JP2012142096A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】バイメタルを使用した熱動式の引き外し機構であっても、過電流が流れた際の引き外し時間を適切な範囲とすることができる回路遮断器を提供する。
【解決手段】固定接触子と可動接触子１１間に流れる電流により発熱して湾曲し、基端で支持され、先端が自由端となっているバイメタル２０に接続される外部接続端子１３または可動接触子１１と接続される一方の接続導体１４を自由端に、外部接続端子１３または可動接触子１１と接続される他方の接続導体を支持部に接続し、バイメタル２０の自由端に接続した接続導体１４は、前記バイメタル２０の支持部に接続した接続導体よりも熱伝導による熱移動量が小さくなるように形成し、通電によりバイメタル２０の支持部より中間位置より自由端側で多く発熱する発熱部を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、回路遮断器に用いられるバイメタルの構造に関する。

回路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、定格電流が低い回路遮断器には、特許文献１に示されるように、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が用いられる。

バイメタルは、熱膨張率の異なる金属片を重ね合わせて構成したものであり、可動接触子と固定接触子間に流れる電流により発熱して湾曲する。可動接触子と固定接触子間に過電流が流れた場合には、バイメタルが大きく湾曲して、バイメタルの自由端が、トリガーレバーに取り付けられた調整ねじを押圧して、トリガーレバーが傾動して、開閉機構のラッチが外れ、複数の可動接触子の可動接点が同時に複数の固定接触子の固定接点から引き剥がされるようになっている。つまり、バイメタルの発熱によるバイメタルの自由端位置の変位により、開閉機構が作動して、可動接点が固定接点から引き剥がされるようになっている。

モータ保護遮断器は、定格電流の６００％以上の電流を流した際の必要な引き外し動作時間が、モータ保護遮断器の安全規格（ＵＬ ５０８（工業用制御装置の安全規格））として定められている。この安全規格には、図８に示されるようなＩ−ｔ特性（電流と引き外し時間との関係を示した特性）が規定されている。図８に示すように、通電量（６００％）に対し、引き外し時間はｔ１以上ｔ２以下であることが、モータ保護遮断器の安全規格に定められている。しかし、バイメタルを使用する直熱式の回路遮断器の場合にはt１時間以下で引き外しを行ってしまう問題があった。これは、バイメタル全体が発熱する場合には、バイメタルの支持部近傍も発熱により湾曲し、図９に示されるように、バイメタル２０全体が支持部を支点として大きく傾動してしまい、バイメタル２０の自由端が俊敏に変動してしまうからである。
このため、定格３０Ａ以下の場合、熱動式ではなく、ダッシュポットを用いた完全電磁式が採用される。近年、直流の用途が増えつつあるが、完全電磁式では直流遮断が困難となるデメリットがある。

特開平５−１９８２３８号公報

本発明は、上記問題を解決し、バイメタルを使用した熱動式の引き外し機構であっても、過電流が流れた際の引き外し時間を適切な範囲とすることができる回路遮断器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、
固定接点が形成された固定接触子と、
前記固定接点と離接する可動接点が形成された可動接触子と、
固定接触子と可動接触子間に流れる電流により発熱して湾曲し、基端で支持され、先端が自由端となっているバイメタルと、
外部負荷からの接続部となる外部接続端子と、前記外部接続端子と接続する接続導体、前記可動接触子と接続する接続導体と、
前記可動接点を固定接点から引き剥がす開閉機構と、
前記バイメタルの発熱による前記バイメタルの先端位置の変位により、前記開閉機構が作動して、可動接点が固定接点から引き剥がされる遮断器において、
前記バイメタルに接続される外部接続端子または可動接点と接続される一方の接続導体を自由端に、外部接続端子または可動接点と接続される他方の接続導体を支持部に接続し、
前記バイメタルの自由端に接続した接続導体は、前記バイメタルの支持部に接続した接続導体よりも熱伝導による熱の移動量が小さくなるように形成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記バイメタルの自由端に接続される接続導体は、前記バイメタルの支持部に接続する接続導体よりも断面積の小さい接続導体が使用されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、
前記バイメタルの自由端に接続される接続導体は、前記バイメタルの支持部に接続する接続導体よりも長い接続導体が使用されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
固定接点が形成された固定接触子と、
前記固定接点と離接する可動接点が形成された可動接触子と、
固定接触子と可動接触子間に流れる電流により発熱して湾曲し、基端で支持され、先端が自由端となっているバイメタルと、
前記可動接点を固定接点から引き剥がす開閉機構と、
前記バイメタルの発熱による前記バイメタルの自由端位置の変位により、前記開閉機構が作動して、可動接点が固定接点から引き剥がされる回路遮断器において、
前記バイメタルの中間位置よりも自由端側に、通電により前記バイメタルの支持部側より多く発熱する発熱部を形成したこと特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４に記載の発明において、
前記バイメタルの中間位置よりも自由端側に、連通孔が形成されて構成されていることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、
前記バイメタルの基端側から自由端側に向けて、開口幅が徐々に大きくなる連通孔が形成されて構成されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６に記載の発明において、
前記バイメタルの中間位置よりも自由端側に、通電により発熱するヒーターが設けられて構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、バイメタルの中間位置よりも自由端側に接続した接続導体は、前記バイメタルの支持部に接続した接続導体よりも熱伝導による熱の移動量が小さくなるようにしたため、自由端側の接続導体側のほうが多く発熱し、また、バイメタルの中間位置よりも自由端側に通電によりバイメタルの支持部側より多く発熱する発熱部を設けたので、バイメタルの中間位置よりも自由端側で多く湾曲し、バイメタルの自由端位置の変動量を緩慢とさせることが可能となり、過電流が流れた際の引き外し時間を適切な範囲とすることができる回路遮断器を提供することが可能となる。

本発明の原理を示した説明図である。 第１の実施形態のバイメタルの斜視図である。 第２の実施形態のバイメタルの斜視図である。 第３の実施形態のバイメタルの斜視図である。 第４の実施形態のバイメタルの斜視図である。 第５の実施形態のバイメタルの斜視図である。 複数極用回路遮断器の斜視図である。 モータ保護遮断器の安全規格のＩ−ｔ特性を表したグラフである。 従来のバイメタルの変動を表した説明図である。

（回路遮断器の基本構成の説明）
回路遮断器１００の過電流引き外し機構は、図７に示されるように、複数の可動接触子１１が単一のクロスバー（図示せず）に取り付けられ、このクロスバーがメカフレーム１５に回動可能に取り付けられ、複数の可動接触子１１の可動接点が複数の固定接触子の固定接点と離接可能となって構成されている。バイメタル２０は、熱膨張率の異なる金属片を重ね合わせて構成したものであり、可動接触子１１と固定接触子間に流れる電流により発熱して湾曲する。可動接触子１１と固定接触子間に過電流が流れた場合には、バイメタル２０が大きく湾曲して、バイメタル２０の自由端が、トリガーレバー１８に取り付けられた調整ねじ１９を押圧して、トリガーレバー１８が傾動して、開閉機構１６のラッチが外れ、複数の可動接触子１１の可動接点が同時に複数の固定接触子の固定接点から引き剥がされるようになっている。つまり、バイメタル２０の発熱によるバイメタル２０の自由端位置の変位により、開閉機構１６が作動して、可動接点が固定接点から引き剥がされるようになっている。図７において、１３は外部接続端子であり、１４は接続導体である。接続導体１４は、外部接続端子１３とバイメタル２０の自由端とを接続している。なお、図示していないがバイメタル２０の基端である支持部には可動接触子１１と接続される接続導体が形成されている。接続導体の支持部もしくは自由端に取り付ける接続導体の取付場所は逆であっても問題ないものである。そのため、下記以降に示す実施形態においては接続導体に接続される外部接続端子１３及び可動接触子１１の記載については省略するものである。

（本発明の第１の原理）
図１に示されるように、本発明では、バイメタル２０の中間位置よりも自由端側に、通電によりバイメタル２０の支持部側より多く発熱する発熱部を設けることにより、バイメタル２０の自由端部分を緩慢に変動させて、過電流が流れた際の引き外し時間を適切な範囲とすることとしている。詳しく説明すると、バイメタル２０全体の変動量を小さくして、バイメタル２０基端の支持部近傍の変動量を小さくさせるとともに、バイメタル２０の中間位置よりも自由端側にバイメタル２０の支持部側より多く発熱する発熱部を設け、バイメタル２０の中間位置よりも自由端側で湾曲させることにより、バイメタル２０の自由端位置の変動量を緩慢させている。本発明では、バイメタルを使用する熱動式の回路遮断器なので、直流遮断が可能となる。

（第１の実施形態）
第１の実施形態は、図２に示されるように、バイメタル２１の中間位置よりも自由端側に、発熱部として連通孔２１ａを形成した実施形態である。このため、発熱部である連通孔２１ａが形成されている部分のバイメタル２１の断面積は小さいことから、電気抵抗が他の部分と比べて大きく、連通孔２１ａが形成されている部分が発熱し、当該部分が大きく湾曲する。

なお、バイメタル２１の基端は、支持部２１ｂとなっていて、当該部分でバイメタル２１が支持され、バイメタル２１の先端側は自由端となっている。バイメタル２１の基端には、可動接触子１１と接続する接続導体１７が接続されている。バイメタル２１の自由端部には、接続導体１４が接続されている。また、バイメタル２１の自由端から所定寸法離間した位置には、トリガーレバー１８に取り付けられた調整ねじ１９が配設されている。これら、バイメタル２１の支持構造、バイメタル２１への接続導体１４、１７の接続構造、及び、調整ネジ１９の配設位置は、特に記載しない限り、以下に説明する第２の実施形態〜第５の実施形態についても、第１の実施形態と同一である。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、図３に示されるように、バイメタル２２に、バイメタル２２の支持部２３ｂ側から自由端側に向けて、開口幅が徐々に大きくなる連通孔２２ａを形成した実施形態である。これにより、バイメタル２２の支持部２２ｂ側に比べて自由端側の方が、バイメタル２２の断面積が小さいので、電気抵抗が大きく、発熱量が大きいため、大きく変形する。本実施形態も、バイメタル２２がバイメタル２２の支持部２２ｂ側より多く発熱する発熱部は、バイメタル２２の中間位置よりも自由端側に位置している。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、図４に示されるように、バイメタル２３の中間位置よりも自由端側に傍熱式のヒーター３１〜３３を設けた実施形態である。これにより、バイメタル２３の中間位置よりも自由端側が、バイメタル２３の支持部２３ｂより多く発熱する発熱部となり、当該部分が発熱するので、当該部分が大きく変形する。なお、ヒーター３１は、バイメタル２３の支持部２３ｂに接続された接続導体１７よりも電気抵抗が大きくなる材料を使用することが望ましい。このような構成にすることにより、バイメタル２３の自由端側が支持部２３ｂよりも発熱しやすくなる。

図４の（Ａ）に示される実施形態では、ヒーター３１は、筒状（図の例では四角筒）であり、ヒーター３１内に、バイメタル２３が挿通している。ヒーター３１には、接続導体１４が接続され、ヒーター３１の他端にはバイメタル２３と電気的に接続されている。そして、接続導体１４が接続されている位置の反対側位置のヒーター３１とバイメタル２３とは電気的に接続されている。ヒーター３１に電流が流れると、電気抵抗によりヒーター３１が発熱し、バイメタル２３に伝熱し、バイメタル２３が湾曲する。

図４の（Ｂ）に示される実施形態では、ヒーター３２は、断面形状が略コ字形状に折り曲げられた板状であり、ヒーター３２により取り囲まれた空間に、バイメタル２３が挿通している。ヒーター３２の一端には接続導体１４が接続され、ヒーター３２の他端はバイメタル２３と電気的に接続している。ヒーター３２に電流が流れると、電気抵抗によりヒーター３２が発熱し、バイメタル２３に伝熱し、バイメタル２３が湾曲する。

図４の（Ｃ）に示される実施形態ではヒーター３３は、複数回ジグザグに折り曲げられた板状であり、図に示される実施形態では、ヒーター３３は略Ｓ字形状に折曲形成されている。ヒーター３３の一端がバイメタル２３と接続し、ヒーター３３の他端に接続導体１４が接続されている。ヒーター３３に電流が流れると、電気抵抗によりヒーター３３が発熱し、バイメタル２３に伝熱し、バイメタル２３が湾曲する。この実施形態では、ヒーター３３は、複数回ジグザグに折り曲げ形成されて構成されているので、ヒーター３３に熱が蓄積されやすく、ヒーター３３の発熱量が大きくなる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、図５に示されるように、バイメタル２４の中間よりも自由端側の幅方向の一部をＵ字状に折り曲げて対向させて、発熱部（ヒーター部）である折曲部２４ａを形成した実施形態である。なお、折曲部２４ａの自由端に接続導体１４が接続されている。折曲部２４ａに通電すると、折曲部２４ａの断面積は他の部分に比べて小さいので、当該部分が発熱し、これと対向しているバイメタル２４に伝熱する。すると、折曲部２４ａと対向する位置のバイメタル２４が大きく湾曲する。なお、第１から第４の実施形態で使用される接続導体は特に電線に限定するものではなく、銅バーなどのような帯状導体であっても問題ないことは勿論である。ただし、バイメタルの中間位置よりも自由端側に形成する接続導体はバイメタルが変動するために可とう性のある導体であることが望ましい。

（本発明の第２の原理）
図６に示されるように、本発明では、バイメタル２５の中間位置よりも自由端側に接続導体３４を、支持部側２５ｂに接続導体１７を接続しており、バイメタル２５の自由端側に接続した接続導体３４は、支持部側２５ｂに接続した接続導体１７よりも熱伝導による熱の移動量が小さくなるように形成したものである。バイメタル２５の自由端側に接続した接続導体３４への熱伝導による熱の移動量が小さくなるように形成したために、接続導体１７よりも接続導体３４側の方は熱が逃げにくく、また、熱が流れにくい構造となるために、バイメタル２５の自由端側に接続した接続導体３４側が支持部側の接続導体１７より多く発熱されるものである。つまり、本発明の第１の原理において説明したバイメタル２０の支持部側よりも多く発熱する発熱部をバイメタル２０の中間位置よりも自由端側に形成することができる構造と同じ効果を得られるものである。

（第５の実施形態）
第５の実施形態は、図６に示されるように、バイメタル２５の中間位置よりも自由端部に接続し、外部接続端子１３と接続される接続導体３４は、バイメタル２５の支持部２５ｂに形成した可動接触子１１と接続する接続導体１７よりも断面積の小さい接続導体３４を使用するものである。これにより、接続導体３４に電流が流れると、断面積の小さいことから熱伝導による熱移動量が小さいためバイメタル２５から接続導体３４へ熱が逃げにくくなる。そのため、接続導体３４が支持部２５ｂの接続導体１７よりも多く発熱し、バイメタル２５の自由端側が大きく湾曲するものである。なお、接続導体３４は、バイメタル２５の支持部に形成した接続導体１７よりも長くしても良い。この接続導体３４は、支持部２５ｂに接続する接続導体１７よりも接続導体３４が長い場合、接続導体３４のほうが熱伝導による熱移動量が小さいためバイメタル２５から接続導体３４へ熱が逃げにくくなる。そのため、接続導体３４が支持部２５ｂの接続導体１７よりも多く発熱し、バイメタル２５の自由端側が大きく湾曲するものである。接続導体３４は捲回させて束ねたものであってもよい。また、接続導体１７、３４の断面積、長さを変更することによってバイメタル２５の発熱量を自由に変更することが可能になるものである。更に、接続導体３４を断面積の小さいかつ長く形成した接続導体であれば更に発熱効果を向上できるものである。

なお、それぞれの実施形態のみに限らず、本発明の第１の原理構造と本発明の第２の原理構造を組み合わせても差し支えなく、組み合わせることにより更に発熱効果を向上させることができる。
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う回路遮断器もまた技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

１ ベース
１１ 可動接触子
１３ 外部接続端子
１４ 接続導体
１５ メカフレーム
１６ 開閉機構
１７ 接続導体
１８ トリガーレバー
２０ バイメタル（従来）
２１ バイメタル（第１の実施形態）
２１ａ 連通孔
２１ｂ 支持部
２２ バイメタル（第２の実施形態）
２２ａ 連通孔
２２ｂ 支持部
２３ バイメタル（第３の実施形態）
２３ｂ 支持部
２４ バイメタル（第４の実施形態）
２４ａ 折曲部
２４ｂ 支持部
３４ 接続導体（第５の実施形態）
１００ 回路遮断器

Claims (7)

1. 固定接点が形成された固定接触子と、
   前記固定接点と離接する可動接点が形成された可動接触子と、
   固定接触子と可動接触子間に流れる電流により発熱して湾曲し、基端で支持され、先端が自由端となっているバイメタルと、
   外部負荷からの接続部となる外部接続端子と、
   前記外部接続端子と接続する接続導体、前記可動接触子と接続する接続導体と、
   前記可動接点を固定接点から引き剥がす開閉機構と、
   前記バイメタルの発熱による前記バイメタルの自由端位置の変位により、前記開閉機構が作動して、可動接点が固定接点から引き剥がされる回路遮断器において、
   前記バイメタルに接続される外部接続端子または可動接触子と接続される一方の接続導体を自由端に、外部接続端子または可動接触子と接続される他方の接続導体を支持部に接続し、
   前記バイメタルの自由端に接続した接続導体は、前記バイメタルの支持部に接続した接続導体よりも熱伝導による熱の移動量が小さくなるように形成したことを特徴とする回路遮断器。
2. 前記バイメタルの自由端に接続される接続導体は、前記バイメタルの支持部に接続する接続導体よりも断面積の小さい接続導体が使用されていることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
3. 前記バイメタルの自由端に接続される接続導体は、前記バイメタルの支持部に接続する接続導体よりも長い接続導体が使用されていることを特徴とする請求項１または請求項２いずれかに記載の回路遮断器。
4. 固定接点が形成された固定接触子と、
   前記固定接点と離接する可動接点が形成された可動接触子と、
   固定接触子と可動接触子間に流れる電流により発熱して湾曲し、基端で支持され、先端が自由端となっているバイメタルと、
   前記可動接点を固定接点から引き剥がす開閉機構と、
   前記バイメタルの発熱による前記バイメタルの自由端位置の変位により、前記開閉機構が作動して、可動接点が固定接点から引き剥がされる回路遮断器において、
   前記バイメタルの中間位置よりも自由端側に、通電により前記バイメタルの支持部側より多く発熱する発熱部を形成したこと特徴とする回路遮断器。
5. 前記バイメタルの中間位置よりも自由端側に、連通孔が形成されて構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４に記載の回路遮断器。
6. 前記バイメタルの基端側から自由端側に向けて、開口幅が徐々に大きくなる連通孔が形成されて構成されていることを特徴とする請求項５に記載の回路遮断器。
7. 前記バイメタルの中間位置よりも自由端側に、通電により発熱するヒーターが設けられて構成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の回路遮断器。

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