JP2010192151A - 熱動式引き外し装置および回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】バイメタルと調整子との調整精度が高く、バイメタルと調整子との固定不良を低減した熱動式引き外し装置を得ることを目的とする。
【解決手段】電流により加熱されるバイメタル１１と、バイメタル１１の湾曲によりトリップバー８に当接する調整子１２を備える。バイメタル１１は、トリップバー８に当接する側の一端に開口した案内溝１１ａと、係合穴１１ｂを有する。調整子１２は、係合穴１１ｂに係合さらた鉤状部１２ａと、案内溝１１ａに回動可能に挿入された弓状部１２ｃと、弓状部１２ｃと鉤状部１２ａを連結しトリップバー８に当接する当接部１２ｄと、弓状部１２ｃに設けられ、該弓状部１２ｃに沿って延伸し調整子１２の厚さ方向に突出した突出部１２ｅとを有し、突出部１２ｅは当接部１２ｄに連結されない側の端部よりも当接部１２ｄ寄りにおいてバイメタル１１の端部に固定された。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば回路遮断器等に用いられる熱動式引き外し装置に関するものである。

従来の熱動式引き外し装置は、バイメタルと調整子を備え、調整子の固定位置を調整することでトリップバーまでの距離（ギャップ）を調整するようにしている。調整子は、下部の鉤状部をバイメタルに設けられた穴に係合させ、上部の弓状部をバイメタル先端の溝部に嵌め込まれる。調整子は鉤状部を中心としてバイメタルに対して回転可能である。調整工程において、調整子の回転方向の位置を適切な位置に合わせ、その位置を保持するようにバイメタル先端の溝部においてバイメタルと調整子とを溶接固定する。このように調整子のバイメタルからの突出量を調整していた。

特開２００２−２６０５１５号公報

しかしながら、従来の熱動式引き外し装置は、バイメタルに対して調整子が回転可能とするために、バイメタル溝の幅を調整子の厚さより広くしていた。溝幅の方が狭い場合には、調整子を回転させるために極めて大きな荷重が必要となり適切な調整ができず、また、溝幅や調整子の厚さには加工誤差が避けられないので、溝幅と調整子厚さを同じ値にすることはできなかった。したがって、バイメタル溝の溝幅は調整子の厚さよりも広く設定する必要があり、溝と調整子との間には必ず広めの隙間が生じていた。

バイメタルと調整子との固定の際にはバイメタルの溝の端面と調整子の側面とを瞬時に固定する必要があり、例えばレーザー溶接を用いて溶接固定する。このとき、溝の端面と調整子の側面との間に広めの隙間があるので、溶接不良が発生し易いという問題があった。

この発明は、バイメタルと調整子との調整精度が高く、バイメタルと調整子との固定不良を低減した熱動式引き外し装置を得ることを目的とする。

この発明に係る熱動式引き外し装置は、電流により加熱されるバイメタルと、このバイメタルの湾曲によりトリップバーに当接する調整子を備える。バイメタルは、トリップバーに当接する側の一端に開口した案内溝と、この案内溝から他端側に設けられた係合穴を有する。調整子は、係合穴に係合された鉤状部と、案内溝に回動可能に挿入された弓状部と、この弓状部と鉤状部を連結しトリップバーに当接する当接部と、弓状部に設けられ、該弓状部に沿って延伸し調整子の厚さ方向に突出した突出部とを有し、この突出部は当接部に連結されない側の端部よりも当接部寄りにおいてバイメタルの端部に溶接固定された。

この発明に係る熱動式引き外し装置は、バイメタルと調整子とを高精度に調整でき、バイメタルと調整子との固定不良を低減することができる。

図１はこの発明の実施の形態１における熱動式引き外し装置を有する回路遮断器を示す一部切り正面図である。 図２は図１の熱動式引き外し装置の斜視図である。 図３は図１のバイメタルの正面図である。 図４は図１の調整子の斜視図である。 図５は図１の熱動式引き外し装置のギャップ調整方法を説明する図である。 図６は図１のバイメタル上端部の拡大図である。 図７はこの発明の実施の形態２における調整子の斜視図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における熱動式引き外し装置を有する回路遮断器を示す一部切り正面図である。回路遮断器の絶縁筐体３０は、何れも合成樹脂で形成された基台１と蓋体２とで構成される。電源側電線を着脱可能に接続する電源端子３および負荷側電線を着脱可能に接続する負荷端子６が基台１に装着される。一端に電源端子３が設けられた固定接触子４は基台１に装着される。固定接触子４に対向して接離する可動接触子５は、過電流に応じて開閉機構９を作動させる熱動式引き外し装置１３に接続される。一端に負荷端子６が設けられた発熱体７にバイメタル１１がリベット１４で固定される。

熱動式引き外し装置１３は発熱体７と発熱体７にリベット１４で固定されたバイメタル１１と調整子１２で構成される。固定接触子４に対し可動接触子５を開閉動作させる開閉機構９はトリップバー８を有し、トリップバー８が熱動式引き外し装置１３で押されることにより作動する。定格電流を超過した過電流が流れた場合の動作を以下に説明する。

発熱体７あるいはバイメタル１１に過電流が流れることにより、発熱体７及びバイメタル１１は温度が上昇する。バイメタル１１の温度の上昇に伴ってバイメタル１１は湾曲する。バイメタル１１の湾曲量が大きくなり調整子１２がトリップバー８に当接し、さらにバイメタル１１の湾曲量が大きくなることで熱動式引き外し装置１３がトリップバー８を押す。トリップバー８が熱動式引き外し装置１３で押されることにより開閉機構９が作動し、瞬時に可動接触子５が固定接触子４から解離して電源端子３から負荷端子６に至る電路を遮断する（トリップする）。

過電流が流れたときの動作特性（引き外し特性）はＪＩＳ等の規格により範囲が規定されており、製品はこれを満たす必要がある。しかし、引き外し機構の作動点、すなわち、バイメタル１１がトリップバー８を押す位置が、熱動式引き外し装置１３及び開閉機構９を構成する各部品の加工・組立誤差、材料特性のばらつき等、製造ばらつきの累積によりばらついて、引外し特性にばらつきが生じる。そこで、このような製造ばらつきを吸収するために、熱動式引き外し装置１３の構成部品であるバイメタル１１に調整子１２を組み合わせ、組立工程においてバイメタル１１と調整子１２の位置を調整・検査作業を行っている。

熱動式引き外し装置１３について詳述する。図２は熱動式引き外し装置の斜視図であり、図３はバイメタルの正面図であり、図４は調整子の斜視図である。バイメタル１１は板状のバイメタル部材を打ち抜いて矩形状に形成されており、トリップバー８に当接する側の一端に開口した案内溝１１ａが形成され、この案内溝１１ａから長手方向の他端側に所定の間隔を隔てて係合穴１１ｂが形成されている。また、他端側には取付穴１１ｃが設けられている。

調整子１２は金属の板状部材に打ち抜き、成形加工を施して形成したもので、一端側にバイメタル１１の係合穴１１ｂと係合可能な鉤状部１２ａを備え、案内溝１１ａに挿入されて嵌り込む弓状部１２ｃが他端側に形成されている。弓状部１２ｃは鉤状部１２ａを中心に回動しても案内溝１１ａに嵌り込むようなっている。弓状部１２ｃの端部には回転を規制するための突起部１２ｂが形成されている。

弓状部１２ｃは、その外周に例えば成形加工により曲げられた突出部１２ｅが形成され、鉤状部１２ａを中心とした円弧形状と成している。鉤状部１２ａと弓状部１２ｃを連結するように形成された当接部１２ｄで調整子１２とトリップバー８が当接する。突出部１２ｅは、調整子１２が回転する回転軸の軸方向に突出しており、すなわち調整子１２の厚さ方向に突出しており、弓状部１２ｃに沿って鉤状部１２ａを中心とした円弧形状となるように延伸している。

バイメタル１１に調整子１２が組み付けられ、バイメタル１１が取付穴１１ｃを介してリベット１４で発熱体７に固定される。なお、本実施例の当接部１２ｄの形状は一例であり、トリップバー８の動きや断面形状に応じて当接部１２ｄの形状は適宜変更することができる。

次に、熱動式引き外し装置１３の組立及び調整方法を説明する。図５はバイメタル１１の上端部の拡大図であり、図６は熱動式引き外し装置１３とトリップバー８とのギャップを調整する方法を説明する図である。

まず、基台１に、発熱体７に固定されたバイメタル１１、電源端子３、固定接触子４、可動接触子５、開閉機構９、負荷端子６を組み込む。基台１に組み込まれたバイメタル１１に調整子１２を組み付ける。調整子１２の鉤状部１２ａをバイメタル１１の係合穴１１ｂに係合させ、同時に弓状部１２ｃをバイメタル１１の案内溝１１ａに嵌め込む。図６（ａ）に示すように、調整子１２をバイメタル１１に係合すると、調整子１２は当接部１２ｄの側に倒れ、突起部１２ｂがバイメタル１１に規制されて調整子１２の姿勢が保持される状態となる。これは調整子１２の重心が当接部寄りになるようにしているためである。

図５に示すように、調整子１２をバイメタル１１に係合させると突出部１２ｅはバイメタル１１の上端部に接する状態となり、突出部１２ｅにおけるバイメタル１１の上端側の形状は鉤状部１２ａを中心とした円弧形状であるため、調整子１２が回動した場合でもバイメタル１１の上端部に常に接した状態を維持する。したがって突出部１２ｅの溶接箇所とバイメタル１１の上端部との隙間２２をできるだけ狭くできる。

バイメタル１１を湾曲させて調整子１２とバイメタル１１との固定位置を調整する際に、バイメタル１１の上端部に対向する突出部１２ｅの面はバイメタル１１の上端部に常に接する接触面となっている。バイメタル１１の湾曲した場合におけるバイメタル１１の上端部が描く円弧形状と調整子１２の接触面の円弧形状がほぼ一致するようにすることで、突出部１２ｅの溶接箇所とバイメタル１１の上端との隙間２２を殆ど無くすことができる。

次に基台１に組み込まれたトリップバー８が動かないように図示しない保持具でトリップバー８を保持する。バイメタル１１に所定の電流値の電流を通電し、バイメタル１１を湾曲させる。図６（ｂ）に示すようにバイメタル１１が湾曲していくと、やがて調整子１２の当接部１２ｄがトリップバー８に接触する。図６（ｃ）に示すように通電によりバイメタル１１をさらに湾曲させると、調整子１２はトリップバー８に当接して規制されているためバイメタル１１からの突出量が少なくなるように、即ちバイメタル１１に対してバイメタル１１の湾曲方向と逆向きに回動していく。

このまま通電を継続し、所定の通電時間あるいは湾曲量となった瞬間に、バイメタル１１と調整子１２とを溶接固定する。通電を停止してもしばらくはバイメタルの湾曲量は増えていくため、バイメタル１１と調整子１２とは瞬時に固定する必要があり、固定方法としては溶接が望ましい。例えばレーザー溶接を用いて固定し、調整を完了する。溶接は突出部１２ｅの上からレーザーを照射し、調整子１２の突出部１２ｅを貫通させてバイメタル１１に溶接する貫通溶接である。

なお、所定の電流値及び所定の通電時間は、ＪＩＳ等の規格により定められた範囲内で回路遮断器がトリップさせるための電流値及び通電時間である。所定の電流値及び所定の通電時間は、規格範囲のほぼ中央となる電流値及び通電時間に選定すると、ＪＩＳ等の規格を満たすことを検査する検査工程において規格範囲外不良を低減することができる。多くの場合、回路遮断器のギャップ調整を短時間に完了するために、規格に定められた電流値より大きな電流値の電流を規格に定められた時間より短い時間だけ流して調整を行なう。また、バイメタル１１の湾曲量は電流の電流値及び通電時間によって決まるので、所定の通電時間に基づいた所定の湾曲量となった瞬間に、バイメタル１１と調整子１２とを溶接固定しても、バイメタル１１と調整子１２の位置を調整することができる。

通電によりバイメタル１１を湾曲させ、所定の通電時間に達したときに調整子１２とバイメタル１１を溶接固定する方法は特開２００２−２６０５１５号公報に開示された方法と同等である。

実施の形態１では、調整子１２の突出部１２ｅの溶接箇所とバイメタル１１の上端部との隙間２２をできるだけ狭くしたので、あるいは殆ど無くしたので、バイメタル１１と調整子１２との溶接不良を低減させることができる。

貫通溶接をするにあたっては、バイメタル１１と調整子１２が重なっている位置にレーザーを照射しなければならない。レーザーの位置合わせはバイメタル１１の湾曲方向と、それに直交する調整子１２の回転軸の軸方向との２方向を合わせる必要がある。調整子１２とバイメタル１１との固定位置を調整する際にはバイメタル１１は湾曲しているため、湾曲したバイメタル１１の上端部の位置をセンサーで把握し、バイメタル１１の板厚内にレーザーを照射せねばならず、湾曲方向の照射位置は比較的高精度に位置決めされることが求められる。

調整子１２の回転軸方向の照射位置も合わせる必要があるが、調整子１２の突出部１２ｅとバイメタル１１の上端部とが重なっている重複部分にレーザーが照射されていれば溶接できる。調整子１２の突出部１２ｅにおける厚さ方向、すなわち回転軸方向の突出長は調整子１２の板厚やバイメタル１１の板厚に比べて長くしているので、レーザーの位置合わせは比較的長い重複部分の範囲内にレーザーが照射されるようにすればよく、回転軸方向の照射位置は比較的低い精度であっても構わない。

これに対して、従来の熱動式引き外し装置はバイメタル１１と調整子１２との突合せ溶接をしなければならないため、レーザーの位置合わせはバイメタル１１の湾曲方向だけでなく調整子１２の回転軸方向においても高精度に行なうことが要求される。

したがって、実施の形態１の熱動式引き外し装置は、従来のものに比べてレーザーの位置合わせを容易にすることができる。また、レーザー照射可能範囲が広いのでバイメタル１１と調整子１２との溶接が適切に実施でき、バイメタル１１と調整子１２との溶接不良を低減することができる。

実施の形態１では突出部１２ｅにおいて貫通溶接としているため、図５に示すように調整子１２の弓状部１２ｃとバイメタル１１の案内溝１１ａとの隙間を広く取っても問題ない。弓状部１２ｃの板厚より案内溝１１ａの溝幅を十分に広くとることにより、隙間２１は広くなり、案内溝１１ａの溝側面と弓状部１２ｃとの間で生じる摩擦を極めて小さくできる。このため、バイメタル１１と調整子１２との位置を調整する際にバイメタル１１に不要な荷重が加わることがなく、調整精度を向上させることができる。

バイメタル１１と調整子１２との溶接不良を低減させるために、突出部１２ｅの溶接箇所とバイメタル１１の上端との隙間２２をできるだけ狭くし、望ましくは殆ど無くすことが必要である。バイメタル１１を湾曲させて調整子１２とバイメタル１１との固定位置を調整する際に、調整子１２の突出部１２ｅはバイメタル１１の上端部に常に接するので、互いに接触する接触部分には摩擦力が生じてしまう。しかしながら、ここには調整子１２の自重しか作用せず、調整子１２は極めて軽量であるため、生じる摩擦力は極めて小さく、無視できる。

したがって、バイメタル１２を湾曲させて調整子１２との固定位置を調整する際に、調整子１２の突出部１２ｅの接触面は、バイメタル１１の上端部に接しながら回動し、かつ接触による摩擦力が極めて小さいので、バイメタル１１と調整子１２との位置調整を高い精度で行なうことができる。

実施の形態１の回路遮断器は、熱動式引き外し装置１３がバイメタル１１と調整子１２とを高精度に調整できるので、トリップバー８と熱動式引き外し装置１３とのギャップ調整を高精度にできる。したがって、回路遮断器の引き外し特性を安定化させることができ、回路遮断器間の引き外し特性を均一化することができる。また、実施の形態１の回路遮断器は、熱動式引き外し装置１３がバイメタル１１と調整子１２との固定不良を低減することができるので、製品不良を低減することができる。

以上のように、この発明の実施の形態１における熱動式引き外し装置１３によれば、バイメタル１１はトリップバー８に当接する側の一端に開口した案内溝１１ａと係合穴１１ｂを有し、調整子１２は、係合穴１１ｂに係合された鉤状部１２ａと、案内溝１１ａに回動可能に挿入された弓状部１２ｃと、この弓状部１２ｃと鉤状部１２ａを連結しトリップバー８に当接する当接部１２ｄと、弓状部１２ｃに設けられ、該弓状部１２ｃに沿って延伸し調整子１２の厚さ方向に突出した突出部１２ｅとを有し、この突出部１２ｅは当接部１２ｄに連結されない側の端部よりも当接部１２ｄ寄りにおいてバイメタル１１の端部に溶接固定されたので、従来の固定不良が発生し易いものとは異なり、バイメタル１１と調整子１２とを高精度に調整でき、バイメタル１１と調整子１２との固定不良を低減することができる。

この発明の実施の形態１における回路遮断器によれば、熱動式引き外し装置１３が、バイメタル１１はトリップバー８に当接する側の一端に開口した案内溝１１ａと係合穴１１ｂを有し、調整子１２は、係合穴１１ｂに係合された鉤状部１２ａと、案内溝１１ａに回動可能に挿入された弓状部１２ｃと、この弓状部１２ｃと鉤状部１２ａを連結しトリップバー８に当接する当接部１２ｄと、弓状部１２ｃに設けられ、該弓状部１２ｃに沿って延伸し調整子１２の厚さ方向に突出した突出部１２ｅとを有し、この突出部１２ｅは当接部１２ｄに連結されない側の端部よりも当接部１２ｄ寄りにおいてバイメタル１１の端部に溶接固定されたので、トリップバー８と熱動式引き外し装置１３とのギャップ調整を高精度にでき、引き外し特性を安定化させることができ、製品不良を低減することができる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２における調整子の斜視図である。実施の形態１の調整子１２とは突出部１２ｅが弓状部１２ｃ以外にも設けられた点で異なる。突出部１２ｅは曲げ加工により形成した。突出部１２ｅの延伸範囲を広げることにより調整子１２の剛性が向上するので、調整子が取り扱い時に変形してしまうのを防ぐことができる。

なお、弓状部１２ｃ以外に設けられた突出部は、弓状部１２ｃの設けられた突出部１２ｅと同じ突出長でなくてもよい。また、弓状部１２ｃ以外に設けられた突出部は、弓状部１２ｃの設けられた突出部１２ｅと連続である必要はなく、分離して設けられても構わない。弓状部１２ｃの突出部１２ｅとそれ以外の突出部を分離することで、突出部１２ｅ以外の突出部の形状とは独立にでき、弓状部１２ｃの突出部１２ｅの円弧形状を高い精度で形成できる。

なお、実施の形態１及び２では調整子１２の突出部１２ｅは曲げ加工で形成する例で説明したが、突出部１２ｅを溶接で固定することにより形成したり、鋳造により調整子１２を一体形成したりしても構わない。また、突出部１２ｅは調整子１２の側面に設けても構わない。

また、調整子１２をバイメタル１１に係合した際に調整子１２の回動を規制する突起部１２ｂが弓状部１２ｃに設けられた例で説明したが、この調整子１２の回動を規制する突起部は突出部１２ｅに設けられてもよい。

この発明に係る熱動式引き外し装置は、トリップバーとのギャップ調整を高精度にでき、バイメタルと調整子との固定不良を低減できるので、これを電路の開閉機構を有する回路遮断器等に好適に適用できる。

１ 基台 ２ 蓋体
４ 固定接触子 ５ 可動接触子
８ トリップバー ９ 開閉機構
１１ バイメタル １１ａ 案内溝
１１ｂ 係合穴 １２ 調整子
１２ａ 鉤状部 １２ｃ 弓状部
１２ｄ 当接部 １２ｅ 突出部
１３ 熱動式引き外し装置 ３０ 絶縁筐体

Claims (5)

1. 過電流により加熱されるバイメタルと、このバイメタルの湾曲によりトリップバーに当接する調整子を備えた熱動式引き外し装置であって、
   前記バイメタルは、前記トリップバーに当接する側の一端に開口した案内溝と、この案内溝から他端側に設けられた係合穴とを有し、
   前記調整子は、前記係合穴に係合された鉤状部と、前記案内溝に回動可能に挿入された弓状部と、この弓状部と前記鉤状部を連結し前記トリップバーに当接する当接部と、前記弓状部に設けられ、該弓状部に沿って延伸し前記調整子の厚さ方向に突出した突出部とを有し、この突出部は前記当接部に連結されない側の端部よりも前記当接部寄りにおいて前記バイメタルの端部に溶接固定された熱動式引き外し装置。
2. 前記調整子の突出部は、前記弓状部における前記バイメタルの端部側の形状が前記鉤状部を中心とした円弧形状であることを特徴とした請求項１記載の熱動式引き外し装置。
3. 前記調整子の突出部は、前記バイメタルを湾曲させて該バイメタルとの固定位置を調整する際に、前記バイメタルの端部に接しながら回動する接触面を有することを特徴とした請求項１記載の熱動式引き外し装置。
4. 前記調整子は、前記当接部に前記調整子の厚さ方向に突出した突出部が設けられたことを特徴とした請求項１乃至３のいずれか１項に記載の熱動式引き外し装置。
5. 基台と蓋体よりなる絶縁筐体と、この絶縁筐体の基台に装着された固定接触子と、この固定接触子に対向して設置された可動接触子と、トリップバーを有し前記固定接触子に対して前記可動接触子を開閉動作させる開閉機構と、前記可動接触子に接続され過電流に応じて前記開閉機構を作動させる熱動式引き外し装置とを備え、
   この熱動式引き外し装置は請求項１乃至４のいずれか１項に記載の熱動式引き外し装置であることを特徴とした回路遮断器。

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