JP5747806B2 - 回路遮断器 - Google Patents

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Description

この発明は、配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器に関し、詳しくは、過電流引き外し装置などを自動組立に適するように配設した構成に関するものである。
回路遮断器には、この回路遮断器に具備された操作ハンドルを操作することにより電路を開閉する機能、すなわちスイッチ機能だけではなく、過電流が流れることによる電線や負荷機器の焼損を未然に防止するために電路を遮断するという大きな役目を担っている。この過電流の検出にあたっては、大別すると、熱動式、電磁式、電子式の各方式に分類されることは周知の通りであり、電子式回路遮断器は自動組立が比較的容易に得られるが、製品コストが高いというデメリットがある。そこで、上記熱動電磁式の回路遮断器でありながら、自動組立にも適するとともに、短絡遮断に伴って発生する金属溶融物の開閉機構部や過電流引き外し装置への付着を防止した回路遮断器がある。
この回路遮断器では、操作ハンドルを有し互いに相対向するフレーム板の間に配設された開閉機構部、および過電流を検出し開閉機構部を回動せしめる過電流引き外し装置は、ミドルベースに収納され、開閉機構部と連動して回動するクロスバーに設けられた可動接触子とこの可動接触子と接離を繰り返す固定接触子との間に発生するアークを裁断する消弧装置を含む遮断部はベースに収納される。このベースの上部にミドルベースが載置され、さらにベースおよびミドルベースに収納された各部品をカバーで覆うことにより回路遮断器が構成される。また、ミドルベースは、その底面に第一の孔が穿設され、この第一の孔は過電流引き外し装置を構成するヨークにより貼設されている。過電流引き外し装置は、ミドルベースに圧入されるとともに、ヨークに設けられた屈曲部をミドルベースに設けられた第二の孔に嵌合させることによりミドルベースに強固に固着されている。そして、上述のように順次、上方向から組込み可能であり、自動組立に適した構成となっている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2011−134570号公報
従来の回路遮断器では、消弧装置を含む遮断部と開閉機構部とをミドルベースにより仕切っているが、ミドルベースには、過電流引き外し装置のヨークを遮断部に望ませるためその底面に第一の孔が穿設されている。そこで、遮断時には、アーク発生による遮断部の圧力上昇を第一の孔を介してヨークが受けることとなり、過電流引き外し装置は強固にミドルベースに固着される必要がある。
一方、遮断性能を更に向上させるには、アーク発生による遮断部の圧力を更に上昇させる必要がある。そのためには過電流引き外し装置をミドルベースへ更に強固に固着する必要があるが、自動組立に対応するためは、過電流引き外し装置の固着を螺着など頼ることができないという問題があった。
また、通電部である過電流引き外し装置と非通電部である開閉機構部とは接触しないように、一定の間隔を設けて設置されているので、ミドルベースに過電流引き外し装置を圧入した際に、例えばヨークの屈曲部をミドルベースの第二の孔に嵌合せず、過電流引き外し装置がカバー方向に浮いた状態となっていても、問題なく組み立てられてしまうことがあるという問題点もあった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、熱動電磁式の過電流引き外し装置でありながら、自動組立に適した高遮断容量の回路遮断器を得るものである。
この発明に係る回路遮断器は、操作ハンドルを有し互いに相対向するフレーム板の間に配設された開閉機構部と、過電流を検出し開閉機構部を回動せしめる過電流引き外し装置と、開閉機構部及び該開閉機構部が載置された過電流引き外し装置が固着されるミドルベースと、開閉機構部と連動して回動するクロスバーに設けられた可動接触子と、この可動接触子と接離を繰り返す固定接触子との間に発生するアークを裁断する消弧装置を含む遮断部と、この遮断部が収納されるベースと、ミドルベース、ベース、およびミドルベースに収納された各部品を覆うカバーとを備え、ミドルベースには、該ミドルベースをベースに挿入する方向に対し直交する面で、遮断部と相対するように第一の孔が穿設されているとともに、この第一の孔は過電流引き外し装置を構成する部材にて貼設されている回路遮断器において、開閉機構部が載置されていない極の前記過電流引き外し装置はカバーにより係止され、開閉機構部と過電流引き外し装置との間には絶縁部材が配設されるとともに、開閉機構部が載置されていない極の過電流引き外し装置は、係止部材を介してカバーにより係止されるものである。
この発明によれば、係止部材を介してカバーにより過電流引き外し装置を係止したので、自動組立するのに適した高遮断容量の回路遮断器を提供することができる。

この発明の実施の形態1における回路遮断器を示す外観斜視図である。 図1におけるミドルベースへの部材の収納を示した図である。 図1における過電流引き外し装置を示した図である。 図1におけるカバーの裏面を示す斜視図である。 図1における中央極の過電流引き外し装置に絶縁部材を装着した状態を示す拡大斜視図である。 図1におけるミドルベースを示す平面および断面図である。 図1におけるベースを示す平面および断面図である。 図1におけるベースにミドルベースを嵌合させた際の断面図である。 図1における遮断部を示した図である。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における回路遮断器のトリップ状態での斜視図であり、(a)は外観を、(b)は(a)よりカバー、ミドルベース、ベースにそれぞれ分解した図を示している。また、図2は図1(b)においてミドルベースへの部材の収納を示した図、図3は図2より1極分の過電流引き外し装置およびヨークを示した図、図4はカバーの裏面を示す斜視図、図5は中央極の過電流引き外し装置52に絶縁部材54を装着した状態を示す拡大斜視図である。さらに、図6および図7は、それぞれミドルベース、ベースを示し、(a)は図1(b)におけるX視図に相当する平面図、(b)は断面図、図8はベースにミドルベースを嵌合させた際の断面図(図6および図7の(b)相当)である。なお、図9は図1(b)においてベースへの部材の収納を示した図である。
図1において、3極用の回路遮断器101の絶縁筐体は、カバー1、ミドルベース2、およびベース3より構成される。このうちミドルベース2には、操作ハンドル4を備えた開閉機構部51と、極数分(この場合、3個)の過電流引き外し装置52と、中央極の過電流引き外し装置52および開閉機構部51間に介設される絶縁部材54と、が収納され、ベース3にはやはり極数分の消弧装置53がそれぞれ収納されている。また、ミドルベース2については、遮断時に発生するアークによる内部圧力上昇での損傷を防ぐために、ベース3の凹部3a・3aにミドルベース2の側板2a・2aを嵌合させている。よって、この側板2a・2aが絶縁筐体の一部をなすことになる。なお、操作ハンドル4はカバー1のハンドル用窓孔1aから突出していることで、ON方向(図1紙面上、時計方向)あるいはOFF方向(図1紙面上、反時計方向)へ操作可能な点、および消弧装置53の位置関係より、5が電源側端子、6が負荷側端子である点は、それぞれ周知の通りである。
図2に示すように、過電流引き外し装置52、開閉機構部51ならびに消弧装置53(図1(b)参照)も周知である。すなわち、一端に固定接点8を有しヨーク7に固着された固定接触子9と、可撓銅より線10を介して電源側端子5に接続され、一端に可動接点11を有し、開閉機構部51と連動して回動するクロスバー12によって保持される可動接触子13との間で接離が繰り返され、この接離のうち、特に開離によって、固定接点8と可動接点11との間で発生するアークを消弧装置53にて裁断している。
開閉機構部51は、相対向する一対のフレーム板14A・14Bによって形成されるフレーム14に、回動自由に軸支されたハンドルアーム15、このハンドルアーム15に固着される操作ハンドル4、やはりフレーム14に回動自由に軸支され、後述する過電流引き外し装置52の動作によって回動するトリップバー16および掛け金17、この掛け金17の回動によって動作する付番しないトグルリンク機構に連動し、同様にフレーム14に軸支され回動するクロスバー12によって、いわゆるユニット化されている。なお、フレーム板14A(14B)は、電源・負荷方向の前後に足部14A1・14A2を具備しており、これら足部14A1・14A2がミドルベース2に設けた挿入穴2b(図6(a)参照)に挿着されることで、開閉機構部51は絶縁筐体内の所定の位置に固着されている。ここで、トグルリンク機構の詳細、すなわち、回路遮断器101の手動操作(オン〜オフ、オフ〜オン)やトリップ操作、あるいはトリップ後のリセット操作については、本発明の要部ではないため、これ以上の詳しい説明は省略する(なお、各操作の説明については、同一発明者による先願である特願2008−317552を参照されたし)。
図3に示すように、過電流引き外し装置52は、電流経路で見た場合、一端に固定接点8を有した固定接触子9、この固定接触子9に電気的に接続(以下、単に接続とする)されたコイル18、このコイル18に接続された中継端子19、この中継端子19に接続されたバイメタル20、このバイメタル20のその発熱による所望の湾曲量を得るための任意の箇所に接続された可撓銅より線21(図2も参照)、この可撓銅より線21に接続された負荷側端子6によって構成され、さらに、コイル18での電磁力を活かすために、固定接触子9にヨーク7とともに固着された固定鉄心22、この固定鉄心22を覆うとともにコイル18の内径に位置する絶縁パイプ23、この絶縁パイプ23の内径に位置し、図示しない付勢バネに抗して移動する可動鉄心24によって構成されている。すなわち、この過電流引き外し装置52は、熱動電磁式であり、中継端子19、バイメタル20、および可撓銅より線21にて熱動部を、ヨーク7、コイル18、固定鉄心22、絶縁パイプ23、付勢バネ、および可動鉄心24にて電磁部を、それぞれ形成している。
図4に示すように、カバー1の裏面には、過電流引き外し装置52のコイル18を収容する収容スペース1aが設けられ、この収容スペース1aの端部には、カバー1をベースに装着したときヨーク7のヨーク端部7bを係止する突設部1bが設けられている。
また、図5に示すように、絶縁部材54は、略コの字状に形成され、その凹部に設けられた溝に中央極の過電流引き外し装置52のヨーク端部7bが装着される。過電流引き外し装置52がミドルベース2に圧入された後、過電流引き外し装置52の一対のフレーム14に絶縁部材54の凸部54aが遊嵌し、絶縁部材54の上に開閉機構部51が載置される。この絶縁部材54は、固定接点8の近傍に設けられるので、短絡遮断時に消弧性のガスを放出する材料で形成すれば、遮断時のアーク発生によるガス圧力の上昇に寄与する。また、該材料にはナイロン系の樹脂を母体に充填剤としてセラミックス繊維や金属水酸化物を配合すれば、短絡遮断直後の絶縁回復を助長することができる。
この過電流引き外し装置52の動作は前述した通り周知であり、すなわち、図2および図3に示すように、過負荷電流が所定時間以上流れた場合には、バイメタル20が紙面上、右方向に湾曲することで、調整ネジ部20aがトリップバー16を回動させ、この回動によりトリップバー16に当接している掛け金17が回動することで、開閉機構部51がトリップし、可動接触子13が固定接触子9より開離する。一方、短絡電流が流れた場合には、コイル18に大きな磁力が発生し、可動鉄心24が付勢バネのバネ力に抗して右方向に移動することで、直接、掛け金17を回動させ、同様に開閉機構部51をトリップさせる。なお、過電流引き外し装置52の絶縁筐体への収納は、負荷側端子6がベース3へ、ヨーク7および中継端子19がミドルベース2へ、それぞれ挿着されることで行なわれるので、以下に説明する。
図6および図7で示すように、前述した負荷側端子6および電源側端子5は、電流経路の中継点という意味合いからも、それぞれ、挿入溝3b(負荷側端子6)、挿入溝3c(電源側端子5)への挿着のみで、さほど強固に固着させる必要はない。
一方、中継端子19は、ミドルベース2に設けられた挿入穴2cに圧入により嵌装される。前述の通り、過電流引き外し装置52において、固定接触子9が固着されたヨーク端部7bは、それぞれ、開閉機構部51が載置される極では開閉機構部51が絶縁部材54を介して係止し、それ以外の極はカバー1の突設部1bにより係止されているので、中継端子19を引き抜く方向の力が加わるとヨーク端部7bを支点としてヨーク7が回転しようとするが、中継端子19は、挿入穴2cに嵌装されているため回動することができず、挿入穴2cから抜けることはない。
また、ヨーク7については、可動鉄心24という可動部品がある点、(固定接触子9、コイル18、中継端子19を介して)機械的に連結されているバイメタル20がある点を鑑みた場合、これら可動鉄心24およびバイメタル20の移動(湾曲)が、その回路遮断器101の電流特性を左右することから、その挿入による固着は強固でなければならない。
そこで、本実施の形態では、ヨーク7に2ヶ所の屈曲部7aを設けるとともに、ミドルベース2には、この屈曲部7aが嵌合する第二の孔2eを穿設した。これら屈曲部7aおよび第二の孔2eの寸法関係を詳述すると、屈曲部7aを含めた両端寸法Aに対し、このヨーク7が挿入される部位のミドルベース2の隔壁間内寸法Bをわずかに狭くしておく(A>B)。一方、第二の孔2eの部位の隔壁間内寸法CをAと同じにしておき(A=C)、さらに内寸法Cの領域を屈曲部7aの表面積Dに合わせておく。こうすることで、ヨーク7を挿入した際、熱可塑樹脂で成形された隔壁が若干外側に開きつつ、屈曲部7aが内寸法Cに到達すると、外側に開いていた隔壁が元に戻り、屈曲部7aの遊動が阻止されることになる。すなわち、一度挿入された過電流引き外し装置52は、少なくとも片側の極にも過電流引き外し装置52が固着されることと相俟って、引き抜くことが困難となり、このことは換言すると、所定の位置に強固に固着されることを意味し、ひいては電流特性の安定化にも寄与している。
このように、過電流引き外し装置52を例えばネジ締めなどによって絶縁筐体に固着させる必要がなく、図1(a)および図2からも明らかなように、紙面上、上方向から各部材をいわゆる積層させることで回路遮断器101として形成されるため、自動組立が可能となり、その製造コストを抑制させることが可能である。なお、第二の孔2eは、ミドルベース2の金型製作上、文字通り「孔」として貫通しているが、必ずしもこの形態に限定されるわけではなく、ヨーク7が遊動さえしなければ、「孔」は閉塞されていてもよい。
ただし、金型の製作コストを鑑みた場合、「孔」として貫通させたほうが好ましい。ところで、この過電流引き外し装置52が固着された部位のミドルベース2の下部には、図1(b)にも示すように消弧装置53が載置されている。一方で、第二の孔2eはある程度屈曲部7aにて閉塞されるものの、完全ではない。したがって、短絡遮断時に消弧装置53で発生したアークガスが第二の孔2eを通じて開閉機構部51に達することが予想され、あまり好ましくない。そこで、この実施の形態1では、第二の孔2eの位置も含め、ベース3の電源−負荷方向に突起部3eを具備させた(図7(b)参照)。これにより、図8からも明らかなように、ミドルベース2をベース3に嵌合させた際に、突起部3eにより第二の孔2eが完全に閉塞されるため、特に遮断性能の向上を図ることができる。しかも、この突起部3eは、極間の絶縁、特に沿面距離を確保するために予め具備されているものであり、然るに、これまで述べた自動組立や特性の安定化、さらには遮断性能の向上を実現させるにあたって、部品追加といったコストアップが伴うことはない。
さて、この遮断性能の向上に関して、本実施の形態では(背景技術の項でも述べた)アーク走行遮断方式を採用した。このアーク走行遮断方式とは、短絡遮断時に発生したアークを消弧装置53へ電磁反発力を利用しながら導かせ、このアークによる電流経路を確保しつつ、最終的にはこの消弧装置53でアークを裁断するものである。具体的には、両接触子9、13間で発生したアークは、固定接触子9側はヨーク7へ、可動接触子13側はアークランナー25(図9参照)へ、それぞれ転移する。この転移により電流経路は、電源側端子5〜アークランナー25〜消弧装置53のグリッド53a〜ヨーク7〜コイル18〜・・・〜負荷側端子6となるが、このとき、図9で示す、アークランナー25の電流の向き(矢印E)と、グリッド53aの紙面上、下側から上側へ向かう電流の向き(矢印F)が、異方向であることによる発生する磁界の反発力、および矢印Fと、ヨーク7における固定接触子9との固着点に向かう電流の向き(矢印G、図3参照)が、やはり異方向であることによる発生する磁界の反発力により、アークは消弧装置53に導かれる。導かれたアークは裁断され、この結果、この短絡発生に伴う大電流が速やかに遮断されることになる。
ここまでの説明で明らかなように、固定接触子9ならびにグリッド53aに対し、ヨーク7を露出させておく必要があるが、これは以下の方策により実現させている。すなわち、ミドルベース2の過電流引き外し装置52が固着される底面には第一の孔2dが穿設されており、過電流引き外し装置52の固着により、この第一の孔2dがヨーク7によって閉塞、換言すると、消弧装置53の最上段のグリッド53aとヨーク7が、その間に何らの介在物なしに相対向している。なお、第一の孔2dは右側(図6(a)紙面上、下側)に幅狭部が延設されているが、この幅狭部には両接触子9・13が挿入されるとともに、可動接触子13の回動軌跡として確保されている。また、26はアークガスの膨張圧力を受けることで、可動接触子13の開離動作を助長させる圧力受け部としての反射板、27は電磁反発力を助長させるコアであり、然るに、請求項で述べた「遮断部」とは、例えば、これら反射板26、コア27に加え、消弧装置53、アークランナー25にて構成される領域を指している。
前述した「開離動作の助長」に関しての他の方策をここで説明する。図3において、固定鉄心22に中空部22aを設けて、この中空部22aに可動鉄心24に当接あるいは近接させたロッド28を具備しておけば、背景技術の項でも述べたように、可動鉄心24の移動によりロッド28が可動接触子13を打ち突けるので、開閉機構部51の動作を待たずに両接触子9、13間を速やかに開離させることができる。このことに加え、この実施の形態1のアーク走行遮断方式では、前述した通り、アークによる電流経路にコイル18が含まれているため、依然このコイル18の磁力により可動鉄心24、ひいてはロッド28が可動接触子13を開離する方向に移動したままであるので、可動接触子13の接触方向への回動(いわゆる揺り戻し)が阻止でき、高いアーク電圧の維持、つまり速やかなアークの転移を図ることができる。なお、29はヨーク7とコイル18の間に敷設したバリアであり、このバリア29により、電流検出時はもとよりアーク維持中においても、コイル18を電流(アーク電流)がバイパスすることなく、適切な磁力発生を生んでいる。
回路遮断器101が短絡遮断をした場合には、固定接点8と可動接点11との間、すなわち遮断部で発生するアークにより高圧ガスが発生するが、この高圧ガスの圧力は、ミドルベース2の第一の孔から遮断部に露出するヨーク7をカバー1の方向に押上げる力を発生する。
本実施の形態によれば、絶縁部材54およびカバー1の突設部1bがヨーク端部7bを係止しているので、ヨーク7がカバー1の方向に遊動する恐れがなく遮断時の圧力を更に上昇させることが可能となり、自動組み立てに適した高遮断容量の回路遮断器を得ることができる。
また、過電流引き外し装置52において、中継端子19がミドルベース2に設けられた挿入穴2cに圧入されているので、部品の組込みを一方向から行え、かつ、ヨーク7がカバー1の方向に遊動する恐れもないので、特性の安定化と遮断性能の向上という、回路遮断器にとって必要不可欠な基本性能を満足しつつ、自動組立も同時に実現させることができる。このことは、特にコスト競争力が激しい小形の回路遮断器にあたっては、大幅な収益改善に貢献することが可能である。
また、ヨーク7がミドルベース2に圧入されるとともに、ミドルベース2には、過電流引き外し装置52を固着させるために、この過電流引き外し装置52を圧入方向とは逆方向に遊動させないための第二の孔2eが穿設されているので、ヨーク7のミドルベース2への固着が更に強固となり、特性の安定化と遮断性能の向上を図ることができる。
また、この絶縁部材54を略コの字状に形成し、その凹部にヨーク端部7bに取り付けるための溝を設け、凸部54aが開閉機構部51の一対のフレーム14に遊嵌することにより、自動組立時にも過電流引き外し装置52と絶縁部材54、開閉機構部51が相互に組み合わせて組み立てられるために、それぞれの位置関係が確実になり自動組立に適した構造となっている。
さらに、この絶縁部材54は短絡遮断時に消弧性のガスを放出する材料で形成されているため、短絡遮断時に固定接点8と可動接点11との間で発生するアークの消弧を助長する効果もある。
また、この絶縁部材はナイロン系の樹脂を母体に充填剤としてセラミックス繊維や金属水酸化物を配合した材料で形成されているために、短絡遮断直後の絶縁回復を助長する効果もある。
なお、本実施の形態では、絶縁部材54を開閉機構部51が載置された極の過電流引き外し装置にのみ装着した例で説明したが、カバー1の突設部1bを無くす、もしくは突設部1bの高さを調節し、カバー1と開閉機構部51が載置されていない極の過電流引き外し装置の間に係止部材を配設してもよい。このとき、係止部材も絶縁部材54同様、短絡遮断時に消弧性のガスを放出する材料で形成すれば、短絡遮断時に固定接点8と可動接点11との間で発生するアークの消弧を助長することができる。さらには、この係止部材をナイロン系の樹脂を母体に充填剤としてセラミックス繊維や金属水酸化物を配合した材料で形成すれば、短絡遮断直後の絶縁回復を助長することができる。
1 カバー、1b 突設部、2 ミドルベース、2d 第一の孔、2e 第二の孔、
3 ベース、3e 突起部、4 操作ハンドル、
7 ヨーク、7a 屈曲部、7b ヨーク端部、9 固定接触子、
12 クロスバー、13 可動接触子、14 フレーム、
51 開閉機構部、52 過電流引き外し装置、53 消弧装置、54 絶縁部材、
101 回路遮断器。

Claims (5)

  1. 操作ハンドルを有し互いに相対向するフレーム板の間に配設された開閉機構部と、過電流を検出し前記開閉機構部を回動せしめる過電流引き外し装置と、前記開閉機構部及び該開閉機構部が載置された前記過電流引き外し装置が固着されるミドルベースと、前記開閉機構部と連動して回動するクロスバーに設けられた可動接触子と、この可動接触子と接離を繰り返す固定接触子との間に発生するアークを裁断する消弧装置を含む遮断部と、この遮断部が収納されるベースと、前記ミドルベース、前記ベース、および前記ミドルベースに収納された各部品を覆うカバーとを備え、
    前記ミドルベースには、該ミドルベースを前記ベースに挿入する方向に対し直交する面で、前記遮断部と相対するように第一の孔が穿設されているとともに、この第一の孔は前記過電流引き外し装置を構成する部材にて貼設されている回路遮断器において、
    前記開閉機構部が載置されていない極の前記過電流引き外し装置は前記カバーにより係止され、前記開閉機構部と前記過電流引き外し装置との間には絶縁部材が配設されるとともに、前記開閉機構部が載置されていない極の前記過電流引き外し装置は、係止部材を介して前記カバーにより係止されることを特徴とする回路遮断器。
  2. 前記過電流引き外し装置において前記固定接触子を設けていない側の中継端子が、前記ミドルベースに設けられた挿入穴に圧入されていることを特徴とする請求項1に記載の回路遮断器。
  3. 前記過電流引き外し装置の前記部材が、前記ミドルベースに圧入されるとともに、前記ミドルベースには、前記過電流引き外し装置を固着させるために、この過電流引き外し装置を圧入方向とは逆方向に遊動させないための第二の孔が穿設されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回路遮断器。
  4. 前記絶縁部材および前記係止部材は回路遮断器の遮断時に発生するアークに触れると消弧性のガスを発生する材料で形成したことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の回路遮断器。
  5. 前記絶縁部材および前記係止部材は、ナイロン系の樹脂を母体に充填剤としてセラミックス繊維または金属水酸化物を配合した材料でできていることを特徴とする請求項に記載の回路遮断器。
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