JP5358347B2 - 回路遮断器及び回路遮断器の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器に関する。特には、スタッドを異なる熱伝導率のスタッドに変更しても、バイメタルの誤動作を防止できる回路遮断器の調整方法に関する。

回路遮断器とは、過負荷や短絡などにより所定以上の電流が流れたときに、回路を遮断して電線や装置の損傷を防止する装置である。このような回路遮断器は、所定以上の電流が流れた場合にバイメタルによって回路の遮断を行う遮断機構部と、遮断機構部の電源側又は負荷側に接続される端子とを有する。電源側端子と負荷側端子には、各々、電源側配線が接続されるスタッドと負荷側配線が接続されるスタッドが当接して固定される。

図４は、回路遮断器のスタッドと端子との接触部の構造の一例を示す図である。
スタッド２０が、回路遮断器の裏面（同遮断器の取り付け面）から端子に当接するタイプ（裏面接続型）の場合、スタッド２０の形状は柱状であり、端面２０ａは平坦である（例えば、特許文献１参照）。この平坦な端面２０ａが、端子３０に当接する。端子３０は、帯状の導電性部材を折り曲げ加工した部材であり、一端に、スタッド２０が当接する当接部３１が形成されている。当接部３１の一方の面３１ａ（当接面）は平坦である。
スタッド２０には、端面から軸上に延びるネジ孔２１が形成されている。一方、端子３０の当接部３１には、貫通孔３２が開けられている。端子３０の貫通孔３２とスタッド２０のネジ孔２１とを軸上に合わせてネジ（図示されず）をねじ込むことにより、スタッド２０の端面２０ａが端子３０の当接面３１ａに当接し、端子３０とスタッド２０とが締め付け固定される。

このようなスタッド２０は、熱伝導率が良好な銅で作製される場合が多い。しかし、近年では、スタッド２０の材質が、銅よりも熱伝導率の低いアルミニウムに変更される場合がある。回路遮断器においては、バイメタルに伝わる熱量が一定である必要があるため、スタッド２０の熱伝導率に合わせて、バイメタルの調整基準が設計されている。このため、スタッド２０の熱伝導率が変わると、バイメタルの調整基準を設計し直し、スタッド２０の熱伝導率に合わせた回路遮断器を用意する必要がある。また、スタッド２０を交換する際は、同じ材質のスタッドに交換することが好ましいが、誤って異なる材質のスタッドに交換したり、異なった材質のスタッドを用いざるを得ない場合もある。

このような場合以下の表１に示すような問題点が生じる。

バイメタルが銅製スタッドを基準に設計されている場合、バイメタルの動作温度はアルミニウム製スタッド基準の場合よりも低く設定されている。この条件下で、銅製スタッドをアルミニウム製スタッドに交換すると、設定値よりも低い電流や、短時間で回路が遮断される誤動作を起こすおそれがある。
一方、バイメタルがアルミニウム製スタッドを基準に設計されている場合、バイメタルの動作温度は銅製スタッド基準の場合よりも高く設定されている。この条件下で、アルミニウム製スタッドを銅製スタッドに交換すると、設定値よりも高い電流が流れ、長時間たっても回路が遮断されないおそれがある。

特開平５−６７４２４号公報

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、スタッドを熱伝導率が異なるスタッドに変更した場合も、バイメタルの誤動作を防止できる回路遮断器などを提供することを目的とする。

本発明の回路遮断器は、所定以上の電流が流れた場合にバイメタルによって回路の遮断を行う遮断機構部と、前記遮断機構部の電源側又は負荷側に接続される端子と、柱状に形成されるとともに端面が前記端子に当接した状態で固定され、電源側配線又は負荷側配線が接続されるスタッドと、を有する。前記スタッド端面及び前記端子の前記スタッドとの当接面の一方には凹部が形成されている。

スタッドと端子との接触面積は、両者間の熱伝導性能に関与し、接触面積が広いほど熱伝導性が良好となり、狭いほど低下する。このように接触面積によってスタッドと端子間の熱伝導性能を調整することができる。一般的に、スタッドの接触面と端子の接触面は平面である。スタッドの接触面、及び、端子の接触面の一方に凹部を形成することにより、その接触面ともう一方の接触面との接触面積は、平面の接触面同士の接触面積よりも狭くなる。つまり、平面の接触面同士が接触する接触面積が広い状態と、凹部が形成された接触面と平面の接触面が接触する接触面積が狭い状態とを設定することができる。

つまり、スタッドの材質（熱伝導率）によるスタッドと端子間の熱伝導性の低下を、接触面積の増加による熱伝導性の上昇で補うことができる。逆に、スタッドの材質（熱伝導率）によるスタッドと端子間の熱伝導性能の上昇を、接触面積の低下による熱伝導性能の低下で相殺することができる。このように、スタッドを介した外界への放熱量を調整し、バイメタルに伝わる熱量を一定に維持することができる。

したがって、スタッドの材質（熱伝導率）の変更がバイメタルの動作特性へ与える影響をできるだけ抑えることができ、スタッドの互換性が得られる。これにより、スタッド等の部品の管理が容易になり、スタッド材質の違いによるバイメタルの誤動作を防止できる。

本発明においては、前記スタッドの端面及び前記端子の前記スタッドとの当接面の他方に、前記凹部の内面と当接する表面部を有する凸部を形成することが好ましい。

スタッドの接触面、及び、端子の接触面の一方に凹部を形成し、もう一方に、前記凹部の内面と接触する表面を有する凸部を形成することにより、両者の接触面積は、平面の接触面同士の接触面積や、平面状の接触面と凹部が形成された接触面との接触面積よりも広くなる。つまり、平面の接触面同士が接触する、あるいは、平面状の接触面と凹部が形成された接触面とが接触する、接触面積が狭い状態と、凹部の内面と凸部の外面とが接触する、接触面積が広い状態と、を設定することができる。

この場合においても、スタッドの材質によるスタッドと端子間の熱伝導性の低下を、接触面積の増加による熱伝導性の上昇で補うことができる。逆に、スタッドの材質によるスタッドと端子間の熱伝導性能の上昇を、接触面積の低下による熱伝導性能の低下で相殺することができる。このように、バイメタルに伝わる熱量を一定に維持することができる。

本発明においては、前記凹部は、前記端子の前記スタッドとの当接面を凹ませて形成した溝部とすることができる。

さらに、本発明においては、前記スタッドの端面に、前記溝部内に挿入され、前記溝部の底面及び側面と当接する表面部を有する突条を形成することができる。

本発明の第１の態様の回路遮断器の調整方法は、所定以上の電流が流れた場合にバイメタルによって回路の遮断を行う遮断機構部と、前記遮断機構部の電源側又は負荷側に接続される端子と、柱状に形成されるとともに端面が前記端子に当接した状態で固定され、電源側配線又は負荷側配線が接続されるスタッドと、を有する回路遮断器の熱特性を調整する調整方法である。まず、前記端子の前記スタッドとの当接面に凹部を形成する。そして、比較的熱伝導率が高い材料によって前記スタッドを作製した場合には、前記スタッドの端面を平坦な面とする。一方、比較的熱伝導率が低い材料によって前記スタッドを作製した場合には、前記スタッドの端面に前記凹部の内面と当接する表面部を有する凸部を形成し、前記凸部を前記凹部に挿入する。

本発明の第２の態様の回路遮断器の調整方法は、所定以上の電流が流れた場合にバイメタルによって回路の遮断を行う遮断機構部と、前記遮断機構部の電源側又は負荷側に接続される端子と、柱状に形成されるとともに端面が前記端子に当接した状態で固定され、電源側配線又は負荷側配線が接続されるスタッドと、を有する回路遮断器の熱特性を調整する調整方法である。まず、前記端子の前記スタッドとの当接面を平坦な形状とする。そして、比較的熱伝導率が高い材料によって前記スタッドを作製した場合には、前記スタッドの端面に凹部を形成する。一方、比較的熱伝導率が低い材料によって前記スタッドを作製した場合には、前記スタッドの端面を平坦な面とする。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、端子とスタッドの接触面積を増減して、端子とスタッド間の熱伝導性を調整することができる。したがって、スタッドを熱伝導率が異なるスタッドに変更した場合も、端子とスタッドの接触面積を適宜に選択することによって、バイメタルの誤動作を防止できる回路遮断器を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る回路遮断器のスタッドと端子との接続部の構造を示す図であり、図１（Ａ）はアルミニウム製スタッドの場合、図１（Ｂ）は銅製スタッドの場合を示す。 本発明の実施の形態に係る回路遮断器の内部の構造を模式的に示す側断面図である。 図２の回路遮断器の外観斜視図である。 回路遮断器のスタッドと端子との接続部の構造の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１〜図３を参照して、本発明の第1の実施の形態に係る回路遮断器（裏面接続型）を説明する。
回路遮断器１は、図２や図３に示すように、直方体状のケース２を有し、ケース２内に、所定以上の電流が流れた場合に回路の遮断を行う遮断機構部や、遮断機構部の電源側又は負荷側に接続される端子３０、４０などが収容されている。遮断機構部は、可動接触子５、ヒータ６、バイメタル７などで構成されている。通電状態において、電流は、電源側端子３０、可動接触子５、接続導体（図示されず）、ヒータ６、ヒータ６に一端が接続された負荷側端子４０の順に流れる。詳しくは後述するように、電源側端子３０と負荷側端子４０には、各々スタッド２０が取り付けられる。

ケース２は、絶縁性に優れた合成樹脂で作製されている。ケース２の表側の面２ｄ（取り付け面２ｃと反対側の面）には、手動によるオンオフ操作用のハンドル１０が設けられている。

電源側端子３０と負荷側端子４０は、前述の例と同様に、帯状の導電性部材を折り曲げ加工して、一端に、スタッド２０の端面が当接する当接部３１、４１が形成された部材である。当接部３１、４１の、一方の面３１ａ、４１ａが、スタッド２０の端面との当接面となる。当接面３１ａ、４１ａの形状については後述する。各端子３０、４０は、当接面３１ａ、４１ａがケース２の取り付け面２ｃに向かうように位置決めされて、ケース２の両端部に配置されている。そして、各端子の当接面３１ａ、４１ａに向かって、ケース２の取り付け面２ｃから貫通孔２ａ、２ｂが開けられている。これらの貫通孔２ａ、２ｂの各々に、スタッド２０が挿入される。

スタッド２０も、前述の例と同様に、導電性材料で作製されて、端面２０ａが端子３０、４０の当接面に接触する柱状の部材である。端面２０ａの形状については後述する。端子３０、４０とスタッド２０とは、前述と同様の方法で、ネジ２７により締め付け固定されている。

可動接触子５は、可動接点が固定接点と当接・離間するように回動可能に保持されており、ラッチやラッチ受けからなる開閉機構（図示されず）により開閉駆動される。可動接触子５は、図２に示す回路遮断器のオン状態で、電源側端子３０のＵ字状の先端に設けた図示しない固定接点に押圧されている。
ヒータ６の基端部には、バイメタル７が固定されている。バイメタル７の上端部には、調整ネジ８が取り付けられている。調整ネジ８の先端は、トリップクロスバー９に隙間を開けて対向している。

回路遮断器１に電流が流れると、ヒータ６が発熱し、バイメタル７が加熱される。バイメタル７は、上端が図の左方向に湾曲し、調整ネジ８がトリップクロスバー９に接近する。回路遮断器１に過電流が流れると、ヒータ６の発熱量が一定の値以上となり、バイメタル７が一定量湾曲する。これにより調整ネジ８を介してトリップクロスバー９が回転する。すると、開閉機構により、可動接触子５が電源側端子３０のＵ字状の先端から開離し、回路遮断器１が開極する（トリップ動作）。

図１を参照して、本発明の回路遮断器におけるスタッドと端子（電源側端子）との接触部の構造を説明する。図１（Ａ）はアルミニウム製スタッドを使用した状態、図１（Ｂ）は銅製スタッドを使用した状態を示す。図中、図４と同じ符号を付した部位は、図４で説明した部位と同じ作用・構成を有し、説明を省略する。
回路遮断器は、バイメタルに伝わる熱量が一定である必要があるため、スタッドの熱伝導率に合わせて、バイメタルの調整基準が設計されている。以下の例では、アルミニウム製スタッドの熱伝導率に合わせてバイメタルの調整基準が設定されている回路遮断器において、熱伝導率がアルミニウムよりも高い銅製のスタッドにも適用できるように改良した例を説明する。

図１（Ａ）に示すように、端子３０の当接面３１ａには、幅方向に延びる複数の溝（凹部）３５が形成されている。この例では、溝３５の断面形状は方形である。一方、アルミニウム製スタッド２０Ａの端面２０ａには、端子３０の当接面３１ａに形成された複数の溝３５の底面及び側面に接触する上面及び側面を有する複数の突条部（凸部）２５が形成されている。そして、スタッド２０Ａの突条部２５が端子３０の溝３５に嵌合して、突条部２５の外面と溝３５の内面とが接触している。これにより、スタッド２０と端子３０との接触面積は、平面状の接触面同士の接触面積よりも広くなっている。

一方、この回路遮断器に、銅製スタッド２０Ｂを適用する場合は、図１（Ｂ）に示すように、銅製スタッド２０Ｂの端面２０ａを平面とする。この場合、スタッド２０Ｂの端面２０ａは、端子３０の当接面３１ａの、溝３５以外の部分とで接触する。つまり、溝３５が形成されている部分の面積だけ、平面状の接触面同士の接触面積よりも狭くなる。さらには、図１（Ａ）に示した、溝３５が形成された当接面３１ａと、この溝３５に嵌合する突条部２５が形成された端面２０ａとの接触面積よりもさらに狭くなる。

実用化に際しては、アルミニウム製スタッドを基準とした回路遮断器を設計する際に、図１（Ａ）に示すように、端子３０の当接面３１ａに溝３５を形成し、スタッド２０Ａの端面２０ａにこの溝３５に嵌合して、溝３５の内面と接触する外面を有する突条部２５を形成しておく。そして、両者の嵌合接触状態（溝３５の内面と突条部２５の外面とが接触した状態）における熱伝導条件下でバイメタル７を調整しておく。一方、交換用に、端面２０ａが平面の銅製スタッド２０Ｂを用意しておく。
なお、負荷側端子４０と負荷側スタッドにおいても同様の構造とする。

アルミニウム製スタッドを銅製スタッドに交換すると、スタッドと端子間の熱伝導性が上がる。バイメタルの温度特性は、銅よりも熱伝導率の低いアルミニウム製のスタッドを基準にして設定されているので、この熱伝導性が上がるとバイメタルが誤動作するおそれがある。
これに対し、以上説明した本実施形態によれば、平面状の端面２０ａを有する銅製スタッド２０Ｂを使用し、この平面状端面２０ａを、端子３０の溝３５を形成した当接面３１ａと接触させると、両者の接触面積が低減する。こうして接触面積を低減させることにより、スタッド材質の変化によって熱伝導性が上がったことが相殺される。これにより、バイメタルに伝わる熱量をほぼ一定に維持することができ、バイメタルの誤動作を防止できる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、回路遮断器の構造や各構成部品の形状、材質等は、上述した実施形態のものに限定されず、適宜変更することができる。また、スタッドの材質として銅とアルミニウムについて説明したが、真鍮や鉄などで作製されたスタッドにも適用できる。

さらに、以下のような変形例が可能である。
（１）端子３０の当接面３１ａに複数の突条部を形成し、スタッド２０Ａの端面２０ａにこれらの突条部が嵌合して、突条部の外面に接触する内面を有する溝を形成してもよい。
（２）溝の形状としては、断面積が方形以外に、断面積が三角形や台形などの形状が適用できる。この場合、凸部は、これらの形状の溝の内面に接触する外面を有する形状とする。
（３）凹部として、溝ではなく、複数の有底の穴部としてもよい。この場合、凸部は、穴部の底面と側面に接触する上面と側面を有する形状とする。なお、穴部の平面形状は、円形や方形とすることができる。
（４）端子の当接面に形成される凹部として、端子の当接部を貫通する貫通孔とすることもできる。この場合、凸部としては、貫通孔の内面に接触する外面を有する突起とする。なお、貫通孔の平面形状は、円形や方形とすることができる。
（５）端子３０の当接面３１ａを平坦な形状とする。そして、アルミニウムなどの熱伝導率の低い材料で作製されたスタッドの端面を平坦な面とする。一方、端面に凹部が形成された、銅などの熱伝導率の高い材料で作製されたスタッドを用意しておく。これにより、熱伝導率の低い材料で作製されたスタッドを熱伝導率の高い材料で作製されたスタッドに変更する場合に、端子とスタッドとの接触面積を減少させることができる。

（６）上記の形態においては、アルミニウム製スタッドの熱伝導率に合わせてバイメタルの調整基準が設定されている回路遮断器において、スタッドを熱伝導率がアルミニウムよりも高い銅製のスタッドに変更する例を説明した。具体的には、熱伝導率の低い材質のスタッドから高い材質のスタッドに変更する場合に、端子とスタッドとの接触面積が減少するような対策を施した。
しかし、これらの例は、銅製スタッドの熱伝導率に合わせてバイメタルの調整基準が設定されている回路遮断器において、スタッドを熱伝導率が銅よりも低いアルミニウム製のスタッドに変更する例にも適用可能である。この場合は、スタッドと端子との接触面積を増加させることを考慮する。

この場合、銅製スタッドを基準とした回路遮断器を設計する際に、端子とスタッドとを図１（Ｂ）に示すような、端子３０の当接面３１ａに溝３５を形成し、銅製スタッド２０Ｂの端面２０ａを平面状とした構造としておく。そして、この状態において、端子３０の当接面３１ａと銅製スタッド２０Ｂの端面２０ａとを接触させた熱伝導条件下でバイメタルを調整しておく。一方、交換用に、図１（Ａ）に示すような、当接面２０ａに、端子３０の当接面３１ａに形成された溝３５に嵌合して、溝３５の内面と接触する外面を有する突条部２５が形成されたアルミニウム製スタッド２０Ａを用意しておく。

このように、バイメタルが銅製されたスタッドを基準にして設定されている場合、アルミニウム製スタッドに変更した場合、スタッドと端子間の熱伝導性が低下する。すると、熱伝導率の高い材質のスタッドを基準にして設定されたバイメタルが誤動作を起こすおそれがある。そこで、アルミニウム製スタッドの接触面に、端子の接触面に形成された溝に嵌合して、溝の内面と接触する外面を有する突条部を形成すると、端子の当接面とスタッドの端面との接触面積が広くなり、熱伝導性の低下を、接触面積の増加による熱伝導性能の増大で補うことができる。これにより、バイメタルに伝わる熱量を一定に維持することができ、バイメタルの誤動作を防止できる。

１ 回路遮断器
２ ケース ２ａ、２ｂ 貫通孔
２ｃ 取り付け面 ２ｄ 表側の面
５ 可動接触子 ６ ヒータ
７ バイメタル ８ 調整ネジ
９ トリップクロスバー
２０ スタッド ２０ａ 端面
２１ ネジ孔 ２５ 突条部
３０ 電源側端子 ３１ 当接部
３１ａ 当接面 ３２ 貫通孔
３５ 溝
４０ 負荷側端子 ４１ 当接部
４１ａ 当接面

Claims (6)

1. 所定以上の電流が流れた場合にバイメタルによって回路の遮断を行う遮断機構部と、
   前記遮断機構部の電源側又は負荷側に接続される端子と、
   柱状に形成されるとともに端面が前記端子に当接した状態で固定され、電源側配線又は負荷側配線が接続されるスタッドと、
   を有する回路遮断器であって、
   前記スタッド端面及び前記端子の前記スタッドとの当接面の一方に凹部を形成したこと、
   を特徴とする回路遮断器。
2. 前記スタッドの端面及び前記端子の前記スタッドとの当接面の他方に、前記凹部の内面と当接する表面部を有する凸部を形成したこと、
   を特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記凹部は、前記端子の前記スタッドとの当接面を凹ませて形成した溝部であること、
   を特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
4. 前記スタッドの端面に、前記溝部内に挿入され、前記溝部の底面及び側面と当接する表面部を有する突条を形成したこと、
   を特徴とする請求項３に記載の回路遮断器。
5. 所定以上の電流が流れた場合にバイメタルによって回路の遮断を行う遮断機構部と、
   前記遮断機構部の電源側又は負荷側に接続される端子と、
   柱状に形成されるとともに端面が前記端子に当接した状態で固定され、電源側配線又は負荷側配線が接続されるスタッドと、
   を有する回路遮断器の熱特性を調整する調整方法であって、
   前記端子の前記スタッドとの当接面に凹部を形成するとともに、
   比較的熱伝導率が高い材料によって前記スタッドを作製した場合には、前記スタッドの端面を平坦な面とし、
   比較的熱伝導率が低い材料によって前記スタッドを作製した場合には、前記スタッドの端面に前記凹部の内面と当接する表面部を有する凸部を形成し、前記凸部を前記凹部に挿入すること、
   を特徴とする回路遮断器の調整方法。
6. 所定以上の電流が流れた場合にバイメタルによって回路の遮断を行う遮断機構部と、
   前記遮断機構部の電源側又は負荷側に接続される端子と、
   柱状に形成されるとともに端面が前記端子に当接した状態で固定され、電源側配線又は負荷側配線が接続されるスタッドと、
   を有する回路遮断器の熱特性を調整する調整方法であって、
   前記端子の前記スタッドとの当接面を平坦な形状とするとともに、
   比較的熱伝導率が高い材料によって前記スタッドを作製した場合には、前記スタッドの端面に凹部を形成し、
   比較的熱伝導率が低い材料によって前記スタッドを作製した場合には、前記スタッドの端面を平坦な面とすること、
   を特徴とする回路遮断器の調整方法。

Images