JP5395779B2

JP5395779B2 - 開閉装置

Info

Publication number: JP5395779B2
Application number: JP2010249046A
Authority: JP
Inventors: 進田中; 晃若林
Original assignee: 共立継器株式会社
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2014-01-22
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: JP2012104242A

Description

本発明は、開閉装置に関する。

従来の開閉装置では、電極の接離動作は、移動可能な可動電極を開極位置および閉極位置に位置保持させることにより行われている。特許文献１には、可動電極を位置保持するために可動軸に皿バネを取り付けたものが開示されている。

特開２０００−２５１５８９号公報（発明の詳細な説明、要約書）

特許文献１に開示されている開閉装置では、可動電極を位置保持するための保持機構として皿バネが可動軸に取り付けられている。この構成の場合、皿バネのスペースが必要となり可動軸の軸方向のスペースが大きくなり、結果として開閉装置の高さ方向がかさばることとなる。また、この皿バネは、可動電極に繋がる可動軸に取り付けられるため、該皿バネの取り付けには可動軸に対する位置精度が要求される。さらに、皿バネは可動軸に挿通される形態で取り付けられるため、取り付け作業に手間がかかるとともに、メンテナンスの際にも手間がかかってしまう。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上述した問題点の１つまたは複数を解決した開閉装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために、本発明の一側面は、固定電極と、固定電極に接離する可動電極と、可動電極に繋がり該可動電極とともに移動する可動軸部と、可動電極と固定電極とが接離するように可動軸部を駆動させる駆動手段と、可動電極と固定電極とが接触する閉極状態および可動電極と固定電極とが離間する開極状態を保持するための保持機構と、を有する開閉装置において、保持機構は、可動軸部に連結される保持部材と、保持部材と所定の距離を有して配置される当接部と、その一端が当接部に当接するとともにその他端が保持部材に当接するように、保持部材と当接部との間に介在され、保持部材を可動軸部側に向かって付勢する弾性部材と、を有し、弾性部材は、重ね合わせて配置した一対の板バネをそれぞれ対向方向に向かって弓状に撓ませることにより構成され、該弓状に撓んだ板バネの付勢力を利用して、弾性部材を当接部に当接している一端を支点として部材単体で回動させて保持部材を可動軸部の軸方向に移動させることで、可動電極と固定電極とを閉極状態から開極状態にすばやく移行させ、また、開極状態から閉極状態にすばやく移行させ、かつ移行した状態である閉極状態または開極状態を保持するものである。

また、可動軸部は、保持機構に対して当接可能に配置される中間部材を有しており、駆動手段の駆動によって中間部材が保持部材に突き当たることにより保持部材が押圧され、可動電極が閉極状態から開極状態に向かって移行することが好ましい。

また、中間部材と保持部材との間にコイル部材を介在させ、保持部材を、コイル部材の付勢力を利用して中間部材と一体的に押圧することが好ましい。

また、弾性部材が閉極状態と開極状態との間を移行する際の他端のストロークは、一端を通過する水平線を境にして、その開極側および閉極側のそれぞれで異なるようにすることが好ましい。

本発明によると、可動軸の軸方向スペースの増大を防止できるとともに保持機構の組み込みの容易化を図ることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る開閉装置を有する開閉機器を上方からその主要部を透過的に見た図である。図１に示す開閉機器を下方からその主要部を透過的に見た図である。図１に示す開閉機器を正面からその主要部を透過的に見た図である。図１に示す開閉機器を背面からその主要部を透過的に見た図である。図１に示す開閉機器を右方からその主要部を透過的に見た図であり、かつ閉極状態を示す図である。図１に示す開閉機器を右方からその主要部を透過的に見た図であり、かつ開極状態を示す図である。図５中のバネ部材の構成を説明するための図であり、上段は２枚の板バネを対向配置させた側面図であり、下段は対向配置させた２枚の板バネを左右方向中央に向かって撓ませた側面図である。図５中のバネ部材の回動中心を支点としたストローク角を示す図であり、上段は閉極状態を示す図であり、下段は開極状態を示す図である。図５中のバネ部材の状態と各状態における作用力との関係を示すための図であり、上段は閉極状態の場合を示す図であり、中段はデットポイントの場合を示す図であり、下段は開極状態の場合を示す図である。図３中のスイッチ部のＯＮ／ＯＦＦを検知するための検知機器の構成を示す図である。図３中の開極用コイル、閉極用コイルおよびそれらにパルス電流を供給する電源とを電気的に接続した回路図である。図１１の回路図における各部の電圧等を示す図で、上段は、図１１中の開極用コンデンサに蓄えられる電圧の推移を示す図であり、中段は、開極用コイルに流れる電流の推移を示す図であり、下段は、スイッチ部がＯＦＦになるタイミングを示す図である。

以下、本発明の一実施の形態に係る開閉機器１について、図面を参照しながら説明する。また、以下の説明において、図１〜図６および図１０に示す矢示Ｘ_１方向を「前」、矢示Ｘ_２方向を「後（後ろ）」、Ｘ_１方向とＸ_２方向の両方向に対し水平方向で直交する方向となる矢示Ｙ_１方向を「左」、矢示Ｙ_２方向を「右」、ＸＹ平面と直交する矢示Ｚ_１方向を「上」および矢示Ｚ_２方向を「下」とそれぞれ規定する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る開閉装置２を有する開閉機器１を上方からその一部となる主要部を透過的に見た図である。図２は、図１に示す開閉機器１を下方からその主要部を透過的に見た図である。図３は、図１に示す開閉機器１を正面からその主要部を透過的に見た図である。図４は、図１に示す開閉機器１を背面からその主要部を透過的に見た図である。図５は、図１に示す開閉機器１を右方からその一部を透過的に見た図であり、かつ閉極状態を示す図である。図６は、図１に示す開閉機器１を右方からその一部を透過的に見た図であり、かつ開極状態を示す図である。

開閉機器１は、図１〜図６に示すように、開閉装置２を左右方向に向かって３つ並べて配置することにより構成されている。また、これら開閉装置２の外側にはハウジング３が設置されている。ハウジング３は、鉄板、鋼板などの金属製の板を正面方向から見て略四角枠状に形成したものである。具体的には、図１から図４に示すように、ハウジング３は、左右に対向配置される一対の長板状の絶縁サポート４ａ，４ｂと、上方に配置され絶縁サポート４ａ，４ｂをつなぐ長板状の絶縁サポート４ｃと、下方に配置される取付けベース４ｄとを有している。取付けベース４ｄは、皿状のものを逆にした形状とされ、左右端がそれぞれ絶縁サポート４ａ，４ｂに当接している。このような構成のため、ハウジング３には、図３および図４における紙面手前側および紙面奥側の双方の外部空間と連通する開放空間部５がその中央に設けられることとなる。この開放空間部５は、図３および図４に示すように、左右方向に向かって等間隔に配置される２枚の仕切り板６ａ，６ｂにより仕切られている。このため、ハウジング３の内部には、開閉装置２を配置させるための３つの立方体形状の空間部７が形成されている。

図５および図６に示すように、開閉装置２は、固定電極１０と可動電極１１を有するスイッチ部１２と、可動電極１１に繋がる可動軸部１３と、可動電極１１と固定電極１０とが接触する閉極状態および可動電極１１と固定電極１０とが離間する開極状態を保持する保持機構１４と、可動電極１１と固定電極１０とが接離するように可動軸部１３を駆動させる駆動手段１５と、を備えている。

スイッチ部１２は、固定電極１０および可動電極１１の外側を囲う外形が円柱状の真空バルブ１６の内部に配置されている。固定電極１０および可動電極１１はそれぞれ略円盤状となっている。固定電極１０には固定軸１７の一端（下端）が固定され、該固定軸１７の他端（上端）には、電路に接続するための端子１８が接続されている。スイッチ部１２は、端子１８を介して絶縁サポート４ｃに固定されている（図５、図６参照）。固定電極１０に対し接離自在に動作する可動電極１１には、可動軸部１３を構成する第１のロッド１９の他端が固定されている。該第１のロッド１９の真空バルブ１６より外側に突出した部分には、リード線２１ａが接続される板部材２１ｂが取り付けられている。そして、この板部材２１ｂには、電路に接続するための端子１８が接続されている。

図５および図６に示すように、可動軸部１３は、上述した第１のロッド１９と、第１のロッド１９の一端に固定される該第１のロッド１９よりも小径の第１の可動軸２０と、該第１の可動軸２０の一端に固定される中間部材となる絶縁フランジ２１と、該絶縁フランジ２１の下端から突出する円柱状の第２の可動軸２２と、第２の可動軸２２の一端に接続される大径の円柱状の第２のロッド２３と、駆動手段１５を構成する反発板２４の下端側に固定される円柱状の第３の可動軸２５と、を有する。ここで、第１の可動軸２０および第２の可動軸２２は、別部材として、それぞれ絶縁フランジ２１に接続されている。すなわち、絶縁フランジ２１を介して第１の可動軸２０と第２の可動軸２２とが接続される。

第１のロッド１９は大径の略円柱形状を呈しており、その他端となる上端は可動接点１１に接続されている。第１の可動軸２０は、第１のロッド１９よりも小径の棒状の形態を有しており、その他端となる上端側は第１のロッド１９の一端に設けられる穴部１９ａに入っている。絶縁フランジ２１は、大径の略円盤状に形成される大径部２６と、該大径部２６よりも小径で大径部２６の中央から下方に向かって突出する突出部２７とを有している。大径部２６の上端かつ中央部には下方に向かって円形状の円形穴２８が形成されている。この円形穴２８には第１の可動軸２０の一端となる下端側が嵌め込まれている。また、小径部２７にはその下端側から上方に向かって円柱状にくり抜かれた円柱溝３０が設けられている。この円柱溝３０には、後述するコイル部材４３の他端側が嵌まり込む。また、小径部２７において円柱溝３０を構成する上端面の中央には円柱溝３０よりも小径となる円形穴３１が設けられている。第２の可動軸２２は、小径の棒状の形態を有しており、その他端は円形穴３１に入れられている。

第２のロッド２３は、第１の可動軸２０および第２の可動軸２２よりも大径に形成されている。この第２のロッド２３の他端側となる上端側に設けられる円形穴３２には、第２の可動軸２２の一端が接続されている。また、第２のロッド２３の一端となる下端側はスイッチ１２を開くための開極用コイル５６の中央に挿入されて反発板２４の上端に固定されている。第３の可動軸２５は、小径の棒状の形態を有しており、その他端側となる上端側はスイッチ部１２を閉じるための閉極用コイル５７の中央に挿通されている。また、第３の可動軸２５の外周には該第３の可動軸２５の中央を筒状に覆うような反発コイル４７が配置され、該反発コイル４７の上側には略円筒状のナット４８が配置されている。さらに、この第３の可動軸２５の下端部近傍には第３の可動軸２５を上下方向にガイドするためのロッドガイド４９が設けられている。

保持機構１４は、図３および図４に示すように、各仕切り板６ａ，６ｂを挟んで左右両側に２個ずつで合計４個設けられている。具体的には、左右の空間部７，７に配置される開閉装置２，２に対してはそれぞれ右側および左側の片側のみに設けられ、中央の空間部７に配置される開閉装置２に対しては左側および右側の両側に設けられている。

図５および図６に示すように、保持機構１４は、リンク形状を呈しており、可動軸部１３に連結する保持部材となるリンク部３５と、リンク部３５を回動可能に支持する支持体３６と、ハウジング３の背面側（後ろ側）に設けられる当接部３７と、リンク部３５と当接部３７との間に介在される弾性部材となるバネ部材３８と、第２の可動軸２２に対して相対移動可能であり、かつリンク部３５に固定されて該リンク部３５を上下方向に案内する略円柱状の柱状部材４０と、第２の可動軸２２が挿通され該柱状部材４０の上端に当接可能な円盤状の受け板４１と、第２の可動軸２２が挿通され該柱状部材４０の下端に当接可能な六角盤状のナット４２と、その他端となる上端側が中間部材２１に形成される円周溝３０に入り込み、その一端となる下端が受け板４１の上端側に当接するコイル部材４３と、各リンク部３５に一体に固定され、支持部３６に支持される回転軸部４４と、を有する。

リンク部３５は、図２、図５および図６に示すように、略矩形状の平板を上方および下方から見て略Ｕ字状（図２参照）に折り曲げた第１リンク部４５と、該第１リンク部４５よりも長手方向において短い略矩形状の平板を上方および下方から見て略Ｕ字状（図２参照）に折り曲げた第２リンク部４６と、を有する。図２に示すように、第２リンク部４６は、第１リンク部４５に隣接するように配置されている。また、第２リンク部４６の厚みは、第１リンク部４５の厚みよりも薄く形成されている。図２に示すように、第１リンク部４５は、Ｕ字状の両突出部となる腕部４５ａ，４５ｂを有している。そして、第１リンク部４５は、該腕部４５ａ，４５ｂが正面側から各仕切り板６ａ，６ｂ（図１および図２において破線で示す。）を跨ぐ形態で配置されている。このため、右側（図２における左側）の空間部７には、図２において略Ｌ字状を呈する一方の腕部４５ａが仕切り板６ｂの右側（図２における左側）に配置される。また、中央の空間部７には、図２において略逆Ｌ字状を呈する他方の腕部４５ｂが仕切り板６ｂの左側（図２における右側）に配置され、略Ｌ字状を呈する一方の腕部４５ａが仕切り板６ａの右側（図２における左側）に配置される。また、左側（図２における右側）の空間部７には、図２において略逆Ｌ字状を呈する他方の腕部４５ｂが仕切り板６ａの左側（図２における右側）に配置される。

図２に示すように、第２リンク部４６は、各空間７の左右方向略中央部に配置されている。このため、右側（図２における左側）の空間７に配置されるリンク部３５は、第１リンク部４５の腕部４５ａと第２リンク部４６とで構成され、左側（図２における右側）の空間７に構成されるリンク部３５は、第１リンク部４５の腕部４５ｂと第２リンク部４６とで構成される。一方、中央の空間７の右方（図２における左方）に構成されるリンク部３５は、第１リンク部４５の腕部４５ｂと、第２リンク部４６において略Ｌ状を呈する一方の腕部４６ａとから構成される。また、中央の空間７の左方（図２における右方）に構成されるリンク部３５は、第１リンク部４５の腕部４５ａと、第２リンク部４６において略逆Ｌ状を呈する他方の腕部４６ｂとから構成される。このため、左側の空間７に配置されるリンク部３５および右側の空間に配置されるリンク部３５は左右対称形状を呈している。また、中央の空間７に配置される２つのリンク部３５も左右対称形状を呈している。

図２、図５および図６に示すように、第１リンク部４５の各腕部４５ａ，４５ｂおよび第２リンク部４６の各腕部４６ａ，４６ｂには、円形の円形孔４５ｃおよび円形孔４６ｃがそれぞれ設けられている。そして、図２に示すように、左右の空間７，７に配置されるリンク部３５の円形孔４５ｃ，４６ｃには、左右方向に沿って柱状部材４０が挿通されている。また、中央の空間７に配置されるリンク部３５の円形孔４５ｃ，４５ｃにも左右方向に沿って柱状部材４０が挿通されている。また、各柱状部材４０は円形孔４５ｃ，４６ｃに挿通された状態で固定されている。この際、左右の空間７に配置されるリンク部３５に関しては１つのリンク部３５に対して１つの柱状部材４０が用いられるのに対し、中央の空間７に配置されるリンク部３５に関しては２つのリンク部３５に対して、１つの柱状部材４０が用いられる（図２参照）。このため、中央のリンク部３５に用いられる柱状部材４０は、左右のリンク部３５に用いられる柱状部材４０よりも若干長手方向の長さが大きく形成されている。

図３、図４および図５等に示すように、回転軸部４４は、各リンク部３５の正面側に、各リンク部３５と一体に設けられている。具体的には、リンク部３５の各Ｕ字状の第１リンク部４５と第２リンク部４６の各Ｕ字の底側に当たる部分と四角柱状の回転軸部４４の一面とが半田付けにより固定されている。回転軸部４４は、左右方向に伸びている。また、回転軸部４４は、断面が四角形の角柱状の角状回転軸４４ａと、回転軸部４４から左右両側に突出する略円柱状の柱状回転軸４４ｂとを有する。図２に示すように、該柱状回転軸４４ｂはハウジング３から左右方向外方に突出している。図２、図３、図５および図６に示すように、この柱状回転軸４４ｂはハウジング３の絶縁サポート４ａ，４ｂの内側に隣接して配置される上述した支持体３６によって支持される。

支持体３６は、上述したように、絶縁サポート４ａ，４ｂの内側の左右に合計２つ配置される。図５および図６に示すように、支持体３６は、四角柱の長手方向中央を短手方向に向かって曲面状に切り欠かれた凹部５０を有する。図５および図６に示すように、この支持体３６は開閉装置２の前方側に配置され、凹部５０に回転軸部４４の柱状回転軸４４ｂが挿入される。このため、回転軸部４４は、ハウジング３の左右両側において支持部３６によって支持される。

また、リンク部３５における第１リンク部４５の各腕部４５ａ，４５ｂには、バネ部材３８を受けるための受け部５１が設けられている。図５および図６に示すように、受け部５１は、略台形状の板部５１ａと、その長辺から立設する立設部５２とを有する。この立設部５２には、前側に向かって略Ｖ字状に折れ曲がった折り曲げ部５２ａが設けられている。これら立設部５２は、リンク部３５の腕部４５ａ，４５ｂの先端部近傍（後ろ側）に配置されている（図２、図５および図６参照）。

上述したように、リンク部３５の円形孔４５ｃ，４６ｃには、柱状部材４０が挿通されている。この柱状部材４０には上下方向に貫通する円孔５３が設けられている。そして、この円孔５３には隙間Ｈを有する形態で第２の可動軸２２が挿入されている（図２、図５および図６参照）。このため、柱状部材４０に対して第２の可動軸２２は上下方向に相対移動可能となっている。この隙間Ｈは、リンク部３５が揺動する際にも第２の可動軸２２と柱状部材４０とが接触しないような大きさとなっている。また、柱状部材４０はリンク部３５に固定されているため、柱状部材４０は、リンク部３５を第２の可動軸２２に沿って上下方向に案内することになる。

図５および図６等に示すように、第２リンク部４６の腕部４６ａ，４６ｂの間の空間でありかつ柱状部材４０の上端には、第２の可動軸２２を挿通するように受け板４１が配設されている。また、受け板４１の上方には第２の可動軸２２が挿通するようにコイル部材４３が配設されている。このコイル部材４３の上端側は絶縁フランジ２１の円柱溝３０の内部に入り込んで、該円柱溝３０の上端面３０ａに接触している。また、コイル部材４３の下端側は受け板４１と接触している。さらに、第２リンク部４６の腕部４６ａ，４６ｂの間の空間でありかつ柱状部材４０の下端には、第２の可動軸２２を挿通するようにナット４２が配設されている。このナット４２は第２のロッド２３の上端に当接している。また、ナット４２の上端は柱状部材４０の下端に対して接離可能となっている。このため、図６に示すように、スイッチ部１２が開極し、リンク部３５が下方に移動したとき、柱状部材４０の下端はナット４２に当接する。このため、リンク部３５の下方への力は柱状部材４０およびナット４２を介して第２のロッド２３に伝達される。すなわち、逆にいえば、図６の状態では、第２のロッド２３や第３の可動軸２５の上方への移動を柱状部材４０が阻止することとなる。このような構成により、リンク部３５は柱状部材４０によって上下の軸線方向に案内されながら、回転軸部４４を支点として周方向に揺動可能となっている。

当接部３７は、ハウジング３の背面側に配置されており、後方に向かって略Ｖ字状に折れ曲がったＶ字部３７ａを有している。図５および図６に示すように、この当接部３７は、ハウジング３内の後方側に配置される略箱型形状のホルダ部５４の後方に取り付けられている。そして、当接部３７とリンク部３５の立設部５２との間にバネ部材３８が配設されている。このバネ部材３８の付勢力により、スイッチ部１２は、図６に示す開極状態と図５に示す閉極状態に位置保持される。

図７は、バネ部材３８の構成を説明するための図であり、上段は２枚の平板状の板バネ５５を対向配置させた側面図であり、下段は対向配置させた２枚の板バネ５５を上下方向に撓ませた側面図である。図８は、バネ部材３８の回動中心を支点としたストローク角を示す図であり、上段は閉極状態を示す図であり、下段は開極状態を示す図である。図９は、バネ部材３８の状態と各状態における作用力との関係を示すための図であり、上段は閉極状態の場合を示す図であり、中段はデットポイントの場合を示す図であり、下段は開極状態の場合を示す図である。

図７に示すように、バネ部材３８は、２枚の平板状の板バネ５５，５５から構成されている。本実施の形態では、各板バネ５５，５５の図７における左右の両端には傾斜状のテーパ面５６が形成されている。このテーパ面５６は、板バネ５５を撓ませやすくするために形成されている。バネ部材３８は、各板バネ５５を重ね合わせて、左右両側から中央に向かって押圧し、各板バネ５５，５５を対向するように弓状に撓ませることにより形成される。この板バネ５５を撓ませる行為は、該板バネ５５を当接部３７と立設部５２との間に配設する際に行われる。具体的には、２枚の板バネ５５，５５の他端となる前端５５ａを立設部５２における折り曲げ部５２ａに当接させる。そして、該板バネ５５，５５の一端となる後端５５ｂをＶ字部３７ａに当接させつつ当接部３７をホルダ部５４に固定する。これにより、各板バネ５５，５５が弓状に撓み、撓んだ状態の板バネ５５，５５により構成されるバネ部材３８が当接部３７と立設部５２との間に配置される。このバネ部材３８の付勢力を利用してスイッチ部１２は閉極状態および開極状態に位置保持される。

図５および図６に示すように、リンク部３５が回転軸部４４を支点として回動するに伴い、バネ部材３８は、Ｖ字部３７ａに当接している後端５５ｂを支点として回動する。具体的には、図８上段に示すように、スイッチ部１２が閉極状態のとき、リンク部３５はＡ−Ａ線に沿って水平な状態となっている。このとき、バネ部材３８の前端（作用点）５５ａはＡ−Ａ線上に位置する（図８上段参照）。一方、バネ部材３８の後端５５ｂはＡ−Ａ線よりも下方に位置し該後端５５ｂを通過する水平線となるＢ−Ｂ線上に位置する（図８上段参照）。すなわち、バネ部材３８は左斜め上方に傾くように配置されることになり、板バネ５５の上方への付勢力によって閉極状態の位置保持がなされている。具体的には、このとき、図８上段および図９上段に示すように、バネ部材３８の後端５５ｂを支点とするストローク角はθ_ａとなっており、バネ部材３８の前端５５ａには、２つの板バネ５５の付勢力の合計力となる上方に向かう保持力Ｆ１が作用している。この上方に向かう保持力Ｆ１によって閉極状態での位置保持がなされている。

閉極状態から開極状態へ移行するとき、バネ部材３８は、バネ部材３８の前端５５ａがＡ−Ａ線上に位置する状態から、バネ部材３８の前端５５ａおよび後端５５ｂがＢ−Ｂ線上に位置する水平状態（デットポイント）を経て、図８下段に示すバネ部材３８の前端５５ａがＣ−Ｃ線上に位置する状態へ移行する。

一方、スイッチ部１２が開極状態のとき、リンク部３５は回転軸部４４を支点として後方かつ斜め下方に傾いた状態となっている。このとき、バネ部材３８の前端（作用点）５５ａはＢ−Ｂ線上よりも低い位置となるＣ−Ｃ線上に存在する（図６および図８下段参照）。また、バネ部材３８の後端５５ｂはＢ−Ｂ線上に位置する。すなわち、バネ部材３８は前方が斜め下方に傾くように配置されることになり、板バネ５５の付勢力によって開極状態の位置保持がなされている。このときのバネ部材３８の後端５５ｂを支点とするストローク角はθ_ａよりも大きな角度θ_ｃとなっており、バネ部材３８の前端５５ａには、２つの板バネ５５，５５の付勢力の合計力となる下方に向かう保持力Ｆ２が作用している。この下方に向かう保持力Ｆ２によって開極状態での位置保持がなされている。

図９上段に示すように、開極状態からデットポイントまでの可動接点１１のストロークの長さはＳ１となっている。一方、図９下段に示すように、デットポイントから開極状態までの可動接点１１のストロークの長さはＳ２となっている。ここで、ストロークＳ２の長さはストロークＳ１の長さよりも大きくなっている。すなわち、Ｓ１＜Ｓ２の関係が成立する。このため、Ｓ１＝Ｓ２の関係の場合と比較して可動接点１１の閉極状態から開極状態への移動速度は大きくなる。具体的には、ストローク角をθ_ａ＜θ_ｃとすることで、θ_ｃに対応するストロークＳ２の前端５５ａには大きな力が作用することになり、その結果、Ｓ２間での移動速度はＳ１間よりも大きなものとなり、スイッチ部１２は瞬断されることとなる。また、開極状態へ移動する際の固定接点１１の全体のストロークＳ（＝Ｓ１＋Ｓ２）における移動速度も大きなものとなる。また、反発板２４は駆動手段１５によって生ずる駆動力Ｆによって動作するため、開極状態へ移行する際には、下方に向かって反発板２４に反発力となる駆動力Ｆが作用し、閉極状態へ移行する際には、上方に向かって反発板２４に反発力となる駆動力Ｆが作用する。このように、開極状態への移行時には、反発力となる駆動力Ｆに加えて保持力Ｆ２が作用するため、開極状態への移行速度は大きなものとなる。すなわち、開閉装置２における電気の遮断速度はより大きくなるように構成されている。

駆動手段１５は、第２のロッド２３の下端に固定され、該第２のロッド２３とともに上下方向に移動する反発板２４と、該反発板２４に下方向に移動するような渦電流を誘起させる開極用コイル５６と、反発板２４に上方向に移動するような渦電流を誘起させる閉極用コイル５７と、を有する。反発板２４は、開極用コイル５６と閉極用コイル５７との間に配置され、たとえば銅からなる金属製の板材により形成される。上述したように、この駆動手段１５の駆動力Ｆによって、スイッチ部１２が開極状態および閉極状態に駆動される。

図１０は、スイッチ部１２のＯＮ／ＯＦＦを検知するための検知機器６０の構成を示す図である。検知機器６０は図３および図４に示すように、ハウジング３の左右外側であって柱状回転軸部４４ｂが突出する位置近傍に配置される。図１０に示すように、柱状回転軸部４４ｂの切り欠かれた平坦部には平板状の板状部材６１が固定されており、その先端部（図１０の左側）にはピン部材６２が取り付けられている。このピン部材６２は検知機器６０に配置されるシャフト部材６３に接続されている。検知機器６０は、左右方向から見て略四角形の形態を有する筐体６４を備えている。筐体６４内にはシャフト部材６３等が配置される空間部６５が形成されている。

図１０に示すように、シャフト部材６３の空間部６５に入り込む部分は略角柱状に形成されている。この角柱状を案内する案内部から図１０において水平方向に伸びるように第１の固定スイッチ部６６が設けられている。シャフト部材６３は第１の固定スイッチ部６６に対して前後方向に相対移動可能である。第１の固定スイッチ部６６の裏側（図１０では下側）には各１つで計２つの固定接点６６ａ，６６ａが設けられている。また、シャフト部材６３の裏側部近傍には、上下方向（図１０では左右方向）に向かって延出する第１の可動スイッチ部６７が設けられており、該第１の可動スイッチ部６７には、固定接点６６ａ，６６ａと対向するように可動接点６７ａ，６７ａが設けられている。

また、空間部６５の後部（図１０では下側）にはベース部材７０が配置されている。このベース部材７０を案内する案内部には、図１０において水平方向に伸びる略板状の第２の固定スイッチ部７１が設けられている。第２の固定スイッチ部７１には、第１の固定スイッチ部６６の場合と同様、２つの固定接点７１ａ，７１ａが設けられている。また、ベース部材７０の図１０における上端側には、図１０において水平方向に伸びる第２の可動スイッチ部７２が設けられており、該第２の可動スイッチ部７２には、固定接点７１ａ，７１ａと対向するように可動接点７２ａ，７２ａが設けられている。さらに、シャフト部材６３の後端部とベース部材７０の前端部とは弾性部材７３によって連結されている。

図１０に示す状態では、第１の可動スイッチ部６７の可動接点６７ａ，６７ａが第１の固定スイッチ部６６の固定接点６６ａ，６６ａに接触している。この状態では、リンク部３５が下方向に移動し、柱状回転軸部４４ｂが図１０における時計回り方向に回動した状態である。この状態では、第１の可動スイッチ部６７がＯＮし、第２の可動スイッチ部７２がＯＦＦしている。開閉装置２の制御部は、ＯＮとＯＦＦのそれぞれの信号を検出し、スイッチ部１２がＯＦＦであることを検出する。一方、図１０に示す状態から、リンク部３５が上方向に向かって回動し、柱状回転軸部４４ｂが図１０に示す反時計回り方向に向かって回動するとピン部材６２に押圧されてシャフト部材６３が後方向（図１０では下方向）に移動する。すると、第１の可動スイッチ部６７がシャフト部材６３とともに後方向（図１０では下方向）に移動し、可動接点６７ａ，６７ａが固定接点６６ａ，６６ａから離れる。その動きとほとんど同時に、シャフト部材６３からの押圧力が弾性部材７３を介してベース部材７０に伝達され、ベース部材７０が後方（図１０では下方向）に押圧されて移動する。すると、第２の可動スイッチ部７２の可動接点７２ａ，７２ａが第２の固定スイッチ部７１の固定接点７１ａ，７１ａと接触し、スイッチ部１２がＯＮであることが検出される。第１の可動スイッチ部６７がＯＦＦし、かつ第２の可動スイッチ部７２がＯＮすることで、開閉装置２の制御部はスイッチ部１２がＯＮしていると判断する。

図５に示すように、駆動手段１５の左方には、該駆動手段１５に対して開極用コイル５６を駆動させる信号を送信するとともに閉極用コイル５７を駆動させる信号を送信するための駆動手段制御装置７４が設置されている（図６において不図示）。この駆動手段制御装置７４は、開閉装置２の制御部となっている。具体的には、駆動手段制御装置７４から駆動装置１５に対して開極用コイル５６を励磁する信号が送信される（以下、開極指令という。）と、開極用コイル５６の上下両端にそれぞれＮ極、Ｓ極が発生し、一方、反発板２４には対向した磁極と同極性の磁極が生じ、反発板２４が反発力を受け下方向に移動してスイッチ部１２がＯＦＦとなり開極状態となる。一方、駆動手段制御装置７４から駆動装置１５に対して閉極用コイル５７を励磁する信号が送信される（以下、閉極指令という。）と、閉極用コイル５７の上下両端にそれぞれＮ極、Ｓ極が発生し、一方、反発板２４には対向した磁極と同極性の磁極が生じ、反発板２４が反発力を受け上方向に移動してスイッチ部１２がＯＮとなり閉極状態となる。

図１１は、開極用コイル５６、閉極用コイル５７およびそれらにパルス電流を供給する電源とを電気的に接続した回路図である。

この回路では、開極用コイル５６と、閉極用コイル５７と、開極用コイル５６および閉極用コイル５７に電流を流すための電源となるＤＣ電源７５と、開極用コイル５６に流すための電荷を蓄えるための開極用コンデンサ７６と、閉極用コイル５７に流すための電荷を蓄えるための閉極用コンデンサ７７と、開極用コイル５６に電流を流す際のスイッチとなる開極用サイリスタ７８と、開極用サイリスタ７８を導通可能とするための開極用ゲート点弧回路８１と、開極側スイッチ８２と、閉極用コイル５７に電流を流す際のスイッチとなる閉極用サイリスタ８３と、閉極用サイリスタ８３を導通可能とするための閉極用ゲート点弧回路８４と、閉極側スイッチ８５を備えている。

この回路は、駆動手段制御装置７４からの指令により、開極用コイル５６および閉極用コイル５７のいずれか一方に択一的に電流を流すために用いられる。開極用コイル５６が配置される回路側に上述した開極指令が入力されると、開極側スイッチ８２がＯＮになり、さらに、開極用ゲート点弧回路８１の指令により開極用サイリスタ７８が導通可能な状態（ＯＮ状態）となる。すると、予め電荷が蓄えられていた開極用コンデンサ７６から開極用サイリスタ７８を通過して開極用コイル５６に電流が流れる。

一方、閉極用コイル５７が配置される回路側に上述した閉極指令が入力されると、閉極側スイッチ８５がＯＮになり、さらに、閉極用ゲート点弧回路８４の指令により閉極用サイリスタ８３が導通可能な状態（ＯＮ状態）となる。すると、電荷が蓄えられていた閉極用コンデンサ７７から閉極用サイリスタ８３を通過して閉極用コイル５７に電流が流れる。

図１２上段は、図１１中の開極用コンデンサ７６に蓄えられる電圧の推移を示す図であり、図１２中段は、開極用コイル５６に流れる電流の推移を示す図であり、図１２下段は、スイッチ部１２がＯＦＦになるタイミングを示す図である。なお、閉極用コンデンサ７７の閉極時の電圧は図１２と同様となり、閉極用コイル５７に流れる電流の推移も図１２中段と同様となる。また、スイッチ部１２がＯＮとなるタイミングも図１２下段と同様となる。

図１２上段に示すように、開極用コンデンサ７６に蓄えられた電荷は、約一定の割合で開極用コイル５６に供給される。一方、開極用コイル５６へ供給される電流は、開極用コンデンサ７６における電圧の推移とは異なり、略曲線状に推移する。具体的には、曲線状に増加しながら所定時間後にピークに達し、その後、なだらかに減少しつつ、最後に急激に減少する。図１２下段に示すように、開極用コイル５６の３つのコイルに流れる電流は同時にＯＦＦになるような設定となっている。具体的には、図１２下段に示すように、開極用コイル５７に電流が流れ始めて０．０００７秒（０．７ｍｓ）後にスイッチ部１２はＯＦＦになるように設定されている。図１２中段に示すように、開極用コイル５６に流れる電流がピークに達するのが０．００１５秒後なので、スイッチ部１２は開極用コイル５７に過電流が流れる前にＯＦＦになる。このため、開極用コイル５７に過電流が流れるのを防止でき、その結果、開極用コイル５７が過度に加熱されるのを防止できる。

次に、開閉装置２のスイッチ部１２の開極動作について説明する。

開閉装置２が図５に示す閉極状態であるときに、駆動手段制御装置７４から、開極用ゲート点弧回路８１に開極指令が入力され開極用サイリスタ７８がＯＮの状態になると、開極用コンデンサ７６から開極用サイリスタ７８を通過して開極用コイル５６に電流が流れる。すると、開極用コイル５６により誘起される渦電流によって反発板２４には下方向に向かう反発力となる駆動力Ｆが作用し、反発板２４が下方向に移動しようとする。反発板２４の下方向への駆動力Ｆは、第２のロッド２３および第２の可動軸２２を介して絶縁フランジ２１に伝達される。すると、絶縁フランジ２１に伝達された反発力となる駆動力Ｆは該絶縁フランジ２１の下方に配置されるコイル部材４３および受け板４１を介して柱状部材４０の上端に伝達される。これにより、反発板２４に作用する駆動力Ｆはリンク部３５を下方に押圧するように伝達される。なお、駆動力Ｆは、反発板２４と開極用コイル５６の間の距離が長くなると急速に小さくなっていく。

また、開極状態では、コイル部材４３は圧縮された状態となっているため、コイル部材４３には図５に示す付勢力Ｆ３が作用している。この付勢力Ｆ３は受け板４１を下方に押圧するため、該付勢力Ｆ３は、柱状部材４０を介してリンク部３５を下方向に押圧するように作用する。その結果、リンク部３５には駆動力Ｆと付勢力Ｆ３の合計力が下方に向かって作用する。当該合計力は、閉極状態での位置保持を行っている保持力Ｆ１より大きな力となるため、該合計力が保持力Ｆ１に打ち勝ちリンク部３５は回転軸部４４を支点として下方（図５において時計回り方向）に回動していく。すると、バネ部材３８は、図９に示すデットポイントを通過する。デットポイントを通過すると、バネ部材３８は急速に回動し、その結果、リンク部３５は急速に下方にさらに回動する。柱状部材４０もリンク部３５とともに下方に移動するため、柱状部材４０の下端がナット４２に当接する。この結果、柱状部材４０は、ナット４２、第２のロッド２３および反発板２４を押し下げるとともにそれらが上方に移動するのを阻止する。

このように反発板２４が下方に移動すると、第２のロッド２３、第２の可動軸２２、絶縁フランジ２１、第１の可動軸２０および第１のロッド１９を介して可動接点１１が下方に急速に移動し、図６に示す開極状態となる。ここで、バネ部材３８がデットポイントを通過した後は、反発力となる駆動力Ｆと付勢力Ｆ３の合計力に、保持力Ｆ１よりも大きな力となる保持力Ｆ２が加えられるため、より大きな力が可動軸部１３に加わり、スイッチ部１２の遮断速度も速いものとなる。

次に、開閉装置２のスイッチ部１２の閉極動作について説明する。

開閉装置２が図６に示す開極状態であるときに、駆動手段制御装置７４から、閉極用ゲート点弧回路８４に閉極指令が入力され閉極用サイリスタ８３がＯＮの状態になると、閉極用コンデンサ７７から閉極用サイリスタ８３を通過して閉極用コイル５７に電流が流れる。すると、閉極用コイル５７により誘起される渦電流によって反発板２４には上方向に向かう駆動力Ｆが作用し、反発板２４が上方向に移動しようとする。反発板２４の上方向への駆動力Ｆは、第２のロッド２３および柱状部材４０の下方に当接するナット４２を介して柱状部材４０に伝達される。すると、該駆動力Ｆは、柱状部材４０を介してリンク部３５を上方に押圧するように伝達される。なお、駆動力Ｆは、反発板２４と閉極用コイル５７との間の距離が長くなると急速に小さくなっていく。

また、リンク部３５には受け板４１および柱状部材４０を介してコイル部材４３からの図６に示す付勢力Ｆ４（付勢力Ｆ３に比べ小さい力）が作用しており、この付勢力Ｆ４はリンク部３５を下方に押圧している。このため、リンク部３５には反発力となる駆動力Ｆから付勢力Ｆ４を差し引いた合計力が上方向に向かって作用していることになる。当該合計力は、開極状態での位置保持を行っている保持力Ｆ２より大きな力となるため、該合計力が保持力Ｆ２に打ち勝ちリンク部３５は回転軸部４４を支点として上方（図６において反時計回り方向）に回動し始める。そして、バネ部材３８が図９に示すデットポイントを通過する。その後、バネ部材３８は急速に回動し、その結果、リンク部３５は急速に上方にさらに回動する。すると、リンク部３５とともに柱状部材４０が上方に移動し、該柱状部材４０に当接している受け板４１がコイル部材４３を押し縮める。押し縮められたコイル部材４３の復元力も絶縁フランジ２１を上方に押し上げるように作用する。

このように、最初はナット４２を介してリンク部３５が回動し始めるが、デットポイントを通過後は、リンク部３５は、バネ部材３８の付勢力によって回動していく。固定接点１０に可動接点１１が接触すると、反発板２４、第３の可動軸２５、第２のロッド２３、第２の可動軸２２、絶縁フランジ２１、第１の可動軸２０および第１のロッド１９のいずれもがその動きを停止する。しかし、リンク部３５はさらに回動するため、その力は受け板４１に加えられ、コイル部材４３を介して絶縁フランジ２１に伝えられる。この力は第１の可動軸２０および第１のロッド１９を介してスイッチ部１２に伝えられ、チャタリングを防止するように働く。

以上のように構成された開閉装置２では、弓状に撓ませた２枚の板バネ５５から構成されるバネ部材３８を可動軸部１３の側方に設置し、該バネ部材３８の付勢力を利用してスイッチ部１２を閉極状態および開極状態に保持している。このため、弾性部材３８を可動軸部１３上に取り付ける必要がなくなる。したがって、軸方向でスペース上、有利なものとなる。加えて、弾性部材３８を可動軸部１３とは別体として設置することができるので、弾性部材３８の取り付けおよび取り外し作業が容易となる。また、メンテナンスも容易に行うことが可能となる。さらに、弾性部材３８を直接可動軸部１３に取り付ける場合と比較して、高い位置精度が要求されることがなくなる。

また、バネ部材３８は、リンク部３５がすでに設置された状態において、立設部５２と当接部３７との間に配設可能である。すなわち、バネ部材３８は、当接部３７を固定部材として開閉装置２に対して後付けすることが可能である。このため、より容易に弾性部材を開閉装置２に設置することが可能となる。

また、バネ部材３８は、２枚の板バネ５５をリンク部３５と当接部３７の間に配置する構成とされている。このため、簡易な構成でスイッチ部１１を閉極状態および開極状態に位置保持することが可能となる。また、板バネ５５は、対向して弓状に撓んでいるため、安定した付勢力をリンク部３５に作用させ続けることが可能となる。

また、開閉装置２では、開極動作においては、コイル部材４３の付勢力Ｆ３を利用してリンク部３５を絶縁フランジ２１と一体的に押圧している。このため、より大きな力でリンク部３５を下方に向かって押圧でき、開極動作の速度を向上させることが可能となる。なお、反発板２４が下方向に動作したとき、絶縁フランジ２１の下端がリンク部３５の上端を押圧するようにすると、より一層、確実にリンク部３５を回動させることができる。

また、閉極状態においては、コイル部材４３の復元力が依然として可動接点１１を上方に押圧するように作用する。このため、閉極状態をより安定した状態に維持することが可能となる。

また、開閉装置２では、デットポイントを境にしたバネ部材３８のストローク角はθ_ｃ＞θ_ａとなるように、θ_ｃとθ_ａとを異なる角度としている。このため、開極動作において、バネ部材３８がデットポイントを通過した後は、保持力Ｆ２が作用し、より大きな力が可動軸部１３に加わることとなる。その結果、スイッチ部１２の遮断速度を向上させることが可能となる。

また、開閉装置２では、リンク部３５に柱状部材４０が固定され、該柱状部材４０の円孔５３に隙間Ｈを有する形態で第２の可動軸２２が挿通されている。このため、リンク部３５が回転軸部４４を支点として回動しても、リンク部３５を可動軸部１３の軸線方向となる上下方向に案内させることが可能となる。

また、柱状部材４０の上端には、第２の可動軸２２を挿通するように受け板４１が配設され、該受け板４１の上方にはコイル部材４３が配設されている。このため、コイル部材４３の付勢力を受け板４１を介して柱状部材４０に伝達することが可能となる。したがって、コイル部材４３の付勢力をリンク部３５に確実に伝達することが可能となる。

また、柱状部材４０の下端には、第２の可動軸２２を挿通するようにナット４２が配設されている。このため、スイッチ部１２が開極し、リンク部３５が下方に移動したとき、柱状部材４０はナット４２に当接する。したがって、リンク部３５の下方に移動する力を確実に第２のロッド２３に伝達することが可能となる。

また、開閉装置２では、開極用コイル５６に流れる電流がピークに達する前にスイッチ部１２がＯＦＦとなるような構成とされている。このため、開極用コイル５６に過電流が流れるのを防止でき、その結果、開極用コイル５６が過度に加熱されるのを防止できる。

以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明は上述の形態に限定されることなく、種々変形した形態にて実施可能である。

上述の各実施の形態では、バネ部材３８は２枚の板バネ５５から構成されているが、たとえば、４枚の板バネ５５から構成する等、バネ部材３８を他の枚数の板バネ５５から構成するようにしても良い。また、バネ部材３８を異なる形状の板バネから構成するようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、絶縁フランジ２１の下端はリンク部３５に当接しない構成とされているが、絶縁フランジ２１の下端をリンク部３５もしくは受け板４１に当接させるような構成としても良い。

また、上述の実施の形態では、コイル部材４３が絶縁フランジ２１と受け板４１との間に介在されているが、コイル部材４３を設けないようにしても良い。この場合、絶縁フランジ２１の下端をリンク部３５もしくは受け板４１に当接させるような構成としても良い。また、上述の実施の形態では、ナット４２が配設されているが、ナット４２を配設することなく、柱状部材４０の下端を直接第２のロッド２３の上端に当接させるようにしても良い。

また、上述の実施の形態では、開閉機器１には合計４つの保持機構１４を配設させているが、保持機構１４の数は、４つに限定されるものではなく、３つ以下にしても良いし、５つ以上としても良い。

また、上述の実施の形態では、デットポイントを境にしたバネ部材３８のストローク角はθ_ｃとθ_ａとで異なる角度とされているが、同じ角度としても良い。また、θ_ｃよりもθ_ａを大きな角度としても良い。また、Ａ−Ａ線上に左端５５ａおよび右端５５ｂが位置するようにバネ部材３８を配置しても良い。

また、上述した実施の形態では、駆動手段１５として、反発力を利用するものとしたが、吸引力を利用するものとしても良い。さらには、渦電流利用のものではなく、磁石利用のものとしても良い。また、スイッチ部１２が真空バルブ内に配置されるものではなく、通常の大気中に配置されるものとしても良い。さらには、開閉機器１としては三相交流を対象としたものとしているが、他の交流電源を対象としたり、直流電源を対象とするものとしても良い。

１…開閉機器、２…開閉装置、１０…固定電極、１１…可動電極、１３…可動軸部、１４…保持機構、１５…駆動手段、２１…絶縁フランジ（中間部材）、３５…リンク部（保持部材）、３７…当接部、３８…バネ部材（弾性部材）、４３…コイル部材、５５…板バネ、５５ａ…前端（他端）、５５ｂ…後端（一端）、Ｆ…駆動力（反発力）、Ｆ１…付勢力、Ｆ２…付勢力、Ｆ３…付勢力、Ｆ４…付勢力

Claims

固定電極と、
前記固定電極に接離する可動電極と、
前記可動電極に繋がり該可動電極とともに移動する可動軸部と、
前記可動電極と前記固定電極とが接離するように前記可動軸部を駆動させる駆動手段と、
前記可動電極と前記固定電極とが接触する閉極状態および前記可動電極と前記固定電極とが離間する開極状態を保持するための保持機構と、
を有する開閉装置において、
前記保持機構は、
前記可動軸部に連結される保持部材と、
前記保持部材と所定の距離を有して配置される当接部と、
その一端が前記当接部に当接するとともにその他端が前記保持部材に当接するように、前記保持部材と前記当接部との間に介在され、前記保持部材を前記可動軸部側に向かって付勢する弾性部材と、
を有し、
前記弾性部材は、重ね合わせて配置した一対の板バネをそれぞれ対向方向に向かって弓状に撓ませることにより構成され、該弓状に撓んだ板バネの付勢力を利用して、前記弾性部材を前記当接部に当接している一端を支点として部材単体で回動させて前記保持部材を前記可動軸部の軸方向に移動させることで、前記可動電極と前記固定電極とを前記閉極状態から前記開極状態にすばやく移行させ、また、前記開極状態から前記閉極状態にすばやく移行させ、かつ移行した状態である前記閉極状態または前記開極状態を保持することを特徴とする開閉装置。
請求項１記載の開閉装置において、
前記可動軸部は、前記保持機構に対して当接可能に配置される中間部材を有しており、前記駆動手段の駆動によって前記中間部材が前記保持部材に突き当たることにより前記保持部材が押圧され、前記可動電極が前記閉極状態から前記開極状態に移行することを特徴とする開閉装置。
請求項２記載の開閉装置において、
前記中間部材と前記保持部材との間にコイル部材を介在させ、前記保持部材を、前記コイル部材の付勢力を利用して前記中間部材と一体的に押圧することを特徴とする開閉装置。
請求項１から３のいずれか１項記載の開閉装置において、
前記弾性部材が前記閉極状態と前記開極状態との間を移行する際の前記他端のストロークは、前記一端を通過する水平線を境にして、その開極側および閉極側のそれぞれで異なるようにすることを特徴とする開閉装置。