JP2011003419A - 過電流引き外し機構 - Google Patents

Abstract

【課題】定格電流が小さい遮断器に必要なＪＩＳ規格およびモータ保護開閉器の安全規格を共に満足する過電流引き外し機構を提供する。
【解決手段】過電流引き外し機構の電流回路に組み込まれ、該回路を流れる電流に起因して発生するジュール熱により変形し開閉機構を作動させ、可動接点を開離させるバイメタル５と、該バイメタル５の発熱面に密着して平行配置された放熱用板４を有し、該放熱用板は、ヨリ線２を介して可動接点１と接合された電流流入部を備え、該バイメタル５は、該放熱用板４に電気伝導性を有する接合手段を介して接合され、ヨリ線６を介して端子部７と接合された電流流出部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、配線用遮断器や漏電遮断器の過電流引き外し機構に関するものである。

配線用遮断器や漏電遮断器の過電流引き外し部には、熱膨張率の異なる２枚の金属片を貼り合わせたバイメタルが使用される。一般的に、定格電流が低い遮断器には、バイメタルに直接電流を流すことによりバイメタルを湾曲させる直熱式の過電流引き外し機構（例えば、特許文献１）が用いられる。一方、電気抵抗が高いバイメタルに大容量の電流を流すと、過電流によってバイメタルが焼き切れる恐れがある。このため、定格電流の高い遮断器では、バイメタルに直接電流を流す代わりに、バイメタルに隣接させて接合したヒータに電流を流して発熱させ、バイメタルに間接的に熱を伝えてバイメタルを湾曲させるようにした傍熱式の過電流引き外し機構（例えば、特許文献２）が用いられていることが通常である。

図８には、直熱式の過電流引き外し機構の構成説明図を示し、図９には、傍熱式の過電流引き外し機構の構成説明図を示している。

直熱式の過電流引き外し機構の主回路は、一端部を可動接点１と溶接したヨリ線２と、該ヨリ線２の他端部に溶接されたバイメタル５と、一端部が該バイメタル５に溶接され、他端部が端子部７に溶接されたヨリ線６から構成される。図８に示すように、放熱効果を上げる為にバイメタル５の放熱面には、放熱を促進するバイメタル放熱用板８が隣接して接合されているが、当該バイメタル放熱用板８は、前記主回路には組み込まれておらず、電流は流れ込まない構成となっている。

一方、傍熱式の過電流引き外し機構の主回路は、一端部を可動接点１と溶接したヨリ線２と、該ヨリ線２の他端部に溶接されたヒータ９と、一端部が該ヒータ９に溶接され、他端部が端子部７に溶接されたヨリ線６から構成される。図９に示すように、ヒータ９の放熱面には、バイメタル５が接合されているが、当該バイメタル５は、前記主回路には組み込まれておらず、電流は流れ込まない構成となっている。すなわち、傍熱式の過電流引き外し機構においては、専らヒータ９から放熱される熱が、バイメタル５の湾曲を促す熱源となっている。

図７には、直熱式の過電流引き外し機構と、傍熱式の過電流引き外し機構が、引き外し動作を生じる時間と、通電量の関係を示している。直熱式の過電流引き外し機構では、低い通電量（Ｉ_１）でも短時間（ｔ_４）で引き外し動作が生じるが、傍熱式の過電流引き外し機構では、低い通電量が（Ｉ_１）では、引き外しまでに長時間（ｔ_６）を必要とする。配線用遮断器や漏電遮断器の過電流引き外し機構に関し、定格電流の２００％以上の電流を流した際に引き外し動作時間が生じるまでに要する時間がＪＩＳ規格（ＪＩＳＣ８３７０）に定められているが。例えば、図７に示すように、通電量（Ｉ_１）に対し、引き外し時間はｔ_５以下であることが、当該ＪＩＳ規格に定められている。この場合、通電量（Ｉ_１）の条件下、引き外しまでにｔ_６時間必要である傍熱式の過電流引き外し部は当該条件を満足することができない。このため、定格電流が小さい遮断器には、傍熱式の過電流引き外し機構は適さない。

一方、配線用遮断器や漏電遮断器の過電流引き外し機構に関し、定格電流の６００%以上の電流を流した際に必要な引き外し動作時間がモータ保護開閉器の安全規格（ＵＬ ５０８（工業用制御装置の安全規格））として定められている。例えば、図７に示すように、通電量（Ｉ_２）に対し、引き外し時間はｔ_２以上ｔ_３以下であることが、当該モータ保護開閉器の安全規格に定められている。しかし、通電量（Ｉ_２）の条件下、ｔ_１時間で引き外し動作が生じてしまう直熱式の過電流引き外し機構は放熱用板を接合させ放熱効果を高めても当該条件を満足することができない問題があった。

特開平５−１９８２３８号公報 特開２００７−２４２３９８号公報

本発明の目的は前記問題を解決し、定格電流が小さい(３０Ａ以下)遮断器に必要なＪＩＳ規格（ＪＩＳＣ８３７０）およびモータ保護開閉器の安全規格（ＵＬ５０８（工業用制御装置の安全規格））を満足する過電流引き外し機構を提供することである。

前記課題解決を目的とする本発明の過電流引き外し機構は、過電流引き外し機構の電流回路に組み込まれ、該回路を流れる電流に起因して発生するジュール熱により変形し開閉機構を作動させ、可動接点を開離させるバイメタルと、該バイメタルの発熱面に少なくとも一部の面が密着して平行配置された放熱用板を有し、該放熱用板はヨリ線を介して可動接点と接合された電流流入部を備え、該バイメタルは該放熱用板に電気伝導性を有する接合手段を介して接合され、ヨリ線を介して端子部と接合された電流流出部を備えることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、過電流引き外し機構の電流回路に組み込まれ、該回路を流れる電流に起因して発生するジュール熱により変形し開閉機構を作動させ、可動接点を開離させるバイメタルと該バイメタルの発熱面に少なくとも一部の面が密着して平行配置された放熱用板を有し、該放熱用板はヨリ線を介して端子部と接合された電流流出部を備え、該バイメタルは、該放熱用板に電気伝導性を有する接合手段を介して接合され、ヨリ線を介して可動接点と接合された電流流入部を備えることを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の過電流引き外し機構において、バイメタルの一端部に放熱用板の電流流出部を配置し、他端部を開放部としたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、請求項１から３の何れかに記載の過電流引き外し機構において、放熱用板とバイメタルを接合する接合手段が、かしめ手段と溶接手段からなることを特徴とするものである。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の過電流引き外し機構において、かしめ手段が、バイメタルと放熱用板の端部に形成した穴部に挿入されたリベット、または、放熱用板の背面側を叩き出して形成し、バイメタルの端部に形成された穴部に挿入されたジョックであることを特徴とするものである。

本発明に係る過電流引き外し機構は、過電流引き外し機構の電流回路に組み込まれ、通電されるバイメタルの一次側に放熱用板を密着配置する回路構成を有する。当該構成によると、図６に示すように、従来の直熱式に比べてバイメタルの湾曲スピードが緩やかになり、また、従来の傍熱式に比べてバイメタルの湾曲スピードが上昇し、定格電流が小さい(３０Ａ以下)遮断器に必要なＪＩＳ規格（ＪＩＳＣ８３７０）およびモータ保護開閉器の安全規格（ＵＬ ５０８（工業用制御装置の安全規格））を満足する過電流引き外し機構を提供することができる。

実施形態１の過電流引き外し機構の説明図である。 図１の分解図である。 実施形態１の別の形態の説明図である。 実施形態２の過電流引き外し機構の説明図である。 実施形態３の過電流引き外し機構の説明図である。 本発明の過電流引き外し機構における、引き外し動作時間と通電量の関係図である。 直熱式の過電流引き外し機構および傍熱式の過電流引き外し機構における、引き外し動作時間と通電量の関係図である。 直熱式の過電流引き外し機構の構成説明図である。 傍熱式の過電流引き外し機構の構成説明図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。

(実施形態１)
図１には、実施形態１の過電流引き外し機構の説明図を示し、図２には、図１の分解図を示している。

本発明の過電流引き外し機構は、一端部を可動接点１と溶接したヨリ線２と、該ヨリ線２の他端部に溶接された放熱用板４と、金属製のリベット３を用いて該放熱用板４と接合されたバイメタル５と、一端部が該バイメタル５に溶接され、他端部が端子部７に溶接されたヨリ線６と、から構成される。バイメタル５の発熱面と、放熱用板４は少なくとも一部の面が密着して平行配置されている。また、バイメタル５の発熱面と放熱用板４の上端に隙間を設けている。これは、例えば気温が氷点下のとき等にバイメタルが逆反りした場合を想定して余裕を持たせているものである。

放熱用板４とバイメタル５との接合手段は、放熱用板４とバイメタル５の端部に穴部を形成し、これらの穴部にリベットを挿入してかしめた上で、溶接（スポット溶接）を行い固定する方法の他に、放熱用板４の背面側を叩き出してジョックを形成し、バイメタル５の端部に形成した穴部に該ジョックを挿入し、かしめた上で、溶接（スポット溶接）を行い固定する方法等でもよい。例えば、リベットまたはジョックのみによる接合や、溶接（スポット溶接）のみによる接合を行った場合、接合部に空隙が生じ、該空隙よって抵抗可変しやすくなり、大電流が流れたり、または電流が流れないという問題点が発生しやすくなるが、リベットまたはジョックを挿入し、かしめた上で、溶接（スポット溶接）を行い固定することにより、接合部の空隙を完全に埋め、前記問題を回避することができる。なお、放熱用板４とバイメタル５との接合は、バイメタルの下端部で行い、バイメタルの上端部は開放構造とすることが好ましい。

本実施形態は、可動接点１と接合されたヨリ線２を電流流入部である放熱用板４の溶接部４ｂに接合され、該放熱用板４と電気伝導性を有する接合手段であるリベット３を介してバイメタル５が接合され、電流流出部である該バイメタル５の上端部からヨリ線６を介して端子部７と接合された形態である。すなわち、主回路の電流は、可動接点１から、ヨリ線２、放熱用板４、リベット３、バイメタル５、ヨリ線６、端子部７へと流れる。本発明の放熱用板４は、主回路を構成し、バイメタル５で発生するジュール熱を吸収するバイメタル放熱用機能を備えている。また、図３のように、可動接点１と接合されたヨリ線２を電流流入部であるバイメタル５の下端部に接合され、該バイメタル５と電気伝導性を有する接合手段であるリベット３を介して放熱用板４が接合され、電流流出部である該放熱用板４の溶接部４ｃからヨリ線６を介して端子部７と接合された形態としても良い。

該放熱用板４の形状は、バイメタル５との間の放熱効率を考慮して決定され、通常は放熱面積を大きくとれるように、図１に示す平板形状を有している。放熱用板４のその他の形状として、バイメタル５をコ字状に囲む形状としてもよい。

該放熱用板４は、バイメタル５の湾曲方向に対して垂直方向に配置された放熱面４ａと、該放熱面の端部から垂直方向に立設した溶接部４ｂを有し、該溶接部４ｂの一方には可動接点１側のヨリ線２が溶接されている。ただし、溶接部４ｂを設ける代わりに、放熱面４ａに直接ヨリ線を溶接してもよい。

本実施形態の過電流引き外し機構によれば、バイメタル５を主回路に組み込む構成により、定格電流が低く、主回路に流れる電流が小さい遮断器においても、電流が流れるバイメタル５で発生するジュール熱により、迅速にバイメタル５を湾曲させてトリガレバーを作用させ、遮断器をトリップさせることができると同時に、ヨリ線２から放熱用板４を介してバイメタル５に電流を流す構成により、直接ヨリ線２からバイメタル５に電流を流す構成(従来の直熱式)に比べて、バイメタル５の湾曲スピードを緩やかにし、モータ保護開閉器の安全規格（ＵＬ ５０８（工業用制御装置の安全規格））を満足することができる。

図６には、本発明の過電流引き外し機構における、引き外し動作時間と通電量の関係図を示している。図６に示すように、本発明によれば、従来の直熱式と傍熱式の中間的な特性を備えることができる。

なお、図２に示すように該放熱用板４の上端部に更に溶接部４ｃを形成し、下部の溶接部４ｂには可動接点１と溶接したヨリ線２を溶接し、上部の溶接部４ｃには端子部７と溶接したヨリ線６を溶接して、傍熱式の過電流引き外し機構（図９）とすることができる。また、可動接点１と溶接したヨリ線２および端子部７と溶接したヨリ線６を直接バイメタル５に溶接して直熱式の過電流引き外し機構（図８）とすることもできる。

(実施形態２)
図４には、実施形態２の過電流引き外し機構の説明図を示している。

本実施形態では、溶接部４ｂを放熱面４ａの中間位置付近に形成したものである。主回路の電流が、可動接点１から、ヨリ線２、放熱用板４、リベット３、バイメタル５、ヨリ線６、端子部７へと流れることは、実施形態１と同様であるが、本実施形態では、ヨリ線２を介して放熱用板４に流入した電流が、リベット３を介して流出するまでの距離を確保したことにより、高い放熱効果を得ることができる。

（実施形態３）
図５には、実施形態３の過電流引き外し機構の説明図を示している。

本実施形態では、ヨリ線２を分岐構造として、第１回路の電流を可動接点１から、ヨリ線２、放熱用板４、リベット３、バイメタル５、ヨリ線６、端子部７に流し、第２回路の電流を可動接点１から、ヨリ線２、バイメタル５、ヨリ線６、端子部７に流している。このように、回路電流を並列にすることにより、高い放熱効果を得ることができる。

なお、一般的には、放熱用板４は、バイメタル５よりも抵抗が小さい部材を用いている為、前記のように並列配置した場合には放熱用４に多くの電流が流れるが、バイメタル５の抵抗を小さくなるように調整して、第１回路と第２回路に流れる電流を均等配分することが望ましい。

１ 可動接点
２ ヨリ線
３ リベット
４ 放熱用板
５ バイメタル
６ ヨリ線
７ 端子部
８ バイメタル放熱用板
９ ヒータ

Claims (5)

1. 過電流引き外し機構の電流回路に組み込まれ、該回路を流れる電流に起因して発生するジュール熱により変形し開閉機構を作動させ、可動接点を開離させるバイメタルと、
   該バイメタルの発熱面に少なくとも一部の面が密着して平行配置された放熱用板を有し、
   該放熱用板は、ヨリ線を介して可動接点と接合された電流流入部を備え、
   該バイメタルは、該放熱用板に電気伝導性を有する接合手段を介して接合され、ヨリ線を介して端子部と接合された電流流出部を備えることを特徴とする過電流引き外し機構。
2. 過電流引き外し機構の電流回路に組み込まれ、該回路を流れる電流に起因して発生するジュール熱により変形し開閉機構を作動させ、可動接点を開離させるバイメタルと、
   該バイメタルの発熱面に少なくとも一部の面が密着して平行配置された放熱用板を有し、
   該放熱用板はヨリ線を介して端子部と接合された電流流出部を備え、
   該バイメタルは該放熱用板に電気伝導性を有する接合手段を介して接合され、ヨリ線を介して可動接点と接合された電流流入部を備えることを特徴とする過電流引き外し機構。
3. バイメタルの一端部に放熱用板の電流流出部を配置し、他端部を開放部としたことを特徴とする請求項１または２記載の過電流引き外し機構。
4. 放熱用板とバイメタルを接合する接合手段が、かしめ手段と溶接手段からなることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の過電流引き外し機構。
5. かしめ手段が、バイメタルと放熱用板の端部に形成した穴部に挿入されたリベット、または、放熱用板の背面側を叩き出して形成し、バイメタルの端部に形成された穴部に挿入されたジョックであることを特徴とする請求項４記載の過電流引き外し機構。

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