JP7466374B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本開示は、回路遮断器に関する。

特許文献１（特開２０１０－１９２１５１号公報）に記載されている回路遮断器は、電源端子及び負荷端子と、バイメタルと、調節子と、発熱体と、トリップバーと、開閉機構とを有している。

バイメタルは、長手方向において、先端部と、基端部とを有している。調整子は、バイメタルの先端部に取り付けられている。発熱体は、バイメタルの基端部に取り付けられており、電源端子から負荷端子に至る電路に電流が流れることによりバイメタルの基端部を加熱する。トリップバーは、調整子と間隔を空けて対向する位置にある。バイメタルの基端部が発熱体により加熱されてバイメタルが撓んだ際に、調整子とトリップバーとが接触する。これにより、開閉機構は、電源端子から負荷端子に至る電路を遮断する。

特開２０１０－１９２１５１号公報

特許文献１に記載されている回路遮断器においては、電源端子から負荷端子に至る電路に所定の電流が流れた際に当該電路が遮断されるために、調整子とトリップバーとの間の間隔を予め調整しておく必要がある。この調整は、電源端子から負荷端子に至る電路に所定の電流が流れている状態において、調整子の取り付け位置を調整するとともに、取り付け位置が調整された調整子を溶接によりバイメタルの先端部に固定することにより行われる。しかしながら、このような調整の結果は、調整時の周囲の温度環境によりばらつきが生じるおそれがある。

本開示は、バイメタルの端部とトリップバーとの間の距離の調整が容易な回路遮断器を提供するものである。

本開示の回路遮断器は、第１端子及び第２端子と、長手方向において、第１端部と、第１端部の反対側の端である第２端部とを有するバイメタルと、第１端子から第２端子に至る電路からの電流により第２端部を加熱するヒータと、第１端部と間隔を空けて対向しているトリップバーを有し、第２端部がヒータにより加熱されてトリップバーと第１端部とが接触することにより電路を遮断させるトリップ機構とを備える。第１端部は、第２端部の温度が閾値未満であるときにトリップバーに接触せず、温度が閾値を超えたときにトリップバーとの間の距離が不連続に減少してトリップバーに接触する。

本開示の回路遮断器によると、バイメタルの端部とトリップバーとの間の距離の調整が容易になる。

回路遮断器１００の断面図である。 バイメタル６０の斜視図である。 バイメタル６０の第２端部における温度とバイメタル６０の第１端部における変位量との関係を示す模式的なグラフである。 バイメタル６０Ａの斜視図である。 回路遮断器２００の断面図である。 バイメタル６０Ｂの斜視図である。 バイメタル６０Ｂの第２端部における温度とバイメタル６０Ｂの第１端部における変位量との関係を示す模式的なグラフである。

本開示の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。ここで、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

（実施形態１）
以下に、実施形態１に係る回路遮断器（以下においては「回路遮断器１００」とする）の構成を説明する。

＜回路遮断器１００の概略構成＞
以下に、回路遮断器１００の概略構成を説明する。

図１は、回路遮断器１００の断面図である。図１に示されるように、回路遮断器１００は、筐体１０と、第１端子２０と、第２端子３０と、ヒータ４０と、接続部材５０と、バイメタル６０とを有している。回路遮断器１００は、さらに、回転子７１と、接続部材７３と、ハンドル７４と、トリップバー７５と、開閉機構（図示せず）とにより構成されているトリップ機構を有している。

筐体１０は、絶縁性の材料（例えば樹脂材料）により形成されている。筐体１０の内部には、ヒータ４０、接続部材５０、バイメタル６０及びトリップ機構が収納されている。第１端子２０の一部は筐体１０内にあり、第１端子２０の残部は筐体１０の外部に露出している。第２端子３０の一部は筐体１０内にあり、第２端子３０の残部は筐体１０の外部に露出している。

第１端子２０及び第２端子３０は、導電性の材料（例えば金属材料）により形成されている。第１端子２０には、負荷が電気的に接続される。第２端子３０には、電源が電気的に接続される。第１端子２０は、固定接点２１を有している。固定接点２１は、導電性の材料（例えば金属材料）により形成されている。固定接点２１は、第１端子２０に電気的に接続されている。

ヒータ４０は、導電性の材料（例えば金属材料）により形成されている。接続部材５０は、導電性の材料（例えば金属材料）により形成されている。ヒータ４０は、電流が流れることにより発熱する。接続部材５０は、ヒータ４０と第２端子３０とを電気的に接続している。

バイメタル６０は、第１端６０ａと、第２端６０ｂとを有している。第１端６０ａ及び第２端６０ｂは、バイメタル６０の長手方向における端である。以下においては、第１端６０ａ側のバイメタル６０の端部を「第１端部」ということがあり、第２端６０ｂ側のバイメタル６０の端部を「第２端部」ということがある。

バイメタル６０の第２端部には、ヒータ４０が取り付けられている。そのため、バイメタル６０の第２端部は、ヒータ４０に電流が流れることにより、加熱される。バイメタル６０の第２端部がヒータ４０に加熱されることにより、バイメタル６０の第１端部は、トリップバー７５に向かって変位する。

回転子７１は、回転軸７１ａ回りに回転可能である。回転子７１は、導電性の材料（例えば金属材料）により形成されている。回転子７１は、可動接点７２を有している。可動接点７２は、導電性の材料（例えば金属材料）により形成されている。可動接点７２は、回転子７１に電気的に接続されている。可動接点７２は、回転子７１が回転軸７１ａ回りに回転することにより、固定接点２１と接触又は離間することが可能な位置にある。可動接点７２と固定接点２１とが接触することにより、回転子７１と第１端子２０とが電気的に接続される。

接続部材７３は、導電性の部材である。接続部材７３は、可撓性のある部材であることが好ましい。接続部材７３は、ヒータ４０と回転子７１とを電気的に接続している。これにより、第１端子２０から第２端子３０に至る電路が構成されている。この電路は、第１端子２０、固定接点２１、可動接点７２、回転子７１、接続部材７３、ヒータ４０、接続部材５０及び第２端子３０により構成されている。

開閉機構は、ハンドル７４が回転されることにより、回転子７１を回転軸７１ａ回りに回転させる。すなわち、ハンドル７４が回転されることにより、開閉機構は、固定接点２１及び可動接点７２が互いに接触している状態から固定接点２１及び可動接点７２が互いに離間した状態（図１中の点線参照）に切り替え、第１端子２０から第２端子３０に至る電路を遮断する。開閉機構は、図示されていないが、例えば、ばね等の弾性部材と、トグルリンク等のリンク機構とにより構成されている。

トリップバー７５は、バイメタル６０の第１端部と間隔を空けて対向している位置にある。トリップバー７５は、回転軸７５ａ回りに回転可能である。トリップバー７５がバイメタル６０の第１端部と接触して回転することにより、開閉機構は、回転子７１を回転させ、第１端子２０から第２端子３０に至る電路を遮断する。

＜バイメタル６０の詳細構成＞
以下に、バイメタル６０の詳細構成を説明する。

図２は、バイメタル６０の斜視図である。図２に示されるように、バイメタル６０は、第１面６０ｃと、第２面６０ｄとを有している。第１面６０ｃ及び第２面６０ｄは、バイメタル６０の主面である。第２面６０ｄは、第１面６０ｃの反対面であり、トリップバー７５に対向している。

バイメタル６０には、開口６０ｅが形成されている。開口６０ｅは、バイメタル６０を厚さ方向（第１面６０ｃから第２面６０ｄに向かう方向）に沿って貫通している。第１面６０ｃに直交している方向から見て、開口６０ｅは、矩形形状である。開口６０ｅは、バイメタル６０の長手方向に沿って延在している。

バイメタル６０は、第１部分６０ｆａと、第２部分６０ｆｂとを有している。第１部分６０ｆａは、バイメタル６０の長手方向に沿って延在し、バイメタル６０の第１端部とバイメタル６０の第２端部とを接続している。第２部分６０ｆｂは、バイメタル６０の長手方向に沿って延在し、バイメタル６０の第１端部とバイメタル６０の第２端部とを接続している。第１部分６０ｆａ及び第２部分６０ｆｂは、開口６０ｅを挟んで互いに対向している。

第２部分６０ｆｂは、湾曲部６０ｇを有している。第２部分６０ｆｂは、第２面６０ｄから第１面６０ｃに向かって凸になるように、湾曲部６０ｇにおいて湾曲している。この例では、湾曲部６０ｇが第２部分６０ｆｂに含まれることとしたが、湾曲部６０ｇは、第１部分６０ｆａに含まれていてもよい。すなわち、第１部分６０ｆａ及び第２部分６０ｆｂのいずれか一方が、湾曲部６０ｇを含んでいればよい。

バイメタル６０は、第１板材６１と、第２板材６２とにより構成されている。第１板材６１及び第２板材６２は、平板形状である。第１板材６１は、第１面６０ｃ側に配置されている（第１面６０ｃを構成している）。第２板材６２は、第２面６０ｄ側に配置されている（第２面６０ｄを構成している）。第１板材６１の熱膨張係数は、第２板材６２の熱膨張係数よりも大きい。

この例では、バイメタル６０が２枚の板材（第１板材６１及び第２板材６２）により構成されるとしたが、バイメタル６０は３枚の板材で構成されていてもよく（すなわち、バイメタル６０は、トリメタルであってもよく）、バイメタル６０は４枚以上の板材で構成されてもよい。

図３は、バイメタル６０の第２端部における温度とバイメタル６０の第１端部における変位量との関係を示す模式的なグラフである。図３中において、バイメタル６０の第１端部の変位が大きくなるほど、バイメタル６０の第１端部とトリップバー７５とが近づくことになる。図３に示されるように、バイメタル６０の第１端部は、バイメタル６０の第２端部の温度が上昇するに伴って、トリップバー７５側へと変位していく。バイメタル６０の第２端部の温度が所定の閾値未満であるとき、バイメタル６０の第１端部は、トリップバー７５と接触していない。

バイメタル６０の第２端部の温度が上記の閾値を超えたときに、バイメタル６０の第１端部の変位量が不連続に変化し、バイメタル６０の第１端部とトリップバー７５とが接触する。バイメタル６０の第２端部の温度が上記の閾値を超えたときのバイメタル６０の第１端部の変位量の不連続な変化は、バイメタル６０の第１端部がスナップ動作することに起因する。

バイメタル６０の第２端部の温度が上昇する際、第１部分６０ｆａは、バイメタル６０の第１端部がトリップバー７５に近づくように撓もうとする。第２部分６０ｆｂは、湾曲部６０ｇを含んでいるため、バイメタル６０の第２端部の温度が上記の閾値未満であるときは、第１部分６０ｆａの撓みに拮抗するような反力を発生させる。

第２部分６０ｆｂからの反力は、バイメタル６０の第１端部がトリップバー７５に近づくようにバイメタル６０が撓んでいくに伴って方向が徐々に変化していく。バイメタル６０の第２端部の温度が上記の閾値を超えたときに、第２部分６０ｆｂからの反力は、バイメタル６０の第１端部をトリップバー７５に近づける方向に作用するようになる。その結果、バイメタル６０の第２端部の温度が上記の閾値を超えたときに、バイメタル６０の第１端部は、トリップバー７５に向かって急激に変位するトリップ動作を行う。

＜変形例＞
以下に、変形例に係るバイメタル６０（以下においては「バイメタル６０Ａ」とする）の構成を説明する。

図４は、バイメタル６０Ａの斜視図である。図４に示されるように、バイメタル６０Ａには、開口６０ｅに代えて、開口６０ｅａ及び開口６０ｅｂが形成されている。開口６０ｅａ及び開口６０ｅｂは、厚さ方向に沿ってバイメタル６０Ａを貫通している。開口６０ｅａ及び開口６０ｅｂは、第１面６０ｃから見て、矩形形状を有しており、バイメタル６０Ａの長手方向に沿って延在している。

バイメタル６０Ａは、第１部分６０ｆａと、第２部分６０ｆｂと、第３部分６０ｆｃとを有している。第１部分６０ｆａ、第２部分６０ｆｂ及び第３部分６０ｆｃは、バイメタル６０Ａの長手方向に沿って延在し、バイメタル６０Ａの第１端部とバイメタル６０の第２端部とを接続している。第１部分６０ｆａ及び第２部分６０ｆｂは開口６０ｅａを挟んで互いに対向しており、第１部分６０ｆａ及び第３部分６０ｆｃは開口６０ｅｂを挟んで互いに対向している。

第２部分６０ｆｂ及び第３部分６０ｆｃは湾曲部６０ｇを含んでおり、第１部分６０ｆａは湾曲部６０ｇを含んでいない。このような構成によっても、バイメタル６０Ａの第１端部は、バイメタル６０Ａの第２端部の温度が所定の閾値を超えたときに、スナップ動作を行うことになる。

＜回路遮断器１００の効果＞
以下に、回路遮断器１００の効果を説明する。

バイメタル６０の第１端部は、バイメタル６０の第２端部の温度が所定の閾値未満のときはトリップバー７５に接触せず、バイメタル６０の第２端部の温度が当該閾値を超えたときにトリップバー７５との間の距離が不連続に減少してトリップバー７５に接触する。

そのため、回路遮断器１００においては、バイメタル６０の第１端部とトリップバー７５との間の距離を予めシビアに調整せずとも（バイメタル６０の第１端部とトリップバー７５との間の距離の調整をラフに行ったとしても）、バイメタル６０の第２端部の温度が上記の閾値を超えたときに、バイメタル６０の第１端部とトリップバー７５とを接触させることができる。このように、回路遮断器１００によると、バイメタル６０の第１端部とトリップバー７５との間の距離の調整が容易になる。

なお、上記の閾値及びバイメタル６０の第２端部の温度が上記の閾値を超えたときのバイメタル６０の第１端部の変位量は、バイメタル６０単体の設計により定まるため、回路遮断器１００においては、バイメタル６０の第１端部とトリップバー７５との間の距離の調整は、環境温度の影響を受けない。

また、回路遮断器１００においては、バイメタル６０の第１端部とトリップバー７５との位置調整をラフに行うことができるため、回路遮断器１００に含まれる各部品の寸法のばらつきを吸収することができる。

（実施形態２）
以下に、実施形態２に係る回路遮断器（以下においては「回路遮断器２００」とする）の構成を説明する。ここでは、回路遮断器１００の構成と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

図５は、回路遮断器２００の断面図である。図５に示されるように、回路遮断器２００は、筐体１０と、第１端子２０と、第２端子３０と、ヒータ４０と、接続部材５０とを有している。回路遮断器２００は、さらに、回転子７１と、接続部材７３と、ハンドル７４と、トリップバー７５と、開閉機構（図示せず）とにより構成されているトリップ機構を有している。これらの点に関して、回路遮断器２００の構成は、回路遮断器１００の構成と共通している。

回路遮断器２００は、バイメタル６０に代えて、バイメタル６０Ｂを有している。回路遮断器２００は、さらに、マグネット８０を有している。これらの点に関して、回路遮断器２００の構成は、回路遮断器１００の構成と異なっている。

図６は、バイメタル６０Ｂの斜視図である。なお、図６には、マグネット８０も合わせて示されている。図６に示されるように、バイメタル６０Ｂには、開口６０ｅが形成されていない。すなわち、バイメタル６０Ｂは、第１部分６０ｆａ及び第２部分６０ｆｂを有していない。バイメタル６０Ｂにおいて、第１板材６１は、磁性材料（例えば鉄（Ｆｅ）を含有している合金）により形成されている。その他の点に関して、バイメタル６０Ｂの構成は、バイメタル６０の構成と共通している。

図５及び図６に示されるように、マグネット８０は、筐体１０に収納されている。マグネット８０は、トリップバー７５と反対側においてバイメタル６０Ｂと対向している位置に固定されている。このことを別の観点から言えば、マグネット８０は、第１面６０ｃと対向している位置に固定されている。

バイメタル６０Ｂの第１端部は、バイメタル６０Ｂの第２端部の温度が所定の閾値未満であるとき、マグネット８０に吸着されている。バイメタル６０Ｂの第１端部は、バイメタル６０Ｂの第２端部の温度が上記の閾値を超えたとき、マグネット８０から離間する。

図７は、バイメタル６０Ｂの第２端部における温度とバイメタル６０Ｂの第１端部における変位量との関係を示す模式的なグラフである。図７に示されるように、バイメタル６０Ｂの温度が上記の閾値未満のときは、バイメタル６０Ｂの第１端部に作用するマグネット８０からの引力がバイメタル６０Ｂの第１端部がトリップバー７５に向かって撓もうとする力を上回っているため、バイメタル６０Ｂの第１端部は、殆ど変位せず、トリップバー７５と接触していない。

しかしながら、バイメタル６０Ｂの第２端部の温度が上記の閾値を超えたときは、バイメタル６０Ｂの第１端部がトリップバー７５に向かって撓もうとする力がバイメタル６０Ｂの第１端部に作用するマグネット８０からの引力を上回る。

その結果、バイメタル６０Ｂの第１端部は、マグネット８０から離れて本来の位置（バイメタル６０Ｂの第２端部の温度が上記の閾値であり、かつバイメタル６０Ｂの第１端部にマグネット８０からの引力が作用していなかった場合におけるバイメタル６０Ｂの第１端部の位置）まで不連続に変位し、トリップバー７５に接触する。

以下に、回路遮断器２００の効果を説明する。ここでは、回路遮断器１００の効果と異なる点を主に説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。

回路遮断器２００においても、回路遮断器１００と同様に、バイメタル６０Ｂの第１端部は、バイメタル６０Ｂの第２端部の温度が所定の閾値未満のときはトリップバー７５に接触せず、バイメタル６０Ｂの第２端部の温度が当該閾値を超えたときにトリップバー７５との間の距離が不連続に減少してトリップバー７５に接触する。

そのため、回路遮断器２００においては、バイメタル６０Ｂの第１端部とトリップバー７５との間の距離を予めシビアに調整せずとも、バイメタル６０Ｂの第２端部の温度が上記の閾値を超えたときに、バイメタル６０Ｂの第１端部とトリップバー７５とを接触させることができる。すなわち、回路遮断器２００によると、バイメタル６０Ｂの第１端部とトリップバー７５との間の距離の調整が容易になる。

今回開示された実施形態は全ての点で例示であり、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の基本的な範囲は、上記の実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１００，２００ 回路遮断器、１０ 筐体、２０ 第１端子、２１ 固定接点、３０ 第２端子、４０ ヒータ、５０ 接続部材、６０，６０Ａ，６０Ｂ バイメタル、６０ａ 第１端、６０ｂ 第２端、６０ｃ 第１面、６０ｄ 第２面、６０ｅ，６０ｅａ，６０ｅｂ 開口、６０ｆａ 第１部分、６０ｆｂ，ｆｂ 第２部分、６０ｆｃ 第３部分、６０ｇ 湾曲部、６１ 第１板材、６２ 第２板材、７１ 回転子、７２ 可動接点、７３ 接続部材、７４ ハンドル、７５ トリップバー、８０ マグネット。

Claims (3)

1. 第１端子及び第２端子と、
   長手方向において、第１端部と、前記第１端部の反対側の端である第２端部とを有するバイメタルと、
   前記第１端子から前記第２端子に至る電路からの電流により前記第２端部を加熱するヒータと、
   前記第１端部と間隔を空けて対向しているトリップバーを有し、前記第２端部が前記ヒータにより加熱されて前記トリップバーと前記第１端部とが接触することにより前記電路を遮断させるトリップ機構とを備え、
   前記第１端部は、前記第２端部の温度が閾値未満であるときに前記トリップバーに接触せず、前記温度が前記閾値を超えたときに前記トリップバーとの間の距離が不連続に減少して前記トリップバーに接触し、
   前記バイメタルは、前記第１端部と前記第２端部とを接続し、前記長手方向に沿って延在している第１部分及び第２部分を有し、
   前記第１部分及び前記第２部分のいずれか一方は、前記第１端部と前記第２端部との間において、湾曲部を含んでいる、回路遮断器。
2. 前記バイメタルは、前記温度が前記閾値を超えたときに前記第１端部が前記トリップバーに向かってスナップ動作するように構成されている、請求項１に記載の回路遮断器。
3. 第１端子及び第２端子と、
   長手方向において、第１端部と、前記第１端部の反対側の端である第２端部とを有するバイメタルと、
   前記第１端子から前記第２端子に至る電路からの電流により前記第２端部を加熱するヒータと、
   前記第１端部と間隔を空けて対向しているトリップバーを有し、前記第２端部が前記ヒータにより加熱されて前記トリップバーと前記第１端部とが接触することにより前記電路を遮断させるトリップ機構とを備え、
   前記第１端部は、前記第２端部の温度が閾値未満であるときに前記トリップバーに接触せず、前記温度が前記閾値を超えたときに前記トリップバーとの間の距離が不連続に減少して前記トリップバーに接触し、
   前記トリップバーと反対側において前記第１端部に対向している位置に固定されているマグネットをさらに備え、
   前記第１端部は、前記温度が前記閾値未満であるときに前記マグネットに吸着されており、前記温度が前記閾値を超えたときに前記マグネットから離間される、回路遮断器。

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