JP6207841B2 - 開閉接触器 - Google Patents

Description

本発明は、電力開閉接触器に関し、特に、幹線（ｍａｉｎｓ）電圧において８０アンペアを上回る電流を開閉することができる単極又は二極接触器に関する。

本発明はまた、通常の家庭用電源（幹線）電圧、例えば１００Ｖ ＡＣから２４０Ｖ ＡＣにおいて前納又は安全切断機能を実行する現代の電気メータ、いわゆる「スマートメータ」で使用される大電流開閉接触器のタイプに関する。これは、特許文献１で説明されているような双ブレード接点構成を有する電気接触器に特に用途を有する。

このタイプの多くの接触器は、例えば１００アンペア又は２００アンペアの公称電流を負荷サイクルの多数回の開閉にわたって十分満足に開閉することが可能であり、この開閉は、溶着を防ぐ特定の添加剤を含有する適切な銀合金接点により行われる。開閉ブレードは、当該の公称電流において、最小限の自己加熱で、開閉機能のために容易に作動するように構成される。

ほとんどのメータの仕様は、接点溶着することのない満足すべき公称電流耐久開閉を規定するのみならず、中程度の短絡故障状態では溶着してはならないこと、そして次回のアクチュエータ駆動パルスにおいて開放されなければならないことも要求する。もっと高い関連の「完全短絡」状態では、スイッチ接点は溶着してもよいが無傷のままでなければならず、保護ヒューズが破断するか又は回路の遮断器がドロップアウトして負荷への幹線電源が安全に切断されるまで、「完全短絡」期間中に爆発するか又はなんらかの危険な溶融物質を放出することがあってはならない。この短絡期間は、最大で幹線電源の６サイクルに及ぶことがある。

特許文献１は、特定の厚さ、幅、及び有効長を有し、双方の間に定められた小さいギャップを有する一対の平行な可動ばね銅アーム又はブレードを含む「双ブレード（ｂｉ−ｂｌａｄｅ）」スイッチの基本構成を導入した。ブレードの固定端同士は一緒に、リベット、ねじ、又は半剪断によって可動ブレード支持端子で終端し、可動接点が自由端の内面上に取り付けられており、この可動接点は、スイッチのもう一方の固定ブレード支持端子に取り付けられた固定接点に自然に接近する。

この基本の実施形態において、接触器は、スイッチが一対の可動アーム（ブレードとしても知られる）を有する双ブレード式スイッチ構造を用いており、この可動アームは、ストリップ状に打ち抜かれて予備成形され、比較的低いスイッチ抵抗を達成するために、規定された「接触圧」力で固定接点に接近するようになっており、開放端は、傾斜部で外に向かって形成される。アームは、互いに平行に延び、小さいギャップによって隔てられており、大電流状況下では、アームを通る電流が磁気引力を生成してアーム同士を互いに向かって付勢し、アームの遠位端間に配置された固定接点にかかる力を増大させる。この引力は、接点同士を離すように付勢する反発力を相殺し、これもまた接点を通る大電流によるものである。この配置は、図１から図３に示される。図１及び図２は、仕組みを示すためにカバーが取り除かれた単極接触器１０を示す。図３は、１つのスイッチのアーム３０の略図である。各アームは、可動アームに接続されるため可動端子として知られる第１の端子２４に取り付けられる第１の端部３４を有する、ばね銅ストリップを有する。固定端子として知られる第２の端子２２は、固定接点２３を有する。各アームの遠位端３６には、可動接点２５が嵌め込まれている。各アーム３０は、アームの端部間に片寄りを作り出す傾斜区間又は傾斜部３８を有しており、固定接点が可動接点の間に収容されることができるようになっている。２つのアームは、傾斜部以外は互いに平行に延びている。可動接点は、固定接点と位置合わせされて配置され、アームの弛緩状態において、可動接点は、所定の接触力で固定接点に当接する。アームは、図面の平面内で、第１の端子に対する接続部のまわりで移動又は屈曲することができる。過度の屈曲に対してアームを補剛するために、リブ３９がアーム内に形成される。

１００アンペア公称電流接触器で用いられるような基本の平行「双ブレード」構成は、短絡故障中に接点の反発力を超える動的磁気ブレード力を生じさせる。ブレードの幾何学的形状及び接点は、指定された動作条件での溶着を回避するように最適化された。この基本の１００アンペア・スイッチは、４つの接点、すなわち、２つの可動接点及び２つの固定接点を用い、各々の平行なブレード内に５０アンペアが流れる。この基本構成は、もっと高い公称電流及び短絡電流には耐えることができなかったが、その理由は、ブレードの幾何学的形状及び分流パラメータが、ブレード力と特により大きい接点反発力との釣り合いを制限し、その結果、耐久寿命がはるかに短くなり、より高い短絡故障中に深刻な接点溶着の問題が生じたからである。

特許文献１はまた、分割ブレードの概念も紹介し、これは、２００アンペア公称電流接触器が、短絡故障中に動的磁気ブレード力と接点反発力との釣り合いを取ることを可能にし、その幾何学的形状及び接点は、指定された条件における溶着を回避するように最適化された。

分流を均等に分担するため、及び、接点の反発力とブレードの磁気引力との釣り合いをとるために、隣接する平行な各々の「双ブレード」が長手方向の半ブレードにさらに分割され、それらの自由端の各々における可動接点はそれぞれの固定接点と嵌合するので、したがって、４つの平行な半ブレードが構成され、１スイッチ当たり８個の接点、又は二極二相切断接触器の場合には合計で１６個の接点を有する。この、各々の半ブレードにおけるより低い分流は、接点反発力を著しく低減する。

したがって、２００アンペアにおいて、各々の半ブレードは５０アンペアのみを搬送することになり、開閉時の半ブレード当たりの負担が低減され、自己加熱が最小化され、より高い公称電流及び短絡電流での溶着が回避される。重要なことに、全ての半ブレード電流は同じ方向に流れるので、したがって、有効ギャップ（ｗｏｒｋｉｎｇ ｇａｐ）における半ブレード間の磁気引力は特に大電流において最大化され、接点同士がしっかりと閉じられて保持される。

単純な平行ばね状の銅「双ブレード」を用いる既存の１００アンペア・スイッチ設計は、短絡故障中に接点が閉じたままであることを保証するために、高い分流電流において、互いに釣り合って接点反発力に対して作用する特定の磁気引力（両方とも電流の二乗に比例する）を発生させることが可能な「双ブレード」の組内の各ブレードの、幾何学的形状及び間のギャップにより非常に限定される。特定の構成に対してちょうど適正な、この釣り合った力の比を得ることは非常に難しい。そのため、分割ブレード型式は２００アンペアでの使用に合わせて最適化されたものであるが、より長いブレード及び合計で１６個の接点を用いた。

米国特許第７，８３３，０３４号明細書

分割双ブレード構成は、２００アンペア接触器のための良い解決策を提供するが、銀接点は高価であり、また分割されたブレードはスペースを取るので、値段が高くなる。スペースを節約するために１００アンペア及び２００アンペア接触器をより小さく作ることに対する市場の要請もある。したがって、より単純で基本的な平行「双ブレード」１００アンペア・スイッチの幾何学的形状及び構成を再構成する要望があり、これは、より高い２００アンペア公称電流においてより高い短絡能力で、ＡＮＳＩ Ｃ１２．１のメータ切断仕様のような種々の国家基準に完全に準拠した動作することが可能であった。

本発明の特定の実施形態は、新規な「双ブレード」スイッチ構成を用いて、より小さくて単純な、費用が削減されたスイッチを提供し、これは、より少ない銅ブレード材料を用いるのみならず、２００アンペア公称電流を定格とした接触器の現行の設計で必要とされる二極接触器当たり１６個の開閉接点の代わりに８個の開閉接点しか必要としない。銀合金接点は、全ての大電流接触器の原価計算のかなりの割合に相当するので、特定の開閉機能に必要とされる接点の数を減らすことは、主たる費用節約の利益である。２００アンペア接触器に対する改善点から得られる教示を１００アンペア又はそれ以下の定格の接触器に適用して、そのサイズを小さくすることができる。

したがって、１つの態様において、本発明は、メータ及び接触器の組立体を提供し、これは、二相幹線メータと、幹線メータを収容するメータ・ハウジングと、二相の電流を開閉するための４つの端子の間に接続された２つのスイッチを有する二極電力接触器とを備え、メータは４つのメータ端子を有し、第１の２つのメータ端子はスタブ形態であり、ハウジングの背面壁を貫通して延び、電源ボックスの差し込み式端子ブロックに挿入されるように構成され、接触器は、ハウジングの背面壁上の外面に嵌め合わされ、端子ブロックの端子により定められる空間内に配置され、第１の２つの接触器端子は、端子ブロックのそれぞれの端子に挿入されるように構成されたスタブ形態であり、接触器の第２の２つの端子はメータの第２の２つの端子に接続される。

好ましくは、メータ・ハウジングは、スタブを端子ブロックの差し込み式端子の中に挿入することができる距離を制限するように構成された、背面壁から延びる４つの脚部を有する。

好ましくは、脚部は接触器を越えて延びる。

好ましくは、脚部はスタブの側方に、スタブにより定められる空間の外側に配置される。

好ましくは、各々の脚部は、それぞれのスタブの横に並んで配置される。

第２の態様によると、本発明は、幹線メータ用の、電源ボックス及び接触器の組立体を提供し、この組立体は、筐体と、差し込み式幹線メータからの端子スタブを受け入れるように構成された差し込み式端子を有する端子ブロックと、筐体に嵌め合わされ、端子ブロックに接続された接触器とを備える。

好ましくは、端子ブロックは、電源接続部と負荷接続部とを有し、電源接続部は、幹線メータの入力端子スタブを受け入れるように構成された端子ブロックの第１の端子に電気的に接続され、負荷接続部は、接触器の開閉される端子に電気的に接続され、接触器の入力端子は、幹線メータの出力端子スタブを受け入れるように構成された端子ブロックの第２の端子に電気的に接続され、それにより、使用時に、幹線メータは、電源に直接接続され、接触器を介して負荷に接続される。

好ましくは、幹線メータは端子ブロックの中に取り外し可能に差し込まれる。

好ましくは、接触器は、幹線メータの端子スタブを受け入れるように構成された端子ブロックの差し込み式端子により定められる空間内で、幹線メータの下に配置される。

ここで、本発明の好ましい実施形態が、例示のみを目的として、添付の図面の図を参照して説明される。図中、１つより多くの図に現れる同一の構造体、要素又は部分は、それらが現れる全ての図において一般的に同じ参照符号で指示される。図に示される構成要素及び特徴の寸法は、便宜上及び提示の明確さのために一般的に選択されたものであり、必ずしも縮尺通りに示されるものではない。図を以下に列挙する。

従来技術による双ブレード可動アームを有する単極接触器の、カバーを取り外して接触器が示された平面図である。 図１の接触器の斜視図である。 従来技術による一対の双ブレード可動アームの略図である。 図３と同様の、本発明の好ましい実施形態による、固定部材の接点と係合した一対の双ブレード可動アームの略図である。 図４の可動アームのバリエーションの平面図である。 図４の可動アームを組み込んだ二極接触器の、カバーが取り外された平面図である。 図４と同様の、本発明の第２の実施形態による一対の双ブレード可動アームの、開放位置において示された略図である。 図６の一対の双ブレード可動アームの、閉位置において示された略図である。 図５の可動アーム並びに関連付けられた固定部材及び端子の略等角図である。 本発明の第３の実施形態による二極接触器の略平面図である。 図９の接触器の、完全開放位置にある１つの極の接点を示す拡大部分図である。 図１０と同様の、部分的な開放位置にある接点を示す図である。 図１０と同様の、完全閉位置にある接点を示す図である。 従来技術のメータ筐体の側面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 本発明によるメータ筐体の側面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 本発明による切断メータが嵌め合された電源ボックスの略図である。 リード／ラグスイッチを有する二極接触器の略図である。

ここで、本発明を例証するために４つの重要な改善概念（改善点）を説明する。各改善点は、本発明を説明するために例示を目的として提供される１つ又はそれ以上の好ましい実施形態を参照して論じられる。各概念は他の概念の教示と組み合わせることができるが、特定の概念を異なる構成の従来技術の接触器に個々に適用することができる。

図４は、本発明の好ましい実施形態による電気接触器の一対の双ブレード可動アーム３０の略図である。各アームは、剛性リブ３９がアームの外面に密接に取り付けられた鋼積層体４０の形の鉄板で置き換えられている以外は、図３の従来技術のアームと同様である。鋼積層体４０は、アーム３０の長さの大部分にわたって延びており、好ましくはアームの傾斜部３８及び遠位端にわたって延びる。図４において、固定端子２２及び固定接点２３は、可動接点２５の間に配置されており、アーム３０は、接点が係合するように弛緩した状態にあり、これが閉位置として知られる。以前と同様に、２つのアーム３０はその長さの大部分にわたる小さいギャップ３３を介して互いに面する。鋼積層体により、同じ定格電流に対して接点アームをより短くすることが可能になり、そしてまたスイッチの抵抗も小さくなる。鋼積層体４０は、リベット締めによりアーム３０に固定され、好ましくは、鋼積層体内に形成されてアーム内の穴を貫通する据え込みリベット４１が用いられる。

この設計は、より短く、より幅が狭い、ばね銅「双ブレード」を用いて、より小さく、費用が削減されたスイッチの構築を可能にし、これは、より低い公称抵抗及び自己加熱を有することになるが、もっと大きな磁気引力を発生させることも可能であり、より大きい分流電流における必然的により大きい接点反発力に、より少ない接点を用いて打ち勝つことができる。

標準的な、より長い平行な銅「双ブレード」の幾何学的形状を用いると、高い分流短絡故障電流においてそれらの間に規定された磁気引力が存在し、個々の強い磁場がギャップを介して互いに至近距離で近接し、互いに強め合って、両方共にある程度のたわみ（内方）を生じさせ、関連したギャップを同時に閉じる。例えば、ＡＣピークの最中のように短絡故障電流が非常に高い場合には、ブレードがたわみ過ぎて接点に接触し、場合によっては接点ではね返ることがあり、そのため瞬間的にスイッチが開放されて「双ブレード」効果を無効にし、潜在的に破局的な爆発という結果をもたらす危険がある。

図４ａは、図４に示されるブレードのバリエーションを示す。鋼強化双ブレード構造は分割ブレードを用いることを避けるように設計されているが、２００アンペアを超える非常に高い定格電流の接触器、又は非常に小型の接触器の場合には、鋼強化双ブレード・スイッチ構成は、特に、鋼積層体を用いて長手方向の区画の数を減らすことができれば有用であり得る。それゆえ、図４ａは、接触器の、鋼強化された分割双ブレード式スイッチの例である。このスイッチは、一対の双ブレードアーム３０を有しており、このアームは、それらがリベット締めされた（一方だけ見えている）可動端子２４から、アームの遠位端に固定された可動接点２５と対向する固定接点２３を有する固定端子２２まで延びている。各アームは、遠位端から固定端に向かって延びるスロット４３により複数の長手方向区画（２つが示されている）に分割される。各々の長手方向区画は、好ましくは据え込みリベット４１を用いて外面に固定された鋼積層体４０を有する。

図５は、カバーが取り外された二極接触器１０を示す。接触器は、ソレノイド１６の両側に１つずつ、２つのスイッチの組１２を有する。リフタ１８がソレノイドのプランジャに固定され、これは、各スイッチに対して１つのウェッジ５０及び２つのペグ５２を支持する。ウェッジは、アーム間に配置されており、ギャップ３３の中へと駆動されたときにアームを分離するように構成される。２つのペグ５２は、一対のアームの両側に、傾斜部３８の領域内に配置される。図５に示される閉位置において、ペグは、アームの傾斜部３８の外面を直接又は鋼積層体を介して間接的に押し付け、接点を閉位置に付勢する。ソレノイドがリフタを開放位置に向かって、図中では左に動かすと、ペグはアームから外れ、ウェッジがギャップ３３の中へと入っていってアームの遠位端同士を遠ざかるように移動させて接点を開放するにつれて、接点の開放を可能にする。図５では、接点は、リフタ１８で覆い隠されているが、接点の開放及び閉鎖は、図６及び図７で見ることができる。

ソレノイド１６は、自己ラッチ式ソレノイド、好ましくは、パルスで作動して閉位置にばね付勢される磁気自己ラッチ式ソレノイドとすることができる。したがって、動作中にソレノイドはパルスによって状態を変更し、開放位置にラッチされるか、又はラッチが外れて閉位置になる。ソレノイドには位置を変更するために瞬間的に通電されるのみなので、このことがエネルギーを節約する。

より短くてより幅が狭い鋼強化「双ブレード」は、スイッチの公称抵抗を典型的には半分にするという利点を与え、その一方で、可動アーム間の磁気引力は、従来技術の標準的なより長いブレードと比べて少なくとも５倍増大する。

標準的な二極メータ接触器の差し込み式スイッチ端子又は「スタブ」は、メータ基部のばね式把持部（ｓｐｒｕｎｇ ｊａｗ）の中に差し込まれるように、通常は２．３８ｍｍ厚の銅のシート又はストリップから製作される。これらの銅で製作される形状は、かなりのスクラップ損失を発生させる。鋼強化スイッチの抵抗は典型的には半分になるので、これらの銅端子を同じ厚さの真鍮端子で置き換えて、銅と真鍮との間の価格差によっておよそ４０％のさらなる費用節約を達成することができる。図５は、より短くてより幅が狭い鋼強化「双ブレード」を組み込んだ二極差し込み式メータ接触器を示す。

二極接触器は、２つの鋼強化スイッチ及び中央に配置されたソレノイド１６の対称形レイアウトを有し、ソレノイド１６は、ソレノイドのプランジャに取り付けられた、ブレードの組を開放するための２つのウェッジ５０を有するリフタ１８を駆動する。端子「スタブ」２２、２４は、二極接触器をメータソケットの中に差し込むことを可能にする。端子スタブを銅の代わりに真鍮で製造することにより、接触器の費用がさらに削減される。ソレノイドは、好ましくは２つのブレードの組の間に配置される細くて幅の狭い構造であり、接触器が比較的小さい幅を有することを可能にし、接触器がメータソケットのばね式把持部の間に嵌ることを可能にするので、標準的な電源ボックス及びメータ構成を用いることができる。

より短いばね銅「双ブレード」を用いた図５に示される二極接触器においては、銅アーム３０に密に取り付けられたより剛性の高い鋼積層体４０の存在が、高い短絡故障条件下で容易に内方にたわむ標準ブレード設計で見られる可撓性を解消して、メルトプール・タック溶着を減らす、いくらかの接点ワイプを与えた。

高い短絡故障条件下では、上述の鋼強化双ブレードのようなより剛性が高いアームは、重量のあるブレードの引力と接点反発力とが強い磁場内で釣り合いをとっている下で、振動して短時間はね返ることがあるという懸念がある。同様に、公称電流開閉中に、剛性のブレードがいくらかの不要な接点のはね返りを生じさせることがあり、潜在的にタック溶着を引き起こして、耐久寿命及び接点の層間剥離を悪化させるという懸念がある。

これらの懸念をなくすために、双ブレードのアーム３０の接点又は遠位端３６は、図６から図８に示されるように一方の側部に形成された可撓性タング４４を有するように形成される。図５及び図６に示されるように、ソレノイド１６のプランジャは、ブレード対の片寄った遠位端３６の間に配置されるウェッジ形状の延長部（ウェッジ５０）を有するリフタ１８に取り付けられているので、ソレノイドが駆動されると、アーム間のギャップ３３の中へと移動して傾斜部３８の内側ブレード面に押し当たるウェッジによって、ブレード及び接点が開放される。

リフタ１８はまた、傾斜ブレード面の外側側部にまたがって位置する一対の「ペグ」５２も有する。ペグ５２は、リフタ１８が開放位置にあってウェッジ５０がアームを離れた状態で保持しているときには、アーム３０から離間している。リフタが閉位置にあり、ウェッジがアームから外れてアームが接点に近づくことを可能にし、したがってスイッチを閉じているときには、ペグ５２は、タング４４と係合してこれを内方にたわませ、接点を軽く締め付けてはね返りを防ぐ。また、高い「搬送（ｃａｒｒｙｎｇ）」短絡及び「完全短絡」故障状態中の、重量のあるブレードの引力と接点反発力とが釣り合いをとっていることによるいかなる振動も、ペグ５２とタング４４との締め付けの反作用が、はね返り及び擬似的な接点の開放を防止する。

タング４４は、各アームの遠位端３６内にブレード面の傾斜部３８を通って延びる長手方向のスリット４６を作成することにより形成される。タングは、固定接点とは接触しないので電流を搬送しない。タングはアームの端まで延びるように図示されているが、ペグは傾斜面のみに接触するので、所望のレベルの付加的な接触圧を与えるようにタングを適宜修正及び調整することができる。タングは、鋼板４０によって覆われない。

可撓性タングの概念は、鋼強化双ブレード構造の一部として示したが、これを単純な双ブレード式スイッチに適用して接触圧を高め、それにより通常の接触抵抗を低減し、接点が閉じている間の接点のはね返りに対する抵抗を改善することができる。

公称電流又は高い短絡故障レベルにおける均等な分流のために複数の接点（計１６個まで）を用いる上述の接触器においては、用いられる接点は、関与する厳しい電流「開閉」及び「搬送」の責務に耐えるように、十分な「最上層」銀合金の厚さを有することが重要である。直径８ｍｍのバイメタル接点の典型的な最上層の厚さは０．６ｍｍから１．０ｍｍまでの範囲であり、これは、特に、分割双ブレード構造を利用する従来技術の設計で用いられているような２００アンペアの二極接触器で１６個の接点が用いられる場合には、かなりの費用に匹敵する。

銀合金の全費用を削減する１つの方法は、「リード／ラグ」と呼ばれる特別な開閉の概念を導入することにより、各スイッチのいくつかの接点の最上層の厚さを制御することであり、この概念は、パルス駆動される開閉機能中に双ブレードアームが実際に調整、セットアップ、及び始動される方法に非常に良く適したものである。これは１６個の代わりに８個の接点のみを用いる、上で提案されたより短いブレードの鋼強化スイッチにおいては、なおさら重要である。接点は、耐久寿命要件に適合するような寸法にされる。

「リード／ラグ」原理を用いて、図９から図１３に示されるように、各組内の選択されたブレード３０及び接点２３、２４は、接点を閉じているときに、開閉負荷電流を引き受けて最初に閉じる接点（「リード」接点６０）と、わずかに後で閉じる遅延接点（「ラグ」接点６２）との間に、限定されているが決定的な時間遅延が導入されるように、調整及びセットアップされる。これは、ラグ接点が負荷電流のみを搬送することを常に保証し、ラグ接点を比較的きれいな、腐食しにくい状態に保つ。したがって、ラグ接点６２は、リード接点とくらべてかなり薄い最上層の銀合金厚さを有することができる。

一方、開閉負荷電流を引き受けるリード接点６０は（特に、負荷が誘導性である場合には）、耐久寿命を延ばして接点の層間剥離を減らすために、ラグ接点よりも厚い最上層を必要とする。したがって、ブレードの調整、セットアップ及びパルス駆動がリード／ラグに合わせて最適化された場合、上述のように合理化された接点を用いてかなりの節約をすることが可能である。

例えば、リード／ラグ接点の組を、開閉リード接点上の比較的厚い最上層と搬送ラグ接点上のもっと薄い最上層とに合わせて最適化することで、銀合金含有量はかなり削減される。また、搬送ラグ接点は、直径をより小さくすることもできる。

単純な構成において、双ブレード式スイッチのアーム３０を開くウェッジ５０をわずかに片寄らせて、ウェッジが接点を均等に閉じないように、又はアームを均等に移動させないようにすることができる。特に、ウェッジ５０は、一方のアーム３０を他方のアームよりもわずかに先に移動させ、一方のアーム、すなわちリード・アームが他方のアーム、すなわちラグ・アームがスイッチを閉じるよりわずかに早くスイッチを閉じる（可動接点が固定接点と係合する）ようにさせる。図９は、接触器１０の開閉機構を示す。図１０から図１２は、開放位置から、部分的な閉位置へ、そして閉位置へと移動するスイッチ接点２３、２５の１つの組を拡大された縮尺で示す部分図である。図１０では、ウェッジ５０がアーム３０を離した状態で保持することで接点は開いており、開放スイッチを表わす。図１１では、ウェッジ５０は、開放位置と閉位置との中間の位置に移動した。この位置では、一方の接点の組、すなわちリード組６０は既に接触しており、したがってスイッチは閉じている。しかしながら、他方の接点の組、すなわちラグ組６２は、依然として離れたまま保持されており、したがってラグ接点６２を通って電流は流れていない。図１２では、ウェッジ５０は閉位置に移動しており、両方のアーム３０を解放して、両方の接点の組、すなわちリード接点６０及びラグ接点６２が閉じることを可能にし、したがって電流はスイッチを通って分流される。

二極接触器において、各スイッチが上述のようなリード／ラグ構成を有するものとすることができる。代替的に、２つのスイッチが電源端子間で負荷と有効に直列であるときには、一方のスイッチを開閉スイッチとし、他方のスイッチを搬送スイッチと指定することができる。この場合、搬送スイッチは、開閉スイッチよりわずかに早く閉じるので無電流条件下で閉じることになり、開閉スイッチは全負荷条件下で閉じる。したがって、タイミングの点ではリードとラグの役割は逆になるが、既に述べたように、一方の接点の組がより低い定格電流用又はより安価な材料を用いるものとすることができるので、接触器の製造費用を節約することができる。この二極接触器の構成においても、開閉動作のタイミングは、アームを分離するウェッジを適切に位置決めして、解放時に一方のアーム又は一方のスイッチが他方のものより先に閉じるようにすることによって定めることができる。

図１６は、リード接点の組が異なるスイッチにある二極接触器の略図である。接触器１０は、第１のスイッチ１２及び第２のスイッチ１２’を有する。第１のスイッチは、固定接点２３を支持する第１の端子２２と、第１の可動アーム３０に接続された第２の端子２４とを有し、第１の可動アームは、第２の端子への接続部から遠位の端部において可動接点２５を支持する。固定接点２３と可動接点２５とが、第１のスイッチの接点対６０を形成する。第２のスイッチ１２’も同様に構築される。第２のスイッチは、固定接点２３’を支持する第３の端子２２’と、第２の可動アーム３０’に接続された第４の端子２４’とを有し、第２の可動アーム３０’は、第４の端子への接続部から遠位の端部において可動接点２５’を支持する。固定接点２３’と可動接点２５’とが、第２のスイッチ接点対６２を形成する。ソレノイド１６は、リフタ１８を第１の位置と第２の位置との間で移動させる。リフタと一体の第１のウェッジ５０は、第１のアーム３０を移動させて第１のスイッチを開放及び閉鎖する。リフタと一体の第２のウェッジ５０’は、第２のアーム３０’を移動させて第２のスイッチを開放及び閉鎖する。ウェッジは、好ましくは片寄って配置され、接触器が閉じるとき、すなわち開状態から閉状態へと進行するときに、第１のスイッチ接点対６０が第２のスイッチ接点対が閉じた後で閉じるようになっている。すなわち、第１のスイッチの閉鎖には第２のスイッチと比べて遅延が存在する。この構成においては、第２のスイッチの接点がリード接点の役割を担って開閉負荷を扱う一方で、第１のスイッチ１２の接点２３、２５は搬送又は負荷電流のみを扱うので、より小さくすることができる。接触器は、各スイッチが２つのアームを有するものとして図示されているが、この概念は、１つ又はそれ以上のアームを有するスイッチで機能する。

上述のような「リード／ラグ」接点を備えた、上手く調整及びセットアップされた「双ブレード」の組を組み入れることによる明確な費用上の利点がある。適正にパルス駆動されない場合、公称電流であっても、いくつかのリード接点が稼働寿命中にタック溶着することがあり、その理由は、生じた腐食によって、スイッチ開閉がなされる銀合金表面上のいくつかの点が銀リッチになることがあり、これがさらなるタック溶着をランダムに促進することによる。これは、パルス駆動が、スイッチ開閉のはね返りによって生じるタック溶着を破壊するのに十分なほど強くない場合には特に問題である。また、これが稼働寿命を通じていつの時点で生じることになるかによって、タック溶着は、同じ理由で中程度の短絡故障中に発生することがある。

このタック溶着問題を改善する１つの構成は、タングステンリッチな銀合金最上層を用いることである。特に、銀母材の中に酸化タングステン添加剤包有物を有する特別な銀合金最上層は、特にリード開閉接点用である。酸化タングステン添加剤を母材に加えることには、いくつかの重要な効果及び利点がある。
１）より均質な「最上層」構造を生成し、腐食表面をより平らにパッドルするが、タック溶着しやすい銀リッチ領域はそれほど多く生成しない。
２）開閉点における一般的なメルトプール温度を上昇させ、これがタック溶着を妨げる。
３）酸化タングステン添加剤は、所与の厚さに対して「最上層」の銀の総量のかなりの割合を占めるので、ここにもまた小さな費用的な優位性がある。

上述の全ての改善点を用いて、より小さく、費用が削減されたメータ切断接触器を作成することができ、これは、通常はメータのケーシングの内側に装着されることになる。この改善された設計は、全ての既存のメータ切断接触器より小さいものであり、従来のようにメータのケーシングの内側に装着することができるだけでなく、メータの外囲容器の境界の外側に移動させることも可能であり、メータ基部筐体の裏側に今までどおり取り付けるか、又は電源ボックスのメータ端子ブロックのばね式把持部の間及びその内側に組み込んで収めることができる。ばね式把持部は、幹線メータを単に端子ブロックの中に差し込むだけで簡単に取り付け及び交換することができるようにする、メータソケットの端子である。そのため、ばね式把持部は、銘柄間及び型式間での互換性を可能にするように、定まった従来のレイアウトにしたがって配置される。

図１３（ａ）及び（ｂ）の略図は、既存の大きい切断接触器１０がメータ筐体７０の内側に装着された典型的な差し込み式メータ構成を示し、メータ筐体７０は、「電源ボックス」内のメータソケットのばね式把持部の中に概念的に差し込まれ、メータをその銅端子スタブを介して、電源ボックスの背後に装着された電源及び負荷ケーブルに安全に接続するようになっている。

図１３（ａ）に示される差し込み式メータ筐体の内側に装着される既存の大きいメータ切断接触器は、メータ基部成形品の下に装着して取り付けるには大き過ぎるが、それは、メータの「スタブ」７４の中心が電源ボックス内のばね式把持部の中心と適合しなくなるからである。

スタブの間に嵌め合せるためには、メータ切断接触器は、図１４（ａ）及び（ｂ）の略図に示されるように電源ボックスのばね式把持部の中にメータのスタブを正常に差し込むことができるようにするために、上述の改善された鋼強化接触器と同様に、より幅が狭くなければならない。

上述の改善点を用いて製造することができる、より小さいメータ切断接触器１０は、メータ筐体７０の完全な外側に装着することが可能であり、図１４（ａ）及び（ｂ）に示されるようにメータ筐体の背面上のメータスタブの間に装着されるか、又は、図１５に示されるように、典型的な電源ボックスのメータソケットのばね式把持部の間に装着され、ばね式把持部の接続を実際に開閉することができる。

図１４（ａ）及び（ｂ）において、接触器１０は、メータ筐体７０の背面のメータの端子スタブ７４の間に直接装着される。実際には、接触器の２つの端子が、スタブのうちの２つに接続される。メータ筐体７０は、４つの脚部７６を有し、それらは、それぞれのスタブの近くではあるがスタブによって定められる空間の外側に配置される。脚部７６は、輸送中にスタブに対していくらかの保護を与え、設置されるときには、脚部は電源ボックス又はメータソケットに当接して位置し、メータの正確な位置決めを保証する。

図１５の二極接触器は、図５に示される上述の接触器と同様である。接触器１０は、鋼強化ブレードの組を有する２つのスイッチと、ブレードの組を開放するためのリフタ１８を駆動する中央に配置されたソレノイド１６とを備えた対称形レイアウトを有する。ソレノイド１６は、２つのブレードの組の間に配置される細くて幅の狭い構造であることが好ましく、接触器がメータのばね式把持部の間に嵌まるために必要とされるように、接触器が比較的小さい幅を有することを可能にするので、標準的な電源ボックス及びメータ構成を用いることができる。接触器の端子２２、２４は、メータのアウトレット側のばね式把持部と負荷接続部との間に接続される。これにより、メータスタブを従来方式でばね式把持部の中に差し込むことが可能になる。

切断接触器１０が嵌め合された電源ボックス８０が図１５に示される。電源ボックスは、標準的なメータ筐体からスタブを受け入れるように構成されたメータソケットを有する。メータソケットは、ばね式把持部８２、８３として知られる差し込み式端子を含む。電源ケーブル８４及び負荷ケーブル８６が、電源ボックスに入ってメータソケットに関連付けられたケーブル・クランプ９０に接続された状態で図示されている。電源は、相線Ａ１、Ａ２及び接地線又は中性線Ｅを備えた二相電源である。接地線は、接触器の下を通るように図示されており、そこで互いに接合される。電源の相線Ａ１、Ａ２は、ばね式把持部８２に接続し、そこにメータスタブが差し込まれて電源をメータに直接接続することになる。メータプラグからのアウトレットを表すメータスタブは、負荷ケーブルが接続されたケーブル・コネクタから切り離されたばね式把持部８３の中に差し込まれる。その代わり、これらの切り離されたばね式把持部は、接触器１０の端子（ここでは可動端子２４）に接続し、接触器の他方の端子（ここでは固定端子２２）は、負荷相線Ａ１’、Ａ２’が接続されたケーブル・コネクタ９２に接続される。したがって、電源がメータに直接給電するのでメータの電子機器は常に使用可能な電力を有することになり、負荷は切断接触器１０を介してメータから給電されるので、メータへの電力をオフにすることなく負荷を切り離すことが可能になる。

メータ切断接触器をメータの外側で電源ボックスの内側においてばね式把持部の間に装着する利点は、開閉される「切断」ばね式把持部の接続を、非常に良く発達した遠隔計測又はいわゆる「電力線搬送」データ伝送技術を用いて、遠隔的に、メータ制御回路自体から独立して制御することが可能になることである。これはまた、典型的にはより小さくて安価な、内蔵式接触器を有さない単純な差し込みタイプの幹線メータを用いて、独立した遠隔接続／切断設備を提供する単純な構成も可能にする。

この「組込式」構成は、メータと切断接触器との分離を可能にするので、欠陥部品の修理又は交換を、まだ正常に作動できる状態のその他の部品を交換することなく迅速かつ容易に行うことができる。これはまた、家庭用負荷接続の遠隔制御のための、全ての電源ボックス設備における遠隔制御された「組込式」切断接触器も可能にする。

本出願の説明及び特許請求の範囲において、「備える」、「含む」、「含有する」及び「有する」という動詞の各々、並びにそれらの変形は、述べられた項目の存在を指定するが、付加的な項目の存在を除外しないように、包括的な意味で用いられている。

本発明は、１つ又はそれ以上の好ましい実施形態に関して説明されたが、当業者であれば、種々の修正が可能であることを理解すべきである。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照することにより定められる。

１０：接触器
１２、１２’：スイッチ
１６：ソレノイド
１８：リフタ
２２、２２’：固定端子
２３、２３’：固定接点
２４、２４’：可動端子
２５：可動接点
３０、３０’：可動アーム
３３：ギャップ
３４：アームの第１の端部
３６：アームの遠位端
３８：傾斜部
３９：リブ
４０：鋼積層体
４１：リベット
４３：スロット
４４：タング
４６：スリット
５０、５０’：ウェッジ
５２：ペグ
６０：リード接点
６２：ラグ接点
７０：メータ筐体
７４：メータスタブ
７６：脚部
８２、８３：ばね式把持部（差し込み端子）
８４：電源ケーブル
８６：負荷ケーブル
９０：ケーブル・クランプ

Claims (15)

1. メータ及び接触器の組立体であって、
   二相幹線メータと、
   前記幹線メータを収容するメータ筐体と、
   前記二相の電流を開閉するための４つの端子間に接続された２つのスイッチを有する二極電力接触器と、
   を備え、
   前記メータは４つのメータ端子を有し、第１の２つのメータ端子はスタブ形態であり、前記筐体の背面壁を貫通して延び、電源ボックスの差し込み式端子ブロックに挿入されるように構成され、前記接触器は、前記筐体の前記背面壁上の外面に嵌め合わされ、前記端子ブロックの前記端子により定められる空間内に配置され、第１の２つの接触器端子は、前記端子ブロックのそれぞれの端子に挿入されるように構成されたスタブ形態であり、前記接触器の第２の２つの端子は、前記メータの第２の２つの端子に接続されることを特徴とするメータ及び接触器の組立体。
2. 前記メータ筐体は、前記スタブを前記端子ブロックの前記差し込み式端子の中に挿入することができる距離を制限するように構成された、前記背面壁から延びる４つの脚部を有することを特徴とする、請求項１に記載のメータ及び接触器の組立体。
3. 前記脚部が、前記接触器を越えて延びることを特徴とする、請求項２に記載のメータ及び接触器の組立体。
4. 前記脚部が、前記スタブの側方に、前記スタブにより定められる空間の外側に配置されることを特徴とする、請求項２〜請求項３のいずれかに記載のメータと接触器の組立体。
5. 前記各々の脚部が、前記それぞれのスタブの横に並んで配置されることを特徴とする、請求項４に記載のメータ及び接触器の組立体。
6. 幹線メータ用の、電源ボックス及び接触器の組立体であって、
   ハウジングと、
   差し込み式幹線メータからの端子スタブを受け入れるように構成された差し込み式端子を有する端子ブロックと、
   前記ハウジングの背面壁上の外面に嵌め合わされ、前記端子ブロックに接続された接触器と、
   を備えることを特徴とする組立体。
7. 前記端子ブロックは、電源接続部と負荷接続部とを有し、前記電源接続部は、前記幹線メータの入力端子スタブを受け入れるように構成された前記端子ブロックの第１の端子に電気的に接続され、前記負荷接続部は、前記接触器の開閉される端子に電気的に接続され、前記接触器の入力端子は、前記幹線メータの出力端子スタブを受け入れるように構成された前記端子ブロックの第２の端子に電気的に接続され、それにより、使用時に、前記幹線メータは、前記電源に直接接続され、かつ、前記接触器を介して前記負荷に接続されることを特徴とする、請求項６に記載の組立体。
8. 前記端子ブロックの中に取り外し可能に差し込まれた幹線メータをさらに備えることを特徴とする、請求項７に記載の組立体。
9. 前記接触器が、前記幹線メータの前記端子スタブを受け入れるように構成された前記端子ブロックの前記差し込み式端子により定められる空間内に配置されることを特徴とする、請求項６〜請求項８のいずれかに記載の組立体。
10. 前記接触器は、
    固定導電性部材の対向する面上の一対の固定接点に接続された第１の端子と、
    第２の端子と、
    前記第２の端子に接続され、前記第２の端子への接続部から遠位の端部において可動接点を支持する、導電性材料の一対の可動アームと、
    を備え、
    前記一対の可動アームは、それらの遠位の端部を前記固定導電性部材の両側に配置して、互いに対向するように位置合わせして配置され、前記可動接点は、前記固定接点と位置合わせされており、前記可動アームは、それらの長さの大部分にわたって所定のギャップにより隔てられており、
    前記接触器は、前記可動アームの外面上に取り付けられた鉄板をさらに備え、
    前記固定部材及び前記可動アームの構成は、前記接点が閉じたときに、前記可動アーム及び前記鉄板を通って流れる電流が、前記可動アームを互いに向かって付勢する前記可動アーム間の誘導磁場引力を発生させ、それにより前記可動接点を前記固定接点に対して押し付ける力を増大させるようになっている
    ことを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の組立体。
11. 前記接触器は、ウェッジ形状部材を有するリフタを含む作動構成を備え、前記ウェッジ形状部材は、前記可動アームの傾斜した内面間に配置され、前記可動アームを分離して前記接点を開放するように構成され、前記リフタは、前記ウェッジ形状部材が前記可動アームを分離する第１の位置から、前記ウェッジ形状部材が、前記アームが互いに向かって自由に動くことを可能にする第２の位置へと移動できることを特徴とする、請求項１０に記載の組立体。
12. 前記作動構成は、前記第１の位置と前記第２の位置との間での前記リフタの移動をもたらすソレノイドを含み、前記ソレノイドは、前記スイッチの間に配置され、比較的狭い幅を有することを特徴とする、請求項１１に記載の組立体。
13. 前記接触器は、前記可動アームの一部として形成された可撓性タングと、前記リフタ上に形成されたペグとをさらに備え、前記リフタが前記第２の位置にあるときに前記ペグは前記可撓性タングと係合して前記タングを内方にたわませ、接触圧を高めてはね返りを減らすことを特徴とする、請求項１１に記載の組立体。
14. 前記接触器は、二極電気接触器であって、
    第１の固定導電性部材の面上の固定接点に接続された第１の端子と、
    第２の端子と、
    前記第２の端子に接続され、前記第２の端子への接続部から遠位の端部において可動接点を支持し、前記可動接点と前記固定接点とが第１のスイッチを形成して第１のスイッチ接点対として構成される、導電性材料の第１の可動アームと、
    第２の固定導電性部材の面上の固定接点に接続された第３の端子と、
    第４の端子と、
    前記第４の端子に接続され、前記第４の端子への接続部から遠位の端部において可動接点を支持し、前記可動接点と前記固定接点とが第２のスイッチを形成して第２のスイッチ接点対として構成される、導電性材料の第２の可動アームと、
    前記可動アームを移動させて前記スイッチを開放及び閉鎖するように構成された作動構成と、
    を備え、
    前記作動構成は、前記第１のスイッチ接点対を、前記第２のスイッチ接点対が閉じた後で閉じるように構成されることを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の組立体。
15. 少なくとも前記第１のスイッチ接点対の前記接点が、タングステンリッチの最上層を有することを特徴とする、請求項１４に記載の組立体。

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