수 있고, 이 벨로우즈를 채용하는 진공 스위치를 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 벨로우즈의 한쪽 단부가 용기벽에 고정되고, 상기 벨로우즈의 다른쪽 단부가 상기 용기벽을 횡단하는 방향으로 상기 용기벽으로부터 이격되고 상기 용기벽을 관통하는 가동레버에 고정되며, 상기 벨로우즈의 다른쪽 단부가 상기 가동레버의 스윙운동에 따라 상기 벨로우즈의 축선을 횡단하는 방향으로 이동가능한 벨로우즈에 있어서,

   상기 벨로우즈는 상기 양 단부로부터 중앙부까지 주름높이가 점진적으로 증가하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 벨로우즈.
2. 벨로우즈의 한쪽 단부가 용기벽에 고정되고, 상기 벨로우즈의 다른쪽 단부가 상기 용기벽을 횡단하는 방향으로 상기 용기벽으로부터 이격되고 상기 용기벽을 관통하는 가동레버에 고정되며, 상기 벨로우즈의 다른쪽 단부가 상기 벨로우즈의 외부에 배치된 샤프트 주위로 스윙가능하게 배치된 상기 가동레버의 스윙운동에 따라 상기 벨로우즈의 축선을 횡단하는 방향으로 이동가능한 벨로우즈에 있어서,

   상기 벨로우즈는 상기 벨로우즈의 탄성계수가 상기 벨로우즈의 양 단부로부터 중앙부까지 점진적으로 변화하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 벨로우즈.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 벨로우즈의 주름높이는 상기 벨로우즈의 양단부로부터 중앙부까지 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 벨로우즈의 외측이 맥주통 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 벨로우즈.
5. 진공 스위치 용기에 배열되어 서로 대향하는 고정전극 및 가동전극, 상기 가동전극에 접속되고 상기 용기를 관통하고 흔들리도록 형성되고 상기 가동전극을 이동시키는 가동도체, 및 벨로우즈의 일단부가 상기 가동도체에 고정되고 타 단부가 상기 용기벽에 고정된 벨로우즈를 포함하는 진공스위치에 있어서,

   청구항 제 1항 내지 3항중 어느 한 항에 따른 상기 벨로우즈가 상기 진공 스위치의 벨로우즈로 사용되는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 진공 스위치.
6. 진공 스위치 용기에 배열되어 서로 대향하는 고정전극 및 가동전극, 상기 가동전극에 접속되고 상기 용기를 관통하고 흔들리도록 형성되고 상기 가동전극을 이동시키는 가동도체, 및 벨로우즈의 일단부가 상기 가동도체에 고정되고 타 단부가 상기 용기벽에 고정된 벨로우즈를 포함하는 진공스위치에 있어서,

   청구항 제 4항에 따른 상기 벨로우즈가 상기 진공 스위치의 벨로우즈로 사용되는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 진공 스위치.