JPH0877860A - 開閉機器用電動ばね操作機構とコイルばねの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コイルばねのサージングによる速度低下を抑
制して、開閉機器の電極の開極速度を大きくする。 【構成】 電動機１と、この電動機１の駆動力を利用し
て圧縮、蓄勢する投入ばね２０ａと遮断ばね２０ｂを備
える。投入ばね２０ａと遮断ばね２０ｂの蓄勢エネルギ
ーを解放して図示していない開閉機器の電極を駆動す
る。１つの実施例においては、投入ばね２０ａおよび遮
断ばね２０ｂとして、中空状の鋼製の素線からなるコイ
ルばねを使用する。別の実施例においては、投入ばね２
０ａおよび遮断ばね２０ｂの素線を、金属基複合材料
（ＦＲＭ）またはプラスチック基複合材料（ＦＲＰ）に
よって構成する。さらに別の実施例においては、投入ば
ね２０ａおよび遮断ばね２０ｂの素線を、中空状の金属
基複合材料（ＦＲＭ）または中空状のプラスチック基複
合材料（ＦＲＰ）によって構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、開閉機器用の操作機構
に係り、特に、駆動源としてコイルばねを使用した電動
ばね操作機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力需要の増大と電力消費の都市
集中が強まっており、開閉所敷地の不足から、電力供給
に不可欠な開閉所の小型・大容量化とそれを構成する開
閉機器の小型・大容量化が進められている。このような
開閉機器の操作機構としては、近年、空気圧操作機構や
油圧操作機構に代わって電動ばね操作機構が広く普及し
つつある。この電動ばね操作機構は、電動機でコイルば
ねを圧縮してこれを蓄勢し、このコイルばねの蓄勢エネ
ルギーを解放して、開閉操作を短時間で行う機構であ
る。この電動ばね操作機構は、構成が比較的単純であ
り、製造コストの低減が図れ、メンテナンスが容易であ
るなどの多くの利点を有する。

【０００３】以下には、従来用いられている開閉機器用
電動ばね操作機構の基本的な構成と動作について、図８
を参照して説明する。ここで、図８は、従来から用いら
れている開閉機器用電動ばね操作機構の一例を示す分解
斜視図である。すなわち、電動機１は、ウォームギア２
およびウォームホイール３を介してスプロケット４に接
続され、さらに、このスプロケット４からチェーン５と
スプロケット６を介して、カム軸７に接続されており、
電動機１の駆動力が、この順で伝達されるように構成さ
れている。

【０００４】また、カム軸７には偏心カム８が固定さ
れ、この偏心カム８には、軸９に固定された投入レバー
１０がその一端で接触している。この投入レバー１０の
他端には投入ばね１１の一端が接続されており、この投
入ばね１１の他端はフレーム１２に固定されている。よ
り詳細には、投入ばね１１には、コイルばねが用いられ
ている。そして、この投入ばね１１は、その一端に取付
けられた連結フランジ１１ａによって投入レバー１０と
連結され、また、その他端に取付けられた固定フランジ
１１ｂによってフレーム１２に固定されている。なお、
図示していないが、この投入ばね１１の近傍には、投入
ばね１１の蓄勢状態を保持するためのキャッチ機構が設
けられている。

【０００５】さらに、カム軸７には、投入カム１３が固
定され、この投入カム１３には、軸１４に固定された伝
達レバー１５がその一端で接触している。また、軸１４
上には出力レバー１６が固定され、この出力レバー１６
の先端には図示していない開閉機器の電極が接続されて
いる。

【０００６】一方、伝達レバー１５は、ロッド１７によ
って遮断レバー１８と連結され、この遮断レバー１８の
他端には遮断ばね１９が接続されている。また、この遮
断ばね１９の他端はフレーム１２に固定されている。よ
り詳細には、遮断ばね１９には、前述した投入ばね１１
と同様に、コイルばねが用いられている。そして、この
遮断ばね１９は、その一端に取付けられた連結フランジ
１９ａによって遮断レバー１８と連結され、また、その
他端に取付けられた固定フランジ１９ｂによってフレー
ム１２に固定されている。なお、図示していないが、こ
の遮断ばね１９の近傍には、投入ばね１１側と同様に、
遮断ばね１９の蓄勢状態を保持するためのキャッチ機構
が設けられている。

【０００７】以上のように構成された従来の電動ばね操
作機構は、以下に述べるように作用する。

【０００８】［１］投入ばねの蓄勢 遮断動作完了時には、電動機１が起動し、その駆動力
が、ウォームギア２とウォームホイール３により減速さ
れてスプロケット４に伝達され、さらに、このスプロケ
ット４からチェーン５とスプロケット６を経て減速され
て伝達される。そして、さらに、スプロケット１６に伝
達された駆動力によって、カム軸７と偏心カム８とが回
転し、軸９を中心に回転する投入レバー１０の一端が図
中時計回りに押圧される。これにより、投入レバー１０
の他端に接続された投入ばね１１が圧縮され、投入ばね
１１は蓄勢状態となる。なお、この蓄勢状態は、図示し
ないキャッチ機構によって保持される。

【０００９】［２］投入動作と遮断ばねの蓄勢 以上のような投入ばね１１の蓄勢状態において、投入指
令が発せられると、キャッチ機構による投入ばね１１の
保持が解除される。それにより、投入ばね１１が放勢し
て投入レバー１０が図中反時計回りに回転し、偏心カム
８を回転させ、同時にカム軸７と投入カム１３が回転す
る。さらにこの投入カム１３の回転によって伝達レバー
１５が軸１４を中心として図中時計回りに回転し、軸１
４の回転と同時に出力レバー１６が図中時計回りに回転
して、出力レバー１６の先端に接続されている図示しな
い開閉機器の電極を駆動して投入状態となる。

【００１０】これと同時に、伝達レバー１５に連結され
たロッド１７が遮断レバー１８を図中時計回りに回転さ
せる。これにより、遮断レバー１８の他端に接続された
遮断ばね１９が圧縮され、遮断ばね１９は蓄勢状態とな
る。なお、この蓄勢状態は、投入ばね１１と同様に、図
示しないキャッチ機構によって保持される。

【００１１】［３］遮断動作 以上のような遮断ばね１９の蓄勢状態において、遮断指
令が発せられると、キャッチ機構による遮断ばね１９の
保持が解除される。それにより、遮断ばね１９が放勢し
て遮断レバー１８が図中反時計回りに回転する。この遮
断レバー１８の回転により、ロッド１７を介して伝達レ
バー１５が軸１４を中心として図中反時計回りに回転
し、軸１４の回転と同時に出力レバー１６が図中反時計
回りに回転して、出力レバー１６の先端に接続されてい
る図示しない開閉機器の電極を駆動して遮断状態とな
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、開閉機器の
小型・大容量化を行おうとする場合、特に、遮断動作に
おいて、開閉機器の電極の開極速度を大きくする必要が
ある。しかしながら、駆動源として従来のコイルばねを
用いた場合、いわゆるコイルばねのサージングのために
動的な応答が遅れ、目標とする開極速度が得られないと
いう問題を生じる。ここで、コイルばねのサージングと
は、コイルばねの一端が急に解放されてもばねの素線全
部が直ちに動作を開始しないために生じるものである。
この現象は、コイルばねの素線のコイル軸方向の振動に
起因する。

【００１３】このサージングによる動作遅れ、つまり速
度低下割合は、詳しくは波動方程式の解によって議論す
べきであるが、文献：「山崎ほか、日本機械学会講演
集、Ｎｏ．９３０−７１、Ｐ２８７（１９９３年）」に
示されているように、駆動すべき機構の質量ｍとコイル
ばね自身の質量ｍ_s の１／３との合計を、実質的な駆動
部分の質量と見なすことにより比較的高精度で簡易的な
評価ができる。すなわち、サージングによるコイルばね
の速度低下割合は、次の式（１）で簡単に求めることが
できる。

【数１】 例えば、素線径ｄ＝２５ｍｍ、コイル直径Ｄ＝１５０ｍ
ｍ、有効巻き数ｎ＝１１．６の鋼製ばねによって、質量
ｍ＝６０ｋｇの機構を駆動する場合、ｍ_s ＝２１ｋｇで
あり、見掛上駆動すべき質量は６７ｋｇとなる。この場
合のサージングによる速度低下割合は、式（１）から約
１２％となる。すなわち、サージングが生じない場合に
比べて約１２％も速度が低下してしまう。したがって、
目標の開極速度を例えば１０ｍ／ｓとして設計した場
合、実際にはサージングのために、８．９ｍ／ｓの開極
速度しか得られず、このために遮断できない、というよ
うな不都合が生じる可能性がある。特に、開閉動作の高
速化のために機構部分の軽量化を行った場合には、前記
式（１）のｍがさらに小さくなるのでサージングによる
速度低下の割合は益々大きくなってしまう。このよう
に、コイルばねのサージングによる速度低下は、開閉機
器の小型・大容量化を阻害する大きな要因になってい
る。

【００１４】本発明は、上述したような従来技術の問題
点を解決するために提案されたものであり、その目的
は、コイルばねのサージングによる速度低下を抑制し
て、開閉機器の電極の開極速度を大きくすることによ
り、開閉機器の小型・大容量化に貢献可能でしかも信頼
性の高い開閉機器用電動ばね操作機構を提供するととも
に、この機構に使用する優れたコイルばねの製造方法を
提供することである。

【００１５】より具体的に、請求項１記載の発明の目的
は、コイルばねを軽量化してサージングによる速度低下
を小さくするとともに、高い駆動力と高い機械的強度を
得ることにより、コイルばねの信頼性を確保することで
ある。請求項２および３記載の発明の目的は、中空状の
金属材料に比べてコイルばねをさらに軽量化し、サージ
ングによる速度低下をより小さくするとともに、金属材
料を使用した場合と同様の高い駆動力と高い機械的強度
を得ることにより、コイルばねの信頼性を確保すること
である。請求項４および５記載の発明の目的は、中空状
の金属材料に比べてコイルばねをさらに軽量化し、サー
ジングによる速度低下を効果的に抑制するとともに、金
属材料を使用した場合と同様の高い駆動力と高い機械的
強度を得ることにより、コイルばねの信頼性を確保し、
さらにその強化効率を高めることである。請求項６記載
の発明の目的は、請求項５記載のコイルばねを容易に製
造することである。請求項７記載の発明の目的は、請求
項５記載のコイルばねを容易に製造するとともに、より
信頼性の高いコイルばねを得ることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】まず、本発明の開閉機器
用電動ばね操作機構は、電動機と、この電動機の駆動力
を利用して圧縮、蓄勢するコイルばねを備え、このコイ
ルばねの蓄勢エネルギーを解放して開閉機器の電極を駆
動する開閉機器用電動ばね操作機構において、そのコイ
ルばねの構成に次のような特徴を有するものである。

【００１７】すなわち、請求項１記載の発明は、コイル
ばねの素線が中空状の金属材料で構成されたことを特徴
としている。また、請求項２記載の発明は、コイルばね
の素線が、長繊維強化金属材料または長繊維強化プラス
チック材料で構成されたことを特徴としている。さら
に、請求項３記載の発明は、コイルばねの素線が、中空
状の長繊維強化金属材料または中空状の長繊維強化プラ
スチック材料で構成されたことを特徴としている。

【００１８】一方、請求項４記載の発明は、コイルばね
の素線が、長繊維強化金属材料または長繊維強化プラス
チック材料で構成され、かつ、この長繊維強化金属材料
または長繊維強化プラスチック材料の補強長繊維が、コ
イルばねの巻き方向と逆方向になるようにコイルばねの
素線軸方向から傾斜して配置されたことを特徴としてい
る。また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明
において、さらに、コイルばねの素線が、中空状の長繊
維強化金属材料または中空状の長繊維強化プラスチック
材料で構成されたことを特徴としている。

【００１９】次に、本発明のコイルばねの製造方法は、
請求項５記載のコイルばねの素線を製造する方法であ
り、次のような特徴を有する。すなわち、請求項６記載
の発明は、素線方向に一方向に強化した中空状の長繊維
強化金属材料または中空状の長繊維強化プラスチック材
料の棒を、基本材料が軟化した状態でねじることによ
り、請求項５記載のコイルばねを製造することを特徴と
している。また、請求項７記載の発明は、芯部材と外筒
に囲まれた円筒状空間に長繊維束を挿入してこの長繊維
束の一端を固定し、この状態で長繊維束の他端を回転さ
せてこの長繊維束をねじり、この後、円筒状空間に基本
材料となる溶融金属または液体プラスチック材料を流し
込み、硬化させることにより、請求項５記載のコイルば
ねを製造することを特徴としている。

【００２０】

【作用】以上のような構成を有する本発明によれば、ば
ねの駆動力を大きく低下させることなしに、コイルばね
自身の質量を大幅に低下させることができる。そのた
め、機構の駆動部分の質量に対するばね自身の質量割合
を、従来の中実状の鋼製ばねに比べて小さくできる。し
たがって、コイルばねのサージングによる速度低下割合
も小さくなり、その結果、開閉機器の電極の開極速度を
大きくすることができる。

【００２１】請求項１記載の発明によれば、コイルばね
の素線として中空状の金属材料を使用することにより、
中実状の金属材料を使用した場合に比べてコイルばねの
素線を軽量化することができる。また、金属材料を使用
しているため、高い駆動力と高い機械的強度を得ること
ができる。請求項２および３記載の発明によれば、コイ
ルばねの素線として長繊維強化金属材料または長繊維強
化プラスチック材料を使用することにより、中空状の金
属材料を使用した場合に比べてコイルばねの素線をさら
に軽量化することができる。また、金属材料を使用した
場合と同様の高い駆動力と高い機械的強度を得ることが
できる。特に、請求項３記載の発明においては、コイル
ばねの素線として中空状の長繊維強化金属材料または中
空状の長繊維強化プラスチック材料を使用することによ
り、中実状の材料を使用した場合に比べてコイルばねの
素線をさらに軽量化することができる。

【００２２】請求項４および５記載の発明によれば、コ
イルばねの素線として長繊維強化金属材料または長繊維
強化プラスチック材料を使用することにより、中空状の
金属材料を使用した場合に比べてコイルばねの素線をさ
らに軽量化することができる。また、金属材料を使用し
た場合と同様の高い駆動力と高い機械的強度を得ること
ができる。その上、長繊維強化金属材料または長繊維強
化プラスチック材料の補強長繊維を、コイルばねの巻き
方向と逆方向になるようにコイルばねの素線軸方向から
傾斜して配置することにより、引張り主応力が作用する
方向に繊維の向きを揃えることができる。特に、請求項
５記載の発明においては、コイルばねの素線として中空
状の長繊維強化金属材料または中空状の長繊維強化プラ
スチック材料を使用することにより、中実状の材料を使
用した場合に比べてコイルばねの素線をさらに軽量化す
ることができる。

【００２３】請求項６および７記載の発明によれば、材
料をねじることにより、請求項５記載のコイルばねを容
易に製造することができる。特に、請求項７記載の発明
においては、長繊維束をねじった後に、基本材料を流し
込み、硬化させることにより、基本材料と補強長繊維の
界面を安定させて、駆動力と機械的強度を向上すること
ができる。

【００２４】

【実施例】以下には、本発明の複数の実施例を、図１〜
図７を参照して具体的に説明する。なお、図８に示す従
来例と同一部分には同一符号を付している。

【００２５】［１］第１実施例…図１、図２ 図１は、請求項１記載の発明を適用した第１実施例の開
閉機器用電動ばね操作機構を示す分解斜視図である。こ
の図１において、投入ばね２０ａおよび遮断ばね２０ｂ
には、図２に示すような鋼製のコイルばね２１が使用さ
れている。なお、この投入ばね２０ａおよび遮断ばね２
０ｂ以外の部分については、図８に示す従来例と全く同
様に構成されているため、説明を省略する。すなわち、
図２に示すように、本実施例の鋼製のコイルばね２１の
素線は、中実状ではなく、内径ｄ１の中空部２１ａを有
する中空状とされている。また、このコイルばね２１の
素線の外径はｄ２とされている。

【００２６】以上のような構成を有する本実施例の作用
は、次の通りである。すなわち、ｆ＝ｄ１／ｄ２とし、
ばね荷重、コイルばね直径、有効巻き数、横弾性係数を
それぞれＰ、Ｄ、ｎ、Ｇとすると、ばね定数ｋ、コイル
ばねに発生するせん断応力τは、それぞれ次の式（２）
と（３）で与えられる。

【数２】ｋ＝Ｇｄ⁴ （１−ｆ⁴ ）／８ｎＤ³… （２）

【数３】τ＝８ＰＤ／πｄ³ （１−ｆ⁴ ）… （３） なお、中実状の素線を使用した従来の鋼製のコイルばね
のばね定数ｋとコイルばねに発生するせん断応力τは、
この式（２）、（３）において、ｆ＝０とすることによ
り、求められる。また、素線の断面積は、（１−ｆ² ）
に比例するので、例えばｆ＝０．５とした場合には、ば
ね自身の質量は２５％低下するのに対し、式（２）、
（３）より、ばね定数ｋの低下は６．２％，せん断応力
τの増加は６．２％となり、軽量効果の方が大きい。

【００２７】以上のように、本実施例においては、鋼製
のコイルばね２１の素線を中空状としたことにより、中
実状の素線を使用した従来の鋼製のコイルばねに比べ
て、コイルばね２１を軽量化できるため、コイルばね２
１のサージングによる速度低下を小さくすることができ
る。したがって、開閉機器の電極の開極速度を大きくす
ることができるため、開閉機器の小型・大容量化に貢献
可能である。また、鋼製のコイルばね２１であるため、
縦弾性係数やせん断強度などの駆動力および機械的強度
にも優れている。このように、本実施例では、動作速度
の面でも駆動力および機械的強度の面でもコイルばね２
１の信頼性が高くなっており、それによって、信頼性の
高い電動ばね操作機構を実現することができる。なお、
本実施例の中空状のコイルばね２１は、中空丸棒をコイ
ル状に成形することにより容易に製造可能である。

【００２８】［２］第２実施例…図３ 図３は、請求項２記載の発明を適用した第２実施例を示
す図であり、特に、図１に示す投入ばね２０ａおよび遮
断ばね２０ｂとして使用されるコイルばね２２を示して
いる。なお、この投入ばね２０ａおよび遮断ばね２０ｂ
以外の部分については、図１に示す第１実施例と全く同
様に構成されている。すなわち、図３に示すように、本
実施例のコイルばね２２の素線は、アルミニウムなどの
金属材料を基本材料とし、図３のコイルばね２２の断面
に示されるように、炭素繊維などの弾性率の高い補強長
繊維２２ａで補強したいわゆる金属基複合材料（ＦＲ
Ｍ）によって構成されている。あるいはまた、このコイ
ルばね２２の素線は、エポキシ樹脂などのプラスチック
材料を基本材料とし、補強長繊維２２ａで補強したいわ
ゆるプラスチック基複合材料（ＦＲＰ）によって構成さ
れている。

【００２９】以上のような構成を有する本実施例の作用
は、次の通りである。すなわち、コイルばね２２の素線
を、ＦＲＭまたはＦＲＰによって構成しているため、こ
のコイルばね２２の縦弾性係数とせん断強度を鉄鋼なみ
に高くすることができるとともに、その比重については
鉄鋼の１／３程度に低減することができる。その結果、
コイルばね２２の質量を、中実状の素線を使用した従来
の鋼製のコイルばねに比べて、１／３程度に軽量化でき
るため、コイルばね２２のサージングによる速度低下を
前記第１実施例よりもさらに小さくすることができる。
したがって、第１実施例よりもさらに開閉機器の電極の
開極速度を大きくすることができるため、開閉機器の小
型・大容量化にさらに貢献可能である。その上、鉄鋼な
みの高い駆動力と機械的強度を得ることができるため、
動作速度の面でも駆動力および機械的強度の面でもコイ
ルばね２２の信頼性が高くなっており、それによって、
信頼性の高い電動ばね操作機構を実現することができ
る。なお、本実施例のコイルばね２２は、既存のＦＲＭ
またはＦＲＰの製造方法によって得た丸棒をコイル状に
成形することにより容易に製造可能である。

【００３０】［３］第３実施例…図４ 図４は、請求項３記載の発明を適用した第３実施例を示
す図であり、特に、図１に示す投入ばね２０ａおよび遮
断ばね２０ｂとして使用されるコイルばね２３を示して
いる。なお、この投入ばね２０ａおよび遮断ばね２０ｂ
以外の部分については、図１に示す第１実施例と全く同
様に構成されている。すなわち、図４に示すように、本
実施例のコイルばね２３の素線は、前記第２実施例と同
様に、補強長繊維２３ａで補強したＦＲＭまたはＦＲＰ
によって構成されているが、さらに、中空部２３ｂを有
する中空状とされている。

【００３１】以上のような構成を有する本実施例におい
ては、前記第２実施例の作用と効果に加えて、さらに、
コイルばね２３を中空状としたことにより、中実状のＦ
ＲＭまたはＦＲＰからなる素線を使用した第２実施例に
比べて、コイルばね２３をさらに軽量化できるため、コ
イルばね２３のサージングによる速度低下を第２実施例
よりもさらに小さくすることができる。したがって、第
２実施例よりもさらに開閉機器の電極速度を大きくする
ことができるため、開閉機器の小型・大容量化にさらに
貢献可能である。なお、本実施例のコイルばね２３は、
既存のＦＲＭまたはＦＲＰの製造方法によって得た中空
丸棒をコイル状に成形することにより容易に製造可能で
ある。

【００３２】［４］第４実施例…図５ 図５は、請求項４記載の発明を適用した第４実施例を示
す図であり、特に、図１に示す投入ばね２０ａおよび遮
断ばね２０ｂとして使用されるコイルばね２４を示して
いる。なお、この投入ばね２０ａおよび遮断ばね２０ｂ
以外の部分については、図１に示す第１実施例と全く同
様に構成されている。すなわち、図５に示すように、本
実施例のコイルばね２４の素線は、前記第２実施例と同
様に、補強長繊維２４ａで補強したＦＲＭまたはＦＲＰ
によって構成されている。そして、本実施例のコイルば
ね２４の素線は、さらに、その補強長繊維２４ａが素線
方向に対して約４５°傾斜して螺旋状に配置されてお
り、かつ、この補強長繊維２４ａの方向はコイル素線の
巻き方向と逆になっている。すなわち、この図５に示す
ように、コイルばね２４の素線は右巻きであり、これに
対して、補強長繊維２４ａは素線の巻き方向と逆の左巻
き方向に配置されている。

【００３３】以上のような構成を有する本実施例におい
ては、前記第２実施例の作用と効果に加えて、さらに、
補強長繊維２４ａの配置により、せん断強度を効率よく
向上できる。すなわち、まず、コイルばねは、一般に圧
縮状態で利用することが好都合であり、このような圧縮
状態においては、図５中の（Ａ）に示すような向きにせ
ん断応力が生じる。このせん断応力は、材料力学的には
図５中の（Ｂ）に示すような主応力分布となるので、本
実施例の補強長繊維２４ａの配置により、引張り主応力
が作用する方向に繊維の向きを揃えることができ、せん
断強度を効率良く向上できる。したがって、本実施例に
おいては、コイルばね２４の強化効率を高めることがで
きる。

【００３４】［５］第５実施例…図６ 図６は、請求項５、６記載の発明を適用した第５実施例
を示す図であり、特に、図１に示す投入ばね２０ａおよ
び遮断ばね２０ｂとして使用されるコイルばね２５を示
している。なお、この投入ばね２０ａおよび遮断ばね２
０ｂ以外の部分については、図１に示す第１実施例と全
く同様に構成されている。すなわち、図６に示すよう
に、本実施例のコイルばね２５の素線は、前記第４実施
例と同様に、補強長繊維２５ａで補強したＦＲＭまたは
ＦＲＰによって構成されているが、さらに、中空部２５
ｂを有する中空状とされている。なお、これ以外の構
成、すなわち、補強長繊維２５ａの配置については、前
記第４実施例と全く同様に構成されている。なお、本実
施例のコイルばね２５は、素線方向に一方向強化した中
空のＦＲＭまたはＦＲＰの棒を、基本材料が軟化した状
態でねじることにより製造されている。このねじり工程
は、一般的な一方向強化材の連続製造工程の中に含める
ことができる。

【００３５】以上のような構成を有する本実施例におい
ては、前記第４実施例の作用と効果に加えて、さらに、
コイルばね２５を中空状としたことにより、中実状のＦ
ＲＭまたはＦＲＰからなる素線を使用した第４実施例に
比べて、コイルばね２５をさらに軽量化できるため、コ
イルばね２５のサージングによる速度低下を第４実施例
よりもさらに小さくすることができる。したがって、第
４実施例よりもさらに開閉機器の電極速度を大きくする
ことができるため、開閉機器の小型・大容量化にさらに
貢献可能である。

【００３６】［６］第６実施例…図７ 図７は、請求項６記載の発明を適用した第６実施例を示
す図であり、特に、前記第５実施例に示すようなコイル
ばね２５の別の製造方法を示す模式図である。すなわ
ち、図７に示すように、本実施例においては、芯金３１
と外筒３２に囲まれた円筒状空間３３に、長繊維束３４
を挿入し、この長繊維束３４の一端を固定する。この状
態で、長繊維束３４の他端を必要回数だけ回転させてこ
の長繊維束３４を必要なだけねじる。この後、芯金３１
と外筒３２に囲まれた円筒状空間３３に、基本材料とし
て、アルミニウムなどの溶融金属または液体プラスチッ
ク材料を流し込み、硬化させて、図６に示すような中空
部２５ｂを有するコイルばね２５を形成する。

【００３７】以上のような方法によって、コイルばね２
５を製造することにより、前記第５実施例の方法で製造
した場合に比べて基本材料と補強長繊維の界面を安定さ
せることができる。したがって、本実施例によれば、コ
イルばね２５の駆動力と機械的強度をさらに向上するこ
とができ、コイルばね２５の信頼性を向上できるため、
より信頼性の高い電動ばね操作機構を実現することがで
きる。

【００３８】［７］他の実施例 なお、本発明は、前記各実施例に限定されるものではな
く、他にも多種多様の変形例を実施可能である。例え
ば、前記第４実施例では、右巻きのコイルばね２４を構
成し、補強長繊維２４ａの方向を左巻きとしたが、左巻
きのコイルばねを構成する場合には、補強長繊維の方向
は右巻きとなる。また、以上の各実施例では、投入ばね
と遮断ばねの両方に本発明のコイルばねを適用した場合
について説明したが、特に高速が要求される遮断ばねの
みに適用した場合にも、同様に優れた効果が得られるも
のである。さらに、本発明は、図１に示すような電動ば
ね操作機構に限らず、駆動源としてコイルばねを使用し
た電動ばね操作機構一般に同様に適用可能であり、同様
に優れた効果が得られるものである。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の開閉機器
用電動ばね操作機構とコイルばねの製造方法によれば、
従来の中実状のコイルばねと同様に高い駆動力および機
械的強度を得ながらコイルばねを軽量化することによ
り、従来に比べてコイルばねのサージングによる速度低
下を抑制して、開閉機器の電極の開極速度を大きくする
ことができるため、開閉機器の小型・大容量化に貢献可
能であり、しかも、電動ばね操作機構の信頼性を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の開閉機器用電動ばね操作
機構を示す分解斜視図。

【図２】図１の開閉機器用電動ばね操作機構に使用され
るコイルばねを示す拡大図。

【図３】本発明の第２実施例の開閉機器用電動ばね操作
機構に使用されるコイルばねを示す拡大図。

【図４】本発明の第３実施例の開閉機器用電動ばね操作
機構に使用されるコイルばねを示す拡大図。

【図５】本発明の第４実施例の開閉機器用電動ばね操作
機構に使用されるコイルばねを示す拡大図。

【図６】本発明の第５実施例の開閉機器用電動ばね操作
機構に使用されるコイルばねを示す拡大図。

【図７】本発明の第６実施例のコイルばねの製造方法を
示す模式図。

【図８】従来の開閉機器用電動ばね操作機構の一例を示
す分解斜視図。

【符号の説明】

１…電動機 ２…ウォームギア ３…ウォームホイール ４，６…スプロケット ５…チェーン ７…カム軸 ８…偏心カム ９…軸 １０…投入レバー １１…投入ばね １１ａ，１９ａ…連結フランジ １１ｂ，１９ｂ…固定フランジ １２…フレーム １３…投入カム １４…軸 １５…伝達レバー １６…出力レバー １７…ロッド １８…遮断レバー １９…遮断ばね ２０ａ…投入ばね ２０ｂ…遮断ばね ２１〜２５…コイルばね ２１ａ，２３ｂ，２５ｂ…中空部 ２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ…補強長繊維 ３１…芯金 ３２…外筒 ３３…円筒状空間 ３４…長繊維束

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機と、この電動機の駆動力を利用し
   て圧縮、蓄勢するコイルばねを備え、このコイルばねの
   蓄勢エネルギーを解放して開閉機器の電極を駆動する開
   閉機器用電動ばね操作機構において、 前記コイルばねの素線が中空状の金属材料で構成された
   ことを特徴とする開閉機器用電動ばね操作機構。
2. 【請求項２】 電動機と、この電動機の駆動力を利用し
   て圧縮、蓄勢するコイルばねを備え、このコイルばねの
   蓄勢エネルギーを解放して開閉機器の電極を駆動する開
   閉機器用電動ばね操作機構において、 前記コイルばねの素線が、長繊維強化金属材料または長
   繊維強化プラスチック材料で構成されたことを特徴とす
   る開閉機器用電動ばね操作機構。
3. 【請求項３】 前記コイルばねの素線が、中空状の長繊
   維強化金属材料または中空状の長繊維強化プラスチック
   材料で構成されたことを特徴とする請求項２記載の開閉
   機器用電動ばね操作機構。
4. 【請求項４】 電動機と、この電動機の駆動力を利用し
   て圧縮、蓄勢するコイルばねを備え、このコイルばねの
   蓄勢エネルギーを解放して開閉機器の電極を駆動する開
   閉機器用電動ばね操作機構において、 前記コイルばねの素線が、長繊維強化金属材料または長
   繊維強化プラスチック材料で構成され、かつ、この長繊
   維強化金属材料または長繊維強化プラスチック材料の補
   強長繊維が、コイルばねの巻き方向と逆方向になるよう
   にコイルばねの素線軸方向から傾斜して配置されたこと
   を特徴とする開閉機器用電動ばね操作機構。
5. 【請求項５】 前記コイルばねの素線が、中空状の長繊
   維強化金属材料または中空状の長繊維強化プラスチック
   材料で構成されたことを特徴とする請求項４記載の開閉
   機器用電動ばね操作機構。
6. 【請求項６】 電動機と、この電動機の駆動力を利用し
   て圧縮、蓄勢するコイルばねを備え、このコイルばねの
   蓄勢エネルギーを解放して開閉機器の電極を駆動する開
   閉機器用電動ばね操作機構に使用するコイルばねの製造
   方法において、 素線方向に一方向に強化した中空状の長繊維強化金属材
   料または中空状の長繊維強化プラスチック材料の棒を、
   基本材料が軟化した状態でねじることにより、請求項５
   記載のコイルばねを製造することを特徴とするコイルば
   ねの製造方法。
7. 【請求項７】 電動機と、この電動機の駆動力を利用し
   て圧縮、蓄勢するコイルばねを備え、このコイルばねの
   蓄勢エネルギーを解放して開閉機器の電極を駆動する開
   閉機器用電動ばね操作機構に使用するコイルばねの製造
   方法において、 芯部材と外筒に囲まれた円筒状空間に長繊維束を挿入し
   てこの長繊維束の一端を固定し、この状態で長繊維束の
   他端を回転させてこの長繊維束をねじり、この後、前記
   円筒状空間に基本材料となる溶融金属または液体プラス
   チック材料を流し込み、硬化させることにより、請求項
   ５記載のコイルばねを製造することを特徴とするコイル
   ばねの製造方法。