JP2013140767A

JP2013140767A - 開閉器

Info

Publication number: JP2013140767A
Application number: JP2012078752A
Authority: JP
Inventors: Shinya Watanabe; 真也渡邉; Kentaro Ogura; 健太郎小倉; Atsushi Nakagawa; 淳中川; Kenichi Eko; 憲一江古
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-07-18

Abstract

【課題】開閉器においてアークホーンまたはアークランナへのアークの転流が困難となる直流小電流の遮断時においても確実にアークを転流できるようにし、回路の安全性や遮断の信頼性を確保する。
【解決手段】駆動機構部１１により接点相互が接離可能に設けられた一対の接触子４、５と、開極時に上記接点相互の間に生じるアーク６を消弧するための消弧グリッド７と、上記一対の接触子の少なくとも一方における上記アークの進行方向に上記一方の接触子と同電位で設けられ、表面の少なくとも一部に上記アークの進行方向と交差する方向に所定の間隔で複数の凹凸が繰り返し配設されたアーク転流部（アークランナ８０）と、を備えたことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

この発明は配線用開閉器や漏電遮断器などに用いられる開閉器に関し、特に電流遮断時に接点間に発生するアークの消弧性能を高めた開閉器に関するものである。

従来の開閉器として、アークホーンに逆Ｕ字状に立ち上がる迂回電流路を設けることでアークに作用する電磁力を強化し、固定接点と可動接点間に発生したアークを電磁力によってアークホーンへ駆動し、アークホーンへ速やかに転流できるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。また、可動接点に対して、アークホーンに隣接させて接点面よりも突出する突起部を設け、アークスポットを突起部に転流させることで接点の消耗の抑制とアークの消弧グリッドへの誘導を容易に実現できるようにしたものがある（例えば特許文献２参照）。

特開平９−５０７５２号公報（第３〜４頁、図１）特開２０１１−８１９８８号公報（第５〜６頁、図３）

従来の配線用開閉器では、数１０Ａ以下の直流小電流を遮断する場合には接点上にアークスポットのあるアークをアークホーンなどの転流先に接触させていても、転流先にアークスポットが形成し難く、接点上にアークスポットが長時間膠着し、接点損耗による接触抵抗の増大から接点間の温度上昇を引き起こす原因となる。また、小電流アークの場合では消弧グリッドでアークは分断状態になり難いため、消弧のためにはアークを消弧グリッドの広い範囲で接触状態にして冷却する必要がある。このため、アークをアークホーンに転流できないと、消弧グリッドでアークを有効に冷却することができなくなり、消弧に至るまでに数１００ｍｓ以上要するケースもある。すなわち、直流小電流の場合では遮断時間が長くなり、回路の故障を引き起すおそれがあった。また、数１００ｍｓ以上かかってもアークホーンへ転流できないケースもあるため、特許文献１のようなアークホーンにアークスポットを移すことを前提として設計された消弧室では、直流小電流の遮断でアークを消弧できずに遮断不能となるおそれがある。また、消弧グリッドまでアークを数ｃｍ以上走行させてアークを冷却する方式を採用している消弧室においても、走行板上の直流小電流のアークを速やかに走行させることができずに遮断時間の延長あるいは遮断不能となるおそれがあった。
また、特許文献２のような技術においては、直流小電流の場合でも遮断性能を高めることができるとはいうものの、直流電流が低くなるほど転流の確率が低くなり、必ずしも遮断性能的に信頼性が十分とは言い難かった。

本発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、直流小電流の場合でもアークをアーク転流部に容易に移すことを可能にし、回路の安全性や遮断の信頼性を向上させた開閉器を提供することを目的としている。

この発明に係る開閉器は、駆動機構部により接点相互が接離可能に設けられた一対の接触子と、開極時に上記接点相互の間に生じるアークを消弧するための消弧グリッドと、上記一対の接触子の少なくとも一方における上記アークの進行方向に上記一方の接触子と同電位で設けられ、表面の少なくとも一部に上記アークの進行方向と交差する方向に所定の間隔で複数の凹凸が繰り返し配設されたアーク転流部と、を備えるようにしたものである。

この発明によれば、アーク転流部の表面に凹凸部または段部を設けたことにより、直流小電流のアークでも接点上のアークスポットを容易にアーク転流部に移すことができ、消弧グリッドでアークを有効に冷却することができる。このため、接点の損耗低減や遮断時間の短縮が可能となり回路の安全性や遮断の信頼性が向上する。

本発明の実施の形態１に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図。本発明に係るアークの転流性能及び走行性能の改善効果検証のための要素モデルを示す側面図。本発明の実施の形態２に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図。図３に示された実施の形態２の変形例になる消弧室部分の固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す側面図（ａ）及び平面図（ｂ）。本発明の実施の形態３に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す側面図。図５の変形例を示す側面図。本発明の実施の形態４に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す斜視図。図７の変形例を示す側面図。図７の他の変形例を示す側面図。本発明の実施の形態５に係る開閉器におけるアークランナの表面のグレーティング状の凹凸部のパターン例を示す図。本発明の実施の形態６に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す平面図（ａ）及び側面図（ｂ）。本発明の実施の形態７に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す側面図。本発明の実施の形態８に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す斜視図(a)とアークランナ８０のみを示した平面図(b)。本発明の実施の形態９に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す側面図。本発明の実施の形態１０に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す側面図。本発明の実施の形態１１に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図。図１５に示されたアークホーン表面の凹凸部の変形例を示す斜視図。本発明の実施の形態１２に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図。本発明の実施の形態１３に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図。本発明の実施の形態１４に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図。本発明の実施の形態１５に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図。本発明の実施の形態１６に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図。本発明の実施の形態１７に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図(a)とアークランナ８０Ｂおよび８０Ａのみを示した斜視図(b)と(c)。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を概略的に示す側面図である。図において、開閉器は、絶縁物からなるケース１ａ及びカバー１ｂによって構成された筐体１の両端部に、外部の電力回路と接続される端子部２及び３が設けられ、中央部に消弧室Ａが設けられている。消弧室Ａには、端子部２と一体的に形成され、所定部に固定接点４ａが設けられた固定接触子４と、固定接点４ａに接離する可動接点５ａを有し、回転軸５ｂのまわりに回動するように設けられた可動接触子５と、この可動接触子５の先端と対向するように固定接触子４の上方に配置され、開極時に固定接点４ａと可動接点５ａの間に発生するアーク６を取り込み冷却するための、複数枚の消弧板を所定間隔を保持して重ねられた消弧グリッド７と、固定接触子４における固定接点４ａよりもアーク６の進行方向側に設けられ、表面にアーク進行方向と交差する方向に形成された複数の溝による凹凸部８が設けられたアーク転流部としてのアークランナ８０などが設けられている。

端子部３は異常電流を検知して開極指令を出力するリレー部１０に電気的に接続され、さらにリレー部１０と上記可動接触子５は、該可動接触子５の回転軸５ｂ側で電気的に接続されている。消弧室Ａ部分には、リレー部１０から出力される上記開極指令の伝達先である駆動機構部１１なども収納されており、可動接触子５は駆動機構部１１に対して図示省略しているリンク機構によって回転軸５ｂのまわりに回動され、固定接点４ａに対して可動接点５ａが開閉動作させるように構成されている。なお、筐体１の消弧室Ａ部は、さらに図１の紙面に前後方向に複数区分され、２〜４相分並設されている（図示省略）。

また、アーク発生に伴う熱ガスを開閉器の外部に放出するため、図１の右側部には図示していない排気口が設けられている。このため、アーク発生時に消弧室Ａの内部圧力が上昇したときに、両接点間の空間と上記排気口の間には強力な圧力勾配が生じ、消弧グリッド７にアークを押し込むガスの流れが発生する。なお、この実施の形態１では表面に凹凸部８が形成されたアークランナ８０を固定接触子４に対して設けた場合について説明するが、これに限定されるものではない。詳細を後述するように、上記アークランナ８０は固定接触子４と可動接触子５の少なくとも一方に設置することで同様の効果が得られる。また、アーク転流部としてのアークランナ８０がアークホーンの場合であっても同様な効果が得られる。なお、消弧板や消弧グリッド７の形状、その他図示していない部分の構成等は、例えば特許文献１の従来技術などと同様である。

次に、上記のようにアークランナ８０の表面にアーク進行方向と交差する方向（この実施の形態１では直交方向）に複数の溝からなる凹凸部８が所定の間隔で設けられた実施の形態１の動作について、開閉器の直流小電流遮断時の転流改善効果及び原理について鋭意検討した結果を参照して説明する。
なお、本発明の転流効果を検証するために、図２に示すような要素モデルを用いてアーク６がアークランナ８０に強制的に接触する状況を作り、アーク６の発弧から１００ｍｓ以内に転流する確率と転流までに要する時間を調査した。図２において、要素モデルは平行に設けられた電極１２、１３に接点１２Ａ、１３Ａが対向するように設け、一方の電極１２の延長線上にアークランナ８０を同電位に設ける一方、接点１２Ａ、１３Ａの間に外部磁場１４が図示の方向に作用するように構成されている。

下記の表１は、上記試験を８〜１２回程度重ねて得られた平均的な値である。なお、表１の上段「平面状」はアークランナ８０の表面が平面状に形成されている従来装置相当のもの、下段「グレーティング付」はアークランナ８０の表面が図２のように連続した凹凸部８からなる実施の形態１に対応するものである。

上記表１から明らかなように、従来の平面状のアークランナでは電流が小さいと転流が困難となり、ＤＣ１０Ａ（直流１０アンペア）の場合ではほとんど転流しないが、本発明の構造によるとＤＣ１０Ａの場合でも５０％以上の確率で転流し、ＤＣ２０Ａ以上の場合では確実に転流するようになる。また、転流するまでの時間も早くなるため、遮断信頼性の向上や接点損耗が低減できる。また、アークランナ８０に形成するグレーティングの凹凸のピッチは０．５〜数ｍｍ程度で良いが、凹部の幅に対して凸部の幅を変えることでさらに転流確率と転流時間が共に向上でき、例えば陽極の場合では凹部の幅１ｍｍ／凸部の幅１ｍｍのときよりも凸部の幅１ｍｍに対し凹部の幅を２〜３ｍｍ程度にした方が良く、陰極の場合では凹部の幅を１〜２ｍｍ程度にした方が良い。

上記のような要素モデルによる知見などから、アーク６が、表面が平面状の従来のアークランナよりも、本発明の凹凸部８を有するアークランナ８０に転流し易くなるのは、下記のような作用が働くことによるものと考えられる。
（１）凹凸部８を構成する凸部における空間との界面近傍で電界集中が起き易くなり、電界集中が起きている箇所で電界に沿って電子が運動し易くなり、特に陰極の場合では実効仕事関数を低下させることができる。
（２）アークランナ８０近傍のアーク空間からアークスポット面以外に流れていた暗電流などの電流が上記凸部に集約されるようになり、凸部近傍で局所的なジュール加熱が発生し、凸部近傍空間の導電率が上昇する。
（３）凹凸部８を構成する溝（凹部）による体積縮小により、アークランナ８０の局所的な熱容量が低下し、アーク６に近接しているアークランナ８０の凸部の温度が上昇し易くなる。このため、凸部からの金属蒸気の噴き出しが発生してアーク６がアークランナ８０の凸部で持続的に発生し易くなる。また、陰極の場合では電極の実効仕事関数の低下による熱電子放出やアーク６の滞留による前記アーク６からの高頻度の高エネルギー粒子入射が２次電子放出を発生させ易くなっている。

このように、アークランナ８０の表面にアーク進行方向と交差する方向の複数の溝からなる凹凸部８を設けたことにより、小電流領域の場合においてもアークランナ８０近傍の導電率が上昇し、さらにアークランナ８０と気中間の電子の往来が容易となるため、アークスポットを形成し易くなり、アークランナ８０上への転流が容易になる。
また、本発明の構造によるとアークランナ８０上のアークの走行性能も改善できる。次に、図２の要素モデルを用いてアークランナ８０上を１００ｍｓ以内に３ｃｍ以上走行する確率と３ｃｍ走行するまでに要する平均的な時間を調査した結果を表２に示す。

表２の結果から明らかなように、本発明の構造を採用することで、ＤＣ２０Ａ以上の場合でアークの走行確率と走行時間が改善され、アーク走行方式を採用している開閉器においても遮断の信頼性を高めることができる。

上記のように、実施の形態１によれば、固定接触子４と同電位のアークランナ８０の表面にアーク進行方向と交差する方向に形成された溝をアーク進行方向に所定の間隔で複数形成した凹凸部８を設けることで、凹凸部８を構成する凸部に局所的な熱や電界がより集中する箇所が複数形成され、アークの転流ポイントが増えて直流小電流のアークの場合でも転流する確率が上昇し、また熱や電界ポイントの集中箇所の増加によりアークが走行し易くなるなどの効果が得られる。

なお、上記溝の数は特に限定されるものではなく、例えば溝が１つでも下記ｉ〜ｉｖのような効果が期待できるため、直流小電流のアークの場合でもアークランナ８０（アークホーンでも良い）へアークが転流し易くなる。
ｉ）熱容量が低下することにより、アークランナの温度が上昇する。このため、熱電子放出に必要な実効仕事関数が低下する。
ｉｉ）アークランナの温度が上昇するため、沸点に達した箇所から金属蒸気が噴射される。この金属蒸気はアークを滞留させる効果を持つ。また、アークから高エネルギーのイオン粒子や中性粒子がアークランナへ入射し易くなり、２次電子放出も起こり易くなる。
ｉｉｉ）アークスポット面以外に流れている暗電流などの電流がアークランナの凹凸部８を構成する凸部の箇所に集約され、凸部近傍の空間で局所的にジュール加熱が起き易くなる。このため、凸部近傍の空間の導電率が上昇する。
ｉｖ）アークランナ界面で電界が強化される。このため、アークランナとアーク発生空間との間で電子の往来が起こり易くなる。

上記の他、アークランナ８０に鉄などの磁性材料を用いることでアーク６をアークランナ８０へ吸引され易くすることができる。
また、固定接触子４を陰極とする場合、アークランナ８０の材料を固定接触子４に比べて、例えばアルカリ土類金属や、Ｔｉ、Ａｌ合金のような仕事関数の低いものなどを含む材料を用いて構成したり、表面にこれらの材料をメッキしたりすることで電子放出やイオン照射が起き易くなり、アークランナ、またはアークホーン上でアークスポットが形成され易くなり、さらに転流し易くなる。なお、固定接触子４を陰極とする場合には、アークランナ８０よりも仕事関数の高い接点を用いて、アークランナ８０の仕事関数を相対的に低くしてもよい。

また、固定接触子４を陽極とする場合、アークランナ８０にＮｉやＣｏ合金のような仕事関数の高い材料もしくはメッキを用いることで電子照射し易くなり、さらに転流し易くなる。なお、固定接触子４を陽極とする場合には、アークランナ８０よりも仕事関数の低い接点を用いて、アークランナ８０の仕事関数を相対的に高くしてもよい。アークから電極への電子照射量が高まり、アークランナ、またはアークホーン上でアークスポットが形成され易くなる。また、接点のアークランナ８０が配置されている方向とは逆側にポリマー材料などのアブレーション効果がある材料を近接させてもよい。接点近傍の空間が冷却されてアーク６が滞留し難くなるため、アークランナ８０へ転流し易くなる。
上記のような諸効果により、開閉器を小型・軽量化したり、長寿命化することも可能となり、また、回路の安全性も向上させることができる。

また、アークランナ８０に、例えば、タングステン合金またはモリブデン合金のような、沸点の高い材料（高沸点材料）、または比熱が大きな材料（高比熱材料）を用いることでアークランナ８０から生じる金属蒸気が抑制でき、アーク６が膠着し難くなるために、アーク６をアークランナ８０の奥まで走行させ易くなる。

ところで、アークランナ、またはアークホーン上でアークを走行させる必要がない場合、例えば、定格電流が小さいためアークが発生する電流値が低く、消弧グリッド７にアークが触れた瞬間に消弧が完了する場合、遮断容量が小さく、アークを処理するための消弧グリッド７の面積を小さくできる場合、または、回路電圧が低く接点間での再点弧の問題が生じ難い場合などには、アークをアークランナ８０の奥まで（先端まで）走行させるよりは、短時間の転流後、アークランナ８０上で膠着させた方がより安定したアーク制御が行えるため好ましい場合がある。この場合にはアークランナ８０にＺｎのような接触子に用いられる材料よりも低沸点、あるいは比熱が小さな材料を用いることでアークをアークランナ８０上に膠着させやすくなる。

よって、アークランナまたはアークホーンに、高沸点もしくは高比熱材料または低沸点もしくは低比熱材料のいずれかを用いるかは、本発明の構造を搭載する開閉器の定格電流または遮断容量で選定し、各々の構成に適した材料を選ぶことが好ましい。

また、アーク転流部の表面に設けられた上記凹凸部の隣り合う凸部の間を上記アークランナの幅方向(図１の紙面に垂直な方向)の両端に達する凹所で隔てることで、アークスポットの面積が凸部の面積に制限されるため、凸部でのジュール加熱が促進され、アークがより転流し易くなる。

次に、アークランナ８０の界面の電界強度を高めるための実施の形態１の変形例である実施の形態２〜５について図３〜図１０を参照して説明する。
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図、図４は図３に示された実施の形態２の別の変形例になる消弧室部分の固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す側面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。なお、各図を通じて同一または相当する部材や部分については同一の符号を付すものとする。図において、凹凸部８を構成する溝からなる凹部の一部には誘電性の絶縁物１５が配置されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態２においては、凹凸部８を構成する溝の一部に絶縁物１５を配置したことにより、アークランナ８０の凸部と絶縁物１５の境界面近傍で電界がさらに強化され、電界強化箇所でアークスポットが形成され易くなる。また、凹部に流れていた暗電流などの電流がさらに凸部に集約されるようになるため、凸部近傍空間の温度が高くなり、導電率がより上昇する。そのため、アークランナ、またはアークホーンの凸面へのアークの転流が容易になる。なお、絶縁物１５はポリマー材料などの有機化合物で構成してもよいが、多くのポリマー材料ではアブレーション効果のためにアークランナ８０近傍の空間を冷却して導電率が低下してしまうため、例えば酸化金属のような抵抗と誘電率が共に高く、アブレーション効果が少なくなるような材料を用いるのが好ましい。

また、図４に示す実施の形態２の変形例のようにアークランナ８０の凹部に穴を空け、その穴の中にケース１と一体となった絶縁物を流入させ、上面が該穴の中で消弧室を望むように配置してもよい。この場合、アークランナ８０の熱容量がさらに低下し、部品点数を増やさずに電界強度を高めることができるという効果も得られる。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す側面図、図６は図５の変形例を示す側面図である。図において、アークランナ８０は、凹凸部８が側面から見て三角が連なった鋸歯状に形成され、凸部、溝（凹部）共に三角形状に構成されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態３においては、アーク６（図示省略）に近接する三角形状の凸部先端の角部で電界強度が集中し、角部でアークランナ８０とアーク６間の電子の往来が促進され、転流し易くなる。なお、図５の構造では転流が容易になるがアークランナ８０の凸部の角部近傍のある一箇所のみにアーク６が膠着し易くなるため、図６の変形例のように三角形状の気中側の２面のうち１面をアークの駆動方向に対してほぼ垂直にし、他の１面をアークの駆動方向に対して鋭角に配置することで、アークランナ８０からの金属蒸気がアークランナの先端側のみに噴射するようになり、アークランナ８０の先端側にアークが滞留し易くなる。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す斜視図、図８は図７の変形例を示す側面図、図９は図７の他の変形例を示す側面図である。上記実施の形態３ではアークランナ８０表面の熱容量が過度に低くなった場合、アーク６（図示省略）が膠着し易くなるため、アーク６の走行性能も両立させるためには熱容量を下げることなく、電界を強化できることが好ましい。この実施の形態４はかかる課題に対応し得るようにしたものであり、図７の構造ではアークランナ８０の凹凸部８を構成する溝状の凹部と、その脇に形成される凸部の形状を共にΛ形状にしたことを特徴としている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態４においては、アークランナ８０の凸部の熱容量をほとんど下げることなく、凸部のΛ形状の先端に電界を集中させることができるため、アーク６の転流性能と走行性能の両立が実現される。なお、図７の変形例である図８に示すようにアークの進行方向に対して、凹凸部８を構成する図１の溝を斜め後方に傾斜させたもの、図７の他の変形例である図９のようにその溝を斜め前方に傾斜させて形成することにより、凸部の鋭角となる傾斜方向の先端部の箇所に電界を集中させることができる。

実施の形態５．
図１０は本発明の実施の形態５に係る開閉器におけるアークランナの表面のグレーティング状の凹凸部のパターン例を示す図である。この実施の形態５は、実施の形態１から４のアークランナ８０表面の凹凸部８を構成する溝の形状パターンを図１０（ａ）〜（ｊ）に示すように変更したものである。

（ａ）は図７に示すΛ形状を、その逆向きのＶ字形状としたもの、（ｂ）は凹凸部８を構成する溝がアーク進行方向に対して斜めに交差するようにしたもの、（ｃ）はその斜めの向きを（ｂ）とは逆にしたもの、（ｄ）は上記溝を同心円状に形成したもの、（ｅ）は溝の向きはアーク進行方向に対して直交しているが凸部がクランク状ないしは矩形波状に連なるように、溝の端部がアークランナ８０の幅方向（図１０の上下方向）左右端部内側の所定位置で交互に止まるように形成したものである。（ａ）〜（ｅ）のいずれに於いても、アークの進行方向と交差する方向に所定の間隔で複数の凹凸が繰り返し配設され、上記複数の凹凸部の隣り合う凸部の間が凹所で隔てられている。

また、（ｆ）と（ｇ）は、溝がアーク進行方向に平行となるように設けたもので、（ｆ）はアークランナ８０の幅方向端部を溝としたもの、（ｇ）はその幅方向端部を凸部としたものである。このように溝をアーク進行方向に平行となるように設けた場合であっても、複数の溝を連続して形成することで、アークランナ８０の表面付近の熱容量を低下させることができるため、前記アークランナ８０の表面温度が上昇し、アークが転流し易くなる。なお、（ｆ）と（ｇ）は、（ａ）〜（ｅ）と異なり、アークランナ８０の途中にアーク進行方向と交わる溝が無いので、前記アーク進行方向に所定の間隔で配置された複数の電界が集中する箇所は存在しない。従って、複数の電界が集中する不連続の箇所をアークが走行する（ａ）〜（ｅ）と、アーク進行方向に連続した幅の狭いアークランナ８０の凸部をアークが走行する（ｆ）及び（ｇ）とでは、アークの走行の現象が異なる。然しながら、いずれも、小電流領域において、アークのアークランナ８０への転流、およびアークランナ８０でのアーク走行を改善できる効果が得られることでは、同様である。

また、（ｈ）〜（ｊ）はアーク進行方向に直交する溝と、アーク進行方向に平行な溝が組み合わされている場合であり、（ｈ）は凸部がアーク進行方向に２列にグレーティング状に形成されたもの、（ｉ）は（ｈ）の凸部が３列で、中央の凸部の幅を両外側部よりも大きくしたもの、（ｊ）は（ｉ）の凸部が中央１列のみとしたものである。このように凹凸部８の隣り合う凸部の間の一部を凹所で隔て、凸部表面の面積を制限することで前記凸部の温度が上昇し易くなり、転流部へのアークの転流が容易となる。なお、その他種々の変形も可能である。

次に、アークランナ８０の熱容量をさらに低下させるための実施の形態１の変形例である実施の形態６、７、８について図１１、１２、１３を参照して説明する。
実施の形態６．
図１１は本発明の実施の形態６に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。図において、アークランナ８０の幅は固定接触子４の固定接点４ａが設けられている部分よりも細く形成され、アークランナ８０全体の熱容量が低くなるように構成されている。
上記のように構成された実施の形態６によれば、アーク６（図示省略）がアークランナ８０表面の凹凸部８に接触したときにアークランナ８０の温度が速やかに上昇し、アーク６がアークランナ８０上に転流し易くなる。

実施の形態７．
図１２は本発明の実施の形態７に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す側面図である。図において、溝８ａを設けたアークランナ８０の凸部８ｂの裏面部には細い切れ込み状の凹所８ｃが設けられている。
上記のように構成された実施の形態７によれば、凸部８ｂの裏面側に切れ込み状の凹所８ｃを設けたことにより、凸部８ｂ近傍の熱容量が一層低下し、凸部８ｂの温度が更に上昇し易い形状となっている。このため、凸部８ｂからの熱電子や、金属蒸気を放出し易くなる。また、本構造ではアークスポットがアークランナ８０に転流した際に、アークランナ８０内を流れる電流Ｉが抑制され、固定接点４ａ側でアーク６に流れる電流に対して逆向きの電流が発生するようにもなる。すなわち、アーク６を固定接点４ａから遠ざかる方向に電磁力が作用するようになり、アーク６の固定接点４ａへの逆戻り現象が起きないようになるという効果も得られる。

実施の形態８．
図１３は本発明の実施の形態８に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す斜視図(a)とアークランナ８０の形状のみを示した図(b)である。図において、アーク進行方向に向かって幅が細くなるテーパ溝が設けられ、磁性体で構成されたアークランナ８０の表面にアーク進行方向と交差する凹凸部が設けられている。
上記のように構成された実施の形態８によれば、アークランナに形成されたテーパ溝によりアークのアークランナへの磁気吸引力が強化され、アークがアークランナの表面に接触しやすくなり、さらにアークの転流が起こりやすくなる効果が得られる。
なお、テーパ溝に代わって、アークランナにアーク進行方向に向かって幅が等しい溝を設けても前記磁気吸引力は生じるため、必ずしもテーパ溝でなくてもよい。

次に、アークからアークランナ８０表面への伝熱量を多くするための実施の形態１の変形例である実施の形態９、１０について図１４、１５を参照して説明する。
実施の形態９．
図１４は本発明の実施の形態９に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す側面図である。図において、アークランナ８０はアーク進行方向に対して次第に高くなる上り方向の階段状の段部８ｓを有するように形成されている。
上記のような構造の実施の形態９によるとアーク６から見てアークランナ８０の表面に階段状の段部８ｓが形成されており、段部８ｓの角部の箇所に熱と電界が集中するようになる。また、磁気駆動力などにより駆動されたアーク６はアークランナ８０に接触し易く、アークランナ８０の表面がアーク６に加熱されて転流し易くなり、さらにアークランナ８０の奥でアーク６を維持し易くなる。

実施の形態１０．
図１５は本発明の実施の形態１０に係る開閉器における固定接触子及びアークランナ付近の要部構成を示す側面図である。図において、アークランナ８０表面の凹凸部８は、凸部８ｂがアーク進行方向に対して次第に高くなる上り方向の階段状に形成され、凹部を形成する溝８ａはアーク進行方向に対して次第に深くなるように形成されている。
上記のように構成された実施の形態１０によると、階段状の段差間に溝８ａが設けられているので、熱容量を上昇させることなく熱と電界を集中させることができる。このため、開極時に発生したアークは速やかに転流しアークランナ８０の奥で膠着し易くなる。

実施の形態１１．
図１６は本発明の実施の形態１１に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図、図１７は図１６に示されたアークホーン表面の凹凸部の変形例を示す斜視図である。図１６において、可動接触子５の先端部に設けられているアーク転流部としてのアークホーン９０の表面にはアーク進行方向と交差する方向に形成された複数の溝を有する凹凸部９が設けられている。なお、固定接触子４に設けられたアークランナ８０の表面は図示の例では平面状であるが凹凸部８を設けても良い。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態１１においては、アークホーン９０の界面の電界強化、熱容量の低下、アークホーン９０の凹凸部９を構成する凸部近傍のジュール加熱の強化により、アーク６の転流が容易となる。なお、凹凸部９を構成する溝は、図１７の変形例に示すようにアーク進行方向に平行となる溝を連続的に形成してもよく、その場合でもアークホーン９０の表面の熱容量を下げることができる。
なお、本書ではアークスポットを３ｃｍ以上走行させる場合で使用する部品をアークランナ８０とし、アークスポットをアークの転流先となる部品に膠着させ留まらせるための部品をアークホーン９０としている。この実施の形態１１ではアークの転流先となる部品としてアークホーン９０を用いたものである。

実施の形態１２．
図１８は本発明の実施の形態１２に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図である。なお、この実施の形態１２は実施の形態１１におけるアークホーン９０を鉄などの磁性材料で構成した実施の形態１１の第１の変形例に係るものであり、その他は実施の形態１１と同様に構成されている。該構成の実施の形態１２では、アークホーン９０を鉄などの磁性材料で構成したことによりアークが磁性材料でなるアークホーン９０に吸引され、誘導され易くなるという効果が期待できる。
なお、可動接触子５が陰極となる場合、アークホーン９０には電子放出やイオン照射を促すために可動接触子５よりも仕事関数が低い材料で構成しても良い。
また、可動接触子５が陽極となる場合、アークホーン９０には電子照射を促すために可動接触子５よりも仕事関数が高い材料で構成しても良い。

また、アークホーン９０を低沸点、または低比熱の材料で構成することにより、アーク熱によりアークホーン近傍に金属蒸気が充満して、アーク６がアークホーン９０近傍で膠着し易くなり、上記アーク６が可動接点５ａに逆戻りし難くなる。このため、アークホーン上で２次電子放出もおき易くなり、アークホーン９０にアークが転流し易くなる。
また、可動接点５ａのアークホーン９０が配置されている方向とは逆側にポリマー材料などのアブレーション効果がある材料を近接させてもよい。該可動接点５ａ近傍の空間が冷却されてアーク６が滞留し難くなるため、アークホーン９０へ転流し易くなる。

実施の形態１３．
図１９は本発明の実施の形態１３に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図である。なお、この実施の形態１３では回転軸５ｂから最も離れた可動接点５ａ箇所の回転軌道よりも回転軸５ｂ側にグレーティング状の凹凸部９を設けたアークホーン９０を配置したことを特徴としており、実施の形態１１の第２の変形例に相当している。なお、この例では消弧グリッド７の上部に空間を開けて消弧板７ａが開極時のアークホーン９０に対向するように設けられている。その他の構成は実施の形態１１と同様である。

上記のように構成された実施の形態１３では、アークホーン９０の熱容量が凹凸部９により大幅に低下しているため、電磁力やガス流などの工夫によりアークホーン９０近傍に誘導したアーク６の熱によりアークホーン９０の温度上昇が高まり、アークホーン９０ｂからの金属蒸気の噴射が大きくなる。また、消弧グリッド７を配置できる空間が拡大するため、消弧グリッド７及び消弧板７ａによるアーク６の冷却効果をさらに高めることができる。

実施の形態１４．
図２０は本発明の実施の形態１４に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図である。この実施の形態１４は、可動接触子５、または可動接触子５と接している図示していない箇所と電気的に導体１６で接続したアークホーン９０にアーク進行方向に交差する溝を設け、アークホーン９０をアーク６が滞留し易く消弧グリッド７に近接した位置に配置したことを特徴としており、実施の形態１１の第３の変形例に相当している。この構造によるとアークホーン９０をアーク６が滞留しやすい位置に配置できるため、アーク６が転流し易く、転流したアーク６を消弧グリッド７で効率よく冷却することができる。

実施の形態１５．
図２１は本発明の実施の形態１５に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図である。この実施の形態１５は、固定接触子４に接触させて配置しているアークランナ８０Ａの表面にアーク進行方向と交差する溝を連続的にもつ凹凸部８Ａを設け、図示していない可動接触子５と電気的に接している箇所と導体１６で接続されたアークランナ８０Ｂの表面にもまたアーク進行方向と交差する溝を連続的にもつ凹凸部８Ｂを設けていることを特徴としている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
上記のように構成された実施の形態１５においては、アーク６を速やかにアークランナ８０Ａ、８０Ｂに転流させ、消弧グリッド７を配置している箇所まで走行させて消弧することができる。

実施の形態１６．
図２２は本発明の実施の形態１６に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図である。なお、実施の形態１６は、上記実施の形態１５の変形例に相当する。図において、固定接触子４には、アーク進行方向に交差する細溝による凹凸部９Ａを設けたアークホーン９０Ａを近接させ、アーク進行方向と交差する溝を連続的に設けた凹凸部８Ａを有するアークランナ８０Ａがアークホーン９０Ａに接触させて配置され、可動接触子５には、アーク進行方向に交差する細溝による凹凸部９Ｂを設けたアークホーン９０Ｂを近接させ、アーク進行方向と交差する溝を連続的に設けた凹凸部８Ｂを有するアークランナ８０Ｂがアークホーン９０Ｂに接触させて配置されている。

上記のように構成された実施の形態１６においては、開極時に接点間に発生したアークは、アークホーン９０Ａ、９０Ｂまたはアークランナ８０Ａ、８０Ｂへのアーク転流性能がさらに改善され、アーク６の転流と走行がともに改善されている。

なお、上記実施の形態では、接点相互が接離可能に設けられた一対の接触子として、固定接点４ａを有する固定接触子４と可動接点５ａを有する可動接触子５を用いた例について説明したが、これに限定されるものではなく、一対の接触子の双方が可動式のものでも同様の作用効果が期待できる。また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、アーク転流部としてのアークランナ８０またはアークホーン９０を接触子と一体に構成しても良い。

実施の形態１７．
図２３は本発明の実施の形態１７に係る開閉器の開極状態における消弧室部分の要部構成を示す側面図である。なお、実施の形態１７は、上記実施の形態１５の変形例に相当する。図において、固定接触子４と可動接触子５には、アーク進行方向に交差する細溝による凹凸部９Ａを設けたアークランナ８０Ａ、８０Ｂをそれぞれ接触子と同電位となるように接触させて配置し、アークランナの８０Ａ、８０Ｂの少なくとも一部を開極時の一対の接触子が挟み込む空間の内側に配置している。それぞれの凹凸部８Ａ、８Ｂを接触子間に配置している。
上記のように構成された実施の形態１７においては、開極時に接点間に発生したアークは、アークランナ８０Ａ、８０Ｂへのアーク転流性能をアークホーン９０Ａ、９０Ｂを用いることなく転流を改善できる。

１筐体、１ａケース、１ｂカバー、２、３端子部、４固定接触子、４ａ固定接点、５可動接触子、５ａ可動接点、５ｂ回転軸、６アーク、７消弧グリッド、７ａ消弧板、８、８Ａ、８Ｂ凹凸部、８ａ溝、８ｂ凸部、８ｃ凹所、８ｓ段部、８０、８０Ａ、８０Ｂアークランナ（アーク転流部）、９、９Ａ、９Ｂ凹凸部、９０、９０Ａ、９０Ｂアークホーン（アーク転流部）、１０リレー部、１１駆動機構部、１２、１３電極、１２Ａ、１３Ａ接点、１４外部磁場、１５絶縁物、１６導体、Ａ消弧室。

Claims

駆動機構部により接点相互が接離可能に設けられた一対の接触子と、開極時に上記接点相互の間に生じるアークを消弧するための消弧グリッドと、上記一対の接触子の少なくとも一方における上記アークの進行方向に上記一方の接触子と同電位で設けられ、表面の少なくとも一部に上記アークの進行方向と交差する方向に所定の間隔で複数の凹凸が繰り返し配設されたアーク転流部と、を備えたことを特徴とする開閉器。
上記複数の凹凸の隣り合う凸部の間が凹所で隔てられていることを特徴とする請求項１に記載の開閉器。
上記アーク転流部に設けられた上記凹凸部の内の凸部の背面部に、該凸部の熱容量を小さくする凹所が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の開閉器。
上記アーク転流部に設けられた上記凹凸部の内の凹部に、誘電性の絶縁物を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の開閉器。
上記アーク転流部を磁性材料で構成したことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の開閉器。
直流回路における陰極側に配置される上記アーク転流部を、上記接触子に用いられる材料よりも仕事関数が低い材料で構成したことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の開閉器。
直流回路における陽極側に配置される上記アーク転流部を、上記接触子に用いられる材料よりも仕事関数が高い材料で構成したことを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の開閉器。
上記アーク転流部として、上記接触子に用いられる材料よりも低沸点、あるいは比熱が小さな材料を用いたことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の開閉器。
上記アーク転流部として、上記接触子に用いられる材料よりも高沸点、あるいは比熱が大きな材料を用いたことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の開閉器。