JP2018160359A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】固定接点及び可動接点の間で発生したアークを十分に冷却することで限流性能及び遮断性能を向上させることができる回路遮断器を提供する。
【解決手段】本体ケース内に、固定接点５ｂを設けた固定接触子５と、固定接点に接触可能な可動接点６ａを設けた可動接触子６と、消弧装置３とが収納されている。消弧装置は、Ｕ字形状又はＶ字形状に形成されてグリッド基部３１から平行に一対のグリッド脚部３２が延在して層状に配置された複数のグリッド３３と、複数のグリッドの一対のグリッド脚部の間に、可動接点の移動軌跡Ｔを両側から囲むように配置した一対の細隙消弧板３６、３７と、を備えている。そして、一対の細隙消弧板のグリッド基部側に、帯状凸部３８、３９を形成している。
【選択図】図３

Description

本発明は、配線用遮断器，漏電遮断器などの回路遮断器に関し、可動接触子の開極移動経路の両側に一対の細隙消弧板を配置したものに関する。

回路遮断器は、固定接触子に対して可動接触子が接触動作、或いは離間動作を行なって主回路の開閉を行なう装置であり、短絡電流の遮断時に固定接触子の固定接点及び可動接触子の可動接点の間でアークが発生すると、消弧装置がアークを消弧する（例えば、特許文献１）。
消弧装置は、Ｕ字形状又はＶ字形状に形成されてグリッド基部から平行に一対のグリッド脚部が延在する複数のグリッドが層状に配置されているとともに、前記一対のグリッド脚部の間に、可動接点の移動軌跡を両側から囲むように一対の細隙消弧板が配置されている。

短絡電流の遮断時には、一対の細隙消弧板の細隙効果（アークと細隙消弧板との接触及び細隙消弧板の熱分解ガスによるアークの冷却効果）によって固定接点及び可動接点の間に発生したアークはアーク電圧が急速に高められて電流ピークが抑制される。そして、固定接点及び可動接点の間でさらに伸長したアークは、一対の細隙消弧板の間から複数のグリッド側へ移行していき、複数のグリッドとの接触による分断、冷却作用を受けて消弧されていく。

特開２００８−２４３６５９号公報

ところで、上述した構成の回路遮断器は、固定接点及び可動接点の間で発生したアークが一対の細隙消弧板の間から複数のグリッド側にすぐ移行してしまい、一対の細隙消弧板の間でアークが十分に冷却されずアーク電圧が高くならないので、限流性能が低下するおそれがある。
また。高温のアークがグリッドに接触すると、アークの分断、冷却作用が低下するとともに、グリッドが溶断脱落などの熱的損傷を発生するおそれがあり、遮断性能も低下するおそれがある。
そこで、本発明は、固定接点及び可動接点の間で発生したアークを十分に冷却することで限流性能及び遮断性能を向上させることができる回路遮断器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る回路遮断器は、本体ケース内に、固定接点を設けた固定接触子と、固定接点に接触可能な可動接点を設けた可動接触子と、消弧装置とが収納され、消弧装置は、Ｕ字形状又はＶ字形状に形成されてグリッド基部から平行に一対のグリッド脚部が延在して層状に配置された複数のグリッドと、複数のグリッドの一対のグリッド脚部の間に、可動接点の移動軌跡を両側から囲むように配置した一対の細隙消弧板と、を備え、一対の細隙消弧板のグリッド基部側に帯状凸部を形成している。

本発明に係る回路遮断器によれば、固定接点及び可動接点の間で発生したアークを十分に冷却することで限流性能及び遮断性能を向上させる。

回路遮断器の構成を示す断面図である。 第１実施形態の回路遮断器の消弧装置を示す図である。 図２のＡ-Ａ線矢視図である。 第２実施形態の回路遮断器の消弧装置を示す図である。 図４のＢ-Ｂ線矢視図である。 第３実施形態の回路遮断器の消弧装置を示す図である。 図６のＣ-Ｃ線矢視図である。 第４実施形態の回路遮断器の消弧装置を示す図である。 図８のＤ-Ｄ線矢視図である。 第５実施形態の回路遮断器の消弧装置の要部を示す図である。

次に、図面を参照して、本発明の第１から第５実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す第１から第５実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

［第１実施形態の回路遮断器］
図１から図３は、第１実施形態の回路遮断器を示すものである。
図１に示すように、第１実施形態の回路遮断器は、ケース１とカバー２とからなる絶縁容器内に、消弧装置３と、過電流引外し装置４と、固定接触子５と、可動接触子６と、可動接触子６を回動自在に保持するホルダ７と、可動接触子６をホルダ７を介して開閉動作させる開閉機構１５とが配置されている。

固定接触子５は、一端側に電源側端子５ａが形成され、他端側に固定接点５ｂが形成されている。可動接触子６は、固定接触子５の固定接点５ｂに接触する可動接点６ａが形成されている。
また、カバー２は、ミドルカバー２ａとトップカバー２ｂとで構成されている。
可動接触子６の基端には可撓性のリード線８の一端が接続され、リード線８の他端は、電線接続板１０を介して中継導体９の一端に接続されている。

中継導体９は、電線接続板１０に接続する下部平板部９ｂと、下部平板部９ｂの端部から立ち上がる立上がり板部９ｃと、この立上がり板部９ｃの上端から折り曲げられ、下部平板部９ｂに対して平行に、且つ下部平板部９ｂから離間する方向に延在する上部平板部９ｄと、上部平板部９ｄの他端側に形成した負荷側端子９ａとを備えている。なお、中継導体９の立上がり板部９ｃがヒータとなっている（以下、ヒータ９ｃと称する）。

開閉機構１５は、開閉操作を行うハンドル１６と、ハンドル１６と連動して動作するハンドルレバー１７と、上トグル１８及び下トグル１９からなるトグルリンク機構２１と、ラッチ２０と、ラッチ２０と係合するラッチ受け２２と、中間ラッチ２３と、中間ラッチ２３を回動させてラッチ２０及びラッチ受け２２の係合を外すトリップバー２４とを備えている。上トグル１８及び下トグル１９は、トグルピン２５を介して互いに連結され、上トグル１８の上端はラッチ２０に回動自由に連結されるとともに、下トグル１９はホルダ７に連結されている。また、トグルピン２５には、スプリング（不図示）の下端フック部が引っ掛けられ、スプリングの上端フック部はハンドルレバー１７の上端に引っ掛けられている。

過電流引外し装置４は、中継導体９の立上がり板部９ｃに下部が固定されたバイメタル２６と、このバイメタル２６の上部の自由端に固定され、トリップバー２４の近傍まで延在する延長板２７と、延長板２７の上部の自由端に係合し、トリップバー２４との間に所定のギャップを設けるように進退可能とした調整ネジ２８と、バイメタル２６の下部にかしめ固定したヒータ９ｃと、電源側端子５ａ及び負荷側端子９ａの間に短絡電流などの大電流が流れると先端部でトリップバー２４を叩き、ラッチ２０とラッチ受け２２の係合を外すアーマチュア３０及び固定マグネット２９とを備えている。

消弧装置３は、図２及び図３に示すように、固定接点５ｂと可動接点６ａとの間の開閉動作に起因して発生したアークを消弧する装置であり、複数のグリッド３３と、層状に配置した複数のグリッド３３を支持する一対の支持体３４，３５と、層状に配置された各グリッド３３の一対のグリッド脚部３２の間に配置された一対の細隙消弧板３６，３７と、を備えている。

グリッド３３は、磁性金属を材料としたＵ字形状又はＶ字形状に形成され部材であり、グリッド基部３１から平行に一対のグリッド脚部３２が延在している。一対の支持体３４，３５は、層状に配置した複数のグリッド３３の外側を支持している。
一対の細隙消弧板３６，３７は、プラスチックなどの高分子材料で作られた部材であり、互いの対向面３６ａ，３７ａの中間位置に可動接点６ａが配置されている。

一対の細隙消弧板３６，３７の対向面３６ａ，３７ａには、可動接点６ａの移動軌跡Ｔよりグリッド３３のグリッド基部３１側に寄った位置に、互いが近接する方向に帯状凸部としての凸部３８，３９が形成されている。これら凸部３８，３９は横断面が長方形状であり、可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点から終点まで帯状に連続し、互いに同一高さ寸法ｄ１で突出している。

次に、第１実施形態の回路遮断器の動作及び作用効果について説明する。
第１実施形態の回路遮断器は、固定接触子５と可動接触子６とが閉じた閉極状態では、電源側端子５ａ、固定接触子５、可動接触子６、リード線８、電線接続板１０、ヒータ９ｃ及び中継導体９、負荷側端子９ａの電流経路で電流が流れる。
そして、電流経路を流れる電流が過負荷状態になると、ヒータ９ｃから発生する熱によってバイメタル２６が反時計方向に湾曲し、同時にバイメタル２６に固定された延長板２７も反時計方向に回動して調整ネジ２８の先端がトリップバー２４に接触し、トリップバー２４は支軸２４ａ回りに反時計方向に回動する。このトリップバー２４の回動により中間ラッチ２３が回動し、ラッチ２０及びラッチ受け２２の係合が外れてトグルリンク機構２１が動作し、下トグル１９に連結されたホルダ７が回動し、可動接触子６が固定接触子５から開離して開極状態となる。

また、短絡電流などの大電流がヒータ９ｃに流れると、過電流引外し装置４のアーマチュア３０が反時計方向に回動して固定マグネット２９に瞬時に吸着され、その先端部でトリップバー２４を叩く。そして、トリップバー２４が叩かれると、ラッチ２０とラッチ受け２２の係合が外れてトグルリンク機構２１が動作し、下トグル１９に連結されたホルダ７が回動し、可動接触子６が固定接触子５から開離して開極状態となる。

この短絡電流遮断時の開極動作で可動接点６ａが固定接点５ｂから開離すると、可動接点６ａ及び固定接点５ｂの間で発生したアークの熱により一対の細隙消弧板３６，３７の表面から熱分解ガスが生成する。この際、細隙消弧板３６，３７との接触によりアークが冷却されるとともに、熱分解ガスによりアークが冷却されることで、アーク電圧が高められて電流ピークが抑制されていく。

そして、可動接点６ａが固定接点５ｂからさらに開離することで伸長したアークは、熱分解ガスのガス流の吹き付けにより、一対の細隙消弧板３６，３７の間から複数のグリッド３３側へ移行していき、複数のグリッド３３との接触により分断、冷却作用を受ける。
ここで、第１実施形態の回路遮断器の消弧装置３は、一対の細隙消弧板３６，３７の対向面３６ａ，３７ａのグリッド基部３１側に寄った位置に帯状の凸部３８，３９を設けていることから、一対の細隙消弧板３６，３７の間で発生したアークは、凸部３８，３９の間の狭い空間を通過して複数のグリッド３３側へ移行するのに多くの時間が経過する。

これにより、一対の細隙消弧板３６，３７の間でアークが滞留する時間が長くなる。なお、一対の細隙消弧板３６，３７の間でアークが滞留する時間は、固定接点５ｂ及び可動接点６ａがアークの熱で消耗しない程度の時間である。
このように、一対の細隙消弧板３６，３７の間でアークが滞留する時間が長くなると、細隙消弧板３６，３７との接触によりアークが十分に冷却されるとともに、熱分解ガスとの接触によりアークが十分に冷却されてアークの温度が低下し、アーク電圧が高くなるので、限流性能を向上させることができる。

また、温度が低下したアークは、グリッド３３に接触しても溶断脱落するなどの熱的損傷が防止されるとともに、アークの分断、冷却作用が高められるので、遮断性能も向上させることができる。
さらに、例えばグリッド３３の溶融で発生した金属蒸気が、グリッド３３側に移行したアークに対して一対の細隙消弧板３６，３７側に移動させる流れを発生しても、一対の細隙消弧板３６，３７に形成した凸部３８，３９が、一対の細隙消弧板３６，３７の間にアークを移行させるのを妨げるので再発弧を防止することができる。

［第２実施形態の一対の細隙消弧板］
次に、図４及び図５は、第２実施形態の回路遮断器を構成する消弧装置３を示すものである。なお、図１から図３で示した構成と、同一構成部分には同一符号を付して説明は省略する。
第２実施形態の一方の細隙消弧板３６の対向面３６ａには、可動接点６ａの移動軌跡Ｔよりグリッド３３のグリッド基部３１側に寄った位置に、可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点から終点側まで同一幅で帯状に連続する帯状凸部としての凸部４０が形成されている。

凸部４０は横断面が長方形状であり、可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点に近い側が高さ寸法ｄ１で突出し、始点から終点に向かうに従い高さ寸法が徐々に減少して形成されているとともに、終点では凸部４０が形成されていない。
また、一方の細隙消弧板３６の対向面３６ａに対向している細隙消弧板３７の対向面３７ａにも、可動接点６ａの移動軌跡Ｔよりグリッド３３のグリッド基部３１側に寄った位置に、対向面３６ａに形成した凸部４０に対向する帯状凸部としての凸部４１が形成されている。

この凸部４１も横断面が長方形状であり、可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点に近い側が高さ寸法ｄ１で突出し、始点から終点に向かうに従い高さ寸法が徐々に減少して形成されているとともに、終点では凸部４１が形成されていない。
第２実施形態の回路遮断器によると、短絡電流遮断時の開極動作で可動接点６ａが固定接点５ｂから開離してアークが発生すると、一対の細隙消弧板３６，３７の対向面３６ａ，３７ａのグリッド基部３１側に寄った位置に帯状の凸部４０，４１を設けていることから、一対の細隙消弧板３６，３７の間のアークは滞留時間が長くなり、細隙消弧板３６，３７との接触によりアークが十分に冷却されるとともに、熱分解ガスとの接触によりアークが十分に冷却されてアークの温度が低下し、アーク電圧が高くなるので、限流性能及び遮断性能を向上させることができる。

また、第２実施形態の凸部４０，４１の可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点に近い側がアークとの接触時間が長くなるが、移動軌跡Ｔの始点側の高さ寸法（ｄ１）を大きくしていることで、アークとの接触による熱変形に十分に耐える凸部４０，４１となり、熱的損傷を防止した一対の細隙消弧板３６，３７を提供することができる。

［第３実施形態の回路遮断器］
次に、図６及び図７は、第３実施形態の回路遮断器を構成する消弧装置３を示すものである。
第３実施形態の一方の細隙消弧板３６の対向面３６ａには、可動接点６ａの移動軌跡Ｔよりグリッド３３のグリッド基部３１側に寄った位置に、可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点から終点まで帯状に連続する帯状凸部としての凸部４２が形成されている。

凸部４２は横断面が長方形状であり、可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点から終点に沿って高さ寸法ｄ１で突出しているとともに、移動軌跡Ｔの終点側の幅寸法ｈ１に対して始点側の幅寸法ｈ２を大きな寸法（ｈ２＞ｈ１）とし、始点から終点に向かうに従い幅寸法が徐々に小さくなるように形成されている。
また、一方の細隙消弧板３６の対向面３６ａに対向している細隙消弧板３７の対向面３７ａにも、可動接点６ａの移動軌跡Ｔよりグリッド３３のグリッド基部３１側に寄った位置に、対向面３６ａに形成した凸部４０に対向する帯状凸部としての凸部４３が形成されている。

この凸部４３も横断面が長方形状であり、可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点から終点まで高さ寸法ｄ１で突出しているとともに、移動軌跡Ｔの終点側の幅寸法ｈ１に対して始点側の幅寸法ｈ２を大きな寸法（ｈ２＞ｈ１）とし、始点から終点に向かうに従い幅寸法が徐々に小さくなるように形成されている。

第３実施形態の回路遮断器によると、短絡電流遮断時の開極動作で可動接点６ａが固定接点５ｂから開離してアークが発生すると、一対の細隙消弧板３６，３７の対向面３６ａ，３７ａのグリッド基部３１側に寄った位置に帯状の凸部４０，４１を設けていることから、一対の細隙消弧板３６，３７の間のアークは滞留時間が長くなり、細隙消弧板３６，３７との接触によりアークが十分に冷却されるとともに、熱分解ガスとの接触によりアークが十分に冷却されてアークの温度が低下し、アーク電圧が高くなるので、限流性能及び遮断性能を向上させることができる。

また、第３実施形態の凸部４２，４３の可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点に近い側がアークとの接触時間が長くなるが、移動軌跡Ｔの始点側の幅寸法（ｈ２）を大きくしていることで、アークとの接触による熱変形に十分に耐える凸部４２，４３となり、熱的損傷を防止した一対の細隙消弧板３６，３７を提供することができる。

［第４実施形態の回路遮断器］
次に、図８及び図９は、第４実施形態の回路遮断器を構成する消弧装置３を示すものである。
第３実施形態の一方の細隙消弧板３６の対向面３６ａには、可動接点６ａの移動軌跡Ｔよりグリッド３３のグリッド基部３１側に寄った位置に帯状凸部としての凸部４４が形成されている。
この凸部４４は横断面が長方形状であり、可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点から中間位置までの領域で帯状に連続し、高さ寸法ｄ１で突出して形成されている。

また、一方の細隙消弧板３６の対向面３６ａに対向している細隙消弧板３７の対向面３７ａにも、可動接点６ａの移動軌跡Ｔよりグリッド３３のグリッド基部３１側に寄った位置に、対向面３６ａに形成した凸部４２に対向する帯状凸部としての凸部４５が形成されている。
この凸部４５も横断面が長方形状であり、可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点から中間位置までの領域で帯状に連続し、高さ寸法ｄ１で突出して形成されている。

短絡電流遮断時の開極動作で可動接点６ａが固定接点５ｂから開離してアークが発生すると、可動接点６ａが固定接点５ｂから離間した直後のアークは高温であり、この高温のアークがグリッド３３に接触すると、グリッド３３が溶断脱落などの熱的損傷を起こす。
第４実施形態は、一対の細隙消弧板３６，３７の対向面３６ａ，３７ａのグリッド基部３１側に寄った位置に、可動接点６ａの移動軌跡Ｔの始点から中間位置まで帯状の凸部４４，４５を設けていることで、帯状の凸部４４，４５がグリッド３３側に高温のアークが流れるのを阻止し、グリッド３３の熱的損傷を確実に防止することができる。

［第５実施形態の回路遮断器］
次に、図１０は、第５実施形態の回路遮断器の要部を示すものである。
第５実施形態の一方の細隙消弧板３６の対向面３６ａに形成されている帯状凸部としての凸部４６は横断面が半円形状であり、可動接点６ａの移動軌跡Ｔに沿って帯状に連続してされている。
また、図示しないが、一方の細隙消弧板３６の対向面３６ａに対向している他方の細隙消弧板３７の対向面３７ａにも、可動接点６ａの移動軌跡Ｔに沿って横断面が半円形状の凸部４６が形成されている。

第５実施形態の一対の細隙消弧板３６、３７の対向面３６ａ，３７ａに形成した横断面が半円形状の凸部４６は、例えば角部のように局部的に高温のアークが接触する箇所が存在しないので熱変形に十分に耐えことができ、熱的損傷を防止した一対の細隙消弧板３６，３７を提供することができる。
なお、第５実施形態の凸部４６は、第１〜第４実施形態の凸部に適用するようにしてもよい。また、凸部４６の形状は、横断面半円形状に限らず、横断面半楕円形状など、丸みを付けた形状であっても同様の効果を奏することができる。

１ ケース
２ カバー
２ａ ミドルカバー
２ｂ トップカバー
３ 消弧装置
４ 過電流引外し装置
５ 固定接触子
５ａ 電源側端子
５ｂ 固定接点
６ 可動接触子
６ａ 可動接点
７ ホルダ
８ リード線
９ 中継導体
９ａ 負荷側端子
９ｂ 下部平板部
９ｃ ヒータ
９ｄ 上部平板部
１０ 電線接続板
１５ 開閉機構
１６ ハンドル
１７ ハンドルレバー
１８ 上トグル
１９ 下トグル
２０ ラッチ
２１ トグルリンク機構
２２ ラッチ受け
２３ 中間ラッチ
２４ トリップバー
２５ トグルピン
２６ バイメタル
２７ 延長板
２８ 調整ネジ
２９ 固定マグネット
３０ アーマチュア
３１ グリッド基部
３２ グリッド脚部
３３ グリッド
３４，３５ 支持体
３６，３７ 細隙消弧板
３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４、４５、４６ 凸部
Ｔ 可動接点の移動軌跡

Claims (5)

1. 本体ケース内に、固定接点を設けた固定接触子と、前記固定接点に接触可能な可動接点を設けた可動接触子と、消弧装置とが収納され、
   前記消弧装置は、Ｕ字形状又はＶ字形状に形成されてグリッド基部から平行に一対のグリッド脚部が延在して層状に配置された複数のグリッドと、
   複数のグリッドの前記一対のグリッド脚部の間に、前記可動接点の移動軌跡を両側から囲むように配置した一対の細隙消弧板と、を備え、
   前記一対の細隙消弧板の前記グリッド基部側に、帯状凸部を形成したことを特徴とする回路遮断器。
2. 前記一対の細隙消弧板は、前記可動接点の移動軌跡に対して前記グリッド基部側に寄った位置の互いの対向する面に、前記移動軌跡に沿って一対の前記帯状凸部が形成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. 前記帯状凸部は、前記固定接点に近い側の幅が広く、前記固定接点から離間するに従い幅が狭く形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
4. 前記帯状凸部は、前記固定接点に近い側の高さが高く、前記固定接点から離間するに従い高さが低く形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
5. 前記帯状凸部は、横断面が半円形状、半楕円形状などの丸みを付けた形状であることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の回路遮断器。
   

Images