(57)【要約】【課題】  多頻度開閉に適する開閉寿命特性を向上し得る真空バルブを得る。【解決手段】  筒状の真空絶縁容器と、前記真空絶縁容器の両端開口部に封着された固定側封着金具、可動側封着金具と、前記固定側封着金具に貫通固定された固定側通電軸と、前記固定側通電軸端部に設けられた固定側接点と、前記可動側封着金具の開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸７と、前記可動側通電軸７端部に設けられた前記固定側接点と対向する可動側接点と、前記可動側通電軸７と前記可動側封着金具の開口部間に気密に取り付けられた多段の山部８ｄと谷部８ｃとを有する伸縮自在のベローズ８とを備え、前記ベローズ８の端部で最初の山部８ｄを形成する立ち上がり部８ｈの曲率半径を、前記谷部８ｃよりも大きくしたことを特徴とする。【選択図】  図１
2006079862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器の一方の開口部に封着された固定側封着金具と、
この真空絶縁容器の他方の開口部に封着された可動側封着金具と、
前記固定側封着金具に貫通固定された固定側通電軸と、
前記真空絶縁容器内の前記固定側通電軸端部に設けられた固定側接点と、
前記可動側封着金具の開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸と、
前記可動側通電軸端部に設けられた前記固定側接点と対向する可動側接点と、
前記可動側通電軸と前記可動側封着金具の開口部との間に気密に取り付けられた多段の山部と谷部とを有する伸縮自在のベローズとを備え、
前記ベローズの端部で最初の山部を形成する立ち上がり部の曲率半径を、前記谷部よりも大きくしたことを特徴とする真空バルブ。
【請求項２】
筒状の真空絶縁容器と、
前記真空絶縁容器の一方の開口部に封着された固定側封着金具と、
この真空絶縁容器の他方の開口部に封着された可動側封着金具と、
前記固定側封着金具に貫通固定された固定側通電軸と、
前記真空絶縁容器内の前記固定側通電軸端部に設けられた固定側接点と、
前記可動側封着金具の開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸と、
前記可動側通電軸端部に設けられた前記固定側接点と対向する可動側接点と、
前記可動側通電軸と前記可動側封着金具の開口部との間に気密に取り付けられた多段の山部と谷部とを有する伸縮自在のベローズとを備え、
前記ベローズの端部は、内径側から外径側に向かって半径方向に広がる底板部、そして外径方向に広がるテーパー状のテーパー部を経て、再び半径方向に広がって前記山部に到るように形成されていることを特徴とする真空バルブ。
【請求項３】
前記テーパー部が軸方向となす角度θを、θ＝５〜３０度としたことを特徴とする請求項２に記載の真空バルブ。
【請求項４】
前記ベローズは、固溶強化型ニッケル基合金であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項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、多頻度開閉に適するような開閉寿命特性を向上し得るベローズを備えた真空バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように真空バルブを用いた真空開閉器は、小形、軽量、メンテナンスフリーなどの特徴を有するため、その適用範囲が拡大され、多頻度開閉を責務とするようなものにも適用されている。
【０００３】
この真空バルブは、図３に示すように、アルミナ磁器などからなる筒状の真空絶縁容器１の両端開口面に固定側封着金具２と可動側封着金具３とが封着されている。固定側封着金具２には、一方の電路となる固定側通電軸４が気密に貫通固定され、真空絶縁容器１内の端部に互いに接離自在の一対の接点の固定側接点５が設けられている。この固定側接点５と対向して、可動側接点６が、可動側封着金具３の中央部を移動自在に貫通し、図示しない操作機構に連結された他方の電路となる可動側通電軸７の端部に設けられている。
【０００４】
可動側通電軸７の真空絶縁容器１内の中間部には、内径側と外径側とが多段に形成された伸縮自在の蛇腹状のベローズ８の自由端８ａが気密に取り付けられ、固定端８ｂが可動側封着金具３の中央開口部に気密に取り付けられている。これにより、内部圧力１×１０−２Ｐａ以下の真空を維持しながら、可動側通電軸７を軸方向に移動させることが可能となっている。
【０００５】
また、真空絶縁容器１内の中間部には、両接点５、６を包囲するように筒状のアークシールド９が、真空絶縁容器１の中間部に気密に設けられた中間金具１０に固定されている。そして、両接点５、６の電流開閉時に発生する金属蒸気が真空絶縁容器１の内面に付着して沿面絶縁抵抗が低下することを防止している。
【０００６】
このような真空バルブにおいて、多頻度開閉に耐え得るようにするためには、ベローズ８を伸縮させる機械的な疲労特性、即ち、開閉寿命特性を向上させる必要がある。
【０００７】
従来、開閉寿命特性を向上させるため、一般的に板厚０．１ｍｍ程度のベローズ８の板厚を０．０１ｍｍ以下と薄くしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００８】
また、ベローズ８の内径側部分の両端の曲率半径を、内径側部分の中間部や外径側部分よりも大きくし、ベローズ８自体の開閉寿命特性を向上させるものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００９】
更には、ベローズ８にＮｉメッキからなる非酸化性被膜を施し、可動側封着金具３、可動側通電軸７との接合部分の強度を向上させるものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【００１０】
このようにベローズ８の開閉寿命特性を向上させ、多頻度開閉に適した真空開閉器用真空バルブが用いられるようになっている。なお、開閉回数は、１０万回以上が要求されている。
【特許文献１】特公平７−７５１３３号公報  （第２ページ、第１図）
【特許文献２】特公平５−３３４８５号公報  （第３ページ、第１図）
【特許文献３】特開２００４−７９４４６号公報  （第４ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の従来の真空バルブにおいては、ベローズ８の板厚を薄くしたり、また蛇腹状の内径側部分の両端の曲率半径を他のところよりも大きくしたり、更には非酸化性被膜を施して、開閉寿命特性を向上させている。
【００１２】
しかしながら、近年、真空開閉器の寿命延長、高速開閉化などが進み、それに伴って、より一層の開閉寿命特性の向上が要求されている。
【００１３】
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、多頻度開閉に適する開閉寿命特性を向上させたベローズを備えた真空バルブを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の真空バルブは、筒状の真空絶縁容器と、真空絶縁容器の一方の開口部に封着された固定側封着金具と、この真空絶縁容器の他方の開口部に封着された可動側封着金具と、固定側封着金具に貫通固定された固定側通電軸と、真空絶縁容器内の固定側通電軸端部に設けられた固定側接点と、可動側封着金具の開口部を移動自在に貫通する可動側通電軸と、可動側通電軸端部に設けられた固定側接点と対向する可動側接点と、可動側通電軸と可動側封着金具の開口部との間に気密に取り付けられた多段の山部と谷部とを有する伸縮自在のベローズとを備え、ベローズの端部で最初の山部を形成する立ち上がり部の曲率半径を、谷部よりも大きくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、多段の谷部と山部とを有するベローズの最初の谷部を形成する立ち上がり部の応力集中を緩和しているので、多頻度開閉に耐え得る開閉寿命特性を向上させたベローズを備えた真空バルブを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１７】
先ず、本発明の実施例１に係る真空バルブを図１および図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１乃至実施例３に係る真空バルブのベローズ端部を示す要部拡大断面図である。図２は、本発明の実施例１乃至実施例３に係る真空バルブのベローズの開閉寿命特性を説明する図である。なお、真空バルブの全体構成は、従来の図３と同様であるので説明を省略する。また、従来と同様の構成部分については、同一符号を付した。
【００１８】
ベローズ８の自由端８ａと固定端８ｂのような端部を、自由端８ａを例にとり説明する。図１に示すように、蛇腹状のベローズ８の自由端８ａは、内径側部分の谷部８ｃと外径側部分の山部８ｄとが所定の曲率半径を有し多段に形成されている。
【００１９】
そして、可動側通電軸７に気密に取り付けられる端部は、内径側から外径側に向かって半径方向に広がる底板部８ｅが形成されている。底板部８ｅからは、軸方向と平行する方向に曲折される曲折部８ｆを経て、テーパー部８ｇが形成されている。ここで、テーパー部８ｇは、軸方向と平行するまで曲折され、軸方向となす角度θがθ＝０度（軸方向と平行）となっている。
【００２０】
そして、曲率半径Ｒを有する曲率を持った立ち上がり部８ｈを経て、再び半径方向に広がる外周部８ｉが形成され、山部８ｄに到るようになっている。山部８ｄからは、軸心方向に縮まる内周部８ｊを経て谷部８ｃに到っている。ここで、山部８ｄ、谷部８ｃなどの板厚は、素管を押し広げて塑性変形させているので、底板部８ｅよりも薄くなっている。
【００２１】
次に、このベローズ８の製造方法を説明する。
【００２２】
材料は、固溶強化型ニッケル基合金からなり、主な組成は、Ｎｉ−２０％、Ｃｒ−３．５％、（Ｔａ＋Ｎｂ）−９％、Ｍｏ−５％、その他Ｆｅおよび付随的に混入される元素である。先ず、この材料からなる外径が６２ｍｍで、板厚が０．２ｍｍの熱処理などを施した筒状の素管を準備する。次に、この素管を液圧成形で塑性変形させ、内径６２ｍｍで曲率半径１．３ｍｍの谷部８ｃ、外径８５ｍｍで曲率半径１．６ｍｍの山部８ｄ、山部８ｄの数が１４個のベローズを得る。ここで、立ち上がり部８ｈの曲率半径Ｒは、Ｒ＝１．５ｍｍである。また、ベローズの自由長は、１００ｍｍである。なお、曲折部８ｆは、立ち上がり部８ｈと同様の曲率半径としている。
【００２３】
（比較例１）
実施例１と同様の材料を用い、同様の谷部８ｃ、山部８ｄ、山数の形状とした。異なるところは、立ち上がり部８ｈの曲率半径ＲがＲ＝０．８ｍｍである。
【００２４】
（比較例２）
材料は、析出硬化型ニッケル基合金からなり、主な組成は、Ｆｅ−５３％、Ｎｉ−１９％、Ｃｒ−５％、（Ｔａ＋Ｎｂ）−３％、その他Ｍｏおよび付随的に混入される元素である。形状は、実施例１と同様である。
【００２５】
次に、実施例１、比較例１、比較例２で製造したベローズにＮｉメッキを施して、それぞれ真空バルブに組み込んだときの開閉寿命試験を説明する。
【００２６】
試験条件は、ベローズの伸縮距離を２０ｍｍとし、圧縮する速度が平均０．７ｍ／秒、また伸張する速度が平均１ｍ／秒とした。破損の有無は、開閉回数が１万回毎に、真空バルブの外部から接点５、６間に耐電圧値などの所定の電圧を印加し、この電圧に耐えられなかったときをもって破損とした。なお、破損すると、真空漏れを起こして耐電圧が低下する。
【００２７】
これらの結果を図２に示す。試料数は、いずれも２個である。
【００２８】
図２に示すように、実施例１では、破損するまでの回数が２０〜３０万回であり、比較例１、比較例２のいずれよりも長い開閉寿命特性が得られた。破損個所は、実施例１では、谷部８ｃ、比較例１および比較例２では、立ち上がり部８ｈであった。
【００２９】
開閉寿命特性の結果と破損個所とから、材料は、析出硬化型ニッケル基合金よりも固溶強化型ニッケル基合金が好ましい。また、形状は、立ち上がり部８ｈの曲率半径Ｒが、谷部８ｃ、山部８ｄよりも大きく、特に谷部８ｃよりも大きいものが好ましい。
【００３０】
即ち、立ち上がり部８ｈの曲率半径が谷部８ｃよりも小さい場合には、立ち上がり部８ｈに応力が集中して破損する。しかしながら、立ち上がり部８ｈの曲率半径Ｒを谷部８ｃよりも大きくすると、立ち上がり部８ｈの応力が緩和され、破損個所が谷部８ｃに移動する。
【００３１】
このため、立ち上がり部８ｈの曲率半径Ｒを谷部８ｃよりも大きくして、破損個所が谷部８ｃになるようにすれば開閉寿命特性を向上させることができる。なお、立ち上がり部８ｈの曲率半径Ｒは、大きくし過ぎても破損個所が谷部８ｃと変わらないため、谷部８ｃの２倍程度が好ましい。
【００３２】
ここで、曲折部８ｆ、テーパー部８ｇ、立ち上がり部８ｈ、および外周部８ｉは、山部８ｄを形成する上で内径側から外径側へ立ち上がる部分のため、ベローズ８の最初の山部８ｄを形成する立ち上がり部と定義する。また、曲折部８ｆと立ち上がり部８ｈとを合わせて最初の山部８ｄを形成する立ち上がり部の曲率半径と定義する。
【００３３】
上記実施例１の真空バルブによれば、多段の谷部８ｃと山部８ｄとを有するベローズ８の最初の山部８ｄを形成する立ち上がり部の曲率半径を、谷部８ｃよりも大きくしているので、最初の山部８ｄを形成する立ち上がり部の応力集中が緩和され、多頻度開閉に耐え得る開閉寿命特性を向上させたベローズ８とすることができる。
【実施例２】
【００３４】
次に、本発明の実施例２に係る真空バルブを再び図１および図２を参照して説明する。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、立ち上がり部の曲率半径とテーパー部の角度である。
【００３５】
図２に示すように、テーパー部８ｇは、曲折部８ｆから外径側方向に広がるテーパー状となっており、軸方向となす角度θがθ＝５度である。また、立ち上がり部８ｈの曲率半径Ｒは、Ｒ＝０．８ｍｍである。
【００３６】
結果を図２に示す。試料数は、３個である。  
実施例２では、破損するまでの回数が１８〜２５万回であり、比較例１、比較例２のいずれよりも長い開閉寿命特性が得られた。破損個所は、立ち上がり部８ｈであった。
【００３７】
これより、立ち上がり部８ｈの曲率半径Ｒを谷部８ｃよりも小さくしても、テーパー部８ｇに角度を持たせれば開閉寿命特性を向上させることができる。なお、立ち上がり部８ｈの曲率半径Ｒを谷部８ｃよりも大きくすれば、更に開閉寿命特性の向上が期待できる。
【００３８】
上記実施例２の真空バルブによれば、テーパー部８ｇに軸方向となす角度θがθ＝５度のテーパーを持たせているので、最初の山部８ｄを形成する立ち上がり部の応力集中が緩和され、多頻度開閉に耐え得る開閉寿命特性を向上させたベローズ８とすることができる。
【実施例３】
【００３９】
次に、本発明の実施例３に係る真空バルブを再び図１および図２を参照して説明する。なお、この実施例３が実施例２と異なる点は、テーパー部の角度である。
【００４０】
図２に示すように、テーパー部８ｇが軸方向となす角度θは、θ＝３０度で、立ち上がり部８ｈの曲率半径Ｒは、Ｒ＝０．８ｍｍである。
【００４１】
結果を図２に示す。試料数は、３個である。  
実施例３では、破損するまでの回数が１８〜２５万回であり、比較例１、比較例２のいずれよりも長い開閉寿命特性が得られた。破損個所は、立ち上がり部８ｈであった。
【００４２】
なお、テーパー部８ｇの角度θがθ＝７０度を試みたが、液圧成形で塑性変形させることができなかった。
【００４３】
上記実施例３の真空バルブによれば、テーパー部８ｇに軸方向となす角度θがθ＝３０度のテーパーを持たせているので、最初の山部８ｄを形成する立ち上がり部の応力集中が緩和され、多頻度開閉に耐え得る開閉寿命特性を向上させたベローズ８とすることができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。上記実施例では、ベローズ８の材料を固溶強化型ニッケル基合金で説明したが、オーステナイト系ステンレスにおいても、多頻度開閉に耐え得る開閉寿命特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１乃至実施例３に係る真空バルブのベローズ端部を示す要部拡大断面図。
【図２】本発明の実施例１乃至実施例３に係る真空バルブのベローズの開閉寿命特性を説明する図。
【図３】真空バルブの構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１  真空絶縁容器
２  固定側封着金具
３  可動側封着金具
４  固定側通電軸
５  固定側接点
６  可動側接点
７  可動側通電軸
８  ベローズ
８ａ  自由端
８ｂ  固定端
８ｃ  谷部
８ｄ  山部
８ｅ  底板部
８ｆ  曲折部
８ｇ  テーパー部
８ｈ  立ち上がり部
８ｉ  外周部
８ｊ  内周部
９  アークシールド
１０  中間金具
【図１】
2006079862.tif 000003
【図２】
2006079862.tif 000004
【図３】
2006079862.tif 000005