JPH0963424A - 開閉器用操作機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 渦巻ばねの蓄勢時に素線に生じる応力をほぼ
均一にすることにより、蓄勢量を大きくすることができ
る開閉器用操作機構を提供する。 【解決手段】 渦巻ばね１の内周端を回転出力軸２に接
続し、外周端を固定具５に対するボルト締め付けによっ
て操作機構ハウジング６内に固定する。回転出力軸２を
操作機構ハウジング６内に回動可能に設ける。レバー１
の一端を回転出力軸２に固定し、他端を連結ロッド４に
回動可能に接続する。連結ロッド４を開閉器の可動接触
子に直接又は間接に連結する。回転出力軸２から固定具
５までの距離を、渦巻ばね１の自由状態における内周端
から外周端までの距離よりも短く設定する。固定具５及
び固定片５ａのそれぞれの対向面に、垂直断面が凹形の
溝部５ｂ，５ｃを形成し、この２面によって渦巻ばね１
の外周端を挟み込み、溝部５ｂ，５ｃ中央のネジ孔５ｄ
をボルトによって締め付け固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、断路器、接地開閉
器等に用いられる開閉器の動作を、渦巻ばねの付勢力に
より行う開閉器用操作機構に係り、特に、渦巻ばねの出
力特性を向上させた開閉器用操作機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、用地取得の困難性、環境調和に関
する意識の高まりなどから、変電所の建設に対する経済
的・社会的な制約が厳しくなってきている。このため、
変電所に設置される設備には、より一層の小形化、低価
格化が求められることとなり、開閉装置はもちろんのこ
と、その操作機構においても省スペース、低コストの要
請が高い。このような要請に対応させる方法として、操
作機構の駆動源であるばねを工夫することが考えられ
る。そこで、最近では、様々なばねの中でも単位容積当
たりの蓄勢エネルギーの大きい渦巻ばねが、駆動源とし
て用いられている場合が多い。

【０００３】このような渦巻ばねを駆動源とする開閉器
用操作機構として、従来から提案されているものの一例
を、図８（Ａ），（Ｂ）、図９（Ａ），（Ｂ）に従って
以下に説明する。すなわち、この開閉器用操作機構は、
一対の操作機構ハウジング６内に、渦巻ばね１、回転出
力軸２、レバー３、連結ロッド４及び固定具５が設けら
れたものである。渦巻ばね１の内周端は、操作機構ハウ
ジング６内に回動可能に設けられた回転出力軸２に接続
されている。渦巻きばね１の外周端は、やや折り曲げら
れて、固定具５に対するボルト締め付けによって操作機
構ハウジング６内に固定されている。レバー１の一端は
回転出力軸２に固定され、他端は連結ロッド４に回動可
能に接続されている。連結ロッド４は、図示しない開閉
器の可動接触子に直接又は間接に連結されている。

【０００４】以上のような従来の開閉器用操作機構の一
例の作用は以下の通りである。すなわち、放勢状態にあ
る渦巻ばね１を、モータ等により連結ロッド４を図中下
方へ押し下げることによりレバー３を介して蓄勢方向
（図中時計まわり）に回動させ、図９に示すように、最
大蓄勢状態とする。そして、連結ロッド４が所定のデッ
ドポイントまで下がると、渦巻ばね１の放勢力により、
レバー３を介して連結ロッド４が図中上方へ押し上げら
れるので、渦巻ばね１の蓄勢力が開閉器の可動接触子に
伝達され、開閉作業が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に、開閉器用操作機構の駆動源として用いられている渦
巻ばね１は、通常、回転出力軸２から固定具５までの距
離、つまり渦巻ばね１の内周端から外周端までの距離
が、渦巻ばね１の自由状態における内周端から外周端ま
での距離と同じに設定されている。このように渦巻ばね
１の内周端から外周端までの距離が自由状態と同様な場
合には、図９に示すように、蓄勢状態となったときに、
外周端と反対側付近における渦巻ばね１の素線間隔が偏
って変形し、素線同士の接触を起こしやすくなる。ばね
蓄勢状態時に、渦巻ばね１の隣り合う素線同士が接触し
ていると、ばね放勢時に回転出力軸２に伝達される力
が、素線の接触による摩擦などによって低下する。ま
た、渦巻ばね１のサージングの影響による出力遅れが生
じることとなる。そして、図１０のグラフに示すよう
に、渦巻ばね１の素線に発生する応力７に著しい高低差
が現れ、素線全体に渡ってばね材料の最大許容応力値９
まで蓄勢することが困難になるという問題点があった。

【０００６】また、渦巻ばね１の外周端は固定具５に対
してボルトによって締め付け固定されているために、固
定具５の中央に締め付け力が集中して１点で固定した状
態に近くなり、曲げに対する高い剛性が得られなかっ
た。そして、渦巻ばね１の外周端には固定具５に固定す
るために折り曲げ部が形成され、その屈曲部分に応力が
集中するが、ばね素線は、小形、低価格を実現するため
に間隔が狭く設計されているために、耐久性の点で問題
が生じる。さらに、渦巻ばねの素材によっては、単位出
力当たりのばね重量が大きくなり、出力応答性が低下
し、サージングによる出力遅れの影響を受けることがあ
った。

【０００７】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その主たる目
的は、渦巻ばねの蓄勢時に素線に生じる応力をほぼ均一
にすることにより、蓄勢量を大きくすることができる開
閉器用操作機構を提供することである。

【０００８】本発明の第２の目的は、蓄勢状態で隣り合
う素線どうしが接触しないようにすることによって、摩
擦による出力の低下を防止することができる開閉器用操
作機構を提供することである。

【０００９】本発明の第３の目的は、渦巻ばねの外周端
の固定部分の剛性を高めた開閉器用操作機構を提供する
ことである。

【００１０】本発明の第４の目的は、渦巻ばねの外周端
の耐久性を向上させた開閉器用操作機構を提供すること
である。

【００１１】本発明の第５の目的は、単位出力当たりの
ばね重量を小さくすることにより、出力応答性を向上さ
せた開閉器用操作機構を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、駆動源である渦巻ばね
と、前記渦巻ばねの外周端が固定されたハウジングと、
前記ハウジングに回動可能に設けられ、前記渦巻ばねの
内周端が固定された回転出力軸と、前記回転出力軸に設
けられ、前記渦巻ばねの駆動力を開閉器に伝達し、開閉
器の開路、閉路のいずれか一方又は双方の駆動を行うリ
ンク機構とを有する開閉器用操作機構において、前記回
転出力軸に固定された前記渦巻ばねの内周端と前記ハウ
ジングに固定された前記渦巻ばねの外周端との間の距離
が、前記渦巻ばねの自由状態における内周端と外周端と
の間の距離よりも短く設定されていることを特徴とす
る。

【００１３】以上のような請求項１記載の発明では、渦
巻ばねの外周端と内周端との距離が、渦巻ばねの自由状
態よりも短く設定されているので、渦巻ばねの蓄勢時に
素線に生じる応力が均一化され、素線に生じる最大応力
が低下する。このため、蓄勢量を増加させることがで
き、素線上の平均応力が増加する。また、隣り合う素線
どうしの接触が防止される。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の開
閉器用操作機構において、前記ハウジングに固定された
固定具と、前記固定具との間で前記渦巻ばねの外周端を
挟持可能な固定片とを有し、前記固定具及び前記固定片
における前記渦巻ばねの外周端を挟持する面の双方又は
一方には、垂直断面が凹形の溝部が形成され、前記渦巻
きばねの外周端は、前記固定片を前記固定具に対して前
記溝部のほぼ中央に該当する位置においてボルトで締め
付けることにより固定されていることを特徴とする。

【００１５】以上のような請求項２記載の発明では、渦
巻ばねの外周端は、凹状の溝が形成された固定片と固定
具によって挟まれ、ボルトによって締め付け固定されて
いるので、締め付け力は溝の両側にある面の二箇所に分
散される。従って、２点で固定した状態に近くなり、従
来の１点で固定する場合に比べて高い剛性が得られる。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の開閉器用操作機構において、前記渦巻ばねの
外周端が、前記渦巻ばねの外周接線方向に延ばした状態
で固定されていることを特徴とする。

【００１７】以上のような請求項３記載の発明では、渦
巻ばねの外周端に折り曲げ部が形成されていないので、
屈曲部分に応力が集中するということがなく、耐久性が
向上する。

【００１８】請求項４記載の発明は、駆動源である渦巻
ばねと、前記渦巻ばねの外周端が固定されたハウジング
と、前記ハウジングに回動可能に設けられ、前記渦巻ば
ねの内周端が固定された回転出力軸と、前記回転出力軸
に設けられ、前記渦巻ばねの駆動力を開閉器に伝達し、
開閉器の開路、閉路のいずれか一方又は双方の駆動を行
うリンク機構とを有する開閉器用操作機構において、蓄
勢状態時における前記渦巻ばねの素線間隔がほぼ一定と
なるように、放勢状態時における前記渦巻ばねの素線間
に不均一な隙間を持たせたことを特徴とする。

【００１９】以上のような請求項４記載の発明では、あ
らかじめ放勢状態における渦巻ばねの素線間に不均一な
隙間を持たせて、蓄勢状態における渦巻ばねの素線間隔
を一定としたので、渦巻ばねの蓄勢時に素線に生じる応
力が均一化され、素線に生じる最大応力が低下する。こ
のため、蓄勢量をさらに増加させることができ、素線上
の平均応力が増加する。

【００２０】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項に記載の開閉器用操作機構において、前記渦
巻ばねの素線が繊維強化金属材料または繊維強化プラス
チック材料で構成されていることを特徴とする。

【００２１】以上のような請求項５記載の発明では、ば
ね素線が繊維強化金属材料または繊維強化プラスチック
材料で構成されているので、単位出力当たりのばね重量
が小さくなり、出力応答性が向上する。従って、サージ
ングによる出力遅れの影響を低下させることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の開閉器用操作機構の実施
の形態を図面に従って以下に説明する。なお、図８、図
９に示した従来技術の各構成部材に対応する部材は同一
の符号を付し、同一の部材は説明を省略する。

【００２３】（１）第１の実施の形態 請求項１及び請求項２記載の発明に対応する一つの実施
の形態を、第１の実施の形態として図１、図２に従って
説明する。

【００２４】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。すなわち、本実施の形態においては、回転出力軸
２から固定具５までの距離、つまり渦巻ばね１の内周端
から外周端までの距離が、渦巻ばね１の自由状態におけ
る内周端から外周端までの距離よりも短く設定されてい
る。そして、固定具５は固定片５ａとの組み合わせによ
って渦巻ばね１の外周端を固定している。すなわち、図
２に示すように、直方体形の固定片５ａの底面には、垂
直断面が凹形の溝部５ｂが形成され、これに対向する固
定具５の面にも同様の溝部５ｃが形成されている。そし
て、この溝部５ｂ，５ｃを有する２面によって渦巻ばね
１の外周端が挟み込まれ、それぞれの溝部５ｂ，５ｃの
中央に該当する位置に設けられたネジ孔５ｄにボルトが
ねじ込まれることによって、渦巻ばね１の外周端が締め
付け固定されている。

【００２５】（作用・効果）以上のような本実施の形態
の作用・効果は以下の通りである。すなわち、渦巻ばね
１の内周端から外周端までの距離が、自由状態の場合よ
りも短いので、図１０に示すように、蓄勢時に素線に生
じる応力８の高低差７が小さく均一化され、最大応力が
低下する。このため、図中１０に示すように、さらに渦
巻ばね１の蓄勢を行うことができ、素線上の平均応力が
増加する。従って、同一特性の渦巻ばね１であっても、
蓄えられる弾性エネルギーが増加され、出力を向上させ
ることができる。また、隣り合う素線どうしの接触を防
ぐこともできるので、摩擦による出力低下が防止され
る。

【００２６】また、渦巻ばね１の外周端は、溝部５ｂ，
５ｃを有する固定具５と固定片５ａとによって挟まれ、
ボルトによって締め付け固定されているので、渦巻ばね
１の外周端に対する締め付け力は、溝部５ｂ，５ｃの両
側にある面の二箇所に分散される。従って、２点で固定
した状態に近くなり、１点で締め付け固定されていた従
来の固定具５よりも高い剛性が得られる。

【００２７】（２）第２の実施の形態 請求項３記載の発明に対応する一つの実施の形態を、第
２の実施の形態として図３に従って以下に説明する。な
お、第１の実施の形態と同一の部分については説明を省
略する。

【００２８】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。すなわち、本実施の形態においては、固定具５と
固定片５ａとによる挟持面の方向を、渦巻きばね１の外
周接線方向となっている。このため、渦巻ばね１の外周
端は屈曲部分を有さず、外周接線方向に延びた状態で固
定されている。

【００２９】（作用・効果）以上のような構成を有する
本実施の形態の作用・効果は以下の通りである。すなわ
ち、本実施の形態においては、渦巻ばね１の外周端に屈
曲部分が形成されていないので、図１０に示すような応
力集中１２を無くすことができ、渦巻ばね１全体をさら
に高い応力１０で使用することができる。

【００３０】（３）第３の実施の形態 請求項４記載の発明に対応する一つの実施の形態を、第
３の実施の形態として図４、図５に従って以下に説明す
る。なお、第１の実施の形態と同一の部分については説
明を省略する。

【００３１】（構成）まず、本実施の形態の構成を説明
する。すなわち、本実施の形態においては、渦巻ばね１
は、図４に示すように、外周端側の素線間隔を密とし、
それと反対側の素線間隔を疎として素線間隔を不均一と
することにより、渦巻ばね１を蓄勢した際、図５に示す
ように、素線が等間隔となるように形成されている。

【００３２】（作用・効果）以上のような本実施の形態
の作用・効果は以下の通りである。すなわち、渦巻ばね
１を蓄勢した際、素線が等間隔となるので、第１の実施
の形態と同様に、蓄勢時に素線に生じる応力の高低差が
小さく均一化され、最大応力８が低下する。このため、
図中１０に示すように、さらに渦巻ばね１の蓄勢を行
い、素線上の平均応力を増加させることにより、出力を
向上させることができる。また、隣り合う素線同士の接
触を防ぐことができるので、摩擦による出力低下が防止
される。

【００３３】（４）他の実施の形態 本発明は以上のような実施の形態に限定されるものでは
なく、各部材の配置、材質等は適宜変更可能である。例
えば、第１の実施の形態の他の実施の形態として、渦巻
ばね１の外周端を固定する固定具５を、図６に示すよう
に、図中下方向に移動させたものであっても、図７に示
すように、左下方向に移動させるたものであっても、第
１の実施の形態と同様の効果が得られる。

【００３４】さらに、請求項５記載の対応する発明とし
て、上記実施の形態における渦巻ばね１をアルミニウム
等を繊維強化した材料、又は繊維強化プラスチック材料
で構成した実施の形態も構成可能である。このような構
成にすれば、単位出力当たりのばね重量が小さくなるた
め、出力応答性が向上し、サージングによる出力遅れの
影響を低下させることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のような本発明によれば、固定され
た渦巻ばねの内周端と外周端との間の距離が、自由状態
における渦巻ばねの内周端と外周端との間の距離よりも
短いので、蓄勢時の渦巻ばねの素線に生じる応力をほぼ
均一にすることができ、蓄勢量を大きくすることができ
る開閉器用操作機構を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の開閉器用操作機構による第１の実施の
形態を示す簡略側面透視図である。

【図２】本発明の開閉器用操作機構に用いられる固定片
の一つの実施の形態を示す側面図（Ａ）、底面図（Ｂ）
である。

【図３】本発明の開閉器用操作機構による第２の実施の
形態を示す簡略側面透視図である。

【図４】本発明の開閉器用操作機構による第３の実施の
形態における渦巻きばねを示す簡略側面図である。

【図５】本発明の開閉器用操作機構による第３の実施の
形態を示す簡略側面透視図である。

【図６】本発明の開閉器用操作機構による他の実施の形
態を示す簡略側面透視図である。

【図７】本発明の開閉器用操作機構による他の実施の形
態を示す簡略側面透視図である。

【図８】従来の開閉器用操作機構の一例における放勢状
態を示す簡略透視側面図（Ａ）、正面図（Ｂ）である。

【図９】従来の開閉器用操作機構の一例における蓄勢状
態を示す簡略透視側面図（Ａ）、正面図（Ｂ）である。

【図１０】渦巻ばねの素線上に分布する応力を表すグラ
フを示す図であり、縦軸は応力であり、横軸は渦巻ばね
の素線位置である。

【符号の説明】

１…渦巻ばね ２…回転出力軸 ３…レバー ４…連結ロッド ５…固定具 ５ａ…固定片 ５ｂ，５ｃ…溝部 ５ｄ…ネジ孔 ６…操作機構ハウジング ７…従来技術による応力分布 ８…本実施の形態による応力分布 ９…設計上の許容応力値 １０…本実施の形態において巻き角を増した場合の応力
分布 １１…理論上の応力値 １２…応力集中

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動源である渦巻ばねと、前記渦巻ばね
   の外周端が固定されたハウジングと、前記ハウジングに
   回動可能に設けられ、前記渦巻ばねの内周端が固定され
   た回転出力軸と、前記回転出力軸に設けられ、前記渦巻
   ばねの駆動力を開閉器に伝達し、開閉器の開路、閉路の
   いずれか一方又は双方の駆動を行うリンク機構とを有す
   る開閉器用操作機構において、 前記回転出力軸に固定された前記渦巻ばねの内周端と前
   記ハウジングに固定された前記渦巻ばねの外周端との間
   の距離が、前記渦巻ばねの自由状態における内周端と外
   周端との間の距離よりも短く設定されていることを特徴
   とする開閉器用操作機構。
2. 【請求項２】 前記ハウジングに固定された固定具と、
   前記固定具との間で前記渦巻ばねの外周端を挟持可能な
   固定片とを有し、 前記固定具及び前記固定片における前記渦巻ばねの外周
   端を挟持する面の双方又は一方には、垂直断面が凹形の
   溝部が形成され、 前記渦巻きばねの外周端は、前記固定片を前記固定具に
   対して前記溝部のほぼ中央に該当する位置においてボル
   トで締め付けることにより固定されていることを特徴と
   する請求項１記載の開閉器用操作機構。
3. 【請求項３】 前記渦巻ばねの外周端が、前記渦巻ばね
   の外周接線方向に延ばした状態で固定されていることを
   特徴とする請求項１又は請求項２記載の開閉器用操作機
   構。
4. 【請求項４】 駆動源である渦巻ばねと、前記渦巻ばね
   の外周端が固定されたハウジングと、前記ハウジングに
   回動可能に設けられ、前記渦巻ばねの内周端が固定され
   た回転出力軸と、前記回転出力軸に設けられ、前記渦巻
   ばねの駆動力を開閉器に伝達し、開閉器の開路、閉路の
   いずれか一方又は双方の駆動を行うリンク機構とを有す
   る開閉器用操作機構において、 蓄勢状態時における前記渦巻ばねの素線間隔がほぼ一定
   となるように、放勢状態時における前記渦巻ばねの素線
   間に不均一な隙間を持たせたことを特徴とする開閉器用
   操作機構。
5. 【請求項５】 前記渦巻ばねの素線が繊維強化金属材料
   又は繊維強化プラスチック材料で構成されていることを
   特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の開閉器
   用操作機構。