JP4905112B2 - 回路遮断器の過電流引外し装置 - Google Patents

Description

本発明は、低圧配電系統に適用する小定格仕様（３０Ａ以下）の配線用遮断器を実施対象とする回路遮断器の過電流引外し装置に関する。

まず、小定格仕様の配線用遮断器（例えば、フレームサイズ１２５ＡＦ（アンペアフレーム），定格電流３０Ａ以下）として現在市場に展開している製品を例に、従来における回路遮断器，およびその過電流引外し装置の構成を図７に示す。図７において、１は遮断器の本体ケース（モールド樹脂ケース）、２は電源側端子、３は負荷側端子、４は固定接触子、５は可動接触子、６はグリッド形の消弧装置、７はトグルリンク式の開閉機構、８は開閉操作ハンドル、９は開閉機構７のラッチに連係するトリップクロスバーであり、負荷側端子３と可動接触子５との間には次記のようにバイメタルと電磁引外し装置を組合せた熱動−電磁形の過電流引外し装置を配置して主回路の通電路に接続し、この過電流引外し装置の操作端を前記トリップクロスバー９に対峙させている。

ここで、熱動−電磁形の過電流引外し装置は、固定ヨーク１０に電磁コイル１１，アーマチュア１２，復帰ばね１３を組合せ、アーマチュア１２の上部操作端をトリップクロスバー９に対向させて本体ケース１の底部に設置した瞬時動作形の電磁引外し装置１４と、下端を接続板１５に結合して本体ケース１の底部上に直立姿勢で支持し、上部操作端を調整ねじ１６を介してトリップクロスバー９に対向させた直熱形のバイメタル１７とからなり、接続板１５と可動接触子５との間、およびバイメタル１７と電磁コイル１１との間を可撓リード線で接続し、さらに電磁コイル１１を負荷側端子３に直列に接続している。

上記の構成で、主回路に定格電流の１０倍を超える大きな過電流（短絡電流）が流れると、電磁引外し装置１４のアーマチュア１２が待機位置から反時計方向に回動して固定ヨーク１０に吸引され、アーマチュア１２の上部操作端がトリップクロスバー９を叩く。これにより開閉機構７の鎖錠が釈放され、可動接触子５／固定接極子４間を開離して電流を遮断する。

また、主回路に定格電流以上の過負荷電流が継続して流れた場合には、バイメタル１７に通流する過負荷電流のジュール熱でバイメタル自身が湾曲変位し、その上端に設けた調整ねじ１６を介してトリップクロスバー９を押す。これにより前記と同様に開閉機構７が釈放動作して可動接触子５／固定接触子４間を開離させる。
次に、前記した小定格仕様の配線用遮断器とは仕様が異なる大定格仕様（例えば、１２５ＡＦ，定格電流４０Ａ以上）の配線用遮断器に採用されている熱動−電磁形過電流引外し装置の構造を図８に示す。

この大定格仕様の配線用遮断器に搭載した主要機能部品は図７に示した小定格仕様の配線用遮断器と共通であるが、熱動−電磁形の過電流引外し装置については次記構造の引外し装置を採用している。すなわち、定格電流の小さな小定格仕様の遮断器では、瞬時動作形の電磁引外し装置１４としてアーマチュア１２の駆動に必要な磁気吸引力を確保するために固定ヨーク１０に電磁コイル１１を組合せて大きなアンペアターンを得るようにしているのに対して、定格電流の大きな大定格仕様の遮断器では、電磁引外し装置として電磁コイルを省略し、主回路の通電導体（バー導体）を流れる過電流で誘起する磁界を利用してアーマチュアを吸引動作させるようにしている。また、熱動引外し用のバイメタルは傍熱形として前記通電導体に近接配置し、通電導体に流れる電流のジュール熱によりバイメタルを加熱して湾曲変位させるようにしている。

すなわち、図８において、１８が負荷側端子３と可動接触子（不図示）に通じる接続板１５との間に跨がってケースの底部から起立姿勢に敷設した通電導体（バイメタルの加熱ヒータを兼ねたバー導体）であり、この通電導体１８はその脚部をＬ字形に屈曲形成した上で、前記接続板１５に重ねて本体ケース１の底部に締結ねじ１９で友締めしている。また、この通電導体１８の中間部位を囲むようにコ字形の固定ヨーク１０、およびその外側を囲むアーマチュア支持枠２０を重ねて通電導体の背面にリベット止めしている。そして、固定ヨーク１０の接極面に対向配置したアーマチュア１２を前記支持枠２０に枢支して組み付けている。なお、２０ａはアーマチュア１２を回動自在に枢支する軸受部、２０ｂはアーマチュア１２との間に張架した復帰ばね１３の掛け止めするアーム、２０ｃはアーマチュア１２の待機回動角度を規制するストッパアームである。一方、バイメタル１７は前記通電導体１８に添わせて前方に敷設し、その下端部を固定ヨーク１０の下方位置で通電導体１８にリベット２１で結合しており、これで熱動−電磁形過電流引外し装置のユニットを構成している。

上記の構成で、主回路に接続した通電導体１８に大きな過電流（短絡電流）が流れると、その電流で誘起した磁界により固定ヨーク１０とアーマチュア１２との間に磁気吸引力が働き、アーマチュア１２は復帰ばね１３のばね力に抗して固定ヨーク１０の接極面に瞬時に吸引されて反時計方向に回動する。これにより、アーマチュア１２の上部操作端がトリップクロスバー９を叩き、開閉機構（図７参照）をトリップさせて可動接触子５を開極し、電流を遮断する。また、定格電流の１０倍以下の過負荷電流が流れた場合には、通電導体１８に発生するジュール熱を受けて昇温したバイメタル１７が湾曲変位し、その上端部に取付けた調整ねじ１６がトリップクロスバー９を押して前記と同様に可動接触子５を開離させる。

なお、前記したユニット組立体になる熱動−電磁形過電流引外し装置は、本発明と同一出願人より先に出願しており（特許文献１参照）、その詳細な構造，動作は特許文献１に詳しく述べられている。
特許第２８６１４４６号公報

前述のように現在市場に展開している従来の配線用遮断器は、同じフレームサイズであってもその定格電流によってタイプの異なる過電流引外し装置を使い分けて製品を製作しているのが現状である。
すなわち、図７に示した小定格仕様（定格電流３０Ａ以下）の熱動−電磁形過電流引外し装置の構造と、図８に示した大定格仕様（定格電流４０Ａ以上）の熱動−電磁形過電流引外し装置とでは組立構造，個々の部品形状が大きく異なる。しかも、小定格仕様の過電流引外し装置は、通電電流に合わせて作られた電磁コイルなどの小定格専用の部品点数も多く、かつバイメタル１７は電磁引外し装置１４のアーマチュア１２との機械的な干渉を避けるために取付位置をずらして本体ケース１に独立的に取付け、その上部に設けた調整ねじ１６をトリップクロスバー９に対向させている。このために、過電流引外し装置の占有スペースが大きくなるほか、組立部品の管理，取扱いが煩雑で回路遮断器への組込み工数が多く、また部品の組立位置調整も要して製品がコスト高となる。

かかる点、小定格仕様の回路遮断器に搭載する熱動−電磁形過電流引外し装置(図７参照)を、大定格仕様用の過電流引外し装置（図８参照）と同様なコイルレス方式の電磁引外し装置を用い、これに主回路を通流する熱動形のバイメタルを組み合わせて一体化したユニット構造を採用できれば、コンパクトな構成で部品の管理，取扱いも簡単、かつ遮断器への組込み工数も削減でき、さらに過電流引外し動作の安定化も期待できる。

しかしながら、図８に示したユニット組立構造の熱動−電磁形過電流引外し装置を小定格仕様の回路遮断器に適用して同じフレームサイズの本体ケースに搭載装備しようとすると次記のような問題が新たに生じる。すなわち、図８の構造ではバー導体（通電導体１８）を支脚として、このバー導体に固定ヨーク１０，およびバイメタル１７を上下に並べてリベット結合している。このために、固定ヨーク１０の接極面長さＬ1，およびバイメタル１７の作動長Ｌ2(バイメタルの湾曲変位可能な実効長)が本体ケース１の外形サイズ（高さ）との関係で制約されることになる。

しかも、過電流引外し装置の動作特性は定格電流を基準にした電流の倍率で定めていることから、小定格仕様では電磁引外し動作に必要な磁気吸引力を確保するためにも固定ヨーク１０の接極面長さＬ１を大定格仕様に比べて長く設定する必要がある。また、小定格仕様に採用する直熱形のバイメタル１７についても、バイメタル自身を通流する過負荷電流でトリップクロスバー９を確実に押すだけの湾曲変位量を確保するには、バイメタル１７の作動長Ｌ２を大定格仕様のバイメタルよりも長く設定するか、あるいはバイメタルの材質を高抵抗材に変えてジュール発熱量を大きくする必要がある。しかし、発熱量を高めるようにバイメタル１７を高抵抗材にすると、主回路に短絡電流が流れた際にバイメタルが高温になり過ぎて溶断するおそれがあって実用的でない。このような背景から、小定格仕様の回路遮断器に図８に示した引外し装置の構造をそのまま採用することは設計的に困難である。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、大定格仕様の回路遮断器に採用されているコイルレスのユニット構造になる過電流引外し装置をベースとして、その構造一部を僅かに変更することで小定格仕様の回路遮断器に適用可能な熱動−電磁形過電流引外し装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、熱動−電磁形過電流引外し装置を次記のように構成する。すなわち、下端部を接続板に結合して直立姿勢に支持し、上部の操作端を開閉機構に連係するトリップクロスバーに対峙させて主回路の通電路に接続した直熱形のバイメタルと、該バイメタルを囲んで配置したコ字形の固定ヨークと、該固定ヨークに取付けたアーマチュア支持枠と、固定ヨークの接極面に対峙して前記支持枠に枢支し、かつ上部の操作端をトリップクロスバーに対峙させたアーマチュアと、アーマチュアの復帰ばねとの組立ユニットで構成し、前記接続板はその一端を下向きに屈曲延在し、その屈曲端面にバイメタルの下端部を重ね合わせて結合し、前記固定ヨークは脚部の下端をＬ字形に屈曲し、かつこの屈曲部に逃げ穴を形成し、この逃げ穴に前記接続板の屈曲端面と前記バイメタルの下端部を嵌挿するようにする（請求項１）。

また、前記構成において、バイメタルとその上下端に重ね合わせ結合した接続相手の導体との間に軟質な導電シートを介挿してリベット結合する（請求項２）。

上記構成の熱動−電磁形過電流引外し装置によれば、フレームサイズが規定された回路遮断器の本体ケースに対し、該ケースに組み込む直熱形バイメタルの作動長，および電磁引外し装置を構成する固定ヨークの接極面長さに関する設計の自由度を高めることができる。すなわち、バイメタルについては、接続板の端部に形成した下向きの屈曲延在部の端面にバイメタルの下端部を結合して、バイメタルの取付位置を接続板より下方に下げたことでその分だけサイズの長いバイメタルを採用してその実効作動長を大に設定することができる。また、固定ヨークについても、その脚部下端をＬ字形に屈曲してバイメタルの接続板に重ねて遮断器本体ケースの底部にねじ止めしたことで、バイメタルの下端結合部に干渉，制約されることなく固定ヨークの接極面長さを定格電流に応じて自由に設定することができる。

これにより、大定格仕様の回路遮断器に採用されている過電流引外し装置と同様に、バイメタルとコイルレス方式の電磁引外し装置を一体にユニット化した組立構造で小定格仕様の回路遮断器に適用する熱動−電磁形過電流引外し装置を構成することができ、従来の小定格回路遮断器に搭載していた過電流引外し装置と比べてコンパクトな構成で、部品管理も簡単となり、かつ回路遮断器への組込み工数を削減できてコストの低減化が図れる。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１は遮断器本体ケースに搭載した状態での過電流引外し装置の組立構造を表す側面図、図２は図１の矢視Ｐ方向から見た端面図、図３は引外し装置単独の側面図、図４，図５は図３における固定ヨーク，アーマチュアの部品構造図、図６はバイメタル単独の組立図であり、実施例の図中で図８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。

すなわち、小定格仕様（例えば、１２５ＡＦ，定格電流３０Ａ以下）の回路遮断器に適用する図示実施例の熱動−電磁形過電流引外し装置は、バイメタル１７を主回路に接続して電流を流す直熱形として、このバイメタル１７を囲むようにコ字形の固定ヨーク１０，アーマチュア１２，復帰ばね１３，アーマチュア支持枠２０を組合せて一体に構成したユニットで構成している。

ここで、バイメタル（直熱形）１７は、図６（ａ），（ｂ）で示すようにバイメタルの下端部を支持部材兼用の接続板１５に結合して直立姿勢に支持し、バイメタルの上部には接続片２２をリベット２３で締結した上で、接続片２２と負荷側端子３との間を可撓リード線２４で接続するようにしている。また、バイメタル１７を直立姿勢に支持する接続板１５は、その一端部を下向きに屈曲延在し、該屈曲部１５ａの端面にバイメタル１７の下端部を重ね合わせてリベット２１により締結している。

一方、電磁引外し装置は前記の直熱形バイメタル１７を主回路の通電路としてバイメタルを囲むように配置したコ字形の固定ヨーク１０と、該固定ヨーク１０の外側を囲んで固定ヨークの背面にリベット結合したアーマチュア支持枠２０と、該支持枠２０に枢支して固定ヨーク１０の接極面に対面させたアーマチュア１２と、アーマチュア１２の復帰ばね１３との組立体からなる。

ここで、図４（ａ），（ｂ）で示すように固定ヨーク１０は下方に延在する脚部１０ａを有し、その先端をＬ字形に屈曲して取付座１０ｂを形成している。なお、取付座１０ｂの屈曲コーナー部位には前記接続板１５に形成した下向き屈曲部１５ａとバイメタル１７の下端部が嵌挿する逃げ穴１０ｃを形成している。
また、アーマチュア１２は、図５（ａ），（ｂ）で示すよう左右両サイドに突き出た支軸１２ａを図８の引外し装置と同様にアーマチュア支持枠２０の軸受部に枢支して回動自在に支持し、上端部から背後に突き出たアーム１２ｂに穿ったばね掛け穴１２ｃとアーマチュア支持枠２０との間に復帰ばね１３を張架してアーマチュアを待機位置にばね付勢している。

上記の構成で、図３の図中に表した固定ヨーク１０の接極面長さＬ10、およびバイメタル１７の作動長Ｌ20（接続板１５にリベット接合した下端位置から調整ねじ１６，接続片２２をリベット接合した位置までの実効長さ）は、小定格仕様（定格電流３０Ａ以下）の引外し動作特性に合わせて適正長さに設定するものとする。
そして、前記固定ヨーク１０の脚部下端に形成した取付座１０ｂの上にバイメタル１７の接続板１５を重ね合せ、ねじ１９により締結して熱動−電磁形過電流引外し装置のユニットを組立ておく。また、このユニット組立体を回路遮断器に組み込むには、図１，図２で示すように固定ヨーク１０の取付座１０ｂを本体ケース１の底壁の上に載置し、この位置で前記の締結ねじ１９により取付座１０ｂと接続板１５を友締めして本体ケース１に固定する。また、この設置位置で接続板１５と回路遮断器の可動接触子との間を可撓リード線に接続するとともに、バイメタル１７の上部から接続片２２を介して引き出した可動リード線２４の他端を負荷側端子３に接続する。なお、この組立位置ではアーマチュア１２およびバイメタル１７の上部操作端がトリップクロスバー９に対向する。

上記の構成で、主回路に定格電流の１０倍を超える大きな過電流（短絡電流）が流れると、バイメタル１７を主回路電流の通電路としてその電流で誘起した磁界により固定ヨーク１０とアーマチュア１２との間に磁気吸引力が働き、アーマチュア１２は復帰ばね１３のばね力に抗して固定ヨーク１０の接極面に瞬時に吸引されて反時計方向に回動する。これにより、アーマチュア１２の上部操作端がトリップクロスバー９を叩き、開閉機構（図７参照）をトリップ動作させて可動接触子５を開極し、電流を遮断する。また、定格電流の１０倍以下の過負荷電流が流れた場合には、バイメタル１７自身に発生するジュール熱で昇温したバイメタルが湾曲変位し、その上端部に取付けた調整ねじ１６がトリップクロスバー９を押して前記と同様に開閉機構がトリップ動作して可動接触子５を開極する。

なお、前記の組立構造で、主回路電流が通流する直熱形バイメタル１７とその上下端に重ね合わせてリベット結合した接続相手の導体部材（接続板１５，接続片２２）との間の接触抵抗が大きいと、主回路に過負荷，過電流が流れた際に局部的な異常発熱が生じたり、発熱に伴う酸化作用バイメタルの金属組織が変化し、これが原因でバイメタルの動作特性（湾曲変位量）が不安定になるおそれがある。

そこで、このようなバイメタル／導体間の接触抵抗に起因する局部的な異常発熱，酸化を防ぐためにこの実施例では、バイメタル１７の下端部と接続板１５の屈曲部１５ａとの間，およびバイメタル１７の上端部と接触片２２との間の重ね合わせ面には、リベット結合による締め付け力で容易に塑性変形する軟質な導電材(鉛あるいは軟銅など)で作られた厚さ０．１mm以下の導電シートを挟んでリベット結合し、バイメタル／導体間を隙間なく密着させて接触抵抗に起因する局部的な異常発熱を抑えるようにしている。これにより、直熱形バイメタルの動作特性の安定化が図れ、その信頼性は発明者等が行った評価テストでも確認されている。

本発明の実施例による過電流引外し装置を遮断器本体ケースに搭載した状態での組立構造を表す側面図 図１の過電流引外し装置を矢視Ｐ方向から見た端面図 図１における過電流引外し装置の側面図 図３における固定ヨークの部品構成図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ側面図，および平面図 図３におけるアーマチュアの部品構成図で、（ａ），（ｂ）はそれぞれ側面図、および正面図 図３における直熱形バイメタルの組立構造図で、（ａ），（ｂ）は装置正面図および側面図 従来構造の過電流引外し装置を搭載した小定格仕様の配線用遮断器の構成断面図 大定格仕様の配線用遮断器に採用した過電流引外し装置および周辺の構造を表す側視断面図

符号の説明

１ 回路遮断器の本体ケース
３ 負荷側端子
９ トリップクロスバー
１０ 固定ヨーク
１０ａ 脚部
１０ｂ 取付座
１２ アーマチュア
１３ 復帰ばね
１５ 接続板
１５ａ 下向き屈曲部
１７ バイメタル
２０ アーマチュア支持枠
２１，２３ リベット
２４ 可撓リード線

Claims (2)

1. 回路遮断器に搭載した熱動−電磁形の過電流引外し装置であって、下端部を接続板に結合して直立姿勢に支持し、上部の操作端を開閉機構に連係するトリップクロスバーに対峙させて主回路の通電路に接続した直熱形のバイメタルと、該バイメタルを囲んで配置したコ字形の固定ヨークと、該固定ヨークに取付けたアーマチュア支持枠と、固定ヨークの接極面に対峙して前記支持枠に枢支し、かつ上部の操作端をトリップクロスバーに対峙させたアーマチュアと、アーマチュアの復帰ばねとの組立ユニットからなり、
   前記接続板はその一端を下向きに屈曲延在し、その屈曲端面にバイメタルの下端部を重ね合わせて結合し、前記固定ヨークは脚部の下端をＬ字形に屈曲し、かつこの屈曲部に逃げ穴を形成し、この逃げ穴に前記接続板の屈曲端面と前記バイメタルの下端部を嵌挿したことを特徴とする回路遮断器の過電流引外し装置。
2. 請求項１に記載の過電流引外し装置において、バイメタルとその上下端部に重ね合わせた接続相手の導体との間に軟質な導電シートを介挿してリベット結合したことを特徴とする回路遮断器の過電流引外し装置。

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