JPH0222494B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は回路しや断器に関するものであり、
特にしや断時における限流性能を向上させた回路
しや断器に関するものである。

第１図ａは一般的な回路しや断器を示す断面平
面図であり、第１図ｂは第１図ａの線ｂ−ｂにお
ける側断面図である。第１図ａ，ｂにおいて、
今、可動接点３０２と固定接点２０２とが閉成し
ていると、電流は固定導体２０１→固定接点２０
２→可動接点３０２→可動導体３０１の経路で流
れる。

この状態において、短絡電流等の大電流がこの
回路に流れると、操作機構部４が作動して可動接
点３０２を固定接点２０２から開離させる。この
とき、固定接点２０２と可動接点３０２間にはア
ークＡが発生し、固定接点２０２と可動接点３０
２間にはアーク電圧が発生する。このアーク電圧
は固定接点２０２からの可動接点３０２の開離距
離が増大するに従つて上昇する。また、同時にア
ークＡが消弧板５の方向へ磁気力によつて引き付
けられ伸長するために、アーク電圧はさらに上昇
する。

このようにして、アーク電流は電流零点を迎え
てアークＡを消弧し、しや断が完結する。このよ
うなしや断動作中において、可動接点３０２と固
定接点２０２との間には、アークＡによつて短時
間、すなわち数ミリ秒の内に大量のエネルギーが
発生する。そのために、包囲体１内の気体の温度
は上昇し、かつ圧力も急激に上昇するが、この高
温高圧の気体は排出口１０１から大気中に放出さ
れる。

回路しや断器およびその内部構成部分は、その
しや断に際して上記のような動作をするが、次に
固定接点２０２と可動接点３０２との動作につい
て特に説明する。一般にアーク抵抗Ｒは次のよう
な式で与えられる。すなわち、 Ｒ＝ρｌ／Ｓ ただし、 Ｒ：アーク抵抗（Ω） ρ：アーク抵抗率（Ω・cm） ｌ：アーク長さ（cm） Ｓ：アーク断面積（cm²） ところが、一般に数kA以上の大電流でかつア
ーク長さｌが50mm以下の短いアークＡにおいて
は、アーク空間は金属粒子によつて占められてし
まうものである。しかも、この金属粒子の放出
は、接点表面に直角方向に起こるものである。ま
た、この放出された金属粒子は、放出時において
は接点の金属の沸点近くの温度を有し、さらにア
ーク空間に注入されるや否や電気的エネルギーの
注入を受けて高温高圧化されるとともに導電性を
帯び、アーク空間の圧力分布に従つた方向に膨張
しながら高速度で導体から遠ざかる方向に流れ去
るものである。そして、アーク空間におけるアー
ク抵抗率ρおよびアーク断面積ｓは、この金属粒
子の発生量とその放出方向によつて定まる。した
がつて、アーク電圧もこのような金属粒子の挙動
によつて、決定されているものである。次に、こ
のような金属粒子の挙動を第２図を用いて説明す
る。

第２図において、２０２は固定接点、３０２は
可動接点を示し、また、接点２０２，３０２のそ
れぞれのＸ面は接点２０２，３０２が接触する場
合の対向面であり、接点２０２，３０２のそれぞ
れのＹ面は、対向面Ｘ面以外の接点表面および導
体表面の一部を示す。また、図中一点鎖線で示す
輪かくｚは、接点２０２，３０２間に発生するア
ークＡの外かくを示し、さらに、金属粒子ａおよ
び金属粒子ｂは、接点２０２，３０２のＸ面およ
びＹ面から蒸発などにより発したそれぞれの金属
粒子を模式的に示したもので、その放出方向は、
それぞれ矢印ｍおよび矢印ｎによつて示した各流
線の方向である。

このような接点２０２，３０２から放出された
金属粒子ａ，ｂは、アーク空間のエネルギーによ
つて接点金属の沸点温度である約3000℃程度か
ら、導電性を帯びる温度、すなわち8000℃以上、
またはさらに高温の20000℃程度にまで昇温され、
その昇温の過程でアーク空間からエネルギーを奪
い去り、アーク空間の温度を下げ、その結果アー
ク抵抗Ｒを増大させる。なお、アーク空間から金
属粒子ａ，ｂが奪い去るエネルギー量は、金属粒
子の昇温の程度が大きい程大きく、その昇温の程
度は、接点２０２，３０２から発した金属粒子
ａ，ｂのアーク空間における位置および放出経路
によつて定まる。しかしながら、第２図に示す従
来の回路しや断器においては、対向面Ｘ面の中心
付近から発する金属粒子ａはアーク空間より大量
のエネルギーを奪い去るが、しかし、接点表面お
よび導体表面の一部Ｙ面から発する金属粒子ｂ
は、金属粒子ａに比べてアーク空間から奪い去る
エネルギー量は少ない。

すなわち、金属粒子ａの流れる範囲においては
大量のエネルギーを奪つてアーク空間の温度を下
げ、したがつてアーク抵抗率ρを増大させるが、
金属粒子ｂの流れる範囲においては、大量エネル
ギーを奪わないために、アーク空間の温度の低下
も少なく、したがつて、アーク抵抗率ρの増大も
図れず、しかも、対向面Ｘ面および接点表面Ｙ面
からアークが発生するために、アーク断面積も増
大し、その結果アーク抵抗も低下する。

このような金属粒子によるアーク空間からのエ
ネルギーの流出は、電気的注入エネルギーとつり
合つているのであるから、もし、接点間に発生す
る金属粒子のアーク空間への注入量を増大させれ
ば、当然にアーク空間の温度を大きく低下させ、
その結果、アーク抵抗率を大きくしてアーク電圧
を大きく上昇させることが可能であることがわか
る。

さらに従来の接点導体の大きな欠点は、Ｙ面へ
のアークの足の拡大のために一般にこのＹ面に設
けられることの多い導体との接合部の直接アーク
の足が拡大しやすく、この熱によつて融点の低い
接合部材が溶融し、接点脱落を起す危険性があつ
た点である。

この発明の目的は、高いアーク電圧を有しかつ
しや断時の限流性能がよく、しかも接点の脱落の
おそれのない回路しや断器を得ることにある。

以下この発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。第３図ａはこの発明による回路しや断器の一
実施例を示す平断面図であり、第３図ｂは第３図
ａの線ｂ−ｂにおける側断面図である。第３図
ａ，ｂにおいて、包囲体１は絶縁体により構成さ
れ、開閉装置の外枠を形成するもので排出口１０
１を備えている。固定接触子２は包囲体１に固定
された固定導体２０１と、固定導体２０１の一端
部に取付けられた固定接点２０２とから構成され
ている。可動接触子３は固定接触子２に対して開
閉するもので、固定導体２０１に対して開閉動作
をする可動導体３０１と、固定接点２０２に相対
して可動導体３０１の一端部に取付けられた可動
接点３０２とから構成されている。操作機構部４
は可動接触子３を開閉操作するものである。消弧
板５は可動接点３０２が固定接点２０２から開離
するときに生じるアークを消弧するものである。
圧力反射体６，７はそれぞれパラハイドロオキシ
安息香酸を原料として得られるポリオキシベンジ
レン樹脂で構成され、それぞれ固定接点２０２、
可動接点３０２の外周を取囲んで、かつ互いにア
ークＡに対向するようにそれぞれ固定導体２０
１、可動導体３０１に取付けられている。

なお、ポリオキシベンジレン樹脂の構造式をつ
ぎに示す。

上記一方の圧力反射体７には、第５図（可動導
体３の底面図）に示すように、一端が可動接点３
０２側面より発し可動接点３０２から遠ざかる方
向に上記可動導体３０１の一部を露出させる溝７
０１が設けられている。この溝７０１の幅Ｗは可
動接点３０２の幅Ｗ１よりも狭く形成されてい
る。

今、可動接点３０２と固定接点２０２とが閉成
していると、電流は固定導体２０１→固定接点２
０２→可動接点３０２→可動導体３０１へと、電
源側から負荷側に流れる。この状態において、短
絡電流等の大電流がこの回路に流れると、操作機
構部４が作動して、可動接点３０２を固定接点２
０２から開離させる。このとき、固定接点２０２
と可動接点３０２間にアークＡが発生する。この
アークＡにおいては第４図において示すように、
圧力反射体６，７によつてアーク空間が高圧とな
り、その結果アークが効果的に冷却され消弧され
る。

第４図は第３図の回路しや断器における金属粒
子の挙動の模式的説明図である。第４図におい
て、２０２および３０２は相対する１対の接点で
あり、それぞれの接点２０２，３０２の全周を囲
み、かつアークＡに対向するように固定導体２０
１、可動導体３０１に圧力反射体６，７が設けら
れている。このような回路しや断器における接点
間の金属粒子は次のような挙動をする。

すなわち、空間Ｑにおける圧力値は、アークＡ
自身の空間の圧力値以上にはなり得ないが、しか
し少くとも、圧力反射体６，７が設けられていな
い場合に比べて、圧倒的に高い値を示す。したが
つて、圧力反射体６，７によつて生じた相当に高
い圧力をもつ周辺空間Ｑは、アークＡの空間の拡
がりを抑制する力を与え、アークＡを狭い空間に
「しぼり込む」ことになる。これはすなわち、対
向面であるＸ面より発した金属粒子ａ，ｃ等の流
線ｍ，ｏをアーク空間にしぼり込み閉じ込めるこ
とになる。よつて、Ｘ面より発した金属粒子ａ，
ｃは、有効にアーク空間に注入される。その結
果、有効に注入された大量の金属粒子ａ，ｃは、
アーク空間から従来装置とは比較にならないほど
大量のエネルギーを奪い去るため、アーク空間を
著しく冷却する。したがつて、抵抗率ρすなわち
アーク抵抗Ｒを著しく上昇させてアーク電圧をき
わめて大きく上昇させる。

ところで、この発明においては圧力反射体６，
７がポリオキシベンジレン樹脂で形成されている
ので、次のような利点がある。

すなわち、ポリオキシベンジレン樹脂によつて
構成された圧力反射体は、アークにより温度上昇
した際に、金属の高抵抗材料やセラミツクでは生
じない多量の分解ガスが発生する。この分解ガス
によつてアークはエネルギーを奪われ、冷却され
る。また分解ガスが発生するために、圧力反射体
の表面の圧力は上昇し、アークの絞り込みの効果
が促進され、圧力反射体の受ける圧力が上昇する
ために、この圧力が可動導体に加われば開極速度
を上げることができる。このように、圧力反射体
単独の効果にセラミツクまたは金属の高抵抗材料
では得られない有機質材料特有の効果が加わつて
アーク電圧を大きく上昇させることができる。

上記ポリオキシベンジレン樹脂の分解ガスの主
成分は炭酸ガスであるので、他の合成樹脂と異な
り、接点表面に異常温度上昇の原因となる絶縁性
の結晶物を付着させることがない。また圧力反射
体がアークにさらされても、材料そのものがきわ
めて高い難燃性を有しているので、他の合成樹脂
と異なり着火することがない。また、アークに触
れ分解ガスが発生した場合、これらの材料は成分
自体の分解が殆んどなく昇華に近い状態で気化す
るので、他の合成樹脂と異なり、炭素質層を表面
に殆んど析出することがなく、接点近傍の圧力反
射体には非常に有利で、しや断後の絶縁不良、絶
縁劣化の心配もない。さらに熱膨張係数が金属に
近いことから他の合成樹脂やセラミツクの被覆層
と異なり、圧力反射体をモールド成形品にて形成
し、同時にインサートあるいは接着などで導体２
０１，３０１に密着取り付けする際に、通電、無
通電の繰り返しからくる温度変化がたびたび重つ
ても、導体２０１，３０１と圧力反射体とが剥離
することがない。また、ポリオキシベンジレン樹
脂の粉末をプラズマ溶射方法により処理して得ら
れる皮膜からも前記と同じ効果が得られる。

また、前記のようにこの絶縁物からなる圧力反
射体６，７を固着することによつてアークＡの足
はＹ面へ拡大しにくくなり、一般にこのＹ面に設
けられている接点２０２，３０２と導体２０１，
３０１の接合部に直接アークの足が触れにくくな
り、その結果接点脱落を起す危険性もなくなると
いう有利な点を有している。

ところで、第５図の上記圧力反射体７に、可動
接点３０２よりも幅狭の溝７０１を設けたことに
より、つぎの効果が生じる。

つまり、短絡時のような大電流時には、高い限
流性能が要求されるが、このような大電流時に上
記両接点３０１，３０２間で発生するアークは大
径なので、幅狭の溝７０１間（アークランナ上）
に急速に移動することができないため、圧力反射
体７の作用と相まつて可動接点３０２上に長く残
留し、アーク長径が十分絞られて限流性能が一層
向上する。

他方、過負荷電流時のような小電流時には限流
性能よりも消弧を迅速に行なう高いしや断性能が
要求されるが、このような小電流時にはアークは
小径なので、幅狭の溝７０１にす早く移動でき
る。そのため、消弧が迅速になされてしや断性能
が向上する。

ここで、上記圧力反射体７を他の合成樹脂材料
で形成した場合は、前述のように、合成樹脂の表
面に炭素質層が折出するので、この炭素質層が一
種のアークランナになつてしまい、上記溝７０１
を幅狭にした効果が減退するのに対し、ポリオキ
シベンジレン樹脂では、炭化が生じないため、上
記溝７０１を幅狭にした効果を十分得ることがで
きる。

また、第６図ａ，ｂは圧力反射体６，７の他の
実施例を示すもので、第５図に示した板状の圧力
反射体７とは異なり、コーテイング等によつて導
体２０１，３０１の外周を被覆するよう圧力反射
体６，７を形成し、かつ、溝６０１，７０１を設
けたものである。

第７図ａ，ｂは圧力反射体６，７のさらに他の
実施例を示すものである。すなわち、溝６０１，
７０１に露出する導体の一部８０１，９０１の表
面が、圧力反射体６，７の表面と同一かもしくは
それよりも突出したものである。このように構成
するとアークＡの足が素早く移動することが可能
であり、しや断性能がさらに向上する利点があ
る。

なお、上記説明において、圧力反射体６，７に
それぞれ溝６０１，７０１を設けたものを示した
が、この溝は圧力反射体６，７の何れか一方のみ
にあればよいことはいうまでもない。

以上のように、この発明によれば、圧力反射体
をポリオキシベンジレン樹脂にしたから、多量の
分解ガスにより、アーク電圧が上昇し、大きな限
流性能が得られるとともに、難燃性で、かつ、炭
素質層が折出しにくく、勿論、絶縁性や耐剥離性
にも優れているという他の材料では得られない効
果がある。さらに、圧力反射体に接点よりも幅狭
な溝を形成したことにより、小電流時のしや断性
能に優れ、かつ大電流時の限流性能を損なわず、
しかも、圧力反射体をポリオキシベンジレン樹脂
にしているから、この幅狭な溝にした効果を維持
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは一般的な回路しや断器を示す平面
図、第１図ｂは第１図ａの線ｂ−ｂにおける断面
図、第２図は第１図の回路しや断器における金属
粒子の挙動の模式的説明図、第３図ａはこの発明
による回路しや断器の一実施例を示す平面図、第
３図ｂは第３図ａの線ｂ−ｂにおける側断面図、
第４図は第３図の回路しや断器における金属粒子
の挙動の模式的説明図、第５図は可動導体の底面
図、第６図ａは圧力反射体の他の実施例を示す側
面図、第６図ｂは同平面図、第７図ａは圧力反射
体のさらに他の実施例を示す側面図、第７図ｂは
同平面図である。 ２……固定接触子、２０１……固定導体、２０
２……固定接点、３……可動接触子、３０１……
可動導体、３０２……可動接点、６，７……圧力
反射体、６０１，７０１……溝、W₁……接点の
幅。なお、図中同一符号は同一または相当部分を
示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導体とこの導体に固着された接点とからなる
   電気接触子を少なくとも一対備え、上記電気接触
   子のそれぞれは接点の外周を取囲むように導体上
   に装着された圧力反射体を有し、この圧力反射体
   の少なくとも一方がポリオキシベンジレン樹脂で
   形成され、このポリオキシベンジレン樹脂製の圧
   力反射体は、一端が接点側面より発し接点から遠
   ざかる方向に上記導体の一部を上記接点の幅より
   も狭く露出させる溝を有することを特徴とする回
   路しや断器。 ２ 圧力反射体は上記導体の外周を覆う被覆物で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の回路しや断器。 ３ 圧力反射体は上記導体の接点側表面に装着さ
   れた板状部材であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の回路しや断器。 ４ 上記溝に露出する導体の一部の表面は圧力反
   射体の表面と同一かもしくはそれ以上に突出して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の回路しや断器。