特許 7443576 高速投入器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-26

(45)【発行日】2024-03-05

(54)【発明の名称】高速投入器

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/666 20060101AFI20240227BHJP

   H01H 33/64 20060101ALI20240227BHJP

   H02B 13/035 20060101ALI20240227BHJP

   H01H 33/664 20060101ALI20240227BHJP

   H01H 33/662 20060101ALI20240227BHJP

【ＦＩ】

H01H33/666 L

H01H33/64 A

H02B13/035 301H

H01H33/664 B

H01H33/662 R

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2022576940

(86)(22)【出願日】2021-01-25

(86)【国際出願番号】 JP2021002455

(87)【国際公開番号】W WO2022157978

(87)【国際公開日】2022-07-28

【審査請求日】2023-06-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金谷 和長

(72)【発明者】

【氏名】網田 芳明

(72)【発明者】

【氏名】石黒 崇裕

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 芳充

【審査官】関 信之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１８６１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－１９００６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５２－１２１６５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開昭６０－０４４９３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ３３／６６６

Ｈ０１Ｈ ３３／６４

Ｈ０２Ｂ １３／０３５

Ｈ０１Ｈ ３３／６６４

Ｈ０１Ｈ ３３／６６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに同軸上で開離して対向配置され、かつ互いに接近可能な駆動電極および対向電極を有し、前記駆動電極および前記対向電極の間に外部から電圧が印加される接点部と、
前記駆動電極に接続されており、投入動作時に前記駆動電極に対して前記対向電極に接近する第１方向の駆動力を与える駆動部、前記駆動電極に対して前記対向電極から開離する第２方向に常に復帰力を与える駆動側付勢部、および定常時に前記駆動電極と前記対向電極とが開離した状態で前記駆動電極の前記第２方向の変位を規制する駆動側ストッパを有する駆動機構部と、
前記対向電極に接続されており、前記対向電極に対して前記駆動電極に接触する前記第２方向に常に復帰力を与える対向側付勢部、および定常時に前記駆動電極と前記対向電極とが開離した状態で前記対向電極の前記第２方向の変位を規制する対向側ストッパを有する衝撃緩衝部と、
を備え、
前記投入動作は、
前記駆動電極が前記駆動部の駆動力によって前記対向電極に接近する接近ステップと、
前記駆動電極が前記対向電極に接触して前記対向電極と共に前記第１方向に変位した後、前記駆動側付勢部の復帰力、および前記対向側付勢部の復帰力によって前記対向電極と共に変位方向を前記第２方向に反転する接触ステップと、
前記対向電極が前記対向側ストッパによって前記第２方向の変位を規制され、前記駆動電極が前記対向電極から開離する開離ステップと、
を備える、
高速投入器。

【請求項2】

前記投入動作は、
前記接近ステップにおいて、前記駆動電極が前記駆動部の駆動力によって前記対向電極に接近して通電を開始し、
前記接触ステップにおいて、前記駆動電極が前記対向電極との通電を継続し、
前記開離ステップにおいて、前記駆動電極が前記対向電極から開離しつつ、前記駆動電極および前記対向電極の間にアーク放電を発生させる、
請求項１に記載の高速投入器。

【請求項3】

前記駆動部は、
前記駆動電極に接続された良導体の反発体と、
前記反発体と対向配置されたコイルと、
を備え、
前記駆動部が前記駆動電極に与える駆動力は、前記コイルに電流を印加することで前記反発体に発生する誘導反発力である、
請求項１または請求項２に記載の高速投入器。

【請求項4】

前記駆動側付勢部および前記対向側付勢部のうち少なくともいずれか一方はコイルばねである、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の高速投入器。

【請求項7】

前記駆動電極および前記対向電極の接触部を収容し、絶縁ガスが封入された圧力容器をさらに備え、
前記駆動電極および前記対向電極それぞれの一部は、前記圧力容器の気密を保ちつつ前記圧力容器の外部に延出している、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の高速投入器。

【請求項8】

前記絶縁ガスは、六フッ化硫黄ガス、窒素、二酸化炭素、酸素および空気のうち少なくともいずれか１つにより構成されている、
請求項７に記載の高速投入器。

【請求項9】

前記衝撃緩衝部は、前記圧力容器に収容されている、
請求項７または請求項８に記載の高速投入器。

【請求項10】

前記駆動電極および前記対向電極の接触部を収容する真空容器をさらに備え、
前記駆動電極の一部は、前記真空容器の気密を保ちつつ前記真空容器の外部に延出している、
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の高速投入器。

【請求項11】

前記衝撃緩衝部は、前記真空容器に収容されている、
請求項１０に記載の高速投入器。

【請求項12】

前記駆動電極および前記対向電極における少なくとも一部は、耐アーク性を有する金属材料により形成されており、
前記金属材料は、銅クロム合金である、
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の高速投入器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、高速投入器に関する。

【背景技術】

【0002】

定常時は高電圧が印加された端子間の絶縁を保持し、任意のタイミングで高速に端子間を導通させて大電流を通電可能とする投入器がある。投入器は、電力送電系統における高速接地装置やバイパススイッチ、直流遮断器の転流回路用投入器、核融合プラズマ生成用の電流源投入器など、様々な用途で使用されている。

【0003】

投入器の一例として、電極駆動式投入器がある。電極駆動式投入器は、定常時に高電圧が印加される対向配置された一対の主電極を持つ。一対の主電極は、一方の主電極を可動電極とされ、他方の主電極を固定電極とされている。可動電極は、固定電極に対して離接動作できるように配置されている。投入動作時に、可動電極が駆動部によって固定電極と接触する方向に動作する。可動電極と固定電極との間の距離が、印加電圧に対する絶縁距離以下となると、可動電極と固定電極との間でアーク放電が発生し、投入器は通電を開始する。可動電極はアーク放電を継続しつつ固定電極と接触する。投入器は、可動電極が固定電極に接触した状態で通電を継続し、投入動作を終了する。

【0004】

しかし、電極駆動式投入器では、電極間でのアーク放電発生後、電極同士を接触させた状態で投入動作を終了する。このため、大電流投入時において、アーク放電によって融解した電極表面の金属が冷却され、電極同士がスポット的に溶着する。溶着した電極同士は開路動作時に引き離され、溶着部が千切れることで電極に鋭利な突起が形成される。この鋭利な突起は、電極間が開き高電圧が印加される定常時において電界集中部となり、電極間の絶縁性能を低下させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】日本国特開昭５５－１６３７２４号公報

【文献】日本国特開２０１９－１８６１６２号公報

【文献】日本国実公昭５７－００７１２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、電極間の溶着から生じた突起による耐電圧性能の低下を抑制できる高速投入器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の高速投入器は、接点部と、駆動機構部と、衝撃緩衝部と、を持つ。接点部は、駆動電極および対向電極を持つ。駆動電極および対向電極は、互いに同軸上で開離して対向配置されている。駆動電極および対向電極は、互いに接近可能である。駆動電極および対向電極の間には、外部から電圧が印加される。駆動機構部は、駆動電極に接続されている。駆動機構部は、駆動部、駆動側付勢部および駆動側ストッパを持つ。駆動部は、投入動作時に駆動電極に対して対向電極に接近する第１方向の駆動力を与える。駆動側付勢部は、駆動電極に対して対向電極から開離する第２方向に常に復帰力を与える。駆動側ストッパは、定常時に駆動電極と対向電極とが開離した状態で駆動電極の第２方向の変位を規制する。衝撃緩衝部は、対向電極に接続されている。衝撃緩衝部は、対向側付勢部および対向側ストッパを持つ。対向側付勢部は、対向電極に対して駆動電極に接触する第２方向に常に復帰力を与える。対向側ストッパは、定常時に駆動電極と対向電極とが開離した状態で対向電極の第２方向の変位を規制する。投入動作は、接近ステップと、接触ステップと、開離ステップと、を持つ。接近ステップでは、駆動電極が駆動部の駆動力によって対向電極に接近する。接触ステップでは、駆動電極が対向電極に接触して対向電極と共に第１方向に変位した後、駆動側付勢部の復帰力、および対向側付勢部の復帰力によって対向電極と共に変位方向を第２方向に反転する。開離ステップでは、対向電極が対向側ストッパによって第２方向の変位を規制され、駆動電極が対向電極から開離する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図2】第１の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図3】第１の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図4】第１の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図5】第２の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図6】第２の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図7】第２の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図8】第２の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図9】第３の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図10】第３の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図11】第３の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図12】第３の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【図13】第４の実施形態の高速投入器を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態の高速投入器を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を示す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。

【0010】

（第１の実施形態）
図１から図４は、第１の実施形態の高速投入器を示す断面図である。図１は、非通電の遮断状態にある定常時の高速投入器１を示している。図２から図４は、通電可能な投入状態にある高速投入器１の投入動作時の動作過程を示している。

【0011】

図１に示すように、高速投入器１は、接点部２と、駆動機構部３と、衝撃緩衝部４と、を備える。接点部２は、駆動機構部３および衝撃緩衝部４に接続されている。

【0012】

接点部２について説明する。
接点部２は、駆動電極１１と、対向電極１２と、圧力容器１３と、を備える。

【0013】

駆動電極１１および対向電極１２は、それぞれ棒状に形成され、同軸上に配置されている。駆動電極１１および対向電極１２は、駆動電極１１の先端、および対向電極１２の先端が互いに開離して対向するように配置されている。駆動電極１１および対向電極１２は、互いに接近可能である。駆動電極１１および対向電極１２は、相対的に直進動作をすることで、それぞれの先端が互いに離れた開路状態と、それぞれの先端が互いに接触する閉路状態と、を切り替え可能である。以下、駆動電極１１および対向電極１２の延在方向を軸方向と称する。

【0014】

駆動電極１１は、先端に設けられた放電部１１ａと、放電部１１ａに接続された通電軸１１ｂと、を備える。対向電極１２は、先端に設けられた放電部１２ａと、放電部１２ａに接続された通電軸１２ｂと、を備える。放電部１１ａ，１２ａは、アーク放電への耐損耗性（耐アーク性）が高い材料で形成されている。通電軸１１ｂ，１２ｂは、導電性の高い材料で形成されている。本実施形態では、アーク放電への耐損耗性が高い材料は銅タングステン合金である。本実施形態では、導電性の高い材料は銅合金である。ただし、駆動電極１１および対向電極１２を形成する材料は上記材料に限定されない。駆動電極１１および対向電極１２のうち少なくとも放電部１１ａ，１２ａは、アーク放電への耐損耗性が高い金属材料により形成されていればよく、銅タングステン合金の他に、例えば銅クロム合金で形成されていてもよい。また、駆動電極１１および対向電極１２それぞれは、放電部１１ａ，１２ａから通電軸１１ｂ，１２ｂにわたって同一の材料で形成されていてもよい。

【0015】

圧力容器１３は、絶縁筒１４と、第１フタ１５と、第２フタ１６と、を備える。
絶縁筒１４は、円筒状の絶縁物容器１４ａと、絶縁物容器１４ａの両端に固定された金属製のフランジ１４ｂ，１４ｃと、を備える。フランジ１４ｂには第１フタ１５が導通可能に接続されている。フランジ１４ｃには第２フタ１６が導通可能に接続されている。第１フタ１５および第２フタ１６は、それぞれ円板状の板材である。第１フタ１５および第２フタ１６は、それぞれ絶縁筒１４の端部の開口を閉塞するように、フランジ１４ｂ，１４ｃに全周にわたって気密に接合されている。第１フタ１５および第２フタ１６それぞれの中心部には、貫通孔が設けられている。第１フタ１５の貫通孔には、環状のシール部１７が装着されている。第２フタ１６の貫通孔には、環状のシール部１８が装着されている。

【0016】

圧力容器１３は、駆動電極１１および対向電極１２における互いの接触部を収容している。圧力容器１３は、駆動電極１１および対向電極１２の放電部１１ａ，１２ａの全体と、駆動電極１１および対向電極１２の通電軸１１ｂ，１２ｂそれぞれの一部と、を封入している。通電軸１１ｂは、第１フタ１５の貫通孔を貫通し、圧力容器１３の外部に延出している。通電軸１２ｂは、第２フタ１６の貫通孔を貫通し、圧力容器１３の外部に延出している。通電軸１１ｂは、第１フタ１５の貫通孔においてシール部１７の内周面に密着している。通電軸１１ｂは、圧力容器１３の気密を保ちつつ、シール部１７に摺接しながら軸方向に移動可能である。通電軸１２ｂは、第２フタ１６の貫通孔においてシール部１８と密着している。通電軸１２ｂは、圧力容器１３の気密を保ちつつ、シール部１８に摺接しながら軸方向に移動可能である。

【0017】

圧力容器１３は、絶縁ガスを封入している。絶縁ガスとして、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガスを用いることができる。ただし、絶縁ガスとして、六フッ化硫黄ガスの他に、窒素、二酸化炭素、酸素および空気のうちいずれか単体、またはそれらの混合ガスを用いてもよい。圧力容器１３に封入される絶縁ガスの圧力は、大気圧以上である。

【0018】

圧力容器１３の内部には、金属製の第１シールド１９および第２シールド２０が配置されている。各シールド１９，２０は、円筒状に形成されている。各シールド１９，２０は、互いに同心状に配置され、軸方向に並んでいる。第１シールド１９の第１端は、第１フタ１５に結合して導通している。第２シールド２０の第１端は、第２フタ１６に結合して導通している。第１シールド１９の第２端、および第２シールド２０の第２端は、圧力容器１３の内部で互いに対向している。第１シールド１９の第２端、および第２シールド２０の第２端それぞれの外周縁は、Ｒ面取り加工されている。

【0019】

第１シールド１９は、駆動電極１１を囲っている。第２シールド２０は、対向電極１２を囲っている。駆動電極１１の通電軸１１ｂは、第１シールド１９の内周に設けられた集電部２１に摺接しながら、第１シールド１９との導通状態を保ちつつ軸方向に移動可能となっている。対向電極１２の通電軸１２ｂは、第２シールド２０の内周に設けられた集電部２２に摺接しながら、第２シールド２０との導通状態を保ちつつ軸方向に移動可能となっている。これにより、駆動電極１１は、集電部２１を介して第１シールド１９、第１フタ１５および第１フランジ１４ｂと導通している。対向電極１２は、集電部２２を介して第２シールド２０、第２フタ１６および第２フランジ１４ｃと導通している。

【0020】

通電軸１１ｂの端部は、圧力容器１３の外部で絶縁操作ロッド２３に接続されている。通電軸１１ｂは、絶縁操作ロッド２３を介して駆動機構部３に接続されている。通電軸１２ｂの端部は、圧力容器１３の外部で絶縁操作ロッド２４に接続されている。通電軸１２ｂは、絶縁操作ロッド２４を介して衝撃緩衝部４に接続されている。駆動機構部３および衝撃緩衝部４が絶縁物である絶縁操作ロッド２３，２４を介して接点部２に接続することで、接点部２および駆動機構部３が電気的に絶縁され、接点部２および衝撃緩衝部４が電気的に絶縁されている。

【0021】

駆動機構部３について説明する。
駆動機構部３は、駆動電極１１に接続されている。駆動機構部３は、駆動軸３１と、機構箱３２と、駆動部３３と、位置保持部３４と、駆動側制動部３５と、を備える。

【0022】

駆動軸３１は、一部が機構箱３２の内部に収容された状態で機構箱３２の外側に延出している。駆動軸３１は、機構箱３２の外側で、絶縁操作ロッド２３を介して駆動電極１１の通電軸１１ｂに接続されている。これにより、駆動軸３１は、駆動電極１１と一体に変位する。

【0023】

駆動部３３は、電磁反発操作機構である。駆動部３３は、駆動軸３１に接続された金属製のリング３６（反発体）と、機構箱３２に固定されたコイル３７と、を備える。リング３６およびコイル３７は、機構箱３２の内部で軸方向に対向して配置されている。リング３６のうちコイル３７に対向する箇所には、特に電気抵抗率が低い良導体３６ａが固定されている。リング３６は、コイル３７に対して接点部２側に配置されている。本実施形態では、良導体３６ａは無酸素銅であり、リング３６のうち良導体３６ａ以外の部位は高強度の超々ジュラルミンである。コイル３７に図示しない励磁回路からコイル電流を印加することで、リング３６（特に良導体３６ａ）にはコイル電流と逆方向の誘導電流が生じる。コイル電流が通電するコイル３７と、誘導電流が通電するリング３６との間には、反発方向のローレンツ力が発生する。駆動部３３は、コイル３７およびリング３６の間に発生するローレンツ力を、投入動作時の駆動力として利用する。リング３６に発生した駆動力は、駆動軸３１および絶縁操作ロッド２３を介して、駆動電極１１を対向電極１２に接近する方向（第１方向）に変位させる。

【0024】

位置保持部３４は、駆動側復帰ばね３８（駆動側付勢部）と、駆動側ばね受け３９と、駆動側ストッパ４０と、を備える。駆動側ばね受け３９は、駆動軸３１に結合されている。ベース４１は、駆動側ばね受け３９に対して、接点部２側に配置されている。ベース４１は、駆動軸３１を囲うように配置されている。ベース４１は、機構箱３２に固定されている。駆動側復帰ばね３８は、駆動側ばね受け３９とベース４１との間に圧縮状態で設置された圧縮コイルばねである。駆動側復帰ばね３８は、駆動側ばね受け３９に対して、接点部２から開離する方向（第２方向）のばね力を常に与える。以後、駆動側復帰ばね３８のばね力を駆動側復帰力と称する。

【0025】

ベース４１には、駆動側ストッパ４０が固定されている。駆動側ストッパ４０は、駆動側ばね受け３９に対して接点部２側とは反対側に配置されている。駆動側ストッパ４０は、駆動軸３１を囲うように配置されている。駆動側ストッパ４０は、駆動側復帰力を受ける駆動側ばね受け３９と接触することで、定常時における駆動軸３１および駆動電極１１を位置決めする。

【0026】

駆動側制動部３５は、シリンダ４２と、ピストン４３と、を備える。本実施形態では、駆動側制動部３５はショックアブソーバである。シリンダ４２の内部には作動油が充填されている。ピストン４３をシリンダ４２に対して押し込むと、作動油の粘性抵抗によって、ピストン４３には変位量と速度に応じた減衰力が生じる。減衰力は、ピストン４３の押し込み方向の反対方向に発生する。また押し込んだピストン４３を解放すると、シリンダ４２の内部に設置された図示しない復帰ばねによって、ピストン４３はシリンダ４２から押し出され、所定の位置で静止する。シリンダ４２は、機構箱３２と固定されている。ピストン４３は、駆動側ばね受け３９が駆動側ストッパ４０に接触して静止した定常時において、駆動軸３１の端部と接触し、かつシリンダ４２に対して押し込まれた状態で設置されている。

【0027】

衝撃緩衝部４について説明する。
衝撃緩衝部４は、対向電極１２に接続されている。衝撃緩衝部４は、対向軸５１と、機構箱５２と、位置保持部５３と、対向側制動部５４と、を備える。

【0028】

対向軸５１は、一部が機構箱５２の内部に収容された状態で機構箱５２の外側に延出している。対向軸５１は、機構箱５２の外側で、絶縁操作ロッド２４を介して対向電極１２の通電軸１２ｂに接続されている。これにより、対向軸５１は、対向電極１２と一体に変位する。

【0029】

位置保持部５３は、対向側復帰ばね５５（対向側付勢部）と、対向側ばね受け５６と、対向側ストッパ５７と、ベース５８と、を備える。対向側ばね受５６は、対向軸５１に結合されている。ベース５８は、対向側ばね受け５６に対して、接点部２側とは反対側に配置されている。ベース５８は、機構箱５２に固定されている。対向側復帰ばね５５は、対向側ばね受け５６とベース５８との間に圧縮状態で設置された圧縮コイルばねである。対向側復帰ばね５５は、対向側ばね受け５６に対して、接点部２に接近する方向のばね力を常に与えるよう配置されている。以後、対向側復帰ばね５５のばね力を対向側復帰力と称する。

【0030】

ベース５８には、対向側ストッパ５７が固定されている。対向側ストッパ５７は、対向側ばね受け５６に対して接点部２側に配置されている。対向側ストッパ５７は、対向軸５１を囲うように配置されている。対向側ストッパ５７は、対向側復帰力を受ける対向側ばね受け５６と接触することで、定常時における対向軸５１および対向電極１２を位置決めする。

【0031】

対向側制動部５４は、シリンダ５９と、ピストン６０と、ストッパ６１と、を備える。本実施形態では、対向側制動部５４は、駆動側制動部３５と同様にショックアブソーバである。シリンダ５９およびピストン６０の構成は、駆動側制動部３５のシリンダ４２およびピストン４３の構成と同一である。

【0032】

シリンダ５９は、ベース５８を介して機構箱５２に固定されている。ピストン６０は、対向側ばね受け５６が対向側ストッパ５７に接触して静止した定常時において、対向側ばね受け５６に非接触であり、かつシリンダ５９から押し出され、所定の位置で制止した状態で設置されている。

【0033】

ストッパ６１は、ベース５８に固定されている。ストッパ６１は、対向側ばね受け５６がピストン６０をシリンダ５９に対して押し込む過程で対向側ばね受け５６に接触し、ピストン６０の押し込み量を一定値以内に制限するよう配置されている。

【0034】

本実施形態の高速投入器１は、接点部２の圧力容器１３における第１フタ１５および第２フタ１６を端子として、外部の回路に接続される。駆動電極１１と、絶縁操作ロッド２３と、駆動軸３１と、リング３６と、駆動側ばね受け３９とは、一体となって動作する駆動側可動部７１を形成する。対向電極１２と、絶縁操作ロッド２４と、対向軸５１と、対向側ばね受け５６とは、一体となって動作する対向側可動部７２を形成する。

【0035】

高速投入器１が非通電の遮断状態である定常時について説明する。
図１に示すように、駆動側可動部７１は、駆動側ばね受け３９が駆動側復帰ばね３８によって駆動側ストッパ４０に押し付けられた位置で静止している。駆動電極１１の放電部１１ａの端面は、シールド１９のＲ面取り加工された端面と面一となる位置に配置されている。

【0036】

対向側可動部７２は、対向側ばね受け５６が対向側復帰ばね５５によって対向側ストッパ５７に押し付けられた位置で静止している。対向電極１２の放電部１２ａの端面は、シールド２０のＲ面取り加工された端面と面一となる位置に配置されている。

【0037】

高速投入器１が外部の回路に接続されると、端子となる第１フタ１５および第２フタ１６の間に電圧が印加される。第１フタ１５は、駆動電極１１および第１シールド１９と導通して同電位となっている。第２フタ１６は、対向電極１２および第２シールド２０と導通して同電位となっている。よって高速投入器１に印加された電圧は、圧力容器１３の内部で駆動電極１１および第１シールド１９と、対向電極１２および第２シールド２０と、の間に印加されている。

【0038】

定常時は、駆動電極１１および対向電極１２は互いに十分に離れた開路状態であり、駆動電極１１および対向電極１２付近の電界が圧力容器１３に封入された絶縁ガスの絶縁破壊電界に比べて十分低くなっている。このため、駆動電極１１と対向電極１２との間が電気的に絶縁されている。よって高速投入器１は端子間が非導通の遮断状態となっている。

【0039】

高速投入器１が非通電の遮断状態である定常時から、通電可能な投入状態に変化し、最終的に定常時の遮断状態に復帰する投入動作について説明する。なお、以下の投入動作の説明では、外部回路に高速投入器１が接続されて、駆動電極１１および対向電極１２に高電圧が印加された状態を述べる。

【0040】

投入動作は、図１に示す定常時において、駆動部３３のコイル３７に図示しない励磁回路からコイル電流を印加し、リング３６に駆動力を発生させることで開始する。投入動作は、接近ステップと、接触ステップと、開離ステップと、をこの順に備える。

【0041】

接近ステップについて説明する。接近ステップでは、図１に示す状態から図２に示す状態を経て、図３に示す状態に至る。

【0042】

駆動側可動部７１は、駆動部３３の駆動力を受ける。ここで駆動部３３の駆動力は、駆動側復帰ばね３８による駆動側復帰力に比べて十分に大きい。駆動側可動部７１は、駆動部３３の駆動力によって、駆動側復帰ばね３８を圧縮しながら、駆動電極１１を対向電極１２に接近させる方向に変位を開始する。

【0043】

駆動電極１１が対向電極１２に接近すると、駆動電極１１および対向電極１２付近の電界が高くなる。駆動電極１１および対向電極１２付近の電界が圧力容器１３に封入された絶縁ガスの絶縁破壊電界に比べて高くなることで、駆動電極１１の放電部１１ａと対向電極１２の放電部１２ａとの間で絶縁破壊が生じる。図２に示す位置まで駆動電極１１が対向電極１２に接近すると、絶縁破壊によって駆動電極１１の放電部１１ａと対向電極１２の放電部１２ａとの間でアーク放電７３が発生する。駆動電極１１および対向電極１２は、アーク放電７３によって導通状態となるため、第１フタ１５および第２フタ１６間も導通状態となる。外部回路との接続端子である第１フタ１５および第２フタ１６間が導通状態となることで、高速投入器１は投入状態に変化して通電を開始する。

【0044】

その後、図３に示すように駆動電極１１が対向電極１２に接触するまで、駆動側可動部７１は単独で変位し続ける。このとき、駆動側制動部３５のピストン４３は、駆動側可動部７１の変位に伴い、シリンダ４２の内部に設置された図示しない復帰ばねによってシリンダ４２から押し出される。

【0045】

接触ステップについて説明する。接触ステップでは、図３に示す状態から図４に示す状態を経て、再度図３に示す状態に復帰する。

【0046】

図３に示すように、駆動電極１１の放電部１１ａが対向電極１２の放電部１２ａに接触する。これにより、駆動電極１１および対向電極１２の接触部を介して駆動電極１１と対向電極１２との導通が維持される。よって高速投入器１も、通電可能な投入状態を継続する。このとき、シリンダ４２から押し出されたピストン４３は、所定の位置で静止する。ただし、ピストン４３は、接近ステップで静止してもよい。

【0047】

駆動電極１１の放電部１１ａが対向電極１２の放電部１２ａに接触した後、対向側可動部７２は駆動部３３の駆動力によって加速した駆動側可動部７１に押される。これにより、図４に示すように、駆動側可動部７１および対向側可動部７２は、駆動電極１１が対向電極１２に接触した状態で駆動力の出力方向に共に変位する。

【0048】

駆動部３３の駆動力は、駆動電極１１が対向電極１２に接触した後に減衰する。駆動力は、リング３６とコイル３７との距離が大きくなることで低下する。さらに駆動力は、コイル電流が減衰することで低下する。なお、駆動部３３の駆動力は、駆動電極１１が対向電極１２に接触する前から減衰し始めてもよい。一方、駆動側可動部７１は駆動側復帰ばね３８を圧縮し、対向側可動部７２は対向側復帰ばね５５を圧縮しつつ変位する。このため、駆動側可動部７１および対向側可動部７２それぞれに対して駆動力とは反対方向に作用する駆動側復帰力および対向側復帰力が増加する。さらに対向側可動部７２の対向側ばね受け５６は、対向側制動部５４のピストン６０をシリンダ５９に対して押し込むことで、押し込み方向と反対方向の減衰力を受ける。また駆動側可動部７１は、対向側可動部７２に接触して加速させる際に、運動量を分け与え、減速する。よって駆動側可動部７１は、対向側可動部７２に接触後に対向側可動部７２と共に変位しつつ大きく減速し、十分に減速した後に、対向側可動部７２の対向側ばね受け５６がストッパ６１に接触することで停止し、図４に示す状態となる。

【0049】

なお、図３に示す状態から図４に示す状態に移行する過程において、駆動電極１１および対向電極１２は、接触時の反発力によって一時的に開離しても、アーク放電を介して導通を維持し、再接触時に接触部を介した導通を再開する。よって高速投入器１も、通電可能な投入状態を継続する。

【0050】

駆動側可動部７１および対向側可動部７２は、停止後、駆動側復帰ばね３８の駆動側復帰力と、対向側復帰ばね５５の対向側復帰力とによって、変位方向を反転する。駆動側可動部７１および対向側可動部７２は、駆動力の出力方向とは反対方向に加速されて変位し、再度、図３に示す状態となる。ここで対向側可動部７２は、対向側ばね受け５６が対向側ストッパ５７と接触することで停止する。

【0051】

なお図４に示す状態から図３に示す状態に復帰する過程において、基本的に駆動電極１１および対向電極１２は接触状態であり、接触部を介した導通を維持する。駆動電極１１および対向電極１２は、仮に一時的に開離しても、アーク放電を介して導通を維持する。よって高速投入器１も、通電可能な投入状態を継続する。

【0052】

開離ステップについて説明する。開離ステップでは、図３に示す状態から図２に示す状態を経て、図１に示す状態に至る。

【0053】

図３および図２に示すように、駆動側可動部７１は、対向側可動部７２の停止後、対向電極１２が対向側ストッパ５７によって変位を規制されるので、駆動側復帰ばね３８の駆動側復帰力によって単独で変位する。ここで駆動側可動部７１は、駆動軸３１が駆動側制動部３５のピストン４３をシリンダ４２に対して押し込むことで、押し込み方向と反対方向の減衰力を受け、減速し始める。

【0054】

図３に示す状態から図２に示す状態に復帰する過程において、対向側可動部７２は停止しており、駆動電極１１の放電部１１ａは対向電極１２の放電部１２ａから開離する。一方で、駆動電極１１および対向電極１２はアーク放電７３を介して導通を維持しており、高速投入器１も、通電可能な投入状態を継続する。

【0055】

最終的に駆動側可動部７１は、駆動側制動部３５の減衰力を受け減速し、駆動側ばね受け３９が駆動側ストッパ４０に接触することで停止して、図１に示す状態に復帰する。このとき、駆動部３３の駆動力は完全に減衰している、または駆動側復帰力に比べて十分に小さくなっており、駆動側可動部７１は図１の状態に保持される。

【0056】

図２に示す状態から図１に示す状態に復帰する過程または、図１に示す状態への復帰後において、駆動電極１１および対向電極１２の間で生じていたアーク放電は、外部回路における電流の遮断または減衰によって消弧される。これにより、駆動電極１１および対向電極１２は、再度電気的に絶縁された状態になる。以上により、高速投入器１は端子間が非導通の遮断状態に復帰し、投入動作を終了する。

【0057】

以上に説明したように、本実施形態の高速投入器１では、駆動部３３により駆動電極１１に駆動力を与えることで、最初に駆動電極１１が対向電極１２に接近する。駆動電極１１が対向電極１２に接近すると、駆動電極１１の放電部１１ａと対向電極１２の放電部１２ａとの間でアーク放電が発生して通電を開始する。次いで駆動電極１１が通電を継続しつつ対向電極１２に接触して対向電極１２と共に駆動力の出力方向に変位する。この際、駆動電極１１および対向電極１２は駆動側復帰ばね３８および対向側復帰ばね５５の復帰力によって減速する。次いで駆動電極１１および対向電極１２は復帰力によって変位方向を反転する。次いで対向電極１２が対向側ストッパ５７によって変位を規制されることで、駆動電極１１が駆動側復帰ばね３８の復帰力によって対向電極１２から開離する。駆動電極１１が対向電極１２から開離する過程で、駆動電極１１と対向電極１２との間にアーク放電が発生し、通電が継続される。次いで駆動電極１１が駆動側ストッパ４０によって変位を規制されることで、駆動電極１１が定常時の位置に復帰する。駆動電極１１が対向電極１２から開離する過程、または定常時の位置に復帰した状態でアーク放電が消弧することで通電を終了する。以上により、本実施形態の高速投入器１は、電極駆動式の高速投入器として動作する。したがって、本実施形態によれば、トリガ放電式の高速投入器のようなトリガ電極が不要であるため、トリガ放電式に比べて多数回の動作が可能な高速投入器１を提供できる。また、本実施形態によれば、トリガ放電式の高速投入器では必須の高価なパルス電源が不要であるため、トリガ放電式に比べて機器コストが低い高速投入器１を提供できる。

【0058】

また、本実施形態の高速投入器１は、投入動作時に駆動電極１１が対向電極１２に接触した後、駆動側可動部７１が対向側可動部７２と共に駆動力の動作方向に変位することで、駆動側可動部７１の運動量を対向側可動部７２に分け与える。さらに、駆動側可動部７１は、駆動側復帰ばね３８の駆動側復帰力に加えて、対向側復帰ばね５５の対向側復帰力、および対向側制動部５４の減衰力を受けることで、大きく減速する。この構成によれば、投入動作時に、駆動電極１１を対向電極１２に接近させ、放電部１１ａ，１２ａ間でアーク放電による導通を開始させた後に、駆動電極１１が対向電極１２に接触して駆動側可動部７１が減速する。よってアーク放電による導通開始までは駆動側可動部７１は殆ど減速せず、放電部１１ａ，１２ａ間の電界を急速に上昇させることができるため、アーク放電の発生開始時間の短縮とばらつきを低減できる。これにより、投入時間がより短く、さらに投入時間のばらつきが小さい高速投入器１を提供できる。さらに上記構成によれば、対向電極１２は、投入動作時に駆動電極１１に接触した後に、駆動電極１１と共に駆動力の出力方向に動作可能であるため、接触時の衝撃力を低減することができる。よって駆動電極１１と対向電極１２との接触時の衝撃力による、機器の損傷を抑制することが可能であり、多数回の操作が可能な高速投入器１を提供できる。

【0059】

また、高速投入器１は、投入動作時に、駆動電極１１の放電部１１ａと対向電極１２の放電部１２ａとの間でアーク放電を発生させて通電を開始する。さらに、駆動電極１１の放電部１１ａを対向電極１２の放電部１２ａに接触させた後、通電を継続しつつ放電部１１ａを放電部１２ａから開離させて、投入動作を終了する。この構成によれば、投入動作時に、アーク放電によって金属表面が一部融解した駆動電極１１の放電部１１ａと対向電極１２の放電部１２ａとが接触後、冷却される前に再度開離して投入動作を終了する。このため、放電部１１ａ，１２ａに溶着部が発生することを抑制できる。よって、溶着部を引き離した際に生じる鋭利な突起が放電部１１ａ，１２ａの表面に形成されることを抑制できる。これにより、電極間が開き高電圧が印加される定常時において、鋭利な突起による電界集中部の発生を防ぐことができる。したがって、電極間の絶縁性能を維持し、耐電圧性能の低下を抑制できる高速投入器１を提供できる。

【0060】

また、高速投入器１は、投入動作において駆動電極１１の放電部１１ａが対向電極１２の放電部１２ａから開離しつつ、放電部１１ａ，１２ａ間にアーク放電を発生させる。この構成によれば、仮に放電部１１ａ，１２ａの接触時に溶着部が生じ、放電部１１ａ，１２ａの開離時に鋭利な突起が形成された場合でも、アーク放電によって鋭利な突起を蒸発させ、除去することができる。これにより、電極間が開き高電圧が印加される定常時において、鋭利な突起による電界集中部の発生を防ぐことができる。したがって、電極間の絶縁性能を維持し、耐電圧性能の低下を抑制できる高速投入器１を提供できる。

【0061】

駆動部３３は、金属製のリング３６と、機構箱３２に固定されたコイル３７と、を持つ電磁反発操作機構であり、リング３６に発生させる誘導反発力によって駆動電極１１に駆動力を与える。この構成によれば、投入動作時に、油圧やばねの復元力、モータの電磁力等によって駆動する構成よりも短時間で、駆動電極１１を対向電極１２に接近させ、放電部１１ａ，１２ａ間でアーク放電による導通を開始させることができる。したがって、投入時間が短い高速投入器１を提供できる。

【0062】

駆動側復帰ばね３８および対向側復帰ばね５５はコイルばねである。この構成によれば、駆動電極１１および対向電極１２に線形の復帰力を与えることができる。よって、定常時の静止位置における駆動電極１１および対向電極１２の安定的な保持、および投入動作時における駆動電極１１および対向電極１２の確実な減速を両立できる。

【0063】

高速投入器１は、駆動側制動部３５を持つ。駆動側制動部３５は、投入動作時に、対向側復帰ばね５５の復帰力によって駆動部３３の駆動力の出力方向とは反対方向に変位する駆動電極１１に接触し、駆動電極１１を減速させる。この構成によれば、定常時の静止位置に向けて変位する駆動電極１１の運動量を減衰させることができる。したがって、駆動電極１１の停止時の衝撃力による機器の損傷を抑制できる。

【0064】

高速投入器１は、対向側制動部５４を持つ。対向側制動部５４は、投入動作時に、駆動電極１１に接触して駆動部３３の駆動力によって駆動電極１１と共に変位する対向電極１２に接触し、対向電極１２を減速させる。この構成によれば、投入動作時における反転位置に向けて変位する駆動電極１１および対向電極１２の運動量を減衰させることができる。したがって、駆動電極１１および対向電極１２の反転時の衝撃力による機器の損傷を抑制できる。

【0065】

高速投入器１は、絶縁ガスが封入された圧力容器１３を持つ。圧力容器１３は、駆動電極１１および対向電極１２の接触部を収容している。駆動電極１１および対向電極１２それぞれの一部は、圧力容器１３の気密を保ちつつ圧力容器１３の外部に延出している。この構成によれば、駆動電極１１および対向電極１２それぞれに連係された可動部を圧力容器１３の外側に配置できる。これにより、高速投入器１の保守作業等の作業性を向上させることができる。また、駆動電極および対向電極のうち少なくともいずれか一方の全体が圧力容器に収容された構成と比較して、圧力容器１３を小型化できる。よって、絶縁ガスの使用量を削減できる。

【0066】

駆動電極１１の放電部１１ａ、および対向電極１２の放電部１２ａは、耐アーク性を有する金属材料により形成されている。この構成によれば、投入動作時に、アーク放電による放電部１１ａ，１２ａの表面の融解を抑制できる。このため、放電部１１ａ，１２ａに溶着部が発生することを抑制できる。よって、溶着部を引き離した際に生じる鋭利な突起が放電部１１ａ，１２ａの表面に形成されることを抑制できる。これにより、電極間が開き高電圧が印加される定常時において、鋭利な突起による電界集中部の発生を防ぐことができる。したがって、電極間の絶縁性能を維持し、耐電圧性能の低下を抑制できる高速投入器１を提供できる。

【0067】

（第２の実施形態）
図５から図８は、第２の実施形態の高速投入器を示す断面図である。図５は、非通電の遮断状態にある定常時の高速投入器１０１を示している。図６から図８は、通電可能な投入状態にある高速投入器１０１の投入動作時の動作過程を示している。

【0068】

図５に示す第２の実施形態は、駆動電極１１および対向電極１２の接触部が真空容器１１２に収容されている点で、第１の実施形態とは異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。

【0069】

図５に示すように、高速投入器１０１は、第１の実施形態の接点部２に代えて接点部１０２を備える。接点部１０２は、駆動機構部３および衝撃緩衝部４に接続されている。接点部１０２は、駆動電極１１と、対向電極１２と、圧力容器１１１と、真空容器１１２と、を備える。

【0070】

圧力容器１１１の構成は、基本的に第１の実施形態の圧力容器１３と同様である。圧力容器１１１と駆動電極１１および対向電極１２との関係も、第１の実施形態と同様である。第１の実施形態の圧力容器１３と異なる点として、本実施形態の圧力容器１１１の内部には、真空容器１１２が封入されている。圧力容器１１１は、第１の実施形態と同様に絶縁ガスを封入している。絶縁ガスの圧力は、真空容器１１２内部との圧力差を低減するため、大気圧から大気圧の３倍程度が好適である。

【0071】

真空容器１１２の内部は、真空状態に保持されている。真空容器１１２は、絶縁筒１１３と、第１端板１１４と、第２端板１１５と、第１ベローズ１１６と、第２ベローズ１１７と、を備える。

【0072】

絶縁筒１１３は、円筒状の絶縁物容器である。第１端板１１４および第２端板１１５は、金属製である。第１端板１１４および第２端板１１５は、それぞれ円板状の板材である。第１端板１１４は、絶縁筒１１３の第１端の開口を閉塞するように絶縁筒１１３に気密に接合されている。第２端板１１５は、絶縁筒１１３の第２端の開口を閉塞するように絶縁筒１１３に気密に接合されている。第１端板１１４および第２端板１１５それぞれの中心部には、貫通孔が設けられている。第１端板１１４の貫通孔には、第１ベローズ１１６の第１端が気密に接合されている。第２端板１１５の貫通孔には、第２ベローズ１１７の第１端が気密に接合されている。第１ベローズ１１６および第２ベローズ１１７は、軸方向に伸縮可能な蛇腹構造の金属菅であり、薄板で形成されている。真空容器１１２は、第２端板１１５が支持部１１８を介して圧力容器１１１の第２フタ１６に接続されることで圧力容器１１１に固定されている。

【0073】

真空容器１１２は、駆動電極１１および対向電極１２の接触部を収容している。真空容器１１２は、駆動電極１１および対向電極１２の放電部１１ａ、１２ａの全体と、駆動電極１１および対向電極１２の通電軸１１ｂ，１２ｂそれぞれの一部と、を封入している。通電軸１１ｂは、第１端板１１４の貫通孔を貫通し、真空容器１１２の外部に延出している。通電軸１２ｂは、第２端板１１５の貫通孔を貫通し、真空容器１１２の外部に延出している。

【0074】

駆動電極１１の通電軸１１ｂは、第１ベローズ１１６の第２端に気密に接合されている。通電軸１１ｂは、真空容器１１２の気密を保ちつつ、軸方向に移動可能となっている。対向電極１２の通電軸１２ｂは、第２ベローズ１１７の第２端に気密に接合されている。通電軸１２ｂは、真空容器１１２の気密を保ちつつ、軸方向に移動可能となっている。

【0075】

圧力容器１１１の内部には、第１の実施形態のシールド１９，２０に代えて、金属製の第１集電フランジ１１９および第２集電フランジ１２０が配置されている。各集電フランジ１１９，１２０は、円環状に形成されている。各集電フランジ１１９，１２０は、互いに同心状に配置されている。第１集電フランジ１１９は、第１フタ１５に隣接して固定され、第１フタ１５と導通している。第２集電フランジ１２０は、第２フタ１６に隣接して固定され、第２フタ１６と導通している。駆動電極１１は、第１集電フランジ１１９の内側を貫通している。対向電極１２は、第２集電フランジ１２０の内側を貫通している。駆動電極１１の通電軸１１ｂは、第１集電フランジ１１９の内周に設けられた集電部２１に摺接しながら、第１集電フランジ１１９との導通状態を保ちつつ軸方向に移動可能となっている。対向電極１２の通電軸１２ｂは、第２集電フランジ１２０の内周に設けられた集電部２２に摺接しながら、第２集電フランジ１２０との導通状態を保ちつつ軸方向に移動可能となっている。これにより、駆動電極１１は、集電部２１を介して第１集電フランジ１１９、第１フタ１５およびフランジ１４ｂと導通している。対向電極１２は、集電部２２を介して第２集電フランジ１２０、第２フタ１６および第２フランジ１４ｃと導通している。さらに駆動電極１１は、第１ベローズ１１６および第１端板１１４と導通している。また、対向電極１２は、第２ベローズ１１７、第２端板１１５および支持部１１８と導通している。

【0076】

駆動電極１１の通電軸１１ｂの端部は、圧力容器１１１の外部で絶縁操作ロッド２３に接続されている。駆動電極１１は、絶縁操作ロッド２３を介して駆動機構部３に接続されている。対向電極１２の通電軸１２ｂの端部は、圧力容器１１１の外部で絶縁操作ロッド２４に接続されている。対向電極１２は、絶縁操作ロッド２４を介して衝撃緩衝部４に接続されている。駆動機構部３および衝撃緩衝部４が絶縁物である絶縁操作ロッド２３，２４を介して接点部１０２に接続することで、接点部１０２および駆動機構部３が電気的に絶縁され、接点部１０２および衝撃緩衝部４が電気的に絶縁されている。

【0077】

本実施形態の高速投入器１０１は、接点部１０２の圧力容器１１１における第１フタ１５および第２フタ１６を端子として、外部の回路に接続される。駆動電極１１と、絶縁操作ロッド２３と、駆動軸３１と、リング３６と、駆動側ばね受け３９とは、一体となって動作する駆動側可動部７１を形成する。対向電極１２と、絶縁操作ロッド２４と、対向軸５１と、対向側ばね受け５６とは、一体となって動作する対向側可動部７２を形成する。

【0078】

高速投入器１０１が非通電の遮断状態である定常時について説明する。
図５に示すように、駆動側可動部７１は、駆動側ばね受け３９が駆動側復帰ばね３８によって駆動側ストッパ４０に押し付けられた位置で静止している。対向側可動部７２は、対向側ばね受け５６が対向側復帰ばね５５によって対向側ストッパ５７に押し付けられた位置で静止している。

【0079】

高速投入器１０１が、外部の回路に接続されると、端子となる第１フタ１５および第２フタ１６の間に電圧が印加される。第１フタ１５は、駆動電極１１と導通して同電位となっている。第２フタ１６は、対向電極１２と導通して同電位となっている。よって高速投入器１０１に印加された電圧は、真空容器１１２の内部で駆動電極１１と対向電極１２との間に印加されている。

【0080】

定常時は、駆動電極１１および対向電極１２は互いに十分に離れた開路状態であり、駆動電極１１および対向電極１２付近の電界が真空容器１１２内部の真空の絶縁破壊電界に比べて十分低くなっている。このため、駆動電極１１と対向電極１２との間が電気的に絶縁されている。よって高速投入器１０１は端子間が非導通の遮断状態となっている。

【0081】

高速投入器１０１が非通電の遮断状態である定常時から、通電可能な投入状態に変化し、最終的に定常時の遮断状態に復帰する投入動作について説明する。なお、以下の投入動作の説明では、外部回路に高速投入器１０１が接続されて、駆動電極１１および対向電極１２に高電圧が印加された状態を述べる。

【0082】

高速投入器１０１の投入動作は、基本的に第１の実施形態の高速投入器１における投入動作と同様である。高速投入器１０１の投入動作も、図５に示す定常時にて、コイル３７に図示しない励磁回路からコイル電流を印加し、リング３６に駆動力を発生させることで開始する。

【0083】

投入動作時の高速投入器１０１は、図５の状態から図６の状態および図７の状態を経て、図８の状態に順に動作後、図８の状態から図７の状態および図６の状態を経て、図５の状態に順に動作し、最終的に図５の状態に復帰する。これは、第１の実施形態において、投入動作時の高速投入器１が、図１の状態から図４の状態に動作後、図４の状態から図１の状態に動作し、最終的に図１の状態に復帰する一連の動作に対応している。

【0084】

投入動作時の高速投入器１０１が、第１の実施形態の高速投入器１と異なる点は、アーク放電が真空容器１１２の内部で発生することである。
高速投入器１０１において、駆動側可動部７１が変位して駆動電極１１および対向電極１２が互いに接近すると、駆動電極１１および対向電極１２付近の電界が高くなる。駆動電極１１および対向電極１２付近の電界が真空容器１１２内部の真空の絶縁破壊電界に比べて高くなることで、駆動電極１１の放電部１１ａと対向電極１２の放電部１２ａとの間で絶縁破壊が生じる。図６に示す位置まで駆動電極１１が対向電極１２に接近すると、絶縁破壊によって駆動電極１１の放電部１１ａと対向電極１２の放電部１２ａとの間でアーク放電７３が発生する。

【0085】

以上に説明したように、本実施形態の高速投入器１０１によれば、駆動電極１１および対向電極１２が第１の実施形態と同様に動作するので、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0086】

さらに、本実施形態では、真空容器１１２が駆動電極１１および対向電極１２の接触部を収容している。この構成によれば、高速投入器１０１の投入動作時に、アーク放電が真空容器１１２の内部で発生する。これにより、絶縁ガス雰囲気下でのアーク放電と異なり、アーク放電による絶縁ガスの分解を抑制することができる。これにより、電極間が開き高電圧が印加される定常時において、絶縁ガスの絶縁性能低下による意図しない絶縁破壊の発生を防ぐことが可能であり、電極間の絶縁性能を維持可能な高速投入器１０１を提供できる。

【0087】

（第３の実施形態）
図９から図１２は、第３の実施形態の高速投入器を示す断面図である。図９は、非通電の遮断状態にある定常時の高速投入器２０１を示している。図１０から図１２は、通電可能な投入状態にある高速投入器２０１の投入動作時の動作過程を示している。

【0088】

図９に示す第３の実施形態は、衝撃緩衝部２０４が真空容器２１２に収容されている点で、第２の実施形態とは異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第２の実施形態と同様である。

【0089】

図９に示すように、高速投入器２０１は、第２の実施形態の接点部１０２および衝撃緩衝部４に代えて、接点部２０２および衝撃緩衝部２０４を備える。

【0090】

接点部２０２について説明する。
接点部２０２は、駆動機構部３および衝撃緩衝部２０４に接続されている。接点部２０２は、第２の実施形態の圧力容器１１１および真空容器１１２に代えて、圧力容器２１１および真空容器２１２を備える。

【0091】

圧力容器２１１は、第２の実施形態の第２フタ１６に代えて、第２フタ２１３を備える。第２フタ２１３は、貫通孔およびシール部が設けられていない点で第２フタ１６と異なる。第２フタ２１３は、絶縁筒１４の開口を完全に閉塞している。圧力容器２１１と駆動電極１１との関係は、第２の実施形態と同様である。圧力容器２１１は、対向電極１２の全体を収容している。本実施形態の圧力容器２１１の内部には、真空容器２１２が封入されている。圧力容器２１１は、第２の実施形態の圧力容器１１１と同様に絶縁ガスを封入している。絶縁ガスの圧力は、真空容器２１２内部との圧力差を低減するため、大気圧から大気圧の３倍程度が好適である。

【0092】

真空容器２１２は、内部が真空状態に保持されている。真空容器２１２は、第２の実施形態の第２端板１１５に代えて、第２端板２１４を備える。第２端板２１４は、絶縁筒１１３の第２端の開口を閉塞するように絶縁筒１１３に気密に接合されている。第２端板２１４は、貫通孔が設けられておらず、ベローズが固定されていない点で第２端板１１５と異なる。第２端板２１４は、圧力容器２１１の第２フタ２１３に隣接して固定され、第２フタ２１３と導通している。

【0093】

真空容器２１２は、駆動電極１１および対向電極１２の接触部を収容している。真空容器２１２は、駆動電極１１の放電部１１ａの全体と、駆動電極１１の通電軸１１ｂの一部と、対向電極１２の全体と、衝撃緩衝部２０４と、を封入している。対向電極１２の通電軸１２ｂは、真空容器２１２の内部で衝撃緩衝部２０４に接続されている。衝撃緩衝部２０４については後述する。

【0094】

圧力容器２１１の内部には、第２の実施形態の圧力容器１１１の内部に配置されていた集電フランジ１２０が配置されていない。第２の実施形態において集電フランジ１２０に設けられていた集電部２２は、衝撃緩衝部２０４に配置されている。

【0095】

衝撃緩衝部２０４について説明する。
衝撃緩衝部２０４は、真空容器２１２に収容されている。衝撃緩衝部２０４は、真空容器２１２の第２端板２１４に固定されている。衝撃緩衝部２０４は、上記他の実施形態の対向軸５１、機構箱５２および対向側制動部５４を備えておらず、かつ位置保持部５３に代えて位置保持部２２１を備える。

【0096】

位置保持部２２１は、上記他の実施形態の対向側ストッパ５７およびベース５８に代えて、対向側ストッパ２２２およびベース２２３を備える。また、本実施形態では、対向側ばね受け５６に対向電極１２の通電軸１２ｂが直接結合されている。ベース２２３は、対向側ばね受け５６に対して、接点部２０２側とは反対側に配置されている。ベース２２３は、第２端板２１４に隣接して固定されている。ベース２２３は、第２端板２１４と導通している。ベース２２３には、対向側ストッパ２２２が固定されている。対向側ストッパ２２２は、対向側ばね受け５６に対して接点部２０２側に配置されている。対向側ストッパ２２２は、対向電極１２を囲うように配置されている。対向側ストッパ２２２の内周には、集電部２２が設けられている。対向電極１２の通電軸１２ｂは、集電部２２に摺接しながら、衝撃緩衝部２０４との導通状態を保ちつつ軸方向に移動可能となっている。これにより、対向電極１２は、集電部２２を介して衝撃緩衝部２０４、第２端板２１４、第２フタ２１３および第２フランジ１４ｃと導通している。

【0097】

本実施形態の高速投入器２０１は、接点部２０２の圧力容器２１１における第１フタ１５および第２フタ２１３を端子として、外部の回路に接続される。駆動電極１１と、絶縁操作ロッド２３と、駆動軸３１と、リング３６と、駆動側ばね受け３９とは、一体となって動作する駆動側可動部７１を形成する。対向電極１２と、対向側ばね受け５６とは、一体となって動作する対向側可動部２７２を形成する。

【0098】

高速投入器２０１が非通電の遮断状態である定常時について説明する。
図９に示すように、駆動側可動部７１は、駆動側ばね受け３９が駆動側復帰ばね３８によって駆動側ストッパ４０に押し付けられた位置で静止している。対向側可動部２７２は、対向側ばね受け５６が対向側復帰ばね５５によって対向側ストッパ２２２に押し付けられた位置で静止している。

【0099】

高速投入器２０１が、外部の回路に接続されると、端子となる第１フタ１５および第２フタ２１３の間に電圧が印加される。第１フタ１５は、駆動電極１１と導通して同電位となっている。第２フタ２１３は、対向電極１２と導通して同電位となっている。よって高速投入器２０１に印加された電圧は、真空容器２１２の内部で駆動電極１１と対向電極１２との間に印加されている。

【0100】

定常時は、駆動電極１１と対向電極１２が十分に離れた開路状態であり、駆動電極１１と対向電極１２付近の電界が真空容器２１２内部の真空の絶縁破壊電界に比べて十分低くなっている。このため、駆動電極１１と対向電極１２との間が電気的に絶縁されている。よって高速投入器２０１は端子間が非導通の遮断状態となっている。

【0101】

高速投入器２０１が非通電の遮断状態である定常時から、通電可能な投入状態に変化し、最終的に定常時の遮断状態に復帰する投入動作について説明する。なお、以下の投入動作の説明では、外部回路に高速投入器２０１が接続されて、駆動電極１１および対向電極１２に高電圧が印加された状態を述べる。

【0102】

高速投入器２０１の投入動作は、基本的に第２の実施形態の高速投入器１０１における投入動作と同様である。高速投入器２０１の投入動作も、図９に示す定常時にて、コイル３７に図示しない励磁回路からコイル電流を印加し、リング３６に駆動力を発生させることで開始する。

【0103】

投入動作時の高速投入器２０１は、図９の状態から図１０の状態および図１１の状態を経て、図１２の状態に順に動作後、図１２の状態から図１１の状態および図１０の状態を経て、図９の状態に順に動作し、最終的に図９の状態に復帰する。これは、第２の実施形態において、投入動作時の高速投入器１０１が、図５の状態から図８の状態に動作後、図８の状態から図５の状態に動作し、最終的に図５の状態に復帰する一連の動作に対応している。

【0104】

投入動作時の高速投入器２０１が、第２の実施形態の高速投入器１０１と異なる点は、図１１の状態から図１２の状態に移行する際に、対向側可動部２７２の対向側ばね受け２２２が、対向側復帰ばね５５から対向側復帰力のみを受けて減速し、停止することである。

【0105】

以上に説明したように、本実施形態の高速投入器２０１によれば、駆動電極１１および対向電極１２が第１の実施形態と同様に動作するので、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0106】

さらに、本実施形態では、衝撃緩衝部２０４が真空容器２１２に収容されている。この構成によれば、対向側可動部２７２は、上記他の実施形態の対向側可動部７２と比べて、絶縁操作ロッド２４および対向軸５１を備えない分、軽量化を可能とされる。よって投入動作時において、対向側可動部２７２が駆動側可動部７１と接触する際に生じる衝撃力を更に低減することができる。よって駆動電極１１と対向電極１２との接触時の衝撃力による、機器の損傷を抑制することが可能であり、多数回の操作が可能な高速投入器２０１を提供できる。

【0107】

また、本実施形態によれば、対向電極１２の全体が真空容器２１２に収容されることで、第２の実施形態において対向電極１２と接続されていた第２ベローズ１１７が不要となる。第２の実施形態における対向電極１２は、駆動電極１１との接触後に急加速するため、対向電極１２と接続された第２ベローズ１１７には大きな機械的負荷が生じ、損傷の原因となる可能性がある。よって本実施形態では第２ベローズ１１７を排することで、損傷による真空容器２１２の真空漏れを回避することが可能であり、より多数回の操作が可能な高速投入器２０１を提供できる。

【0108】

（第４の実施形態）
図１３は、第４の実施形態の高速投入器を示す断面図である。図１３は、非通電の遮断状態にある定常時の高速投入器３０１を示している。
図１３に示す第４の実施形態は、衝撃緩衝部３０４が真空容器１１２の外側で圧力容器２１１に収容されている点で、第３の実施形態とは異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第３の実施形態と同様である。

【0109】

図１３に示すように、高速投入器３０１は、第３の実施形態の接点部２０２および衝撃緩衝部２０４に代えて、接点部３０２および衝撃緩衝部３０４を備える。

【0110】

接点部３０２について説明する。
接点部３０２は、駆動機構部３および衝撃緩衝部３０４に接続されている。接点部３０２は、第３の実施形態の真空容器２１２に代えて、第２の実施形態の真空容器１１２を備える。真空容器１１２は、第２端板１１５が支持部１１８を介して圧力容器２１１の第２フタ２１３に接続されることで圧力容器２１１に固定されている。第２端板１１５は、第２フタ２１３と導通している。

【0111】

衝撃緩衝部３０４について説明する。
衝撃緩衝部３０４の構成は、基本的に第３の実施形態の衝撃緩衝部２０４と同様である。衝撃緩衝部３０４は、真空容器１１２の外側で圧力容器２１１に収容されている。衝撃緩衝部３０４は、真空容器１１２の第２端板１１５と圧力容器２１１の第２フタ２１３との間に配置されている。衝撃緩衝部３０４は、ベース２２３が第２フタ２１３に隣接して固定されていることで、圧力容器２１１に固定されている。衝撃緩衝部３０４は、第２フタ２１３と導通している。

【0112】

本実施形態の高速投入器３０１は、接点部３０２の圧力容器２１１における第１フタ１５および第２フタ２１３を端子として、外部の回路に接続される。駆動電極１１と、絶縁操作ロッド２３と、駆動軸３１と、リング３６と、駆動側ばね受け３９とは、一体となって動作する駆動側可動部７１を形成する。対向電極１２と、対向側ばね受け５６とは、一体となって動作する対向側可動部２７２を形成する。なお、高速投入器３０１の動作は、第３の実施形態の高速投入器２０１の動作と同様であるため説明を省略する。

【0113】

以上に説明したように、本実施形態の高速投入器３０１によれば、駆動電極１１および対向電極１２が第１の実施形態と同様に動作するので、第１の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0114】

さらに、本実施形態では、衝撃緩衝部３０４が圧力容器２１１に収容されている。この構成によれば、対向側可動部２７２は、第１の実施形態および第２の実施形態の対向側可動部７２と比べて、絶縁操作ロッド２４および対向軸５１を備えない分、軽量化を可能とされる。したがって、第３の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0115】

また、対向側可動部２７２の摺動部を真空容器１１２から排することができるので、真空容器１１２内の異物の発生を抑制できる。よって、接点部３０２の保守作業を減らして、高速投入器３０１の保守作業等の作業性を向上させることができる。

【0116】

なお、上記実施形態では、駆動機構部３の駆動部３３の例として電磁反発操作機構を説明したが、この構成に限定されない。例えば駆動部として、蓄圧した油圧の圧力差を駆動力として用いる油圧操作機構や、蓄勢したコイルばねの力を駆動力として用いるばね操作機構等を適用しても良い。ただし、駆動力の開放に時間を要する点や、駆動電極１１と対向電極１２との接触後に駆動力を急減させることが困難である点から、電磁反発機構が駆動部として有利である。

【0117】

また、上記実施形態では、駆動電極１１および対向電極１２が、絶縁物である絶縁操作ロッド２３，２４を介して、駆動機構部３および衝撃緩衝部４に接続されているが、この構成に限定されない。駆動電極および対向電極は、駆動機構部および衝撃緩衝部に直接接続され、電気的に導通していても良い。

【0118】

また、上記実施形態では、駆動機構部３および衝撃緩衝部４に、駆動側制動部３５および対向側制動部５４を設けているが、この構成に限定されない。駆動機構部および衝撃緩衝部は、定常時の駆動電極および対向電極の位置を保持し、かつ投入動作時に定常時の状態へ復帰させる力を出力する位置保持部を設けていれば良い。

【0119】

また、上記実施形態では、駆動側復帰ばね３８および対向側復帰ばね５５をコイルばねとしたが、この構成に限定されない。駆動側復帰ばねおよび対向側復帰ばねとして皿ばねや空気ばね等を用いても良い。

【0120】

また、上記実施形態では、駆動側制動部３５および対向側制動部５４が、作動油の粘性抵抗を利用して減衰力を出力するショックアブソーバであるが、この構成に限定されない。駆動側制動部および対向側制動部は、空気の粘性抵抗を利用した空気ダンパでも良いし、ゴムの減衰機構を利用したゴムダンパでも良い。ただし、押し込み量に対する減衰力の立ち上がり特性を考慮すると、作動油の粘性抵抗を利用したショックアブソーバが制動部として有利である。

【0121】

また、上記実施形態では、対向側制動部５４にショックアブソーバへの押し込み量を制限するストッパ６１を設けたが、この構成に限定されない。対向側可動部が、対向側復帰ばねの対向側復帰力、およびショックアブソーバの減衰力の少なくともいずれか一方によって減速されて停止するのであれば、ストッパを設けなくても良い。

【0122】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、投入動作時に駆動電極に対して対向電極に接近する方向の駆動力を与える駆動部と、駆動電極に対して対向電極から開離する方向に常に復帰力を与える駆動側付勢部と、定常時に駆動電極と対向電極とが開離した状態で駆動電極の変位を規制する駆動側ストッパと、対向電極に対して駆動電極に接触する方向に常に復帰力を与える対向側付勢部と、定常時に駆動電極と対向電極とが開離した状態で対向電極の変位を規制する対向側ストッパと、を持つので、電極間の溶着から生じた突起による耐電圧性能の低下を抑制できる。

【0123】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】