JP5776327B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、ホルダに回動自在に支持され、固定接触子に対して開閉動作を行なう可動接触子を備えた回路遮断器に関する。

回路遮断器として、例えば特許文献１の装置が知られている。この回路遮断器は、開閉機構の動作に応じて回動するホルダと、このホルダに回動自在に支持されている可動接触子と、可動接触子の可動接点に固定接点が接離する固定接触子とを備えた装置であり、負荷電路に短絡電流、又は過負荷電流の過電流が流れたときに、固定接触子と可動接触子の接点との突き合わせによる電磁反発力を利用して可動接触子を駆動し、開閉機構が行なうトリップ動作より早く可動接触子を開極動作させるようにしている。
また、開閉機構が動作する前に、電磁石装置のプランジャで可動接触子を保持し、可動接触子の戻りを遅くする装置も知られている（例えば、特許文献２）。

特開平１１−１７６３１２号公報 特開２０００−２３１８６９号公報

近年、回路遮断器の小型化が求められている。しかし、特許文献２の装置は、可動接触子を支える力とストロークを確保するプランジャが必要であり、プランジャが長くなるため小型化を図ることは困難である。
一方、特許文献１の装置は、ばねを強制的に座屈させて力を弱めるため、相当な長さのばねが必要となる。さらに、小型の可動接触子は軽量なので過電流遮断時の回動動作が速く、可動接触子と比較して開閉機構の動作が相対的に遅れる。

すなわち、特許文献１の装置では、過電流発生による電磁反発力で一旦開極した可動接触子が、開閉機構が動作する前に電磁反発力が小さくなって固定接触子に接触してしまうおそれがある。このように、開閉機構が動作する前に可動接触子が固定接触子に接触してしまうと、遮断時間が延び、接点消耗が大きくなって、可動接触子及び固定接触子の間に接点溶着のおそれがある。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、部品数を減少させ、簡便な動作を行なう部品を備えたことでコストダウン及び小型化を図ることができる回路遮断器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明の請求項１記載の回路遮断器は、固定接点を設けた固定接触子と、前記固定接点に接触する可動接点を一端に設け、他端がホルダ内に設けた保持機構に支持されて回動する可動接触子と、を備えた回路遮断器において、前記保持機構は、前記可動接触子の他端に設けた可動側係合部と、前記ホルダに形成した係合内壁面と、前記可動側係合部が前記係合内壁面を押圧して当接するように前記可動接触子を付勢する接圧バネと、を備え、前記可動接触子の回動中心は、前記接圧バネのバネ中心線上に位置しており、通常の通電状態では、前記接圧バネの付勢力が作用する方向に対して、前記可動側係合部が当接する前記係合内壁面から発生する第１反力と前記固定接点に接触する前記可動接点から発生する第２反力とが逆向きに発生し、前記可動接触子が所定の位置まで開極方向に回動した際には、前記可動側係合部が当接する前記係合内壁面から前記可動接触子の前記回動中心に向かって前記第１反力が発生することで、前記可動接触子が前記所定の位置を保持するようにしているとともに、前記係合内壁面は、前記通常の通電状態で前記可動側係合部と当接し、前記付勢力に対して逆向きに前記第１反力を発生させる平坦状からなる第１カム面と、前記可動接触子が所定の位置まで開極方向に回動する際に前記可動側係合部と当接し、曲率中心を前記可動接触子の前記回動中心に一致させた凹曲面からなる第２カム面とを備えている。

この発明によると、可動接触子が所定の位置まで開極方向に回動した際には、可動側係合部が当接する係合内壁面から可動接触子の回動中心に向かって第１反力が発生することで、可動接触子が前記所定の位置を保持するようにしたので、固定接点及び可動接点の間のアーク長が短縮せず、アーク電圧が低下しないので限流性能の向上を図ることができる。
また、回路遮断器の小型化を図るために、小型軽量の可動接触子を使用しても、可動接触子の可動側係合部が当接する係合内壁面から可動接触子の回動中心に向かって反力が発生している限り、可動接触子が所定の位置を保持し、電磁発生力が減少したときの限流性能に影響を与えない。
また、係合内壁面は、通常の通電状態で可動側係合部と当接し、付勢力に対して逆向きに第１反力を発生させる平坦状からなる第１カム面と、可動接触子が所定の位置まで開極方向に回動する際に可動側係合部と当接し、曲率中心を可動接触子の回動中心に一致させた凹曲面からなる第２カム面とを備え、簡便な動作を行なう部品を備えたことで、回路遮断器のコストダウンを図ることができる。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の回路遮断器において、前記所定の位置は、過電流通電時に前記固定接点及び前記可動接点の間の接点ギャップ長が通電経路を遮断可能とする長さとなるように、前記可動接触子を保持する位置である。
この発明によると、可動接点及び固定接点の間の接点ギャップ長が、通電経路を遮断する長さとして確保されるので、短絡電流などの大電流が流れる際に、通電の遮断を確実に行なうことができる。

また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の回路遮断器において、前記可動側係合部は、前記可動接触子の他端から突出した係合ピンである。
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項に記載の回路遮断器において、前記可動接触子が所定の位置を超えて開極方向に回動しようとするときに、当該可動接触子の回動を規制する回動規制部材を設けた。

また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の回路遮断器において、前記回動規制部材は、前記可動接触子が回動したときに近接する前記接圧バネの一部である。
さらに。請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の回路遮断器において、前記接圧バネをコイルバネで構成し、当該コイルバネの空洞部に一部を挿入したガイド部材と、前記可動接触子の前記回動中心とを、前記コイルバネの前記バネ中心線上で係合するようにした。

本発明に係る回路遮断器によると、可動接触子が所定の位置まで開極方向に回動した際には、可動側係合部が当接する係合内壁面から可動接触子の回動中心に向かって第１反力が発生することで、可動接触子が前記所定の位置を保持するようにしたので、固定接点及び可動接点の間のアーク長が短縮せず、アーク電圧が低下しないので限流性能の向上を図ることができる。

そして、回路遮断器の小型化を図るために、小型軽量の可動接触子を使用しても、可動接触子の可動側係合部が当接する係合内壁面から可動接触子の回動中心に向かって反力が発生している限り、可動接触子が所定の位置を保持し、電磁発生力が減少したときの限流性能に影響を与えない。したがって、部品数を減少させ、簡便な動作を行なう部品を備えたことでコストダウン及び小型化を図ることができる。

本発明に係る通常の通電状態で使用される回路遮断器を示す断面図である。 図１の回路遮断器において開閉機構の動作により可動接触子の開極操作を行なった状態を示す図である。 本発明に係るホルダ内に設けた保持機構に支持されている可動接触子を示す図である。 可動接触子を支持している保持機構を分解して示した図である。 通常の通電状態の回路遮断器の保持機構の動作を示す図である。 通電経路に過電流が流れた短絡トリップの初期の回路遮断器の保持機構の動作を示す図である。 短絡トリップの中期の回路遮断器の保持機構の動作を示す図である。 短絡トリップの終期の回路遮断器の保持機構の動作を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る１実施形態の多極回路遮断器１０の閉極状態を示し、図２は、多極回路遮断器１０のトリップ状態を示すものである。
本実施形態の多極回路遮断器１０は、モールド樹脂製の本体ケース１３に内蔵された電源側端子１４、負荷側端子１５、固定接触子１６、可動接触子１７、ホルダ１８、消弧装置１９、開閉機構２０、過電流引外し装置２２、トリップクロスバー２３及び可撓リード線２４を備えている。

本体ケース１３は、箱形のベース１１ａ、カバー１１ｂ、これらベース１１ａ及びカバー１１ｂの間に配置した中間カバー１１ｃの３分割構造である。
開閉機構２０はトグルリンク機構とラッチを備えており、その下端部がホルダ１８に連結されており、上部は、カバー１１ｂから外部に突出したロッカー式操作ハンドル２１に連結されている。過電流引外し装置２２は、バイメタルと電磁石を組合せた熱動−電磁形の装置である。トリップクロスバー２３は、過電流引外し装置２２の機械的な動作信号を受けて開閉機構２０をトリップ動作させる。また、可撓リード線２４は、電源側端子１４及び可動接触子１７の間を接続している。

そして、図２に示すように、電源側端子１４及び負荷側端子１５の間の通電経路に短絡電流、又は過負荷電流の過電流が流れて過電流引外し装置２２が動作すると、トリップクロスバー２３を介して開閉機構２０がトリップ動作を行い、ホルダ１８が回転動作を行なうことで可動接触子１７が開極方向（時計方向）に回動するようになっている。

本実施形態の多極回路遮断器１０は、図示しないが、本体ケース１３内に複数の極室が相間隔壁に隔てられて隣接配置されており、各極室毎に、電源側端子１４、負荷側端子１５、固定接触子１６及び可動接触子１７が配置され、可動接触子１７の開極移動経路に沿って負荷側端子１５側に消弧装置１９が配置されている。そして、各極室の可動接触子１７は、複数の極室を横切って配置したホルダ１８に回動自在に支持されている。

各極室の固定接触子１６は、図１に示すように、斜め下方に延在する接触子アーム１２を設けており、その接触子アーム１２の端部側の下面に、固定接点１６ａが設けられている。
また、各極室の可動接触子１７は、図１及び図３に示すように、一端側に固定接触子１６の固定接点１６ａと接触する可動接点１７ａが設けられ、他端側にカム係合ピン２５が固定されているとともに、可動接点１７ａ及びカム係合ピン２５の間の位置に、後述するガイド部材２６が係合する可動側係合凹部２７が形成されている。

図３に示すように、複数の極室を横切って配置されているホルダ１８には、各極室の可動接触子１７の他端側を包み込みながら回動自在に保持している複数の保持機構２８が設けられている。
各保持機構２８は、図４に示すように、可動接触子１７の他端側が入り込むようにホルダ１８に設けた切欠き開口部２９の内壁に形成され、可動接触子１７のカム係合ピン２５が係合するカム面３０と、カム面３０に対向して切欠き開口部２９の内壁に設けた平坦なバネ受け面３１と、可動接触子１７の可動側係合凹部２７に係合するガイド部材２６と、ガイド部材２６を保持してガイド部材２６及びバネ受け面３１との間に圧縮した状態で配置されるコイルバネ３２と、を備えている。

ガイド部材２６は、図４に示すように、コイルバネ３２の空洞部の入り込む狭幅板部２６ａと、コイルバネ３２の一端部に係合する広幅板部２６ｂと、広幅板部２６ｂの端部に形成され、可動接触子１７の可動側係合凹部２７に係合するガイド側係合凹部２６ｃとを備えた部材である。
また、カム面３０の近くには、ホルダ１８の外周から切欠き開口部２９内に向けて第１挿通孔３３ａが形成されており、この第１挿通孔３３ａの延長線上に、バネ受け面３１に直交する第２挿通孔３３ｂが形成されている。

そして、第１挿通孔３３ａから挿入したガイド部材２６は、バネ受け面３１上に配置したコイルバネ３２に狭幅板部２６ａが入り込む。そして、狭幅板部２６ａを第２挿通孔３３ｂに挿入して広幅板部２６ｂをカム面３０から離間させることでコイルバネ３２を圧縮した後、これら広幅板部２６ｂ及びカム面３０の間に可動接触子１７の他端側を配置し、可動側係合凹部２７及びガイド側係合凹部２６ｃを係合すると、圧縮状態のコイルバネ３２のスプリング力が、ガイド部材２６を介して可動接触子１７に入力され、可動接触子１７のカム係合ピン２５がカム面３０に押し付けられた状態となる（図３参照）。

ここで、図４に示すように、可動接触子１７のカム係合ピン２５が接触するホルダ１８のカム面３０は、平坦な第１カム面３０ａと、所定曲率の凹曲面を有する第２カム面３０ｂとで構成されている。
次に、図５から図８は、固定接触子１６及びホルダ１８に支持された可動接触子１７の開閉状態を示すものであり、図５は多極回路遮断器１０がＯＮ状態（通常の通電状態）のときを示し、図６は通電経路に過電流が流れた短絡トリップの初期を示し、図７は短絡トリップの中期を示し、図８は短絡トリップの終期を示すものである。

図５のＯＮ状態では、カム係合ピン２５がカム面３０の平坦な第１カム面３０ａに当接し、可動接点１７ａが固定接点１６ａに接触している。
ここで、互いに係合する可動側係合凹部２７及びガイド側係合凹部２６ｃは、コイルバネ３２のバネ中心線Ｐ上に位置している。
このとき、ガイド部材２６からコイルバネ３２のスプリング力Ｆｓが可動接触子１７の可動側係合凹部２７に作用しているので、カム係合ピン２５が当接する平坦な第１カム面３０ａからスプリング力Ｆｓと逆向きに反力Ｆｐが作用する。また、異なった位置でスプリング力Ｆｓ、反力Ｆｐが作用する可動接触子１７には、固定接点１６ａに接触する可動接点１７ａから接圧Ｆｃが作用する。

ここで、接圧Ｆｃ及びスプリング力Ｆｓが平行に作用せずに可動接点１７ａ及び固定接点１６ａが接触する場合がある。この場合には、スプリング力Ｆｓが作用する方向に対して直交する外力がガイド部材２６に作用する場合があるので、接圧Ｆｃ及びスプリング力Ｆｓが平行に作用するように可動接点１７ａ及び固定接点１６ａを接触させる構造とすることが望ましい。

次に、図６の短絡トリップの初期では、通電経路に過電流が流れることで、固定接点１６ａ及び可動接点１７ａに互いに逆方向の電磁反発力が発生して可動接触子１７が開極方向（時計回り方向）に回動し、固定接点１６ａ及び可動接点１７ａの間にアーク３５が生じる。
このとき、可動接触子１７には、カム係合ピン２５が当接する第１カム面３０ａからスプリング力Ｆｓ´と逆向きに反力Ｆｐ´が作用し、可動接点１７ａに電磁反発力Ｆｅが作用するが、反力Ｆｐ´に対して電磁反発力Ｆｅが大きな値を示しているので、ガイド部材２６のガイド側係合凹部２６ｃに係合している可動側係合凹部２７を回動中心として、可動接触子１７が時計回り方向（開極方向）に回動する。

ここで、カム係合ピン２５は、可動接触子１７の開極方向の回動とともに第２カム面３０ｂ側に移動していく。
次に、図７の短絡トリップの中期状態では、可動接点１７ａに作用する電磁反発力Ｆｅ´（＞Ｆｅ）が増大するので、ガイド部材２６のガイド側係合凹部２６ｃに係合している可動側係合凹部２７を回動中心として、可動接触子１７がさらに開極方向に回動する。

可動接触子１７がさらに開極方向に回動すると、カム係合ピン２５は、平坦な第１カム面３０ａの当接から所定曲率の凹曲面を有する第２カム面３０ｂへの当接に変更される。
ここで、第２カム面３０ａからスプリング力Ｆｓ″に抗する反力Ｆｐ″が作用するが、第２カム面３０ｂは、反力Ｆｐ″が可動接触子１７の回動中心（可動側係合凹部２７）に向かって作用するように、曲率中心を可動接触子１７の回動中心に一致させた凹曲面に形成されている。

このため、反力Ｆｐ″が可動接触子１７の回動中心（可動側係合凹部２７）に向かって作用する可動接触子１７には、反時計回り方向（閉極方向）に回動させる力が作用しない。
さらに、図８の短絡トリップの終期では、可動接点１７ａに作用する電磁反発力により、可動接触子１７がさらに開極方向に回動しようとする。ところが、開極方向に回動しようとする可動接触子１７の一部がコイルバネ３２に接触することで、可動接触子１７の開極方向への回動が停止される。

この際、図７と同様に、第２カム面３０ａからスプリング力Ｆｓ″に抗する反力Ｆｐ″が作用し、この反力Ｆｐ″が可動接触子１７の回動中心（可動側係合凹部２７）に向かって作用しているので、可動接触子１７には閉極方向に回動させる力が作用しない。
このため、短絡トリップの終期における可動接触子１７は、可動接点１７ａと固定接触子１６の固定接点１６ａとの間の接点ギャップ長Ｇが確保されてトリップ状態が保持される。ここで、上述した接点ギャップ長Ｇは、可動接点１７ａ及び固定接点１６ａの間の通電経路の遮断が可能な長さである。

ここで、本発明に係る回路遮断器が多極回路遮断器１０に対応し、本発明に係る可動側係合部がカム係合ピン２５に対応し、本発明に係る係合内壁面がカム面３０に対応し、本発明に係る接圧バネがコイルバネ３２に対応し、本発明に係る係合ピンがカム係合ピン２５に対応し、本発明に係る付勢力がスプリング力Ｆｓ，Ｆｓ´，Ｆｓ″に対応し、本発明に係る第１反力が反力Ｆｐ，Ｆｐ´，Ｆｐ″に対応し、本発明に係る第２反力が接圧Ｆｃに対応している。

したがって、本実施形態によると、可動接触子１７の回動中心は、互いに係合する可動側係合凹部２７及びガイド側係合凹部２６ｃの位置であり、この回動中心は、コイルバネ３２のバネ中心線Ｐ上に位置しており、図５に示す通常の通電状態では、コイルバネ３２のスプリング力Ｆｓが作用する方向に対して、カム係合ピン２５が当接する第１カム面３０ａから発生するＦｐ´と固定接点１６ａに接触する可動接点１７ａから発生する接圧Ｆｃとが逆向きに発生し、図８に示す可動接触子１７が接点ギャップ長Ｇまで開極方向に回動した際には、カム係合ピン２５が当接する第２カム面３０ｂから可動接触子１７の回動中心に向かって反力Ｆｐ″が発生し、可動接触子１７が接点ギャップ長Ｇを保持して短絡トリップ状態が保持されるので、固定接点１６ａ及び可動接点１７ａの間のアーク長が短縮せず、アーク電圧が低下しないので限流性能の向上を図ることができる。

また、多極回路遮断器１０の小型化を図るために、小型軽量の可動接触子１７を使用しても、可動接触子１７のカム係合ピン２５が当接する第２カム面３０ｂから可動接触子１７の回動中心に向かって反力が発生している限り、可動接触子１７が接点ギャップ長Ｇまで開極方向に回動している動作を保持し、電磁発生力が減少したときの限流性能に影響を与えないので、開閉機構２０が動作する前に可動接触子１７が固定接触子１６に接触せず、可動接触子１７の開極動作を正常に行なうことができる。したがって、小型化を図った回路遮断器を提供することができる。

また、可動接触子１７の短絡トリップ状態が保持されているときには、可動接点１７ａ及び固定接点１６ａの間の接点ギャップ長Ｇを、通電経路を遮断する長さとして確保されるので、短絡電流などの大電流が流れる際に、通電の遮断を確実に行なうことができる。
また、可動接触子１７のカム係合ピン２５が接触するホルダ１８のカム面３０は、平坦な第１カム面３０ａと、所定曲率の凹曲面を有する第２カム面３０ｂとで構成されており、可動接触子１７が可動接点１７ａ及び固定接点１６ａの間の接点ギャップ長Ｇを確保する位置まで回動したときに、カム係合ピン２５が接触する第２カム面３０ｂから可動接触子１７の回動中心（可動側係合凹部２７）に向かって反力Ｆｐ″が作用することで可動接触子１７が保持されるので、可動接触子１７を保持する機構を容易に行なうことができる。したがって、簡便な動作を行なう部品を備えたことで回路遮断器のコストダウンを図ることができる。

また、可動接触子１７の短絡トリップの終期では、可動接点１７ａに作用する電磁反発力により、可動接触子１７がさらに開極方向に回動しようとすると、可動接触子１７の一部がコイルバネ３２に接触することで、可動接触子１７の開極方向への回動を容易に停止することができる。

１０…多極回路遮断器、１１ａ…ベース、１１ｂ…カバー、１１ｃ…中間カバー、１２…接触子アーム、１３…本体ケース、１４…電源側端子、１５…負荷側端子、１６…固定接触子、１６ａ…固定接点、１７…可動接触子、１７ａ…可動接点、１８…ホルダ、１９…消弧装置、２０…開閉機構、２１…ロッカー式操作ハンドル、２２…過電流引外し装置、２３…トリップクロスバー、２４…可撓リード線、２５…カム係合ピン、２６…ガイド部材、２６ａ…狭幅板部、２６ｂ…広幅板部、２６ｃ…ガイド側係合凹部、２７…可動側係合凹部、２８…保持機構、２９…切欠き開口部、３０…カム面、３０ａ…第１カム面、３０ｂ…第２カム面、３１…バネ受け面、３２…コイルバネ、３３ａ…第１挿通孔、３３ｂ…第２挿通孔、Ｇ…接点ギャップ長、Ｐ…バネ中心線

Claims (6)

1. 固定接点を設けた固定接触子と、前記固定接点に接触する可動接点を一端に設け、他端がホルダ内に設けた保持機構に支持されて回動する可動接触子と、を備えた回路遮断器において、
   前記保持機構は、前記可動接触子の他端に設けた可動側係合部と、前記ホルダに形成した係合内壁面と、前記可動側係合部が前記係合内壁面を押圧して当接するように前記可動接触子を付勢する接圧バネと、を備え、
   前記可動接触子の回動中心は、前記接圧バネのバネ中心線上に位置しており、
   通常の通電状態では、前記接圧バネの付勢力が作用する方向に対して、前記可動側係合部が当接する前記係合内壁面から発生する第１反力と前記固定接点に接触する前記可動接点から発生する第２反力とが逆向きに発生し、
   前記可動接触子が所定の位置まで開極方向に回動した際には、前記可動側係合部が当接する前記係合内壁面から前記可動接触子の前記回動中心に向かって前記第１反力が発生することで、前記可動接触子が前記所定の位置を保持するようにしているとともに、
   前記係合内壁面は、前記通常の通電状態で前記可動側係合部と当接し、前記付勢力に対して逆向きに前記第１反力を発生させる平坦状からなる第１カム面と、前記可動接触子が所定の位置まで開極方向に回動する際に前記可動側係合部と当接し、曲率中心を前記可動接触子の前記回動中心に一致させた凹曲面からなる第２カム面とを備えている、ことを特徴とする回路遮断器。
2. 前記所定の位置は、過電流通電時に前記固定接点及び前記可動接点の間の接点ギャップ長が通電経路を遮断可能とする長さとなるように、前記可動接触子を保持する位置であることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
3. 前記可動側係合部は、前記可動接触子の他端から突出した係合ピンであることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
4. 前記可動接触子が所定の位置を超えて開極方向に回動しようとするときに、当該可動接触子の回動を規制する回動規制部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の回路遮断器。
5. 前記回動規制部材は、前記可動接触子が回動したときに近接する前記接圧バネの一部であることを特徴とする請求項４記載の回路遮断器。
6. 前記接圧バネをコイルバネで構成し、当該コイルバネの空洞部に一部を挿入したガイド部材と、前記可動接触子の前記回動中心とを、前記コイルバネの前記バネ中心線上で係合するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の回路遮断器。

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