JPWO2014010040A1 - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で過電流による引き外し操作時のバイメタルの温度を上げることができる熱動電磁形の引き外し装置を備えた回路遮断器を得る。【解決手段】３相電路を開閉する可動接触子６及び固定接触子５の接点を開閉駆動する開閉機構部７と、前記電路に過大電流が流れたときにトリップバーを駆動して前記開閉機構部７を引き外す電磁引き外し装置と、前記電路に過電流が流れたとき湾曲するバイメタル１２によりトリップバー１４を駆動して開閉機構部７を引き外す熱動引き外し装置１１を備えた回路遮断器において、熱動引き外し装置１１は、前記３相電路に対応して並設された３極に設けられ、各極の熱動引き外し装置１１のバイメタル１２の内、少なくとも一つの板厚を、他のバイメタルの板厚と異ならせた。

Description

本発明は、配線用遮断器及び漏電遮断器などの回路遮断器、特にその熱動電磁引き外し装置に関するものである。

従来の回路遮断器における熱動電磁形の過電流引き外し装置は、過電流が流れたときにジュール熱によって湾曲するバイメタルが開閉機構部の引き外し部を押圧し、これによって開閉機構部が作動することにより開閉接点が開離される。３相電路に対応する３極の回路遮断器では、この熱動電磁形の過電流引き外し装置が左極（以下Ｌ極）、中極（以下Ｃ極）、右極（以下Ｒ極）にそれぞれに配設され、いずれの極に過電流が流れても、バイメタルが引き外し部を押圧するので開閉機構部が作動し、開閉接点が開離するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。ジュール熱を発生する発熱部の方式としては、バイメタルに直接通電する直熱式、バイメタルの近傍の電路にヒータを設ける傍熱式、あるいは直熱式と傍熱式を併用する直傍熱式が知られている。

また、開閉機構部や熱動電磁形の過電流引き外し装置を構成する各部品の加工、組立誤差、材料特性のばらつき等が累積されることにより、開閉機構部の引き外し時間がばらつくため、バイメタルの先端に調整機構が設けられ、この調整機構によりバイメタルの先端から開閉機構部の引き外し部までの距離（ギャップ）の調整を行う。そして、回路遮断器の出荷検査時に、通電検査により引き外し時間を測定し、引き外し時間が規定時間の範囲内に入っていることを確認している。

一方、漏電遮断器においては、過電流引き外し装置に接続された一次導体が零相変流器を貫通した後、漏電遮断器の負荷側の接続端子に接続されており、特に、Ｌ極及びＲ極の一次導体は、零相変流器を貫通させるためにＵ字状に形成されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−３０５９７号公報 特開平８−０７７９０９号公報

従来の配線用遮断器における熱動電磁形の過電流引き外し装置では、Ｃ極のバイメタルは、自身のジュール熱に加えＬ極及びＲ極のジュール熱も受けるので、Ｃ極の湾曲がＬ極及びＲ極より大きくなる。また、従来の漏電遮断器における熱動電磁形の過電流引き外し装置では、Ｌ極及びＲ極のバイメタルは、該バイメタルに接続された一次導体がＵ字状に成形されているため、Ｃ極より電路長が長くなり、一次導体の抵抗が増大し、ジュール熱も増大するので、Ｌ極及びＲ極の熱による湾曲がＣ極より大きく、各極の特性が一致しなくなる。

また、出荷検査時の合格率を上げるためには、なるべくバイメタルの近傍で集中してジュール熱を発生させる必要があるので、発熱部の抵抗値を可能な限り上げることが好ましい。ところが、最近の回路遮断器は外形の小形化が進み、内部温度が全体的に上昇し易い構成となっており、限界まで発熱部の抵抗値を上げると、配線用遮断器ではＣ極の、漏電遮断器ではＬ極及びＲ極のバイメタルが曲がり過ぎてしまい、バイメタルの先端から開閉機構部の引き外し部までの距離を確保できなくなるため、調整機構により引き外し時間を調整することができなくなるという問題があった。

本発明に係る回路遮断器は、３相電路を開閉する可動接触子及び固定接触子の接点を開閉駆動する開閉機構部と、前記電路に過大電流が流れたときにトリップバーを駆動して前記開閉機構部を引き外す電磁引き外し装置と、前記電路に過電流が流れたときに湾曲するバイメタルによりトリップバーを駆動して開閉機構部を引き外す熱動引き外し装置を備えた回路遮断器において、熱動引き外し装置は、３相電路に対応して並設された３極に設けられ、各極のバイメタルの内、少なくとも一つは、他のバイメタルと板厚が異なるものである。

この発明によれば、バイメタルの板厚を極によって変えることによりバイメタルの湾曲特性を揃え、熱動引き外し装置の特性を揃えるようにしたので、回路遮断器の性能向上を簡単に確保できる。また、回路遮断器の遮断特性の試験において、熱動引き外し時間の調整が容易になる。

本発明の実施の形態１に係る回路遮断器の構成を示す側面断面図である。 実施の形態１に係る回路遮断器の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係る回路遮断器の熱動電磁引き外し装置を示す斜視図である。 実施の形態１に係る回路遮断器の熱動電磁引き外し装置を構成するバイメタルを示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）である。 実施の形態２に係る回路遮断器の熱動電磁引き外し装置を構成するバイメタルを示す正面図である。 本発明の実施の形態３に係る漏電遮断器零相変流器の構成を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）、及び側面図（ｃ）である。 本発明の実施の形態３に係る零相変流器の要部を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態３に係る零相変流器の別の構成の一次導体を示す平面図である。 実施の形態３に係る熱動電磁引き外し装置を構成するバイメタルを示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）である。 本発明の実施の形態４に係る回路遮断器の構成を示す斜視図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は実施の形態１に係る回路遮断器の内部構成を示す側面断面図、図２は図１に示す回路遮断器の構成を示す斜視図、図３は図１に示す回路遮断器における熱動電磁引き外し装置を示す斜視図、図４は図３に示す過電流引き外し装置を構成するバイメタルを示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はＬ極の側面図、（ｃ）はＣ極の側面図、（ｂ）はＲ極の側面図ある。

図１及び図２において、回路遮断器１００は、３相電路に対応する３極の回路遮断器で、３極の左極（以下Ｌ極）、中極（以下Ｃ極）、右極（以下Ｒ極）にそれぞれ後述する熱動電磁引き外し装置１１が配設されている。回路遮断器１００の筐体１は合成樹脂材で形成されており、本体ベース２と本体カバー３の分割構造とされている。本体ベース２には、電源側端子４と、この電源側端子４の一部に設けられた固定接触子５と、この固定接触子５に対向して開閉する可動接触子６とが設けられ、固定接触子５及び可動接触子６にはそれぞれ開閉接点が設けられている。

回路遮断器１００は、可動接触子６に連結された開閉機構部７と、この開閉機構部７に固着され、本体カバー３の窓穴から突出するハンドル８とを有する。さらに、回路遮断器１００は、電路に定格電流を超えた電流が流れた時に、開閉機構部７を動作させる熱動電磁引き外し装置１１を３極に備え、この熱動電磁引き外し装置１１は、開閉機構部７と並んで負荷側に配置されている。この熱動電磁引き外し装置１１は、バイメタル１２と、バイメタル１２の負荷側に接触しているヒータ１３と、熱動電磁引き外し装置１１とトリップバー１４との距離を調整する調整機構１５と、から構成されている。

熱動電磁引き外し装置１１の詳細を図３に基づいて説明する。熱動電磁引き外し装置１１は、電磁引き外し装置と熱動引き外し装置とから構成される。電磁引き外し装置は、固定鉄心１１ａと、瞬時遮断時に固定鉄心１１ａに吸着され、トリップバー１４を駆動する可動鉄心１１ｂと、可動鉄心１１ｂを付勢する復帰スプリング（図示せず）と、可動鉄心１１ｂを軸支するシャフト１１ｃとを備えている。

一方、熱動引き外し装置は、熱膨張率が異なる２枚の金属板を貼り合わせた板状部材を打ち抜いて短冊形状に形成されたバイメタル１２を有し、バイメタル１２の下部には孔が開けられ、バイメタル１２とヒータ１３がピン１６によってかしめられ、電気的に接続されるようになっている。バイメタル１２の上部にも、孔が開けられ、トリップバー１４への当接部１５ａを有する調整機構１５が取り付けられている。ここで、図４に示すように、バイメタル１２の平面形状（図４（ａ））は、Ｌ極、Ｃ極、Ｒ極とも同じであるが、Ｃ極のバイメタル１２ａ（図４（ｃ））は、Ｌ極及びＲ極のバイメタル１２ｂ（図４（ｂ））及び１２ｃ（図４（ｄ））に比べ板厚を厚くしている。なお、本明細書において、バイメタル１２は、設置される極の区別が必要なときには、符号１２に接尾語ａ、ｂ、ｃを付して示し、設置される極の区別が不要なときには、符号１２に接尾語を付けないで示している。

熱動電磁引き外し装置１１は、通電電流等によってバイメタル１２が高温になると、線膨張係数の違いからバイメタル１２に反りが生じる。この反りによる変位によってバイメタル１２はトリップバー１４（図２参照）に当接し、当接したことを契機としてトリップバー１４に電流遮断等の引き外し動作を行わせる。調整機構１５は、熱動電磁引き外し装置１１がトリップバー１４に当接することでトリップバー１４に動作を行わせる電流を所定値にするために、トリップバー１４と調整機構１５との距離を調節するためのものである。

この距離を調節するには、まず、本体ベース２に熱動電磁引き外し装置１１とトリップバー１４を組付け、熱動電磁引き外し装置１１に、トリップバー１４を動作させるための所定値の電流を通電する。次に、所定値の電流によりバイメタル１２の温度が上昇して、熱動電磁引き外し装置１１が変位している状態で、調整機構１５の当接部１５ａがトリップバー１４に当接する位置まで当接部１５ａを回転させ、当該位置で調整機構１５とバイメタル１２とを固定する。

次に、回路遮断器１００のトリップ動作について説明する。電路に短絡電流のような過大電流が流れた場合には、熱動電磁引き外し装置１１の固定鉄心１１ａに発生する磁力により、可動鉄心１１ｂが固定鉄心１１ａに吸着され、可動鉄心１１ｂがシャフト１１ｃを回動軸として復帰スプリング（図示しない）の付勢力に抗して回動する。この回動により可動鉄心１１ｂがトリップバー１４を押し、開閉機構部７が駆動され、可動接触子６を回動させる。可動接触子６の回動により固定接点から可動接点が開離し、過大電流は遮断されトリップ動作が完了する。

一方、電路に過電流が流れた場合には、所定電流以上の電流がヒータ１３を流れヒータ１３が発熱し、この発熱によりバイメタル１２が加熱されて変形する。バイメタル１２が変形すると、バイメタル１２に固着されている調整機構１５の当接部１５ａがトリップバー１４を押し、開閉機構部７が駆動され可動接触子６を回動させる。可動接触子６の回動により固定接点から可動接点が開離し、電流遮断のトリップ動作が完了する。

この熱動引き外し動作時に、Ｃ極のバイメタル１２ａは、自身の極のヒータ１３と、両側にあるＬ極及びＲ極のヒータ１３の３つのヒータで発生するジュール熱を受けるので、その温度上昇は、Ｌ極及びＲ極より大きくなる。一方、バイメタル１２の湾曲量は、以下の式（１）で算出される。ここで、Ｄは湾曲量、ｋはバイメタルの湾曲係数、ΔＴは温度上昇値、Ｌはバイメタルの動作長さ、ｔはバイメタル板厚を示す。
Ｄ＝ｋ・ΔＴ・Ｌ²／ｔ ・・・・（１）

よって、バイメタルの板厚が同じであれば、その湾曲量は、Ｃ極のバイメタル１２ａがＬ極のバイメタル１２ｂ及びＲ極のバイメタル１２ｃよりも大きくなる。そこで、本実施の形態では、Ｃ極のバイメタル１２ａの板厚を、Ｌ極のバイメタル１２ｂ及びＲ極のバイメタル１２ｃよりも厚くしている。これにより、バイメタル１２ａの厚さを加減することにより、温度上昇が不均一となる影響が打ち消され、３極の各バイメタルの湾曲特性をほぼ同一に揃えることができる。本実施の形態１によれば、Ｃ極のバイメタル１２ａは、Ｌ極のバイメタル１２ｂ及びＲ極のバイメタル１２ｃに比べ板厚を厚くしているので、３極の各バイメタルの湾曲特性がほぼ同一となり、調整機構１５による引き外し時間の調整代を十分に確保できる。

なお、本実施の形態１では、バイメタル１２の近傍にヒータ１３を設けた傍熱形の例を示したが、バイメタル１２に電路の電流を通電させる直熱形や直傍熱形でも同様の効果を発揮させることができる。また、バイメタルの湾曲によって開閉機構部を引き外し動作させるため、バイメタルの剛性が低いと、開閉機構部の引き外し荷重のばらつきが引き外し時間に大きな影響を与えてしまうが、本実施の形態１では、バイメタルの板厚を厚くすることにより剛性を上げて、引き外し荷重のばらつきを低減できる。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る回路遮断器の熱動電磁引き外し装置を構成するバイメタルを示す正面図である。実施の形態２は、バイメタルの形状以外は実施の形態１と同様の構成である。本実施の形態２では、実施の形態１に示す回路遮断器において、板厚を厚くしたバイメタル１２ａのほぼ中央に孔１２ａ１を開けたものである。

バイメタル１２ａのほぼ中央に孔１２ａ１を開けることで、バイメタル１２ａの内部に直接外気から熱が加わり、バイメタル１２ａ内部の温度が速く上昇するため、バイメタル１２ａの湾曲が速くなり、出荷検査での引き外し時間の調整にかかる時間を短縮することができる。また、孔１２ａ１の大きさを調節することにより、バイメタル１２ａの湾曲の速さを調節できる。その他の効果は実施の形態１と同様である。

実施の形態３．
本実施の形態３は漏電遮断器に関するものであり、実施の形態１の回路遮断器に零相変流器を付加して漏電遮断器を構成したものである。図６〜図８は本実施の形態３における零相変流器の構成を示すもので、図６（ａ）は零相変流器の平面図、（ｂ）は零相変流器の正面図、（ｃ）は零相変流器の側面図である。図７は零相変流器の側面断面を拡大して示す図、図８はは零相変流器の一次導体のみ示す平面図である。なお、これらの図において、零相変流器の二次導体は図示を省略している。

先ず、零相変流器について説明する。図６〜図８において、環状コアを有する零相変流器２０１には、図示しないが、環状コアに沿って二次巻線が巻回されている。零相変流器２０１の環状部を貫通して、回路遮断器の３極に対応する３相電路の第１の一次導体２０２（Ｌ極に対応）、第２の一次導体２０３（Ｃ極に対応）、及び第３の一次導体２０４（Ｒ極に対応）が設けられている。一次導体２０３は直進する形状であるが、一次導体２０２及び２０４は環状部両側からＵ字状に折り曲げされた形状になされ、これら各一次導体にバイメタル１２が接続される。

各一次導体２０２〜２０４の両端部には、零相変流器２０１の筺体に形成された仕切壁２０５が設けられ、所定の間隔でそれぞれ配設された端子（図示せず）の一つにそれぞれの一次導体が接続される座部が形成され、この座部の先端に、本体ベース２に挿入され固定される突部２０２ａ〜２０４ａが形成されている。

零相変流器の第１及び第３の一次導体２０２及び２０４は図８に示すように構成してもよい。これは、第１及び第３の一次導体２０２及び２０４を、それぞれ複数枚の薄板を重ね合わせて構成したものである。複数枚の薄板を重ね合わせることにより、Ｕ字曲げによる応力を緩和することが可能となり、図７に示すように、漏電遮断器の本体ベース２に挿入された一次導体２０２、２０４の座部の突部２０２ａ及び２０４ａによる本体ベース２の破壊を抑止することができる。

実施の形態３に係る漏電遮断器の熱動電磁引き外し装置を構成するバイメタルの構造を図９に示す。本実施の形態３では、図９に示すように、Ｕ字状に折り曲げられた第１の一次導体２０２及び第３の一次導体２０４に接続されるＬ極及びＲ極のバイメタル１２ｂ及び１２ｃは、一次導体２０３に接続されるＣ極のバイメタル１２ａに比べて板厚を厚くしている。

通常、バイメタルは一次導体に接続され、負荷端子へ電気的に繋がっており、バイメタルの熱は、負荷端子から外部に放出されるが、一次導体の温度上昇が大きいと、バイメタルの温度が外部に放出されにくくなるので、バイメタル温度は上昇する。本実施の形態３では、Ｌ極及びＲ極のバイメタル１２ｂ及び１２ｃは、接続されている第１及び第３の一次導体２０２及び２０４がＵ字状に曲げられているため、Ｃ極の第２の一次導体２０３に比べ電路が長く、発生するジュール熱が大きい。そのため、Ｌ極及びＲ極のバイメタル１２ｂ及び１２ｃの温度上昇は、Ｃ極のバイメタル１２ａよりも大きくなる。そこで、Ｌ極及びＲ極のバイメタル１２ｂ及び１２ｃの板厚を、Ｃ極のバイメタル１２ａより厚くして、温度上昇の影響を、バイメタルの板厚の差により打ち消し、３極の各バイメタルの湾曲特性をほぼ同一に揃える。

本実施の形態によれば、Ｌ極及びＲ極のバイメタル１２ｂ及び１２ｃは、Ｃ極のバイメタル１２ａに比べ板厚を厚くしているので、３極の各バイメタルの湾曲特性がほぼ同一となり、調整機構１５による引き外し時間の調整代を十分に確保できる。

なお、図８に示すように、零相変流器２０１の環状部を貫通させる第１及び第３の一次導体２０２及び２０４を複数枚の導電性の薄板を重ね合わせて構成すれば、Ｕ字曲げによる応力を緩和することが可能となり、漏電遮断器の筐体に挿入された一次導体の座部の先端に形成している突部２０２ａ及び２０４ａによる本体ベース２の破壊を防止することができる。

実施の形態４．
以下、本実施の形態４に係る回路遮断器を図１０に基づいて説明する。回路遮断器１０５は、３相４線式の電路に用いられる４極の回路遮断器であり、実施の形態１で示した３極の回路遮断器のＲ極の外側に、熱動引き外し装置を装備しない中性極用のＮ極を１極追加したものである。

４極の回路遮断器１０５においても、バイメタルの板厚を極に応じて変えて温度上昇の影響を打ち消すことにより、３極の各バイメタルの湾曲特性をほぼ同一に揃えることができるものであり、その他の構成及び効果については、実施の形態１と同様なので、説明を省略する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 筐体、 ２ 本体ベース、
３ 本体カバー、 ４ 電源側端子、
５ 固定接触子、 ６ 可動接触子、
７ 開閉機構部、 ８ ハンドル、
１１ 熱動電磁引き外し装置、
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 熱動電磁引き外し装置、
１２ バイメタル、 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ バイメタル、
１２ａ１ バイメタル孔、 １３ ヒータ、
１４ トリップバー、 １５ 調整機構、
１６ ピン、 １００、１０５ 回路遮断器、
２０１ 零相変流器、 ２０２ 第１の一次導体、
２０３ 第２の一次導体、 ２０４ 第３の一次導体、
２０２ａ、２０３ａ、２０４ａ 突部、
２０５ 仕切壁。

Claims (7)

1. ３相電路を開閉する可動接触子及び固定接触子の接点を開閉駆動する開閉機構部と、前記電路に過大電流が流れたときにトリップバーを駆動して前記開閉機構部を引き外す電磁引き外し装置と、前記電路に過電流が流れたとき湾曲するバイメタルによりトリップバーを駆動して前記開閉機構部を引き外す熱動引き外し装置を備えた回路遮断器において、前記熱動引き外し装置は、前記３相電路に対応して並設された３極に設けられ、各極のバイメタルの内、少なくとも一つは、他のバイメタルと板厚が異なることを特徴とする回路遮断器。
2. 請求項１に記載の回路遮断器において、前記３極は左極、中極及び右極からなり、前記中極の熱動引き外し装置のバイメタルは、前記左極及び右極の熱動引き外し装置のバイメタルより板厚が厚いことを特徴とする回路遮断器。
3. 請求項１に記載の回路遮断器において、該回路遮断器は零相変流器を有し、前記零相変流器の出力信号に基づいて開閉機構部を引き外す漏電遮断器であって、前記３相電路からなる前記零相変流器の貫通一次導体に接続される前記熱動引き外し装置のバイメタルの内、より電路長の長い貫通一次導体に接続されたバイメタルは、より電路長の短い貫通一次導体に接続されたバイメタルより板厚が厚いことを特徴とする回路遮断器。
4. 請求項３に記載の回路遮断器において、前記零相変流器の前記貫通一次導体の内、前記左極と右極の貫通一次導体はＵ字状に形成され、前記左極と右極の熱動引き外し装置のバイメタルは、中極の熱動引き外し装置のバイメタルより板厚が厚いことを特徴とする回路遮断器。
5. 請求項３または４に記載の回路遮断器において、前記零相変流器を貫通する貫通一次導体は、複数枚の導電性の薄板を重ね合わせて構成されていることを特徴とする回路遮断器。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の回路遮断器において、熱動引き外し装置を構成するバイメタルの内、板厚が厚いバイメタルには、ほぼ中央部に孔が設けられていることを特徴とする回路遮断器。
7. 請求項１に記載の回路遮断器において、前記３極に、熱動引き外し装置を装備しない中性極用のＮ極を追加したことを特徴とする回路遮断器。

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