Vacuum valve

この発明は真空バルブ、特に、ベローズを備えた真空バルブに関するものである。

真空バルブでは、可動電極棒にベローズが備えられ、可動電極棒の動作に伴ってベローズが伸縮することで、真空容器内を気密に保っている。 ベローズは、一般にステンレス等の金属で構成される。

ベローズの内側は大気もしくは加圧された絶縁ガスである。 一方、ベローズの外側は、真空バルブの内部であるため、真空である。 このように、ベローズの外側の圧力よりもベローズの内側の圧力が高く、ベローズ両端が拘束されているため、可動電極棒の開極動作時にベローズが変形してしまう座屈が生じるおそれがある。

この問題の対策方法として、ベローズの外径を大きくすることにより、ベローズの座屈を生じにくくさせることができる。

また、別の対策法として、例えば、特許文献１に示すようにベローズを真空容器の外側に配置し、ベローズの一端を可動側端板に固定し、他端は可動電極に接続する真空バルブも考えられる。 この構造では、ベローズの内側が真空、ベローズの外側が大気もしくは加圧された絶縁ガスになるため、座屈は生じにくくなっている。

しかし、上述の従来の真空バルブのように、ベローズの外径を大きくしたり、ベローズを真空容器の外側に出したりすると、真空バルブ全体が大型化してしまうという問題がある。

この発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、真空バルブの大型化を抑制しつつ、ベローズの座屈を防止することを目的としている。

この発明に係る真空バルブにおいては、ベローズを真空容器内に配置し、円筒形状のベローズ支持材を、その内側にベローズの蛇腹部が接するように真空容器に対して固定する。

この発明に係る真空バルブによれば、真空バルブの大型化を抑制しつつ、ベローズの座屈を防止することができる。

この発明の実施の形態１に係る真空バルブの垂直断面図である。

この発明の実施の形態２に係る真空バルブの垂直断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る真空バルブを示す断面図である。 以下、図１に基づいて、この発明の実施の形態１に係る真空バルブの構成を説明する。 円筒形状の絶縁筒１はアルミナセラミック等から構成される。 絶縁筒１の両端には、それぞれ固定側端板２及び可動側端板３がろう付により取り付けられ、真空容器を構成している。 このようなろう付け接合には、主に銀系のろう材が使用される。

固定側端板２には固定電極棒４が貫通してろう付接合されている。 ベローズ６の一端は可動側端板３にろう付接合され、他端はベローズ６の内部及び可動側端板３を貫通する可動電極棒５にろう付接合されている。 ベローズ６の側面は山と谷を交互に繰り返す蛇腹部となっており、図中上下方向に伸縮自在に構成されている。 ベローズ６の材料には、ステンレス等の金属材料を用いることができる。 真空容器内における固定電極棒４の端部には固定電極７が、可動電極棒５の端部には可動電極８がろう付接合され、固定電極７と可動電極８とは互いに対向している。

可動電極棒５は図中上下方向に直動可能に構成されている。 固定電極７と可動電極８は接触しているときに、ベローズ６が最も伸びた状態となる。 可動電極棒５の可動範囲内で固定電極７と可動電極８とが最も離れているときに、ベローズ６が最も縮んだ状態となる。

円筒形状のシールド９は、絶縁筒１の半径より少し小さい半径を有する。 シールド９は、その中心軸が絶縁筒１の中心軸と一致し、固定電極７及び可動電極８を囲むように絶縁筒１の内面にろう付けにより固定されている。 シールド９は、電流遮断時に絶縁筒１の内面が固定電極７及び可動電極８から発生する金属蒸気により汚損されることを防止している。

可動電極棒５の直動を案内するガイド１０は、真空バルブのろう付による組立完了後、ネジ等（図示せず）によって可動側端板３に取り付けられている。 ガイド１０は可動電極棒５の図中上下方向以外の方向への動きを制限している。

ベローズ６の可動電極８側端部には、ベローズカバー１１が可動電極棒５に、固定電極７及び可動電極８からベローズ６を遮蔽するようにろう付接合されている。 ベローズカバー１１は、電流遮断時に固定電極７及び可動電極８から発生する金属蒸気により、ベローズ６の表面が汚損されることを防止している。

ベローズ支持材１２は、円筒状に形成された、ベローズ６の座屈を防止するための部材である。 ベローズ支持材１２の中心軸はベローズ６の中心軸と一致している。 ベローズ支持材１２は、ベローズ６が最も伸びた状態において蛇腹部全体を覆うことができるだけの軸方向の長さを有し、その一端が可動側端板３にろう付により接合されている。 ベローズ支持材１２を構成する材料としては、例えば、ステンレス等の金属材料を用いることができる。

ベローズ支持材１２の半径は、ベローズ６が最も縮んだ状態においてベローズ支持材１２の内側にベローズ６の蛇腹部の山の頂点外面がちょうど接するように、中心軸から最も縮んだ状態のベローズ６の蛇腹部の山の頂点までの距離と同一にする。

なお、ベローズ６の内側は大気もしくは加圧された絶縁ガスであり、ベローズ６の外側が真空の状態では、ベローズ６の内外で圧力差がある。

次に、この発明の実施の形態１に係る真空バルブの動作を説明する。 閉極状態においては、固定電極７と可動電極８は接触している。 その状態において過電流が流れると、真空バルブは開極動作を開始し、可動電極棒５が図１中の下方向へ直動することにより、固定電極７と可動電極８とが離間し、開極される。 このとき、ベローズ６にも図１中の下方向の応力がかかり、可動電極棒５の直動に伴って図１中の下方向に収縮し、真空容器内を気密に保つ働きをする。

ここで、ベローズ６の内外で圧力差があるため、前記応力によってベローズ６が外側へ変形する座屈が生じるおそれがある。 しかし、この発明の実施の形態１に係る真空バルブにおいては、ベローズ支持材１２がベローズ６の蛇腹部に接触して、ベローズ６が外側へ変形しないように押さえるため、座屈を防止することができる。

また、可動電極棒５が急加速もしくは急減速する際に、ベローズ６には振動が発生するが、ベローズ６を伝搬する振動エネルギーがベローズ支持材１２とベローズ６との摩擦によって消耗されて、ベローズ６の振動は減衰する。

以上、この発明の実施の形態１に係る真空バルブにおいては、ベローズ６の蛇腹部に接するようにベローズ支持材１２を配置することによって、真空バルブの大型化を抑制しつつ、ベローズ６の座屈を防止することができる。

また、高速で開閉操作される真空バルブにおいては、開閉動作中の急加速される最初の行程と急減速される最後の行程で、ベローズは衝撃力を受け、ベローズに振動が発生するが、この発明の実施の形態１に係る真空バルブにおいては、ベローズ６の蛇腹部全体に接するようにベローズ支持材１２が配置されているので、ベローズ６を伝搬する振動エネルギーがベローズ支持材１２との摩擦によって消耗されて、ベローズ６の振動は減衰する。 このため、ベローズ６に発生する応力が低減されるので、ベローズ６を長寿命化することができる。

なお、ベローズ６が縮んだ状態と伸びた状態では、中心軸からベローズ６の蛇腹部の山の頂点までの距離が僅かに変わる。 そこで、ベローズ支持材１２の材料をゴム等の弾性体として半径方向に弾性を持たせ、ベローズ６を締め付けるようにしてもよい。 これにより、ベローズ６が最も縮んだ状態でなくても、ベローズ６とベローズ支持材１２が接するようになり、より確実に座屈を防止することができる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２に係る真空バルブを示す垂直断面図である。 図１と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。 この発明の実施の形態２に係る真空バルブにおいても、基本的な構成は実施の形態１に係る真空バルブと同様である。

実施の形態１に係る真空バルブとの相違点は、実施の形態２に係る真空バルブにおいては、実施の形態１におけるベローズカバー１１を取り除き、その代わりにベローズ支持材１２の可動電極８側の端部に遮蔽部１２ａを一体成形した点である。 この遮蔽部１２ａは、ベローズ６の電極側端部と可動電極８との間の、開閉動作時に可動電極８と接触しない位置に配置する。 遮蔽部１２ａは、可動電極８とベローズ６の可動電極８側端部との間を遮蔽する。

この遮蔽部１２ａはベローズカバー１１と同様の機能を果たし、電流遮断時に固定電極７及び可動電極８から発生する金属蒸気からベローズ６が汚損されることを防止できる。

以上、この発明の実施の形態２に係る真空バルブにおいては、ベローズ支持材１２に遮蔽部１２ａを一体成形することによって、ベローズカバー１１を取り付ける作業が不要になり、部品点数を削減し、組み立てを容易にすることができる。

１ 絶縁筒 ２ 固定側端板 ３ 可動側端板 ４ 固定電極棒 ５ 可動電極棒 ６ ベローズ ７ 固定電極 ８ 可動電極 ９ シールド １０ ガイド １１ ベローズカバー １２ ベローズ支持材 １２ａ 遮蔽部