TWI572435B - 覆層金屬與金屬零件的接合方法以及使用該接合方法之熱動式跳脫裝置的製造方法和電路遮斷器 - Google Patents

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Description

覆層金屬與金屬零件的接合方法以及使用該接合方法之熱動式跳脫裝置的製造方法和電路遮斷器
本發明係有關覆層金屬(clad metal)與金屬零件的接合方法，特別有關使用該接合方法之熱動式跳脫裝置的製造方法和使用藉由該方法所製造之熱動式跳脫裝置的電路遮斷器。
電路遮斷器之熱動式跳脫裝置係檢測出過電流而進行主電路之跳脫的裝置。為了保護電流通路免受過電流影響，熱動式跳脫裝置係構成為當流動於電路之電流成為超載狀態時，藉由雙金屬(bimetal)的彎曲，使開閉桿轉動而令可動接觸子離開。
一般而言，包含雙金屬之覆層金屬係將複數個傳導率不同的金屬經壓延接合後的金屬。以往，用以結合覆層金屬與金屬零件等熱傳導性不同之金屬的技術之一，可舉例使用浮凸熔接。
但是，當覆層金屬的熔融較急劇時，由於接合時所產生的熔融物會飛散而呈冰錐狀的形狀，故必須在熔接後進行去除作業。因此，在日本實開昭63-153454號公報中，係於覆層金屬設置用以減少熔融物之飛散的孔，並使設置於金屬零件的突起抵接於該孔而進行熔接。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本實開昭63-153454號公報
然而，專利文獻1所揭示之以往的接合方法中，係在金屬零件之突起部與覆層金屬之孔的圓周上進行接合，故接合面積狹小，熱會大幅分散至覆層金屬。因此，因熱未有效率地施加於熔接部位，使得熔接點(nugget)未充分產生而導致接合強度不足、或熔點較低的構件之熔融物飛散量較多，因而有熔融物無法留在覆層金屬上所設的孔等問題。
本發明係為了解決以往的覆層金屬與金屬零件之接合方法中之如上述之課題所研創者，其目的在於提供一種覆層金屬與金屬零件之接合方法，其可獲得充分的接合強度，並且可抑制覆層金屬與金屬零件的接合時所產生之熔融物的飛散。
本發明之覆層金屬與金屬零件的接合方法係具有：準備本體具有孔之覆層金屬的步驟；準備金屬零件的步驟，該金屬零件係具有比前述覆層金屬的孔為更大直徑之突起部，並且在該突起部的前端具有比開設於前述覆層金屬的孔徑為更大直徑的孔；及將設置於前述金屬零件之前述突起部的孔抵接於設置於前述覆層金屬的孔而進行熔接的步驟。
此外，本發明之電路遮斷器係具備絕緣框體、裝設於前述絕緣框體之固定接觸子、與前述固定接觸子相對向而設置之可動接觸子、使前述可動接觸子開閉動作之開閉機構部、及依通電時之過電流而使前述開閉機構部動作之熱動式跳脫裝置，前述熱動式跳脫裝置係具有雙金屬與中繼端子，該雙金屬係由本體具有孔之覆層金屬所構成，該中繼端子係具有比前述雙金屬的孔為更大直徑之突起部，並且在該突起部的前端具有比開設於前述雙金屬的孔徑為更大直徑的孔。
根據本發明之覆層金屬與金屬零件之接合方法，在覆層金屬與金屬零件之接合中，可獲得充分的接合強度，並且可防止接合時所產生之熔融物的飛散。
此外，根據本發明之電路遮斷器，可獲得具有充分之強度的熱動式跳脫裝置。
1‧‧‧蓋體
1a‧‧‧把手用窗孔
2‧‧‧中座
2a、2b‧‧‧側板
3‧‧‧基座
3a、3b‧‧‧凹部
4‧‧‧操作把手
5‧‧‧電源側端子
6‧‧‧負載側端子
7‧‧‧軛部
7b‧‧‧軛部端部
8‧‧‧固定接點
9‧‧‧固定接觸子
11‧‧‧可動接點
12‧‧‧橫桿
13‧‧‧可動接觸子
14‧‧‧框架
14A、14B‧‧‧框架板
14A1、14A2‧‧‧腳部
15‧‧‧把手臂
16‧‧‧跳脫桿
17‧‧‧閂扣
18‧‧‧線圈
19‧‧‧中繼端子
19a、26a、32a‧‧‧突起部
19b、20b、26b、27、33‧‧‧孔
20‧‧‧雙金屬
20a‧‧‧調整螺絲部
21‧‧‧可撓銅絞線
22‧‧‧固定鐵芯
23‧‧‧絕緣管
24‧‧‧可動鐵芯
25、31‧‧‧覆層金屬
25a、31a‧‧‧高膨脹構件
25b、31b‧‧‧低膨脹構件
26、32‧‧‧金屬零件
28、34‧‧‧熔接部
29、35‧‧‧熔融物
50‧‧‧絕緣框體
51‧‧‧開閉機構部
52‧‧‧過電流跳脫裝置
53‧‧‧消弧裝置
54‧‧‧絕緣構件
54a‧‧‧凸部
60‧‧‧電極
101‧‧‧電路遮斷器
第1圖係顯示本發明實施形態1之電路遮斷器的外觀立體圖。
第2圖係將第1圖之外觀立體圖分解後之立體圖。
第3圖係顯示對第2圖中所示之中座收納各零件的立體圖。
第4圖係顯示第1圖之過電流跳脫裝置的立體圖。
第5圖係顯示將絕緣構件裝設在第1圖之中央電極的過電流跳脫裝置之狀態的放大立體圖。
第6圖係顯示第5圖之雙金屬與中繼端子之接合部之形狀的放大圖。
第7圖(a)及(b)係顯示第6圖之雙金屬與中繼端子之接合前的側視圖與剖面圖的放大圖。
第8圖係顯示第6圖之雙金屬與中繼端子之熔接時的電極抵靠方式的放大側視圖。
第9圖(a)至(e)係說明比較例之接合方法及效果的剖面圖。
第10圖(a)至(e)係說明本發明之接合方法及效果的剖面圖。
第1圖係顯示本發明實施形態1之電路遮斷器的外觀立體圖。此外，第2圖係將第1圖所示之電路遮斷器的外觀立體圖，從上開始依序分別分解為蓋體、中座、基座後之狀態之立體圖。第3圖係顯示對第2圖中所示之中座收納各零件的立體圖。此外，第4圖係顯示1電極分的過電流跳脫裝置及軛部之立體圖。再者，第5圖係顯示於中央電極之過電流跳脫裝置裝設絕緣構件的狀態之放大 立體圖。
在第1圖及第2圖中，3個電極用的電路遮斷器101之絕緣框體50係由蓋體1、中座2、及基座3所構成。其中，在中座2收納有：具備操作把手4的開閉機構部51、電極個數份(此時，係3個)之過電流跳脫裝置52、以及介設在中央電極之過電流跳脫裝置52及開閉機構部51間之絕緣構件54。此外，於基座3中係與中座2同樣地分別收納有電極個數份的消弧裝置53。
此外，針對中座2，為了防止由遮斷時產生之電弧所造成的內部壓力上升之損傷，係使中座2之側板2a、2b嵌合於基座3的凹部3a、3b。因此，此側板2a、2b係成為絕緣框體的一部分。
再者，操作把手4係從蓋體1之把手用窗孔1a突出，故可朝ON方向(第1圖圖面上，順時針方向)或OFF方向(第1圖圖面上，逆時針方向)操作。此外，根據消弧裝置53的位置關係，符號5係電源側端子，符號6係負載側端子。
接著，使用第3圖，針對過電流跳脫裝置52、開閉機構部51、消弧裝置53進行說明。在電路遮斷器101中，係在固定接觸子9與可動接觸子13之間反覆接觸分離，該固定接觸子9係一端具有固定接點8且固設於軛部7，該可動接觸子13係連接於電源側端子5，一端具有可動接點11，並藉由與開閉機構部51連動而轉動的橫桿12所保持。在如此的接觸分離之中產生在固定接點8與可動接點11之間的電弧，特別是由於分離而產生的電 弧，藉由消弧裝置53來消除。
開閉機構部51係藉由下述構件而單元化：把手臂15，係轉動自如地軸支於藉由相對向之一對框架板14A、14B所形成之框架14；操作把手4，係固設於此把手臂15；跳脫桿16及閂扣17，係轉動自如地軸支於框架14，藉由後述之過電流跳脫裝置52的動作而轉動；及橫桿12，係與藉由此閂扣17之轉動而動作之肘節連結機構(未圖示)連動，且同樣地軸支於框架14而轉動。
再者，框架板14A、14B係於電源/負載方向的前後具備腳部14A1、14A2。該等腳部14A1、14A2係插設於設置在中座2之插入孔，藉此，開閉機構部51係固設於絕緣框體50內的預定位置。在此，關於肘節連結機構的詳細內容，亦即，關於電路遮斷器101之手動操作(從ON到OFF，從OFF到ON)及跳脫操作、或跳脫操作後之重置操作，由於並非本發明的重要部分，故省略進一步的詳細說明。
如第4圖所示，以電流路徑來觀察時，過電流跳脫裝置52係由下述構件所構成：固定接觸子9，係一端具有固定接點8；線圈18，係與此固定接觸子9電性連接(以下，僅記載為連接)；中繼端子19，係與此線圈18連接；雙金屬20，係與此中繼端子19連接；可撓銅絞線21，係連接於用以獲得藉由此雙金屬20之發熱而產生之所期望的彎曲量之任意部位；及負載側端子6，係連接於此可撓銅絞線21。
再者，為了活用線圈18中之電磁力，過電流跳脫裝置52係由下述構件所構成：固定鐵芯22，係與軛部7一起固著於固定接觸子9；絕緣管23，係覆蓋此固定鐵芯22且位於線圈18之內徑；及可動鐵芯24，係位於此絕緣管23之內徑，抵抗彈推彈簧(未圖示)而移動。
亦即，此過電流跳脫裝置52係熱動電磁式，且分別以中繼端子19、雙金屬20、及可撓銅絞線21形成熱動部，以軛部7、線圈18、固定鐵芯22、絕緣管23、彈推彈簧、及可動鐵芯24形成電磁部。
此外，如第5圖所示，絕緣構件54係形成為大致ㄈ字形，且於設置在其凹部的溝部裝設有中央電極的過電流跳脫裝置52之軛部端部7b。將過電流跳脫裝置52壓入至中座2之後，絕緣構件54之凸部54a係滑動嵌合於過電流跳脫裝置52的一對框架14，且開閉機構部51係載置於絕緣構件54之上。此絕緣構件54係設置於固定接點8的附近，故若以在短路遮斷時會釋放消弧性氣體的材料來形成，可有助於遮斷時之由於產生電弧所發生之氣體壓力的上升。此外，若於此材料中使尼龍系的樹脂為母體，且以陶瓷纖維或金屬氫氧化物作為充填劑進行調配，可有助於在短路遮斷後之瞬時恢復絕緣。
如第3圖及第4圖所示，此過電流跳脫裝置52的動作係在超載電流流動超過預定時間以上時，藉由雙金屬20朝圖面上右方彎曲，調整螺絲部20a會使跳脫桿16轉動，藉由此轉動使得抵接於跳脫桿16的閂扣17轉動， 藉此，開閉機構部51會跳脫，可動接觸子13從固定接觸子9分離。另一方面，在短路電流流動時，線圈18產生大磁力，可動鐵芯24會抵抗彈推彈簧的彈力而朝右方移動，藉此，直接使閂扣17轉動，同樣地使開閉機構部51跳脫。
第6圖係針對雙金屬20與中繼端子19詳細顯示之放大圖。雙金屬20係設置有孔20b。此外，中繼端子19係由突起部19a與設置於此中繼端子之突起部19a的孔19b所構成。
第7圖係顯示接合前之雙金屬20與中繼端子19之狀況的圖，(a)係顯示側視圖，(b)係顯示剖面圖。中繼端子19之突起部19a係藉由沖緣加工(burring)形成。在第7圖中，中繼端子19之突起部19a係比雙金屬20的孔20b大，中繼端子19之突起部19a不會進入到雙金屬20的孔20b。此外，中繼端子19的孔19b係設為雙金屬的孔20b之直徑以上的孔，中繼端子19之突起部19a的孔19b不能在雙金屬的孔20b之直徑內。在接合時，以雙金屬的孔20b與中繼端子的孔19b的中心進行對位而熔接。
如第8圖所示，在熔接時，電極60從雙金屬20側與中繼端子19側抵靠，電流與加壓力集中於被推壓至雙金屬20的中繼端子19之突起部19a，使其變形而接合。
在此，針對比較例之接合方法與實施形態1之接合方法詳細說明。一般而言，包含雙金屬之覆層金屬係複數個傳導率不同的金屬經壓延接合後的金屬。覆層金屬係高膨脹構件的熔點低而低膨脹構件的熔點高之金屬。 對覆層金屬的低膨脹構件面熔接時，熔接時的熱也會傳遞到高膨脹構件側，使高膨脹構件側的金屬融化，而有熔融物飛散的情形。
第9圖係說明比較例之接合方法及效果的剖面圖。在第9圖中，(a)係顯示對於高膨脹構件面之接合前剖面圖、(b)係顯示對於低膨脹構件面之接合前剖面圖、(c)係顯示對於高膨脹構件面之接合後剖面圖、(d)係顯示對於低膨脹構件面之接合後剖面圖、(e)係顯示熔接後之熔接部的接合面積。
在第9圖中，因將接合之金屬零件32的突起部32a的前端部分插入接合於覆層金屬31的孔33，故加壓無法充分施加至接合之金屬零件32的突起部32a。此突起部32a係不被擠壓變形即被熔接，故所熔接之各零件的接合面積不會廣擴地延伸。
如第9圖(a)所示，對於高膨脹構件31a側熔接時，首先，係對在突起部32a與覆層金屬31的孔33接觸的圓周上進行熱輸入，經加熱後的高膨脹構件31a會開始熔化。但是，如第9圖(c)所示，由於突起部32a周邊的高膨脹構件31a係在接合前熔化，故就結果而言，金屬零件32係與低膨脹構件31b接合，抑制熔融物35的飛散物停留在孔33之中，惟由接合所形成之熔接部34(熔融凝固部分)的產生較少而無法獲得充分的強度。
此外，如第9圖(b)所示，對於低膨脹構件31b側熔接時，對在突起部32a與覆層金屬31的孔33接觸的圓周上 進行熱輸入，熔接於經加熱後的低膨脹構件31b。但是，由於無法充分獲得由突起部32a所得之浮凸熔接的效果，故與對於高膨脹構件31a側的接合相比，雖然接合強度會增加，但對於覆層金屬31的熱分散會變大，因此，如第9圖(d)所示，接合時的熱也會傳遞至高膨脹構件31a而熔融，而有熔融物35從覆層金屬31的孔33噴出的情形。
第10圖係說明實施形態1之接合方法及效果的剖面圖。在第10圖中，(a)係顯示對於高膨脹構件面之接合前剖面圖、(b)係顯示對於低膨脹構件面之接合前剖面圖、(c)係顯示對於高膨脹構件面之接合後剖面圖、(d)係顯示對於低膨脹構件面之接合後剖面圖、(e)係顯示熔接後之熔接部的接合面積。
如第10圖所示，金屬零件26的突起部26a亦可形成圓錐台狀。此圓錐台狀的突起部26a係大於覆層金屬25的孔27，金屬零件26的突起部26a不會進入覆層金屬25的孔27。另外，金屬零件26的孔26b之頂點側的直徑係覆層金屬25的孔27之直徑以上的孔，金屬零件26的突起部26a的孔26b不能在覆層金屬的孔27之直徑內。在接合時，以覆層金屬25的孔27與金屬零件26的孔26b的中心進行對位而熔接。
如第10圖所示，在實施形態1的接合方法中，接合於覆層金屬25的孔27之金屬零件26的突起部26a之前端部分，雖然在一開始係孔圓周狀的線接觸，但藉由進行熱輸入並施以加壓，突起部26a會逐漸地變形並 同時熔接，伴隨於此，接合面積亦會擴大。
因此，雖然在接合時產生對於覆層金屬25的散熱，但比起第9圖所示之作為比較例的接合方法，由於熱會停留在接合面，故熱分散較少，亦可使熔接電流、熔接時間減少。因此，無論是(a)對於高膨脹構件25a側的熔接、或是(b)對於低膨脹構件25b側的熔接，都可獲得充分的接合強度，且熔融物29會停留在覆層金屬25的孔27及金屬零件26的孔26b，故可抑制熔融物29的飛散。
如上所述，根據本發明實施形態1的接合方法，比起第9圖所示之比較例的接合方法，由於所熔接之各零件的接合面積擴大且熱停留在接合面，故可有效率地傳遞接合時所需的熱，而可獲得充分的接合強度。
此外，由於可有效率地傳遞熱，故可縮短熔接時間，亦可降低熔接電流，且由於熱輸入量較少，故可減少在熔接時產生的熔融物。再者，即使產生熔融物時，由於會停留於雙金屬及中繼端子所設的孔，故可防止該等熔融物的飛散。
再者，根據本發明實施形態1之第1圖至第5圖的電路遮斷器，可藉由第6圖至第8圖、及第10圖所示之接合方法來製造熱動式跳脫裝置，亦即製造過電流跳脫裝置52。因此，第6圖中所示之雙金屬20係由第10圖中所示之覆層金屬25所構成，第10圖中所示之金屬零件26係第6圖中所示之中繼端子。
本發明之實施形態1之電路遮斷器的熱動式跳脫裝置 係具有雙金屬20與中繼端子19，該雙金屬20係由本體具有孔20b之覆層金屬構成，該中繼端子19係具有比該雙金屬20的孔20b更大直徑之突起部19a，並且在該突起部19a的前端具有比開設於雙金屬20的孔徑更大直徑的孔19b。
再者，本發明在其發明的範圍內，可應用、變化、省略實施型態。
19a‧‧‧突起部
19b、20b‧‧‧孔
20‧‧‧雙金屬
20a‧‧‧調整螺絲部

Claims (4)

  1. 一種覆層金屬與金屬零件的接合方法，係具有：準備本體具有孔之覆層金屬的步驟；準備金屬零件的步驟，該金屬零件係具有比前述覆層金屬的孔為更大直徑之突起部，並且在該突起部的前端具有比開設於前述覆層金屬的孔徑為更大直徑的孔；及將設置於前述金屬零件之前述突起部的孔抵接於設置於前述覆層金屬的孔而進行熔接的步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之覆層金屬與金屬零件的接合方法，其中，前述熔接係以設置於前述覆層金屬的孔與設置於前述金屬零件之前述突起部的孔之中心進行對位而執行者。
  3. 一種熱動式跳脫裝置的製造方法，該熱動式跳脫裝置係藉由申請專利範圍第1項或第2項所述之接合方法所製造，其中，前述覆層金屬係前述熱動式跳脫裝置的雙金屬，前述金屬零件係前述熱動式跳脫裝置的中繼端子。
  4. 一種電路遮斷器，係具有：絕緣框體；裝設於前述絕緣框體之固定接觸子；與前述固定接觸子相對向而設置之可動接觸子；使前述可動接觸子進行開閉動作之開閉機構部；及依通電時之過電流而使前述開閉機構部動作之熱 動式跳脫裝置；前述熱動式跳脫裝置係具有雙金屬與中繼端子，該雙金屬係由本體具有孔之覆層金屬所構成，該中繼端子係具有比前述雙金屬的孔為更大直徑之突起部，並且在該突起部的前端具有比開設於前述雙金屬的孔徑為更大直徑的孔。
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