JP7162782B1 - 開閉装置 - Google Patents

Abstract

対向配置された第一の端子（１ａ）と第二の端子（１ｂ）の間を開閉する開閉装置であって、前記第一の端子に設けられた第一の電極（２ａ）と、前記第二の端子に設けられ、前記第一の電極と接離可能に駆動される第二の電極（３ｂ）と、を備え、前記第一の電極と前記第二の電極とは、各電極の内部に配置された磁石（５ａ，５ｂ）の引力により接触し、導通が保持されている。前記磁石の引力で、電極間の導通が保持されるように構成されており、互いの電極の周りには磁界が構成されているので、電極間の開路によって発生するアーク（１０）に対して消孤のために必要な磁界を安定して供給することができ、遮断性能を向上することができる。

Description

本願は、電流を開閉する開閉装置に関するものである。

一般的に、ガス絶縁開閉装置は、絶縁ガス（ＳＦ６ガスまたはドライエア等）を充填した容器内に遮断器、断路器、接地開閉器等の開閉機器が収納されている。各機器においては、対向した電極構造を取り、電極開離の際に生じるアークを遮断する性能が求められる。また、ガス絶縁開閉装置内部の絶縁ガスが、遮断性能の高いＳＦ６ガスの場合は、速動の機能を付与しない並み切り方式で遮断できるものの、ＳＦ６ガスよりも遮断性能が１／１００程度であるドライエアの場合は、困難となることが知られている。ここで、並み切り方式とは、電極開離の際に生じるアークを駆動装置により引き延ばすことによって電流遮断する方式である。

電流遮断性能を向上させる技術として、早切り方式と磁気駆動方式が知られている。早切り方式は、電極の片側に速動機構を備え、開路速度を上昇させることにより、接点の損傷が生じない時間内で消弧に必要な長さにまでアークを伸ばして遮断性能を得る技術である。特に、特許文献１では、設置スペースの裕度と無関係に速動機構を設置できるように、バネを用いて、雄側係合器と雌側係合器とが機械的に接続および解除することで、速動機構を固定側電極側に設ける構造を実現した。また、磁気駆動方式は、特許文献１の記載のように開閉装置内に磁石を設置することで、電流遮断時に発生するアークを磁気駆動して遮断する方式である。

特開２０１０－０２７４７９号公報

しかしながら、特許文献１では係合器を利用した機械的な係合機構を採用しているため、構造が複雑になり加工コストおよび組立工程の増加する、さらに多数回動作による摺動摩耗により係合不良が発生するという課題があった。
また、特許文献１では、固定側端子の先端付近の位置で雄側係合器と雌側係合器とが機械的に接続され、可動側電極に追随して、固定側電極は固定側端子に対向して配置された可動側端子の方向へ移動を開始する。電極移動中にバネの復元力と係合器の摩擦力がつり合い、接続が解除される。固定側電極外部に配置された固定側端子の内部に磁石が挿入されており、電極の開離位置（初期のアーク点弧位置）は、固定側端子および磁石から離れた位置となる。磁石が生成する磁界強度は、磁石から距離が離れるほど小さくなるため、電極開離直後から固定側電極が一定距離に到達するまでの間は、アークを磁気駆動するために十分な磁界強度を得ることできないという課題があった。

本願は、上記のような課題を解決するためになされたものである。簡単な構造で、アークの発生に対し、磁石による消弧のため十分な磁界強度を有し、遮断性能の高い開閉装置を得ることを目的とする。

本願に係わる開閉装置は、対向配置された第一の端子と第二の端子の間を開閉する開閉装置であって、前記第一の端子に設けられた第一の電極と、前記第二の端子に設けられ、前記第一の電極と接離可能に駆動される第二の電極と、を備え、前記第一の端子と前記第二の端子の間の閉路は、前記第一の電極と前記第二の電極との接触によって行われ、各電極の内部に配置された磁石の引力により導通が保持され、前記第一の端子と前記第二の端子の間の開路は、前記第一の電極と前記第二の電極との開離によって行われ、前記第一の電極は、バネによって前記第一の端子に繋止されているように構成されたものである。

本願によれば、第一の電極と第二の電極の内部の磁石の引力で、導通が保持されるように構成されており、互いの電極の周りには磁界が構成されているので、点弧（極間が開いた瞬間）と同時に、アークに対して消孤のために必要な磁界を安定して供給することができ、遮断性能を向上させることができる。また、複雑な係合機構がないので、構造を簡素化でき加工コストおよび組立工程を削減できる。

実施の形態１に係わる開閉装置の開路状態を示す断面図である。 実施の形態１に係わる開閉装置の閉路状態を示す断面図である。 実施の形態１に係わる開閉装置の開路動作中を示す断面図である。 実施の形態１に係わる開閉装置の開路時のアーク発生状態を示す断面図である。 実施の形態２に係わる開閉装置の開路状態を示す断面図である。 実施の形態２に係わる開閉装置の開路動作中を示す断面図である。 実施の形態３に係わる開閉装置の開路状態を示す断面図である。 実施の形態３に係わる開閉装置の開路動作中を示す断面図である。 実施の形態４に係わる開閉装置の開路状態を示す断面図である。 実施の形態４に係わる開閉装置の開路動作中を示す断面図である。 実施の形態５に係わる開閉装置の開路状態を示す断面図である。 実施の形態５に係わる開閉装置の開路時のアーク発生状態を示す断面図である。 実施の形態６に係わる開閉装置の開路状態を示す断面図である。 実施の形態６に係わる開閉装置の開路動作中を示す断面図である。

実施の形態１．
本願の実施の形態１の構成について図１を用いて説明する。図１は実施の形態１に係る開閉装置の開路状態を示す断面図である。電路を開くための基本性能は対向した第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂから構成される。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂは、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂに対して同軸上で動くよう図示しないガイド部品等で保持されている。また、第二の電極３ｂは図示しない駆動装置に接続されており、紙面左右方向に駆動動作できるものとする。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂは、同軸上に設けられた筒状円柱であり、外周部は、後方に引き下がるように角度がついている。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの外部には、それぞれ第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂが設置され、接触子６ａ、６ｂによって導通している。なお、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂは、図示しない他機器と接続されており、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂが接触した時に通電経路が形成され、電力を伝送する。さらに、電界緩和およびアークによる損傷から電極を守る効果も備えている。

また、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの中心部の空洞にはそれぞれ磁石５ａ、５ｂが設置され、各磁石が対向する面にカバー４ａ、４ｂを取り付けることで保持されている。ここで、磁石５ａ、５ｂの磁極方向は、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂを接触させた時に、電極間に引力が働く方向の組み合わせとする。カバー４ａ、４ｂの材質は、銅タングステン等の非磁性の金属材料、あるいはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂材料とする。
さらに、第一の端子１ａには、固定ストッパー７ａが取り付けられ、第一の電極２ａには、移動ストッパー８ａおよびバネ９が取り付けられている。固定ストッパー７ａおよび移動ストッパー８ａの間にバネ９が設置されており、第一の電極２ａが紙面左右方向に動作するとともに、移動ストッパー８ａも紙面左右方向に動作し、バネ９を伸縮する構造となっている。この時、固定ストッパー７ａは移動せず、位置は変わらないものとする。このように第一の電極２ａはバネ９によって第一の端子１ａに繋止されている。

次に実施の形態１の動作について図１から図４までを用いて説明する。図１は実施の形態１に係る開閉装置の開路状態を示す。図示しない駆動装置が第二の電極３ｂに接続されており、図１において紙面左右方向に第二の電極３ｂを駆動することで電極を開路および閉路する。
図２は実施の形態１に係る開閉装置の閉路状態を示し、第二の電極３ｂが投入されている時の断面図である。第二の電極３ｂが第一の電極２ａと接触すると電路が形成される。この時、図示しない他機器と接続された第一の端子１ａに流入した電力は、接触子６ａを通り、第一の電極２ａへ伝送され、接触した第二の電極３ｂを通り、接触子６ｂ、第二の端子１ｂへと流れていき、他機器へと電力を伝送することができる。
また、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂは、中心部の空洞に設置された磁石５ａ、５ｂの磁気の引力により係合して接続され、第二の電極３ｂが図示しない駆動装置によって紙面右方向へ移動しても電極間の接触が維持され、導通が保持される。

図３は実施の形態１に係る開閉装置の開路動作中を示すものであり、磁気の引力による係合、接続後に第二の電極３ｂを開路位置へ移動する途中の断面図である。磁気の引力による係合が維持され、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの接触が保持された状態で、図示しない駆動装置によって第二の電極３ｂを紙面右方向に駆動すると、第二の電極３ｂとともに第一の電極２ａが紙面右方向に移動する。この時、第一の電極２ａに取り付けられた移動ストッパー８ａも紙面右方向に移動するため、バネ９が蓄勢する。なお、固定ストッパー７ａは第一の端子１ａに取り付けられているため移動せず、位置は変わらないものとする。第二の電極３ｂを紙面右方向に駆動するほどバネ９の復元力が大きくなる。バネ９の復元力と磁石５ａ、５ｂの引力とが釣り合ったときに、磁気による係合が解除され、バネ９の復元力により、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂが開離する。
このように開閉装置の開路は、導通を保持したまま開路方向に駆動される第二の電極３ｂと第一の電極２ａとの間の磁石５ａ、５ｂの引力と、第一の電極２ａを繋止するバネ９の復元力と、を利用したものである。

図４は実施の形態１に係る開閉装置の開路時において、磁気による係合が解除された後に電極間に発生したアークを遮断する途中の状態を示す断面図である。バネ９の復元力と磁石５ａ、５ｂの引力とが釣り合い、磁気による係合が解除され、バネ９の復元力により、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂが開離した後、通電中であれば第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの間にアーク１０が発生する。発生したアーク１０は、磁石５ａ、５ｂが作る磁界により、電極の円周方向に回転する。なお、電極表面の発弧点（アーク１０の端部）は回転を続けると徐々に電極外周部へと移動していく。第二の電極３ｂは、図示しない駆動装置によって開路位置に戻り、第一の電極２ａは、バネ９の復元力により、紙面左右方向に微小振動を繰り返した後、開路位置に戻る。

本願は、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの中心部の空洞に設置された磁石５ａ、５ｂの引力によって磁気的に係合接続する構造である。そのため、構造が簡素であり、複雑構造の係合器が不要であるため、加工コストおよび組立工程の低減、多数回動作による摺動摩耗が発生せず、安定した係合機構の動作が可能である。さらに、係合機構として使用する磁石５ａ、５ｂによって、点弧（極間が開いた瞬間）と同時に、アーク１０に対して消孤のために必要な磁界を安定して供給することができ、遮断性能を向上するとともに電極損耗を低減できる。

また、磁石５ａ、５ｂが作る磁界により、アーク１０を電極の円周方向に回転させ、アーク１０を冷却することで電流遮断性能を向上することができる。アーク１０発生時、電流は電極表面に対して垂直方向（軸方向）の成分が主となる。磁石５ａ、５ｂが作る放射状方向の磁界と軸方向のアーク電流によって、円周方向のローレンツ力が働くため、アーク１０は第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの外周上を回転する。

本願では、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの中心部の空洞にそれぞれ磁石５ａ、５ｂが設置されているため、常にアーク１０の発弧点（アーク１０の端部）付近に磁石５ａ、５ｂが存在する。そのため、電極が開離すると同時にアーク１０に対して消孤のために必要な磁界を安定して供給することができる。また、鉄などの磁性体と組み合わせることで、磁石の磁気による係合の保持力を調整することができる。

電流遮断性能を向上する技術の１つとして早切り方式がある。この方式は、電極の片側に速動機構を備え、開路速度を上昇させることにより、接点の損傷が生じない時間内で消弧に必要な長さにまでアークを伸ばして遮断性能を向上させる技術である。本願では、磁石５ａ、５ｂの磁界によって、電極が開離すると同時にアーク１０を回転させ、電流遮断性能が向上するため、高速で開路させる必要がなくなり、必要な開路速度を低減することができる。したがって、特別な速動機構を必要とせず、バネ９の荷重も低減することができ、機器全体の小型軽量化が可能である。

また、磁石５ａ、５ｂを保持するカバー４ａ、４ｂの材質に、鉄などの磁性材料を用いた場合には、カバー４ａ、４ｂ表面の磁界が強いためアーク１０によって発生する磁性材料の異物が付着しやすく、係合が不安定になる可能性がある。そのため、銅タングステン等の非磁性の金属材料、あるいはＰＴＦＥ等の樹脂材料を採用することで、異物の付着を抑え、安定して係合することができる。さらに、ＰＴＦＥなどの樹脂材料の場合は、樹脂材料がアーク１０に直接接触すること、アーク１０の放射光と接触することによって、樹脂材料から発生するアブレーションガスがアーク１０を冷却（アブレーション冷却）し、電流遮断性能を向上させる。さらに、ＰＴＦＥなどの樹脂材料は熱伝導率が低いため、磁石５ａ、５ｂに対して、アーク１０の熱が伝達され、熱減磁されることを抑制するという効果もある。また、カバー４ａ、４ｂは同図のように電極の端面だけでなく、その周辺を覆うような形状としてもよい。

さらに、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの表面には、アーク１０が点弧するため、アーク１０の痕跡（焦げ跡）および金属異物等が付着すると、磁気による係合の保持力が変動してしまう。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの表面の発弧点（アーク１０の端部）は、磁石５ａ、５ｂの磁界による回転を続けると徐々に電極外周部へと移動していくことが知られている。そのため、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの外周部は、各電極の外側に向かってに互いに離間するように角度がつけられており、アーク１０の痕跡（焦げ跡）および金属異物等が付着しても磁気による係合の保持力が変動しない構造となっている。

実施の形態２．
図５は実施の形態２に係る開閉装置の開路状態を示す断面図である。電路を開くための基本性能は対向した第一の電極２ｃおよび第二の電極３ｄから構成される。第一の電極２ｃおよび第二の電極３ｄは、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂに対して同軸上で動くよう図示しないガイド部品等で保持されている。また、第二の電極３ｄは図示しない駆動装置に接続されており、紙面左右方向に動作できるものとする。第二の電極３ｄは同軸上に設けられた筒状円柱であり、外周部は後方に引き下がるように角度がついていてもよい。第一の電極２ｃも同軸上に設けられた筒状円柱であるが、先端部が凸形状となる第二の電極３ｄが篏合するように、先端部の中心部に凹形状となる空洞部が存在する。なお、この空洞部は、奥側の底部に行くほど内径が小さくなるようなテーパー構造となっている。第一の電極２ｃおよび第二の電極３ｄの外部には、それぞれ第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂが設置され、接触子６ｃ、６ｄによって導通している。なお、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂは、図示しない他機器と接続されており、第一の電極２ｅおよび第二の電極３ｄが接触した時に通電経路が形成され、電力を伝送する。さらに、電界緩和およびアーク１０による損傷から電極を守る効果も備えている。

また、第二の電極３ｄの中心部の空洞には磁石５ｄが設置され、カバー４ｄを取り付けることで保持されている。また、第一の電極２ｅの空洞部がある肉厚部分の内部には磁石５ｃが設置され、カバー４ｃを取り付けることで保持されている。ここで、磁石５ｃ、５ｄの磁極方向は、第一の電極２ｃおよび第二の電極３ｄを接触させた時に、電極間に引力が働く方向の組み合わせとする。カバー４ｃ、４ｄの材質は、銅タングステン等の非磁性の金属材料、あるいはＰＴＦＥ等の樹脂材料とする。
さらに、第一の端子１ａには、固定ストッパー７ｃが取り付けられ、第一の電極２ｃには、移動ストッパー８ａおよびバネ９が取り付けられている。固定ストッパー７ｃおよび移動ストッパー８ａの間にバネ９が設置されており、第一の電極２ｃが紙面左右方向に動作するとともに、移動ストッパー８ａも紙面左右方向に動作し、バネ９を伸縮する構造となっている。この時、固定ストッパー７ｃは動作せず、位置は変わらないものとする。このように第一の電極２ｃはバネ９によって第一の端子１ａに繋止されている。

実施の形態２の動作については、基本的に実施の形態１と同様であるが、第一の電極２ｃおよび第二の電極３ｄの接触箇所と磁気による係合の動作について図６を用いて詳しく説明する。図６は、実施の形態２に係る開閉装置の開路動作中を示すものであり、磁気の引力による係合、接続後に第二の電極を開路位置へ移動する途中の断面図である。図示しない駆動装置が第二の電極３ｄに接続されており、図６において紙面左右方向に第二の電極３ｄを駆動することで電極を開路および閉路する。第二の電極３ｄが第一の電極２ｃと接触すると電路が形成される。この時、接触箇所は、第二の電極３ｄの先端と、第一の電極２ｃの空洞部の最奥部である。また、磁石５ｃ、５ｄの引力によって磁気による係合が維持され、第二の電極３ｄが図示しない駆動装置によって移動しても電極間の接触が保持される。

実施の形態１の効果に加えて、次の効果がある。磁石５ｃ、５ｄは第一の電極２ｃおよび第二の電極３ｄを接触させた時に、電極間に引力が働く方向の組み合わせであるが、係合解除後に電極が少し離れると、反発方向の力が発生する。そのため、電極解離直後に第一の電極２ｃが紙面左方向に加速され、開路の速度を上昇することができる。また、第二の電極３ｄの外径を小さくできるため、質量が小さくなり、第二の電極３ｄを駆動する駆動装置の構造を縮小することができる。

実施の形態３．
図７は実施の形態３に係る開閉装置の開路状態を示す断面図である。電路を開くための基本性能は対向した第一の電極２ｅおよび第二の電極３ｆから構成される。第一の電極２ｅおよび第二の電極３ｆは、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂに対して同軸上で動くよう図示しないガイド部品等で保持されている。また、第二の電極３ｆは図示しない駆動装置に接続されており、紙面左右方向に動作できるものとする。第一の電極２ｅは同軸上に設けられた筒状円柱であり、外周部は後方に引き下がるように角度がついていてもよい。第二の電極３ｆも同軸上に設けられた筒状円柱であるが、先端部が凸形状となる第一の電極２ｅが篏合するように、先端部の中心部に凹形状となる空洞部が存在する。なお、この空洞部は、奥側の底部に行くほど内径が小さくなるようなテーパー構造となっている。第一の電極２ｅおよび第二の電極３ｆの外部には、それぞれ第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂが設置され、接触子６ｅ、６ｆによって導通している。なお、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂは、図示しない他機器と接続されており、第一の電極２ｅおよび第二の電極３ｆが接触した時に通電経路が形成され、電力を伝送する。さらに、電界緩和およびアーク１０による損傷から電極を守る効果も備えている。

また、第一の電極２ｅの中心部の空洞には磁石５ｅが設置され、カバー４ｅを取り付けることで保持されている。また、第二の電極３ｆの空洞部がある肉厚部分の内部には磁石５ｆが設置され、カバー４ｆを取り付けることで保持されている。ここで、磁石５ｅ、５ｆの磁極方向は、第一の電極２ｅおよび第二の電極３ｆを接触させた時に、電極間に引力が働く方向の組み合わせとする。カバー４ｅ、４ｆの材質は、銅タングステン等の非磁性の金属材料、あるいはＰＴＦＥ等の樹脂材料とする。
さらに、第一の端子１ａには、固定ストッパー７ｅが取り付けられ、第一の電極２ｅには、移動ストッパー８ａおよびバネ９が取り付けられている。固定ストッパー７ａおよび移動ストッパー８ａの間にバネ９が設置されており、第一の電極２ｅが紙面左右方向に動作するとともに、移動ストッパー８ａも紙面左右方向に動作し、バネ９を伸縮する構造となっている。この時、固定ストッパー７ｅは動作せず、位置は変わらないものとする。このように第一の電極２ｅはバネ９によって第一の端子１ａに繋止されている。

実施の形態３の動作については、基本的に実施の形態１と同様であるが、第一の電極２ｅおよび第二の電極３ｆの接触箇所と磁気による係合の動作について図８を用いて詳しく説明する。図８は、実施の形態３に係る開閉装置の開路動作中を示すものであり、磁気の引力による係合、接続後に第二の電極を開路位置へ移動する途中の断面図である。図示しない駆動装置が第二の電極３ｆに接続されており、図８において紙面左右方向に第二の電極３ｆを駆動することで電極を開路および閉路する。第二の電極３ｆが第一の電極２ｅと接触すると電路が形成される。この時、接触箇所は、第一の電極２ｅの先端と、第二の電極３ｆの空洞部の最奥部である。また、磁石５ｅ、５ｆの引力によって磁気による係合が接続され、第二の電極３ｆが図示しない駆動装置によって移動しても電極間の接触が保持される。
実施の形態１および２の効果に加えて、第一の電極２ｅの外径を小さくできるため、質量が小さくなり、第一の電極２ｅを繋止するバネ９を縮小することができる。

実施の形態４．
図９は実施の形態４に係る開閉装置の開路状態を示す断面図である。電路を開くための基本性能は対向した第一の電極２ｇおよび第二の電極３ｈから構成される。第一の電極２ｇおよび第二の電極３ｈは、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂに対して同軸上で動くよう図示しないガイド部品等で保持されている。また、第二の電極３ｈは図示しない駆動装置に接続されており、紙面左右方向に動作できるものとする。第二の電極３ｈは同軸上に設けられた筒状円柱であり、先端部が半球となる構造である。第一の電極２ｇも同軸上に設けられた筒状円柱であるが、凸形状となる第二の電極３ｈが篏合するように、先端部の中心部に凹形状となる半球形状のくぼみが存在する。第一の電極２ｇの外周部は電界が局所集中しないよう角を丸くしている。なお、第一の電極２ｇおよび第二の電極３ｈの構造は凹凸形状が逆になっていてもよい。第一の電極２ｇおよび第二の電極３ｈの外部には、それぞれ第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂが設置され、接触子６ａ、６ｂによって導通している。なお、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂは、図示しない他機器と接続されており、第一の電極２ｇおよび第二の電極３ｈが接触した時に通電経路が形成され、電力を伝送する。さらに、電界緩和およびアーク１０による損傷から電極を守る効果も備えている。

また、第一の電極２ｇおよび第二の電極３ｈの中心部の空洞にはそれぞれ磁石５ａ、５ｂが設置されている。ここで、磁石５ａ、５ｂの磁極方向は、第一の電極２ｇおよび第二の電極３ｈを接触させた時に、電極間に引力が働く方向の組み合わせとする。
さらに、第一の端子１ａには、固定ストッパー７ａが取り付けられ、第一の電極２ａには、移動ストッパー８ａおよびバネ９が取り付けられている。固定ストッパー７ａおよび移動ストッパー８ａの間にバネ９が設置されており、第一の電極２ａが紙面左右方向に動作するとともに、移動ストッパー８ａも紙面左右方向に動作し、バネ９を伸縮する構造となっている。この時、固定ストッパー７ａは動作せず、位置は変わらないものとする。このように第一の電極２ａはバネ９によって第一の端子１ａに繋止されている。

実施の形態４の動作については、基本的に実施の形態１と同様であるが、第一の電極２ｇおよび第二の電極３ｈの接触箇所と磁気による係合の動作について図１０を用いて詳しく説明する。図１０は実施の形態４に係る開閉装置の開路動作中を示すものであり、磁気の引力による係合、接続後に第二の電極を開路位置へ移動する途中の断面図である。図示しない駆動装置が第二の電極３ｈに接続されており、図１０において紙面左右方向に第二の電極３ｈを駆動することで電極を開路および閉路する。第二の電極３ｈが第一の電極２ｇと接触すると電路が形成される。この時、第二の電極３ｈの半球凸面と、第一の電極２ｇの半球凹面とが接触点である。また、磁石５ａ、５ｂの引力によって磁気による係合が維持され、第二の電極３ｈが図示しない駆動装置によって移動しても電極間の接触が保持される。

磁気による係合機構は、電極の接触面が正しく合わさっていれば、強い係合力を得ることができるが、電極が軸上からずれたり、傾いたりした場合に、磁石間の距離が大きく開いてしまい、引力（係合力）が低下することが考えられる。実施の形態４では、実施の形態１の効果に加えて、凹凸形状に形成された第一の電極２ｇの先端と第二の電極３ｈの先端とが半球形状で嵌合する構造となっているため、第一の電極２ｇまたは第二の電極３ｈが閉路時に軸上からずれたり、傾いたりしても、磁石５ａ、５ｂ間の距離が大きくならず、安定して係合を保持することが可能である。

実施の形態５．
図１１は実施の形態５に係る開閉装置の開路状態を示す断面図である。電路を開くための基本性能は対向した第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂから構成される。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂは、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂに対して同軸上で動くよう図示しないガイド部品等で保持されている。また、第二の電極３ｂは図示しない駆動装置に接続されており、紙面左右方向に動作できるものとする。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂは、同軸上に設けられた筒状円柱であり、外周部は、後方に引き下がるように角度がついている。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの外部には、それぞれ第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂが設置され、接触子６ａ、６ｂによって導通している。なお、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂは、図示しない他機器と接続されており、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂが接触した時に通電経路が形成され、電力を伝送する。さらに、電界緩和およびアーク１０による損傷から電極を守る効果も備えている。

また、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの中心部の空洞にはそれぞれ磁石５ａ、５ｂが設置され、カバー４ａ、４ｂを取り付けることで保持されている。ここで、磁石５ａ、５ｂの磁極方向は、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂを接触させた時に、電極間に引力が働く方向の組み合わせとする。カバー４ａ、４ｂの材質は、銅タングステン等の非磁性の金属材料、あるいはＰＴＦＥ等の樹脂材料とする。
さらに、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂの内部には、それぞれ磁石１１ａ、１１ｂが設置されており、極間の放射状方向の磁界強度を強くする。ここで、磁石１１ａ、１１ｂは、磁性体との組み合わせでもよいものとする。

第一の端子１ａには、固定ストッパー７ａが取り付けられ、第一の電極２ａには、移動ストッパー８ａおよびバネ９が取り付けられている。固定ストッパー７ａおよび移動ストッパー８ａの間にバネ９が設置されており、第一の電極２ａが紙面左右方向に動作するとともに、移動ストッパー８ａも紙面左右方向に動作し、バネ９を伸縮する構造となっている。この時、固定ストッパー７ａは動作せず、位置は変わらないものとする。このように第一の電極２ａはバネ９によって第一の端子１ａに繋止されている。図１１には、実施の形態１と同様の構造を記載したが、実施の形態２から実施の形態４の構造において、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂの内部に磁石１１ａ、１１ｂを設置しても構わない。

実施の形態５の動作については、基本的に実施の形態１と同様であるが、磁気による係合の動作と、アークを消弧する際の動作について図１２を用いて詳しく説明する。図１２は、実施の形態５に係る開閉装置の開路時のアーク発生状態を示すものであり、磁気の引力による係合の解除後に電極間に発生したアークを遮断する途中の断面図である。
図１２の状態の前段階として、開路動作では第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの中心部の空洞に設置された磁石５ａ、５ｂの引力によって磁気による係合が維持され、第二の電極３ｂが図示しない駆動装置によって移動しても電極間の接触が保持される。なお、磁石１１ａ、１１ｂは、引力を強める方向の磁界を発生するため、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの接触が保持された状態で、図示しない駆動装置によって第二の電極３ｂを紙面右方向に駆動すると、第二の電極３ｂとともに第一の電極２ａが紙面右方向に移動する。

その後、バネ９の復元力と磁石５ａ、５ｂの引力とが釣り合い、磁気による係合が解除され、バネ９の復元力により、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂが開離した後、通電中であれば第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの間にアーク１０が発生する。発生したアーク１０は、磁石５ａ、５ｂおよび磁石１１ａ、１１ｂが作る磁界により、電極の円周方向に回転する。なお、電極表面の発弧点（アーク１０の端部）は回転を続けると徐々に電極外周部へと移動していく。

本実施の形態５では実施の形態１の効果に加えて、磁石５ａ、５ｂが作る磁界と磁石１１ａ、１１ｂが作る磁界とにより、アーク１０を電極の円周方向に回転させ、アーク１０を冷却することで電流遮断性能を一層向上することができる。アーク発生時、電流は電極表面に対して垂直方向（軸方向）の成分が主となる。磁石５ａ、５ｂおよび磁石１１ａ、１１ｂが作る放射状方向の磁界と軸方向のアーク電流によって、円周方向のローレンツ力が働くため、アーク１０は第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂ上を回転する。特に、磁石１１ａ、１１ｂが挿入されることで、極間に生成される放射状方向の磁界が強くなるため、より遮断性能が向上する。また、磁石１１ａ、１１ｂは磁性体と組み合わせてもよい。
特に、極間距離が大きくなるにつれて、アーク１０の中央部付近は磁石５ａ、５ｂからの距離が遠いため、磁界強度が弱く、磁気による回転駆動の影響を受けにくい。そのため、磁石１１ａ、１１ｂを挿入することで磁界強度を強め、極間距離が大きくなっても、アーク１０の端部だけでなく、中央部付近でも回転させることができるため、より電流遮断性能が向上する。

実施の形態６．
図１３は実施の形態６に係る開閉装置の開路状態を示す断面図である。電路を開くための基本性能は対向した第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂから構成される。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂは、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂに対して同軸上で動くよう図示しないガイド部品等で保持されている。また、第二の電極３ｂは図示しない駆動装置に接続されており、紙面左右方向に動作できるものとする。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂは、同軸上に設けられた筒状円柱であり、外周部は、後方に引き下がるように角度がついている。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの外部には、それぞれ第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂが設置され、接触子６ａ、６ｂによって導通している。なお、第一の端子１ａおよび第二の端子１ｂは、図示しない他機器と接続されており、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂが接触した時に通電経路が形成され、電力を伝送する。さらに、電界緩和およびアーク１０による損傷から電極を守る効果も備えている。

また、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの中心部の空洞にはそれぞれ磁石５ａ、５ｂが設置され、カバー４ａ、４ｂを取り付けることで保持されている。ここで、磁石５ａ、５ｂの磁極方向は、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂを接触させた時に、電極間に引力が働く方向の組み合わせとする。カバー４ａ、４ｂの材質は、銅タングステン等の非磁性の金属材料、あるいはＰＴＦＥ等の樹脂材料とする。
さらに、第一の端子１ａには、固定ストッパー７ａおよび制限ストッパー１２が取り付けられ、第一の電極２ａには、移動ストッパー８ｃおよびバネ９が取り付けられている。固定ストッパー７ａおよび移動ストッパー８ｃの間にバネ９が設置されており、第一の電極２ａが紙面左右方向に動作するとともに、移動ストッパー８ｃも紙面左右方向に動作し、バネ９を伸縮する構造となっている。この時、固定ストッパー７ａおよび制限ストッパー１２は第一の端子１ａに固定されており、位置は変わらないものとする。このように第一の電極２ａはバネ９によって第一の端子１ａに繋止されている。図１３には、実施の形態１と同様の構造を記載したが、実施の形態２から実施の形態５の構造において、第一の端子１ａに制限ストッパー１２が設置されていても構わない。

実施の形態６の動作については、基本的に実施の形態１と同様であるが、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの磁気による係合の動作について図１４を用いて詳しく説明する。図１４は、実施の形態６に係る開閉装置の開路動作中を示すものであり、磁気の引力による係合、接続後に制限ストッパー１２に当接した際の断面図である。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの中心部の空洞に設置された磁石５ａ、５ｂの引力によって磁気による係合が維持され、第二の電極３ｂが図示しない駆動装置によって移動しても電極間の接触が保持される。第一の電極２ａに取り付けられた移動ストッパー８ｃおよび第一の端子１ａに取り付けられた固定ストッパー７ａの間にバネが挿入されており、第一の電極２ａとともに移動ストッパー８ｃが紙面右方向に移動することで、バネ９が蓄勢していく。

やがて、移動ストッパー８ｃと停止部となる制限ストッパー１２とが当接し、実施の形態１でバネ９の復元力と磁石５ａ、５ｂの引力とが釣り合う位置よりも紙面左方向の位置で、バネ９の蓄勢は強制的に制限される。この時、バネ９を蓄勢する変位量は一定であり、その復元力は磁石５ａ、５ｂの引力よりも小さい。第一の電極２ａに設けられた移動ストッパー８ｃが第一の端子１ａに設けられた停止部となる制限ストッパー１２に当接することによって、第一の電極２ａは移動を停止しようとする。一方、第二の電極３ｂは、図示しない駆動装置によって紙面右方向に移動を続けようとする。第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの間にはバネ９による復元力に加えて、図示しない駆動装置によって斥力方向に力が働き、この力が磁石５ａ、５ｂの引力と釣り合った時に、磁気による係合が解除される。
係合解除後は、バネ９の復元力により第一の電極２ａは紙面左方向に移動を始める。また、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂが開離した後、通電中であれば第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの間にアーク１０が発生する。

実施の形態１の効果に加えて、次の効果がある。実施の形態１では、バネの復元力と磁石５ａ、５ｂの引力とが釣り合った時に磁気による係合が解除される構造であった。一方、実施の形態６では、移動ストッパー８ｃが停止部となる制限ストッパー１２に当接することによって、バネ９による復元力に加えて、図示しない駆動装置によって斥力方向に力が働き、この力が磁石５ａ、５ｂの引力と釣り合った時に、磁気による係合が解除される構造である。したがって、制限ストッパー１２を設けることにより、バネを蓄勢する変化量を小さくでき、バネ９の劣化を低減し、寿命を延ばすことができる。また、多数回動作およびバネ９の劣化等により、復元力の変化が多少生じた場合においても、開路速度のバラつきを抑えることが可能である。さらに、磁石５ａ、５ｂおよびバネ９の個体差によるもの、また第一の電極２ａまたは第二の電極３ｂが閉路時に軸上からずれたり、傾いたりすることによるものなど、第一の電極２ａおよび第二の電極３ｂの係合を解除する位置のバラつきを抑えることが可能である。

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ａ 第一の端子、１ｂ 第二の端子、２ａ，２ｃ，２ｅ，２ｇ 第一の電極、３ｂ，３ｄ，３ｆ，３ｈ 第二の電極、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ カバー、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ 磁石、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ 接触子、７ａ，７ｃ，７ｅ 固定ストッパー、８ａ，８ｃ 移動ストッパー、９ バネ、１０ アーク、１１ａ，１１ｂ 磁石、１２ 制限ストッパー。

Claims (13)

1. 対向配置された第一の端子と第二の端子の間を開閉する開閉装置であって、
   前記第一の端子に設けられた第一の電極と、
   前記第二の端子に設けられ、前記第一の電極と接離可能に駆動される第二の電極と、
   を備え、
   前記第一の端子と前記第二の端子の間の閉路は、前記第一の電極と前記第二の電極との接触によって行われ、各電極の内部に配置された磁石の引力により導通が保持され、
   前記第一の端子と前記第二の端子の間の開路は、前記第一の電極と前記第二の電極との開離によって行われ、前記第一の電極は、バネによって前記第一の端子に繋止されていることを特徴とする開閉装置。
2. 前記開路は、前記導通を保持したまま開路方向に駆動される前記第二の電極と前記第一の電極との間の前記磁石の引力と、前記第一の電極を繋止する前記バネの復元力と、を利用することを特徴とする請求項１に記載の開閉装置。
3. 前記開路は、前記駆動により前記バネの復元力が前記磁石の引力よりも大きくなったことで行われることを特徴とする請求項２に記載の開閉装置。
4. 前記開路は、前記駆動により前記第一の端子と前記第一の電極の間に設けられた停止部に前記第一の電極が当接したことで行われることを特徴とする請求項２に記載の開閉装置。
5. 前記磁石は前記第一の電極と前記第二の電極との間に発生するアークが回転するように磁極が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の開閉装置。
6. 前記第一の電極と前記第二の電極の先端部は、各電極の外側に向かってに離間するように形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の開閉装置。
7. 前記第一の電極と前記第二の電極の先端部は、互いに嵌合する凹凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の開閉装置。
8. 前記凹凸形状の内、凹形状を有する一方の電極は、内径が底部に向かって小さくなる形状に形成され、凸形状を有する他方の電極と前記底部で接触することにより導通することを特徴とする請求項７に記載の開閉装置。
9. 前記第一の電極に内部に配置された磁石と前記第二の電極の内部に配置された磁石の少なくとも１つは、磁性体と組み合わせて配置されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の開閉装置。
10. 前記第一の電極の周囲を覆う前記第一の端子と前記第二の電極の周囲を覆う前記第二の端子の少なくとも一方に、磁石が配置されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の開閉装置。
11. 前記第一の電極の周囲を覆う前記第一の端子と前記第二の電極の周囲を覆う前記第二の端子の少なくとも一方に配置された前記磁石の少なくとも１つは、磁性体と組み合わせて配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の開閉装置。
12. 前記第一の電極に内部に配置された磁石と前記第二の電極の内部に配置された磁石が対向する各々の面にはカバーが設けられ、前記カバーの材質が非磁性の金属材料、あるいは樹脂材料であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の開閉装置。
13. 前記カバーの材質が前記樹脂材料であり、前記第一の電極と前記第二の電極との間に発生するアークにより、アブレーションガスを発生させることを特徴とする請求項１２に記載の開閉装置。

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