JP3298428B2 - 反転ばね式接点開閉機構および熱動形過負荷継電器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、釈放レバーの操作
に応動する反転ばね機構のスナップアクションで可動接
点を開閉駆動する反転ばね式接点開閉機構、および該反
転ばね式接点開閉機構に過負荷電流に応動するバイメタ
ル式ヒートエレメントを組合せた熱動形過負荷継電器に
関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように電動機の給電回路に接続し
た運転制御用の電磁接触器には、過負荷保護のために頭
記した熱動形過負荷継電器が併設されている。図４は特
開平２−８６０２４号公報に開示されている従来の反転
ばね式接点開閉機構を採用した熱動形過負荷継電器の構
成図である。図において、１は継電器の樹脂ケースで、
該ケース内には主回路（例えば電動機の電源回路）の過
負荷電流に応動するバイメタル式ヒートエレメント２，
反転ばね機構３，接点機構４が組み込まれている。

【０００３】ここで、ヒートエレメント２は、バイメタ
ル２ａ（図示には１相分のみ示したが、３相回路では各
相に対応する３個のバイメタルを備えている）に主回路
の負荷電流を通流するヒータ２ｂを巻装し、バイメタル
２ａの先端に連結したシフタ２ｃの一端がシーソー式の
釈放レバー５に対向している。一方、反転ばね機構３
は、薄板の金属ばね材を図５(a),(b) で示すような形状
にプレス加工して形成した反転板ばね３ａと、反転板ば
ね３ａと同じく金属板ばね材をＵ字状に撓ませて前記反
転板バネ３ａに係止した反転駆動ばね３ｂと、取付基板
３ｃとからなり、反転駆動ばね３ｂはその両端にスリッ
ト状の係合穴が開口しており、前記反転板ばね３ａの窓
内に突き出す中央脚片３ｄの先端とこれに対向する窓縁
の爪との間にまたがって係止固定されている。そして、
反転ばね機構３は、取付基板３ｃに形成した係止片３ｅ
の先端を支点として樹脂ケース１に形成した受け溝１ａ
へ嵌め込んで揺動自在に支持するとともに、反転板ばね
３ａの先端を次記の接点機構４へ嵌め込み式に連結して
樹脂ケース内に組み込まれており、この組み込み位置で
前記した釈放レバー５の先端が中央脚片３ｄに対峙して
いる。なお、３ｆは作動点の調節ねじ、３ｇは反転板ば
ね３ａをケース内に押圧保持する圧縮ばねである。

【０００４】また、接点機構４は常閉接点４ａと常開接
点４ｂを絶縁物のスライダ４ｃに組み込んだ構造で、ス
ライダ４ｃが樹脂ケース１へスライド可能に支持され、
その一端に開口した溝穴に前記した反転板ばね３ａの先
端を挿入して相互連結している。なお、４ｄはリセット
用の押ボタンである。かかる構成になる熱動形過負荷継
電器の動作原理は周知であり、定常状態では図４で図示
するように反転ばね機構３の反転板ばね３ａが反転駆動
ばね３ｂの反発力で右方向に傾動し、接点機構４を図示
の状態に保持しいてる。一方、ヒートエレメント２のヒ
ータ２ｂには主回路を流れる負荷電流を流してバイメタ
ル２ａを加熱しており、ここで主回路に過負荷電流が流
れると、図示鎖線で示すようにバイメタル２ａの湾曲度
が増してシフタ２ｃが釈放レバー５を左方に押す。これ
により、釈放レバー５が時計方向に揺動して反転板ばね
３ａの中央脚片３ｄを右方に押し込む。そして、中央脚
片３ｄと反転駆動ばね３ｂとの結合点が反転板ばね３ａ
の死点を超えて該板ばねの右側に移動すると、駆動ばね
３ｂのばね力で反転板バネ３ａが左側に反転動作し、そ
のスナップアクションで接点機構４のスライダ４ｃを急
速に左側へ駆動する。これにより、常閉接点４ａが開
離，常開接点４ｂが閉成するように反転動作して外部に
主回路電流の遮断指令を出力する。そして、この遮断指
令を基に例えば主回路に接続した電磁接触器を開極動作
させて過負荷電流を遮断する。なお、主回路電流の遮断
後、ヒートエレメント２のバイメタル２ａの湾曲が十分
に戻ったところでリセット押しボタン４ｄを押し込む
と、接点機構４のスライダ４ｃが右側に移動し、これに
従動して反転ばね機構３が初期の状態に反転動作して継
電器がリセットされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した熱
動形過負荷継電器に組み込まれた従来の反転式接点開閉
機構、特にその接点駆動用の反転ばね機構３は動作特
性，ならびに組立性の面で次記のような問題点がある。
すなわち、従来の反転ばね機構３では、反転板ばね３ａ
にＵ字状に撓ませた反転駆動ばね３ｂを係止結合した組
立構造になる。このために、反転ばね機構３の反転動作
時には、反転板ばね３ａと駆動ばね３ｂの両端との間の
嵌め込み係合点Ａ，Ｂには金属部材同士の摺動摩擦が生
じ、これが原因で継電器の反転動作ポイントがばらつい
て、過負荷継電器の動作特性が不安定となる。

【０００６】また、反転ばね機構３は反転板ばね３ａと
反転駆動ばね３ｂの二部品から組み立ててられており、
したがってその組立工程で反転板ばね３ａに駆動ばね３
ｂを結合する際には、駆動ばね３ｂの板ばねをＵ字状に
撓ませながらその両端を反転板ばね３ａの係合爪に引っ
かける手間の掛かる作業が必要となる。このためにロボ
ットなどによる自動組立てが極めて困難であり、実際に
はこの組立作業を人手作業に頼っているのが現状であ
る。

【０００７】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は前記課題を解決し、反転ばね機構が
作製，組立ての簡単な１部品からなり、しかも安定した
反転ポイントが得られるよう改良した反転ばね式接点開
閉機構，および当該接点開閉機構に過負荷電流に応動す
るバイメタル式ヒートエレメントを組合せた熱動形過負
荷継電器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の反転ばね式接点開閉機構は次記のように構
成するものとする。すなわち、１枚の薄板ばね材に左右
一対の外脚片，および中央脚片からなる３本の脚片を
「山」字形に打ち抜き形成し、かつ中央脚片に湾曲状の
引っ張りばね部を屈曲形成した反転板ばねと、左右外脚
片の先端エッジを支点として反転板ばねを揺動自在に支
える第１の支持アームと、中央脚片のばね部に引張力を
加えつつその脚片の先端エッジを定位置に係止固定する
第２の支持アームと、中央脚片に対向して配した釈放レ
バーとからなり、前記反転板ばねの脚片連結基部を接点
駆動部として、釈放レバーの押圧操作による反転板ばね
の反転動作で接点を開閉駆動させるように構成する。

【０００９】上記構成の反転ばね式接点開閉機構によれ
ば、反転ばね機構が一枚の板ばねで構成されており、し
たがって従来の反転ばね機構のように２部品を組み合わ
せる面倒な組立て工程が不要で、かつ部品点数も少な
く、製品への組み込み作業を人手作業に頼ることなく自
動組立に十分対応できる。しかも、反転板ばねは１枚も
のであるからその反転動作時に摩擦が生じる部分がな
く、かつ反転動作に座屈を伴うこともないので、従来構
成の反転ばね機構と比べてその反転ポイントが安定す
る。なお、この反転ばね式接点開閉機構は、スナップア
クションで接点を開閉する各種の有接点式リレー，ある
いは開閉器の接点開閉機構に適用できる。

【００１０】また、本発明の構成になる前記の反転ばね
式接点開閉機構においては、機構各部を具体的に次記の
ような形態で構成することができる。 １）第２の支持アームに、中央脚片の先端係止位置を可
変調節する複数段の係止溝を形成し、反転ばね機構の動
作ポイントを可調整とする。 ２）反転板ばね自身を可動接触子片として、その脚片連
結基部に常開, もしくは常閉接点を取付けて小形，コン
パクト化を図る。

【００１１】３）反転板ばねの脚片連結基部に接点駆動
レバーを結合し、該レバーを介して別置の接点機構を開
閉駆動するようにする。 ４）外脚片の側縁をＬ字形に屈曲して補強リブを形成
し、該外脚片が引っ張りばね力で座屈しないように脚片
の曲げ剛性を高めるようにする。 ５）反転板ばねの中央脚片の先端に角窓を開口するとと
もに、その窓の縁をエッジ状に形成し、中央脚片に形成
した引っ張りばね部に引張応力を加えた状態で前記角窓
を第２の支持アームの係止溝部に引っ掛けて中央脚片を
所定の支点位置に安定よく係止固定させる。

【００１２】６）反転板ばねの中央脚片に形成した引っ
張りばね部を他の部分より幅広に形成して、該ばね部に
加わる応力の緩和し、クリープなどによるばね性低下を
防ぐようにする。 一方、本発明による熱動形過負荷継電器は、前記した反
転ばね式接点開閉機構に、主回路の過負荷電流に応動す
るバイメタル式ヒートエレメントと、過負荷電流に基づ
くヒートエレメントの変位を伝達するシフタと、該シフ
タと反転板ばねの中央脚片の間を連繋し、バイメタルの
変位によりシフタを介して反転板ばねを反転動作させる
揺動式の釈放レバーを組合せ、過負荷電流に基づくヒー
トエレメントのバイメタルの変位をシフタ，釈放レバー
を介して接点開閉機構の反転板ばねに伝達し、その反転
板ばねの反転動作による接点の開閉動作で主回路電流の
遮断指令を出力するよう構成するものとする。

【００１３】また、熱動形過負荷継電器の小形，コンパ
クト化を図るために、前記構成における接点開閉機構の
反転板ばね自身を可動接触子片としてその脚片連結部に
常閉接点を設け、さらに前記脚片連結部に別置の常開接
点を駆動する接点駆動レバーを連結した構成がある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、熱動形過負荷継電器を対象
に、本発明の実施例を図１ないし図３により説明する。
なお、実施例の図中で図４に対応する同一部材には同じ
符号が付してある。図１において、ヒートエレメント２
は図４に示した従来のものと同一で、主回路（３相）の
各相に対応して設けた３個のヒータ２ｂ付きバイメタル
２ａの自由端にシフタ２ｃが連結されており、該シフタ
２ｃの先端と向かい合わせにシーソー式釈放レバー５に
結合した温度補償用バイメタル５ａの先端に対峙てい
る。

【００１５】一方、前記ヒートエレメント２に釈放レバ
ー５を介して連繋配備した本発明による反転ばね式接点
開閉機構６は、詳細構造を後記するように１枚の板ばね
で構成した反転板ばね７と、該反転板ばね７を支える第
１，第２の支持アーム８，９と、反転板ばね７自身を可
動接触子として板ばね上に直接設けた常閉接点４ａと、
反転板ばね７から切り離して配置した常開接点４ｂと、
一端を反転板ばね７に連結して先端を常開接点４ｂに対
向させたＬ字形の接点駆動レバー１０と、前記の釈放レ
バー５との組立体からなる。なお、１１，１２は常閉接
点４ａ，常開接点４ｂに対向する固定接点である。

【００１６】ここで、前記の反転板ばね７は、図２(a),
(b) で示すように、１枚の薄板ばね材からプレス加工に
より左右一対の外脚片７ａ，および長さの長い中央脚片
７ｂからなる３本の脚片を「山」字形に打ち抜き形成
し、かつ中央脚片７ｂの中間部分にはＶ字形に屈曲加工
した湾曲状の引張りばね部７ｃが形成された構造にな
る。なお、この引っ張りばね部７ｃは、その幅寸法Ｄが
中央脚片７ｂの脚片幅ｄよりも幅広に形成されている。
また、外脚片７ａは脚片の先端がナイフエッジ状に形成
されている。一方、中央脚片７ｂの先端には角窓７ｄ-1
が開口した額縁状の係止部７ｄが形成されており、かつ
角窓７ｄ-1の内縁は外脚片７ａと同様にその先端がナイ
フエッジ状に加工してある。また、外脚片７ａはその左
右脚片の側縁を図示のようにＬ字状に折り曲げて補強リ
ブ７ａ-1を形成し、外脚片７ａの曲げ剛性を高めるよう
にしている。さらに、当該反転板ばね７を可動接触子片
として、外脚片７ａと中央脚片７ｂとを連結した脚片連
結基部７ｅには先記した常閉接点４ａが熱かしめ法など
で結合されている。

【００１７】そして、前記の反転板ばね７は、図３で示
すように第１，第２の支持アーム８，９の間に架け渡し
て反転可能に係止支持される。すなわち、外脚７ａはそ
の先端エッジを揺動支点のヒンジとして第１支持アーム
８のＶ字溝部８ａに揺動自在に係止固定する。一方、中
央脚片７ｂは前記の引っ張りばね部７ｃを引き伸ばすよ
うに脚片に引張力を加えた状態で、その先端係止部７ｄ
の角窓７ｄ-1を下部側に配した第２支持アーム９に形成
したＶ字状の係止溝部９ａに引っ掛け、前記した外脚片
７ａの先端支点と前後方向に変位した位置で係止固定し
ている。なお、支持アーム９には、中央脚片７ｂの係止
位置をアームの長手方向に沿って可変調節できるように
複数の溝部９ａが鋸歯状に形成されている。このように
第２支持アーム９に複数調節段の溝部９ａを形成してお
くことにより、先記したヒートエレメント２のバイメタ
ル２ａ，シフタ２ｃ，釈放レバー５の組立体との相関関
係で、反転板ばね７の反転ポイントを第２支持アーム上
で調整，あるいは組立誤差による反転ポイントを補正す
ることができる。

【００１８】また、前記のように反転板ばね７を第１，
第２の支持アーム８，９の間に架け渡した取付け状態で
は、引っ張りばね部７ｃのばね張力と第１支持アーム８
を支点に反転板ばね７を傾動させる脚片のばね抗力とが
釣り合った状態で反転板ばね７が安定姿勢に自立する。
したがって、反転板ばね７，第１の支持アーム８，第２
の支持アーム９の各部品をユニット化して組み立ててお
けば、後述のように熱形過負荷継電器などのケース内に
反転ばね機構６を組み込む場合でも、反転ばね機構の組
立体を単体ユニットとして取り扱って簡単にケース内へ
組み込むことができる。さらに、中央脚片７ｂに形成し
た引っ張りばね部７ｃには常に張力による応力が働く
が、前記のようにばね部７ｃを幅広に形成しておくこと
で応力を緩和し、クリープなどでばね力が低下するのを
防止して長寿命化が図れる。

【００１９】次に、前記構成の反転ばね式接点開閉機構
６をヒートエレメント２と組み合わせてなる熱動形過負
荷継電器の動作を図１(a),(b) で説明する。図１(a) で
示す定常状態では、ヒートエレメント２のバイメタル２
ａが図示の実線で示す位置に後退しており、釈放レバー
５は殆どフリーの状態にある。この状態では、反転板ば
ね７は、脚片７ａの先端エッジを揺動支点として中央脚
片７ｂに形成した引っ張りばね部７ｃのばね力で右方向
に傾動し、常閉接点４ａが閉成，常開接点４ｂが開離し
ている。一方、主回路（電動機の給電回路など）に過電
流が流れてバイメタル２ａが図示点線で表すように大き
く湾曲すると、シフタ２ｃが矢印Ｐ方向に大きく変位し
て釈放レバー５を押し、該レバーを反時計方向に回動す
る。これにより、釈放レバー５の先端が反転板ばね７の
中央脚片７ｂを左方に押す。そして、この押圧力を受け
た中央脚片７ｂが引っ張りばね部７ｃのばね力に抗して
外脚片７ａの揺動支点よりも左側，つまり反転板ばね７
の死点を超えると、反転板ばね７が引っ張りばね部７ｃ
のばね力によって反転動作し、そのスナップアクション
により、図１（ｂ）で表すように外脚片７ａの先端を支
点に左方向へ倒れ込むように傾動する。これにより、常
閉接点４ａは開離し、逆に常開接点４ｂは接点駆動レバ
ー１０に付勢されて閉成するよう反転動作するととも
に、その接点動作信号を使って過負荷継電器の動作表
示，および主回路に接続した電磁接触器を開極して過負
荷電流を遮断する。

【００２０】なお、電流遮断後にヒートエレメント２の
バイメタル２ａが冷えて定常位置に後退した状態で、リ
ッセトボタン４ｄ（図４と同様に継電器の樹脂ケース１
に組み込まれている）を押し込んで反転板ばね７を強制
的に右方に押しやると、反転板ばね７が反転動作して図
１(a) の当初の状態に復帰する。なお、リセット方式と
しては、リセットボタン４ｄの手動操作によるリセット
の仕方の他に、過負荷電流による反転板ばね７の反転停
止位置をストッパで規制し、電流遮断後にバイメタル２
ａが定常状態に戻ってシフタ２ｃが後退すると、反転板
ばね７自身のばね力で初期位置に自動復帰するようにし
た自動リセットの方法も採用できる。

【００２１】また、図示例では反転板ばね７自身を可動
接触子片として常閉接点４ａを直接取付けて接点開閉機
構の小形，コンパクト化を図った例を示したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、例えば図４のように
熱動形過負荷継電器の常閉，常開接点機構を反転板ばね
７と切り離してスライダに組み込み、この接点機構を反
転板ばね７の反転動作で開閉駆動するよう構成すること
もできる。さらには、当該反転ばね式接点開閉機構を熱
動形過負荷継電器以外の各種の有接点式リレー，あるい
は開閉器の接点開閉機構に適用できることは勿論であ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように本発明の構成によれば
次記の効果を奏する。 １）反転ばね式接点開閉機構の反転板ばねは、１枚の薄
板ばね材を打ち抜き，曲げ加工して形成したものであ
り、従来構成のように２部品からなる反転板ばね機構と
比べて部品点数も少なくて安価に構成できるほか、組立
て，および継電器などに組み込みが簡単で自動組立にも
十分対応できる。また、従来のように２部品からなる反
転ばね機構のように部品相互間の摺動部分がなく、しか
も座屈反転方式ではなく、中央脚片に形成した湾曲状の
ばね部を引っ張りばねとして反転動作させるように構成
したので、反転動作ポイントがばらつくようなことがな
く、動作特性が安定する。

【００２３】２）また、かかる反転ばね式接点開閉機構
をヒートエレメントと組み合わせて構成した本発明の熱
動形過負荷継電器は、従来構成のものと比べて部品点数
も少なくて小形，コンパクト化が図れるとともに、製品
の自動組立も容易で、かつ安定した動作特性が得られ、
信頼性がより一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による熱動形過負荷継電器の構
成図であり、(a) はバイメタル式ヒートエレメントを組
み合わせた反転ばね式接点開閉機構の組立構成図、(b)
は反転ばね式接点開閉機構の反転動作状態を表す図

【図２】図１における反転板ばねの詳細構造図であり、
(a) は正面図、(b) は側面図

【図３】図２の反転板ばねを支持アームに係止固定した
組立て状態の外形斜視図

【図４】従来における熱動形過負荷継電器の要部構成図

【図５】従来の接点開閉機構に採用されている反転ばね
機構の構造図であり、(a) は正面図、(b) は側面図

【符号の説明】

２ ヒートエレメント ２ａ バイメタル ２ｂ ヒータ ２ｃ シフタ ４ａ 常閉接点 ４ｂ 常開接点 ５ 釈放レバー ６ 反転ばね式接点開閉機構 ７ 反転板ばね ７ａ 外脚片 ７ａ-1 補強リブ ７ｂ 中央脚片 ７ｃ 湾曲状の引っ張りばね部 ７ｄ 係止部 ７ｄ-1 角窓 ７ｅ 脚片連結基部 ８ 第１の支持アーム ９ 第２の支持アーム ９ａ 係止溝部 １０ 接点駆動レバー Ｄ 引っ張りばね部の幅寸法

フロントページの続き (72)発明者 秋池 勝美 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−74306（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−123449（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭55−35808（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01H 61/01 H01H 5/20

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】釈放レバーの操作に応動する反転ばね機構
   のスナップアクションで可動接点を開閉位置に駆動する
   反転ばね式接点開閉機構であって、１枚の薄板ばね材に
   左右一対の外脚片，および中央脚片からなる３本の脚片
   を「山」字形に打ち抜き形成し、かつ中央脚片に湾曲状
   の引っ張りばね部を屈曲形成した反転板ばねと、左右外
   脚片の先端エッジを支点として反転板ばねを揺動自在に
   支える第１の支持アームと、中央脚片の引っ張りばね部
   に引張力を加えつつその脚片の先端エッジを定位置に係
   止固定する第２の支持アームと、中央脚片に対向して配
   した釈放レバーとからなり、前記反転板ばねの脚片連結
   基部を接点駆動部として、釈放レバーの押圧操作による
   反転板ばねの反転動作で接点を開閉駆動することを特徴
   とする反転ばね式接点開閉機構。
2. 【請求項２】請求項１記載の接点開閉機構において、第
   ２の支持アームに、中央脚片の先端係止位置を可変調節
   する複数段の係止溝が形成されていることを特徴とする
   反転ばね式接点開閉機構。
3. 【請求項３】請求項１記載の反転ばね式接点開閉機構に
   おいて、反転板ばね自身を可動接触子片としてその脚片
   連結基部に常開, もしくは常閉接点を取付けたことを特
   徴とする反転ばね式接点開閉機構。
4. 【請求項４】請求項１記載の接点開閉機構において、反
   転板ばねの脚片連結基部に接点駆動レバーを結合し、該
   レバーを介して別置の接点機構を開閉駆動することを特
   徴とする反転ばね式接点開閉機構。
5. 【請求項５】請求項１記載の接点開閉機構において、外
   脚片の曲げ剛性を高めるように、脚片の側縁をＬ字形に
   屈曲して補強リブを形成したことを特徴とする反転ばね
   式接点開閉機構。
6. 【請求項６】請求項１記載の接点開閉機構において、反
   転板ばねの中央脚片の先端に角窓を開口し、その窓の縁
   をエッジ状に形成して第２の支持アームの係止溝部に係
   止固定したことを特徴とする反転ばね式接点開閉機構。
7. 【請求項７】請求項１記載の接点開閉機構において、反
   転板ばねの中央脚片に形成した引っ張りばね部を他の部
   分より幅広に形成したことを特徴とする反転ばね式接点
   開閉機構。
8. 【請求項８】主回路の過負荷電流に応動するバイメタル
   式ヒートエレメントと、１枚の薄板ばね材に左右一対の
   外脚片，および中央脚片からなる３本の脚片を「山」字
   形に打ち抜き形成し、かつ中央脚片に湾曲状のばね部を
   形成するともに、外脚片の先端エッジを第１の支持アー
   ムに係止させて支点とし、中央脚片の先端エッジを第２
   の支持アームに係止固定した反転板ばねと、過負荷電流
   に基づくヒートエレメントの変位を伝達するシフタと、
   該シフタと反転板ばねの中央脚片の間を連繋し、バイメ
   タルの変位によりシフタを介して反転板ばねを反転動作
   させる揺動式の釈放レバーと、前記反転板ばねの反転動
   作によって開閉動作する常開，もしくは常閉接点を有す
   ることを特徴とする熱動形過負荷継電器。
9. 【請求項９】請求項８記載の熱動形過負荷継電器におい
   て、接点開閉機構の反転板ばね自身を可動接触子片とし
   てその脚片連結部に常閉接点を設け、さらに前記脚片連
   結部に別置の常開接点を駆動する接点駆動レバーを連結
   したことを特徴とする熱動形過負荷継電器。