JP2016091837A - ガス遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】投入ばねの過圧縮防止と投入動作開始時のギアが滑らかに噛み合うことができるばね操作器を有するガス遮断器を提供する。【解決手段】カム３のカム軸と同軸上に回転軸を有し、その外周に設けられた歯列の一部が欠歯している大歯車５２と、大歯車５２に係合する小歯車５１と、大歯車５２の欠歯部に同期爪５３を有し、同期爪５３は、前記欠歯部との間に弾性体を挟んで、その一端に設けた支持穴５３ａに前記欠歯部で保持された回転支持ピン５４を間隙を有して貫通させ、その他端に前記欠歯部に保持されたストッパピン５５と係合する同期爪規制部５３ｄを有し、さらに、小歯車５１と噛み合う１枚の歯５３ｃとを有し、同期爪５３は投入ばね２８の圧縮完了直後に小歯車５１と噛み合わないように平坦面を有することを特徴とするばね操作器でガス遮断器を構成する。【選択図】図６

Description

本発明は駆動源に弾性体を用いたガス遮断器に関し、特に投入ばねを圧縮および放勢する際の動作安定性を向上させたことを特徴とするガス遮断器に関する。

ガス遮断器の操作器として、空気圧や油圧を利用した操作力を得る空気圧操作器や油圧操作器と、弾性体であるばねの圧縮力を解放することにより操作力を得るばね操作器が一般的に使用されている。

駆動源にばね操作器を用いるガス遮断器の一例が特許文献１に記載されている。文献１に記載されたばね操作器では、大歯車の欠歯部に同期爪用弾性体を挟んで小歯車と噛み合う複数の歯を有する同期爪の一端が回動自在に支持され、同期爪の一端が同期爪用弾性体の伸縮方向の軸と略平行する長軸を有する楕円形状の回転軸孔により揺動自在に支持されている。

このように構成することにより、投入ばねを圧縮する駆動源のモータを停止した際に大歯車と小歯車とが如何なる位置関係にあっても、次の投入動作で投入ばねを放勢する際に、大歯車と小歯車との歯先同士が接触しても回避挙動がなされるので、安定した投入動作を得ることができる。また、投入ばねの圧縮が完了した瞬間に、大歯車の同期爪の第１歯と小歯車とが接触して同期爪が揺動することにより過大なトルクが大歯車に伝達されないので、操作機構の信頼性を向上できるとしている。

また、ばね操作器を用いたガス遮断器の他の例として、特許文献２に記載のガス遮断器がある。文献２に記載のばね操作器では、大歯車の欠歯部に先端が歯形をしたプランジャを出入自在に設けられている。そして、投入動作でプランジャと小歯車の歯とが干渉する場合には、プランジャが後退すると共に大歯車と小歯車の歯が噛み合うように相互にずれるので、安定した投入動作を得ることができるとしている。

特開２０１４−６００１７号公報 特開昭６３−２８１３２７号公報

しかし、特許文献１に示す構成で投入ばねの圧縮が完了した後で駆動源のモータが停止せずに小歯車が回転し続ける異常モードが生じた場合、小歯車の歯と同期爪の第１歯との衝突が繰り返されるので、これらの歯が摩耗するおそれや、歯面に塗布している固体潤滑剤が剥離する可能性があった。

また、投入ばねの圧縮完了時に発電制動を用いて駆動源のモータを停止させる場合は、小歯車と同期爪との位置関係のばらつきが少ないが、部品点数削減を図って発電制動を省略した場合には小歯車と同期爪との位置関係がランダムに変化するので、投入ばねの圧縮完了した時点から次の投入動作に移行する際に、同期爪の第１歯と第２歯の両方が小歯車の歯先と接触して投入ばねの放勢が滑らかに行われない可能性があった。

一方、特許文献２に示す構成においては、投入動作開始時に大歯車のプランジャが小歯車の歯に接触するまでの距離が長く、両者の衝突速度が大きい場合でも大歯車からプランジャが突出した状態で小歯車の歯と接触するため、プランジャの根元に曲げ応力が作用し、信頼性が低下する可能性があった。また、プランジャとガイドとの間隙量によってはプランジャの動作が遅くなり、大歯車と小歯車との噛み合いが脈動的になるおそれがあった。

上記課題を解決するために、本発明に係るガス遮断器は、固定接触子と、前記固定接触子に対して接触及び開離する可動接触子と、前記可動接触子の開路動作を放勢により行う遮断ばね２６と、前記可動接触子の閉路動作を放勢により行う投入ばね２８と、投入ばね２８の駆動力を遮断ばね２６を圧縮する力に変換するカム３と、投入ばね２８の圧縮を行う投入ばね圧縮機構を備えたばね操作器を有するガス遮断器において、カム３のカム軸と同軸上に回転軸を有し、その外周に設けられた歯列の一部が欠歯している大歯車５２と、大歯車５２に係合する小歯車５１と、大歯車５２の欠歯部に同期爪５３を有して構成する。

同期爪５３は、前記欠歯部との間に弾性体を挟んで、その一端に設けた支持穴５３ａに前記欠歯部で保持された回転支持ピン５４を間隙を有して貫通させ、その他端に前記欠歯部に保持されたストッパピン５５と係合する同期爪規制部５３ｄを有し、さらに、小歯車５１と噛み合う１枚の歯５３ｃとを有し、同期爪５３は投入ばね２８の圧縮完了直後に小歯車５１と噛み合わないように平坦面を有することを特徴とするばね操作器を備えたものである。

ここで、「投入ばね圧縮機構」とは、投入ばね２８を圧縮するための機構であって、例えば、図５に示すように、小歯車７６及びその回転軸７７に連結されるモータ等の駆動源（不図示）と、小歯車７６に係合する大歯車７５と、大歯車７５の回転軸７４と同軸上に設けられた小歯車７３と、小歯車７３に係合する大歯車７２と、大歯車７２の回転軸７１と同軸上に設けられた小歯車５１と、小歯車５１の回転軸を兼ねるカム軸２と、それに連結するカム３と、カム３と投入ばね２８を連結するリンク２７により構成される機構をいう。

本発明は上記課題を解決するものであり、具体的には投入動作で投入ばねを放勢する際に大歯車と小歯車との滑らかな噛み合いを実現すると共に、投入ばね圧縮完了直前の小歯車と同期爪との潤滑性向上を実現できる。

本発明に係るガス遮断器で、遮断部が入状態を示す側面図である。内部構造の遮断部と操作部が分かるよう外面の一部を切欠いた図としている。 ばね操作器の内部機構を示す概略図である。遮断ばねと投入ばねが共に圧縮状態である。 図２の状態から遮断ばねが解放された遮断状態を示す図である。 図３の状態から投入動作により遮断ばねが圧縮され、投入ばねが解放された投入状態を示す図である。 図４の状態で、カム軸と同軸に締結された最終段大歯車を基準とした歯車列を示す図である。 投入ばねの圧縮が完了した時点で、最終段小歯車と同期爪とが接触している状態を示す図である。大歯車５２及び小歯車５１それぞれの歯については一部のみ表示ししている（他の図面についても同様）。 投入ばねの圧縮が完了した時点で、図６とは異なる位置で最終段小歯車が停止している状態を示す図である。 最終段大歯車の外径方向から視た同期爪が大歯車に収納されている状態を示す図である。 投入動作開始時に同期爪と最終段小歯車とが噛み合う状態を示す図である。 投入動作時に大歯車と小歯車とが噛み合う状態を示す図である。 投入動作開始時に同期爪と小歯車の歯先同士で接触する状態を示す図である。 投入動作開始時に同期爪と小歯車の歯先の接触が回避される状態を示す図である。

以下、本発明を実施する上で好適な実施例について図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも実施の例であって、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲の記載を満たす範囲内で種々の態様に変形することが可能である。

図１にガス遮断器１００の側面図を示す。ガス遮断器１００は円筒状の接地容器１０３を架台１０５上に設置している。円筒形の接地容器１０３には絶縁性のガス、例えばＳＦ₆ガスが規定の圧力で封入されている。接地容器１０３の軸方向中間部から斜め上方にブッシング１０１、１０２が突出している。変電所や開閉所の中の電線を接続して電路を構成する導体がブッシング１０１、１０２の中に収納されている。また、架台１０５の側部にはガス遮断器１００のばね操作器１０４が取り付けられている。

接地容器１０３内には固定接触子６２および可動接触子６３からなる接点が収納されている。図１では接点の投入状態を示す。すなわち、可動接触子６３が固定接触子６２に接しており、遮断動作で可動接触子６３が固定接触子６２から離れる。可動接触子６３は固定接触子６２との接触端と反対側の端部で絶縁材６４に接続されている。接地容器１０３には回転自在に支持された回転軸６６にリンク６５およびリンク６７の一端が固定されている。リンク６５の他端は絶縁材６４の一端と接続している。リンク６７の他端は操作器側に繋がるリンク６８と接続している。

操作箱１０４内に回動自在に支持されたばね操作器の主軸４が配置されている。主軸４を中心としてばね操作器の部品が配置されており、その構成については後述する。
このように構成されたガス遮断器１００では、電流が図示を略した電力系統からブッシング１０２に供給される。電流はブッシング１０２から接地容器１０３内の接点に導かれ、下流側のブッシング１０１を経て再び電力系統に供給される。

落雷などで電力系統に事故が発生すると、ガス遮断器１００に遮断指令が入力され、ばね操作器が起動して、主軸４およびリンク６９を反時計回りに回転させ、リンク６８を下方に移動させる。そして、リンク６７および回転軸６６、リンク６５が反時計回りに回転して絶縁材６４を左方に移動させ、固定接触子６２から可動接触子６３を離して接点を開く。これにより、電力系統の下流側への供給を遮断する。

図２ないし図５にばね操作器の構造を断面の模式図で示す。図２は、ばね操作器の遮断ばね２６および投入ばね２８が共に圧縮されている投入状態を示す図である。図２において、圧縮された遮断ばね２６の駆動力は主レバー５を介して第２遮断ラッチ８、第１遮断ラッチ１１に伝達され、第１遮断ラッチ１１と遮断トリガ１４とが係合することで保持されている。同様に、投入ばね２８の駆動力は、カム３を介して投入ラッチ１９に伝達され、投入ラッチ１９と投入トリガ２２とが係合することで保持されている。そして、遮断トリガ１４、投入トリガに当接可能に遮断用電磁石２０１、投入用電磁石２０２が配置されている。

回転軸２の一端にはカム３が、他端には最終段の大歯車５２が接続されている。投入ばね２８はリンク２７を介してカム３に接続されている。図２の状態から投入ばね２８が解放される際にはカム３および大歯車５２が反時計回りに回動し、解放された投入ばね２８を圧縮する際にもカム３および大歯車５２を反時計回りに回動させる。

図５に、後に動作を説明する投入動作で投入ばねが解放された状態での歯車列の模式図を示す。歯車列において駆動源のモータ側を１段目と定義する。最終段は大歯車５２と小歯車５１で構成され、２段目が大歯車７２と小歯車７３で構成され、１段目が大歯車７５と小歯車７６で構成される。

１段目の小歯車７６が固定される回転軸７７に図示を略したモータが接続される。投入ばね２８が解放された状態で投入ばね圧縮指令が入力されると、図示を略したモータが回転し、歯車列が回転して最終段の大歯車５２およびカム３が反時計回りに回転してリンク２７を介し、投入ばね２８の圧縮が開始される。（このモータからリンク２７までの構成を投入ばね圧縮機構という。）投入ばね２８の圧縮が完了すると図示を略したリミットスイッチが作動することでモータへの電流を遮断して歯車列が停止する。このとき、小歯車５１と大歯車５２との噛み合いが外れた状態になることを図６ないし図８で説明する。

図６において、同期爪５３は大歯車５２の欠歯部５２ａ内で回転支持ピン５４によって、その一端が回動自在に支持されている。同期爪５３の支持穴５３ａの径は回転支持ピン５４より大きいため、図６に示すように間隙がある。同期爪５３は、同期爪用弾性体５６により常時ばね力が付勢されるが、同期爪規制部５３ｄがストッパピン５５に当接することで同期爪５３の位置が規定される。なお、同期爪用弾性体５６はコイルばねに限らず、板ばね、皿ばねなど、他の弾性体であってもよい。

同期爪５３には小歯車５１と噛み合う歯５３ｃが１枚のみ設けられており、さらに小歯車５１と歯５３ｃとの噛み合いを妨げる平坦面が設けられている。

小歯車５１の停止位置は操作毎に変わりうるが、例えば図７に示すように、同期爪５３の歯５３ｃの紙面下方に平坦面を設けることで、投入ばね２８の圧縮完了直後に同期爪５３の歯５３ｃが小歯車５１とかみ合わないようにすることで、モータ側からの駆動トルクが小歯車５１を介して大歯車５２に伝達されるのを防ぎ、投入ばね２８の過圧縮を回避することができる。すなわち、投入ばね２８の圧縮が完了した時点で駆動源のモータが停止せず最終段の小歯車５１が回転し続ける異常モードが生じても、小歯車５１の歯と同期爪の歯５３ｃとの接触を回避できるため、歯車の摩耗を回避することができる。

さらに、同期爪５３の平坦部の一部を切り欠いた潤滑剤溜め５３ｂを設け、そこに粘弾性を有するグリースなどの潤滑剤を塗布するのが好ましい。潤滑油留めの構成に代えて固体潤滑材を積層した構造としてもよい。なお、潤滑油溜め又は固体潤滑被膜は、大歯車５２の歯元より歯先側に設けられていることが好ましい。こうすることで、小歯車５２の歯先が確実に潤滑油溜め又は固体潤滑被膜に接することが可能となる。また、投入ばね２８の圧縮が完了した時点では、小歯車５１の歯先が潤滑剤溜め５３ｂに貫入した状態になっているのが好ましい。

以上のように構成することで、小歯車５１に潤滑剤が供給され、次の投入動作で大歯車５２と小歯車５１とが噛み合ったときに、潤滑剤が大歯車５２に供給されるので歯車の潤滑性を向上することができる。

なお、歯車の潤滑性を更に向上させるための構成としては、大歯車５２の欠歯部５２ａ内を潤滑剤で満たすことが考えられる。こうすることで、同期爪５３が小歯車５１に押されて変位する度に欠歯部５２ａ内に蓄えられた潤滑剤が小歯車５１の歯先に供給されるので、小歯車５１が大歯車５２と噛み合う際に歯車に潤滑剤が供給され、潤滑性が向上する。

図８は、大歯車５２の欠歯部５２ａに同期爪５３が収納されている状態を大歯車５２の外径方向から視た図である。欠歯部５２ａの幅は大歯車５２の幅より狭くなるようにし、回転支持ピン５４、ストッパピン５５の両端が大歯車５２内で保持されるように構成する。また、回転支持ピン５４、ストッパピン５５それぞれの一端を大歯車５２内に設けられた穴部に遊嵌し、回転支持ピン５４及びストッパピン５５それぞれの他端にピン鍔面５４ａ、５５ａを設け、ピン鍔面５４ａ、５５ａをガイドプレート５７で押さえたうえで、ボルト５８ａ、５８ｂにより大歯車５２に締結する様に構成する。こうすることでピン５４、５５が欠歯部５２ａ内に保持される。

このように構成されたばね操作器の開閉動作について説明する。図２に示した投入状態において、ガス遮断器１００に遮断指令が入力されると遮断用電磁石２０１が励磁され、電磁石のプランジャが突出し、遮断トリガ１４を押圧して遮断トリガ１４と第１遮断ラッチ１１との係合が外れる。すると、第１遮断ラッチ１１と第２遮断ラッチ８との係合も外れて主レバー５が遮断ばね２６の駆動力により反時計回りに回転して図３に示す遮断状態となる。

図３において、ガス遮断器１００に投入指令が入力されると投入用電磁石２０２が励磁され、電磁石のプランジャが突出し、投入トリガ２２を押圧して投入トリガ２２と投入ラッチ１９との係合が外れる。すると、投入ラッチ１９とカム３との係合が外れてカム３が投入ばね２８の駆動力により反時計回りに回転する。そして、カム３の回動に伴い、カム３の外周面が主レバー５のローラ５ａに当接して主レバー５を時計回りに回転させて遮断ばね２６を圧縮しつつ遮断部接点を投入する。

図９、図１０は、図６の状態から投入動作が開始した後に大歯車５２と小歯車５１とが再び噛み合うまでの途中の状態を示した図である。投入動作では、大歯車５２が駆動側で小歯車５１が被駆動側となる。

図６で投入動作が開始すると大歯車５２が時計回りに回転し始める。そして、図９に示すように、大歯車５２が所定の角度を回転すると、歯５３ｃが小歯車５１と噛み合い始める。このとき、同期爪の歯５３ｃと小歯車５１との間に衝突荷重が生じるが、この衝突荷重は、回転支持ピン５４およびストッパピン５５の２箇所により分担されるので、同期爪５３の信頼性を向上させることができる。

図９の状態からさらに大歯車５２が回転すると図１０に示すように、同期爪の歯５３ｃと小歯車５１との噛み合いが外れていくと共に大歯車５２と小歯車５１との噛み合いが始まる。このように、同期爪の歯５３ｃと小歯車５１とが噛み合うことで衝突荷重が吸収され、その後に大歯車５２と小歯車５１との噛み合いが始まるので、大歯車５２と小歯車５１の双方に衝撃荷重が発生せず、滑らかな噛み合いが実現される。

一方、投入ばねの圧縮が完了した時点での小歯車５１の停止位置によっては、図６の状態から投入動作で大歯車５２が所定の角度を回転した瞬間に、図１１に示すように同期爪の歯５３ｃと小歯車５１との歯先が接触する場合がある。しかしながら、同期爪５３の支持穴５３ａと回転支持ピン５４とには所定の間隙量があるので、図１１の状態から同期爪５３がストッパピン５５を中心に反時計回りに回転し（すなわち、同期爪５３の歯５３ｃ側が押し込まれることで）、図１２に示すように同期爪の歯５３ｃと小歯車５１との歯先の干渉が回避される。

この後、大歯車５２は時計回りに回転して図１０に示すように大歯車５２と小歯車５１とが滑らかに噛み合う。また、図１１の状態で小歯車５１の歯先が同期爪５３の潤滑剤溜め５３ｂに深く貫入したため、図１０の状態から後の大歯車５２と小歯車５１との噛み合いで潤滑剤が歯面に供給されて潤滑性が向上する。

以上のとおり、上記の機構を有するガス遮断器によれば、通常の投入ばねの圧縮が完了する際には、小歯車５１の歯先が同期爪平坦面の潤滑剤溜め５３ｂに接触することにより、小歯車５１に潤滑剤が供給され、次の投入動作で大歯車５２と小歯車５１との噛み合い時の潤滑性を向上することができる。

また、投入動作開始時に同期爪５３が小歯車５１に接触するまでの距離が長く、両者の衝突速度が大きい場合でも同期爪５３に作用する衝突荷重を回転支持ピン５４とストッパピン５５の２箇所で分担するため、同期爪５３の信頼性を向上させることができる。また、これらのピンは大歯車５２の側面に締結するガイドプレート５７により歯厚方向の移動を規制する構造であるため、組立性の向上も図ることができる。

本実施例に示したガス遮断器１００に封入する絶縁性のガスはＳＦ₆に限定されることはなく、例えばＳＦ₆とＮ₂、ＣＦ₄との混合ガスやＣＯ₂ガスなどのＳＦ₆代替ガスを用いても良い。

また、本実施例に示したガス遮断器のばね操作器では遮断ばね、投入ばね共に圧縮コイルばねを用いているが、これに限定されることはなく、皿ばねなど直動する弾性体要素であれば、容易に置換が可能である。また、主たる駆動源に圧縮コイルばねを用い、副次的な駆動源にトーションバーばねを適用しても本実施例と同様の効果が得られる。

１ 筐体
２ カム軸
３ カム
４ 主軸
５ 主レバー
２６ 遮断ばね
２８ 投入ばね
５１ 小歯車
５２ 大歯車
５３ 同期爪
５３ａ 支持穴
５３ｂ 潤滑油溜め
５３ｃ 歯
５３ｄ 同期爪規制部
５４ 回転支持ピン
５５ ストッパピン
５６ 同期爪復帰弾性体
５７ ガイドプレート
５８ ボルト
６２ 固定接触子
６３ 可動接触子
１００ ガス遮断器

Claims (8)

1. 固定接触子と、
   前記固定接触子に対して接触及び開離する可動接触子と、
   前記可動接触子の開路動作を放勢により行う遮断ばね（２６）と、
   前記可動接触子の閉路動作を放勢により行う投入ばね（２８）と、
   前記投入ばね（２８）の駆動力を前記遮断ばね（２６）を圧縮する力に変換するカム（３）と、
   前記投入ばね（２８）の圧縮を行う投入ばね圧縮機構を備えたばね操作器を有するガス遮断器において、
   前記カム（３）のカム軸と同軸上に回転軸を有し、その外周に設けられた歯列の一部に欠歯部（５２ａ）を有する大歯車（５２）と、
   前記大歯車（５２）の歯列に係合する小歯車（５１）と、
   前記大歯車（５２）の前記欠歯部（５２ａ）に同期爪（５３）を有し、
   前記同期爪（５３）は、前記欠歯部（５２ａ）との間に弾性体を挟んで、その一端に設けた支持穴５３ａに前記欠歯部（５２ａ）で保持された回転支持ピン（５４）を間隙を有して貫通させ、その他端に前記欠歯部（５２ａ）に保持されたストッパピン（５５）と係合する同期爪規制部（５３ｄ）を有し、さらに、前記小歯車（５１）と噛み合う１枚の歯（５３ｃ）とを有し、
   前記同期爪（５３）は前記投入ばね（２８）の圧縮完了直後に前記小歯車（５１）と噛み合わないように平坦面を有することを特徴とするばね操作器を備えたガス遮断器。
2. 前記同期爪（５３）の平坦面には潤滑剤溜めを設けたことを特徴とする、請求項１に記載のガス遮断器。
3. 前記同期爪（５３）の平坦面には固体潤滑材を設けたことを特徴とする、請求項１に記載のガス遮断器。
4. 前記回転支持ピン（５４）と前記ストッパピン（５５）を前記欠歯部（５２ａ）内で保持することを特徴とする、請求項１に記載のガス遮断器。
5. 前記回転支持ピン（５４）と前記ストッパピン（５５）を前記欠歯部（５２ａ）内で保持することを特徴とする、請求項２に記載のガス遮断器。
6. 前記潤滑剤溜めは、前記大歯車（５２）の歯元より歯先側に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のガス遮断器。
7. 前記固定潤滑剤は、前記大歯車（５２）の歯元より歯先側に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載のガス遮断器。
8. さらに、前記大歯車（５２）の欠歯部（５２ａ）内を潤滑剤で満たしたことを特徴とする、請求項１に記載のガス遮断器。