JP6814682B2 - 真空遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、真空遮断器に関する。

真空遮断器は、電力系統に設置されて、電力系統や系統中の変圧器、断路器等の電力機器の正常時の負荷電流を開閉するとともに、事故発生時には保護継電器と連携して事故電流を遮断することにより負荷側の設備を保護し、上流側への事故波及を防止する開閉器である。真空遮断器は、発電所、変電所から電力系統途上の電路や一般需要家の受配電設備等に設置される。真空遮断器は、固定電極および可動電極を有する真空バルブと可動電極を進退させる操作機構とを備えている。真空遮断器は、操作機構により可動電極を進行させて固定電極に当接させる閉極動作と、操作機構により可動電極を退避させて固定電極から解離させる開極動作とを行う。真空バルブ所定の特性を確保するため、開閉動作、特に開極動作初期には、操作機構により真空バルブの開極動作を行うために大きな力が可動電極へ与えられる。しかしながら、開極動作の動作終期には、可動電極を動かそうとする力が元となり、可動電極が所定の位置を超えるオーバーストロークを起こし、オーバーストロークにより反力が発生し、可動電極が跳ね返り再発弧や再点弧といった問題が生じることがある。さらに、オーバーストロークや跳ね返りが繰り返されることで過度に可動電極の動作が生じるため、真空遮断器が破損する恐れがある。このため、可動電極接続部に油圧ダンパーやばね等を連結させ、初期に可動電極へ与えた力を開極動作あるいは閉極動作の動作終期に吸収させ、オーバーストロークを抑制することが提案されている。ワイプばねは、閉極時にワイプばねを圧縮させて得られる蓄勢力を、可動電極が固定電極と解離することを防止するための外部加圧力として利用するもので、ワイプばねの種類としてはコイルばねが一般的である。（例えば、特許文献１参照）。

特開平０８−１２９９４０号公報

特許文献１に記載の真空遮断器では、可動電極と油圧ダンパーとが複雑な経路を介して接続されており、動作終期において可動電極を動かそうとする力（衝撃力）を滑らかに抑制することは難しいといった問題がある。また、特許文献１に記載の真空遮断器は、全体の部品点数が多くなってしまい、構成が複雑化することにより製造コストを増加させるだけでなく、いずれかの部品の不具合によって故障の原因となるといった問題がある。

以上のような事情に鑑み、本発明は、開極動作及び閉極動作の動作終期において、可動電極の進退によって生じる、可動電極を動かそうとする力（衝撃力）を滑らかに抑制することを可能とし、かつ全体の部品点数を少なくして製造コストの低減を図りつつ、故障の発生を抑制することが可能な真空遮断器を提供することを目的とする。

本発明に係る真空遮断器は、固定電極、及び固定電極に対して第１方向に進退して固定電極に当接または解離可能な可動電極を有する真空バルブと、可動電極を進退させる操作機構と、を備える真空遮断器であって、操作機構が、一回転方向にトルクが加えられたクランクシャフトと、クランクシャフトと一体に設けられて回転するカムと、クランクシャフトのクランクピンが貫通するスリット孔を備え、クランクシャフトの回転により下部点を軸として揺動しつつ下部点を第２方向に進退する可動ロッドと、カムに当接するカムフォロアを備え、可動ロッドに沿って移動可能に設けられたアダプタと、可動ロッドとアダプタとの間に配置された弾性部材と、可動ロッドに接続された第１変換レバーと、一端が第１変換レバーに接続され、可動ロッドの下部点の第２方向への進退により第２方向と異なる第３方向に進退する絶縁ロッドと、絶縁ロッドの他端及び可動電極にそれぞれ接続され、絶縁ロッドの第３方向への進退により可動電極を第１方向に進退させる第２変換レバーと、を有し、スリット孔が、可動ロッドの長手方向にクランクピンの移動を許容する。

また、アダプタは、可動ロッドが貫通する筒状に形成されてもよい。また、弾性部材は、可動ロッドの一部を囲んで配置されてもよい。また、弾性部材は、可動ロッドの一部を囲み蓄勢された状態で配置されてもよい。また、弾性部材は、コイルばね、皿ばね、輪ばね、ゴム、またはこれらの軸方向の組合せが用いられてもよい。また、第１方向と第２方向とは、平行またはほぼ平行であってもよい。また、第３方向は、第１方向及び第２方向の一方または双方と直交した方向であってもよい。

本発明に係る真空遮断器は、従来の真空遮断器におけるワイプばねの効果、即ち真空バルブの可動電極が固定電極から解離することを防止するための外部加圧力としての効果に加え、開極動作初期に可動電極に与えられる大きな力を、開極動作あるいは閉極動作の動作終期には弾性部材とこれに組み合わされる機構が滑らかに減衰させて、可動電極に起きるオーバーストロークや、それによって発生する可動電極の跳ね返りを抑制することが可能になり、真空遮断器の故障や破損を抑制できる。加えて、従来は必須であった油圧ダンパー等の緩衝専門部材を削減できるため、真空遮断器全体の部品点数が少なくなり製造コストも低減することができる。なお、本発明でいう真空遮断器は、定格電流の負荷開閉を責務とする負荷開閉器も含むものである。

また、アダプタが、可動ロッドが貫通する筒状に形成される場合、可動ロッドに対するアダプタの移動を円滑にすることができる。また、弾性部材が、可動ロッドの一部を囲んで配置される場合、可動ロッドとアダプタとが相対的に移動する際、弾性部材を力の偏りなく蓄勢または放勢させることができる。また、弾性部材が、可動ロッドの一部を囲み蓄勢された状態で配置される場合、弾性部材を常に蓄勢状態にさせて剛性を高めているので、可動電極のオーバーストロークを弾性部材によって滑らかに抑制できる。また、弾性部材が、コイルばね、皿ばね、輪ばね、ゴム、またはこれらの軸方向の組合せが用いられる場合、コイルばね等によって可動電極を動かそうとする力（衝撃力）を滑らかに抑制することができる。また、第１方向と第２方向とが、平行またはほぼ平行である場合、可動電極と可動ロッドが平行またはほぼ平行に並んで配置されるので、第１方向または第２方向における真空遮断器の寸法を小さくすることができる。また、第３方向が、第１方向及び第２方向の一方または双方と直交した方向である場合、第３方向の絶縁ロッドにより可動電極と可動ロッドとを連結するので、真空遮断器全体をコンパクトにすることができる。

本実施形態に係る真空遮断器の要部の一例を示す斜視図である。 操作機構の一部の構成を示す斜視図である。 可動ロッド及びアダプタの一例を示す分解斜視図である。 真空バルブが開極状態となっている場合の一例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、閉極動作において、クランクシャフトが回転する場合の操作機構の動作を示す図である。 真空バルブが閉極状態となっている場合の一例を示す図である。 閉極動作において、可動電極を固定電極に当接させた後の操作機構を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、開極動作において、クランクシャフトが回転する場合の操作機構の動作を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、開極動作において、可動電極を固定電極から解離させた後の操作機構を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、弾性部材の他の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。図１は、本実施形態に係る真空遮断器要部１００の一例を示す斜視図である。本実施形態に係る真空遮断器は、電力系統に設置されて、電力系統や系統中の変圧器、断路器等の電力機器の正常時の負荷電流を開閉するとともに、事故発生時には保護継電器と連携して事故電流を遮断することにより負荷側の設備を保護し、上流側への事故波及を防止する開閉器である。図１に示すように、真空遮断器要部１００は、真空バルブ１０と、操作機構２０とを備える。これら真空バルブ１０及び操作機構２０は、不図示のケース等に収容されている。

真空バルブ１０は、内部を真空状態にした不図示の収容部を備えており、この収容部内に固定電極１１と、可動電極１２とを有する。固定電極１１は、例えば、電力系統の需要側に電気的に接続されている。また、可動電極１２は、例えば、電力系統の供給側に電気的に接続されている。ただし、固定電極１１が供給側に接続され、かつ可動電極１２が需要側に接続されてもよい。固定電極１１は、不図示のケースなどに固定されている。

可動電極１２は、不図示のガイド機構によって移動可能に支持されており、固定電極１１に対して進退可能である。したがって、真空バルブ１０は、可動電極１２が進退することにより、可動電極１２が固定電極１１から退避して固定電極１１に対して解離した開極状態と、可動電極１２が固定電極１１に向けて進行して固定電極１１に対して当接した閉極状態とが切り替え可能となっている。

操作機構２０は、可動電極１２を固定電極１１に対して第１方向Ｄ１に進退させる。つまり、操作機構２０は、可動電極１２を第１方向Ｄ１に進退させて、真空バルブ１０の開極状態と閉極状態とを切り替えることを行う。第１方向Ｄ１は、固定電極１１に対して可動電極１２を当接または解離させる方向であり、本実施形態において上下方向（あるいは重力方向）に設定されるが、これに限定されず、例えば、上下方向と異なる水平方向または斜め方向など、任意の方向に第１方向を設定することができる。操作機構２０は、図１に示すように、クランクシャフト２１と、カム２２と、可動ロッド２３と、アダプタ２４と、弾性部材２５と、連結機構２６とを有する。

図２は、操作機構２０の一部の構成を示す斜視図である。クランクシャフト２１は、渦巻きばね３０の中心に連結されており、この渦巻きばね３０によって一回転方向にトルク（回転力）が加えられる。渦巻きばね３０は、例えば、金属板が渦巻き状に蓄勢された状態で形成される。なお、渦巻きばね３０の金属板の外側端部は、例えば、不図示のケースに固定されている。

渦巻きばね３０は、渦巻き状に蓄勢された中心（クランクシャフト２１）に金属板を巻き付けるように予め蓄勢させておくことにより、放勢するとき元の状態に戻る力によってその反対の回転方向にトルクを与えることができる。渦巻きばね３０は、例えば、不図示の回転駆動装置（例えば、電動モータ）などによって予め蓄勢された状態となっている。

クランクシャフト２１は、基端部２１ａと、先端部２１ｂと、クランクピン２１ｃとを有する。基端部２１ａは、渦巻きばね３０を形成する金属板の内側端部に連結される。先端部２１ｂは、後述するラッチ機構３１に連結される。基端部２１ａ及び先端部２１ｂは、例えば、円柱状に形成され、中心軸ＡＸ１が一致するように配置される。したがって、クランクシャフト２１は、基端部２１ａ及び先端部２１ｂが中心軸ＡＸ１の軸周りに回転する。なお、基端部２１ａ及び先端部２１ｂの一方または双方は、不図示の軸受けによって回転可能に支持されている。

カム２２は、基端部２１ａ及び先端部２１ｂの間に対向して一対配置され、基端部２１ａ又は先端部２１ｂの端部にそれぞれ固定されている。一対のカム２２は、互いに同一の形状が向き合った状態で配置されており、基端部２１ａ及び先端部２１ｂの中心軸ＡＸ１から偏心している。一対のカム２２は、外周面がカム面となっており、基端部２１ａ及び先端部２１ｂの回転に伴って一体に回転する。また、カム２２の外周形状は、後述するアダプタ２４のカムフォロア２４ｂを必要な量だけ移動させる形状となっており、複数のカム曲面によって構成されている。

クランクピン２１ｃは、例えば円柱状に形成され、一対のカム２２の間に配置される。クランクピン２１ｃは、一方の端部が基端部２１ａ側のカム２２に取り付けられ、他方の端部が先端部２１ｂ側のカム２２に取り付けられる。クランクピン２１ｃの中心軸ＡＸ２は、基端部２１ａ及び先端部２１ｂの中心軸ＡＸ１からずれた位置に配置される。したがって、クランクシャフト２１（基端部２１ａ及び先端部２１ｂ）が中心軸ＡＸ１の軸周りに回転すると、クランクピン２１ｃは、中心軸ＡＸ１を中心として周回するように移動する。

上記のように、クランクシャフト２１が中心軸ＡＸ１の軸周りに回転すると、一対のカム２２がクランクシャフト２１とともに回転し、さらにカム２２の回転によってクランクピン２１ｃが中心軸ＡＸ１を中心とした周回方向に回転する。なお、クランクシャフト２１は、上記したように一回転方向にトルクがかかって回転するため、一対のカム２２及びクランクピン２１ｃも一回転方向に回転する。

ラッチ機構３１は、クランクシャフト２１の回転状態または回転停止状態を切り替えて保持する。ラッチ機構３１は、回転ドラム３１ａと、投入用ラッチ３１ｂと、遮断用ラッチ３１ｃとを有する。回転ドラム３１ａは、クランクシャフト２１の先端部２１ｂに固定される。回転ドラム３１ａは、例えば、先端部２１ｂのキー溝に嵌り込むキーが設けられており、このキーがキー溝に入り込むことにより相対的な回転が係止されて、クランクシャフト２１（先端部２１ｂ）と一体となって回転する。また、回転ドラム３１ａは、外周方向に突出した状態でピン３１ｄを有する。ピン３１ｄは、中心軸ＡＸ１と平行に配置されている。

投入用ラッチ３１ｂ及び遮断用ラッチ３１ｃは、回転ドラム３１ａを挟んでそれぞれ上下に配置されている。投入用ラッチ３１ｂ及び遮断用ラッチ３１ｃは、中心軸ＡＸ１に平行な不図示の固定軸の軸周りにそれぞれ回転可能に支持されている。なお、不図示の固定軸は、例えば、ケースに設けられる。投入用ラッチ３１ｂ及び遮断用ラッチ３１ｃは、中心軸ＡＸ１を挟んで配置され、中心軸ＡＸ１の軸周り方向に約１８０°間隔（あるいは１７０°と１９０°）を空けて配置されている。

投入用ラッチ３１ｂ及び遮断用ラッチ３１ｃは、それぞれピン３１ｄを係止する係止部３１ｅ、３１ｆを有する。投入用ラッチ３１ｂ及び遮断用ラッチ３１ｃは、外部からの信号等により不図示の駆動部によってそれぞれ回転し、回転ドラム３１ａに係止部３１ｅ、３１ｆを近接させてピン３１ｄを係止する係止位置と、回転ドラム３１ａから退避してピン３１ｄの係止を解放した退避位置との間を回動可能である。したがって、いずれかの係止部３１ｅ、３１ｆがピン３１ｄを係止することにより、回転ドラム３１ａの回転が規制され、クランクシャフト２１の回転が規制される。また、いずれかの係止部３１ｅ、３１ｆがピン３１ｄの係止を解放することにより、回転ドラム３１ａ（クランクシャフト２１）は、渦巻きばね３０のトルクによって一回転方向に回転する。

図３は、可動ロッド２３及びアダプタ２４の一例を示す分解斜視図である。図３では、可動ロッド２３とアダプタ２４とを分離させた状態を示している。可動ロッド２３は、クランクシャフト２１の回転により下部点２３ｅを軸にして所定の回転方向に揺動しつつ、下部点２３ｅを第２方向Ｄ２に進退する。本実施形態において、第２方向Ｄ２は、例えば第１方向Ｄ１と平行な方向であり、上下方向（重力方向）である。このように、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とを平行とすることにより、真空バルブ１０と可動ロッド２３とを平行に配置することが可能となり、真空遮断器の全体寸法を小さくすることができる。ただし、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とを平行とすることに限定されず、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが平行でなくてもよい。ただし、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２とが平行でない場合であっても、真空遮断器の全体寸法を小さくできる場合がある。

可動ロッド２３は、図３に示すように、ロッド本体２３ａと、スリット孔２３ｂと、フランジ部２３ｃと、レバー接続部２３ｄとを有する。ロッド本体２３ａは、例えば、円柱状に形成される。スリット孔２３ｂは、ロッド本体２３ａのうち第２方向Ｄ２の上側に配置される。スリット孔２３ｂは、ロッド本体２３ａを径方向に貫通して設けられる。スリット孔２３ｂは、ロッド本体２３ａを貫通する方向から見た場合、第２方向Ｄ２に長く延びた形状となっている。

スリット孔２３ｂには、クランクシャフト２１のクランクピン２１ｃが貫通して配置される。スリット孔２３ｂが第２方向Ｄ２に長く延びていることにより、クランクピン２１ｃに対して第２方向Ｄ２に可動ロッド２３が移動することを許容する。スリット孔２３ｂにおける第２方向Ｄ２の長さは任意に設定可能である。フランジ部２３ｃは、ロッド本体２３ａの外周から円板状に突出した状態で形成される。フランジ部２３ｃは、ロッド本体２３ａのうち第２方向Ｄ２の下側に配置される。フランジ部２３ｃの外径は、後述する弾性部材２５の外径より大きく形成される。レバー接続部２３ｄは、ロッド本体２３ａの下端に固定されており、後述する第１変換レバー２７に連結される。レバー接続部２３ｄは、第１変換レバー２７に回転可能に連結されており、この回転軸が可動ロッド２３の揺動軸となり、この回転軸に可動ロッド２３の下部点２３ｅを含んでいる。

アダプタ２４は、可動ロッド２３に対して着脱可能であり、可動ロッド２３に沿って移動可能である。アダプタ２４は、可動ロッド２３が貫通する筒状に形成される。この構成により、可動ロッド２３に対するアダプタ２４の移動を円滑にすることができる。アダプタ２４は、図３に示すように、円筒部２４ａと、カムフォロア２４ｂと、フランジ部２４ｃとを有する。円筒部２４ａは、ロッド本体２３ａを挿入可能な内径を有しており、ロッド本体２３ａを挿入した状態で、可動ロッド２３に沿って第２方向Ｄ２に移動可能である。

また、円筒部２４ａは、可動ロッド２３に対して回り止めされた状態で可動ロッド２３に沿って移動可能である。可動ロッド２３に対する円筒部２４ａの回り止めは、図示していないが、例えば、キー溝とキーとを用いる構成、またはスプラインを用いた構成などが適用される。

カムフォロア２４ｂは、円筒部２４ａの上部外周から突出するように一対設けられる。一対のカムフォロア２４ｂは、上記した一対のカム２２の外周面にそれぞれ当接可能に配置されており、例えば、円筒部２４ａの中心とした周回方向において約１８０度間隔で配置されている。また、カムフォロア２４ｂは、例えば、円筒部２４ａの外周から外方に延びる軸部に回転可能に設けられたローラ部材が用いられる。ローラ部材が用いられることにより、カム２２の外周面に対して滑らかに追従させることができる。ただし、カムフォロア２４ｂがローラ部材であることに限定されず、単なる突出部であってもよい。

フランジ部２４ｃは、円筒部２４ａの外周から円板状に突出する。フランジ部２４ｃは、円筒部２４ａのうち第２方向Ｄ２の下側に配置される。フランジ部２４ｃの外径は、上記したフランジ部２３ｃと同様に、後述する弾性部材２５の外径より大きく形成される。なお、上記したフランジ部２３ｃとフランジ部２４ｃとは同一の外径となるように形成されてもよい。

図１及び図２に戻り、弾性部材２５は、可動ロッド２３とアダプタ２４との間に配置される。弾性部材２５は、可動ロッド２３の一部を囲んで配置される。本実施形態において、弾性部材２５は、コイルばねが用いられている。コイルばねとしての弾性部材２５は、可動ロッド２３のロッド本体２３ａを内部に貫通させた状態で配置される。このように、弾性部材２５が可動ロッド２３の一部を囲んで配置されるため、可動ロッド２３とアダプタ２４とが相対的に移動する際、弾性部材２５を力の偏りなく蓄勢または放勢させることができる。

また、弾性部材２５は、軸方向の一方（下方）の端部が可動ロッド２３のフランジ部２３ｃに当接し、軸方向の他方（上方）の端部がアダプタ２４のフランジ部２４ｃに当接している。弾性部材２５は、フランジ部２３ｃとフランジ部２４ｃとで第２方向Ｄ２に蓄勢された状態となっている。

連結機構２６は、可動ロッド２３と可動電極１２とを連結する。連結機構２６は、図１及び図２に示すように、第１変換レバー２７と、絶縁ロッド２８と、第２変換レバー２９とを有する。第１変換レバー２７は、軸部２７ａと、装着部２７ｂと、回転部２７ｃとを有する。軸部２７ａは、第２方向Ｄ２に直交する中心軸ＡＸ３の軸周りに回転可能である。軸部２７ａは、不図示の軸受け等により回転可能に支持されている。なお、軸受けは、不図示のケースに固定される。

装着部２７ｂは、軸部２７ａから可動ロッド２３に向けて延びた状態で軸部２７ａに固定される。装着部２７ｂには、可動ロッド２３のレバー接続部２３ｄが連結される。なお、装着部２７ｂとレバー接続部２３ｄとの間は、上記したように相対的な回転が可能となるように連結されている。したがって、可動ロッド２３は、下部点２３ｅを含む回転軸を中心として、装着部２７ｂに対して揺動可能となっている。回転部２７ｃは、軸部２７ａから下方に延びた状態で軸部２７ａに固定される。回転部２７ｃには、絶縁ロッド２８の一端が接続される。なお、回転部２７ｃと絶縁ロッド２８の一端との間は、相対的な回転が可能となるように連結されている。

絶縁ロッド２８は、絶縁材料を用いて棒状に形成されている。絶縁ロッド２８は、真空バルブ１０と可動ロッド２３との間を絶縁しつつ、可動ロッド２３の駆動力を真空バルブ１０側に伝達する。絶縁ロッド２８の一端は、上記したように第１変換レバー２７の回転部２７ｃに接続される。絶縁ロッド２８の他端は、後述する第２変換レバー２９の回転部２９ｃに接続される。

これにより、絶縁ロッド２８は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に直交する第３方向Ｄ３に沿って配置される。なお、第３方向Ｄ３は第２方向Ｄ２と異なる方向であってもよい。また、第１変換レバー２７の回転部２７ｃが回転すると、絶縁ロッド２８は第３方向Ｄ３に進退する。このように、第３方向Ｄ３に進退する絶縁ロッド２８により可動電極１２と可動ロッド２３とが連結されるため、真空遮断器要部１００（あるいは真空遮断器全体）がコンパクトになる。

第２変換レバー２９は、軸部２９ａと、装着部２９ｂと、回転部２９ｃとを有する。軸部２９ａは、第１変換レバー２７の軸部２７ａの中心軸ＡＸ３と平行な中心軸ＡＸ４の軸周りに回転可能である。中心軸ＡＸ４の方向は、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３と直交する。軸部２９ａは、不図示の軸受け等により回転可能に支持されている。なお、軸受けは、不図示のケースに固定される。

装着部２９ｂは、軸部２９ａから真空バルブ１０に向けて延びた状態で軸部２９ａに固定される。装着部２９ｂには、可動電極１２の下部が連結される。なお、装着部２９ｂと可動電極１２との間は、相対的な回転が可能となるように連結されている。回転部２９ｃは、軸部２９ａから下方に延びた状態で軸部２９ａに固定される。回転部２９ｃには、絶縁ロッド２８の他端が接続される。なお、回転部２９ｃと絶縁ロッド２８の他端との間は、相対的な回転が可能となるように連結されている。したがって、絶縁ロッド２８が第３方向Ｄ３に進退すると、軸部２９ａの中心軸ＡＸ４を中心として回転する。

上記のように構成された連結機構２６について説明すると、可動ロッド２３が第２方向Ｄ２に進退すると、第１変換レバー２７の装着部２７ｂが回転して、併せて回転部２７ｃを回転させる。回転部２７ｃの回転により、絶縁ロッド２８が第３方向Ｄ３に進退して、第２変換レバー２９の回転部２９ｃを回転させる。回転部２９ｃの回転により、装着部２９ｂが回転し、可動電極１２が第１方向Ｄ１に進退する。このように、連結機構２６は、可動ロッド２３が第２方向Ｄ２に進退すると、可動ロッド２３の進退に応じて可動電極１２を第１方向Ｄ１に進退させる。つまり、連結機構２６は、可動ロッド２３の動きを可動電極１２に伝達する。

次に、上記のように構成された真空遮断器要部１００において、真空バルブ１０の閉極動作及び開極動作について説明する。まず、閉極動作について説明する。閉極動作は、真空バルブ１０を開極状態から閉極状態に切り替える動作である。つまり、閉極動作は、可動電極１２が固定電極１１に対して解離している状態から可動電極１２を固定電極１１に当接させる動作である。

図４は、真空バルブ１０が開極状態となっている場合の一例を示す図である。真空バルブ１０が開極状態にある場合、図４に示すように、可動ロッド２３が最も上方に位置しており、かつカム２２に当接するカムフォロア２４ｂによってアダプタ２４も最も上方に位置している。また、図４に示すように、弾性部材２５は、フランジ部２３ｃとフランジ部２４ｃとの間に長さＬ１の状態となっている。弾性部材２５は、例えば、長さＬ１の状態では蓄勢された状態となっている。

また、開極状態の場合、ラッチ機構３１においては、遮断用ラッチ３１ｃに設けられる係止部３１ｆが、回転ドラム３１ａのピン３１ｄを係止している（図２参照）。このため、回転ドラム３１ａ（すなわちクランクシャフト２１）の回転が規制された状態となっている。そこで、閉極動作を行う場合、ラッチ機構３１の遮断用ラッチ３１ｃを回動させ、係止部３１ｆを係止位置から退避位置に移動させる。

係止部３１ｆが退避位置に移動した場合、回転ドラム３１ａの回転規制が解除される。このため、渦巻きばね３０からのトルクにより（図１参照）、クランクシャフト２１が回転する。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、閉極動作において、クランクシャフト２１が回転する場合の操作機構２０の動作を示す図である。図５（Ａ）は、真空バルブ１０が開極状態となっている場合を示している。この状態から、クランクシャフト２１が回転することにより、カム２２が一体となって回転する。カム２２の回転により、図５（Ｂ）に示すように、カムフォロア２４ｂを介してアダプタ２４が第２方向Ｄ２の下方に押し下げられる。

アダプタ２４が第２方向Ｄ２の下方に押し下げられることにより、フランジ部２４ｃに接する弾性部材２５の上端が下方に押し下げられる。さらに、クランクシャフト２１の回転により、クランクピン２１ｃが中心軸ＡＸ１を中心とした周回方向に移動する。クランクピン２１ｃの周回移動により、アダプタ２４が押し下げられた後、又はアダプタ２４が押し下げられるのとほぼ同時に、クランクピン２１ｃがスリット孔２３ｂの下端に当接し、可動ロッド２３を第２方向Ｄ２の下方に押し下げる。

可動ロッド２３は、下部点２３ｅ（第１変換レバー２７の装着部２７ｂとの連結部分）を軸として所定の回転方向に揺動しつつ、下部点２３ｅを第２方向Ｄ２に沿って下方に移動させる。下部点２３ｅが下方に移動することに伴い、可動ロッド２３も全体として第２方向Ｄ２に沿って下方に移動する。可動ロッド２３の下部点２３ｅが下方に移動することにより、第１変換レバー２７の装着部２７ｂが軸部２７ａを中心として下方に向けて回転し、装着部２７ｂと一体の回転部２７ｃが同一方向に第２変換レバー２９側に向けて回転する。この回転部２７ｃの回転により、絶縁ロッド２８が第３方向Ｄ３に沿って第２変換レバー２９側に向けて移動する（図４等参照）。

この絶縁ロッド２８の移動により、第２変換レバー２９の回転部２９ｃが軸部２９ａを中心として第１変換レバー２７から離れる方向に回転する。この回転部２９ｃの回転により、回転部２９ｃと一体の装着部２９ｂが同一方向に第１方向Ｄ１の上方に向けて回転する。この装着部２９ｂの回転により、図６に示すように、可動電極１２が第２方向Ｄ２に沿って上方に移動し、固定電極１１に当接する。

なお、可動電極１２が固定電極１１に当接した後、図５（Ｃ）に示すように、クランクシャフト２１をさらに回転させる。このとき、回転ドラム３１ａのピン３１ｄが投入用ラッチ３１ｂの係止部３１ｅに係止され、回転ドラム３１ａの回転が規制される。これにより、クランクシャフト２１の回転が停止し、その回転位置が保持される。また、可動電極１２が固定電極１１に当接した後、クランクシャフト２１がさらに回転することにより、カム２２によってカムフォロア２４ｂを押し下げている。

カムフォロア２４ｂが押し下げられることにより、アダプタ２４は、可動ロッド２３に沿って下方（第２方向Ｄ２）に移動する。同時に、フランジ部２４ｃも下方に移動するため、フランジ部２４ｃによって弾性部材２５の上端も下方に押し下げられる。一方、可動電極１２が固定電極１１に当接している状態では可動ロッド２３の位置は変化しないので、フランジ部２３ｃの位置は変化しない。したがって、アダプタ２４が可動ロッド２３に対して下方に移動することにより、フランジ部２４ｃとフランジ部２３ｃとの間に配置された弾性部材２５は、開極時よりさらに大きく蓄勢した状態となる。

これにより、図７に示すように、図４に示す長さＬ１から長さＬ２に圧縮されるため、弾性部材２５は、さらに蓄勢された状態で維持され、可動ロッド２３に対して下方に向けた蓄勢力を付与した状態となる。この蓄勢力は、連結機構２６（図１参照）を介して、真空バルブ１０の可動電極１２が固定電極１２から解離することを防止するための外部加圧力として作用する。その結果、可動電極１２は、固定電極１１に押し付けた状態が維持され、可動電極１２が不用意に固定電極１１から解離することを抑制している。また、上記したように、弾性部材２５が可動ロッド２３の一部を囲んで配置されており、可動ロッド２３とアダプタ２４とが相対的に移動する際、弾性部材２５を力の偏りなく蓄勢させることができる。

また、クランクシャフト２１の回転によりクランクピン２１ｃが回転しながら下方に移動するが、閉極動作の動作終期では、クランクピン２１ｃの回転量に対してクランクピン２１ｃの下方への移動量が小さくなる。したがって、可動電極１２が固定電極１１に対して当接する際の衝撃を少なくすることができる。また、可動電極１２が固定電極１１に当接した後、当接した跳ね返りの力を可動電極１２が受けるが、この力を弾性部材２５が圧縮することで受け止めるため、クランクシャフト２１等に与える衝撃力を小さくすることができる。

次に、開極動作について説明する。開極動作は、真空バルブ１０を閉極状態から開極状態に切り替える動作である。つまり、開極動作は、可動電極１２が固定電極１１に対して当接している状態から可動電極１２を固定電極１１から解離させる動作である。

真空バルブ１０が閉極状態にある場合、図６に示すように、可動ロッド２３が最も下方に近いところに位置しており、かつカム２２に当接するカムフォロア２４ｂによってアダプタ２４も最も下方に近いところに位置している。なお、投入用ラッチ３１ｂは、１８０°から１０°回転させた場所に設置されている。そのため、アダプタ２４は、最下点よりやや上昇した位置で保持されている。閉極状態の場合、ラッチ機構３１においては、投入用ラッチ３１ｂに設けられる係止部３１ｅが、回転ドラム３１ａのピン３１ｄを係止している（図２参照）。このため、回転ドラム３１ａ（すなわちクランクシャフト２１）の回転が規制された状態となっている。そこで、開極動作を行う場合、ラッチ機構３１の投入用ラッチ３１ｂを回動させ、係止部３１ｅを係止位置から退避位置に移動させる。

係止部３１ｅが退避位置に移動した場合、回転ドラム３１ａの回転規制が解除される。このため、渦巻きばね３０からのトルクにより（図１参照）、クランクシャフト２１が回転する。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、開極動作において、クランクシャフト２１が回転する場合の操作機構２０の状態の動作を示す図である。図８（Ａ）は、真空バルブ１０が閉極状態となっている場合を示している。この状態から、クランクシャフト２１が回転することにより、カム２２が一体となって回転する。カム２２の回転により、図８（Ｂ）に示すように、カム２２に当接するカムフォロア２４ｂを介してアダプタ２４が弾性部材２５の蓄勢力により第２方向Ｄ２に沿って上方に移動する。

また、クランクシャフト２１の回転により、クランクピン２１ｃが中心軸ＡＸ１を中心とした周回方向に移動する。クランクピン２１ｃの周回移動により、アダプタ２４の上方への移動後、又はアダプタ２４が上方に移動するのとほぼ同時に、クランクピン２１ｃがスリット孔２３ｂの上端に当接し、可動ロッド２３を第２方向Ｄ２に沿って上方に持ち上げる（図４等参照）。

可動ロッド２３は、下部点２３ｅを軸として所定の回転方向に揺動しつつ、下部点２３ｅを第２方向Ｄ２に沿って上方に移動させる。下部点２３ｅが上方に移動することに伴い、可動ロッド２３も全体として第２方向Ｄ２に沿って上方に移動する。可動ロッド２３の下部点２３ｅが上方に移動することにより、第１変換レバー２７の装着部２７ｂが軸部２７ａを中心として上方に向けて回転し、装着部２７ｂと一体の回転部２７ｃが同一方向に第２変換レバー２９から離れる方向に向けて回転する。この回転部２７ｃの回転により、絶縁ロッド２８が第３方向Ｄ３に沿って第１変換レバー２７側に向けて移動する（図４等参照）。

この絶縁ロッド２８の移動により、第２変換レバー２９の回転部２９ｃが軸部２９ａを中心として第１変換レバー２７に近づく方向に回転する。この回転部２９ｃの回転により、回転部２９ｃと一体の装着部２９ｂが同一方向に第１方向Ｄ１の下方に向けて回転する。この装着部２９ｂの回転により、図４に示すように、可動電極１２が第２方向Ｄ２に沿って下方に移動し、固定電極１１から解離した状態となる。

なお、可動電極１２が固定電極１１から解離した後、図８（Ｃ）に示すように、可動ロッド２３が最も上方に位置した状態でラッチ機構３１によってクランクシャフト２１の回転が規制される。すなわち、可動ロッド２３を最も上方に位置させるクランクシャフト２１の回転位置で、回転ドラム３１ａのピン３１ｄが遮断用ラッチ３１ｃの係止部３１ｆに係止される（図２参照）。回転ドラム３１ａの回転が規制されるため、クランクシャフト２１の回転が規制される。

また、開極動作の動作終期において、クランクシャフト２１の回転が停止した直後、可動ロッド２３には慣性力により上方に向けた力が作用する。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、開極動作において、可動電極１２を固定電極１１から解離させた後の操作機構２０を示す図である。図９（Ａ）に示すように、クランクシャフト２１の回転が停止した直後では、可動ロッド２３に対して慣性力により上方に向けた力が作用している。なお、このときの弾性部材２５は、フランジ部２４ｃとフランジ部２３ｃとの間で圧縮されていないので、長さＬ３となっている。

図９（Ａ）に示す状態の後、慣性力により、図９（Ｂ）に示すように、可動ロッド２３は、クランクピン２１ｃがスリット孔２３ｂ内を上方に移動しながら、第２方向Ｄ２に沿って上方に移動する。一方、アダプタ２４はカムフォロア２４ｂがカム２２に当接しているため、アダプタ２４の上方への移動を規制している。したがって、アダプタ２４のフランジ部２４ｃの位置は保持されたまま、可動ロッド２３とともにフランジ部２３ｃが上方に移動し、フランジ部２３ｃとアダプタ２４のフランジ部２４ｃとの間隔が小さくなる。これにより、弾性部材２５が、長さＬ３から長さＬ４に徐々に圧縮されることで、可動ロッド２３に発生する慣性力（例えば可動ロッド２３を上方に移動させる力）を受け止める。

その後、弾性部材２５が伸縮を繰り返すことにより、徐々に可動ロッド２３に発生した慣性力を滑らかに減衰させて図９（Ａ）に示す状態に戻すことができ、さらに弾性部材２５を閉極時、開極時を問わずカム２２や可動ロッド２３、アダプタ２４により常に蓄勢状態にさせて剛性を高めているので、結果的に、絶縁ロッド２８を介して係合されている可動電極１２のオーバーストロークを弾性部材２５によって滑らかに抑制することができる。さらに、弾性部材２５は、可動電極１２のオーバーストロークが滑らかに抑制されるため、反発する勢いが減衰し、跳ね返りも同時に抑制することができる。また、スリット孔２３ｂにより可動ロッド２３を第２方向Ｄ２に移動可能とし、この可動ロッド２３の第２方向Ｄ２への移動を弾性部材２５の圧縮で受け止めることにより、開極動作の動作終期における慣性力がクランクシャフト２１等に衝撃力として作用することを抑制することでき、さらに、可動電極１２のオーバーストロークおよび跳ね返りを抑制することができるため、再発弧や再点弧を防止することができ、真空遮断器全体の破損あるいは消耗等が低減される。

このように、本実施形態に係る真空遮断器は、開閉動作の動作終期において、初期に可動電極１２へ与えられた、動かそうとする力を弾性部材２５によって滑らかに抑制し、オーバーストロークや跳ね返りを抑制することができる。また、真空遮断器全体の部品点数が少なくなるので製造コストを低減することができ、さらに故障の発生を抑制することができる。

図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、弾性部材２５の他の例を示す図である。図１０（Ａ）に示すように、弾性部材２５Ａとして、複数の皿ばねが第２方向Ｄ２に沿って交互に向きを変えて配置された構成が用いられてもよい。また、図１０（Ｂ）に示すように、弾性部材２５Ｂとして、ゴムが用いられてもよい。ゴムの場合は、外部加圧力が小さいので、バネ定数の大きいラバースプリング等が適している。また、他の弾性部材と組み合わせる構成が用いられてもよい。

弾性部材２５Ａまたは弾性部材２５Ｂのいずれであっても、上記した弾性部材２５と同様に、閉極時に、真空バルブ１０の稼働電極１２の解離防止のためのワイプばねの効果の１つである外部加圧力としての役割を果たし、かつ、開極時に、オーバーストローク及び跳ね返りを滑らかに抑制することができる。また、弾性部材２５Ａ及び弾性部材２５Ｂは、いずれも可動ロッド２３の一部を囲んで配置されており、これにより、可動ロッド２３とアダプタ２４とが相対的に移動する際、弾性部材２５Ａ及び弾性部材２５Ｂを力の偏りなく蓄勢または放勢させることができる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、上記した実施形態では、アダプタ２４が、可動ロッド２３が貫通する筒状に形成される構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、アダプタ２４が可動ロッド２３の側面の一部に沿って配置され、可動ロッド２３の側面に沿って第２方向Ｄ２に移動する構成であってもよい。

また、上記した実施形態において、絶縁ロッド２８が進退する第３方向Ｄ３が、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の一方または双方と直交した方向である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されない。例えば、第３方向Ｄ３が、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２の両方と直交しない構成であってもよい。

Ｄ１・・・第１方向
Ｄ２・・・第２方向
Ｄ３・・・第３方向
ＡＸ１、ＡＸ２、ＡＸ３、ＡＸ４・・・中心軸
１０・・・真空バルブ
１１・・・固定電極
１２・・・可動電極
２０・・・操作機構
２１・・・クランクシャフト
２１ｃ・・・クランクピン
２２・・・カム
２３・・・可動ロッド
２３ｂ・・・スリット孔
２３ｅ・・・下部点
２４・・・アダプタ
２５、２５Ａ、２５Ｂ・・・弾性部材
２６・・・連結機構
２７・・・第１変換レバー
２８・・・絶縁ロッド
２９・・・第２変換レバー
３０・・・渦巻きばね
３１・・・ラッチ機構
１００・・・真空遮断器要部

Claims (7)

1. 固定電極、及び前記固定電極に対して第１方向に進退して前記固定電極に当接または解離可能な可動電極を有する真空バルブと、
   前記可動電極を進退させる操作機構と、を備える真空遮断器であって、
   前記操作機構は、
   一回転方向にトルクが加えられたクランクシャフトと、
   前記クランクシャフトと一体に設けられて回転するカムと、
   前記クランクシャフトのクランクピンが貫通するスリット孔を備え、前記クランクシャフトの回転により下部点を軸として揺動しつつ前記下部点を第２方向に進退する可動ロッドと、
   前記カムに当接するカムフォロアを備え、前記可動ロッドに沿って移動可能に設けられたアダプタと、
   前記可動ロッドと前記アダプタとの間に配置された弾性部材と、
   前記可動ロッドに接続された第１変換レバーと、
   一端が前記第１変換レバーに接続され、前記可動ロッドの前記下部点の前記第２方向への進退により前記第２方向と異なる第３方向に進退する絶縁ロッドと、
   前記絶縁ロッドの他端及び前記可動電極にそれぞれ接続され、前記絶縁ロッドの前記第３方向への進退により前記可動電極を前記第１方向に進退させる第２変換レバーと、
   を有し、
   前記スリット孔は、前記可動ロッドの長手方向に前記クランクピンの移動を許容する、真空遮断器。
2. 前記アダプタは、前記可動ロッドが貫通する筒状に形成される、請求項１に記載の真空遮断器。
3. 前記弾性部材は、前記可動ロッドの一部を囲んで配置される、請求項１または請求項２に記載の真空遮断器。
4. 前記弾性部材は、蓄勢された状態で配置される、請求項３に記載の真空遮断器。
5. 前記弾性部材は、コイルばね、皿ばね、輪ばね、ゴム、またはこれらの軸方向の組合せが用いられる、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の真空遮断器。
6. 前記第１方向と前記第２方向とは、平行またはほぼ平行である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の真空遮断器。
7. 前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向の一方または双方と直交した方向である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の真空遮断器。

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