JPH0775133B2 - 真空バルブ - Google Patents
真空バルブInfo
- Publication number
- 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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bellows
- movable
- fatigue life
- vacuum valve
- fixed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Landscapes
- Valves And Accessory Devices For Braking Systems (AREA)
- Compressor (AREA)
- 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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (1)
- 【請求項１】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に成形してなることを特徴とする真空
バルブ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61122183A JPH0775133B2 (ja) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | 真空バルブ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61122183A JPH0775133B2 (ja) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | 真空バルブ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62281219A JPS62281219A (ja) | 1987-12-07 |
| JPH0775133B2 true JPH0775133B2 (ja) | 1995-08-09 |
Family
ID=14829629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61122183A Expired - Lifetime JPH0775133B2 (ja) | 1986-05-29 | 1986-05-29 | 真空バルブ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0775133B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5845766B2 (ja) * | 1979-06-02 | 1983-10-12 | 株式会社明電舎 | 真空しや断器 |
-
1986
- 1986-05-29 JP JP61122183A patent/JPH0775133B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62281219A (ja) | 1987-12-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |