JP4767344B2 - 開閉装置の蓄勢機構 - Google Patents

Description

本発明は遮断器、開閉器等の電力開閉装置に投入動作を行なわせる投入ばねを蓄勢する機構に関するものである。

遮断器等の開閉装置の投入に際しては、投入動作、より具体的には、接点（主接点）を構成する固定接触子に対する可動接触子の接近動作を可及的急峻に行なわせるために、ばねの蓄勢力を利用したものがある。この種の開閉装置においては、投入動作を行なわせる前に、前記投入ばねを圧縮又は引張により蓄勢して、この状態に拘束しておき、投入に際しては、前記拘束の解除により解放される投入ばねの蓄勢力により、接点に連繋された接点投入レバーを動作させ、可動接触子を高速移動させるようにしている。

前記投入ばねを蓄勢するための蓄勢機構は、蓄勢の解除機構と共に種々の構成のものが提案されている。図７は、特許文献１に開示された蓄勢機構の要部を示す側断面図である。

この蓄勢機構は、共通の支持枠４に互いに略平行で並列支持された主軸１、蓄勢軸２及び蓄勢モータ３を備えている。主軸１は、支持枠４の一側への突出端に大歯車５を、またその中途部に投入カム６を嵌合保持しており、これらは主軸１の回転に伴って軸回りに回転する。

大歯車５の外側面には、主軸１の軸心から適長偏心した位置にクランクピン７が突設されている。クランクピン７には、押えロッド８の一端が連結されており、押えロッド８の他端は、ばね板９に挿通支持されている。このばね板９は、例えば、前記支持枠４の外側に一体的に突設された固定板であり、ばね板９と押えロッド８の中途部に固着された押え板１０との間に投入ばね２２が介装されている。

投入ばね２２は、図示のように、大歯車５の回転によりクランクピン７の突設位置がばね板９に接近した状態となったとき、ばね板９と押え板１０との間にて圧縮されて蓄勢される。この蓄勢状態は、大歯車５の回転位置を図示しない拘束手段により拘束することにより維持され、この拘束が解除された場合、投入ばね２２のばね力が、押え板１０、押えロッド８及びクランクピン７を介して大歯車５に作用し、大歯車５と共に主軸１が高速度に回転するようになっている。

支持枠４の内側には、接点投入レバー１１が、その一面に突設された支軸１２を介して揺動自在に枢支されている。接点投入レバー１１の他面には、投入カム６外周のカム面に転接するローラ１３が支持してあり、接点投入レバー１１は、カム面に追随するローラ１３の動作により、投入カム６の回転に応じて支軸１２の回りに揺動するようにしてあり、この揺動により投入動作を行なわせるように図示しない接点に連繋されている。

また蓄勢軸２は、支持枠４の一側への突出端に一体的に固着された伝動歯車１４を備えると共に、伝動歯車１４と支持枠４の外側面との間に遊嵌された駆動歯車１５を備えている。伝動歯車１４は、主軸１の軸端に固着された大歯車５に噛合させており、駆動歯車１５は、蓄勢モータ３の出力端に嵌着された出力歯車１６に噛合させている。

蓄勢モータ３は、モータ本体３ａの回転をこれの出力側に連設された減速装置３ｂにより減速して取り出す構成としたギヤードモータである。出力歯車１６は、減速装置３ｂの出力軸１７に嵌着されており、出力軸１７と減速装置３ｂのハウジングとの間には、一方向の回転のみを許容する一方向クラッチ１８ａが介装されている。

出力歯車１６に噛合する駆動歯車１５は、その軸心部を貫通する孔内に嵌着保持された一方向クラッチ１８ｂ及び爪クラッチ１９を介して、相対回転及び軸長方向の摺動自在に蓄勢軸２に外嵌されており、支持枠４の外側面との間に介装された押しばね２０により、伝動歯車１４に向けて付勢されている。駆動歯車１５に付設された一方向クラッチ１８ｂは、減速装置３ｂに備えられた一方向クラッチ１８ａと同方向の回転を許容し、出力歯車１６からの伝動による駆動歯車１５の回転を内側の爪クラッチ１９に伝達する一方、爪クラッチ１９側からの逆方向の回転に対しては滑りを生じるようにしてある。

駆動歯車１５は、通常時には、一側に弾接する押しばね２０のばね力により伝動歯車１４に押し付けられ、爪クラッチ１９の係合作用により伝動歯車１４と一体回転するようにしている。この係合状態は、主軸１及び大歯車５が図示の回転位置にあり、投入ばね２２が蓄勢状態となったとき、クランクピン７と半径方向に略対向して大歯車５の他側面に突設された押圧突起２１により、駆動歯車１５を押圧し、駆動歯車１５が押しばね２０のばね力に抗して伝動歯車１４から離反することにより解除されるようになっている。

以上のように構成された従来の蓄勢機構において、図に示す状態から大歯車５の拘束を解除すると、投入ばね２２の蓄勢力の解放により、大歯車５が所定の方向（投入ばね２２の蓄勢時の方向と同じ方向）に高速回転し、この回転が投入カム６を経て接点投入レバー１１に伝わり、接点投入レバー１１が高速度にて揺動して図示しない接点が投入される。

このような投入動作に際し、大歯車５の回転は、これに噛合する伝動歯車１４に伝わり蓄勢軸２が回転するが、このときの回転方向は、駆動歯車１５に内包された一方向クラッチ１８ｂに滑りを生じる方向であり、駆動歯車１５は回転せず、回転力が蓄勢モータ３の出力軸１７に伝わることはない。

なお、投入ばね２２の放勢による大歯車５の回転は、自身の慣性により所定の回転位置（上死点）を超えて継続し、この間投入ばね２２が蓄勢されることから、大歯車５及び主軸１は、前記上死点を超えた後に逆転しようとする。しかしながらこの逆転力は、伝動歯車１４を介して駆動歯車１５に内包された一方向クラッチ１８ｂに伝わり、一方向クラッチ１８ｂが係合して駆動歯車１５に伝わり、更に、出力歯車１６を介して投入モータ２の出力軸１７に伝達され、出力軸１７に介装された一方向クラッチ１８ａが係合する結果、前記逆転は阻止され、大歯車５は前記上死点を超えた回転位置に拘束される。

このような投入状態が得られた後、蓄勢モータ３を回転駆動すると、この回転は、出力軸１７に嵌着された出力歯車１６を介して駆動歯車１５に伝達され、更に、爪クラッチ１９を介して伝動歯車１４に伝達されて、伝動歯車１４に噛合する大歯車５が回転する。この回転により、クランクピン７に連結された押えロッド８が押し下げられ、押え板１０とばね板９との間にて投入ばね２２が圧縮され、図示の蓄勢状態が得られ、次なる投入動作が可能な状態となる。蓄勢モータ３の回転による大歯車５の回転は、所定の回転位置にて前記押圧突起２１が駆動歯車１５を押圧し、爪クラッチ１９の係合が解除されることにより停止し、この回転位置は、前述した拘束手段による大歯車５の拘束により保たれる。

特開平１１−４００１０号公報

以上のように構成された従来の蓄勢機構においては、投入ばね２２を蓄勢するために、駆動源である蓄勢モータ３又は手動回転により出力歯車１６が回転し、その回転が駆動歯車１５、伝動歯車１４、大歯車５へと伝達され、大歯車５に連結された投入ばね２２を蓄勢する。投入ばね２２の蓄勢完了後は、大歯車５に取付けられた押圧突起２１により駆動歯車１５を移動させ、爪クラッチ１９を切離すことで、過剰蓄勢を防止している。また、投入動作後は爪クラッチ１９が押しばね２０により再連結する。大歯車５が逆転しようとするのを一方向クラッチで防止する。

しかし、これらの機能を満足させるために大歯車５の押圧突起２１と駆動歯車１５が当接し、爪クラッチ１９が切離されるようにする寸法精度が必要であり、再連結のため爪クラッチ１９先端形状も高精度なものにしなければならない問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、高精度部品の不要な構造で動力伝達の切離しと再噛合いができる開閉装置の蓄勢機構を得ることを目的とする。

この発明に係わる開閉装置の蓄勢機構は、開閉装置の接点を投入する作用をする投入カムと、投入ばねに連繋するクランク部とを有し、蓄勢モータ又は手動力によって回転され、前記クランク部の作用により前記投入ばねが蓄勢される一方、その投入ばねの放勢によって蓄勢時と同向きに回転され、前記投入カムの作用により開閉装置に投入動作を行なわせる主歯車であって、全歯健全な歯車Ａと欠歯部を有する歯車Ｂとが各歯位相の合った状態で一体に構成された前記主歯車、前記蓄勢モータ又は手動力の出力軸で回転される出力歯車、前記出力歯車に噛合う共に前記歯車Ｂと噛合い、その回転軸が前記主歯車の回転方向で前記出力歯車の前記出力軸を中心とした円周上に設けられた長孔で支承される中間歯車、及び、前記主歯車の逆転防止機構を備え、前記投入ばねの蓄勢時は、前記蓄勢モータ又は手動力により前記出力歯車、前記中間歯車を経て前記主歯車が回転され、前記投入ばねの蓄勢完了時には、前記歯車Ｂの欠歯部で前記主歯車と前記中間歯車との噛合いが解除され、開閉装置の投入時は、前記投入ばねの放勢によって、前記主歯車が回転され、前記中間歯車はその軸を支承する前記長孔により前記主歯車と切離され、前記投入ばねの再蓄勢時には、前記中間歯車がその回転軸を支承する前記長孔により前記主歯車と再噛合いされるようにしたものである。

この発明の開閉装置の蓄勢機構によれば、投入ばねの蓄勢完了時には、歯車Ｂの欠歯部で主歯車と中間歯車との噛合いが解除されるので、高精度部品の不要な構造で動力伝達の切離しができる。また、中間歯車の回転軸が主歯車の回転方向で出力歯車の出力軸を中心とした円周上に設けられた長孔で支承されているので、投入過程においては長孔により中間歯車が歯車Ｂより切離され、投入ばねの再蓄勢時には、長孔により中間歯車が主歯車の歯車Ｂに再噛合いできる。
この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

本発明の実施の形態１による開閉装置の蓄勢機構の要部を示す側断面図である。 図１における開閉装置の蓄勢機構の主な構成を説明する図である。 実施の形態１による主歯車の構成を説明する図である。 実施の形態１による中間歯車の回転軸を支承する長孔を説明する図である。 実施の形態１による開閉装置の蓄勢機構の動作を説明する図である。 実施の形態１による開閉装置の蓄勢機構の動作を説明する図である。 従来の開閉装置の蓄勢機構の要部を示す側断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による開閉装置の蓄勢機構の要部を示す側断面図である。図２はその開閉装置の蓄勢機構の主な構成を説明する図であり、投入ばねの蓄勢完了状態を説明する図である。なお、各図で同一符号は同一または相当部分を示す。この蓄勢機構は、共通の支持枠４に互いに略平行に並列支持された主軸１、回転軸２５、出力軸１７、逆転防止歯車軸２６を備えている。主軸１は支持枠４の一側への突出端に主歯車（大歯車）５を、またその中途部に投入カム６を嵌合保持しており、これらは主軸１の回転に伴って軸回りに回転する。

主歯車５の外側面には、主軸１の軸心から適長偏心したクランク部にクランクピン７が突設されている。クランクピン７には、押えロッド８の一端が連結されており、押えロッド８を押し下げることにより、図７と同様に投入ばね２２が圧縮され蓄勢される。主軸１の回転により主軸１のクランク部が上下して投入ばね２２が放勢・蓄勢される。

主歯車５の回転によりクランクピン７の突設位置が投入ばね２２に接近した状態となったとき、投入ばね２２は圧縮されて蓄勢される。この蓄勢状態は、主歯車５の回転位置を拘束手段２７（図６）により拘束することにより維持され、この拘束が解除された場合、投入ばね２２のばね力が、押えロッド８及びクランクピン７を介して主歯車５に作用し、主歯車５と共に主軸１が高速度に回転するようになっている。

支持枠４の内側には、接点投入レバー１１が、その一面に設けられた支軸１２を介して揺動自在に枢支されている。接点投入レバー１１の一端には、投入カム６外周のカム面に転接するローラ１３が支持され、接点投入レバー１１は、カム面に追随するローラ１３の動作により、投入カム６の回転に応じて支軸１２の回りに揺動され、この揺動により投入動作を行なわせるように接点２８に連繋されている。図２で接点投入レバー１１には接点２８を動作させるリンク機構２９が連繋されており、３０は支軸、３１は開放ばね、３２は接圧ばねである。

駆動力となる蓄勢モータ３により出力軸１７が回転され、出力軸１７に嵌合保持された出力歯車１６が回転され、その回転が中間歯車３３、主歯車５へと伝達され、主歯車５に連結された投入ばね２２が蓄勢される。なお、蓄勢モータ３に代わって、出力軸１７をレンチ等を用いて手動力で回転させるようにしてもよい。主歯車５は、全歯健全な歯車Ａと欠歯部３４を有する歯車Ｂとが各歯位相の合った状態で一体に構成されており、欠歯部３４以外の歯形状は同一である。

図３は実施の形態１による主歯車５の構成を説明する図であり、投入ばねの蓄勢完了状態を説明する図である。図３（ａ）で主歯車５の歯車ＡはＧ−Ｇ矢視からみた断面として、図３（ｂ）に示す。主歯車５の歯車ＢはＨ−Ｈ矢視からみた断面として、図３（ｃ）に示す。このように、歯車Ａは全歯健全な歯車である。歯車Ｂはその一部の歯が切り欠かれて欠歯部３４を形成している以外は各歯位相の合った状態で歯車Ａと一体に構成されている。歯車Ｂは板金で形成した２枚の歯車板を貼り合わせて構成されているが、荷重により枚数を３枚，４枚と増やして構成してもよい。主歯車５は、歯車Ａを板金で形成した歯車板と歯車Ｂを板金で形成した歯車板とを各歯位相を合わせた状態で一体に貼り合わせ結合して構成している。

大径歯車と小径歯車が一体となって構成された中間歯車３３は、出力歯車１６と噛合うと共に、主歯車５とはその歯車Ｂとのみ噛合い、投入ばね２２の蓄勢完了後、中間歯車３３は歯車Ｂの欠歯部３４で歯車Ｂと動力伝達が切離される。そのため、投入ばね２２の蓄勢完了後、中間歯車３３は主歯車５と切離され、蓄勢モータ３の駆動力が主歯車５に伝動されないように切離される。これにより過剰蓄勢を防止している。

図４は実施の形態１による中間歯車の回転軸を支承する長孔を説明する図である。中間歯車３３の回転軸２５は、主歯車５の回転方向（回転に伴なう作用方向）で、且つ中間歯車３３と噛合う出力歯車１６の出力軸１７を中心にした円周上に設けられた長孔３５で両端を支持されているため、中間歯車３３は出力歯車１６と切離されることはない。長孔３５は両端の支持枠４にそれぞれ形成されている。

図４（ａ）は接点の投入過程時を説明する図であり、矢印３６は主歯車５の投入時回転方向を示している。投入過程時は、中間歯車３３は回転していないので、主歯車５の回転で、中間歯車３３は蹴られ、中間歯車３３の回転軸２５は長孔３５を上方に移動して、中間歯車３３は主歯車５と切離され、主歯車５の回転を妨げることはない。図４（ｂ）は中間歯車と主歯車との再噛合い時を説明する図であり、矢印３７は再噛合い時の中間歯車３３の回転方向を示している。再噛合い時は中間歯車３３はその自重や出力歯車１６の回転による作用や復帰ばね（図示せず）等で、中間歯車３３の回転軸２５は長孔３５を下方に移動して主歯車５と再噛合いし、出力歯車１６の回転を主歯車に伝動する。このとき、中間歯車３３と主歯車５の歯先が突き当たる時は、中間歯車３３の回転軸２５が長孔３５を上方へ戻ることがあっても、再び回転軸２５が長孔３５を下方に移動して主歯車５と再噛合いする。

図１で、３８は支持枠４に保持固定され、軸に外嵌された一方向クラッチを有する逆転防止歯車で、主歯車５の歯車Ａと歯車Ｂとに噛合って、主歯車５の逆転を防止する。逆転防止歯車３８は歯車Ａとは常時噛合っているが、歯車Ｂとはその欠歯部で噛合いが解除されることがあるが、歯車Ａと噛合ったままであるので、逆転防止歯車３８は歯先が突き当たることなく、歯車Ｂと再噛合いされる。なお、図２で、逆転防止歯車３８の位置は、表示し易くするために、図１の位置と異なる位置に表示している。

次に蓄勢機構の動作について説明する。図５，図６は実施の形態１による開閉装置の蓄勢機構の動作を説明する図で、図５（ａ），（ｂ）に続く図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の全体で主歯車５の１回転の動作を示す。なお、図５，図６中の実線矢印は歯車の回転方向を示す。図５（ａ）は、ばね蓄勢途中を示しており、出力歯車１６の駆動力が中間歯車３３を介して主歯車５を回転させる。中間歯車３３は主歯車５の歯車Ｂと噛合って主歯車５を回転させ、クランク部を押し下げて、投入ばね２２を蓄勢していく。このとき、主歯車５と噛合う逆転防止歯車３８は、主歯車５が順方向回転であるので、主歯車５と共に回転している。中間歯車３３は出力歯車１６の駆動力を主歯車５に伝動しているため、中間歯車３３の回転軸２５は長孔３５の下方に移動して支承される。

図５（ｂ）は主歯車５の下死点状態を示しており、中間歯車３３は主歯車５と歯車Ｂの欠歯部３４の手前で噛合っている。図６（ａ）はね蓄勢完了状態を示している。このとき、中間歯車３３は主歯車５の歯車Ｂの欠歯部３４に達しているので、中間歯車３３と主歯車５との噛合いが解除され、出力歯車１６の駆動力が主歯車５に伝動されることなく、蓄勢モータのイナーシャが主歯車５に伝動されることはない。投入ばね２２の蓄勢状態は、主歯車５の回転位置を拘束手段２７により拘束することにより維持される。

この拘束が解除されると、投入ばね２２のばね力が、押えロッド８及びクランクピン７を介して主歯車５に作用し、主歯車５と共に主軸１が高速度に回転しだす。そのとき、中間歯車３３が欠歯部３４を超えた歯車Ｂと再噛合いしようとするが、中間歯車３３が歯車Ｂより回転方向の力を受けたときは、長孔３５により中間歯車３３の回転軸２５が出力歯車１６の出力軸１７の周りに回転して、長孔３５の上方へ移動し、歯車Ｂより逃げるため、中間歯車３３が主歯車５の回転を阻止することはない。図６（ｂ）は、投入途中を示している。なお、図６（ｂ）で上部の白抜き矢印は、中間歯車３３の回転軸２５の移動方向を示し、下部の白抜き矢印は、投入ばね２２の放勢方向を示している。このようにして、主歯車５の主軸１の回転に伴なう投入カム６の作用で開閉装置の接点が投入される。

投入ばね２２の放勢による主歯車５の回転は、自身の慣性により所定の回転位置（上死点）を超えて継続し、この間投入ばね２２が蓄勢されることから、主歯車５及び主軸１は、前記上死点を超えた後に逆転しようとする。しかしながらこの逆転力は、中間歯車３３とは別位置で主歯車５と噛合っている逆転防止歯車３８で、阻止される。その結果、主歯車５は前記上死点を超えた回転位置に拘束される。図６（ｃ）はこの主歯車５の逆転防止状態を示している。なお、図６（ｃ）で上部の白抜き矢印は、主歯車５が逆転しようとする方向を示し、下部の白抜き矢印は、投入ばね２２の放勢方向を示している。

投入完了後、再び投入ばね２２の蓄勢を開始しようとして、長孔３５により逃げていた中間歯車３３が主歯車５と再噛合いするとき、歯当たりをすることが考えられるが、主歯車５に対して中間歯車３３が長孔３５に沿って移動してきた方向と中間歯車３３自身の回転方向が逆であるため、歯当たりで突っ張ることなく、中間歯車３３が長孔３５で一度逃げた後、確実に噛合うことができる。

以上のように構成された蓄勢機構は、投入ばね２２の蓄勢完了時には、歯車Ｂの欠歯部３４で中間歯車３３との噛合いが解除されるので、切離し位置精度のために高精度部品の不要な簡単な構造で動力伝達の切離しができる。逆転防止歯車３８は歯車Ａと常時噛合っているので、歯車Ｂの欠歯部３４により、歯車Ｂと逆転防止歯車３８との噛合いが解除され、再度歯車Ｂと逆転防止歯車３８が噛合おうとするときには、各歯車間の歯の位相ずれがなく、高精度部品が不要な簡単な構造で歯先当たりを防止できる。

開閉装置の接点の投入過程では、主歯車５は投入ばね２２の蓄勢エネルギーで回転し、中間歯車３３は従属状態なる。投入過程において、欠歯部３４を過ぎた歯車Ｂと中間歯車３３の再噛合時には、中間歯車３３は歯車Ｂより作用線方向（回転方向）の力を受け、中間歯車３３の回転軸２５は長孔３５により出力歯車１６の出力軸１７の周りに回転して、中間歯車３３は歯車Ｂより逃げるため、高精度部品が不要な構造で歯当たりを防止できる。

投入完了後、中間歯車３３は、自重や出力歯車による中間歯車３３の回転等により、中間歯車３３の回転軸２５は長孔３５に沿って下方に移動し、中間歯車３３と歯車Ｂが再度噛合おうとするとき、歯先当たりとなっても、歯車Ｂに対して中間歯車３３が長孔３５に沿って移動してきた方向と中間歯車３３自身の回転方向が逆であるため、歯先当たりで突っ張ることがなく、たとえ、歯先当たりしても中間歯車３３の回転軸２５が長孔３５で一度逃げた後、確実に再噛合いすることが可能となる。

なお、この発明の各種の変形または変更は、関連する熟練技術者が、この発明の範囲と精神を逸脱しない中で実現可能であり、この明細書に記載された各実施の形態には制限されないことと理解されるべきである。

Claims (3)

1. 開閉装置の接点を投入する作用をする投入カムと、投入ばねに連繋するクランク部とを有し、蓄勢モータ又は手動力によって回転され、前記クランク部の作用により前記投入ばねが蓄勢される一方、その投入ばねの放勢によって蓄勢時と同向きに回転され、前記投入カムの作用により開閉装置に投入動作を行なわせる主歯車であって、全歯健全な歯車Ａと欠歯部を有する歯車Ｂとが各歯位相の合った状態で一体に構成された前記主歯車、
   前記蓄勢モータ又は手動力の出力軸で回転される出力歯車、
   前記出力歯車に噛合うと共に前記歯車Ｂと噛合い、その回転軸が前記主歯車の回転方向で前記出力歯車の前記出力軸を中心とした円周上に設けられた長孔で支承される中間歯車、
   及び、前記主歯車の逆転防止機構を備え、
   前記投入ばねの蓄勢時は、前記蓄勢モータ又は手動力により前記出力歯車、前記中間歯車を経て前記主歯車が回転され、
   前記投入ばねの蓄勢完了時には、前記歯車Ｂの欠歯部で前記主歯車と前記中間歯車との噛合いが解除され、
   開閉装置の投入時は、前記投入ばねの放勢によって、前記主歯車が回転され、前記中間歯車はその回転軸を支承する前記長孔により前記主歯車と切離され、
   前記投入ばねの再蓄勢時には、前記中間歯車がその回転軸を支承する前記長孔により前記主歯車と再噛合いされるようにした開閉装置の蓄勢機構。
2. 前記主歯車の前記逆転防止機構は、前記主歯車の少なくとも前記歯車Ａと噛合い、一方向クラッチを内蔵した逆転防止歯車である請求項１記載の開閉装置の蓄勢機構。
3. 前記主歯車は前記歯車Ａを形成する歯車板と前記歯車Ｂを形成する歯車板とを各歯位相を合わせて一体に結合して構成した請求項１又は請求項２記載の開閉装置の蓄勢機構。

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