JP5951262B2 - 開閉装置および開閉装置操作機構 - Google Patents

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Description

本実施形態は、開閉装置および開閉装置操作機構に関する。
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投入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動作を行うように構成されているものがある。
このような開閉装置の操作機構の第1の従来例としては、特許文献1に開示された技術が知られている。特許文献1の技術では、開閉装置の投入動作完了直後の投入軸の逆転を第1爪、第2爪および第3爪で制止すると共にカムクラッチでも制止、負担させ各爪と歯車の歯の先端部に発生する衝突力を分散、緩和させること等が開示されている。
また、開閉装置の操作機構の第2の従来例として、特許文献2に開示された技術が知られている。特許文献2の技術では、第1止め爪と第2止め爪のためにストッパ部に非線形弾性体を使用する構造となっているため、第1板と係合する止めレバーが投入シャフトを中心に揺動することや、止めレバーに回転自由に配置された蓄勢カムを駆動する動力伝達部は減速機と蓄勢カム間の距離が変化しても、モータの駆動力を伝達する構造でなくてはならないこと等が開示されている。
また、開閉装置の操作機構の第3の従来例として、特許文献3に開示された技術が知られている。特許文献3の技術では、動力伝達機構がチェーンとスプロケットで構成されている。チェーンを用いた動力伝達機構は、チェーンの両端に配置されるスプロケット間の軸間距離が多少伸縮しても動力を伝達すること等が開示されている。
特開2007−188775号公報 特開2011−60571号公報 特開2007−294363号公報
上述した第1の従来例においては、投入動作時の爪車の逆転を第1爪で停止させることがある。その場合は、停止時の衝撃力を、第1爪、カムローラ、蓄勢カム、ストッパおよびカムクラッチなどで受けるため、このような衝撃力を受ける部品の破損および寿命の低下を引き起こす要因となる。
また、第2の従来例においては、投入動作時の爪車の逆転を第1止め爪または第2止め爪で停止させ、そのときに発生する衝撃力をストッパ部の非線形弾性体の弾性変形により吸収する構造となっているため、非線形弾性体のピーク荷重は変位とともに増大することになる。そのピーク荷重に合わせて、ストッパ部を支持する部材の強度を高くする必要があるため、操作機構が大型化する傾向にある。さらに、ピーク荷重を低減しつつ衝撃力を吸収するためには、非線形弾性体の変位(変形量)を大きくする必要がある。しかし、変位が大きくなれば止めレバーの揺動角度が大きくなり、スプロケットの変位も大きくなるため、チェーンのたるみが大きくなる。このため、チェーンがスプロケットから脱落する可能性が高くなるとともに、チェーンが大きく振動し他の部品と接触し破損する可能性が高くなる。
また、第3の従来例においても、動力伝達機構のチェーンの両端に配置されるスプロケット間の軸間距離が多少伸縮した場合に、スプロケットから脱落する可能性が高くなるとともに、チェーンが大きく振動し他の部品と接触し破損する可能性が高くなる。
本発明が解決しようとする課題は、投入動作時の爪車の逆転の際に生じる衝撃力を緩和して支持部材の強度低下を防止し、チェーンの脱落を抑える開閉装置および開閉装置操作機構を提供することである。
上記課題を解決するために、実施形態の開閉装置操作機構は、開閉装置の可動接点を往復駆動して、その開閉装置を遮断状態と投入状態との間で相互に移行させる開閉装置操作機構である。当該開閉装置操作機構は、支持構造体と、第1の回転軸方向に延びて、前記支持構造体に回転自在に支持された投入シャフトと、前記投入シャフトに固定されて前記投入シャフトと共に回転する略円板状で、この外周側面に周方向に沿って複数の外周歯が形成された爪車と、前記爪車に軸方向に並んで配置されて、前記投入シャフトの周りを周方向に揺動可能な板状で、外周付近に前記投入シャフトに平行に延びる第2の回転軸周りに回転可能なローラを備えた送りレバーと、前記投入シャフトの周りを周方向に揺動可能な板状で、外周付近に前記投入シャフトに平行に延びる蓄勢カム軸周りに回動可能な蓄勢カムを備え、この蓄勢カムと前記ローラとが周方向に互いに接触可能に構成された止めレバーと、前記支持構造体に固定されて、前記送りレバーに揺動するための動力を伝達可能な駆動部と、前記送りレバーに取り付けられて、前記外周歯に係合可能で、前記駆動部から伝達された動力を前記爪車に伝達して前記爪車および投入シャフトを少なくとも一方向に回転させる送り爪と、前記止めレバーに取り付けられて、前記爪車に係合して、前記爪車および前記投入シャフトが前記一方向に対して逆回転することを抑制する複数の止め爪と、前記投入シャフトの回転に伴って伸縮するように構成された投入ばねと、前記投入シャフトに固定されて、前記投入シャフトの回転により前記投入ばねを伸縮させる投入レバーと、前記投入ばねが蓄勢された状態を保持可能なキャッチ機構と、前記投入シャフトに固定されて前記投入シャフトと共に回転する投入カムと、前記駆動部の出力軸に固定された第1スプロケットと、前記支持構造体に固定されたスプロケット台と、前記スプロケット台に回転可能に支持された中間軸と、前記中間軸に固定されて前記中間軸と共に回転可能な第2スプロケットと、前記中間軸に固定されて前記中間軸と共に回転可能な第3スプロケットと、前記蓄勢カム軸に固定されて前記蓄勢カム軸と共に回転可能な第4スプロケットと、前記第1スプロケットと前記第2スプロケットとに噛合する第1チェーンと、前記第3スプロケットと前記第4スプロケットとに噛合する第2チェーンと、を有することを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、実施形態の開閉装置は、往復可能な可動接点と、この可動接点を駆動する操作機構とを有し、前記可動接点の移動によって遮断状態と投入状態との間で相互に移行しうる開閉装置である。当該開閉装置の操作機構は、支持構造体と、第1の回転軸方向に延びて、前記支持構造体に回転自在に支持された投入シャフトと、前記投入シャフトに固定されて前記投入シャフトと共に回転する略円板状で、この外周側面に周方向に沿って複数の外周歯が形成された爪車と、前記爪車に軸方向に並んで配置されて、前記投入シャフトの周りを周方向に揺動可能な板状で、外周付近に前記投入シャフトに平行に延びる第2の回転軸周りに回転可能なローラを備えた送りレバーと、前記投入シャフトの周りを周方向に揺動可能な板状で、外周付近に前記投入シャフトに平行に延びる蓄勢カム軸周りに回動可能な蓄勢カムを備え、この蓄勢カムと前記ローラとが周方向に互いに接触可能に構成された止めレバーと、前記支持構造体に固定されて、前記送りレバーに揺動するための動力を伝達可能な駆動部と、前記送りレバーに取り付けられて、前記外周歯に係合可能で、前記駆動部から伝達された動力を前記爪車に伝達して前記爪車および投入シャフトを少なくとも一方向に回転させる送り爪と、前記止めレバーに取り付けられて、前記爪車に係合して、前記爪車および前記投入シャフトが前記一方向に対して逆回転することを抑制する複数の止め爪と、前記投入シャフトの回転に伴って伸縮するように構成された投入ばねと、前記投入シャフトに固定されて、前記投入シャフトの回転により前記投入ばねを伸縮させる投入レバーと、前記投入ばねが蓄勢された状態を保持可能なキャッチ機構と、前記投入シャフトに固定されて前記投入シャフトと共に回転する投入カムと、前記駆動部の出力軸に固定された第1スプロケットと、前記支持構造体に固定されたスプロケット台と、前記スプロケット台に回転可能に支持された中間軸と、前記中間軸に固定されて前記中間軸と共に回転可能な第2スプロケットと、前記中間軸に固定されて前記中間軸と共に回転可能な第3スプロケットと、前記蓄勢カム軸に固定されて前記蓄勢カム軸と共に回転可能な第4スプロケットと、前記第1スプロケットと前記第2スプロケットとに噛合する第1チェーンと、前記第3スプロケットと前記第4スプロケットとに噛合する第2チェーンと、を有することを特徴とする。
本発明に係る開閉装置操作機構の第1の実施形態における投入動作完了状態を示す展開正面図。 本発明に係る開閉装置操作機構の第1の実施形態における蓄勢動作完了状態を示す展開正面図。 図1と図2の投入シャフトと第4スプロケットと中間軸部を示す部分図。 図2で示した操作機構のストッパ部の断面図。 図1で示した操作機構のストッパ部の断面図。 第1の実施形態でのストッパ部の変位と荷重の関係。 本発明に係る開閉装置操作機構の第2の実施形態における投入動作完了状態を示す展開正面図。 図7の投入シャフトと第4スプロケットと中間軸部を示す部分図。 従来例によるストッパ部の変位と荷重の関係。
以下、本発明に係る開閉装置操作機構の実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
以下、図1ないし図6を参照しながら本発明に係る開閉装置操作機構の第1の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態による開閉装置操作機構の投入動作完了状態を示す展開正面図である。図2は、第1の実施形態による開閉装置操作機構の蓄勢動作完了状態を示す展開正面図である。図3は図1および図2の投入シャフトと第4スプロケットと中間軸部を示す部分図である。図4は図2に示す操作機構のストッパ部の断面図であり、図5は図1に示す操作機構のストッパ部の断面図である。図6は第1の実施形態によるストッパ部の変位と荷重の関係を示す。なお、図9は従来例によるストッパ部の変位と荷重の関係を示すものであり、特に図6と比較するために例示した図である。
第1の実施形態の開閉装置操作機構の構成を説明する前に、開閉装置として一般的な構成部分について説明する。本実施形態の開閉装置の構成では、一般的な開閉装置に備えられている遮断ばね部や、キャッチ装置部等の要素については簡略化して図示するかまたは図示を省略している。また、図1および図2に示す本実施形態の開閉装置操作機構の構成において、投入シャフト3は、軸中心のみを示し、形状等の詳細は省略している。
最初に、本実施形態の開閉装置操作機構の構成について説明する。
本実施形態の開閉装置操作機構は、図1および図2に示すように、支持構造体4を有し、投入シャフト3が軸方向に延びてこの支持構造体4に回転自在に支持されている。
投入シャフト3には、この投入シャフト3と共に回転する爪車22が固定されている。爪車22は、投入シャフト3の軸方向に投入レバー10と互いに間隔をあけて配置されている。この爪車22は、円板状で、この外周側面には複数の外周歯22aが形成されている。
投入レバー10は、投入シャフト3に固定されている。投入レバー10が、図2に示す位置(死点)、すなわち、支持構造体4とばね受け6やピン8との距離が最も小さくなる状態に達すると、投入ばね1の蓄勢動作は完了する。
投入レバー10は、図2の死点の状態から、投入ばね1、投入レバー10、爪車22、および投入カム14等の慣性力によって、矢印Aの方向にさらに回転する。この回転によって、図2に示すように、投入ばね1は再び蓄勢される。このとき、投入レバー10は、投入ばね1を蓄勢させながら回転速度を減速して0になる。
この後に、投入レバー10は、蓄勢された投入ばね1のばね力(復元力)によって、矢印Aと逆方向に回転する。このとき、爪車22も矢印Aと逆向きに回転する。この爪車22の逆回転を、第1止め爪24aおよび第2止め爪24bのうち少なくとも一方と外周歯22aとが係合して停止する。または、送り爪23と外周歯22aとが係合して停止する場合もある。
投入レバー10の先端には、爪10aが固着され、その爪10aが半月状断面を持つ係合レバー11cと係合する。図2では、爪10aと係合レバー11cとが係合する状態を示している。
送りレバー20は、投入シャフト3に回転可能に配置され、復帰ばね25により常に矢印Aの逆方向の回転力となるばね力が付勢される。
送りレバー20には、外周付近にローラ28が配置されている。このローラ28は、投入シャフト3に平行に延びる軸周りに回転可能である。ローラ28が蓄勢カム29に係合するため、送りレバー20の回転は制限される。送りレバー20は、復帰ばね25によって図1の矢印Aが示す方向と逆の方向に、投入シャフト3の周りを回転するように、常にばね力が作用している。
止めレバー21は、投入シャフト3に回転可能に配置されている。この止めレバー21には、外周付近に蓄勢カム29が配置されている。
蓄勢カム29は、投入シャフト3に平行に延びる軸(蓄勢カム軸29a)周りを回動可能である。送りレバー20に配置されたローラ28と、止めレバー21に配置された蓄勢カム29は、互いに周方向に接触可能に構成されている。蓄勢カム29は、送りレバー20に回転可能に配置されたローラ28と係合する。蓄勢カム29には、駆動部であるモータ7(電動機)の駆動力を伝達するための蓄勢カム軸29aが固着されている。
なお、詳しくは後述するが、図1では、蓄勢カム軸29aおよび第4スプロケット7hの回転中心P1(図3)は、投入シャフト3の回転軸と中間軸7eとの回転中心を結ぶ直線60(図3)上に配置される。図2では、蓄勢カム軸29aおよび第4スプロケット7hの回転中心P2(図3)は、投入シャフト3の回転軸と中間軸7eとの中心を結ぶ直線60(図3)を境にして上側(図3)に配置される。
ローラ28によって、蓄勢カム29が矢印A方向と逆向きに押されることによって、止めレバー21は矢印A方向の逆向きに回転しようとする。この回転は、支持構造体4に取り付けられたストッパ部41によって制止される。ストッパ部41の構成については後述する。
送りレバー20には、送り爪23が配置されている。この送り爪23は、投入シャフト3に平行に延びる軸周りに回転自在で、且つ爪車22の外周歯22aと係合するように配置されている。また、この送り爪23は、送り爪用復帰ばね26aによって、送り爪23が常に外周歯22aに係合するように、半径方向外側から投入シャフト3に向かって押されている。
送り爪23は、送りレバー20に回転可能に配置され、爪車22の外周歯22aと係合する。送り爪23には、復帰ばね26aにより常に外周歯22aに係合する方向に力が加えられている。外周歯22aに係合する方向は、その半径方向外側から投入シャフト3の中心軸に向かって押す方向である。
爪車22は、投入シャフト3と共に回転するように、投入シャフト3に固定されている。爪車22は、円板状で、外周側面に複数の外周歯22a、および、歯の一部を切り欠いた切欠き部22bを有するように形成されている。爪車22は投入シャフト3に固着され、同じく固着されている投入カム14とともに投入シャフト3の回りに矢印A方向(図1および図2)に回転する。
止めレバー21には、隣接するように2つの止め爪として、第1止め爪24aおよび第2止め爪24bが配置されている。これらの第1止め爪24aおよび第2止め爪24bの各々は、投入シャフト3の軸(回転軸)と平行に延びる軸周りに回転自在で、且つ爪車22の外周歯22aと係合するように配置されている。
第1止め爪24aおよび第2止め爪24bは、止めレバー21に回転自在に、かつその各々が外周歯22aと係合するように配置されている。第1止め爪24aおよび第2止め爪24bには、復帰ばね26bおよび26cが配置され、常に外周歯22aに係合する方向に力が加えられている。これら第1止め爪24aおよび第2止め爪24bはそれぞれ、第1止め爪用復帰ばね26bおよび第2止め爪用復帰ばね26cによって、常に外周歯22aに係合するように、半径方向外側から投入シャフト3に向かって押されている。
また、止めレバー21は、送りレバー20を揺動させるための動力を伝達するモータ7と連結されている。モータ7は、開閉装置操作機構を駆動する駆動源であって、スペーサ70を介してこの支持構造体4に固定されている。以下、モータ7の駆動力を伝達する駆動機構について説明する。
第1スプロケット7bは、そのモータ7の出力軸7aに固着されている。
スプロケット台5は、スペーサ5aを介して支持構造体4に固着されている。中間軸7eは、スプロケット台5に回転可能に配置されている。第2スプロケット7dおよび第3スプロケット7fは、この中間軸7eに固着されている。第4スプロケット7hは、蓄勢カム軸29aの端部に固着されている。
第1チェーン7cは、第1スプロケット7bと第2スプロケット7dとに噛合するように配設されている。第2チェーン7gは、第3スプロケット7fと第4スプロケット7hとに噛合するように配設されている。
モータ7が駆動されると、出力軸7aが反時計方向(方向E)に回転し、これによって第1スプロケット7bが回転する。第1スプロケット7bおよび第2スプロケット7dに噛合された第1チェーン7cによって減速するとともに、この駆動力が伝達される。さらに、第2スプロケット7dと共に中間軸7eに固着している第3スプロケット7fが、反時計方向(方向D)に回転する。第3スプロケット7fおよび第4スプロケット7hに噛合された第2チェーン7gによって、第4スプロケット7hがさらに減速されて回転し、蓄勢カム軸29aも回転する。このようにして、モータ7の駆動力が蓄勢カム29に伝達される。
以上の構成により、モータ7の駆動力は、以上の第1ないし第4スプロケットの7b、7d、7fおよび7hと、第1チェーン7cおよび第2チェーン7gを介して、蓄勢カム29に伝達される。
キャッチ機構11は、投入ばね1の蓄勢状態を保持し、また、保持した蓄勢状態を解除して投入ばね1の放勢状態に移行させる。そのために、キャッチ機構11は、投入レバー10を係合する構成を有している。具体的には、キャッチ機構11は、図1および図2に示すように、ソレノイド11a、プランジャ11b、係合レバー11cおよび復帰ばね12などから構成されている。
ソレノイド11aは、支持構造体4に固定され、外部からの投入指令を受けて励磁される。プランジャ11bは、ソレノイド11aの励磁に伴って、係合レバー11cを押圧する。
係合レバー11cは、プランジャ11bの先端と係合するように、支持構造体4に回転可能に配置されている。係合レバー11cには復帰ばね12から反時計方向にばね力が付勢され、その回転はプランジャ11bにより規制される。
図2において、爪10aと係合レバー11cとが係合している状態が、キャッチ機構11により投入レバー10を係合している状態である。すなわち、投入ばね1が蓄勢状態である。また、図1において、爪10aと係合レバー11cとが係合していない状態が、キャッチ機構11により投入レバー10を係合していない状態である。図1においては、投入ばね1が放勢状態である。
リンク2は、その一端がばね受け6に固着されたピン8と回転可能に連結され、他端が投入レバー10に固着されたピン10bと回転可能に連結されている。
ピン10bは、投入レバー10に固着されて、リンク2と回転可能に連結されている。投入ばね1は、ばね受け6と支持構造体4との間に伸縮自在に配置されている。
ローラ15aは、投入シャフト3と平行な回転軸16を持つ操作レバー15の先端に回転可能に支持されている。このローラ15aは、投入動作時に投入カム14と接離自在に係合する。操作レバー15の回転運動は、図示しない開閉装置の遮断部の入り切り動作に使用される。
本実施形態の開閉装置操作機構の投入操作においては、上述したように、モータ7などの駆動力によって送り爪23を転動して爪車22を回動させ、この爪車22で投入シャフト3を回動させる。そして、この投入シャフト3に固着されている投入レバー10を介して、投入ばね1を蓄勢する。蓄勢された投入ばね1の放勢によって開閉装置の投入動作を行う。
次に、図1および図2に示すストッパ部41の構造について、図4および図5を参照しながら説明する。なお、図4では復帰ばね47が復元して放勢されている状態(図2に対応)を示し、図5では復帰ばね47が圧縮されて蓄勢されている状態(図1に対応)を示している。
図4および図5に示すように、ストッパ部41は、止めレバー21に係合するピストン板40と、このピストン板40の移動に伴って所定の方向に直線的に往復移動可能なピストン42と、このピストン42の移動を所定の方向に案内するストッパ45と、伸縮自在の復帰ばね47と、を有している。
ストッパ45は、ピストン42の移動を直線的な往復移動となるように、その内部に空間(中空)を有するように形成されている。ストッパ45の底部は、弾性体46およびスペーサ45aを介して支持構造体4に固着されている。
ストッパ45には、止め板48が止め輪48cにより固着されている。止め板48とピストン42の摺動部分にはパッキン48aが設けられ、止め板48とストッパ45とが接する部分にはパッキン48bが設けられている。パッキン48aおよびパッキン48bは、例えばシリコンゴム、エチレンプロピレンゴムなどで形成されている。止め板48は円板状に形成され、その中心にはピストン42の一端側が貫通するように貫通孔が設けられている。
ピストン42はストッパ45の中空の内部に嵌挿される。ピストン42の長手方向の一端側が止め板48の貫通孔を突出して、そのピストン42の長手方向の一端にはストッパ45と接離自由に移動するピストン板40が嵌着されている。
ピストン板40は円板状に、かつ、その円板状の外径はストッパ45の中空の内周径よりも大きくなるように形成されている。これにより、ピストン42の一方の往復運動は、少なくともピストン板40によって停止させることができる。図1および図2に示すように、ピストン板40は接離自由に止めレバー21と係合している。
また、ピストン42の長手方向の中央部付近から他端にかけて、止め板48の貫通孔の内径よりも大きい外周を有する円筒状の部分が形成されている。これにより、ピストン42の他方の往復運動は、少なくともピストン42の長手方向の中央部付近の円筒状の部分と止め板48とによって停止させることができる。
さらに、ピストン42の長手方向の他端側には凹部42bを有している。凹部42bは、ストッパ45内に往復摺動可能に配置されている。このストッパ45とピストン42との間には、伸縮自在の弾性体である復帰ばね47が配置されている。
ピストン42には、凹部42bとストッパ45の中空で囲まれる空間に加圧室50が形成されている。さらに、ピストン42の凹部42b以外の側面とストッパ45の中空および止め板48で囲まれる空間には放圧室51が形成されている。この加圧室50および放圧室51には作動油49が封入されている。
スペーサ45aは、ストッパ45および弾性体46の間に配置される。スペーサ45aは、投入動作完了状態における止めレバー21の位置を調整することを可能とするとともに、蓄勢カム軸29aの位置を変えることを可能とする。
ピストン42には、凹部42bの周方向に貫通するようにオリフィス穴42aが複数設けられている。オリフィス穴42aでは、その穴の穴径が異なるものを設けている。加圧室50から放圧室51へ噴出する作動油49(流体)は、このオリフィス穴42aを通ることになり、そのときの流体の抵抗力が制動力となる。
例えば、穴径が小さいオリフィス穴42aでは、穴径が大きいオリフィス穴42aと比べて、流体の抵抗力が大きくなるため、制動力は大きくなる。また、オリフィス穴42aにおいて、穴が複数あり、その穴(噴出口)の総面積が大きくなるほど、流体の抵抗力は小さくなるため、制動力も小さくなる。また、作動油49の噴出速度が速いと、制動力は大きくなる。以上のことから、オリフィス穴42aには、複数の穴で、かつそれぞれ(またはいくつか)の穴径に変化をつけることにより、上記制動力を調整することができる。
ストッパ部41では、ピストン42が図4の下方向に移動する従って、オリフィス穴42aがストッパ45の内周側の壁面に塞がれていく。これにより、加圧室50側の作動油49が放圧室51へ噴出する際の当該穴数および噴出口の総面積が減少していくため、制動力が大きくなる。これ伴って、ピストン42の速度が徐々に低下していくため、作動油49の噴出速度が遅くなり、制動力の上昇は抑えられる。
弾性体46は、支持構造体4およびストッパ45の間に配置されている。弾性体46は、支持構造体4と接触する面に垂直な方向からストッパ部41に加わる力に対して、その力によるエネルギの一部を吸収する。すなわち、弾性体46は、上記ストッパ部41に加わる衝撃力に対する緩衝材となる。弾性体46は、例えばゴムシート、低反発性高分子化合物などで形成される。
以上の作用により、ストッパ部41において、ピストン42の図4および図5の下方向への移動中はほぼ一定の制動力を得ることができる。なお、実際には、制動力として、さらに復帰ばね47の圧縮方向に対する抗力も加わる。
図4に示す状態に至る復帰ばね47の放勢途上で、上述したように、加圧室50と放圧室51とはオリフィス穴42aにより連通される。図5に示す状態に至る過程で、ピストン42の移動に従って、ストッパ45によりピストン42の外側から囲むようにオリフィス穴42aが塞がれて、加圧室50と放圧室51とは遮断される。
以上のような構成によるストッパ部41により、投入ばね1の放勢動作時に、止めレバー21を矢印Bと反対方向の回転による力を抑える。また、投入ばね1の蓄勢動作時に、止めレバー21をストッパ部41の上記作用により爪車22の回転方向(矢印B方向)に押し上げる。
(投入動作)
次に、本実施形態の開閉装置操作機構の投入動作について、図1ないし図6を用いて説明する。図2は投入ばね1が蓄勢された状態であり、そのばね力はキャッチ機構11により保持されている。
図2に示す状態において、外部の投入指令によりソレノイド11aが励磁されて、プランジャ11bが矢印Fの方向に移動する。プランジャ11bのこの移動により係合レバー11cが押圧されて、係合レバー11cが時計方向(矢印G)に回転して、係合レバー11cと爪10aとの係合が解け、投入シャフト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による操作力は、投入カム14および操作レバー15を介して、図示しない遮断部と遮断ばねに伝達され、遮断部を投入すると同時に遮断ばねを蓄勢する。このとき、前述したように、止めレバー21はストッパ部41の作用により爪車22の回転方向(矢印B方向)に押し上げられている。
続いて、投入動作が進行すると、図2に示す投入カム14とローラ15aの係合が外れ、投入レバー10は図2の位置から約180度回転した位置(死点)に達して、遮断ばねの蓄勢は完了するため、投入ばね1に対する負荷は開放される。
投入ばね1の開放後、投入レバー10は、投入レバー10自体、および、投入ばね1、爪車22、投入カム14等の慣性力によって更に回転し、投入ばね1を放勢しながら減速されてほぼ図1に示す位置まで回転する。以上によって、投入動作は完了する。
この回転速度が零になった時点で、次に、投入レバー10は、投入ばね1の蓄勢力で矢印A方向とは逆方向(反時計方向)に回転する。その際に、投入レバー10と爪車22とが逆方向に回転し、第1止め爪24aまたは第2止め爪24bと外周歯22aが係合すると、止めレバー21が矢印Aとは逆方向に回転する。
この止めレバー21の矢印Aの逆方向回転において、止めレバー21がストッパ部41のピストン板40と係合すると、ピストン板40はピストン42と共に弾性体46の方向に押圧される。この時、図4に示す状態から図5に示す状態へと移行するに伴って、加圧室50の体積はピストン42の移動に伴い減少するため、加圧室50内の作動油49の圧力が上昇すると共に、複数のオリフィス穴42aを介して作動油49が放圧室51側に流出する。
この際、発生した加圧室50内の圧力上昇によりピストン42およびピストン板40の運動方向に抗する制動力が発生する。その制動力は、ピストン板40に係合する止めレバー21と第1止め爪24aまたは第2止め爪24bと外周歯22aに伝達される。この結果、この制動力によって、爪車22と投入シャフト3に連なる部品等の運動が停止させられる。
図4に示す状態から図5に示す状態への移行において、ピストン42による復帰ばね47の圧縮動作がさらに進むと、図5に示すように、オリフィス穴42aがストッパ45により塞がれる。これにより、作動油49が加圧室50から放圧室51に流出する箇所(面積)が少なくなり、ピストン42の移動速度が低下しても加圧室50内の圧力は高いまま保持される。その後、ピストン板40がストッパ45により制止されて、ピストン板40とピストン42およびそれに連なる部品等は停止する。
次に、投入レバー10と爪車22が逆転し、送り爪23と外周歯22aとが係合し、送りレバー20が矢印Aとは逆の反時計方向に回転する場合、ローラ28が蓄勢カム29と係合するとともに止めレバー21が矢印Aとは逆方向に回転する。その後の作用は上述した作用と同じであるため、説明は省略する。
前述した構成のストッパ部41はオイルダンパーの原理を利用しているため、複数のオリフィス穴42aがピストン42の変位とともにストッパ45により塞がれて、作動油49による圧力上昇を制御することができる。
図6は本実施形態に係るストッパ部41の変位と荷重の関係を示している。図9は比較例として第2の従来例で示されたストッパ部の変位と荷重の関係を示している。なお、図6および図9において、横軸に変位を示し、縦軸に荷重を示す。
図6の斜線部は、本実施形態に係るストッパ部41で吸収することができるエネルギを示している。図9の斜線部は第2の従来例で示されたストッパ部で吸収することができるエネルギを示している。図6と図9を比較すると、吸収エネルギはほぼ同じでもピーク荷重は図6の方が小さくなることがわかる。
これは前述したように、本実施形態に係るストッパ部41の制動力はオリフィス穴42aによって制御できるためである。このように、適切にオリフィス穴42aを配置することにより本実施形態に係るストッパ部41のピーク荷重を低減させることができる。
(蓄勢動作)
続いて、本実施形態の開閉装置操作機構の蓄勢動作について、図1ないし図5を用いて説明する。
図1では投入ばね1が放勢された状態を示しており、この状態においてモータ7が起動すると、出力軸7aと第1スプロケット7bとは反時計方向(矢印E)に回転する。それに伴い、これらの駆動力は、第1チェーン7cを介して、第2スプロケット7dと第3スプロケット7fとに伝達され、第2スプロケット7dと第3スプロケット7fとは反時計方向(矢印D)に回転する。さらに、これらの駆動力は、第2チェーン7gを介して、第4スプロケット7hに伝達され、第4スプロケット7hは反時計方向(矢印C)に回転する。
この結果、蓄勢カム軸29aおよび蓄勢カム29は反時計方向に回転し、蓄勢カム29に係合しているローラ28を蓄勢カム29の形状に沿うように揺動運動させる。これに伴い、送りレバー20も投入シャフト3を中心として揺動運動を開始し、送り爪23と外周歯22aとが係合し、爪車22を時計方向(矢印Aの方向)に回転させることになる。このとき、第1止め爪24aおよび第2止め爪24bは、爪車22の逆転を防止するように、外周歯22aと係合する。
図2に示すように、投入ばね1の蓄勢動作が進行すると、送り爪23は切欠き部22bに達する。このとき、投入レバー10は死点を超えているため、投入ばね1の伸びる力により矢印Aの方向に回転し、爪10aと係合レバー11cが係合する。これにより、投入ばね1の蓄勢動作が完了する。すなわち、本実施形態の開閉装置操作機構の蓄勢動作が完了する。
この状態では、投入ばね1のばね力は係合レバー11cで保持されているため、爪車22、送り爪23、第1止め爪24aおよび第2止め爪24bには投入ばね1の力は作用しなくなる。しかし、ピストン42とピストン板40とを介して、止めレバー21には復帰ばね47の力が作用するため、矢印Aの方向に回転する。ただし、ピストン42は止め板48(図4)で動作範囲が制限されているため、規定量だけ変位した後、停止する。なお、図2に示すストッパ部41は、図4に示す状態に対応する。
次に、図3を参照しながら、投入シャフト3の回転軸と第4スプロケット7hの回転軸と中間軸7eとの関係について説明する。
開閉装置操作機構の投入ばね1の放勢動作(図1に示す状態に対応)において、図3に示すように、蓄勢カム軸29aおよび第4スプロケット7hの回転中心P1は、投入シャフト3の回転軸と中間軸7eとの回転中心を結ぶ直線60上に配置される。
さらに、開閉装置操作機構の蓄勢動作(図2に示す状態に対応)が進行すると、図3に示すように、止めレバー21の回転に伴い、第4スプロケット7hおよび蓄勢カム軸29aの回転中心も投入シャフト3の回転軸を中心として回転中心P1から回転中心P2の位置に移動する。この回転中心の移動後の第4スプロケット7hの回転中心P2と投入シャフト3の回転中心とを結ぶ直線62と直線60のなす角度が角度θ1である。
図3に示すように、上述した角度θ1の回転によって、第4スプロケット7hと第3スプロケット7fとの軸間距離はL1の長さからL2の長さに変化する。例えば、第2の従来例では、第1スプロケットと第4スプロケットを直接第1チェーンで噛合しているため、両スプロケットの軸間距離が図3に示す距離Sの分だけ変化する。
図3に示すように、本実施形態の軸間距離の変化(L2−L1)と距離Sを比較すると、 S>>(L2−L1)
となる。この軸間距離の変化に伴うチェーンのたるみ量に大きな差異が生じことになる。すなわち、本実施形態では、軸間距離の変化に伴うチェーンのたるみ量を小さくすることができる。
また、送りレバー20は、蓄勢カム29とローラ28とが係合しているため、矢印Aの方向に回転する。このとき、図2に示すように、送り爪23は切欠き部22bに位置しているため、蓄勢カム29の回転による揺動運動で係合することはない。
以上説明したように、第1の実施形態によれば、ストッパ部41に作動油49を利用したオイルダンパー式を用いているため、投入動作完了直後の爪車22の逆転に伴う第1止め爪24a、第2止め爪24bおよび送り爪23と外周歯22aの係合により発生する衝撃力を効率的に吸収することができ、その時のピーク荷重を小さくすることができる。
この結果、ローラ28や蓄勢カム29、爪車22などの破損や寿命の低下を防止することができる。また、ストッパ部41を支持する支持構造体4の剛性をピーク荷重に合わせて強化する必要が無く、機器全体の小型化を図ることができる。
また、第1スプロケット7bと第4スプロケット7hとを直接チェーンで連結せずに、中間軸7eと共に第2スプロケット7dと第3スプロケット7fとを配置し、中間軸7eと蓄勢カム軸29aと投入シャフト3の回転軸との各々の中心をほぼ同一線上に配置して、第1チェーン7cおよび第2チェーン7gによりモータ7の駆動力を伝達する構成としている。
これにより、蓄勢カム軸29aが投入シャフト3の回転軸を中心に揺動しても、蓄勢カム軸29aと中間軸7eとの軸間距離の変化は揺動する距離と比較して小さくなるため、第2チェーン7gのたるみは小さく抑えることができる。この結果、第2チェーン7gが第3スプロケット7fおよび第4スプロケット7hからの脱落の可能性が低くなり、信頼性の高い機器を得ることができる。さらに、モータ7の配置に制限がなくなるため、開閉装置用操作機構のレイアウト変化に伴い、モータ7を自由に配置することができるため、機器全体の小型化を図ることができる。
また、第1の実施形態によれば、スプロケット台5と支持構造体4の間にスペーサ5aを配置することにより、出力軸7aと中間軸7eおよび蓄勢カム軸29a間の距離をスペーサ5aの厚さを変えることで調整することが可能となる。この結果、第1チェーン7cおよび第2チェーン7gの初期たるみを調整することが可能となり、チェーンの脱落を防止することができる。
また、モータ7と支持構造体4の間にスペーサ70を配置することにより、出力軸7aと中間軸7e間の距離をスペーサ70の厚さを変えることで調整することが可能となる。この結果、第1チェーン7cの初期たるみを調整することができ、チェーンの脱落を防止することができる。
また、ストッパ45と支持構造体4の間にスペーサ45aと弾性体46とを配置することにより、投入動作完了状態における止めレバー21の位置を調整することが可能となるとともに、蓄勢カム軸29aの位置を変えることができる。この結果、蓄勢カム軸29aと中間軸7eの軸間距離を変えることができるため、第2チェーン7gのたるみを調整することが可能となる。
さらに、弾性体46を配置したことにより、ストッパ部41に作用する衝撃力を弾性体46により吸収できるため、ピーク荷重を小さくすることができる。この結果、ローラ28や蓄勢カム29、爪車22などの破損や寿命低下を防ぐことが可能になる。また、ストッパ部41を支持する支持構造体4の剛性をピーク荷重に合わせて強化する必要が無く、機器全体の小型化を図ることができる。
[第2の実施形態]
次に、本発明に係る開閉装置操作機構の第2の実施形態について、図7および図8を参照して説明する。図7は開閉装置操作機構の一部を示す正面図であり、図1に対応する。図8は投入シャフト3の回転軸と蓄勢カム軸29aと中間軸7eの相対位置関係を示す図であり、図3に対応する。また、図7に示すストッパ部41の構成は、図4および図5に示すものと同様であるとする。なお、第1の実施形態の形態と同一または類似の部分には共通の符号を付し、重複する説明は省略する。また、図8において、投入シャフト3は、軸中心のみを示し、形状等の詳細は省略している。
本実施形態は、図1に示す第1の実施形態における中間軸7eと投入シャフト3の回転中心(回転軸の中心)とを結ぶ直線60上に第4スプロケット7hの回転中心P1を配置した形態を変形したものである。
すなわち、本実施形態の開閉装置操作機構において、図7および図8に示すように、投入動作完了後の中間軸7eと投入シャフト3の回転中心とを結ぶ直線60を境にして、ストッパ部41側に第4スプロケット7hの回転中心P1を配置する。
具体的には、第2の実施形態において、ストッパ部41のストッパ45と支持構造体4の間に設けたスペーサ45aと弾性体46とにより、蓄勢カム軸29aの位置を調整して、直線60を境にストッパ部41側に第4スプロケット7hの回転中心P1を配置する。
ここで、図8において、投入シャフト3の回転中心とスプロケット7hの回転中心P1とを結ぶ直線61と、直線60とのなす角度θ2である。また、図8において、投入シャフト3の回転中心とスプロケット7hの回転中心P1とを結ぶ直線61と、図3に示した回転中心P2に対応する回転中心P2と投入シャフト3の回転中心とを結ぶ直線62とのなす角度θ1である。
開閉装置操作機構の投入動作完了後、直線61と直線60とのなす角度θ2は、図8に示すように、直線61と直線62とのなす角度θ1のほぼ半分の角度(θ1/2)となる。
以上のように構成した場合においても、第1の実施形態と同様な作用を得ることができる。すなわち、投入動作完了後の中間軸7eと第4スプロケット7hの回転中心P1との軸間距離L1と、蓄勢動作完了後の中間軸7eと第4スプロケット7hの回転中心P2との軸間距離L2との差は、
L2−L1≒0
となり、軸間距離はほとんど変化しないことになる。
以上説明したように、第2の実施形態では、このように軸間距離をほとんど変化させない構成とするため、第2チェーン7gが第3スプロケット7fおよび第4スプロケット7hから脱落する可能性について、さらに低くなる。この結果、さらに信頼性の高い機器とすることができる。
[他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、開閉装置以外でも、上記の操作機構を用いる同様の装置に適用してもよい。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…投入ばね、2…リンク、3…投入シャフト、4…支持構造体、5…スプロケット台、5a…スペーサ、6…ばね受け、7…モータ、7a…出力軸、7b…第1スプロケット、7c…第1チェーン、7d…第2スプロケット、7e…中間軸、7f…第3スプロケット、7g…第2チェーン、7h…第4スプロケット、8…ピン、10…投入レバー、10a…爪、10b…ピン、11…キャッチ機構、11a…ソレノイド、11b…プランジャ、11c…係合レバー、12…復帰ばね、14…投入カム、15…操作レバー、15a…ローラ、16…回転軸、20…送りレバー、21…止めレバー、22…爪車、22a…外周歯、22b…切欠き部、23…送り爪、24a…第1止め爪、24b…第2止め爪、25…復帰ばね、26a…復帰ばね、26b…復帰ばね、26c…復帰ばね、28…ローラ、29…蓄勢カム、29a…蓄勢カム軸、40…ピストン板、41…ストッパ部、42…ピストン、42a…オリフィス穴、42b…凹部、45…ストッパ、45a…スペーサ、46…弾性体、47…復帰ばね、48…止め板、48a…パッキン、48b…パッキン、48c…止め輪、49…作動油、50…加圧室、51…放圧室、60、61、62…直線、70…スペーサ

Claims (10)

  1. 開閉装置の可動接点を往復駆動して、その開閉装置を遮断状態と投入状態との間で相互に移行させる開閉装置操作機構であって、
    支持構造体と、
    第1の回転軸方向に延びて、前記支持構造体に回転自在に支持された投入シャフトと、
    前記投入シャフトに固定されて前記投入シャフトと共に回転する略円板状で、この外周側面に周方向に沿って複数の外周歯が形成された爪車と、
    前記爪車に軸方向に並んで配置されて、前記投入シャフトの周りを周方向に揺動可能な板状で、外周付近に前記投入シャフトに平行に延びる第2の回転軸周りに回転可能なローラを備えた送りレバーと、
    記投入シャフトの周りを周方向に揺動可能な板状で、外周付近に前記投入シャフトに平行に延びる蓄勢カム軸周りに回動可能な蓄勢カムを備え、この蓄勢カムと前記ローラとが周方向に互いに接触可能に構成された止めレバーと、
    前記支持構造体に固定されて、前記送りレバーに揺動するための動力を伝達可能な駆動部と、
    前記送りレバーに取り付けられて、前記外周歯に係合可能で、前記駆動部から伝達された動力を前記爪車に伝達して前記爪車および投入シャフトを少なくとも一方向に回転させる送り爪と、
    前記止めレバーに取り付けられて、前記爪車に係合して、前記爪車および前記投入シャフトが前記一方向に対して逆回転することを抑制する複数の止め爪と、
    前記投入シャフトの回転に伴って伸縮するように構成された投入ばねと、
    前記投入シャフトに固定されて、前記投入シャフトの回転により前記投入ばねを伸縮させる投入レバーと、
    前記投入ばねが蓄勢された状態を保持可能なキャッチ機構と、
    前記投入シャフトに固定されて前記投入シャフトと共に回転する投入カムと、
    前記駆動部の出力軸に固定された第1スプロケットと、
    前記支持構造体に固定されたスプロケット台と、
    前記スプロケット台に回転可能に支持された中間軸と、
    前記中間軸に固定されて前記中間軸と共に回転可能な第2スプロケットと、
    前記中間軸に固定されて前記中間軸と共に回転可能な第3スプロケットと、
    前記蓄勢カム軸に固定されて前記蓄勢カム軸と共に回転可能な第4スプロケットと、
    前記第1スプロケットと前記第2スプロケットとに噛合する第1チェーンと、
    前記第3スプロケットと前記第4スプロケットとに噛合する第2チェーンと、
    を有することを特徴とする開閉装置操作機構。
  2. 前記第1の回転軸と、前記蓄勢カム軸と、前記中間軸との三つの軸の中心が前記開閉装置の投入動作完了後の前記投入ばねの蓄勢動作時に、略直線上に位置する
    ことを特徴とする請求項1に記載の開閉装置操作機構。
  3. 前記駆動部と前記支持構造体との間にスペーサを配置した
    ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の開閉装置操作機構。
  4. 前記スプロケット台と前記支持構造体との間にスペーサを配置した
    ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の開閉装置操作機構。
  5. 前記止めレバーと前記支持構造体との間に挟まれるように前記支持構造体に固定され、前記止めレバーに係合可能に前記止めレバーの回転を抑制するストッパ部と、をさらに有し、
    前記ストッパ部は、
    前記止めレバーに係合するピストン板と、
    一端には前記ピストン板が固定され、他端は接離自由にされて、前記止めレバーと前記支持構造体との間に前記止めレバーを係合可能に往復移動するピストンと、
    内部が中空に形成され、当該中空に前記ピストンをガイドするように収容すると共に、前記支持構造体に固定されたストッパと、
    前記ピストンの前記往復移動の動作範囲を規制可能に前記ストッパに嵌着された止め板と、
    前記ピストンと前記ストッパとの間に配置されて前記ピストンを一方向に付勢する復帰ばねと、を備え
    前記ピストンと前記ストッパと前記止め板とで囲まれた空間に作動油が封入された
    ことを特徴とする請求項1に記載の開閉装置操作機構。
  6. 前記ピストンの他端側に凹部が形成され、前記凹部の内周側と前記ストッパとで囲まれて形成される加圧室と、前記凹部の外周側と前記ピストンと前記ストッパと前記止め板とで囲まれて形成される放圧室とが、前記ピストンの一端に固定された前記ピストン板と止め板とが最も離れた前記往復移動位置で連通するように、複数のオリフィス穴が設けられ、前記ピストンの前記往復移動に際して前記加圧室と前記放圧室との間を前記封入された作動油が前記複数のオリフィス穴のいずれかを介して流動可能とされる
    ことを特徴とする請求項5に記載の開閉装置操作機構。
  7. 前記ストッパ部と前記支持構造体との間にスペーサまたは弾性体の少なくともいずれかを配置した
    ことを特徴とする請求項5または請求項6に記載の開閉装置操作機構。
  8. 前記開閉装置の投入動作完了後の前記投入ばねの蓄勢動作時において、前記投入シャフトの前記第1の回転軸と前記中間軸とを結ぶ第1の直線を境にして前記ストッパ側に前記蓄勢カムの前記蓄勢カム軸が配置される
    ことを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか一項に記載の開閉装置操作機構。
  9. 前記開閉装置の投入動作完了後の前記投入ばねの蓄勢動作時において、前記投入シャフトの前記第1の回転軸と前記中間軸とを結ぶ第1の直線と、前記投入シャフトの前記第1の回転軸と前記蓄勢カムの前記蓄勢カム軸とを結ぶ第2の直線とのなす第1の角度は、前記投入ばねの蓄勢完了状態における前記投入シャフトの前記第1の回転軸と前記中間軸とを結ぶ第3の直線と、前記第2の直線とのなす第2の角度の1/2と、略等しい
    ことを特徴とする請求項8に記載の開閉装置操作機構。
  10. 往復可能な可動接点と、この可動接点を駆動する操作機構とを有し、前記可動接点の移動によって遮断状態と投入状態との間で相互に移行しうる開閉装置であって、
    前記操作機構は、
    支持構造体と、
    第1の回転軸方向に延びて、前記支持構造体に回転自在に支持された投入シャフトと、
    前記投入シャフトに固定されて前記投入シャフトと共に回転する略円板状で、この外周側面に周方向に沿って複数の外周歯が形成された爪車と、
    前記爪車に軸方向に並んで配置されて、前記投入シャフトの周りを周方向に揺動可能な板状で、外周付近に前記投入シャフトに平行に延びる第2の回転軸周りに回転可能なローラを備えた送りレバーと、
    記投入シャフトの周りを周方向に揺動可能な板状で、外周付近に前記投入シャフトに平行に延びる蓄勢カム軸周りに回動可能な蓄勢カムを備え、この蓄勢カムと前記ローラとが周方向に互いに接触可能に構成された止めレバーと、
    前記支持構造体に固定されて、前記送りレバーに揺動するための動力を伝達可能な駆動部と、
    前記送りレバーに取り付けられて、前記外周歯に係合可能で、前記駆動部から伝達された動力を前記爪車に伝達して前記爪車および投入シャフトを少なくとも一方向に回転させる送り爪と、
    前記止めレバーに取り付けられて、前記爪車に係合して、前記爪車および前記投入シャフトが前記一方向に対して逆回転することを抑制する複数の止め爪と、
    前記投入シャフトの回転に伴って伸縮するように構成された投入ばねと、
    前記投入シャフトに固定されて、前記投入シャフトの回転により前記投入ばねを伸縮させる投入レバーと、
    前記投入ばねが蓄勢された状態を保持可能なキャッチ機構と、
    前記投入シャフトに固定されて前記投入シャフトと共に回転する投入カムと、
    前記駆動部の出力軸に固定された第1スプロケットと、
    前記支持構造体に固定されたスプロケット台と、
    前記スプロケット台に回転可能に支持された中間軸と、
    前記中間軸に固定されて前記中間軸と共に回転可能な第2スプロケットと、
    前記中間軸に固定されて前記中間軸と共に回転可能な第3スプロケットと、
    前記蓄勢カム軸に固定されて前記蓄勢カム軸と共に回転可能な第4スプロケットと、
    前記第1スプロケットと前記第2スプロケットとに噛合する第1チェーンと、
    前記第3スプロケットと前記第4スプロケットとに噛合する第2チェーンと、
    を有することを特徴とする開閉装置。
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