JP5812813B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、負荷電流が流れるヒータ及びバイメタルとによって構成された熱動引外し装置を備え前記負荷電流が過電流状態となれば前記バイメタルの湾曲によって開閉機構部が駆動されることにより可動接点が固定接点から開離される回路遮断器に関するものである。

例えば特許文献１に開示されている回路遮断器に用いられる熱動引外し装置では、定格電流が小さな仕様でもバイメタルが大きく湾曲できるように、バイメタルとヒータの間に絶縁シートを挟み電気的に絶縁した状態でバイメタルの全長にわたってヒータを巻回することでバイメタルとヒータを分離しないようにして、通電時にはバイメタルとヒータの両部品に電流が流れ当該両部品の発熱によってバイメタルが加熱されるように工夫している。このような構成を一般的に直傍形熱動引外し装置（以下直傍形と称する）と呼ぶ。

また大電流用の回路遮断器を構成する場合には、ヒータをバイメタルに隣接させ、主にヒータの発熱によってバイメタルを加熱させる構成が一般的であり（以下傍熱形と称する）、ここでヒータやバイメタルの形状を工夫することで通電距離を増すことで発熱を増した傍熱形熱動引外し装置も知られている（例えば特許文献２）。

実開昭６２−１９７２４３号公報（図及びその説明） 実開昭５５−５２７５４号公報（図及びその説明）

上記のように従来の直傍形熱動引外し装置による回路遮断器においては、ヒータの発熱がバイメタル全体に伝わりやすくするために、絶縁シートを挟み込んだ状態でヒータをバイメタルに巻回していたが、バイメタルの低膨張側もヒータによって加熱され膨張するため、高膨張側と低膨張側の膨張の差によって湾曲するバイメタルにとって湾曲が阻害され大きく湾曲させることができなかった。また、湾曲を増やすために発熱を増したくても、回路遮断器の外形を形成する筐体の耐熱温度が制約となり、発熱を増やすことができなかった。このためバイメタルを湾曲させるために余分な熱を加えなければ湾曲を大きくすることができず、湾曲量を大きくできないため回路遮断器の生産工程において回路遮断器の引外し時間を設定する作業に時間がかかっていた。
従来の構成は低膨張側の発熱分も高膨張側に伝わり高膨張側を加熱させることに役立っていたものの、近年の回路遮断器の高遮断容量化によりバイメタルの溶断を防止させるためバイメタルの断面積を大きくせざるを得ず、バイメタルの断面積が大きい仕様では低膨張側の発熱が高膨張側に伝わりにくくなってきた。また省エネ化による回路遮断器本体の電気抵抗低減化や材料使用量削減化の流れからも、低膨張側にヒータを配置することは問題があった。
一方、上記問題を解決するためにヒータをバイメタルの高膨張側のみに配置する構成にすると、引外し装置のバイメタル湾曲前後においてヒータをバイメタルとが分離し、ヒータの発熱がバイメタルに伝わりにくくなる問題と、ヒータ長さが低膨張側に配置されていた部分がなくなり通電距離が短くなるため、熱動引外し装置に与えられた限られたスペース内で発熱できる量が小さくなる問題も発生する。

特許文献２においては、ヒータによってバイメタルの片側のみを加熱しているもののバイメタルの一部分しか通電しないため発熱量が少なく、また定格電流が小さな仕様においてヒータとバイメタルが十分に発熱しないため、バイメタルの湾曲を大きくすることが出来なかった。

この発明は、前述のような実情に鑑みてなされたもので、同じ通電電流でもよりバイメタルの湾曲を大きくすることができるようにすることを目的とするものである。

この発明に係る回路遮断器は、負荷電流が流れるヒータ及びバイメタルとによって構成された熱動引外し装置を備え前記負荷電流が過電流状態となれば前記バイメタルの湾曲によって開閉機構部が駆動されることにより可動接点が固定接点から開離される回路遮断器において、前記ヒータと前記バイメタルとを絶縁する絶縁シートが、前記ヒータと前記バイメタルとに跨って巻回され前記ヒータのその周囲の雰囲気への放熱と前記バイメタルのその周囲の雰囲気への放熱とを抑制するように前記ヒータと前記バイメタルとを覆っているものである。

この発明は、負荷電流が流れるヒータ及びバイメタルとによって構成された熱動引外し装置を備え前記負荷電流が過電流状態となれば前記バイメタルの湾曲によって開閉機構部が駆動されることにより可動接点が固定接点から開離される回路遮断器において、前記ヒータと前記バイメタルとを絶縁する絶縁シートが、前記ヒータと前記バイメタルとに跨って巻回され前記ヒータのその周囲の雰囲気への放熱と前記バイメタルのその周囲の雰囲気への放熱とを抑制するように前記ヒータと前記バイメタルとを覆っているので、同じ通電電流でもバイメタルの湾曲を大きくすることができる回路遮断器を提供できる効果がある。

本発明の実施の形態１を示す図で、（ａ）は回路遮断器の完成品の斜視図、（ｂ）は回路遮断器の完成品を構成する回路遮断器カバー部Ａと回路遮断器中枢部Ｂと回路遮断器ベース部Ｃとに分解して例示する斜視図である。 本発明の実施の形態１を示す図で、図１（ｂ）における回路遮断器カバー部Ａを外した状態での回路遮断器中枢部Ｂを構成する開閉機構部２００と引外し装置３００と回路遮断器中枢部ベース筐体４００とに分解して例示する斜視図である。 本発明の実施の形態１を示す図で、回路遮断器のオン状態での開閉機構部の一部と直傍形熱動引き外し装置とを例示する斜視図である。 本発明の実施の形態１を示す図で、回路遮断器のトリップ状態での開閉機構部の一部と直傍形熱動引外し装置とを例示する斜視図である。 本発明の実施の形態１を示す図で、図３及び図４に例示の直傍形熱動引き外し装置の要部拡大図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の実施の形態１を示す図で、図５に例示する直傍形熱動引き外し装置の絶縁シートを展開した状態で例示する図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の実施の形態１を示す図で、図５及び図６に例示する直傍形熱動引き外し装置への組み込み前の絶縁シートを示す展開図である。 従来の熱動引き外し装置の事例を、図５に対応する図として示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。

実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図１〜図７により説明する。図１の（ａ）は回路遮断器の完成品の斜視図、（ｂ）は回路遮断器の完成品を構成する回路遮断器カバー部Ａと回路遮断器中枢部Ｂと回路遮断器ベース部Ｃとに分解して例示する斜視図である。図２は図１（ｂ）における回路遮断器カバー部Ａを外した状態での回路遮断器中枢部Ｂを構成する開閉機構部２００と引外し装置３００と回路遮断器中枢部ベース筐体４００とに分解して例示する斜視図、図３は回路遮断器のオン状態での開閉機構部の一部と直傍形熱動引き外し装置とを例示する斜視図、図４は回路遮断器のトリップ状態での開閉機構部の一部と直傍形熱動引外し装置とを例示する斜視図である。図５は図３及び図４に例示の直傍形熱動引き外し装置の要部拡大図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図６は図５に例示する直傍形熱動引き外し装置の絶縁シートを展開した状態で例示する図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図７は図５及び図６に例示する直傍形熱動引き外し装置への組み込み前の絶縁シートを示す展開図である。

図１及び図２において、回路遮断器１００は、絶縁材の基板筐体４０及びカバー１１１からなる筐体と、基板筐体４０に設けられ、操作ハンドル４を備えた周知の開閉機構部２００と、過電流を検出し開閉機構部２００を駆動する直傍形熱動引き外し装置３００と、開閉機構部２００により開閉される固定接点８及び可動接点１１と、両接点８、１１を開離した際に発生するアークを裁断する消弧装置５３と、を備えている。消弧装置５３は、絶縁材料で形成された基板１０１と中間基板１０２とからなる基板筐体４０に収納されている。開閉機構部２００、直傍形熱動引き外し装置３００及び両接点８、１１は、中間基板１０２に固定されて保持されている。絶縁材料で形成されたカバー１１１は、基板筐体４０に装着されている。

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１４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２００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。

直傍形熱動引き外し装置３００は、熱動電磁式であり、バイメタル端子５５とバイメタル５０と可撓銅より線３とにより構成された熱動部３００Ａと、ヨーク７とコイル１８と固定鉄心２２と絶縁パイプ２３と付勢バネ（図示省略）と可動鉄心２４とにより構成された電磁部３００Ｂとにより、一つの組立て素体として構成されている。

図３は、回路遮断器１００のオン（ＯＮ）状態における開閉機構部２００の一部と引きはずし装置３００を例示する斜視図、図４は、回路遮断器１００のトリップ（ＴＲＩＰ）状態における開閉機構部２００の一部と直傍形熱動引き外し装置３００を例示する斜視図である。

図３及び図４において、回路遮断器１００が接続された三相電気回路である負荷回路に、所定値以上の負荷電流、つまり過負荷電流が所定時間以上流れた場合には、直傍形熱動引き外し装置３００における限時引き外し手段を構成するバイメタル５０が図中の右方へ所定量だけ湾曲変形して、開閉機構部２００のトリップバー６０を駆動し、トリップバー６０が当接している掛け金７０を回動させることによって開閉機構部２００をトリップさせる。この開閉機構部２００のトリップにより、Ｒ、Ｓ、Ｔ三相の負荷端子６に夫々接続される開閉接点部の各固定接点８に接触していた各可動接点１１を開離させる。

次に、この発明の要部である直傍形熱動引外し装置３００の熱動部の構成を詳細に説明する。
図５に示すように、この直傍形熱動引外し装置３００の熱動部は、過負荷電流により湾曲しトリップバー６０を駆動するバイメタル５０と、このバイメタル５０に沿って設けられ、通電電流によりバイメタル５０を加熱するヒータ１０と、ヒータ１０とバイメタル５０の間に設けられ、ヒータ１０とバイメタル５０とを絶縁するための絶縁シート１と、バイメタル５０に接続され、バイメタル５０を中間基板１０２に固定するバイメタル端子５５と、可撓銅撚り線３の各部品から構成されている。

バイメタル５０は断面長方形の板形状からなり、バイメタル５０の一端に接続されるヒータ１０は図６に示すようにジグザグ形状をしており長い通電経路を有している。一方、バイメタル５０の他端にはバイメタル端子５５が接続され、バイメタル端子５５は中間基板１０２に圧入固定されている。またヒータ１０の他方には可撓銅撚り線３が接続されており回路遮断器１００の負荷端子６へと繋がっている。両接点８，１１が閉合しているとき、電流は固定接点８から固定接触子９を流れコイル１８とバイメタル端子５５を経由し、バイメタル５０へと流れる。ここでバイメタル５０とヒータ１０の間には絶縁シート１が挟みこまれており、バイメタル５０とヒータ１０を絶縁している。このため、電流はバイメタル端子５５からバイメタル５０の長手方向に流れ、ヒータ１０を通り可撓銅撚り線３を経由した後、回路遮断器１００の負荷端子６へと流れる。

絶縁シート１はバイメタル５０とヒータ１０を巻き込むように巻回されており、端の各凸部１ｂが絶縁シート１中部に存在する各切欠き部１aに差し込まれ、巻回した形状が解
けないように固定される。

前述の実施の形態１では、つまり、負荷電流が流れるヒータ１０及びバイメタル５０とによって構成された熱動引外し装置３００Ａを備え前記負荷電流が過電流状態となれば前記バイメタル５０の湾曲によって開閉機構部２００が駆動されることにより可動接点１１が固定接点８から開離される回路遮断器において、前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とを絶縁する絶縁シート１が、前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とに跨って巻回され前記ヒータ１０のその周囲の雰囲気への放熱と前記バイメタル５０のその周囲の雰囲気への放熱とを抑制するように前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とを覆っている。換言すれば、絶縁シート１は、前記ヒータ１０が発生する熱及び前記バイメタル５０が発生する熱の何れをも、前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とに跨って巻回され絶縁シート１内に閉じ込めるように、前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とを覆っている。

負荷電流が流れるヒータ１０及びバイメタル５０とによって構成され、前記負荷電流が過電流状態となれば前記バイメタル５０の湾曲によって回路遮断器の開閉機構部２００を駆動することにより前記回路遮断器の可動接点１１を固定接点８から開離させる熱動引外し装置３００Ａにおいて、前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とを絶縁する絶縁シート１が、前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とに跨って巻回され前記ヒータ１０のその周囲の雰囲気への放熱と前記バイメタル５０のその周囲の雰囲気への放熱とを抑制するように前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とを覆っている。

前記負荷電流が短絡電流状態となれば動作し前記開閉機構部２００を駆動して可動接点１１を固定接点８から開離させる電磁引外し装置３００Ｂを備え、前記電磁引外し装置３００Ｂが前記開閉機構部２００の下側に隣接して配設されると共に、前記可動接点１１及び前記固定接点８と前記熱動引外し装置３００Ａとの間に位置して配設され、前記熱動引外し装置３００Ａの前記バイメタル５０の低膨張側５０Ｌが前記ヒータ１０より前記電磁引外し装置３００Ｂ側に位置し、前記バイメタル５０の高膨張側５０Ｈが前記バイメタル５０の低膨張側５０Ｌと前記ヒータ１０との間に位置している。

前記ヒータ１０はその一端１０Ａが可撓銅撚り線３を介して負荷側端子６に接続されその他端１０Ｂが前記バイメタル５０の一端５０Ａに接続され、前記バイメタル５０の他端５０Ｂは前記固定接点８に接続され、前記負荷電流は、前記固定接点８から前記バイメタル５０の他端５０Ｂへ、前記バイメタル５０の他端５０Ｂから前記バイメタル５０を通って前記バイメタル５０の一端５０Ａへ、前記バイメタル５０の一端５０Ａから前記ヒータ１０の他端１０Ｂへ、前記ヒータ１０の他端１０Ｂから前記ヒータ１０を通って前記ヒータ１０の一端１０Ａへ、前記ヒータ１０の一端１０Ａから前記可撓銅撚り線３を通って前記負荷側端子６へと流れ、前記ヒータ１０が前記負荷側端子６と前記バイメタル５０との間に位置して配設されている。
前記バイメタル５０の高膨張側５０Ｈが前記バイメタル５０の低膨張側５０Ｌと前記ヒータ１０との間に位置している。

前記絶縁シート１が一シートからなり、その一端１Ａが前記ヒータ１０と前記バイメタル５０との間に介在して前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とを絶縁し、その他端１Ｂが前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とに跨って巻回され前記ヒータ１０のその周囲の雰囲気への放熱と前記バイメタル５０のその周囲の雰囲気への放熱とを抑制する。

前記絶縁シート１の前記他端に凸部１ｂが形成されると共に、前記絶縁シート１の前記一端１Ａと前記他端１Ｂとの中間部１Ｃに切り込み１ａが設けられ、前記凸部１ｂが前記切り込み１ａに差し込まれており、この指し込みによって、前記ヒータ１０と前記バイメタル５０とに跨って巻回された前記絶縁シート１の前記他端１Ｂが前記絶縁シート１の中間部１Ｃに留められている。

前記ヒータ１０は、前記バイメタル５０の一端５０Ａから前記バイメタル５０の他端５０Ｂに亘って延在し、前記ヒータ１０は、前記延在方向10DE及び当該延在方向10DEと直角を成す幅方向10DWの何れの方向にも前記バイメタル５０からはみ出さないように配設されている。
前記ヒータ１０は、その前記一端１０Ａからその前記他端１０Ｂに亘って連続したジグザグ形状に形成されている。

前記ヒータ１０の前記幅方向10DWの、前記ヒータ１０の最大幅長10WMが前記バイメタル５０の最大幅長50WM以下である。
前記ジグザグ形状のヒータ１０の、前記幅方向10DWの線幅Ｗｗと前記延在方向10DEの線幅Ｗｅとがほぼ同一である。
絶縁シート１の熱伝導率が、前記ヒータ１０の熱伝導率及び前記バイメタル５０の熱伝導率の何れよりも小さい。
前記ヒータ１０が前記絶縁シート１によって前記バイメタル５０に固定されている。

次に、この発明の実施の形態１の主要部の動作、作用効果について説明する。
バイメタル５０が通電電流によって加熱され湾曲することで開閉機構部２００のトリップバー６０を駆動し引き外すが、ヒータ１０はバイメタル５０の高膨張側５０Ｈにのみ配置されているので低膨張側５０Ｌが膨張せず、限られた既存スペース範囲内で同じ通電電流でもより湾曲を大きくすることができるとともに、ヒータ１０の材料使用量を削減することができる。また、バイメタル５０とヒータ１０が分離しないように絶縁シート１で巻回されているためヒータ１０の熱をバイメタル５０に効率的に伝えることができる。さらに、絶縁シート１同士を係合させて固定しているので、別途、固定具等を必要としない。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。

１ 絶縁シート、 １ａ 切欠き部、 １ｂ 凸部、
１Ａ 絶縁シートの一端、 １Ｂ 絶縁シートの他端、
１Ｃ 絶縁シートの中間部、 ２ 可動鉄心、 ３ 可撓銅撚り線、
６ 負荷側端子、 ５５ バイメタル端子、 ８ 固定接点、
１０ ヒータ、 １０Ａ ヒータの一端、
１０Ｂ ヒータの他端、 １０ＤＥ ヒータの延在方向、
１０ＤＷ ヒータの延在方向と直角を成す幅方向、
１０ＷＭ ヒータの最大幅長、１１ 可動接点、
１８ コイル、 ４０ 基板筺体、 ５０ バイメタル、
５０Ａ バイメタルの一端、 ５０Ｂ バイメタルの他端、
５０Ｌ バイメタルの低膨張側、 ５０Ｈ バイメタルの高膨張側、
５０ＷＭ バイメタルの最大幅長、 ６０ トリップバー、
１００ 回路遮断器、 １０１ 基板、 １０２ 中間基板、
１１１ カバー、 ２００ 開閉機構部、 ３００ 引き外し装置、
３００Ａ 熱動引き外し装置、３００Ｂ 電磁引き外し装置。

Claims (12)

1. 負荷電流が流れるヒータとバイメタルとによって構成された熱動引外し装置を備え前記負荷電流が過電流状態となれば前記バイメタルの湾曲によって開閉機構部が駆動されることにより可動接点が固定接点から開離される回路遮断器において、
   前記ヒータと前記バイメタルとを絶縁する絶縁シートが、前記ヒータと前記バイメタルとに跨って巻回され前記ヒータのその周囲の雰囲気への放熱と前記バイメタルのその周囲の雰囲気への放熱とを抑制するように前記ヒータと前記バイメタルとを覆っている
   ことを特徴とする回路遮断器。
2. 請求項１に記載の回路遮断器において、
   前記ヒータはその一端が可撓銅撚り線を介して負荷側端子に接続されその他端が前記バイメタルの一端に接続され、
   前記バイメタルの他端は前記固定接点に接続され、
   前記負荷電流は、前記固定接点から前記バイメタルの他端へ、前記バイメタルの他端から前記バイメタルを通って前記バイメタルの一端へ、前記バイメタルの一端から前記ヒータの他端へ、前記ヒータの他端から前記ヒータを通って前記ヒータの一端へ、前記ヒータの一端から前記可撓銅撚り線を通って前記負荷側端子へと流れ、
   前記ヒータが前記負荷側端子と前記バイメタルとの間に位置して配設されている
   ことを特徴とする回路遮断器。
3. 請求項２に記載の回路遮断器において、
   前記バイメタルの高膨張側が前記バイメタルの低膨張側と前記ヒータとの間に位置している
   ことを特徴とする回路遮断器。
4. 請求項１に記載の回路遮断器において、
   前記負荷電流が短絡電流状態となれば動作し前記駆動に応動して可動接点を固定接点から開離させる電磁引外し装置を備え、
   前記電磁引外し装置が前記開閉機構部の下側に隣接して配設されると共に、前記可動接点及び前記固定接点と前記熱動引外し装置との間に位置して配設され、
   前記熱動引外し装置の前記バイメタルの低膨張側が前記ヒータより前記電磁引外し装置側に位置し、前記バイメタルの高膨張側が前記バイメタルの低膨張側と前記ヒータとの間に位置している
   ことを特徴とする回路遮断器。
5. 請求項１〜請求項４の何れか一に記載の回路遮断器において、
   絶縁シートが一シートからなり、その一端が前記ヒータと前記バイメタルとの間に介在して前記ヒータと前記バイメタルとを絶縁し、その他端が前記ヒータと前記バイメタルとに跨って巻回され前記ヒータのその周囲の雰囲気への放熱と前記バイメタルのその周囲の雰囲気への放熱とを抑制する
   ことを特徴とする回路遮断器。
6. 請求項５に記載の回路遮断器において、前記絶縁シートの前記他端に凸部が形成されると共に、前記絶縁シートの前記一端と前記他端との中間部に切り込みが設けられ、前記凸部が前記切り込みに差し込まれており、この指し込みによって、前記ヒータと前記バイメタルとに跨って巻回された前記絶縁シートの前記他端が前記絶縁シートの中間部に留められている
   ことを特徴とする回路遮断器。
7. 請求項５に記載の回路遮断器において、
   前記ヒータは、前記バイメタルの一端から前記バイメタルの他端に亘って延在し、
   前記ヒータは、前記延在の方向及び当該延在の方向と直角を成す幅方向の何れの方向にも前記バイメタルからはみ出さないように配設されている
   ことを特徴とする回路遮断器。
8. 請求項７に記載の回路遮断器において、
   前記ヒータは、その前記一端からその前記他端に亘って連続したジグザグ形状に形成されている
   ことを特徴とする回路遮断器。
9. 請求項８に記載の回路遮断器において、
   前記ヒータの前記幅方向の、前記ヒータの最大幅長が前記バイメタルの最大幅長以下である
   ことを特徴とする回路遮断器。
10. 請求項９に記載の回路遮断器において、
    前記ジグザグ形状のヒータの、前記幅方向の線幅と前記延在の方向の線幅とがほぼ同一である
    ことを特徴とする回路遮断器。
11. 請求項５に記載の回路遮断器において、
    絶縁シートの熱伝導率が、前記ヒータの熱伝導率及び前記バイメタルの熱伝導率の何れよりも小さい
    ことを特徴とする回路遮断器。
12. 請求項５に記載の回路遮断器において、
    前記ヒータが前記絶縁シートによって前記バイメタルに固定されている
    ことを特徴とする回路遮断器。

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