(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定接点を有する固定接触子、上記固定接点と接離可能な可動接点が一端に固着され、他端に回転中心を有するほぼＬ字状の可動接触子、および上記可動接触子の開閉動作を妨げず、且つ、上記固定接点の周囲を囲うように配置された筒状絶縁物を備えた回路遮断器において、上記可動アームには、その可動接点近傍に固定接触子側へ向かう突起部を有する絶縁物を設け、また、上記筒状絶縁物は上記回転中心側が他の部分より低く形成され、上記可動接触子の閉成時に、上記突起部が上記筒状絶縁物の低い部分に重なって筒状絶縁物の回転中心側を塞ぐようにしたことを特徴とする回路遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は回路遮断器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は通常の配線用の回路遮断器の閉成状態を示す側面図であり、１は可動接触子、３は可動接触子１に固着された可動接点、４は可動接触子１の回動により可動接点３と接離する固定接点であり、これらの接点３と接点４が主接点を構成する。可動接触子１の先端部には、補助可動接点板１０が可動接触子１と揺動可能な状態で保持され、両者は編組線１５によって電気的に接続されている。その補助可動接点板１０に第２の接点として可動接点１１が設けられ、この可動接点１１は第２の固定接点１３と接離し、補助接点対を構成する。固定接点４と第２の固定接点１３は固定接触子２によって電気的に接続される。１４は消弧鉄板である。可動接触子１は図示しない機構部と接続されている。９は操作用のハンドル、１２はこれらを収納する容器である。
【０００３】
次に動作を説明する。図１０の閉成状態において、可動接点３は規定の接触圧力で固定接点４に接触している。ハンドル９を操作すると機構部（図示せず）が動作し、可動接触子１は一端に設けられた回動中心（図示せず）を中心として回動し、可動接点３が固定接点４から開離する。図１０の閉成状態において、定格を超える大きさの電流が流れると、機構部内に設けられている電流検出部（図示せず）が機構部を動作させたり、接点３と接点４の接触面における電磁反発力や可動接触子１と固定接触子２間の電磁反発力が非常に強くなったりすることで、可動接触子１が回動し、可動接点３と固定接点４が開離するが、接点１１と接点１３が開くのが遅れるため、接点１１と接点１３の間にアークが発生する。
【０００４】
アーク電圧Ｖａは、一般に、Ｖａ＝Ｖ０＋αＩｌで表される。このとき、Ｖ０は電極降下電圧、Ｉは電流、ｌはアーク長、αは比例定数であり、アーク電圧Ｖａはアーク長ｌに比例する。従って、可動接触子が高速に開極すると、高いアーク電圧を早く発生させることができる。このように高いアーク電圧を早く回路に発生できれば、短絡電流のような大電流を小さな値に制限することができる。つまり、優れた限流性能を達成することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回路遮断器では、以上のように、大電流遮断時の限流性能は可動接触子の開離速度で決定される。通常、この開離速度は、可動接点と固定接点間あるいは、可動接触子と固定接触子間の電磁反発力を用いるため、消弧室内の導体の配置の仕方や、磁性体の配置の仕方で決まり、限られた消弧室の空間内では限界がある。
【０００６】
この発明は上記のような点を改善するためになされたもので、電磁反発力以外の方法である高圧力作用を利用して高限流性能を有する回路遮断器を得ることを目的とするものである。
【０００７】
また、この発明は、高限流性能を有すると共に、大電流遮断後に定格電流を通電しても温度があまり上昇しないようにすることを目的とするものである。
【０００８】
また、高圧力作用を利用したときに併用する筒状絶縁物により、可動子に作用する電磁反発力があまり低下しないようにすることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の回路遮断器は、固定接点を有する固定接触子、上記固定接点と接離可能な可動接点が一端に固着され、他端に回転中心を有するほぼＬ字状の可動接触子、および上記可動接触子の開閉動作を妨げず、且つ、上記固定接点の周囲を囲うように配置された筒状絶縁物を備えた回路遮断器において、上記可動アームには、その可動接点近傍に固定接触子側へ向かう突起部を有する絶縁物を設け、また、上記筒状絶縁物は上記回転中心側が他の部分より低く形成され、上記可動接触子の閉成時に、上記突起部が上記筒状絶縁物の低い部分に重なって筒状絶縁物の回転中心側を塞ぐようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１は閉成状態の主要部の側面図、図２は本実施の形態の可動接触子を上から見た図、図３乃至図５はそれぞれ電流遮断の初期から後期を示した要部断面図である。図１において、ほぼＬ字状の形状をした第１の可動接触子１は、回転軸１８を中心に回動可能な状態で保持されている。第１可動接触子１の第１可動接点３は、接触ばね（図示せず）により図の時計方向に付勢された状態で固定接触子２の第１固定接点４と接触している。また、第１の可動接触子１と比較して長手方向の長さが短い直線状の第２の可動接触子６も回転軸１８を中心に回動可能な状態で絶縁物ホルダー１７によって保持され、第２可動接触子６の第２可動接点７も接触ばね（図示せず）により図の時計方向に付勢された状態で固定接触子２の第２固定接点８と接触している。第１固定接点４の周囲が筒状絶縁物５で囲まれている。第２固定接点８と第１固定接点４は固定接触子２によって端子部（図示せず）と電気的に接続されている。また、第１可動接触子１と第２可動接触子６は電気的に接続されてリレー部（図示せず）へと接続されているが、機械的にはそれぞれ独立して回動するよう回転軸１８に支持されている。
【００１２】
次に動作を説明する。短絡電流などの大電流が流れると、第１可動接触子１と固定接触子２、および第２可動接触子６と固定接触子２間に電磁反発力が発生する。しかし、第２可動接触子６の方が、アーム長さが短いため慣性モーメントが小さいこと、あるいは、Ｌ字状の第１可動接触子１と比較して、直線状の第２可動接触子６は固定接触子２とより接近して配置できることから電磁力を大きくできるため、第２可動接触子６の方が第１可動接触子１よりも先に開極する（図３）。従って、電流は全て、第１可動接点３と第１固定接点４を流れ、第２可動接点８と第２固定接点７の間にはアークは発生しない。
【００１３】
その後、第１可動接触子１が開極し、第１可動接点３と第１固定接点４の間にアークが発生する。開極初期、図４のように第１可動接点３と第１固定接点４の間の空間２５は筒状絶縁物２５でほぼ密閉された状態になるため、アーク周囲の圧力が上昇することにより高いアーク電圧が得られ、限流性能が向上する。図４は可動接点３が筒状絶縁物５から脱出する状態を示しており、高圧力が開放されることによるガス流や、可動接触子１の作る磁気駆動力によりアークは引き伸ばされ（図５）、その後、消弧鉄板（図示せず）によりアークは分断、冷却される。
【００１４】
次に、遮断が完了した後、アークが発弧した接点３と接点４は損耗し、表面は粗面化したり、アークのエネルギーにより発生した煤が接点表面に堆積したりする。これらは、アーク消弧後再び閉極して通電したとき、接触抵抗を増大させ、発熱を引き起こす。しかし、この発明の場合、第２可動接点７と第２固定接点８の間はアークが発生しないため、接触抵抗は比較的小さい。その結果、可動接触子１と可動接触子６を閉成したとき、電流の多くは、抵抗の小さい第２可動接点７と第２固定接点８間を流れ、通電によるジュール発熱は小さくできる。
【００１５】
上記実施の形態１では、アーク電圧式中のαがアーク周囲の圧力の関数であることを利用し限流性能向上をはかるものである。この圧力上昇による限流性能向上を実証する基礎実験の結果を以下に示す。図９ａと図９ｂに示したのは、この基礎実験の装置図とその結果である。容積１リットルの密閉したチャンバ内に棒状電極を設け、このチャンバ内に所望の圧力になるまで乾燥空気を充填する。その後、電極間に交流６０Ｈｚのアークを点弧させて、そのときの電流・電圧波形を記録する。図９ｂはこの実験の結果であり、横軸に電極間距離、縦軸にアーク電圧をとり、充填圧力をパラメータにプロットしたものである。アーク電圧が高いことは限流性能が高いことを意味する。つまり、この基礎実験の結果から、アーク周囲の圧力を高めることができれば、優れた限流性能を得ることができるといえる。
【００１６】
実施の形態１の装置では、可動接触子１の形状をほぼＬ字状とし、閉成時の可動接点３と固定接点４の周囲を筒状絶縁物５で囲う構成としており、可動接触子１の開離直後、アークは筒状絶縁物５と固定接点４、可動接点３によりほぼ密閉された空間を構成し、且つ、アークの放射光や熱により筒状絶縁物の内側が分解し、上記準密閉空間の圧力が上昇するため高いアーク電圧が得られることになる。
【００１７】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２について説明する。図６は実施の形態２に係る回路遮断器の閉成状態の主要部を示す断面図、図７および図８は電流遮断動作初期および後期の主要部の断面図である。図６において、ほぼＬ字状の形状をした可動接触子１は、回転軸１８を中心に回動可能な状態で保持されている。可動接触子１の可動接点３は、接触ばね（図示せず）によりに図の時計方向に付勢された状態で固定接触子２に固着された固定接点４と接触している。この固定接点４および可動接点３を含む空間２５が筒状絶縁物５で囲まれている。固定接触子２は電源側端子と接続されている。
【００１８】
この筒状絶縁物５は、その高さが他の３方に比べて回転軸１８側（５ａ部分）のみ低くなっている。可動接触子１には、可動接触子１の水平部の下面を覆うように配置した絶縁物１’が固着され、この絶縁物１’には突起部１’ａが形成されている。この突起部１’ａは、可動接触子１の閉成状態では、筒状絶縁物５の回転軸１８側を塞ぐように５ａ部分と重なるような配置になされている。
【００１９】
次に動作を説明する。短絡電流などの大電流が流れると、可動接触子１と固定接触子２間、または可動接点３と固定接点４間に電磁反発力が働き、可動接触子１が開離して可動接点３と固定接点４間にアークが発生する。このとき、可動接点３と固定接点４、筒状絶縁物５、絶縁物１’の突起部１’ａにより、アークはほぼ密閉される（図７）。アークの発生により、アークの放射光や熱により筒状絶縁物５の内側や絶縁物１’の突起部１’ａが分解し、上記準密閉空間２５内の圧力が上昇するため高いアーク電圧が発生し、限流性能の優れた回路遮断器を得ることができる。その後、可動接点３はほぼ密閉空間２５から抜け出すため、圧力が開放され、そのときに発生する流れや電磁力によりアークは伸ばされる（図８）。このとき、更に、アークは消弧鉄板（図示せず）によって分断、冷却され、遮断が完了する。
【００２０】
上記のようなほぼＬ字状の可動接触子１を使用したのは、筒状絶縁物５に接点の接触を邪魔されないためであるが、この場合、筒状絶縁物５の筒の高さだけ可動接触子１と固定接触子２の距離が必要になる。一般に、２つの導体間の電磁力は２つの導体間距離に反比例する。従って、可動接触子１をＬ字状にすることにより遮断時に可動接触子１に作用する電磁反発力は小さくなり、開離速度が低下し、その結果、アーク電圧の上昇速度を遅くさせ、限流性能を悪化させる。そこで、上記のように、筒状絶縁物５の筒の高さを部分的に低くし、その分を可動接触子１に設けた絶縁物の突起部１’ａで補うよう構成したものであり、可動接触子１と固定接触子２間の距離を短くすることができ、可動接触子１の開離速度を確保できる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、アークに高い圧力を効果的に作用させることで高い限流性能を有する効果があると共に、アークを発生する接点対以外に、通電用の接点対が設けられているため、大電流遮断後に定格電流を通電しても、接点間での温度上昇を低くできる。
【００２２】
また、アークに高い圧力を効果的に作用させると共に、大きな電磁力を確保できるため、高いアーク電圧が得られ、従来の回路遮断器と比べて高い限流性能を有する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る回路遮断器の閉成状態を示す要部断面図である。
【図２】  図１に示す回路遮断器の可動接触子の平面図である。
【図３】  実施の形態１に係る回路遮断器の第２可動子開成時の要部断面図である。
【図４】  実施の形態１に係る回路遮断器の電流遮断動作初期を示す要部断面図である。
【図５】  実施の形態１に係る回路遮断器の電流遮断動作後期を示す要部断面図である。
【図６】  この発明の実施の形態２に係る回路遮断器の閉成状態を示す要部断面図である。
【図７】  実施の形態２に係る回路遮断器の電流遮断動作初期を示す要部断面図である。
【図８】  実施の形態２に係る回路遮断器の電流遮断動作後期を示す要部断面図である。
【図９】  実施の形態１の動作を説明するための図で、ａは基礎実験の実験方法を示す図、ｂは基礎実験の結果を示す図である。
【図１０】  従来の回路遮断器の閉成状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１  （第１の）可動接触子、      １’  絶縁物、
１’ａ  突起部、                      ２  固定接触子、
３  （第１の）可動接点、          ４  （第１の）固定接点、
５  筒状絶縁物、
５ａ  筒状絶縁物の筒の高さが低い部分、
６  第２の可動接触子、            ７  第２の固定接点、
８  第２の可動接点、            １７  絶縁物ホルダー、
１８  回転軸、                    ２５  密閉空間。
【図１】
0004156155.tif 000002
【図２】
0004156155.tif 000003
【図３】
0004156155.tif 000004
【図４】
0004156155.tif 000005
【図５】
0004156155.tif 000006
【図６】
0004156155.tif 000007
【図７】
0004156155.tif 000008
【図８】
0004156155.tif 000009
【図９】
0004156155.tif 000010
【図１０】
0004156155.tif 000011