JP2745914B2 - 密封型開閉器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高速度で多数回開閉さ
れる密封型開閉器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の一般的な密封型開閉器又は真空開
閉器の構成を図８に示す。図８において、従来の開閉器
は、容器３の上部フランジ７に固定された固定接触子１
と、固定接触子１に対して接触離反可能な可動接触子２
と、可動接触子２を駆動する駆動ロツド６と、駆動ロツ
ド６と容器３の下部フランジ８との間に設けられたベロ
ーズ４を具備している。このベローズ４の下端部4aが容
器３の下部フランジ８と、またベローズ４の上端部4bが
駆動ロツド６と、それぞれ密着結合されている。ベロー
ズ４は、可動接触子２および駆動ロツド６の上下動にと
もなって伸縮され、容器３の内部は密封状態に保持され
る。

【０００３】可動接触子２および駆動ロツド６は操作機
構（周知により図示せず）に連結され、操作機構の動作
により図中上方へ高速度に駆動されて閉極動作を行な
う。逆に、これらが図中下方へ高速度に駆動されたとき
は開極動作を行なう。可動接触子２および駆動ロツド６
は、閉極動作および開極動作のいずれの場合にも、あら
かじめ設定された行程距離を移動する。また、可動接触
子２および駆動ロツド６は開極動作の最終行程では緩衝
機構（周知により図示せず）により減速された後停止す
る。

【０００４】ベローズ４は、上記可動接触子２等の動作
にともなって、その上端部4bが可動接触子２の動作行程
と等しい長さだけ伸縮する。そのため、ベローズ４は伸
縮動作に耐え、かつ必要な伸縮寸法を得るように、多数
のひだ4cが設けられている。また、成形を容易にするた
め、従来各ひだ4cの形状は同一である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の密閉型開閉器は
以上のように構成されているため、可動接触子２の開極
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
行程において、同一形状に成形され同一の振動特性を有
する各ひだ4cに相当する部分が相互に共振し、ベローズ
４全体には大きな振幅の自己振動が発生する。一般的な
開閉器では、開極動作直後にベローズの固定端である下
部フランジ８の近傍がベローズ４の自己振動の最大振幅
部となり、この自己振動の最大振幅部分が移動すること
なく持続し、長い場合には数秒間も続くことが確認され
ている。可動接触子２の開極動作直後におけるベローズ
４の自己振動の状態を図９に示す。このベローズ４の振
幅の大きな自己振動によりベローズ４には非常に大きな
応力が局部的に発生する。また、可動接触子２が１回開
極動作するごとにベローズ４の自己振動による応力が数
回発生する。そのため、ベローズ４の耐久性が密封型開
閉器の使用回数に重大な影響を及ぼすという問題点を有
していた。さらに、開閉器が大容量になるほど、また可
動接触子２の開極動作が高速になるほど、すなわち可動
接触子２の運動量が増加するほど、ベローズ４の自己振
動現象は顕著となる。そのため、従来の構成では、大容
量でかつ数万〜数十万回の開閉を許容する密封型開閉器
の開発は困難であるという問題点を有していた。

【０００６】この発明は以上のような問題点を解決する
ためになされたものであり、可動接触子の開極動作にと
もなうベローズの自己振動を低減し、高速度で多数回開
閉可能な密封型開閉器を得ることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る密封型
開閉器は、内部を真空に保つ又は絶縁性ガスを密封する
容器と、前記容器の上部フランジに固定された固定接触
子と、前記固定接触子に対して接触および離反する可動
接触子と、前記可動接触子を駆動する可動接触子駆動手
段と、前記容器の下部フランジと前記可動接触子駆動手
段との間に気密的に設けられ、前記可動接触子の駆動方
向に伸縮自在な複数のひだを有するベローズと、前記ベ
ローズの全長と実質的に等しい全長および前記ベローズ
の非容器側の最大径と実質的に等しい外径を有し、前記
ベローズの非容器側に接するように設けられ、前記ベロ
ーズの１つのひだに相当する部分との間に形成される空
気が前記ベローズの自己振動により容積変化することに
対応して発生する空気の吸入・排出を制限するための、
円筒状の多孔質弾性材料で製作された自己振動抑制部材
と、を具備している。また、第２の発明に係る密封型開
閉器は、内部を真空に保つ又は絶縁性ガスを密封する容
器と、前記容器の上部フランジに固定された固定接触子
と、前記固定接触子に対して接触および離反する可動接
触子と、前記可動接触子を駆動する可動接触子駆動手段
と、前記容器の下部フランジと前記可動接触子駆動手段
との間に気密的に設けられ、前記可動接触子の駆動方向
に伸縮自在な複数のひだを有するベローズと、前記ベロ
ーズの全長と実質的に等しい全長および前記ベローズの
非容器側の最小径より大きいが実質的に等しい外径を有
し、前記ベローズの非容器側のひだの断面における頂部
の内側端と接触する状態で装着された、耐熱性弾性材料
からなるつる巻状の自己振動抑制部材と、を具備してい
る。

【０００８】

【作用】高速で開閉操作される密封型開閉器において、
可動接触子の開閉動作に付随してベローズが伸縮し、ベ
ローズにはこの伸縮にともなう静的応力とベローズ自体
の有する固有振動による過渡的な応力が合成された振幅
の大きな繰返し応力が発生する。しかしながら、第１の
発明においては、自己振動抑制部材とベローズの１つの
ひだに相当する部分との間に形成されるそれぞれの空間
がベローズの自己振動により容積変化し、これに対応し
て空気の吸入・排出が発生するが、多孔質弾性材料で製
作された自己振動抑制部材が負荷として作用し、空気の
吸入・排出を制限する。その結果、ベローズの自己振動
を減衰させる。一方、第２の発明においては、ベローズ
に実質的に一体的に設けられた自己振動抑制部材、例え
ば、圧縮コイルばねが負荷として作用し、その結果ベロ
ーズの自己振動を減衰・吸収する。

【０００９】

【実施例】第１の発明に係る密封型開閉器の一実施例を
図１および図２を用いて説明する。図１は第１の発明に
係る密封型開閉器の一実施例の構成を示す断面図、図２
はこの実施例におけるベローズ４および自己振動抑制部
材10の詳細を示す部分拡大断面図である。図１におい
て、この実施例に係る密封型開閉器は、容器３の上部フ
ランジ７に固定された固定接触子１と、固定接触子１に
対して接触離反可能な可動接触子２と、可動接触子２を
駆動する駆動ロツド６と、駆動ロツド６と容器３の下部
フランジ８との間に設けられたベローズ４を具備してい
る。このベローズ４の下端部4aが容器３の下部フランジ
８と、またベローズ４の上端部4bが駆動ロツド６と、そ
れぞれ密着結合されている。ベローズ４は、可動接触子
２（および駆動ロツド６）の上下動にともなって伸縮さ
れ、容器３の内部は密封状態（真空状態）に保持され
る。ベローズ４の非容器側（大気側）4dにはベローズ４
の自己振動を抑制するための多孔質弾性材料（例えば、
ゴム系材料）による円筒状の自己振動抑制部材10が設け
られている。また、駆動ロツド６と容器３の下部フラン
ジ８との間には可動接触子２および駆動ロツド６の動作
を円滑にするように方向を規制するためおよび自己振動
抑制部材10を保持するためのガイドフランジ９が設けら
れている。

【００１０】可動接触子２および駆動ロツド６は操作機
構（周知により図示せず）に連結され、操作機構の動作
により図中上方へ高速度に駆動されて閉極動作を行な
う。逆に、図中下方へ高速度に駆動されて開極動作を行
なう。可動接触子２および駆動ロツド６は、閉極動作お
よび開極動作のいずれの場合にも、あらかじめ設定され
た行程距離を移動する。また、可動接触子２および駆動
ロツド６は開極動作の最終行程では緩衝機構（周知によ
り図示せず）により減速された後停止する。

【００１１】ベローズ４は、上記可動接触子２等の動作
にともなって、その上端部4bが可動接触子２の動作行程
と等しい長さだけ伸縮する。従って、ベローズ４は伸縮
動作に耐え、かつ必要な伸縮寸法を得るように、多数の
ひだ4cが設けられている。自己振動抑制部材10は、図２
に詳細を示すように、ベローズ４の全長よりも短いが実
質的に等しい全長およびベローズ４の非容器側（大気
側）4dの最小径と実質的に等しい外径を有し、多孔質弾
性材料（例えば、ゴム系材料）により円筒状に製作され
ている。自己振動抑制部材10は、ベローズ４の１つのひ
だ4cに相当する部分との間に形成される空間4eがベロー
ズ４の自己振動により容積変化することに対応して発生
する空気の吸入・排出を制限するように、ベローズ４の
非容器側4dに接するように設けられている。従って、自
己振動抑制部材10は、空気の吸入・排出を有効に制限す
る微細な連泡構造をもつ材料を用いることが好ましい。

【００１２】なお、上記実施例において、自己振動抑制
部材10として多孔質弾性材料を円筒状に成形したものを
示したが、図３に示すように、少なくともベローズ４に
対向する側の表面に無孔質材料からなる表皮11を設け、
当該表皮11のベローズ４の各ひだ4cの中心部に対向する
位置にオリフイス（orifice）11aを設け、空気の吸入・
排出をオリフイス11aの部分を通じてのみ行なうように
構成してもよい。これにより、空気の吸入・排出を行な
うための開口の位置や大きさを自由に調節することがで
き、使用されるベローズ４のひだ4cの形状の変化に容易
に対応することができる。

【００１３】また、可動接触子２の動作行程が長い開閉
器や開閉動作回数の増加に伴って、自己振動抑制部材10
の特に長さ方向の弾性の劣化および高速開閉動作に対す
る応動の遅れによる振動抑制効果の低下が問題となる。
そこで、自己振動抑制部材10として、図４に示すよう
に、圧縮コイルばね12（補助弾性部材）をインサート成
形したものを用いてもよい。

【００１４】第２の発明に係る密封型開閉器の一実施例
を図５および図６を用いて説明する。図５は第２の発明
に係る密封型開閉器の一実施例の構成を示す断面図、図
６はこの実施例におけるベローズ４の詳細を示す部分拡
大断面図である。図５において、この実施例に係る密封
型開閉器は、容器３の上部フランジ７に固定された固定
接触子１と、固定接触子１に対して接触離反可能な可動
接触子２と、可動接触子２を駆動する駆動ロツド６と、
駆動ロツド６と容器３の下部フランジ８との間に設けら
れたベローズ４を具備している。このベローズ４の下端
部4aが容器３の下部フランジ８と、またベローズ４の上
端部4bが駆動ロツド６と、それぞれ密着結合されてい
る。ベローズ４は、可動接触子２（および駆動ロツド
６）の上下動にともなって伸縮され、容器３の内部は密
封状態（真空状態）に保持される。ベローズ４の非容器
側4dにはベローズ４の自己振動を抑制するための耐熱性
弾性材料からなるつる巻状の自己振動抑制部材15が設け
られている。また、駆動ロツド６と容器３の下部フラン
ジ８との間には可動接触子２および駆動ロツド６の動作
を円滑にするように方向を規制するためおよび自己振動
抑制部材15を保持するためのガイドフランジ９が設けら
れている。

【００１５】自己振動抑制部材15は、図６に詳細を示す
ように、ベローズ４の全長よりも短いが実質的に等しい
全長およびベローズ４の非容器側4dの最小径よりも大き
いが実質的に等しい外径を有するつる巻状のばねであ
る。自己振動抑制部材15は、例えば、ベローズ４の非容
器側4dの最小径よりも小さい外径を有するつる巻状の金
属製弾性体（圧縮コイルばね）16をゴム系耐熱弾性材料
17で被覆したものである。この自己振動抑制部材15は、
完成状態（開閉器として組み立てられた状態）におい
て、自己振動抑制部材15の最大外径がベローズ４の非容
器側（内側）4dの各ひだ４ｃの断面における頂部での最
小径よりもわずかに大きくなるようにゴム系耐熱弾性材
料17で被覆を形成し、ベローズ４の非容器側4dの面と接
触状態で装着されるように構成されている。ベローズ４
が自己振動により変位すると、自己振動抑制部材15とベ
ローズ４の非容器側4dの表面とが接触し、さらに、しゆ
う動および／または協動する。自己振動抑制部材15とベ
ローズ４とのしゆう動により摩擦が生じ、また、これら
の協動により自己振動抑制部材15が負荷として作用す
る。そのため、ベローズ４の振動は制動され、振動エネ
ルギーが吸収される。

【００１６】なお、ベローズ４のひだ4cのピツチと自己
振動抑制部材15のばねの巻ピツチ（巻線の間隔）とが一
致していない場合には、ベローズ４と自己振動抑制部材
15とのしゆう動により自己振動抑制部材15の巻線部分が
ベローズ４のひだ4cの部分と機械的に干渉し、ベローズ
４の動きを妨げることがあり得る。そこで、ベローズ４
のひだ4cのピツチと自己振動抑制部材15のばねの巻ピツ
チとを実質的に同一にすることにより、両者の相対的変
位を最小限にし、上記障害を防止することができる。ま
た、自己振動抑制部材15のもつ固有振動数として、ベロ
ーズ４のもつ固有振動数と異なった適当な値のものを選
択することにより、制振効果を増大させることができ
る。さらに、図７に示すように、自己振動抑制部材15を
カーボンおよびガラス繊維で強化された複合材料を用い
て製作した場合、強化繊維の内部摩擦等によって振動減
衰の作用が生じるので、良好な効果を有する。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、第１の発明に係る密封型
開閉器は、自己振動抑制部材10とベローズ４の１つのひ
だ4cに相当する部分との間に形成されるそれぞれの空間
4eがベローズ４の自己振動により容積変化し、これに対
応して空気の吸入・排出が発生するが、多孔質弾性材料
で製作された自己振動抑制部材10が負荷として作用し、
空気の吸入・排出を制限する。その結果、ベローズの自
己振動を減衰・吸収する。また、第２の発明に係る密封
型開閉器は、ベローズ４に実質的に一体的に設けられた
自己振動抑制部材15、例えば、圧縮コイルばねが負荷と
して作用し、その結果ベローズ４の自己振動を減衰・吸
収する。そのため、第１および第２の発明のいずれの場
合でも、特定の１つまたは複数のベローズ４のひだ4cの
部分に最大応力が発生することが回避され、また最大応
力の値自体も低減され、開閉器の使用可能回数が飛躍的
に増大するという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明に係る密封型開閉器の一実施例の構
成を示す断面図

【図２】図１に示す実施例におけるベローズ４および自
己振動抑制部材10の詳細を示す部分拡大断面図

【図３】自己振動抑制部材10の別の実施例の構成を示す
断面図

【図４】自己振動抑制部材10のさらに別の実施例の構成
を示す断面図

【図５】第２の発明に係る密封型開閉器の一実施例の構
成を示す断面図

【図６】図５に示す実施例におけるベローズ４および自
己振動抑制部材15の詳細を示す部分拡大断面図

【図７】自己振動抑制部材10の別の実施例の構成を示す
断面図

【図８】従来の一般的な密封型開閉器（真空開閉器）の
構成を示す断面図

【図９】可動接触子２の開極動作直後におけるベローズ
４の自己振動の状態を示す図

【符号の説明】

１ 固定接触子 ２ 可動接触子 ３ 容器 ４ ベローズ ６ 駆動ロツド ７ 上部フランジ ８ 下部フランジ １０ 自己振動抑制部材 １５ 自己振動抑制部材

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部を真空に保つ又は絶縁性ガスを密封
   する容器と、 前記容器の上部フランジに固定された固定接触子と、 前記固定接触子に対して接触および離反する可動接触子
   と、 前記可動接触子を駆動する可動接触子駆動手段と、 前記容器の下部フランジと前記可動接触子駆動手段との
   間に気密的に設けられ、前記可動接触子の駆動方向に伸
   縮自在な複数のひだを有するベローズと、 前記ベローズの全長と実質的に等しい全長および前記ベ
   ローズの非容器側の最大径と実質的に等しい外径を有
   し、前記ベローズの非容器側に接するように設けられ、
   前記ベローズの１つのひだに相当する部分との間に形成
   される空間が前記ベローズの自己振動により容積変化す
   ることに対応して発生する空気の吸入・排出を制限する
   ための、円筒状の多孔質弾性材料で製作された自己振動
   抑制部材と、 を具備する密封型開閉器。
2. 【請求項２】 前記自己振動抑制部材は、少なくとも前
   記ベローズに対向する側の表面に無孔質材料からなる表
   皮を有し、当該表皮の前記ベローズの各ひだの中心部に
   対向する位置にオリフイスを設けたことを特徴とする請
   求項１記載の密封型開閉器。
3. 【請求項３】 前記自己振動抑制部材は、圧縮コイルば
   ねをインサート成形したことを特徴とする請求項１また
   は２記載の密封型開閉器。
4. 【請求項４】 内部を真空に保つ又は絶縁性ガスを密封
   する容器と、 前記容器の上部フランジに固定された固定接触子と、 前記固定接触子に対して接触および離反する可動接触子
   と、 前記可動接触子を駆動する可動接触子駆動手段と、 前記容器の下部フランジと前記可動接触子駆動手段との
   間に気密的に設けられ、前記可動接触子の駆動方向に伸
   縮自在な複数のひだを有するベローズと、 前記ベローズの全長よりも短いが実質的に等しい全長お
   よび前記ベローズの非容器側の最小径と実質的に等しい
   外径を有し、前記ベローズの非容器側のひだの断面にお
   ける頂部の内側端と接触する状態で装着された、耐熱性
   弾性材料からなるつる巻状の自己振動抑制部材と、 を具備する密封型開閉器。
5. 【請求項５】 前記自己振動抑制部材は、金属製弾性体
   をゴム系耐熱弾性材料で被覆したことを特徴とする請求
   項４記載の密封型開閉器。
6. 【請求項６】 前記自己振動抑制部材は、カーボンおよ
   びガラス繊維で強化された複合材料からなることを特徴
   とする請求項４記載の密封型開閉器。