(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸と同期連動する偏心カムと、前記偏心カムと同期連動して往復直線運動する巻上げケースと、前記巻上げケースに取り付けられた蓄勢バネと、前記蓄勢バネを通して前記巻上げケースと同期連動して往復直線運動する蓄勢ケースと、前記蓄勢ケースと同期連動して回転するクランクと、所定の待機位置で前記クランクと係合することにより前記クランクの回転を止めて前記蓄勢バネの蓄勢を行うキャッチ、を有した強制投入機構付きの蓄勢機構において、
前記強制投入機構は、
前記偏心カムに取り付けられた突起と、
前記突起の先端に取り付けられたベアリングと、
前記蓄勢ケースに取り付けられた投入カムを備え、
前記投入カムが前記ベアリングと接触することで前記蓄勢ケースを介して前記クランクを回転させ前記キャッチを待機位置に送るように構成したことを特徴とする強制投入機構付きの蓄勢機構。
【請求項２】
上記投入カムのカム形状を２等辺三角形状としたことを特徴する請求項１に記載の強制投入機構付きの蓄勢機構。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の強制投入機構付きの蓄勢機構を備えたことを特徴とする負荷時タップ切換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、変圧器などに用いられる負荷時タップ切換装置並びに強制投入機構付きの蓄勢機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、変圧器などには、変圧器などに負荷電流を与えたまま電圧を切り換える負荷時タップ切換装置が多用されている。負荷時タップ切換装置ではタップ切換動作の迅速性を確保することが重要であるため、蓄勢機構によって大きな切換トルクを得ている。蓄勢機構では、蓄勢したバネ力を一気に放勢することでクランクを高速回転させ、クランクに連結したタップ切換器の切換動作を短時間で行うことができる。
【０００３】
蓄勢機構には、バネ力を蓄積するために、クランクに形成された爪部に係合してクランクの回転を押さえるキャッチが設けられている。キャッチは、バネ力を放勢させる際にはクランクの爪部から一旦外れるが、タップ切換器の切換動作が終わり、クランクが所定量回転した後はクランクの爪部に再び係合する。キャッチがクランクの爪部に係合する際の位置を、キャッチの待機位置とする。
【０００４】
ところで、外乱やタップ切換器の故障等が発生して、タップ切換器の切換動作に必要な切換トルクが増加すると、クランクの回転量が不十分になり、クランクの爪部がキャッチの位置に達しない、つまりキャッチが待機位置に戻らないことがある。この場合、キャッチが爪部に係合することができず、クランクの回転を押さえることができないので、蓄勢機構はバネ力を蓄積することが困難となる。
【０００５】
そこで、蓄勢機構には、キャッチが待機位置に移動しなかった場合の保険機構として、強制投入機構が取り入れられている（例えば、特許文献１など）。強制投入機構とは、蓄勢機構本来の動作の後で、キャッチを待機位置へと強制的に送る機構である。
【０００６】
以下、図８及び図９の斜視図を参照して、負荷時タップ切換装置における強制投入機構付きの蓄勢機構の従来例について、具体的に説明する。これらの図に示すように、蓄勢機構には、電動操作機構（図示せず）に連結された駆動軸１０が設けられ、駆動軸１０には偏心カム１１が取り付けられている。
【０００７】
図８に示すように、偏心カム１１には駆動軸１０及び偏心カム１１と同期連動して往復直線運動する巻上げケース１２が係合されている。なお、直線運動する巻上げケース１２が所定の位置に達した時点で、巻上げケース１２は、後述するキャッチ１５及びクランク１４の爪部との係合を外すように設定されている。
【０００８】
図９では図８に示した巻上げケース１２を取り外した状態を示している。巻上げケース１２の下面側には、蓄勢バネ（図示せず）及び蓄勢ケース１３が配置されている。蓄勢ケース１３は、蓄勢バネを通して巻上げケース１２と連動して往復直線運動するようになっている。
【０００９】
蓄勢ケース１３の下面側には蓄勢ケース１３と同期連動して回転するクランク１４が連結され、クランク１４にはタップ切換器（図示せず）が連結されている。また、クランク１４に近接してキャッチ１５が設置されている。キャッチ１５は、待機位置にてクランク１４の爪部と係合するように構成されている。
【００１０】
以上のような蓄勢機構では、電動操作機構からの駆動力を受けて駆動軸１０が回転すると、駆動軸１０の回転に伴って偏心カム１１が回転する。このため、偏心カム１１と連動する巻上げケース１２が直線運動する。直線運動した巻上げケース１２は蓄勢バネの片端部に力を加えつつ、蓄勢バネと接触する蓄勢ケース１３を往復直線運動させる。この時、待機位置にあるキャッチ１５がクランク１４の回転を押さえているので、蓄勢ケース１３が直線運動しても、クランク１４は回転することが無い。したがって、巻上げケース１２の直線運動に従って蓄勢バネがバネ力を蓄積していく。
【００１１】
直線運動する巻上げケース１２が所定の位置に達すると、巻上げケース１２がクランク１４の爪部とキャッチ１５との係合を外し、キャッチ１５は解放される。したがって、蓄勢バネはバネ力を放勢し、この蓄勢バネのバネ力により、蓄勢ケース１３は高速で直線運動を行って、蓄勢ケース１３と同期連動するクランク１４が高速で回転する。クランク１４はこの回転力をタップ切換器に伝え、タップ切換器が迅速なタップ切り換え動作を実施することができる。
【００１２】
続いて、蓄勢機構に組み込まれた強制投入機構の構成について説明する。強制投入機構は、偏心カム１１に形成された特殊形状の投入カム１６と、蓄勢ケース１３に取り付けられたベアリング１９とから構成される（図９参照）。投入カム１６は、偏心カム１１と連動して回転する時、ベアリング１９と当接し、カムの形状に沿ってベアリング１９を押し込むようになっている。
【００１３】
このような強制投入機構では、駆動軸１０の回転トルクを利用して投入カム１６がベアリング１９を押し込むことで、蓄勢ケース１３をスライド移動させ、蓄勢ケース１３と連動するクランク１４を強制的に回転させることができる。したがって、万が一、外乱等が発生してタップ切換器の切換動作に必要な切換トルクが増加しても、クランク１４の回転量が不足するといった事態を回避することができる。これにより、キャッチ１５はクランク１４の爪部に係合する待機位置へと確実に移動することができる。以上の強制投入機構を備えた蓄勢機構によれば、外乱や故障等が起きても、キャッチ１５が必ずクランク１４の爪部に係合しているため、蓄勢機構はバネ力を安定して蓄積することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００８−２５８２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の強制投入機構には次のような課題があった。すなわち、偏心カム１１に連動して回転する投入カム１６がベアリング１９を押し込むにつれて、投入カム１６とベアリング１９との接触点は、偏心カム１１の回転中心から遠ざかっていく。
【００１６】
したがって、投入カム１６の回転が進めば、負荷トルクは増大することになる。また、偏心カム１１と共に投入カム１６の回転が進むにつれて、圧力角が大きくなり、ベアリング１９からの抵抗は大きくなる。この点も負荷トルク増大の一要因となる。
【００１７】
強制投入機構における負荷トルクが大きい場合、強制投入機構が安定して動作するためには、機構を構成する部品に関して、極めて緻密な形状が必要となり、部品を精密に製作しなくてはならない。しかも、上記の強制投入機構では、偏心カム１１に特殊な形状の投入カム１６を取り付けて製作している。このため、取り付け作業は困難であり、製作工数が増大していた。
【００１８】
前述したように強制投入機構は、外乱や故障の際にタップ切換器の切換を保証する機構なので、安定して動作することが不可欠である。したがって、安定駆動を阻害するような部品精度の低下は許されず、また製作工数も多く製作コストは高騰し、コストパフォーマンスの悪化を招いていた。
【００１９】
本発明の実施形態は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、安価で単純な構成であり、負荷トルクを抑えつつ安定的な駆動が可能な強制投入機構付きの蓄勢機構及びそれを備えた負荷時タップ切換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、実施形態に係る強制投入機構付きの蓄勢機構は、駆動軸と同期連動する偏心カムと、前記偏心カムと同期連動して往復直線運動する巻上げケースと、前記巻上げケースに取り付けられた蓄勢バネと、前記蓄勢バネを通して前記巻上げケースと同期連動して往復直線運動する蓄勢ケースと、前記蓄勢ケースと同期連動して回転するクランクと、所定の待機位置で前記クランクと係合することにより前記クランクの回転を止めて前記蓄勢バネの蓄勢を行うキャッチ、を有しており、次のような強制投入機構を組み込んでいる。
【００２１】
すなわち、実施形態に係る蓄勢機構に組み込まれた強制投入機構は、前記偏心カムに取り付けられた突起と、前記突起の先端に取り付けられたベアリングと、前記蓄勢ケースに取り付けられた投入カムを備え、前記投入カムが前記ベアリングと接触することで前記蓄勢ケースを介して前記クランクを回転させ前記キャッチを待機位置に送るように構成したことを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】代表的な実施形態を上方から見た斜視図。
【図２】代表的な実施形態を下方から見た斜視図。
【図３】代表的な実施形態の動作を示す平面図。
【図４】従来技術と実施形態との負荷トルクを比較したグラフ。
【図５】他の実施形態の斜視図。
【図６】従来技術と、代表的な実施形態及び他の実施形態における負荷トルクを比較したグラフ。
【図７】代表的な実施形態と他の実施形態に関して投入カムのストローク距離における回転角を比較したグラフ。
【図８】従来の強制投入機構付き蓄勢機構の斜視図。
【図９】従来の強制投入機構付き蓄勢機構の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、実施形態に係る強制投入機構付き蓄勢機構について、図１〜図６を参照して具体的に説明する。なお、本実施形態は、強制投入機構に特徴があり、蓄勢機構の基本的な構成及びその動作は、図８、図９にて示した従来例と同様である。
【００２４】
［蓄勢機構の構成］
まず、図１、図２を参照して、実施形態に係る蓄勢機構の構成について、具体的に説明する。図１に示すように、蓄勢機構には、電動操作機構（図示せず）に連結される駆動軸１が設けられており、駆動軸１には、駆動軸１と同期連動する偏心カム２が取り付けられている。偏心カム２に隣接して蓄勢バネ３が配置されており、これら偏心カム２及び蓄勢バネ３の下方には、蓄勢バネ３と接触して蓄勢ケース５が設けられている。蓄勢ケース５は、蓄勢バネ３を通して、後述する巻上げケース４と同期連動し往復直線運動するようになっている。
【００２５】
図２に示すように、蓄勢ケース５の上面側には巻上げケース４が配置されている。巻上げケース４は偏心カム２と同期連動して往復直線運動するようになっている。なお、図１は実施形態を上方から見た斜視図であるが、理解の容易化を図るため、巻上げケース４を取り外した状態を示している。
【００２６】
図２に示すように、蓄勢ケース５の下面側にはクランク６が連結されている。クランク６は、蓄勢ケース５と同期連動して回転し、タップ切換器（図示せず）に回転力を伝えるように構成されている。また、クランク６に近接して、クランク６の爪部６ａに対し係脱自在なキャッチ７が設置されている。
【００２７】
キャッチ７は、予め決められた待機位置においてクランク６の爪部６ａに係合することにより、クランク６の回転を規制し、蓄勢バネ３の蓄勢を行うように構成されている。キャッチ７とクランク６の爪部６ａとの係合は、所定のストロークを直線運動した巻上げケース４によって外されるように設定されている。蓄勢機構は、上記の部材、すなわち、駆動軸１、偏心カム２、蓄勢バネ３、巻上げケース４、蓄勢ケース５、クランク６、キャッチ７から構成される。
【００２８】
［蓄勢機構の動作］
以上のような構成を有する蓄勢機構の動作について説明する。すなわち、電動操作機構からの駆動力を受けて駆動軸１が回転すると、駆動軸１と同期連動する偏心カム２が回転し、偏心カム２と連動する巻上げケース４が直線運動を行う。直線運動した巻上げケース４は蓄勢バネ３の片端部に力を加えつつ、蓄勢バネ３と接触する蓄勢ケース５を往復直線運動させる。
【００２９】
蓄勢ケース５と連動するクランク６は、蓄勢ケース５の往復直線運動によって回転しようとするが、待機位置にあるキャッチ７がクランク６の爪部６ａと係合している。つまり、クランク６の回転は押さえられており、巻上げケース４の移動に従って蓄勢バネ３にバネ力が蓄積される。
【００３０】
巻上げケース４が所定のストロークを直線運動した時点で、巻上げケース４がキャッチ７とクランク６の爪部６ａとの係合を外す。これによりキャッチ７は解放され、蓄勢バネ３はバネ力を放勢する。その結果、放勢された蓄勢バネ３のバネ力を受けて、蓄勢ケース５は高速で直線運動を行い、蓄勢ケース５と同期連動するクランク６が高速で回転する。クランク６は回転力をタップ切換器に伝え、タップ切換器は迅速に切り換わることができる。
【００３１】
［強制投入機構の構成］
本実施形態は、上述した蓄勢機構に、次のような強制投入機構を組み込んだことを特徴としている。図１に示すように、強制投入機構は、突起８と、ベアリング９と、投入カム１７とから構成されている。このうち、突起８は、偏心カム２下面側に取り付けられ、突起８の先端にベアリング９が取り付けられている。
【００３２】
投入カム１７は、頂角を９０°近傍とする２等辺三角形状であり、蓄勢ケース５の上面側の向かい合う左右の縁部に沿って、頂角を対向させるようにして取り付けられている。投入カム１７は、偏心カム２側に取り付けられたベアリング９と接触することでスライドし、投入カム１７と同期連動して蓄勢ケース５がスライドするようになっている。
【００３３】
蓄勢ケース５のスライドに伴って、蓄勢ケース５と同期連動するクランク６は回転するが、このとき、投入カム１７は、キャッチ７が待機位置に移動する時点で、ベアリング９が投入カム１７の頂点に達するように設定されている。つまり、投入カム１７はベアリング９と接触することで蓄勢ケース５を介してクランク６を回転させ、キャッチ７を待機位置に送るように構成されている。
【００３４】
［強制投入機構の動作］
続いて、本実施形態に係る強制投入機構の動作について、図３の（Ａ）〜（Ｆ）を用いて説明する。すなわち、ベアリング９が投入カム１７に接触した時点（図３の（Ａ））から投入カム１７のスライドが始まり、偏心カム２の反時計回転方向への回転に伴ってベアリング９が投入カム１７を図面右方向に押し込むことで、投入カム１７のスライドが進んでいく（図３の（Ｂ）から（Ｄ）へ）。
【００３５】
したがって、投入カム１７を取り付けた蓄勢ケース５も、図面右方向にスライドしていく。そして、キャッチ７がクランク６の爪部６ａに係合して待機位置に移動した時点で（図３の（Ｅ）から（Ｆ）へ）、ベアリング９が投入カム１７の頂点に達する。
【００３６】
［作用効果］
以上のような本実施形態の作用効果は次の通りである。図４は、本実施形態に係る強制投入機構によってスライド移動する蓄勢ケース５もしくは従来の強制投入機構によってスライド移動する蓄勢ケース１３のストローク距離を横軸にとり、各距離における負荷トルクを縦軸に示したもので、ストローク方向に１０［Ｎ］の負荷がかかることを想定したグラフである。
【００３７】
図４に示すように、本実施形態では、蓄勢ケース５がスライド移動する前の待機状態からして、その負荷トルクは、従来の１／３程度で済む。しかも、偏心カム２に取り付けられたベアリング９が投入カム１７を押し込むことで蓄勢ケース５をスライドさせる。このため、偏心カム２の回転中心から、ベアリング９と投入カム１７との接触点までの距離に変化はない。
【００３８】
したがって、本実施形態においては、偏心カム２の回転が進んでも、ベアリング９と投入カム１７との圧力角は常に一定である。この結果、蓄勢ケース５のストローク距離が増えるに従って、ベアリング９と投入カム１７との接触点における負荷トルクは、かえって減少する。
【００３９】
すなわち、本実施形態では、偏心カム１１の回転と共に負荷トルクが増大する従来技術とは対照的に、駆動軸１にかかる負荷トルクは徐々に小さくなる。このように、本実施形態は負荷トルクを大幅に低減することが可能である。図４に示した例では、従来技術における強制投入機構での負荷トルクが最大となった時点と比べると、本実施形態に係る強制投入機構での負荷トルクは、従来の負荷トルクのほぼ１／８である。
【００４０】
このように負荷トルクを抑えた本実施形態によれば、従来ほど緻密な形状構成や部品の精密製作を実施することなく、強制投入機構は安定して動作することが可能である。そのため、キャッチ７が待機位置に移動しなかった場合の保険機構である強制投入機構として、優れた信頼性を発揮することができる。
【００４１】
その上、本実施形態では、高価な精密部品を使用する必要がないだけではなく、製作工数の多くなりがちな従来技術と比較して、シンプルな構成であって、投入カム１７やベアリング９の取り付け作業は極めて簡単である。また、投入カム１７は、頂角を９０°近傍とする２等辺三角形のカム形状であり、回転角、負荷トルク、ストロークのバランスが最適な形状である。この形状は加工が容易であり、製作性は良好である。したがって、製造コストを低減させることができ、コストパフォーマンスは大幅に向上する。
【００４２】
さらに、頂角を９０°近傍とする２等辺三角形の投入カム１７は、ベアリング９に接触する辺部分を傾斜させたことで、ベアリング９との接触タイミングを遅らせることができる。このため、クランク６における回転角は小さくとも、大きなストローク距離を稼ぐことが可能であり、キャッチ７を確実に待機位置に移動させることができる。
【００４３】
このようにクランク６の回転角が小さくても大きなストローク距離を稼げる本実施形態の強制投入機構は、蓄勢機構の動作を阻害することがないため、蓄勢機構の保険機構である機構として、つまり蓄勢機構本来の動きの後に動作する機構として、非常に好適である。
【００４４】
［他の実施形態］
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されるこが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。
【００４５】
これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。例えば、他の実施形態の態様としては、上記の強制投入機構付きの蓄勢機構を備えた負荷時タップ切換装置であっても良い。
【００４６】
また、投入カムとベアリングとの接触部の形状は、適宜変更可能であり、強制投入機構における負荷トルクや、ベアリングと投入カムとの回転角度等を調整することにより、タップ切換器の切り換えに必要な負荷トルクに合わせて、投入カムの形状を決定することができる。
【００４７】
具体的には、図５に示すように、２等辺三角形状の投入カム１７に代えて、細長いコ字形の投入カム１８を用いることも可能である。このような投入カム１８によれば、図６に示すように、負荷トルクのさらなる低減が可能である。
【００４８】
ただし、投入カム１７と投入カム１８のストローク距離における回転角を比較すると、図７に示すように、投入カム１７を使用した強制投入機構の方が優位である。なお、図６のグラフでは、投入カム１８を用いた強制投入機構は回転角４０°で最大ストローク距離が決定され、投入カム１７を用いた強制投入機構及び従来の強制投入機構は、それぞれの形態で最終ストローク距離をほぼ同距離に合わせたものである。
【符号の説明】
【００４９】
１、１０…駆動軸
２、１１…偏心カム
３…蓄勢バネ
４、１２…巻上げケース
５、１３…蓄勢ケース
６、１４…クランク
７、１５…キャッチ
８…突起
９、１９…ベアリング
１６、１７、１８…投入カム
【図１】
0005677163.tif 000002
【図２】
0005677163.tif 000003
【図３】
0005677163.tif 000004
【図４】
0005677163.tif 000005
【図５】
0005677163.tif 000006
【図６】
0005677163.tif 000007
【図７】
0005677163.tif 000008
【図８】
0005677163.tif 000009
【図９】
0005677163.tif 000010