CN1233010C - 断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是获得开关部分的润滑耐热性和耐氧化性良好、可长期稳定工作的断路器。本发明的断路器具备装入绝缘盒(1)内的可开关滑动式触点(3)使与固定触点(2)断开或闭合的开关部分(A)，具有与该开关部分(A)契合的契合部分(B)、检测出电路有过电流通过时使该契合部分(B)处于开放状态、并使上述滑动式触点(3)与上述固定触点(2)断开的结构部分(C)，上述开关部分(A)的一部分由包含铁或铁化合物的材料形成，在上述滑动部分涂有在添加了防氧化剂的苯基醚类油中加入了1～5wt%的二硫化钼的润滑油。

Description

断路器
技术领域
本发明涉及在绝缘盒内装有可开关滑动式触点的开关的断路器。
背景技术
以往，例如日本专利公开公报平11-120888号揭示了在绝缘盒内装有开关部分的断路器，该开关部分可通过手动操作接上开关滑动式触点，也可在过电流通过时启动分离装置使滑动式触点断开。开关的大部分由冷轧钢板经过氮化处理后获得的铁材料形成，其滑动部分设置了Fe3O4膜或电镀膜，其表面滴有或涂布了以矿物油或脂肪族合成烃类油为基油的润滑油或润滑脂。
但是，最近的趋势是在使断路器小型化的同时还要求开关部分及绝缘盒的小型化。此外，随着断路器的高性能化，还必须将可实现新功能的电子部件等装入绝缘盒内，与以往装入尺寸相同的绝缘盒内的开关相比，有小型化的趋势。使绝缘盒小型化后与相同规格的传统断路器相比，通电时的绝缘盒内部及开关部分的温度升高，容易使以矿物油或脂肪族合成烃类油为基油的润滑油和润滑脂氧化劣化。此外，开关小型化后，其构成部件也随之小型化，这样构成部件间的空隙就变得非常狭小，结果导致润滑油和润滑脂变薄，易发生氧化劣化，而且在氧化劣化时也容易凝固。
日本专利公开公报平7-190518号揭示了具备压缩机的冷冻循环装置。还揭示了作为压缩机用润滑油的与压缩机用致冷剂不相容的聚苯基醚，以及作为其添加剂的二硫化钼、二硫化钨、氟化石墨、聚四氟乙烯等。但是，压缩机与断路器属于不同的技术领域，对压缩机用润滑油的要求与对断路器的结构部分的特性要求不同，特别是在高温使用时对耐氧化性有不同要求，因此不能够由此完成本发明。
本发明解决了上述问题，其目的是获得开关部分的润滑耐热性及耐氧化性良好、可长期稳定地工作的断路器。
本发明的目的是提供仅使用具备良好耐热性及耐氧化性的润滑油作为开关部分的润滑剂，且组合效率良好的断路器。
发明的揭示
本发明的断路器具备绝缘盒，装入该绝缘盒内的可使滑动式触点与固定触点闭合或断开的开关部分，具有与该开关部分契合的契合部分、检测电路的过电流时使该契合部分处于开放状态、并使上述滑动式触点从上述固定触点分离开的结构部分，上述开关的一部分由包含铁或铁化合物的材料形成，由于在上述包含铁或铁化合物的材料形成的滑动部分设置了添加有防氧化剂和二氧化钼的苯基醚类润滑油，所以开关部分具备良好的润滑耐热性及耐氧化性，可长期稳定地工作。
由于在含有铁或铁化合物的材料形成的滑动部分设置了Fe3O4膜或电镀膜，所以能够抑制铁的金属催化剂作用对苯基醚类润滑油的氧化劣化的促进作用。
由于润滑剂是苯基醚类润滑油，所以可以滴加，容易赋予小型化的结构滑动部位以润滑性。
此外，由于在苯基醚类油中添加了二硫化钼，所以油膜的厚度易于保持，不仅耐氧化性得到了进一步提高，而且耐负载性和持续性等润滑性能也很好。
由于二硫化钼的含量为1.0～5.0wt％，所以不仅能够保持耐氧化性良好的油膜厚度，还可实现二硫化钼的分散稳定性。
由于在契合部分和推进部分的契合部分滴加了苯基醚类润滑油，所以润滑的耐氧化性良好，可长期稳定地动作。
此外，由于苯基醚类润滑油是包含脲类增稠剂的苯基醚类润滑脂，所以高温下的形状保持性良好，开关部分的润滑耐氧化性良好，可长期稳定工作，且润滑性良好。
附图的简单说明
图1为本发明实施方式1的断路器的立体图。
图2为图1的断路器沿II-II线的截面图。
图3表示本发明实施例1的润滑油的评估结果。
图4表示本发明实施例1的润滑脂的评估结果。
图5表示本发明实施例2的润滑油和润滑脂在耐负载时的润滑特性。
实施发明的最佳方式
以下对本发明的实施方式进行详细说明。
实施方式1
图1为本发明实施方式1的断路器的立体图。图2为图1的断路器沿II-II线的截面图。
图1和图2中，1表示由绝缘性树脂材料制得的绝缘盒，它由设置了固定触点2、开关部分A等的底座1a和具有使手柄22向外部突出的开口的罩子1b组成。2是固定在底座1a上的固定触点，3是由开关部分控制开关的滑动式触点，4是由绝缘性树脂材料形成的在支撑滑动式触点3的同时还能够传递来自穿过贯通孔的肘杆15的连结销15a的力的绝缘托架，11是一端与止动销12契合另一端与跳闸杆19契合的连接扣，12是与通过以转动销12a为中心的推进弹簧(图中未显示)反时针推进的控制杆13契合的止动销，15是由与绝缘托架4相连的下连杆和通过控制杆13及连结销15b而与下连杆相连的上连杆组成的肘杆，16是支在上连杆和下连杆的连结销15b和固定手柄22的手柄臂23间的主弹簧，17是设置在与滑动式触点3相连的绞合软线25和外部端子26间的电路上、随电路的通电电流而发热变形的双金属片，18是设置在与滑动式触点3相连的绞合软线25和外部端子26间的电路上、在电路的通电电流超过规定值时按通电电流以磁力为动力的电磁装置，19是通过持续推进弹簧反时针推进、在电路有过电流通过时利用双金属片17或电磁装置18再顺时针转动跳闸断杆，20是设置在固定触点2及滑动式触点3的一端的开关接点。连接扣11、止动销12及控制杆13和销通过轴销11a、12a、15a、15b、19a为轴支承在铁板制框架上自由转动。
有过电流通过时，双金属片17或电磁装置18使跳闸杆19旋转，连接扣11和止动销12断开，止动销12又和控制杆13断开，主弹簧的蓄能使开关接点20断开这样就切断了电流。断路器跳闸动作后，通过复位动作使连接扣11、止动销12、控制杆13复位，重新使开关接点20合闭，这样断路器就处于可再次切断电流的状态。
开关滑动式触点3的开关部分A由铁板制框架、手柄臂23、手柄22、控制杆13及(肘杆15及主弹簧16组成)肘杆结构组成。此外，通过止动销与开关部分A契合的契合部分B由连接扣11和止动销12组成。随电路的过电流，契合部分B的止动销契合跳开，脱扣部分C由双金属片17、电磁装置18、跳闸杆19组成。
上述框架、连接扣11、止动销12、控制杆13、肘杆15等一般都由低碳钢的冷轧钢板(SPCC-SD)经过压制加工后形成，为了实现表面硬化、强度提高及防锈的目的，还对它们进行了氮化处理(氮气处理)。
在由轴销11a、12a、15a、15b、19a组成的轴承部分及由连接扣11、止动销12、控制杆13、肘杆15组成的滑动部分中，为使各零件间滑动时的摩擦减小，顺利地进行工作，在其中滴加了以下苯基醚类润滑油。
[润滑剂]
实施方式1所用的润滑油包含93～98.9wt％作为基油的烷基二苯基醚油、1～5wt％作为添加剂的二硫化钼和0.1～2wt％作为添加剂的防氧化剂。
本发明者们进行试验后惊奇地发现，在烷基二苯基醚油中添加1～5wt％作为无机化合物的二硫化钼后，在高温使用时润滑油的耐氧化性显著得到提高。但是，如果二硫化钼的添加量不足1wt％，则耐氧化性的提高效果不佳，如果超过5wt％，则润滑油的品质下降(均质性)。
另外，本发明者们进行试验后还发现，在烷基二苯基醚油中添加作为无机化合物的石墨后，与二硫化钼的情况相同，虽然油膜厚度有所增加，但耐氧化性变差。
[基油]
烷基二苯基醚油是以二烷基二苯基醚或一烷基二苯基醚中的任一种为主要成分的，其粘度在80～150mm2/s(40℃)的范围内。
[添加剂]
为保持油膜添加了二硫化钼(平均粒径为0.5μm)。二硫化钼还可作为固体润滑剂使用。
防氧化剂为芳香族胺类或酚类。胺类包括苯基-α-萘胺、吩噻嗪，酚类包括2，6-二叔丁基对甲酚、2，6-二叔丁基苯酚、6-叔丁基-间甲酚等。
如上所述，在由轴销11a、12a、15a、15b、19a组成的轴承部分及由连接扣11、止动销12、控制杆13、肘杆15组成的滑动部分中，由于滴加了以往断路器中未使用的苯基醚类润滑油，所以提供了能够在短时间内赋予润滑性的断路器，该断路器能够有效工作，且润滑油具备良好的耐热性及耐氧化性，断路器能够稳定工作。
实施方式2
以下，对本发明的实施方式2进行说明。
实施方式2中，在断路器由轴销11a、12a、15a、15b、19a组成的轴承部分及由连接扣11、止动销12、控制杆13、肘杆15组成的滑动部分中涂布了以下的苯基醚类润滑脂。该润滑脂是由液状润滑剂(基油)和增稠剂组成的半固态润滑剂。
[润滑剂]
本实施方式所用的润滑剂中包含77.0～97.8wt％作为基油的烷基二苯基醚油、2～20wt％作为增稠剂的脲系皂、0.2～3wt％作为添加剂的防氧化剂。较理想的情况是包含88.0～94.0wt％作为基油的烷基二苯基醚油、5～10wt％作为增稠剂的脲系皂、1.0～2.0wt％作为添加剂的防氧化剂。
本发明者们通过实验发现，苯基醚类润滑脂，特别是使用了脲系皂的润滑脂在高温下显现出良好的耐氧化性。这是因为脲系皂在高温下的形状保持性良好，与耐热性较差的通常使用的锂系肥皂相比，形状不易崩溃，膜也不易变薄。即，如果涂布的膜厚较厚，则实际的体积变大，氧化所需时间就增加，耐氧化性有所提高。氧化膜越厚，构成基油的分子越容易移动，与分子易滞留的薄膜相比，耐氧化劣化性更佳。
[润滑脂]
该润滑脂是以烷基二苯基醚油为基油、以脲系皂为增稠剂的润滑脂。烷基二苯基醚油以二烷基二苯基醚或-烷基二苯基醚中的任一种为主要成分。
[添加剂]
防氧化剂为芳香族胺类或酚类。胺类包括苯基-α-萘胺、吩噻嗪，酚类包括2，6-二叔丁基对甲酚、2，6-二叔丁基苯酚、6-叔丁基-间甲酚等。
如上所述，在由轴销11a、12a、15a、15b、19a组成的轴承部分及由连接扣11、止动销12、控制杆13、肘杆15组成的滑动部分中，由于滴加了以往断路器中未使用的苯基醚类润滑脂(特别是在高负载的止动销12和控制杆13的契合部位涂布该润滑脂)，所以提供了高负载下的润滑性能良好、且润滑的耐氧化性良好、可长期稳定工作的断路器。此外，由于润滑脂在高负载下的润滑性能良好，所以该润滑脂也可用作支撑滑动式触点的绝缘托架和断路器的盒子间的润滑剂。这种情况下，结构部分的润滑剂和绝缘托架及盒子间的润滑剂能够共用，这样涂布效率有所提高，也没有因使用不同成分的润滑剂而导致的特性变化。此外，也可在结构部分内的轴销11a、12a、15a、19a组成的轴承部分的滑动部分滴加润滑油(例如，实施方式1所述的润滑油)，这样作业效率也很好。
实施例
以下，通过实施例对本发明的实施方式进行详细说明。
实施例1
为了模拟结构部件间的润滑油及润滑脂劣化时的凝固状态，将下表1(润滑油)和下表2(润滑脂)所示的各种润滑剂夹在镀有氧化膜的铁板中，评估高温保持后的剪断力。
[试样基板]
基板1：纵10mm、横10mm、厚2mm
基板2：纵30mm、横30mm、厚2mm
冷轧钢板(SPCC-SD)
氮化处理：在580℃的氨气、二氧化碳和氮气的混合气体氛围中保持1.5小时，形成厚度为10～15μm的氮化层。
氮化处理后，进行水蒸气处理。
水蒸气处理：在550℃的水蒸气中保持0.5小时，在氮化层表面形成厚度为2μm的Fe3O4膜。
[润滑剂]
·润滑油
(α烯烃类润滑油：比较例)
将以往所用的润滑油作为本实验的比较例。
A01：99.5wt％的α烯烃类基油和0.5wt％的酚类抗防氧化剂。
(苯基醚类润滑油)
B01：99.5wt％的烷基二苯基醚类基油和0.5wt％的酚类防氧化剂。(比较例)
B02：98.5wt％的烷基二苯基醚类基油、1.0wt％的二硫化钼和0.5wt％的酚类防氧化剂。
B03：97.0wt％的烷基二苯基醚类基油、2.5wt％的二硫化钼和0.5wt％的酚类防氧化剂。
B04：94.5wt％的烷基二苯基醚类基油、5wt％的二硫化钼和0.5wt％的酚类防氧化剂。
B05：97.0wt％的烷基二苯基醚类基油、2.5wt％的石墨和0.5wt％的酚类防氧化剂。(比较例)
表1
  No   基油   添加剂   防氧化剂
  A01   99.5wt％的α烯烃类基油   -   0.5wt％的酚类防氧化剂
  B01   99.5wt％的烷基二苯基醚类基油   -   0.5wt％的酚类防氧化剂
  B02   98.5wt％的烷基二苯基醚类基油   1.0wt％的二硫化钼   0.5wt％的酚类防氧化剂
  B03   97.0wt％的烷基二苯基醚类基油   2.5wt％的二硫化钼   0.5wt％的酚类防氧化剂
  B04   94.5wt％的烷基二苯基醚类基油   5.0wt％的二硫化钼   0.5wt％的酚类防氧化剂
  B05   97.0wt％的烷基二苯基醚类基油   2.5wt％的石墨   0.5wt％的酚类防氧化剂
·润滑脂
(α烯烃类润滑脂)
将以往的润滑脂作为本实验的比较例使用。
C01：84.5wt％的α烯烃类基油、7.0wt％的锂肥皂、8.0wt％的二硫化钼、0.5wt％的酚类防氧化剂。
(苯基醚类润滑脂)
D01：88.0wt％的烷基二苯基醚类基油、10.0wt％的锂肥皂、2.0wt％的防氧化剂。(比较例)
D02：88.0wt％的烷基二苯基醚类基油、10.0wt％的脲系皂、2.0wt％的防氧化剂。
表2
  No   基油   增稠剂   添加剂   防氧化剂
  C01   84.5wt％的α烯烃类基油   7.0wt％的锂肥皂   8.0wt％的二硫化钼   0.5wt％的防氧化剂
  D01   88.0wt％的烷基二苯基醚类基油   10.0wt％的锂肥皂   -   2.0wt％的防氧化剂
  D02   88.0wt％的烷基二苯基醚类基油   10.0wt％的脲系皂   -   2.0wt％的防氧化剂
[140℃下的热劣化试验(剪断试验)]
(试验条件)
试验基板1和2间涂布各种润滑剂，然后放置在140℃的大气氛围中的恒温槽内。涂布量是润滑油时为17mg，润滑脂时为7mg。经过规定时间(1、3、5、7、10、20、30、50、70、100、200、300、500、700、1000、2000、3000小时)后，测定取出的试验基板间的剪断力。该剪断力是指试验基板间的润滑剂的氧化劣化而导致的凝固力。
(评估标准)
利用岛津制作所生产的精密万能试验机AG-1000B测定剪断力。剪断力是固定基板1，使基板2朝基板平面方向滑动时所需要的最大力。
断路器的结构部分滴加或涂布润滑剂时，在该结构部分能够圆滑地动作所规定的剪断力以下(与实施例1对应的断路器在2N以下)为合格，在寿命范围内。试验结果中的寿命是有关耐热性及耐氧化性，获得润滑剂所希望的润滑特性的范围。
[试验结果]
润滑油的热劣化试验(寿命试验)结果如图3所示。图3表示将比较例A01的寿命设定为1时各试样的每次热劣化试验结果与该值的相对关系。润滑脂的热劣化试样(寿命试验)结果如表4所示。图4表示将比较例C01的寿命设定为1时各试验的每次热劣化试验结果与该值的相对关系。
以下，对各试样进行说明。
·润滑油
(α烯烃类润滑油)
A01：99.5wt％的α烯烃类基油和0.5wt％的酚类防氧化剂，润滑性和耐氧化性较差。
(苯基醚类润滑油)
B01：99.5wt％的烷基二苯基醚类基油和0.5wt％的酚类防氧化剂，润滑性较差，耐氧化性还可以。
B02：98.5wt％的烷基二苯基醚类基油、1.0wt％的二硫化钼和0.5wt％的酚类防氧化剂，润滑性和耐氧化性都很好。
B03：97.0wt％的烷基二苯基醚类基油、2.5wt％的二硫化钼和0.5wt％的酚类防氧化剂，润滑性和耐氧化性都很好。
B04：94.5wt％的烷基二苯基醚类基油、5wt％的二硫化钼和0.5wt％的酚类防氧化剂，润滑性和耐氧化性都很好。
B05：97.0wt％的烷基二苯基醚类基油、2.5wt％的石墨和0.5wt％的酚类防氧化剂，润滑性很好，耐氧化性还可以。
对上述结果进行总结。与比较例的基油为α烯烃类基油、仅添加了防氧化剂的A01相比，基油为烷基二苯基醚的B01～B05具备更好的耐氧化性。基油为烷基二苯基醚、仅添加了防氧化剂的B01的寿命是A01的5倍左右，除此之外还添加了二硫化钼的B02～B04的寿命是A01的20倍左右，是B01的4倍左右，其耐氧化性非常好。对应于此，用石墨代替二硫化钼的B05的寿命与B01相同，这说明完全没有延长寿命的效果。即，添加了防氧化剂的烷基二苯基醚，特别是添加了规定量的二硫化钼的基油在氮化处理后，在氮化层表面形成了厚度为2μm的Fe3O4膜的铁系材料在高温使用时显现出非常好的耐氧化性。
由此对以下事实进行考察。
添加了防氧化剂的烷基二苯基醚，由于在氮化层表面形成了厚度为2μm的Fe3O4膜的铁系材料，所以受到化学反应和催化剂作用的影响较少，在高温使用时与该铁系材料的相容性也很好。
此外，在烷基二苯基醚中添加具有亲油性的表面系数较大的二硫化钼粉末后，油膜厚度增加，实际体积变大，所以氧化时间更长，耐氧化性可进一步提高。而且，由于在氮化层表面形成了厚度为2μm的Fe3O4膜的铁系材料，所以很少受到化学反应和催化剂作用的影响，在高温使用时与该铁系材料的相容性也很好。另外，如果油膜较厚，则构成油的分子容易移动，与分子易滞留的薄膜(例如，无添加剂的油膜)相比，防氧化剂容易进入到氧化的表层部分，所以耐氧化性得到提高。但是，如果二硫化钼的含量不足1wt％，则上述耐氧化性的提高效果下降，这是因为油膜变薄的缘故，另一方面，如果超过5wt％，则润滑油的品质(均质性)下降，这是因为二硫化钼的分散稳定性下降的缘故。
另一方面，作为无机化合物添加石墨时，与二硫化钼的情况相同，虽然油膜的厚度有所增加，但耐氧化性变差。这是因为在氮化层表面形成了厚度为2μm的Fe3O4膜的铁系材料受到化学反应和催化剂作用的影响，或与二硫化钼中包含的杂质以非金属二氧化硅为主相对应，石墨中包含的杂质是具有金属催化剂作用的铁及铁化合物。
·润滑脂
(α烯烃类润滑脂)
C01：84.5wt％的α烯烃类基油、7.0wt％的锂肥皂、8.0wt％的二硫化钼、0.5wt％的酚类防氧化剂，润滑性较好，但耐氧化性较差。
(苯基醚类润滑脂)
D01：88.0wt％的烷基二苯基醚类基油、10.0wt％的锂肥皂、2.0wt％的防氧化剂，润滑性较好，耐氧化性还可以。
D02：88.0wt％的烷基二苯基醚类基油、10.0wt％的脲系皂、2.0wt％的防氧化剂，润滑性很好，耐氧化性也很好。
对上述结果进行总结。D01及D02的寿命是C01的3～5倍，含有作为增稠剂的脲系皂的D02的寿命是含有作为增稠剂的锂系肥皂的D01的1.7倍左右。
由此对以下事实进行考察。
添加了防氧化剂的烷基二苯基醚类基油形成的润滑脂，由于在氮化层表面形成了厚度为2μm的Fe3O4膜的铁系材料，所以受到化学反应和催化剂作用的影响较少，在高温使用时与该铁系材料的相容性也很好。
此外，由于脲系皂在高温下具备良好的形状保持性，所以与耐热性较差的常用锂肥皂相比，形状不易崩溃，膜不易变薄，实际体积增大，所以氧化所需时间更长，耐氧化性得到提高。另外，膜越厚构成基油的分子越容易移动，与分子易滞留的薄膜相比，耐氧化劣化性也更好。
因此，较理想的是以烷基二苯基醚为基油、以脲系皂为增稠剂。
实施例2
在以下条件下，比较表3所示润滑油和润滑脂的润滑特性(耐负载性能)。
表3
  No   基油   增稠剂   添加剂   防氧化剂
  B03   97.0wt％的烷基二苯基醚系基油   -   2.5wt％的二硫化钼   0.5wt％的酚系防氧化剂
  D02   88.0wt％的烷基二苯基醚系基油   10.0wt％的脲系皂   -   2.0wt％的防氧化剂
(试验条件)
对3个涂布了润滑剂的直径为19.05mm的固定钢球负载1个旋转钢球，压力为0.048MPa，以750rpm旋转，使用求得不发生烧伤程度的油压负载的曾田式四球试验机，求出合格临界负载。
(试验结果)
合格临界负载的试验结果如图5所示。
·润滑油
B03：包含97.0wt％的烷基二苯基醚类基油、2.5wt％的二硫化钼、0.5wt％的酚系防氧化剂的润滑油的合格临界负载为0.2MPa。
·润滑脂
D02：包含88.0wt％的烷基二苯基醚类基油、10.0wt％的脲系皂、2.0wt％的防氧化剂的润滑脂的合格临界负载为0.34MPa。
如上所述，比较耐氧化性良好的润滑油和润滑脂的耐负载性，润滑脂的耐负载性更佳。因此，在断路器的结构部分所需的负载性能较大时，最好采用润滑脂。
产业上利用的可能性
本发明的断路器的可开关滑动式触点的开关部分装在绝缘盒内，所以即使在高温多湿条件下也能够稳定工作。

Claims (4)

1.断路器，具备绝缘盒(1)，装入该绝缘盒(1)内的可使滑动式触点(3)与固定触点(2)闭合或断开的开关部分(A)，具有与该开关部分(A)契合的契合部分(B)、检测出电路有过电流流过时使该契合部分(B)的契合处于开放状态、并使上述滑动式触点与上述固定触点(2)断开的脱扣部分(C)，上述开关部分(A)的一部分由包含铁或铁化合物的材料形成，其特征在于，在由上述包含铁或铁化合物的材料形成的滑动部分涂有添加了防氧化剂和二硫化钼的苯基醚类润滑油。
2.如权利要求1所述的断路器，其中，在由含有铁或铁化合物的材料形成的滑动部分设置了Fe3O4膜或电镀膜。
3.如权利要求1或2所述的断路器，其中，二硫化钼的含量为1～5wt％。
4.如权利要求1或2所述的断路器，其中，在契合部分涂有苯基醚类润滑油。
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