JP2008291898A - 開閉機器操作装置用の緩衝装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン及びシリンダなどの寸法精度を高くすることなく制動力のばらつきを低減することができる緩衝装置を得ること。
【解決手段】緩衝装置１０は、内部に作動流体Ｆを満たすケーシング１６と、ケーシング１６内に収納され、内外に部屋を形成するシリンダ体２０と、シリンダ体２０を貫通するとともにシリンダ体２０との間に流路を形成し、可動接触子と連動する摺動軸１２と、摺動軸１２に固定されてシリンダ体２０内部に収納され、摺動軸１２の径より大きい外径を有し、シリンダ体２０の内周面と水密を保ちながら摺動して作動流体Ｆをシリンダ体２０の内外間で移動させ、作動流体Ｆが流路を通過する際の流通抵抗により制動力を受けるピストン１１とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば変電所や開閉所に設置される電力用開閉機器において、電力用開閉機器の電路を開閉操作する操作装置の緩衝装置に関する。

このような緩衝装置においては、従来、例えば、所定量だけ作動流体を封入するシリンダと、このシリンダ内に移動可能に設けられたピストンとを有するものが提案されている。このような構造の緩衝装置においては、ピストンは、シリンダ内周面との間に所定の間隙（流路）を形成している。そして、この流路を介して、シリンダ内の２部屋の間で作動流体を移動させ、このとき得られる流通抵抗を制動力として用いる。そして、ピストンには、制動力を必要としない方向に進む際に作動流体を流通させる貫通穴が開けられており、この貫通穴には逆止弁が設けられている。

そして、このような緩衝装置においては、開路動作が所定位置まで進行すると、ピストンは作動流体の液面に衝突する。衝突の後は、逆止弁が貫通穴を塞ぎ、ピストンは作動流体による反力を受けながら開路位置まで移動する。この反力がピストンの制動力としての働きをする（例えば、特許文献１参照）。

特公平０１−２２６９６号公報

上記のような構造の従来の緩衝装置においては、制動力発生の要因となる流路の流路断面積は、ピストンの外径とシリンダの内径との差によって決定される。そして、大きい制動力を得るためにはピストンの外径及びシリンダの内径を大きくする必要がある。その際、ピストンの外径寸法の精度が悪いと、流路断面積のばらつきが大きくなり、装置間の制動力がばらつく結果となる。そのため、従来、ピストンの外径寸法及びシリンダの内径寸法は高い精度を必要とした。また、ピストンがシリンダに対して偏心した場合においても、その偏心量により装置間の制動力がばらつく結果となるため、従来、ピストン、シリンダ、軸受及びピストンロッドなどの各部材の同軸度は高い精度を必要とした。このような高い精度を必要とする構造は、コストを増大させる要因となるので課題とされていた。また、従来、ピストンが作動流体の液面に衝突する際に機械的衝撃力が発生することがあった。さらには、従来、開閉動作開始時のピストンロッドへの抗力を防ぐ目的で逆止弁を設けているが、この逆止弁が貫通穴を閉塞する際に機械的衝撃力が発生することもあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大きい制動力を得る目的でピストンの外径及びシリンダの内径を大きくした場合などにおいても、ピストン及びシリンダなどの寸法精度を高くすることなく、また、各部材の同軸度を高くすることなく、制動力のばらつきを低減することができ、さらにピストンへの抗力の発生を抑制でき、安定した動作特性とすることができる開閉機器操作装置用の緩衝装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の開閉機器操作装置用の緩衝装置は、開閉機器の固定接触子と接離する可動接触子を駆動する開閉機器操作装置用の緩衝装置であって、内部に作動流体を満たすケーシングと、ケーシング内に収納され、内外に部屋を形成するシリンダ体と、シリンダ体を貫通するとともにシリンダ体との間に流路を形成し、可動接触子と連動する摺動軸と、摺動軸に固定されてシリンダ体内部に収納され、摺動軸の径より大きい外径を有し、このシリンダ体の内周面と水密を保ちながら摺動して作動流体をシリンダ体の内外間で移動させ、この作動流体が流路を通過する際の流通抵抗により制動力を受けるピストンとを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、摺動軸とシリンダ体との間の摺動軸の軸回りに流路を形成するので、大きい制動力を得る目的でピストンの外径及びシリンダの内径を大きくした場合であっても、ピストン及びシリンダなどの寸法精度を高くすることなく、制動力のばらつきを低減することができる。

以下に、本発明にかかる開閉機器操作装置用の緩衝装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１による開閉機器操作装置用の緩衝装置を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１による開閉機器操作装置用の緩衝装置の縦断面図である。図１において、開閉機器操作装置用の緩衝装置１０は、図示しない開閉機器の固定接触子と接離する可動接触子を駆動する開閉機器の操作装置に用いられる。

緩衝装置１０は、内部に作動流体Ｆを満たすケーシング（カバー）１６と、このケーシング１６内に収納されたシリンダ体２０と、シリンダ体を貫通する摺動軸１２と、摺動軸１２に固定されてシリンダ体２０の内部に収納されたピストン１１とを有している。

ケーシング１６は、有底円筒状を成し開閉機器側の開口をピストン軸受１９で閉塞されて閉じた空間を形成している。ピストン軸受１９は、例えばボルト等の締結手段によりケーシング１６に固定されている。ケーシング１６とピストン軸受１９との間にはシールＳ１（Ｏリング）が設けられており、水密が保たれている。ケーシング１６及びピストン軸受１９を貫通するように摺動軸１２が設けられている。摺動軸１２の中間部に概略円板状のピストン１１が固定されている。摺動軸１２は、ピストン１１を挟んで、開閉機器側の第１摺動軸１２ａと反対側の第２摺動軸１２ｂとからなる。このように、第１摺動軸１２ａと第２摺動軸１２ｂとピストン１１とは一体に作製されている。

第１摺動軸１２ａの端部には、開閉機器操作装置の出力レバーが連結される連結部１２ｃが設けられている。第１摺動軸１２ａがピストン軸受１９を貫通する貫通穴には、シールＳ２が設けられている。これにより、第１摺動軸１２ａは、ピストン軸受１９に対して水密に摺動可能とされている。同じように、第２摺動軸１２ｂが貫通するケーシング１６の底部に形成された貫通穴にもシールＳ３が設けられており、これにより、第２摺動軸１２ｂは、ケーシング１６に対して水密に摺動可能とされている。ケーシング１６内には、所定量の作動流体Ｆが封入されている。

シリンダ体２０は、有底円筒状のシリンダ１４とその開口を閉塞するシリンダヘッド１５とから構成されている。さらに、シリンダ１４は、円筒状のシリンダ部とこのシリンダ部と一体に形成された底部とから構成されている。シリンダヘッド１５は、シリンダ部の開口に内接して嵌め合わされて、シリンダ１４に対して摺動可能に取り付けられている。シリンダ１４とシリンダヘッド１５との間の摺動面にはシールＳ４が設けられており、水密が保たれている。シリンダ１４とシリンダヘッド１５との間には、隙間Ｃ１が形成されており、両者はこの隙間Ｃ１の軸方向長さだけ相対的に移動することができる。このように構成されたシリンダ体２０は、ケーシング１６内に収納されて内外に部屋を形成する。つまり、シリンダ体２０の内側に一つの部屋が形成され、シリンダ体２０とケーシング１６との間にもう一つの部屋が形成される。

シリンダヘッド１５及びシリンダ１４の底部には、摺動軸１２の直径より所定量大きい穴径の第１大径穴Ｈ１及び第２大径穴Ｈ２が空けられている。摺動軸１２はこの２つの第１大径穴Ｈ１及び第２大径穴Ｈ２を貫通して配設されている。そして、第１摺動軸１２ａの外周面と第１大径穴Ｈ１の内周面との間には、所定の幅の円筒状の隙間（軸回り流路）が形成されている。同じように、第２摺動軸１２ｂの外周面と第２大径穴Ｈ２の内周面との間には、所定の幅の円筒状の隙間（軸回り流路）が形成されている。

シリンダヘッド１５にはさらに、シリンダ体２０の外の部屋と第１大径穴Ｈ１の内周面とを連通する横流路孔１５ａが、第１摺動軸１２ａに対して垂直方向に貫通している。またシリンダヘッド１５のピストン軸受１９に当接する端面とシリンダ体２０の内の部屋とを連通する縦流路孔１５ｂが、第１摺動軸１２ａに対して平行となる方向に貫通している。一方、同じように、シリンダ１４の底部には、シリンダ体２０の外の部屋と第２大径穴Ｈ２の内周面とを連通する横流路孔１４ａが、第２摺動軸１２ｂに対して垂直方向に貫通している。また底部のケーシング１６に当接する底面とシリンダ体２０の内の部屋とを連通する縦流路孔１４ｂが、第２摺動軸１２ｂに対して平行となる方向に貫通している。

概略円板状のピストン１１は外周部にシールＳ５を有している。そして、このシールＳ５を介してシリンダ１４に内接しており、シリンダ１４の内周面に対して水密を保ちながら摺動可能とされている。そして、ピストン１１は、シリンダ体２０内部の部屋をさらに２つの部屋に分割している。一方、シリンダ体２０は、ケーシング１６の内部でピストン１１のみによって支持され、他のいずれの部材からも支持されていない。そのため、シリンダ体２０は、ピストン１１が軸方向に移動するときピストン１１に追従して動く。しかしながら、隙間Ｃ１の長さだけ移動するとケーシング１６に当接するので、その後は、ピストン１１のみが移動する。

操作装置の開閉動作に伴い摺動軸が軸方向に移動すると、ピストン１１はシリンダ体２０の内部を摺動する。そして、ピストン１１は、作動流体Ｆをシリンダ体２０の内と外との間で移動させる。このとき、第１摺動軸１２ａの外周面と第１大径穴Ｈ１の内周面との間の隙間、及び第２摺動軸１２ｂの外周面と第２大径穴Ｈ２の内周面との間の隙間が、それぞれ作動流体Ｆの流路（軸回り流路）となる。そして、作動流体Ｆがこの軸回り流路を通過する際の流通抵抗が本実施の形態の制動力となり、ピストン１１はこの制動力を受ける。第１摺動軸１２ａの外周面と第２摺動軸１２ｂの外周面には、それぞれ段部１２ｄ及び段部１２ｅが形成されている。上記制動力の大きさは、上記軸回り流路の流通断面積によって決まるが、段部１２ｄ及び段部１２ｅは、径の大きさまたは軸方向の長さを変更することで軸回り流路の流通断面積を調整して制動力を適切なものとする。この軸回り流路を通過する作動流体Ｆは、は高圧状態にあり、通過完了後は徐々に低圧に変化し、シリンダ１４及びシリンダヘッド１５に設けられた横流路孔１４ａ，１５ａを通ってシリンダ体２０の内部からシリンダ体２０の外部に移動して低圧状態に戻る。

次に動作について説明する。まず、閉路動作について説明する。開路状態を示す図２の状態から閉路動作が開始すると連結部１２ｃが矢印Ｕ方向に引っ張られ、摺動軸１２ａ，１２ｂ、ピストン１１及びシールＳ５が一体となって移動を開始する。ピストン１１は移動開始前、シリンダ１４の底部と密着し、両部品間に隙間がない状態であるため、ピストン１１の移動を妨げる抗力が発生しようとするが、シリンダ１４は矢印Ｄ，Ｕ方向に移動できるようシリンダヘッド１５との間に隙間Ｃ１を予め設けてあるため、ピストン１１の移動開始直後、シリンダ１４はピストン１１に密着したまま図３に示すように一緒に移動する。この動作により、シリンダ１４とケーシング１６との間に隙間Ｃ２が生じる。そして、矢印Ｆ１に示すように、シリンダ１４に設けられた縦流路孔１４ｂから作動流体Ｆがピストン１１とシリンダ１４の密着部に流れ込むことで密着状態が解除され、抗力は発生せず、移動は滑らかに行われる。

次いで、図４に示すように、シリンダ体２０の内部は、ピストン１１によって、シリンダヘッド１５側の部屋Ｒ１とシリンダ側の部屋Ｒ２の２つの部屋に分割され、部屋Ｒ１は徐々に小さくなり、部屋Ｒ２は徐々に大きくなる。そして、矢印Ｆ２に示されるように、部屋Ｒ１内の作動流体Ｆは、第１摺動軸１２ａと第１大径穴Ｈ１との間の流路を通ってシリンダヘッド１５の低圧側に流れ、その後、シリンダヘッド１５に設けられた横流路孔１５ａを通ってシリンダ体２０とケーシング１６との間に形成された低圧部へ排出される。制動力は、この動作の際の摺動軸１２ａと第１大径穴Ｈ１との間の流路を作動流体Ｆが通過する際の流通抵抗により得られる。また、この制動力に関しては、第１摺動軸１２ａの段部１２ｄにより流路断面積を調整することができるため適切な制動力を得ることが可能となる。閉路動作は図５に示すようにピストン１１がシリンダヘッド１５に接触して停止することで完了し、この停止位置が閉路位置となる。

次に開路動作について説明する。閉路状態の図５において開路動作が開始すると連結部１２ｃが矢印Ｄ方向に押され、摺動軸１２ａ，１２ｂ、ピストン１１及びシールＳ５が一体となって移動を開始する。ピストン１１は移動開始前、シリンダヘッド１５と密着し、両部品間に隙間がない状態であるため、ピストン１１の移動を妨げる抗力が発生しようとするが、シリンダ１４とケーシング１６の間に隙間Ｃ２があるため、シリンダヘッド１５はシリンダ１４とともにＤ方向に移動できる。ピストン１１の移動開始直後、シリンダヘッド１５はピストン１１に密着したままシリンダ１４とともに図６に示すように一緒に移動する。この動作により、シリンダヘッド１５とピストン軸受１９との間に隙間Ｃ３が生じる。そして、矢印Ｆ３に示すように、シリンダヘッド１５に設けられた縦流路孔１５ｂから作動流体Ｆがピストン１１とシリンダヘッド１５の密着部に流れ込むことで密着状態が解除され、抗力は発生せず、移動は滑らかに行われる。

次いで、図７に示すように、シリンダ体２０の内部は、ピストン１１によってシリンダヘッド１５側の部屋Ｒ１とシリンダ側の部屋Ｒ２の２つの部屋に分割され、部屋Ｒ２は徐々に小さくなり、部屋Ｒ１は徐々に大きくなる。そして、矢印Ｆ４に示されるように、部屋Ｒ２内の作動流体Ｆは、第２摺動軸１２ｂと第２大径穴Ｈ２との間の流路を通ってシリンダ１４の低圧側に流れ、その後、シリンダ１４に設けられた横流路孔１４ａを通ってシリンダ体２０とケーシング１６との間に形成された低圧部へ排出される。制動力は、この動作の際の摺動軸１２ｂと第２大径穴Ｈ２との間の流路を作動流体Ｆが通過する際の流通抵抗により得られる。また、この制動力に関しては、第２摺動軸１２ｂの段部１２ｅにより流路断面積を調整することができるため適切な制動力を得ることが可能となる。開路動作は図８に示すようにピストン１１がシリンダ１４に接触して停止することで完了し、この停止位置が開路位置となる。

この実施の形態の緩衝装置は、以上のように構成されているので、ピストン１１に比べて径の小さい第１摺動軸１２ａ、第２摺動軸１２ｂ（段部１２ｄ，１２ｅ含む）と、第１大径穴Ｈ１、第２大径穴Ｈ２との間に形成される隙間を、作動流体Ｆの流路（軸回り流路）にしている。つまり、従来、径の大きいピストン１１の周囲に流路を形成していたのに対して、本実施の形態においては、径の小さい第１、第２摺動軸１２ａ，１２ｂ回りに流路を形成している。そのため、径寸法のばらつきによる流路断面積の変動が小さくなり、径寸法の厳しい管理をすることなく緩衝装置間の制動力のばらつきを小さいものとすることができる。また、シリンダ体２０は、ピストン１１のみによって支持され、他の部材からは支持されていないので、自然に同軸となり、高度な寸法精度を必要とすることなく、ピストン１１、シリンダ１４及びシリンダヘッド１５の同軸度が確保される。これにより、摺動軸１２ａ，１２ｂが大径穴Ｈ１，Ｈ２に対して偏心しないため、流路が偏らず、緩衝装置間の制動力のばらつきをさらに小さくすることができる。また、開閉路動作開始直後は、ピストン１１とシリンダ１４、或いはピストン１１とシリンダヘッド１５とが密着状態にあるが、シリンダ１４及びシリンダヘッド１５がピストン１１とともに所定量移動できる構造として、さらにシリンダ１４及びシリンダヘッド１５に、縦流路孔１４ｂ及び縦流路孔１５ｂを設けたことで、ピストン１１に対する抗力の発生を抑制し、動作開始直後の滑らかな動作を可能にする。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２による開閉機器操作装置用の緩衝装置の縦断面図である。図９において、本実施の形態の緩衝装置１０Ａにおいては、シリンダヘッド１５の内周面、つまり、シリンダヘッド１５の第１大径穴Ｈ１に対向する面が、テーパ面１５ｃとされている。テーパ面１５ｃは、第１摺動軸１２ａの外周面と第１大径穴Ｈ１の内周面との間の隙間に形成される軸回り流路に対して、その流路断面積が徐々に大きく（小さく）なるように変化させる。また、本実施の形態の緩衝装置１０Ａにおいては、シリンダ１４の底部の内周面、つまり、シリンダ１４の第２大径穴Ｈ２に対向する面が、テーパ面１４ｃとされている。テーパ面１４ｃは、第２摺動軸１２ｂの外周面と第２大径穴Ｈ２の内周面との間の隙間に形成される軸回り流路に対して、その流路断面積が徐々に大きく（小さく）なるように変化させる。その他の構成は実施の形態１と同様である。

閉路動作時、連結部１２ｃがＵ方向に引っ張られ、摺動軸１２ａ，１２ｂ、ピストン１１及びシールＳ５が一体となってＵ方向に移動し、第１摺動軸１２ａの段部１２ｄと第１大径穴Ｈ１で構成される軸回りの流路を作動流体Ｆが高圧状態で通過する。このとき、流路断面積はテーパ面１５ｃにより徐々に大きくなるので作動流体Ｆは高圧状態から徐々に低圧状態に移行し、横流路孔１５ａを通って低圧部に排出される。一方、開路動作時、連結部１２ｃがＤ方向に押され、摺動軸１２ａ，１２ｂ、ピストン１１及びシールＳ５が一体となってＤ方向に移動し、第２摺動軸１２ｂの段部１２ｅと第２大径穴Ｈ２で構成される軸回りの流路を作動流体Ｆが高圧状態で通過する。このとき、流路断面積はテーパ面１４ｃにより徐々に大きくなるので作動流体Ｆは高圧状態から徐々に低圧状態に移行し、横流路孔１４ａを通って低圧部に排出される。その他の動作については実施の形態１と同じである。

この実施の形態の緩衝装置は、以上のように構成されているので、摺動軸１２ａ，１２ｂの段部１２ｄ，１２ｅと、大径穴Ｈ１，Ｈ２とで構成される流路を作動流体Ｆが高圧状態で通過する際、流路断面積はテーパ面１４ｃ，１５ｃにより徐々に大きくなるので、作動流体Ｆは高圧状態から急激に低圧状態に移行することがなく、高圧に圧縮された作動流体Ｆに溶け込んでいる空気が気泡となって現れることがないため、繰り返し動作した場合でも制動力は安定する。

以上のように、本発明にかかる開閉機器操作装置用の緩衝装置は、例えば変電所や開閉所に設置される電力用開閉機器において、電力用開閉機器の電路を開閉操作する操作装置の緩衝装置に適用されて有用なものである。

実施の形態１の開閉機器操作装置用の緩衝装置の縦断面図である。 開閉機器の開路状態の緩衝装置の縦断面図である。 開閉機器の閉路動作開始直後の緩衝装置の縦断面図である。 開閉機器の閉路動作途中の緩衝装置の縦断面図である。 開閉機器の閉路状態の緩衝装置の縦断面図である。 開閉機器の開路動作開始直後の緩衝装置の縦断面図である。 開閉機器の開路動作途中の緩衝装置の縦断面図である。 開閉機器の開路動作完了後の緩衝装置の縦断面図である。 実施の形態２の開閉機器操作装置用の緩衝装置の縦断面図である。

符号の説明

１０，１０Ａ 緩衝装置
１１ ピストン
１２ 摺動軸
１２ａ 第１摺動軸
１２ｂ 第２摺動軸
１２ｃ 連結部
１２ｄ，１２ｅ 段部
１４ シリンダ
１４ａ，１５ａ 横流路孔
１４ｂ，１５ｂ 縦流路孔
１４ｃ，１５ｃ テーパ面
１５ シリンダヘッド
１６ ケーシング（カバー）
１９ ピストン軸受
２０ シリンダ体
Ｓ１〜Ｓ５ シール
Ｆ 作動流体
Ｈ１，Ｈ２ 大径穴
Ｃ１〜Ｃ３ 隙間

Claims (7)

1. 開閉機器の固定接触子と接離する可動接触子を駆動する開閉機器操作装置用の緩衝装置であって、
   内部に作動流体を満たすケーシングと、
   前記ケーシング内に収納され、内外に部屋を形成するシリンダ体と、
   前記シリンダ体を貫通するとともに前記シリンダ体との間に流路を形成し、前記可動接触子と連動する摺動軸と、
   前記摺動軸に固定されて前記シリンダ体内部に収納され、前記摺動軸の径より大きい外径を有し、該シリンダ体の内周面と水密を保ちながら摺動して前記作動流体を前記シリンダ体の内外間で移動させ、該作動流体が流路を通過する際の流通抵抗により制動力を受けるピストンと
   を備えたことを特徴とする開閉機器操作装置用の緩衝装置。
2. 前記シリンダ体は、前記ピストンに摺動可能に支持されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の開閉機器操作装置用の緩衝装置。
3. 前記摺動軸は、径の大きさまたは軸方向の長さを変更することで前記流路の流通断面積を調整可能とする段部を有している
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の開閉機器操作装置用の緩衝装置。
4. 前記シリンダ体は、円筒状のシリンダ部を有するシリンダと、前記シリンダ部の開口を密閉するシリンダヘッドとから構成され、前記シリンダヘッドは前記シリンダ部の開口に嵌合することにより支持されている
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の開閉機器操作装置用の緩衝装置。
5. 前記シリンダは、前記シリンダ部を前記ピストンの外周部に水密に且つ摺動可能に接触させて前記ピストンから支持されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の開閉機器操作装置用の緩衝装置。
6. 前記シリンダもしくは上記シリンダヘッドは、前記ピストンと同方向に摺動可能とされ、この摺動可能とされた前記シリンダもしくは上記シリンダヘッドには、上記ピストンの動作開始時に密着状態にある上記ピストンとの間に前記作動流体を流入することで密着状態を解除する貫通穴が空けられている
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の開閉機器操作装置用の緩衝装置。
7. 前記流路は、流路断面積を徐々に変化させるテーパ状の内壁を有している
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の開閉機器操作装置用の緩衝装置。

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