JP4918340B2 - 真空スイッチギヤ - Google Patents

Description

本発明は、真空スイッチギヤに係り、具体的には、固定電極又は可動電極と回路導体との接続部の構造に関する。

真空スイッチギヤは、真空容器内に固定電極と可動電極を対向させて収納し、固定電極及び可動電極はそれぞれロッド状の引出導体により真空容器の外部に引出され、各電極の引出導体を開閉操作対象の回路導体にそれぞれ接続して構成される。また、可動電極の引出導体は、可動電極を固定電極に対して接離方向に高速で駆動する開閉機構が連結され、かつ、真空容器の隔壁にガイド部材を介して摺動自由に気密に支持されている。

また、固定電極の引出導体は、例えば、特許文献1に記載されているように、ロッド状の引出導体の端面を板状の回路導体に当接し、回路導体に設けた貫通穴からボルトを差し込み、引出導体の端面に設けられた袋状のねじ穴にボルトをねじ込んで締付け、回路導体をボルト頭と引出導体で挟んで接続するようにしている。

ＪＰ２００６−２３８５２２Ａ

しかし、固定電極の引出導体を回路導体にボルトで締付ける接続構造は、ボルト及びねじ穴のねじ山が螺旋状に形成されていること、及びボルトとねじ穴のねじ山との間に微小な遊びがあることから、ボルト軸がねじ穴軸に対して斜めに締付けられた状態になる。その結果、引出導体と回路導体に加わる締付力がボルト頭の周方向位置に応じて異なり、引出導体と回路導体の接触状態に偏りが生じ、接触面に部分的な隙間が生じることになる。

このような導体間の隙間をなくすために、ボルトの締付力を大きくすることが考えられる。しかし、固定電極、可動電極及び回路導体は、強度部材であると同時に通電部材であるから、通常、導電率の高い銅材が用いられており、銅材に形成されたねじ山は一般の鋼材に比べて許容せん断力が低いので、締付力を大きくすることに限界がある。

また、締付力を大きくしても、接続部の導体間の片当たりが大きくなって導体に面圧集中部が生じ、一般に導電率が高い銅材で形成される接続部の導体のリラクセーションが生じて、ボルトの軸力が低下してボルトの緩みにつながることがある。特に、長期に亘る稼動中に、開閉操作によって引出導体は電流の入切によるヒートサイクルを受けると共に、開閉操作による大きな衝撃を繰り返し受ける。これらによって、接続部のボルトの緩みが進み、接続部の導体間に更なる隙間を発生させて、真空スイッチギヤの機械的寿命を短縮するおそれがある。

さらに、真空スイッチギヤによっては、特許文献1に記載の接地開閉器のように、真空容器及び引出導体と回路導体の接続部の周りを樹脂によりモールドする場合がある。この場合、接続部の導体間に隙間があると、樹脂をモールドする際にモールド樹脂がその隙間に入り込む可能性がある。接続部の導体間にモールド樹脂が侵入すると導体間の電気抵抗が大きくなって、真空スイッチギヤの寿命を短縮するおそれがある。

特に、樹脂をモールドする際に接続部の導体間に樹脂が侵入してしまうと、固定電極と可動電極の開閉操作に伴う衝撃で侵入した樹脂が粉砕され、樹脂粉が接続部の導体間に隙間に広がって、さらに接続部の電気抵抗が大きくなってしまうという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、引出導体と回路導体を接続する接続部のボルトの軸が、そのボルトがねじ込まれるねじ穴の軸に対して斜めに締付けられるのを抑制することにある。

上記課題を解決する本発明の真空スイッチギヤは、真空容器と、該真空容器内に対向させて収納された固定電極及び可動電極と、前記可動電極を前記固定電極に接離させる開閉機構と、前記真空容器の器壁を貫通して前記固定電極を外部に引出すロッド状の引出導体と、該引出導体を外部の回路導体に接続する接続部とを備えてなり、前記接続部は、前記引出導体に穿設されたねじ穴と、該ねじ穴に対応させて前記回路導体に形成された貫通穴と、該貫通穴を通して前記ねじ穴にねじ込まれ、前記回路導体と前記引出導体とを締付けるボルトと、該ボルトの頭と前記回路導体との間に介在させて設けられた弾性部材とを有して形成され、前記ボルトは、ねじが切られた小径の先端部と、ねじが切られていない大径の基部と、前記先端部と前記基部とをつなぐ段部とを有してなり、前記ねじ穴は、前記ボルトの先端部に対応するねじ部と、前記ボルトの基部に対応するねじが切られていない大径部と、前記ボルトの段部が当接するように該段部に対応させて形成された穴段部とを有して形成されてなることを特徴とする。

このように構成することにより、ボルトをねじ穴にねじ込んで行くと、ボルトの段部がねじ穴の穴段部に当接して締付が停止するが、この締め付け停止位置におけるボルト軸及びねじ穴軸は一致もしくは平行になっている。このときのボルトの締付け力は、弾性部材の弾性力に依存し、引出導体と回路導体に加わる締付力がボルト頭の周方向位置にかかわらず均等化され、引出導体と回路導体の接触面に部分的な隙間が生じるのを抑制できる。したがって、ボルトの締付力を大きくすることなく、接続部の導体間の片当たりを抑えることができ、面圧集中部が生じることがないから、導体のリラクセーションによるボルトの軸力低下を抑えてボルトの緩みを防止できる。この結果、開閉操作による大きな衝撃を繰り返し受けても、接続部のボルトの緩みを抑えることができ、真空スイッチギヤの機械的寿命の短縮を防止できる。

本発明において、ボルトの段部とねじ穴の穴段部は、弾性部材の弾性変形の範囲内で当接する位置に形成することが好ましい。また、ボルト段部と穴段部がボルト軸及びねじ穴軸に直交して形成することが好ましい。

また、ボルトの段部は、基部から先端部に至る間に形成された先細りのテーパ部とし、ねじ穴の穴段部は、ボルトのテーパ部に対応させて形成されたテーパ壁部とすることができる。

さらに、本発明は、真空容器及び引出導体と回路導体の接続部が樹脂によりモールドされている真空スイッチギヤに適用して好適である。これによれば、引出導体と回路導体の接触面に部分的な隙間が生じるのを抑制できるから、引出導体と回路導体の接合面にモールド樹脂が侵入するのを抑制することができる。その結果、接続部の導体間にモールド樹脂が侵入して導体間の電気抵抗が大きくなるのを防止できるだけでなく、固定電極と可動電極の開閉操作に伴う衝撃で侵入した樹脂が粉砕され、樹脂粉が接続部の導体間に隙間に広がって、さらに接続部の電気抵抗が大きくなるという問題を解決できる。

また、引出導体と回路導体の接続部が樹脂によりモールドされている真空スイッチギヤの場合は、引出導体の端面が当接される回路導体の面に凸部が形成され、この凸部が嵌合される凹部を引出導体の端面に形成することが好ましい。これによれば、樹脂をモールドする際に、引出導体の端面と回路導体との接触面へ侵入するモールド樹脂の侵入経路が曲折されるから、モールド樹脂の侵入を抑制できる。この場合、引出導体の端面が当接される回路導体の面に、引出導体の端面部が嵌合される凹部を形成するようにしてもよい。

本発明によれば、引出導体と回路導体を接続する接続部のボルトの軸が、そのボルトがねじ込まれるねじ穴の軸に対して斜めに締付けられるのを抑制することができる。

以下、本発明の真空スイッチギヤの実施の形態について、図を参照して説明する。

（実施形態１）
図１に本発明の真空スイッチギヤの一実施形態の断面図、図２に本実施形態の要部拡大断面図、図３に本実施形態のボルトの拡大図を示す。本実施形態は、本発明の真空スイッチギヤを接地開閉器に適用した例である。しかし、本発明の真空スイッチギヤは接地開閉器に限られるものではなく、引出導体と外部の回路導体をボルトで締付けて接続する接続部を有する真空スイッチギヤに適用できることはいうまでもない。

図１に示すように、本実施形態の真空スイッチギヤ１は、絶縁筒２の両端開口部を固定電極側板３と可動電極側板４によりそれぞれ気密に封止して形成された真空容器５を備えている。真空容器５内に対向させて固定電極６及び可動電極７が収納されている。固定電極６は先端に電極チップ６ａが装着されたロッド状の引出導体６ｂを有して形成され、可動電極７は先端に電極チップ７ａが装着されたロッド状の引出導体７ｂを有して形成されている。

固定電極６の引出導体６ｂは、真空容器５の器壁を構成する固定電極側板３を貫通して外部に引出され、外部の平板状の回路導体８にボルト９により締付けられている。回路導体８とボルト９のボルト頭との間に、皿ばねなどの弾性部材１０が介在されている。回路導体８に接する引出導体６ｂの先端部に拡径された鍔部６ｃが形成され、この鍔部６ｃにおいて固定電極側板３の貫通穴を気密に封止している。また、真空容器５の外周と、引出導体６ｂと回路導体８との接続部と、回路導体８は、エポキシ樹脂等のモールド樹脂層１１により絶縁され、一体化構造になっている。

一方、可動電極７の引出導体７ｂは、ガイド部材１３の貫通穴に挿通して真空容器５の外部に引出されている。ガイド部材１３は、引出導体７ｂを軸方向に摺動自由に支持している。また、ガイド部材１３は、支持部材１４を介して真空容器５の器壁を構成する可動電極側板４に気密に取付けられている。なお、図示していないが、可動電極７を固定電極６に接離させる開閉機構が設けられている。

次に、本実施形態の特徴部である引出導体６ｂと回路導体８との接続部の構成について、図２の拡大図を参照して説明する。図２に示すように、引出導体６ｂは、銅材によりロッド状に形成され、回路導体８との接合部になる端面部に拡径した鍔部６ｃが形成されている。また、引出導体６ｂの軸方向に沿ってねじ穴１２が穿設されている。そして、引出導体６ｂの端面が平板状の回路導体８の平板面に接して配置されている。回路導体８は、例えば、銅の鋳物により形成され、引出導体６ｂとの接合面部に肉盛りして形成された凸状部８ａが形成されている。凸状部８ａの接合面は研削加工によって平面仕上げされている。この凸状部８ａの中心に貫通穴８ｂが穿設されている。この貫通穴８ｂにボルト９を挿通してボルト先端のねじをねじ穴１２にねじ込んで、引出導体６ｂと回路導体８を締付けるようになっている。

本実施形態のボルト９は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ねじが切られた小径Ｗｃの先端部９ａと、ねじが切られていない大径Ｗｄの基部９ｂと、先端部９ａと基部９ｂとをつなぐテーパ部９ｃの段部とを有して形成されている。先端部９ａの長さはｔａ、基部９ｂとテーパ部９ｃとの合計長はｔｂ、テーパ部９ｃの長さはｔｃに設定されている。一方、ねじ穴１２は、図２に示すように、ボルト９の先端部９ａに対応するねじ部１２ａと、ボルトのテーパ部９ｃに対応させた形状のテーパ穴壁１２ｃが形成されている。ねじ部１２ａの径Ｗａよりも、テーパ穴壁１２ｃの最大内径Ｗｂの方が大きく形成されている。テーパ穴壁１２ｃの最大内径Ｗｂはボルト９の基部９ｂの外径Ｗｂに対応させて形成されている。また、回路導体８とボルト９の頭との間に金属製の弾性部材である皿ばね１０が介装されている。

このように構成されることから、本実施形態によれば、ボルト９をねじ穴１２にねじ込んで行くと、ボルト９のテーパ部９ｃがねじ穴１２のテーパ穴壁１２ｃに当接して締付が停止する。テーパ部９ｃとテーパ穴壁１２ｃは軸対称に形成されているから、締め付けが停止された位置におけるボルト９の軸とねじ穴１２の軸は一致もしくは平行になる。したがって、ボルト９の軸とねじ穴１２の軸が傾いて締付けられるのを防止できる。

また、ボルト９の締付け力は、皿ばね１０の弾性力に依存し、引出導体６ｂと回路導体８の接合面に加わる締付力は、ボルト頭の周方向位置にかかわらず均等化される。その結果、引出導体６ｂの端面と回路導体８の凸状部８ａとの接触面に部分的な隙間が生じるのを防ぐことができる。つまり、ボルト９の締付力を大きくすることなく、引出導体６ｂと回路導体８の接続部の導体間の片当たりを抑えることができ、面圧集中部が生じることがない。

その結果、本実施形態によれば、導体のリラクセーションによるボルト９の軸力低下を抑えてボルト９の緩みを防止できる。したがって、開閉操作による大きな衝撃を繰り返し受けても、接続部のボルト９の緩みを抑えることができ、真空スイッチギヤの機械的寿命の短縮を防止できる。

さらに、引出導体６ｂと回路導体８の接触面に隙間が生じるのを抑制できるから、引出導体６ｂと回路導体８の接合面にモールド樹脂が侵入するのを抑制できる。その結果、接続部の導体間にモールド樹脂が侵入して導体間の電気抵抗が大きくなるのを防止できるだけでなく、固定電極６と可動電極７の開閉操作に伴う衝撃で侵入した樹脂が粉砕され、樹脂粉が接続部の導体間に隙間に広がって、さらに接続部の電気抵抗が大きくなるという問題を防止できる。

（実施形態２）
図４に、本発明の他の実施形態の特徴部の断面図を示す。本実施形態と図２の実施形態１との相違する点は、ボルト９の形状と、引出導体６ｂの接合端部の形状にあり、その他の点は実施形態１と同一であることから、説明を省略する。

本実施形態のボルト９は、図４に示すように、図３のテーパ部９ｃに代えて、段部１５を設け、この段部１５に対応させてねじ穴１２に穴段部１６を設けたこと、及び引出導体６ｂの接合端部に回路導体８の凸状部８ａに嵌合する凹部１２ｄを設けたことを特徴とする。

本実施形態によれば、ボルト９をねじ穴１２にねじ込んで行くと、ボルト９の段部１５がねじ穴１２の穴段部１６に当接して締付が停止する。段部１５と穴段部１６の当接面をボルト９の軸とねじ穴１２の軸に直交させて形成する。これにより、締め付けが停止された位置におけるボルト９の軸とねじ穴１２の軸は一致もしくは平行になる。したがって、ボルト９の軸とねじ穴１２の軸が傾いて締付けられるのを防止できるから、実施形態１と同一の効果を奏することができる。

さらに、本実施形態によれば、回路導体８の凸状部８ａに引出導体６ｂの接合端部に形成された凹部１２ｄを嵌合することにより、引出導体６ｂと回路導体８との接合面に微小な間隙が生じても、樹脂をモールドする際に、引出導体６ｂと回路導体８の接合面にモールド樹脂が侵入する経路を曲折させて長くすることができる。

その結果、実施形態１に比べて、接続部の導体間にモールド樹脂が侵入するのを一層抑制できるという効果がある。

（実施形態３）
図５に、本発明のさらに他の実施形態の特徴部の断面図を示す。本実施形態と図２の実施形態１との相違する点は、引出導体６ｂの接合端部の形状にあり、その他の点は実施形態１と同一であることから、説明を省略する。

図５に示すように、本実施形態は、回路導体８の接合面部に引出導体６ｂの接合端部１７が嵌合する凹部１８を設けたことを特徴とする。凹部１８は、回路導体８を鋳型で形成する際に、凹部１８を形成する領域に隆起部を形成し、その隆起部を削って凹部１８を形成することができる。

したがって、本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、接続部の導体間にモールド樹脂が侵入するのを一層抑制できるという効果がある。

以上述べたように、本発明の各実施形態によれば、引出導体と回路導体を接続する接続部のボルトの軸が、そのボルトがねじ込まれるねじ穴の軸に対して斜めに締付けられるのを抑制することができる。その結果、導体間の隙間をなくし、モールド時に樹脂がボルト穴に浸入することを防ぐことができる。

また、モールド樹脂の硬化収縮時に、貫通穴８ｂから漏れ出す気泡を遮断できるので、モールド樹脂層１１ にボイドなどの欠陥を生じさせることがなくなる。また、モールド樹脂層１１には、一定以上の内部応力が発生しないようになり、亀裂などを起こすことがなくなる。この応力の設定は、皿ばね１０のバネ定数を変えることなどにより容易に制御することができる。

本発明の一実施形態に係る真空スイッチギヤの断面図である。 図１の実施形態の特徴部に係る引出導体と回路導体の接続部の拡大断面図である。 図１の実施形態のボルトの詳細構成図である。 本発明の他の実施形態の特徴部に係る引出導体と回路導体の接続部の拡大断面図である。 本発明のさらに他の実施形態の特徴部に係る引出導体と回路導体の接続部の拡大断面図である。

符号の説明

１ 真空スイッチギヤ
２ 絶縁筒
３ 固定電極側板
４ 可動電極側板
５ 真空容器
６ 固定電極
６ａ 電極チップ
６ｂ 引出導体
７ 可動電極
７ａ 電極チップ
７ｂ 引出導体
８ 回路導体
９ ボルト
９ｃ テーパ部
１０ 皿ばね
１１ モールド樹脂層
１２ ねじ穴
１２ｃ テーパ穴壁

Claims (6)

1. 真空容器と、該真空容器内に対向させて収納された固定電極及び可動電極と、前記可動電極を前記固定電極に接離させる開閉機構と、前記真空容器の器壁を貫通して前記固定電極を外部に引出すロッド状の引出導体と、該引出導体を外部の回路導体に接続する接続部とを備えてなり、
   前記接続部は、前記引出導体に穿設されたねじ穴と、該ねじ穴に対応させて前記回路導体に形成された貫通穴と、該貫通穴を通して前記ねじ穴にねじ込まれ、前記回路導体と前記引出導体とを締付けるボルトと、該ボルトの頭と前記回路導体との間に介在させて設けられた弾性部材とを有して形成され、
   前記ボルトは、ねじが切られた小径の先端部と、ねじが切られていない大径の基部と、前記先端部と前記基部とをつなぐ段部とを有してなり、
   前記ねじ穴は、前記ボルトの先端部に対応するねじ部と、前記ボルトの基部に対応するねじが切られていない大径部と、前記ボルトの段部が当接するように該段部に対応させて形成された穴段部とを有して形成されてなる真空スイッチギヤ。
2. 請求項１に記載の真空スイッチギヤにおいて、
   前記ボルトの段部は、前記基部から前記先端部に至る間に形成された先細りのテーパ部であり、
   前記ねじ穴の穴段部は、前記ボルトの前記テーパ部に対応させて形成されたテーパ壁部であることを特徴とする真空スイッチギヤ。
3. 請求項１又は２に記載の真空スイッチギヤにおいて、
   前記真空容器と前記接続部が樹脂によりモールドされていることを特徴とする真空スイッチギヤ。
4. 請求項３に記載の真空スイッチギヤにおいて、
   前記回路導体は、前記引出導体の端面が当接される面に凸部が形成され、
   前記引出導体は、該引出導体の端面に前記回路導体の凸部が嵌合される凹部が形成されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
5. 請求項３に記載の真空スイッチギヤにおいて、
   前記回路導体は、前記引出導体の端面が当接される面に該引出導体の端面部が嵌合される凹部が形成されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。
6. 請求項１に記載の真空スイッチギヤにおいて、
   前記ボルトの段部と前記ねじ穴の穴段部は、前記弾性部材の弾性変形の範囲内で当接する位置に形成されてなることを特徴とする真空スイッチギヤ。

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