JP5419939B2 - 過電流引き外し装置および回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、過電流を検出する熱動形の過電流引き外し装置および回路遮断器に関する。

熱動形の過電流引き外し装置は、主回路電流に基づくジュール熱によりバイメタルを加熱湾曲させ、この湾曲により開閉機構部を押動することで過電流の検出を行う。例えば、特許文献１には、支持導体にバイメタルが固定された過電流引き外し装置が開示されている。

バイメタルは、支持導体に対してロウ付けにより固定されている。バイメタルの固定方法としては、他にも溶接やリベットによるカシメ等によって固定する方法もある。小形の回路遮断器では、バイメタルと支持導体とを直接接合する溶接等が採用されることが多い。バイメタルと支持導体の溶接を行う場合には、バイメタルと支持導体とが治具に組み込まれ、溶接後の位置関係で固定された状態で溶接接合される。

特開平９−１１５４１１号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、バイメタルと支持導体との溶接後の位置関係を精度よく得るために、治具に対するバイメタルと支持導体の固定を厳重に行う必要がある。そのため、治具に対してバイメタルと支持導体を固定する際の作業性が悪いという問題点があった。

また、治具によってバイメタルと支持導体とを完全に固定することが難しく、溶接中に生じる位置ズレにより、溶接後の位置関係、接合強度、接合抵抗が安定しない場合があるという問題があった。また、バイメタルと支持導体との間に生じる僅かな隙間が原因で溶接中にクラックが発生するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バイメタルと支持導体とを溶接する作業性の向上を図り、溶接後の位置関係にバラツキが生じるのを抑えることのできる過電流引き外し装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、過電流により加熱されるバイメタルと、バイメタルと接合される支持導体とを備える熱動形の過電流引き外し装置において、支持導体には、バイメタルの一端が挿入される長穴と、長穴の近傍に設けられて長穴が形成された面から突出した突起が形成され、バイメタルは、その一端を長穴に挿入させて突起をカシメることで支持導体に仮固定され、仮固定された部分を溶接することで、バイメタルと支持導体とが接合されることを特徴とする。

本発明によれば、打出しをカシメることで溶接前にバイメタルを支持導体に仮固定することが可能となり溶接作業における作業性が向上し、溶接前後における位置関係のバラツキを抑え、安定した形状を得ることが可能となるという効果を奏する。

また、カシメによりバイメタルと長穴との隙間を潰すことで、隙間が原因となるクラックの発生を防止することができる。また、溶接方法にレーザ溶接を用いれば、安定した接合強度、接合抵抗を得ることが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる過電流引き外し装置を有する回路遮断器の断面図である。 図２は、図１に示す回路遮断器においてカバーを取り外した状態の上面図である。 図３は、本発明の実施の形態１にかかる過電流引き外し装置の側面図である。 図４は、図３に示す過電流引き外し装置が有するバイメタルと支持導体部分を拡大した斜視図である。 図５は、支持導体の斜視図である。 図６は、支持導体をカシメる作業を説明するための図である。 図７−１は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、支持導体をカシメる前の初期状態でのバイメタルと長穴とを示す図である。 図７−２は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、支持導体をカシメる途中の中間状態でのバイメタルと長穴とを示す図である。 図７−３は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、支持導体をカシメた後の完了状態でのバイメタルと長穴とを示す図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる過電流引き外し装置および回路遮断器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる過電流引き外し装置を有する回路遮断器の断面図である。回路遮断器３０は、合成樹脂からなるカバー１、ミドルベース２、ベース３を有して構成される絶縁筐体を備える。絶縁筐体の内部には、主回路の開閉を行う機構部４、過電流・短絡電流を検出する過電流引き外し装置５、過電流・短絡電流を遮断する際に発生するアークを消弧する消弧装置６、電源側固定導体７が備えられる。

図２は、図１に示す回路遮断器３０においてカバー１を取り外した状態の上面図である。回路遮断器３０は、差動シフタ９、トランスファー１０をさらに備える。差動シフタ９、およびトランスファー１０は、それぞれ過電流引き外し装置５の過負荷電流検出動作を機構部４に伝える役割を果たす。

図３は、本発明の実施の形態１にかかる過電流引き外し装置の側面図である。図４は、図３に示す過電流引き外し装置が有するバイメタルと支持導体部分を拡大した斜視図である。

バイメタル１１は、熱膨張率の異なる金属板を張り合わせて板状に形成されている。ヒータ（ヒートエレメント）１２は、一端をバイメタル１１に溶接したのち、バイメタル１１に巻付け、他端を固定導体１６に溶接した構造となる。支持導体１４は、バイメタル１１とレーザ溶接により接合されている。支持導体１４は、バイメタル１１に対して、ヒータ１２の他端が溶接された側に接合される。

過電流引き外し装置５において、定格電流を超過した過負荷電流が通電された場合、バイメタル１１は、自身の発熱とヒータ１２の発熱により加熱され、回路遮断器側面方向に湾曲する。湾曲したバイメタル１１は、差動シフタ９を動作することにより当接するトランスファー１０が動作し、図示しない内部部品を介し機構部４内の係合を引き外すことにより、機構部４が動作する。機構部４の動作により可動子２２が固定子２３から乖離し（図１も参照）、主回路が断路される。

過電流引き外し装置５の動作特性（引き外し特性）は、ＪＩＳ等の規格により範囲が規定されており、製品はそれらの規定条件を安定した性能で満たす必要がある。このため、過電流引き外し装置５は、安定した性能、形状を保持する必要がある。

一方、本実施の形態のように機構部４の構造からバイメタル１１の湾曲方向が回路遮断器側面方向となることで、バイメタル１１の湾曲方向（図４の矢印Ｘに示す方向）と支持導体１４の長手方向（図４の矢印Ｙに示す方向）とが略垂直な位置関係となる。

この場合、バイメタル１１と支持導体１４との溶接作業における振動・衝撃により、バイメタル１１と支持導体１４の溶接位置がずれてしまい、溶接後の位置関係、溶接強度および溶接抵抗が安定しないという問題がある。このため、本発明の実施の形態では、以下に示す支持導体１４の形状とレーザ溶接により、上述した問題を解決して、安定した過電流引き外し形状を得ている。

図５は、支持導体１４の斜視図である。支持導体１４には、バイメタル１１の先端を挿入する長穴１４ａと、長穴１４ａを中心に２組（計４箇所）の打出し（突起）１４ｂとが形成されている。すなわち、打出し１４ｂは、長穴１４ａを挟んだ両側に対称となる位置に配置される。

打出し１４ｂは断面が三角形状を呈している。打出し１４ｂのうち長穴１４ａ側となる面は、支持導体１４のうち打出し１４ｂが形成される面に対して垂直な面となっており、打出し１４ｂの頂点（打出し１４ｂの先端）は、支持導体１４の中心（長穴１４ａ）方向に寄った位置に設けられることとなる。

図６は、支持導体１４をカシメる作業を説明するための図である。図７−１は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、支持導体１４をカシメる前の初期状態でのバイメタル１１と長穴１４ａとを示す図である。図７−２は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、支持導体１４をカシメる途中の中間状態でのバイメタル１１と長穴１４ａとを示す図である。図７−３は、図６に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図であって、支持導体１４をカシメた後の完了状態でのバイメタル１１と長穴１４ａとを示す図である。

図６および図７−１に示すように、まず、支持導体１４にバイメタル１１の先端を長穴１４ａに挿入し、三角形状の打出し１３ｂ裏面の凹み１４ｄを治具で受けた状態とする。次に、その状態から、三角形状の打出し１４ｂを図６の矢印Ｚに示す方向にカシメて押し潰す。打出し形状の裏面が治具により固定されており、打出し１４ｂの頂点が支持導体１４の中心方向（長穴１４ａ方向）に寄った位置となっていることから、図６の矢印Ｖや図７−２に示すように、カシメによる支持導体１４の変形のほとんどが、長穴１４ａに向かう方向への変形となる。

図７−３に示すように、カシメによる支持導体１４の変形により、バイメタル１１と長穴１４ａとの隙間が潰され、バイメタル１１が仮固定される。バイメタル１１が仮固定された状態で、固定部１４ｃをレーザ溶接することにより、バイメタル１１と支持導体１４とが強固に接合される。

以上説明したように、溶接前にバイメタル１１を支持導体１４にカシメることにより、バイメタル１１の位置を仮固定することができる。これにより、溶接作業時のバイメタル１１の位置ブレを抑制することができる。したがって、複雑な治具を用いずに、バイメタル１１と支持導体１４との溶接後の位置関係を安定させることが可能となる。

特に、本実施の形態のように、バイメタル１１の湾曲方向と支持導体１４の長手方向とが略垂直な位置関係となる場合には、一般的に、治具の複雑化により、作業性がさらに悪化したり、溶接後の位置関係によりバラツキが生じやすくなったりするという問題があった。一方、本実施の形態によれば、支持導体１４に形成された打出し１４ｂをカシメることで、バイメタル１１を仮固定することができるので、溶接作業時のバイメタル１１の位置ブレを抑制することができ、バイメタル１１と支持導体１４との溶接後の位置関係を安定させることが可能となる。

また、溶接方法をレーザ溶接にすることにより、安定した接合強度、接合抵抗を得ることが期待できる。また、打出し１４ｂをカシメることで、バイメタル１１と長穴１４ａとの間の隙間を潰すことができるので、溶接部分の隙間が原因で発生するクラックを防止することができる。

なお、本実施の形態では、バイメタル１１の湾曲方向と支持導体１４の長手方向とが略垂直な位置関係となる例を挙げて説明したがこれに限られない。例えば、バイメタルの湾曲方向と支持導体の長手方向とが略平行な位置関係となる場合には、長穴の形成角度が図５に示す角度と９０度異なることとなる。この場合であっても、支持導体の短手方向の幅が長穴を形成することができる程度の幅を有していれば、本実施の形態と同様に長穴と打出しを支持導体に形成することで、溶接前にバイメタルを支持導体に仮固定することができる。

以上のように、本発明にかかる過電流引き外し装置は、回路遮断器に用いられる過電流引き外し装置に有用であり、特に、バイメタルの湾曲方向と支持導体の長手方向とが垂直な位置関係となる過電流引き外し装置に適している。

１ カバー
２ ミドルベース
３ ベース
４ 機構部
５ 過電流引き外し装置
６ 消弧装置
７ 電源側固定導体
９ 差動シフタ
１０ トランスファー
１１ バイメタル
１２ ヒータ
１４ 支持導体
１４ａ 長穴
１４ｂ 打出し
１４ｃ 固定部
１４ｄ 凹み
１６ 固定導体
２２ 可動子
２３ 固定子
３０ 回路遮断器
Ｖ，Ｘ，Ｙ，Ｚ 矢印

Claims (6)

1. 過電流により加熱されるバイメタルと、前記バイメタルと接合される支持導体とを備える熱動形の過電流引き外し装置において、
   前記支持導体には、前記バイメタルの一端が挿入される長穴と、前記長穴の近傍に設けられて前記長穴が形成された面から突出した突起とが形成され、
   前記バイメタルは、その一端を前記長穴に挿入させて前記突起をカシメることで前記支持導体に仮固定され、
   仮固定された部分を溶接することで、前記バイメタルと前記支持導体とが接合されることを特徴とする過電流引き外し装置。
2. 過電流により加熱された際の前記バイメタルの湾曲方向と前記支持導体の長手方向とが略垂直な位置関係となることを特徴とする請求項１に記載の過電流引き外し装置。
3. 前記突起は、その断面形状が三角形状を呈し、先端が長穴側に寄せて形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の過電流引き外し装置。
4. 前記突起のうち前記長穴側となる面は、前記長穴が形成される面に対して略垂直に形成されることを特徴とする請求項３に記載の過電流引き外し装置。
5. 前記突起は、前記長穴を挟んだ両側に対称に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の過電流引き外し装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の過電流引き外し装置と、
   前記バイメタルの湾曲により動作する機構部と、
   前記機構部の動作により固定子から乖離する可動子と、を備えることを特徴とする回路遮断器。

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