(57)【要約】【課題】可撓導体の抵抗値増加を抑制しつつ機械的フレキシブル性と放熱性能を向上させる。【解決手段】複数の短冊形状の金属薄板１を積層し、金属薄板１の長手方向の両端部を各々束ねて電極部とした可撓導体２０は、金属薄板１の幅方向に折り曲げ形成された筋状の折り曲げ加工部２を有している。金属薄板１の長手方向に伸縮自在に形成された折り曲げ加工部２は、例えば蛇腹折り構造である。金属薄板１の平面部上面から突出した折り曲げ加工部２は、金属薄板１上に重ね合わされた他の金属薄板１の平面部下面に接し、折り曲げ加工部２の突出量に応じて、金属薄板１間に空隙部４を生じさせる。折り曲げ加工部２が圧縮された状態で可撓導体２０が通電されるよう配設することで、通電時の発熱を空隙部４で構成される通気経路を介して放熱できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の短冊形状の金属薄板を積層し、上記金属薄板の長手方向の両端部を各々束ねて電極部とした可撓導体であって、
上記金属薄板は幅方向に折り曲げ形成された筋状の折り曲げ加工部を有し、上記折り曲げ加工部は上記金属薄板の長手方向に伸縮自在に形成されたことを特徴とする可撓導体。
【請求項２】
上記折り曲げ加工部は、蛇腹折り構造となるように形成されたことを特徴とする請求項１記載の可撓導体。
【請求項３】
上記金属薄板の平面部上面から突出した上記折り曲げ加工部は、上記金属薄板上に重ね合わされた他の上記金属薄板の平面部下面に接することを特徴とする請求項１または請求項２記載の可撓導体。
【請求項４】
上記金属薄板の平面部上面から突出する上記折り曲げ加工部の突出量は、上記金属薄板が長手方向に圧縮されるに従って大きくなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の可撓導体。
【請求項５】
上記折り曲げ加工部は、長手方向の断面形状が山型となるように形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の可撓導体。
【請求項６】
上記折り曲げ加工部は、長手方向の断面形状が円弧形状となるように形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の可撓導体。
【請求項７】
上記金属薄板の長手方向端部において、重ね合わせられた複数の上記金属薄板の間にスペーサを配置したことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の可撓導体。
【請求項８】
上記スペーサは、上記金属薄板の長手方向端部を折り返した折り返し部により形成され、上記折り返し部は、上記金属薄板の平面部に重ね合わせられたことを特徴とする請求項７記載の可撓導体。
【請求項９】
上記金属薄板の平面部に、上記金属薄板を厚さ方向に貫通する孔部が形成されたことを特徴とする請求項１から８のいずれか一項記載の可撓導体。
【請求項１０】
重ね合わせられた複数の上記金属薄板よりなる上記可撓導体が撓んだ状態で配置される場合、上記可撓導体の外周側の上記金属薄板に形成される上記折り曲げ加工部の個数は、上記可撓導体の内周側の上記金属薄板に形成される上記折り曲げ加工部の個数よりも多いことを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の可撓導体。
【請求項１１】
上記折り曲げ加工部が圧縮された状態で、上記可撓導体が通電されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項記載の可撓導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気開閉機器に用いられ、駆動する端子と固定された端子の間を、可動性を保ったまま接続する大電流通電用の可撓導体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気開閉機器においては、電気接点を駆動機構により動作させることにより、通電状態のオン／オフを切り替える構成が一般的である。駆動機構により動作される電気接点は、外部の固定された導体と可動性を損なわないようフレキシブルに接続されなければならない。上記用途には、例えば、短冊形の銅薄板を積層し両端を溶接することで形成した、機械的フレキシブル性を保ったまま通電性能を有する可撓導体を用いる。
可撓導体は、電気開閉機器がオンの状態では常時電流が流れるため、その導体のジュール発熱によって機器温度が過度に上がりすぎないように設計を行う必要がある。
【０００３】
従来技術によれば、複数の可撓導体を並列に使用することで電気抵抗を低減する対策が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、別の従来技術によれば、重ね合わせられた銅薄板間に、スペーサを配置して隙間を設けることで放熱を促進する対策が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−１５５６１２号公報
【特許文献２】特開平１０−３３４７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
温度上昇を抑制するために、可撓導体の幅や積層厚みを増やし、また、先行文献１のように導体を構成する銅薄板の並列接続数を増加させる等の対策を施すと、銅薄板の等価的な断面積が増加し、機械的フレキシブル性が低下する。
また先行文献２のように、銅薄板間にスペーサを設ける構造では、銅薄板間の隙間を常に一定に保つため可撓導体全体の厚みをスペーサ分増加する必要がある。可撓導体の厚みが増加すると、可撓導体を撓ませた際に内周側となる銅薄板と外周側となる銅薄板の間に大きな周長差を設ける必要があり、外周側の可撓導体の長さが増加していた。すなわち可撓導体の抵抗値および発熱量が増加してしまうという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、可撓導体の抵抗値増加を抑制しつつ、機械的フレキシブル性の向上と放熱性向上を両立した可撓導体を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係わる可撓導体は、複数の短冊形状の金属薄板を積層し、上記金属薄板の長手方向の両端部を各々束ねて電極部とした可撓導体であって、上記金属薄板は幅方向に折り曲げ形成された筋状の折り曲げ加工部を有し、上記折り曲げ加工部は上記金属薄板の長手方向に伸縮自在に形成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の可撓導体によれば、金属薄板に伸縮自在に形成した折り曲げ加工部により、可撓導体を撓ませた配置としても金属薄板の周長差を設ける必要がなく、可撓導体の長さ増加を抑制することができ、また、可撓導体自体のフレキシブル性を向上させることが可能となる。さらに、折り曲げ加工部により金属薄板間に隙間を確保でき、可撓導体の放熱性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１による可撓導体の伸長状態と圧縮状態を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１の可撓導体を用いた電気開閉機器の非通電状態と通電状態の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２における可撓導体の伸長状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における可撓導体の圧縮状態を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２の可撓導体の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３の可撓導体の斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態３の可撓導体の通気経路を示す要部断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４の可撓導体の斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態５の可撓導体を構成する金属薄板の要部拡大断面図であり、円弧型折り曲げ加工部の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における可撓導体について図１および図２を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１の可撓導体（シャント導体、通電シャント）２０の斜視図であり、図１（ａ）は可撓導体２０が長手方向に引き伸ばされた伸長状態を示し、図１（ｂ）は、可撓導体２０が長手方向に圧縮された圧縮状態を示している。また、図２は、可撓導体２０を可動性を保ったまま電気開閉機器（開閉器）に接続した場合の断面図を示しており、図２（ａ）に開閉器がオフであり可撓導体２０が非通電状態の場合を、図２（ｂ）に開閉器がオンであり可撓導体２０が通電状態の場合をそれぞれ示している。可撓導体２０を構成する金属薄板１としては主に銅薄板が用いられる。
【００１１】
短冊形状の金属薄板１を複数枚積層し、長手方向端部に溶接・ろう付け・ボルト締結などにより接合面部３を設けることで、金属薄板１の長手方向の両端部を各々束ねて電極部とした一体物の可撓導体２０が得られる。金属薄板１は、図１に示すように、幅方向に折り曲げ形成された筋状の折り曲げ加工部２（図２においては折り曲げ加工部２ａ、２ｂ。）を有し、その折り曲げ加工部２は金属薄板１の長手方向に伸縮自在な蛇腹折り構造（蛇腹構造）に成形されている。なお、折り曲げ加工部２は、金属薄板１の長手方向の断面形状が山型となるようにプレス加工等によって形成される。ここで、例えば金属薄板１は、長手方向に平面部と折り曲げ加工部２が交互に繰り返される構造であり、長手方向の全長が、折り曲げ加工部２の形成によって折り縮められた状態となっている。
図１に示す可撓導体２０は、短冊形の金属薄板を積層した従来の可撓導体と比較して、折り曲げ加工部２ａ、２ｂによる変形裕度が加わる分、機械的な曲げに対するフレキシブル性が向上している。
なお、金属薄板１は、必ずしも１枚の薄板から成る必要はなく、さらに薄い板部材を同形状に成形し、これを複数枚重ねることにより構成してもよい。
【００１２】
また、図１（ａ）、図１（ｂ）に示す可撓導体２０において、重ね合わせられる（隣接する）２枚の金属薄板１を見た場合、一枚目の金属薄板１の折り曲げ加工部２ａと、二枚目の金属薄板１の折り曲げ加工部２ｂは、可撓導体２０の長手方向の位置をずらせた配置となっている。折り曲げ加工部２ａ、２ｂの位置がちょうど重なる場合、折り曲げ加工部２ａと２ｂもぴったり重なり、金属薄板１間に隙間が無くなってしまうが、その位置をずらせることで、図１（ｂ）のように、長手方向に圧縮された山型の折り曲げ加工部２ｂが、重なる金属薄板１下面（裏面）を押し、層間に放熱のための空隙部４を確保することができる。
【００１３】
また、金属薄板１の平面部上面から突出した折り曲げ加工部２ｂは、金属薄板１上に重ね合わされた他の金属薄板１の平面部下面に接する状態となる。そして、金属薄板１の平面部上面から突出する折り曲げ加工部２ｂの突出量は、金属薄板１が長手方向に圧縮されるに従って大きくなる。
【００１４】
つまり、図１（ａ）に示すように、可撓導体２０が伸長状態の場合、折り曲げ加工部２ａ、２ｂは、金属薄板１の長手方向へ引き伸ばされ、同時に金属薄板１の平面部から山型に突出する高さが小さくなるために、金属薄板１間（層間）の隙間は小さくなる。これに対し、図１（ｂ）に示すように、可撓導体２０が全体的に撓む圧縮状態では、折り曲げ加工部２ａ、２ｂが長手方向に圧縮され、金属薄板１の平面部から山型に突出する高さが大きくなるために、隣接する金属薄板１の平面部を押し出し、重なり合う金属薄板１間に放熱性を確保できる寸法の空隙部４を形成することができる。この空隙部４は、可撓導体２０が昇温する際の通気経路の役割を果たす。
なお、空隙部４の寸法、つまり重なり合う金属薄板１間の間隙は、例えば２ｍｍ程度とすることが流体解析結果から望ましいことが分かっている。
【００１５】
図２は、本発明による可撓導体２０を用いた開閉器の断面図であり、図２（ａ）は開閉器オフ状態であり、可撓導体２０が非通電状態の場合を、図２（ｂ）は開閉器オン状態であり、可撓導体２０が通電状態の場合をそれぞれ示している。図２に示すように、開閉器においては、電気を開閉するために、可動接点５と固定接点６が配置されている。この固定接点６は固定電極棒７を介して外部と固定されており、可動接点５は可動電極棒８および絶縁棒９を介して駆動機構１０の軸部分１０ａに取り付けられている。駆動機構１０の軸部分１０ａが紙面左右方向に動作することにより開閉器オフ状態とオン状態を切り替えることが可能である。
【００１６】
開閉器の可動接点５、固定接点６、固定電極棒７、可動電極棒８は全て銅やアルミニウムなどの導電体から構成されるが、絶縁棒９は絶縁体により構成される。図２（ｂ）に示すように、開閉器オン状態では、固定電極棒７から流れてくる電流は、固定接点６、可動接点５、可動電極棒８を流れた後、可撓導体２０を介して外部固定端子１１へと流れる経路を取る。絶縁棒９を介しているため、駆動機構１０側に電流が流れることはない。
【００１７】
また、図２（ｂ）に示すように、可撓導体２０は、開閉器オン状態にて折り曲げ加工部２が圧縮され、金属薄板１間に空隙部４が生じるように、開閉器に取り付けられている。開閉オン状態では通電経路にてジュール発熱を生じるが、本発明の可撓導体２０では、空隙部４をガスが流れることにより、積層された金属薄板１から空隙部４へと効率的に熱を逃がすことができるため、金属薄板１の温度上昇を抑制することができる。一方で、短冊形の銅薄板を積層した従来の可撓導体では、銅薄板間に多少の隙間を生じさせるものの、その間隔は非常に狭く、ガスがその隙間をスムーズに流れることはないため、冷却効果が得られていなかった。
【００１８】
このように、本発明の実施の形態１による可撓導体２０によれば、金属薄板１に山型形状の折り曲げ加工部２、２ａ、２ｂを設けて蛇腹加工を施し、伸縮自在に形成するとともに、電流が流れる開閉器オン状態でのみ、蛇腹折り構造が圧縮され、金属薄板１間に放熱性が得られる空隙部４を生ずる構造とすることで、放熱効果を向上させることが可能である。この蛇腹折り構造の可撓導体２０は、撓んだ形状となるように配置されても周長差を設ける必要が無いため、従来のように外周側だけ金属薄板１の長さを増大させる必要はなく、その分だけ電気抵抗の増加を抑制することができる。
このように、金属薄板１に折り曲げ加工部２、２ａ、２ｂを形成することで、可撓導体２０の抵抗値の増加抑制と機械的フレキシブル性と電流通電時の温度低減を両立させた可撓導体２０を実現することが可能である。
【００１９】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図３から図５を用いて説明する。
図３は、本発明の実施の形態２に関わる伸長状態である可撓導体２０の断面図である。実施の形態１と同様に、折り曲げ加工部２を設けた金属薄板１の積層構造であるが、金属薄板１の長手方向両端部において金属薄板１間にスペーサ１３を配置し、重なり合う金属薄板１の平面部間にスペーサ１３によって空隙部を設けたことを特徴としている。ここで、スペーサ１３は絶縁体、導電体のどちらによって構成してもよい。
【００２０】
図４は、図３に示した実施の形態２の伸長した可撓導体２０を長手方向に圧縮した圧縮状態を示す断面図である。図３、図４に示すように、スペーサ１３を配設した可撓導体２０は、スペーサ１３を備えない場合よりも折り曲げ加工部２を圧縮する際に生じる隣接する金属薄板１との摺動を減少させることができる。これにより可撓導体２０の変形時におけるフレキシブル性を向上させられ、金属薄板１間の空隙部を安定して形成することができる。つまり、図３、図４のスペーサ構造によって、可撓導体２０の機械的フレキシブル性と放熱性能をより向上させることが可能となる。
【００２１】
図５は本発明の実施の形態２の変形例を示す図であり、伸長状態である可撓導体２０の断面図である。上述の図３および図４において示したスペーサ１３は、金属薄板１とは異なる部材によって構成されていたが、この図５に示す変形例では、可撓導体２０内の重なり合う金属薄板１同士を離間させるスペーサを、金属薄板１の長手方向端部を折り返した折り返し部１４によって形成したことを特徴としている。この折り返し部１４は、金属薄板１の平面部に重ね合わせられ、その厚みによってスペーサの役割を果たすものである。
このように、図５に示す構成では、スペーサとして新たに部材を設けるのではなく、金属薄板１の長手方向端部に折り返すことによって、スペーサとなる折り返し部１４を形成しているため、可撓導体２０を構成する部品点数を削減することができ、製造コストを削減できるという効果が得られる。
【００２２】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について図６および図７を用いて説明する。
図６は、本発明の実施の形態３に関わる可撓導体２０の斜視図である。実施の形態１と同様に、山型形状の折り曲げ加工部２を設けた金属薄板１の積層構造を示しているが、この実施の形態３では、例えば、金属薄板１の平面部の中央に、金属薄板１を厚さ方向に貫通する通気口（孔部）１５を設けたことを特徴としている。図６では、通気口１５の開口形状が円形である例を示しているが、通気口１５の開口形状を四角形などの多角形とすること、また、その他の形状とすることも可能である。
【００２３】
図７は、図６で示した通気口１５が設けられた可撓導体２０の通気経路を示した断面図である。例えば、図７では、紙面下向きに山型形状の折り曲げ加工部２が突出しており、紙面下側から上側へ向かう通気経路が示されている。金属薄板１が重力方向に積層されている場合、金属薄板１間の空隙部を流れるガスの対流は、水平方向に広がりを持つ金属薄板１によって若干遮られてしまう。しかし、金属薄板１に通気口１５を設けることにより、図７に示すような、通気口１５を通って各層で分岐しつつ上向きに流れるガスの通気経路が形成されるため、より高い放熱効果を得ることができる。
【００２４】
なお、図６、図７では金属薄板１の平面部に通気口１５を形成し、通気経路が各層毎に分岐する例を示したが、金属薄板１の平面部以外の部分、つまり折り曲げ加工部２に通気口１５を形成することも可能である。その中で、重ね合わせられた複数の金属薄板１に対し各々形成された通気口１５が、互いに重なり合う配置をとる場合、通気経路を金属薄板積層方向に一直線に確保することができ、金属薄板１の積層方向が上下方向である場合、特に気流が安定し、放熱効果を増大させることが可能となる。
【００２５】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について図８を用いて説明する。
図８は、本発明の実施の形態４に関わる可撓導体２０の斜視図である。実施の形態１のものと同様に、山型形状の折り曲げ加工部２を設けた金属薄板１ａから１ｄの積層構造である。この実施の形態４においては、全体として撓んだ状態である可撓導体２０の屈曲方向に対して、内周側に位置する金属薄板１ａに設けられた折り曲げ加工部２の個数に対して、外周側である金属薄板１ｂに形成される折り曲げ加工部２の個数が同等もしくは多く設けられることを特徴としている。同様に外周方向である金属薄板１ｃ、１ｄへと移るに従って折り曲げ加工部２の数が同等となるか単調増加し、最内周の金属薄板１ａと最外周の金属薄板１ｄの折り曲げ加工部２の個数を比べると最外周の方が多くなっている。
【００２６】
つまり、可撓導体２０が撓んだ状態で配置される場合、金属薄板１ａ―１ｂ間、１ｂ−１ｃ間、１ｃ−１ｄ間のいずれか、少なくとも一カ所で、その可撓導体２０の外周側の金属薄板１ｂ（または１ｃ、１ｄ）に形成される折り曲げ加工部２の個数が、可撓導体２０の内周側の金属薄板１ａ（または１ｂ、１ｃ）に形成される折り曲げ加工部２の個数よりも増加し、かつ内周側よりも外周側の金属薄板の方に設けられた折り曲げ加工部２の個数が多くなる。このような構成とすることで、外周側をより多く変位させることに適した可撓導体２０を得ることができる。上記のように折り曲げ加工部２の数に疎密を設けることにより、よりフレキシブルに屈曲する可撓導体２０を実現することが可能である。
【００２７】
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について図９を用いて説明する。
図９は、可撓導体２０を構成する一枚の金属薄板１の要部拡大断面図である。上述の実施の形態１等においては、金属薄板１に形成した折り曲げ加工部２は、金属薄板１の長手方向の断面形状が山型（裏面側から見ると谷型）となるように形成されていたが、この実施の形態５では、図９に示すように、同断面形状が円弧型に形成された円弧型折り曲げ加工部２１が蛇腹折り構造として形成されている。金属薄板１の平面部から突出する円弧型折り曲げ加工部２１は、上述の折り曲げ加工部２と同様の機能を持っている。
【００２８】
また、図９の例では、金属薄板１の平面部からの円弧型折り曲げ加工部２１の立ち上がり角度が急峻となるように形成された例を示したが、立ち上がり角度が緩やかな曲線形状となるように加工することも可能である。
円弧型折り曲げ加工部２１は、金属薄板１（可撓導体２０）が長手方向に引き伸ばされた場合、長手方向への幅が広がり、その分、突出量が小さくなる。逆に、金属薄板１の長手方向に圧縮された場合、長手方向への幅が縮まり、その分、突出量が大きくなるというように、山型形状の折り曲げ加工部２と同様に、伸縮自在に構成されている。
【００２９】
なお、上述の実施の形態１から４では、一つの可撓導体２０に同形状の折り曲げ加工部２を形成する例を示したが、円弧型折り曲げ加工部２１を組み合わせて用いることも可能である。
また、折り曲げ加工部２（円弧型折り曲げ加工部２１）の寸法についても、一様である必要はなく、何種類かの大きさの折り曲げ加工部２を一つの可撓導体２０に作り込むことが可能であることは言うまでもない。
【００３０】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  金属薄板、２、２ａ、２ｂ  折り曲げ加工部、３  接合面部、４  空隙部、５  可動接点、６  固定接点、７  固定電極棒、８  可動電極棒、９  絶縁棒、１０  駆動機構、１０ａ、軸部分、１１  外部固定端子、１３  スペーサ、１４  折り返し部、１５  通気口、２０  可撓導体、２１  円弧型折り曲げ加工部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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