JP7247796B2 - バイメタル装置、このバイメタル装置を組み込んだ回路遮断器の過電流引外し装置及びバイメタル装置用ヒーターの形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、バイメタル及びヒーターを備えたバイメタル装置、このバイメタル装置を組み込んだ回路遮断器の過電流引外し装置及びバイメタル装置用ヒーターの形成方法に関する。

回路遮断器には、電源側端子及び負荷側端子の間を過電流が流れると、バイメタルが加熱されて湾曲し、このバイメタルの湾曲動作が開閉機構のトリップバーに接触して接触子を開極させる熱動形の過電流引外し装置が組み込まれている。
バイメタルを加熱する装置として、電流の流れにより発熱するヒーターを備え、このヒーターの発熱によりバイメタルを加熱して湾曲させるバイメタル装置が知られている。

このバイメタル装置が組み込まれている過電流引外し装置を備えた回路遮断器として、例えば特許文献１の装置が知られている。
この特許文献１の装置は、板状のバイメタルの自由端を開閉機構の一部に近接配置し、バイメタルの外周に、条材または線材のヒーターを巻き付けて接合し、電源側端子及び負荷側端子の間に過電流が流れる際に、ヒーターの発熱によってバイメタルの自由端側が湾曲することで、開閉機構が接触子の開極動作を行なうようにしている。

特開２０１１－２５８５６０号公報

ところで、バイメタルの外周に条材や線材のヒーターが巻き付けられているバイメタル装置は、ヒーターの巻き付け作業が複雑になるおそれがあるとともに、巻き付け位置の寸法管理が必要となる。また、発熱量を大きくするためにヒーターの通電断面積を小さくする場合には、ヒーターとバイメタルとの接合部の面積が小さくなるので、バイメタルとヒーターとの接合工程の厳密な管理が必要となる。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、バイメタルへのヒーターの装着作業を簡単に行うことができるとともに、バイメタルへのヒーターの巻き付け位置の厳密な寸法管理を不要とすることができるバイメタル装置、このバイメタル装置を組み込んだ回路遮断器の過電流引外し装置及びバイメタル装置用ヒーターの形成方法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、本発明に係るバイメタル装置は、長尺な板状部材で一端が支持されているバイメタルと、バイメタルに装着されたヒーターと、を備え、バイメタル及びヒーターへの通電によりヒーターに加熱されたバイメタルの自由端側を板厚方向の所定方向に湾曲させるバイメタル装置であって、ヒーターは、バイメタルを板厚方向から挟み込むことで装着され、バイメタルの板厚方向の一方の面及び他方の面に面接触しながら交互に蛇行し、かつ一端側から前記自由端側に向けて延在する１本の帯状体を備えているとともに、バイメタルの一方の面が高膨張する側の面であり、バイメタルの他方の面が低膨張する側の面であり、一方の面に接触するヒーターの帯状体を幅が狭い形状とし、他方の面に接触するヒーターの帯状体を幅が広い形状とした。

また、本発明に係る回路遮断器の過電流引外し装置は、上記バイメタル装置を備えて開閉機構のトリップバーに接触させることで前記開閉機構の開極動作を行なう回路遮断器の過電流引外し装置であって、バイメタルの自由端をトリップバーの近接配置し、電流経路に過電流が流れてヒーターが発熱し、ヒーターの発熱により加熱されたバイメタルの自由端側が板厚方向に湾曲してトリップバーに接触するようにした。

また、本発明に係るバイメタル装置用ヒーターの形成方法は、上記バイメタル装置で使用されるヒーターを形成する方法であって、平板形状の金属材料に対してプレス打ち抜き加工を行うことで、１本の帯状体が複数回蛇行しながら延在するプレス成形品を形成し、プレス成形品を幅方向中央部に沿って山折り方向に曲げることにより、長手方向の端部から見て略Ｕ字形状の前記ヒーターを形成する。

本発明に係るバイメタル装置、このバイメタル装置を組み込んだ回路遮断器の過電流引外し装置及びバイメタル装置用ヒーターの形成方法によれば、バイメタルへのヒーターの装着作業を簡単に行うことができるとともに、バイメタルへのヒーターの巻き付け位置の厳密な寸法管理を不要とすることができる。

本発明に係る回路遮断器の概略構成を示す断面図である。 本発明に係る回路遮断器の過電流引外し装置を構成する第１実施形態のバイメタル装置を示す斜視図である。 本発明に係る第１実施形態のバイメタル装置を構成するヒーターを形成する前のプレス成形品を示す図である。 本発明に係る第２実施形態のバイメタル装置を示す斜視図である。 本発明に係る第３実施形態のバイメタル装置を示す斜視図である。 本発明に係る第４実施形態のバイメタル装置を示す斜視図である。

次に、図面を参照して、本発明に係る第１から第４実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１から第４実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

＜第１実施形態の回路遮断器＞
先ず、図１から図３を参照して本発明に係る第１実施形態の回路遮断器について説明する。
図１に示すように、本実施形態の回路遮断器は、ケース１とカバー２とからなる絶縁容器内に、消弧室３と、過電流引外し装置４と、固定接触子５と、可動接触子６と、可動接触子６を回動自在に保持するホルダ７と、可動接触子６をホルダ７を介して開閉動作させる開閉機構８と、を備えている。

固定接触子５には固定接点５ａが形成されている。可動接触子６には、固定接触子５の固定接点５ａに接触する可動接点６ａが形成されている。
固定接触子５には中継端子１１の一端が接続されている。可動接触子６には、電源側接続板９の一端が電気的に接続されており、電源側接続板９の他端側に電源側端子９ａが形成されている。
消弧室３は、固定接点５ａと可動接点６ａとの間の開閉動作に起因して発生したアークを消弧する。

開閉機構８は、開閉操作を行うハンドル１６と、ハンドル１６と連動して動作するハンドルレバー１７と、上トグル１８、下トグル１９からなるトグルリンク機構２１と、ラッチ２０と、ラッチ２０と係合するラッチ受け２３と、ラッチ受け２３を回動させてラッチ２０及びラッチ受け２３の係合を外すトリップバー２４とを備えている。
過電流引外し装置４は、電源側端子９ａ及び負荷側端子３０の間を過電流が流れると、バイメタル装置２５のバイメタル２６が開閉機構８のトリップバー２４に接触して可動接触子６が固定接触子５から開離して開極状態とする装置である。

バイメタル装置２５は、図２にも示すように、中継端子１１の他端に下部が接続されている長尺な板状部材であるバイメタル２６と、バイメタル２６の上部の自由端に係合し、トリップバー２４との間に所定のギャップを設けるように進退可能とした調整ネジ２７と、バイメタル２６の外周に装着され、バイメタル２６及び負荷側接続板２８に接続されている帯状のヒーター２９と、を備えている。負荷側接続板２８は負荷側端子３０に接続されている。なお、ヒーター２９とバイメタル２６との間に、ヒーター２９とバイメタル２６との接続部分以外に図示しない絶縁チューブや絶縁テープ等の絶縁物を設け、電流の分流を防止するようにしてもよい。

図３は、ヒーター２９として形成される前のプレス成形品３１を示すものであり、平板形状金属材料のプレス打ち抜き加工を行うことで、帯状体２９ａが複数回蛇行しながら延在する形状とされ、帯状体２９ａの一端に接合部となる第１接続端部２９ｂが形成され、帯状体２９ａの他端に第２接続端部２９ｃが形成されている。ここで、帯状体２９ａ、第１接続端部２９ｂ、第２接続端部２９ｃは、同一の幅寸法に設定されている。
そして、このプレス成形品３１を、図３の幅方向中央部に設けた折り線Ｌに沿って山折り方向に曲げることにより、長手方向の端部から見て略Ｕ字形状のヒーター２９が形成される。

このヒーター２９は、図２に示すように、バイメタル２６の外周を板厚方向から挟み込むことで装着され、帯状体２９ａがバイメタル２６の板厚方向の一方の面から他方の面に交互に面接触しながら蛇行して延在している。そして、ヒーター２９の上部に位置する第１接続端部２９ｂがバイメタル２６の一方の面に接合により接続され、下部に位置する第２接続端部２９ｃが負荷側接続板２８に接続されている。

本実施形態の回路遮断器は、固定接触子５と可動接触子６とが閉じた閉極状態では、図１に示すように、電源側接続板９、可動接触子６、固定接触子５、中継端子１１、バイメタル２６、ヒーター２９、負荷側接続板２８及び負荷側端子３０の電流経路で電流が流れる。
そして、電流経路を流れる電流が過負荷状態になると、ヒーター２９から発生する熱によってバイメタル２６が図１の時計回り方向に湾曲し、バイメタル２６の先端に設けた調整ネジ２７がトリップバー２４に接触し、トリップバー２４は時計回り方向に回動する。このトリップバー２４の回動によりラッチ受け２３が回動し、ラッチ２０及びラッチ受け２３の係合が外れてトグルリンク機構２１が動作し、下トグル１９に連結されたホルダ７が回動し、可動接触子６が固定接触子５から開離して開極状態となる。

次に、第１実施形態の過電流引外し装置４を構成しているバイメタル装置２５の効果について説明する。
本実施形態のバイメタル装置２５を構成するヒーター２９は、帯状体２９ａが蛇行している方向の幅方向中央部に沿って長手方向の端部から見て略Ｕ字状に折り曲げられた形状とされ、バイメタル２６の外周を板厚方向から挟み込むことで、バイメタル２６の板厚方向の一方の面及び他方の面に交互に接触してバイメタル２６の下部から自由端まで延在するように装着される。このため、バイメタル２６の外周に条材や線材のヒーターを巻き付ける従来構造と比較して、バイメタル２６へのヒーター２９の装着作業を簡単に行うことができるとともに、従来装置のようなヒーターの巻き付け位置の厳密な寸法管理が不要となる。したがって、本実施形態のバイメタル装置２５は、組み立てを容易に行うことができる。

また、ヒーター２９は、平板形状金属材料のプレス打ち抜き加工を行うことで、帯状体２９ａが複数回蛇行しながら延在する形状としてプレス成形品３１を形成し、このプレス成形品３１を、幅方向中央部に設けた折り線Ｌに沿って山折り方向に曲げることにより、長手方向の端部から見て略Ｕ字形状に形成されており、プレス加工及び折り曲げ加工を行うことで簡単にヒーター２９を形成することができるので、ヒーター２９の部品単価の低減を図ることができる。

＜第２実施形態の過電流引外し装置＞
次に、図４は、本発明に係る第２実施形態のバイメタル装置２５を示すものである。なお、図１から図３で示した第１実施形態の構成と同一構成部分には、同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態のバイメタル装置２５は、バイメタル２６の外周を板厚方向から挟み込んだ状態でヒーター２９が装着されているが、第１実施形態のヒーター２９と異なる点は、帯状体２９ａの下部から上方に延在する上方延長部２９ｄが形成されており、この上方延長部２９ｄの上端部に第２接続端部２９ｃが形成されている点である。ここで、帯状体２９ａ、第１接続端部２９ｂ、上方延長部２９ｄ、第２接続端部２９ｃは、同一の幅寸法に設定されている。

本実施形態によると、負荷側接続板２８と第２接続端部２９ｃとの接続位置をバイメタル２６の自由端側の上方にしたい場合には、ヒーター２９の帯状体３６ａの下部から上方に延在する上方延長部２９ｄの高さ寸法を大きく設定すればよく、負荷側接続板２８と第２接続端部２９ｃとの接続位置をバイメタル２６の基端側の下方にしたい場合には、上方延長部２９ｄの高さ寸法を小さく設定すればよい。このように、上方延長部２９ｄの高さ寸法を変化させることで、負荷側接続板２８と第２接続端部２９ｃとの接続位置を自由に変化させることができるので、回路遮断器の内部部品の配置自由度を向上させることができる。

＜第３実施形態の過電流引外し装置＞
次に、図５は、本発明に係る第３実施形態のバイメタル装置２５を示すものである。
本実施形態は、バイメタル２６の外周を板厚方向から挟み込んだ状態でヒーター３６が装着されている。ヒーター３６は、第１実施形態のヒーター２９と同様に、平板形状金属材料のプレス打ち抜き加工を行うことで、帯状体３６ａが複数回蛇行しながら延在する形状とされ、帯状体３６ａの一端に第１接続端部３６ｂが形成され、帯状体３６ａの他端に第２接続端部３６ｃが形成されている。そして、帯状体３６ａの幅方向中央部に設けた折り線に沿って山折り方向に曲げることにより、長手方向の端部から見て略Ｕ字形状に形成されている。

本実施形態のヒーター３６は、バイメタル２６に接続する第１接続端部３６ｂの幅寸法をＡ、負荷側接続板２８に接続する第２接続端部３６ｃの幅寸法をＢ、帯状体３６ａの幅寸法をＣとすると、第２接続端部３６ｃの幅寸法Ｂと帯状体３６ａの幅寸法Ｃは同一寸法であり（Ｂ＝Ｃ）である。そして、第１接続端部３６ｂの幅寸法Ａは、第２接続端部３６ｃの幅寸法Ｂ及び帯状体３６ａの幅寸法Ｃより大きな寸法に設定されている。（Ａ＞Ｂ、Ａ＞Ｃ）。

次に、第３実施形態のバイメタル装置２５の効果について説明する。
通常のバイメタル装置は、ヒーター３６の発熱量を増大させるために、ヒーター３６の通電断面積を小さくする方法が考えられるが、ヒーター３６の全ての部分の通電断面積を小さくすると、過電流が流れたときに、バイメタル２６との接続部が熱的劣化で早期に損傷するおそれがある。
そこで、本実施形態のバイメタル装置２５のヒーター３６は、帯状体３６ａの幅寸法Ｃを小さく設定することでヒーター発熱量を増大させ、バイメタル２６に接続する第１接続端部３６ｂの幅寸法Ａを大きく設定することで、第１接続端部３６ｂの過剰の発熱を抑制している。したがって、本実施形態のバイメタル装置２５は、ヒーター３６の発熱量を増大させながら、第１接続端部３６ｂの熱的劣化を防止することができる。

＜第４実施形態の過電流引外し装置＞
さらに、図６は、本発明に係る第４実施形態のバイメタル装置２５の要部を示すものである。
本実施形態のバイメタル装置２５は、バイメタル２６の外周を板厚方向から挟み込んだ状態でヒーター３７が装着されている。ここで、バイメタル２６の湾曲方向は、図６の矢印で示す時計回り方向であり、バイメタル２６の一方の面２６ａが高膨張する側の面であり、他方の面２６ｂが低膨張する側の面である。

本実施形態のヒーター３７は、他の実施形態と同様に、平板形状金属材料のプレス打ち抜き加工を行うことで、帯状体３７ａが複数回蛇行しながら延在する形状とされ、帯状体３７ａの一端に第１接続端部３７ｂが形成され、帯状体３７ａの他端に第２接続端部３７ｃが形成されている。そして、帯状体３７ａの幅方向中央部に設けた折り線に沿って山折り方向に曲げることにより、長手方向の端部から見て略Ｕ字形状に形成されている。
ここで、本実施形態のヒーター３７の帯状体３７ａは、小さな幅寸法Ｄの幅狭部３７ａ１と、大きな幅寸法Ｅ（Ｅ＞Ｄ）の幅広部３７ａ２とが交互に蛇行して形成されており、バイメタル２６の外周を板厚方向から挟み込んだときに、高膨張する側の面である一方の面２６ａに幅狭部３７ａ１が面接触し、低膨張する側の面である他方の面２６ｂに幅広部３７ａ２が面接触した状態で装着される。

次に、第４実施形態のバイメタル装置２５の効果について説明する。
ヒーター３７の帯状体３７ａを構成する幅狭部３７ａ１は、通電断面積が小さいので通電した際に発熱量が大きく、幅広部３７ａ２は、通電断面積が大きいので通電した際に発熱量が小さくなる。
バイメタル２６の高膨張する側の面である一方の面２６ａに発熱量が大きい幅狭部３７ａ１が面接触した状態で配置され、バイメタル２６の低膨張する側の面である他方の面２６ｂに発熱量が小さい幅広部３７ａ２が面接触した状態で配置されているので、バイメタル２６に対するヒーター３７の発熱量の調整を簡単に行うことができる。

なお、上述した第１から第４実施形態では、回路遮断器の過電流引外し装置４に組み込んだバイメタル装置２５について説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、例えば熱動形過負荷継電器の接点機構を駆動するバイメタル装置であっても同様の効果を奏することができる。

１ ケース
２ カバー
２ａ ミドルカバー
２ｂ トップカバー
３ 消弧室
４ 過電流引外し装置
５ 固定接触子
５ａ 固定接点
６ 可動接触子
６ａ 可動接点
７ ホルダ
８ 開閉機構
９ 電源側接続板
９ａ 電源側端子
１０ 電気接続板
１１ 中継端子
１６ ハンドル
１７ ハンドルレバー
１８ 上トグル
１９ 下トグル
２０ ラッチ
２１ トグルリンク機構
２３ ラッチ受け
２４ トリップバー
２５ バイメタル装置
２６ バイメタル
２６ａ バイメタルの板厚方向の一方の面
２６ｂ バイメタルの板厚方向他方の面
２７ 調整ネジ
２８ 負荷側接続板
２９ ヒーター
２９ａ 帯状体
２９ｂ 第１接続端部
２９ｃ 第２接続端部
３０ 負荷側端子
３１ プレス成形品
３６ ヒーター
３６ａ 帯状体
３６ｂ 第１接続端部
３６ｃ 第２接続端部
３７ ヒーター
３７ａ 帯状体
３７ａ１ 幅狭部
３７ａ２ 幅広部
３７ｂ 第１接続端部
３７ｃ 第２接続端部

Claims (5)

1. 長尺な板状部材で一端が支持されているバイメタルと、前記バイメタルに装着されたヒーターと、を備え、前記バイメタル及び前記ヒーターへの通電により前記ヒーターに加熱された前記バイメタルの自由端側を板厚方向の所定方向に湾曲させるバイメタル装置であって、
   前記ヒーターは、前記バイメタルを板厚方向から挟み込むことで装着され、前記バイメタルの板厚方向の一方の面及び他方の面に面接触しながら交互に蛇行し、かつ前記一端側から前記自由端側に向けて延在する１本の帯状体を備えているとともに、
   前記バイメタルの前記一方の面が高膨張する側の面であり、前記バイメタルの前記他方の面が低膨張する側の面であり、前記一方の面に接触する前記ヒーターの前記帯状体を幅が狭い形状とし、前記他方の面に接触する前記ヒーターの前記帯状体を幅が広い形状としたことを特徴とするバイメタル装置。
2. 前記バイメタルに接続される前記ヒーターの一方の接続端部は、前記バイメタルの板厚方向の一方の面及び他方の面に接触している前記帯状体と比較して幅寸法が増大していることを特徴とする請求項１記載のバイメタル装置。
3. 前記ヒーターの他方の接続端部は、前記ヒーターが蛇行している方向に沿って延在する延長部の端部に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバイメタル装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載のバイメタル装置を備え、開閉機構のトリップバーに接触させることで前記開閉機構の開極動作を行なう回路遮断器の過電流引外し装置であって、
   前記バイメタルの自由端を前記トリップバーに近接配置し、電流経路に過電流が流れて前記ヒーターが発熱し、前記ヒーターの発熱により加熱された前記バイメタルの自由端側が板厚方向に湾曲して前記トリップバーに接触するようにしたことを特徴とする回路遮断器の過電流引外し装置。
5. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載のバイメタル装置で使用されるヒーターを形成する方法であって、
   平板形状の金属材料に対してプレス打ち抜き加工を行うことで、１本の前記帯状体が複数回蛇行しながら延在するプレス成形品を形成し、
   前記プレス成形品を幅方向中央部に沿って山折り方向に曲げることにより、長手方向の端部から見て略Ｕ字形状の前記ヒーターを形成することを特徴とするバイメタル装置用ヒーターの形成方法。

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