JP4742302B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、配線用遮断器，漏電遮断器などを対象に、そのモールドケース内に細隙消弧方式の電流遮断部を備えた回路遮断器に関する。

頭記の回路遮断器において、固定接触子と対をなす可動接触子の開閉移動経路に沿い、その両側に絶縁材からなる一対の細隙消弧板を配置してその対向壁面間に細隙空間を形成し、短絡電流の遮断時に固定／可動接点間に発生したアークを素早く消弧させて短絡電流を限流遮断するようにした細隙消弧方式の回路遮断器が知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。
次に、前記した細隙消弧方式の電流遮断部を備えた回路遮断器，および従来における細隙消弧板の構造例を図５〜図７に示す。
まず、回路遮断器の全体構造を図５に示す。図５において、１は回路遮断器のモールドケース、２は電源側端子と一体になる固定接触子、２ａは固定接点、３は回動式の可動接触子、３ａは可動接点、４は可動接触子３の接触子ホルダ、５は可動接触子３の開閉機構、６は操作ハンドル、７は過電流引外し装置（バイメタル式）、８はトリップクロスバー、９は可動接触子３の接点開閉移動経路に沿い、その両側に対峙しモールドケース１の消弧室内に配置した絶縁材（ポリエステル樹脂（汎用エンジニアリングプラスチック）などの高分子材料）の細隙消弧板、１０は細隙消弧板９の背後に併設した消弧グリッドである。なお、モールドケース１の内部に画成した消弧室は、消弧グリッド１０の背面側に開口するガス排気口を除いて周囲がモールドケースの仕切り壁で閉ざされている。

ここで、前記の細隙消弧板９に関して、図６（ａ），（ｂ）に示す構造（特許文献１参照）では、細隙消弧板９が、回路遮断器の遮断動作により閉極位置から開極位置に駆動される可動接触子３の移動経路の全長域を覆うような高さに設定されており、可動接点３ａの移動経路を挟んでその両側に対峙する細隙消弧板９の間には、可動接点３ａとの接触を避けるような間隔ｄに設定した細隙空間を形成している。
上記構成による電流遮断の動作原理は特許文献１に詳しく述べられており、短絡電流遮断時には前記細隙消弧板９の細隙効果により、固定接点２ａ／可動接点３ａ間に発生したアークａｒｃの断面積が増大するのを抑えつつ、細隙消弧板９がアーク熱を奪ってアークエネルギーを吸収する。さらに、アーク熱により細隙消弧板９の表面が熱分解して発生するガス（炭化水素系ガス）がアークを冷却するとともに、細隙空間に発生した圧力が可動接触子３を開極位置に押し上げる力として開極速度を速め、同時にアークを消弧グリッド１０に向けて伸長させるように作用する。これにより、固定／可動接点間に発生したアーク電圧が高くなって短絡電流が限流遮断される。

また、図７（ａ），（ｂ）に示す構成は、細隙消弧板９の高さを図６よりも低く設定して可動接触子３の開極終端位置では可動接点３ａが細隙消弧板９の間の細隙空間から抜け出すように設定し、細隙消弧板９の表面に付着した金属溶融物，炭化物などにより表面のメグオームが低下して接点間が再点弧するのを防ぐようにしている。
一方、前記した細隙消弧板９とは別に、固定／可動接触子の近傍にフッ素を含む部材を配置して、電流遮断時に固定／可動接点間に生じたアークの熱で消弧性のフッ素ガスを発生させ、このフッ素ガスをアークに混入させることでアークの温度，導電率を下げて遮断能力を高めるようにした遮断方式のものも知られている（例えば、特許文献３参照）。
実開平５−６６４３号公報 特開平４−２３３１１９号公報 特開２０００−３５７４２８号公報

ところで、先記の特許文献１，２で開示の細隙消弧板を備えた回路遮断器では、遮断性能面で次記のような問題点がある。すなわち、図６（ａ），（ｂ）の構成では、短絡電流の遮断時に可動接点３ａが開極位置に向けて移動する経路全域で細隙効果を有効に作用させることができるものの、一方では固定／可動接点間に発生したアークの熱に曝される細隙消弧板９の表面から多量の熱分解ガスが発生し、この発生ガスにより回路遮断器の遮断室の内圧が急激に異常増大する。このために、遮断電流が大きい場合には内圧の急激な上昇によってモールドケース（樹脂成形品）に過大な圧力荷重が加わり、ケースの機械的な強度が不十分であるとモールドケースが破壊するおそれがある。
しかも、昨今では資源の再利用化から、回路遮断器についてもモールドケースの材質を堅牢な熱硬化性樹脂からリサイクルの可能な熱可塑性樹脂に変更して構成することが進められているが、電流遮断時にモールドケースに過大な圧力が加わると熱可塑性樹脂製のモールドケースが破損するおそれがある。

かかる点、図７（ａ），（ｂ）のように細隙消弧板９の延在長さを短くした構成によれば、電流遮断時に細隙消弧板９から発生するガス総量を低減してモールドケース１の急激な内圧上昇を抑制することができるが、電流遮断時にアークに作用する細隙効果が細隙消弧板９の敷設領域に限定されることから、可動接触子３が開極終端位置付近まで移動して細隙空間から抜け出た領域では、細隙消弧板９の細隙効果が機能しないために高い遮断性能が得られないといった問題がある。
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、可動接点の移動経路全域で細隙消弧板による細隙効果，消弧作用を有効に発揮させて高い限流遮断性能を確保しつつ、遮断器ケースの過度な内圧上昇を抑制してモールドケースを安全に保護できるように電流遮断部の細隙消弧板を改良した回路遮断器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によれば、固定接触子と対をなす可動接触子の開閉移動経路に沿い、該開閉移動経路の両側に絶縁材からなる一対の細隙消弧板を配置してその対向壁面間に細隙消弧空間を形成した回路遮断器において、
前記細隙消弧板を可動接点開閉移動経路の全長域に沿って配置し、かつ該細隙消弧板を長手方向に沿って固定接点に近い前半領域と、該前半領域から先の後半領域とに区分した上で、前半領域は溶発量の大きな高分子材料，後半領域はフッ素を含む材料で構成するものとし（請求項１）、ここで細隙消弧板は具体的に次記のような態様で構成することができる。
（１）前記細隙消弧板の後半領域をフッ素樹脂成形品で構成する（請求項２）。
（２）前記細隙消弧板の後半領域の表面にフッ素を含む材料を被着する（請求項３）。
（３）可動接点開閉移動経路の両側に対峙する細隙消弧板の間の細隙間隔について、後半領域の細隙間隔を前半領域の細隙間隔よりも拡大して設定する（請求項４）。
（４）前項（３）において、細隙消弧板の前半領域と後半領域との境界の内壁面側に段差を形成し、該段差を境に後半領域の細隙間隔を前半領域の細隙間隔よりも拡大させる（請求項５）。
（５）前項（３）において、細隙消弧板の後半領域の内壁面にテーパー面を形成し、可動接触子の開極終端側に向けて後半領域の細隙間隔を前半領域の細隙間隔よりも漸次拡大させる（請求項６）。

上記の構成によれば、可動接点の開閉移動経路を挟んでその全長域に対峙する細隙消弧板の前半領域を溶発量の大きな高分子材料（汎用エンジニアリングプラスチック）で構成し、かつその細隙間隔は狭く設定している。これにより、電流遮断動作の前半行程で細隙効果を最大に発揮し、アーク熱により細隙消弧板の前半領域から発生する熱分解ガスと、消弧板との接触によりアークを強力に冷却してアークパワーのピーク値を低く抑えることができる。
一方、細隙消弧板の後半領域は耐アーク性が高く、かつアーク熱により消弧性ガスを発生するフッ素を含む材料で構成している。これにより、電流遮断動作の後半行程ではアーク熱を受けて細隙消弧板から発生したフッ素ガス（消弧性ガス）がアークに混入してアークの温度，導電率を低下させる。しかも、フッ素を含む材料（フッ素樹脂の成形品，あるいは細隙消弧板の表面にフッ素樹脂を含む材料でコーティングもしくはライニングする）は、汎用エンジニアリングプラスチックなどと較べて耐アーク性，耐トラッキング性が高く、体積抵抗率も高い特性を有していてアーク熱による分解ガス発生量も少ない。

これにより、電流遮断時に可動接触子の接点が固定接点から開離して開極終端位置に移動する開極行程の前半では、細隙消弧板による細隙効果を最大に発揮して接点間に発生したアークの抵抗を増大させ、開極行程の後半ではフッ素を含む材料による消弧機能を有効に作用させて高い限流遮断性能が得られるほか、遮断動作の全行程で細隙消弧板から発生するガス総量を低減して遮断器ケースの内圧が異常に上昇するのを低く抑え、熱可塑性樹脂で作られたモールドケースでも強度面で信頼性の高い回路遮断器を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図４に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図５，図６に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
まず、図１（ａ），（ｂ）に示す実施例の回路遮断器では、図６に示した従来構造と同様に可動接触子３の開閉移動経路に沿ってその全長域をカバーする長さの細隙消弧板９を配置しているが、この細隙消弧板９はその長手方向に沿って固定接点２ａに近い前半領域９ａと、該前半領域９ａから先の後半領域９ｂとに区分した上で、前半領域９ａは溶発量の大きな高分子材料（ポリエステル樹脂などの汎用エンジニアリングプラスチック）で構成し、後半領域９ｂはフッ素を含む材料（フッ素樹脂の成形品，あるいは汎用樹脂板の表面にフッ素樹脂を含む材料でコーティングもしくはライニングする）で構成している。
上記の構成により、短絡電流の遮断時に可動接点３ａが固定接点２ａから開離する開極動作の前半行程では、固定／可動接点間に発生したアークａｒｃに対して細隙消弧板９の前半領域９ａが高い細隙効果を発揮し、アークａｒｃと細隙消弧板９の接触，およびアーク熱により細隙消弧板９の前半領域９ａが溶発して発生した熱分解ガス（炭化水素系ガス）によりアークを強力に冷却し、そのアーク電圧を高めて電流ピークを低く抑える。一方、可動接触子３が細隙消弧板９の前半領域９ａを通過して後半領域（フッ素を含む材料）９ｂに移動すると、アーク熱を受けて後半領域９ｂの表面から発生したフッ素ガスがアークａｒｃに混入し、先記の特許文献３でも述べられているようにフッ素ガス中のフッ素原子がアーク中の電子と結合して負イオンになり、このときにアークの温度および導電率を低下させて電流を限流遮断する。しかも、フッ素を含む材料（フッ素樹脂）は耐アーク性，耐トラッキング性が高く、アーク熱による分解ガスの発生量も前半領域９ａの絶縁材（汎用エンジニアリングプラスチック）と較べて少なくなる。これにより遮断器モールドケースの過度な圧力上昇を抑え、また電流遮断後の再点弧発生を効果的に阻止できる。

次に、図１（ｂ）に示した細隙消弧板９についての応用実施例を図２〜図４に示す。これらの応用実施例では、可動接触子３の移動経路を挟んで対峙する細隙消弧板９の相互間に形成される細隙空間について、固定接点２ａに近い前半領域９ａの細隙間隔ｄ１に較べて、後半領域９ｂの細隙間隔ｄ２を拡大（ｄ１＜ｄ２）して設定するようにしている。
すなわち、図２に示す実施例の構造では、対峙する細隙消弧板９の内壁面側で、その前半領域９ａと後半領域９ｂとの境界に段差部９ａ−１を形成し、この段差部９ａ−１を境に後半領域９ｂの細隙間隔ｄ２を前半領域９ａの細隙間隔ｄ１よりも拡大させている。
この構成により、短絡電流の遮断時に可動接点３ａが固定接点２ａから開離する開極動作の後半行程では、前記段差部９ａから先の細隙間隔がｄ２に拡大した分だけ細隙効果が多少低まるものの、アーク熱を受けて細隙消弧板９の後半領域９ｂから発生する熱分解ガスの発生量は図１（ｂ）の構造（後半領域９ｂでの細隙間隔ｄ１）よりも減少して遮断器ケースの内圧上昇を低減させ、さらに開極終端位置では可動接触子３と細隙消弧板９との間の絶縁間隔が大きくなって再点弧の発生防止に寄与する。

また、図３，図４に示す応用実施例では、細隙消弧板９の後半領域９bの内壁面に開極終端側に向けて傾斜した直線状のテーパー面９ｂ−１（図３），あるいは円弧状のテーパー面９ｂ−２（図４）を形成し、可動接点３ａの移動経路を挟んでその両側に対峙する細隙消弧板９の後半領域９ｂの間に細隙空間の間隔をｄ１からｄ２に漸次拡大するようにしている。この構成により、図２と同様な効果を奏するとともに、開極動作時の中間行程での細隙効果を図２に示した段差部構造よりも高めることができる。

本発明の実施例に係わる回路遮断器の構成図で、（ａ）は遮断器の全体構造図、（ｂ）は（ａ）における電流遮断部の断面図 図１（ｂ）と異なる実施例の構成断面図 図２の応用実施例の構成断面図 図３と異なる応用実施例の構成断面図 細隙消弧方式を採用した配線用遮断器の全体構成図 図５における電流遮断部の従来例の構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図 図６と異なる従来例の構成図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図

符号の説明

２ 固定接触子
２ａ 固定接点
３ 可動接触子
３ａ 可動接点
９ 細隙消弧板
９ａ 前半領域
９ａ−１ 段差部
９ｂ 後半領域
９ｂ−１ 直線状テーパー面
９ｂ−２ 円弧状テーパー面
ａｒｃ アーク
ｄ１，ｄ２ 細隙間隔

Claims (6)

1. 固定接触子と対をなす可動接触子の開閉移動経路に沿い、該開閉移動経路の両側に絶縁材からなる一対の細隙消弧板を配置してその対向壁面間に細隙消弧空間を形成した回路遮断器において、
   前記細隙消弧板を可動接点開閉移動経路の全長域に沿って配置し、かつ該細隙消弧板を長手方向に沿って固定接点に近い前半領域と、該前半領域から先の後半領域とに区分した上で、前半領域は溶発量の大きな高分子材料，後半領域はフッ素を含む材料で構成したことを特徴とする回路遮断器。
2. 請求項１記載の回路遮断器において、細隙消弧板の後半領域をフッ素樹脂成形品で構成したことを特徴とする回路遮断器。
3. 請求項１記載の回路遮断器において、細隙消弧板の後半領域の表面にフッ素を含む材料を被着したことを特徴とする回路遮断器。
4. 請求項１ないし３記載の回路遮断器において、可動接点開閉移動経路の両側に対峙する細隙消弧板の間の細隙間隔について、後半領域の細隙間隔を前半領域の細隙間隔よりも拡大設定したことを特徴とする回路遮断器。
5. 請求項４記載の回路遮断器において、細隙消弧板の前半領域と後半領域との境界の内壁面側に段差を形成し、該段差を境に後半領域の細隙間隔を前半領域の細隙間隔よりも拡大させたことを特徴とする回路遮断器。
6. 請求項４記載の回路遮断器において、細隙消弧板の後半領域の内壁面にテーパー面を形成し、可動接触子の開極終端側に向けて後半領域の細隙間隔を前半領域の細隙間隔よりも漸次拡大させたことを特徴とする回路遮断器。

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