JP2013097905A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】コストアップや遮断不良を起こすことなく、バネ力を直接、可動接点に発生させつつ、その接圧バランスを保った１極２点切りの回路遮断器を得る。
【解決手段】回動形の可動接触子と、電源側固定接触子および負荷側固定接触子と、上記可動接触子に回転力を伝達するロータと、このロータに固定され、接点圧力を付与する引きバネを備え、上記可動接触子の接点圧力は、上記引きバネの各コイル部分を上記可動接触子の回動軸の軸方向両面に配置するとともに、上記フックを上記ロータに設けられたリブに直接係止させることで付与され、かつ、上記一組の引きバネを、上記可動接触子の回動軸心に対して対称的に、少なくとも１対配置したとともに、該回路遮断器の開閉機構部により上記ロータが回動したときに、上記ロータに上記可動接触子が嵌合するように構成した。
【選択図】図６

Description

この発明は、配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器に関し、詳しくは可動接触子の支持構造に関するものである。

回路遮断器には、この回路遮断器に具備された操作ハンドルを操作することにより電路を開閉する機能、すなわち、スイッチ機能だけではなく、過電流が流れることによる電線や負荷機器の焼損を未然に防止するために電路を遮断するという大きな役目を担っている。この電路の遮断は、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格）Ｃ８２０１−２−１では「定格短絡遮断容量」として定義されており、その電路の状況、つまり、トランスからの距離や、電線の太さなどに応じて、適宜、適切な値を有する回路遮断器が選定できるよう、各メーカーとも製品バリエーションの充実を図っていることは周知の通りである。

ところで、遮断の際、可動接点と固定接点による、いわゆる一対の接点間にてアークが発生するが、このアークを素早く消弧させるには、アークそのものを維持するためのアーク電圧を高めてやることが好ましく、故に、一対の接点を例えば２組（いわゆる１極２点切り）具備すれば、その分、アーク電圧は２倍となり、特に、高遮断容量品に適していることに言を俟たない。この１極２点切りの具体例として、両端に２個の可動接点を備え、回動する可動接触子の、その回動中心に対して、それぞれの可動接点と一対となる固定接点を備えた電源側および負荷側固定接触子を点対称位置に配設させたことが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。

この「点対称位置」、すなわち、可動接触子を常に中心に配設することは、１極２点切りを実現するうえで欠かせない。これは、可動接触子の中心ズレが生じると、電源側と負荷側の接圧のバランスがくずれ、温度上昇や遮断不良の原因に成りかねないからである。これについて、特許文献１および２では、いずれも、可動接触子の電磁反発力を中心に言及しているものの、例えば、特許文献１では、常に心棒（付番３９）がノッチ（付番４０）に収納されている点、特許文献２では、ローラ（付番１５１）が電磁反発時における維持溝（付番１１６）での係合から、ＯＦＦ時にはカム面（付番１１３）へ移動する点、が推認されることから、特にＯＦＦ時における可動接触子の中心ズレは起きないものと考えられる。この結果、この状態で操作ハンドルを操作してＯＮに移行させたとしても、上述した接圧バランスくずれは起き難いと思われる。

特開平６−５２７７７号公報（第４頁右欄第１４行〜第３４行） 特開２００５−３１０７８０号公報（第８頁第１６行〜第２９行）

一方で、特許文献１では、電磁反発時に可動接触子（接点ブリッジ：付番１３）が、その開く方向に、回動駆動棒（付番２０）に具備させたロッド（付番４２）と干渉するため、接点間の開極量、すなわちアーク電圧を高めることに難があった。この点、特許文献２では改善されるものの、ＯＮ時において、バネ（付番１４１）の荷重がローラを介して可動接点に与えられるため、折角のバネ力が効率的に利用されず、その力が小さいという課題があった。また、カム面を当てることから、このカム面の精度が悪くなった場合、可動接触子に発生する力やＯＴ（オーバートラベル）量が変化し易い、という課題もあった。さらに、両文献とも、心棒やロッド、あるいはスライドピン（付番１３１）やローラといった部品追加に伴うコストアップは必至である。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、コストアップや遮断不良を起こすことなく、バネ力を直接、可動接点に発生させつつ、その接圧バランスを保った１極２点切りの回路遮断器を得ることを目的とするものである。

この発明に係る回路遮断器は、両端部に可動接点を具備した回動形の可動接触子と、この可動接触子の可動接点と協働する固定接点が設けられ、短絡電流発生時に上記可動接点へ電流を流し上記可動接触子に開放位置への電磁反発力を発生させる電源側固定接触子および負荷側固定接触子と、上記可動接触子に回転力を伝達するロータと、このロータに固定され、該回路遮断器の投入位置で上記可動接点を上記固定接点に押し付ける可動接触子の接点圧力を付与する接圧バネを備え、この接圧バネは、バネを構成する２つのコイルの一方の端部同士を接続部で接続するとともに、各コイルの他方の端部に各々フックを形成した一組の引きバネとして構成され、上記可動接触子の接点圧力は、該一組の引きバネの上記接続部を上記可動接触子の可動接点側とは反対側の面に当接させ、該反対側の面を跨いで引きバネの各コイル部分を上記可動接触子の回動軸の軸方向両面に配置するとともに、上記フックを上記ロータに設けられたリブに直接係止させることで付与され、かつ、上記一組の引きバネを、上記可動接触子の回動軸心に対して対称的に、少なくとも１対配置したとともに、該回路遮断器の開閉機構部により上記ロータが回動したときに、上記ロータに上記可動接触子が嵌合するようにしたものである。

この発明は以上説明したように、コストパフォーマンスに優れ信頼性の高い、１極２点切りによる高遮断容量を有した回路遮断器を提供することができる。

この発明の実施の形態１を示す１極２点切り回路遮断器のカバーを外した外観斜視図である。 図１におけるＯＮ状態の側面断面図である。 図１におけるＯＦＦ状態の側面断面図である。 図２における開閉機構部および２点切りユニットケースを示す側面図である。 図３における開閉機構部および２点切りユニットケースを示す側面図である。 図２および図３におけるＡ部拡大図であり、（ａ）がＯＮ状態、（ｂ）がＯＦＦ状態である。 比較例として可動接触子とロータの嵌合がない場合の、ロータの回動軌跡を示した図である。 ＯＮ状態における引きバネの力を示す図で、（ａ）が嵌合あり（本発明）の場合、（ｂ）が嵌合なし（比較例）の場合である。 この発明の実施の形態２を示す図６相当図である。 この発明の実施の形態３を示す図６相当図である。 図１０（ｂ）における上面図である。

実施の形態１．
図１〜図６はこの発明の実施の形態１における１極２点切り回路遮断器を示すものであり、詳しくは、図１はカバーを外した外観斜視図で、図２はＯＮ状態、図３はＯＦＦ状態の、それぞれ側面断面図である。また、図４および図５は、図１より開閉機構部および中央極の２点切りユニットケースを取り出した側面図であり、図２および図３と同様、図４がＯＮ状態、図５がＯＦＦ状態である。さらに、図６は図２および図３におけるＡ部拡大図であり、やはり図２および図３と同様、（ａ）がＯＮ状態、（ｂ）がＯＦＦ状態である。
なお、図７は、本発明の要部である「可動接触子とロータの嵌合」がない場合のロータの回動軌跡を比較例として説明した図、図８は、この「嵌合」有無による引きバネの力を示す、やはり比較例として説明した図である。

図１において、３極用の１極２点切り回路遮断器１０１の絶縁筐体は、カバー１（図２参照）およびベース２より構成され、このうちベース２に、操作ハンドル３を備えた開閉機構部５１と、極数分（この場合、３個）の２点切りユニットケース５２および過電流引き外し装置５３が配設されている。なお、操作ハンドル３はカバー１のハンドル用窓孔１ａ（図２参照）から突出していることで、ＯＮあるいはＯＦＦ方向へ操作可能な点、および２点切りユニットケース５２と過電流引き外し装置５３の位置関係より、４が電源側端子、５が負荷側端子である点は、それぞれ周知の通りである。

図２に示す通り、２点切りユニットケース５２は、電源側端子４より延設され、一端に固定接点７を有する電源側固定接触子６と、過電流引き外し装置５３を介して負荷側端子５に接続され、一端に固定接点１１を有する負荷側固定接触子１２と、両端に固定接点７、１１と接離する可動接点８、１０を備え、例えば樹脂成形品であるロータ１３によって保持される可動接触子９と、固定接点７と可動接点８、および可動接点１０と固定接点１１での開離によって発生するアークを裁断する消弧装置１４、１５とで構成されている。なお、回動軸１３ａにより２点切りユニットケース５２内を回動するロータ１３は、固定接点７と可動接点８、および可動接点１０と固定接点１１間の接触圧力を生み出す接圧バネ１６、１７がそれぞれ配設されているとともに、開閉機構部５１の動作に応じて、各極の可動接触子９を回動せしめるために、連結シャフト１８によって連接されている。すなわち、この図２による側面断面図は、開閉機構部５１との結合を示した中極を表している。

次に、開閉機構部５１の構成について説明する。図１に示すように、開閉機構部５１は、相対向する一対のフレーム板１９Ａ、１９Ｂによって形成されるフレーム１９に、回動自由に軸支された略Ｕ字型のハンドルアーム２０、このハンドルアーム２０に固着される操作ハンドル３によって、いわゆるユニット化されており、その内部は、再び図２に戻り、過電流引き外し装置５３のラッチ２１に係合され、回動軸２２ａによってフレーム１９に軸支されるレバー２２、このレバー２２に軸支される上リンク２３、この上リンク２３とスプリングピン２５を介して結合されることでトグルリンクを構成する下リンク２４、従動側２６ａがスプリングピン２５に、駆動側２６ｂがハンドルアーム２０に、それぞれ張架されたメインバネ２６で構成されている。

以下、回路遮断器１０１における、開閉機構部５１と２点切りユニットケース５２の結合、およびその動作について、図２〜５に基づき説明する。３個の２点切りユニットケース５２は、２本のピンシャフト２７によって連接され、ベース２の所定の位置に固着（図１参照）されるが、この連接の際に、フレーム板１９Ａが右極（図１紙面上、手前側）の２点切りユニットケース５２と中央極の２点切りユニットケース５２の間に、フレーム板１９Ｂが左極（図１紙面上、奥行側）の２点切りユニットケース５２と中央極の２点切りユニットケース５２の間に、それぞれピンシャフト２７を横貫させて介在することで、開閉機構部５１も同時に固着される。なお、この連接にあたり、中央極の２点切りユニットケース５２のロータ１３から延設された連結シャフト１８を、左極および右極のロータ１３に嵌挿させておく。

ここで、中央極の２点切りユニットケース５２から延設された連結シャフト１８の外周には回動自在にローラ２８が設けられており、一方、ピン２９を回動中心とするリンクロータ３０が中央極の２点切りユニットケース５２に設けられている。リンクロータ３０は長孔３０ａを備えており、この長孔３０ａの内壁にローラ２８が係合しており、この内壁に沿って長孔３０ａの長さ方向にローラ２８が移動可能となる。そして、リンクロータ３０はピン３１により下リンク２４と回動自在に結合されている。したがって、下リンク２４の動きが、リンクロータ３０、ローラ２８、連結シャフト１８を介して各極のロータ１３に伝達されることで、上述したように、開閉機構部５１の動作に応じて、各極の可動接触子９を回動せしめている。なお、図４では、手前側の下リンク２４、リンクロータ３０などが図示されているが、奥行側、すなわち、左極の２点切りユニットケース５２との間にも同様に設置されており、故に、本発明においては、上リンク２３は接続部２３ａを有する略Ｕ字型を成している。

ＯＦＦ状態において、操作ハンドル３を紙面上、時計方向に回動させると、駆動側２６ｂがハンドルアーム２０の回動軸２０ａ（図１参照）を中心に移動する。この移動によってメインバネ２６の荷重方向が変化し、スプリングピン２５を、やはり移動させることで下リンク２４が働き、リンクロータ３０が下方向に押し下げられる。この押し下げにより、ローラ２８が長孔３０ａ内を転がり移動することで、ローラ２８内の連結シャフト１８によりロータ１３は時計方向に回動させられ、固定接点７と可動接点８、および可動接点１０と固定接点１１間が接触し、いわゆるＯＮ状態に移行する。

ＯＮ状態において、今度は、操作ハンドル３を紙面上、反時計方向に回動させると、前述とは逆に、スプリングピン２５を左方向に移動させることで下リンク２４が動き、リンクロータ３０が上方向に引き上げられる。この引き上げにより、同様にローラ２８が長孔３０ａ内を転がり移動することで、ローラ２８内の連結シャフト１８により、ロータ１３は反時計方向に回動させられ、固定接点７と可動接点８、および可動接点１０と固定接点１１間が開離し、いわゆるＯＦＦ状態に移行する。

また、このＯＮ状態において、過電流などを感知して過電流引き外し装置５３が動作すると、トリップバー３２（図１参照）の応動によってラッチ２１が回動し、このラッチ２１とレバー２２の係合が解除される。ここで、周知の通り、レバー２２はメインバネ２６により常に紙面上、時計方向に付勢されているため、回動軸２２ａを中心に時計方向に回動を始める。この回動により、駆動側２６ｂがスプリングピン２５に対し相対的に動き、最終的にスプリングピン２５に上方向の力が働き始め下リンク２４が動く。この下リンク２４の動き以降は前述のＯＮからＯＦＦへの移行と同様であり、いわゆる図示しないトリップ状態となる。

続いて、本発明の要部である、これらＯＮ状態およびＯＦＦ状態における可動接触子９とロータ１３の嵌合について図６に基づき説明する。まず、（ａ）のＯＮ状態において、可動接触子９とロータ１３の間にギャップＢが発生しているが、これは、接圧バネ１６、１７により可動接触子９が紙面上、時計方向に付勢されつつ、固定接点７、１１により、これ以上の時計方向への回動が阻止されているためである。故に、このことが、前述した接圧バネ１６、１７による接触圧力の生成となっている。なお、この接圧バネ１６は、バネを形成する２つのコイル１６ａ、１６ｂ（図１１も参照）の一方の端部同士がＵ形状の接続部１６ｃによって接続されるとともに、フック１６ｄ、１６ｅがコイル１６ａ、１６ｂの外側にそれぞれ設けられた一組の引きバネとして構成され、その配設は、コイル１６ａ、１６ｂが可動接触子９の回動軸の軸方向両面にくるよう、接続部１６ｃを可動接触子９の可動接点８と反対側の面９ａに係合させ、フック１６ｄ、１６ｅをロータ１３に設けたリブ１３ｂに直接係止することで行われる。なお、接圧バネ１７も同様であることから、各々一組の接圧バネ１６、１７として構成されている。

本発明においては、この発生するギャップＢの部位に、ロータ１３側へ凸部１３ｃ、および可動接触子９側へ凹部９ｃをそれぞれ設けた。これにより、（ｂ）のＯＦＦ状態で、この凸部１３ｃと凹部９ｃが嵌合することで、可動接触子９はロータ１３内において左右方向のズレを生じさせることなく、その位置を正規なものとすることができる。この結果、（ａ）に示す如く、左右のバランスがとれたＯＮ状態となり、接圧安定化による温度上昇が抑制でき、言うまでもなく遮断性能も安定する。

このことは、嵌合が無い図７と比べると、その効果がより理解できる。そもそも、この可動接触子９は浮動支持が故に、部品の誤差、あるいは取付精度などを鑑みた場合、（４）に示す如く、左右バランスのズレ（この例では、紙面上、右側、すなわち電源側にずれている）が起き易く、このままＯＮ状態に移行させると、（１）のように、やはり可動接触子９は電源側にずれた状態に位置する。このため、接圧バネ１６は接圧バネ１７に対し若干伸びた状態、すなわち、ギャップＢが一致しない状態を招き、電源側と負荷側の接圧差が発生することで、接触抵抗の増加に伴う温度上昇を引き起こしかねなかった。

ＯＦＦ操作の過程においては、（２）に示すように、上述したギャップＢが一致していないことから、負荷側が先に接触し、次いで、（３）に示すように、電源側が接触する頃には、可動接点１０と固定接点１１の方が先に開離する、といった具合に、結局、左右のバランスのズレは改善されないまま、（４）となり、これ以後、（３）→（２）→（１）、そして、（１）→（２）→（３）→（４）を繰り返すことになる。

こうした現象が起こるメカニズムをさらに図８にて詳しく説明する。ＯＦＦ操作開始、すなわちロータ１３が開閉機構部５１の動作に応じて反時計方向に回動を始めたこの図８（この図８は図７の（２）に相当）において、（ａ）（ｂ）ともに、嵌合部では接圧バネ１６、１７によるばね力Ｆからの距離に応じた力Ｆ´とともに、凹凸を設けた（ａ）では、この凹凸の形状に起因するスライド方向成分Ｆｓが発生する。この発生により、前述したように、凹凸がしっかり嵌め合い、絶えず、ロータ１３内での可動接触子９の中心位置が補正され、左右のバランスがとられることになる。一方、凹凸がない（ｂ）では、このＦｓはＦ´に対し、ほぼ垂直の方向にわずかながら発生するのみであるため、（ａ）のような補正を望むべくもない。このため、やはり前述した通り、左右のバランスのズレが改善されないまま、開閉操作を繰り返さざるを得ないことになる。

なお、特許文献１あるいは２で示される、電磁反発力による可動接触子９のみの回動であっても、本発明においては、あとから回動するロータ１３と、凹部９ｃと凸部１３ｃでのみ嵌合するので、開閉耐久において、例えば摩耗によって接圧バランスがくずれる、といった可能性は低い。また、これまでの説明で明らかなように、接圧バネ１６、１７のバネ力が効率的に接触圧力として活用される点、さらには、フック部１６ｄ、１６ｅ、１７ｄ、１７ｅを直接リブ１３ｂに係止したことによる、（図示しないが）可動接触子９の電磁反発時の開離距離がｕｐする点、を鑑みた場合、高遮断容量を有した回路遮断器の、そのコストも抑えつつ、より信頼性を高めることが可能となる。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２における図６相当図である。実施の形態１では、可動接触子９に凹部９ｃ、ロータ１３に凸部１３ｃを設けたが、逆、すなわち、この図９に示すように、可動接触子９側を凸部９ｄ、ロータ１３側を凹部１３ｄとしても、同様の効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３における図６相当図、図１１は図１０（ｂ）における上面図である。実施の形態１では詳述しなかったが、図６にも示すように、可動接触子９の可動接点８、１０近傍には、過電流遮断時におけるロータ１３側へのアーク飛び防止や。アークを特に電源側へ誘導するガスを放出する、アーク絶縁部材３３が固着されている。一方で、当該回路遮断器は、その外郭を示す表現としてＡＦ（アンペアフレーム）が使われており、このＡＦに対し最も大きな定格電流を付記し、そのＡＦの中に多種の定格電流品を備えていることが一般的である（一例を挙げると、２５０ＡＦの場合、１２５Ａ、１５０Ａ、１７５Ａ、２００Ａ、２２５Ａ、２５０Ａを品揃え）。このとき、この定格電流に応じた発熱量管理あるいは限流効果を得るために、可動接触子９の板厚も可変することが想定される。

そこで、この実施の形態３では、可動接触子９の板厚の可変に応じて、図１０あるいは図１１に示すように、アーク絶縁部材３４の反可動接点側をロータ１３内に入り込むように延設させた。したがって、アーク絶縁部材３４と可動接触子９を足した幅寸法を各定格電流において、ロータ１３の溝１３ｅの寸法より僅かに狭くしておくことで、ロータ１３の部品の標準化を図りつつ、図１１紙面上、上下方向のズレも抑制することができるとともに、ロータ１３内へのアーク飛び防止も可能となるので、さらに遮断性能の安定化を図ることができる。なお、アーク絶縁部材３３（３４）の材料は、例えば、特許第３３５９４２２号において消弧用絶縁材料組成物・消弧用絶縁材料成形体の材料として示されたように、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン６６、ナイロン４６などが適当である。

６ 電源側固定接触子、７ 固定接点、８ 可動接点、
９ 可動接触子、９ａ 面、９ｃ 凹部、９ｄ 凸部、
１０ 可動接点、１１ 固定接点、１２ 負荷側固定接触子、
１３ ロータ、１３ｂ リブ、１３ｃ 凸部、１３ｄ 凹部、１３ｅ 溝、
１６ 接圧バネ、１６ａ・１６ｂ コイル、１６ｃ 接続部、１６ｄ・１６ｅ フック、
１７ 接圧バネ、１７ａ・１７ｂ コイル、１７ｃ 接続部、１７ｄ・１７ｅ フック、
３３ アーク絶縁部材、３４ アーク絶縁部材、
５１ 開閉機構部、
１０１ 回路遮断器。

Claims (3)

1. 両端部に可動接点を具備した回動形の可動接触子と、この可動接触子の可動接点と協働する固定接点が設けられ、短絡電流発生時に上記可動接点へ電流を流し上記可動接触子に開放位置への電磁反発力を発生させる電源側固定接触子および負荷側固定接触子と、上記可動接触子に回転力を伝達するロータと、このロータに固定され、該回路遮断器の投入位置で上記可動接点を上記固定接点に押し付ける可動接触子の接点圧力を付与する接圧バネを備え、
   上記接圧バネは、バネを構成する２つのコイルの一方の端部同士を接続部で接続するとともに、各コイルの他方の端部に各々フックを形成した一組の引きバネとして構成し、該一組の引きバネの上記接続部を上記可動接触子の可動接点側とは反対側の面に当接させ、該反対側の面を跨いで引きバネの各コイル部分を上記可動接触子の回動軸の軸方向両面に配置するとともに、上記フックを上記ロータに設けられたリブに直接係止させることで、上記接点圧力を付与するように構成した回路遮断器において、
   上記一組の引きバネを、上記可動接触子の回動軸心に対して対称的に、少なくとも１対配置したとともに、
   該回路遮断器の開閉機構部により上記ロータが回動したときに、上記ロータに上記可動接触子が嵌合することを特徴とする回路遮断器。
2. 上記嵌合が、上記ロータに設けた凸部と上記可動接触子に設けた凹部で行われることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 上記可動接触子にアーク絶縁部材が具備され、かつ、このアーク絶縁部材を含めた上記可動接触子の回動軸の軸方向の幅が、上記ロータの上記可動接触子が嵌合する部位の幅より僅かに狭いことを特徴とする請求項２に記載の回路遮断器。

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