JP4660382B2 - 開閉装置の操作機構 - Google Patents

Description

本発明は遮断器や開閉器等の開閉装置の操作機構に関し、特にモータで蓄勢される投入ばねによって遮断器を投入する開閉装置の操作機構に関する。

一般に、開閉装置の操作機構の投入装置においては、モータの回転によって送り爪を転動して爪車を回動させ、この爪車で投入軸を回動させてクランクレバーを介して投入ばねの蓄勢をなし、蓄勢した投入ばねの放勢によって開閉装置の投入操作を行うように構成されている。

このような開閉装置の操作機構の従来例としては、図６に示す特許文献１に記載のものがある。図６において投入ばね１はクランクレバー２２にばね保持ロッド２４を介して回転自由に取付けられている。クランクレバー２２は、フレーム４に回転自由に支持されている投入軸３の一端に固定されている。投入ばね１の他端はフレーム４の一部に支持されている。モータ７のシャフトには偏心した位置にピン８を持つクランク９が固定されている。このクランク９はリンク１０を介してレバー１１にピン１２により連結されている。このレバー１１は投入軸３に挿入されている外周が円筒形のブッシュ１４に回転自在に嵌め込まれており、またこのレバー１１の側面には第１爪１５がピン１６によって取り付けられている。また、ブッシュ１４にはレバー１７が回転自在に嵌め込まれており、このレバー１７の側面に第２爪１８ａと第３爪１８ｂがそれぞれピン１９ａ、１９ｂによって取り付けられている。

投入軸３には爪車２０が固定されており、この爪車２０の外周には前記第１爪１５、第２爪１８ａ、第３爪１８ｂと歯合する歯２０ａが形成されている。なお、投入ばね１の完全蓄勢状態においてモータ７が回転しても、第１爪１５が爪車２０を動かさないように爪車２０の外周の一部に歯の無い欠歯部２０ｂが形成されている。

投入軸３には投入カム２１が固定されており、図示しない遮断部と遮断ばね部に投入ばね1の操作力を伝達する。クランクレバー２２にはピン２３が植設されており、ばね保持ロッド２４を回転自由に支持している。モータ７を入り切りするためにリミットスイッチ２５が配置されており、ピン２３に近接して投入ばね１を完全蓄勢位置に保持するためのフック２６が配置されている。

なお、前記第１爪１５、第２爪１８ａおよび第３爪１８ｂにはそれぞれ復帰ばね２８、２９ａ、２９ｂが装着されており、常に爪先端が爪車２０に当接している。また、レバー１１とレバー１７にはそれぞれ復帰ばね３０と３１が装着されている。レバー１７の回転経路にはこのレバー１７の回転を防止するストッパ３２が設けられている。

次に上記従来の開閉装置の操作機構の動作について説明する。図６は投入ばね１が完全蓄勢状態になっている状態を示しており、この状態でピン２３に係合しているフック２６をピン２３から外すと、投入ばね１の力によりクランクレバー２２、爪車２０、カム２１が一体となって投入軸３を中心として図中矢印Ａ方向に回転する。するとカム２１の操作力は図示しない遮断部と遮断ばね部に伝達され、遮断部を投入すると同時に遮断ばねを蓄勢する。

クランクレバー２２が図７に示すような位置（死点）に達すると、開閉器の投入は完了し投入ばね１に対する負荷が開放される。しかしクランクレバー２２は投入ばね１やクランクレバー２２、爪車２０、カム２１等の慣性力によって更に回転し、投入ばね１を蓄勢しながら減速されてほぼ図８に示す位置まで動き、速度が零になった時点で今度は投入ばね１の蓄勢力で図６の矢印Ａ方向とは逆方向に回転する。この逆転は第１爪１５を介してモータ７で受け止められるか、第２爪１８ａまたは第３爪１８ｂを介してストッパ３２で受け止められて停止する。

一方、クランクレバー２２が回転しリミットスイッチ２５から離れると、このスイッチの復帰によりモータ７が回転し始め、クランク９を回転させる。この回転運動はリンク１０へと伝えられ往復運動となりレバー１１に伝えられる。レバー１１は投入軸３を回転中心とする往復回転運動を始め、レバー１１に取り付けられている第１爪１５が爪車２０を矢印Ａの方向に押し進める。押し進められた爪車２０は第２爪１８ａまたは第３爪１８ｂによって逆転が阻止される。この動作が繰り返されることにより投入ばね１は蓄勢される。

上記で説明した従来の開閉装置の操作機構の他に別の従来例として図９に示す特許文献２に記載のものもある。図６と同一部分には同一符号を付した図９に示す開閉装置の操作機構は、モータ７の回転軸７ａに回転自由にかつ回転軸７ａと回転中心が偏心した回転板１５ｂが装着され、その周囲に送り爪１５ａが回転自由に配置される。送り爪１５ａには投入軸３に固着された爪車２０に対して常に当接する向きにばね力が生じる復帰ばね３０の自由端が装着される。復帰ばね３０の固定端はフレーム４等の支持部材に固定される。前記投入軸３には投入カム２１とクランクレバー２２が固定されている。クランクレバー２２にはばね保持ロッド２４の一端が回転自由に取り付けられており、ばね保持ロッド２４の多端はフレーム４等の支持部材に回転自由に支持される。ばね保持ロッド２４には投入ばね１が装着されており、ばね保持ロッド２４を常に伸ばす方向に操作力を伝えている。クランクレバー２２にはフック２６が係合しており、投入ばね１の力を保持している。前記投入軸３の端部にはカムクラッチ３３が配置されており、図９に示す矢印Ｂの方向には回転を許すが、逆方向の回転は停止させる機能を持っている。カムクラッチ３３の外周はフレーム４等の支持部材に支持されている。

次に上記第２の従来例の動作について説明する。図９は投入ばね１が完全蓄勢状態になっている場合を示しており、この状態でクランクレバー２２の一部に係合しているフック２６を外すと、投入ばね１の力によりクランクレバー２２、爪車２０、投入カム２１が一体となって図中矢印Ｂ方向に回転する。すると投入カム２１の操作力は図示しない遮断部と遮断ばね部に伝達され、遮断部を投入すると同時に遮断ばねを蓄勢する。

クランクレバー２２が図７に示すような位置に達すると、開閉器の投入は完了し投入ばね１に対する負荷が開放される。しかしクランクレバー２２は投入ばね１やクランクレバー２２、爪車２０、投入カム２１等の慣性力によって更に回転し、投入ばね１を蓄勢しながら減速されてほぼ図８に示す位置まで動き、速度が零になった時点で今度は投入ばね１の蓄勢力で図９の矢印Ｂ方向とは逆方向に回転する。この逆転はカムクラッチ３３で受け止められて停止する。この状態からモータ７の回転によって送り爪１５ａを転動して爪車２０を回動させ、この爪車２０で投入軸３を回動させてクランクレバー２２を介して投入ばね１の蓄勢を行う。この際、爪車２０の逆転防止のためカムクラッチ３３が常に作用している。
特開昭５８−５９２４号公報（１２４頁、第５図） 実開平３−８０９４０号公報（８９頁、第１図）

上述した特許文献１に記載の開閉装置の操作機構においては、投入動作完了後に爪車２０が投入ばね１の蓄勢力によりほぼ図８の位置で矢印Ａとは逆の方向に回転して、第１爪１５または第２爪１８ａ、第３爪１８ｂに衝突することにより停止する。しかし、図１０に示すように第１爪１５または第２爪１８ａ、第３爪１８ｂの先端と爪車２０の歯２０ａの先端部同士が衝突する場合が確率的に存在し、その場合曲率が小さい部分同士の接触となり面圧が非常に大きくなり爪または爪車の歯の先端が破損して故障してしまうという課題があった。

また、特許文献２に記載の開閉装置の操作機構においては、投入動作完了後に爪車２０が投入ばね１の蓄勢力によりほぼ図８の位置で矢印Ｂとは逆の方向に逆転して、爪１５ａと衝突する場合があるが同時にカムクラッチ３３の逆転防止作用により爪１５ａと歯２０ａの衝突力は緩和される。この場合カムクラッチ３３が逆転力の一部を負担するため爪１５ａまたは歯２０ａの先端が破損することは少なくなる。しかし、モータ７による投入ばね１の蓄勢の際、カムクラッチ３３に作用するトルクは図１１に示すような曲線を描く。図７に示す位置ではトルクは零であり、投入軸３の回転とともにトルクが増大していく。ここで、図８の位置でのトルクよりピークトルクは大きくなり、このピークトルクに適合するようにカムクラッチ３３を選定しなければならない。一般にカムクラッチ３３はトルク容量が増大するにつれ高価となり、寸法も大きくなる。また、カムクラッチ３３は内部にコマ状の摺動部材を持つため、構造上空転する方向には摩擦力が生じる。その摩擦のため投入ばね１の蓄勢力の一部が消費されてしまうという課題があった。前記摩擦力はカムクラッチのトルク容量が大きくなるほど増大する傾向にある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、爪と爪車の歯の破損防止を確実に行い、故障の少ない信頼性のある投入動作の行える開閉装置の操作機構を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の開閉装置の操作機構の発明は、開閉装置の投入軸に固定された爪車と、前記投入軸に揺動自在に支持されたレバーと、前記レバーに前記投入軸を中心とした揺動運動を与える駆動装置と、前記レバーに支持され前記レバーの揺動運動によって前記爪車に歯合して前記爪車および前記投入軸を回転させる爪と、前記爪車に歯合して前記爪車および前記投入軸の逆転を防止する逆転防止用の爪と、前記投入軸に固定され前記投入軸の回転により投入ばねを伸縮させるクランクレバーと、前記投入ばねを蓄勢状態に保持するキャッチ機構と、前記投入軸に固定され前記投入軸の回転により開閉装置を閉じるカムとから構成された開閉装置の操作機構において、
前記クランクレバーに固定されたピンと、前記ピンと係合し先端に二股形状の係合部を持つクラッチレバーと、前記クラッチレバーに固定されたカムクラッチと、前記カムクラッチに一端が回転自在に支持され他端が支持部材に固定されたクラッチ軸とを有することを特徴とする。
また、請求項２に記載の開閉装置の操作機構の発明は、開閉装置の投入軸に固定された爪車と、前記投入軸に揺動自在に支持されたレバーと、前記レバーに前記投入軸を中心とした揺動運動を与える駆動装置と、前記レバーに支持され前記レバーの揺動運動によって前記爪車に歯合して前記爪車および前記投入軸を回転させる爪と、前記爪車に歯合して前記爪車および前記投入軸の逆転を防止する逆転防止用の爪と、前記投入軸に固定され前記投入軸の回転により投入ばねを伸縮させるクランクレバーと、前記投入ばねを蓄勢状態に保持するキャッチ機構と、前記投入軸に固定され前記投入軸の回転により開閉装置を閉じるカムとから構成された開閉装置の操作機構において、
前記クランクレバーに固定されたピンと、前記ピンと係合し先端に二股形状の係合部を持つクラッチレバーと、支持部材に固定されたカムクラッチと、前記カムクラッチに一端が回転自在に支持され他端が前記クラッチレバーに固定されたクラッチ軸とを有することを特徴とする。

本発明の開閉装置の操作機構によれば爪と爪車の歯との破損を確実に防止することができ、故障の少ない投入動作の信頼性の高い開閉装置の操作機構を得ることができる。

以下、本発明に係る開閉装置の操作機構の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施の形態を示す図である。なお、以下の説明において従来の技術で説明した構成部分と同一または対応する部分には同一符号を示す。

本実施の形態は、モータ７に結合された減速機構７ｃから出力された回転軸７ａに蓄勢カム３４が固着されている。蓄勢カム３４はレバー１１に回転自由に固着されたカムローラ３５と係合する。レバー１１は、フレーム４に回転自在に支持された投入軸３に回転自在に設けられ、復帰ばね３０により常に矢印Ａとは逆方向に回転するようにばね力が加えられている。ただし、カムローラ３５が蓄勢カム３４に係合するためレバー１１の回転は制限される。回転軸７ａは投入軸３に回転自由に設けられたレバー１７に回転自在に支持される。レバー１１にはピン１６を介して第１爪１５が回転自在に配置され、爪車２０の歯２０ａと歯合する。第１爪１５は復帰ばね２８により常に歯２０ａに歯合する方向に力が加えられる。レバー１７にはピン１９ａ、１９ｂを介してそれぞれ第２爪１８ａと第３爪１８ｂが回転自在に配置され、歯２０ａと歯合する。第２爪１８ａと第３爪１８ｂにはそれぞれ復帰ばね２９ａ、２９ｂが配置され常に歯２０ａに歯合する方向に力が加えられる。レバー１７は復帰ばね３０のばね力によりカムローラ３５と蓄勢カム３４を介して、矢印Ａとは逆方向に回転しようとするが、フレーム４等の支持部材に固着されたストッパ３２により制止される。前記爪車２０は投入軸３に固着されており、同じく固着されている投入カム２１とともに投入軸３回りに矢印Ａ方向に回転する。投入軸３の一端部にはレバー３６が固着されており、レバー３６には半月状断面を持つキャッチ３７が係合する。キャッチ３７にはキャッチレバー３７ａが固着され、ソレノイド３８のプランジャー３８ａの先端と係合する。キャッチ３７はフレーム４等の支持部材に回転自在に配置され、ソレノイド３８はフレーム４等の支持部材に固着される。投入軸３の他端部にはクランクレバー２２が固着されており、クランクレバー２２に固着されたピン２３にはばね保持ロッド２４の一端が回転自在に配置され、他端はフレーム４等の支持部材に回転自在に配置される。ばね保持ロッド２４には投入ばね１が伸縮自在に配置される。

ピン２３には先端が二股状に分かれたクラッチレバー４０の股内側部分の側面が係合する。クラッチレバー４０はカムクラッチ３３を介してクラッチ軸４２に回転自在に配置され、クラッチ軸４２はほぼ投入軸３と同心位置に配置され、フレーム４等の支持部材に固着される。クラッチレバー４０の股内側側面部分には低反発特性を持つ緩衝部材４０ａが配置される。カムクラッチ３３は矢印Ａ方向にはクラッチレバー４０の回転を許すが、反対方向の回転は制止するように設置される。

このように構成された本実施の形態において、まず投入動作について説明する。外部の投入指令によりソレノイド３８が励磁され、プランジャー３８ａがキャッチレバー３７ａを押圧すると、キャッチ３７が左回転しキャッチ３７とレバー３６の係合が解け、投入軸３が投入ばね１のばね力により矢印Ａ方向に回転する。このとき、投入ばね１の操作力は投入カム２１を介して、図示しない遮断部と遮断ばね部に伝達され、遮断部を投入すると同時に遮断ばねを蓄勢する。クランクレバー２２が図７に示すような位置に達すると、開閉器の投入は完了し投入ばね１に対する負荷が開放される。しかしクランクレバー２２は投入ばね１やクランクレバー２２、爪車２０、投入カム２１等の慣性力によって更に回転し、投入ばね１を蓄勢しながら減速されてほぼ図８に示す位置まで動き、速度が零になった時点で今度は投入ばね１の蓄勢力で図１の矢印Ａ方向とは逆方向に回転しようとする。このとき、図２に示すようにクラッチレバー４０はピン２３と二股部分の緩衝部材４０ａ側と反対側で係合し同一方向に回転をしているが、クランクレバー２２は減速しクラッチレバーは慣性力で回転運動を続けるため、緩衝部材４０ａ側とピン２３が係合するようになる。この状態を図３に示す。そして、速度が零になった後、クランクレバー２２は、矢印Ａとは逆方向に逆転しようとするが、カムクラッチ３３で停止されるとともに、第２爪１８ａまたは第３爪１８ｂを介してストッパ３２で受け止められ停止する。

次にモータ７による投入ばね１の蓄勢動作について説明する。投入完了状態からモータ７の回転によって減速機構７ｃを介して蓄勢カム３４を転動し、カムローラ３５を介してレバー１１を揺動させ、第１爪１５にて爪車２０を回動させ、この爪車２０で投入軸３を回動させてクランクレバー２２を介して投入ばね１の蓄勢を行う。この際、蓄勢カム３４がカムローラ３５を揺動させ矢印Ａの方向に押し、蓄勢カム３４がほぼ一回転すると蓄勢カム３４のカム径が減少するため、カムローラ３５と投入軸３とそれに固着された部材は矢印Ａと反対方向に逆転する。この逆転は第１爪１５、第２爪１８ａまたは第３爪１８ｂが歯２０ａと係合することにより制止される。しかし、クラッチレバー４０は矢印Ａの方向にクランクレバー２２と共に回転するが、二股の幅とピン２３との隙間を蓄勢時の爪車２０の逆転距離より大きくとっているため、クランクレバー２２が逆転してもピン２３とクラッチレバー４０は係合することはない。すなわち、モータ７による投入ばね１の蓄勢時にはカムクラッチ３３によって投入軸３の逆転防止は行われない。

以上のように本実施の形態によれば、投入動作完了直後の投入軸３の逆転は、第１爪１５、第２爪１８ａまたは第３爪１８ｂで制止すると共にカムクラッチ３３でも制止・負担するため、各爪と歯２０ａの先端部に発生する衝突力を分散・緩和することができる。更に、カムクラッチ３３はモータ７による蓄勢時に逆転防止用に使用しないため、図１１に示すピークトルク値に適合するように大きなトルク容量のものを選定する必要が無く、小型のカムクラッチが使用できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る開閉装置の操作機構の第２の実施の形態について説明する。なお第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図４は図１に示す実施の形態の一部を改良したものであり、改良した部分のみを示している。カムクラッチ３３はフレーム４等の支持部材に固定され、クラッチ軸４２を回転自由に支持する。クラッチ軸４２にはクラッチレバー４０が固着される。そしてピン２３の周囲に緩衝部材４０ａを巻きつけられて固着する。
以上のように構成した場合でも前記第１の実施の形態と同様の作用効果が得られると共にカムクラッチ３３をフレーム４側に固定するようにしたので構成組立が簡単になる。

（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施の形態について図５を参照して説明する。
本実施形態は、図１におけるストッパ３２に代わり、ストッパ３２とレバー１７との当接面に有限なストロークを有する弾性体３２ａを介在させるようにしたものである。

本実施形態では、投入ばね１の蓄勢時、弾性体３２ａは蓄勢カム３４からの反力により密着状態となる。このため、弾性体３２ａが介在しても上記実施の形態１乃至２と同一の作用効果が得られる。
一方、投入動作時、及び投入動作完了時には蓄勢カム３４からの反力は無く、復帰ばね３０のバネ力のみが弾性体３２ａに作用する。

本実施形態においても、クランクレバー２２が矢印Ａとは反対方向に逆転しようとするがカムクラッチ３３で停止されるとともに、第１爪１５、第２爪１８ａまたは第３爪１８ｂを介してストッパ３２で受け止められ停止する。

このとき、本実施の形態では弾性体３２ａが介在しているため、ストッパ３２に受け止められる力が低減され、結果として上記、第１爪１５、第２爪１８ａまたは第３爪１８ｂに作用する力が低減し、爪の破損防止に有効である。
上記、爪に作用する力が低減した代わりに、カムクラッチ３３に作用する力が増大するが、爪に比べ安定した強度を確保できる。

本発明の第１の実施の形態による開閉装置の操作機構の構造を示す斜視図。 図１で示したクラッチレバー部の投入動作途中を示す正面図。 図１で示したクラッチレバー部の投入動作終了状態を示す正面図。 本発明の第２の実施の形態による開閉装置の操作機構の構造を示す斜視図。 本発明の第３の実施の形態による開閉装置の操作機構の構造を示す正面図。 従来の開閉装置の操作機構の構造を示す斜視図。 図６で示した投入ばねが釈放した場合のクランクレバーの位置を示す正面図。 図６で示した操作機構の投入動作停止時のクランクレバー位置を示した正面図。 従来の開閉装置の操作機構の第２の例を示す斜視図。 爪と爪車の先端部の衝突を示す正面図。 投入ばね蓄勢時に投入軸に作用するトルクの変化を示す特性曲線。

符号の説明

１…投入ばね、３…投入軸、４…フレーム、７…モータ、７ａ…回転軸、７ｂ…回転板、８…ピン、９…クランク、１０…リンク、１１…レバー、１２…ピン、１４…ブッシュ、１５…第１爪、１５ａ…送り爪、１６…ピン、１７…レバー、１８ａ…第２爪、１８ｂ…第３爪、１９ａ…ピン、１９ｂ…ピン、２０…爪車、２０ａ…歯、２０ｂ…欠歯部、２１…投入カム、２２…クランクレバー、２３…ピン、２４…ばね保持ロッド、２５…リミットスイッチ、２６…フック、２８，２９ａ，２９ｂ…復帰ばね、３０，３１…復帰ばね、３２…ストッパ、３２ａ…弾性体、３３…カムクラッチ、３４…蓄勢カム、３５…カムローラ、３６…レバー、３７…キャッチ、３７ａ…キャッチレバー、３８…ソレノイド、３８ａ…プランジャー、４０…クラッチレバー、４０ａ…緩衝部材、４２…クラッチ軸。

Claims (6)

1. 開閉装置の投入軸に固定された爪車と、前記投入軸に揺動自在に支持されたレバーと、前記レバーに前記投入軸を中心とした揺動運動を与える駆動装置と、前記レバーに支持され前記レバーの揺動運動によって前記爪車に歯合して前記爪車および前記投入軸を回転させる爪と、前記爪車に歯合して前記爪車および前記投入軸の逆転を防止する逆転防止用の爪と、前記投入軸に固定され前記投入軸の回転により投入ばねを伸縮させるクランクレバーと、前記投入ばねを蓄勢状態に保持するキャッチ機構と、前記投入軸に固定され前記投入軸の回転により開閉装置を閉じるカムとから構成された開閉装置の操作機構において、
   前記クランクレバーに固定されたピンと、前記ピンと係合し先端に二股形状の係合部を持つクラッチレバーと、前記クラッチレバーに固定されたカムクラッチと、前記カムクラッチに一端が回転自在に支持され他端が支持部材に固定されたクラッチ軸とを有することを特徴とする開閉装置の操作機構。
2. 開閉装置の投入軸に固定された爪車と、前記投入軸に揺動自在に支持されたレバーと、前記レバーに前記投入軸を中心とした揺動運動を与える駆動装置と、前記レバーに支持され前記レバーの揺動運動によって前記爪車に歯合して前記爪車および前記投入軸を回転させる爪と、前記爪車に歯合して前記爪車および前記投入軸の逆転を防止する逆転防止用の爪と、前記投入軸に固定され前記投入軸の回転により投入ばねを伸縮させるクランクレバーと、前記投入ばねを蓄勢状態に保持するキャッチ機構と、前記投入軸に固定され前記投入軸の回転により開閉装置を閉じるカムとから構成された開閉装置の操作機構において、
   前記クランクレバーに固定されたピンと、前記ピンと係合し先端に二股形状の係合部を持つクラッチレバーと、支持部材に固定されたカムクラッチと、前記カムクラッチに一端が回転自在に支持され他端が前記クラッチレバーに固定されたクラッチ軸とを有することを特徴とする開閉装置の操作機構。
3. 前記クラッチレバーの二股形状の係合部に緩衝部材を取り付けたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の開閉装置の操作機構。
4. 前記緩衝部材を前記ピンの周囲に固定したことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の開閉装置の操作機構。
5. 前記緩衝部材は複数の金属製薄板で構成されることを特徴とする請求項１又は４のいずれかに記載の開閉装置の操作機構。
6. 前記投入軸に揺動自在に支持された前記レバーと、前記支持部材に固着されたストッパとの間に弾性体を介在させたことを特徴とする前記請求項１又は２のいずれかに記載の開閉装置の操作機構。

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