JP5815460B2 - 開閉装置 - Google Patents

Description

この発明は、接離可能な電極を有し、この電極が接触／隔離をすることによって、一対の電極の開極／閉極の動作が行われる開閉装置に関し、特に閉極時のチャタリングを低減する機構に関するものである。

この種の開閉装置は、電路の開閉を行うスイッチ部と、スイッチ部の開閉の駆動力を伝える可動軸と、可動軸に駆動力を与えてスイッチ部を開閉させる操作機構と、を備えている。スイッチ部を開閉させる駆動力は、電磁力を利用しているので、閉極速度が高速となり、可動電極が固定電極に衝突する際に、大きな衝撃力が生じてしまう。この衝撃により、電極同士の再接点現象（以下、チャタリングという）が発生し、チャタリング時間が長くなると、電極同士が溶着してしまうという不具合があった。

このような状況を鑑み、固定電極に対して可動電極を接離させる絶縁ロッドから、絶縁ロッドの移動方向と直交する方向にレバーを延設し、レバーの先端部に投入抵抗接点用可動側電極を設け、固定電極の外周部に投入抵抗接点用可動側電極と対向するように固定側シリンダを設け、投入抵抗接点用固定側電極を固定側シリンダ内に復帰ばねとともに収納した従来の開閉装置が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

この従来の開閉装置では、固定側シリンダに囲まれた空間がガス圧縮室になり、投入抵抗接点用可動側電極にガス抜き穴が形成されている。そこで、閉極動作時に、レバーが絶縁ロッドの移動に伴って移動し、それに伴って投入抵抗接点用可動側電極が移動し、投入抵抗接点用固定側電極に投入される。この投入動作により、ガス圧縮室内のガスが投入抵抗接点用固定側電極により圧縮される。そこで、ガス圧縮室が投入抵抗接点用固定側電極に対してダンパとして作用し、チャタリングが抑制される。

特開平４−２８２５２２号公報

従来の開閉装置では、ダンパが固定電極側に設けられているので、可動電極が固定電極に接触後の電極間の反発による可動側電極のバウンドを完全に抑制できず、チャタリングを十分に低減できないという課題があった。
また、従来の開閉装置では、ダンパが固定電極に対して可動電極を接離させる絶縁ロッドの軸心から外れた位置に設けられているので、衝突時に発生するダンパ抗力によるねじりモーメントが、レバーを介して絶縁ロッドに作用するという課題もあった。このダンパ抗力によるねじりモーメントを抑える止めには、絶縁ロッドの軸心に対して対称にダンパを設ける必要があるが、部品点数が増加するとともに、コストが高くなるという新たな課題が生じる。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、チャタリング時間を短縮できるとともに、衝突時に可動軸にねじりモーメントが作用しない、安価な開閉装置を得ることを目的とする。

この発明による開閉装置は、接離可能に構成された固定電極および可動電極からなり、筐体内に配設されたスイッチ部と、上記筐体を保持するフランジと、上記可動電極から上記固定電極と反対側に延設され、上記フランジを挿通して軸心方向に移動可能に配設された可動軸と、上記フランジに支持されて該フランジの上記スイッチ部と反対側に配設され、上記可動軸を移動させて上記スイッチ部を開閉させる駆動力を発生する操作機構と、有底円筒状に作製され、開口を上記操作機構に向けて上記フランジに支持され、上記可動軸が底部を挿通して該可動軸と同軸に配設されたダンパ用シリンダ、および上記可動軸に固定され、該可動軸の移動に連動して上記ダンパ用シリンダに出入り可能に構成されたダンパ用ピストンを有する空気ダンパと、上記操作機構の駆動力を出力する出力軸の端部に固定された固定側ホルダ、上記可動軸の上記フランジからの延出部に固定された可動側ホルダ、および両端を上記固定側ホルダと上記可動側ホルダとに固定されて両ホルダ間に配設された接圧ばねからなる保持機構と、を備え、上記可動側ホルダが上記ダンパ用ピストンを兼用している。

この発明によれば、空気ダンパが可動軸に同軸に配設されているので、ダンパの減衰機能により、充可動軸の駆動速度が低下される。その結果、可動軸の持つ運動エネルギーが消散され、可動軸の跳ね返り運動エネルギーが小さくなり、チャタリング時間が大幅に短縮され、固定電極と可動電極とが溶着するような事態が未然に回避される。
空気ダンパが可動軸に同軸に配設されているので、空気ダンパの抗力によるねじりモーメントは可動軸に作用しない。このため、ダンパを可動軸の軸心に対して対称に複数設置する必要がなく、部品点数の削減が図られ、低コスト化が図られる。また、空気を利用したダンパであるので、メンテナンスの必要がなく、メンテナンスのコストを低減できる。

この発明の実施の形態１に係る開閉装置の構成を模式的に示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る開閉装置における開閉動作時のダンパ動作を説明する斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る開閉装置における空気ダンパ周りを示す斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る開閉装置における空気ダンパ周りを示す斜視図である。 この発明の実施の形態４に係る開閉装置における空気ダンパ周りを示す斜視図である。 この発明の実施の形態５に係る開閉装置の構成を模式的に示す断面図である。

以下、本発明の開閉装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る開閉装置の構成を模式的に示す断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る開閉装置における開閉動作時のダンパ動作を説明する斜視図であり、図２の（ａ）は開極時のダンパの状態を示し、図２の（ｂ）は閉極時のダンパの状態を示している。

図１において、開閉装置１は、電路の開閉を行うスイッチ部４と、スイッチ部４に駆動力を伝える可動軸と、電源により駆動され、可動軸に駆動力を与えてスイッチ部４を開閉させる操作機構１６と、スイッチ部４の閉極状態を保持する保持機構２５と、スイッチ部４の閉極時の可動軸の速度を低下させる空気ダンパ３０と、を備えている。

スイッチ部４は、固定電極５と、可動電極６と、を備え、真空バルブ７内に収納されている。充電部可動軸１０は、端板８を遊嵌状態に挿通して真空バルブ７と同軸に配置され、ベローズ９を介して端板８に気密に取り付けられている。そして、可動電極６が真空バルブ７内に延出する充電部可動軸１０の端部に、固定電極５と相対するように配設されている。ベローズ９が真空気密を保ちながら充電部可動軸１０が動くことを可能にしており、これにより可動電極６が固定電極５に接離可能となっている。なお、可動側端子１１が充電部可動軸１０の端板８からの延出部に装着され、固定側端子１２が固定電極５の真空バルブ７からの延出端に接続されている。

真空バルブ７は、フランジ２に保持された筐体３内に配設されている。無充電部可動軸１３は、フランジ２を遊嵌状態に挿通して充電部可動軸１０と同軸に配置され、ベローズ１４を介してフランジ２に気密に取り付けられている。ベローズ１４が気密を保ちながら無充電部可動軸１３が動くことを可能にしている。無充電部可動軸１３は、その筐体３内の端部が絶縁ロッド１５を介して充電部可動軸１０の端板８からの延出端に連結され、充電部可動軸１０に駆動力を伝え、スイッチ部４に接触圧を与える。なお、充電部可動軸１０および無充電部可動軸１３により可動軸が構成される。

操作機構１６は、電磁力により駆動力を発生する駆動機構部１７と、駆動機構部１７を保持する保持盤１８と、を備えている。駆動機構部１７は、ケース１９と、ケース１９を挿通して軸方向に移動可能に配設され、駆動力を出力する出力軸２０と、出力軸２０に装着されてケース１９内に配設される可動コイル２１と、出力軸２０の軸方向に可動コイル２１を挟んで相対してケース１９内に配設された閉極用固定コイル２２および開極用固定コイル２３と、を備えている。保持盤１８は、ストラット２４を介してフランジ２に支持され、フランジ２の真空バルブ７と反対側に配設されている。操作機構１６は、駆動機構部１７のケース１９を保持盤１８に保持されて、出力軸２０が無充電部可動軸１３と同軸となるように配設されている。出力軸２０は、ケース１９および保持盤１８を挿通し、その延出端が無充電部可動軸１３のフランジ２からの延出端と所定の隙間を介して相対している。

保持機構２５は、接圧ばね２６と、接圧ばね２６の一端に固定された固定側ホルダ２７と、接圧ばね２６の他端に固定された可動側ホルダ２８と、を備えている。保持機構２５は、固定側ホルダ２７を出力軸２０の保持盤１８からの延出端に固定され、可動側ホルダ２８を無充電部可動軸１３のフランジ２からの延出部に固定されて、出力軸２０と無充電部可動軸１３とを連結している。保持機構２５は、可動電極６が固定電極５に接触した後、駆動機構部１７の駆動力を受け、固定電極５と可動電極６との接触圧力を高めるように作用する。

ダンパ用シリンダ３１は、有底円筒状に作製され、開口を保持機構２５に向けてフランジ２の真空バルブ７と反対側に、無充電部可動軸１３と同軸に配設されている。そして、無充電部可動軸１３がダンパ用シリンダ３１の底部の軸心位置を挿通している。さらに、可動側ホルダ２８は、ダンパ用シリンダ３１の円筒部の内径より僅かに小さい外径を有する円盤状に作製され、無充電部可動軸１３のフランジ２からの延出部に同軸に固定され、固定電極５と可動電極６の開閉動作時に、ダンパ用シリンダ３１の円筒部を出入りするように構成されている。そして、可動側ホルダ２８がダンパ用ピストンとして機能し、ダンパ用シリンダ３１とともに空気ダンパ３０を構成している。

なお、ダンパ用シリンダ３１の底部の挿通穴とその挿通穴を挿通する無充電部可動軸１３との間の隙間は、ダンパ用シリンダ３１の円筒部と可動側ホルダ２８との間の隙間より狭くなっている。そこで、ダンパ用シリンダ３１の円筒部と可動側ホルダ２８との間の隙間が空気ダンパ３０のダンパ機能に寄与する。

このように構成された開閉装置１では、絶縁ロッド１５が充電部可動軸１０と無充電部可動軸１３との間に介装されているので、スイッチ部４から操作機構１６への電流の流れ込みが阻止される。

そして、可動コイル２１と閉極用固定コイル２２との間に磁気吸引力が作用するように電力が供給されると、出力軸２０は図１中左方向（閉極方向）に移動する。出力軸２０の閉極方向の移動力は、保持機構２５、無充電部可動軸１３および絶縁ロッド１５を介して充電部可動軸１０に伝達され、可動電極６が固定電極５に接触し、可動側端子１１と固定側端子１２との間の電路が閉じられる。保持機構２５の接圧ばね２６は、可動電極６が固定電極５に接触した後、駆動機構部１７の駆動力を受けて圧縮される。そして、接圧ばね２６の復元力が、無充電部可動軸１３および絶縁ロッド１５を介して充電部可動軸１０に伝達され、固定電極５と可動電極６との接触圧力を高めるように作用する。これにより、固定電極５と可動電極６との閉極状態が保持される。

また、可動コイル２１と開極用固定コイル２３との間に磁気吸引力が作用するように電力が供給されると、出力軸２０は図１中右方向（開極方向）に移動する。出力軸２０の閉極方向の移動力は、保持機構２５、無充電部可動軸１３および絶縁ロッド１５を介して充電部可動軸１０に伝達され、可動電極６が固定電極５から離れ、可動側端子１１と固定側端子１２との間の電路が開けられる。

つぎに、空気ばね３０の作用効果について図２を参照しつつ説明する。
開極状態では、図２の（ａ）に示されるように、可動側ホルダ２８はダンパ用シリンダ３１の開口外側に位置している。そして、閉極動作に入ると、可動側ホルダ２８は、図２の（ａ）中左側に移動し、図２の（ｂ）に示されるように、ダンパ用シリンダ３１の円筒部に進入する。この可動側ホルダ２８の進入により、ダンパ用シリンダ３１と可動側ホルダ２８とにより構成される空気圧縮室の容積が変化する。この空気圧縮室の容積変化により、空気圧縮室内の空気がダンパ用シリンダ３１の円筒部と可動側ホルダ２８との間の隙間を流れる。空気が当該隙間を流れる際に発生する抵抗力により、ダンパの減衰機能が発揮される。
また、この空気ばね３０においては、可動側ホルダ２８の進入により、空気の体積弾性力も発生する。この空気の体積弾性力は駆動方向に対する抗力として働く。

そこで、閉極動作において、ダンパの減衰機能および空気の体積弾性力により、充電部可動軸１０、絶縁ロッド１５および無充電部可動軸１３からなる可動軸の駆動速度が低下される。その結果、可動軸の持つ運動エネルギーが消散され、可動電極６を含む可動軸の跳ね返り運動エネルギーが小さくなり、チャタリング時間が大幅に短縮され、固定電極５と可動電極６とが溶着するような事態が未然に回避される。

空気ダンパ３０が可動軸に同軸に配設されているので、空気ダンパ３０の抗力によるねじりモーメントは可動軸に作用しない。このため、ダンパを可動軸の軸心に対して対称に複数設置する必要がなく、部品点数の削減が図られ、低コスト化が図られる。
空気ダンパ３０は、有底円筒状のダンパ用シリンダ３１と円盤状の可動側ホルダ２８により構成されているので、空気ダンパ３０の構成が簡素化され、低コスト化が図られる。さらに、空気を利用したダンパであるので、メンテナンスの必要がなく、メンテナンスのコストを低減できる。さらに、可動側ホルダ２８がダンパ用ピストンを兼用しているので、部品点数の削減が図られる。

なお、空気ダンパ３０においては、ダンパ用シリンダ３１の円筒部の断面積および可動側ホルダ２８の断面積を調整することで、可動軸の駆動速度の低下要求に答えることができる。
また、空気ダンパ３０においては、ダンパ用シリンダ３１の円筒部の高さ、あるいは可動側ホルダ２８の無充電部可動軸１３への取付位置を調整することにより、可動軸の駆動速度に抵抗力を発生させる位置を適宜設定できる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る開閉装置における空気ダンパ周りを示す斜視図である。

図３において、空気ダンパ３０Ａは、ダンパ用シリンダ３１Ａの円筒部に孔３３が穿設されている。
なお、実施の形態２は、空気ダンパ３０に代えて空気ダンパ３０Ａを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態２においても、可動側ホルダ２８のダンパ用シリンダ３１Ａ内への進入により、ダンパ用シリンダ３１Ａと可動側ホルダ２８とにより構成される空気圧縮室の容積が変化する。この空気圧縮室の容積変化により、空気圧縮室内の空気がダンパ用シリンダ３１Ａの円筒部と可動側ホルダ２８との間の隙間、さらには孔３３を流れる。そして、空気が当該隙間および孔３３を流れる際に発生する抵抗力により、ダンパの減衰機能が発揮される。

そこで、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、孔３３がダンパ用シリンダ３１Ａの円筒部に穿設されているので、孔３３の口径や個数を調整することで、可動軸の駆動方向に対する抗力を調整できる。

なお、上記実施の形態２では、孔３３がダンパ用シリンダ３１Ａの円筒部に穿設されているものとしているが、孔３３は可動側ホルダ２８に穿設されてもよい。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３に係る開閉装置における空気ダンパ周りを示す斜視図である。

図４において、空気ダンパ３０Ｂは、ダンパ用シリンダ３１Ｂの底部に孔３４が穿設されている。
なお、実施の形態３は、空気ダンパ３０に代えて空気ダンパ３０Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態３においても、可動側ホルダ２８のダンパ用シリンダ３１Ｂ内への進入により、ダンパ用シリンダ３１Ｂと可動側ホルダ２８とにより構成される空気圧縮室の容積が変化する。この空気圧縮室の容積変化により、空気圧縮室内の空気がダンパ用シリンダ３１Ｂの円筒部と可動側ホルダ２８との間の隙間、さらには孔３４を流れる。そして、空気が当該隙間および孔３４を流れる際に発生する抵抗力により、ダンパの減衰機能が発揮される。

そこで、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、孔３４がダンパ用シリンダ３１Ｂの底部に穿設されているので、孔３４の口径や個数を調整することで、可動軸の駆動方向に対する抗力を調整できる。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４に係る開閉装置における空気ダンパ周りを示す斜視図である。

図５において、空気ダンパ３０Ｃは、外周面の外径がダンパ用シリンダ３１側から離れるにつれ漸次大きくなる切頭円錐面に形成された可動側ホルダ２８Ａを備えている。
なお、実施の形態４は、空気ダンパ３０に代えて空気ダンパ３０Ｃを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態４においても、可動側ホルダ２８Ａのダンパ用シリンダ３１内への進入により、ダンパ用シリンダ３１と可動側ホルダ２８Ａとにより構成される空気圧縮室の容積が変化する。この空気圧縮室の容積変化により、空気圧縮室内の空気がダンパ用シリンダ３１の円筒部と可動側ホルダ２８Ａとの間の隙間を流れる。そして、空気が当該隙間を流れる際に発生する抵抗力により、ダンパの減衰機能が発揮される。

そこで、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
外周面が円筒面となっている可動側ホルダ２８を用いた場合、一定の減衰特性のみ発生する。この実施の形態４によれば、可動側ホルダ２８Ａの外周面が切頭円錐面に形成されているので、可動軸の駆動方向に対する抗力を広範囲で変化させることができる。

なお、上記実施の形態１〜４では、保持機構２５の可動側ホルダ２８，２８Ａがダンパ用ピストンを兼用するものとしているが、専用のダンパ用ピストンを設けてもよいことは言うまでもないことである。

実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５に係る開閉装置の構成を模式的に示す断面図である。

図６において、ダンパ用シリンダ３１が開口をフランジ２の真空バルブ７側の面に固定されてベローズ１４内に配設されている。無充電部可動軸１３がダンパ用シリンダ３１の底部の軸心位置を挿通している。ダンパ用ピストン３５は、ダンパ用シリンダ３１の円筒部の内径より僅かに小さい外径を有する円盤状に作製され、無充電部可動軸１３の軸方向に移動とともにダンパ用シリンダ３１の円筒部内を往復移動可能に無充電部可動軸１３に同軸に固定されている。ダンパ用シリンダ３１とダンパ用ピストン３５が空気ダンパ３０Ｄを構成する。
なお、実施の形態５は、空気ダンパ３０に代えて空気ダンパ３０Ｄを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態５による開閉装置１Ａにおいても、ダンパ用ピストン３５がダンパ用シリンダ３１の円筒部内を軸方向に往復移動することにより、ダンパ用シリンダ３１とダンパ用ピストン３５とにより構成される空気圧縮室の容積が変化する。この空気圧縮室の容積変化により、空気圧縮室内の空気がダンパ用シリンダ３１の円筒部とダンパ用ピストン３５との間の隙間を流れる。そして、空気が当該隙間を流れる際に発生する抵抗力により、ダンパの減衰機能が発揮される。

そこで、この実施の形態５においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、上記実施の形態５では、空気ダンパ３０Ｄをフランジ２に取り付けられたベローズ１４内に設けるものとしているが、空気ダンパ３０Ｄを真空バルブ７の端板８に取り付けられたベローズ９内に設けても、同様の効果が得られる。

１，１Ａ 開閉装置、２ フランジ、３ 筐体、４ スイッチ部、５ 固定電極、６ 可動電極、７ 真空バルブ、８ 端板、９ ベローズ、１０ 充電部可動軸（可動軸）、１３ 無充電部可動軸(可動軸）、１４ ベローズ、１５ 絶縁ロッド(可動軸）、１６ 操作機構、２０ 出力軸、２１ 可動コイル、２２ 閉極用固定コイル、２３ 開極用固定コイル、２５ 保持機構、２７ 固定側ホルダ、２６ 接圧ばね、２８，２８Ａ 可動側ホルダ、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 空気ダンパ、３１，３１Ａ，３１Ｂ ダンパ用シリンダ、３３，３４ 孔、３５ ダンパ用ピストン。

Claims (5)

1. 接離可能に構成された固定電極および可動電極からなり、筐体内に配設されたスイッチ部と、
   上記筐体を保持するフランジと、
   上記可動電極から上記固定電極と反対側に延設され、上記フランジを挿通して軸心方向に移動可能に配設された可動軸と、
   上記フランジに支持されて該フランジの上記スイッチ部と反対側に配設され、上記可動軸を移動させて上記スイッチ部を開閉させる駆動力を発生する操作機構と、
   有底円筒状に作製され、開口を上記操作機構に向けて上記フランジに支持され、上記可動軸が底部を挿通して該可動軸と同軸に配設されたダンパ用シリンダ、および上記可動軸に固定され、該可動軸の移動に連動して上記ダンパ用シリンダに出入り可能に構成されたダンパ用ピストンを有する空気ダンパと、
   上記操作機構の駆動力を出力する出力軸の端部に固定された固定側ホルダ、上記可動軸の上記フランジからの延出部に固定された可動側ホルダ、および両端を上記固定側ホルダと上記可動側ホルダとに固定されて両ホルダ間に配設された接圧ばねからなる保持機構と、を備え、
   上記可動側ホルダが上記ダンパ用ピストンを兼用していることを特徴とする開閉装置。
2. 孔が、上記ダンパ用シリンダおよび上記ダンパ用ピストンの少なくとも一方に穿設されていることを特徴とする請求項１記載の開閉装置。
3. 上記ダンパ用ピストンの外周面は、その外径が上記ダンパ用シリンダの底部から離れるにつれ漸次大きくなる切頭円錐面に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の開閉装置。
4. 接離可能に構成された固定電極および可動電極からなり、筐体内に配設されたスイッチ部と、
   上記筐体を保持するフランジと、
   上記可動電極から上記固定電極と反対側に延設され、上記フランジを挿通して軸心方向に移動可能に配設された可動軸と、
   上記フランジに支持されて該フランジの上記スイッチ部と反対側に配設され、上記可動軸を移動させて上記スイッチ部を開閉させる駆動力を発生する操作機構と、
   上記可動軸に同軸に配設された空気ダンパと、を備え、
   上記空気ダンパは、有底円筒状に作製され、底部を上記スイッチ部に向けて上記フランジに支持され、上記可動軸が底部を挿通して該可動軸と同軸に配設されたダンパ用シリンダと、上記可動軸に固定され、該可動軸の移動に連動して上記ダンパ用シリンダ内を往復移動可能に構成されたダンパ用ピストンと、を有することを特徴とする開閉装置。
5. 接離可能に構成された固定電極および可動電極からなり、筐体内に配設されたスイッチ部と、
   上記筐体を保持するフランジと、
   上記可動電極から上記固定電極と反対側に延設され、上記フランジを挿通して軸心方向に移動可能に配設された可動軸と、
   上記フランジに支持されて該フランジの上記スイッチ部と反対側に配設され、上記可動軸を移動させて上記スイッチ部を開閉させる駆動力を発生する操作機構と、
   上記可動軸に同軸に配設された空気ダンパと、
   上記スイッチ部を収納して上記筐体内に配設された真空バルブと、を備え、
   上記可動軸は、上記真空バルブの端板を挿通して配置され、ベローズを介して該端板に気密に取り付けられ、
   上記空気ダンパは、有底円筒状に作製され、底部を上記スイッチ部に向けて上記端板に支持され、上記可動軸が底部を挿通して該可動軸と同軸に上記ベローズ内に配設されたダンパ用シリンダと、上記可動軸に固定され、該可動軸の移動に連動して上記ダンパ用シリンダ内を往復移動可能に構成されたダンパ用ピストンと、を有することを特徴とする開閉装置。

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