接地開閉器付断路器
【課題】３位置断路器の開閉部に簡易な構成を採用し、装置の信頼性向上及び装置全体の小型化を達成する。
【解決手段】密閉容器内に、略直交するように設けられた２つの中空導体と、これら中空導体を摺動する２つの可動接触子と、これら可動接触子と対向する２つの固定接触子と、２つの可動接触子が連結する２つの湾曲リンクと、これら湾曲リンクが連結され駆動軸を中心に回動する２穴レバーとでガス絶縁開閉装置を構成する。駆動軸は２つの中空導体の軸線がなす角度の２等分線上に配置する。可動接触子と２穴レバーそれぞれが断路器側湾曲リンクと連結する２つの連結点と、可動接触子と２穴レバーそれぞれが接地開閉器側湾曲リンクと連結する２つの連結点とが、上記２等分線に関して線対称となるときに、前記断路器及び前記接地開閉器がともに開状態となるように構成する。
【解決手段】密閉容器内に、略直交するように設けられた２つの中空導体と、これら中空導体を摺動する２つの可動接触子と、これら可動接触子と対向する２つの固定接触子と、２つの可動接触子が連結する２つの湾曲リンクと、これら湾曲リンクが連結され駆動軸を中心に回動する２穴レバーとでガス絶縁開閉装置を構成する。駆動軸は２つの中空導体の軸線がなす角度の２等分線上に配置する。可動接触子と２穴レバーそれぞれが断路器側湾曲リンクと連結する２つの連結点と、可動接触子と２穴レバーそれぞれが接地開閉器側湾曲リンクと連結する２つの連結点とが、上記２等分線に関して線対称となるときに、前記断路器及び前記接地開閉器がともに開状態となるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３位置開閉部を有する断路器・接地開閉器（以下、３ポジション開閉器という。）に関し、特に、簡易な構成で装置全体の小型化が可能な３ポジション開閉器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁開閉装置（以下、ＧＩＳという。）は、遮断器や断路器や接地開閉器等の機器を有して構成される。ＧＩＳには、密閉容器内に接地開閉器と断路器を一体に構成した３ポジション開閉器が多く使用される。
【０００３】
従来一般的に用いられている３ポジション開閉器の概要を図１（Ａ）乃至（Ｃ）に示す。この３ポジション開閉器は、容器１０１と、三相の主回路導体１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと、断路器側固定接触子１１０ａと、断路器側可動接触子１０７ａと、直線リンク１０６ａ、１０６ｂと、駆動軸１０４と、一穴レバー１０５と、接地開閉器側可動接触子１０７ｂと、接地開閉器側固定接触子１１０ｂと、主回路導体１０３とで概略構成されている。この３ポジション開閉器は、断路器側導体１０３ａと接地側導体１０３ｂの中心線が成す角度（以下、開き角度という。）が鈍角となっており、ＧＩＳ全体が大型化するという問題があった。
【０００４】
そこで、図２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、断路器側導体２０３ａと接地側導体２０３ｂの開き角度が略直角を成すように構成することでタンク長を短くすることが考えられる。しかし、この構成では、断路器側可動接触子２０７ａおよび接地開閉器側可動接触子２０７ｂの初動時に、断路器側可動接触子２０７ａと断路器側導体２０３ａの円筒摺動面、および接地開閉器側可動接触子２０７ｂと接地側導体２０３ｂの円筒摺動面の摩擦力が非常に大きくなる。このため、駆動出力の大きな操作器が必要となり、ＧＩＳ全体が大きくなるという問題があった。また、可動接触子と円筒摺動面の摩擦により異物が生じやすくなるという問題があった。
【０００５】
断路器側導体と接地側導体の開き角度が略直角を成す構成として、例えば、特許文献１に示すような３ポジション開閉器が挙げられる。特許文献１には、中心導体の間に設けられた略Ｖ字形のカム溝を有するカムと、このカム溝をローラーによって移動する断路器側の可動接触子と接地開閉器側の可動接触子を有する３ポジション開閉器が開示されている。
【０００６】
この構成では、断路器側導体と接地側導体の開き角度が略直角を成す構成とすることでタンク長を短くすることが可能である。しかし、ローラーがカム溝を摺動することで摺動粉が発生するという問題があった。また、構成が複雑で製作に手間がかかるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭５４−２９７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、断路部と接地開閉部の可動接触子を連動して直線移動させるために簡易な機構を採用しつつ、可動接触子と中空導体間の摺動摩擦力を極力抑えることで異物の発生を防ぎ、操作器も含めてＧＩＳ全体を小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるガス絶縁開閉装置は、密閉容器内に、略直交するように設けられた断路器側及び接地開閉器側の２つの中空導体と、これらの中空導体内をそれぞれ摺動する２つの可動接触子と、これらの可動接触子に対向する２つの固定接触子と、これらの可動接触子がそれぞれ連結する２つの湾曲リンクと、これらの湾曲リンクが連結され駆動軸を中心に回動する２穴レバーとで構成する。２つの可動接触子は２穴レバーの回動に応じて互いに略直角方向に直線移動するように配置し、２穴レバーの駆動軸は２つの中空導体の軸線がなす角度の２等分線上に位置するように配置する。断路器側の可動接触子と２穴レバーそれぞれが断路器側湾曲リンクと連結する２つの連結点と、接地開閉器側の可動接触子と２穴レバーそれぞれが接地開閉器側湾曲リンクと連結する２つの連結点とが、上記２等分線に関して線対称となるときに、断路器及び接地開閉器がともに開状態であって、２穴レバーがこの開状態から断路器側に所定の角度振れたときに断路器が閉路状態となり、２穴レバーが上記開状態から接地開閉器側に所定の角度振れたときに接地開閉器が閉路状態となるように構成する。
【００１０】
好ましくは、前記２つの中空導体の前記２つの可動接触子が摺動する面に、摺動摩擦力を低減するための部材を配置したことを特徴とする。
【００１１】
ここで、本発明における可動接触子と２穴レバーを連結する「湾曲リンク」とは、弓なりに曲がった形状のリンクのみならず、直角リンク等、所定の角度を有する形状のリンクも広く含むものである。また、本発明における「２穴レバー」とは、駆動軸を中心に円弧運動し、駆動軸と反対側の端部２箇所に可動接触子を直線移動させるための湾曲リンクを２つ連結できるものであればよく、その外形状については特に限定されない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の３ポジション開閉器は、略直交する中空導体内で可動接触子を摺動させるときに、２穴レバーにより湾曲リンクを介して可動接触子を直線移動させる構成をとる。この構成により、１穴レバーを用いた場合の、特に初動時に顕著に生じる摩擦力を低減することが可能となる。また、摩擦力の低減により操作器の小型化が可能となり、ひいては装置全体を小型化することが可能となる。
【００１３】
また、２穴レバーに直接湾曲リンクを連結することでリンク機構部を構成するため、特許文献１に示すような複雑な構成を採ることなく、簡易な構成とすることが可能となる。このように簡易な構成をとることで、製作時の負担を軽減することが可能となる。また、リンク機構部からの摺動粉等の異物の発生を低減することが可能となり、装置の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
さらに、中空導体の内周面に摺動摩擦を低減するための部材を取付けることで、可動接触子が移動するときに生じる摺動摩擦を更に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は従来の３ポジション開閉器の構成および動作を示す断面図である。
【図２】図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は従来の３ポジション開閉器の断路器側導体と接地側導体間の開き角度を略直角とした構成を示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）は図２（Ａ）の開閉部の拡大図であり、図３（Ｂ）は接地開閉器が閉状態から動作を開始した直後の駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図４】図４（Ａ）は図２（Ｂ）の開閉部の拡大図であり、図４（Ｂ）は接地開閉器が開状態および断路器が開状態であるときの駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図５】図５（Ａ）は図２（Ｃ）の開閉部の拡大図であり、図５（Ｂ）は接地開閉器が開状態であって断路器が閉状態となる直前における駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図６】図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本発明に係る３ポジション開閉器の構成および動作を示す断面図である。
【図７】図７（Ａ）は図６（Ａ）の開閉部の拡大図であり、図７（Ｂ）は接地開閉器が閉状態から動作を開始した直後の駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図８】図８（Ａ）は図６（Ｂ）の開閉部の拡大図であり、図８（Ｂ）は接地開閉器が開状態および断路器が開状態であるときの駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図９】図９（Ａ）は図６（Ｃ）の開閉部の拡大図であり、図９（Ｂ）は接地開閉器が開状態であって断路器が閉状態となる直前における駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、摺動摩擦係数を１．２とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した断路器側の負荷トルク曲線である。図１０（Ｂ）は、摺動摩擦係数を１．２とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した接地開閉器側の負荷トルク曲線である。図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示す負荷トルク曲線を加算したものである。
【図１１】図１１（Ａ）は、摺動摩擦係数を１．０とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した断路器側の負荷トルク曲線である。図１１（Ｂ）は、摺動摩擦係数を１．０とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した接地開閉器側の負荷トルク曲線である。図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す負荷トルク曲線を加算したものである。
【図１２】図１２（Ａ）は、摺動摩擦係数を０．５とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した断路器側の負荷トルク曲線である。図１２（Ｂ）は、摺動摩擦係数を０．５とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した接地開閉器側の負荷トルク曲線である。図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示す負荷トルク曲線を加算したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。なお、下記実施例は、本発明に係る３ポジション開閉器の一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜変更して実施することが可能である。
【実施例１】
【００１７】
図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本発明の１実施例を示す図である。図６（Ａ）は断路部が開路状態で接地部が閉路状態である。この状態を、以下、接地状態という。図６（Ｂ）は断路部および接地部がともに開路状態である。この状態を以下、断路状態という。図６（Ｃ）は断路部が閉路状態で接地部が開路状態である。この状態を以下、閉路状態という。
【００１８】
密閉容器１内に三相の主回路導体２ａ、２ｂ、２ｃがガス絶縁されて配置されている。主回路導体２ａは固定接触子１０ａに電気的に接続されている。主回路導体２ｂ、２ｃも図示しない固定接触子にそれぞれ電気的に接続されている。密閉容器１の主回路導体２ａと反対側の端部には主回路導体３が絶縁スペーサー１３により支持されている。密閉容器１の紙面上側には、接地開閉器の固定接触子１０ｂがフランジ蓋１４にねじ止め等で固定される。
【００１９】
図７（Ａ）に図６（Ａ）の開閉部の拡大図を示す。断路開閉部９ａ側の固定接触子１０ａは、可動接触子７ａと対向するように配置されている。可動接触子７ａは中空状の断路器側導体３ａにより摺動可能に保持されている。断路器側導体３ａは集電子８ａを通じて電流を可動接触子７ａに通電する。
【００２０】
接地開閉部７ｂ側の固定接触子１０ｂは主回路導体３を接地するためのもので、可動接触子７ｂと対向するように三相配置されている。接地側導体３ｂは中空状であり可動接触子７ｂを摺動可能に保持する。また、接地側導体３ｂは集電子８ｂを通じて電流を可動接触子７ｂに通電する。断路器側導体３ａと接地側導体３ｂの中心線が成す角度はほぼ９０度に形成される。
【００２１】
次に、本発明の特徴である２穴レバーの構成について説明する。図７乃至図９に示す通り、２穴レバー５は、駆動軸４により一端を固定されている。２穴レバーは各相に一つずつ設けられており、一つの駆動軸４にそれぞれが機械的に一体になるように固定されている。駆動軸４が回転すると各相の２穴レバーも駆動軸４と連動して円弧運動する。この駆動軸４は断路器側導体３ａと接地側導体３ｂそれぞれの軸線がなす角度の２等分線上に位置している。
【００２２】
２穴レバー５は、回転ピン１１ｄ、１１ｅにより湾曲リンク６ａ、６ｂの一端とそれぞれ連結している。湾曲リンク６ａ、６ｂの他端はそれぞれ可動接触子７ａ、７ｂと回転ピン１１ａ、１１ｂで連結されている。これらの湾曲リンクに用いられる材質は、可動接触子が中空導体の内周面を摺動するときに生じる摩擦力に十分耐え得る強度を有するものであれば特に限定されない。
【００２３】
図８（Ａ）は、断路器側導体３ａと接地側導体３ｂそれぞれの中心線が成す角度の２等分線に関して、接地開閉部９ｂ側の回転ピン１１ｂ、１１ｅと断路開閉部９ａ側の回転ピン１１ａ、１１ｄが対称となる状態を示している。
【００２４】
この状態において、接地開閉部９ｂ側の湾曲リンク６ｂは、回転ピン１１ｅ側端部が可動子７ｂの軸線上から駆動軸４と離れるように、回転ピン１１ｅ側端部からリンク全長の約３分の１のところで紙面左側に湾曲する。同様に、断路開閉部９ａ側の湾曲リンク６ａは、回転ピン１１ｄ側端部が可動子７ａの軸線上から駆動軸４と離れるように、回転ピン１１ｄ側端部からリンク全長の約３分の１のところで紙面下側に湾曲する。
【００２５】
なお、図８（Ａ）では、湾曲リンク６ａ、６ｂと可動接触子７ａ、７ｂを連結する回転ピン１１ａ及び１１ｂの位置は、それぞれ断路器側導体３ａ及び接地側導体３ｂの駆動軸４側端部の近傍になっているが、回転ピン１１ａ及び１１ｂの断路器側導体３ａ及び接地側導体３ｂに対する位置は、湾曲リンク６ａ、６ｂの湾曲部が可動接触子７ａ、７ｂの断路器側導体３ａと接地側導体３ｂの内面における摺動を妨げるものでなければ特に限定されない。
【００２６】
本実施例の湾曲リンク６ｂは、図７（Ａ）に示す接地状態において、その一端に位置する回転ピン１１ｅが、可動接触子７ｂの軸線に対し、駆動軸４と反対側に位置するような湾曲部を有する。一方、湾曲リンク６ａは、図９（Ａ）に示す閉路状態において、その一端に位置する回転ピン１１ｄが、可動接触子７ａの軸線に対し、駆動軸４と反対側に位置するような湾曲部を有する。
【００２７】
ところで、２穴レバー５の回転に伴い、可動接触子７ａ、７ｂと２穴レバー５を結ぶリンクはその可動接触子との連結点を中心に円弧運動をする。このため該リンクとして直線リンクを用いた場合には、直線リンクと中空導体の間に円弧運動を可能とするスペースを設けなければならない。直線リンクを用いた従来例に於いて、図１（Ａ）に示す接地状態では、接地側導体１０３ｂの内周面紙面左側に溝を掘る必要があり、図１（Ｃ）の閉路状態では、断路器側導体１０３ａの内周面紙面下側に溝を掘る必要がある。本実施例に於いても、仮に直線リンクを用いた場合には、同様の溝を中空導体の内周面（直線リンクと中空導体の摺動面）に設けなければならない。
【００２８】
しかし、本実施例では湾曲リンク６ａ、６ｂを用いることで、リンクの円弧運動の中空導体に対する影響を抑えることが可能となり、断路器側導体３ａ及び接地側導体３ｂ端部の摺動面に溝を掘ることなく可動接触子７ａ、７ｂを導体内で直線移動させることが可能となる。このように、中空導体の摺動面に溝を掘らずにすむことで、以下に説明する摺動摩擦低減部材１２を中空導体の内周面に取付け易くなり、摺動摩擦を更に低減することが可能となる。
【００２９】
本実施例では、摺動摩擦低減材１２が所定の間隔で断路器側導体３ａの円筒内周面および接地側導体３ｂの円筒内周面のそれぞれ２箇所に周方向に取付けられている。可動接触子７ａ、７ｂが摺動摩擦低減材１２と摺動することで摺動摩擦の負荷トルクを大幅に低減することが可能となる。この摺動摩擦低減材１２は、リング状に途切れなく配置されてもよく、所定の間隔をおいて点状に配置されてもよい。なお、配置する摺動摩擦抵減材１２の個数および配置の間隔は、本実施例に示すものに限られず適宜調整すればよい。後に詳述するが、摺動摩擦低減材を２箇所に配置する場合には、この２箇所の間隔を出来る限り大きく確保することによって摺動面の摩擦を低減することができる。なお、摺動摩擦低減材１２としては、耐摩耗性に優れた、充填材入り４フッ化エチレン樹脂等が挙げられる。
【００３０】
以下、本実施例の動作とそれに伴う電気的な流れについて図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に基づいて説明する。図６（Ａ）に示す接地状態では、固定接触子１０ｂは常時接地され大地と同電位になっている。可動接触子７ｂが固定接触子１０ｂに接触すると、集電子８ｂを介して主回路導体３から可動接触子７ｂを経て固定接触子１０ｂに通電する。一方、可動接触子７ａは断路器側導体３ａの円筒内に位置しており、断路器の開閉部９ａは電気的に切り離された状態になっている。
【００３１】
図６（Ｂ）は図６（Ａ）の状態から駆動軸４を可動回転角度の二分の一だけ反時計廻りに回転させたときの断路状態を示す。この状態では、それぞれの開閉部はガス絶縁され所定の絶縁強度を有する。この状態は、次の開閉動作を行う前に両開閉部を電気的に中立にして安全を確保するためのものである。
【００３２】
図６（Ｂ）の状態から駆動軸４を可動回転角度の残りの二分の一を反時計廻りに回転させたときの閉路状態を図６（Ｃ）に示す。接地開閉部９ｂは図６（Ｂ）の位置から電気的に完全に開路状態のままで、断路器の開閉部９ａが完全に閉路状態となっている。
【００３３】
以下、本実施例の２穴レバーを用いた場合に生じる負荷トルクが、図２に示す１穴レバーを用いた場合に生じる負荷トルクと比べていかに低減されるかについて、図面を参照して説明する。
【００３４】
まず、図２に示す３ポジション開閉器の駆動に伴い生じる負荷力を、図３乃至図５にベクトルを用いて示す。図３（Ｂ）は図３（Ａ）の接地状態から初動トルクを駆動軸２０４に反時計廻りに与えたときのベクトル図である。
【００３５】
ここで、断路開閉部２０９ａ側に於ける分力および反力について検討する。図３（Ｂ）において、初期駆動トルクを与えると１穴レバー２０５の回転ピン２１１ｃの位置に駆動力Ｆ０が発生する。次に駆動力Ｆ０の分力Ｆ１１が発生し、さらに、Ｆ１１Ｃｏｓθ２で示される分力Ｆ１２とＦ１１Ｓｉｎθ２で示される分力Ｆ１３が発生する。
【００３６】
分力Ｆ１２は可動接触子２０７ａの可動子軸方向の有効な推進力となるため大きい方が好ましい。しかし問題となるのは可動接触子２０７ａの軸直角方向に生じる分力Ｆ１３である。分力Ｆ１３によって可動接触子２０７ａは反力Ｆ１４と反力Ｆ１５を摺動面から受けることになる。
【００３７】
一方、接地開閉部２０９ｂ側においては、可動接触子２０７ｂは、断路開閉部２０９ａと正反対の挙動をするので、駆動力Ｆ０から分力Ｆ２１が発生し、次に、Ｆ２１Ｃｏｓθで示される分力Ｆ２２とＦ２１Ｓｉｎθで示される分力Ｆ２３とが発生する。分力Ｆ２２は可動接触子２０７ｂの可動軸方向の有効な推進力となるため大きい方が好ましい。しかし問題となるは、前述同様、可動接触子２０７ｂの軸直角方向の分力Ｆ２３である。分力Ｆ２３によって可動接触子２０７ｂは反力Ｆ２４、反力Ｆ２５を摺動面から受けることになる。
【００３８】
次に、図４（Ａ）（Ｂ）で示す断路状態について説明する。この状態でのθ１とθ２を図３（Ｂ）に示すθ１とθ２と比較すると図４（Ｂ）に示す角度のほうが小さくなっている。この角度θ１とθ２が小さくなることは摺動摩擦力が小さくなることを意味する。摺動摩擦力はθ１とθ２の関数になっているためである。
【００３９】
次に、図５（Ａ）（Ｂ）で示す閉路状態について説明する。この状態での図５（Ｂ）に示すθ１とθ２を図３（Ｂ）に示すθ１とθ２と比較すると図５（Ｂ）のθ１が図３（Ｂ）のθ２と、図５（Ｂ）のθ２が図３（Ｂ）のθ１と同じ角度になっている。これは、本リンク機構が断路器側導体２０３ａ及び接地側導体２０３ｂの成す角度の二等分線に関して線対称の構成であることによるものである。よって、可動接触子が摺動面から受ける反力は図３（Ｂ）に示すものと同等になる。
【００４０】
摺動摩擦力は可動接触子２０７ａ、２０７ｂが受ける反力Ｆ１４、Ｆ１５、Ｆ２４、Ｆ２５と断路器側導体２０３ａおよび接地側導体２０３ｂの円筒内面の接触摩擦係数との積になる。図３乃至図５に示すθ１、θ２は１穴レバー２０５の回転位置によって変化するので、反力Ｆ１４、Ｆ１５、Ｆ２４、Ｆ２５も１穴レバー２０５の回転位置に対応して変化する。上記の検討からθの値は可動接触子の初動時および動作完了時が最も大きいので摺動摩擦力も可動接触子の初動時と動作完了時が最も大きくなる。
【００４１】
以下、図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に基づいて、可動接触子の動作と負荷トルクの関係について説明する。図１０は、操作器から一定の駆動Ｔａを与えたときに摺動摩擦力によって負荷トルクＴｂがどのように変化するのかを示した図である。可動接触子２０７ａ、２０７ｂと断路器側導体２０３ａの円筒摺動面および接地側導体２０３ｂの円筒摺動面との摩擦係数はそれぞれ１．２とする。
【００４２】
この負荷トルクＴｂ曲線は、３ポジション開閉器が接地状態から動作を開始したときの負荷トルクの変化を示す曲線である。図１０（Ａ）の負荷トルクＴｂは断路開閉部２０９ａ側のみの負荷トルクを示す。操作器の駆動トルクＴａを１００％としたときに初動時の負荷トルクＴｂは９３．５％となる。可動接触子２０７ａが閉路方向、すなわち、固定接触子２１０ａ方向に向かうにつれて負荷トルクＴｂは急激に減少し、図３乃至図５に示すθ２がゼロ点のときに分力Ｆ１３がゼロとなる。θ２がゼロ点を過ぎると負荷トルクＴｂが増加傾向になるが、初動時の負荷トルクに比較して遥かに小さいことが分かる。
【００４３】
図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）と同じ動作における接地開閉部２０９ｂ側のみの負荷トルクを示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）とは正反対の負荷トルク曲線になる。図１０（Ｂ）から操作器の駆動トルクＴａを１００％としたときに接地開閉部２０９ｂ側のみの動作完了直前の負荷トルクは９３．５％となる。
【００４４】
駆動軸２０４が回転すると断路開閉部２０９ａと接地開閉部２０９ｂの両負荷トルクが同時に駆動軸２０４にかかる。図１０（Ｃ）の負荷トルクＴｂは、図１０(Ａ)と図１０(Ｂ)の負荷トルクを算術的に加算してプロットしたものである。３ポジション開閉器の初動時、すなわち、可動接触子２０７ａ、２０７ｂの行程が０％の時（接地状態からの動作開始直後）には、駆動トルクＴａ１００％に対して負荷トルクＴｂが９９．７％となる。可動接触子２０７ａの行程が増加するにつれて負荷トルクは減少するが、同行程の４０％から６０％にかけて負荷トルクの減少が増加に転じ、同行程が１００％の時（閉路状態直前）には負荷トルクＴｂが９９．７％に達する。
【００４５】
以上の検討から分かるように、図２に示す３ポジション開閉器は、その初動時と動作完了時に非常に大きな負荷トルクが生じる。このため図２に示す１穴レバーを用いた３ポジション開閉器では操作力の大きな操作器を使わなければならず操作器の大型化につながるという問題があった。これに対して、本実施例の３ポジション開閉器では、上記の構成とすることで、その初動時と動作完了時に大きな負荷トルクが生じることを防ぐことが可能となる。
【００４６】
以下、図７乃至図９を参照して、本実施例の３ポジション開閉器がいかに負荷トルクを低減できるか説明する。図７（Ｂ）は図７（Ａ）の状態から初動トルクを駆動軸４に反時計廻りに与えたときのベクトル図である。図７(Ｂ)において、駆動軸４に駆動トルクが加わると回転ピン１１ｄに駆動力Ｆ０が発生し、駆動力Ｆ０の分力Ｆ１１も発生する。その後、分力Ｆ１１から可動接触子７ａの推進力となる分力Ｆ１２と可動接触子の軸に対し直角方向の分力Ｆ１３が生じる。
【００４７】
分力Ｆ１３が可動接触子７ａと断路器側導体３ａの円筒内面との間に摺動摩擦力を発生させる要因となる。つまり、分力Ｆ１３の発生により摺動摩擦低減材１２が装着された支持点に分力Ｆ１４と分力Ｆ１５で示す反力が発生する。摩擦力はそれぞれの分力Ｆ１４と分力Ｆ１５に摩擦係数を掛けた値となる。
【００４８】
分力Ｆ１３はＦ１１Ｓｉｎθ２で表される。したがって、摺動摩擦力はθ２に大きく左右される。このため、本実施例ではθ２を小さくすることができる構造を採用した。すなわち、２穴レバ−５に２つの回転ピン１１ｄおよび１１ｅを設け、湾曲リンク６ａ、６ｂを介して可動接触子７ａ、７ｂを連結した。図３（Ｂ）と図７（Ｂ）を比較すれば明らかなように、２穴レバーを用いることで、１穴レバーを用いる場合に比べθ２を小さくすることが可能となった。
【００４９】
なお、摺動摩擦力は、分力Ｆ１３の作用点と反力分担の分力Ｆ１４またはＦ１５の支持点との間隔距離にも左右される。この間隔距離は図７に示す初動時において最大値となり、その後時々刻々変化する。すなわち、摺動摩擦力は時々刻々変化するθ２と間隔距離の変数をもつ関数となる。
【００５０】
図８（Ｂ）は図７（Ｂ）の状態から駆動軸４の可動回転角度の二分の一だけ反時計廻りに回転させたときの状態を示す。図８（Ｂ）に示すθ２は図７(Ｂ)に示すθ２と比較すると絶対値で大きくなっている。しかし分力Ｆ１３の作用点と反力分担の分力Ｆ１４との間隔距離が図７（Ｂ）に示すものより小さくなっている。これにより反力分担の分力Ｆ１４と分力Ｆ１５を相対的に小さくすることができる。このように、θ２が大きくなることを、分力Ｆ１３の作用点と反力分担の分力Ｆ１４との間隔距離を小さくすることで、断路状態で生じる摺動摩擦力を図７（Ｂ）の初動時に生じる摺動摩擦力より小さくすることが可能となる。
【００５１】
図９（Ｂ）は図８（Ｂ）の状態から駆動軸４を可動回転角度の残りの二分の一を反時計廻りに回転させたときの状態を示す。これによれば、θ２は図７（Ｂ）に示すものと同程度の値であり、分力Ｆ１３の作用点と反力分担の分力Ｆ１５との間隔距離が図８（Ｂ）に示す分力Ｆ１３の作用点と分力Ｆ１４との間隔距離より小さくなる。これにより、摺動摩擦力を図８（Ｂ）の開路状態の場合より小さくすることが可能となる。
【００５２】
以上、摺動摩擦力に関して図７乃至図９に示す３つの状態に分けて説明した。次に、これらの状態を負荷トルクの観点から説明する。図１０乃至図１２は、初動時から動作完了時までの摺動摩擦力を連続的に計算して駆動軸４に換算した負荷トルクＴｃを示したものである。図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す負荷トルクＴｃ曲線は摺動摩擦係数を１．２としたときのものである。図中、本実施例の負荷トルク曲線を実線で示す。
【００５３】
図１０（Ａ）は断路器のみの負荷トルク曲線を示したものである。一定の駆動トルクＴａ（１００％）を与えたとき、本発明の断路器の初動時における負荷トルクＴｃは、駆動トルクＴａに対して２４．７％になる。一方、図３（Ａ）に示す１穴レバ−２０５を用いた場合の初動時における負荷トルクＴｂは、駆動トルクＴａに対して９３．５％である。従って、本実施例の構成を採ることで、前述の１穴レバ−の構成と比較して負荷トルクＴｃが７割程度低減できることが分かる。これにより操作器の駆動出力を低減するができ、操作器の小型化が可能となる。
【００５４】
図１０（Ｂ）は接地開閉器のみの負荷トルク曲線を示したものである。一定の駆動トルクＴａ（１００％）を与えたとき、本実施例の接地開閉器の初動時における負荷トルクＴｃは、駆動トルクＴａに対して８．６％になる。なお、接地開閉器と断路器の構成は対称的であるため、接地開閉器の負荷トルクＴｃ曲線は断路器の負荷トルクＴｃ曲線と正反対の特性を示す。
【００５５】
図１０（Ｃ）に、断路器と接地開閉器のそれぞれの負荷トルクＴｃを算術的に加算した負荷トルクＴｃ曲線を示す。初動時には断路器と接地開閉器のそれぞれの負荷トルクＴｃが同時に発生するので、そのときの初動時の負荷トルクＴｃは一定の駆動トルクＴａ（１００％）に対して３３．３％になる。つまり、1穴レバ−の操作器の初動時における負荷トルクＴｂと比較しておおよそ６６．４％（=９９．７-３３．３）まで低減できたことが分かる。
【００５６】
また、図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す負荷トルク曲線は摺動摩擦係数を１．０としたときのものである。本実施例の負荷トルクＴｃ曲線を実線で示す。図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の場合と初動時の負荷トルクについて比較すると、摺動摩擦係数の低下に応じて負荷トルクの値も小さくなっている。
【００５７】
さらに、図１２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す負荷トルク曲線は摺動摩擦係数を０．５としたものである。本実施例の負荷トルクＴｃ曲線を実線で示す。図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）および図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の場合と初動時の負荷トルクについて比較すると、摺動摩擦係数の低下に応じて負荷トルクの値はさらに小さくなっている。
【００５８】
図１０乃至１２から分かるように、摺動摩擦低減材１２の摩擦係数によって負荷トルクが変化するので材料の選択が重要である。また、経年により摺動摩擦低減部材に磨耗が生じた際に部品の交換を容易にするため、摺動摩擦低減材１２を取り外しができる構造とするのが好ましい。
【００５９】
以上より、本実施例では、断路部と接地開閉部の可動接触子を連動させるために簡易な機構を採用しつつ、可動接触子の初動時の負荷トルクを低減することが可能となる。これにより、操作力の小さな操作器を用いることが可能となり、ＧＩＳ全体を小型化することが可能となる。また、断路用の可動接触子と接地開閉器用の可動接触子を互いに略９０度に配置することが可能となるため、ＧＩＳのタンク長を短くすることが可能となり、ＧＩＳ全体の小型化が可能となる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 密閉容器
３ａ 断路器側導体
３ｂ 接地側導体
４ 駆動軸
５ ２穴レバー
６ａ、ｂ 湾曲リンク
７ａ、ｂ 可動接触子
１１ａ、ｂ、ｄ、ｅ 回転ピン
１２ 摺動摩擦低減材
【技術分野】
【０００１】
本発明は３位置開閉部を有する断路器・接地開閉器（以下、３ポジション開閉器という。）に関し、特に、簡易な構成で装置全体の小型化が可能な３ポジション開閉器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁開閉装置（以下、ＧＩＳという。）は、遮断器や断路器や接地開閉器等の機器を有して構成される。ＧＩＳには、密閉容器内に接地開閉器と断路器を一体に構成した３ポジション開閉器が多く使用される。
【０００３】
従来一般的に用いられている３ポジション開閉器の概要を図１（Ａ）乃至（Ｃ）に示す。この３ポジション開閉器は、容器１０１と、三相の主回路導体１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃと、断路器側固定接触子１１０ａと、断路器側可動接触子１０７ａと、直線リンク１０６ａ、１０６ｂと、駆動軸１０４と、一穴レバー１０５と、接地開閉器側可動接触子１０７ｂと、接地開閉器側固定接触子１１０ｂと、主回路導体１０３とで概略構成されている。この３ポジション開閉器は、断路器側導体１０３ａと接地側導体１０３ｂの中心線が成す角度（以下、開き角度という。）が鈍角となっており、ＧＩＳ全体が大型化するという問題があった。
【０００４】
そこで、図２（Ａ）乃至（Ｃ）に示すように、断路器側導体２０３ａと接地側導体２０３ｂの開き角度が略直角を成すように構成することでタンク長を短くすることが考えられる。しかし、この構成では、断路器側可動接触子２０７ａおよび接地開閉器側可動接触子２０７ｂの初動時に、断路器側可動接触子２０７ａと断路器側導体２０３ａの円筒摺動面、および接地開閉器側可動接触子２０７ｂと接地側導体２０３ｂの円筒摺動面の摩擦力が非常に大きくなる。このため、駆動出力の大きな操作器が必要となり、ＧＩＳ全体が大きくなるという問題があった。また、可動接触子と円筒摺動面の摩擦により異物が生じやすくなるという問題があった。
【０００５】
断路器側導体と接地側導体の開き角度が略直角を成す構成として、例えば、特許文献１に示すような３ポジション開閉器が挙げられる。特許文献１には、中心導体の間に設けられた略Ｖ字形のカム溝を有するカムと、このカム溝をローラーによって移動する断路器側の可動接触子と接地開閉器側の可動接触子を有する３ポジション開閉器が開示されている。
【０００６】
この構成では、断路器側導体と接地側導体の開き角度が略直角を成す構成とすることでタンク長を短くすることが可能である。しかし、ローラーがカム溝を摺動することで摺動粉が発生するという問題があった。また、構成が複雑で製作に手間がかかるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭５４−２９７０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、断路部と接地開閉部の可動接触子を連動して直線移動させるために簡易な機構を採用しつつ、可動接触子と中空導体間の摺動摩擦力を極力抑えることで異物の発生を防ぎ、操作器も含めてＧＩＳ全体を小型化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるガス絶縁開閉装置は、密閉容器内に、略直交するように設けられた断路器側及び接地開閉器側の２つの中空導体と、これらの中空導体内をそれぞれ摺動する２つの可動接触子と、これらの可動接触子に対向する２つの固定接触子と、これらの可動接触子がそれぞれ連結する２つの湾曲リンクと、これらの湾曲リンクが連結され駆動軸を中心に回動する２穴レバーとで構成する。２つの可動接触子は２穴レバーの回動に応じて互いに略直角方向に直線移動するように配置し、２穴レバーの駆動軸は２つの中空導体の軸線がなす角度の２等分線上に位置するように配置する。断路器側の可動接触子と２穴レバーそれぞれが断路器側湾曲リンクと連結する２つの連結点と、接地開閉器側の可動接触子と２穴レバーそれぞれが接地開閉器側湾曲リンクと連結する２つの連結点とが、上記２等分線に関して線対称となるときに、断路器及び接地開閉器がともに開状態であって、２穴レバーがこの開状態から断路器側に所定の角度振れたときに断路器が閉路状態となり、２穴レバーが上記開状態から接地開閉器側に所定の角度振れたときに接地開閉器が閉路状態となるように構成する。
【００１０】
好ましくは、前記２つの中空導体の前記２つの可動接触子が摺動する面に、摺動摩擦力を低減するための部材を配置したことを特徴とする。
【００１１】
ここで、本発明における可動接触子と２穴レバーを連結する「湾曲リンク」とは、弓なりに曲がった形状のリンクのみならず、直角リンク等、所定の角度を有する形状のリンクも広く含むものである。また、本発明における「２穴レバー」とは、駆動軸を中心に円弧運動し、駆動軸と反対側の端部２箇所に可動接触子を直線移動させるための湾曲リンクを２つ連結できるものであればよく、その外形状については特に限定されない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の３ポジション開閉器は、略直交する中空導体内で可動接触子を摺動させるときに、２穴レバーにより湾曲リンクを介して可動接触子を直線移動させる構成をとる。この構成により、１穴レバーを用いた場合の、特に初動時に顕著に生じる摩擦力を低減することが可能となる。また、摩擦力の低減により操作器の小型化が可能となり、ひいては装置全体を小型化することが可能となる。
【００１３】
また、２穴レバーに直接湾曲リンクを連結することでリンク機構部を構成するため、特許文献１に示すような複雑な構成を採ることなく、簡易な構成とすることが可能となる。このように簡易な構成をとることで、製作時の負担を軽減することが可能となる。また、リンク機構部からの摺動粉等の異物の発生を低減することが可能となり、装置の信頼性を向上させることができる。
【００１４】
さらに、中空導体の内周面に摺動摩擦を低減するための部材を取付けることで、可動接触子が移動するときに生じる摺動摩擦を更に低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は従来の３ポジション開閉器の構成および動作を示す断面図である。
【図２】図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は従来の３ポジション開閉器の断路器側導体と接地側導体間の開き角度を略直角とした構成を示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）は図２（Ａ）の開閉部の拡大図であり、図３（Ｂ）は接地開閉器が閉状態から動作を開始した直後の駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図４】図４（Ａ）は図２（Ｂ）の開閉部の拡大図であり、図４（Ｂ）は接地開閉器が開状態および断路器が開状態であるときの駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図５】図５（Ａ）は図２（Ｃ）の開閉部の拡大図であり、図５（Ｂ）は接地開閉器が開状態であって断路器が閉状態となる直前における駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図６】図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本発明に係る３ポジション開閉器の構成および動作を示す断面図である。
【図７】図７（Ａ）は図６（Ａ）の開閉部の拡大図であり、図７（Ｂ）は接地開閉器が閉状態から動作を開始した直後の駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図８】図８（Ａ）は図６（Ｂ）の開閉部の拡大図であり、図８（Ｂ）は接地開閉器が開状態および断路器が開状態であるときの駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図９】図９（Ａ）は図６（Ｃ）の開閉部の拡大図であり、図９（Ｂ）は接地開閉器が開状態であって断路器が閉状態となる直前における駆動力と負荷力を示すベクトル図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、摺動摩擦係数を１．２とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した断路器側の負荷トルク曲線である。図１０（Ｂ）は、摺動摩擦係数を１．２とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した接地開閉器側の負荷トルク曲線である。図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示す負荷トルク曲線を加算したものである。
【図１１】図１１（Ａ）は、摺動摩擦係数を１．０とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した断路器側の負荷トルク曲線である。図１１（Ｂ）は、摺動摩擦係数を１．０とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した接地開閉器側の負荷トルク曲線である。図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す負荷トルク曲線を加算したものである。
【図１２】図１２（Ａ）は、摺動摩擦係数を０．５とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した断路器側の負荷トルク曲線である。図１２（Ｂ）は、摺動摩擦係数を０．５とした場合の、可動接触子行程と駆動トルクと負荷トルクとの関係を示した接地開閉器側の負荷トルク曲線である。図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示す負荷トルク曲線を加算したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。なお、下記実施例は、本発明に係る３ポジション開閉器の一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜変更して実施することが可能である。
【実施例１】
【００１７】
図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本発明の１実施例を示す図である。図６（Ａ）は断路部が開路状態で接地部が閉路状態である。この状態を、以下、接地状態という。図６（Ｂ）は断路部および接地部がともに開路状態である。この状態を以下、断路状態という。図６（Ｃ）は断路部が閉路状態で接地部が開路状態である。この状態を以下、閉路状態という。
【００１８】
密閉容器１内に三相の主回路導体２ａ、２ｂ、２ｃがガス絶縁されて配置されている。主回路導体２ａは固定接触子１０ａに電気的に接続されている。主回路導体２ｂ、２ｃも図示しない固定接触子にそれぞれ電気的に接続されている。密閉容器１の主回路導体２ａと反対側の端部には主回路導体３が絶縁スペーサー１３により支持されている。密閉容器１の紙面上側には、接地開閉器の固定接触子１０ｂがフランジ蓋１４にねじ止め等で固定される。
【００１９】
図７（Ａ）に図６（Ａ）の開閉部の拡大図を示す。断路開閉部９ａ側の固定接触子１０ａは、可動接触子７ａと対向するように配置されている。可動接触子７ａは中空状の断路器側導体３ａにより摺動可能に保持されている。断路器側導体３ａは集電子８ａを通じて電流を可動接触子７ａに通電する。
【００２０】
接地開閉部７ｂ側の固定接触子１０ｂは主回路導体３を接地するためのもので、可動接触子７ｂと対向するように三相配置されている。接地側導体３ｂは中空状であり可動接触子７ｂを摺動可能に保持する。また、接地側導体３ｂは集電子８ｂを通じて電流を可動接触子７ｂに通電する。断路器側導体３ａと接地側導体３ｂの中心線が成す角度はほぼ９０度に形成される。
【００２１】
次に、本発明の特徴である２穴レバーの構成について説明する。図７乃至図９に示す通り、２穴レバー５は、駆動軸４により一端を固定されている。２穴レバーは各相に一つずつ設けられており、一つの駆動軸４にそれぞれが機械的に一体になるように固定されている。駆動軸４が回転すると各相の２穴レバーも駆動軸４と連動して円弧運動する。この駆動軸４は断路器側導体３ａと接地側導体３ｂそれぞれの軸線がなす角度の２等分線上に位置している。
【００２２】
２穴レバー５は、回転ピン１１ｄ、１１ｅにより湾曲リンク６ａ、６ｂの一端とそれぞれ連結している。湾曲リンク６ａ、６ｂの他端はそれぞれ可動接触子７ａ、７ｂと回転ピン１１ａ、１１ｂで連結されている。これらの湾曲リンクに用いられる材質は、可動接触子が中空導体の内周面を摺動するときに生じる摩擦力に十分耐え得る強度を有するものであれば特に限定されない。
【００２３】
図８（Ａ）は、断路器側導体３ａと接地側導体３ｂそれぞれの中心線が成す角度の２等分線に関して、接地開閉部９ｂ側の回転ピン１１ｂ、１１ｅと断路開閉部９ａ側の回転ピン１１ａ、１１ｄが対称となる状態を示している。
【００２４】
この状態において、接地開閉部９ｂ側の湾曲リンク６ｂは、回転ピン１１ｅ側端部が可動子７ｂの軸線上から駆動軸４と離れるように、回転ピン１１ｅ側端部からリンク全長の約３分の１のところで紙面左側に湾曲する。同様に、断路開閉部９ａ側の湾曲リンク６ａは、回転ピン１１ｄ側端部が可動子７ａの軸線上から駆動軸４と離れるように、回転ピン１１ｄ側端部からリンク全長の約３分の１のところで紙面下側に湾曲する。
【００２５】
なお、図８（Ａ）では、湾曲リンク６ａ、６ｂと可動接触子７ａ、７ｂを連結する回転ピン１１ａ及び１１ｂの位置は、それぞれ断路器側導体３ａ及び接地側導体３ｂの駆動軸４側端部の近傍になっているが、回転ピン１１ａ及び１１ｂの断路器側導体３ａ及び接地側導体３ｂに対する位置は、湾曲リンク６ａ、６ｂの湾曲部が可動接触子７ａ、７ｂの断路器側導体３ａと接地側導体３ｂの内面における摺動を妨げるものでなければ特に限定されない。
【００２６】
本実施例の湾曲リンク６ｂは、図７（Ａ）に示す接地状態において、その一端に位置する回転ピン１１ｅが、可動接触子７ｂの軸線に対し、駆動軸４と反対側に位置するような湾曲部を有する。一方、湾曲リンク６ａは、図９（Ａ）に示す閉路状態において、その一端に位置する回転ピン１１ｄが、可動接触子７ａの軸線に対し、駆動軸４と反対側に位置するような湾曲部を有する。
【００２７】
ところで、２穴レバー５の回転に伴い、可動接触子７ａ、７ｂと２穴レバー５を結ぶリンクはその可動接触子との連結点を中心に円弧運動をする。このため該リンクとして直線リンクを用いた場合には、直線リンクと中空導体の間に円弧運動を可能とするスペースを設けなければならない。直線リンクを用いた従来例に於いて、図１（Ａ）に示す接地状態では、接地側導体１０３ｂの内周面紙面左側に溝を掘る必要があり、図１（Ｃ）の閉路状態では、断路器側導体１０３ａの内周面紙面下側に溝を掘る必要がある。本実施例に於いても、仮に直線リンクを用いた場合には、同様の溝を中空導体の内周面（直線リンクと中空導体の摺動面）に設けなければならない。
【００２８】
しかし、本実施例では湾曲リンク６ａ、６ｂを用いることで、リンクの円弧運動の中空導体に対する影響を抑えることが可能となり、断路器側導体３ａ及び接地側導体３ｂ端部の摺動面に溝を掘ることなく可動接触子７ａ、７ｂを導体内で直線移動させることが可能となる。このように、中空導体の摺動面に溝を掘らずにすむことで、以下に説明する摺動摩擦低減部材１２を中空導体の内周面に取付け易くなり、摺動摩擦を更に低減することが可能となる。
【００２９】
本実施例では、摺動摩擦低減材１２が所定の間隔で断路器側導体３ａの円筒内周面および接地側導体３ｂの円筒内周面のそれぞれ２箇所に周方向に取付けられている。可動接触子７ａ、７ｂが摺動摩擦低減材１２と摺動することで摺動摩擦の負荷トルクを大幅に低減することが可能となる。この摺動摩擦低減材１２は、リング状に途切れなく配置されてもよく、所定の間隔をおいて点状に配置されてもよい。なお、配置する摺動摩擦抵減材１２の個数および配置の間隔は、本実施例に示すものに限られず適宜調整すればよい。後に詳述するが、摺動摩擦低減材を２箇所に配置する場合には、この２箇所の間隔を出来る限り大きく確保することによって摺動面の摩擦を低減することができる。なお、摺動摩擦低減材１２としては、耐摩耗性に優れた、充填材入り４フッ化エチレン樹脂等が挙げられる。
【００３０】
以下、本実施例の動作とそれに伴う電気的な流れについて図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に基づいて説明する。図６（Ａ）に示す接地状態では、固定接触子１０ｂは常時接地され大地と同電位になっている。可動接触子７ｂが固定接触子１０ｂに接触すると、集電子８ｂを介して主回路導体３から可動接触子７ｂを経て固定接触子１０ｂに通電する。一方、可動接触子７ａは断路器側導体３ａの円筒内に位置しており、断路器の開閉部９ａは電気的に切り離された状態になっている。
【００３１】
図６（Ｂ）は図６（Ａ）の状態から駆動軸４を可動回転角度の二分の一だけ反時計廻りに回転させたときの断路状態を示す。この状態では、それぞれの開閉部はガス絶縁され所定の絶縁強度を有する。この状態は、次の開閉動作を行う前に両開閉部を電気的に中立にして安全を確保するためのものである。
【００３２】
図６（Ｂ）の状態から駆動軸４を可動回転角度の残りの二分の一を反時計廻りに回転させたときの閉路状態を図６（Ｃ）に示す。接地開閉部９ｂは図６（Ｂ）の位置から電気的に完全に開路状態のままで、断路器の開閉部９ａが完全に閉路状態となっている。
【００３３】
以下、本実施例の２穴レバーを用いた場合に生じる負荷トルクが、図２に示す１穴レバーを用いた場合に生じる負荷トルクと比べていかに低減されるかについて、図面を参照して説明する。
【００３４】
まず、図２に示す３ポジション開閉器の駆動に伴い生じる負荷力を、図３乃至図５にベクトルを用いて示す。図３（Ｂ）は図３（Ａ）の接地状態から初動トルクを駆動軸２０４に反時計廻りに与えたときのベクトル図である。
【００３５】
ここで、断路開閉部２０９ａ側に於ける分力および反力について検討する。図３（Ｂ）において、初期駆動トルクを与えると１穴レバー２０５の回転ピン２１１ｃの位置に駆動力Ｆ０が発生する。次に駆動力Ｆ０の分力Ｆ１１が発生し、さらに、Ｆ１１Ｃｏｓθ２で示される分力Ｆ１２とＦ１１Ｓｉｎθ２で示される分力Ｆ１３が発生する。
【００３６】
分力Ｆ１２は可動接触子２０７ａの可動子軸方向の有効な推進力となるため大きい方が好ましい。しかし問題となるのは可動接触子２０７ａの軸直角方向に生じる分力Ｆ１３である。分力Ｆ１３によって可動接触子２０７ａは反力Ｆ１４と反力Ｆ１５を摺動面から受けることになる。
【００３７】
一方、接地開閉部２０９ｂ側においては、可動接触子２０７ｂは、断路開閉部２０９ａと正反対の挙動をするので、駆動力Ｆ０から分力Ｆ２１が発生し、次に、Ｆ２１Ｃｏｓθで示される分力Ｆ２２とＦ２１Ｓｉｎθで示される分力Ｆ２３とが発生する。分力Ｆ２２は可動接触子２０７ｂの可動軸方向の有効な推進力となるため大きい方が好ましい。しかし問題となるは、前述同様、可動接触子２０７ｂの軸直角方向の分力Ｆ２３である。分力Ｆ２３によって可動接触子２０７ｂは反力Ｆ２４、反力Ｆ２５を摺動面から受けることになる。
【００３８】
次に、図４（Ａ）（Ｂ）で示す断路状態について説明する。この状態でのθ１とθ２を図３（Ｂ）に示すθ１とθ２と比較すると図４（Ｂ）に示す角度のほうが小さくなっている。この角度θ１とθ２が小さくなることは摺動摩擦力が小さくなることを意味する。摺動摩擦力はθ１とθ２の関数になっているためである。
【００３９】
次に、図５（Ａ）（Ｂ）で示す閉路状態について説明する。この状態での図５（Ｂ）に示すθ１とθ２を図３（Ｂ）に示すθ１とθ２と比較すると図５（Ｂ）のθ１が図３（Ｂ）のθ２と、図５（Ｂ）のθ２が図３（Ｂ）のθ１と同じ角度になっている。これは、本リンク機構が断路器側導体２０３ａ及び接地側導体２０３ｂの成す角度の二等分線に関して線対称の構成であることによるものである。よって、可動接触子が摺動面から受ける反力は図３（Ｂ）に示すものと同等になる。
【００４０】
摺動摩擦力は可動接触子２０７ａ、２０７ｂが受ける反力Ｆ１４、Ｆ１５、Ｆ２４、Ｆ２５と断路器側導体２０３ａおよび接地側導体２０３ｂの円筒内面の接触摩擦係数との積になる。図３乃至図５に示すθ１、θ２は１穴レバー２０５の回転位置によって変化するので、反力Ｆ１４、Ｆ１５、Ｆ２４、Ｆ２５も１穴レバー２０５の回転位置に対応して変化する。上記の検討からθの値は可動接触子の初動時および動作完了時が最も大きいので摺動摩擦力も可動接触子の初動時と動作完了時が最も大きくなる。
【００４１】
以下、図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に基づいて、可動接触子の動作と負荷トルクの関係について説明する。図１０は、操作器から一定の駆動Ｔａを与えたときに摺動摩擦力によって負荷トルクＴｂがどのように変化するのかを示した図である。可動接触子２０７ａ、２０７ｂと断路器側導体２０３ａの円筒摺動面および接地側導体２０３ｂの円筒摺動面との摩擦係数はそれぞれ１．２とする。
【００４２】
この負荷トルクＴｂ曲線は、３ポジション開閉器が接地状態から動作を開始したときの負荷トルクの変化を示す曲線である。図１０（Ａ）の負荷トルクＴｂは断路開閉部２０９ａ側のみの負荷トルクを示す。操作器の駆動トルクＴａを１００％としたときに初動時の負荷トルクＴｂは９３．５％となる。可動接触子２０７ａが閉路方向、すなわち、固定接触子２１０ａ方向に向かうにつれて負荷トルクＴｂは急激に減少し、図３乃至図５に示すθ２がゼロ点のときに分力Ｆ１３がゼロとなる。θ２がゼロ点を過ぎると負荷トルクＴｂが増加傾向になるが、初動時の負荷トルクに比較して遥かに小さいことが分かる。
【００４３】
図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）と同じ動作における接地開閉部２０９ｂ側のみの負荷トルクを示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）とは正反対の負荷トルク曲線になる。図１０（Ｂ）から操作器の駆動トルクＴａを１００％としたときに接地開閉部２０９ｂ側のみの動作完了直前の負荷トルクは９３．５％となる。
【００４４】
駆動軸２０４が回転すると断路開閉部２０９ａと接地開閉部２０９ｂの両負荷トルクが同時に駆動軸２０４にかかる。図１０（Ｃ）の負荷トルクＴｂは、図１０(Ａ)と図１０(Ｂ)の負荷トルクを算術的に加算してプロットしたものである。３ポジション開閉器の初動時、すなわち、可動接触子２０７ａ、２０７ｂの行程が０％の時（接地状態からの動作開始直後）には、駆動トルクＴａ１００％に対して負荷トルクＴｂが９９．７％となる。可動接触子２０７ａの行程が増加するにつれて負荷トルクは減少するが、同行程の４０％から６０％にかけて負荷トルクの減少が増加に転じ、同行程が１００％の時（閉路状態直前）には負荷トルクＴｂが９９．７％に達する。
【００４５】
以上の検討から分かるように、図２に示す３ポジション開閉器は、その初動時と動作完了時に非常に大きな負荷トルクが生じる。このため図２に示す１穴レバーを用いた３ポジション開閉器では操作力の大きな操作器を使わなければならず操作器の大型化につながるという問題があった。これに対して、本実施例の３ポジション開閉器では、上記の構成とすることで、その初動時と動作完了時に大きな負荷トルクが生じることを防ぐことが可能となる。
【００４６】
以下、図７乃至図９を参照して、本実施例の３ポジション開閉器がいかに負荷トルクを低減できるか説明する。図７（Ｂ）は図７（Ａ）の状態から初動トルクを駆動軸４に反時計廻りに与えたときのベクトル図である。図７(Ｂ)において、駆動軸４に駆動トルクが加わると回転ピン１１ｄに駆動力Ｆ０が発生し、駆動力Ｆ０の分力Ｆ１１も発生する。その後、分力Ｆ１１から可動接触子７ａの推進力となる分力Ｆ１２と可動接触子の軸に対し直角方向の分力Ｆ１３が生じる。
【００４７】
分力Ｆ１３が可動接触子７ａと断路器側導体３ａの円筒内面との間に摺動摩擦力を発生させる要因となる。つまり、分力Ｆ１３の発生により摺動摩擦低減材１２が装着された支持点に分力Ｆ１４と分力Ｆ１５で示す反力が発生する。摩擦力はそれぞれの分力Ｆ１４と分力Ｆ１５に摩擦係数を掛けた値となる。
【００４８】
分力Ｆ１３はＦ１１Ｓｉｎθ２で表される。したがって、摺動摩擦力はθ２に大きく左右される。このため、本実施例ではθ２を小さくすることができる構造を採用した。すなわち、２穴レバ−５に２つの回転ピン１１ｄおよび１１ｅを設け、湾曲リンク６ａ、６ｂを介して可動接触子７ａ、７ｂを連結した。図３（Ｂ）と図７（Ｂ）を比較すれば明らかなように、２穴レバーを用いることで、１穴レバーを用いる場合に比べθ２を小さくすることが可能となった。
【００４９】
なお、摺動摩擦力は、分力Ｆ１３の作用点と反力分担の分力Ｆ１４またはＦ１５の支持点との間隔距離にも左右される。この間隔距離は図７に示す初動時において最大値となり、その後時々刻々変化する。すなわち、摺動摩擦力は時々刻々変化するθ２と間隔距離の変数をもつ関数となる。
【００５０】
図８（Ｂ）は図７（Ｂ）の状態から駆動軸４の可動回転角度の二分の一だけ反時計廻りに回転させたときの状態を示す。図８（Ｂ）に示すθ２は図７(Ｂ)に示すθ２と比較すると絶対値で大きくなっている。しかし分力Ｆ１３の作用点と反力分担の分力Ｆ１４との間隔距離が図７（Ｂ）に示すものより小さくなっている。これにより反力分担の分力Ｆ１４と分力Ｆ１５を相対的に小さくすることができる。このように、θ２が大きくなることを、分力Ｆ１３の作用点と反力分担の分力Ｆ１４との間隔距離を小さくすることで、断路状態で生じる摺動摩擦力を図７（Ｂ）の初動時に生じる摺動摩擦力より小さくすることが可能となる。
【００５１】
図９（Ｂ）は図８（Ｂ）の状態から駆動軸４を可動回転角度の残りの二分の一を反時計廻りに回転させたときの状態を示す。これによれば、θ２は図７（Ｂ）に示すものと同程度の値であり、分力Ｆ１３の作用点と反力分担の分力Ｆ１５との間隔距離が図８（Ｂ）に示す分力Ｆ１３の作用点と分力Ｆ１４との間隔距離より小さくなる。これにより、摺動摩擦力を図８（Ｂ）の開路状態の場合より小さくすることが可能となる。
【００５２】
以上、摺動摩擦力に関して図７乃至図９に示す３つの状態に分けて説明した。次に、これらの状態を負荷トルクの観点から説明する。図１０乃至図１２は、初動時から動作完了時までの摺動摩擦力を連続的に計算して駆動軸４に換算した負荷トルクＴｃを示したものである。図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す負荷トルクＴｃ曲線は摺動摩擦係数を１．２としたときのものである。図中、本実施例の負荷トルク曲線を実線で示す。
【００５３】
図１０（Ａ）は断路器のみの負荷トルク曲線を示したものである。一定の駆動トルクＴａ（１００％）を与えたとき、本発明の断路器の初動時における負荷トルクＴｃは、駆動トルクＴａに対して２４．７％になる。一方、図３（Ａ）に示す１穴レバ−２０５を用いた場合の初動時における負荷トルクＴｂは、駆動トルクＴａに対して９３．５％である。従って、本実施例の構成を採ることで、前述の１穴レバ−の構成と比較して負荷トルクＴｃが７割程度低減できることが分かる。これにより操作器の駆動出力を低減するができ、操作器の小型化が可能となる。
【００５４】
図１０（Ｂ）は接地開閉器のみの負荷トルク曲線を示したものである。一定の駆動トルクＴａ（１００％）を与えたとき、本実施例の接地開閉器の初動時における負荷トルクＴｃは、駆動トルクＴａに対して８．６％になる。なお、接地開閉器と断路器の構成は対称的であるため、接地開閉器の負荷トルクＴｃ曲線は断路器の負荷トルクＴｃ曲線と正反対の特性を示す。
【００５５】
図１０（Ｃ）に、断路器と接地開閉器のそれぞれの負荷トルクＴｃを算術的に加算した負荷トルクＴｃ曲線を示す。初動時には断路器と接地開閉器のそれぞれの負荷トルクＴｃが同時に発生するので、そのときの初動時の負荷トルクＴｃは一定の駆動トルクＴａ（１００％）に対して３３．３％になる。つまり、1穴レバ−の操作器の初動時における負荷トルクＴｂと比較しておおよそ６６．４％（=９９．７-３３．３）まで低減できたことが分かる。
【００５６】
また、図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す負荷トルク曲線は摺動摩擦係数を１．０としたときのものである。本実施例の負荷トルクＴｃ曲線を実線で示す。図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の場合と初動時の負荷トルクについて比較すると、摺動摩擦係数の低下に応じて負荷トルクの値も小さくなっている。
【００５７】
さらに、図１２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す負荷トルク曲線は摺動摩擦係数を０．５としたものである。本実施例の負荷トルクＴｃ曲線を実線で示す。図１０（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）および図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の場合と初動時の負荷トルクについて比較すると、摺動摩擦係数の低下に応じて負荷トルクの値はさらに小さくなっている。
【００５８】
図１０乃至１２から分かるように、摺動摩擦低減材１２の摩擦係数によって負荷トルクが変化するので材料の選択が重要である。また、経年により摺動摩擦低減部材に磨耗が生じた際に部品の交換を容易にするため、摺動摩擦低減材１２を取り外しができる構造とするのが好ましい。
【００５９】
以上より、本実施例では、断路部と接地開閉部の可動接触子を連動させるために簡易な機構を採用しつつ、可動接触子の初動時の負荷トルクを低減することが可能となる。これにより、操作力の小さな操作器を用いることが可能となり、ＧＩＳ全体を小型化することが可能となる。また、断路用の可動接触子と接地開閉器用の可動接触子を互いに略９０度に配置することが可能となるため、ＧＩＳのタンク長を短くすることが可能となり、ＧＩＳ全体の小型化が可能となる。
【符号の説明】
【００６０】
１ 密閉容器
３ａ 断路器側導体
３ｂ 接地側導体
４ 駆動軸
５ ２穴レバー
６ａ、ｂ 湾曲リンク
７ａ、ｂ 可動接触子
１１ａ、ｂ、ｄ、ｅ 回転ピン
１２ 摺動摩擦低減材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に、略直交するように設けられた断路器側及び接地開閉器側の２つの中空導体と、
前記２つの中空導体内をそれぞれ摺動する２つの可動接触子と、
前記２つの可動接触子に対向する２つの固定接触子と、
前記２つの可動接触子がそれぞれ連結する２つの湾曲リンクと、
前記２つの湾曲リンクが連結され駆動軸を中心に回動する２穴レバーとで構成され、
前記２つの可動接触子が前記２穴レバーの回動に応じて互いに略直角方向に直線移動し、
前記駆動軸は前記２つの中空導体の軸線がなす角度の２等分線上に位置し、
前記断路器側の可動接触子と前記２穴レバーそれぞれが前記断路器側湾曲リンクと連結する２つの連結点と、前記接地開閉器側の可動接触子と前記２穴レバーそれぞれが前記接地開閉器側湾曲リンクと連結する２つの連結点とが、前記２等分線に関して線対称となるときに、前記断路器及び前記接地開閉器がともに開状態であって、
前記２穴レバーが前記開状態から前記断路器側に所定の角度振れたときに前記断路器が閉路状態となり、
前記２穴レバーが前記開状態から前記接地開閉器側に所定の角度振れたときに前記接地開閉器が閉路状態となることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項２】
前記２つの中空導体の前記２つの可動接触子が摺動する面に、摺動摩擦力を低減するための部材を配置したことを特徴とする、請求項１記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１】
密閉容器内に、略直交するように設けられた断路器側及び接地開閉器側の２つの中空導体と、
前記２つの中空導体内をそれぞれ摺動する２つの可動接触子と、
前記２つの可動接触子に対向する２つの固定接触子と、
前記２つの可動接触子がそれぞれ連結する２つの湾曲リンクと、
前記２つの湾曲リンクが連結され駆動軸を中心に回動する２穴レバーとで構成され、
前記２つの可動接触子が前記２穴レバーの回動に応じて互いに略直角方向に直線移動し、
前記駆動軸は前記２つの中空導体の軸線がなす角度の２等分線上に位置し、
前記断路器側の可動接触子と前記２穴レバーそれぞれが前記断路器側湾曲リンクと連結する２つの連結点と、前記接地開閉器側の可動接触子と前記２穴レバーそれぞれが前記接地開閉器側湾曲リンクと連結する２つの連結点とが、前記２等分線に関して線対称となるときに、前記断路器及び前記接地開閉器がともに開状態であって、
前記２穴レバーが前記開状態から前記断路器側に所定の角度振れたときに前記断路器が閉路状態となり、
前記２穴レバーが前記開状態から前記接地開閉器側に所定の角度振れたときに前記接地開閉器が閉路状態となることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項２】
前記２つの中空導体の前記２つの可動接触子が摺動する面に、摺動摩擦力を低減するための部材を配置したことを特徴とする、請求項１記載のガス絶縁開閉装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２２９４２（Ｐ２０１２−２２９４２Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６１１４０（Ｐ２０１０−１６１１４０）
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（５０１３８３６３５）株式会社日本ＡＥパワーシステムズ (168)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１６日（２０１０．７．１６）
【出願人】（５０１３８３６３５）株式会社日本ＡＥパワーシステムズ (168)
【Ｆターム（参考）】
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