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技術 製造時に真空遮断器の副組立体を支持する装置及び方法

出願人 イートンコーポレーション
発明者 ステファンデービッドメイヨスティーブンセオドルビットリオスコットレイラニングマイケルローレンスハーシュ
出願日 2000年5月30日 (20年5ヶ月経過) 出願番号 2000-160433
公開日 2001年1月12日 (19年10ヶ月経過) 公開番号 2001-006503
状態 特許登録済
技術分野 スイッチの製造 消弧付高圧スイッチで吹付け手段のないもの
主要キーワード 幾何学的中心点 緊締リング 方向バネ 切削ステップ 副組立体 各電極組 支持組立体 接点端
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この項目の情報は公開日時点(2001年1月12日)のものです。
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図面 (7)

課題

真空遮断器副組立体部品組立て時に支持する装置及び方法を提供する。

解決手段

副組立体の電極32、72に切削した周溝34、74と、その溝に挿入する第1の部分38、78を有する螺旋保持リング36、76とを使用する。螺旋状保持リングの第2の部分40、80は保持リング上に積み重ねる部品に対し安定した構造的支持を与える。これらの部品は一緒クランプされ、個々の真空遮断器部品の間の接合部がろう付けされる。

概要

背景

真空遮断器は通常、中電圧または高電圧交流電流遮断に使用される。真空遮断器は、対向する接点面を有し同軸方向整列した一対の別個接点組立体を取囲むほぼ円筒形真空容器を有する。接点面は、回路が閉じた状態で互いに当接し、開離すると回路が開く。各電極組立体は、真空容器の外側を延びて交流回路に接続する電流搬送端子に接続されている。米国特許第5,777,287号及び5,793,008号は、従来型真空遮断器に関するものである。

副組立体を支持する従来の構成は、(1)真空遮断器の固定電極及びその端板と、(2)真空遮断器の可動電極及びその電極により支持されるベローズ及びベローズ遮蔽部材のような関連部品とを支持する。この従来の構成では、構造的支持を与える段部または部を電極本体に切削して、さらにろう付けのような製造工程のために部品を安定した状態で積み重ねることのできる場所を提供させる必要がある。

棚部を形成するために材料を切削除去すると、断面積の小さい電極が形成される。断面積がこのように小さくすると、作動時における電極の電流密度が増加し、電流密度が増加すると、電極を流れる電流により発生する熱が増加するため好ましくない。しかしながら、電極の電流密度を減少させると、電極が発生する熱も同様に減少する。電極の断面積を増加させるかまたは電極から除去する材料の量を減少させると、電極の作動温度限界を超えることなく電極を連続して流れる電流の量を増加させることが可能となる。さらに、電流密度は電極の断面積の自乗関数であるため、電極から切削除去する材料の量を減少させると、電極の電流搬送能力を自乗の変数、すなわち電極の断面積の関数として減少させることができる。

電極に棚部または段部を形成するためには、自動式または手動旋盤上で電極からかなりの量の材料を切削除去し、廃棄する必要がある。さらに、真空遮断器の電極副組立体を製造する従来方法では、電極により支持される、ベローズ及びベローズ遮蔽部材のような部品を支持しその配置関係を維持するために電極に機械的に係合する緊締リングを用意しなければならない。この緊締リングは特に、電極副組立体及びその関連部品をその後、ろう付けする工程に特に使用される。

固定及び可動電極副組立体を構成する上述の方法にかかわらず、従来型真空遮断器の製造工程に付随する問題を最小限に抑えるための組立て装置及び組立て方法に対する現実のそして実質的なニーズが存在する。

概要

真空遮断器の副組立体部品を組立て時に支持する装置及び方法を提供する。

副組立体の電極32、72に切削した周溝34、74と、その溝に挿入する第1の部分38、78を有する螺旋保持リング36、76とを使用する。螺旋状保持リングの第2の部分40、80は保持リング上に積み重ねる部品に対し安定した構造的支持を与える。これらの部品は一緒クランプされ、個々の真空遮断器部品の間の接合部がろう付けされる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

真空遮断器接点組立体であって、所定深さの周溝を形成した細長電極と、前記周溝内に位置する第1の部分及び前記電極の外面から或る距離延びる第2の部分を有する支持手段と、前記支持手段上に支持される少なくとも1つの真空遮断器部品と、前記電極と円周方向に係合し、前記少なくとも1つの真空遮断器部品を前記支持手段にクランプするためのクランプ手段と、前記クランプ手段及び前記少なくとも1つの真空遮断器部品を封止するように配設されて真空封止部を形成するろう付け部とより成る真空遮断器接点組立体。

請求項2

前記少なくとも1つの真空遮断器部品は、前記支持手段上に支持されたベローズ及びベローズ遮蔽部材を含む請求項1の真空遮断器接点組立体。

請求項3

前記周溝は、前記電極の周面のほぼ全体にわたって延びる請求項1の真空遮断器接点組立体。

請求項4

前記支持手段は、横断面がほぼ矩形螺旋保持リングを含む請求項1の真空遮断器接点組立体。

請求項5

前記クランプ手段は、前記電極の周りを延びる突出領域及び解放領域を含む請求項1の真空遮断器接点組立体。

請求項6

前記支持手段は、前記電極の周りを2回転するように延びる請求項1の真空遮断器接点組立体。

請求項7

真空遮断器副組立体を安定化しろう付けする組立体であって、周溝を形成した細長い電極と、前記周溝内に位置する第1の部分及び前記電極の周面から延びる第2の部分を有する支持手段と、前記支持手段の前記第2の部分により支持される端板と、前記支持手段及び前記端板上に封止するように配設されたろう付け部とより成る組立体。

請求項8

前記周溝は、前記電極の周面のほぼ全体にわたって延びる請求項7の組立体。

請求項9

前記支持手段は、横断面がほぼ矩形の螺旋状保持リングを含む請求項7の組立体。

請求項10

前記支持手段は、前記電極の周りを2回転するように延びる請求項7の組立体。

請求項11

真空遮断器接点副組立体を安定化しろう付けする方法であって、電極に所定深さの周溝を切削し、第1及び第2の部分を有する支持手段を用意し、前記支持手段の第1の部分を前記周溝内に挿入し、前記真空遮断器の少なくとも1つの部品を前記第2の部分上に積み重ねて前記少なくとも1つの部品を支持し、前記第2の部分に対して前記少なくとも1つの部品をクランプ手段によりクランプし、前記クランプ手段及び前記少なくとも1つの部品をろう付けして前記副組立体内に真空封止部を形成するステップより成る方法。

請求項12

前記クランプステップは、ベローズ遮蔽部材を前記第2の部分上のベローズに対してクランプすることより成る請求項11の方法。

請求項13

真空遮断器副組立体においてろう付けするために真空遮断器の細長い電極とその関連部品とを安定化する方法であって、前記電極に周溝を切削し、第1及び第2の部分を有する支持手段を用意し、前記第1の部分を前記周溝内に配置し、端板を前記第2の部分に対して積み重ね、前記支持手段を前記電極及び前記端板にろう付けするステップより成る方法。

技術分野

0001

本発明は、一般的に、製造工程中において副組立体部品組立て時に該部品を支持する装置及びその関連方法に関し、さらに詳細には、真空遮断器の副組立体の部分を該部分の組立て時に支持する装置及び関連方法に関する。

背景技術

0002

真空遮断器は通常、中電圧または高電圧交流電流遮断に使用される。真空遮断器は、対向する接点面を有し同軸方向整列した一対の別個接点組立体を取囲むほぼ円筒形真空容器を有する。接点面は、回路が閉じた状態で互いに当接し、開離すると回路が開く。各電極組立体は、真空容器の外側を延びて交流回路に接続する電流搬送端子に接続されている。米国特許第5,777,287号及び5,793,008号は、従来型真空遮断器に関するものである。

0003

副組立体を支持する従来の構成は、(1)真空遮断器の固定電極及びその端板と、(2)真空遮断器の可動電極及びその電極により支持されるベローズ及びベローズ遮蔽部材のような関連部品とを支持する。この従来の構成では、構造的支持を与える段部または部を電極本体に切削して、さらにろう付けのような製造工程のために部品を安定した状態で積み重ねることのできる場所を提供させる必要がある。

0004

棚部を形成するために材料を切削除去すると、断面積の小さい電極が形成される。断面積がこのように小さくすると、作動時における電極の電流密度が増加し、電流密度が増加すると、電極を流れる電流により発生する熱が増加するため好ましくない。しかしながら、電極の電流密度を減少させると、電極が発生する熱も同様に減少する。電極の断面積を増加させるかまたは電極から除去する材料の量を減少させると、電極の作動温度限界を超えることなく電極を連続して流れる電流の量を増加させることが可能となる。さらに、電流密度は電極の断面積の自乗関数であるため、電極から切削除去する材料の量を減少させると、電極の電流搬送能力を自乗の変数、すなわち電極の断面積の関数として減少させることができる。

0005

電極に棚部または段部を形成するためには、自動式または手動旋盤上で電極からかなりの量の材料を切削除去し、廃棄する必要がある。さらに、真空遮断器の電極副組立体を製造する従来方法では、電極により支持される、ベローズ及びベローズ遮蔽部材のような部品を支持しその配置関係を維持するために電極に機械的に係合する緊締リングを用意しなければならない。この緊締リングは特に、電極副組立体及びその関連部品をその後、ろう付けする工程に特に使用される。

0006

固定及び可動電極副組立体を構成する上述の方法にかかわらず、従来型真空遮断器の製造工程に付随する問題を最小限に抑えるための組立て装置及び組立て方法に対する現実のそして実質的なニーズが存在する。

発明の概要

0007

本発明の組立て装置及び方法は、真空遮断器に関して従来常用されよく知られた業界の方法を著しく改良したものである。

0008

本発明の特徴点の1つとして、本発明は真空遮断器の可動接点副組立体に用いる組立体を提供する。この真空遮断器の可動部分は、電極と、電極に隣接支持される少なくとも1つの部品とより成る。

0009

支持組立体は、第1及び第2の部分を有する螺旋保持リングのような支持手段より成る。螺旋状保持リングの第1の部分は、可動接点副組立体の電極に形成した溝内に配置させる。螺旋状保持リングの第2の部分は、電極の外面から突出して支持用の棚部を提供する。真空遮断器の部品をその支持用棚部上の定位置に積み重ねることができる。部品保持リングのような手段を用いて、この部品保持リングと、螺旋状保持リングにより形成される支持用棚部との間に積み重ねた部品をクランプすることができる。最後に、組立体をろう付けして、溝、保持リング及び支持された部品の間の接触点封止部を形成する。

0010

本発明の別の特徴点として、真空遮断器の固定接点副組立体部分に用いる組立体が提供される。固定接点副組立体は、端板に形成したオリフィスを貫通する電極より成る。この固定接点副組立体に使用されるように意図された組立体は、第1及び第2の部分を有する螺旋状保持リングのような手段より成る。螺旋状保持手段の第1の部分は、電極に形成した溝内に位置する。螺旋状保持リングの第2の部分は、電極の外面から或る距離延びて支持用棚部を形成する。この支持用棚部は、電極の該周面に配設した端板を安定的に重力に抗して支持する。この組立体をろう付けし、その後の真空遮断器製造工程において真空封止部が得られるようにする。

0011

本発明の方法実施例によると、真空遮断器の副組立体部分を組立てる方法が提供される。この方法は、手動または自動式旋盤のような旋盤を用いるなどして電極に溝を切削することによりスタートする。電極を取付け具に固定し安定化して、螺旋状保持リングのような手段を電極に形成した溝内に挿入する。この実施例における螺旋状保持リングは、溝内において半径方向内側に選択された深さ延びる係合部分と、電極の外面を超えて突出することにより支持用棚部を形成する支持部分とを有する。真空遮断器の可動接点副組立体を製造するために、上述した支持部分により提供される支持用棚部の上に種々の部品を積み重ねることができる。

0012

本発明の方法はまた、支持用棚部上に部品を積み重ねて固定またはクランプする、部品保持リングのような手段を用意するステップを含む。この方法はさらに、部品保持リングを積み重ねた部品にろう付けすることにより、真空遮断器内の最終組立体内の副組立体に真空封止を行う。ろう付けステップはまた電極と保持リングとの間の電気的接触関係を確立する。

0013

比較的小さな溝を電極に切削するため、旋盤上の処理加工時間が1つの部品につき数分削減される。このため、一定の時間その機械上で製造できる部品の量が増加し、全体の製造効率が改善する。部品保持リングを用いて積み重ねた部品をクランプするため、真空遮断器の組立てが容易になり、従来緊締リングの使用により必要とされた機械的な係合を行う必要性が回避される。この螺旋状保持リングを溝内に配置し、部品保持リングを螺旋状保持リング上に積み重ねた部品上に押圧する。このため、部品を電極上に支持させた全体の組立体は実質的に剛性的となり、ろう付けまたはそれ以外の製造工程に対して待機状態となる。本発明の装置及び組立て方法は、真空遮断器副組立体を完成させるサイクル時間について見ると従来技術に対する実質的な改良である。

0014

本発明はまた、電極から切削する材料の量を減少させるため電極の断面積が増加するという利点を提供する。このため、電極を連続して流れる電流の量が増加するが、電極の動作温度限界は超えない。本発明は、電極の電流密度を電極の断面積の増加の関数として減少させる。

0015

本発明の目的は、製造時細長い電極から切削する材料の量を減少する、真空遮断器副組立体に用いる組立体を提供することにある。

0016

本発明の別の目的は、真空遮断器の固定及び可動接点副組立体の両部分の製造に必要なサイクル時間を実質的に減少する組立体を提供することにある。

0017

本発明の別の目的は、真空遮断器の副組立体部分のろう付け工程の前の不要な製造ステップ及びその後の製造作業を不要にすることにある。

0018

本発明の別の目的は、真空遮断器の組立てに要する作業員の技量を減少することである。

0019

本発明の上記並びに他の目的は、添付図面を参照して行う以下の説明から明らかになるであろう。

0020

図1を参照して、該図は真空遮断器の可動接点副組立体1の従来型構成を示す。この可動接点副組立体1は細長い電極2より成り、該電極の接点端部3に近い特定領域の周面の実質的な部分は深さ4だけ切削されている。このため、ベローズ8及びベローズ遮蔽部材10のような部品を積み重ねた状態で支持する棚部6が提供される。その後の製造工程において、緊締リング12を部品8及び10上に配置してこれらの部品8及び10を緊締リング12と支持用棚部6の間に固定し拘束する。普通の千枚通しまたはパンチにより緊締リング12を打ち抜き加工して、緊締リング12を電極2に留める凹部(図示せず)を形成するようにしてもよい。緊締リング12は、標準棒材から作成してもよい。その後、緊締リング12をろう付け材料14により普通の態様で、緊締リング12、接点端部3及びベローズ遮蔽部材10の間でろう付けする。

0021

本発明の図2及び3を参照すると、真空遮断器の可動接点副組立体31の電極32には、好ましくは該電極のほぼ周面全体にわたり溝34が切削されている。この溝34は、幅43が少なくとも約0.055乃至0.065インチ、深さ45が少なくとも約0.035乃至約0.045インチであるのが好ましい。

0022

図2及び3を再び参照して、螺旋状保持リング36のような手段が溝34内に配設されている。この螺旋状保持リング36は、溝34内を延びる第1の部分38と、電極32の外面42から或る距離41だけ突出する第2の部分40とを有する。第1の部分38は、溝34を実質的に埋めるのが好ましい。螺旋状保持リング36には、ギャップ37がその円周の一部に位置するようにする。螺旋状保持リング36は好ましくは従来型の半径方向バネを用いるが、このバネはその幾何学的中心点を中心として膨張及び収縮が可能であり、1回転以上、好ましくは少なくとも2回転、電極32の周りに延びることができる。螺旋状保持リング36は、その後の製造工程において真空封止部を形成するためろう付けされる部品に対して適当な支持を与えるのに好適な保持リングであれば任意のものでよい。ベローズ44及びベローズ遮蔽部材46を含む部品は、螺旋状保持リング36の第2の部分40の上に積み重ねる。

0023

図2乃至4を参照して、部品保持リング48は、積み重ねた部品と実質的に密着した状態で電極32と円周方向に係合する。これら積み重ねた部品には、ベローズ44及びベローズ遮蔽部材46が含まれる。部品保持リング48は、部品保持リング48と螺旋状保持リング36の第2の部分40の間において積み重ねた部品を固定しクランプするような構造になっている。部品保持リング48は、使用する際、電極32の周面全体にわたって実質的に連続して延びる必要はないが、その後のろう付け作業により積み重ねクランプした部品に真空封止部を形成できるように該部品に十分な力を印加しなければならない。図4に詳細に示すように、この部品保持リング48には突出領域20と解放領域22とが交互に形成されている。この部品保持リング48は、上述した螺旋状保持リング36とほぼ同じ構成にしてもよい。部品保持リング48の内径dは電極32の外径Dよりも小さいため、該リングを電極32の周りに配置してベローズ44及びベローズ遮蔽部材46のような部品を固定しクランプする際、特に突出領域20のところで電極32と「かみ合う」。

0024

再び図2を参照して、ろう付け材料49は積み重ねた部品、電極及び保持リングの間の選択した領域に適用する。これにより、その後の製造工程において真空遮断器内に副組立体31と収納するための真空封止が得られる。ろう付け材料49は、ろう付けのための加熱作業において溶融し副組立体及びその部品に接着する従来の中実型ろう付け材料として提供することができる。電極32は従来と同様、銅または銅合金で形成されている。ベローズ44及びベローズ遮蔽部材46はステンレス鋼で作るのが好ましい。ベローズ44は好ましくは薄い金属製の従来型ベローズとして提供するのが好ましい。保持リング36は、好ましくはほぼ矩形断面を有する。保持リング36は、ステンレス鋼、炭素鋼及びバネ鋼より成る群から選択した材料で構成する。

0025

図5を参照して、該図は真空遮断器の固定接点副組立体51の従来の構成を示す。この例では、電極52は54で示す深さに材料が切削除去されている。この切削工程により形成される棚部56は、電極52が端板58と安定しまたほぼ密着した状態でその上に休止する際その電極に対して支持を与える。この電極52は、該電極52が端板58に押し付けられるとその重量により印加される力により、実質的に定位置に保持される。その後、ろう付け材料60を適用して、電極52と端板58の間の接合点を封止する。

0026

本発明を示す図6を参照して、本発明の組立体は真空遮断器の固定接点副組立体71である。この固定接点副組立体71は、ほぼ周面全体を延びる溝74を切削した電極71より成る。この溝74には螺旋状保持リング76を配設するが、このリングの第1の部分78は電極72の溝74内を延び、第2の部分80は電極72の外面82から突出する。螺旋状保持リング76の第2の部分80は、端板84と協働して重力に抗して安定かつ密着した構造支持を与える。第2の部分80は、電極72の外面82から85で示す距離だけ延びる。この溝74は、電極72に86で示す深さと、87で示す幅を有するように切削する。深さ86は好ましくは約0.035乃至0.045インチである。溝74の幅87は好ましくは約0.055乃至約0.065インチである。ろう付け材料88は、保持リング76、端板84及び電極72の間の接合部をろう付けするために用いる。螺旋状保持リング76は好ましくはほぼ矩形の断面を有し、電極72の周りを好ましくは少なくとも2回転延びる。

0027

本発明の方法実施例では、真空遮断器副組立体の組立方法が提供される。この方法は、電極に周溝を切削することによりスタートする。切削ステップは手動による旋盤または自動式旋盤もしくはCNC旋盤により実施する。電極は、組立時、取付け具により安定化する。螺旋状保持リングのような第1及び第2の部分を有する支持手段を、その第1の部分を周溝内着脱自在に係合させて、挿入する。支持手段の第2の部分は電極の外面からさらに突出するため、積み重ねる部品のための支持用棚部を提供する。本発明の方法のさらに別のステップでは、部品を螺旋状保持リングのような手段により支持用棚部上に剛性的に固定しクランプする。その後、螺旋状保持リング及び他の部品をろう付けして、真空遮断器内に真空封止部を形成すると共に螺旋状保持リングと電極の間を電気的に接触させる。

0028

本発明の特定の実施例を例示の目的で図示説明したが、当業者にとっては頭書の特許請求の範囲に定義した本発明の範囲から逸脱することなく種々の変形例及び設計変更を想到できるであろうことが明らかである。

図面の簡単な説明

0029

図1図1は、真空遮断器の可動接点副組立体の構成を示す縦方向断面図である。
図2図2は、真空遮断器の可動接点副組立体の使用態様を示す本発明の構成の縦方向断面図である。
図3図3は、本発明に用いる保持リングの平面図である。
図4図4は、本発明の一実施例に用いる部品保持リングの平面図である。
図5図5は、真空遮断器の固定接点副組立体の構造を示す縦方向断面図である。
図6図6は、真空遮断器の固定接点副組立体の本発明による組立工程を示す縦方向断面図である。

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