(57)【要約】【課題】過電流引外し動作に時間遅れが発生せず、遮断性能を高めることができる回路遮断器の過電流引外し装置を提供する。【解決手段】電流経路に設けたヒータ９ｃと開閉機構１５のトリップバー２４との間に、ヒータに基端部が固定され、先端部がトリップバー側に延在するバイメタル２６と、このバイメタルの先端部に固定され、自由端がトリップバーの近傍に位置する延長板２７とを備えている。そして、電流経路に過電流が流れてヒータが発熱し、このヒータの発熱により加熱されたバイメタルの先端部が撓み変形するとともに、バイメタルの先端部の撓み変形により変位する延長板の自由端が前記トリップバーに接触するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉機構のトリップバーに接触す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、
電流経路に設けたヒータと前記トリップバーとの間に、前記ヒータに基端部が固定され、先端部が前記トリップバー側に延在するバイメタルと、このバイメタルの先端部に固定され、自由端が前記トリップバーの近傍に位置する延長板とを備え、
前記電流経路に過電流が流れてヒータが発熱し、このヒータの発熱により加熱された前記バイメタルの先端部が撓み変形し、当該バイメタルの先端部の撓み変形とともに変位する前記延長板の自由端が前記前記トリップバーに接触することを特徴とする回路遮断器の過電流引外し装置。
【請求項２】
前記延長板は、単一金属材料からなる金属板、或いは合成樹脂板であることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器の過電流引外し装置。
【請求項３】
前記バイメタルの先端部及び前記延長板は、かしめ固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の回路遮断器の過電流引外し装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器に用いられる熱動式過電流引外し装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回路遮断器の熱動式過電流引外し装置は、電源側端子及び負荷側端子の間を過電流が流れると、加熱されたバイメタルが撓み、このバイメタルの撓み動作が開閉機構を作用して接触子を開極させる装置である。
バイメタルを加熱する方法として、バイメタルに直接電流を流して加熱することで撓み変形させる直熱式と、電流の流れにより発熱するヒータを備え、このヒータの発熱によりバイメタルを加熱して撓み変形させる傍熱式とが知られており、定格電流が小さい一部の機種を除いて、主にヒータを備えた傍熱式が採用されている。
【０００３】
傍熱式の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、バイメタルの基端部をヒータに接合し、前記バイメタルの先端を開閉機構の一部に近接配置し、電源側端子及び負荷側端子の間に過電流が流れると、ヒータの発熱によりバイメタルが撓み変形して開閉機構が接触子の開極動作を行なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−８４８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、通常、バイメタルの撓み量は、最低動作電流付近でバイメタルが熱的平衡状態となる温度を基準に設定しているので、過電流領域ではヒータの発熱に対してバイメタルの温度上昇が遅れ、回路遮断器全体の発熱量に対して過電流引外し装置の動作に時間遅れが生じる。
この過電流引外し装置の動作の時間遅れ要因として、ヒータ以外で発生した熱量がヒータまで到達する時間の遅れと、ヒータで発生した熱量がバイメタル全体に伝わる時間の遅れがある。ここで、高電流が流れるときには、ヒータで発生した熱量がバイメタル全体に伝わる時間の遅れが、過電流引外し装置の動作の時間遅れ要因となっている。
【０００６】
ここで、単一のバイメタルがヒータと開閉機構との間に延在している前記特許文献１の装置は、過電流が大きくなると、バイメタルの基端側（ヒータ側）から先端側への熱伝導が遅くなり、バイメタルの基端及び先端の間が大きな温度勾配となるので、バイメタルは、ヒータ側（基端側）のみの加熱による変形によって最低動作電流時と同等の撓み量を確保する必要がある。
【０００７】
そのため、特許文献１の装置は、バイメタルの基端部及びヒータからなる導体の加熱温度が、最低動作電流時に比べて非常に高くなり、バイメタルの永久変形による過電流検出特性の変化、バイメタル及び前記導体に電気的に接続する接点の脱落、バイメタルや前記導体の溶断などによる熱的損傷等の問題がある。
また、特許文献１の装置は、ヒータと開閉機構との間のバイメタルの長さを長くすると撓み変形量を大きくすることができるが、高電流が流れるときの動作遅れ時間が長くなる。逆に、ヒータと開閉機構との間のバイメタルの長さを短くすると、高電流が流れるときの動作遅れ時間は短縮するが、開閉機構の動作に必要なバイメタルの大きな撓み変形量が得られない。
【０００８】
さらに、特許文献１の装置は、最低動作電流時に、開閉機構の動作に必要な撓み量となるようにバイメタルの基端側（ヒータ側）から先端側までの長さを確保すると、高電流が流れるときの時間遅れが許容時間より大きくなるおそれがある。
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、過電流引外し動作に時間遅れが発生せず、遮断性能を高めることができる回路遮断器の過電流引外し装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る回路遮断器の過電流引外し装置は、開閉機構のトリップバーに接触す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、電流経路に設けたヒータと前記トリップバーとの間に、前記ヒータに基端部が固定され、先端部が前記トリップバー側に延在するバイメタルと、このバイメタルの先端部に固定され、自由端が前記トリップバーの近傍に位置する延長板とを備え、前記電流経路に過電流が流れてヒータが発熱し、このヒータの発熱により加熱された前記バイメタルの先端部が撓み変形し、当該バイメタルの先端部の撓み変形とともに変位する前記延長板の自由端が前記前記トリップバーに接触するようにした。
【００１０】
この発明によると、従来のようにヒータと開閉機構のトリップバーとの間に単一のバイメタルを配置せず、ヒータに基端部が固定された短尺なバイメタルが小さな撓み量で撓み変形し、このバイメタルの先端部に固定した延長板が、バイメタルの小さな撓み変形を大きな変位へ変換して開閉機構の開極動作を正常に行なう。これにより、短尺なバイメタルは、基端部から先端部への温度勾配が小さいので、過電流引外し装置の動作に時間遅れが発生しない。
【００１１】
そして、例えば、ヒータ及び開閉機構のトリップバーの間の間隔の１／２の領域をバイメタルとすると、バイメタルの伝熱長さは半分になるが、トリップバーに接触するために変位する量のバイメタルの撓み量は約１／４、延長板の変位量は約３／４を確保できる。また、ヒータ及び開閉機構のトリップバーの間の間隔の１／３の領域をバイメタルとすると、トリップバーに接触するために変位する量のバイメタルの撓み量は約１／２、延長板の変位量も約１／２を確保できる。このように、本発明は、バイメタルと延長板の長さを変更することで、過電流引外し装置の動作に時間遅れが発生しないように、トリップバーに接触するために必要な変位量及び温度勾配が変化するバイメタルの長さを適宜設定することができる。
【００１２】
また、本発明に係る回路遮断器の過電流引外し装置は、前記延長板を、単一金属材料からなる金属板、或いは合成樹脂板で構成してもよい。
この発明によると、ヒータと開閉機構のトリップバーとの間に比較的高価な単一のバイメタルだけを配置せず、安価な単一金属材料の金属板、或いは合成樹脂板からなる延長板を使用しているので、回路遮断器の製造コストの低減化が図れる。
【００１３】
さらに、本発明に係る回路遮断器の過電流引外し装置は、前記バイメタルの先端部及び前記延長板がかしめ固定されていることが好ましい。
この発明によると、バイメタルの先端部及び延長板は、簡便な構造のかしめにより固定されているので、さらに回路遮断器の製造コストの低減化が図れる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る回路遮断器の過電流引外し装置によれば、ヒータと開閉機構のトリップバーの間にバイメタル及び延長板が互いに連結して配置されており、ヒータに基端部が固定された短尺なバイメタルが小さな撓み量で撓み変形し、このバイメタルの先端部に固定した延長板が、バイメタルの小さな撓み変形を大きな変位へ変換することで開閉機構の開極動作を正常に行なうことができる。また、短尺なバイメタルは、基端部から先端部への温度勾配が小さいので、過電流引外し装置の動作に時間遅れが発生せず、遮断性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】本発明に係る回路遮断器の第１実施形態の過電流引外し装置を構成する一体構造のバイメタル及び延長板を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の過電流引外し装置の動作を示す図である。
【図４】従来構造の過電流引外し装置の動作を示す図である。
【図５】本発明に係る第１実施形態で使用しているバイメタルと従来技術の長尺なバイメタルとに基端部から自由端に向けて温度勾配が発生したときの撓みシミュレーションを示すグラフである。
【図６】本発明に係る第２実施形態の過電流引外し装置を構成する一体構造のバイメタル及び延長板を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１から図６は、本発明に係る回路遮断器を示すものであり、図１は回路遮断器の概略構成を示す断面図、図２は回路遮断器の第１実施形態の過電流引外し装置を構成する一体構造のバイメタル及び延長板を示す斜視図、図３は第１実施形態の過電流引外し装置の動作を示す図、図４は従来構造の過電流引外し装置の動作を示す図、図５は第１実施形態で使用しているバイメタルと従来技術の長尺なバイメタルとに基端部から自由端に向けて温度勾配が発生したときの撓みシミュレーションを示すグラフ、図６は回路遮断器の第２実施形態の過電流引外し装置を構成する一体構造のバイメタル及び延長板を示す斜視図である。
【００１７】
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１５とが配置されている。
固定接触子５は、一端側に電源側端子５ａが形成され、他端側に固定接点５ｂが形成されている。可動接触子６は、固定接触子５の固定接点５ｂに接触する可動接点６ａが形成されている。消弧室３は、固定接点５ｂ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。また、カバー２は、ミドルカバー２ａとトップカバー２ｂとで構成されている。
【００１８】
可動接触子６の基端には可撓性のリード線８の一端が接続され、リード線８の他端は、電線接続板１０を介して中継導体９の一端に接続されている。
中継導体９は、電線接続板１０に接続する下部平板部９ｂと、下部平板部９ｂの端部から立ち上がる立上がり板部９ｃと、この立上がり板部９ｃの上端から折り曲げられ、下部平板部９ｂに対して平行に、且つ下部平板部９ｂから離間する方向に延在する上部平板部９ｄと、上部平板部９ｄの他端側に形成した負荷側端子９ａとを備えている。なお、中継導体９の立上がり板部９ｃがヒータとなっている（以下、ヒータ９ｃと称する）。
【００１９】
開閉機構１５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２２と、中間ラッチ２３と、中間ラッチ２３を回動させてラッチ２０及びラッチ受け２２の係合を外すトリップバー２４とを備えている。上トグル１８及び下トグル１９は、トグルピン２５を介して互いに連結され、上トグル１８の上端はラッチ２０に回動自由に連結されるとともに、下トグル１９はホルダ７に連結されている。また、トグルピン２５には、スプリング（不図示）の下端フック部が引っ掛けられ、スプリングの上端フック部はハンドルレバー１７の上端に引っ掛けられている。
【００２０】
過電流引外し装置４は、中継導体９の立上がり板部９ｃに下部が固定されたバイメタル２６と、このバイメタル２６の上部の自由端に固定され、トリップバー２４の近傍まで延在する延長板２７と、延長板２７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２８と、バイメタル２６の下部にかしめ固定したヒータ９ｃと、電源側端子５ａ及び負荷側端子９ａの間に短絡電流などの大電流が流れると先端部でトリップバー２４を叩き、ラッチ２０とラッチ受け２２の係合を外すアーマチュア３０及び固定マグネット２９とを備えている。
【００２１】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、バイメタル２６は上下方向に長尺な矩形板状の部材である。延長板２７は、バイメタル２６より幅狭の長尺な単一金属材料からなる金属板、或いは合成樹脂板で形成されており、バイメタル２６との固定により、バイメタル２６の面方向と同一方向に延在する平板部２７ａと、この平板部２７ａからトリップバー２４に向かう方向に僅かに折れ曲がり、調整ネジ２８が係合している折曲部２７ｂとを備えている。
【００２２】
そして、バイメタル２６の下部（長手方向の一方）及び立上がり板部９ｃは、リベット３１ａによるかしめによって固定され、バイメタル２６の上部（長手方向の他方）及び延長板２７の下部は、リベット３１ｂによるかしめによって固定されている。
前記延長板２７としては、単一金属材料でなくてもよいが、単一金属材料として鉄、銅、アルミ等を使用すれば、バイメタルに比べて成形性がよいので、延長板の形状の自由度が増すという利点がある。
【００２３】
次に、本実施形態の回路遮断器の動作について図１，図３（ａ），（ｂ）を参照して説明するとともに、従来の回路遮断器（延長板を使用せずに長尺なバイメタル３２を使用した装置：以下、従来技術と称する）の動作について図４（ａ），（ｂ）を参照して本実施形態の装置と比較する。
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、電源側端子５ａ、固定接触子５、可動接触子６、リード線８、電線接続板１０、ヒータ９ｃ及び中継導体９、負荷側端子９ａの電流経路で電流が流れる。
【００２４】
そして、電流経路を流れる電流が過負荷状態になると、図３（ｂ）に示すように、ヒータ９ｃから発生する熱によってバイメタル２６が反時計方向に湾曲し、同時にバイメタル２６に固定された延長板２７も反時計方向に回動して調整ネジ２８の先端がトリップバー２４に接触し、トリップバー２４は支軸２４ａ回りに反時計方向に回動する。このトリップバー２４の回動により中間ラッチ２３が回動し、ラッチ２０及びラッチ受け２２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。
【００２５】
また、短絡電流などの大電流がヒータ９ｃに流れると、過電流引外し装置４のアーマチュア３０が反時計方向に回動して固定マグネット２９に瞬時に吸着され、その先端部でトリップバー２４を叩く。そして、トリップバー２４が叩かれると、ラッチ２０とラッチ受け２２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。
【００２６】
ここで、図３（ａ），（ｂ）に示すように、調整ネジ２８及びトリップバー２４の間の初期ギャップをＧ１、中間ラッチ２３を回動させてラッチ２０及びラッチ受け２２の係合を外すトリップバー２４の動作ストロークをＳ１とすると、本実施形態の過電流引外し装置４は、開極動作時に延長板２７の上部を変位量Ｄ１（Ｄ１＝Ｇ１＋Ｓ１）だけ移動させるためのバイメタル２６の撓み量Ｂ１は、延長板２７の上部の変位量Ｄ１と比較して大幅に小さい値となる（Ｂ１＜Ｄ１）。
【００２７】
これに対して、延長板を使用せず、長尺なバイメタル３２を使用した従来技術は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、バイメタル３２の上部の自由端に係合した調整ネジ２８及びトリップバー２４の間の初期ギャップをＧ２、ラッチ２０及びラッチ受け２２の係合を外すトリップバー２４の動作ストロークをＳ１とすると、初期ギャップＧ２及び動作ストロークＳ１を加えた値が、バイメタル３２自身が撓み変形する撓み量Ｂ２となる。
【００２８】
これら図３及び図４から明らかなように、本実施形態のバイメタル２６及び延長板２７を備えた過電流引外し装置４は、バイメタル２６の小さな撓み量Ｂ１の撓み変形で、延長板２７が開閉機構１５の開極動作に必要な変位量Ｄ１を確保する。これに対して、バイメタル３２のみを備えた従来技術は、開閉機構１５の開極動作に必要な変位量Ｄ２を、バイメタル３２自身が確保する（撓み量Ｂ２＝変位量Ｄ２）。
【００２９】
次に、図５は、本実施形態（図５では本発明と記載）の短尺なバイメタル２６と、従来技術の長尺なバイメタル３２とを、下部の加熱温度を急激に上げて温度勾配が発生したときに、バイメタル２６及びバイメタル３２の先端の撓みが温度平衡時と同じになる瞬間の撓みシミュレーションを示すものである。なお、このシミュレーションでは平衡時の温度は全体が均一になるようにしている。
【００３０】
図５から明らかなように、下部の加熱温度を急激に上げて平衡温度での撓みと同じ撓みを発生するとき、従来技術の長尺なバイメタル３２では下部温度が平衡状態の２．５倍上昇する条件でも、本実施形態の短尺なバイメタル２６は１．７倍程度に納まっている。この差は、温度勾配が大きくなるほど広がり、導体溶断、固定接点５ｂ及び可動接点６ａの脱落、バイメタル３２の永久変形等のおそれがある。
【００３１】
このように、従来技術は、ヒータ９ｃと開閉機構１５のトリップバー２４との間に長尺な単一のバイメタル３２を配置することで、開閉機構１５の開極動作に必要な大きな撓み量Ｂ２（変位量Ｄ２）を得るが、長尺なバイメタル３２は、下部（ヒータ９ｃ側）から上部（調整ネジ２８側）への熱伝導が遅くなり大きな温度勾配となるので、過電流引外し装置の動作の時間遅れの面で問題がある。また、従来技術は、下部のみの加熱によって最低動作電流時と同等の撓み量を確保する必要があるが、ヒータ９ｃによるバイメタル３２の下部の加熱温度が非常に高くなり、バイメタル３２の永久変形による過電流検出特性の変化、バイメタルやヒータからなる導体の溶断などによる熱的損傷等の問題がある。
【００３２】
これに対して、本実施形態の過電流引外し装置４は、従来技術と比較して短尺なバイメタル２６を使用することで小さな撓み量Ｂ１で撓み変形するが、このバイメタル２６の上部に連結した延長板２７が、開閉機構１５の開極動作に必要な変位量Ｄ１を得ることができる。また、従来技術と比較して短尺なバイメタル２６は、下部（ヒータ９ｃ側）から上部（調整ネジ２８側）への熱伝導が遅くならず、小さな温度勾配となるので、過電流引外し装置４の動作に時間遅れが発生しない。また、本実施形態のバイメタル２６は、ヒータ９ｃによる加熱温度を高く設定せず、バイメタル２６の撓み変形を小さくできるので、バイメタル２６の永久変形による過電流検出特性の変化を防止することができ、バイメタル２６やバイメタル２６に接触する部品の熱的損傷等の問題が発生しない。
【００３３】
したがって、本実施形態の過電流引外し装置４によると、過電流時における過電流引外し装置４の動作に時間遅れが発生しないので、遮断性能を高めることができる。
また、本実施形態は、比較的高価なバイメタルだけの単一部材とせず、延長板２７とバイメタル３２とを組み合わせて過電流引外し装置４を構成しているので、回路遮断器の製造コストの低減化を図ることができる。
【００３４】
また、延長板２７は、安価な単一金属材料からなる金属板、或いは合成樹脂板で構成されているので、さらに回路遮断器の製造コストの低減化を図ることができる。
また、本実施形態のバイメタル２６の上部及び延長板２７の下部は、リベット３１ｂによるかしめ固定により、簡便な構造で一体化されているので、さらに回路遮断器の製造コストの低減化を図ることができる。
【００３５】
なお、上記バイメタルはトリメタルでもよい。また、上記実施形態では、バイメタル２６の上部及び延長板２７の下部を、リベット３１ｂによりかしめ固定して一体化したが、図６（ａ），（ｂ）に示すように、延長板２７の下部に、延長板２７のバイメタル２６に当接する面に対して直交する方向に突出する係合爪３３ａ，３３ｂを形成し、バイメタル２６の上部に、係合爪３３ａ，３３ｂが入り込む係合穴３４ａ，３４ｂを形成し、係合穴３４ａ，３４ｂに差し込んだ係合爪３３ａ，３３ｂをかしめることで、バイメタル２６の上部及び延長板２７の下部を一体構造としても、リベット３２が不要となるので、さらに回路遮断器の製造コストの低減化を図ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
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…電源側端子、５ｂ…固定接点、６…可動接触子、６ａ…可動接点、７…ホルダ、８…リード線、９…中継導体、９ａ…負荷側端子、９ｂ…下部平板部、９ｃ…立上がり板部（ヒータ）、９ｄ…上部平板部、１０…電線接続板、１５…開閉機構、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、２２…ラッチ受け、２３…中間ラッチ、２４…トリップバー、２５…トグルピン、２６…バイメタル、２７…延長板、２７ａ…平板部、２７ｂ…折曲部、２８…調整ネジ、２９…固定マグネット、３０…アーマチュア、３１ａ，３１ｂ…リベット、３３ａ，３３ｂ…係合爪、３４ａ，３４ｂ…係合穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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