JP6782696B2 - 真空スイッチング装置、及び接触子アセンブリ、及び電気接触子を接触子アセンブリの電極に固定する方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１４年１１月１７日出願の米国特許出願第１４／５４２，７６５号の優先権を主張し、米国特許出願第１４／５４２，７６５号の利益を主張するものであり、この特許出願が引用をもって本明細書に組み込み記載されているものとする。

本開示のコンセプトは概して、真空スイッチング装置に関するものであり、特に真空インタラプタのような真空スイッチング装置に関するものである。本開示のコンセプトはまた、真空スイッチング装置の接触子アセンブリに関するものである。本開示のコンセプトは更に、電気接触子を真空スイッチング装置内の電極に固定する方法に関するものである。

例えば、電源回路遮断器のような幾つかの回路遮断器は、真空インタラプタをスイッチング装置として用いる。真空インタラプタは普通、絶縁ハウジング内の対応する電極の端部に配置される分離可能な電気接触子を含む。電気接触子は通常、電極にロウ付けにより機械的かつ電気的に接続される。真空インタラプタの更に別の構成部材が、電極／電気接触子アセンブリに組み付けられているが、電極と／電気接触子の嵌合が固定される状態を保つことが重要である。この接続を固定する既知の実際の局面においては、接触子用ウエイトを電気接触子の上に用いる。しかしながら、接触子用ウエイトを用いると不具合が生じる。例えば、真空インタラプタは炉内でロウ付けされるが、接触子用ウエイトは、炉による追加のエネルギー消費を必要とする。更に、接触子用ウエイトを用いると、電気接触子が適正に位置決めされず、電気接触子間の連結部のロウ付け性が劣化して、当該連結部の電気抵抗及び真空インタラプタ全体の電気抵抗が不所望に増加してしまう危険が生じる。また、位置決めウエイトの使用が禁止される状況、例えば、これに限定されないが、真空インタラプタ全体を、１回の真空ロウ付け炉工程でロウ付けにより製作することになる状況が生じる。

従って、真空スイッチング装置を改善する余地があり、接触子アセンブリを改善する余地があり、電気接触子を接触子アセンブリの電極に固定する方法を改善する余地がある。

これらの要求及び他の要求は、本開示のコンセプトの実施形態により満たされ、これらの実施形態は、接触子アセンブリ、及び電気接触子を真空スイッチング装置内の電極に固定する関連方法に関するものである。

本開示のコンセプトの１つの態様によれば、真空スイッチング装置の接触子アセンブリが提供される。前記真空スイッチング装置は真空容器を含む。前記真空容器は内部空間を有する。前記接触子アセンブリは：前記真空容器の前記内部空間内に配置される複数の電気接触子であって、少なくとも１つの電気接触子が孔を有する、前記複数の電気接触子と、複数の電極であって、各電極が、前記複数の電気接触子のうちの対応する１つの電気接触子に係合し、少なくとも１つの電極がベースと、突出部と、を含む、前記複数の電極と、を備える。前記突出部は、前記ベースから前記電気接触子の前記孔の内部に突出して、前記電気接触子を前記電極に固定する。

本開示のコンセプトの別の態様として、真空スイッチング装置は：内部空間を有する真空容器と、接触子アセンブリと、を備え、前記接触子アセンブリは：前記真空容器の前記内部空間内に配置される複数の電気接触子であって、少なくとも１つの電気接触子が孔を有する、前記複数の電気接触子と、複数の電極であって、各電極が、前記複数の電気接触子のうちの対応する１つの電気接触子に係合し、少なくとも１つの電極がベースと、突出部と、を含む、前記複数の電極と、を備える。前記突出部は、前記ベースから前記電気接触子の前記孔の内部に突出して、前記電気接触子を前記電極に固定する。

本開示のコンセプトの別の態様として、電気接触子を真空スイッチング装置内の電極に固定する方法が提供される。前記真空スイッチング装置は、内部空間を有する真空容器を含む。前記電極は、ベースと、前記ベースから突出する突出部と、を備える。前記電気接触子は孔を有する。前記電気接触子は、前記真空容器の前記内部空間内に配置される。前記方法は：前記突出部を前記電気接触子の前記孔の内部に挿入するステップと、前記突出部を変形させて前記電気接触子を前記電極に固定するステップと、を含む。

本開示のコンセプトに関する完全な理解は、好適な実施形態についての以下の説明から、添付の図面を参照して読み取ることにより得られる。
図１は、電気接触子が電極に固定される前の本開示のコンセプトの１つの実施形態による接触子アセンブリの簡易断面図である。 図２は、電極が電気接触子の内部に突出した状態で、かつツーリング装置の構成部材が現われる状態で図示される図１の接触子アセンブリの簡易断面図である。 図３は、図２の接触子アセンブリ、及びツーリング装置の構成部材の簡易断面図であり、ツーリング装置の更に別の形状部も示している。 図４Ａは、図２の接触子アセンブリの簡易断面図であり、接触子アセンブリは、電気接触子が電極に固定される様子を示すために変更されている。 図４Ｂは、図４Ａの接触子アセンブリの簡易上面図である。 図４Ｃは、図４Ａの接触子アセンブリの一部の拡大断面図である。 図５は、本開示のコンセプトの１つの実施形態による真空スイッチング装置、及び真空スイッチング装置の接触子アセンブリの断面図である。 図６は、本開示のコンセプトの別の実施形態による真空スイッチング装置、及び真空スイッチング装置の接触子アセンブリの断面図である。

説明を以下に進めるために、例えば“ｕｐ（上方に）”、“ｄｏｗｎ（下方に）”、“ｔｏｐ（上部）”、“ｂｏｔｔｏｍ（下部）”、及びこれらの用語の派生用語のような本明細書において使用される方向を表わす語句は、当該語句が図面において表わす向きの通りの本開示のコンセプトを表わすものとする。図面に図示され、かつ以下の明細書において説明される特定の構成要素は、本開示のコンセプトの単なる例示的な実施形態に過ぎないことを理解されたい。従って、本明細書において開示される実施形態に関連する特定の向き、及び他の物理的特徴は、本開示のコンセプトの範囲に関する限定であると考えられてはならない。

本明細書において用いられるように、“ｎｕｍｂｅｒ（数）”という用語は、１を意味するか、または１よりも大きい整数（すなわち、複数）を意味するものとする。

本明細書において用いられるように、２つ以上の構成要素が互いに“ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ（接続される）”または“ｃｏｕｐｌｅｄ（結合される）”という表現は、これらの構成要素が互いに直接連結されるか、または１つ以上の中間構成要素を介して連結されることを意味するものとする。更に、本明細書において用いられるように、２つ以上の構成要素が互いに“ａｔｔａｃｈｅｄ（取り付けられる）”または“ａｆｆｉｘｅｄ（取り付けられる）”という表現は、これらの構成要素が互いに直接連結されることを意味するものとする。

本明細書において用いられるように、２つ以上の構成要素またはコンポーネントが互いに“ｅｎｇａｇｅ（係合する）”という表現は、これらの構成要素が触れる、及び／又は力を相反する向きに直接加えるか、または相反する向きに１つ以上の中間構成要素またはコンポーネントを介して加えることを意味するものとする。

本明細書において用いられるように、 “ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ（結合部材）”という用語は、これらには限定されないが、スクリュー、リベット、ボルト、及びボルト及びナットの組み合わせ（例えば、これに限定されないが、ロックナット）、及びボルト、ワッシャー及びナットを含む任意の適切な接続機構または締め付け機構を指す。

本明細書において用いられるように、 “ｖａｃｃｕｍ ｅｎｖｅｌｏｐｅ（真空容器）”という用語は、真空容器内の部分真空を利用する容器を意味する。

図１は、例えばこれに限定されないが、真空インタラプタ４００（図５に簡易形状で図示される）のような真空スイッチング装置の接触子アセンブリ１００（簡易形状で図示される）を示している。図１の例では、接触子アセンブリ１００は、電気接触子１１０が電極１２０に固定されてしまう前の電気接触子１１０及び電極１２０を含む。図から分かるように、電気接触子１１０は孔（例えば、これに限定されないが、貫通孔１１２）を有し、電極１２０は、ベース１２２と、ベース１２２から突出する突出部１２４と、を含む。突出部１２４は空洞１２６を有し、空洞１２６の目的について以下に説明する。動作状態では、突出部１２４は、貫通孔１１２の内部に突出して、電気接触子１１０を電極１２０に固定する（例えば、図２を参照されたく、図２は、電極１２０が電気接触子１１０に係合する様子を示している）。

図３は、接触子アセンブリ１００に取り付けられるツーリング装置２を示している。ツーリング装置２は普通、構成部材（例えば、これに限定されないが、リベットツール４）と、ボディ部６と、キャップ８と、ハウジング１０と、を含む。ボディ部６は貫通孔１２を有する。ツーリング装置２を組み付けるために、リベットツール４を貫通孔１２の内部に挿通させる。キャップ８は貫通孔１６を有する。ツーリング装置２は更に、複数の結合部材（３つの結合部材１８，２６，２８が図示されている）を含む。キャップ８をリベットツール４に固定するために、結合部材１８をキャップ８の貫通孔１６内に、及びリベットツール４の開口孔１４（図２に表示される隠線で図示される）の内部に挿入する。ハウジング１０をボディ部６及びキャップ８の各々に固定するために、従ってリベットツール４に固定するために、ハウジング１０をキャップ８の上に載置して、キャップ８が、対応する貫通孔２０（３つの貫通孔２０，２２，２４が図３に図示されている）から突出するようにする。同様に、結合部材２６，２８をそれぞれの貫通孔２２，２４の内部に挿通させてボディ部６に係合させる。

ツーリング装置２は、ボディ部６からキャップ８まで延在するバネ３０を含む。リベットツール４はバネ３０内を延通する。バネ３０から力がボディ部６に加わり、かつキャップ８に加わる。動作状態では、ツーリング装置２は、電気接触子１１０を電極１２０に固定する。例えば、これに限定されないが、リベットツール４が貫通孔１１２の内部に、電極１２０のベース１２２に向かって移動してリベットツール４が突出部１２４に向かって内側に押し込まれると、突出部１２４が塑性変形する。

更に詳細には、キャップ８が電気接触子１１０に向かって移動すると（すなわち、作業者により移動が開始されると）、キャップ８がリベットツール４に向かって内側に押し込まれ、リベットツールが今度は、電極１２０の空洞１２６内に押し込められ、図４Ａに示すように、電極１２０の突出部１２４を塑性変形させて電極１２０’を形成する（同様の参照番号は、図４Ａにおける同様の形状部を表わすために使用されることを理解できるであろう）。このプロセスは、リベットを“ｓｔａｋｉｎｇ（杭で支える）” （すなわち、突出部１２４）プロセスとして知られており、このプロセスは、２つの構成部材を取り付ける（すなわち、電極１２０’を電気接触子１１０に取り付ける）機構を実現できる。別の表現をすると、突出部１２４を変形させることにより（すなわち、杭で支えることにより）、電気接触子１１０が、結果として得られる電極１２０’に固定され、電極１２０’が、電気接触子１１０から引き出されるのを防止することができるので有利である。

キャップ８が電気接触子１１０に向かって移動すると、バネ３０からボディ部６及びキャップ８の各々に加わる力が大きくなるので有利である。このように、塑性変形量を相対的に制御することができる。例えば、これに限定されないが、リベットツール４、または同様の適切な他のツール（図示せず）が、所望の変形機能を、ツーリング装置２の他の構成部材を用いることなく実行すること（例えば、図２を参照されたく、図２では、リベットツール４のみが図示されている）は本開示のコンセプトの範囲内のことであるが、ツーリング装置２を用いることにより、突出部１２４に加わる力の大きさを制御することができる。詳細には、バネ３０の相反する向きの力をキャップ８に加えることにより、及びキャップ８が電気接触子１１０に向かって移動するにつれて当該力を増大させることにより、ツーリング装置２は、突出部１２４を必要に応じて変形させる制御性の良い機構を実現できるので有利である。

リベットツール４が所望の変形機能を実行しているときに、ツーリング装置２のボディ部６が接触子アセンブリ１００に位置合わせされるので有利である。図３から分かるように、電気接触子１１０の貫通孔１１２は収容部１１３を有し、ツーリング装置２のボディ部６は、収容部１１３にぴったり嵌まり込む固定部７を含む。固定部７が収容部１１３内に配置されると、リベットツール４が、空洞１２６の真上に位置決めされる。その結果、リベットツール４が下方に押し込められて突出部１２４の空洞１２６の内部に進入すると、リベットツール４は、突出部１２４を塑性変形させて、全周が円環状の保持部１２５’を形成することができるので有利である。しかしながら、電気接触子（図示せず）及びボディ部（図示せず）が任意の適切な別の形状及び／又は構造を有することにより、リベットツール４を空洞１２６に位置合わせする所望の機能を実行することは、本開示のコンセプトの範囲に含まれる。

図４Ｂ及び図４Ｃを参照するに、電気接触子１１０は、貫通孔１１２に隣接配置される円環状内側階段面１１４を含む（図４Ｃ）。図４Ｃから分かるように、突出部１２４’は、ベース１２２’から内側階段面１１４を通過して突出している。保持部１２５’は、内側階段面１１４の略全体を覆って内側階段面１１４に係合する。保持部１２５’は、内側階段面１１４の内径１１５よりも大きい外径１２７’を有する。このように、保持部１２５’は、電極１２０’が電気接触子１１０から外れてしまう（すなわち、引き出される）のを防止することにより、電気接触子１１０を電極１２０’に固定するので有利である。

この接続により、電極１２０’及び電気接触子１１０を１回の炉工程で、真空インタラプタ４００の残りの部分にロウ付けすることができるので有利である（図５）。更に、本開示のリベット留めコンセプトを用いることにより、電気接触子１１０及び電極１２０’を、更に互いに密着嵌合させることができる。その結果、真空ロウ付けの品質が向上するので有利であるが、その理由は、ロウが溶融すると、ロウがより密着した連結部に沿ってより良好にしみ出すからである。更に、電気接触子（図示せず）を、接触子用ウエイト（図示せず）を含む電極（図示せず）に固定する公知の方法を不要にすることができる。従って、真空インタラプタ４００，５００にロウ付けが施される場合、接触子用ウエイト（図示せず）にこれまで関連していたエネルギーの不所望な消費を無くすことができる。

図４Ａを再び参照するに、電極１２０’のベース１２２’は、電気接触子１１０に係合し、かつ方向１３２を向いた係合面１２８’を含む。係合面１２８’は、平面１３０内に位置し、内側階段面１１４は、平面１３０に平行な平面１１６内に位置する。係合面１２８’が向く方向１３２は、平面１１６，１３０と垂直になっている。更に正確に言うと、係合面１２８’は電気接触子１１０とほぼ同一平面上にあり、かつ力を電気接触子１１０に方向１３２に加える。保持部１２５’は、反対方向の力を電気接触子１１０に、方向１３２と反対方向に加える。平面１１６，１３０は互いに平行であるので、保持部１２５’及び係合面１２８’は、最大のクランプ力を電気接触子１１０に加えて、電気接触子１１０を電極１２０’に固定することができるので有利である。この構造は、電極１２０’及び電気接触子１１０をより強く固定することができることにより、電極１２０’及び電気接触子１１０が、接触子アセンブリ１００が更に処理されている状態で所定の位置から外に移動するのを防止するので有利である。更に、当該構造は、より密着した形状嵌合部を電極１２０’と電気接触子１１０との間に形成することができることにより、より隙間の無い機械的電気的接続が可能となるので有利である。

図５は、接触子アセンブリ１００及び真空容器４０２を含む上記真空インタラプタ４００を示している。接触子アセンブリ１００は更に、別の電気接触子２１０と、電気接触子２１０に係合する対応する電極２２０’と、を含む。図から分かるように、真空容器４０２は内部空間４０４を有し、各電気接触子１１０，２１０は内部空間４０４内に配置される。電気接触子２１０は、電気接触子１１０に対向している。更に、電気接触子２１０は電極２２０’に、電極１２０’及び電気接触子１１０とほぼ同じ方法で固定されることを理解できるであろう。このように、電極１２０’と電気接触子１１０との間のより強固な機械的／電気的接続に関連する利点は、電極２２０’及び電気接触子２１０に同じように当てはまる。

図６は、別の電気スイッチング装置（例えば、これに限定されないが、真空インタラプタ５００）を示しており、この電気スイッチング装置は、内部空間５０４を有する真空容器５０２と、接触子アセンブリ３００と、を含む。接触子アセンブリ３００は、電気接触子１１０と、対応する電極１２０’と、を含む。更に、接触子アセンブリ３００は、別の電気接触子３１０と、電気接触子３１０に係合する電極３２０と、を含む。電気接触子１１０，３１０は、互いに対向して配置され、かつ真空容器５０２の内部空間５０４内に配置される。電極３２０は、電気接触子３１０の内部に突出していない。電気接触子３１０は電極３２０に任意の公知の方法（例えば、これに限定されないが、ロウ付け）により固定することができることを理解できるであろう。このように、接触子アセンブリ３００、及びそれに関連する真空インタラプタ５００は、電気接触子１１０と、本開示の杭で支えるコンセプトに従って固定される関連電極１２０’と、を含むだけでなく、電気接触子３１０と、公知の方法に従って固定される関連電極３２０と、を含む。

従って、本開示のコンセプトにより、真空スイッチング装置（例えば、これに限定されないが、真空インタラプタ４００，５００）、及び接触子アセンブリ１００，３００、及び電気接触子１１０，２１０を電気接触子の電極１２０’，２２０’に固定する方法を改善する（例えば、これらに限定されないが、製造がより容易になる、エネルギー効率がより高くなる、電極／電気接触子の間の機械的／電気的接続がより強固になる）ことができ、種々ある利点の中でもとりわけ、電極１２０の突出部１２４を制御性良く必要に応じて変形させる（すなわち、突出部で支える）ことができることを理解できるであろう。このように、結果的に得られる電極１２０’の一部（すなわち、保持部１２５’）により、電極１２０’が電気接触子１１０内から引き出されるのを防止することができることにより、電気接触子１１０を電極１２０’に固定することができるので有利である。

本開示のコンセプトの特定の実施形態について詳細に説明してきたが、この技術分野の当業者であれば、これらの詳細に対する様々な変形及び代替を、本開示の全教示に鑑みて成し得ることを理解できるであろう。従って、開示される特定の構成は、例示に過ぎず、本開示のコンセプトの範囲を限定するものではないと捉えられるべきであり、本開示のコンセプトの範囲には、添付の特許請求の範囲の全範囲、及び特許請求の範囲の任意かつ全ての均等物の全範囲が付与されるべきである。

Claims (2)

1. 電気接触子（１１０，２１０）を真空スイッチング装置（４００，５００）内の電極（１２０，１２０’，２２０’）に固定する方法であって、前記真空スイッチング装置は、内部空間（４０４，５０４）を有する真空容器（４０２，５０２）を含み、前記電極は、ベース（１２２，１２２’）と、前記ベースから突出する突出部（１２４，１２４’）と、を含み、前記電気接触子は孔（１１２）を有し、前記電気接触子は前記真空容器の前記内部空間内に配置され、
   前記突出部は、空洞（１２６）を有し、
   前記電気接触子（１１０）は、内側階段面（１１４）を有し、前記内側階段面は、前記孔（１１２）に隣接配置され、
   前記内側階段面（１１４）は第１の平面（１１６）内に配置され、前記ベース（１２２’）は、前記電気接触子（１１０）に係合する係合面（１２８’）を備え、前記係合面は、前記第１の平面に平行な第２の平面（１３０）内に配置され、
   前記方法は：
   前記突出部を前記電気接触子の前記孔の内部に挿入するステップと、
   前記突出部を変形させて前記電気接触子を前記電極に固定するステップと、を含み、
   前記変形させるステップでは更に：
   構成部材（４）を含むツーリング装置（２）を配設し、
   前記構成部材を前記電気接触子（１１０）の前記孔（１１２）の内部に、前記電極（１２０，１２０’）の前記ベース（１２２，１２２’）に向かって移動させ、
   前記構成部材を前記突出部（１２４，１２４’）の前記空洞（１２６）内に押し込むことにより、前記突出部を押し広げて前記内側階段面の略全体を覆うように変形させ、
   前記ツーリング装置（２）は更に、ボディ部（６）と、キャップ（８）と、ハウジング（１０）と、を備え、前記ボディ部は貫通孔（１２）を有し、前記方法では更に：
   前記構成部材（４）を前記ボディ部の前記貫通孔の内部を挿通させ、
   前記キャップ及び前記ハウジングの各々を前記構成部材に固定し、
   前記ツーリング装置（２）は更に、複数の結合部材（１８，２６，２８）を備え、前記構成部材（４）は開口孔（１４）を有し、前記ハウジング（１０）は、複数の貫通孔（２０，２２，２４）を有し、前記キャップ（８）は貫通孔（１６）を有し、前記固定するステップでは更に：
   前記複数の結合部材（１８）のうちの１つの結合部材を前記キャップの前記貫通孔、及び前記構成部材の前記開口孔の各孔の内部に挿入し、
   前記ハウジングを前記キャップの上に載置し、前記キャップは前記ハウジングの前記貫通孔群（２０）のうちの１つの貫通孔から突出し、
   複数の他の結合部材（２６，２８）を前記ハウジングの対応する複数の他の貫通孔（２２，２４）の内部を挿通させ、前記複数の他の結合部材の各々は前記ボディ部に係合する、方法。
2. 前記ツーリング装置（２）は更に、バネ（３０）を備え、前記バネは、前記ボディ部（６）から前記キャップ（８）まで延在し、前記構成部材（４）は前記バネ内を延通し、前記バネから力が前記キャップ及び前記ボディ部の各々に加わり、前記押し込むステップでは更に：
   前記キャップ（８）を前記電気接触子（１１０）に向かって移動させることにより、前記バネから前記キャップ及び前記ボディ部の各々に加わる前記力を増大させる、請求項１に記載の方法。