特開 2022-138967 回路遮断器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022138967

(43)【公開日】2022-09-26

(54)【発明の名称】回路遮断器

(51)【国際特許分類】

   H01H 9/32 20060101AFI20220915BHJP

   H01H 73/18 20060101ALI20220915BHJP

【ＦＩ】

H01H9/32

H01H73/18 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021039151

(22)【出願日】2021-03-11

(71)【出願人】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】508296738

【氏名又は名称】富士電機機器制御株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田畑 裕

(72)【発明者】

【氏名】長嶺 一輝

【テーマコード（参考）】

5G030

【Ｆターム（参考）】

5G030DC04

5G030DE00

(57)【要約】

【課題】一層確実にアークを消弧させることのできる回路遮断器を提供する。
【解決手段】回路遮断器１０は、開極動作時に、可動子２０に連動し、先端部が互いに接近する一対の棒状部材３４と、一対の棒状部材３４に設けられた一対の樹脂板３６と棒状部材３４の上端同士を連結し、開極動作時に可動子２０の第１押圧部２０ａによって押圧される板ばね４２と、板ばね４２を上向かって凸の第１弾性変形状態および下に向かって凸の第２弾性変形状態のいずれかに保持する軸４０とを有する。開極動作時に、一対の樹脂板３６は固定接点１４と可動接点１８との間に移動し対向縁同士３６ａが当接する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定接点を備えた固定子と、
前記固定子に対して開閉動作を行い前記固定接点に対して可動接点を接離させる可動子と、
前記可動子が前記可動接点を前記固定接点から離間させる開極動作時に、先端部が前記固定接点及び可動接点からなる接点部側に移動する連動部材と、
前記連動部材に設けられた樹脂板と、
を有し、
前記開極動作時に、前記樹脂板が前記固定接点と前記可動接点との間に移動することを特徴とする回路遮断器。

【請求項2】

前記連動部材は、先端部が互いに近接する一対の連動部材からなり、前記樹脂板は、一対の前記連動部材に設けられた一対の樹脂板からなることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。

【請求項3】

一対の前記連動部材は棒状部材であって、
一対の前記棒状部材の一部同士を連結し、前記開極動作時に前記可動子の第１押圧部によって押圧される板ばねと、
前記板ばねを前記固定接点の側に向かって凸の第１弾性変形状態およびその反対側に向かって凸の第２弾性変形状態のいずれかに保持する保持部と、
を有し、
前記開極動作時に、前記可動子の前記第１押圧部が前記板ばねを押圧して前記第１弾性変形状態から前記第２弾性変形状態に反転させることにより、一対の前記棒状部材が傾動して一対の前記樹脂板が前記固定接点と前記可動接点との間に移動することを特徴とする請求項２に記載の回路遮断器。

【請求項4】

前記樹脂板および前記連動部材の少なくとも一方に固定された一対の摺動板を有し、
一対の前記摺動板は、対向する一対の摺動傾斜縁を有し、前記可動接点が前記固定接点から離間している開極時に前記可動接点の側に向かって広がる形状で、前記可動子が前記可動接点を前記固定接点に接触させる閉極動作時に前記可動子の第２押圧部が入り込む可動子進入溝を形成し、
前記閉極動作時に、前記可動子の前記第２押圧部が前記可動子進入溝に入り込み、前記第２押圧部の両側部が一対の前記摺動傾斜縁に対して接触して摺動し、一対の前記摺動板を押し広げることにより前記棒状部材が傾動して前記板ばねを前記第２弾性変形状態から前記第１弾性変形状態に反転させることを特徴とする請求項３に記載の回路遮断器。

【請求項5】

前記保持部は、前記板ばねと前記棒状部材との接続部に設けられた一対の軸であり、前記棒状部材は前記軸を中心として傾動することを特徴とする請求項３または４に記載の回路遮断器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は回路遮断器に関する。

【背景技術】

【0002】

回路遮断器は過負荷や短絡などによって異常な大電流が流れたときに電路を開極する。開極は固定接点に対して可動接点を離間させることによって行われるが、大電流遮断の開極時には固定接点と可動接点との間に発生するアークを速やかに消弧させることが必要とされている。アークは回路遮断器の熱的および電磁的な負担となるためである。

【0003】

可動子は、大電流による開極時に所定のストッパ壁などに衝突するが、衝突後に跳ね返るバウンス動作が生じ、可動子が再び固定子へ接近して遮断性能が悪化するという問題がある。これに対して、特許文献１に記載の遮断器では、可動子を摺動面に摺動させて速度を低下させてバウンシングを防止している。しかしこのような構成では、電極開閉距離が筐体の容量と比例し高遮断容量に伴い装置が大型化する。また、可動子の速度を低下させるためにはブレーキのように摺動摩擦を生じさせるため摩耗が生じ得る。

【0004】

一方、アークを消弧させるために特許文献２に記載の回路遮断器では、本体内の消弧室に所定の樹脂材が配置されおり、該樹脂材がアークによって蒸発することにより高分子ガスがアークへ混入し、それらの乖離エネルギーによってアークのエネルギーを散逸させ、遮断筒内空間を冷却させてアークを消弧させやすくしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１－９１６１号公報

【特許文献2】特開２０１２－２１６４９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献２に記載の回路遮断器では構造上の理由から、蒸発させる樹脂材はアークからはある程度離間させざるを得ず間接的な加熱となり、蒸発した高分子ガスをアークの中心部にまで混入させることは難しいため、一層確実なアーク消弧手段の開発が望まれている。

【0007】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、一層確実にアークを消弧させることのできる回路遮断器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる回路遮断器は、固定接点を備えた固定子と、前記固定子に対して開閉動作を行い前記固定接点に対して可動接点を接離させる可動子と、前記可動子が前記可動接点を前記固定接点から離間させる開極動作時に、先端部が前記固定接点及び可動接点からなる接点部側に移動する連動部材と、前記連動部材に設けられた樹脂板と、を有し、前記開極動作時に、前記樹脂板が前記固定接点と前記可動接点との間に移動することを特徴とする。これにより、アークを一層確実に消弧させることができる。

【0009】

連動部材は、先端部が互いに近接する一対の連動部材からなり、前記樹脂板は、一対の前記連動部材に設けられた一対の樹脂板から構成してもよい。

【0010】

一対の前記連動部材は棒状部材であって、一対の前記棒状部材の一部同士を連結し、前記開極動作時に前記可動子の第１押圧部によって押圧される板ばねと、前記板ばねを前記固定接点の側に向かって凸の第１弾性変形状態およびその反対側に向かって凸の第２弾性変形状態のいずれかに保持する保持部と、を有し、前記開極動作時に、前記可動子の前記第１押圧部が前記板ばねを押圧して前記第１弾性変形状態から前記第２弾性変形状態に反転させることにより、一対の前記棒状部材が傾動して一対の前記樹脂板が前記固定接点と前記可動接点との間を仕切ってもよい。このような板ばねによれば、開極動作時に可動子は板ばねによってエネルギーが吸収されて速度が低下し、衝突により第２弾性変形状態の板ばねから跳ね返るバウンシング動作がほとんど生じない。

【0011】

前記樹脂板および前記連動部材の少なくとも一方に固定された一対の摺動板を有し、一対の前記摺動板は、対向する一対の摺動傾斜縁を有し、前記可動接点が前記固定接点から離間している開極時に前記可動接点の側に向かって広がる形状で、前記可動子が前記可動接点を前記固定接点に接触させる閉極動作時に前記可動子の第２押圧部が入り込む可動子進入溝を形成し、前記閉極動作時に、前記可動子の前記第２押圧部が前記可動子進入溝に入り込み、前記第２押圧部の両側部が一対の前記摺動傾斜縁に対して接触して摺動し、一対の前記摺動板を押し広げることにより前記棒状部材が傾動して前記板ばねを前記第２弾性変形状態から前記第１弾性変形状態に反転させてもよい。このような摺動板を設けることにより、閉極動作時に板ばねを第１弾性変形状態に戻すことができる。

【0012】

前記保持部は、前記板ばねと前記棒状部材との接続部に設けられた一対の軸であり、前記棒状部材は前記軸を中心として傾動する構成でもよい。このような軸は、板ばねを第１弾性変形状態または第２弾性変形状態に保持するとともに連結部材をスムーズに回転させることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明にかかる回路遮断器では、開極動作時に一対の樹脂板が接近し、固定接点と可動接点との間に移動することから、アークを遮り該アークによって直接的に加熱される。これにより多量の高分子ガスが効率的に発生し、しかもアークの中心部に混入されることからアークを一層確実に消弧させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の実施形態である回路遮断器の模式断面図である。

【図2】図２は、アーク暴露機構の斜視図である。

【図3】図３は、閉極時における回路遮断器の一部断面斜視図である。

【図4】図４は、開極時における回路遮断器の一部断面斜視図である。

【図5】図５は、固定子、可動子およびアーク暴露機構の模式図であり、（ａ）は閉極時を示す図であり、（ｂ）は開極動作の初期状態を示す図であり、（ｃ）は開極動作の中期状態を示す図であり、（ｄ）は開極動作の終期状態を示す図である。

【図6】図６は、固定子、可動子およびアーク暴露機構の模式図であり、（ａ）は開極時を示す図であり、（ｂ）は閉極動作の初期状態を示す図であり、（ｃ）は閉極動作の中期状態を示す図であり、（ｄ）は閉極動作の終期状態を示す図である。

【図7】図７は、変形例にかかるアーク暴露機構の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下に、本発明にかかる回路遮断器の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0016】

図１は、本発明の実施形態である回路遮断器１０の模式断面図である。回路遮断器１０は、配線用遮断器および漏電遮断器などであり、大電流が流れることを検知して自動的に遮断する。回路遮断器１０は電源側端子と負荷側端子との間を接続および遮断する。

【0017】

回路遮断器１０は本体１２内に、固定接点１４を備えた固定子１６と、固定子１６に対して相対的に動作を行い固定接点１４に対して可動接点１８を接離させる可動子２０とを備えている。なお本願では、可動接点１８が固定接点１４から離間している静的な定常状態を「開極時」と呼び、可動接点１８が固定接点１４から離間する動的な移行状態を「開極動作時」と呼ぶ。同様に、可動接点１８が固定接点１４に接している静的な定常状態を「閉極時」と呼び、可動接点１８が固定接点１４に接触する動的な移行状態を「閉極動作時」と呼ぶ。

【0018】

可動子２０は回動軸２１を中心として回動する。可動子２０が、倒れこんだときに固定接点１４と可動接点１８とが接触して閉極し、起き上がったときに固定接点１４と可動接点１８とが離間して開極する。

【0019】

可動子２０が動作する消弧室２２には複数のグリッド２４が設けられている。固定接点１４と可動接点１８との間に発生したアークは磁束によって駆動されてグリッド２４によって分断され消弧する。図１における符号２６は操作ハンドルであり、符号２８は開閉機構であり、符号３０は引き外し装置である。回路遮断器１０はグリッド２４に加えて、アークを一層確実に消弧させるためのアーク暴露機構３２を有している。

【0020】

図２は、アーク暴露機構３２の斜視図である。図３は、開極時における回路遮断器１０の一部断面斜視図である。図４は、閉極時における回路遮断器１０の一部断面斜視図である。

【0021】

アーク暴露機構３２は消弧室２２に設けられ、一対の棒状部材（連動部材）３４，３４と、一対の樹脂板３６，３６と、一対の摺動板３８，３８と、一対の軸（保持部）４０，４０と、板ばね４２とを有する。

【0022】

板ばね４２は細長い形状であり、両端近傍には下向きに棒状部材３４が取り付けられている。軸４０は板ばね４２と棒状部材３４との接続部に設けられているが、設計条件により多少ずれた位置に設けてもよい。軸４０は棒状部材３４の延在方向に対して直交する向きになっている。板バネ４２は、開極時に可動子２０が衝突する位置に設けられている。一対の棒状部材３４は、開極時に可動接点１８の動作経路Ｃに略沿って下向きに延在し、閉極時には先端部が相互に離間するように下向きに開くように延在する。

【0023】

軸４０は本体１２に固定されているが、図３、図４では図面の簡略化のため軸４０を省略している。一対の軸４０は平行であり、板ばね４２が凸状に弾性変形する間隔に設定されている。軸４０は板ばね４２と棒状部材３４との接続部を回転可能に軸支するとともに、動作経路Ｃに沿った方向（図３、図４の上下方向）およびその直交方向（図３、図４の左右方向）に移動しないように保持する。

【0024】

具体的には、一対の軸４０は、板ばね４２を固定接点１４の側（図２の下向き）に向かって凸の第１弾性変形状態（図２において実線で示す状態）、およびその反対側（図２の上向き）に向かって凸の第２弾性変形状態（図２において仮想線で示す状態）のいずれかに保持する保持部となっている。板ばね４２は、端部が軸４０の軸支作用によって回動しやすくなっており、第１弾性変形状態と第２弾性変形状態とに反転しやすい。また、軸４０では棒状部材３４の端部と接続されており、該棒状部材３４をスムーズに傾動させることができる。

【0025】

図３に示すように、板ばね４２は、限流遮断などの開極動作時に可動子２０の第１押圧部２０ａによって押圧されることにより、第１弾性変形状態から第２弾性変形状態に反転する。一対の樹脂板３６は矩形であって、それぞれ棒状部材３４の下端部で内向きに対向するように設けられている。樹脂板３６の成分は蒸発（熱分解などを含む）することによりアークを消弧する高分子ガスを生成する。樹脂板３６は棒状部材３４に対して直交する向きに固定されている。一対の棒状部材３４は、上端が板ばね４２の両端近傍に設けられていることから板ばね４２の状態によって傾動する。

【0026】

板ばね４２が上向きに凸の第２弾性変形状態では、一対の棒状部材３４は略平行となって下端同士が接近する。これにより一対の樹脂板３６は対向縁３６ａ同士が隙間なく当接して固定接点１４と可動接点１８との間に移動する。このとき当接し合った一対の樹脂板３６は、可動接点１８の動作経路Ｃを中心とし、該動作経路Ｃに対して略直交する同一面を形成する。

【0027】

図４に示すように、板ばね４２が下向きに凸の第１弾性変形状態では、一対の棒状部材３４は、下向きに開いて下端同士が離間する向きとなる。このとき、一対の樹脂板３６は、可動子２０が配置可能または通過可能な程度に離間している。

【0028】

図２に戻り、摺動板３８は棒状部材３４の下端部と樹脂板３６の上面とに亘って固定されている。一対の摺動板３８は対向する一対の摺動傾斜縁３８ａを有している。摺動板３８は直角部３８ｂを有する台形であって、該直角部３８ｂが棒状部材３４と樹脂板３６との直角接続部に沿って確実に固定されている。ただし強度条件などによっては、摺動板３８は樹脂板３６および棒状部材３４いずれか一方に固定されていてもよい。一対の摺動板３８は樹脂板３６に直交する向きで、それぞれ棒状部材３４の下端部で内向きに対向するように設けられている。

【0029】

一対の摺動傾斜縁３８ａは、閉極時（図３参照）に可動子２０の第２押圧部２０ｂが入り込むＶ字形状の可動子進入溝４４を形成する。摺動傾斜縁３８ａは、過度な摺動摩擦を生じさせることがない適度に滑らかな面である。

【0030】

次に、このように構成される回路遮断器１０の動作について説明する。図５は、固定子１６、可動子２０およびアーク暴露機構３２の模式図であり、（ａ）は閉極時を示す図であり、（ｂ）は開極動作の初期状態を示す図であり、（ｃ）は開極動作の中期状態を示す図であり、（ｄ）は開極動作の終期状態を示す図である。

【0031】

図５（ａ）に示すように、回路遮断器１０の閉極時には可動子２０が略横倒し姿勢となり固定接点１４と可動接点１８とが接触し導通状態となっている。このとき、アーク暴露機構３２の板ばね４２は下向きに凸の第１弾性変形状態となっており、一対の棒状部材３４は下向きに開いて下端部同士が離間している。そして、棒状部材３４の下端に設けられた樹脂板３６同士は離間しており、この間に可動子２０が位置している。

【0032】

この導通状態において、過負荷や短絡などによって異常な大電流が流れたときには、図５（ｂ）の矢印で示すように電磁反発力により可動子２０が上方へと変位し始めて可動接点１８は固定接点１４から離間する。そして可動接点１８と固定接点１４との間にはアークＡが発生し始める。

【0033】

図５（ｃ）に示すように、可動子２０がさらに上昇すると可動接点１８は固定接点１４から離間してアークＡが伸びる。この時点ではアークＡは固定接点１４の動作経路Ｃに沿って伸びている。また、可動子２０が上昇すると、上昇側の縁である第１押圧部２０ａが板ばね４２の下面に当接し、該板ばね４２を強く押圧する。

【0034】

そうすると、板ばね４２は、第１弾性変形状態から第２弾性変形状態（図５（ｃ）の破線で示す状態）に反転する。そして、一対の棒状部材３４は可動子２０の上昇に合わせて板ばね４２を介して連動して軸４０を中心として傾動し、先端部が互いに接近し始める。棒状部材３４の先端部同士が接近することにより、矢印で示すように一対の樹脂板３６も互いに接近し始める。可動子２０は相当に速く上昇するが、第１押圧部２０ａが板ばね４２にと当接して第１弾性変形状態から第２弾性変形状態に反転させる際にエネルギーが適度に吸収される。

【0035】

図５（ｄ）に示すように、可動子２０が十分に上昇すると板ばね４２が第２弾性変形状態となり、可動子２０は停止する。このとき、可動子２０は板ばね４２によってエネルギーが吸収されていることから速度が低下しており、衝突により板ばね４２から跳ね返るバウンシング動作がほとんど生じない。したがって、可動接点１８が固定接点１４へ再び接近する運動が生じなく、遮断性能の低下を防止することができる。また、電極開閉距離に関係なく可動子の速度を低下させるため、装置が大型化することない。さらに、板ばね４２の弾性変形を用いて可動子２０のエネルギーを吸収するため、ブレーキのように摺動摩擦による減速手段とは異なり摩耗が生じない。

【0036】

また、図５（ｄ）の状態では一対の棒状部材３４が略平行となり、一対の樹脂板３６は固定接点１４と可動接点１８との間に移動し、対向縁３６ａ同士が隙間なく当接する。これにより、アークＡを物理的に遮る消弧作用が得られる。

【0037】

さらに、アークＡを仕切る一対の樹脂板３６は、動作経路Ｃを中心とし、該動作経路Ｃに対して略直交していることから、アークＡによって直接的に加熱されて樹脂板３６が効率的に蒸発し多量の高分子ガスがアークＡの中心部に混入しアーク電圧が上昇しやすくなる。したがって、高分子ガスが乖離することによりアークエネルギーが散逸し、空間の導電率が低下し、空間内の迅速な冷却が行われ、アークＡを化学的作用によって一層確実に消弧することができる。このようにして、回路遮断器１０ではアークＡが消弧して図５（ｄ）に示す開極状態となる。

【0038】

なお、一対の樹脂板３６は対向縁３６ａ同士が隙間なく当接して固定接点１４と可動接点１８との間を完全に仕切って遮蔽することにより良好な消弧性能が得られるが、設計条件によっては、一対の樹脂板３６が固定接点１４と可動接点１８との間に移動してアークＡよって直接的に暴露されれば仮に両者間に僅かに隙間があっても相応の消弧性能が得られる。

【0039】

図６は、固定子１６、可動子２０およびアーク暴露機構３２の模式図であり、（ａ）は開極時を示す図であり、（ｂ）は閉極動作の初期状態を示す図であり、（ｃ）は閉極動作の中期状態を示す図であり、（ｄ）は閉極動作の終期状態を示す図である。

【0040】

図６（ａ）に示すように、回路遮断器１０の開極時には可動子２０が跳ね上がった姿勢となり固定接点１４と可動接点１８とは離間し非導通状態となっている。このとき、アーク暴露機構３２の板ばね４２は上向きに凸の第２弾性変形状態となっており、一対の棒状部材３４は平行であり樹脂板３６同士が接触している。また、一対の摺動板３８の各摺動傾斜縁３８ａは、Ｖ字形状の可動子進入溝４４を形成している。可動子進入溝４４は、可動子２０に第１押圧部２０ａとは反対側、つまり下降側の縁である第２押圧部２０ｂの下方に位置している。可動子進入溝４４の上端は可動子２０が進入可能な幅を有している。

【0041】

所定の投入動作が行われて閉極動作を開始すると、図６（ｂ）の矢印で示すように可動子２０は下降し始め摺動板３８に接近する。そして、図６（ｃ）に示すように、可動子２０は可動子進入溝４４に入り込み、第２押圧部２０ｂの両側部が一対の摺動傾斜縁３８ａに対して接触して摺動し、矢印で示すように一対の摺動板３８を押し広げる。これにより、図６（ｄ）に示すように各棒状部材３４が傾動して板ばね４２を上に第２弾性変形状態から第１弾性変形状態へと反転させる。可動子２０はさらに下降して可動接点１８が固定接点１４に接触し閉極状態（図５（ａ）参照）となる。

【0042】

上記のように、本実施の形態にかかる回路遮断器１０では、開極動作時に一対の樹脂板３６は固定接点１４と可動接点１８との間に移動して対向縁同士３６ａが当接することから、アークＡを遮り、該アークＡによって直接的に加熱される。これにより多量の高分子ガスが効率的に発生し、しかもアークＡの中心部に混入されてアークＡを一層確実に消弧させることができる。

【0043】

上記の例では、軸４０によって板ばね４２を第１弾性変形状態または第２弾性変形状態となるように保持しているが、このような保持手段は軸４０に限られない。例えば、図７に示す変形例にかかるアーク暴露機構３２Ａのように、板ばね４２の両端部を挟持片（保持部）４６で挟持してもよい。板ばね４２が挟持片４６から抜けないようになっていれば、両者の間には多少の遊びがあってもよい。挟持片４６は簡易構造であり、組み立てが容易である。

【0044】

上記の例の板ばね４２は、可動子２０のバウンシングを防止する作用と、可動子２０の動作を棒状部材３４に伝達させる連結部材の一部としての作用がある。このうち、設計条件によりバウンシング防止作用が特に必要でない場合には、板ばね４２に代えて何らかの連結部材（例えばリンク機構など）を用いてもよい。

【0045】

本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

【符号の説明】

【0046】

１０ 回路遮断器
１４ 固定接点
１６ 固定子
１８ 可動接点
２０ 可動子
２０ａ 第１押圧部
２０ｂ 第２押圧部
３２，３２Ａ アーク暴露機構
３４ 棒状部材
３６ 樹脂板
３６ａ 対向縁
３８ 摺動板
３８ａ 摺動傾斜縁
４０ 軸（保持部）
４２ 板ばね
４４ 可動子進入溝
４６ 挟持片（保持部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】