(57)【要約】  真空回路遮断器は、閉状態と開状態との間で作動可能な真空断続器およびアクチュエータを含む。アクチュエータは、電気入力信号に応じて拡大軸に沿って拡大および収縮できる圧電駆動要素を含む。アクチュエータは、作動軸に沿って伸長可能で、かつ前記圧電駆動部に機械的に連結される機械的増幅構造体をさらに含み、前記圧電駆動要素の拡大または収縮は、前記機械的増幅構造体を前記作動軸に沿って伸長または収縮させ、前記機械的増幅構造体は、前記の閉状態と開状態との間で前記真空断続器を作動させるために前記真空断続器に連結される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉状態と開状態との間で作動可能な真空断続器およびアクチュエータを含む真空回路遮断器であって、
前記アクチュエータは、電気入力信号に応じて拡大軸に沿って拡大および収縮できる圧電駆動要素を含み、
前記アクチュエータは、作動軸に沿って伸長可能で、かつ前記圧電駆動部に機械的に連結される機械的増幅構造体をさらに含み、前記圧電駆動要素の伸長または収縮は、前記機械的増幅構造体を前記作動軸に沿って伸長または収縮させ、前記機械的増幅構造体は、前記の閉状態と開状態との間で前記真空断続器を作動させるために前記真空断続器に連結される、前記真空回路遮断器。
【請求項２】
前記拡大軸が前記作動軸に垂直である請求項１記載の真空回路遮断器。
【請求項３】
前記増幅構造体が、圧電駆動部が位置するキャビティを規定するように形作られ寸法決定されたボディを含む請求項１または２記載の真空回路遮断器。
【請求項４】
前記ボディが形状においてスリーブ様である請求項３記載の真空回路遮断器。
【請求項５】
前記ボディが、横断方向に離隔される第１および第２の側部を有し、その間に、圧電駆動部が、拡大軸が前記横断方向になるように位置し、前記圧電駆動部が、前記の両側部と係合する請求項３または４記載の真空回路遮断器。
【請求項６】
ボディが、前記キャビティの頂部を規定するボディの第１と第２の側部との間に延在する第１のフレキシブル構造体を有し、前記フレキシブル構造体は、前記アクチュエータの伸長および収縮を達成するために前記作動軸の方向にフレキシブルである請求項３〜５のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項７】
第１および第２の側部が、前記の横断方向で相互に対して移動可能であり、第１のフレキシブル構造体は、前記の横断方向での前記の側部の相対的な運動に応じて前記作動軸の方向にフレックスするように構成されている請求項６に記載の真空回路遮断器。
【請求項８】
第１のフレキシブル構造体が、前記アクチュエータの伸長を達成するために、前記キャビティから離れてフレックスするように、第１および第２の側部の離れる移動に応答性を有し、前記アクチュエータの収縮を達成するために前記キャビティの方へフレックスするために、第１および第２の側部の方向の移動に応答性である請求項７記載の真空回路遮断器。
【請求項９】
第１および第２の側部が、前記横断軸に沿った前記圧電駆動部の伸縮により移動可能である、請求項５に従属する請求項７または８の真空回路遮断器。
【請求項１０】
フレキシブル構造体が、第１および第２の硬いセグメントの少なくとも１のセットを含み、各セグメントは、各ヒンジにより前記の側部のそれぞれの１つに連結した一方の端部を有し、各セグメントのそれぞれの他方の端部は、第１および第２の側部と平行になる軸について、相互に対して第１と第２セグメントとがピボット回転することを可能にする中間セグメントにより一緒に連結される請求項６〜９のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項１１】
各ヒンジが、たわみベアリングを含む請求項１０記載の真空回路遮断器。
【請求項１２】
中間セグメントが、第１と第２セグメントの各々のそれぞれの端部が、好ましくは、たわみベアリングを含むそれぞれのヒンジにより連結する構造を含む請求項１０または１１記載の真空回路遮断器。
【請求項１３】
中間セグメントが、真空断続器の作動のために前記アクチュエータおよび真空断続器間の連結の一部分を形成する請求項１０〜１２のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項１４】
フレキシブル構造体が、前記第１および第２のセグメントの第１および第２のセットを含み、前記セットが、第１のセットが第２のセットおよびキャビティとの間に位置するように積み重ねられる請求項１０〜１３のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項１５】
各セットの各セグメントのそれぞれの他端部が、共通の中間セグメントに連結される請求項１４記載の真空回路遮断器。
【請求項１６】
第２のセットのそれぞれの第１および第２のセグメントのそれぞれの一方の端部をそれぞれの第１または第２の側部に連結するそれぞれのヒンジが、第２のセットの対応するヒンジより硬い請求項１４または１５記載の真空回路遮断器。
【請求項１７】
それぞれのヒンジが、それぞれのたわみベアリングを含み、第２のセットのたわみベアリングが、第１のセットのたわみベアリングより厚い請求項１６記載の真空回路遮断器。
【請求項１８】
ボディが前記キャビティの底部を規定するボディの第１および第２の側部との間に延在する第２のフレキシブル構造体を有する請求項３〜１７のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項１９】
第２のフレキシブル構造体が、請求項６〜１２または１４〜１７のいずれか１記載の第１のフレキシブル構造体と同じである請求項１８記載の真空回路遮断器。
【請求項２０】
圧電駆動部は、ギャップが前記圧電駆動部と第１のフレキシブル構造体との間で規定されるように前記キャビティに位置する請求項６〜１９のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項２１】
圧電駆動部が、第１のフレキシブル構造体に接近するよりはキャビティの底部に接近するように、作動軸の方向でキャビティにおいてオフセットされる請求項６〜２０のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項２２】
熱補償要素が、圧電駆動部と係合するための第１および第２の側部の各々にて供される請求項５〜２１のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項２３】
ハウジングを含み、そのハウジングの中にアクチュエータおよび真空断続器が位置し、ここに、アクチュエータは、アクチュエータと真空断続器との間のハウジングを横切って延在するフレキシブル連結部材により真空断続器に連結され、アクチュエータはフレキシブル部材に連結されて、アクチュエータの伸長および収縮が、フレキシブル部材を前記作動軸に沿って相応してフレックスする請求項１〜２２のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項２４】
フレキシブル連結部材が非弾性である請求項２３記載の真空回路遮断器。
【請求項２５】
真空断続器が、第１および第２の電気接点を含み、前記の第１の接点が、開閉状態を達成すべく前記第２の接点に対して移動可能であって、前記フレキシブル連結部材は、第１の接点に電気接続される請求項２３または２４記載の真空回路遮断器。
【請求項２６】
前記アクチュエータは、フレキシブル部材から電気的に、好ましくは熱的にも分離されている請求項２５記載の真空回路遮断器。
【請求項２７】
前記真空断続器が、第１および第２の電気接点を含み、第１の接点が、開閉状態を達成すべく前記第２の接点に対して移動可能であって、第１および第２の接点の少なくとも１つ、好ましくは、双方が、それぞれの接点アセンブリに組み入れられ、接点が閉状態にある場合に、他方の電気接点の接触面と係合する接触面を供し、それぞれの接点アセンブリが、一方の端部にてそれぞれの電気接点を担う接点キャリアをさらに含み、接点キャリアが、電導性材料から形成され、それぞれの接点に電気接続され、中空構造を含む請求項１〜２６のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項２８】
中空構造が、接点運動軸に沿って弾性的に圧縮および圧縮解除するスプリング様構造である請求項２７記載の真空回路遮断器。
【請求項２９】
中空構造が、ヘリカル状の構造である請求項２８記載の真空回路遮断器。
【請求項３０】
接点キャリアが、接点の係合に際して弾性的に圧縮し、接点の開状態中に圧縮解除する請求項２８または２９記載の真空回路遮断器。
【請求項３１】
磁気集束要素は、前記中空構造の内部に位置し、磁気集束要素は、典型的には強磁性材料のブロックを含む請求項２７〜３０のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項３２】
集束要素が、接点キャリアが比較的非圧縮の状態にある場合に、それ自体とそれぞれの電気接点との間にギャップを残すために、かつ、接点キャリアが比較的圧縮した状態、特に、第１および第２の電気接点の係合により引き起こされた比較的圧縮した状態にある場合に、それぞれの電気接点に接触するために、寸法決定および位置付けされる請求項３１記載の真空回路遮断器。
【請求項３３】
接点キャリアが、第１および第２の接点の開状態中、好ましくは、第１および第２の接点が分離される前に、比較的非圧縮の状態を採用するように構成される請求項３２記載の真空回路遮断器。
【請求項３４】
磁気シールドが、そのまたは各接点アセンブリの周囲に供される請求項２７〜３３のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項３５】
シールドが、強磁性材料から形成されたスリーブ様構造を含む請求項３４記載の真空回路遮断器。
【請求項３６】
シールドが、そのまたは各接点キャリアの外側表面に隣接するが間隔を空けて位置し、好ましくは、外側表面と平行に延在する請求項３４または３５記載の真空回路遮断器。
【請求項３７】
シールドが、一方または他方の前記電気接点に電気接続される請求項３４〜３６のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項３８】
少なくとも２つの電極が、前記圧電駆動部に組み込まれている請求項１〜３７のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項３９】
少なくとも２つの電極が、第１および第２の多端子電極を含み、好ましくは、電極端子同士が拡大軸の方向に圧電駆動部の長さに沿って離隔して配置され、ここに、好ましくは、少なくとも２つの電極は、各々が複数端子を有する第１および第２の電極を含み、第１の電極のそれぞれの端子は、第２の電極の端子と相互配置される請求項３８記載の真空回路遮断器。
【請求項４０】
少なくとも２つの電極が、前記電気入力信号を前記圧電駆動部に加えるための電源に接続されるか、または接続可能である請求項３９記載の真空回路遮断器。
【請求項４１】
少なくとも２つの電極が、圧電効果により前記圧電駆動部で生成されたエネルギーを低下させるための電気的負荷に接続されるかまたは接続可能である請求項３９または４０記載の真空回路遮断器。
【請求項４２】
同じ電極が、前記電源または電気的負荷に選択可能に接続可能である、請求項４０に従属する請求項４１記載の真空回路遮断器。
【請求項４３】
少なくとも２つの電極が、電気的入力電圧を前記電極を介して前記圧電駆動部に印加する第１のモード、および前記電極を介する圧電効果により圧電駆動部に生成されたエネルギーを低下させるための電気的負荷として作用する第２のモードで、作動可能な４象限電源に接続可能か、または接続される請求項３８〜４２のいずれか１記載の真空回路遮断器。
【請求項４４】
前記真空断続器が、第１および第２の電気接点を含み、少なくとも１つの前記電気接点が、一次的耐火材料、および非蒸発性ゲッタとして作用できる二次的耐火材料から形成される請求項１〜４３のいずれか１記載の真空断続器。
【請求項４５】
二次的耐火材料が、チタンを含む請求項４４記載の真空回路遮断器。
【請求項４６】
電気入力信号に応じて拡大軸に沿って拡大および収縮することができる圧電駆動要素；および作動軸に沿って伸長可能で、かつ前記圧電駆動部に機械的に連結される機械的増幅構造体であって、前記圧電駆動要素の伸長または収縮が前記機械的増幅構造体を前記作動軸に沿って伸縮させる、を含むアクチュエータ。
【請求項４７】
第１および第２の電気接点を含む真空断続器であって、
第１の接点が開閉状態を達成するために前記第２の接点に対して移動可能であり、第１および第２の接点の少なくとも１つ、好ましくは双方が、それぞれの接点アセンブリに組み込まれ、そのそれぞれの電気接点が、接点が閉状態にある場合に他方の電気接点の接触面と係合する接触面を供し、それぞれの接点アセンブリが、一方の端部にてそれぞれの電気接点を担う接点キャリアをさらに含み、接点キャリアが、電導性材料から形成され、それぞれの接点に電気接続され、中空構造を含む該真空断続器。
【請求項４８】
電気入力信号に応じて拡大軸に沿って拡大および収縮することができる圧電駆動要素を含むアクチュエータであって、
少なくとも２つの電極は、前記圧電駆動要素に組み込まれ、圧電効果により前記圧電駆動部で生成されたエネルギーを低下させるための電気的負荷に接続されたか、または接続可能である該アクチュエータ。
【請求項４９】
第１および第２の電気接点を含む真空断続器であって、
前記第１の接点は、開閉状態を達成するために前記第２の接点に対して移動可能であり、第１および第２の接点の少なくとも１つ、好ましくは、双方は、それぞれの接点アセンブリに組み込まれ、接点アセンブリのそれぞれの電気接点は、接点が閉状態にある場合、他方の電気接点の接触面と係合する接触面を供し、ここに、磁気シールドをそのまたは各接点アセンブリの周囲に備える該真空断続器。
【請求項５０】
第１および第２の電気接点を含む真空断続器であって、
前記電気接点の少なくとも１つは、一次的耐火材料および、非蒸発性ゲッタとして作用できる二次的耐火材料から形成される該真空断続器。
【請求項５１】
二次的耐火材料がチタンを含む請求項５０記載の真空断続器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空回路遮断器、真空回路断続器、およびそれらを作動させるためのアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
真空回路遮断器（ＶＣＢ）は、通常、真空回路断続器、および開状態と閉状態との間で断続器を作動させるためのアクチュエータを含む。従来、そのアクチュエータは、蛇腹により断続器の接点に連結した電磁気装置を含み、電磁アクチュエータおよび蛇腹は、断続器を含む真空エンクロージャー外に位置する。かかるＶＣＢは大きく、作動するのが比較的遅く、正確に制御することが比較的困難である。また、蛇腹は故障し易い。
【０００３】
改善された真空回路遮断器、特に、改善された真空断続器およびアクチュエータを供することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様は、閉状態と開状態との間で作動可能な真空断続器（vacuum interrupter）およびアクチュエータを含む真空回路遮断器（vacuum circuit breaker）を供し、前記アクチュエータは、電気入力信号に応じて拡大軸に沿って拡大および収縮することができる圧電駆動要素を含み、前記アクチュエータは、作動軸に沿って伸長可能で、かつ前記圧電駆動部に機械的に連結される機械的増幅構造体をさらに含み、前記圧電駆動要素の拡大または収縮は、前記機械的増幅構造体を前記作動軸に沿って伸長または収縮させ、前記機械的増幅構造体は、前記の閉状態と開状態との間で前記真空断続器を作動させるために前記真空断続器に連結される。
【０００５】
本発明の第２の態様は、電気入力信号に応じて拡大軸に沿って拡大および収縮することができる圧電駆動要素；および作動軸に沿って伸長可能で、かつ前記圧電駆動部に機械的に連結される機械的増幅構造体であって、前記圧電駆動要素の拡大または収縮が前記機械的増幅構造体を前記作動軸に沿って伸縮させる、を含むアクチュエータを供する。
【０００６】
本発明の第３の態様は、第１および第２の電気接点を含む真空断続器を供し、第１の接点は開閉状態を達成するために前記第２の接点に対して移動可能であり、第１および第２の接点の少なくとも１つ、好ましくは双方は、それぞれの電気接点が、接点が閉状態にある場合に、他方の電気接点の接触面と係合する接触面を供し、それぞれの接点アセンブリは、一方の端部にてそれぞれの電気接点を担う接点キャリアをさらに含み、接点キャリアは、電導性材料から形成され、それぞれの接点に電気接続され、中空構造を含む。
【０００７】
本発明の第４の態様は、電気入力信号に応じて拡大軸に沿って拡大および収縮することができる圧電駆動要素を含むアクチュエータを供し、少なくとも２つの電極は、前記圧電駆動要素に組み込まれ、圧電効果により前記圧電駆動部で生成されたエネルギーを低下させるための電気的負荷に接続されるか、または接続可能である。
【０００８】
本発明の第５の態様は、第１および第２の電気接点を含む真空断続器を供し、ここに、前記第１の接点は、開閉状態を達成するために前記第２の接点に対して移動可能であり、第１および第２の接点の少なくとも１つ、好ましくは、双方は、それぞれの接点アセンブリに組み込まれ、接点アセンブリのそれぞれの電気接点は、接点が閉状態にある場合、他方の電気接点の接触面と係合する接触面を供し、ここに、磁気シールドまたはコンデンサをそのまたは各接点アセンブリの周囲に備える。
【０００９】
本発明の第６の態様は、第１および第２の電気接点を含む真空断続器を供し、前記電気接点の少なくとも１つは、一次的（primary）耐火材料および、非蒸発性ゲッタ（getter）として作用できる二次的（secondary）耐火材料、好ましくは、チタンから形成される。
【００１０】
好ましくは、前記拡大軸は、前記作動軸に垂直である。
【００１１】
好ましくは、増幅構造体が圧電駆動部を位置させるキャビティを規定するように形作られ寸法決定されたボディを含む。前記ボディは、好ましくは、形状においてスリーブ様である。
【００１２】
前記ボディは、横断方向に離隔される第１および第２の側部を有し、その間に、圧電駆動部が、拡大軸が前記横断方向になるように位置し、前記圧電駆動部は、前記の両側部と係合する。
【００１３】
好ましい具体例において、ボディは、前記キャビティの頂部を規定するボディの第１と第２の側部との間に延在する第１のフレキシブル構造体を有し、前記フレキシブル構造体は、前記アクチュエータの伸長および収縮を達成するために前記作動軸の方向にフレキシブルである。典型的には、第１および第２の側部は、前記の横断方向で相互に対して移動可能であり、第１のフレキシブル構造体は、前記の横断方向での前記の側部の相対的な運動に応じて前記作動軸の方向にフレックスするように構成されている。好ましくは、第１のフレキシブル構造体は、前記アクチュエータの伸長を達成するために、前記キャビティから離れてフレックスする（または、曲がる、撓む、しなる、flex）ように、第１および第２の側部の離れる移動に応答性を有し、前記アクチュエータの収縮を達成するために前記キャビティの方へフレックスするために、第１および第２の側部の方向の移動に応答性である。
【００１４】
典型的には、第１および第２の側部は、前記横断軸に沿った前記圧電駆動部の拡大または収縮により移動可能である。
【００１５】
好ましい具体例において、フレキシブル構造体は第１および第２の硬いセグメントの少なくとも１のセットを含み、各セグメントは、各ヒンジにより前記側部のそれぞれの１つに連結した１つの端部を有し、各セグメントのそれぞれの他方の端は、第１および第２の側部と平行になる軸について、相互に対して第１と第２セグメントとがピボット回転（または、旋回転、pivot）することを可能にする中間セグメントにより一緒に連結される。各ヒンジは、好ましくはたわみベアリング（flexure bearing）を含む。
【００１６】
中間セグメントは、第１と第２セグメントの各々のそれぞれの端が、好ましくは、たわみベアリングを含むそれぞれのヒンジにより連結する構造を好ましくは含む。中間セグメントは、典型的には、真空断続器の作動のために前記アクチュエータおよび真空断続器間の連結の一部分を形成する。
【００１７】
好ましくは、フレキシブル構造体は、前記第１および第２のセグメントの第１および第２のセットを含み、前記セットは、第１のセットが第２のセットおよびキャビティとの間に位置するように積み重ねられる。典型的には、各セットの各セグメントのそれぞれの他端部は共通の中間セグメントに連結される。
【００１８】
有利には、第２のセットのそれぞれの第１および第２のセグメントのそれぞれの１つの端部をそれぞれの第１または第２の側部に連結するそれぞれのヒンジは、第２のセットの対応するヒンジより硬い。それぞれのヒンジは好ましくは、それぞれのたわみベアリングを含み、第２のセットのたわみベアリングは、第１のセットのたわみベアリングより厚い。
【００１９】
好ましい具体例において、ボディが前記キャビティの底部を規定するボディの第１および第２の側部との間に延在する第２のフレキシブル構造体を有する。第２のフレキシブル構造体は好ましくは、第１のフレキシブル構造体と同じである。
【００２０】
好ましくは、圧電駆動部は、ギャップが前記圧電駆動部と第１のフレキシブル構造体との間で規定されるように前記キャビティに位置する。
【００２１】
有利には、圧電駆動部は、それが第１のフレキシブル構造体に接近するよりはキャビティの底部に接近するように、作動軸の方向でキャビティにおいてオフセット（offset）される。
【００２２】
所望により、熱補償要素（thermal compensating component）は、圧電駆動部と係合するための第１および第２の側部の各々にて供される。
【００２３】
好ましい具体例において、真空回路遮断器はハウジングを含み、そのハウジングの中にアクチュエータおよび真空断続器が位置し、ここに、アクチュエータは、アクチュエータと真空断続器との間のハウジングを横切って延在するフレキシブル連結部材により真空断続器に連結され、アクチュエータはフレキシブル部材に連結されて、アクチュエータの伸長および収縮が、フレキシブル部材を前記作動軸に沿って相応してフレックスする。好ましくは、フレキシブル連結部材は非弾性である。
【００２４】
典型的には、真空断続器は、第１および第２の電気接点を含み、前記の第１の接点は、開閉状態を達成すべく前記第２の接点に対して移動可能であって、前記フレキシブル連結部材は、第１の接点に電気接続される。好ましくは、前記アクチュエータは、フレキシブル部材から電気的に、好ましくは熱的にも分離されている。
【００２５】
好ましい具体例において、前記真空断続器は、第１および第２の電気接点を含み、第１の接点は、開閉状態を達成すべく前記第２の接点に対して移動可能であって、第１および第２の接点の少なくとも１つ、好ましくは、双方は、それぞれの接点アセンブリに組み込まれ、接点が閉状態にある場合に、他方の電気接点の接触面と係合する接触面を供し、それぞれの接点アセンブリは、一方の端部にてそれぞれの電気接点を担う接点キャリアをさらに含み、接点キャリアは、電導性材料から形成され、それぞれの接点に電気接続され、中空構造を含む。
【００２６】
好ましくは、中空構造は、接点運動軸に沿って弾性的に圧縮および圧縮解除（または、減圧、decompress）できるスプリング様構造である。中空構造は、好ましくはヘリカル状の構造である。接点キャリアは、接点の係合に際して弾性的に圧縮でき、接点の開状態中に圧縮解除し得る。
【００２７】
有利には、磁気集束要素は、前記中空構造の内部に位置し、磁気集束要素は、典型的には強磁性材料のブロックを含む。好ましくは、集束要素は、接点キャリアが比較的非圧縮の状態にある場合に、それ自体とそれぞれの電気接点との間にギャップを残すために、かつ、接点キャリアが比較的圧縮した状態、特に、第１および第２の電気接点の係合により引き起こされた比較的圧縮した状態にある場合に、それぞれの電気接点に接触するために、寸法決定および位置付けされる。接点キャリアは、第１および第２の接点の開状態において、好ましくは、第１および第２の接点が分離される前に、比較的非圧縮の状態を採用するように構成し得る。
【００２８】
好ましい具体例において、磁気シールドまたは磁気コンデンサは、そのまたは各接点アセンブリの周囲に供される。好ましくは、シールドは、強磁性材料から形成されたスリーブ様構造を含む。
【００２９】
好ましくは、シールドは、そのまたは各接点キャリアの外側表面に隣接するが間隔を空けて位置し、好ましくは、外側表面と平行に延在する。所望により、シールドは、一方または他方の前記電気接点に電気接続される。
【００３０】
好ましい具体例において、少なくとも２つの電極は、前記圧電駆動部に組み込まれている。
【００３１】
少なくとも２つの電極は、好ましくは、第１および第２の多端子電極を含み、好ましくは、電極端子同士が拡大軸の方向に圧電駆動部の長さに沿って離隔して配置され、好ましくは、第１の電極のそれぞれの端子は、第２の電極の端子と相互配置される。
【００３２】
典型的には、少なくとも２つの電極は、前記電気入力信号を前記圧電駆動部に加えるための電源に接続されるか、または接続可能である。
【００３３】
有利には、少なくとも２つの電極は、圧電効果により前記圧電駆動部で生成されたエネルギーを低下させるための電気的負荷に接続されるかまたは接続可能である。
【００３４】
好都合には、同じ電極が、前記電源または電気的負荷に選択可能に接続可能である。
【００３５】
好ましい具体例において、少なくとも２つの電極は、電気的入力電圧を前記電極を介して前記圧電駆動部に印加する第１のモード、および前記電極を介する圧電効果により圧電駆動部に生成されたエネルギーを低下させるための電気的負荷として作用する第２のモードで、動作可能な４象限（four quadrant）電源に接続可能か、または接続される。
【００３６】
好ましい具体例において、前記真空断続器は、第１および第２の電気接点を含み、少なくとも１つの前記電気接点は、一次的耐火材料、および非蒸発性ゲッタとして作用できる二次的耐火材料から形成される。二次的耐火材料は、好ましくはチタンを含む。
【００３７】
例として、本発明の具体例は、２１ｋＡまで電流を耐電および遮断でき、既存のＮＨ２ ＤＩＮブレードヒューズ位置に適合するようにまだ十分にコンパクトであり、４００Ａまでの負荷を担うことができる圧電作動断続器を含むこともできる。
【００３８】
本発明のさらなる有利な態様は、特定の具体例の以下の記載の概観に際して、および添付図面の参照により、当業者に明確になるであろう。
【００３９】
（図面の簡潔な記載）
本発明の具体例は、添付図面を参照して以下にて例示的に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の１つの態様を具体化する真空回路遮断器（ＶＣＢ）の等角図である。
【図２】図２は、図１のＶＣＢの分解等角図である。
【図３】図３は、本発明のもう一つの態様を具体化し、図１のＶＣＢに用いるのに適当な真空回路断続器およびアクチュエータアセンブリの側面断面図である。
【図４】図４は、本発明のもう一つの態様を具体化し、図３のアセンブリに用いるのに適当な好ましい圧電アクチュエータの側面断面図である。
【図５】図５は、図４のアクチュエータの斜視図である。
【図６】図６は、図４の圧電アクチュエータの増幅機成分の斜視図である。
【図７】図７は、伸長状態で示される図４の圧電アクチュエータの側面断面図である。
【図８】図８は、他のアクチュエータで用いるのに適当な真空断続器の具体例の側面断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図４の圧電アクチュエータの圧電素子用の電圧および電流付勢モードを示すグラフである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、電源モードにおける圧電素子用付勢端子の模式図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、電力シンクモードにおける圧電素子用付勢端子の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
（図面の詳細な記載）
特に図面の図１〜３を参照すると、本発明の１つの態様を具体化する電気回路遮断器装置が示され、１０として一般的に示される。好ましい装置１０は、（特に、低電圧（ＬＶ）での）ＡＣ電源の遮断における使用を意図し、したがって、ＡＣ回路遮断器といい得る。回路遮断器１０は真空断続器１１を含み、かくして真空回路遮断器（ＶＣＢ）と称され得る。本発明のもう一つの態様を具体化する真空断続器１１は、真空チャンバ１６、すなわち、少なくとも使用中に、密封して密閉され、真空であるチャンバに位置する第１および第２の電気接点１２、１４を含む。第１の接点１２は、開状態と閉状態との間で移動可能であり、それは第２の接点１４と電気接続する。接点１２の開状態は、真空断続器１１、相応して回路遮断器の開状態または遮断状態に対応し、ここに、それは電流フローを中断する。接点１２の閉状態は、真空断続器１１、相応して回路遮断器の閉、または為される状態に対応し、ここに、電流は、接点１２と１４との間で流れることができる。
【００４２】
その閉状態と開状態との間の接点１２の移動は、アクチュエータ１８により達成される。さらなる詳細に以下に記載されるごとく、そのアクチュエータは有利には本発明のさらなる態様を具体化する圧電アクチュエータである。
【００４３】
真空断続器１１、したがって、ＶＣＢ １０は通常の閉状態、すなわち、閉状態の接点１２で作動でき、電流が接点１２、１４間で流れるのを可能とし、したがって、いずれかの所与の回路中（図示せず）で流れ、ここに、回路遮断器１０は使用中に設置される。かかる場合、ＶＣＢ １０は、障害状態（または、不良状態もしくは欠陥状態、fault condition）の検出に応じて、例えば、電流の過負荷または短絡の検出に応じて、自動的に開き、それが使用中に組み込まれる回路を保護するように構成されている。アクチュエータ１８が、障害の検出に応じて、第１の接点１２をその開状態に動くことにより、これを達成する。この目的のために、ＶＣＢ １０は、障害の検出に際して開状態を達成するためのコントローラー（図示せず）を含む。コントローラーは、典型的には、１以上の電流センサー（図示せず）を含むかまたは接続される電気回路および／または電子回路を含む。電流センサーは、使用において、ＶＣＢ １０のいずれかの好都合の電流コンダクタ、またはＶＣＢが接続される回路に連結される。センサによる閾値を超える電流、より詳しくは、規約電流が検出されると、コントローラーは、ＶＣＢを開かせる。好ましい具体例において、これは、圧電アクチュエータ１８に印加された電圧の調節により達成される。コントローラーは、典型的には、過電流の検出に際して直ちに接点を開かず、有利には、それは、例えば、シヌソイド電圧シグナル（典型的には５０〜６０Ｈｚの周波数を有する）のゼロ交差点にて、適切な開始瞬間を決定するための電圧および／または位相角をモニターする。
【００４４】
いくつかの具体例において、ＶＣＢ １０はリセット、すなわち、ＶＣＢ １０に応じてマニュアルもしくはセミアニュアル（例えば、ユーザコントロール（図示せず）のマニュアル活性化により）および／または自動的に閉じることができ、障害が無くなり、および／または閾値期間後に起動から終了したことを検出する。好ましい具体例において、これは、圧電アクチュエータ１８に印加された電圧の調節により達成される。自動的にリセットされた回路遮断器は、再閉鎖器として一般的に知られている。
【００４５】
別法として、真空断続器１１、したがって、ＶＣＢ １０は通常の開状態において、すなわち、その開状態の接点１２で作動させて、電流が接点１２と１４との間に流れるのを防止し得る。
【００４６】
好ましい具体例において、真空断続器１１は、装置１０への電源障害の事象において開状態を採用するように構成される。特に、圧電アクチュエータ１８に印加される電気入力信号の不存在下、アクチュエータ１８は、適用可能な場合に、接点１２、１４が、開くまたは開くままとさせるように構成される。
【００４７】
ＶＣＢ １０は、それぞれ、第１および第２の内部接点１２、１４に電気接続される第１および第２の外部電気端子２０および２２を含み、それにより、ＶＣＢ １０は、使用において保護することが望ましい回路に電気（および機械）接続し得る。図２において、端子２０および２２はブレード型端子（図１に可視ではない）を含むとして示される。所望により、接点１２、１４が開かない事象、または開いた場合さえ、接点のスペーシングが電流を中断しない事象において、バックアップ保護を供するために、１以上のヒューズ２１が端子２０と２２との間で接続される。
【００４８】
図３を特に参照して、ＶＣＢ １０は、真空断続器１１が位置する真空チャンバ１６を規定するハウジング２４を含む。ハウジング２４は、いずれかの適当な材料から形成し得る。
【００４９】
また、有利には、圧電アクチュエータ１８はハウジング２４内に位置する。好ましい具体例において、アクチュエータ１８は真空チャンバ１６に位置する。別法の具体例（図示せず）において、アクチュエータ１８は、真空チャンバ１６から分離され、かつ真空にあってもなくてもよいチャンバに位置し得る。いずれの場合も、アクチュエータ１８は、その閉状態と開状態との間の第１の接点１２を移動させるために真空断続器１１に機械的に連結される。第１の接点１２は、好ましい具体例においてＶＣＢ １０の縦軸に対応する軸Ａに沿って移動可能である。アクチュエータ１８は、作動軸に沿って伸長および収縮するように作動可能であり（図３に矢印Ｂにより示される）、好ましくは、作動軸が軸Ａと整列する（好ましくは、作動軸および軸Ａは同じ軸であるが、それらは代替的に相互に平行であり得る）ように好ましくは配置される。アクチュエータ１８の伸長および収縮は、接点１２を軸Ａに沿って閉および開状態間で移動させる。好ましい配置は、その作動軸に沿ったアクチュエータ１８の伸長が接点１２に伝動して閉状態の方向および閉状態に接点１２を移動させるようなものである。その作動軸に沿ったアクチュエータ１８の収縮を接点１２に伝動して、閉状態外のその開状態に軸Ａに沿って接点１２を移動させる。別法の具体例において、配置は、アクチュエータの伸長が接点を開かせ、一方でアクチュエータの収縮がそれらを閉じさせるようなものであり得る。この配置は、アクチュエータと移動可能な接点との間の機械的連結の適切な配置により実行し得る。
【００５０】
第１の接点１２は、ＶＣＢ １０の第１の端子２０に電気接続される。第２の接点１４は、ＶＣＢ １０の第２の端子２２に電気接続される。端子２０、２２は、ハウジング２４の対向端部にて好都合に供され、ブレード型端子（図３に示さず）またはブレード型端子用の取付け（mounting）を各々含み得る。
【００５１】
好ましい具体例において、アクチュエータ１８と真空断続器１１との間の機械的連結は、アクチュエータ１８と真空断続器１１との間のハウジング２４の内部を横切って延在するフレキシブル連結部材２６を含む。好ましいフレキシブル部材２６は、形態が平面であり、例えば、シート、プレートまたは膜を含むが、それは別法として他の形態を取り得、例えば、バー、ストリップまたはロッドを含む。例示的な具体例において、フレキシブル部材２６は、ハウジング２４の内部を第１のチャンバ１６と第２のチャンバ１６’とに分けている。真空断続器１１は、第１のチャンバ１６にあり、アクチュエータ１８は他方にある。双方のチャンバ１６、１６’は真空であり得るが、典型的には、それらの間に圧力差が存在する。フレキシブル部材２６の端部２８、２９はいずれの好都合の方法でもハウジング２４の対向面に固定され得る。
【００５２】
アクチュエータ１８は、図３に見られるごとく、アクチュエータ１８の伸長および収縮がフレキシブル部材２６を相応して上方および下方へ撓ませる（または、曲げる、flex）ようにフレキシブル部材２６に連結する。好ましくは、フレキシブル部材２６は非弾性であり、例えば、実質的に弾性または低弾性を有さず、撓むことに対してほとんどまたは全く抵抗を供しない。これは、フレキシブル部材２６を作製する材料および／またはその厚さおよび／またはその形状の適切な選択により達成し得る。接点１２は、その撓みが軸Ａに沿って接点１２の対応する移動に伝動されるように、フレキシブル部材２６に連結される。
【００５３】
好ましい具体例において、フレキシブル部材２６は、第１の接点１２およびＶＣＢ  ２１０の第１の端子２０に電気接続され、使用中に第１の接点１２と電気端子２０との間の電流を担うための導電体として機能する。この目的のために、フレキシブル部材２６は、電導性材料から全体的または部分的に形成されるか、または導電体を含み得る。例えば、フレキシブル部材２６は、金属、例えば、銅、シート、膜、ストリップであり得る。また、例示的な具体例において、チャンバ１６の１以上の壁部２５は電導性材料から形成されるか、またはフレキシブル部材２６へおよびからの電流を運ぶための導電体を含む。この例において、電気的接続は、壁部２５を介して第１のヒューズ端子部２９とフレキシブル部材２５との間で為される。それぞれのヒューズ２１は、第１のヒューズ端子部２１と第２のヒューズ端子部２３との間で接続されて、接点１２をヒューズ２１、壁部２５およびフレキシブル部材２６を介して、端子２０と電気接続する。電気的分離成分２７、例えば、アイソレータ環（isolator ring）は、チャンバ１６、１６’間で配置され、チャンバ１６’の壁とチャンバ１６の壁とを分離する。
【００５４】
アクチュエータ１８は、フレキシブル部材２６から電気的に、好ましくは熱的にも分離される。好ましい具体例において、電気的および熱的アイソレータ３０はフレキシブル部材２６にアクチュエータ１８を連結し、例えば、電気的および／または熱的分離材料の１以上のブロックまたは層を含み得る。
【００５５】
図４〜７を特に参照して、好ましい圧電アクチュエータ１８を説明する。アクチュエータ１８は、圧電駆動要素３２および増幅機４０を含む。圧電素子３２は、圧電材料、例えば、圧電性結晶のブロックを含み、それは電気的電圧の印加に応じて拡大軸ＥＡ（時々、ｄ３３軸という）に沿って拡大できる（expandable）。好ましい圧電駆動部３２は、圧電材料の層（ｄ３３軸に沿った層）のスタックを含む。いずれの適切な従来の圧電材料、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛、例えば、ＰＺＴ−５Ｈ海軍型ＶＩまたはＰＩＣ  ２５２（ＰＩ）を用い得る。好ましい具体例において、スタックは１以上の共焼成多層セラミックスを含む。また、圧電駆動部３２はバイポーラまたはセミバイポーラ方式で作動可能であることがさらに好ましい。そのため、圧電駆動部３２は、１つの極性の電圧（例えば、この例における正電圧）の印加に応じて拡大軸ＥＡに沿って拡大（expand）し、逆極性の電圧（例えば、この例における負電圧）の印加に応じて拡大軸ＥＡに沿って収縮する（contract）。典型的には、圧電駆動部３２は、印加電圧の不存在下、それが採用する平衡長（軸ＥＡの方向の平衡長、equilibrium length）を有し、関連する極性の電圧の印加に応じてこの長さを増加させ、かかる電圧の不存在下、平衡長に戻る。好ましい圧電駆動部３２は、逆極性の電圧の印加に際して、平衡長から収縮し、かかる電圧の不存在下、平衡長に戻る。有利には、圧電駆動部３２が平衡長に戻る速度は、適用可能ならば、それを拡大または収縮させる逆極性の電圧を印加することにより増大できる。例えば、本例において、正電圧の印加は圧電駆動部３２を軸ＥＡに沿って伸長させ、拡大状態にある場合、負極性電圧の印加は駆動部３２をまさに電圧の不存在よりも速く収縮させる。いずれの事象においても、圧電駆動部３２に印加された電圧の調節により、拡大軸ＥＡに沿ってそれを伸長および収縮させることもでき、ここに、電圧調節は印加電圧の大きさおよび／または極性を調節することを含み得ることが理解されるであろう。
【００５６】
電極は、圧電駆動部３２（図４に示さず）に電気入力信号を印加するために供される。典型的には、少なくとも２つの電極（少なくとも１つの正および１つの負の）が供される。図９Ｂおよび９Ｃは、圧電駆動部３２に電圧を印加するために用い得る第１の多端子電極３４および第２の多端子電極３６の模式図を供する。電極は圧電材料に組み込まれているが、別法としていずれかの他の好都合の方法で駆動部３２に電気接続し得ることは好ましい。多端子電極が用いられる好ましい具体例において、端子は、圧電駆動部（好ましくは拡大軸ＥＡの方向の）の長さに沿って離隔されることが好ましく、双方の電極３４、３６が多数の端子を有する場合、それぞれの端子は、相互に相互配置される（例えば、図９Ｂおよび９Ｃに示されるごとく）ことが好ましい。使用において、駆動部３２への電圧の印加は、圧電材料に適用された電場を変更し、今度は材料の相対的な伸長または収縮を決定する。
【００５７】
例として、典型的な具体例において、圧電駆動部３２は、長さ約６５ｍｍ（方向ＥＡでの）、高さ約３３ｍｍおよび幅約２０ｍｍを有し得る。印加電圧に依存して、駆動部３２はその長さの約０．１％以内だけＥＡ軸に沿って伸長または収縮し得る。印加電圧範囲は、例えば、−１２５Ｖ〜＋５００Ｖであり得る。かかる例において、最大伸長のピーク電界強度は約＋２ｋＶｍｍ−１であり得る。セミバイポーラの作動が支持される場合、最大収縮のピーク電界強度は約−５００Ｖｍｍ−１であり得る。典型的には、圧電性電気層の厚さは約２５０μｍであり得る。圧電ブロック３２は、典型的には、形状において実質的に立方形状であるが、具体例に適するように、他の形状を取り得る。
【００５８】
圧電駆動部３２を用いることの有利さは、その拡大および収縮が、例えば、従来の電磁アクチュエータに比較した制御できる速度および精度である。しかしながら、圧電駆動部３２が伸長および収縮する量は、そのサイズにつき比較的小さい。増幅機４０の目的は、アクチュエータ１８により達成された置換が駆動部３２の伸長／収縮より大きくなるように、圧電駆動部３２の伸長／収縮を機械的に増幅することである。これは、例えば、ある範囲の印加に適当であるＶＣＢに用いるのに圧電アクチュエータ１８が十分に小さいことを可能にする。有利には、機械的増幅機４０は、駆動部３２の速度および精度がアクチュエータ１８自体の特性として維持されることを可能にする。
【００５９】
増幅機４０は、圧電駆動部３２を受け入れるためにキャビティ４４を規定するように形成され寸法決定されたボディ４２を含む。ボディ４２は、第１および第２の離隔される側部４６、４８を含む。第１のフレキシブル構造体５０は、側部４６および４８間で伸長し、それらにより支持される。好ましくはフレキシブル構造体である第２の構造５２は、第１の構造５０から離隔される側部４６および４８間で伸長する。その配置は、キャビティ４４が側部４６および４８間で、第１および第２の構造体５０、５２間に位置するようなものである。第１のフレキシブル構造体５０は、キャビティの頂部または最高部を形成するといい得る。第２の構造体５２は、キャビティの底部を供するといい得る。ボディ４２は、好ましくは、ボディ４２が形状がスリーブ様であるように好ましくは開口する第１および第２の端部５４、５６（可視ではない）を有する。開口端部５４、５６は、側部４６、４８および構造体５０、５２のそれぞれの端部により規定される。典型的な具体例において、ボディ４２は、縦および横の断面図において実質的に矩形である。
【００６０】
ボディ４２は、側部４６から側部４８に及ぶ横断軸Ｔを有する。第１のフレキシブル構造体５０は、軸Ｔに垂直であり（およびボディの末端間方向に垂直であり）、かつアクチュエータ１８の作動軸に相当する方向Ｆにフレキシブルである。また、好ましい具体例において、第２の構造体５２は方向Ｆにフレキシブルであるが、別法の具体例において、第２の構造体はフレキシブルでなくてもよい。
【００６１】
圧電駆動部３２がキャビティ４４に位置する場合、その拡大軸ＥＡがボディの左右に及ぶように、すなわち、実質的に軸Ｔに沿ってそれは配置される。圧電駆動部３２がその大きさが駆動部３２の伸長／収縮の相対的状態に依存するボディ４２の側部４６、４８に力を働かせるように寸法決定される。特に、駆動部３２の伸長は、側部４６、４８に対する力を増加させ、一方、収縮は、側部４６、４８の力を低下させる。第１および第２のフレキシブル構造体５０、５２は軸Ｔに沿って、すなわち、相互方向および相互に離れて、側部４６、４８の移動を可能とする。したがって、圧電駆動部３２が伸長する場合の側部４６、４８への力の適用は、相互に離れて側部４６、４８を移動させるかまたは移動させる傾向がある。例えば、図４に示されるように、ボディ４２は、駆動部３２により適用されるいずれかの力の不存在下（およびそれが停止中であると仮定する）採用する平衡状態を有する。駆動部３２が伸長する場合、側部４６、４８は別々に移動する。より詳細に後記されるごとく、これは、フレキシブル構造体５０を方向Ｆに駆動部３２から離れるようにフレックスする（例えば、図７に示される）。駆動部３２により適用された力が低下して、側部４６、４８がそれらの均衡位置の方向に戻り移動するのを可能にする場合、フレキシブル構造体５０は駆動部３２の方向に向かって方向Ｆでフレックスする。好ましい具体例において、第２のフレキシブル構造体５２は、同じ方法で駆動部から離れて、駆動部方向にフレックスする。
【００６２】
圧電駆動部３２の方向でそれから離れたフレキシブル構造体５０および５２のフレックス性は、その作動軸に沿ってアクチュエータ１８の各々、伸長および収縮を達成する。真空断続器１１に連結した場合、これは、前記のごとく、その閉および開状態間で接点１２を移動させる。圧電駆動部３２が伸長する場合、フレキシブル構造体５０、５２がそれらの均衡位置から離れて移動する距離は、側部４６、４８がそれらの均衡位置から移動する距離より大きく、すなわち、駆動部３２の伸長は、増幅機４０により機械的に増幅される。増幅量は、フレキシブル構造体５０、５２の長さ、および軸ＥＡに対するそれらの傾きに部分的に依存する。
【００６３】
好ましい具体例において、フレキシブル構造体５０は少なくとも１のセットの第１および第２のセグメント５８、５８’；６０、６０’を含み、各セグメントは、それぞれのヒンジ６６、６６’；６８、６８’により側部４６、４８のそれぞれに連結する端部６２、６２’；６４、６４’を有する。各ヒンジ６６、６６’；６８、６８’は、好ましくは、たわみベアリング、特に、リビングヒンジを含み、すなわち、側部４６、４８、およびセグメント５８、５８’；６０、６０’で全体に作成される。いずれかの事象において、ヒンジ６６、６６’；６８、６８’は、それぞれのセグメント５８、５８’；６０、６０’が側部と平行になり、すなわち、横断軸Ｔおよび撓み軸Ｆの双方に垂直な軸についてピボット回転する。セグメント５８、５８’；６０、６０のそれぞれの他端部６７，６７’；６９、６９’は、セグメント５８、５８’；６０、６０’が側部と平行になり、すなわち、横断軸Ｔおよび撓み軸Ｆの双方に垂直である軸について相互に対してピボット回転するのを可能にする中間セグメント７０により一緒に連結される。これは、図４および７に見られるように中間セグメント７０が上下に、すなわち、使用中に圧電駆動部３２から離れて、およびその方向に移動することを可能にする効果を有する。
【００６４】
好ましい具体例において、中間セグメント７０は、第１および第２の各セグメント５８、５８’；６０、６０’の各端部６７、６７’；６９、６９’が各ヒンジ７２、７２’；７４、７４’により連結された構造を含む。各ヒンジ７２、７２’；７４、７４’は、好ましくは、たわみベアリング、特に、リビングヒンジを含み、すなわち、中間セグメント７０およびそれぞれの第１または第２のセグメント５８、５８’；６０、６０’で全体に作製される。ヒンジ７２、７２’；７４、７４’は、それぞれのセグメント５８、５８’；６０、６０’が、側部と平行になり、すなわち、横断軸Ｔおよび撓み軸Ｆの双方に垂直である軸について中間部分７０に対してピボット回転するのを可能にする。好都合には、中間セグメント７０を用いて、作動させることが望ましいすべての場合アクチュエータ１８により生じた移動を与え得る。本具体例において、これは接点１２であり、したがって、中間セグメント７０はアイソレータ３０およびフレキシブル連結部材２６を介して接点１２に連結される。好ましくは、この例において、アイソレータ３０と係合する橋台表面７６を含む。
【００６５】
別法の具体例（図示せず）において、中間セグメントは、第１および第２のセグメントの端部６７、６７’；６９、６９’を一緒に連結するまさにヒンジを含み得る。ヒンジは、好ましくはたわみベアリング、特に、リビングヒンジを含み、すなわち、全体に第１および第２のセグメント５８、５８’；６０、６０’で形成される。
【００６６】
好ましい具体例において、中間セグメント７０は側部４６、４８との間で中途で位置して、それぞれの４６，４８から中間セグメント７０への第１および第２のセグメント５８、５８’；６０、６０’の長さが実質的に同じである。好ましい配置は、フレキシブル構造体５０が、撓み軸Ｆについて対称的であるようなものである。
【００６７】
好ましい具体例において、第１および第２の各セグメント５８、５８’；６０、６０’は、それぞれ、各４６、４８および中間部分７０に対して対向側に沿って決められた平面またはプレート様の構造を含む。典型的には、第１および第２のセグメント５８、５８’；６０、６０’は、ボディ４２の端部５４から端部５６に伸長するように寸法決定される。中間部分７０は、典型的にはボディ５６の端部５４から端部５６に延在する延長構造を含み得る。例えば、好ましい具体例（図示される）において、中間部分７０はビームを含むが、別法の具体例において、中間部分７０はヒンジからまさになり得る。典型的には、第１のフレキシブル構造体５０は、キャビティ４４を真下に備えた、側部４６および４８間に延在するボディ４２の面（例示的な例における頂部面）を供する。
【００６８】
別法の例（図示されず）において、第１および第２のセグメント５８、５８’；６０、６０’は、他の形態を取ることもでき、例えば、側部４６、４８と中間部分との間に延在する１以上のバーまたはビームを含む。
【００６９】
第１および第２のセグメント５８、５８’；６０、６０’は、少なくともそれぞれの側部４６、４８と中間セグメント７０との間の固定長を有する範囲まで剛性である。平行ヒンジ（各セグメント５８、５８’；６０、６０’につき、それぞれの側部４６、４８でのものおよび中間セグメント７０でのもの）と組み合わせたこの剛性は、中間セグメント７０を、側部４６、４８が離れて移動する場合には、キャビティ４４から離れて移動させ（図面において上方に見られる）、側部４６、４８が相互の方向に移動する場合には、キャビティ４４の方向へ移動させる（図面において下方に見られる）。また、剛性は、中間セグメント７０への駆動部３２移動の効率的な伝達を促進する。
【００７０】
好ましい具体例において、フレキシブル構造体５０は、前記の第1および第２のセグメント５８、５８’；６０、６０’の第１および第２のセットＳ１およびＳ２を含む。第１のセットＳ１が第２のセットＳ２の真下に位置するように、すなわち、第１のセットＳ１が第２のセットＳ２とキャビティ４４との間に位置するように、これらのセットは積み重ねられる（しかし、好ましくは、相互に接していることに対立させて離隔される）。好ましい配置は、各セットＳ１、Ｓ２のそれぞれの第１および第２のセグメントおよびヒンジがアキシアル方向Ｆで相互にレジスタにあるような（例えば、各セットの対応するヒンジが方向Ｆでレジスタで有利に相互に平行になるような）ものである。好都合には、各セットＳ１、Ｓ１は、共通の中間セクション７０に連結されるが、別法の具体例において、それぞれの中間セクションは各セットに供し得る。いずれの事象においても、配置は、相互の方向または相互に離れる側部４６、４８の移動に応じて、前記のごとくセットＳ１、Ｓ２が同時にフレックスするようなものである。多重に積み重ねたセットの提供は、構造体５０の撓み移動を過度に危険にさらさずに、高速にて高い力を生成する場合に生じる比較的高い応力および歪みに耐えるフレキシブル構造体５０の能力を改善する。
【００７１】
第１のセットＳ１についての各側部４６、４８でのそれぞれのヒンジ６６および６８は、第２のセットＳ２の対応するヒンジ６６’、６８’からの方向Ｆで離隔される。有利には、第２のセットＳ２のヒンジ６６’、６８’は、第１のセットＳ１の対応するヒンジ６６、６８より硬い（すなわち、それぞれの第１および第２のセグメントの移動の旋回により抵抗性である）。ヒンジがたわみベアリングを含む好ましい具体例において、これは、第１のセットＳ１のヒンジ６６、６８より厚い第２のセットＳ２のヒンジ６６’、６８’を作製することにより達成される。これは、圧電駆動部３２の伸長／収縮に対するその応答性を過度に含むことなく、応力と歪みに耐えるフレキシブル構造体５０の能力を改善する。
【００７２】
好ましくは、方向Ｆでの対応するヒンジ６６、６６’、６８、６８’のスペーシングは、それぞれ対応する第１および第２のセグメント５８、５８’；６０、６０’間にギャップを規定するようなものである。
【００７３】
典型的には、各セットのそれぞれの第１および第２のセグメントは、実質的にすべて、同じ厚さである。典型的には、第１および第２のセグメントを中間セグメント７０に連結するそれぞれのヒンジ７２、７２’；７４、７４’は、同じ厚さ（または剛性）である。第１および第２のセグメントおよびヒンジの厚さは、応力／歪みを扱うその能力に対する、フレキシブル構造体５０の応答性を釣り合わせるために適用に典型的に適するように選択し得る。
【００７４】
別法の具体例において、フレキシブル構造体５０は、第１および第２のセグメントおよび関連するヒンジの、まさに１セット、または２を超える積み重ねられたセットを含み得る。
【００７５】
好ましい具体例において、第２のフレキシブル構造体５２は、第１のフレキシブル構造体と同じかまたは実質的に同じであり、特記しない限りは、前記に供された同一記載が適用される。したがって、好ましい第２の第２のフレキシブル構造体５２は、少なくとも１つのセットの第１および第２のセグメント１５８、１５８’；１６０、１６０’を含み、各セグメントは、それぞれのヒンジ１６６、１６６’；１６８、１６８’によりそれぞれ１つの側部４６，４８に、およびそれぞれのヒンジ１７２、１７２’；１７４、１７４’により中間セグメント１７０に連結したある端部１６２、１６２’；１６２、１６２’を有する。典型的には、中間セグメント１７０はベース１７１に固定され、それは、使用において、固定位置にある（例えば、本例においてハウジング２４に固定される）。第２のフレキシブル構造体５２は、圧電駆動部３２が伸長および収縮するにつれて、第１のフレキシブル構造体５０の中間セクション７０が移動可能である全距離に寄与する。別法の具体例において、ボディ４２のより低い（見られる）面は、フレキシブル構造体５２以外のいくらかの他の構造体により好ましくは形成でき、好ましくは、相互の方向および相互に離れて側部４６、４８の移動を可能にするものである。
【００７６】
好ましい具体例において、ボディ４２、または少なくとも側部４６、４８およびフレキシブル構造体５０、５２は、同じ材料、例えば、鋼、チタン、または例えば、放電加工を用いる他の金属または合金から形成される。
【００７７】
所望により、熱補償要素７８は、圧電駆動部３２と係合するキャビティ４４内にボディ４２の各横４６、４８に供され、すなわち、駆動部３２が係合するキャビティ４４の各側部に表面を供する。熱補償要素７８は、比較的高い熱伸長率（ＣＴＥ）を有する材料、例えば、アルミニウムから形成され、末端間断面積において好ましくは三角形である。それは、増幅機ボディ４２の残りとは異なる材料から形成され、比較的低いＣＴＥ材料から典型的に形成される。駆動部３２、および熱伸長の結果として発生できるボディ４２の移動は、補償成分７８においてＣＴＥ材料を用いることにより補われ、好ましい具体例における拡大軸ＥＡに沿った駆動部３２の高ＣＴＥと、増幅機４０の残りに典型的に用いられる低ＣＴＥ材料との平衡を保つ。
【００７８】
好ましい具体例において、圧電駆動部３２は、少なくともその拡大軸ＥＡの方向に、すなわち、側部４６から４８に、キャビティ４４を実質的に満たし、駆動部３２は、平衡状態で駆動部３２が伸長および収縮もする場合、側部４６、４８との接触を維持する。圧電駆動部３２は、例えば、ＵＨＶエポキシを用いて、側部４６、４６に結合し得る。
【００７９】
好ましくは、圧電駆動部３２は、ギャップ８０が駆動部３２と第１のフレキシブル構造体５０との間で規定されるように、配置し寸法決定される。ギャップ８０は、その均衡位置に対する駆動部３２の方向へフレキシブル構造体５０の移動、特に、使用中に駆動部３２の方向への移動につれて、第１のフレキシブル構造体５０の運動量により惹起し得る移動を促進する。ギャップ８０は、これは不可欠ではないが、フレキシブル構造体５０が駆動部３２に衝撃を与えるのを防止するように十分に広いものであり得る。圧電駆動部３２は、第２のフレキシブル構造体５２（またはキャビティ４４の底部を規定する、他のより底部の構造体）に基づき得る。別法として、ギャップ（示さず）が駆動部３２と第２のフレキシブル構造体５２（または他の底部の構造体）との間で規定され、かかるギャップはギャップ８０より好ましくは狭いように、圧電駆動部３２は配置し寸法決定される。したがって、好ましい具体例において、駆動部３２は、それが第１のフレキシブル構造体５０に対するものよりキャビティ４４の底部に接近するように、アキシアル方向Ｆでキャビティ４４にオフセットされる。
【００８０】
好ましい具体例において、アクチュエータ１８の配置は、電圧が圧電駆動部３２に印加されない場合、例えば、装置１０の障害の場合には、駆動部３２は、接点１２を開状態にさせる相応した収縮状態を増幅機４０に採用させる比較的収縮した開状態を採用するようなものである。さらに、通常の使用中に、接点１２、１４を開くためのアクチュエータ１８の作動は、接点１２、１４を閉じるために適用された逆の極性である極性の駆動部３２に対する電圧を印加することを含むことが好ましい。逆極性電圧は、駆動部３２を電圧が印加されない場合より多く収縮させ、これは、装置１０の障害の事象においてよりも逆バイアス下で接点１２、１４間のギャップを広くさせ、したがって、断続器の遮断能力を改善する。
【００８１】
好ましい増幅機４０は、以下の特徴による、比較的高い力、速度、正確さおよび再現性で作動する：
【００８２】
１．２つのセットＳ１、Ｓ２のたわみベアリング６６、６６’；６８、６８’の不均一の厚さ（したがって、剛性）は、フレキシブル構造体５０（好ましくは、フレキシブル構造体５２も）の設計を積み重ねて、応力を再分配し置換を最大化する。これは、増幅機４０のサイズおよび重量を最小化しつつ、接触速度および接触力を高く維持する。
【００８３】
２．圧電駆動部３２を増幅機４０のボディ４２の内部にオフセットして、（慣性効果により生じた）増幅機の個々のセクションの運動の差を補う。それは、駆動部３２との接触の効果を回避または低減しつつ中間セクション７０が移動するためのスペースを供するが、それは、たわみベアリング６６、６６’；６８、６８’を圧電駆動部３２に比較的近接することを保つことによりトルクを最小限にし、エネルギー移動効率に寄与する。
【００８４】
３．熱伸長によるドリフトは、三角形状の高ＣＴＥ材料を用いることにより補われて、駆動部３２のｄ３３軸の負のＣＴＥと、増幅機自体の低ＣＴＥ材料の平衡を保つ。
【００８５】
典型的な具体例において、前記特徴は、増幅機４０が（例えば、遮断中）約２ｍｓ−１にて約１．２ｍｍだけ接点１２を移動することを可能とし、何千もの作動に対して約１０μｓの繰返し精度を持つ。
【００８６】
今や特に図３を参照して、好ましい真空断続器１１はより詳細に記載される。第１および第２の接点１２、１４の少なくとも１つ、好ましくは双方は、それぞれの接点アセンブリ８２、８４に組み込まれ、そのそれぞれの接点１２、１４は接点１２、１４が閉じている場合、他の接触面と係合する接触面を供する。典型的には、接点１２、１４は、いずれかの適当な電導体材料、通常、金属または合金のディスクまたはプレートを含む。好ましい具体例において、接点１２、１４または少なくとも接触面は、主として炭化タングステンから形成される。例えば、接点１２、１４は、約３０ｍｍの幅または直径、および約２ｍｍの厚さを有し得る。
【００８７】
接点アセンブリ８２、８４は、一方の端部にてそれぞれの接点１２、１４を担う接点キャリア８６、８８をさらに含む。接点キャリア８６、８８は、電導性材料、好ましくは銅または銅合金、例えば、銅クロムジルコニウムから形成され、使用において、それがそれぞれの接点の一部分を形成するように、それぞれの接点１２、１４に電気接続される。
【００８８】
キャリア８６、８８は、接触運動軸Ａに沿って弾性的に圧縮および圧縮解除できるスプリング様構造体である。この目的のために、キャリア８６、８８は好ましくはヘリカル状の構造体を含む。ヘリカル状の構造体は連続的弾性ヘリックスを含み得るが、好ましい具体例において、ボディがスプリングとして機能することを可能にするような螺旋形のスロットが形成されるボディを含む。いずれの事象においても、キャリア８６、８８は、圧縮バネとして働き、それによって接点１２、１４の係合に際してそれが弾性的に圧縮し、接点１２、１４の開状態中に圧縮解除する。好ましい具体例において、キャリア８６、８８は、接点の閉作用をオーバーダンプ（over-damp）する剛性を有するが、他の具体例において、いくらかの圧縮解除も、接点系がダンプされる方法に依存して閉られる場合に生じ得る。接点１２、１４が閉られる場合、キャリア８６、８８の圧縮性は接点跳動を縮小または消失させ、これは断続器１１の寿命および信頼性を増加させる。さらに、その配置は、キャリア８６、８８が圧縮状態に保持されるが、接点１２、１４が閉られるようなものであり、したがって、接点１２、１４が開く場合、キャリア８６、８８の弾性は接点１２、１４を別々に促し、これは接点開速度を増加させる。キャリア８６、８８の好ましい螺旋形特性は、接点１２、１４が開閉される場合、接点１２、１４を軸Ａについて（わずかに）回転させる。この回転運動は、それが接点間に生し得るいずれの接合点の破壊も促進するので、接点１２、１４が開く場合、特に有利である。
【００８９】
キャリア８６、８８は中空であり、電気的にエネルギーを与えられた場合、接点アセンブリの領域、特に、接点１２、１４において軸状磁束密度を増加させる軸状磁束場を生成する。これは、断続器１１の遮断容量を改善する。
【００９０】
好ましい具体例において、軸状磁束密度を集中させるために、磁気集束要素９０、９２は、キャリア８６、８８の内部に配置する。磁気集束要素９０、９２は、典型的には強磁性材料、例えば、鋼、好ましくは、ケイ素鋼（ＦｅＳｉ鋼）、または他の鉄鋼材料のブロックを含む。集束要素９０、９２は、キャリア８６、８８が比較的非圧縮の状態にある場合、それ自体と接点１２、１４との間にギャップを残すが、キャリア８６、８８が比較的圧縮した状態である場合、特に、接点１２、１４が閉られる場合、接点１２、１４の後部と接触させるように寸法決定および配置する。集束要素９０、９２が接点１２、１４に接触している場合、接点を通って流れる電流は、集束要素９０、９２とキャリア８６、８８との間で分割される（典型的な具体例において、キャリアおよび集束要素が作製されているものに依存するが、約３０％の電流が、集束要素９０、９２を通って流れる）。接点１２、１４の開状態中に、キャリア８６、８８は圧縮解除され、集束要素９０、９２間の接触は壊され、もはや電流は集束要素９０、９２を通って流れない（代わりに、すべてがキャリア８６、８８を通って流れる）。有利には、その配置は、接点１２、１４が接点開状態中に相互に依然として接触している間に集束要素９０、９２との間の接触が壊されるようなものである。これは、キャリアおよび集束要素（特に、アキシアル方向Ａで）相対的な寸法ならびにキャリアの剛性の設計を介して達成でき、これは圧縮解除する時点の速度を決定する。したがって、接点１２、１４が分離する瞬間にて、接点１２、１４を通って流れる電流のすべてがキャリア８６、８８を通って流れ、分離中のキャリア８６、８８により生成された軸状磁束密度を最大化する。
【００９１】
集束要素９０、９２は、接点１２、１４の領域内のキャリア８６、８８により生成された軸状磁界を増幅し、それにより、断続器１１の遮断容量をさらに改善する。
【００９２】
集束要素９０、９２が接点１２、１４に接触している場合、集束要素９０、９２に流れる電流の効果は、集束要素９０、９２を含めた鉄成分による誘導エネルギー損失（コアロス）を低減することである。
【００９３】
好ましい具体例において、磁気シールド９４は接点アセンブリ８２、８４の周囲に供される。シールド９４は、好ましくは、軸Ａの周囲、接点アセンブリ８２、８４の全周囲近くで伸長し、典型的にはスリーブ様構造体を含む。シールド９４はキャリア８６、８８の外側表面に隣接するが、接触せず位置し、好ましくは、キャリア８６、８８の外側表面と平行して伸長する。シールド９４は、例えば、強磁性材料、例えば、鋼、好ましくは低炭素鋼またはケイ素鋼（Ｆｅ−Ｓｉ鋼）、または他の鉄鋼材料から形成される。
冷間圧延穀物指向（ＣＲＧＯ、Cold rolled grain oriented）３％Ｆｅ−Ｓｉ鋼が好ましい。
【００９４】
シールド９４は、キャリア８６、８８により生成された軸状磁束にリターンパスを供し、リターンパスは、比較的低い磁気抵抗、すなわち、シールドの不存在下にあるものと比較して低減される磁気抵抗を有する。低磁気抵抗は、接点１２、１４の周囲の遮断領域中の磁束密度を増加させ、それにより、断続器１１の遮断容量をさらに改善する。したがって、シールド９４は磁界コンデンサとして作用するといい得る。
【００９５】
好ましい具体例において、シールド９４は、第２の接点１４に電気接続される。接点と同じ電位のシールド９４を有することは、接触が壊される場合に、接点１２、１４付近の電場を制御するのを助ける。
【００９６】
典型的な具体例において、接点１２、１４、キャリア８６、８８、集束要素９０、９２、およびシールド９４は、縦の断面積において環状である。別法として、いずれかの１以上のこれらの成分は、好都合な場合、他の形状を取り得る。
【００９７】
いずれかの１以上の接点１２、１４、集束要素９０、９２、またはシールド９４は、渦電流の低減のための１以上のスロットを有し得る。
【００９８】
好ましい具体例において、断続器１１は、サイズや重量を増加させることなく、軸状磁束を集中させ、加えて、低磁気抵抗リターンパス（磁気コンデンサシールド９４）を加えて、遮断領域中の流れを増加させる（典型的には、約２．２倍だけ）ことにより、遮断効率をかなり押し上げる。有利には、シールド９４により供されるゲインは、冷間圧延穀物指向（ＣＲＧＯ）３％Ｆｅ−Ｓｉ鋼を用いて、放射状流れにおける最小ゲインで（柱状アークのアンペリック運動を引き起こすであろう）軸の流れだけを増幅することにより、選択的である。加えて、ＣＲＧＯ鋼は、通常対のＢフィールドを生成する渦電流を抑制する。
【００９９】
前記のごとく、接点１２、１４が閉られる場合に、接点跳動を縮小または消失させることが望ましい。例えば、障害状態で接点が閉られる場合の最大の問題の１つは、接点跳動に起因する接点溶接であり；接点が高速で衝突するにつれて、それらの硬さは接触面のアーキングおよび融解に導きかねないリンギング（ringing）（小さな断続的な分離）を生じさせる。この問題はスプリング様キャリア８６、８８により好ましい具体例において軽減される。別法としてまたは加えて、接点跳動は電気的負荷への接点係合中の駆動部３２中の歪みおよび／または応力の結果として、圧電駆動部３２に生成された機械的エネルギーを低下させることにより軽減することができる。したがって、所望により、電極は、圧電駆動部４２に接続でき、好ましくはその中に組み込まれ、電気的負荷に接続し得る（示さず）。典型的には、少なくとも２つの電極、好ましくは、多端子電極が供される。多端子電極が用いられる好ましい具体例において、端子は、圧電駆動部の長さに沿って（好ましくは拡大軸ＥＡの方向の）離隔されることが好ましく、双方の電極が複数端子を有する場合、それぞれの端子が相互に相互配置されることが好ましい（例えば、図９Ｂおよび９Ｃに示される）。
【０１００】
また、好都合には、圧電駆動部３２に電圧を印加するために用いられる電極３４および３６を用いて、過剰な機械的エネルギーを低下し得る。これは、電源（示さず）または電気的負荷（示さず）に選択的にそれらを接続できるスイッチング装置（示さず）への電極３４、３６の接続により達成し得る。スイッチング装置を（いずれかの従来のコントローラー（示さず）により）作動させ、接点１２を移動させるためにアクチュエータ１８を作動させることが望ましい場合に、電極３４、３６を電源に接続して、圧電駆動部３２に適切な電圧を供給し、および接点跳動を軽減するために圧電駆動部３２からのエネルギーを低下させることが望ましい場合に、電極３４、３６を電気的負荷に接続する。
【０１０１】
好ましい具体例において、これは、電源（ソース）または負荷（シンク）のいずれかとして作用できる電源に電極３４、３６を接続することにより達成される。好都合には、バイポーラまたは４象限の電源はこの目的に用いられ、それはその出力端子で正または負の電圧のいずれかを生成することができる。図９Ａに示されるごとく、バイポーラまたは４象限の電源は、その端子で電圧および電流の極性により決定された４象限のいずれか１つにおいて作動することができる。象限ＩおよびＩＩＩにおいて、バイポーラ供給は、ソース電力であり：電流は、より正の電圧端子外に流れる。象限ＩＩおよびＩＶにおいて、バイポーラ供給は（負荷として作用する）消費電力であり：電流は、より正電圧の端子に流れる。したがって、バイポーラ電源は、接点１２を移動させるかまたは駆動部３２からのエネルギーを低下させて、接点跳動を軽減するようにアクチュエータ１８を作動させることが望ましいかに依存して、電源または負荷として作用するコントローラーにより作動させる。
【０１０２】
したがって、好ましい具体例において、圧電駆動部３２は、４象限電源を用いて必要な場合に電流を供給および低下させることにより接点跳動を軽減する。図９Ｂは、接点を閉るための電源として作用する場合の電源の作動を示し：電圧を圧電駆動部３２に印加して、駆動部３２を逆圧電効果によりその拡大軸ｄ３３に沿って収縮させ、それにより、増幅機４０に接点を閉じる。引き続いて、図９Ｃに示すごとく、電源を作動させて、駆動部３２におけるエネルギーを低下させ：圧電駆動部３２の長さよりかなり短い波長を持つ応力波は、接点１２のインパクト表面でのその発生から、増幅機４０を通って駆動部３２へ移動する。一旦、それが圧電駆動部３２の内部にあれば、圧電材料はこの応力歪エネルギーを電位に変換し（圧電効果により）、それは電極３４、３６により抽出される。典型的な具体例において、この目的のための圧電材料に組み込まれた何百もの電極端子が存在し得る。圧電駆動部３２の長さが圧縮波の波長（断続器に必要な大きな置換を生成するのに必要とされる）より相当に長いので、それは非常に高い連結効率を有する。４象限供給は、このエネルギーが電流として抽出でき、オーム加熱（Ｉ２Ｒ）により消散することができる手段を供する。
【０１０３】
好ましい具体例において、少なくとも１つの接点１２、１４（好ましくは、移動可能な接点１２）は、一次的耐火材料（例えば、好ましい具体例において炭化タングステン銅）、および非蒸発性ゲッタとして機能する二次的耐火材料から形成される。一次的耐火材料は、いずれかの従来方法を用いて二次的耐火材料で被覆でき、またはそれと組み合わせ、例えば、混合し得る。例えば、粉末形態の二次的耐火材料は、一次的耐火材料との焼結物ミックスに加えることもでき、この焼結物ミックスを用いて、いずれかの従来の焼結法による接点を形成する。二次的耐火材料は、真空チャンバ１６内のゲッタとして作用するいずれかの材料であり得る。好ましい具体例において、二次的耐火材料はチタンを含むが、他の金属、特に、不揮発性金属、例えば、クロムを代わりにまたは加えて用い得る。二次的耐火材料は、その接点または各接点を形成する材料の約５％〜２０％、好ましくは、約１０％にて存在し得る。
【０１０４】
例として、好ましい具体例において、粉末チタンを一次的耐火材料との焼結物ミックス、典型的には、銅または銀のごとき溶浸金属に加える。例えば、接点１２、１４は、加圧焼結物浸潤または加圧焼結物プレスプロセスを用いて形成し得る。
【０１０５】
遮断プロセス、すなわち、接点１２、１４を開状態中に接触面は除去され、二次的耐火材料を含む多量の材料を、接触面から除去し、真空チャンバにおいて他の表面（例えば、他の接点１４、１２、好ましい具体例において、シールド９４の内部表面）に析出させる。ゲッタとして作用する、析出した二次的耐火材料は、断続器１１の作動の結果として真空チャンバ１６中に存在するガスと化学結合するかまたはガスを吸収する反応性材料である。そのようにすると、析出した二次的耐火材料は、チャンバ１６に真空を維持するのを助け、それにより、断続器の作動上の寿命を延ばす。
【０１０６】
今や図８を参照して、本発明の１つの態様を具体化する真空断続器は、圧電アクチュエータ１８と共に必ずではなく、他の適用において用いることができることが注目される。真空断続器１１１は真空断続器１１と同様であり、同一番号を用いて、同様のパーツおよび当業者に明確であるのと同一または同様の記載の適用を示す。真空断続器１１１は、蛇腹連結装置（図示せず）を含むいずれかの従来のアクチュエータ、例えば、電磁アクチュエータに連結し得る。所望により、断続器１１１のハウジング２４は、蛇腹部２５により圧縮可能であり、例えば、接点１４に対しての接点１２の移動を促進する。
【０１０７】
本発明は本明細書に記載された具体例に限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく修正または変更することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【国際調査報告】
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