(57)【要約】【課題】外圧型成型ベローズを小型化するという課題があった。【解決手段】複数の山を有する成型ベローズの使用方法であって、山の谷底部及び山頂部の間を構成する側壁部が外側に凸状に膨らんだ形状を、成型ベローズの外側に流体圧力を加えて、谷底部近傍の弾性変形状態を維持し且つ側壁部の中央を内側に凸状に膨らませるステップと、内側に部分的に凸状に膨らんだ側壁の中央部が互いに接触しない変位で成型ベローズを圧縮又は伸張するステップと、を有する成型ベローズの使用方法。【選択図】図４
2010073635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の山を有する成型ベローズの使用方法であって、
前記山の谷底部及び山頂部の間を構成する側壁部が外側に凸状に膨らんだ形状を、前記成型ベローズの外側に流体圧力を加えて、前記谷底部近傍の弾性変形状態を維持し且つ前記側壁部の中央を内側に凸状に膨らませるステップと、
前記内側に部分的に凸状に膨らんだ前記側壁部の中央が互いに接触しない変位で前記成型ベローズを圧縮又は伸張するステップと、
を有することを特徴とする成型ベローズの使用方法。
【請求項２】
前記圧縮又は伸張ステップは、前記成型ベローズの圧縮変位量を伸張変位量より小さくすることで、前記谷底部近傍の弾性変形状態を維持することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
複数の山を有する成型ベローズであって、
前記山の谷底部および山頂部の間を構成する側壁部は、前記山の外側に流体圧力を加えて、前記谷底部近傍の弾性変形状態を維持し且つ該側壁部の中央が内側に凸状に膨らんだ形状を有することを特徴とする成型ベローズ。
【請求項４】
前記成型ベローズの圧縮又は伸張は、前記成型ベローズの圧縮変位量より小さくすることで、前記谷底部近傍の弾性変形状態を維持することを特徴とする請求項３に記載の成型ベローズ。
【請求項５】
複数の山と、前記山の谷底部および山頂部の間を構成し、且つ前記山の外側に流体圧力を加えて、前記谷底部近傍の弾性変形状態を維持し且つ前記谷底部および山頂部の中央が内側に凸状に膨らんだ形状を有する側壁部と、を有する成型ベローズと、
前記成型ベローズを外部に配置する真空容器と、
前記成型ベローズの内側に気密接合することで前記真空容器内に貫通し、先端部に可動電極を備え、且つ、前記内側に部分的に凸状に膨らんだ側壁部の中央が互いに接触しない変位で前記成型ベローズを圧縮又は伸張することで該可動電極を移動させる可動リード棒と、
前記真空容器内で前記可動電極に対向方向に配置され、かつ、前記可動リード棒の移動により前記可動電極と接続又は解離する固定電極と、
を有することを特徴とする真空バルブ。
【請求項６】
前記操作器による前記成型ベローズの圧縮又は伸張は、前記成型ベローズの圧縮変位量より小さくすることで、前記谷底部近傍の弾性変形状態を維持することを特徴とする請求項５に記載の真空バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成型ベローズの使用方法、成型ベローズ、及びその成型ベローズを有する真空バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
成型ベローズは、金属素材で筒（パイプ）をつくり、その金属パイプを金型に入れ、金属パイプの内側に高圧流体を導入することで成型加工した金属性の伸縮管である。成型ベローズは、山を複数設けることで伸縮性、気密性、バネ性を持たせた、気体又は液体の気密封止シール部材として、配管用伸縮継手、メカニカルシール、真空バルブ等、様々な用途で使用されている。
【０００３】
また、成型ベローズが使用される真空遮断器用真空バルブは、絶縁性ガスが封入されるガス絶縁開閉装置（以下「ＧＩＳ」と言う。）の中においても、絶縁性ガスよりも真空の方が遮断性能が高いため、使用される場合がある。その場合、絶縁性ガスは圧力が高い（例えば０．３ＭＰａ以上）ため、真空遮断器用真空バルブに使用される成型ベローズは、その高い圧力に耐える構造的特徴を有する必要がある。
【０００４】
以下に、真空バルブに使用される成型ベローズの例として、内側に高圧流体を通す場合の成型ベローズである内圧型成型ベローズを、図１を用いて説明する。
図１に示す真空バルブでは、絶縁筒１と固定側フランジ２と可動側フランジ３から真空容器が構成され、内圧型成型ベローズ１０により可動電極６の移動と真空保持の気密構造が確保される。絶縁筒１の一端部は固定側フランジ２により封着され、他端部には可動側フランジ３が封着されている。内圧型成型ベローズ１０は、絶縁筒１内に入り込んだ状態で、先端部が可動リード棒７に封着され、基端部が可動側フランジ３に封着されている。固定電極５は固定リード棒４の先端に固定され、固定リード棒４は固定側フランジ２を貫通し封着されている。先端に可動電極６を固着した可動リード棒７は内圧型成型ベローズ１０を貫通しており、固定電極５と可動電極６を接触・解離するために、矢印１８のように可動電極６を平行移動させる。
【０００５】
このような内圧型成型ベローズは、大気中仕様（０．１ＭＰａ）の通常の真空バルブには採用される。しかし、内圧型成型ベローズ１２内側の絶縁性ガスの圧力が、絶縁性能向上のため０．３ＭＰａ以上の高圧になると、内圧型成型ベローズ外側の真空圧力との差圧が増大する。このような差圧が増大すると、成型ベローズ半径方向への不均一な変形が生じ、更に谷部１４が反転して山部１３のように変形するという座屈現象を生じることが知られている。そのため、内圧型成型ベローズは、成型ベローズ内側の圧力が高くなるケースでは極端に寿命が短くなる。
【０００６】
そこで高気圧ガスに耐える成型ベローズには、高差圧に対しても座屈し難い成型ベローズとして外圧型の成型ベローズが用いられる。図２は、ＧＩＳ内に設置された真空バルブに採用される外圧型成型ベローズを示す図である。図２に示す真空バルブ３０は、絶縁筒１と固定側フランジ２と可動側フランジ３から真空容器が構成され、外圧型成型ベローズ２０により可動電極６の移動と真空保持の気密構造が確保される。絶縁筒１の一端部は固定側フランジ２により封着され、他端部には可動側フランジ３が封着されている。外圧型成型ベローズ２０は、真空容器外に配置され、その基端部は可動側フランジ３に封着され、他端部は先端に可動電極６を固着した可動リード棒７を貫通させて封着されている。即ち、外圧型成型ベローズ２０が絶縁筒１内に外付けされた状態で、その先端部である可動電極６が可動リード棒７に固定されている。
【０００７】
可動リード棒７は、可とう導体２６そして導体２７を介して高圧回路に接続されている集電装置２５に接続され、さらに、可動リード棒７は、リンク２８を介して図示しない操作器で駆動される。固定電極５は固定リード棒４の先端に固定され、固定リード棒４は固定側フランジ２を貫通し封着されている。操作器で駆動することで、可動リード棒７は、矢印１８のように動き、そして、可動電極６を平行移動することで、固定電極５と可動電極６は、接触又は解離する。
【０００８】
真空バルブ３０は、ＳＦ６ガスなどの絶縁性ガスを内部に封入したＧＩＳ内に設置されているため、外圧型成型ベローズ内側２１が真空になり、外圧型成型ベローズ外側２２の圧力が絶縁性ガスの圧力０．３ＭＰａ以上の高圧になる。矢印１８の右方向に可動リード棒７が移動する解離動作を行う場合、外圧型成型ベローズ内側２１は真空であるため、上述したような変形は生じにくい。そのため、高圧の絶縁性ガスを充填したＧＩＳ内に、真空バルブ用の成型ベローズを設置する場合、外圧型成型ベローズが使用される（下記特許文献１）。
【０００９】
以下、図３を用いて、成型ベローズの形状を説明する。
図３（ａ）は、外圧型成型ベローズの軸方向断面形状を示す図であり、図３（ｂ）は、外圧型成型ベローズが、外圧により側壁反転現象が生じた状態での圧縮伸張を示す図である。図３（ａ）に示す成型ベローズ４０は、金型にそって成型されることで、山部Ｍ１ａ、谷部Ｖ１ａ、側壁部Ｓ１ａを有し、山部Ｍ１ａ間のピッチＱと、山の高さＷが決まる。成型ベローズ４０は、成型時にパイプに生じた残留応力が駆動力となり、弾性回復する変形であるスプリングバックが生じ、成型ベローズ４０の側壁部Ｓ１ａは、幅ｂで示すように外側に凸状に膨らんでいる。
【００１０】
図３（ｂ）に示す成型ベローズＣ１は、外圧がかかっていない状態の成型ベローズ４０を示す。Ｃ２は、外圧を設計限界圧力以上かけることで、側壁の凸部を外側から内側に反転させ、かつ、圧縮させた状態の成型ベローズ形状である。図３（ｂ）に示すように、外圧型成型ベローズは、高気圧ガス中に置かれることで、成型ベローズの内側と外側の間に圧力差が生じると、山部が圧縮され谷部には拡張する力が加わり、更に圧力を上げていくと外側に凸状であった外圧型成型ベローズの側壁が、内側に凸状に変形する現象が生じる（以下、「側壁反転」と言う）。このため、成型ベローズＣ２のように、側壁反転により内側側壁が接近する。
【００１１】
通常の外圧型成型ベローズは、このような側壁反転現象を避けるため、通常は板厚を厚く、山の高さを低くして、ピッチを広げ、山数を増す等により高耐圧力化する。つまり、通常の外圧型成型ベローズは、第１の設計条件として、高差圧により生じる側壁反転現象を回避するために板厚、山の高さ、ピッチ等の山の形状を決定し、次に、第２の設計条件として、必要な設計変位量から山数を決定するという順番で成型ベローズを設計している。そのため、第２の設計条件のみを満たす外圧型成型ベローズと比して、第１及び第２の設計条件を満たす外圧型成型ベローズは、厚い板厚及び低い山により、一山当たりの変位量は小さくなるため、山の数が増加してベローズ長が長くなる。つまり、第１及び第２の設計条件を満たす外圧型成型ベローズは、差圧が大きくなるほどベローズ長が長くなる傾向がある。
【００１２】
一方、外圧型成型ベローズの長さは、真空バルブの長手方向の長さに影響を与える。そのため、ベローズ長の長い外圧型成型ベローズを使用する真空バルブは、外圧型成型ベローズの大型化により製作コストが高くなる不都合を生じる。さらに、真空バルブを収納するＧＩＳ内における真空バルブの占有容積が大きくなり、装置寸法を大きくし、かつ、装置の製作コストも高くするという不都合を生じる。
【００１３】
【特許文献１】特開昭６０−２０５９２６号公報
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｂ  ２３５２−２００５  付属書２  （参考）ベローズ形伸縮管継手の強度評価基準（３．４項  単層、補強リング無しベローズの強度計算（ＡＳＭＥ／ＡＮＳＩ  Ｂ  ３１．３  ＡＰＰＥＮＤＩＸ  Ｘ  準拠））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、高差圧状態において成型ベローズに生じる側壁反転を許容した成型ベローズの有する弾性変形を利用することで、側壁反転させない加圧型成型ベローズと比較して成型ベローズを短縮化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、成型ベローズの使用方法、成型ベローズ、及び真空バルブが提供される。
本発明に係る成型ベローズの使用方法、成型ベローズ、又は真空バルブは、下記の（１）〜（６）に記載のとおりである。
【００１６】
（１）複数の山を有する成型ベローズの使用方法であって、
上記山の谷底部及び山頂部の間を構成する側壁部が外側に凸状に膨らんだ形状を、上記成型ベローズの外側に流体圧力を加えて、上記谷底部近傍の弾性変形状態を維持し且つ上記側壁部の中央を内側に凸状に膨らませるステップと、
上記内側に部分的に凸状に膨らんだ上記側壁部の中央が互いに接触しない変位で上記成型ベローズを圧縮又は伸張するステップと、
を有することを特徴とする成型ベローズの使用方法。
（２）上記圧縮又は伸張ステップは、上記成型ベローズの圧縮変位量を伸張変位量より小さくすることで、上記谷底部近傍の弾性変形状態を維持することを特徴とする（１）に記載の方法。
（３）複数の山を有する成型ベローズであって、
前記山の谷底部および山頂部の間を構成する側壁部は、前記山の外側に流体圧力を加えて、前記谷底部近傍の弾性変形状態を維持し且つ該側壁部の中央が内側に凸状に膨らんだ形状を有することを特徴とする成型ベローズ。
（４）上記成型ベローズの圧縮又は伸張は、上記成型ベローズの圧縮変位量より小さくすることで、上記谷底部近傍の弾性変形状態を維持することを特徴とする（３）に記載の成型ベローズ。
（５）複数の山と、上記山の谷底部および山頂部の間を構成し、且つ上記山の外側に流体圧力を加えて、上記谷底部近傍の弾性変形状態を維持し且つ上記谷底部および山頂部の中央が内側に凸状に膨らんだ形状を有する側壁部と、を有する成型ベローズと、
上記成型ベローズを外部に配置する真空容器と、
上記成型ベローズの内側に気密接合することで上記真空容器内に貫通し、先端部に可動電極を備え、且つ、上記内側に部分的に凸状に膨らんだ側壁部の中央が互いに接触しない変位で上記成型ベローズを圧縮又は伸張することで該可動電極を移動させる可動リード棒と、
上記真空容器内で上記可動電極に対向方向に配置され、かつ、上記可動リード棒の移動により上記可動電極と接続又は解離する固定電極と、
を有することを特徴とする真空バルブ。
（６）上記操作器による上記成型ベローズの圧縮又は伸張は、上記成型ベローズの圧縮変位量より小さくすることで、上記谷底部近傍の弾性変形状態を維持することを特徴とする（５）に記載の真空バルブ。
【発明の効果】
【００１７】
上記のように、本発明は、高差圧状態において成型ベローズに生じる側壁反転現象を許容した成型ベローズの有する弾性変形を利用することで、成型ベローズの長さを短縮化することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図４を用いて、側壁反転成型ベローズの形状の一例を説明する。
成型ベローズ４０は、外圧がかかっていない状態の成型ベローズを示し、金型にそって成型されることで、山部Ｍ１ｂ、谷部Ｖ１ｂ、側壁部Ｓ１ｂを有し、山部Ｍ１ｂ間のピッチＱと、山の高さＷを有する。また、成型ベローズは、成型時にパイプに生じた残留応力が駆動力となり、弾性回復する変形であるスプリングバックが生じ、成型ベローズの側壁部Ｓ１ｂは、幅ｂで示すように外側に凸状に膨らんでいる。
【００１９】
成型ベローズは、上記非特許文献１に示されるような設計限界圧力を越える外圧を加えると、側壁中央部Ｓ２ｂを内側に凸状に膨らませた状態になる。
成型ベローズ８０は、設計限界圧力を越えた圧力をかけて側壁中央部Ｓ２ｂを内側に凸状に膨らませた状態の側壁部分反転成型ベローズである。徐々に加圧していくと、最初に、側壁中央部Ｓ２ｂが反転し、他の可動部である山頂近傍部Ｍ２ｂ、及び、谷底近傍部Ｖ２ｂは弾性変形状態を保つ。
【００２０】
このようにして得られた側壁部分反転成型ベローズ８０を伸張すると、側壁部分反転成型ベローズ８０ｅの状態になる。また、側壁部分反転成型ベローズ８０を圧縮すると、側壁部分反転成型ベローズ８０ｃの状態になる。
このように、側壁部分反転成型ベローズは、皿バネのように、側壁中央部Ｓ２ｂを内側に凸状に順次反転させていき、山頂近傍部Ｍ２ｂ及び谷底近傍部Ｖ２ｂを曲げ弾性変形させることでベローズの長さを変位する。
【００２１】
側壁部分反転成型ベローズ８０ｃをさらに圧縮させることで側壁全面反転成型ベローズ９０ｃになる。この場合、ベローズの山動きによるベローズ軸方向の曲げ応力がベローズの弾性許容応力より大きくなり、山頂近傍部Ｍ２ｂと谷底近傍部Ｖ２ｂが塑性変形する。そのため、成型ベローズ９０ｃは、圧縮又は伸張に際し可動する谷底部並びに山頂部を支点として側壁中央部Ｓ２ｂが反転した側壁全面反転成型ベローズとなる。
したがって、側壁反転成型ベローズ８０、８０ｃ、８０ｅのように、谷底近傍部Ｖ２ｂの弾性変形状態を維持するためには、ベローズの圧縮変位を谷底近傍部Ｖ２ｂの弾性許容応力未満にすることが好ましい。そのため、側壁部分反転成型ベローズ８０は、必要なベローズのストロークに対する圧縮変位量を伸張変位量より小さくすることで、圧縮変位時の谷底近傍部Ｖ２ｂの弾性許容応力未満とし、圧縮時に谷底部近傍の弾性変形状態を維持することが好ましい。
【００２２】
山頂近傍部Ｍ２ｂが塑性変形した成型ベローズ９０ｃの側壁中央部Ｓ２ｂは、隣接側壁中央部に近づいて接触するようになり、山部の変化量が減少する。この減少した変位分を谷部が過剰に負担するようになり谷底近傍部Ｖ２ｂが塑性変形する。そのため、圧縮又は伸張しても塑性変形を繰り返すようになり、図示のように側壁全面反転した成型ベローズ９０、９０ｃ、９０ｅの状態をとる。
【００２３】
上記した側壁全面反転成型ベローズ及び側壁部分反転成型ベローズは、上記非特許文献１に示す設計限界圧力を超えた圧力により側壁が反転することを許容して使用することで、設計限界圧力内で設計された成型ベローズと比してベローズ長を短小化させることが出来る。以下に、テーブル１及びテーブル２を用いて、側壁反転成型ベローズのベローズ長の短小化の効果を説明する。
【００２４】
【表１】
2010073635.tif 000003
【００２５】
【表２】
2010073635.tif 000004
【００２６】
テーブル１の第４欄が、側壁反転が生じた成型ベローズの物性値であり、第３欄が、通常の成型ベローズに関する物性値である。この計算においては、テーブル１の第４欄に示す成型ベローズの物性値において、ベローズの山の高さＷを、通常の成型ベローズと比較して高くし（７．７５ｍｍから１０．０ｍｍ）、ベローズの表面積を相対的に大きくした。それにより、圧力による軸方向曲げ応力（圧力による軸方向膜応力Ｓ３と圧力による軸方向曲げ応力Ｓ４の和）は、左欄のベローズのＳ３＋Ｓ４の値である６９５Ｎ／ｍｍ２から、第４欄のベローズのＳ３＋Ｓ４の値である１２４３Ｎ／ｍｍ２へ大きくなり、そのＳ３＋Ｓ４が、テーブル１のＳｈｂとＣｍの積により得られる許容応力１２００Ｎ／ｍｍ２を超えたため、テーブル１第４欄に示す成型ベローズは、側壁反転現象が生じている。
【００２７】
また、テーブル１第３欄の成型ベローズは、テーブル１第４欄の成型ベローズと比してＳｔ（圧力とベローズの毎山全動きによる応力範囲）に大きな違いがないため（第３欄が１３８８（Ｎ／ｍｍ２）に対して、第４欄が１４６５（Ｎ／ｍｍ２））、テーブル１の第３欄及び第４欄に示す成型ベローズは、ベローズ寿命に大きな差はないと考えられる。
【００２８】
【表３】
2010073635.tif 000005
【００２９】
テーブル２を用いて、テーブル１で算定した結果に基づき計算した成型ベローズの変位を示す。テーブル２の第３行が、テーブル１の第４欄に示す側壁反転が生じた成型ベローズの圧縮伸張の変位を示し、テーブル２の第２行が、テーブル１の第３欄に示す通常の成型ベローズの圧縮伸張の変位を示す。テーブル１に示したように、側壁反転が生じた成型ベローズは、通常の成型ベローズと比して、山の高さＷを大きくした（７．７５ｍｍから１０．０ｍｍ）ために山のピッチｑが小さくなり（４．３５ｍｍから４．２１ｍｍ）、ｘ全軸方向変位量４０ｍｍに対する必要な山の数Ｎも減少する（２３．０から２２．０）。そのため、テーブル２に示すように、側壁反転が生じた成型ベローズは、通常の成型ベローズより、圧縮、自然長、伸張のそれぞれの長さが短小化していることがわかる。
このように、上記非特許文献１に基づいて計算した成型ベローズの物性値から、成型ベローズの側壁反転現象を許容することで成型ベローズの圧縮、自然長、伸張のそれぞれの長さを短小化させることが可能である。
【００３０】
図５は、側壁反転成型ベローズの耐久性を検証する実験装置を示す図である。この装置は、部材１６３を中心として、側壁反転成型ベローズ１６１ａと側壁反転成型ベローズ１６１ｂが向かい合って接続されており、各々の側壁反転成型ベローズが真空バルブを模擬した真空容器１６２ａと真空容器１６２ｂに接続されている。これら２つの側壁反転成型ベローズを、図示しない駆動装置によって水平方向に一定の変位で往復動作させることで、側壁反転成型ベローズの耐久性実験を行う。
【００３１】
図６は、側壁反転成型ベローズの寿命を検討した実験結果を示すグラフを表す図である。このベローズ寿命の検討のために行った実験例を下記に示す。
【００３２】
（実験例１）
真空容器１６１ｂに外圧型の成型ベローズ１６１ｂ、全長１２２ｍｍ、金具長２９ｍｍ、ベローズ長Ｌｂ＝９３ｍｍ、ピッチｑ＝４．６７ｍｍ、山数Ｎ＝２０、山の高さＷ＝１０ｍｍ、ＱＷ値（ｑ／［２Ｗ］）＝０．２３３（ＱＷ値とは、ベローズの形状を示す指標となる数である。）、ＱＤＴ値（ｑ／［２．２√（Ｄｍｔｐ）］）＝０．７８、を付加して、ベローズ長Ｌｂから２７ｍｍ伸ばした状態で高圧容器内にセットし、０．７ＭＰａの絶縁性ガスを充気して側壁反転成型べローズとした後で、ストローク４０ｍｍ（伸張側２７ｍｍ、圧縮側１３ｍｍ）の連続伸縮試験をした。側壁反転成型ベローズの伸縮回数結果１７１ｂは、５００００回（グラフ上でＮ＝１１）で亀裂発生し、同じＱＷ値の通常の高圧型成型ベローズの伸縮回数結果１７２ｂと比べて、同等の耐久性を確認した。
【００３３】
（実験例２）
同様に外圧型の成型ベローズ１６１ａを、ベローズ長Ｌｂ９３ｍｍから３２ｍｍまで圧縮し６１ｍｍとした状態で、０．７ＭＰａの絶縁性ガスを充気して側壁反転成型べローズとした後で、ストローク４０ｍｍ（伸張側８ｍｍ、圧縮側３２ｍｍ）の連続伸縮試験をした。側壁反転成型ベローズの伸縮回数結果１７１ａは、４５００回（グラフ上でＮ＝１）で亀裂発生し、通常の高圧型成型ベローズの伸縮回数結果１７１ｂと比べて、耐久性で劣ることを確認した。
【００３４】
テーブル１に示したＪＩＳに基づく計算結果より、また、側壁反転が生じた成型ベローズは、通常の成型ベローズと比してＳｔ（圧力とベローズの毎山全動きによる応力範囲）に大きな違いがないためベローズ寿命に大きな差はないと考えられるが、実験例１からわかるように、側壁反転成型ベローズは、ベローズ長Ｌｂ（９３ｍｍ）に対して、伸張１６７％（２７ｍｍ／４０ｍｍ）、圧縮側３３％（１３ｍｍ／４０ｍｍ）で使用した場合、圧縮側における側壁接触が生じないため、ベローズ寿命が、通常の高圧型成型ベローズとほぼ同じ結果となっており、側壁反転させた場合であってもベローズ寿命に大きな差は生じないことが実験により確認できた。
【００３５】
また、実験例２からわかるように、ベローズ長Ｌｂ（９３ｍｍ）に対して、圧縮８０％（３２ｍｍ／４０ｍｍ）、伸張側２０％（８ｍｍ／４０ｍｍ）で使用した場合、圧縮側における側壁接触が生じて、ベローズ寿命が、通常の高圧型成型ベローズより短くなっていることがわかる。したがって、側壁反転成型ベローズは、側壁接触が生じた場合、通常の成型ベローズより寿命が短くなることが実験により確認できた。
【００３６】
このように、側壁反転させた成型ベローズは、側壁が互いに接触しない変位で圧縮又は伸張することにより、成型ベローズ寿命の短縮化を回避することが出来る。
【００３７】
次に、図７及び８を用いて、ベローズの山動き又はベローズの外圧によって、成型ベローズの側壁が部分反転する状態を検証する方法の一例を説明する。
図７は、側壁部分反転成型ベローズの検証装置である。検証装置６０は、高圧容器６１、検証用成型ベローズ６２、圧力検出装置６３、ポンプ６５、レベル計付き液貯蔵容器６６、及びコンピュータ６８を有する。
【００３８】
検証用成型ベローズ６２は、高圧容器６１内に配置され、且つベローズ長さは固定されている。検証用成型ベローズ６２の内側は、大気解放される。高圧容器６１内には液体が封入され、ポンプ６５の吐出側に配管接続されている。ポンプ６５は、吸入側に接続された液貯蔵容器６６から液体を、高圧容器６１に加圧移送することで、高圧容器６１を液体で加圧することが出来る。圧力検出装置６３は、圧力が所定の設定圧力になるまで、ポンプ６５を稼動させて、高圧容器６１を設定圧力まで加圧する制御を行う。液貯蔵容器６６内の容器の液レベルの変化は、レベル計６７で検出される。検出された液レベルは、コンピュータにデータとして伝送される。
また、コンピュータ６８は、液レベルデータと、液貯蔵容器６６の寸法から、液貯蔵容器６６から高圧容器６１に流れた液量を演算することができる。
【００３９】
以下は、使用した検証用成型ベローズ６２の仕様及び検証装置６０で得られた検証結果である。
（検証用成型ベローズの仕様）
材質：Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ  Ｃ−２２
ベローズ厚み＝０．１５［ｍｍ］
ベローズ長Ｌｂ＝７．５ｑ［ｍｍ］
ピッチｑ＝５．６［ｍｍ］
山数Ｎ＝８
山の高さＷ＝２×ｑ＝１１．２［ｍｍ］
ベローズ内径＝７．９×ｑ＝４４．２４［ｍｍ］
ＱＷ値（ｑ／［２Ｗ］）＝０．０８９６（ＱＷ値とは、ベローズの山の形状を示す指標となる数である。）
最大許容応力時の圧力差＝０．３［ＭＰａＧ］
（検証結果）
最終到達圧力：０．４５［ＭＰａ］
圧縮によるベローズのストローク変位：１０［ｍｍ］
必要ストロークに対する圧縮変位量：自由長から１０ｍｍ圧縮（必要ストロークは２６ｍｍ）
移送液量：９［ｃｍ3］
ベローズの端部内径：４４．１［ｍｍ］
ベローズ谷部断面積：１５．２７［ｃｍ2］
ベローズの外径断面積とベローズの内径断面積との平均であるベローズの有効断面積：２４．７［ｃｍ2］
ベローズ伸縮部の有効面積：２４．７−１５．２７＝９．４３［ｃｍ2］
このとき、ベローズ一山の容積変化量（ｄＶ１）は、以下の数式１により計算可能である。
ｄＶ１＝９／（８×２）＝０．５６［ｃｍ3］・・・・（数式１）
【００４０】
図８を用いて、側壁部分反転ベローズの形状の一例を説明する。図８には、成型ベローズ４０、及び、側壁部分反転成型ベローズ８０が示される。
成型ベローズ４０の外側から圧力が加わることにより、ベローズ８０の側壁部Ｓ１ｂが内側に凸状に膨らむことにより、側壁部分反転成型ベローズ８０になる。
このとき、側壁部分反転成型ベローズ８０をＣＡＤ（Computer Aided Design）ソフトウェアとコンピュータを用いて描画して、斜線領域６９ａ、６９ｂで示されるベローズ４０と比して減少した内容積部分を計算することが出来る。この減少した容積ｄＶ２は、９．４３ｃｍ２×０．１３×１／２＝０．６１［ｃｍ3］となる。
この減少容積ｄＶ２と、上記計算により求めたｄＶ１はほぼ一致する。そのため、上記検証装置によるベローズの内容積の減少は、側壁部分反転成型ベローズ８０のように側壁Ｓ１ｂが部分的に凹んだことにより生じるものであることがわかる。
【００４１】
図９〜１３を用いて、側壁部分反転成型ベローズの特性を説明する。
図９は、側壁反転成型ベローズの特性を試験するための試験装置の一例を示す図である。
試験装置７０は、第１ひずみゲージ７１、第２ひずみゲージ７２、エアシリンダ７３、高圧容器７４、可動棒７５、第１成型ベローズ７６、第２成型ベローズ７７、コンピュータ７８を有する。
第１成型ベローズ７６、及び第２成型ベローズ７７は、図７に示した装置で使用した成型ベローズと全く同じ仕様のものである。
しかしながら、第１成型ベローズ７６は、許容応力圧力差を越えた圧力を加えることにより側壁部分反転成型ベローズの形状を有しており、第２成型ベローズ７７は、許容応力圧力差を越えた圧力を加え且つ圧縮することにより側壁全面反転成型ベローズの形状を有している。
第１成型ベローズ７６、第２成型ベローズ７７は、高圧容器７４内に自由に圧縮又は伸張可能に配置される。第１成型ベローズ７６及び第２成型ベローズ７７の内側は、大気解放される。
高圧容器７４の内部には流体が封入され、加圧されている。加圧は、図７を用いて説明したように液体を用いてポンプで行っても良いし、気体を用いて圧縮機で行っても良い。
【００４２】
エアシリンダ７３は、空気の力で可動棒７５を移動させる。可動棒７５は、フランジ７９ａ、７９ｂに固定されている。そのため、エアシリンダ７３の移動に伴い可動棒７５が図面において水平移動することによりフランジ７９ａ、７９ｂを介して成型ベローズ８１、９１が圧縮又は伸張する。
【００４３】
また、第１ひずみゲージ７１は、第１成型ベローズ７６の反発力を測定するために設けられている。エアシリンダ７３が図面左方向に移動すると、第１成型ベローズ７６は伸張する力が加えられるため、ベローズの反発力により第１ひずみゲージ７１は図面右方向に力が加えられる。同様に、エアシリンダ７３が図面右方向に移動すると、第１成型ベローズ７６は圧縮する力が加えられるため、ベローズの反発力により第１ひずみゲージ７１は図面左方向に力が加えられる。
第１ひずみゲージ７１はコンピュータ７８に接続されているため、測定した第１成型ベローズ７６による第１の荷重は、コンピュータ７８にデータとして伝送される。
【００４４】
第２ひずみゲージ７２は、第１成型ベローズ７６及び第２成型ベローズ７７の反発力を測定するために設けられている。エアシリンダ７３が図面左方向に移動すると、第１成型ベローズ７６は伸張する力が加えられ、且つ、第２成型ベローズ７７は圧縮する方向に力が加えられる。そのため、それぞれのベローズの反発力により第２ひずみゲージ７２は図面右方向に力が加えられる。また、エアシリンダ７３が図面右方向に移動すると、第１成型ベローズ７６は圧縮する力が加えられ、且つ、第２成型ベローズ７７は伸張する方向に力が加えられるため、それぞれのベローズの反発力により第２ひずみゲージ７２は図面左方向に力が加えられる。
第２ひずみゲージ７２はコンピュータ７８に接続されているため、測定した成型ベローズ８１、９１による第２の荷重は、コンピュータ７８にデータとして伝送される。
【００４５】
コンピュータ７８は、第１の荷重から第１成型ベローズ７６の反発力を測定することが出来る。さらに、コンピュータ７８は、第２の荷重を受信するため、第２の荷重から第１の荷重を減算することにより、第２成型ベローズ７７の反発力を測定することが出来る。
【００４６】
図１０（ａ）は、第２成型ベローズ７７の測定結果を示すグラフであり、図１０（ｂ）は第１成型ベローズ７６の測定結果を示すグラフである。
測定条件は以下のようになっている。
外部圧力：０．４５ＭＰａＧ
変位速度：１秒で全ストローク変位する
成型ベローズ変位：ベローズ長と同じ
圧縮又は伸張最大変位状態での停止時間：５秒
【００４７】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）の縦軸には、それぞれ第１成型ベローズ７６及び第２成型ベローズ７７の荷重［ｋｇｆ］が示され、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）の横軸には、自然長に対する成型ベローズの変位［％］を示す。
【００４８】
曲線８１は、側壁部分反転成型ベローズである第１成型ベローズの荷重と変位の関係を示す曲線を示す。曲線８１は、□で示すサンプルデータから求めた補完曲線である。第１成型ベローズでは、自由長（０％）から圧縮側に３８％（図では比率０．３８）、引張側に６２％（図では比率０．６２）変位するようにした。
【００４９】
なお、図４に示す側壁反転成型ベローズ８０、８０ｃ、８０ｅのように、谷底近傍部Ｖ２ｂの弾性変形状態を維持するため、第１成型ベローズは、必要なベローズのストロークに対する圧縮変位量を伸張変位量より小さくした。このようにして、第１成型ベローズは、圧縮変位時の谷底近傍部Ｖ２ｂの弾性許容応力未満とし、圧縮時に谷底部近傍の弾性変形状態を維持することが出来る。
【００５０】
曲線８５は、側壁全面反転成型ベローズである第２成型ベローズの荷重と変位の関係を示す曲線を示す。曲線８５は、△で示すサンプルデータから求めた補完曲線である。第２成型ベローズでは、自由長（０％）から圧縮側に５０％（図では比率０．５。ストロークに対する比率である、以下同じ。）、引張側に５０％（図では比率０．５）変位するようにした。
【００５１】
なお、図４に示す側壁反転成型ベローズ９０、９０ｃ、９０ｅのように、谷底近傍部Ｖ２ｂを塑性変形させるために、第２成型ベローズは、必要なベローズのストロークに対する圧縮変位量を伸張変位量と等しくした。
【００５２】
このように、第１成型ベローズの圧縮側変位は、第２成型ベローズよりも小さい。これは、圧縮側変位を大きくすることで、図４に示す成型ベローズ８０ｃから成型ベローズ９０ｃに谷底近傍部Ｖ２ｂが塑性変形する状況を回避するためである。
また、上記第１及び第２成型ベローズに対して設定した変位は、いずれも側壁部の接触を回避した変位である。
【００５３】
図１０（ａ）に示す第１成型ベローズの荷重変化は、１０ｋｇｆの範囲であり、同様に、図１０（ｂ）に示す第２成型ベローズの荷重変化は、１０ｋｇｆの範囲である。このように、第１成型ベローズ及び第２成型ベローズは、圧縮最大及び伸張最大ベローズ変位差に対する荷重はほぼ同じとなった。
【００５４】
図１１は、第２成型ベローズの耐久性テストの検証結果を示すグラフである。
線８２は、０．４５ＭＰａ外圧下において伸張側に５０％変位（１３ｍｍ）を繰り返えした時の繰り返しの回数に対する荷重の遷移を示す。線８３は、０．４５ＭＰａ外圧下において圧縮側に５０％変位（−１３ｍｍ）を繰り返えした時の繰り返しの回数に対する荷重の遷移を示す。
４０００回目に向けて、側壁の接触が生じて、圧縮荷重が増加し、他の山の側壁反転により軸荷重が緩和する。その後の側壁接触で再度圧縮荷重が増加する（８０００回目）。２４０００回目で、０．４５ＭＰａのベローズ外圧が減少することにより疲労破壊しリークしたことがわかる。
【００５５】
図１２は、第１成型ベローズの耐久性テストの検証結果を示すグラフである。
線８６は、０．４５ＭＰａ外圧下において伸張側に６２％変位（１６ｍｍ）を繰り返えした時の繰り返しの回数に対する荷重の遷移を示す。線８７は、０．４５ＭＰａ外圧下において圧縮側に３８％変位（−１０ｍｍ）を繰り返えした時の繰り返しの回数に対する荷重の遷移を示す。
軸荷重は±１０ｋｇｆ以内でわずかに変動しながら圧縮と伸張の荷重が均衡化する。側壁の接触は無く、許容荷重の２．７倍の最大荷重で動作可能である。図示のように、第１成型ベローズは、第２成型ベローズと比べて、２４，０００回で疲労破壊せず、高い耐久性を示す。
【００５６】
このように、側壁部分反転成型ベローズである第１成型ベローズは、皿バネのように、側壁中央部Ｓ２ｂを内側に凸状に反転変形させ、弾性変形状態を維持する山頂近傍部Ｍ２ｂ及び谷底近傍部Ｖ２ｂを弾性変形させることでベローズの長さを変位する。そのため、側壁部分反転成型ベローズである第１成型ベローズは、谷底近傍部Ｖ２ｂも塑性変形させた第２成型ベローズと比して、高い耐久性を有することが出来る。
【００５７】
図１３は、側壁部分反転成型ベローズを使用した真空バルブの一例を示す図である。
図１３に示す真空バルブ１３０は、絶縁筒１０１と固定側フランジ１０２と可動側フランジ１０３から真空容器が構成され、側壁部分反転成型ベローズ１２０により可動電極１０６の移動と真空保持の気密構造が確保される。絶縁筒１０１の一端部は固定側フランジ１０２により封着され、他端部には可動側フランジ１０３が封着されている。側壁部分反転成型ベローズ１２０は、真空容器外に配置される。側壁反転成型ベローズ１２０の基端部は可動側フランジ１０３に封着され、他端部は先端に可動電極１０６を固着した可動リード棒１０７を貫通させて封着されている。即ち、側壁部分反転成型ベローズ１２０が絶縁筒１０１内に外付けされた状態で、その先端部である可動電極１０６が可動リード棒１０７に固定されている。可動リード棒１０７は、可とう導体１２６そして導体１２７を介して高圧回路に接続されている集電装置１２５に接続され、さらに、可動リード棒１０７は、操作器１２８で駆動される。固定電極１０５は、固定リード棒１０４の先端に固定され、固定リード棒１０４は固定側フランジ１０２を貫通し封着されている。
【００５８】
操作器１２８で駆動することで、可動リード棒７は、矢印１１８のように軸方向に動き、そして、可動電極１０６を移動することで、固定電極１０５と可動電極１０６は、接触又は解離する。
なお、操作器１２８は、図示のようにエアシリンダであっても良い。また、操作器１２８は、他の駆動方法により、例えば、回転力を直線力に変える機構を有し、モータによって駆動軸に直線運動を与えるような方法により可動リード棒１０７を駆動しても良い。
また、操作器１２８による側壁部分反転成型ベローズ１２０の圧縮又は伸張は、側壁部分反転成型ベローズ１２０の圧縮変位量を伸張変位量以下にするようにすることで、図１２で説明したように側壁部分反転成型ベローズ１２０は高い耐久性を提供できる。
【００５９】
また、上記真空バルブには、側壁部分反転成型ベローズの代わりに、側壁全面反転成型ベローズを使用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
図４〜１３に示す側壁全面反転成型ベローズ又は側壁反転成型ベローズは、真空バルブの成型ベローズとして適用可能であることはもちろんであるが、その適用は真空バルブに限られるものではなく、成型ベローズの内外に差圧が生じ、シールが必要な配管用伸縮継手、メカニカルシールに対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】図１は、内圧型成型ベローズを示す図である。
【図２】図２は、ＧＩＳ内に設置された真空バルブに採用される外圧型成型ベローズを示す図である。
【図３】図３は、成型ベローズの形状を示す図である。
【図４】図４は、側壁反転成型ベローズの形状の一例を示す図である。
【図５】図５は、側壁反転成型ベローズの耐久性を検証する実験装置を示す図である。
【図６】図６は、側壁反転成型ベローズの寿命を検討した実験結果を示すグラフを表す図である。
【図７】図７は、側壁部分反転成型ベローズの検証装置を示す図である。
【図８】図８は、側壁部分反転ベローズの形状の一例を示す図である。
【図９】図９は、側壁反転成型ベローズの特性を試験するための試験装置の一例を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は、第１成型ベローズの測定結果を示すグラフであり、図１０（ｂ）は第２成型ベローズの測定結果を示すグラフである。
【図１１】図１１は、第２成型ベローズの耐久性テストの検証結果を示すグラフである。
【図１２】図１２は、第１成型ベローズの耐久性テストの検証結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、側壁部分反転成型ベローズを使用した真空バルブの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６２】
４０    成型ベローズ
６０    検証装置
６１、７４    高圧容器
６２    検証用成型ベローズ
６３    圧力検出装置
６５    ポンプ
６６    液貯蔵容器
６７    レベル計
６８、７８    コンピュータ
７０    試験装置
７１    第１ひずみゲージ
７２    第２ひずみゲージ
７３    エアシリンダ
７５    可動棒
８０    側壁部分反転成型ベローズ
８１    第１成型ベローズ
９０    側壁全面反転成型ベローズ
９１    第２成型ベローズ
７９ａ、７９ｂ    フランジ
１０１    絶縁筒
１０２    固定側フランジ
１０３    可動側フランジ
１０４    固定リード棒
１０５    固定電極
１０６    可動電極
１０７    可動リード棒
１１０    内圧型成型ベローズ
１２０    外圧型成型ベローズ
１２５    集電装置
１２６    可とう導体
１２７    導体
１２８    操作器
１３０    真空バルブ
１６１ａ、１６１ｂ    側壁反転成型ベローズ
１６２ａ、１６２ｂ    真空容器
【図１】
2010073635.tif 000006
【図２】
2010073635.tif 000007
【図３】
2010073635.tif 000008
【図４】
2010073635.tif 000009
【図５】
2010073635.tif 000010
【図６】
2010073635.tif 000011
【図７】
2010073635.tif 000012
【図８】
2010073635.tif 000013
【図９】
2010073635.tif 000014
【図１０】
2010073635.tif 000015
【図１１】
2010073635.tif 000016
【図１２】
2010073635.tif 000017
【図１３】
2010073635.tif 000018