JP3831802B2 - 遮断器の流体圧駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体圧シリンダで駆動される電力用遮断器に係り、特に、温度変化によって作動流体の粘度が変化しても、作動流体の供給圧を所定の範囲内に保つためのポンプの運転回数や運転時間が大きく変動することがない上、万一ポンプによる昇圧が正常にできなくなった場合等には作動流体の漏洩を停止して供給圧がそれ以上低下しないようにし、確実に所定の動作を遂行できる遮断器の流体圧駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大電力を瞬時に遮断して電力供給系統を保護するために設けられる遮断器は、落雷等の非常時や点検等のために電力供給を停止するとき、および、その後で電力供給を再開するとき等に接触子の開閉を行う。このような遮断器の接触子の開閉を、流体の圧力を利用したシリンダで行うものがある。このような流体圧による遮断器の開閉装置は、一般産業用の流体圧システム等に比べると動作の頻度は少なく、待機している時間の方がずっと長い。従って、遮断器の開閉装置（流体圧駆動装置）では、一般的な流体圧システムの流体圧源のようにポンプを常時運転しておくのではなく、ポンプが吐出した高圧の作動流体をアキュムレータに蓄えておいて、アキュムレータに蓄えられた作動流体の圧力、すなわち供給圧が低下したときのみポンプを運転してアキュムレータに蓄えられた作動流体の圧力（供給圧）を所定の圧力にまで高めるようにしている。そこで、供給圧を所定の範囲内に保つために、圧力スイッチ等の圧力監視手段を用いて供給圧を監視しておき、供給圧が予め設定された下限値に達するとポンプを起動して昇圧を開始し、上限値に達するとポンプを停止する構成を採っている。
【０００３】
省エネルギや寿命の点ではポンプの運転回数や運転時間は少ない方が望ましいが、必要なときに起動しなかったり、迅速に昇圧できなかったりすることなく、確実に起動し昇圧させるためにはある程度の頻度でポンプを運転させることが望ましい。
【０００４】
このため、従来の遮断器の流体圧駆動装置では、ポンプの吐出口およびアキュムレータにつながる配管すなわち供給圧管路とポンプの吸い込み側及びリザーバにつながる配管すなわち低圧側管路とを結ぶ流路を設けるとともにここに絞りを設けて漏洩手段を構成し、作動流体をアキュムレータからリザーバに常時わずかずつ漏洩させ、ポンプ停止後は供給圧が徐々に低下していき、ある程度の時間が経つと供給圧の下限値に達してポンプが起動されるようにしていた。
【０００５】
あるいは、たとえば特開平３−２４５４２１号公報に記載されているように、供給圧側と低圧側を結ぶ流路上に電磁弁等を設け、これを定期的に開いて供給圧を下げることによってポンプを定期的に起動する機構が用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記第一の従来技術の構成では、絞りの流路断面積が一定であるため、周囲（外気）の温度変化に伴って作動流体の粘度が変化すると、漏洩量が変化するためにポンプの運転回数や運転時間が大きく変動してしまうという問題があった。なぜならば、漏洩させる流量はごく微量で良いので、オリフィス絞りは流量が大きすぎて使用できず、円筒形絞りや毛細管絞りを用いることになり、これらの絞りを通って漏洩する流量は作動流体の粘度に反比例するからである。たとえば、円筒形絞りを用いた場合の漏洩量ＱLは数１に示す環状隙間の流量の式で表される。
【０００７】
【数１】

【０００８】
ここで、ｄはピンの直径、Ｌは環状隙間の軸方向の長さ、δは半径方向の隙間の大きさ、μは作動流体の粘度である。Δｐは上流側と下流側の圧力差、すなわち、供給圧ｐsから低圧側の圧力を差し引いた圧力であり、通常、低圧側の圧力は大気圧に等しいので、Δｐはｐsに等しい。
【０００９】
作動流体の粘度は高温になると減少し、低温になると増加するから、絞りの流路断面積を決定する半径隙間δが一定ならば、漏洩量は温度上昇とともに増加し、温度降下とともに減少する。このため、夏場や温暖な地域等では漏洩量が多くなるためにポンプの運転回数や運転時間が増加し、エネルギ消費量が増す、ポンプや駆動装置のリレー等の寿命が短くなる等の問題が生ずることがあった。逆に、冬場や寒冷地等では漏洩量が少なくなるために運転回数や運転時間が減少し、ポンプ内の摺動部が固着傾向になって摺動抵抗が増し効率が悪くなる、円滑に起動できなくなる等の問題を生ずることがあった。
【００１０】
また、絞りの上流側と下流側とに圧力差がある限り作動流体の漏洩は続くので、万一ポンプが起動されなかったりなどして正常な昇圧ができなくなった場合には、供給圧が下限値を下回っても低下し続け、しまいには遮断器を駆動できない圧力にまで低下してしまうという問題を生ずることもあった。
【００１１】
一方、上記第二の従来技術の構成では、電磁弁を駆動するための駆動装置や、これを定期的に開かせるためのタイマー等の装置が必要となるので、機器の構成が複雑になる、電磁弁やその駆動装置等の故障によるトラブルに対する備えが必要になる等の問題があった。また、この構成の場合も、万一ポンプが起動されないまま電磁弁が開く動作を繰返すと、供給圧が低下しすぎて遮断器を駆動できなくなってしまうという問題を生ずることもあった。
【００１２】
本発明の目的は、上記のような従来技術における問題点を解消し、温度変化によって作動流体の粘度が変化しても、供給圧を所定の範囲内に保つためのポンプの運転回数や運転時間の変動を小さく抑え、万一ポンプによる昇圧が正常にできなくなった場合等には作動流体の漏洩を停止して供給圧がそれ以上低下しないようにすることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では、供給圧側と低圧側とを結ぶ流路上に、流路断面積が温度に対する作動流体の粘度の変化の向きと同じ向きに変化するように構成した作動流体の絞り流路を有する漏洩手段を設ける。すなわち、流路断面積が温度上昇とともに減少し、温度降下とともに増加する絞り流路を備えた漏洩手段を設けるのである。
【００１５】
具体的には、前記漏洩手段は、アキュムレータに先端部が連通される筒形の第一部材と、第一部材内に軸方向に進退可能に軸支された第二部材とを備え、第一部材は、先端側から軸方向に向かうにつれて拡径して形成されたテーパ孔と、テーパ孔の大径部側に形成されたリザーバ連通部と、リザーバ連通部よりも基端側に設けられた軸受部とを有してなり、第二部材は、テーパ孔の内面との間に環状の隙間を形成するテーパピンと、テーパピンの大径部側に軸設されて軸受部にシールを介して嵌合された軸受円筒部と、軸受円筒部に同軸に設けられると共に第一部材の基端側で螺合され、第一の部材よりも熱膨張係数の大きな材料で形成された円筒部を有してなる。
【００１６】
上記のように構成すれば、温度が変化すると第二の部材の方が第一の部材よりも大きく伸縮するので、テーパ孔の内面とテーパピンの外面の軸方向相対位置が変化して絞りの流路断面積が変化する。すなわち、温度が上昇すると、第二の部材が第一の部材よりも大きく伸びるので隙間δが小さくなり、逆に温度が降下すると、第二の部材が第一の部材よりも大きく縮むので隙間δが大きくなる。このように、絞りの流路断面積が、温度に対する作動流体の粘度の変化と同じ向きに、高温ほど小さく低温ほど大きくなるように変化するので、粘度が変化しても、隙間δの３乗を粘度μで除した値に比例する漏洩量の変動を小さく抑えることができる。従って、供給圧を所定の範囲内に保つためのポンプの運転回数や運転時間の変動を小さく抑えることができるようになる。しかも、漏洩量は隙間δの３乗に比例するので、隙間δをわずかに変化させただけで大きな効果が得られる。
【００１７】
さらに、本発明では、漏洩量調整手段の上流に、供給圧が所定の下限値以下になると漏洩手段への作動流体の流入を断つように構成した流路開閉手段を設ける。具体的には、ポペット弁等の流路開閉部を設けて、その入り側を供給圧側に出側を漏洩手段の上流側に接続し、さらに、バネ等の弾性部材によって流路開閉部を閉じる操作をする閉操作機構と、供給圧によって流路開閉部を開く操作をする開操作機構とを設け、供給圧が予め設定された圧力以下になると、流路開閉部を開く開操作機構の力よりも閉操作機構の閉じる力が大きくなるように構成する。開操作機構の開操作力は、受圧面積と供給圧の積であるから、供給圧が所定の下限値以下になると閉操作機構の閉操作力の方が開操作力よりも大きくなるように、開操作機構の受圧面積を設定するのである。
【００１８】
このように構成すれば、供給圧が予め設定された圧力を下回ると流路開閉部が閉じて作動流体の漏洩が停止するので、供給圧がそれ以下に低下するのを防止することができる。従って、万一ポンプが起動されなかった場合等、正常な昇圧ができなくなった場合でも、供給圧が異常に低下してしまって遮断器を駆動できなくなってしまうという問題を生ずることがなくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の遮断器の流体圧駆動装置の第１の実施の形態を図１ないし図５を用いて説明する。
図１は本実施例の遮断器閉路状態を、図２は遮断器開路状態をそれぞれ示す系統図である。図示の実施例は、大気圧に開放され作動流体を貯溜するリザーバ１０と、このリザーバ１０から作動流体を吸い込んで加圧するポンプ５と、ポンプ５を駆動するモータ１８と、ポンプ５の吐出口に接続されたフィルタ６と、フィルタ６の出側に接続された供給側管路である供給圧管路３６と、供給圧管路３６に接続されたアキュムレータ７と、供給圧管路３６とリザーバ１０を接続する配管４１に介装された漏洩手段１６と、前記供給圧管路３６にロッド側区画（小受圧面積側区画）４ａを接続して設けられた流体圧シリンダ３と、固定接触子１と可動接触子２からなる接点を含んでなり前記流体圧シリンダ３で前記接点を開閉するように構成された遮断器と、前記供給圧管路３６と前記流体圧シリンダ３のシリンダヘッド側区画（大受圧面積側区画）４ｂを連通する管路３７に介装された主制御弁８と、主制御弁８の排出口を前記リザーバ１０に接続する管路３９と、主制御弁８より上流側の管路３７に管路３８を介して入り側を接続され前記主制御弁８の第２パイロット室９ｂに管路４２で出側を接続されたパイロット弁１１と、パイロット弁１１の排出口を前記リザーバ１０に接続する管路４０と、前記供給圧管路３６の内圧を検出して出力する圧力監視手段である圧力スイッチ１５と、圧力スイッチ１５の出力信号を入力として前記モータ１８を発停させるポンプ制御手段１７と、前記供給圧管路３６に接続され供給圧が予め設定された圧力を超えたときに開いて供給圧管路３６内の作動流体をリザーバ１０に導くリリーフ弁１４と、を含んで構成されている。主制御弁８とパイロット弁１１が、供給圧に加圧された作動流体を流体圧シリンダ３に送りこんだり、流体圧シリンダ３の作動流体をリザーバに排出したりする作動流体流路制御手段を構成している。
【００２０】
固定接触子１と可動接触子２から成る接点を開閉する流体圧シリンダ３の小受圧面積側区画４ａには、ポンプ５の吐出口からフィルタ６を介してアキュムレータ７に蓄圧された作動流体の供給圧が直接作用している。流体圧シリンダ３の大受圧面積側区画４ｂは、主制御弁８を切り換えることによって供給圧側またはリザーバ１０につながる低圧側に選択的に接続される。主制御弁８は、弁箱と、該弁箱内に摺動可能に内装された弁体９ｃと、この弁体９ｃの摺動方向の一方の端面を受圧壁面とする第１パイロット室９ａと、弁体９ｃの摺動方向の他方の端面を受圧壁面とする第２パイロット室９ｂと、を含んで構成されている。第２パイロット室９ｂの受圧壁面の面積は、第１パイロット室９ｂの受圧壁面の面積よりも大きくしてある。弁体９ｃは、第２パイロット室９ｂの作動流体の圧力によってその受圧壁面に加わる力が、第１パイロット室９ａの作動流体の圧力によってその受圧壁面に加わる力より大きければ、図１に示す状態になって流体圧シリンダ３の大受圧面積側区画４ｂと管路３７を連通し、第２パイロット室９ｂの作動流体の圧力によってその受圧壁面に加わる力が、第１パイロット室９ａの作動流体の圧力によってその受圧壁面に加わる力より小さければ、図２に示す状態になって流体圧シリンダ３の大受圧面積側区画４ｂと管路３９を連通する。
【００２１】
パイロット弁１１は、開路用駆動手段１２および閉路用駆動手段１３を有してなり、開路用駆動手段１２が動作すると主制御弁８の第２パイロット室９ｂを管路４０を介して低圧側（リザーバ１０）に接続し、閉路用駆動手段１３が動作すると主制御弁８の第２パイロット室９ｂを供給圧側（管路３８）に接続するように構成されている。開路用駆動手段１２および閉路用駆動手段１３の動作は、図示されていない制御回路により制御される。主制御弁８の第１パイロット室９ａには常時供給圧が作用している。
【００２２】
従って、図１に示す閉路保持の状態において開路用駆動手段１２が動作すると、パイロット弁１１が主制御弁８の第２パイロット室９ｂを低圧側（管路４０）に接続して主制御弁８を切り換え、主制御弁８が流体圧シリンダ３の大受圧面積側区画４ｂを低圧側（管路３９）に接続する。小受圧面積側区画４ａは供給圧管路３６に常時接続されているから、流体圧シリンダ３は小受圧面積側区画４ａに作用する供給圧によってピストンを図上、右方に動かして開路動作を実行し、図２の状態になって電力が遮断される。一方、図２に示す開路保持の状態において閉路用駆動手段１３が動作すると、パイロット弁１１が主制御弁８の第２パイロット室９ｂを供給圧側（管路３８）に接続して主制御弁８を反対の向きに切り換え、主制御弁８が流体圧シリンダ３の大受圧面積側区画４ｂを供給圧側（管路３７）に接続するので、ピストンを図上、左方に動かそうとする力が小受圧面積側区画４ａに作用する供給圧による力に打ち勝って閉路動作を実行し、図１の状態に戻って送電が再開される。
【００２３】
ポンプ５の吐出口にはフィルタ６を介して供給圧管路３６が接続され、供給圧管路３６にはアキュムレータ７とともに、供給圧の異常な上昇を防止する安全弁を成すリリーフ弁１４、圧力監視手段を成す圧力スイッチ１５が接続されている。供給圧管路３６には、さらに、漏洩手段１６を介装する配管４１の上流端が接続され、配管４１の下流端は、低圧側（リザーバ１０）につながっている。圧力スイッチ１５の出力端はポンプ制御手段１７に接続され、圧力スイッチ１５の出力信号に基づいてポンプ制御手段１７がモータ１８に指令を与えてポンプ５を起動、停止させるように構成されている。すなわち、ポンプ５が加圧吐出した高圧の作動流体はアキュムレータ７に蓄圧されるが、一方でアキュムレータ７の作動流体は漏洩手段１６を経てわずかずつ低圧側（リザーバ１０）へ漏洩し、ポンプ停止後は徐々に供給圧が低下して行く。作動流体の供給圧は圧力スイッチ１５によって監視されており、供給圧が所定の下限値に達すると、圧力スイッチ１５はポンプ制御手段１７にそのことを知らせる信号を出力する。この信号を受けたポンプ制御手段１７がモータ１８に起動指令を与えてポンプ５を起動し昇圧を開始する。アキュムレータ７の蓄圧量が増して供給圧が所定の上限値に達すると、今度は圧力スイッチ１５からその旨の信号を受けたポンプ制御手段１７がモータ１８に停止指令を与えてポンプ５を停止させ昇圧を終了する。
【００２４】
漏洩手段１６は、図３に示すように、テーパ孔１９を有する第一の部材２０と、テーパ孔１９との間に環状隙間２１を持って嵌合するテーパピン２２を一端に有する第二の部材２３と、両者を固定するナット２５と、を含んで構成されている。第二の部材２３は、テーパピン２２と、テーパピン２２の大径端に同軸同径で続く軸受円筒部２２Ａと、軸受円筒部２２Ａに同軸で続く円筒部２６と、円筒部２６に同軸で続き円筒部２６よりも大径の雄ねじを備えた結合部２４と、から成っている。第一の部材２０は中空円筒状を成し、一方の端部から順に、テーパ孔１９、テーパ孔１９の大径端に続いて該大径端の径よりも大きい径の円筒状の凹部２０Ａ、凹部２０Ａに隣接する凹部２０Ａの内径より小さい内径の軸受部２０Ｂ、軸受部２０Ｂに隣接して軸受部２０Ｂの内径より大きい径の円筒状の凹部２０Ｃ、凹部２０Ｃに隣接して凹部２０Ｃの内径よりも小さい内径の結合部２０Ｄ、が同軸に配置され、結合部２０Ｄには前記結合部２４の雄ねじと螺合する雌ねじが設けてある。
【００２５】
第二の部材２３の軸受円筒部２２Ａは軸受部２０Ｂに嵌合し、結合部２４は結合部２０Ｄにおいて第一の部材２０に螺合され、第二の部材２３は第１の部材２０に対し、ナット２５で固定されている。テーパ孔１９とテーパピン２２のテーパは、結合部２４から離れるにつれて次第に細くなるように付けられており、両者（テーパ孔１９とテーパピン２２）の間の環状隙間２１は作動流体の流れに対する絞り流路（以下、絞りともいう）を成し、環状隙間２１の小径側が供給圧管路３６（つまり上流側）に、大径側が凹部２０Ａを経て低圧側（リザーバ１０）に、ぞれぞれ接続されている。また、結合部２４、２０Ｄは送りネジ機構を構成しており、第二の部材２３を回すことによって該第二の部材２３を第一の部材２０に対して軸方向に変位させて環状隙間２１を所定の大きさに調整した後にナット２５で固定されて一体的に結合される。一体的に結合されたとき、テーパピン２２はテーパ孔１９と同心に保持され、環状隙間２１は全周にわたり均一な隙間になっている。
【００２６】
さらに、第二の部材２３の軸受円筒部２２Ａが軸受部２０Ｂに嵌合した部分にはシール２７が設けられていて、作動流体が、凹部２０Ａから凹部２０Ｃを経て結合部２４側へ漏れるのを防いでいる。そして、第二の部材２３の軸受円筒部２２Ａと結合部２４の間の円筒部２６は第一の部材２０よりも熱膨張係数の大きい材料で構成されている。第二の部材２３の他の部分と第一の部材２０は、熱膨張係数は同じになっている。
【００２７】
図４に示すように、初期の温度（部材の温度、但し部材の温度は周囲温度に応じて変化するから周囲温度と考えてもよい。以下同じ）Ｔoにおいて環状隙間２１の半径方向の大きさ（正確にはテーパ面に垂直に測った隙間の大きさ）をδoとすれば、温度がＴHに上昇すると、第二の部材２３の円筒部２６が第一の部材２０の対応する部分よりも大きく伸びるので、テーパピン２２が図上、軸方向右側へ移動して隙間はδHに減少し、逆に温度がＴLに降下すると、円筒部２６が第一の部材２０よりも大きく縮むので、テーパピン２２が軸方向左側へ移動して隙間はδLに増加する。第一の部材２０の熱膨張係数をα1、円筒部２６の熱膨張係数をα2、円筒部２６の軸方向の長さをＳ、テーパの角度をθとすると、温度がΔＴだけ変化したときの隙間δは数２に示すように、高温ほど小さく低温ほど大きくなる。作動流体の粘度μも温度が高いほど小さく、温度が低いほど大きくなり、作動流体の粘度μと隙間δの大きさは、温度変化に伴い、同じ向きに変化する（一方が増加すれば他方も増加し、一方が減少すれば他方も減少する）ことになる。
【００２８】
【数２】

【００２９】
ところが、高圧の作動流体に触れる絞りを構成する孔とピンは、通常、鋼や銅合金等を使用して両方とも同じ材料とするから、テーパなしの環状隙間を用いたのでは、温度変化による孔とピンの寸法変化（径の変化）が双方とも同じ程度であるために隙間δはほとんど変化せず、常に一定と見なせる。また、テーパ部の軸方向の長さは高温ほど長く低温ほど短くなり、作動流体の粘度μの変化を打ち消すように変化するが、粘度μに比して変化が小さすぎるために漏洩量の変化を抑えるまでの効果は得られない。
【００３０】
これに対し、たとえば、油圧作動油の動粘度ν（ν＝μ／ρ，ρは密度）の温度に対する変化は、数３に示すＷaltherの実験式でよく表わされ、粘度は高温ほど低下の度合いが増す。
【００３１】
【数３】

【００３２】
このため、図５に示すように、テーパなしの環状隙間を用いた場合には、数１で表される漏洩量ＱLは粘度変化の影響が顕著に現れ、特に高温で漏洩量が著しく増加してしまう。
【００３３】
そこで、本実施例のようにテーパ付きの環状隙間を用いれば、数２に示したように、数１における分子の隙間δの値が、温度変化に伴って分母の粘度μの値と同じ向きに変化し、しかも、漏洩量ＱLは隙間δの３乗に比例するので漏洩量の変化を小さく抑えることができる。仮に、温度Ｔoにおいてテーパなしの環状隙間とテーパ付きの環状隙間が同じ漏洩量になるよう、ピンの直径ｄ、環状隙間の軸方向の長さＬ、および隙間δを両者同じに設定したとする。温度Ｔoよりも低温ではテーパ付きの環状隙間δの３乗がテーパなしの環状隙間δの３乗よりも大きくなるのでテーパ付きの環状隙間δのＱLが大きくなり、温度Ｔoよりも高温ではテーパ付きの環状隙間δの３乗がテーパなしの環状隙間δの３乗よりも小さくなるのでテーパ付きの環状隙間δのＱLが小さくなる。その結果、温度ＴLからＴHの範囲では図５に示すように変化し、テーパ付きの環状隙間の方が、広い温度範囲にわたってテーパなしの環状隙間より漏洩量の変動を小さく抑えることができる。
【００３４】
従って、本実施例によれば、夏場から冬場まで温度が大きく変化しても、漏洩手段１６を流れる作動流体の流量変動が少なく、供給圧が上限値から下限値に低下するのに要する時間の変動が少ない。このため、供給圧を所定の範囲内に保つためのポンプの運転回数や運転時間の変動を小さく抑えることができるようになる。あるいは、温暖な地域から寒冷地まで同じ仕様で安定した性能を実現することができるようになり、設置場所に応じて特別な仕様を設けたり、隙間の大きさの設定を変えたりする必要がなくなる。
【００３５】
尚、工業上有用な材料の組み合わせの一例としては、内部に高圧が作用する第一の部材２０を鉄あるいは鋼とし、第二の部材２３の円筒部２６を鉄や鋼のおよそ２倍の熱膨張係数を有するアルミニウムとするとよい。あるいは、円筒部２６をより熱膨張係数の大きい樹脂等としてもよい。第一の部材２０と円筒部２６の熱膨張係数の差は大きいほど望ましい。なぜならば、円筒部２６の軸方向の長さＳが小さくて済むので漏洩手段１６の大きさを小さくできる、テーパの角度θを小さくできるので結合部２４を固定する前に隙間δoを調整する際のネジ送りに対する隙間の誤差を小さくすることができる等の効果が得られるからである。
【００３６】
また、本実施例の絞りを成す環状隙間のテーパは、供給圧側から低圧側へ向うにつれて径が増す向きに付けたが、このように構成すれば、次第に流路断面積が増加して行くので、シルティングや異物の凝集、蓄積等による目詰まりが生じにくくなり、長時間にわたって安定した性能が得られる。
【００３７】
次に、本発明の漏洩手段および流路開閉手段の一実施例を図６乃至図８を用いて説明する。
【００３８】
本実施例は、図３乃至図４に示した漏洩手段１６の絞りを成す環状隙間２１の上流側に、流路開閉手段２８を設けたものである。流路開閉手段２８には、弁座３０Ａを備えた弁箱３０と、弁箱３０に内装され前記弁座３０Ａに当接／離開して流路を閉開する弁体であるポペット２９とを含んで構成されたポペット弁が設けられている。
【００３９】
弁箱３０はその内部に、直径ｄＡなる一端が閉鎖された円筒状の空所３０Ｄ、空所３０Ｄの開放端に接続して空所３０Ｄと同軸に形成された直径ｄｏ（但しｄＡ＜ｄｏ）なる円筒状の空所３０Ｅ、空所３０Ｅに接続して空所３０Ｅと同軸に形成された直径ｄＣ（但しｄｏ＜ｄＣ）なる円筒状の空所３０Ｆ、空所３０Ｆに隣接して空所３０Ｆと同軸に形成された直径ｄＢ（但しｄｏ＜ｄＢ＜ｄＣ）なる円筒状の空所３０Ｇを備え、空所３０Ｇの空所３０Ｆと反対側の端部は閉鎖されている。空所３０Ｄはリザーバ１０に連通される排出口３０Ｈを、空所３０Ｅは配管４１を介して供給圧管路３６に連通する入り口３０Ｂを、空所３０Ｆは前記環状隙間２１の小径端（上流端）に接続された出口３０Ｃを、空所３０Ｇはリザーバ１０に連通される排出口３０Ｊを、それぞれ備えている。弁座３０Ａは、空所３０Ｅが空所３０Ｆにつながるところに形成された直径がほぼｄｏに等しい突角部をなしている。
【００４０】
ポペット２９は、空所３０Ｄに摺動可能に嵌合する第１の円筒部３１と、第１の円筒部３１に結合して同軸に形成され第１の円筒部３１よりも小径の中間軸３１Ａと、中間軸３１Ａに結合して同軸に形成され直径ｄＤ（但し、ｄｏ＜ｄＤ＜ｄＣ）なる弁座円筒部３２Ａと、弁座円筒部３２Ａに結合して同軸に形成され空所３０Ｇに摺動可能に嵌合する直径がほぼｄＣなる第２の円筒部３２と、第１の円筒部３１の外周に環状に形成されたシール溝３１Ｂと、第２の円筒部３２の外周に環状に形成されたシール溝３２Ｂと、を含んで構成されている。弁座円筒部３２Ａの中間軸３１Ａ側端部は、中間軸３１Ａ側を小径端（直径＜ｄｏ）とする円錐台を成し、この円錐面が弁座３０Ａと当接／離開して作動流体の流路を閉、開するようになっている。
【００４１】
このポペット弁は、上流側が供給圧側に下流側が漏洩手段１６の環状隙間２１の上流側にそれぞれ接続された流路開閉部であり、ポペット２９が空所３０Ｇ側に動いて開口した際には上流側から下流側へ拡大しながら流れる広がり流れのポペット弁である。また、ポペット２９の第一の円筒部３１及び第二の円筒部３２の弁座３０Ａから見た背後の空所３０Ｄ及び３０Ｇは，排出口３０Ｈ，３０Ｊを介して低圧側（リザーバ１０）に接続されている。さらに、第二の円筒部３２の背後の空所３０Ｇには、閉操作機構を成すバネ３３が設けられており、ポペット２９に弁を閉じる方向の閉操作力Ｆc１を作用させている。
【００４２】
上記構成によれば、供給圧が所定の範囲内にある場合には、図６に示すように、流路開閉部を成すポペット弁は充分に開口して漏洩手段１６の環状隙間２１の上流側に供給圧を作用させている。しかし、ポンプが起動できない、起動はされたものの効率が低下していてうまく昇圧できない等、何らかの不具合が生じて供給圧が所定の下限値以下に低下してしまった場合には、図７に示すように、バネ３３の閉操作力Ｆcによってポペット弁を閉じて漏洩手段１６への供給を断ち、供給圧が低下し続けるのを防止する。
【００４３】
本実施例のポペット２９に作用する開操作力と閉操作力の関係は図８のように構成されている。
【００４４】
まず、アキュムレータ７に全く蓄圧されていない状態から流体圧駆動装置を起動する場合について考える。この状態では、バネ３３の閉操作力Ｆc1によってポペット２９は弁座３０Ａに着座し、流路開閉部を成すポペット弁は閉じて図７と同じ状態になっている。ポンプ５の運転を開始して供給圧ｐsが上昇し始めると、ポペット２９には直径ｄoの弁座３０Ａの内側に作用する圧力による下向き（図上、以下同じ）の力と直径ｄＡの第一の円筒部３１に作用する圧力による上向きの力の差によって、数４に示す開操作力Ｆo1が下向きに作用するようになる。
【００４５】
【数４】

【００４６】
供給圧ｐsが実線５０に沿って上昇し続けてｐoを越えると、開操作力Ｆo1が閉操作力Ｆc1よりも大きくなるのでポペット２９が弁座３０Ａから離れてポペット弁は開口し始める。下流側には流れに対する抵抗の大きい漏洩手段１６の絞りがあるので、下流側（空所３０Ｆ）の圧力もすぐに上昇して、ポペット２９には、直径ｄoの弁座３０Ａから第二の円筒部３２の直径ｄBまでの部分に作用する圧力による下向きの力も加わるようになる。すると、開口に伴うバネ３３の閉操作力Ｆcの増加にも打ち勝って速やかに開口するので、下流側の圧力は供給圧ｐsと同じになり、ポペット２９には数５に示す一層大きな開操作力Ｆo2が作用するようになって図６と同じ開状態になる。
【００４７】
【数５】

【００４８】
そして、供給圧ｐsの上限値ｐHに達するとポンプ５が停止して昇圧を完了する。この時、開操作力は点５２で示される。その後は、漏洩手段１６からの漏洩によって供給圧ｐsが太線５１に沿って徐々に低下し、下限値ｐLに達すると再びポンプ５が起動されて昇圧を再開するが、供給圧ｐsが下限値ｐLに達したときでも開口した状態での開操作力Ｆo2が閉操作力Ｆc2よりも大きいように構成しておけばポペット弁は開いたままである。従って、圧力スイッチの信号に基づくポンプの起動、停止によって供給圧ｐsが上限値ｐHと下限値ｐLの間に保たれている通常の状態では、開操作力が図８の太線５１の範囲にある状態で使用され、流路開閉部を成すポペット弁は常に図６に示した開状態に保たれるようになる。
【００４９】
さて、万一、ポンプが起動できなくなったり、ポンプの効率が低下してしまったり等、何らかの不具合が生じてうまく昇圧できなくなった場合や、あるいは、漏洩手段の絞りが損傷して漏洩量が著しく増加してしまった場合等には、供給圧ｐsは図８中の太線５１の範囲から外れて下限値ｐL以下に低下してしまう。しかし、開操作力Ｆo2が閉操作力Ｆc2よりも小さくなってポペット弁が閉じ始めると、次第に流れに対する抵抗が大きくなって直径ｄoの弁座３０Ａから外側の下流側に作用する圧力が失われるので開操作力は実線５３に沿ってＦo1に近づき、供給圧ｐsがｐcに至ると、ポペット２９が弁座３０Ａに着座して流路開閉部を成すポペット弁が閉じる。この圧力ｐcは、遮断器の流体圧駆動装置として正常な動作を遂行するために必要な最低限の供給圧ｐminよりも高くなるように構成しておく。
【００５０】
従って、本実施例によれば、供給圧が予め設定された圧力ｐcまで低下すると漏洩手段１６への作動流体の流路が閉じられてアキュムレータ７からリザーバ１０への作動流体の漏洩が停止され、供給圧ｐsの低下をｐcまでにとどめることができるので、遮断器を駆動できなくなってしまうような事態に陥ることはなくなる。
【００５１】
以上のように、本実施例によれば、供給圧を所定の範囲内に保つためのポンプの運転回数や運転時間の温度による変動を小さく抑えることができるだけでなく、万一ポンプによる昇圧が正常にできなくなった場合等、供給圧が予め設定された圧力を下回った場合には流路開閉部が閉じて漏洩手段からの漏洩を停止し、正常な動作のために必要な最低限の供給圧を確保するので、確実に所定の動作を遂行できるようになり、高い信頼性を実現することができる。
【００５２】
尚、図９に示すように、漏洩手段１６の第一の部材２０に、外部の空間と第二の部材２３を内包する空間（凹部２０Ｃ）とを連通させる連通孔３４を設けてもよい。このように構成すれば、第一の部材２０と第二の部材２３の円筒部２６との間に温度の差を生じにくくなるので、外部の温度変化に対する絞りの隙間δの追従がより速く、より正確になる。
【００５３】
また、図１０に示すように、漏洩手段１６は、第一の部材２０の一部（凹部２０Ｃを構成する部分）に第二の部材２３よりも熱膨張係数の小さい材料で構成した円筒部３５を設ける構造としてもよい。あるいは、図３ないし図５に示した実施例の熱膨張係数の大きい円筒部２６と、図１０の熱膨張係数の小さい円筒部３５とを併用してもよい。
【００５４】
一方、流路開閉手段２８は、図１１に示すように、第一の円筒部３１および第二の円筒部３２の弁座３０Ａ側から見た背後を大気圧側へ開放したものとしてもよいし、閉操作機構を成すバネ３３を第一の円筒部３１側に設けたものとしてもよい。
【００５５】
さらに、以上の実施例では、流路開閉手段の閉操作機構をバネ３３としたが、他の弾性部材を用いた機構や流体圧パイロット操作機構等としてもよい。これらのように構成しても前述の実施例と同様の効果を得ることができる。また、図１２に示すように、流路開閉手段の開状態での開操作力Ｆo2が開状態での閉操作力Ｆc2と等しくなるときの圧力は、開操作力Ｆo2が閉状態での閉操作力Ｆc1と同じになるときの圧力ｐcよりも高ければ、供給圧ｐsの下限値ｐLより低くしても良い。このように構成すれば、流路開閉手段がポンプと同じ回数だけ動くので、長時間止まったままでいたために弁体が固着傾向となって必要なときに正しく動作できなくなり、供給圧が圧力ｐcよりも低下してしまうような心配がなくなる。
【００５６】
また、上記実施例では、漏洩手段１６の絞り流路としてテーパ孔１９とテーパピン２２で構成されるものを例にとって説明したが、テーパ孔に代えて通常の平行な孔（直径が変化しない孔）とし、この孔にテーパピンが同心状に挿入されて絞り流路を構成するようにしてもよい。但し、テーパピン２２の大径端の径を孔の径よりも大きくし、小径端がいつも孔の中に、大径端は常に孔の外にあるようにしなければならない。この場合も、孔とテーパピン２２の軸方向の相対的な移動により流路断面積を変動させ、作動流体の粘度変化による流量変動を抑制できる。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、周囲温度の変化によって作動流体の粘度が変化しても、漏洩手段の絞り部の流路断面積が作動流体の粘度の変化と同じ向きに変化して漏洩量の変動を小さくするので、供給圧を所定の範囲内に保つためのポンプの運転回数や運転時間の変動を小さく抑えることができる上、万一ポンプによる昇圧が正常にできなくなった場合等には作動流体の漏洩を停止して供給圧がそれ以上低下しないようにするので、確実に所定の動作を遂行できるようになり、信頼性の高い遮断器の流体圧駆動装置および遮断器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における閉路状態を示す系統図である。
【図２】図１の実施例における開路状態を示す系統図である。
【図３】図１の漏洩手段の構成を示す断面図である。
【図４】図３の漏洩手段の温度による絞り部の変化を示す断面図である。
【図５】図３の漏洩手段の温度による漏洩量の変化を示す特性図である。
【図６】本発明の漏洩手段および流路開閉手段の一実施例を示す断面図である。
【図７】図６の流路開閉手段が閉じた状態を示す断面図である。
【図８】図６の流路開閉手段における供給圧と操作力の関係の例を示す特性図である。
【図９】本発明の漏洩手段の他の実施例を示す断面図である。
【図１０】本発明の漏洩手段の別の実施例を示す断面図である。
【図１１】本発明の流路開閉手段の他の実施例を示す断面図である。
【図１２】本発明の流路開閉手段の供給圧と操作力の関係の他の例を示す特性図である。
【符号の説明】
１ 固定接触子 ２ 可動接触子
３ 流体圧シリンダ
４ａ 流体圧シリンダの小受圧面積側区画
４ｂ 流体圧シリンダの大受圧面積側区画
５ ポンプ ６ フィルタ
７ アキュムレータ ８ 主制御弁
９ａ 第１パイロット室 ９ｂ 第２パイロット室
９ｃ 弁体 １０ リザーバ
１１ パイロット弁 １２ 開路用駆動手段
１３ 閉路用駆動手段 １４ リリーフ弁
１５ 圧力スイッチ １６ 漏洩手段
１７ ポンプ制御手段 １８ モータ
１９ テーパ孔 ２０ 第一の部材
２０Ａ 凹部 ２０Ｂ 軸受部
２０Ｃ 凹部 ２０Ｄ 結合部
２１ 環状隙間 ２２ テーパピン
２２Ａ 軸受円筒部 ２３ 第二の部材
２４ 結合部 ２５ ナット
２６ 円筒部 ２７ シール
２８ 流路開閉手段 ２９ ポペット
３０ 弁箱 ３０Ａ 弁座
３０Ｂ 入り口 ３０Ｃ 出口
３０Ｄ 空所 ３０Ｅ 空所
３０Ｆ 空所 ３０Ｇ 空所
３０Ｈ 排出口 ３０Ｊ 排出口
３１ 第１の円筒部 ３１Ａ 中間軸
３１Ｂ シール溝 ３２ 第２の円筒部
３２Ａ 弁座円筒部 ３２Ｂ シール溝
３３ バネ ３４ 連通孔
３５ 円筒部 ３６ 供給圧管路
３７，３８ 管路 ３９ 管路
４０ 管路 ４１ 配管
５０ 実線 ５１ 太線
５２ 点 ５３ 実線

Claims (1)

1. 作動流体を加圧して供給側管路に吐出するポンプと、該供給側管路に接続され前記ポンプから加圧供給された作動流体を蓄圧するアキュムレータと、遮断器の接触子を開閉する流体圧シリンダと、該流体圧シリンダと前記供給側管路を結ぶ管路に介装され該流体圧シリンダへの作動流体の供給と排出を制御する作動流体流路制御手段と、該作動流体流路制御手段に接続して配置され前記流体圧シリンダから排出された作動流体を収容するリザーバと、前記アキュムレータに蓄圧された作動流体の圧力である供給圧を検出して出力する圧力監視手段と、前記アキュムレータに蓄圧された作動流体を前記リザーバに流出させる漏洩手段とを備えてなり、該圧力監視手段からの出力信号に基づいて前記ポンプを起動、停止させて前記供給圧を所定の上限値と下限値の間に保つように構成した遮断器の流体圧駆動装置において、
   前記漏洩手段は、前記アキュムレータに先端部が連通される筒形の第一部材と、該第一部材内に軸方向に進退可能に軸支された第二部材とを備え、
   前記第一部材は、先端側から軸方向に向かうにつれて拡径して形成されたテーパ孔と、該テーパ孔の大径部側に形成されたリザーバ連通部と、該リザーバ連通部よりも基端側に設けられた軸受部とを有してなり、
   前記第二部材は、前記テーパ孔の内面との間に環状の隙間を形成するテーパピンと、該テーパピンの大径部側に軸設されて前記軸受部にシールを介して嵌合された軸受円筒部と、該軸受円筒部に同軸に設けられると共に前記第一部材の基端側で螺合され、前記第一の部材よりも熱膨張係数の大きな材料で形成された円筒部を有してなることを特徴とする流体圧駆動装置。

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