JPH0775133B2 - Vacuum valve - Google Patents
Vacuum valveInfo
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- JPH0775133B2 JPH0775133B2 JP61122183A JP12218386A JPH0775133B2 JP H0775133 B2 JPH0775133 B2 JP H0775133B2 JP 61122183 A JP61122183 A JP 61122183A JP 12218386 A JP12218386 A JP 12218386A JP H0775133 B2 JPH0775133 B2 JP H0775133B2
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- Japan
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- bellows
- movable
- fatigue life
- vacuum valve
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- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Diaphragms And Bellows (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、真空バルブに係り、特に高疲労寿命および高
信頼性が得られるようにしたベローズの構成に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) [0001] The present invention relates to a vacuum valve, and more particularly to a structure of a bellows capable of obtaining a long fatigue life and high reliability.
(従来の技術) 一般に、真空バルブは、第8図に示すようにセラミック
スやガラス等のような絶縁材料から円筒状に形成された
絶縁容器1の両端開口部を、固定側端板2aおよび可動側
端板2bで閉止して真空容器3を形成し、この真空容器3
の内部に電路となる固定通電軸4の端部に固着した固定
電極5と、電路となる可動通電軸6の端部に固着した可
動電極7を接離自在に配設した構成としている。しかし
て、可動通電軸6は、一方の端部を可動側端板2bに固着
したベローズ8の他方の端部に固着され、真空容器3の
真空度を維持しながら軸方向の移動を可能としている。
また、真空容器3の内部には、固定電極5と可動電極7
の開閉時に両電極から発生する金属蒸気が、絶縁容器1
の内壁に付着して絶縁抵抗が低下するのを防止するた
め、固定電極5と可動電極7を囲むようにした金属シー
ルド9が設けられている。なお、多頻度の開閉をする真
空バルブには、ステンレス鋼管を素管として絞り加工に
より、ベローの肉厚を0.11mmに成形したベローズが用い
られている。(Prior Art) Generally, as shown in FIG. 8, a vacuum valve has a cylindrical end made of an insulating material such as ceramics or glass. The vacuum container 3 is formed by closing the side end plate 2b.
The fixed electrode 5 fixed to the end of the fixed current-carrying shaft 4 serving as the electric path and the movable electrode 7 fixed to the end of the movable current-carrying shaft 6 serving as the electric path are arranged in the inside of the chamber so as to be freely contactable and separable. The movable energizing shaft 6 is fixed to the other end of the bellows 8 whose one end is fixed to the movable end plate 2b, and is movable in the axial direction while maintaining the vacuum degree of the vacuum container 3. There is.
In addition, inside the vacuum container 3, a fixed electrode 5 and a movable electrode 7 are provided.
The metal vapor generated from both electrodes when opening and closing the insulation container 1
A metal shield 9 is provided so as to surround the fixed electrode 5 and the movable electrode 7 in order to prevent the insulation resistance from being reduced by being attached to the inner wall of the. For a vacuum valve that opens and closes frequently, a bellows is used, which is formed by drawing a stainless steel tube as a raw tube to a bellows wall thickness of 0.11 mm.
(発明が解決しようとする問題点) ところが、ベローズ8は、固定電極5と可動電極7の開
閉時に伸縮変形をするので、各ベローの谷部または山部
には曲げ応力が発生する。したがって、谷部または山部
には、この応力と繰返し行われる電極の開閉により疲労
損傷が累積して、疲労き烈が発生する。この疲労き烈が
進展して板厚方向に貫通すると、真空容器3内の真空度
が低下し、耐電圧が低下して電極間に発生するアークに
より放電状態となり、真空バルブが遮断不能になる不具
合を生じることがある。これから分るように、ベローズ
8は、真空バルブの寿命を支配する重要な部品の1つと
なっている。なお、このような不具合を生じる傾向は、
数十万回以上の開閉を要求される多頻度の真空遮断器に
用いられる真空バルブにしばしばみられる。(Problems to be Solved by the Invention) However, since the bellows 8 expands and contracts when the fixed electrode 5 and the movable electrode 7 are opened and closed, bending stress is generated in the valleys or peaks of each bellows. Therefore, fatigue damage is accumulated in the valleys or ridges due to this stress and repeated opening and closing of the electrodes, resulting in fatigue. When this fatigue develops and penetrates in the plate thickness direction, the degree of vacuum in the vacuum container 3 decreases, the withstand voltage decreases, and the arc generated between the electrodes causes a discharge state and the vacuum valve cannot be shut off. It may cause a malfunction. As can be seen, the bellows 8 is one of the important parts that govern the life of the vacuum valve. In addition, the tendency to cause such a problem is
It is often found in vacuum valves used in vacuum circuit breakers that require frequent opening and closing hundreds of thousands of times.
上記したように肉厚0.11mmのベローに成形したベローズ
8において、疲労き烈が発生し、板厚方向へ貫通するま
での疲労寿命(ベローズ8の伸縮変形量を、通常使用時
の伸縮変形量の約2倍にして測定した疲労寿命)は、約
8〜17万回である。As described above, in the bellows 8 formed into a bellows having a wall thickness of 0.11 mm, fatigue life occurs and fatigue life until it penetrates in the plate thickness direction (expandable deformation amount of the bellows 8 The fatigue life measured by doubling the above is about 80 to 170,000 times.
そこで、本発明の目的は、数十万回以上に及ぶ多頻度の
開閉を保証できる高疲労寿命で高信頼性が得られる真空
バルブを提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide a vacuum valve capable of ensuring frequent opening and closing of several hundred thousand times or more and having high fatigue life and high reliability.
(問題点を解決するための手段および作用) 本発明は、円筒状をなす絶縁容器の両端開口部を固定側
および可動側両端板でそれぞれ閉止して真空容器を形成
し、この真空容器の内部に接離自在とした固定および可
動両電極を配設し、この可動電極を一端に固着した可動
通電軸と前記可動側端板を山谷部を有するベローズで気
密に連結した真空バルブにおいて、前記ベローズはステ
ンレス鋼を素管として絞り加工によりそのべローの肉厚
を0.09〜0.07mmに成形している。このようにベローの肉
厚を成形すると、ベローズの内側に作用する大気圧と外
側に作用する真空の圧力差で発生する平均応力が増大し
ても、ベローズの疲労寿命の低下には影響が少なく、む
しろ電極の開閉時にベローズの各ベローの山部または谷
部に発生する曲げ応力振幅を低減して、ベローズの疲労
寿命を大幅に向上させるようにしたものである。(Means and Actions for Solving Problems) The present invention forms a vacuum container by closing the openings on both ends of a cylindrical insulating container with fixed-side and movable-side end plates, respectively. A vacuum valve in which both fixed and movable electrodes that can be freely contacted and separated from each other are provided, and the movable current-carrying shaft having the movable electrode fixed to one end and the movable side end plate are airtightly connected by a bellows having peaks and valleys. Uses a stainless steel tube as a raw material and draws the bellows to a thickness of 0.09 to 0.07 mm. When the bellows wall is formed in this way, even if the average stress generated by the pressure difference between the atmospheric pressure acting on the inner side of the bellows and the vacuum acting on the outer side increases, it has little effect on the decrease in the fatigue life of the bellows. Rather, the bending stress amplitude generated in the peaks or valleys of each bellows of the bellows when the electrodes are opened and closed is reduced, and the fatigue life of the bellows is greatly improved.
(実施例) 以下、本発明の真空バルブの一実施例を図面を参照して
説明する。なお、第8図と同一部分には同符号を付し、
重複した説明は省略する。第1図において、真空バルブ
10は、真空容器3と、この真空容器3内に接離自在に配
設された固定電極5および可動電極7と、金属シールド
9と、一方の端部を可動側端板2bに固着すると共に、他
方の端部を可動通電軸6に固着したベローズ11で構成さ
れている。ここで、このベローズ11は、ステンレス鋼管
を素管として絞り加工により肉厚0.09〜0.07mmのベロー
に成形したものである。(Embodiment) An embodiment of the vacuum valve of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same parts as in FIG.
A duplicate description will be omitted. In FIG. 1, a vacuum valve
Reference numeral 10 denotes a vacuum container 3, a fixed electrode 5 and a movable electrode 7 which are arranged in the vacuum container 3 so as to be able to come into contact with and separate from each other, a metal shield 9, and one end of which is fixed to a movable side end plate 2b. The bellows 11 has the other end fixed to the movable energizing shaft 6. Here, the bellows 11 is formed by drawing a stainless steel pipe as a raw pipe into a bellows having a wall thickness of 0.09 to 0.07 mm.
次に、このベローズ11の構成特に肉厚を0.09〜0.07mmに
した理由について説明する。通常ベローズは、電極の開
閉時に伸縮変形をするので、ベローズの各ベローの谷部
また山部には第2図を示すように曲げ応力が発生する。
この曲げ応力の同一伸縮変形量に対する曲げ応力振幅Δ
σbの大きさは、第3図(a)に示すようにベローの肉厚
に比例して増大する。すなわち、ベローの肉厚を従来の
0.11mmより薄くすることにより、曲げ応力振幅Δσbは
低減する。これは、第4図に示すように同一ベローの伸
縮変形に対しては、ベローの谷部または山部の表面に生
ずる曲げ応力σbは、ベローの肉厚tが薄い程小さくな
るからである。また、ベローの肉厚tが薄くなる程ベロ
ーズの重量も軽くなるので、高速開閉による貫性力も小
さくなり、ベローの伸縮変形も小さくなる。したがっ
て、ベローの谷部または山部に生じる曲げ応力振幅Δσ
bが低減する。ベローズの疲労寿命は、この曲げ応力振
幅に大きく支配され、第3図(b)に示すように曲げ応
力振幅Δσbが低減する程疲労寿命Nfは向上する。つま
り、ベローの肉厚tが薄くなる程、曲げ応力振幅Δσb
は低減し、ベローズの疲労寿命Nfは向上する。Next, the structure of the bellows 11, especially the reason why the wall thickness is 0.09 to 0.07 mm, will be described. Since the bellows usually expands and contracts when the electrodes are opened and closed, bending stress is generated in the valleys or peaks of each bellow of the bellows as shown in FIG.
Bending stress amplitude Δ for the same expansion and contraction deformation amount of this bending stress
σ magnitude of b increases in proportion to the thickness of the bellows, as shown in FIG. 3 (a). That is, the thickness of the bellows
By making the thickness less than 0.11 mm, the bending stress amplitude Δσ b is reduced. This is because, as shown in FIG. 4, when the same bellows expands and contracts, the bending stress σ b generated on the surface of the valleys or peaks of the bellows decreases as the wall thickness t of the bellows decreases. . Further, as the thickness t of the bellows becomes thinner, the weight of the bellows becomes lighter, so that the penetrating force due to high-speed opening and closing becomes smaller and the bellows expands and contracts less. Therefore, the bending stress amplitude Δσ occurring at the valley or peak of the bellows
b is reduced. The fatigue life of the bellows is largely controlled by this bending stress amplitude, and as the bending stress amplitude Δσ b decreases, the fatigue life N f improves as shown in FIG. 3 (b). That is, as the thickness t of the bellows becomes thinner, the bending stress amplitude Δσ b
Decreases and the fatigue life N f of the bellows increases.
しかしながら、第5図(a)に示すようにベローの肉厚t
が薄くなる程、ベローズの内側に作用する大気圧と外側
に作用する真空圧の圧力差に基づく平均応力σmは増大
する。この平均応力σmは、同図(b)に示すように疲労
寿命Nfに影響を与え、平均応力σmが増大する程疲労寿
命Nfが低下する。ただし、上記した曲げ応力振幅Δσb
に比較すると、疲労寿命Nfへの影響は小さい。However, as shown in Fig. 5 (a), the bellows thickness t
Becomes thinner, the average stress σ m based on the pressure difference between the atmospheric pressure acting on the inside of the bellows and the vacuum pressure acting on the outside increases. This average stress σ m affects the fatigue life N f as shown in FIG. 7B, and the fatigue life N f decreases as the average stress σ m increases. However, the above bending stress amplitude Δσ b
The effect on the fatigue life N f is smaller than that of
したがって、ベローの肉厚tを薄くすることは、疲労寿
命Nfを向上させる曲げ応力振幅Δσbの低減と、疲労寿
命Nfを低下させる平均応力σmの増大につながる。Therefore, reducing the thickness t of the bellows, reduce the stress amplitude .DELTA..sigma b bent improve fatigue life N f, leads to an increase in mean stress sigma m to reduce the fatigue life N f.
第6図は、107回の疲労寿命Nfに対する曲げ応力振幅Δ
σbの許容限界線12と平均応力σmの許容限界線13か
ら、曲げ応力振幅Δσbと平均応力σmの組合せの許容
範囲(斜線領域)を示したもので、また、破線14は、ベ
ローの肉厚tを薄くしたことに伴う曲げ応力振幅Δσb
と平均応力σmの組合せ応力の変化を示している。同図
から明かなようにベローの肉厚tが0.09〜0.07mmの範囲
内にあれば、107回以上の疲労寿命を有することにな
る。Figure 6 shows the bending stress amplitude Δ with respect to the fatigue life N f of 10 7 times.
from sigma b tolerable line 12 to the average stress sigma m tolerable line 13, but showing the bending stress amplitude .DELTA..sigma b and tolerance of a combination of mean stress sigma m (shaded area), and the dashed line 14, Bending stress amplitude Δσ b due to thinning of the bellows thickness t
And the change of the combined stress of the average stress σ m . As is clear from the figure, if the bellows wall thickness t is within the range of 0.09 to 0.07 mm, the fatigue life is 10 7 times or more.
以上のようにベローの肉厚tを薄くすることが疲労寿命
Nfを向上させるのは、疲労強度特性の板厚効果および同
一伸縮変形量に対する発生曲げ応力振幅Δσbに基因す
るものである。しかしながら、その向上の限界は、ベロ
ーの肉厚tを薄くしたことに伴う平均応力σmの増大に
よって規制されることになる。なお、ベローの肉厚t
は、一般的には第7図に示すように、ベローズのばね定
数Kとベローの肉厚tの関係線図(実験により作成した
もの)に基づいて管理されるが、電解酸洗法その他の手
段を用いて調整(削減)することにより、さらに十分な
管理が可能となる。これによって、高疲労寿命と共に高
信頼性のベローズを得ることができる。As described above, reducing the bellows thickness t is the fatigue life.
The improvement in N f is based on the plate thickness effect of fatigue strength characteristics and the bending stress amplitude Δσ b generated for the same amount of elastic deformation. However, the limit of the improvement is regulated by the increase of the average stress σ m accompanying the reduction of the bellows thickness t. The thickness t of the bellows
Generally, as shown in FIG. 7, it is managed based on a relational diagram (created by experiment) between the spring constant K of the bellows and the wall thickness t of the bellows. By adjusting (reducing) using means, more sufficient management becomes possible. This makes it possible to obtain a bellows having a high fatigue life and high reliability.
本発明者らは、肉厚0.09〜0.07mmのベローに成形したベ
ローズにおいて、疲労き烈が発生し、板厚方向へ貫通す
るまでの疲労寿命(ベローズの伸縮変形量を通常使用時
の伸縮変形量の約2倍にして測定した疲労寿命)は、約
160〜400万回以上であり、上記した従来の肉厚0.11mmの
ベローズに対して疲労寿命が大幅に向上し、数十万回以
上の多頻度の電極開閉を十分保証できることを実験によ
って確認した。In the bellows formed into a bellows having a wall thickness of 0.09 to 0.07 mm, the present inventors have experienced fatigue and fatigue life until they penetrate in the plate thickness direction. The fatigue life measured by doubling the amount) is about
It has been confirmed by experiments that it is 160 to 4 million times or more, the fatigue life is drastically improved compared to the conventional bellows with a wall thickness of 0.11 mm, and the frequent opening and closing of the electrode several hundred thousand times or more can be sufficiently guaranteed. .
なお、以上の説明は、数十万回以上の多頻度の電極開閉
をする真空バルブについて行ったが、1〜2万回の電極
開閉を要求される他の用途の真空バルブにおいても、ベ
ローの肉厚を0.09〜0.07mmとしたベローズを用いること
により、疲労強度(時間強度)が向上するため、電極開
閉時のベローズの伸縮変形量を大きくすることや電極開
閉の高速化にも十分対応することができる。Although the above description has been made on the vacuum valve that opens and closes the electrode at a high frequency of hundreds of thousands of times or more, the vacuum valve for other applications requiring the opening and closing of the electrode at a frequency of 10,000 to 20,000 times can be used for the bellows. Fatigue strength (temporal strength) is improved by using a bellows with a wall thickness of 0.09 to 0.07 mm, so the expansion and contraction amount of the bellows at the time of opening and closing the electrode can be increased and the opening and closing of the electrode can be made faster. be able to.
本発明は、以上のように構成されているから、数十万回
以上に及ぶ多頻度の電極開閉を保証できる高疲労寿命で
高信頼性の真空バルブが得られ、被制御装置の長期にわ
たる安定した運転と保守点検の容易化を図ることができ
る。Since the present invention is configured as described above, a vacuum valve with a long fatigue life and high reliability that can guarantee frequent opening and closing of the electrode for hundreds of thousands of times or more can be obtained, and the controlled device can be stable for a long period of time. It is possible to facilitate proper operation and maintenance and inspection.
第1図は本発明の真空バルブの一実施例を示す断面図、
第2図は本発明に関連するベローズにおけるベローの山
部また谷部に発生する曲げ応力の時間的変動を示す説明
図、第3図(a)(b)は本発明に関連するベローズにおける
ベローの肉厚と曲げ応力振幅および疲労寿命と曲げ応力
振幅の関係を示す説明図、第4図(a)(b)は本発明に関連
するベローズのベローの谷部または山部に発生する曲げ
応力およびこのA部を拡大して示す説明図、第5図(a)
(b)は本発明に関連するベローズにおけるベローの肉厚
と平均応力および疲労寿命と平均応力の関係を示す説明
図、第6図は本発明に関連するベローズの107回の疲労
寿命に対する平均応力と曲げ応力振幅の組合せの許容応
力範囲を示す説明図、第7図は本発明に関連するベロー
ズにおけるベローの肉厚とばね定数の関係を説明図、第
8図は従来の真空バルブの構成を示す断面図である。 1……絶縁容器、2a……固定側端板 2a……可動側端板、3……真空容器 5……固定電極、6……可動通電軸 7……可動電極、11……ベローズFIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the vacuum valve of the present invention,
FIG. 2 is an explanatory view showing a temporal change of bending stress generated in a peak portion or a valley portion of a bellows related to the present invention, and FIGS. 3 (a) and (b) are bellows in the bellows related to the present invention. 4 (a) and (b) are bending stresses occurring in the valleys or peaks of the bellows of the bellows related to the present invention. FIG. 5 (a) is an explanatory view showing an enlarged part A and FIG.
(b) is an explanatory view showing the relationship between the thickness of the bellows and the average stress and the fatigue life and the average stress in the bellows related to the present invention, and FIG. 6 is the average for the fatigue life of 10 7 times of the bellows related to the present invention. Explanatory drawing showing the allowable stress range of the combination of stress and bending stress amplitude, FIG. 7 is an explanatory view of the relationship between the bellows wall thickness and the spring constant in the bellows related to the present invention, and FIG. 8 is the structure of a conventional vacuum valve. FIG. 1 ... Insulating container, 2a ... Fixed side end plate 2a ... Movable side end plate, 3 ... Vacuum container 5 ... Fixed electrode, 6 ... Movable energizing shaft 7 ... Movable electrode, 11 ... Bellows
Claims (1)
側および可動側両端板でそれぞれ閉止して真空容器を形
成し、この真空容器の内部に接離自在とした固定および
可動両電極を配設し、この可動電極を一端に固着した可
動通電軸と前記可動側端板を山谷部を有するベローズで
気密に連結した真空バルブにおいて、前記ベローズはス
テンレス鋼を素管として絞り加工によりそのべローの肉
厚を0.09〜0.07mmに成形してなることを特徴とする真空
バルブ。1. A fixed and movable electrode which can be contacted with and separated from the inside of the vacuum container by forming a vacuum container by closing the openings of both ends of a cylindrical insulating container with fixed and movable end plates. In a vacuum valve in which the movable current-carrying shaft having the movable electrode fixed to one end and the movable side end plate are hermetically connected by a bellows having peaks and valleys. A vacuum valve characterized by forming a bellows wall thickness of 0.09 to 0.07 mm.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61122183A JPH0775133B2 (en) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | Vacuum valve |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61122183A JPH0775133B2 (en) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | Vacuum valve |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62281219A JPS62281219A (en) | 1987-12-07 |
| JPH0775133B2 true JPH0775133B2 (en) | 1995-08-09 |
Family
ID=14829629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61122183A Expired - Lifetime JPH0775133B2 (en) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | Vacuum valve |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0775133B2 (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5845766B2 (en) * | 1979-06-02 | 1983-10-12 | 株式会社明電舎 | Vacuum cutter |
-
1986
- 1986-05-29 JP JP61122183A patent/JPH0775133B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62281219A (en) | 1987-12-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |