(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲が囲まれた開閉スペース内に開閉接触子（５，１１）を有する回路遮断器において、前記開閉スペース内の空気を筐体外へ排出する前記開閉スペースの上方に設けられた開口部（３ａ）と、前記開閉スペース内の内部圧力が上昇したとき弁（３２）によって閉じられる前記開閉スペースの下方に設けられた開口部（３０）と、を有することを特徴とする回路遮断器。
【請求項２】
周囲が囲まれた開閉スペース内に開閉接触子（５，１１）を有する回路遮断器において、前記開閉スペース内の空気を筐体外へ排出する前記開閉スペースの上方に設けられた開口部（３ａ）と、前記開閉スペース内の内部圧力が上昇したとき該圧力の伝播方向と交わる壁を有する通路が形成された前記開閉スペースの下方に設けられた開口部（４２，４５）と、を有することを特徴とする回路遮断器。
【請求項３】
前記通路は蛇行して又はジグザグ状に形成されていることを特徴とする請求項２の回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開閉接触子が比較的コンパクトな開閉スペース内に収納された回路遮断器の冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
実開昭６１−７８４４号公報に開示されている従来の回路遮断器の一例が図７に示されている。この回路遮断器は、開閉接触子を含む開閉接触ユニットと開閉機構を有する。開閉接触ユニットは成形絶縁物製のベース５０上に構築され、一方の端子を兼ねる固定接触子５１、可動接触子５２、可動接触子５２を回転自在に保持する接触子軸５３、接触子軸５３の両端を保持する接触子ホルダー５４、時計方向すなわち固定接触子５１と接触する方向に可動接触子５２を付勢する接圧ばね５５、接触子ホルダー５４を回転自在に保持するホルダー軸５６、接触子ホルダー５４に設けられた連結柱５７、他方の端子５８、及び他方の端子５８と可動接触子５２を接続する可撓導体５９を含む。開閉機構６０については詳細な説明は省略するが、連結柱５７と開閉機構６０とを連結する連結ロッド６１によって、開閉接触子ユニットと連結されている。なお、開閉接触ユニットの上部には、後述するアークを消滅させる複数の磁性鉄板６２を有する消弧装置６３が設けられている。この消弧装置６３と、その上部に設けられた穴明鉄板６６と、ベース５０と、成形絶縁物製のカバー６５とによって囲まれた開閉スペース内に上述した開閉接触ユニットが収納されている。
【０００３】
この従来の回路遮断器は、図７の閉路の状態において、開閉機構６０を操作することによって開路することができる。すなわち、詳細の説明は省略するが開路操作により、開閉機構のクロスバー６４が時計方向に回転し、連結ロッド６１が左下方に移動し、この移動に追随して接触子ホルダー５４がホルダー軸５６の回りを反時計方向に回転して、可動接触子５２が固定接触子５１から開離する。また、開路状態において開閉機構６０を閉路操作することによって閉路することができる。すなわち、開路操作とは逆に、連結ロッド６１が右上方に移動し、接触子ホルダー５４が時計方向に回転して、可動接触子５２が固定接触子５１と接触する。なお、この閉路動作において、可動接触子５２が固定接触子５１と接触した瞬間からさらに接触子ホルダー５４が時計方向にわずかに回転し、相対的に可動接触子５２が反時計方向に回転して接圧ばね５５の作用で強い接触圧力が得られる構造になっている。
【０００４】
回路遮断器が電流、特に短絡電流のような大きな電流を遮断するとき、可動接触子５２が固定接触子５１から開離して高温のアークが発生する。このアークは周囲の空気や金属をイオン化させてアークガスを生成するが、アークガスによる周辺の圧力が高いほど消滅しやすいという性質が有る。このため、前述した開閉スペースは、開閉スペース内の圧力ができるだけ高くなるように、開閉接触ユニットの部材を収納できる程度にできるだけ小さい容積となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
消弧装置６３の上部の穴明鉄板６６は、アークが磁性鉄板６２に誘引され、冷却され、消滅されやすくなるように、アークガスの一部を上部に排気させるために設けられている。この穴明鉄板６６を除いて、従来の回路遮断器の開閉スペースはできるだけ隙間や開口部が形成されないように構成されている。例えば、カバー６５に形成されている連結ロッド６１が貫通する大きい孔６５ａは、連結ロッド６１の変位に追随してカバー６５の壁に沿って変位する図示されていないバリアによって塞がれている。
【０００６】
一方、回路遮断器にその定格電流に相当する電流が長時間流れているとき、主として開閉接触子の接触部において発生するジュール熱によって各部材の温度が所定値以上に上昇しないようにする必要がある。しかし、従来の回路遮断器は、前述のように下方に開口部や隙間がないため開閉スペース内に下方からの常温の空気の流入がなく、対流による冷却作用があまり期待できないこととなる。その結果、定常時の通電性能、すなわち定格電流を大きくできないと言う問題があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、大きな定格電流を有するとともに短絡遮断性能のよい回路遮断器を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、請求項１の発明は、周囲が囲まれた開閉スペース内に開閉接触子を有する回路遮断器において、開閉スペース内の空気を筐体外へ排出する開閉スペースの上方に設けられた開口部と、開閉スペース内の内部圧力が上昇したとき弁によって閉じられる開閉スペースの下方に設けられた開口部とを有することとしている。このような構成により、定常時には温度の高い空気が上方の開口部を経由して筐体外へ排出され、下方の開口部から対流作用により常温の空気が開閉スペース内に流入してその内部が冷却される。一方、大きな電流を遮断しアークガスの発生により内部の圧力が大きくなったときは、弁が閉じてアークガスの下方への噴出が防止又は抑制される。また、アークが消滅して開閉スペース内の圧力が減少したとき、弁が開いて下方から常温の空気が流入するため開閉スペース内の温度が低下して内部の絶縁回復が促進される。
【０００９】
請求項２の発明は、周囲が囲まれた開閉スペース内に開閉接触子を有する回路遮断器において、開閉スペース内の空気を筐体外へ排出する開閉スペースの上方に設けられた開口部と、開閉スペース内の内部圧力が上昇したとき該圧力の伝播方向と交わる壁を有する通路が形成された開閉スペースの下方に設けられた開口部とを有することとしている。このような構成にすることにより、大きな電流を遮断したとき下方に向かうアークガスは通路の壁に衝突するため瞬時に直接下方に噴出することがない。一方、電流の遮断現象は数ミリ秒から数十ミリ秒のごく短時間で終了するため、通路の壁に衝突したアークガスが通路を通って外部に噴出する前にその圧力が低下する。したがって、アークガスの下方への噴出が防止又は抑制される。一方、定常状態においては、対流によって開閉スペース内に流入する外気は圧力が低いため、通路の壁はほとんど抵抗にならず開閉スペース内に継続的に流入し内部が冷却される。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、通路は蛇行して又はジグザグ状に形成されていることとしているため、アークガスが最初の壁に衝突したあとさらに通路を進んだ場合であっても、次の壁に衝突するためよりアークガスの噴出が防止又は抑制される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１ないし図６に示される実施例において説明する。図１、図２及び図３に示されている第１実施例の回路遮断器は、成型絶縁物製のベース１、カバー２と特許請求の範囲に記載の「上方に設けられた開口部」に対応する複数の孔３ａが形成された上部カバー３によって囲まれた開閉スペース内に構成されている開閉接触子ユニットと、開閉スペースの外に構成されている開閉機構を有している。
【００１２】
開閉接触子ユニットは、一方の端子４、端子４と接続されている固定主接触子５、固定主接触子５に着脱自在に設けられた固定アーク接触子６、ベース１に固定されているフレーム７、ホルダー軸８によってフレーム７に回転自在に設けられた成型絶縁物製の接触子ホルダー９、接触子ホルダー９に保持された接触子軸１０、接触子軸１０上に互いに独立して回転できるように保持された可動主接触子１１及び可動アーク接触子１２、可動アーク接触子１２に着脱自在に設けられた可動アーク接触子片１３、可動主接触子１１と可動アーク接触子１２のそれぞれと他方の端子部材２７とを接続する可撓導体１４、可動主接触子１１と可動アーク接触子１２を回転付勢する接圧ばね１５及び上部に位置する複数の磁性鉄板１６を有する消弧装置１７を含んでいる。
【００１３】
開閉機構１８は本願発明の主要部ではないため詳細な図示及び説明を省略するが、クロスバー１９及びクロスバー１９と共に回転するレバー２０を有している。開閉機構１８と可動接触子ユニットは、連結軸２１によってレバー２０と連結された絶縁ロッド２２と、絶縁ロッド２２と一体化され接触子軸１０と回転自在に連結された連結リンク２３を有する連結部材によって連結されている。カバー２には上下にスライド自在のスライド板２６が設けられている。スライド板２６は絶縁ロッド２２の変位に追随してスライドするように設けられており、後述する開閉操作において絶縁ロッド２２が変位してもカバー２の大きな開口部２ａを塞ぎ、アークガスが開閉機構側に噴出しないように作用する。
【００１４】
この第１実施例の回路遮断器は、図１に示されている閉路状態において、固定アーク接触子６と可動アーク接触子片１３が開離し、固定主接触子５の接点２４とそれぞれの可動主接触子１１及び可動アーク接触子１２の接点２５が接触している。開路操作が行われるとクロスバー１９が反時計方向に回転し、上述した連結部材を介して、接触子軸１０、接触子ホルダー９、可動主接触子１１及び可動アーク接触子１２を含む可動接触子部材がホルダー軸８を中心として反時計方向に回転し、両可動接触子１１、１２が両固定接触子５，６から開離した図２の状態となる。
【００１５】
この開路操作における動作を、図３を参照して説明する。なお、図３では可動主接触子１１の図示が省略されているが、以下の説明において、可動アーク接触子片１３に関する部分を除いて「可動アーク接触子１２」は「可動主接触子１１」をも意味する。接触子ホルダー９の反時計方向の回転により、接触子軸１０が左方向へ変位するため可動アーク接触子１２は、接圧ばね１５の作用により接触子ホルダー９上でストッパ２６に接するまで時計方向に回転する。そして、図３（ａ）の閉路状態から、まず図３（ｂ）に示されているごとく、固定アーク接触子６と可動アーク接触子片１３が接触し、続いて図３（ｃ）に示されているごとく、接点２５が接点２４から開離する。さらに、図３（ｄ）に示されているごとく、可動アーク接触子片１３が固定アーク接触子６から開離し、アークが固定アーク接触子６と可動アーク接触子片１３との間において発生する。
【００１６】
なお、閉路操作が行われると、開路操作とは逆にクロスバー１９が時計方向に回転して接触子ホルダー９が時計方向に回転し、まず可動アーク接触子片１３が固定アーク接触子６と接触して、続いて接点２５が接点２４と接触したのち可動アーク接触子片１３が固定アーク接触子６から開離する。この閉路動作において、従来の回路遮断器と同様、可動接点２５が固定接点２４と接触した瞬間からさらに接触子ホルダー９が時計方向にわずかに回転し、相対的に両可動接触子１１，１２が反時計方向に回転して接圧ばね１５の作用で強い接触圧力が得られる構造になっている。
【００１７】
図１を参照して、第１実施例の回路遮断器のカバー２の下部には、開閉スペースの内面と外面をつなぐ、請求項１に記載の「下方に設けられた開口部」に対応する孔３０が形成されている。さらに、カバー２には復帰ばね３１によって時計方向に付勢されている、請求項１に記載の「弁」に対応する受圧板３２が回転自在に設けられている。この回路遮断器に定格電流以下の電流が流れている定常状態において、受圧板３２は、上方から見たとき孔３０を隠す位置であって、側面から見たとき孔３０の内側開口との間に隙間ができる位置に留まるようになっている。この定常状態において、開閉スペース下部外面の常温の外気が、図中(1)−(1)で示されているごとく孔３０→孔３０の内側開口と受圧板３２との隙間→ジュール熱発生部分→上部カバー３の孔３ａ→開閉スペース上部外面の経路で流れる。この対流作用により、接点２４と接点２５の接触部などにおいて発生するジュール熱が放散される。断面の大きさなど孔３０の形状は、上述の空気の流れが継続的に生じることによって開閉接触子部材などが所定の温度以上にならないように決められている。
【００１８】
図２を参照して、この回路遮断器が大きな電流を遮断した時は、瞬時に開閉スペース内にアークガスが発生して内部圧力が上昇する。その結果、アークガスの一部は、図中▲２▼で示されている矢印のごとく、上部カバー３の孔３ａから排出され、他の一部は、図中▲３▼で示されている矢印のごとく、受圧板３２を反時計方向に回転させて孔３０の内側開口を塞ぐ。このため、アークガスの下方への噴出が防止又は抑制される。
【００１９】
この第１実施例の回路遮断器は、よりすばやく受圧板３２が孔３０を塞ぐことができるように、以下のような構成になっている。まず、受圧板３２は前述したように上方から見たとき孔３０を隠す位置に設けられているため、上方から下方に伝播するアークガスの圧力を受けやすい。次に、受圧板３２の直近上部のスペース３３は比較的狭い断面積の空間構造となっているため、アークガスの圧力を集中的に受けられる。さらに、慣性による受圧板３２の動作遅れを防止するため、孔３０の内側開口の大きさを前述した所定の冷却効果を得ることができる程度に小さくして受圧板３２自体の大きさをできるだけ小さくしている。なお、開閉スペース下方へのアークガスの噴出を防止又は抑制できることによって、開閉スペース内の圧力低下を防止できるほか、アークガス自体及びアークによって生成される金属溶片などによる開閉スペース下部外側における絶縁不良も防止できる。
【００２０】
図４に示されている本願発明による第２の実施例の回路遮断器は、他方の端子２７上に取り付けられた凹凸形状の表面を有する絶縁物４０と、第１実施例のカバー２の代わりに絶縁物４０の凹凸と対応するような凸凹部を有するカバー４１と、双方の凹凸によって形成される小さい断面積の蛇行した、請求項２に記載の「下方に設けられた開口部」に対応する通路４２を有している。この回路遮断器が定常状態にあるときは、外気温の空気が図中(3)−(3)で示されているごとく開閉スペース下部→通路４２→ジュール熱発生部分→上部カバー３の孔３ａ→開閉スペース上部外面の経路で流れることによって開閉スペース内が冷却される。断面の大きさなど通路４２の形状は、第１実施例と同様に、上述の空気の流れが継続的に生じることによって開閉接触子部材などが所定の温度以上にならないように決められている。
【００２１】
図５を参照して、一方、この第２実施例の回路遮断器が大きな電流を遮断したとき、図中▲４▼で示されているごとくアークガスの一部は通路４２に入り込み絶縁物４０の上部の水平壁４０ａやカバー４１の垂直壁４１ａに衝突して下方へ変位する。そして、順次通路４２を通って絶縁物４０の垂直壁４０ｂなどに衝突してさらに下方へ変位しようとする。しかし、通路４２の断面積が小さいこと、衝突することによりエネルギーが消耗すること及びアークガスの高圧状態が短時間で消滅することなどにより、アークガスの開閉スペースから下方への噴出が防止又は抑制される。
【００２２】
この第２の実施例では、通路４２は複雑な凹凸によって蛇行するように形成されているが、許容できる程度のアークガスの噴出に制限できるとともに定常状態において上述した冷却効果を発揮する形状であれば、例えば図６の第３実施例のような単純な形状の通路４５であってもよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した形態で実施され、開閉スペース内に開閉接触子を有する回路遮断器において、開閉スペースの上方及び下方に開口部を設け、請求項１の発明においては開閉スペースの内部圧力が上昇したとき下方の開口部を閉じる弁を設け、請求項２の発明においては下方の開口部は開閉スペースの内部圧力が上昇したとき該圧力の伝播方向と交わる壁を有する通路を形成していることとしている。このような構成によって、本発明による回路遮断器は、空気の対流によって開閉スペース内が冷却されるとともに、大きな電流を遮断したとき発生するアークガスの下方の開口部からの噴出が防止又は抑制されるため、定格電流をより大きくできるとともにより大きな短絡電流を遮断できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の回路遮断器の閉路状態における側面断面図である。
【図２】遮断動作中の図１の回路遮断器の側面断面図である。
【図３】図１の回路遮断器の開路動作を説明する図である。
【図４】本発明の第２実施例の回路遮断器の閉路状態における側面断面図である。
【図５】遮断動作中の図４の回路遮断器の側面断面図である。
【図６】本発明の第３実施例の回路遮断器の側面断面図である。
【図７】従来の回路遮断器の側面断面図である。
【符号の説明】
１  ベース、  ２  カバー、  ２ａ  開口部、  ３  上部カバー、  ３ａ  孔、４  一方の端子、  ５  固定主接触子、  ６  固定アーク接触子、  ７  フレーム、  ８  ホルダー軸、  ９  接触子ホルダー、  １０  接触子軸、  １１  可動主接触子、  １２  可動アーク接触子、  １３  可動アーク接触子片、  １４  可撓導体、  １５  接圧ばね、  １６  磁性鉄板、  １７  消弧装置、  １８  開閉機構、  １９  クロスバー、  ２０  レバー、  ２１  連結軸、  ２２絶縁ロッド、  ２３  連結リンク、  ２４，２５  接点、  ２６  スライド板、  ２７  他方の端子部材、  ３０  孔、  ３１  復帰ばね、  ３２  受圧板、３３  直近上部のスペース、  ４０  絶縁物、  ４０ａ  水平壁、  ４０ｂ  垂直壁、  ４１  カバー、  ４１ａ  垂直壁、  ４２，４５  通路
【図１】
0003923317.tif 000002
【図２】
0003923317.tif 000003
【図３】
0003923317.tif 000004
【図４】
0003923317.tif 000005
【図５】
0003923317.tif 000006
【図６】
0003923317.tif 000007
【図７】
0003923317.tif 000008