JP6116470B2 - クラッドメタルと金属部品の接合方法及びその接合方法を用いた熱動式引き外し装置の製造方法並びに回路遮断器 - Google Patents

Description

この発明は、クラッドメタルと金属部品の接合方法に関し、特にその接合方法を用いた熱動式引き外し装置の製造方法とその方法により製造された熱動式引き外し装置を用いた回路遮断器に関するものである。

回路遮断器の熱動式引き外し装置は、過電流を検出し、主回路の引き外しを行う装置である。熱動式引き外し装置は、過電流から電流通路を保護するため、電路を流れる電流が過負荷状態になるとバイメタルの湾曲により、開閉レバーを回動させて可動接触子を開離させるようになっている。
一般的に、バイメタルを含むクラッドメタルは、複数の伝導率が異なる金属が圧延接合された金属である。従来、クラッドメタルと金属部品といった熱伝導性の異なる金属を結合する技術のひとつとして、プロジェクション溶接が用いられている。
しかし、クラッドメタルの溶融が激しい場合、接合時に発生する溶融物が飛散してつらら状の形状をなすため、溶接後に除去作業を行う必要がある。そのため、実開昭６３−１５３４５４号公報では、クラッドメタルに溶融物の飛散を軽減するための孔を設け、これに金属部品に設けた突起を当接させて溶接させている。

実開昭６３−１５３４５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された従来の接合方法では、金属部品の突起部とクラッドメタルにおける孔の周上で接合されるため、接合面積が狭く、熱はクラッドメタルに大きく分散される。そのため、溶接箇所に熱が効率的に加えられず、ナゲットが十分に生成されないことによる接合強度不足や、融点が低い部材の溶融物飛散量が多いため、クラッドメタルに設けられた孔に溶融物が留まりきらないといった問題があった。

この発明は、従来のクラッドメタルと金属部品の接合方法における上述のような課題を解決するためになされたものであり、十分な接合強度を得ながら、クラッドメタルと金属部品の接合時に発生する溶融物の飛散を抑えることのできるクラッドメタルと金属部品の接合方法を提供することを目的とするものである。

この発明に係わるクラッドメタルと金属部品の接合方法は、本体に孔を有するクラッドメタルを準備する工程と、前記クラッドメタルの孔よりも大きな径の突起部を有すると共に、この突起部の先端に前記クラッドメタルに開口された孔径よりも大きな径の孔を有する金属部品を準備する工程と、前記クラッドメタルに設けられた孔に、前記金属部品の前記突起部に設けられた孔を当接して溶接する工程とを備えたものである。
また、この発明に係わる回路遮断器は、絶縁筐体、前記絶縁筐体に装着された固定接触子、前記固定接触子に対向して設置された可動接触子、前記可動接触子を開閉動作させる開閉機構部、通電時の過電流に応じて前記開閉機構部を作動させる熱動式引き外し装置を備え、前記熱動式引き外し装置は、本体に孔を有するクラッドメタルからなるバイメタルと、前記バイメタルの孔よりも大きな径の突起部を有すると共に、この突起部の先端に前
記バイメタルに開口された孔径よりも大きな径の孔を有する中継端子と、を有するものである。

この発明のクラッドメタルと金属部品の接合方法によれば、クラッドメタルと金属部品の接合において、十分な接合強度を得ながら、接合時に発生する溶融物の飛散を防止することができる。
また、この発明の回路遮断器によれば、十分な接合強度を有する熱動式引き外し装置を得ることができる。

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の外観斜視図を分解した斜視図である。 図２で示したミドルベースへの各部材の収納を示した斜視図である。 図１における過電流引き外し装置を示した斜視図である。 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５におけるバイメタルと中継端子の接合部の形状を示す拡大図である。 図６におけるバイメタルと中継端子の接合前の側面図と断面図を示す拡大図である。 図６におけるバイメタルと中継端子の溶接時の電極の当て方を示す拡大側面図である。 比較例としての接合方法および効果を説明する断面図である。 本発明の接合方法および効果を説明する断面図である。

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を示す外観斜視図である。また、図２は、図１に示した回路遮断器の外観斜視図を上から順番にカバー、ミドルベース、ベースにそれぞれ分解した状態を示す斜視図である。図３は図２で示したミドルベースへの各部材の収納を示した斜視図である。また、図４は、１極分の過電流引き外し装置およびヨークを示した斜視図である。さらにまた、図５は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及び図２において、３極用の回路遮断器１０１の絶縁筐体５０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とが収納される。また、ベース３には、ミドルベース２と同様に極数分の消弧装置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、３ｂにミドルベース２の側板２ａ、２ｂを嵌合させている。よって、この側板２ａ、２ｂが絶縁筐体５０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）へ操作可能である。また、消弧装置５３の位置関係より、符号５は電源側端子であり、符号６が負荷側端子である。

次に、図３を用いて、過電流引き外し装置５２、開閉機構部５１、消弧装置５３について説明する。回路遮断器１０１においては、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、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る。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、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トグルリンク機構（図示なし）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、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を具備している。これら足部１４Ａ１、１４Ａ２が、ミドルベース２に設けた挿入穴に挿着されることで、開閉機構部５１は絶縁筐体５０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（オンからオフ、オフからオン）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。

図４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、単に接続と記載する）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、この可撓銅より線２１に接続された負荷側端子６によって構成される。
さらに、過電流引き外し装置５２は、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、付勢バネ（図示なし）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。

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、この材料に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、図３および図４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。
図６はバイメタル２０と中継端子１９について詳細に示した拡大図である。バイメタル２０には、孔２０ｂが設けられている。また、中継端子１９は、突起部１９ａとこの中継端子の突起部１９ａに設けられた孔１９ｂから構成されている。

図７は、接合前のバイメタル２０と中継端子１９の様子を示す図であり、（ａ）は、側面図を、（ｂ）は断面図を示す。中継端子１９の突起部１９ａは、バーリング加工によって形成されている。図７において、中継端子１９の突起部１９ａは、バイメタル２０の孔２０ｂよりも大きく、バイメタル２０の孔２０ｂに中継端子１９の突起部１９ａが入り込むことはない。また中継端子１９の孔１９ｂは、バイメタルの孔２０ｂの径以上の孔とし、バイメタルの孔２０ｂ径内に中継端子の突起部１９ａの孔１９ｂがあってはならない。接合の際は、バイメタルの孔２０ｂと中継端子の孔１９ｂの中心で位置合わせして溶接される。
図８に示すように、溶接の際にはバイメタル２０側と中継端子１９側から電極が当てられ、バイメタル２０に押しつけられる中継端子１９の突起部１９ａに電流と加圧力が集中し、それが潰れて接合される。

ここで、比較例としての接合方法と実施の形態１の接合方法について詳説する。一般的に、バイメタルを含むクラッドメタルは、複数の伝導率が異なる金属が圧延接合された金属である。クラッドメタルは、高膨張部材は融点が低く、低膨張部材は融点が高い金属である。クラッドメタルの低膨張部材面に溶接する場合は、溶接時の熱が高膨張部材側へも伝わり、高膨張部材側の金属が溶けてしまい溶融物が飛散することもある。
図９は比較例としての接合方法および効果を説明する断面図である。図９において、（ａ）は高膨張部材面への接合前断面図、（ｂ）は低膨張部材面への接合前断面図を示し、（ｃ）は高膨張部材面への接合後断面図、（ｄ）は低膨張部材面への接合後断面図を示し、（ｅ）は溶接後の溶接部の接合面積を示す。
図９では、クラッドメタル３１の孔３３に接合する金属部品３２の突起部３２ａの先端部分を入れ込み接合するため、接合する金属部品３２の突起部３２ａに加圧が十分加わらない。この突起部３２ａは、潰れることなく溶接されるため、溶接される各部品の接合面積は大きく広がることはない。

図９（ａ）に示すように、高膨張部材３１ａ側に溶接する場合は、まず突起部３２ａとクラッドメタル３１の孔３３で接触した円周上で入熱がおこり、加熱された高膨張部材３１ａが溶けはじめる。しかし、図９（ｃ）に示すように、接合される前に突起部３２ａ周辺の高膨張部材３１ａが溶けてしまうため、結果として金属部品３２は低膨張部材３１ｂと接合され、溶融物３５の飛散物は孔３３の中に留まり抑えられるものの、接合によるナゲット部３４（溶融凝固部分）の生成が少なく十分な強度を得ることができない。
また、図９（ｂ）に示すように、低膨張部材３１ｂ側に溶接した場合、突起部３２ａとクラッドメタル３１の孔３３で接触した円周上で入熱がおこり、加熱された低膨張部材３１ｂに溶接される。しかし、突起部３２ａによるプロジェクション溶接の効果が十分得られないため、高膨張部材３１ａ側への接合に比べて接合強度は増すが、クラッドメタル３１への熱分散が大きくなるため、図９（ｄ）に示すように、接合時の熱が高膨張部材３１ａにも伝わり溶融してしまい、クラッドメタル３１の孔３３から溶融物３５が噴出することがある。

図１０は、実施の形態１の接合方法及び効果を説明する断面図である。図１０において、（ａ）は高膨張部材面への接合前断面図、（ｂ）は低膨張部材面への接合前断面図を示し、（ｃ）は高膨張部材面への接合後断面図、（ｄ）は低膨張部材面への接合後断面図を示し、（ｅ）は溶接後の溶接部の接合面積を示す。
図１０に示すように、金属部品２６の突起部２６ａは、円錐台状に形成してもよい。この円錐台状の突起部２６ａはクラッドメタル２５の孔２７よりも大きく、クラッドメタル２５の孔２７に金属部品２６の突起部２６ａが入り込むことはない。また金属部品２６の孔２６ｂにおける頂点側の径は、クラッドメタル２５の孔２７の径以上の孔とし、クラッドメタルの孔２７径内に金属部品２６の突起部２６ａの孔２６ｂがあってはならない。接合の際は、クラッドメタル２５の孔２７と金属部品２６の孔２６ｂの中心で位置合わせして溶接される。

図１０に示すように、実施の形態１の接合方法では、クラッドメタル２５の孔２７に接合する金属部品２６の突起部２６ａの先端部分が、始めは孔円周状の線接触となっているものの、入熱し加圧を加えることにより、突起部２６ａは徐々に潰れながら溶接され、これに伴い接合面積も広がる。
そのため、接合時にクラッドメタル２５への放熱が起こるものの、図９に示す比較例としての接合方法に比べて接合面に熱が留まるため熱分散が少なく、溶接電流、溶接時間も少なくすることが可能となる。よって、（ａ）高膨張部材２５ａ側への溶接、（ｂ）低膨張部材２５ｂ側への溶接に関わらず十分な接合強度を得ることができ、かつクラッドメタル２５の孔２７および金属部品２６の孔２６ｂに溶融物２９が留まるため、溶融物２９の飛散を抑えることができる。

以上のように、この発明の実施の形態１における接合方法によれば、図９に示す比較例の接合方法よりも溶接される各部品の接合面積が広がり接合面に熱が留まるため、接合に必要な熱を効率よく伝えることができ、十分な接合強度を得ることができる。
また、熱を効率的に伝導できるため、溶接時間も短く、溶接電流も低くすることができ、入熱量が少ないため溶接時に発生する溶融物も少なくすることが可能である。さらに、溶融物が発生した場合もバイメタルおよび中継端子に設けた孔に留まるため、これらの飛散を防止することができる。
さらにまた、この発明の実施の形態１の図１から図５の回路遮断器によれば、図６から図８、及び図１０に示す接合方法により熱動式引き外し装置、つまり過電流引き外し装置５２は製造されている。よって、図６で示したバイメタル２０は、図１０で示したクラッドメタル２５から構成されており、図１０で示した金属部品２６は、図６で示した中継端子である。
この発明の実施の形態１の回路遮断器の熱動式引き外し装置は、本体に孔２０ｂを有するクラッドメタルからなるバイメタル２０と、このバイメタル２０の孔２０ｂよりも大きな径の突起部１９ａを有するとともに、この突起部１９ａの先端にバイメタル２０に開口された孔径よりも大きな径の孔１９ｂを有する中継端子１９を有している。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：カバー、 ２：ミドルベース、 ３：ベース、 ４：操作ハンドル、
５：電源側端子、 ６：負荷側端子、 ７：ヨーク、 ８：固定接点、
９：固定接触子、 １１：可動接点、 １２：クロスバー、 １３：可動接触子、
１４：フレーム、 １５：ハンドルアーム、 １６：トリップバー、 １７：掛け金、
１８：コイル、 １９：中継端子、 ２０：バイメタル、 ２１：可撓銅より線、
２２：固定鉄心、 ２３：絶縁パイプ、 ２４：可動鉄心、 ２５：クラッドメタル、
２６：金属部品、 ２７：孔、 ２８：ナゲット部、 ２９：溶融物、
５０：絶縁筐体、 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。

Claims (4)

1. 本体に孔を有するクラッドメタルを準備する工程と、
   前記クラッドメタルの孔よりも大きな径の突起部を有すると共に、この突起部の先端に前記クラッドメタルに開口された孔径よりも大きな径の孔を有する金属部品を準備する工程と、
   前記クラッドメタルに設けられた孔に、前記金属部品の前記突起部に設けられた孔を当接して溶接する工程と、を有することを特徴とするクラッドメタルと金属部品の接合方法。
2. 前記溶接は、前記クラッドメタルに設けられた孔と、前記金属部品の前記突起部に設けられた孔の中心で位置合わせをして実行されることを特徴とする請求項１に記載のクラッドメタルと金属部品の接合方法。
3. 前記クラッドメタルは、熱動式引き外し装置のバイメタルであり、
   前記金属部品は、前記熱動式引き外し装置の中継端子であり、
   前記熱動式引き外し装置は、請求項１又は請求項２に記載の接合方法により製造されることを特徴とする熱動式引き外し装置の製造方法。
4. 絶縁筐体、
   前記絶縁筐体に装着された固定接触子、
   前記固定接触子に対向して設置された可動接触子、
   前記可動接触子を開閉動作させる開閉機構部、
   通電時の過電流に応じて前記開閉機構部を作動させる熱動式引き外し装置を備え、
   前記熱動式引き外し装置は、本体に孔を有するクラッドメタルからなるバイメタルと、前記バイメタルの孔よりも大きな径の突起部を有すると共に、この突起部の先端に前記バイメタルに開口された孔径よりも大きな径の孔を有する中継端子と、を有することを特徴とする回路遮断器。