JP4337664B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、電路に過電流が流れたときに電流を遮断する回路遮断器、特に大電流遮断時における遮断性能を高めるようにした橋絡形の回路遮断器に関するものである。

従来の回路遮断器では、例えば特許文献１の第７段落および図２に示されるように、回路遮断器の筐体に取り付けられた固定ゲージの上下方向（可動接触子開閉動作方向）の中心穴に押しボタンを嵌入し、固定ゲージの側壁の開口と押しボタンの側面に設けたポートを、接点ブリッジ（可動接触子）が貫通するようにし、固定ゲージの底部と接点ブリッジの間に接点付勢スプリング（接圧バネ）を配して小形の補助組立体として構成している。これにより、組立性の改善を図っている。さらに、同特許文献の第９段落および図３に示されるように、回路遮断器の高さ（可動接触子開閉動作方向の寸法）を低減するために、筐体底部の下方突出部の形状に相当する中央穴部に嵌入するよう、固定ゲージ底部を突出させている。

特開平６−６８７７１号公報

従来の回路遮断器は、以上のように構成され、接圧バネを筐体底壁面と可動接触子との間に設けており、この接圧バネが圧縮時においても所定の寸法以下にならないため、消弧空間の可動接触子開閉動作方向の寸法（高さ方向寸法）を必ずしも小さくできないという問題があった。また、筐体底部の下方突出部の形状に相当する中央穴部の大きさは、回路遮断器を外部レールに取り付けるために、外部レール形状に合わせて設けられた、筐体底部の形状に依存する。したがって、通電容量が大きい回路遮断器などのように接圧バネ径を大きくする必要がある場合は、この中央穴部を回路遮断器の高さの低減に利用することはできないという問題点があった。

本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、接点開離距離を短縮することなく、消弧空間の可動接触子開閉動作方向の寸法を低減して小型化が可能な回路遮断器を提供することを目的とするものである。

本発明に係る回路遮断器は、第１および２可動接点を有する可動接触子と、上記第１および２可動接点と夫々接点対を形成する第１および２固定接点を有する第１および２固定接触子と、上記第１および２固定接点の上記可動接触子と反対側に配置される開閉機構部と、上記開閉機構部を収納する開閉機構部収納空間と、上記第１および２固定接触子の少なくとも固定接点側端部と上記可動接触子とを収納する消弧空間とを分離する隔壁と、上記隔壁を貫通し上記第１固定接触子と第２固定接触子との間に配置されて上記開閉機構部の開閉動作を上記可動接触子に伝える動作軸とを備える回路遮断器において、上記動作軸は、上記開閉機構部の開閉動作に連動し開動作時に上記可動接触子を上記固定接触子から開離する方向に押圧する中空の押圧部材と、一端が上記押圧部材に、他端が上記可動接触子にそれぞれ係合されて上記押圧部材の中空部に配置され、上記可動接触子を上記固定接触子方向に付勢する接圧バネと、上記押圧部材の外周面または内周面に摺動可能に配置されると共に、一端が上記可動接触子に固定された筒状のカバー部材と、上記カバー部材の内側空間と上記消弧空間とを連通する消弧空間連通用開口とを有しているものである。

このような構成によれば、可動接触子が固定接触子から開離する時に接圧バネが邪魔にならないため、接点開離距離を短縮することなく消弧空間の可動接触子開閉動作方向の寸法を低減することができる結果、回路遮断器の小型化が可能となる。

実施の形態１．
図１〜図４は本発明の実施の形態１による回路遮断器を説明するための図であり、より具体的には、図１は一部破断して内部を示し、可動接触子開離（開極）時の様子を表す斜視図、図２は図１の要部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図、図３は図１の要部を示し、接圧バネが縮んだ状態を表す断面図、図４は図１の要部を示し、接圧バネが伸びた状態を表す断面図である。

図１に示すように、可動接触子３の両端部には各々第１および２可動接点１、２が固着されており、これらの可動接点１、２よりさらに先端側には各々アークホーン４、５が設けてある。この可動接触子３と接触子対を形成する第１および２固定接触子６、７には、第１および２可動接点１、２と接点対を形成する第１および２固定接点８、９が各々固着されている。第１および２固定接触子６、７は、電路を略Ｕ字状にして間隔を介して横向きに対向配置し、短絡電流遮断時に可動接触子３との間で電磁反発力が発生するようにしている。
この回路遮断器の通電時の電路は、一方の端子部１２、リレー部１４、第１の固定接触子６、可動接触子３、第２の固定接触子７、他方の端子部１３にて構成される。

リレー部１４、開閉機構部１５、第１および２固定接触子６，７、可動接触子３、開閉機構部１５の開閉動作を可動接触子３に伝える動作軸、および複数の消弧板１８は、筐体１００に収納されており、開閉機構部１５を収納する開閉機構部収納空間と、第１および２固定接触子６，７と可動接触子３とを収納する消弧空間とは隔壁２１により分離されている。複数の消弧板１８は、可動接触子３の両端部近傍にそれぞれ配設され、可動接触子３が固定接触子６，７から開離した時に生じるアークを消弧する。なお、図１では図に向かって右側の消弧板は図示していない。消弧板１８の側部には消弧側板１９が配設されている。また、筐体１００には排気口１１１，１１２が設けられている。

動作軸は、開閉機構部１５の開閉動作に連動し開動作時に可動接触子３を固定接触子６，７から開離する方向に押圧する中空の押圧部材１７と、一端が押圧部材１７に、他端が可動接触子３にそれぞれ係合されて押圧部材１７の中空部に配置され、可動接触子３を固定接触子６，７方向に付勢する接圧バネ（図１では図示せず）と、押圧部材１７の外周面に摺動可能に配置されると共に、一端が可動接触子３に固定された筒状のカバー部材１６と、カバー部材１６の内側空間と消弧空間とを連通する消弧空間連通用開口に相当する貫通孔２６とを有している。
すなわち、可動接触子３には筒状のカバー部材１６が固定され、このカバー部材１６の内側に一部もしくは全部が嵌入された中空の押圧部材１７が配置されている。この押圧部材１７と可動接触子３は中空の押圧部材１７の内部空間（中空部）に設けられた接圧バネ（図１では図示せず）にて引き合うように付勢されている。押圧部材１７は、隔壁２１を貫通しており、開閉機構部１５の開閉動作に連動して可動接触子３の開閉動作方向（図１に矢印で示す方向であり、図１に向かって上下方向である。）に移動し、開閉機構部１５の開動作時に可動接触子３を固定接触子６，７から開離する方向に押圧する。
開閉機構部１５は、押圧部材１７と反対側にて筐体１００の外部へと伸びる手動操作ハンドル１１０と接続されている。
また、可動接触子３が開離（開極）する方向（図１に向かって下方）にある筐体底壁面１０１がこの回路遮断器の取付面となっており、筐体底壁面１０１の中心部には、回路遮断器を外部レールに取り付けるための窪みが設けられている。

このような回路遮断器で、短絡電流等の大電流を遮断する場合、リレー部１４からの指令により開閉機構部１５が動作するより早く、接点対１と８、２と９間での電流集中による電磁反発力と、略並行で反対方向の電流が流れる、固定接触子６，７導体と可動接触子３導体との間の電磁反発力と（以下、接点対１と８、２と９間の電磁反発力と、固定接触子６，７導体と可動接触子３導体との間の電磁反発力とを合わせて接触子３と６、３と７間の電磁反発力という。）により、可動接触子３が筐体底壁面１０１側に移動して接点１と８、２と９が開離する。これに伴い、２つの接点対１と８、２と９間に夫々アークが発生し、これらのアークは、自己電流による電磁力と消弧空間内で発生する圧力勾配により、左右の消弧板１８へと夫々駆動され、分断、消弧される。
なお、本実施の形態では、前述の固定接触子６，７導体と可動接触子３導体との間の電磁反発力と、接点対１と８、２と９間に発生したアークを駆動する力とを強化するために、略Ｕ字状の固定接触子６，７のＵ字状ループ内には、磁性体板を積層したコア１０が設けられている。

次に、図２〜図４を用いて動作軸について詳細に説明する。
可動接触子３の中央部には、カバー部材１６の中空部と消弧空間とを連通する消弧空間連通用開口に相当する貫通孔２６が形成されている。接圧バネ２２は押圧部材１７の内部空間（中空部）に配置されており、その一端はピン２３により可動接触子３に係合され、他端はピン２４により押圧部材１７に係合されている。
押圧部材１７と可動接触子３とは、接圧バネ２２により互いに引き合うように構成されており、すなわち、接圧バネ２２は可動接触子３を固定接触子方向に付勢しており、さらに、押圧部材１７は、反可動接触子側（可動接触子３と反対側）に設けられた穴１７ａにて開閉機構部１５と係合しており、開閉機構部１５が押圧部材１７を開閉機構部１５側に引き上げることにより可動接点１，２が固定接点８，９に接触して閉極し、反対に押圧部材１７を可動接触子３側に押し下げることにより可動接点１，２が固定接点８，９から開離して開極する。また、カバー部材１６は、爪部２５により可動接触子３と係合して可動接触子３に固定されており、可動接触子３と一体となって動く。

ここで、上述したように、開閉機構部１５の動作に先立って、接触子３と６、３と７間の電磁反発力で可動接触子３が開極すると、図４に示すように、接圧バネ２２が延びて、接圧バネ２２の一部が、押圧部材１７の中空部の外へと移動する。この時、カバー部材１６が無ければ、上記押圧部材１７の中空部の外へと移動した接圧バネ２２部分は、接点対１と８、２と９間に発生したアークと直接向き合い、アークに起因する熱により損傷を受ける。つまり、カバー部材１６は、主に、接圧バネ２２をアークから守るために、すなわち接圧バネ２２をカバーするために、設けられている。

本実施の形態のように、接圧バネ２２を押圧部材１７内部に収納すれば、従来のように、筐体底壁面１０１と可動接触子３の間に接圧バネ２２を設ける必要がなくなる。因って、可動接触子３を筐体底壁面１０１まで開極させることが可能となるので、所望の遮断性能を得るために必要な接点開離距離を確保するのに要する消弧空間の可動接触子開閉動作方向の寸法を小さくできる。特に、本実施の形態のように、筐体底壁面１０１を回路遮断器の取付面とする場合には、回路遮断器を外部レールに取り付けるための窪みが筐体底面に設けられるので、このような接圧バネ２２の配置が、回路遮断器の高さ寸法低減に特に有効となる。

大電流を遮断する回路遮断器においては、非常に大きなエネルギーを有するアークが発生するため、アークを処理する消弧板１８などの消弧装置が配置される消弧空間と、開閉機構部１５およびリレー部１４が配置される開閉機構部収納空間とを隔壁２１にて区切り、アークの熱およびそれに伴う溶融物が開閉機構部１５およびリレー部１４に達して、これらが損耗することを防止している。

しかしながら、隔壁２１が存在すると、大電流遮断時には、可動接触子３が収納されている消弧空間と開閉機構部１５が収納されている開閉機構部収納空間との間で圧力差が発生する。この圧力差は、隔壁２１を貫通して設けられている押圧部材１７を開閉機構部収納空間側へと押す力となる。さらに、可動接触子３とカバー部材１６とは、この押圧部材１７の下部先端をキャップ状に覆っているので、もし仮に可動接触子３の中央部に設けた貫通孔２６が無ければ、消弧空間の圧力上昇に伴い、可動接触子３は押圧部材１７側へと力を受け、先述の接触子３と６、３と７間の電磁反発力による開極動作が阻害され、遮断不能や再点弧が発生する場合がある。

そこで、本実施の形態では、可動接触子３に貫通孔２６を設けることにより、消弧空間とカバー部材１６の内側空間との圧力差を緩和して、上記開極動作の阻害の発生を防いでいる。したがって、確実に接触子３と６、３と７間の電磁反発力により開極でき、優れた遮断性能を実現できる。
さらに、本実施の形態では、カバー部材１６の内側空間と消弧空間とを連通する消弧空間連通用開口（貫通孔２６）を、可動接触子３中央部のカバー部材１６の内側空間と消弧空間とを仕切る部分に、筐体底壁面１０１に向けて開口するように設けている。これは、アークと対面しない位置に貫通孔２６を設けることにより、貫通孔２６から流れ込むアークに起因するホットガスの温度を低くして、接圧バネ２２の損耗を防止するためである。消弧空間連通用開口（本実施の形態では貫通孔２６）が接点対１と８，２と９間に発生するアークに対面するカバー部材１６の部位に設けられた場合、アークに起因する高温のガス流が接圧バネ２２を収納している空間に流れ込み、バネがなまるなどの損傷が発生する。その結果、短絡電流遮断後の再通電不能、再通電時の異常温度上昇などの原因となる。

このように、本実施の形態では、カバー部材１６の内側空間と消弧空間とを連通する消弧空間連通用開口（貫通孔２６）を設けることにより、大電流遮断時の消弧空間の圧力上昇により可動接触子３が閉極方向に力を受けて開極動作が遅れるのを防止した。しかしながら、カバー部材１６の内側空間を介して高圧の消弧空間と連通して高圧となった押圧部材１７の中空部と、開閉機構部収納空間との圧力差は依然として緩和されていない。この押圧部材１７の中空部と開閉機構部収納空間との圧力差は、開閉機構部１５の開動作を妨げるように作用する。
大電流遮断時に接触子間の電磁反発力により開極した可動接触子３は、遮断動作後半には事故電流瞬時値の減少に伴い電磁反発力（開極力）が低下して、その力が接圧バネ２２の力（閉極力）より小さくなり、閉極動作を開始する。この閉極動作に伴い、接点間距離が小さくなり、所定の接点間距離より小さくなると接点間でアークが再点弧する。この所定の接点間距離より小さくなる前に、開閉機構部１５が押圧部材１７を所定の接点間距離まで押し下げれば、アークの再点弧は防止でき、確実に短い時間で遮断を完了でき、固定接触子６，７、可動接触子３、消弧板１８などの消弧装置の損耗を防いで、繰返し使用できる回路遮断器を実現できる。

そこで、本実施の形態では、上述の開閉機構部１５の動作を妨げる、押圧部材１７に作用する圧力差を緩和するために、押圧部材１７の中空部と開閉機構部収納空間とを連通する開閉機構部収納空間連通用開口２８を設けた。すなわち、図３および４に示すように、隔壁２１より開閉機構部収納空間側に位置する押圧部材１７の部位に、中空の押圧部材１７の内外を貫通する開口２８を設けた。これにより、押圧部材１７に働く圧力差が緩和されるので、大電流遮断時の消弧空間の圧力上昇により動作軸（押圧部材１７）が開閉機構部１５側へと押し戻される力を低減でき、開閉機構部１５により押圧部材１７を即座に押し下げることが可能となり、開閉機構部１５の動作遅れに起因する遮断不能および再点弧が発生し難い回路遮断器を実現できる。

なお、本実施の形態では、カバー部材１６の内側空間と消弧空間とを連通する消弧空間連通用開口（貫通孔２６）と、押圧部材１７の中空部と開閉機構部収納空間とを連通する開閉機構部収納空間連通用開口２８との両方を設けた場合について示したが、消弧空間連通用開口（貫通孔２６）のみを設けてもよく、大電流遮断時の消弧空間の圧力上昇により可動接触子３が閉極方向に力を受けて開極動作が遅れ、遮断不能となることを防止できる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２による回路遮断器を説明するための図であり、より具体的には、要部を示す正面図である。
上記実施の形態１では、消弧空間連通用開口に相当する貫通孔２６を可動接触子３に配置した場合について説明したが、本実施の形態では、図５に示すように、消弧空間連通用開口に相当するスリット２７を、カバー部材１６における可動接触子３の長手方向に並行な壁面に配置した。すなわち、消弧空間連通用開口が接点間に発生するアークと対面しないように、筒状のカバー部材１６の可動接触子３側端部にある爪部２５の横から延びる複数のスリット２７としている。

本実施の形態においても、上記実施の形態１の場合と同様に、大電流遮断時の消弧空間の圧力上昇による可動接触子３の開極動作遅れを防止できるとともに、接点開離時に発生するアークによる接圧バ２２の損耗を防止できる。
さらに、実施の形態１では可動接触子３の導体幅の関係上、カバー部材１６内外の圧力差を十分緩和するのに必要な開口（貫通孔２６）面積を確保し難い場合がある。これに対して、本実施の形態では、スリット２７の可動接触子開閉動作方向の寸法を大きくすることにより十分な開口面積を確保することができるので、接圧バネ２２の損傷を発生させることなくカバー部材１６内外の圧力差を十分に緩和でき、大電流遮断時の消弧空間の圧力上昇による可動接触子３の開極動作遅れを防止できる。
さらに、図５に示すような、筒状のカバー部材１６の可動接触子３側端部にある爪部２５の横から延びるスリット２７を設けることにより、カバー部材１６に設けた爪部２５を可動接触子３に係合させるための弾性を、カバー部材１６の可動接触子３側端部に与えることが可能となる。

なお、上記各実施の形態では、カバー部材１６が押圧部材１７の外周面に摺動可能に配置される場合について示したが、カバー部材１６が押圧部材１７の内周面に摺動可能に配置されてもよく、同様の効果が得られる。

また、上記各実施の形態では、開閉機構部１５の開動作時に押圧部材１７が可動接触子３を直接押圧するように構成した場合について示したが、これに限るものではない。例えば、押圧部材１７がカバー部材１６を押圧することにより間接的に可動接触子３を押圧するように構成してもよい。また、この場合、押圧部材１７は隔壁２１を貫通せずにカバー部材１６が隔壁２１を貫通するように構成してもよい。

なお、上記各実施の形態では、本発明を主に単極回路遮断器に適用した場合ついて説明したが、本発明は多極回路遮断器にも適用でき、同様な効果が得られることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１による回路遮断器を一部破断して内部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１による回路遮断器の要部を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。 本発明の実施の形態１による回路遮断器の要部を示し、接圧バネが縮んだ状態を表す断面図である。 本発明の実施の形態１による回路遮断器の要部を示し、接圧バネが伸びた状態を表す断面図である。 本発明の実施の形態２による回路遮断器の要部を示す正面図である。

符号の説明

１，２ 第１および２可動接点、３ 可動接触子、４，５ アークホーン、６，７ 第１および２固定接触子、８，９ 第１および２固定接点、１０ コア、１２，１３ 端子、１４ リレー部、１５ 開閉機構部、１６ カバー部材、１７ 押圧部材、１８ 消弧板、１９ 消弧側板、２１ 隔壁、２２ 接圧バネ、２３，２４ ピン、２５ 爪部、２６ 貫通孔、２７ スリット、２８ 開閉機構部収納空間連通用開口、１００ 筐体、１０１ 筐体底壁面、１１０ ハンドル、１１１，１１２ 排気口

Claims (3)

1. 第１および２可動接点を有する可動接触子と、
   上記第１および２可動接点と夫々接点対を形成する第１および２固定接点を有する第１および２固定接触子と、
   上記第１および２固定接点の上記可動接触子と反対側に配置される開閉機構部と、
   上記開閉機構部を収納する開閉機構部収納空間と、上記第１および２固定接触子の少なくとも固定接点側端部と上記可動接触子とを収納する消弧空間とを分離する隔壁と、
   上記隔壁を貫通し上記第１固定接触子と第２固定接触子との間に配置されて上記開閉機構部の開閉動作を上記可動接触子に伝える動作軸と
   を備える回路遮断器において、
   上記動作軸は、
   上記開閉機構部の開閉動作に連動し開動作時に上記可動接触子を上記固定接触子から開離する方向に押圧する中空の押圧部材と、
   一端が上記押圧部材に、他端が上記可動接触子にそれぞれ係合されて上記押圧部材の中空部に配置され、上記可動接触子を上記固定接触子方向に付勢する接圧バネと、
   上記押圧部材の外周面または内周面に摺動可能に配置されると共に、一端が上記可動接触子に固定された筒状のカバー部材と、
   上記カバー部材の内側空間と上記消弧空間とを連通する消弧空間連通用開口と
   を有していることを特徴とする回路遮断器。
2. 消弧空間連通用開口を、カバー部材の、可動接触子の長手方向に並行な壁面、または可動接触子に配置したことを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
3. 押圧部材の中空部と開閉機構部収納空間とを連通する開閉機構部収納空間連通用開口を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の回路遮断器。

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