JP4537095B2

JP4537095B2 - 遮断器の流体圧駆動装置

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Publication number: JP4537095B2
Application number: JP2004059958A
Authority: JP
Inventors: 信治瀬戸; 英雄河本; 大輔海老澤; 宣幸柳沼; 健一大久保; 昌弘八重樫; 匡史杉本
Original assignee: Japan AE Power Systems Corp
Current assignee: Japan AE Power Systems Corp
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-03-04
Also published as: JP2005251545A

Description

本発明は遮断器の流体圧駆動装置に関し、特に電力用遮断器に好適な流体圧駆動装置に関する。

従来の遮断器用流体圧駆動装置の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の駆動装置は、開路弁と閉路弁を同一軸上に別体で設けている。そして、開路弁を一旦開いて開路操作したあと小開口に戻して開路保持させ、閉路動作時に開路弁を速やかに閉じている。従来の遮断器用流体圧駆動装置の他の例が、特許文献２に記載されている。この公報には主操作弁部とパイロット弁部を一体のケース内に配置して、小型化した流体圧駆動装置が記載されている。なおこの公報の従来技術の項または特許文献３には、パイロット弁と主操作弁とを有する２段の流体圧駆動装置において、遮断用主操作弁と開路用主操作弁と別体にすることが記載されている。

特開平１１-９６８５９号公報特開２００３−４５２９６号公報特開平１１-３５３９８３号公報

上記特許文献１に記載の流体圧駆動装置では、制御弁を動作させるのに多くの流量を必要とし、制御弁を駆動するパイロット弁容量が大きくなる。また、閉路動作後に閉路弁を開状態に保つ必要があり、開路動作時に閉路弁を速やかに閉じることができない。その結果、閉路動作時に制御弁が動作し、高圧の供給側から低圧の戻り側に流れる作動流体量が増大し、圧力変動を引き起こす恐れがある。この圧力変動は遮断器の操作に悪影響を及ぼすので、低減することが望まれている。

上記特許文献２に記載の流体圧駆動装置では、主操作弁とパイロット弁とを一体のケース内に収めるようにしたので、ケース内部の流路構成が複雑になり、それとともに弁の構成も複雑になり、装置が複雑化している。また、特許文献２の従来技術の項に記載のものまたは特許文献３に記載のものは、流路構成は特許文献２の発明よりも簡単であるが、給液ポートと排液ポートと制御ポートの３ポート構成とし、遮断保持時および開路保持時の双方において、必要ポートを閉路しているので、主操作弁部が３個の弁部材にならざるを得ず、やはり流路構成が複雑になる。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は遮断器の流体圧駆動装置を小型化および簡素化することにある。本発明の他の目的は、遮断器の流体圧駆動装置の信頼性を向上させることにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、接点部を開閉する流体圧シリンダと、この流体圧シリンダを作動流体の流体力により開路動作させる開路用制御弁と閉路動作させる閉路用制御弁とを備えた遮断器の流体圧駆動装置において、開路用制御弁は開路用主制御弁とこの開路用主制御弁を駆動する開路用パイロット弁とを有し、閉路用制御弁は閉路用主制御弁とこの閉路用主制御弁を駆動する閉路用パイロット弁とを有し、各主制御弁は弁座とこの弁座に当接可能な弁体とを有し、各弁体を対向配置し、各弁体と各弁座が当接する弁座部間距離よりも、弁体の弁座への当接部間の長さを長くしたものである。

そしてこの特徴において、開路用主制御弁の弁体と閉路用主制御弁の弁体は、弁を開く方向が互いに反対になるように配置されるのがよく、開路用主制御弁の有する弁体と閉路用主制御弁の有する弁体とが別体で同軸上にあり、流体圧駆動装置の動作中に必ずしも当接しないように配置されているのがよい。

また、開路用主制御弁に開路用制御室を形成し、この開路用制御室を低圧にして開路用制御弁の弁体を開動作させ、閉路用主制御弁に閉路用制御室を形成し、この閉路用制御室を高圧にして閉路用主制御弁の弁体を開動作させるのがよく、開路保持状態では開路用主制御弁の弁体と閉路用主制御弁の弁体が接触するとともに開路用主制御弁が微小に開口し、開路動作中は開路用主制御弁が開路保持状態よりさらに開口し、閉路保持状態では閉路用主制御弁を微小に開口し、閉路動作中は閉路用主制御弁が閉路保持状態よりもさらに開口するように各弁体を配置するのが好ましい。

さらに、閉路保持状態では、閉路用主制御弁の弁体に加わる圧力による力の合力をほぼ０にし、開路用主制御弁の弁体に高圧部の作動流体の流体力が作動してこの弁体を閉動作させる方向に力がかかるようにし、開路保持状態では、開路用主制御弁の弁体に加わる作動流体の圧力による力の合力をほぼ０にし、閉路用主制御弁の弁体に高圧部の作動流体の流体力が作用してこの弁体を閉動作させる方向に力がかかるようにするのが好ましい。

さらにまた、閉路用主制御弁は閉路用制御室と作動流体の高圧部に連通する供給ポートと流体圧シリンダに接続する閉路用シリンダポートとを備え、閉路用制御室を高圧にして閉路用主制御弁を開き、供給ポートと閉路用シリンダポートを連通し、流体圧シリンダに作動流体を供給して接点部を閉路し、開路用主制御弁は開路用制御室と作動流体の低圧部に連通する排出ポートと流体圧シリンダに連通する開路用シリンダポートとを備え、開路用制御室を低圧にして開路用主制御弁を開き、開路用シリンダポートと排出ポートを連通し、流体圧シリンダから作動流体を排出して接点部を開路することが好ましい。

この構成において、閉路用主制御弁の弁体は閉路用制御室側に突出した軸部を有し、排出ポート内で開路用主制御弁の弁体と接触可能なように配置されており、閉路用主制御弁の弁体の背面側に作動流体の低圧部に開放された円筒部を有し、開路用主制御弁の弁体は開路用制御室側に作動流体の低圧部に開放された円筒部を有し、開路用主制御弁に開路用主制御弁の弁体を閉じる方向に力を発生するばねを設け、閉路用主制御弁に開路用主制御弁の弁体を閉じる方向に力を発生するばねを設けるのがよく、開路用主制御弁のシリンダポートと開路用制御室を絞りを介して接続してもよい。

さらにまた、閉路用主制御弁は閉路用制御室と作動流体の高圧部に連通する供給ポートと流体圧シリンダに連通する閉路用シリンダポートとを備え、閉路用制御室を高圧にして閉路用主制御弁を開動作させ、供給ポートと閉路用シリンダポートを連通し、流体圧シリンダに作動流体を供給して接点部を閉路し、開路用主制御弁は開路用制御室と作動流体の低圧部に連通する排出ポートと流体圧シリンダに連通する開路用シリンダポートとを備え、開路用制御室を低圧にして開路用主制御弁を開動作させ、開路用シリンダポートと排出ポートとを連通し、流体圧シリンダから作動流体を排出して接点部を開路させるのが望ましい。

この構成において、閉路用主制御弁の弁体は閉路用制御室側に突出する軸部を有し、排出ポート内で開路用主制御弁の弁体と接触可能に配置され、閉路用主制御弁の弁体の背面側に円筒部を設け、この円筒部の背面に閉路用シリンダポートに連通する背圧室を形成し、開路用主制御弁の弁体は開路用制御室側に円筒部を有し、この円筒部の背面に開路用シリンダポートに連通する背圧室を形成し、開路用主制御弁は開路用主制御弁の弁体を閉じる方向に力を発生するばねを有し、閉路用主制御弁は閉路用主制御弁の弁体を閉じる方向に力を発生するばねを有するのがよい。

本発明では、開路用制御弁を開路動作時に全開状態にし、動作完了後は全開時よりも小さい開口に保持する。さらに、閉路用制御弁を閉路動作時に全開状態とし、動作完了後は全開よりも小さい開口に保持する。これにより、開路用制御弁や閉路用制御弁を動作させるのに必要な流量を低減できる。その結果、遮断器の流体圧駆動装置を小型簡素化できるとともに信頼性を向上できる。

以下、本発明に関する遮断器の流体圧駆動装置のいくつかの実施例を、図面を用いて移説明する。

図1ないし図６は遮断器の流体圧駆動装置の一実施例の縦断面図である。図１は、遮断器の閉路状態を示す図であり、通電中の状態を示す。図２は、開路動作の初期の状態を、図３は、開路動作の後期の状態を、それぞれ示す。図４は、開路状態の図であり、遮断した状態である。図５は、閉路動作の初期の状態を、図６は閉路動作の後期の状態を、それぞれ示す。

遮断器の流体圧駆動装置３は、接点部７０を開閉する流体圧シリンダ部４と、流体圧シリンダ部４の圧力を切り換える開路用主制御弁３０と閉路用主制御弁２０と、これら主制御弁３０、２０を駆動する開路用パイロット弁５０および閉路用パイロット弁６０と、これらパイロット弁５０、６０を駆動する開路用ソレノイド５１および閉路用ソレノイド６１を有する。すなわち、２段の弁構成となっている。

流体圧シリンダ部４は、シリンダ７内を摺動するピストン５を有し、このシリンダ７は、シリンダ７内を小受圧面積側６とシリンダ制御室（大受圧面積側）７ａとに分割する。小受圧面積側６は、ロッド１１の断面積分だけ大受圧面積側７ａより受圧面積が少ない。ピストン５を先端部に取り付けたロッド１１の他端部は、可動接点２に接続されている。可動接点２は、ロッドの往復動により固定接点１との間で電力の遮断または投入動作をする。

小受圧面積側６には、ポンプ８から吐出されアキュムレータ９に蓄圧された作動流体の供給圧が、連通路１０２を介して常時作用する。シリンダ制御室を形成する大受圧面積側７ａは、開路用主制御弁３０と閉路用主制御弁２０に接続されており、これらの主制御弁３０、２０の開閉により、高圧の供給圧側とリザーバ１０に連通する低圧の戻り側とに、連通が切換えられる。リザーバ１０は、流体圧シリンダ部４から排出された流体を回収して貯蔵する。

開路用主制御弁３０は、開口が形成された弁座３５と、この弁座３５に当接する台形断面を有する弁体３１とを備える。弁座３５の開口近傍には、弁体３１よりも大径のシリンダポート３３が形成されており、シリンダポート３３はシリンダ制御室７ａに連通路１0４を介して連通する。シリンダポート３３と隣り合って、弁体３１よりも小径の排出ポート３８が形成されている。この排出ポート３８は、低圧のリザーバ１０に連通路１０５を介して常時連通している。図１の状態では、弁体３１が弁座３５の開口を塞いでおり、シリンダポート３３と排出ポート３８とは区画されている。

弁体３１の背面側には、排出ポートよりも小径で弁体外径とほぼ同じ径の円筒部３６ａが形成されており、この円筒部３６ａを弁体３１の摺動部３７が摺動する。摺動部３７には、摺動リングが介装されている。弁体３１の背面側には軸部３２が形成されており、この軸部３２と円筒部３６ａとで、制御室３６ｂが形成される。軸部３２の外周部には、ばね３４が取り付けられている。ばね３４の一端は、制御室３６ｂの壁面に当接している。

閉路用制御弁２０も開路用制御弁３０とほぼ同じ構成であり、開路用制御弁３０と対称的に配置されている。すなわち、閉路用制御弁２０は、台形断面を有する弁体２１と、開口が形成された弁座２５とを有する。弁座２５の開口に隣り合って、弁体２１より大径の供給ポート２３が形成されており、弁体２１と弁座の当接部（開口）である小径部よりも開路用主制御弁３０側には、シリンダポート２７が形成されている。

シリンダポート２７は、シリンダ制御室７ａに連通路１０３を介して常時連通している。供給ポート２３は、流体圧シリンダ部４の小受圧面積部６に連通路１００を介して常時連通している。図１の状態では、弁体２１は弁座２５に当接していないので、シリンダポート２７は供給ポート２３に連通している。弁体２１の背面側であって弁体２１の外周部には、ばね２４が取り付けられている。ばね２４の一端部は、主制御弁ブロック１９に当接している。

閉路用主制御弁２０の弁体２１の断面台形部よりも開路用主制御弁３０側は、開路用主制御弁３０の方向に延在しており、その延在部の中間にはシリンダポート２７の内周を摺動する円筒形の摺動部２８ａが形成されている。シリンダポート２７は、摺動部２８ａにより上下２つの部屋、すなわち、シリンダポート室２６ａと閉路用主弁制御室２６ｂとに分割される。

閉路用主制御弁２０の弁体２１は、開路用主制御弁３０の弁体３１に当接し、摺動部２８ａよりも小径の円筒部（軸部）２８ｂを有する。この軸部２８ｂは、開路用主制御弁３０の排出ポート３８にまで延在しており、弁体３１に当接したときは、弁座２５と弁体２１の間、または弁座３５と弁体３１の間のいずれかが微小に開口する。

閉路用主制御弁２０及び開路用主制御弁３０は、それぞれパイロット弁により駆動される。すなわち、閉路用主制御弁２０を駆動する閉路用パイロット弁６０と、開路用主制御弁３０を駆動する回路用パイロット弁５０とが、主制御弁ブロック１９に取り付けられている。閉路用パイロット弁６０には、閉路用ソレノイド６１が取り付けられている。同様に開路用パイロット弁５０には、開路用ソレノイド５１が取り付けられている。開路用パイロット弁５０は開路用ソレノイド５１を励磁すると開き、励磁を解くと内蔵するばねのばね力で閉じる。閉路用パイロット弁６０も同様である。

閉路用パイロット弁６０の２次側は、閉路用主制御弁２０のシリンダポート２０に連通路１０１を解して常時連通している。開路用パイロット弁５０の２次側は、開路用主制御弁３０の制御室３６ｂに連通路１０８を介して常時連通している。閉路用パイロット弁６０の１次側は、連通路１０６を介して閉路用主制御弁２０の制御室２６ｂおよび開路用主制御弁３０の制御室３６ｂに常時連通している。閉路用パイロット弁６０の１次側は、さらに閉路用主制御弁３０のシリンダポート３３に絞り４０を介して常時連通している。開路用パイロット弁５１の１次側は、低圧のリザーバ１０に連通路１０７を介して常時連通している。

なお、閉路用主制御弁２０と開路用主制御弁３０は、同一軸上に配置されている。そして、一方の弁が閉状態であれば、他方の弁が開状態になるように設定されている。各弁体２１、３１の背面側端部には軸部(円筒部)２２、３２が形成されており、この軸部２２、３２は主制御弁ブロック１９に形成され低圧のリザーバ１０に連通する穴内を摺動する。その摺動の際に、作動油が漏れるのを防止するために、軸部には摺動リングが介装されている。同様に閉路用主制御弁２０のシリンダポート２７を摺動する弁体２１の摺動部２８ａには、摺動リングが介装されており、シリンダポート室２６ａと制御室２６ｂとをシールする。

開路用主制御弁３０が開状態になりシリンダポート３３が排出ポート３８に連通すると、両ポート３３、３８ともに低圧状態になり、作動流体は接点部駆動シリンダ部４から排出され。これにより、ピストン５が開路動作する。接点部７０が開くと、弁体３１に作用するばね３４のばね力が、開路用主制御弁３０を閉じる。一方、閉路用主制御弁２０が開状態になり閉路用主制御弁２０の供給ポート２３とシリンダポート２７とが連通すると、両ポートとも高圧になりピストン５の両側が高圧の作動油に満たされるが、大受圧面積側７ａがロッドの断面積分だけ面積が大きいので、ピストン５が閉路動作する。接点部７０が閉じると、弁体２１に作用するばね２４のばね力が、閉路用主制御弁２０を閉じる。

以上のように構成した本実施例にかかる流体圧駆動装置３の動作を、具体的に説明する。遮断器の接点部７０が閉じた状態から、開く動作について初めに説明する。図１は、閉路状態を示している。この状態では、シリンダ制御室７ａと開路用主制御弁３０の制御室３６ｂと閉路用主制御弁２０の制御室２６ｂと閉路用パイロット弁の１次側と開路用パイロット弁の１次側が、高圧になっている。

閉路用主制御弁２０の円筒部２２の径ｄ１と開路用主弁側の円筒部２８ｂの径ｄ４は同一であるから、閉路用主制御弁２０の弁体２１の両面にかかる作動油からの力はバランスしている。このバランスした力に加えて、ばね２４の力が弁体２１に作用し、弁体２１を弁座２５側に移動させる。すなわち、閉路用主制御弁２０が閉じる。一方、開路用主制御弁３０の弁体３１の一方の面（上側の面）には、摺動部３７の径ｄ_６と円筒部３２の径ｄ_７の違いにより面積差π（ｄ_６ ^２−ｄ_７ ^２）／４が生じているので、作動油が弁体３１を下側に移動させようとする力が作用する。この力に抗して、ばね３４は弁体３１を上方に押し上げようとする。作動油の圧力がばね２４力に打ち勝つように設定しているので、閉路側主制御弁２０では、弁座２５と弁体２１の間に微小な開口が保たれる。

閉路状態を保持する図１の状態において開路指令が発せられた状態を、図２に示す。開路指令が発せられると、開路用ソレノイド５１が励磁され、開路用パイロット弁５０を押し開く。開路用主制御弁３０の制御室３６ｂと閉路用制御弁の制御室２６ｂは、低圧の戻り側に連通する。その結果、閉路用主制御弁２０のシリンダポート２７の２つの部屋シリンダポート室２６ａと制御室２６ｂとの圧力バランスが崩れ、閉路用主制御弁２０の弁体２１は図の下方に移動し、弁座２５を弁体２１で閉じる。

閉路用主制御弁２０の弁体２１が移動すると、この弁体２１の軸部２８ｂに当接している開路用主制御弁３０の弁体３１も下方に移動する。さらに、弁体３１を下方に移動させる力も発生する。すなわち、シリンダ部４の大受圧面積側７ａが高圧になっているので、大受圧面積側７ａに連通するシリンダポート３３の圧力が高圧となる。シリンダポート３３の作動流体の圧力だけが高圧なので、弁体３１にはπ（ｄ_６ ^２−ｄ_５ ^２）／４の面積に作用する圧力を積分した力が下方に加わる。ここで、ｄ６は弁体３１の外径ｄ６であり、ｄ５は排出ポート３８の外径である。これにより、ピストン５がさらに高速に動作する。

開路用主制御弁３０が開くと、低圧の排出ポート３８にシリンダポート３３が連通し、このシリンダポート３３に連通するシリンダ部４の大受圧面積側７ａの圧力が低下する。その結果、ピストン５を押す小受圧面積側６の力が大受圧面積側の力よりも大になり、ピストン５が右方に移動する。ピストン５にロッド１１を介して接続された可動接点も右方に移動し、開路動作が開始される。このとき、制御室２６から排出される流体の体積Ｖは、Ｖ＝Ｌ×π（ｄ_６ ^２−ｄ_７ ^２）／４、Ｌはストローク、になる。したがって、パイロット弁５０が処理する流量は、少なくて済む。

開路用主制御弁３０の弁体３１が開いた状態を、図３に示す。この図３は、開路動作後期の状態を示している。シリンダ部４のピストン５が右方に移動し終わると、シリンダ７から排出される作動油の流れが止まる。それとともに排出ポート３８とシリンダポート３３が連通し、共にリザーバ１１に連通して低圧に保たれる。その結果、開路用主制御弁３０には流体圧(上方と下方の差圧)により弁体３１を開く力が相殺される。流体圧がバランスしたので、弁体３１はばね３４のばね力により閉じる方向（左方）に動く。

ただし、閉路用主制御弁２０の弁体２１には、弁座２５の開口部径ｄ_２と背面側円筒部径ｄ_１の径差部分にかかる圧力差（アキュムレータ９の圧力とリザーバ１０の圧力との差）による圧力による力と、ばね２４のばね力により下向きの力が作用している。この下向きの力よりもばね３４の上向きの力を小さくして、円筒部２８ｂが主制御弁ブロック１９を摺動する開路用主制御弁３０が微小開口を保つように設定する。その際、開路用ソレノイド５１の励磁が解かれるので、開路用パイロット弁５０は内蔵するばねのばね力により閉じる。この状態が図４に示す開路保持状態であり、閉路用主制御弁２０の供給ポート２３だけが高圧となり、シリンダポート２７より下方の部分は低圧となる。

図４に示した開路保持状態において、閉路指令が発せられたときの様子を図５に示す。閉路指令が発せられると、閉路用ソレノイド６１が励磁され、閉路用パイロット弁６０が押し開かれる。閉路用パイロット弁６０の１次側と２次側とが連通し、ともに２次側に連通する供給ポートの圧力、即ち高圧になる。閉路用パイロット弁６０の１次側は常時閉路用主制御弁２０の制御室２６ｂと開路用主制御弁３０の制御室３６ｂに連通しているから、制御室２６ｂ、３６ｂはともに高圧になる。

閉路用制御弁２０の弁体２１の背面側には、円筒部(径ｄ_１の位置)を除いて高圧の供給圧が作用し、弁体２１の前面側には弁座２５の開口部（径ｄ_２の位置）までシリンダポート２７の低圧が作用し、それよりも大径部には供給ポート２３の高圧が作用する。したがって、弁体２１の径d_１から径ｄ_２までの部分に作用する流体圧およびばね２４のばね力により、弁体２１には下向きの力が作用する。そこで、これらの力に打ち勝つ力をシリンダポート２７部分で発生するように、シリンダポート２７の径ｄ_３と軸部２８ｂの径ｄ_４を設定する。弁体２１の軸部２８ｂの中間に形成した摺動部２８ａの上側の面には低圧が作用し、下側の面には軸部２８ｂの径ｄ_４よりも大径部分に高圧の供給圧が作用する。

閉路用主制御弁２０の各部の径をこのように設定したので、閉路用主制御弁２０の弁体２１は上方に移動して弁座２５を開く。一方、開路用主制御弁３０の弁体３１の背面側に形成した制御室３６ｂの圧力がリザーバ１０の圧力である低圧から供給ポート２３の高圧に変化したので、弁体３１では少しの開口でのバランス状態が崩れ、上方への力が大きくなる。そこで、弁体３１は上方に移動し、弁座３５を閉じる。

開路用主制御弁３０が閉じ、閉路用主制御弁２０が開いたので、シリンダポート２７のシリンダポート室２６ａの圧力がシリンダ７の大受圧面積側７ａに作用して、ピストン５、ロッド１１および可動接点２を固定接点１側に移動させる。なお、閉路用主制御弁２０を動かすためには、パイロット弁６０から制御室２６ｂに流体を供給しなければならないが、制御室２６ｂの面積はπ（ｄ_３ ^２−ｄ_４ ^２）／４であるから、パイロット弁に必要な流量は少なくて済む。

弁座２５が開いたので、閉路用主制御弁２０のシリンダポート２７に形成したシリンダ制御室７ａのも圧力が上昇する。しかしながら、ピストン５が動いている間は供給圧までは上昇しない。その理由は、以下の通りである。ピストン５が動くためには、小受圧面積側６に作用する供給圧および可動接点２の質量、ピストン５の周囲に設けたピストンリングの摩擦力等の負荷に打ち勝つ力を大受圧面積側７ａに生じさせなければならない。この力は概ね小受圧面積側６と大受圧面積側７ａの受圧面積の比で決まる。大受圧面積側７ａの受圧面積がロッド１１の断面積分だけ広いから、大受圧面積側７ａの圧力は供給圧より低くなる。

供給圧をＰｓ、大受圧面積側７ａの圧力をＰｃとすると、弁体２１には供給ポート２３部では閉じる方向に、Ｐｓ×π（ｄ_２ ^２−ｄ_１ ^２）／４の力が作用し、閉路用主制御弁２０の制御室２６ｂでは開く方向にＰｓ×π（ｄ_３ ^２−ｄ_４ ^２）／４の力が働く。弁体２１の背面の円筒部径ｄ１と弁体２１の前面の軸部径ｄ４を同じとすれば、２つの力の和Ｐｓ×π（ｄ_３ ^２−ｄ_２ ^２）／４が、弁体２１を開く方向に作用する。

一方、シリンダポート２７のシリンダポート室２６ａでは、閉じる方向にＰｃ×π（ｄ_３ ^２−ｄ_２ ^２）／４の力が働く。供給圧Ｐｓがシリンダポート室２６ａの圧力Ｐｃよりも大きいので、弁体２１全体では弁体２１を開く方向に力が作用する。この合力よりもばね２４が弁体２１を閉じる力を小さくすると、弁体２１をさらに開くことができる。そこで、ばね２４のばね力を合力よりも小さくして、ピストン５をさらに高速に動作させる。

ピストン５が閉路動作している間は、弁体２１は弁座２５から離れた開いた状態に保持され、閉路動作を継続する。閉路動作が終了すると、ピストン５が停止する。弁体２１が弁座２５から離れているので、シリンダポート２７は供給ポート２３に連通して、高圧になる。シリンダポート２７と供給ポート２３との連通後は、弁体２１に作用する流体圧がバランスし、弁体２１はばね２４の力だけで閉じる方向に動く。

一方、開路用主制御弁３０の弁体３１では、弁体３１の背面側に設けられた制御室３６ｂに供給圧力による力とばね３４のばね力による上向きの力が作用している。この上向きの力よりもばね２４の下向きの力を僅かに小さくする。その結果、開路用主制御弁３０弁体は、弁座３５に当接するまで上方に移動する。

この移動の途中で下方に移動する閉路用主制御弁３０の弁体３１の軸部２８ｂ端面に当接しても、ばね２４力は弁体３１に作用する上向きの力よりも小さいので、弁体２１ともども上方に移動する。弁体３１が弁座に当接した状態では、閉路用主制御弁２０は微少開口を有する開状態になる(図４参照)。弁体２１、３１はばね２４、３４の力だけで元の位置に復帰するので、弁体２１、３１同士の衝突時の衝撃は小さい。閉路用ソレノイド６１は励磁が解かれ、閉路用パイロット弁６０は内蔵するばねのばね力により閉じる。

本実施例によれば、閉路状態では閉路用主制御弁が微小な開口を有する開状態であるから、この閉路状態から開路動作させると、閉路用主制御弁がすばやく閉じる。また、開路状態で開路用主制御弁が微小な開口を有しているから、開路状態から閉路動作させると、開路用主制御弁がすばやく閉じる。

以上により、開路用主制御弁または閉路用主制御弁を動作させたときに、供給側から低圧の戻り側に直接流れる流体を低減できる。これにより、遮断器の駆動装置の信頼性を向上させることができる。また、開路用主制御弁または閉路用主制御弁を駆動するパイロット弁に必要な作動油の流量は、これらの主制御弁の制御室の流体を排出するときまたは供給するときに要する量だけであるから、パイロット弁の面積が小さくなる。これにより、パイロット弁を小型化できるとともに、駆動装置を大容量化できる。

本発明の他の実施例を、図７を用いて説明する。本実施例は、図１で示した実施例と閉路用主制御弁２０および開路用主制御弁２０の弁体２１、３１の背面側をリザーバ１０に開放しないようにしたことにある。これにともない、主制御弁ブロック１９に形成した流路構造も図１に示した実施例とは異なっている。具体的には、閉路用主制御弁２０側については、弁体２１の背面に形成される背圧室２９と、弁体２１の軸部２８ｂであって摺動部２８ａよりも弁座２５側の側面を連通する流路１０６を弁体２１内部に形成する。

一方、開路用主制御弁３０側については、弁体３１の背面側に形成される背圧室３９と弁体３１が弁座３５と当接する面を連通する流路１０９を弁体３１内部に形成する。シリンダポート３３ｄと排出ポート３８ｄとは、その位置が図１に示した実施例とは反対位置になり、弁座３５よりも前面側が排出ポート３３ｄであり、弁座３５よりも背面側がシリンダポート３８ｄとなっている。閉路用パイロット弁６０の１次側及び開路用パイロット弁５０の２次側に連通する絞り４０を有する流路１１０は、シリンダポートに開口する代わりに背圧室３９に開口している。その他の構成は、図１に示した実施例のものと同じである。

このように構成した本実施例の動作を、以下に説明する。図７に示した閉路状態では、シリンダ７の大受圧面積側７ａおよび開路用主制御弁３０の制御室３６ｂ、閉路用主制御弁２０の制御室２６ｂ、閉路用パイロット弁６０の１次側、開路用パイロット弁５０の１次側が高圧になっている。このとき、閉路用主制御弁２０の弁体２１に作動流体から加わる力はバランスしている。したがって、弁体２１にはばね２４による閉じる方向の力が働く。なお、弁体２１の円筒部２２の径ｄ_１と軸部２８ｂの径ｄ_４は異なっていてもよい。

開路用主制御弁３０の弁体３１には、摺動部３７の径ｄ_６と円筒部３２の径ｄ_７の径差部分にかかる流体圧とばね３４とにより、弁座を閉じる方向の力が作用する。この力は、閉路用主制御弁２０の弁体２１にかかるばね２４の力に打ち勝ち、閉路用主制御弁２０の弁座２５を微小開口状態にして保持する。

この状態において開路指令が発せられると、開路用ソレノイド５１が励磁されて開路用パイロット弁５０が押し開かれる。開路用主制御弁３０の制御室３６ｂおよび閉路用制御弁２０の制御室２６ｂは、開路用パイロット弁５０を介して低圧の戻り側に連通する。開路用主制御弁３０の弁体３１は、シリンダ部４の大受圧面積側７ａから作用する高圧によって開き始める。シリンダポート３３ｄが低圧の排出ポート３８ｄに連通したので、大受圧面積側７ａから作動流体がシリンダポート３３ｄに流れ込み、大受圧面積側７ａ内の作動流体量が減少する。これにより、ピストン５が可動接点２と一体で右方に移動し、接点部７０が開路動作し始める。それとともに閉路用主制御弁２０の弁体２１は、摺動部２８ａの上下の圧力バランスが崩れて、下方に移動し弁座２５を閉じる。

閉路用主制御弁２０が閉じたあとも、シリンダ７の小受圧面積側６にかかる高圧により大受圧面積側７ａの作動流体が押し出されて、開路用主制御弁３０の弁体３１は移動を続ける。つまり、開路用主制御弁３０の弁体３１の外径ｄ６と弁体３１の背面側の円筒部径ｄ７の差部分に、作動流体の流体力が作用して、さらに弁座３５は開く。これにより、ピストン５がさらに高速に動作する。その後も、開路用主制御弁３０の弁座３５部は、開いた状態を保つ。

シリンダ部４のピストン５の動作が完了した後には、大受圧面積側７ａから作動流体が排出されなくなるので、開路用主制御弁３０のシリンダポート３３と背圧室３９の圧力は低下する。その結果、弁体３１に作用する流体圧では弁体３１が開かなくなり、ばね３４のばね力により弁体３１は開路用主制御弁３０を閉じる方向に動く。ただし、開路側主制御弁３０のばね３２力よりも、閉路用主制御弁２０の開口径ｄ２と弁体２１の背面側の円筒部２２の径ｄ１の差部分に加わる流体力（供給圧力による力）と、ばね２４による下向きの力の和の方が大きい。

そのため、閉路用主制御弁２０は閉じた状態を保ち、この閉路用主制御弁２０の弁体２１の前面側に設けた円筒部２８ｂの端面に開路用主制御弁３０の弁体３１が当接し、弁座３５部では微小開口が保たれる。このとき、開路用ソレノイド５１の励磁が解かれ、開路用パイロット弁５０は内蔵するばね力により閉じられる。

開路状態において閉路指令が発せられると、閉路用ソレノイド６１が励磁され、閉路用パイロット弁６０が押し開かれる。閉路用パイロット弁６０の１次側と２次側が連通して高圧の供給圧になり、閉路用主制御弁２０の制御室２６ｂと開路用主制御弁３０の制御室３６ｂも高圧になる。閉路用主制御弁２０の弁体２１では、シリンダポート２７において摺動部２８ａの上下方向の圧力バランスが崩れは、弁体２１は上方に移動して弁座２５部を開き始める。それとともに、開路用主制御弁３０では制御室３６ｂの圧力が高くなり弁体３１に作用する流体力のバランスが崩れて、弁体３１を上方に移動させ弁座３５を閉じる。

閉路用主制御弁２０が開き始めたので、シリンダポート２３とシリンダポート室２６ａとが連通し、シリンダ７の小受圧面積側６から大受圧面積側７ｂに作動流体が供給されて、ピストン５を左方に移動させる。ピストンが左方に移動すると、ピストン５に接続されたロッド１１に取り付けられた可動接点２も左方に移動し、接点部７０は閉路動作し始める。弁座２５が開いたので、閉路用主制御弁２０のシリンダポート２７と大受圧面積側７ｂの圧力も上昇する。しかし、ピストン５が動いている間はこれらの空間２７、７ｂの圧力は、供給圧までは上昇しない。

供給圧をＰｓ、大受圧面積側７ｂの圧力をＰｃとすると、閉路用主制御弁２０の弁体２１には弁体を開く方向を正として、
Ｐｓ×π（ｄ_３ ^２−ｄ_４ ^２）／４＋Ｐｃ×πｄ_４ ^２／４−Ｐｃ×πｄ_１ ^２／４−Ｐｓ×π（ｄ_２ ^２−ｄ_１ ^２）／４−Ｐｃ×πｄ_４ ^２／４
の力が作用する。つまり、閉路用主制御弁２０を開く方向に
（Ｐｓ−Ｐｃ）×π｛（ｄ_３ ^２−ｄ_４ ^２）−（ｄ_２ ^２−ｄ_１ ^２）｝／４
の力が作用する。

したがって、閉路用主制御弁２０のシリンダポート２７の径ｄ３と弁体２１の軸部２８ｂの径ｄ４とで形成される径差部の面積が、弁座２５の開口径ｄ２と弁体２１の背面側に設けた円筒部２２の径ｄ１とで形成される径差部の面積よりも大きくする。これにより、弁体２１に作用する作動流体の流体圧が、弁体２１を開く方向に作用する。この流体力よりもばね２４の力を小さくして、弁体２１がさらに開くよう動作させる。弁体２１の移動量を大きくしたので、ピストン５はさらに高速に動作する。

ピストン５が閉路動作しているときは、弁体２１は開いた状態に保たれて、閉路動作を継続する。閉路動作が終了してピストン５が停止したら、シリンダポート２７は高圧になる。作動流体の流体力がバランスし、ばね２４の力によって弁体２１は閉じる方向に動く。このとき、開路用主制御弁３０では、制御室３６ｂが供給圧なっており、弁体３１には制御室３６ｂの作動流体による流体力とばね３４によるばね力とが、上向きに作用する。これにより、開路用主制御弁３０は閉じられる。

閉路用主制御弁２０の弁体２１には、ばね２４の力が下向きに働くが、開路用主制御弁３０の弁体３１に作用する上向きの力よりも小さく設定しているので、軸部２８ｂの端面で当接している閉路用主制御弁２０の弁座２５部は微小開口を保つ。本実施例によれば、閉路用主制御弁２０および開路用主制御弁３０に低圧のリザーバ１０側に開放する部分を設けておらず、構造が簡素化する。

上記いずれの実施例においても、開路用主制御弁と閉路用主制御弁を対向させ、各制御弁の弁座の開口部間の軸方向長さよりも、この弁座に当接する弁体同士の弁座に当接する部分間の軸方向長さを長くしているので、双方の主制御弁が同時に閉じることがない。これにより、各主制御弁の動作を速めることができる。さらに、開路用主制御弁と閉路用主制御弁を別体にしたので、一方の弁体が動作しているときに、他方の弁体が動作しない時間を確保でき、主制御弁内部での圧力抜けを防止できる。

本発明に係る遮断器の一実施例の縦断面図。図１に示した遮断器の開路動作を説明する面図。図１に示した遮断器の開路動作を説明する図。図１に示した遮断器の開路状態を説明する図。図１に示した遮断器の閉路動作を説明する図。図１に示した遮断器の閉路動作を説明する図。本発明に係る遮断器の他の実施例の縦断面図であり、図１に対応する図。

符号の説明

４…流体圧シリンダ、５…ピストン、２０…閉路用主制御弁、２１…弁体、２６ｂ…閉路用制御室、３０…開路用主制御弁、３１…弁体、３６ｂ…開路用制御室、５０…開路用パイロット弁、５１…開路用ソレノイド、６０…閉路用パイロット弁、６１…閉路用ソレノイド、７０…接点部。

Claims

接点部を開閉する液体圧シリンダと、この液体圧シリンダを作動流体の流体力により開路動作させる開路用制御弁と閉路動作させる閉路用制御弁とを備えた遮断器の流体圧駆動装置において、前記開路用制御弁は開路用主制御弁とこの開路用主制御弁を駆動する開路用パイロット弁とを有し、前記閉路用制御弁は閉路用主制御弁とこの閉路用主制御弁を駆動する閉路用パイロット弁とを有し、前記各主制御弁は弁座とこの弁座に当接可能な弁体とを有し、各弁体を対向配置し、各弁体と各弁座が当接する弁座部間距離よりも、弁体の弁座への当接部間の長さを長くすると共に、前記開路用主制御弁に開路用制御室を形成し、この開路用制御室を低圧にして開路用制御弁の弁体を開動作させ、前記閉路用主制御弁に閉路用制御室を形成し、この閉路用制御室を高圧にして閉路用主制御弁の弁体を開動作させることを特徴とする遮断器の流体圧駆動装置。
接点部を開閉する液体圧シリンダと、この液体圧シリンダを作動流体の流体力により開路動作させる開路用制御弁と閉路動作させる閉路用制御弁とを備えた遮断器の流体圧駆動装置において、前記開路用制御弁は開路用主制御弁とこの開路用主制御弁を駆動する開路用パイロット弁とを有し、前記閉路用制御弁は閉路用主制御弁とこの閉路用主制御弁を駆動する閉路用パイロット弁とを有し、前記各主制御弁は弁座とこの弁座に当接可能な弁体とを有し、各弁体を対向配置し、各弁体と各弁座が当接する弁座部間距離よりも、弁体の弁座への当接部間の長さを長くし、開路保持状体では前記開路用主制御弁の弁体と前記閉路用主制御弁の弁体が接触すると共に開路用主制御弁が微小に開口し、開路動作中は開路用主制御弁が開路保持状体よりさらに開口し、閉路保持状体では閉路用主制御弁を微小に開口し、閉路動作中は閉路用主制御弁が閉路状体保持よりもさらに開口するように各弁体を配置したことを特徴とする遮断器の流体圧駆動装置。
接点部を開閉する液体圧シリンダと、この液体圧シリンダを作動流体の流体力により開路動作させる開路用制御弁と閉路動作させる閉路用制御弁とを備えた遮断器の流体圧駆動装置において、前記開路用制御弁は開路用主制御弁とこの開路用主制御弁を駆動する開路用パイロット弁とを有し、前記閉路用制御弁は閉路用主制御弁とこの閉路用主制御弁を駆動する閉路用パイロット弁とを有し、前記各主制御弁は弁座とこの弁座に当接可能な弁体とを有し、各弁体を対向配置し、各弁体と各弁座が当接する弁座部間距離よりも、弁体の弁座への当接部間の長さを長くし、前記閉路用主制御弁は閉路用制御室と作動流体の高圧部に連通する供給ポートと前記流体圧シリンダに接続する閉路用シリンダポートとを備え、前記閉路用制御室を高圧にして閉路用主制御弁を開き、前記供給ポートと前記閉路用シリンダポートを連通し、流体圧シリンダに作動流体を供給して接点部を閉路し、前記開路用主制御弁は開路用制御室と作動流体の低圧部に連通する排出ポートと前記流体圧シリンダに連通する開路用シリンダポートとを備え、前記開路用制御室を低圧にして開路用主制御弁を開き、前記開路用シリンダポートと前記排出ポートを連通し、流体圧シリンダから作動流体を排出して接点部を開路することを特徴とする遮断器の流体圧駆動装置。
前記閉路用主制御弁の弁体は閉路用制御室側に突出した軸部を有し、前記排出ポート内で前記開路用主制御弁の弁体と接触可能なように配置されており、前記閉路用主制御弁の弁体の背面側に作動流体の低圧部に開放された円筒部を有し、前記開路用主制御弁の弁体は開路用制御室側に作動流体の低圧部に開放された円筒部を有し、前記開路用主制御弁に開路用主制御弁の弁体を閉じる方向に力を発生するばねを設け、前記閉路用主制御弁に閉路用主制御弁の弁体を閉じる方向に力を発生するばねを設けたことを特徴とする請求項３に記載の遮断器の流体圧駆動装置。
接点部を開閉する液体圧シリンダと、この液体圧シリンダを作動流体の流体力により開路動作させる開路用制御弁と閉路動作させる閉路用制御弁とを備えた遮断器の流体圧駆動装置において、前記開路用制御弁は開路用主制御弁とこの開路用主制御弁を駆動する開路用パイロット弁とを有し、前記閉路用制御弁は閉路用主制御弁とこの閉路用主制御弁を駆動する閉路用パイロット弁とを有し、前記各主制御弁は弁座とこの弁座に当接可能な弁体とを有し、各弁体を対向配置し、各弁体と各弁座が当接する弁座部間距離よりも、弁体の弁座への当接部間の長さを長くし、前記閉路用主制御弁は閉路用制御室と作動流体の高圧部に連通する供給ポートと前記流体圧シリンダに接続する閉路用シリンダポートとを備え、閉路用制御室を高圧にして閉路用主制御弁を開動作させ、供給ポートと閉路用シリンダポートを連通し、前記流体圧シリンダに作動流体を供給して接点部を閉路し、前記開路用主制御弁は開路用制御室と作動流体の低圧部に連通する排出ポートと流体圧シリンダに連通する開路用シリンダポートとを備え、前記開路用制御室を低圧にして開路用主制御弁を開動作させ、前記開路用シリンダポートと前記排出ポートを連通し、前記流体圧シリンダから作動流体を排出して接点部を開路させることを特徴とする遮断器の流体圧駆動装置。
接点部を開閉する液体圧シリンダと、この液体圧シリンダを作動流体の流体力により開路動作させる開路用制御弁と閉路動作させる閉路用制御弁とを備えた遮断器の流体圧駆動装置において、前記開路用制御弁は開路用主制御弁とこの開路用主制御弁を駆動する開路用パイロット弁とを有し、前記閉路用制御弁は閉路用主制御弁とこの閉路用主制御弁を駆動する閉路用パイロット弁とを有し、前記各主制御弁は弁座とこの弁座に当接可能な弁体とを有し、各弁体を対向配置し、各弁体と各弁座が当接する弁座部間距離よりも、弁体の弁座への当接部間の長さを長くし、前記閉路用主制御弁の弁体は前記閉路用制御室側に突出する軸部を有し、前記排出ポート内で前記閉路用主制御弁の弁体と接触可能に配置され、前記閉路用主制御弁の弁体の背面側に円筒部を設け、この円筒部の背面に閉路用シリンダポートに連通する背圧室を形成し、前記開路用主制御弁は開路用主制御弁の弁体を閉じる方向に力を発生するばねを有し、前記閉路用主制御弁は閉路用主制御弁の弁体を閉じる方向に力を発生するばねを有することを特徴とする遮断器の流体圧駆動装置。
前記開路用主制御弁の開路用シリンダポートと開路用制御室を絞りを介して接続したことを特徴とする請求項４または５に記載の遮断器の流体圧駆動装置。