WO2021059875A1 - 鉄道車両用開閉器、及び、その製造方法 - Google Patents

鉄道車両用開閉器、及び、その製造方法 Download PDF

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solid insulating
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structural member
conductor
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河野　務
小林　将人
幸三 田村
裕樹 中土
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株式会社日立産機システム
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Definitions

  • the present invention relates to a switch mounted on a railroad vehicle.
  • the switch mounted on the railroad vehicle is placed on the roof or under the floor of the railroad vehicle.
  • the weight and product dimensions of the switch are particularly limited from the viewpoints of load bearing restrictions, reduction of air resistance, vehicle height when passing through a tunnel, restrictions on on-roof / underfloor space, and the like.
  • Patent Document 1 aims to provide a switch for a railroad vehicle that can reduce the height dimension and the width dimension and is not restricted by the installation location, and installs the product in the longitudinal direction along the vehicle traveling direction. By arranging the bushing to connect the cable to either the top, bottom, left or right perpendicular to the vehicle traveling direction, and by arranging the operation mechanism case substantially in a straight line with the switch, the height dimension and width dimension are suppressed. It is disclosed.
  • Patent Document 1 relates to a structure that enables reduction of height dimension and width dimension, and does not consider weight reduction required for railway vehicles.
  • the present invention aims to realize weight reduction in addition to reduction of height dimension and width dimension.
  • the present invention is, for example, a switch for a railroad vehicle, which comprises a vacuum interrupter including a fixed electrode and a movable electrode that contacts or dissociates from the fixed electrode, and a fixed conductor connected to the fixed electrode.
  • the first bushing conductor electrically connected to the fixed conductor, the movable conductor connected to the movable electrode, the second bushing conductor electrically connected to the movable conductor, and coaxially with the movable conductor. It forms an aerial insulation operating rod that is arranged, a solid insulating member made of a thermosetting resin that covers the vacuum interrupter and the first and second bushing conductors, and an aerial insulating space around the aerial insulation operating rod.
  • thermoplastic resin bonded to a part of the solid insulating member, and is a part of an aerial insulating space in a space formed by the solid insulating member made of thermosetting resin and the structural member made of thermoplastic resin. Is configured to form.
  • FIG. 1 It is a top view which shows the appearance of the switch for railroad vehicles in Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing cut in the plane including the central axis of the switch for railroad vehicles in Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing cut in the plane orthogonal to the central axis of the switch for railroad vehicles in Example 1.
  • FIG. It is sectional drawing cut in the plane including the central axis of the switch for railroad vehicles in Example 2.
  • FIG. It is sectional drawing cut in the plane including the central axis of the switch for railroad vehicles in Example 3.
  • FIG. It is a figure explaining the manufacturing method of the switch for a railroad vehicle in Example 4.
  • a railroad vehicle is composed of a plurality of rolling stocks, and a high-voltage pull-through cable is arranged on the roof of each of these rolling stocks via a pantograph connected to the high-voltage pull-through cable. Then, the railroad vehicle receives electric power from the electric wire. Further, the high-pressure pull-through cable of each vehicle is connected between the vehicles by a straight joint and branched in the vehicle floor direction by a T-branch joint. The T-branch joint and the straight joint form an integral switch. This switch is used by being attached to a fixed portion of a railway vehicle.
  • the switch when a ground fault failure occurs in a high-pressure pull-through cable of a certain vehicle, the switch is operated by an external command to automatically open the straight joint, which is affected by the ground fault failure. Electrically disconnect the main transformer mounted on the vehicle and the electric motor connected to it. At this time, since the main transformers of other vehicles that are not affected by the ground fault fault remain connected, the operation of the vehicle can be continued by using the electric motor connected to them.
  • the high-voltage cable including the defective part and the sound high-voltage cable can be automatically separated without the operator climbing on the roof of the vehicle.
  • FIG. 1 is a plan view showing the appearance of a railroad vehicle switch in which a T-branch joint and a straight joint in this embodiment are integrated.
  • the switch 70 has electrical connection portions 10A, 10B, and 10C, the electrical connection portions 10B and 10C are electrically connected inside the switch 70, and the electrical connection portions 10B and 10C are T. Construct a branch joint. Further, between the electrical connection portions 10A, 10B and 10C, an opening / closing portion composed of a fixed electrode and a movable electrode, which will be described later, is provided inside the switch 70, and the electrical connection portions 10A and 10B are provided. And 10C form a linear joint.
  • the switch 70 is used in a state where the T-type cable head is connected to the electrical connection portions 10A, 10B, and 10C. Further, as will be described in detail later, 20 is an aerial insulation operation rod, 21 is a solid insulation member, and 30 is a structural member.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the switch 70 of FIG. 1 cut by a plane including the central axis of the aerial insulation operation rod 20.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the plane AA ′ orthogonal to the central axis of the aerial insulation operation rod 20 of the switch 70 shown in FIG.
  • the switch 70 includes a fixed electrode 3a, a movable electrode 5a that contacts or dissociates from the fixed electrode 3a, an arc shield 6 that covers the fixed electrode 3a and the movable electrode 5a, and an arc shield. It includes a cylindrical ceramic insulating cylinder 7 that forms a part of an outer container that supports No. 6, and a vacuum interrupter 1 that is composed of a bellows 2 and the like.
  • the outer container of the vacuum interrupter 1 is configured by covering both ends of the ceramic insulating cylinder 7 with end plates, and keeps the inside in a vacuum state.
  • the fixed electrode 3a is connected to the fixed conductor 3b, and the fixed conductor 3b is pulled out of the vacuum interrupter 1 and electrically connected to the bushing conductors 12B and 12C on the fixed conductor 3b side.
  • a combination of the fixed electrode 3a and the fixed conductor 3b may be indicated by reference numeral 3.
  • the movable electrode 5a is connected to the movable conductor 5b, and the movable conductor 5b is pulled out of the vacuum interrupter 1 and electrically connected to the bushing conductor 12A on the movable conductor 5b side.
  • a combination of the movable electrode 5a and the movable conductor 5b may be indicated by reference numeral 5.
  • Parts such as the vacuum interrupter 1, the bushing conductors 12B and 12C on the fixed conductor 3b side, and the bushing conductor 12A on the movable conductor 5b side are integrated so as to cover the outer periphery with a solid insulating member 21 made of a thermosetting resin such as epoxy resin. It is plastic molded and insulated.
  • a bellows 2 is arranged between the movable conductor 5b and the end plate on the movable side so that the movable conductor 5b can move while maintaining the vacuum state of the vacuum interrupter 1.
  • the adapter 24 is a member that coaxially connects the movable conductor 5b and the aerial insulation operation rod 20.
  • 27 is a flexible conductor.
  • An electromagnetic operation unit (not shown) for operating the air insulation operation rod 20 is provided at the tip of the air insulation operation rod 20.
  • this electromagnetic operation unit for example, a permanent magnet and an electromagnet are combined with a spring, and a driving force is generated by switching ON / OFF of energization of a coil constituting the electromagnet.
  • the electromagnetic operation unit operates the movable conductor 5b integrally connected by the adapter 24 and the aerial insulation operation rod 20 so as to move in the coaxial direction via the bearing 26 supported by the housing 25.
  • the structural member 30 is brought into contact with the inside of the cylindrical solid insulating member 21 forming the aerial insulating space 33 and joined.
  • the aerial insulation space 33 around the aerial insulation operation rod 20 formed of the solid insulating member 21 made of a thermosetting resin and the structural member 30 made of a thermoplastic resin bonded to the solid insulating member 21. Ensure the insulation between the vacuum interrupter 1 and the electromagnetic control unit. That is, in order to secure this insulation property, the insulation distance between the vacuum interrupter 1 in the air insulation space 33 and the electromagnetic operation unit is optimized.
  • the portion of the solid insulating member 21 forming the aerial insulating space 33 includes an electromagnetic wave shield, a metal shield 13 used for the purpose of leveling the electric field density, improving the strength, and the like.
  • thermosetting resin used for the solid insulating member 21 a resin material containing an epoxy resin, a phenol resin, a polyester resin, or the like as a main component is used.
  • thermoplastic resin used for the structural member 30 PBT (Polybutylene Terephthalate) resin, PPS (Poly Phenylene Sulfide) resin, PP (Poly Propylene) resin, ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) resin, PS (Polystyrene) resin, PE (PolyEthylene) resin, PVC (PolyvinylChloride) resin, PC (Polycarbonate) resin, PET (Polyethyleneterephthalat) resin, LCP (Liquid Crystal Polymer) resin, PPO (Polyphenyleneether) resin, Si (Silicone) resin, etc.
  • thermosetting resin of the solid insulating member 21 and the thermoplastic resin of the structural member 30 may be filled with a filler.
  • a filler for example, an inorganic material containing components such as silica, mica, and talc, an organic material containing components such as carbon and polymer materials, and a metal material containing components such as copper, aluminum, gold, silver, and iron should be used. Can be done.
  • the solid insulating member 21 closely covers the vacuum interrupter 1, the bushing conductors 12A, 12B, and 12C, and also forms an aerial insulation space 33 around the aerial insulation operation rod 20. Further, an insulating gas such as dry air or SF6 gas is sealed in the aerial insulating space 33 formed by the solid insulating member 21 and the structural member 30 made of a thermoplastic resin bonded to the solid insulating member 21. Although not shown, the air-insulated space 33 and the space including the electromagnetic operation unit connected to the air-insulated operation rod 20 have a closed structure that is isolated from the external space.
  • the solid insulating member 21 made of thermosetting resin is formed by using a casting method in which a liquid resin is filled in a mold in which parts such as a vacuum interrupter 1, bushing conductors 12A, 12B, and 12C are pre-installed. It is integrally molded in a state of being in close contact and covering.
  • thermosetting resin used for the solid insulating member 21 has a low viscosity, it can generally be molded at a low pressure of 10 MPa or less. As a result, it is possible to reduce the load applied to parts such as the vacuum interrupter 1 in which sliding defects occur due to the pressure during molding. Further, since the viscosity is low, the electric field density is high, and it is possible to prevent unfilling of voids and the like in the peripheral portion of the vacuum interrupter 1, which cannot tolerate poor insulation.
  • the solid insulating member 21 made of a thermosetting resin has a problem of high density because it is filled with a filler such as silica for the purpose of improving strength, and a material cost because it is a complicated resin material formulation that cures by heating. Has a high problem. Further, the solid insulating member 21 requires a long curing process in which the resin is cured by heating.
  • the vacuum interrupter 1 and the bushing conductors 12A, 12B, and 12C which are peripheral portions of the member through which the current flows and whose electric field density is high and therefore cannot tolerate insulation failure due to voids, are solids made of thermosetting resin.
  • the structural member 30 that forms the aerial insulating space 33 which is a region other than the area that is not easily affected by voids while being covered with the insulating member 21, is formed of a thermoplastic resin having a low density and a low material cost.
  • thermoplastic resin constituting the structural member 30 is molded by an injection molding process, filled with a high temperature resin material in a low temperature mold, and then formed by cooling the resin in the mold. Therefore, the thermoplastic resin does not require a long curing process to cure the resin.
  • the casting device for integrally molding the solid insulating member 21 made of thermosetting resin with parts such as the vacuum interrupter 1 has a mechanism for reducing the pressure in the mold in order to suppress the generation of voids and thermosetting. It has a tank that stores the two liquids of the main agent and the curing agent that form the resin separately, and a mixing part that mixes the two liquids, so the equipment cost is high.
  • the equipment cost can be reduced by using the structural member 30 made of thermoplastic resin for a part or all of the region forming the aerial insulation space 33.
  • the shape of the structural member 30 is the same cylindrical shape as the solid insulating member 21, and the inside of the solid insulating member 21.
  • the structural member 30 is connected so as to be inserted into the.
  • the solid insulating member 21 may be connected so as to be inserted inside the structural member 30.
  • the solid insulating member 21 and the structural member 30 are joined with an adhesive.
  • an adhesive By using an adhesive, it can be easily joined and the insulating property can be maintained.
  • a screw may be used for joining, and a resin screw may be used for the screw in order to improve the insulating property.
  • the weight can be reduced by using the structural member 30 made of a thermoplastic resin having a low density in a part of the region forming the aerial insulating space 33. Can be planned. Further, by reducing the amount of the solid insulating member 21 made of thermosetting resin, it is possible to reduce the material cost and the equipment cost.
  • This embodiment describes a structure in which the volume of the solid insulating member 21 is further reduced in order to prevent the solid insulating member 21 from cracking at the time of joining with the structural member 30 and to further reduce the weight.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view cut along a plane including the central axis of the aerial insulation operation rod 20 of the switch for a railroad vehicle in this embodiment.
  • the same configurations as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the difference from FIG. 2 is that the joint portion between the solid insulating member 21 and the structural member 30 and the configuration of the metal shield 13 are different.
  • Example 1 the structure in which the metal shield 13 is included in the solid insulating member 21 has been described. Further, the structure in which the structural member 30 is brought into contact with the inside of the cylindrical solid insulating member 21 forming the aerial insulating space 33 and joined is shown. However, the thermosetting resin forming the solid insulating member 21 is hard and has a problem that it is easily cracked by friction or impact at the time of joining with the structural member 30.
  • the solid insulating member 21 is prevented from cracking at the time of joining with the structural member 30, and the volume of the solid insulating member 21 is further reduced in order to further reduce the weight. That is, as shown in FIG. 4, the metal shield 13 is formed in a state of being partially exposed from the solid insulating member 21, and the structural member 30 is joined in a state of being in contact with the exposed metal shield 13.
  • the volume of the solid insulating member 21 can be reduced and the proportion of the structural member 30 can be increased by the amount of the exposed metal shield as compared with the configuration of FIG. 2, so that the weight and cost can be further reduced.
  • the joint portion of the solid insulating member 21 with the metal shield 13 it is possible to prevent the solid insulating member 21 from cracking at the time of joining with the structural member 30.
  • FIG. 4 shows a structure in which the self-tap screw 31 is used to fasten from the outside of the structural member 30 forming the aerial insulating space 33
  • the structural member 30 is fastened using a screw and a bolt or an adhesive. You can also do it.
  • a resin material can be used as the material of the screw in order to improve the insulating property.
  • an insulating grease, an adhesive, an O-ring or other sealing material for the joint.
  • This embodiment describes a structure in which the volume of the solid insulating member 21 is further reduced in order to further reduce the weight and cost of the structure of the second embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along a plane including the central axis of the aerial insulation operation rod 20 of the switch for a railroad vehicle in this embodiment.
  • the same configurations as those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the difference from FIG. 4 is that the metal shield 13 is divided into the solid insulating member 21 side and the structural member 30 side.
  • the metal shield 13 is divided, the metal shield 13A on the solid insulating member 21 side and the metal shield 13B on the structural member 30 side are installed, and the cylindrical aerial insulating space 33 is installed.
  • the structural member 30 is used for a part or all of the members forming the above.
  • the metal shield 13A in the solid insulating member 21 forming the aerial insulating space 33 is formed in a partially exposed state on the inner peripheral side of the solid insulating member 21, and the metal shield 13B in the structural member 30 is the structural member 30. It is formed in a partially exposed state on the outer peripheral side. Then, the metal shield 13A partially exposed on the inner peripheral side of the solid insulating member 21 and at least a part of the metal shield 13B partially exposed on the outer peripheral side of the structural member 30 are joined in contact with each other.
  • the structure in which the metal shields are brought into contact with each other to be joined can prevent cracks and wear deformation when the solid insulating member 21 and the structural member 30 are joined, and the metal shield 13B is a structural member as compared with the configuration of FIG.
  • the volume of the structural member 30 is increased by the amount contained in 30, and the volume of the solid insulating member 21 is reduced, so that further weight reduction and cost reduction are possible.
  • FIG. 5 shows a structure in which the convex portion 30A of the structural member 30 is inserted into the concave portion 21A of the solid insulating member 21 and joined, the convex portion of the solid insulating member 21 is inserted into the concave portion of the structural member 30. It may be joined as follows.
  • the solid insulating member 21 and the structural member 30 are fastened with an adhesive.
  • a conductive material such as a conductive adhesive or a conductive grease at the joint between the metal shields.
  • it can be fastened by using a self-tap screw or a screw and a bolt, and a resin material can be used as the material of the screw in order to improve the insulating property.
  • an insulating grease, an adhesive, an O-ring or other sealing material for the joint.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a method of manufacturing a switch for a railway vehicle in this embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along a plane including the central axis of the aerial insulation operation rod 20 of the switch for railroad vehicles manufactured by the manufacturing method in this embodiment.
  • parts such as the vacuum interrupter 1, the bushing conductors 12B and 12C on the fixed conductor 3b side, and the bushing conductor 12A on the movable conductor 5b side are integrated with a solid insulating member 21 made of a thermosetting resin such as epoxy resin in advance.
  • the molded part 71 is formed. With this component 71 installed in the mold 81 of the injection molding machine 80, the mold is filled with the thermoplastic resin melted in the injection molding process to form the structural member 30, and the solid insulating member 21 described later. And the fastening portion 32 of the structural member 30 are formed.
  • the aerial insulation space 33 is provided with a placing piece or the like, which is a mold part, so that this portion is not filled with resin.
  • the portion of the vacuum interrupter 1 is installed outside the mold 81 and molded without being clamped by the mold 81. As a result, it is possible to reduce the load applied to the vacuum interrupter 1 when the mold 81 is clamped, which may cause sliding defects.
  • FIG. 7 describes a structure in which the structural member 30 is fastened to the component 71 by injection molding.
  • the same configurations as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 7 is different from FIG. 2 in that it has a cavity portion 34 and a fastening portion 32.
  • a cavity 34 is partially provided in the component 71, and the fastening portion 32 is filled with a thermoplastic resin from the inside to the outside of the cavity 34 of the component 71 by an injection molding process. To form.
  • the fastening portion 32 By forming the fastening portion 32 in this way, the solid insulating member 21 and the structural member 30 can be fastened. Further, although not shown, a sealing material such as grease is installed in advance on the joint surface between the structural member 30 and the solid insulating member 21 to ensure insulation at the joint and gas outflow from the air insulation space 33. Can be prevented.
  • a sealing material such as grease is installed in advance on the joint surface between the structural member 30 and the solid insulating member 21 to ensure insulation at the joint and gas outflow from the air insulation space 33. Can be prevented.
  • the joining / fastening process of the solid insulating member 21 and the structural member 30 is facilitated, so that the bonding and screwing steps are not required and the parts are not required, so that the cost can be reduced.
  • the fastening portion is formed in a liquid state, there is no contact between solids, and cracks and wear deformation of the solid insulating member 21 and the structural member 30 on the joint surface can be prevented.
  • the main component of the adhesive shown above is a polymer compound
  • the synthetic polymer compound is a synthetic resin such as a melamine resin, a urea resin, a phenol resin, a vinyl acetate resin, an ethylene / vinyl acetate resin, an epoxy resin, or chloroprene. It shall contain components of synthetic rubber such as rubber, nitrile rubber, styrene butadiene rubber, and silicone rubber.
  • the main component of the grease shall be mineral oil or synthetic oil, and the synthetic oil shall contain components of synthetic hydrocarbon oil, ester oil, silicone oil, fluorine oil, phenyl ether oil, and polyglycol oil.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned examples, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.
  • it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment.

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Abstract

耐荷重の制約から軽量化を実現する鉄道車両用開閉器、及び、その製造方法を提供することを課題とする。　上記課題を解決するために、鉄道車両用開閉器であって、固定電極と固定電極に対して接触または解離する可動電極とを備える真空インタラプタと、固定電極に接続された固定導体と、固定導体と電気的に接続されている第１のブッシング導体と、可動電極に接続された可動導体と、可動導体と電気的に接続されている第２のブッシング導体と、可動導体と同軸に配置された気中絶縁操作ロッドと、真空インタラプタと第１及び第２のブッシング導体を覆う熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材と、気中絶縁操作ロッドの周辺部の気中絶縁空間を形成する固体絶縁部材の部分に接合された熱可塑性樹脂製の構造部材を有し、熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材と熱可塑性樹脂製の構造部材によって形成される空間で気中絶縁空間の一部を形成するように構成する。

Description

鉄道車両用開閉器、及び、その製造方法
　本発明は、鉄道車両に搭載する開閉器に関するものである。
　鉄道車両に搭載される開閉器は、鉄道車両の屋根上もしくは床下に配置される。そして、その開閉器は、耐荷重の制約、空気抵抗の低減、トンネル通過時の車両高さ、屋根上／床下スペースの制約等の観点から、特に重量と製品寸法が制限される。
　鉄道車両用開閉器として、例えば特許文献１に記載のものがある。特許文献１では高さ寸法と幅寸法を低減でき、且つ、設置場所の制約を受けない鉄道車両用開閉器を提供することを目的とし、製品の長手方向を車両進行方向に沿って設置し、ケーブルを接続するブッシングを車両進行方向とは垂直の上下左右のいずれかに配置するとともに、操作機構ケースを開閉器と略直線上に配置することで、高さ寸法及び幅寸法を抑えた構成が開示されている。
　この構成により高さ寸法及び幅寸法を抑えることができる半面、略直線状に並べた開閉器と操作機構を絶縁する必要が生じるため、開閉器と操作機構の間に両者を繋ぐ気中絶縁操作ロッドを配することで両者を遠ざけている。また、絶縁距離を長くするには、気中絶縁操作ロッドの寸法を長くする必要があるが、これにより芯出し精度が低下し、開閉器操作の円滑さが損なわれる懸念がある。そこで、特許文献１では、気中絶縁操作ロッドを含む可動軸を二つの軸受で軸支することで気中絶縁操作ロッドの芯出し精度を向上させ、開閉器の円滑な操作を実現している。
特開２０１８－１３７８６２号公報
　特許文献１は、高さ寸法及び幅寸法の低減を可能とする構造に関するものであり、鉄道車両用に求められる軽量化について考慮されていない。
　そこで、本発明では高さ寸法及び幅寸法の低減に加えて、軽量化の実現を目的とする。
　本発明は、その一例を挙げるならば、鉄道車両用開閉器であって、固定電極と固定電極に対して接触または解離する可動電極とを備える真空インタラプタと、固定電極に接続された固定導体と、固定導体と電気的に接続されている第１のブッシング導体と、可動電極に接続された可動導体と、可動導体と電気的に接続されている第２のブッシング導体と、可動導体と同軸に配置された気中絶縁操作ロッドと、真空インタラプタと第１及び第２のブッシング導体を覆う熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材と、気中絶縁操作ロッドの周辺部の気中絶縁空間を形成する固体絶縁部材の部分に接合された熱可塑性樹脂製の構造部材を有し、熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材と熱可塑性樹脂製の構造部材によって形成される空間で気中絶縁空間の一部を形成するように構成する。
　本発明によれば、製品重量を低減可能な鉄道車両用開閉器、及び、その製造方法を提供することができる。
実施例１における鉄道車両用開閉器の外観を示す平面図である。 実施例１における鉄道車両用開閉器の中心軸を含む平面で切断した断面図である。 実施例１における鉄道車両用開閉器の中心軸に直交した平面で切断した断面図である。 実施例２における鉄道車両用開閉器の中心軸を含む平面で切断した断面図である。 実施例３における鉄道車両用開閉器の中心軸を含む平面で切断した断面図である。 実施例４における鉄道車両用開閉器の製造方法を説明する図である。 実施例４における鉄道車両用開閉器の中心軸を含む平面で切断した断面図である。
　以下、本発明を実施する上で好適となる実施例について図面を用いて説明する。
　まず、本実施例の前提となる鉄道車両の概要、及び、それに用いられる開閉器の概要について説明する。
　特許文献１に記載のように、鉄道車両は複数の車両で編成されており、これらの各車両の屋根上には高圧引き通しケーブルが配置され、この高圧引き通しケーブルに接続されたパンタグラフを経由して、鉄道車両は電線から電力を受電する。また、各車両の高圧引き通しケーブルは、直線ジョイントで車両間を接続され、Ｔ分岐ジョイントで車両床下方向に分岐されている。そして、Ｔ分岐ジョイントと直線ジョイントは一体の開閉器を構成する。この、開閉器は鉄道車両の固定部に装着して用いられる。
　例えば、ある車両の高圧引き通しケーブルで地絡故障Ｆａｕｌｔが発生した場合には、外部からの指令により開閉器を動作させ、直線ジョイントを自動で開放することで、地絡故障Ｆａｕｌｔの影響を受ける車両に搭載された主変圧器およびそれに接続された電動機を電気的に切り離す。このとき、地絡故障Ｆａｕｌｔの影響を受けない他の車両の主変圧器は接続されたままであるので、それらに接続された電動機を用いて車両の運転を続行することができる。また、車両の屋根上に作業者が登ることなく、不具合箇所を含む高電圧ケーブルと健全な高電圧ケーブルとを自動的に分離することができる。
　図１は、本実施例におけるＴ分岐ジョイントと直線ジョイントを一体化した、鉄道車両用開閉器の外観を示す平面図である。図１において、開閉器７０は、電気接続部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを有し、電気接続部１０Ｂと１０Ｃは開閉器７０の内部で電気的に接続されており、電気接続部１０Ｂと１０ＣがＴ分岐ジョイントを構成する。また、電気接続部１０Ａと、１０Ｂ及び１０Ｃとの間には、開閉器７０の内部で、後述する固定電極と可動電極で構成される開閉部を有しており、電気接続部１０Ａと、１０Ｂ及び１０Ｃで直線ジョイントを構成する。また、図示はしていないが、開閉器７０は、Ｔ型ケーブルヘッドを電気接続部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに接続した状態で使用する。また、詳細は後述するが、２０は気中絶縁操作ロッド、２１は固体絶縁部材、３０は構造部材である。
　図２は、図１の開閉器７０を、気中絶縁操作ロッド２０の中心軸を含む平面で切断した断面図である。また、図３は図２に示す開閉器７０の気中絶縁操作ロッド２０の中心軸に直交した平面のＡ-Ａ’で切断した断面図である。
　図２に示すように、開閉器７０は、固定電極３ａと、固定電極３ａに対して接触または解離する可動電極５ａと、固定電極３ａ及び可動電極５ａの周囲を覆うアークシールド６と、アークシールド６を支持する外側容器の一部を構成する円筒形状のセラミック絶縁筒７と、ベローズ２等から構成される真空インタラプタ１を備えている。
　真空インタラプタ１の外側容器は、セラミック絶縁筒７の両端を端板で覆って構成され、内部を真空状態に維持している。固定電極３ａは、固定導体３ｂに接続されており、固定導体３ｂは真空インタラプタ１の外に引き出され、固定導体３ｂ側のブッシング導体１２Ｂ、１２Ｃと電気的に接続されている。図面上では、固定電極３ａと固定導体３ｂを合わせたものを符号３で表示する場合もある。
　可動電極５ａは、可動導体５ｂに接続されており、可動導体５ｂは真空インタラプタ１の外に引き出され、可動導体５ｂ側のブッシング導体１２Ａと電気的に接続されている。図面上では、可動電極５ａと可動導体５ｂを合わせたものを符号５で表示する場合もある。真空インタラプタ１や固定導体３ｂ側のブッシング導体１２Ｂ、１２Ｃ、可動導体５ｂ側のブッシング導体１２Ａなどの部品は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材２１で外周部を覆うように一体化成形され、絶縁される。
　真空インタラプタ１の可動側では、可動導体５ｂと可動側の端板の間にベローズ２を配置して、真空インタラプタ１の真空状態を維持したまま可動導体５ｂが可動できるようにしている。また、アダプタ２４は、可動導体５ｂと気中絶縁操作ロッド２０を同軸に連結する部材である。また、２７は可とう性導体である。
　気中絶縁操作ロッド２０の先端部には、気中絶縁操作ロッド２０を操作する電磁操作部（図示はなし）が設けられている。この電磁操作部は、例えば、バネに永久磁石と電磁石を組み合わせ、電磁石を構成するコイルへの通電をＯＮ／ＯＦＦ切り換えることで駆動力を発生させるものである。電磁操作部は、アダプタ２４で一体に連結した可動導体５ｂと気中絶縁操作ロッド２０を、ハウジング２５に支持された軸受２６を介して、同軸方向に移動させるように操作する。
　ここで、気中絶縁空間３３を形成する円筒形状の固体絶縁部材２１の内側に構造部材３０を接触させて接合する。これにより、熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材２１と、固体絶縁部材２１と接合された熱可塑性樹脂製の構造部材３０で形成される気中絶縁操作ロッド２０周辺部の気中絶縁空間３３により、真空インタラプタ１と電磁操作部間の絶縁性を確保する。すなわち、この絶縁性を確保するために、気中絶縁空間３３中の真空インタラプタ１と電磁操作部間の絶縁距離を適正化する。
　また、固体絶縁部材２１の気中絶縁空間３３を形成する部分に、電磁波シールド、電界密度の平準化、強度向上などを目的として用いられる金属シールド１３が内包されている。
　固体絶縁部材２１に用いられる熱硬化性樹脂としては、エポキシ（Epoxy）樹脂、フェノール（Phenol）樹脂、ポリエステル(Polyester)樹脂などを主成分とする樹脂材料が用いられる。また、構造部材３０に用いられる熱可塑性樹脂として、ＰＢＴ（Polybutylene Terephthalate）樹脂、ＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）樹脂、ＰＰ（Poly Propylene）樹脂、ＡＢＳ（Acrylonitrile Butadiene Styrene）樹脂、ＰＳ(Polystyrene)樹脂、ＰＥ（Poly Ethylene）樹脂、ＰＶＣ（Polyvinyl Chloride）樹脂、ＰＣ（Polycarbonate）樹脂、ＰＥＴ（Polyethyleneterephthalat）樹脂、ＬＣＰ(Liquid Crystal Polymer)樹脂、ＰＰＯ（Polyphenyleneether）樹脂,Ｓｉ(Silicone)樹脂、などを主成分とする樹脂材料が使用される。また、固体絶縁部材２１の熱硬化性樹脂や構造部材３０の熱可塑性樹脂には、フィラーが充填されていても良い。フィラーとしては、例えばシリカ、マイカ、タルクなどの成分を含む無機材料、カーボンや高分子材料などの成分を含む有機材料、銅、アルミニウム、金、銀、鉄などの成分を含む金属材料を用いることができる。
　固体絶縁部材２１は、真空インタラプタ１、ブッシング導体１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを密着して覆う他、気中絶縁操作ロッド２０周辺の気中絶縁空間３３を形成している。また、固体絶縁部材２１と、固体絶縁部材２１と接合された熱可塑性樹脂製の構造部材３０で形成される気中絶縁空間３３には、乾燥空気やＳＦ６ガスなどの絶縁ガスが封入される。なお、図示はしていないが、気中絶縁空間３３と気中絶縁操作ロッド２０に接続されている電磁操作部を含む空間が外部空間から隔離される密閉構造となっている。
　熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材２１は、真空インタラプタ１、ブッシング導体１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃなどの部品を予め設置した金型内に液体樹脂を充填する注型方法を用いて、これらの部品を密着して覆う状態で一体化成形される。
　ここで、固体絶縁部材２１に用いられる熱硬化性樹脂は粘度が低いので、一般的に１０ＭＰａ以下の低圧で成形することができる。これによって、成形時の圧力によって摺動不良などが生じる真空インタラプタ１などの部品に与える負荷を低減できる。さらに粘度が低いため、電界密度が高く、絶縁不良が許容できない真空インタラプタ１周辺部におけるボイドなどの未充填を防止できる。
　しかし、熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材２１は、強度向上などの目的でシリカなどのフィラーが充填されているため密度が高い問題と、加熱によって硬化する複雑な樹脂材料処方であるため材料コストが高い問題がある。さらに、固体絶縁部材２１は加熱によって樹脂を硬化させる長時間の硬化プロセスが必要となる。
　そこで、本実施例では、電流が流れる部材の周辺部であり電界密度が高いためボイドによる絶縁不良が許容されない真空インタラプタ１、及び、ブッシング導体１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材２１で覆う一方、ボイドによる影響を受けにくい、それ以外の領域である、気中絶縁空間３３を形成する構造部材３０を低密度で材料コストが安い熱可塑性樹脂で形成する。
　構造部材３０を構成する熱可塑性樹脂は射出成形プロセスで成形され、高温度の樹脂材料を低温度の金型に充填した後、金型内の樹脂冷却で形成される。このため、熱可塑性樹脂は樹脂を硬化させる長時間の硬化プロセスが必要ない。
　また、熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材２１を真空インタラプタ１などの部品と一体化成形するための注型装置は、ボイド発生を抑制するために金型内を減圧する機構や、熱硬化性樹脂を形成する主剤と硬化剤の2液を分けて保管するタンクと、2液を混合するミキシング部を有しており、設備コストが高い。
　このため、注型方法で成形する熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材２１の寸法が大きいと大型の注型設備を用いる必要があり、設備コストが高くなる問題がある。このため、気中絶縁空間３３を形成する領域の一部、または全部に熱可塑性樹脂製の構造部材３０を用いることによって設備コストを低減することもできる。
　ここで、熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材２１と熱可塑性樹脂製の構造部材３０の接合部において、構造部材３０の形状は、固体絶縁部材２１と同じ円筒形状として、固体絶縁部材２１の内側に構造部材３０を挿入するように接続する。なお、構造部材３０の内側に固体絶縁部材２１を挿入するように接続しても良い。
　図示はしていないが、固体絶縁部材２１と構造部材３０は接着剤で接合している。接着剤を用いることで容易に接合でき、また絶縁性も保つことができる。なお、接合にはネジを用いても良く、ネジは絶縁性を向上するために樹脂ネジを用いても良い。また、接合部における絶縁性確保と気中絶縁空間３３のガス流出を防ぐために、接合部には絶縁性のグリースや接着剤、Ｏリングなどの封止材を用いることが望ましい。
　以上説明したように、本実施例の開閉器７０によれば、気中絶縁空間３３を形成する領域の一部に密度が低い熱可塑性樹脂製の構造部材３０を用いることによって、重量の低減を図ることができる。さらに、熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材２１の使用量を少なくすることによって、材料コスト、設備コストを低減することも可能となる。
　本実施例は、構造部材３０との接合時における固体絶縁部材２１の割れを防止するとともに、更なる軽量化のために、固体絶縁部材２１の体積を更に少なくする構造について説明する。
　図４は、本実施例における鉄道車両用開閉器の気中絶縁操作ロッド２０の中心軸を含む平面で切断した断面図である。図４において、図２と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図４において、図２と異なる点は、固体絶縁部材２１と構造部材３０の接合部、及び、金属シールド１３の構成が異なる点である。
　実施例１では、金属シールド１３を固体絶縁部材２１の中に内包した構造を説明した。また、気中絶縁空間３３を形成する円筒形状の固体絶縁部材２１の内側に構造部材３０を接触させて接合する構造を示した。しかし、固体絶縁部材２１を形成する熱硬化性樹脂は硬く、構造部材３０との接合時における摩擦や衝撃で割れやすい問題がある。
　そこで、本実施例では、構造部材３０との接合時における固体絶縁部材２１の割れを防止するとともに、更なる軽量化のために、固体絶縁部材２１の体積を更に少なくする構造とする。すなわち、図４に示すように、金属シールド１３を固体絶縁部材２１から部分的に露出した状態で形成し、露出した金属シールド１３と接触させた状態で構造部材３０を接合する。
　本実施例の構造により、図２の構成に比べて、金属シールド露出した分だけ、固体絶縁部材２１の体積を小さくでき、構造部材３０の割合を増加できるので、更なる軽量化、コスト低減を実現できるとともに、固体絶縁部材２１の接合部を金属シールド１３で保護することによって、構造部材３０との接合時における固体絶縁部材２１の割れを防止することができる。
　なお、図４では、気中絶縁空間３３を形成する構造部材３０の外側からセルフタップネジ３１を用いて締結する構造を示しているが、ネジとボルトを用いた接合や接着剤を用いて締結することもできる。また、ネジの材料として絶縁性を向上するために樹脂製を用いることもできる。
　また、接合部における絶縁性確保と気中絶縁空間３３のガス流出を防ぐために、接合部には絶縁性のグリースや接着剤、Ｏリングなどの封止材を用いることが望ましい。
　本実施例は、実施例２の構造に対して更なる軽量化とコスト低減を図るために、固体絶縁部材２１の体積を更に少なくする構造について説明する。
　図５は、本実施例における鉄道車両用開閉器の気中絶縁操作ロッド２０の中心軸を含む平面で切断した断面図である。図５において、図４と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図５において、図４と異なる点は、金属シールド１３を、固体絶縁部材２１側と構造部材３０側で分割した点である。
　本実施例では、図５に示すように、金属シールド１３を分割して、固体絶縁部材２１側の金属シールド１３Ａと構造部材３０側の金属シールド１３Ｂを設置し、円筒形状の気中絶縁空間３３を形成する一部または全部に構造部材３０を用いる。
　気中絶縁空間３３を形成する固体絶縁部材２１における金属シールド１３Ａは、固体絶縁部材２１の内周側において部分的に露出した状態で形成し、構造部材３０における金属シールド１３Ｂは、構造部材３０の外周側において部分的に露出した状態で形成する。そして、固体絶縁部材２１の内周側において部分的に露出した金属シールド１３Ａと構造部材３０の外周側において部分的に露出した金属シールド１３Ｂの少なくとも一部を接触させた状態で接合する。
　このように、金属シールド同士を接触させて接合する構造によって、固体絶縁部材２１と構造部材３０接合時の割れや磨耗変形を防止できるとともに、図４の構成に比べて、金属シールド１３Ｂを構造部材３０に内包した分だけ構造部材３０の体積が増加し、固体絶縁部材２１の体積が低減し、よって更なる軽量化とコスト低減が可能となる。
　なお、図５では、固体絶縁部材２１の凹部２１Ａに構造部材３０の凸部３０Ａを挿入して接合する構造を示しているが、構造部材３０の凹部に固体絶縁部材２１の凸部を挿入するように接合しても良い。
　また、図５には図示していないが固体絶縁部材２１と構造部材３０を接着剤で締結する構造とした。シールド性を確保するために、金属シールド同士の接合部には導電性接着剤や導電性グリースなどの導電性材料を用いることが望ましい。また、セルフタップネジや、ネジとボルトを用いて締結することもでき、ネジの材料として絶縁性を向上するために樹脂製を用いることもできる。
　また、接合部における絶縁性確保と気中絶縁空間３３のガス流出を防ぐために、接合部には絶縁性のグリースや接着剤、Ｏリングなどの封止材を用いることが望ましい。
　本実施例は、鉄道車両用開閉器の製造方法について説明する。図６は、本実施例における鉄道車両用開閉器の製造方法を説明する図である。また、図７は、本実施例における製造方法によって製造した鉄道車両用開閉器の気中絶縁操作ロッド２０の中心軸を含む平面で切断した断面図である。
　図６において、予め、真空インタラプタ１や固定導体３ｂ側のブッシング導体１２Ｂ、１２Ｃ、可動導体５ｂ側のブッシング導体１２Ａなどの部品をエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材２１で一体化成形した部品７１を形成する。この部品７１を射出成形機８０の金型８１に設置した状態で、射出成形プロセスで溶融した熱可塑性樹脂を金型内に充填して構造部材３０を形成するとともに、後述する、固体絶縁部材２１と構造部材３０の締結部３２を形成する。
　なお、図示はしていないが、気中絶縁空間３３には、金型部品である置き駒などを設置してこの部分に樹脂が充填されないようにする。
　ここで、部品７１を射出成形用金型８１に設置する際に、真空インタラプタ１の部分を金型８１の外に設置し、金型８１でクランプしない状態で成形する。これにより、真空インタラプタ１に与える、金型８１のクランプ時の荷重によって摺動不良などが生じる可能性がある負荷を低減できる。
　図７に、部品７１に、射出成形によって構造部材３０で締結した構造を説明する。図７において、図２と同じ構成は同じ符号を付し、その説明は省略する。図７において、図２と異なる点は、空洞部３４と締結部３２を有する点である。
　図７に示すように、部品７１には部分的に空洞部３４を設けておき、この部品７１の空洞部３４の内側から外側へ射出成型プロセスで熱可塑性樹脂を充填することによって、締結部３２を形成する。
　このように締結部３２の形成により、固体絶縁部材２１と構造部材３０を締結することができる。また、図示していないが、構造部材３０と固体絶縁部材２１との接合面に、予めグリースなどの封止材を設置しておき、接合部における絶縁性確保と気中絶縁空間３３のガス流出を防ぐことができる。
　本実施例の製造方法及び構造により、固体絶縁部材２１と構造部材３０の接合・締結プロセスの容易化により、接着やネジ止め工程が不要で、その部品も不要となるのでコスト低減を図ることができるとともに、液体状態で締結部を形成するので固体同士の接触がなく接合面における固体絶縁部材２１および構造部材３０の割れや磨耗変形を防ぐことができる。
　なお、本実施例では、実施例１の金属シールド１３を固体絶縁部材２１の中に内包した構造についての例を示したが、実施例２、３における締結についても本製造方法と本構造を用いることができる。
　また、以上で示した接着剤の主成分は高分子化合物とし、合成高分子化合物は、メラミン樹脂、ユリア樹脂、フェノール樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂などの合成樹脂やクロロプレンゴム、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、シリコーンゴムなどの合成ゴムの成分を含むものとする。
　また、グリースの主成分は鉱物油または合成油とし、合成油は合成炭化水素油、エステル油、シリコーン油、フッ素油、フェニルエーテル油、ポリグリコール油の成分を含むものとする。
　以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
　１：真空インタラプタ、２、２Ａ：ベローズ、３ａ：固定電極、３ｂ：固定導体、５ａ：可動電極、５ｂ：可動導体、６：アークシールド、７：セラミック絶縁筒、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ：電気接続部、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ：ブッシング導体、１３、１３Ａ、１３Ｂ：金属シールド、２０：気中絶縁操作ロッド、２１：固体絶縁部材、２１Ａ：固体絶縁部材２１の凹部、２４：アダプタ、２５：ハウジング、２６：軸受、２７：可とう性導体、３０：構造部材、３０Ａ：構造部材３０の凸部、３１：セルフタップネジ、３２：締結部、３３：気中絶縁空間、３４：空洞部、７０：開閉器

Claims (9)

  1. 鉄道車両用開閉器であって、
    固定電極と該固定電極に対して接触または解離する可動電極とを備える真空インタラプタと、
    前記固定電極に接続された固定導体と、
    前記固定導体と電気的に接続されている第１のブッシング導体と、
    前記可動電極に接続された可動導体と、
    前記可動導体と電気的に接続されている第２のブッシング導体と、
    前記可動導体と同軸に配置された気中絶縁操作ロッドと、
    前記真空インタラプタと前記第１及び第２のブッシング導体を覆う熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材と、
    前記気中絶縁操作ロッドの周辺部の気中絶縁空間を形成する前記固体絶縁部材の部分に接合された熱可塑性樹脂製の構造部材を有し、
    前記熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材と前記熱可塑性樹脂製の構造部材によって形成される空間で前記気中絶縁空間の一部を形成することを特徴とする鉄道車両用開閉器。
  2. 請求項１に記載の鉄道車両用開閉器であって、
    前記固体絶縁部材の中に内包した金属シールドを有し、
    前記金属シールドを前記固体絶縁部材から部分的に露出した状態で形成し、該露出した金属シールドと接触させた状態で前記熱可塑性樹脂製の構造部材を接合したことを特徴とする鉄道車両用開閉器。
  3. 請求項１記載の鉄道車両用開閉器であって、
    前記固体絶縁部材の中に内包した第１の金属シールドを有し、前記第１の金属シールドを前記固体絶縁部材から部分的に露出した状態で形成し、
    前記熱可塑性樹脂製の構造部材の中に内包した第２の金属シールドを有し、前記第２の金属シールドを前記構造部材から部分的に露出した状態で形成し、
    前記第１の金属シールドの部分的に露出した部分と前記第２の金属シールドの部分的に露出した部分とを接触させて前記固体絶縁部材と前記構造部材を接合したことを特徴とする鉄道車両用開閉器。
  4. 請求項１に記載の鉄道車両用開閉器であって、
    前記固体絶縁部材と前記構造部材の接合面に封止材を用いることを特徴とする鉄道車両用開閉器。
  5. 請求項３に記載の鉄道車両用開閉器であって、
    金属シールド同士の接合面に導電性材料を用いることを特徴とする鉄道車両用開閉器。
  6. 請求項１に記載の鉄道車両用開閉器であって、
    前記固体絶縁部材と前記構造部材を樹脂製ネジで締結することを特徴とする鉄道車両用開閉器。
  7. 請求項１に記載の鉄道車両用開閉器であって、
    前記固体絶縁部材と前記構造部材を接着剤で締結することを特徴とする鉄道車両用開閉器。
  8. 鉄道車両用開閉器の製造方法であって、
    固定電極と該固定電極に対して接触または解離する可動電極を備える真空インタラプタと、前記固定電極が電気的に接続されている第１のブッシング導体と、前記可動電極が電気的に接続されている第２のブッシング導体とが、熱硬化性樹脂製の固体絶縁部材で覆われた一体化成形した部品を形成するステップと、
    前記部品を射出成形機の金型に設置した状態で、射出成形プロセスで溶融した熱可塑性樹脂を金型内に充填して構造部材を形成するステップを有し、
    前記固体絶縁部材と前記構造部材の締結部を形成して、前記固体絶縁部材と前記構造部材を締結することを特徴とする鉄道車両用開閉器の製造方法。
  9. 請求項８に記載の鉄道車両用開閉器の製造方法であって、
    前記部品を前記射出成形機の金型に設置する際に、前記真空インタラプタの部分を前記金型の外に設置することを特徴とする鉄道車両用開閉器の製造方法。
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