专利名称：波纹管及使用波纹管的真空开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种波纹管和一种真空开关，特别涉及一种波纹管，该波纹管用于密封杠杆上穿过一种装置或设备的壁的那一部分。
一般地，在两个不同的空间之间，例如真空室与大气之间，作为一种能传递驱动力而又不丧失气密密封的装置，在许多情况下是采用波纹管。例如，在真空开关中，一种操纵机构设置在真空开关外面，而用一杠杆伸入壳体内，使一可动杆绕一固定杆上下运动，从而使设置在相应两杆上的电极接触或分开。在这种情况下，采用一种波纹管罩在所述可动杆上，以便将真空开关内侧与外侧之间密封。
此外，作为与此项技术相关的现有技术，JP A55-143727是一个已提出的例子。
在这种装置中，当波纹管只沿自身轴向伸长和收缩的情况下，不会产生任何问题。然而，当杠杆绕主轴支点摆动，以便使可动电极与固定电极接触或分开，正如在上述JP A5-143727中所公开的真空开关那样，即在这种情况下，波纹管的伸长和收缩使波纹管变形成一曲线形状，波纹管沿曲线形状反复变形，于是应力集中在波纹管连接部附近，即在邻近与杠杆相固定的部分附近和与壳体壁相固定部分附近，当工作几年之后，这些部分可能会产生破裂，并破坏两空间之间的密封。
在这种情况下，势必采用在一定范围内增大波纹管直径来抑制应力集中；然而，增大波纹管的尺寸就要使采用波纹管的装置或设备增大，这种方法是不利的。
本发明是鉴于上述事实而提出的，本发明的目的之一是提供一种波纹管，该波纹管在其两端部的应力集中可以被抑制而不用增大波纹管的尺寸，该波纹管的寿命可以提高，本发明还提供了一种使用该波纹管的真空开关。
也就是说，根据本发明，波纹管的一端固定在可动杠杆上，该杠杆穿过一壳体的壁并可摆动，波纹管的另一端固定在壳体壁上，上面提到的目的是这样实现的将波纹管的形状做成使其沿伸长方向上，波纹管中部的弹簧常数，比其沿伸长方向的一端部或两端部的弹簧常数小。
此外，根据本发明，波纹管的一端固定在一可动杠杆上，该杠杆穿过一壳体的壁并可摆动，杠杆的另一端固定在壳体壁上，波纹管的形状做成这样其中，沿伸长方向上中部褶的高度比沿伸长方向上两端部的褶高度要高。
此外，在这种情况下，波纹管的外形做成这样其中，褶的高度由两端部向中部连续地逐渐增高。此外，波纹管的外部形状做成为啤酒桶形状。
此外，在真空开关中，该真空开关包括固定电极和可动电极，在真空壳体中，相互面对配置；一可动导体，其连接在可动电极上，该可动导体穿过真空壳体，可以摆动，并使可动电极移动；和波纹管其一端固定在可动导体上，另一端固定在壳体的壁上，前面提及的任一种波纹管均可用作此处的波纹管。
就是说，以这种方式制成的波纹管，由于其沿伸长方向上波纹管中部的弹簧常数制成较其沿伸长方向上两端部的弹簧常数小，波纹管中部具有较其两端部更为柔性的结构。因此，即使波纹管变形成为曲线形状，两端部的应力向中部扩散。于是，在两端部的应力集中得以抑制，并不需要增大波纹管的尺寸，且可提高波纹管的使用寿命。
此外，当波纹管中部的弹簧常数制成较两端部小，波纹管的褶高是变化的，即两端部的褶高变得比中部褶高小，从而可以避免靠近两端部的褶彼此接触。
图1为本发明一实施例之波纹管的垂直剖面图。
图2为一传统的波纹管的垂直剖面图。
图3为作用在传统波纹管上的应力特征图。
图4为作用在本发明之一实施例的波纹管上的应力特征图。
图5为用以说明本发明另一实施例中波纹管操作的剖面图。
图6为采用本发明之波纹管的真空开关的垂直剖面图。
图7为表示一绝缘圆筒与真空开关的波纹管之间位置关系的剖面图，这里所用的波纹管是传统的波纹管。
图8为表示一绝缘圆筒与真空开关的波纹管之间位置关系的剖面图，这里所用的波纹管是根据本发明的波纹管。
下面根据附图中实施例图解对本发明进行详细说明。图1为波纹管的剖面及其外部构造。标记3指装置或设备壳体的侧壁，例如真空开关等壳体的侧壁，该壳体侧边的两侧是不同的空间。标记35是指一可动杠杆，该杠杆设置成穿过所述装置或设备壳体的壁，并操纵该装置壳体内的一个装置。
可动杠杆35设置成穿过壳体壁3，并可绕主轴18上的支点摆动，该主轴设置在壳体外面。对于可动杠杆穿入该装置或设备的那部分，设有波纹管6，该波纹管装在壳体壁3和可动杠杆35上。就是说，该波纹管的一端与可动杠杆固定，其另一端固定在壳体壁3上。
这种情况下，特别是波纹管6制成下述情况，即沿波纹管伸长方向上，波纹管中部的褶高H，制成比沿波纹管伸长方向上之两端部的褶高高。换言之，沿伸长方向上波纹管中部的弹簧常数制成比沿伸长方向上波纹管两端部的弹簧常数小。
在这样一个波纹管中，由于波纹管中部较其两端部的结构有更大的柔性，即使波纹管由于运动例如轴线偏移运动而发生曲线变形，发生在波纹管两端部的应力会向中部扩散。因此波纹管两端部的应力集中受到抑制。
这就是说，与使用传统的波纹管相比，在主轴18位于波纹管6之外如图2所示的情况下，波纹管6产生由“弯曲运动”和“轴线偏移运动”所构成的复合运动。这时发生在波纹管6上的应力分布如图3所示。图中，图形的横坐标表示在波纹管两端A-A’间的位置，纵坐标表示波纹管6的褶顶部和底部的应力。
也就是说，从图形表明应力集中发生在波纹管6的端部S1处。此外，根据转角的情况等有关因素，存在着波纹管6上的褶顶部相互接触的部分S2，于是应力集中可能进一步助长。与此相反，使用本发明之波纹管6，褶高H(参见图1)从波纹管6的两端部向中部连续地逐渐增高，相应地，中部的弹簧常数变得比其两端部的弹簧常数小；应力集中的情况是这样的，波纹管6两端部的应力向中部扩散如图4所示。此外，在两端部的褶高H1比中部的褶高H2小，就可以充分地避免褶尖在S2处相互接触。
此外，在这种情况下，通过将波纹管制成使波纹管的褶高从端部向中部连续变化，就可以沿其伸长方向均匀地扩散应力，并可以使波纹管的使用寿命增长。
此外，在上述阐述中，在波纹管中部的弹簧常数制成比其两端部弹簧常数小的情况下，波纹管制成褶高沿伸长方向变化。不过，其它方式或方法例如改变褶距、改变波纹管厚度等，均考虑用于改变弹簧常数。此外，尽管这里将波纹管外形制成啤酒桶形结构形状，但并非总是必须采用这种结构形状，即也可采用一种其中部极为增大的凸圆形结构如图5所示。
如上所述，在根据本发明之波纹管中，由于波纹管中部的弹簧常数制成比两端部的弹簧常数小，即使主轴18配置在波纹管6之外，发生在波纹管6两端部的应力可以向中部扩散，波纹管6可以制成比传统的波纹管尺寸小，并提高使用寿命。
下面介绍的另一实施例，是根据本发明之波纹管应用于一真空开关的实施例，并参照图6至图8说明。真空开关1是按下述方式构建，且其内腔是被真空密封。在金属盒16的上部设有绝缘圆筒2A，固定杆4配置在真空开关1内，并由一密封金属3A所支持，该密封金属设置在绝缘圆筒2A上。此外，在金属盒16的下部，设有绝缘圆筒2C，且在其内部有一个接地的导体42，该接地导体是由一波纹管6C和密封金属3C所支持。
此外，一个可动杆5(可动杠杆)安装成沿垂直于上述固定杆4的方向伸出，穿过真空开关1的一部分壁伸向外面，绝缘圆筒2B作为腔壁的一部分与真空开关相连接。可动杆5由主轴18、波纹管6B和密封金属3B所支持，可以转动或摆动。在固定杆4和可动杆5的末端分别设有固定电极8和可动电极9，该电极均用合金如Cu-Pb(铜-铅)合金制成。电极8和9由可动杆5绕主轴18上的支点转动或摆动实现闭合和断开。该主轴支点设置在波纹管6B外面。
固定和密封可动杆5的波纹管6B制成其褶高H从两端部向中部逐渐增高，波纹管的外形如前面提及的实施例所述呈桶形形状。在此，对本实施例之效果给予说明。
可动杆5绕设在波纹管6B外的主轴18上支点旋转。因此，波纹管6B产生由“弯曲运动”和“轴线偏移运动”构成的复合运动。由于波纹管6B中部的弹簧常数制成比波纹管两端部的弹簧常数小，可以减小波纹管6B根部S1处的应力集中，波纹管6B可以是小尺寸，而其使用寿命提高。
此外，图7和图8表明当可动杆5转动地放置时波纹管6B、6B’和绝缘圆筒2B、2B’之间的关系。图7所示为一种传统结构，该结构使用一种传统的波纹管6B’，在波纹管6B’与绝缘圆筒2B’之间保证有必须的间距W。在图8中，也需在波纹管6B与绝缘圆筒2B之间保证有必须的间距W。图8中的虚线表示使用如图7所示之传统波纹管6B’时绝缘圆筒2B’的位置。绝缘圆筒2B的尺寸大大减小，这是由于使用了波纹管6B，该波纹管的褶高在其两端部减小了。如图所示，即使尺寸减小了，由于波纹管两端部的褶高H制成比中部褶高小，绝缘圆筒2B与波纹管6B间的间距，即使在波纹管转动时也能保证，于是绝缘圆筒2B可以制成较小尺寸，结果，开关装置的总体尺寸可以制得小。
如图3所示，在固定于壳体壁的一端的应力大于固定于可动杆一端的应力。将与杠杆连接的一侧端部的波纹管褶高制成比与壳体壁连接一侧端部的褶高小也是有效的。
此外，上述说明涉及波纹管用于真空装置的情况，然而波纹管当然也可以用于气体壳体、液体壳体等等。
如上所述，根据本发明之一种波纹管，其两端部的应力集中可以抑制，而不需增大波纹管的尺寸，波纹管的使用寿命可以提高，可获得采用此种波纹管的真空开关。
权利要求
1．一种波纹管，该波纹管的一端固定在可动杠杆上，该杠杆穿过一壳体的壁，并可摆动，波纹管的另一端固定在壳体壁上，其特征在于所述波纹管制成沿其伸长方向上，所述波纹管中部的弹簧常数小于沿其伸长方向上的波纹管的至少一个端部的弹簧常数。
2．一种波纹管，该波纹管的一端固定在可动杠杆上，该杠杆穿过一壳体的壁，并可摆动，波纹管的另一端固定在壳体壁上，其特征在于所述波纹管制成沿其伸长方向上，所述波纹管中部的褶高大于沿其伸长方向上的波纹管两端部的褶高。
3．如权利要求2所述的波纹管，其中，所述波纹管制成其褶高从两端部向中部连续变化。
4．如权利要求1、2或3所述的波纹管，其中，所述波纹管制成波纹管的外形呈啤酒桶形状。
5．一种真空开关，该真空开关包括固定电极和可动电极，这两个电极设置在真空壳体中，彼此相互面对；一个可动导体，其与所述可动电极相连接，该导体穿过所述壳体，可以摆动，并可移动所述可动电极；和一个波纹管，其一端固定在所述可动导体上，其另一端固定在所述壳体壁上，其中，采用权利要求1、2、3或4所述的波纹管作为所述真空开关的波纹管。
全文摘要
一种波纹管,该波纹管的一端固定在可动杠杆(35)上,该可动杠杆穿过一壳体的壁并可摆动,波纹管的另一端固定在壳体壁(3)上,其特征在于:上述波纹管的弹簧常数,制成沿其伸长方向上中部的弹簧常数小于沿其伸长方向上两端部的弹簧常数。这种波纹管可以抑制其两端部的应力集中,提高使用寿命,而不需增大波纹管的尺寸。一种真空开关采用了这种波纹管。
文档编号H01H33/662GK1214525SQ98120799
公开日1999年4月21日 申请日期1998年9月30日 优先权日1997年9月30日
发明者森田步, 谷水撤, 堀越俊夫, 四元善治, 桥本隆范 申请人:株式会社日立制作所, 波纹管工业所株式会社