(57)【要約】【課題】回転シャフトを長期間停止状態に保持された状態から起動する際においても、内部に充填された絶縁ガスを封止ししつつ、過大な起動トルクを必要とせずに回転シャフトを回転させることができるガス絶縁開閉装置を提供する。【解決手段】ガス絶縁開閉装置１０は、絶縁ガスが封入された容器と、容器内に収容された可動部材と、容器の外部からの動力を前記可動部材に伝達するための回転シャフト３７と、容器の壁面を介して容器の内部と外部に連通するように設けられ、内周に回転シャフト３７と潤滑油を介して摺動するシール部材７１を備え、回転シャフト３７を回転可能に支持する軸受部材７０を備える。また、回転シャフト３７の、シール部材７１に摺動する摺動面３７ａには、摺動面３７ａよりも窪んだ凹部８０が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁ガスが封入された容器と、
前記容器内に収容され、直線的に進退可能に保持された可動接触子と、
前記可動接触子の前方に配置された固定側接触部と、
前記容器の外部からの動力をリンク機構を介して前記可動接触子に伝達し、前記可動接触子を進退させて前記固定側接触部との電気的な開閉動作を行わせる回転シャフトと、
前記容器の壁面を介して前記容器の内部と外部に連通するように設けられ、内周に前記回転シャフトと潤滑油を介して摺動するシール部材を備え、前記回転シャフトを回転可能に支持する軸支部材と
を備えるガス絶縁開閉装置であって、
前記回転シャフトの、前記シール部材に摺動する摺動面に、当該摺動面よりも窪んだ凹部が形成されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項２】
前記凹部が、前記回転シャフトの摺動面に、前記回転シャフトの周方向に亘って所定の幅を有して形成され、かつ前記回転シャフトの軸方向に所定の間隔をあけて列設されている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３】
前記凹部が、前記回転シャフトの摺動面の全面に亘って形成されている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４】
前記凹部が、複数のディンプル状の窪みで構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項５】
前記凹部が、前記回転シャフトを構成する材料よりも硬度の高い材料で構成された、平均粒子径が７５μｍ以下の硬質粒子を前記摺動面に高速気流で吹付けることにより形成されていることを特徴とする請求項４記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項６】
前記凹部が、前記回転シャフトを構成する材料よりも硬度の高い材料で構成された、平均粒子径が７５μｍ以下の硬質粒子を前記摺動面に高速気流で吹付けてディンプル状の窪みを形成し、平均粒子径が７５μｍよりも大きな前記硬質粒子を前記ディンプル状の窪みが形成された摺動面に高速気流により吹付けることにより形成されていることを特徴とする請求項４記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項７】
前記凹部が、複数の孔溝で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項８】
前記凹部が、パルス電子ビームまたはパルスレーザビームを前記摺動面に照射することで形成されることを特徴とする請求項７記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項９】
前記凹部が、溝で構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１０】
前記凹部が、前記回転シャフトの摺動面に、前記回転シャフトの周方向かつ軸方向に亘って所定の幅を有して連続的に形成された螺旋状の溝で構成されている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１１】
前記凹部は、パルス電子ビームまたはパルスレーザビームを前記摺動面に照射すること、前記摺動面をエッチングすること、または前記摺動面を機械加工することで形成されていることを特徴とする請求項９または１０記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１２】
前記回転シャフトの摺動面の、少なくとも、前記凹部が形成されていない平滑面に、硬質炭素皮膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のガス絶縁開閉装置。
【請求項１３】
前記硬質炭素皮膜が、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）からなる皮膜であることを特徴とする請求項１２記載のガス絶縁開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）に係り、特に、回転シャフトとゴム製のシール部材がグリースなどの潤滑油を介して摺動する軸受機構を備えたガス絶縁開閉装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガス絶縁開閉装置は、事故時の大電流を遮断する遮断器、電気回路を入切する断路器、接地をとる接地開閉器などの大電力用のスイッチや、ブッシングや変圧器までの回路を繋ぐ母線などから構成されている。例えば、ガス絶縁開閉装置が故障した場合、送変電系統に停電などの重大な問題が発生する可能性がある。そのため、ガス絶縁開閉装置においては、性能面で高い信頼性が要求されている。また、最近、都心部を中心にビルの地下に変電所を設置するニーズが増加しており、ガス絶縁開閉装置のコンパクト化の要求も高まっている。
【０００３】
ガス絶縁開閉装置の容器内には、絶縁ガスが封止されている。ガス絶縁開閉装置において、例えば、回路の遮断時には、容器外の駆動装置の駆動を回転シャフトを介して動力伝達手段に伝え、この動力伝達手段により可動接触子を移動することで電気的な遮断を行う。そのため、ガス絶縁開閉装置には、絶縁ガスを封止しつつ、回転シャフトを回転可能に支持する軸受機構が設けられている。
【０００４】
このような軸受機構では、例えば、金属製の回転シャフトとゴム製のシール部材（例えば、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）など）がグリースなどの潤滑油を介して摺動する構造になっている。しかしながら、例えば、回転シャフトを長期間駆動させていない状態から駆動させる場合、摺動抵抗が増大し、定常時の５〜１０倍の過大なトルクが必要になることがある。そのため、この過大なトルクを発生するための駆動機構が必要となる。この摺動抵抗の増大は、駆動機構のコンパクト化を阻害する大きな要因となっている。
【０００５】
このような駆動機構を備えたガス絶縁開閉装置において、様々な技術が開示されている（例えば、特許文献１−３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−８７８３６号公報
【特許文献２】特開２００３−４５２９６号公報
【特許文献３】特開２００２−１５２９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来のガス絶縁開閉装置では、長期間駆動させていない状態から駆動させることによる、軸受機構における摺動抵抗の増大を抑制することはできない。
【０００８】
また、発明者らは、この軸受機構における摺動抵抗が増大する因子を調査した結果、回転シャフトとゴム製のシール部材との間に存在するグリースなどの潤滑油が、時間の経過に伴いゴム製のシール部材に浸透して枯渇することを明らかにした。また、発明者らは、この潤滑油の枯渇が、長期間駆動させていない状態から駆動させる際、過大なトルクを必要とする一要因であることをつきとめた。なお、パッキンやグリースの材質を変えた場合であっても、程度の差はあるが上記したような現象が生じた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、回転シャフトを長期間停止状態に保持された状態から起動する際においても、内部に充填された絶縁ガスを封止ししつつ、過大な起動トルクを必要とせずに回転シャフトを回転させることができるガス絶縁開閉装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、絶縁ガスが封入された容器と、前記容器内に収容され、直線的に進退可能に保持された可動接触子と、前記可動接触子の前方に配置された固定側接触部と、前記容器の外部からの動力をリンク機構を介して前記可動接触子に伝達し、前記可動接触子を進退させて前記固定側接触部との電気的な開閉動作を行わせる回転シャフトと、前記容器の壁面を介して前記容器の内部と外部に連通するように設けられ、内周に前記回転シャフトと潤滑油を介して摺動するシール部材を備え、前記回転シャフトを回転可能に支持する軸支部材とを備えるガス絶縁開閉装置であって、前記回転シャフトの、前記シール部材に摺動する摺動面に、当該摺動面よりも窪んだ凹部が形成されていることを特徴とするガス絶縁開閉装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るガス絶縁開閉装置によれば、回転シャフトを長期間停止状態に保持された状態から起動する際においても、内部に充填された絶縁ガスを封止ししつつ、過大な起動トルクを必要とせずに回転シャフトを回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る一実施の形態のガス絶縁開閉装置の構成を示す側面図である。
【図２】本発明に係る一実施の形態の母線一体形断路器の内部における断路部の断面を示す図である。
【図３】本発明に係る一実施の形態の可動接触子を駆動するためのレバー部材を回動させる回転シャフトおよび回転シャフトを支持する軸受部材の断面を示す図である。
【図４】本発明に係る一実施の形態の回転シャフトの斜視図である。
【図５】本発明に係る一実施の形態の回転シャフトの摺動面の構造を説明するための、回転シャフトの軸方向に沿う断面の一部を拡大した図である。
【図６】本発明に係る一実施の形態のシール部材と回転シャフトとの摺動部における断面を拡大して示した図である。
【図７】本発明に係る一実施の形態の回転シャフトの摺動面の構造を説明するための、回転シャフトの軸方向に沿う断面の一部を拡大した図である。
【図８】本発明に係る他の実施の形態の、摺動面に凹部形成領域および平滑面領域を備える回転シャフトの斜視図である。
【図９】本発明に係る他の実施の形態の回転シャフトの摺動面の構造を説明するための、回転シャフトの軸方向に沿う断面の一部を拡大した図である。
【図１０】本発明に係る他の実施の形態の回転シャフトの摺動面に形成された凹部を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの写真である。
【図１１】本発明に係る他の実施の形態の回転シャフトの摺動面の構造を説明するための、回転シャフトの軸方向に沿う側面の一部を拡大した図である。
【図１２】図１１に示された回転シャフトの軸方向に沿う断面を示す図である。
【図１３】本発明に係る他の実施の形態の回転シャフトの摺動面の構造を説明するための、回転シャフトの軸方向に沿う側面の一部を拡大した図である。
【図１４】図１３に示された回転シャフトの軸方向に沿う断面を示す図である。
【図１５】図７に示した回転シャフトの摺動面に硬質炭素皮膜を形成したときの、回転シャフトの軸方向に沿う断面の一部を拡大した図である。
【図１６】回転試験の結果を示す図である。
【図１７】回転試験の結果を示す図である。
【図１８】回転試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る一実施の形態のガス絶縁開閉装置１０の構成を示す側面図である。図２は、母線一体形断路器２７の内部における断路部３０の断面を示す図である。図３は、可動接触子３３を駆動するためのレバー部材３５を回動させる回転シャフト３７および回転シャフト３７を支持する軸受部材７０の断面を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、ガス絶縁開閉装置１０において、遮断器２０は、その容器２１の軸線が据付面に対して垂直になるように設置されている。この遮断器２０の上部口出し部２２ａには変流器２３が設けられ、断路器２４、接地開閉器２５を経て、ケーブルヘッド２６に接続されている。また、遮断器２０の下部口出し部２２ｂには、母線一体形断路器２７を介して母線導体と接続されている。
【００１６】
ここで、母線一体形断路器２７における断路部３０の構成について説明する。
【００１７】
母線一体形断路器２７の容器内には、例えば、ＳＦ６ガスなどの絶縁ガスが封入されている。また、この容器内には、図２に示すように、可動側接触部３１、固定側接触部３２、および可動接触子３３が設けられ、断路部３０を構成している。なお、図示しないが、固定側接触部３２は、母線導体から分岐した導体と接続されている。
【００１８】
可動側接触部３１は、固定側接触部３２と対向する位置に設けられ、それぞれの可動接触子３３の移動方向に沿う中心軸がほぼ同一軸となるように設けられている。可動側接触部３１内には、可動接触子３３が摺動自在に挿入されている。この可動接触子３３は、可動側接触部３１と固定側接触部３２との間を電気的に開閉する。
【００１９】
可動接触子３３の一端には、連結部材である、例えば円筒状のピン３４が設けられ、このピン３４は、レバー部材３５の一端に形成された長穴形状の溝３６に、摺動自在に連結されている。レバー部材３５の他端は、母線一体形断路器２７の容器外に配置された操作機構により発生した回転駆動力をレバー部材３５に伝達する回転シャフト３７に接続されている。これによって、回転シャフト３７から伝達された回転駆動力がレバー部材３５を介して可動接触子３３に伝わり、可動接触子３３が可動側接触部３１内を摺動し、固定側接触部３２との電気的な開閉（電気的な接触または遮断）を可能とする。
【００２０】
また、図３に示すように、可動接触子３３を駆動するためのレバー部材３５を回動させる回転シャフト３７は、母線一体形断路器２７の容器６０の内側と外側に連通するように、母線一体形断路器２７の容器６０を貫通して設けられた軸受部材７０に回転可能に支持されている。
【００２１】
軸受部材７０は、内周に回転シャフト３７と潤滑油を介して摺動するシール部材７１を備えている。シール部材７１は、軸受部材７０の内周面に、周方向に亘って形成され、かつ回転シャフト３７の軸方向に所定の間隔をあけて列設された複数の溝７２に設置されている。このシール部材７１が、回転シャフト３７と潤滑油を介して摺動することで、シール効果を発揮し、母線一体形断路器２７の容器内に封入された絶縁ガスが、回転シャフト３７と軸受部材７０との間から外部に流出するのを防止している。シール部材７１として、例えば、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）などからなるゴム製のパッキンが使用される。また、潤滑油として、例えば、グリースなどが使用される。
【００２２】
ここで、回転シャフト３７の構造について説明する。
【００２３】
図４は、回転シャフト３７の斜視図である。図５は、回転シャフト３７の摺動面３７ａの構造を説明するための、回転シャフト３７の軸方向に沿う断面の一部を拡大した図である。図６は、シール部材７１と回転シャフト３７との摺動部における断面を拡大して示した図である。
【００２４】
図４および図５に示すように、回転シャフト３７の摺動面３７ａには、周方向の全面に亘って、この摺動面３７ａよりも内側に窪んだ複数の凹部８０が形成されている。この凹部８０は、ディンプル状の窪みで構成されている。
【００２５】
次に、このディンプル状の凹部８０の形成方法について説明する。
【００２６】
このディンプル状の凹部８０は、例えば、ショットピーニング法により形成される。具体的には、ディンプル状の凹部８０は、回転シャフト３７を構成する材料よりも硬度の高い材料で構成された、硬質粒子を回転シャフト３７の摺動面３７ａに高速気流で吹付けることで形成される。
【００２７】
ここで、硬質粒子の平均粒子径は、７５μｍ以下であることが好ましい。硬質粒子の平均粒子径を７５μｍ以下とすることが好ましいのは、平均粒子径が大きくなるとディンプル状の凹部８０の深さが深くなり、シール部材７１との摩擦が大きくなるからである。この平均粒子径は、メディアン径（５０％粒子径）である。また、硬質粒子の粒子径は、ＪＩＳ Ｒ ６００２の研削砥石用研磨材の粒度の試験方法に準じて測定される。
【００２８】
平均粒子径を７５μｍ以下の硬質粒子を使用した場合、吹き付ける気流速度に依存するが、直径が３〜３０μｍ程度のディンプル状の凹部８０が形成される。また、この場合、ディンプル状の凹部８０の深さ（最大深さ）は、１〜１０μｍ程度となる。また、硬質粒子を構成する材料として、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカなどを主成分とする材料が例示される。
【００２９】
このように凹部８０が形成された、回転シャフト３７の摺動面３７ａは、図６に示すように、潤滑油９０を介して軸受部材７０のシール部材７１と摺動する。回転シャフト３７が回転する際、図６に示すように、ディンプル状の凹部８０には、潤滑油９０が保持された状態となる。
【００３０】
このように、回転シャフト３７の摺動面３７ａにディンプル状の凹部８０を形成することで、シール部材７１との接触面積が減少し、摩擦抵抗を低減することができる。さらに、凹部８０に潤滑油９０が保持されることにより、回転シャフト３７とシール部材７１との間における潤滑油９０の枯渇を防止することができる。そのため、回転シャフト３７を長期間停止状態に保持された状態から起動する際においても、起動時の過大なトルクが不要となり、回転シャフト３７を駆動するための駆動機構をコンパクト化することができる。
【００３１】
また、ショットピーニング法により凹部８０を形成することで、回転シャフト３７の摺動面３７ａのような曲面においても、一様な大きさの微細なディンプル状の凹部８０を形成することができる。さらに、製作コストの削減および製作時間の短縮を図ることができる。
【００３２】
なお、ディンプル状の凹部８０の形成方法は、上記した方法に限られるものではない。例えば、次に示すように、ディンプル状の凹部８０を形成してもよい。
【００３３】
図７は、回転シャフト３７の摺動面３７ａの構造を説明するための、回転シャフト３７の軸方向に沿う断面の一部を拡大した図である。
【００３４】
まず、平均粒子径が７５μｍ以下の第１の硬質粒子を回転シャフト３７の摺動面３７ａに高速気流で吹付けて、ディンプル状の窪みを形成する。続いて、この第１の硬質粒子の直径よりも、直径が３〜５倍程度大きな第２の硬質粒子を、第１の硬質粒子によって形成されたディンプル状の窪みが形成された回転シャフト３７の摺動面３７ａに高速気流で吹付けて、ディンプル状の凹部８０を形成してもよい（図７参照）。
【００３５】
このようにディンプル状の凹部８０を形成することで、第１の硬質粒子によって形成されたディンプル状の凹部におけるエッジ部（図５において凹部８０間に形成される部分）が、第２の硬質粒子によって、図７に示すように、潰されて鈍化する。これにより、回転シャフト３７の摺動面３７ａにおける摩擦抵抗を低減することができる。さらに、エッジ部の形状が鈍化することで、シール部材７１の損傷をより効果的に抑制することができる。
【００３６】
また、回転シャフト３７の摺動面３７ａは、上記した凹部８０が形成された凹部形成領域と、凹部８０が形成されていない平滑面８１からなる平滑面領域とを備えるように構成されてもよい。図８は、摺動面３７ａに凹部形成領域および平滑面領域を備える回転シャフト３７の斜視図である。
【００３７】
図８に示すように、凹部形成領域および平滑面領域は、所定の幅を有して周方向に形成され、かつ回転シャフト３７の軸方向に交互に形成されている。隣接する凹部形成領域間のピッチＰ０（隣接する凹部形成領域における、凹部形成領域の幅方向の中心間の距離）は、一様となるように構成されることが好ましい。
【００３８】
このように、凹部形成領域および平滑面領域を備える場合、回転シャフト３７の摺動面３７ａにおける、摺動面３７ａ全体面積に対する平滑面８１が形成された部分の面積の割合（以下、平滑面積率という）は、３０〜６０％であることが好ましい。
【００３９】
この割合の範囲が好ましいのは、平滑面積率が３０％を下回る場合には、特に、摺動面３７ａとシール部材７１との摺動面における面圧が高いときに、凹部８０へのシール部材７１の食い込み量が増加し、摺動面３７ａにおける摩擦抵抗が増加するからである。平滑面積率が６０％を超える場合には、凹部８０における潤滑油９０の保持量が少なく、長期間停止状態に保持された状態から起動する際に過大なトルクを必要とするからである。
【００４０】
なお、平滑面積率は、ピッチＰ０を変化させることで、３０〜６０％の範囲に設定される。
【００４１】
また、凹部形成領域および平滑面領域を形成する場合、回転シャフト３７の摺動面３７ａの、凹部８０を形成する領域のみに、ディンプル状の凹部８０を形成するための上記した処理が施される。
【００４２】
このように、凹部形成領域および平滑面領域を備えることで、上記した凹部８０を備えることの作用効果に加え、さらに、摺動面３７ａとシール部材７１との摺動面における面圧が高い場合においても、凹部８０へのシール部材７１の食い込みを防止することができ、低摩擦化を図ることができる。すなわち、凹部形成領域および平滑面領域を備える構成は、特に、摺動面３７ａとシール部材７１との摺動面における面圧が高い場合に好適である。
【００４３】
（回転シャフト３７の摺動面３７ａの他の構成）
（孔形状の凹部８０）
上記した実施の形態では、ショットピーニング法により形成されたディンプル状の凹部８０を備える回転シャフト３７の摺動面３７ａについて説明したが、凹部８０の形状は、この形状に限られるものではない。ここでは、回転シャフト３７の摺動面３７ａに形成される他の凹部８０の構成について説明する。
【００４４】
図９は、他の構成の凹部８０を備えた、回転シャフト３７の摺動面３７ａの構造を説明するための、回転シャフト３７の軸方向に沿う断面の一部を拡大した図である。図１０は、回転シャフト３７の摺動面３７ａに形成された凹部８０を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したときの写真である。
【００４５】
図９および図１０に示すように、凹部８０は、複数の円形状の孔（孔溝）で構成されてもよい。なお、回転シャフト３７の摺動面３７ａには、これらの凹部８０以外に、凹部８０が形成されていない平滑面８１を備えている。
【００４６】
円形状の各孔の口径Ｄ１や深さＨ１、隣接する孔間のピッチＰ１（隣接する孔における孔の中心間の距離）は、一様となるように構成されることが好ましい。
【００４７】
凹部８０の口径Ｄ１は、１ｍｍ以下、深さＨ１は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。この口径Ｄ１および深さＨ１の範囲が好ましいのは、凹部８０に適正な量の潤滑油９０を保持することができるからである。
【００４８】
また、平滑面積率は、３０〜６０％であることが好ましい。この割合の範囲が好ましいのは、平滑面積率が３０％を下回る場合には、特に、摺動面３７ａとシール部材７１との摺動面における面圧が高いときに、凹部８０へのシール部材７１の食い込み量が増加し、摺動面３７ａにおける摩擦抵抗が増加するからである。平滑面積率が６０％を超える場合には、凹部８０における潤滑油９０の保持量が少なく、長期間停止状態に保持された状態から起動する際に過大なトルクを必要とするからである。
【００４９】
なお、平滑面積率は、凹部８０の口径Ｄ１および深さＨ１を上記した範囲とし、ピッチＰ１を変化させることで、３０〜６０％の範囲に設定される。
【００５０】
円形状の孔からなる凹部８０は、例えば、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、パルス状に電子ビームやレーザービームを所定時間照射することで形成することができる。このように、電子ビームやレーザービームの照射により凹部８０を形成することで、照射した領域のみに高精度で孔を形成することができる。なお、円形状の孔からなる凹部８０は、例えば、機械加工などによって形成されてもよい。
【００５１】
なお、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、前述したような、回転シャフト３７の軸方向に、前述したような凹部形成領域および平滑面領域を交互に備えてもよい。この場合、凹部形成領域に、孔からなる複数の凹部８０が形成される。また、凹部形成領域における凹部８０間のピッチＰ１は、できる限り小さくすることが好ましい。
【００５２】
（溝形状の凹部８０）
図１１は、他の構成の凹部８０を備えた、回転シャフト３７の摺動面３７ａの構造を説明するための、回転シャフト３７の軸方向に沿う側面の一部を拡大した図である。図１２は、図１１に示された回転シャフト３７の軸方向に沿う断面を示す図である。
【００５３】
図１１および図１２に示すように、凹部８０は、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、回転シャフト３７の周方向に亘って形成され、かつ回転シャフト３７の軸方向に所定の間隔をあけて列設された複数の溝で構成されてもよい。なお、回転シャフト３７の摺動面３７ａには、これらの凹部８０以外に、凹部８０が形成されていない平滑面８１を備えている。
【００５４】
各溝の溝幅Ｗ２や深さＨ２、隣接する溝間のピッチＰ２（隣接する溝における、溝の溝幅方向の中心間の距離）は、一様となるように構成されることが好ましい。
【００５５】
凹部８０の溝幅Ｗ２は、１ｍｍ以下、深さＨ２は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。この溝幅Ｗ２および深さＨ２の範囲が好ましいのは、凹部８０に適正な量の潤滑油９０を保持することができるからである。
【００５６】
また、平滑面積率は、３０〜６０％であることが好ましい。この割合の範囲が好ましいのは、平滑面積率が３０％を下回る場合には、特に、摺動面３７ａとシール部材７１との摺動面における面圧が高いときに、凹部８０へのシール部材７１の食い込み量が増加し、摺動面３７ａにおける摩擦抵抗が増加するからである。平滑面積率が６０％を超える場合には、凹部８０における潤滑油９０の保持量が少なく、長期間停止状態に保持された状態から起動する際に過大なトルクを必要とするからである。
【００５７】
なお、平滑面積率は、凹部８０の溝幅Ｗ２および深さＨ２を上記した範囲とし、ピッチＰ２を変化させることで、３０〜６０％の範囲に設定される。
【００５８】
上記した溝からなる凹部８０は、例えば、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、パルス状に電子ビームやレーザービームを所定時間照射することで形成することができる。また、上記した溝からなる凹部８０は、例えば、回転シャフト３７の摺動面３７ａをフォトエッチング、機械加工などすることによっても形成することができる。
【００５９】
（螺旋溝形状）
図１３は、他の構成の凹部８０を備えた、回転シャフト３７の摺動面３７ａの構造を説明するための、回転シャフト３７の軸方向に沿う側面の一部を拡大した図である。図１４は、図１３に示された回転シャフト３７の軸方向に沿う断面を示す図である。
【００６０】
図１３および図１４に示すように、凹部８０は、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、回転シャフト３７の周方向かつ軸方向に亘って螺旋状に形成された連続する溝で構成されてもよい。なお、回転シャフト３７の摺動面３７ａには、凹部８０以外に、凹部８０が形成されていない平滑面８１を備えている。
【００６１】
この螺旋状の溝の溝幅Ｗ３、深さＨ３、隣接する溝間のピッチＰ３（隣接する溝における、溝の溝幅方向の中心間の距離）は、一様となるように構成されることが好ましい。
【００６２】
凹部８０の溝幅Ｗ３は、１ｍｍ以下、深さＨ３は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。この溝幅Ｗ３および深さＨ３の範囲が好ましいのは、凹部８０に適正な量の潤滑油９０を保持することができるからである。
【００６３】
また、平滑面積率は、３０〜６０％であることが好ましい。この割合の範囲が好ましいのは、平滑面積率が３０％を下回る場合には、特に、摺動面３７ａとシール部材７１との摺動面における面圧が高いときに、凹部８０へのシール部材７１の食い込み量が増加し、摺動面３７ａにおける摩擦抵抗が増加するからである。平滑面積率が６０％を超える場合には、凹部８０における潤滑油９０の保持量が少なく、長期間停止状態に保持された状態から起動する際に過大なトルクを必要とするからである。
【００６４】
なお、平滑面積率は、凹部８０の溝幅Ｗ３および深さＨ３を上記した範囲とし、ピッチＰ３を変化させることで、３０〜６０％の範囲に設定される。
【００６５】
上記した螺旋状の溝からなる凹部８０は、例えば、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、パルス状に電子ビームやレーザービームを所定時間照射することで形成することができる。また、上記した溝からなる凹部８０は、例えば、回転シャフト３７の摺動面３７ａをフォトエッチング、機械加工などすることによっても形成することができる。
【００６６】
上記した他の構成の凹部８０を備えた場合においても、ディンプル状の凹部８０を備えた場合と同様に、凹部８０が形成された、回転シャフト３７の摺動面３７ａは、潤滑油９０を介して軸受部材７０のシール部材７１と摺動する（図６参照）。そして、回転シャフト３７が回転する際、凹部８０には、潤滑油９０が保持された状態となる。
【００６７】
このように、回転シャフト３７の摺動面３７ａに凹部８０を形成することで、シール部材７１との接触面積が減少し、摩擦抵抗を低減することができる。さらに、凹部８０に潤滑油９０が保持されることにより、回転シャフト３７とシール部材７１との間における潤滑油９０の枯渇を防止することができる。そのため、回転シャフト３７を長期間停止状態に保持された状態から起動する際においても、起動時の過大なトルクが不要となり、回転シャフト３７を駆動するための駆動機構をコンパクト化することができる。
【００６８】
また、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、凹部８０と、凹部８０が形成されていない平滑面８１とを備えることで、摺動面３７ａとシール部材７１との摺動面における面圧が高い場合においても、凹部８０へのシール部材７１の食い込みを防止することができ、低摩擦化を図ることができる。
【００６９】
ここで、回転シャフト３７の摺動面３７ａにおける少なくとも平滑面８１に、硬質炭素皮膜を形成することが好ましい。
【００７０】
図１５は、図７に示した回転シャフト３７の摺動面３７ａに硬質炭素皮膜１００を形成したときの、回転シャフト３７の軸方向に沿う断面の一部を拡大した図である。なお、ここでは、図７に示した回転シャフト３７の摺動面３７ａに硬質炭素皮膜１００を形成する場合を例示して説明するが、前述した、回転シャフト３７の摺動面３７ａにおける少なくとも平滑面８１のすべてに適用可能である。
【００７１】
図１５には、凹部８０および平滑面８１の双方、すなわち摺動面３７ａの全体に硬質炭素皮膜１００を形成した一例を示している。なお、硬質炭素皮膜１００は、回転シャフト３７の摺動面３７ａにおける少なくとも平滑面８１に形成されていればよく、図１５に示すように、摺動面３７ａの全体に形成されても、平滑面８１のみに形成されてもよい。
【００７２】
硬質炭素皮膜１００は、摩擦係数が小さく、かつ硬度の高い材料で構成され、具体的には、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などで形成される。ＤＬＣからなる硬質炭素皮膜１００は、高硬度であるため、磨耗量が少ない。そのため、ＤＬＣからなる硬質炭素皮膜１００を備えることで、抵抗力が小さく、かつ磨耗量が少ない摺動面３７ａを得ることができる。また、このＤＬＣは、耐食性にも優れている。
【００７３】
なお、回転シャフト３７は、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼、クロムモリブデン鋼などの金属で構成される。
【００７４】
ここで、ＤＬＣの皮膜の形成方法について説明する。
【００７５】
ＤＬＣの皮膜は、メタンガスを原料とするプラズマＣＶＤ法、または固体カーボンを原料とするスパッタリング法により形成される。
【００７６】
プラズマＣＶＤ法では、常温付近でコーティングすることができるが、皮膜中に多量の水素が混入するため、皮膜の硬度をあまり高くできない（例えば、ビッカース硬さ（ＨＶ）で最大２０００程度）。また、プラズマＣＶＤ法において、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、ＤＬＣからなる皮膜を形成する際、まず金属の表面に、下地として炭素（Ｃ）との反応性に優れ、ＤＬＣの密着強度を向上させるケイ素（Ｓｉ）などの皮膜を形成することが好ましい。
【００７７】
一方、スパッタリング法では、２００〜３００℃に加熱する必要があるが、水素量を低くできるので、硬度の高い皮膜を形成することができる（例えば、ビッカース硬さ（ＨＶ）で最大４５００程度）。また、プラズマＣＶＤ法において、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、ＤＬＣからなる皮膜を形成する際、まず金属の表面に、下地として炭素との反応性に優れ、所定の硬度を有する、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）などの皮膜を形成することが好ましい。下地として所定の硬度を有するタングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）などの皮膜を備えることで、回転シャフト３７の基材が変形したときでも、ＤＬＣの皮膜が、割れたり、剥離したりするなどの損傷を抑制することができる。
【００７８】
なお、スパッタリング法において、下地層およびＤＬＣ層を形成する場合、下地層とＤＬＣ層との間に、下地層からＤＬＣ層に向かって、ＤＬＣの濃度が増加し、下地層を構成する材料の濃度が減少する傾斜組成層を備えることが好ましい。この傾斜組成層は、例えば、下地層を形成する金属の蒸着量を徐々に減らし、一方でＤＬＣの蒸着量を徐々に増加させることで形成することができる。この傾斜組成層を備えることで、下地層とＤＬＣ層との間に生じる応力集中を抑制し、剥離の発生を抑えることができる。
【００７９】
上記した方法により形成される硬質炭素皮膜１００の厚さは、皮膜の残留応力、密着強さ、成膜コストなどを考慮して、１〜１０μｍ程度であることが好ましい。
【００８０】
また、硬質炭素皮膜１００を形成するＤＬＣにおける水素含有量は、概ね１０ａｔ％以下であることが好ましい。この範囲が好ましいのは、水素含有量が少ないほど高硬度の皮膜が得られるからである。
【００８１】
このように、回転シャフト３７の摺動面３７ａにおける少なくとも平滑面８１に、硬質炭素皮膜を形成することで、例えば、回転シャフト３７と摺動面３７ａの平滑面８１との間の潤滑油９０が枯渇または劣化した場合においても、摩擦抵抗を低減することができる。
【００８２】
次に、母線一体形断路器２７における断路部３０の作用について、図２を参照して説明する。
【００８３】
母線一体形断路器２７の容器外に配置された回動機器により発生した回転駆動力が回転シャフト３７に伝達されると、回転シャフト３７を中心にレバー部材３５が回転する。回転シャフト３７が回転する際、摺動面３７ａの凹部８０には、潤滑油９０が保持された状態となり、シール部材７１との接触面積が減少し、摩擦抵抗が低減される。そのため、回転シャフト３７を長期間停止状態に保持された状態から起動する際においても、過大なトルクを必要としない。また、潤滑油９０を介して回転シャフト３７とシール部材７１とが摺動することで、母線一体形断路器２７の容器内からの絶縁ガスの漏れを防止することができる。
【００８４】
回転シャフト３７を中心にレバー部材３５が回転すると、可動接触子３３のピン３４がレバー部材３５の一端の長穴形状の溝３６を摺動し、可動接触子３３は、駆動される。
【００８５】
可動接触子３３が駆動され、可動接触子３３が可動側接触部３１内を摺動し、可動接触子３３の先端部は、固定側接触部３２のシールド３２ｂの内径面から固定側接触部３２内に挿入する。そして、可動接触子３３の先端部の側面に、固定側接触部３２の接点端子３２ａが接触し、電気的に開となった状態（図２で実線で示した状態）となる。
【００８６】
次に、本発明に係るガス絶縁開閉装置１０において、前述した回転シャフト３７の摺動面３７ａの構成とすることで、長期間停止状態に保持された状態から起動する際において、過大なトルクを必要としないことを説明する。
【００８７】
なお、ここでは、図３に示した、回転シャフト３７および軸受部材７０の構成を備えた装置を、母線一体形断路器２７の容器に組み込んでトルクの評価を実施した。
【００８８】
（凹部８０がディンプル状の場合）
まず、ステンレス鋼からなる、直径が４５ｍｍ、長さが６００ｍｍの回転シャフト３７の摺動面３７ａの全体に亘って、ショットピーニング処理を施してディンプル状の凹部８０を形成した。
【００８９】
ショットピーニング処理において、平均粒径が１６μｍ、２３μｍ、４４μｍ、７５μｍの、アルミナを主成分とする硬質粒子を用いて、４種類の試料を作製した。ここで、平均粒径が１６μｍ、２３μｍ、４４μｍ、７５μｍの硬質粒子を用いて作製された試料を、それぞれ、試料１、試料２、試料３、試料４とした。
【００９０】
なお、この平均粒子径は、メディアン径（５０％粒子径）である（以下、同じ）。また、硬質粒子の粒子径は、ＪＩＳ Ｒ ６００２の研削砥石用研磨材の粒度の試験方法に準じて測定した（以下、同じ）。
【００９１】
また、平均粒子径が２３μｍの第１の硬質粒子を回転シャフト３７の摺動面３７ａに高速気流で吹付けて、ディンプル状の窪みを形成し、平均粒子径が７５μｍの第２の硬質粒子を、第１の硬質粒子によって形成されたディンプル状の窪みが形成された回転シャフト３７の摺動面３７ａに高速気流で吹付けて、ディンプル状の凹部８０を形成した試料５も用意した。なお、第２の硬質粒子を吹き付ける際の圧力は、第１の硬質粒子を吹き付ける際の圧力よりも低い圧力で行った。
【００９２】
さらに、比較のために、摺動面３７ａに凹部８０が形成されていないもの（試料６）も用意した。
【００９３】
なお、シール部材７１として、ニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）からなるゴム製のパッキンを使用した。また、潤滑油９０として、グリースを使用した。
【００９４】
ここでは、上記した試料からなる回転シャフト３７を用いて回転試験を行うことでトルクを評価した。回転試験は、母線一体形断路器２７の容器外に配置された回転駆動装置により回転シャフト３７を６０ｒｐｍで回転させて停止させた後、１０分以内に再度同回転数で回転させる試験（連続試験）、および回転停止後２４時間経過した時点から、回転駆動装置により回転シャフト３７を回転させる試験（稀頻度試験）を行った。双方の試験において、トルクメータによりトルクを測定した。なお、連続試験および稀頻度試験におけるトルクとは、それぞれの試験において停止状態から起動させる起動時における最大トルクである。
【００９５】
図１６は、回転試験の結果を示す図である。なお、図１６において、第１の硬質粒子および第２の硬質粒子を用いて凹部８０が形成された試料５における結果は、横軸の平均粒子径が２３μｍの位置に示されている。なお、図１６において、試料２における結果と区別するために、試料５における結果に係るシンボルは点線で示されている。また、摺動面３７ａに凹部８０が形成されていない試料６における結果は、平均粒径（横軸）が「０」の位置に示されている。
【００９６】
図１６に示すように、試料１〜試料６において、連続試験におけるトルクは、大きな差はなかった。一方、稀頻度試験では、試料６におけるトルクが、他の試料６におけるトルクに比べて高くなることがわかった。具体的には、回転シャフト３７の摺動面３７ａに凹部８０を備えた試料１〜試料５におけるトルクは、回転シャフト３７の摺動面３７ａに凹部８０を備えない試料６におけるトルクに比べて、４０％程度低いことがわかった。この結果から、回転シャフト３７の摺動面３７ａに凹部８０を備えることで、特に、回転停止後２４時間経過した時点から回転させる稀頻度時におけるトルクを低減できることが明らかとなった。
【００９７】
また、連続試験および稀頻度試験において、試料５におけるトルクは、試料１〜試料４におけるトルクよりも低い。この結果から、ディンプル状の凹部におけるエッジ部（図５において平滑面８１を形成する部分）を鈍化することにより、摩擦抵抗を低減することができたものと考えられる。
【００９８】
（凹部形成領域および平滑面領域を備える場合）
ここでは、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、凹部８０が形成された凹部形成領域と、凹部８０が形成されていない平滑面８１からなる平滑面領域とを備える場合における、長期間停止状態に保持された状態から起動する際のトルクを評価した。
【００９９】
凹部形成領域および平滑面領域を、図８に示すように、所定の幅で、周方向に亘って形成し、かつ回転シャフト３７の軸方向に交互に形成した。また、凹部形成領域を形成する凹部８０の形状は、前述した試料５における凹部８０と同様の形状とした。なお、ここでは、図８を参照して説明する。
【０１００】
また、上記したように凹部８０を試料５における凹部８０と同様の形状とし、凹部形成領域の幅を一定とし、平滑面積率が０％、３０％、６０％となるように凹部８０を形成した（図８を参照）。すなわち、平滑面積率の設定は、凹部８０間のピッチＰ０を変更することで調整した。そのため、平滑面積率が高い方がピッチＰが大きくなる。
【０１０１】
ここで、平滑面積率が０％とは、摺動面３７ａの全体に亘って凹部８０が形成されている状態であり、前述した試料５と同じ構成であり、ここでも試料５と表示する。また、凹部面積率が３０％のものを試料７、６０％のものを試料８とした。
【０１０２】
回転試験は、上記した平滑面積率を有する試料５、試料７および試料８について、稀頻度試験を行った。なお、稀頻度試験は、上述した試験方法と同じ試験方法で行った。また、回転シャフト３７の摺動面３７ａに負荷される面圧を、前述したディンプル状の凹部を有する摺動面３７ａに負荷される面圧の、１倍（ディンプル状の摺動面３７ａと同じ面圧）、１．５倍、２倍とした面圧比条件の下、回転試験を行った。
【０１０３】
図１７は、回転試験の結果を示す図である。なお、図１７の、横軸には面圧比が、縦軸には稀頻度試験におけるトルクが示されている。
【０１０４】
図１７に示すように、面圧比が低い場合には、平滑面積率が小さい方が、平滑面積率が大きい方よりも、トルクが低いことがわかる。一方、面圧比が高くなるにつれて、平滑面積率が高い方がトルクが低いことがわかる。これは、面圧比が高くなると、凹部８０へのシール部材７１の食い込みが増加し、摩擦力が大きくなるためと考えられる。
【０１０５】
また、これらの結果から、凹部形成領域と平滑面領域とを混在させることで、面圧は主として平滑面領域が分担し、潤滑油９０の保持効果は、凹部形成領域が分担していることがわかる。また、平滑面積率が３０〜６０％の範囲においては、面圧比が上昇しても、トルクが急激に増加することがないことがわかった。
【０１０６】
（凹部８０が孔状または螺旋溝状の場合）
ここでは、回転シャフト３７の摺動面３７ａの凹部８０を孔状または螺旋溝状とした。凹部８０が孔状の場合には、図９および図１０を、凹部８０が螺旋溝状の場合には、図１３および図１４を参照して説明する。
【０１０７】
凹部８０を孔状に形成した場合（試料９）、凹部８０の口径Ｄ１を３００μｍ、深さＨ１を１０μｍとし、凹部８０間のピッチＰ１を５００μｍとした。この場合、図９および図１０に示すように、凹部８０間に平滑面８１が存在する。この場合における平滑面積率は６０％であった。なお、回転シャフト３７の摺動面３７ａにパルス状に電子ビームを照射して複数の孔状の溝を形成した。
【０１０８】
凹部８０を螺旋溝状に形成した場合（試料１０）、凹部８０の溝幅Ｗ３を５０μｍ、深さＨ３を１０μｍとし、凹部８０間のピッチＰ３を１００μｍとした。この場合における平滑面積率は５０％であった。なお、回転シャフト３７の摺動面３７ａをフォトエッチングすることで螺旋溝状の凹部８０を形成した。
【０１０９】
また、試料９および試料１０の摺動面３７ａに、スパッタリング法により、厚さが２μｍのダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）からなる硬質炭素皮膜１００を形成した。試料９の摺動面３７ａに硬質炭素皮膜１００を形成したものを試料１１と、試料１０の摺動面３７ａに硬質炭素皮膜１００を形成したものを試料１２と示す。
【０１１０】
なお、比較のために、摺動面３７ａに凹部８０および硬質炭素皮膜１００が形成されていない、前述した試料６も用意した。
【０１１１】
回転試験では、上記した試料６、試料９〜試料１２について稀頻度試験を行った。なお、稀頻度試験は、上述した試験方法と同じ試験方法で行った。また、回転シャフト３７の摺動面３７ａに負荷される面圧を、前述したディンプル状の凹部を有する摺動面３７ａに負荷される面圧の２倍とした面圧比条件の下、回転試験を行った。
【０１１２】
図１８は、回転試験の結果を示す図である。図１８に示すように、試料９および試料１０においても、前述した、ディンプル状の凹部８０を有する試料１〜試料６と同様に、試料６に比べて、トルクが低いことがわかった。さらに、硬質炭素皮膜１００を備えることで、さらにトルクが低くなることがわかった。
【０１１３】
なお、図示していないが、回転シャフト３７の摺動面３７ａに、回転シャフト３７の周方向に亘って形成され、かつ回転シャフト３７の軸方向に所定の間隔をあけて列設された複数の溝で構成された凹部８０（図１１および図１２参照）を備える場合においても、凹部８０の溝幅Ｗ２、深さＨ２および平滑面積率を上述した範囲とすることで、凹部８０を螺旋溝状に形成した場合（試料１０）と同程度にトルクが低くなることが確認されている。
【０１１４】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…ガス絶縁開閉装置、２０…遮断器、２１、６０…容器、２２ａ…上部口出し部、２２ｂ…下部口出し部、２３…変流器、２４…断路器、２５…接地開閉器、２６…ケーブルヘッド、２７…母線一体形断路器、３０…断路部、３１…可動側接触部、３２…固定側接触部、３２ａ…接点端子、３２ｂ…シールド、３３…可動接触子、３４…ピン、３５…レバー部材、３６…溝、３７…回転シャフト、３７ａ…摺動面、７０…軸受部材、７１…シール部材、７２…溝、８０…凹部、８１…平滑面、９０…潤滑油、１００…硬質炭素皮膜。
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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