JP5676782B2 - 回路遮断器 - Google Patents
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Description
本発明は、電路の過電流時に湾曲するバイメタルによってトリップバーを駆動し開閉機構部を引き外す熱動引き外し装置を備えた回路遮断器に関するものである。
従来の高調波成分を含む電路に対応した回路遮断器では、熱動引き外し装置を採用している。この熱動引き外し装置は一般的に、電路の過電流時に湾曲変形するバイメタルによってトリップバーを駆動し開閉機構部を引き外すように構成されている。
この回路遮断器を高遮断容量化していくにあたり、特に電気用品安全法に規定されている２分以内動作を満足させなければならない低定格品（例えば、３０Ａ以下）では直接バイメタルに通電することで２分以内動作を満足させている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、短絡時の短絡電流がバイメタルを通過することによりバイメタルが溶断を起こすか、バイメタルが永久変形を起こす等の問題が発生する。
これを防ぐためバイメタルの先端に延長板を配置し構成している回路遮断器が知られている（例えば、特許文献２参照）。
この回路遮断器を高遮断容量化していくにあたり、特に電気用品安全法に規定されている２分以内動作を満足させなければならない低定格品（例えば、３０Ａ以下）では直接バイメタルに通電することで２分以内動作を満足させている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、短絡時の短絡電流がバイメタルを通過することによりバイメタルが溶断を起こすか、バイメタルが永久変形を起こす等の問題が発生する。
これを防ぐためバイメタルの先端に延長板を配置し構成している回路遮断器が知られている（例えば、特許文献２参照）。
以上のように構成された従来の回路遮断器において、さらに高遮断容量化をはかる場合、遮断時の通過電流増大は、バイメタルの永久変形による遮断後の引き外し動作時間遅延に大きく影響を与える。
その要因は開閉機構部と熱動引き外し装置とを連結しているトリップバーに、開閉機構部を引き外した後、ある一定のストロークをもってストッパー位置を持たせていることから、遮断時のバイメタルはこのストッパー位置により拘束され永久変形を起こす。
よって、遮断後は、この永久変形によりトリップバーとバイメタルとの間の距離が大きくなるため、引き外し動作時間の遅延につながっている。
その要因は開閉機構部と熱動引き外し装置とを連結しているトリップバーに、開閉機構部を引き外した後、ある一定のストロークをもってストッパー位置を持たせていることから、遮断時のバイメタルはこのストッパー位置により拘束され永久変形を起こす。
よって、遮断後は、この永久変形によりトリップバーとバイメタルとの間の距離が大きくなるため、引き外し動作時間の遅延につながっている。
上記課題を熱動引き外し装置以外で解決しようとした場合、消弧装置側でアーク長を伸ばすことを目的に、外形の拡大、接点開離距離の拡大、接点開極開始時間及び開極時間の短縮を図ったり、圧力アップによるアーク径を絞るなどの限流性能向上や、大電流遮断時にバイメタルを通過させない引き外し装置の採用などの方策を実施した場合、現状の外形寸法を維持することや小型化を図ることが困難となってくる。またコスト面でも不利になることは言うまでもない。
また、特許文献２のように延長板を配置した構成では、初期の安定した熱動引き外し特性を満足させるために、引き外し荷重分での延長板の撓みを一般的に０．５ｍｍ以下に抑えなければならない。
そのため撓み量０．５ｍｍで引き外し荷重分の荷重をこの延長板で発生させるためには、相当バネ乗数の高い板材で構成しなければならない。
結果的にこの延長板ではバイメタルと同等の剛性を持った板材が必要となり、遮断時のバイメタルの湾曲量がそのままバイメタルへ伝わり永久変形を防ぐことが難しくなる。
そのため撓み量０．５ｍｍで引き外し荷重分の荷重をこの延長板で発生させるためには、相当バネ乗数の高い板材で構成しなければならない。
結果的にこの延長板ではバイメタルと同等の剛性を持った板材が必要となり、遮断時のバイメタルの湾曲量がそのままバイメタルへ伝わり永久変形を防ぐことが難しくなる。
本発明は、従来の外形及び構造を大きく変更することなく、遮断前後での引き外し時間に変化なく安定した動作を実現し得る熱動引き外し装置を備えた回路遮断器を提供することを目的としている。
本発明は、電路を開閉する開閉接点を駆動する開閉機構部と、上記電路に過大電流が流れたときにトリップバーを駆動し上記開閉機構部を引き外す電磁引き外し装置と、上記電路の過電流時に湾曲するバイメタルにより上記トリップバーを駆動し上記開閉機構部を引き外す熱動引き外し装置とを備えた回路遮断器において、上記熱動引き外し装置は、上記バイメタルの先端に固定されたバイメタルアッパーベースと、このバイメタルアッパーベースに回動可能に設けられ、上記トリップバーと所定の間隙を介して対向する過電流特性調整用部材に固定されたバイメタルアッパーと、上記バイメタルアッパーベースに保持され、上記バイメタルアッパーを常に上記開閉機構部の引き外し荷重以上の荷重で付勢するバイメタルアッパースプリングとを備え、上記電路の過電流時に上記バイメタルの湾曲により上記バイメタルアッパースプリングに抗して上記バイメタルアッパーを回動させ、上記過電流特性調整用部材を介して上記トリップバーを駆動するようにしたものである。
本発明は、従来の外形及び構造を大きく変更することなく、最小の追加部品点数で、遮断前後での引き外し時間に変化なく安定した動作が可能な熱動引き外し装置を実現でき、小型で高調波対応可能な高遮断容量の回路遮断器を容易に得ることができる。
実施の形態１．
まず、図を用いて本発明の実施の形態１における回路遮断器の概略構造について説明する。
図１において、回路遮断器１００は、絶縁材料で形成されたベース２とカバー３とからなる筐体１を用いて構成される。
ベース２上には、極数分各相の回路遮断ユニット（例えば３相の場合、３個）が互いに並列に配置され、中央の回路遮断ユニットの上部には、周知のトグルリンク機構を有する開閉機構部２０が配置される。
カバー３は、ベース２上の各相の回路遮断ユニットと、開閉機構部２０を覆い、開閉機構部２０の操作ハンドル２１はカバー３から突出する。
各相の回路遮断ユニットは、同じ構成を有し、クロスバー１０は、各相の回路遮断ユニットを横断して各相の回路遮断ユニットと直交するように、ベース２上に配置される。
まず、図を用いて本発明の実施の形態１における回路遮断器の概略構造について説明する。
図１において、回路遮断器１００は、絶縁材料で形成されたベース２とカバー３とからなる筐体１を用いて構成される。
ベース２上には、極数分各相の回路遮断ユニット（例えば３相の場合、３個）が互いに並列に配置され、中央の回路遮断ユニットの上部には、周知のトグルリンク機構を有する開閉機構部２０が配置される。
カバー３は、ベース２上の各相の回路遮断ユニットと、開閉機構部２０を覆い、開閉機構部２０の操作ハンドル２１はカバー３から突出する。
各相の回路遮断ユニットは、同じ構成を有し、クロスバー１０は、各相の回路遮断ユニットを横断して各相の回路遮断ユニットと直交するように、ベース２上に配置される。
各相の回路遮断ユニットは、ベース２に設けられた電源側端子７と、電源側端子７より延設された固定接点４と、この固定接点４と接離する可動接点５と、この可動接点５が一端に設けられ、クロスバー１０により回動自由に保持される可動接触子６と、この可動接触子６に可動子ホルダー９を介して接続された引き外し装置３０と、引き外し装置３０に接続され、ベース２に設けられた負荷側端子８とを有する。固定接点４と可動接点５とで、電路を開閉する開閉接点を構成する。
可動接点５が固定接点４に接触すれば、電源側端子７、負荷側端子８の間の電気回路がオンとなり、また、可動接点５が固定接点４から開離すれば、電源側端子７、負荷側端子８間の電気回路がオフとなる。
可動接点５が固定接点４に接触すれば、電源側端子７、負荷側端子８の間の電気回路がオンとなり、また、可動接点５が固定接点４から開離すれば、電源側端子７、負荷側端子８間の電気回路がオフとなる。
クロスバー１０は、ベース２の底部に配置され、図１の紙面と直交するように延長される。このクロスバー１０は、開閉機構部２０により、その軸心を中心として回動され、各相の回路遮断ユニットにおける各可動接触子６がそれぞれ取り付けられる。
クロスバー１０がその軸心を中心として回動したときに、各相の回路遮断ユニットの各可動接触子６が同時に回動され、この可動接触子６の回動により、可動接点５が固定接点４に接離する。
開閉機構部２０は、周知のトグルリンク機構からなり、引き外し装置３０により駆動される周知のトリップバー２２と、トリップバー２２を最大トリップ位置でロックするトリップバーストッパー２３を備えている。
また、可動接触子６に近接して消弧室１１が配置され、開閉機構部２０の動作時に可動接点５と固定接点４との間に発生するアークを消弧する。
クロスバー１０がその軸心を中心として回動したときに、各相の回路遮断ユニットの各可動接触子６が同時に回動され、この可動接触子６の回動により、可動接点５が固定接点４に接離する。
開閉機構部２０は、周知のトグルリンク機構からなり、引き外し装置３０により駆動される周知のトリップバー２２と、トリップバー２２を最大トリップ位置でロックするトリップバーストッパー２３を備えている。
また、可動接触子６に近接して消弧室１１が配置され、開閉機構部２０の動作時に可動接点５と固定接点４との間に発生するアークを消弧する。
引き外し装置３０は、図２に示すように、電磁引き外し装置４０と熱動引き外し装置５０とから構成される。
電磁引き外し装置４０は、固定鉄心４１と、瞬時遮断時に固定鉄心４１に吸着され、トリップバー２２を駆動する可動鉄心４２と、可動鉄心４２を付勢する復帰スプリング４３と、可動鉄心４２を軸支するシャフト４４とを備えている。
電磁引き外し装置４０は、固定鉄心４１と、瞬時遮断時に固定鉄心４１に吸着され、トリップバー２２を駆動する可動鉄心４２と、可動鉄心４２を付勢する復帰スプリング４３と、可動鉄心４２を軸支するシャフト４４とを備えている。
図３（ａ）（ｂ）は熱動引き外し装置５０の要部を互いに逆方向から見た拡大斜視図である。熱動引き外し装置５０は、下端を可動子ホルダー９に固定接続されたバイメタル５１と、このバイメタル５１の先端に固着されたバイメタルアッパーベース５２と、このバイメタルアッパーベース５２に回転軸５３を回動軸として軸支され、過電流特性調整用ネジ５７が螺着されたバイメタルアッパー５４と、バイメタルアッパーベース５２に保持され、可動荷重を付与するためバイメタルアッパー５４をトリップバー２２の方向に付勢するバイメタルアッパースプリング５６とを備えている。
また、バイメタルアッパー５４は、バイメタルアッパーベース５２に設けられたバイメタルアッパーストッパー５５へ当接した状態でバイメタルアッパースプリング５６により常に付勢されており、バイメタルアッパー５４におけるバネ荷重は、トリップバー２２の当接位置において、引き外し荷重より大きくなるように設定されている
更に、バイメタル５１の上端にはリベット６０により通電用接続部材５８が固着されている。そしてバイメタル５１は、通電用接続部材５８及び可撓導体５９を介して負荷側端子８に接続され、電路の電流が流れるようになっている。
なお、図３では、バイメタルアッパーベース５２は、通電用接続部材５８と一体に形成されている例を示したが、バイメタルアッパーベース５２と通電用接続部材５８とを別体とし、両者を溶接等で固着するようにしても良い。
また、バイメタルアッパー５４は、バイメタルアッパーベース５２に設けられたバイメタルアッパーストッパー５５へ当接した状態でバイメタルアッパースプリング５６により常に付勢されており、バイメタルアッパー５４におけるバネ荷重は、トリップバー２２の当接位置において、引き外し荷重より大きくなるように設定されている
更に、バイメタル５１の上端にはリベット６０により通電用接続部材５８が固着されている。そしてバイメタル５１は、通電用接続部材５８及び可撓導体５９を介して負荷側端子８に接続され、電路の電流が流れるようになっている。
なお、図３では、バイメタルアッパーベース５２は、通電用接続部材５８と一体に形成されている例を示したが、バイメタルアッパーベース５２と通電用接続部材５８とを別体とし、両者を溶接等で固着するようにしても良い。
次に、回路遮断器１００の遮断動作について説明する。
バイメタル５１に所定電流以上の過電流が流れると、バイメタル５１自身が発熱し、この発熱によりバイメタル５１が湾曲変形する。
バイメタル５１が湾曲すると、過電流特性調整用ネジ５７がバイメタルアッパー５４とバイメタルアッパーベース５２を介してバイメタル５１に固着されているので、過電流特性調整用ネジ５７がトリップバー２２を押し、開閉機構部２０が駆動され可動接触子６を回動させる。可動接触子６の回動により固定接点４から可動接点５が開離し、電流遮断の動作が完了する。（図４〜６参照）
なお、図４は、熱動引き外し装置５０が動作した瞬間の状態で、この状態ではまだ可動接点５が固定接点４に接触している。
バイメタル５１に所定電流以上の過電流が流れると、バイメタル５１自身が発熱し、この発熱によりバイメタル５１が湾曲変形する。
バイメタル５１が湾曲すると、過電流特性調整用ネジ５７がバイメタルアッパー５４とバイメタルアッパーベース５２を介してバイメタル５１に固着されているので、過電流特性調整用ネジ５７がトリップバー２２を押し、開閉機構部２０が駆動され可動接触子６を回動させる。可動接触子６の回動により固定接点４から可動接点５が開離し、電流遮断の動作が完了する。（図４〜６参照）
なお、図４は、熱動引き外し装置５０が動作した瞬間の状態で、この状態ではまだ可動接点５が固定接点４に接触している。
上述した過電流特性調整用ネジ５７がトリップバー２２を押すとき、バイメタルアッパー５４は、バイメタルアッパーベース５２に設けられたバイメタルアッパーストッパー５５へ当接した状態でバイメタルアッパースプリング５６により常にトリップバー２２の方向に付勢されている。
この場合、バイメタルアッパー５４におけるバネ荷重は、トリップバー２２の当接位置において、引き外し荷重より大きく設定されているので、バイメタルアッパー５４は回動することなくトリップバー２２を押し込むことができる。
この場合、バイメタルアッパー５４におけるバネ荷重は、トリップバー２２の当接位置において、引き外し荷重より大きく設定されているので、バイメタルアッパー５４は回動することなくトリップバー２２を押し込むことができる。
図７は熱動引き外し装置５０のバイメタルアッパー５４の荷重特性を従来構造のものと比較して示す説明図で、バイメタルアッパー５４におけるバネ荷重は、トリップバー２２の当接位置において、引き外し荷重より大きく設定されると共に、トリップバー２２のロック位置において、従来構造の延長板におけるバネ加重よりも小さく設定されている。
このため、トリップバー２２の当接位置において、バイメタルアッパー５４は回動することなくトリップバー２２を押し込むことができると共に、トリップバー２２が駆動され開閉機構部２０が引き外された状態においては、バイメタルアッパースプリング５６がバイメタルアッパー５４に加わる荷重に応じてたわむようになっている。
このため、トリップバー２２の当接位置において、バイメタルアッパー５４は回動することなくトリップバー２２を押し込むことができると共に、トリップバー２２が駆動され開閉機構部２０が引き外された状態においては、バイメタルアッパースプリング５６がバイメタルアッパー５４に加わる荷重に応じてたわむようになっている。
また、短絡電流のような過大電流が流れた場合には、電磁引き外し装置４０の固定鉄心４１に発生する磁力により、可動鉄心４２が固定鉄心４１に吸着され、可動鉄心４２がシャフト４４を回動軸として復帰スプリング４３の付勢力に抗して回動する。
この回動により可動鉄心４２がトリップバー２２を押し、開閉機構部２０が駆動され可動接触子６を回動させる。
可動接触子６の回動により固定接点４から可動接点５が開離し、過大電流は遮断されトリップ動作が完了する。
この回動により可動鉄心４２がトリップバー２２を押し、開閉機構部２０が駆動され可動接触子６を回動させる。
可動接触子６の回動により固定接点４から可動接点５が開離し、過大電流は遮断されトリップ動作が完了する。
しかしながら、短絡電流のような過大電流が流れた場合にもバイメタル５１は湾曲し、その湾曲ストロークは、トリップバー２２が開閉機構部２０のトリップバーストッパー２３に当接するストローク以上となる。
そのため、バイメタルアッパー５４が回動する。バイメタルアッパースプリング５６のバネ荷重特性以上の荷重がバイメタルアッパー５４に加わるので、バイメタルアッパースプリング５６がたわみ、バイメタルアッパー５４が回動する。
このようにバイメタルアッパー５４の回動によりバイメタル５１には、バイメタルアッパースプリング５６のバネ荷重特性以上の荷重はかからないこととなる。
そのため、バイメタルアッパー５４が回動する。バイメタルアッパースプリング５６のバネ荷重特性以上の荷重がバイメタルアッパー５４に加わるので、バイメタルアッパースプリング５６がたわみ、バイメタルアッパー５４が回動する。
このようにバイメタルアッパー５４の回動によりバイメタル５１には、バイメタルアッパースプリング５６のバネ荷重特性以上の荷重はかからないこととなる。
従来の場合、開閉機構部２０のトリップバーストッパー２３によりバイメタル５１の湾曲ストロークが強制的にトリップバーストッパー２３により固定され永久変形していたが、本実施の形態によれば、バイメタル５１に加わる荷重がバイメタルアッパースプリング５６のバネ荷重特性以上になると、バイメタルアッパースプリング５６がたわみ、バイメタルアッパー５４が回動するので、バイメタル５１の永久変形を防ぐことができる。
これにより遮断前後での引き外し時間の変化がない安定した引き外しが可能な回路遮断器を得ることができる。
これにより遮断前後での引き外し時間の変化がない安定した引き外しが可能な回路遮断器を得ることができる。
実施の形態２．
図８（ａ）（ｂ）は熱動引き外し装置５０の要部を互いに逆方向から見た拡大斜視図、図９は実施の形態２における最大トリップ位置での引き外し装置を示す拡大側面図である。
本実施の形態２は、実施の形態１においてひねりバネで構成されていたバイメタルアッパースプリング５６を、押しバネで構成されたバイメタルアッパースプリング６１に置き換えたものである。その他の構成については、実施の形態１と同様につき、説明は省略する。
なお、本実施の形態２では、バイメタルアッパースプリングは押しバネとしたが、引きバネ等で構成してもよく、同様の効果を得ることができる。
なお，本発明は，その発明の範囲内において，各実施の形態を自由に組み合わせたり，各実施の形態を適宜，変形，省略することが可能である。
図８（ａ）（ｂ）は熱動引き外し装置５０の要部を互いに逆方向から見た拡大斜視図、図９は実施の形態２における最大トリップ位置での引き外し装置を示す拡大側面図である。
本実施の形態２は、実施の形態１においてひねりバネで構成されていたバイメタルアッパースプリング５６を、押しバネで構成されたバイメタルアッパースプリング６１に置き換えたものである。その他の構成については、実施の形態１と同様につき、説明は省略する。
なお、本実施の形態２では、バイメタルアッパースプリングは押しバネとしたが、引きバネ等で構成してもよく、同様の効果を得ることができる。
なお，本発明は，その発明の範囲内において，各実施の形態を自由に組み合わせたり，各実施の形態を適宜，変形，省略することが可能である。
１００ 回路遮断器
１ 筺体
２ ベース
３ カバー
４ 固定接点
５ 可動接点
６ 可動接触子 可動子
７ 電源側端子
８ 負荷側端子
９ 可動子ホルダー
１０ クロスバー
１１ 消弧室
２０ 開閉機構部
２１ 操作ハンドル
２２ トリップバー
２３ トリップバーストッパー
３０ 引き外し装置
４０ 電磁引き外し装置
４１ 固定鉄心
４２ 可動鉄心
４３ 復帰スプリング
４４ シャフト
５０ 熱動引き外し装置
５１ バイメタル
５２ バイメタルアッパーベース
５３ 回転軸
５４ バイメタルアッパー
５５ バイメタルアッパーストッパー
５６ バイメタルアッパースプリング
５７ 過電流特性調整用ネジ
５８ 通電用接続部材
５９ 可撓導体
６０ リベット
６１ バイメタルアッパースプリング
１ 筺体
２ ベース
３ カバー
４ 固定接点
５ 可動接点
６ 可動接触子 可動子
７ 電源側端子
８ 負荷側端子
９ 可動子ホルダー
１０ クロスバー
１１ 消弧室
２０ 開閉機構部
２１ 操作ハンドル
２２ トリップバー
２３ トリップバーストッパー
３０ 引き外し装置
４０ 電磁引き外し装置
４１ 固定鉄心
４２ 可動鉄心
４３ 復帰スプリング
４４ シャフト
５０ 熱動引き外し装置
５１ バイメタル
５２ バイメタルアッパーベース
５３ 回転軸
５４ バイメタルアッパー
５５ バイメタルアッパーストッパー
５６ バイメタルアッパースプリング
５７ 過電流特性調整用ネジ
５８ 通電用接続部材
５９ 可撓導体
６０ リベット
６１ バイメタルアッパースプリング
Claims (3)
- 電路を開閉する開閉接点を駆動する開閉機構部と、上記電路に過大電流が流れたときにトリップバーを駆動し上記開閉機構部を引き外す電磁引き外し装置と、上記電路の過電流時に湾曲するバイメタルにより上記トリップバーを駆動し上記開閉機構部を引き外す熱動引き外し装置とを備えた回路遮断器において、
上記熱動引き外し装置は、
上記バイメタルの先端に固着されたバイメタルアッパーベースと、
このバイメタルアッパーベースに回動可能に設けられ、上記トリップバーと所定の間隙を介して対向する過電流特性調整用部材に固定されたバイメタルアッパーと、
上記バイメタルアッパーベースに保持され、上記バイメタルアッパーを常に上記開閉機構部の引き外し荷重以上の荷重で付勢するバイメタルアッパースプリングとを備え、
上記電路の過電流時に上記バイメタルの湾曲により上記バイメタルアッパースプリングに抗して上記バイメタルアッパーを回動させ、上記過電流特性調整用部材を介して上記トリップバーを駆動するようにしたことを特徴とする回路遮断器。 - 上記トリップバーが駆動され上記開閉機構部が引き外された状態において、上記バイメタルアッパースプリングが上記バイメタルアッパーに加わる荷重に応じてたわむようにしたことを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
- 上記バイメタルアッパースプリングは、ひねりバネ、押しバネまたは引きバネである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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