JP3853862B2

JP3853862B2 - 回路遮断器

Info

Publication number: JP3853862B2
Application number: JP32458795A
Authority: JP
Inventors: 和則福谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2015-12-13
Also published as: JPH09161641A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、大電流の遮断における溶融金属のコイルばねへの付着を防止できる回路遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８から図１３は、従来の回路遮断器を示すものである。図８は回路遮断器の開路状態の側断面図、図９は回路遮断器の閉路状態の側断面図である。図１０は可動接触子に関連する構成を示す部分図、図１１は従来の回路遮断器の課題を説明するための図、図１２、図１３は隔離バリアの構造図である。
【０００３】
図８において、１は可動接触子、２は可動接触子１の一端に固着された可動接点、３は可動接触子１の回動により可動接点２と接離する固定接点、４は固定接点３が固着されている固定接触子、５は固定接触子４の他端に設けられた端子部であり、外部から電線が接続される。６は消弧装置であり、６ａは可動接点２および固定接点３の間に発生したアークを冷却、消弧する磁性体の金属よりなる消弧板、６ｂは消弧板６ａを保持する消弧側板である。７は可動接触子１を回動させる機構部、８は機構部７を手動で操作するためのハンドル、９は回路遮断器に過電流が流れた場合に検出し機構部７をトリップさせる引き外し装置、１０はもう一方の端子部である。１１はカバー、１２はベースで、上記の部品を収納する筐体を構成している。
【０００４】
１３は機構部７と連動する樹脂成形されたクロスバーである。図１０に示すように、可動接触子１はクロスバー１３に可動接触子１を貫通する支持軸１４を支軸として回動可能に軸支されている。
多極の接点を有する回路遮断器においては、各可動接触子１の支持軸１４を含む部分はクロスバー１３の絶縁壁１３ａに囲まれた樹脂成形品の空洞部１３ｂ内に配設されるが、各樹脂成形された空洞部１３ｂ間は絶縁壁１３ａと一体成形された１本の結合軸１３ｃで１連に結合されクロスバー１３を形成している。この結合軸１３ｃは回路遮断器のベース１２に凹設されたＵ字溝ブロック（図示せず）のＵ字壁内に回転可能に支持されている。
【０００５】
可動接触子１のクロスバー１３への組立工程は、図１１に示すように可動接触子１を挟んで支持軸１４が挿入される孔の両側部分にコイル部１５ａを有する１対のねじりコイルばね１５を配設したのち、可動接触子１に支持軸１４を貫通させ、これら可動接触子１とねじりコイルばね１５の組立体をクロスバー１３の背後（図１０の左手）の開口部からクロスバー１３内部の空洞部１３ｂに挿入して、支持軸１４をクロスバー１３空洞部１３ｂの溝（図示せず）に装着する。
次に一方の端部１５ｄを可動接触子１の端部の窪みに設けられた可動接触子１８の下辺の幅より少し長いストップピン１８に係合させる。
また図１１に示すようにねじりコイルばね１５の一端１５ｃは空洞部上端１３ｄに保持され、ねじりコイルばね１５のもう一方の端部１５ｄはストップピン１８を介して可動接触子１に対し時計方向に付勢力を与えている。このねじりコイルばね１５により回路遮断器が閉路状態のとき可動接点２と固定接点３とは所定の圧力で接触するようにしている。
【０００６】
１６は可動接点２と固定接点３の間に発生したアークを隔離する隔離バリアで、遮断容量が大きい回路遮断器に使用される。
隔離バリア１６は図１２のように、可動接触子１の回動を妨げないような切り溝１６ａを設けたり、あるいは図１３のように可動接触子１に略密着する角穴１６ｂを設け、可動接触子１を上記角穴１６ｂに貫通させて可動接触子１と共に回動するように構成される。
【０００７】
次に動作について説明する。図８において、ハンドル８を操作すると、機構部７が動作してクロスバー１３が回動しさらに可動接触子１が回動して、可動接点２と固定接点３とを接触、開離する。端子部５を電源に、端子部１０を負荷に接続し、接点を接触させることにより電力が電源から負荷に供給される。この状態で、通電の信頼性を確保するために、ねじりコイルばね１５によって可動接点２は固定接点３に規定の接触圧力で押さえつけられている。ここで回路遮断器より負荷側の回路で過電流が流れると、引き外し装置９で検出し、機構部７を動作させ、可動接触子１を回動させることにより可動接点２と固定接点３が開離し、可動接点２と固定接点３の間にアークが発生する。
【０００８】
しかし、短絡事故などが起こり、回路に大きな短絡電流が流れると、可動接点２と固定接点３の間の接触面における電磁反発力や、固定接触子４と可動接触子１との間の電磁反発力が非常に強くなり、可動接点２に加わっているねじりコイルばね１５による接触圧力に打ち勝つために、可動接触子１は引外し装置９および機構部７の動作を待たずに回動し、可動接点２と固定接点３の開離が起こる。このとき発生したアークは、消弧装置６の磁気作用により消弧板６ａの方向に引き伸ばされるとともに消弧板６ａによって冷却されるため消弧され、機構部７の動作後に遮断が完了する。
【０００９】
この遮断動作中において、アークの強大なエネルギーは消弧板６ａ、可動接触子１、固定接触子４や、可動接点２、固定接点３などの金属部品の表面を溶融し、遮断器内部へ飛散させる。そのため、隔離バリア１６を挿入し、アークおよびアークによって溶融された金属などを隔離する方法がとられている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
短絡電流などの大電流を遮断する場合、上に述べたアークによる大量のエネルギーは、導電部材である可動接触子１、固定接触子４や可動接点２，固定接点３、構造部材である消弧板６ａなどの金属の表面を溶融する。
この高温で飛散する金属溶融物がねじりコイルばね１５に付着した場合、ねじりコイルばね１５が付着した高温の金属溶融物により溶断されたり、コイル部１５ａの線間が溶着されたり、また溶断しなくても熱的損傷を受けるなどして初期の荷重特性が維持できなくなる。例えばねじりコイルばね１５のばね力による可動接点２と固定接点３との間の接触圧力は、初期の接触圧力の１/２から１/１０程度まで低下する。
このため遮断後の通電において、可動接点２、固定接点３の異常発熱や導通不良などが生じ、信頼性が低下するという問題があった。
【００１１】
また可動接触子１の固定接点３と対向する対向面に高温の金属溶融物が付着すると、図１１に示すように可動接触子１とクロスバー１３との間に金属溶融物２０が入り、固定接点３と対向する可動接触子１の対向面である可動接触子１の腕部の下側に高温の金属溶融物２０が付着して可動接点２と固定接点３との接触圧力が低下して信頼性を低下するという問題があった。
【００１２】
またこの金属溶融物２０がもたらすねじりコイルばね１５などの損傷を防ぐ目的で使用される隔離バリア１６は、例えば図１２のような形状で切り溝１６ａを有するため、溶融物のねじりコイルばね１５の方向への通過を防止するにはあまり適していない。
【００１３】
また、図１３に示す隔離バリア１６は、可動接触子１と略密着しているため、金属溶融物のねじりコイルばね１５への付着は抑制できるが、隔離バリア１６は可動接触子１と共に回動するため、頻繁な開閉操作を行う場合、隔離バリア１６の機械的損傷が大きい。また受圧面積が大きく、遮断時のアークによる高い圧力を瞬間的に受けた場合大きく変形しやすく、変形により可動接触子１の回動を妨げたり、可動接点２と固定接点３との接触圧力を低下させるなど信頼性を損なうという問題点があった。
【００１４】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、アークによる金属溶融物のねじりコイルばね１５への付着を防止し信頼性のある回路遮断器を得ることを目的とする。
また、機械的損傷が小さく、信頼性の高い回路遮断器を得ることを目的とする。また、信頼性が高く安価な回路遮断器を得ることを目的とする。
さらに、可動接触子の固定接点に対向する対向部への金属溶融物の付着を防止して信頼性の高い回路遮断器を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、固定接点を有する固定接触子、固定接点と対向配置された可動接点を有する可動接触子、可動接触子を回動可能に軸支するクロスバー、可動接触子を挟んで両側に配設される一対のコイル部を有しクロスバーの支持軸にコイル部が嵌挿され可動接点を固定接点に所定の圧力で接触させるねじりコイルばねがクロスバー内部の空洞部内に設けられた回路遮断器において、コイルばねのコイル部の外周に円筒状の一対の絶縁バリアを設けるようにしたものである。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、絶縁バリアは開口部が拡張可能な弾力性を有する略Ｃ字状に樹脂で成形されたＣ字状遮蔽部材であるようにしたものである。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、絶縁バリアは開口部が拡張可能な弾力性を有する略Ｃ字状に形成された一対のＣ字状遮蔽部材と一対の略Ｃ字状遮蔽部材とこの一対のＣ字状遮蔽部材を可動接触子をはさんで連結する連結部材と可動接触子の固定接点と対向する対向部を覆って可動接点の近傍まで延在された延長部材とが弾力性のある樹脂で一体成形された連結遮蔽部材にしたものである。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、絶縁バリアはねじりコイルばねのコイル部とクロスバーとで挟持される可撓性のシート状遮蔽部材であるようにしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
図１、図２はこの発明の実施の一形態を示す図である。図１は回路遮断器の閉路状態を示す側断面図、図２はこの発明の絶縁バリアを示す図である。
図１において、２１は可動接触子、２２は可動接触子２１の一端に固着された可動接点、２３は可動接触子２１の回動により可動接点２２と接離する固定接点、２４は固定接点２３が固着されている固定接触子、２５は固定接触子２４の他端に設けられた端子部であり、外部から電線が接続される。２６は消弧装置であり、２６ａは可動接点２２および固定接点２３の間に発生したアークを冷却、消弧する磁性体の金属よりなる消弧板、２６ｂは消弧板２６ａを保持する消弧側板である。
【００２１】
２７はハンドル２８と連動する機構部、３３は機構部２７と連結されたクロスバーで、このクロスバー３３に可動接触子２１が支持軸３４により回動可能に支持されている。これらの構成の関係及び動作は図１０、図１１に示した従来のものと同様なので説明を省略する。
３５はコイル部３５ａを有するねじりコイルばねであり、コイル部３５ａが可動接触子２１を貫通する支持軸３４の両端に嵌挿されて可動接触子２１に時計方向の回転力を与える。これにより、回路遮断器が閉路状態のとき、可動接点２２と固定接点２３とを所定の圧力で接触させるための付勢力が与えられる。３５ｂはねじりコイルばね３５のばね部で、３５ｃは可動接触子２１の両側のコイル部３５ａを連結する連結部である。
３６は、可動接点２２、固定接点２３間に発生したアークを隔離する隔離バリアである。
【００２２】
４０はねじりコイルばね３５の一対のコイル部３５ａを遮蔽する外周遮蔽部材及び絶縁バリアとしてのチューブである。これは図１において、少なくとも可動接点２２の移動範囲Ｘにおける可動接点２２から見えるコイル部３５ａの部分Ｙ（黒く塗って示した部分）が遮蔽されるためのものである。
図２に示されるようにチューブ４０は円筒状のシリコンチューブを切断したものである。またチューブ４０の材質としてはシリコン樹脂以外にも、ビニル樹脂系のものや、フッ素樹脂系の材料を用いてもよい。
高温の金属溶融物の付着を防止するものであるから耐熱性の高いものがよいことはいうまでもなく、この点からシリコン系やフッ素系の樹脂が適している。
ねじりコイルの直径が１０ｍｍから２０ｍｍ程度のものに対し、チューブ４０の厚さは加工性や弾力性の面から０.５から２ｍｍ程度が望ましい。またチューブ４０のコイル部３５ａへの装着性の点から、チューブ４０の内径をコイル部３５ａの寸法誤差を考慮してコイル部３５ａの外径よりわずかに大きくする。
【００２３】
可動接触子２１のクロスバー３３への組立工程は、ねじりコイルばね３５のコイル部３５ａにチューブ４０で被覆したものを用いること以外は図１０、図１１により示した従来のものと同様なので省略する。
【００２４】
次に動作について説明する。図１に示すように、少なくとも可動接触子２１の可動接点２２の移動範囲Ｘの可動接点２２から見えるコイルばね３５のコイル部３５ａの部分Ｙが遮蔽されるようにコイル部３５ａの外周全体をチューブ４０で覆ったので、金属溶融物のコイル部３５ａへの付着が防止でき、ねじりコイルばね３５の性能を低下させない。例えば、チューブ４０を装着することにより、可動接点２２と固定接点２３との間の接触圧力が初期状態の１/２以下にならないようにできる。
【００２５】
また、チューブ４０は可動接触子２１と共に回動せず、またチューブ４０の受圧面積が小さいので、遮断時のアークによる高い圧力のための変形や移動がなく、また可動接触子２１の回動や金属溶融物の飛来によるチューブ４０の機械的損傷を少なくすることができる。
【００２６】
発明の実施の形態２．
この発明の実施の形態２は、絶縁バリアとして略Ｃ字状の樹脂成形品のＣ字状遮蔽部材４１を用いたものである。
図３はこの発明の実施の形態２のＣ字状遮蔽部材４１の斜視図である。Ｃ字状遮蔽部材４１は合成樹脂の成形品で、その内径は、ねじりコイルばね３５のコイル部３５ａの外径よりやや小さく、Ｃ字の開口部４１ａの寸法Ａはコイル部３５ａの外径Ｂより少し小さく、しまりばめとなっている。図において、Ｃ字の開口部４１ａをコイル部３５ａにあてがい押し込むと、Ｃ字形開口部が樹脂成形品の弾力性によりコイル部３５ａの径より広く拡張されて簡単に装着でき装着後脱落しにくい。Ｃ字状遮蔽部材４１の内径は、ねじりコイルばね３５のコイル部３５ａの外径とほぼ同じ大きさであってもよい。
【００２７】
Ｃ字状遮蔽部材４１の材質としては、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）に強化剤としてガラス繊維を３０ｗｔ％程度含有させた樹脂などがよい。成形品の肉厚はコイル部３５ａの径が例えば１０ｍｍから２０ｍｍのものに対し１から２ｍｍ程度が好ましく、強度や弾力性など必要に応じて増減するのが望ましい。
また略Ｃ字状の寸法例としてねじりコイルばね３５のコイル部３５ａの外径Ｂが例えば１０ｍｍの場合、Ｃ字状遮蔽部材４１の開口部４１ａの寸法Ａは装着性と外れにくさの点から８.５から９.５ｍｍ程度とするのが望ましい。
【００２８】
この構造のＣ字状遮蔽部材４１によれば、ねじりコイルばね３５の溶融金属の飛来する側の部分を遮蔽しているのでコイル部３５ａに金属溶融物の付着の可能性を小さくすると共に、Ｃ字状遮蔽部材４１が可動接触子２１と共に回動しないので機械的損傷が少ない。また、Ｃ字状遮蔽部材４１をＣ字構造の弾力性を有する樹脂成形品としたので着脱が容易で、またＣ字状遮蔽部材４１はその弾力性によりコイル部３５ａにしっかり保持され脱落しにくい。
【００２９】
発明の実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３の絶縁バリアとしての連結遮蔽部材５１を示す斜視図である。
連結遮蔽部材５１は一対のＣ字状遮蔽部材５１ａと上記一対のＣ字状遮蔽部材５１ａを可動接触子２１をはさんで連結する連結部材５１ｂと連結部材５１ｂの下辺５１ｄの延長部材５１ｃとが弾力性のある樹脂で一体成形されたものである。ここでＣ字状遮蔽部材５１ａは図３で示したＣ字状遮蔽部材４１と同様である。図４ではＣ字状遮蔽部材５１ａと連結部材５１ｂとは可動接触子２１の下側部分５１ｄで連結されており、また連結部材５１ｂと一体に延長部材５１ｃが形成
されており、可動接触子２１の固定接点２３と対向する対向部２１ｄを覆って可動接点２２の近傍まで延在している。
【００３０】
また連結部材５１ｂの側壁５１ｆには連結遮蔽部材５１を可動接触子２１に保持するためのＬ形の折曲部５１ｅを設けている。
連結遮蔽部材５１の弾力性のある樹脂の材質、肉厚については実施の形態１又は２のものと同様のものである。
図４においては、連結部材５１ｂと連結される延長部材５１ｃは対向部２１ｄのみを覆うものについて示したが、可動接点２２の近傍まで側壁５１ｆおよびＬ形の折曲部５１ｅを延長すればさらに効果的である。
【００３１】
この連結遮蔽部材５１の装着は、Ｃ字状遮蔽部材４１のＣ字開口部を上にして図４の下方からコイル部３５ａにあてがい装着した後、連結遮蔽部５１をコイル部３５ａを軸に回転させ、連結部５１ｂを樹脂成形品の弾力性を利用して可動接触子２１に嵌めこみ、保持用のＬ形折曲部５１ｅで可動接触子２１に保持することにより行われる。
【００３２】
この構造によれば、金属の飛来する側のねじりコイルばね３５の面を樹脂成形品のＣ字状遮蔽部材５１ａで遮蔽しているのでコイル部３５ａに金属溶融物が付着しない。また、一対のねじりコイルばね３５の両側が一体に連結されているので絶縁バリア５１の装着を容易としている。
また金属溶融物は金属には付着しやすいが樹脂には付着しにくいので、樹脂成形品で被覆されている可動接触子２１の固定接点２３に対向する面２１ｄにも金属溶融物２０が付着しない。
従って可動接触子２１に例えば図１１に示したように、可動接触子２１とクロスバー３３との間に金属溶融物２０が付着して可動接点２２と固定接点２３の接触不良を発生させるのを減少できるので信頼性を向上することができる。
【００３３】
発明の実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４の絶縁バリアとしてのシート状遮蔽部材４２を示す斜視図である。シート状遮蔽部材４２は略中央に可動接触子２１が貫通する長方形の開口部４２ｃを持つ可撓性の絶縁シートであり、例えば、高耐熱性のガラスクロスシートまたはシリコン系やフッ素系の樹脂フィルム等でできている。シート状遮蔽部材４２の開口部４２ｃに可動接触子２１が挿通され、上部は図７
に示すようにねじりコイルばね３５とクロスバー３３とで挟持されている。なおシート状遮蔽部材４２の形状は図６の斜視図に示す絶縁バリア４３のように切欠４３ａを有する略コ字状のものにしてもよい。ねじりコイルばねのコイル部３５ａの径が例えば１０から２０ｍｍのとき、ガラスクロスシートまたは樹脂フィルム等によるシート状遮蔽部材４２に使用される材料の厚さは０.１から０.５ｍｍ程度が可撓性の面から望ましい。
【００３４】
このようにシート状遮蔽部材４２として可撓性の絶縁シートを使用してねじりコイルばね３５に密着して装着するので、アークによる溶融物がコイル部３５ａとシート状遮蔽部材４２との隙間から侵入してコイル部３５ａに付着することを防止できる。
また、シート状遮蔽部材４２が可動接触子２１と共に回動しないので開閉による機械的損傷を少なくすることができる。
また、打ち抜き加工や折り曲げ加工により安価に製作できる。
【００３５】
請求項１記載の発明によれば、コイルばねのコイル部の外周に円筒状の一対の絶縁バリアを設けたので、遮断時に生成される金属溶融物のねじりコイルばねのコイル部への付着を防止でき、信頼性の向上を図ることができる。
【００３７】
請求項２記載の発明によれば、絶縁バリアは開口部が拡張可能な弾力性を有する樹脂で成形されたＣ字状遮蔽部材であるようにしたので、絶縁バリアの着脱が容易で、組立工数を低減でき安価にすることができる。
【００３８】
請求項３記載の発明によれば、絶縁バリアは開口部が拡張可能な弾力性を有する略Ｃ字状に形成された一対のＣ字状遮蔽部材と連結部材と可動接触子の固定接点と対向する対向部を覆って可動接点の近傍まで延在された延長部材とが樹脂により一体成形された連結遮蔽部材としたので、絶縁バリアの着脱を容易にするとともに、可動接触子の固定接点との対向面への金属溶融物の付着を防止でき、一層信頼性を向上することができる。
【００３９】
請求項４記載の発明によれば、絶縁バリアはねじりコイルばねのコイル部に挟持された可撓性のシート状遮蔽部材としたので、金属溶融物がねじりコイルばねのコイル部への付着を防止でき、安価に信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の一実施形態を示す回路遮断器の側断面図である。
【図２】発明の実施の形態１のチューブの装着を示す斜視図である。
【図３】発明の実施の形態２のＣ字状遮蔽部材の装着を示す斜視図である。
【図４】発明の実施の形態３の連結遮蔽部材の装着を示す斜視図である。
【図５】発明の実施の形態４のシート状遮蔽部材の装着を示す斜視図である。
【図６】発明の実施の形態４の他のシート状遮蔽部材を示す斜視図である。
【図７】発明の実施の形態４のシート状遮蔽部材の装着を示す斜視図である。
【図８】従来の回路遮断器の開路状態の側断面図である。
【図９】従来の回路遮断器の閉路状態の側断面図である。
【図１０】従来の可動接触子に関連する機構を示す部分図である。
【図１１】従来の回路遮断器の課題を説明するための図である。
【図１２】従来の遮断器の隔離バリアの構造図である。
【図１３】従来の遮断器の隔離バリアの構造図である。
【符号の説明】
２１可動接触子、２２可動接点、２３固定接点、
２４固定接触子、３３クロスバー、３５ねじりコイルばね、
３５ａコイル部、４０チューブ、４１Ｃ字状遮蔽部材、
４２シート状遮蔽部材、５１連結遮蔽部材

Claims

固定接点を有する固定接触子、上記固定接点と対向配置された可動接点を有する可動接触子、上記可動接触子を支持軸により回動可能に軸支するクロスバー、上記可動接触子を挟んで両側に配設される一対のコイル部を有し上記クロスバーの支持軸にコイル部が嵌挿され上記可動接点を上記固定接点に所定の圧力で接触させるねじりコイルばねが上記クロスバー内部の空洞部内に設けられた回路遮断器において、上記コイルばねのコイル部の外周に円筒状の一対の絶縁バリアを設けたことを特徴とする回路遮断器。
絶縁バリアは開口部が拡張可能な弾力性を有する略Ｃ字状に樹脂で成形されたＣ字状遮蔽部材であることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
絶縁バリアは開口部が拡張可能な弾力性を有する略Ｃ字状に形成された一対のＣ字状遮蔽部材と上記一対のＣ字状遮蔽部材を可動接触子をはさんで連結する連結部材と上記可動接触子の固定接点と対向する対向部を覆って可動接点の近傍まで延在された延長部材とが弾力性のある樹脂で一体成形された連結遮蔽部材であることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
絶縁バリアはねじりコイルばねのコイル部とクロスバーとで挟持される可撓性のシート状遮蔽部材であることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。