特許 7384180 回路遮断器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-13

(45)【発行日】2023-11-21

(54)【発明の名称】回路遮断器

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/08 20060101AFI20231114BHJP

   H01H 73/18 20060101ALI20231114BHJP

【ＦＩ】

H01H33/08

H01H73/18 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021018520

(22)【出願日】2021-02-08

(65)【公開番号】P2022121258

(43)【公開日】2022-08-19

【審査請求日】2022-12-14

(73)【特許権者】

【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】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(72)【発明者】

【氏名】中山 祥太郎

【審査官】関 信之

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－２２７６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０１－０９２０２８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ３３／０８

Ｈ０１Ｈ ７３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定接点を設けた固定接触子と、前記固定接点に接触可能な可動接点を設けた可動接触子と、前記固定接点と前記可動接点の間に発生したアークを消弧する消弧装置と、を備えた回路遮断器において、
前記消弧装置は、
前記可動接点の移動経路に沿い、当該移動経路の両側に対向して配置された一対の消弧壁と、
前記一対の消弧壁に支持される層状に配置された複数のグリッドと、を備え、
前記一対の消弧壁は、前記固定接点を挟むように前記固定接触子の上部に配置され、アーク発生時の溶融によりアブレーションガスが発生する高分子材料からなる一対の前半消弧壁と、
前記一対の前半消弧壁の上部に連結されて互いの壁間で前記複数のグリッドを支持し、アーク発生時のアブレーションガスの発生量が前記一対の前半消弧壁より少ない高分子材料からなる一対の後半消弧壁と、を備えているとともに、
前記前半消弧壁及び前記後半消弧壁の連結部は、前記前半消弧壁及び前記後半消弧壁の一方に形成されたリブと、他方に形成された前記リブが嵌まり込むリブ係合凹部からなることを特徴とする回路遮断器。

【請求項2】

前記一対の後半消弧壁は、耐熱性、耐トラッキング性を有する高分子材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。

【請求項3】

前記一対の前半消弧壁は、金属製の心材が挿入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。

【請求項4】

前記一対の後半消弧壁の一部を連結する壁連結部が一体に形成されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の回路遮断器。

【請求項5】

前記前半消弧壁は、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂及びポリメチルペンテン樹脂のうち何れか一つの高分子材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の回路遮断器。

【請求項6】

前記後半消弧壁は、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂及びエポキシ樹脂のうち何れか一つの高分子材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項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、配線用遮断器，漏電遮断器などの回路遮断器に関し、可動接点の移動経路の両側に一対の消弧壁が配置され、これら一対の消弧壁が複数のグリッドを固定しているものに関する。

【背景技術】

【0002】

回路遮断器は、固定接触子に対して可動接触子が接触動作、或いは離間動作を行なって主回路の開閉を行なう装置であり、短絡電流の遮断時に固定接触子の固定接点及び可動接触子の可動接点の間でアークが発生すると、消弧装置によりアークが消弧される（例えば、特許文献１）。

【0003】

消弧装置は、可動接触子の開極移動経路の両側に配置した高分子材料からなる一対の消弧壁と、一対の消弧壁に固定され、開極移動経路に沿って層状に配置された複数のグリッドと、を備えている。

【0004】

過大電流の通電時には、一対の消弧壁の細隙効果（消弧壁の溶融により発生するアブレーションガスによるアークの冷却効果）によって固定接点及び可動接点の間に発生したアークは、アーク電圧が急速に高められて電流ピークが抑制される。そして、固定接点及び可動接点の間でさらに伸長したアークは、一対の消弧壁から複数のグリッド側へ移行していき、複数のグリッドとの接触による分断、冷却作用を受けて消弧されていく。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－２１６３７８号公報の図５から図７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、回路遮断器の遮断容量の要求仕様が高くなっており、特許文献１の消弧装置の一対の消弧壁を、アブレーションガスの発生量を増大させた高分子材料とすることで、アークの冷却効果を高めて遮断性能を向上させることができる。

【0007】

しかし、アブレーションガスを大量に発生する高分子材料は、耐トラッキング性、耐熱性が低いので、一対の消弧壁として使用すると、短絡時のアーク発生時に変形や熱的損傷のおそれがある。このため、アブレーションガスを大量に発生する高分子材料からなる一対の消弧壁は、一対の複数のグリッドの固定機能が損なわれるおそれがある。

【0008】

そこで、本発明は、アブレーションガスの発生量を増大させることでアークの冷却効果を高め、耐熱性及び耐トラッキング性を高めることで複数のグリッドの固定機能を維持してアークとグリッドの接触による分断、冷却作用を確実に行うことができる回路遮断器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、本発明の一態様に係る回路遮断器は、固定接点を設けた固定接触子と、固定接点に接触可能な可動接点を設けた可動接触子と、固定接点と前記可動接点の間に発生したアークを消弧する消弧装置と、を備えた回路遮断器において、消弧装置は、可動接点の移動経路に沿い、移動経路の両側に対向して配置された一対の消弧壁と、一対の消弧壁に支持される層状に配置された複数のグリッドと、を備えている。そして、一対の消弧壁は、固定接点を挟むように固定接触子の上部に配置され、アーク発生時の溶融によりアブレーションガスが発生する高分子材料からなる一対の前半消弧壁と、一対の前半消弧壁の上部に連結されて互いの壁間で前記複数のグリッドを支持し、アーク発生時のアブレーションガスの発生量が一対の前半消弧壁より少ない高分子材料からなる一対の後半消弧壁と、を備えているとともに、前半消弧壁及び後半消弧壁の連結部は、前半消弧壁及び後半消弧壁の一方に形成されたリブと、他方に形成された前記リブが嵌まり込むリブ係合凹部からなる。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る回路遮断器によれば、アブレーションガスの発生量を増大させることでアークの冷却効果を高め、耐トラッキング性及び耐熱性を高めることで複数のグリッドの固定機能を維持してアークとグリッドの接触による分断、冷却作用を確実に行い、遮断性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る回路遮断器の構成を示す断面図である。

【図2】回路遮断器の消弧装置を示す図である。

【図3】固定接触子に配置した一対の前半消弧壁の構造を示す図である。

【図4】固定接触子と一対の前半消弧壁の連結構造と、一対の前半消弧壁と一対の後半消弧壁の連結構造を示す断面図である。

【図5】一対の前半消弧壁に、一対の後半消弧壁を連結する構造を示す図である。

【図6】可動接点の移動経路に沿って配置した消弧壁を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、図面を参照して、本発明に係る実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

【0013】

また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0014】

なお、以下の説明で記載されている「上」、「下」、「左」、「右」、「底」、「前」、「後」、「長尺方向」、「短尺方向」等の方向を示す用語は、添付図面の方向を参照して用いられている。

【0015】

図１は、回路遮断器の一実施形態を示すものである。

【0016】

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、消弧装置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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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）。

【0021】

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及び下トグル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。

【0022】

過電流引外し装置４は、中継導体９のヒータ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。

【0023】

消弧装置３は、図２に示すように、固定接点５ｂを挟んで固定接触子５の上部に互いに対向配置された一対の第１消弧壁３１を有する第１消弧部材３２と、一対の第１消弧壁３１の上部に連結する一対の第２消弧壁３３を有する第２消弧部材３４と、一対の第２消弧壁３３に連結して互いに対向配置され、層状に配置した複数のグリッド３５を支持する一対の第３消弧壁３６を有する第３消弧部材３７と、を備えている。

【0024】

固定接触子５、第１消弧部材３２、第２消弧部材３４及び第３消弧部材３７の構造について図３から図５を参照して説明する。

【0025】

固定接触子５は、図３に示すように、他端側の板部に略Ｕ字形状に延在する周溝５ｃが形成され、この周溝５ｃの内側に舌形状の接点基部５ｄが形成されており、接点基部５ｄ上に固定接点５ｂが設けられている。図３の符号３８で示す磁気ヨークは、コ字形状に折曲された磁性金属であり、基板３８ａの幅方向端部から平行に延在する一対の平行板３８ｂが、固定接触子５の下側から周溝５ｃに挿入され、固定接点５ｂを挟み込むように固定接触子５の上部に突出している。

【0026】

第１消弧部材３２は、図３に示すように、一対の第１消弧壁３１と、一対の第１消弧壁３１同士を連結し、開口部３９ａを設けた連結部３９と、を備えている。一対の消弧壁３１には、図４に示すように、下端で開口する挿入スリット３１ａが形成されているとともに、上端にリブ３１ｂが形成されている。そして、磁気ヨーク３８の一対の平行板３８ｂを一対の消弧壁３１の挿入スリット３１ａに挿入し、開口部３９ａから固定接点５ｂを露出させた状態で、固定接触子５の他端側上部に第１消弧部材３２が装着されている。

【0027】

第２消弧部材３４は、図５に示すように、一対の第２消弧壁３３と、一対の第２消弧壁３３同士を連結する連結部４０と、を備えている。そして、図４に示すように、一対の第２消弧壁３３の下部にはリブ係合凹部３３ａが形成されており、一対の第２消弧壁３３が一対の第１消弧壁３１の上部に連結する際に、一対の第１消弧壁３１のリブ３１ｂがリブ係合凹部３３ａに嵌まり込む。

【0028】

第３消弧部材３７は、図５に示すように、一対の第３消弧壁３６と、一対の第３消弧壁３６同士を連結する連結部４１と、を備えており、一対の第３消弧壁３６は、層状に配置された複数のグリッド３５を支持している。グリッド３５は、磁性金属で形成されている。

【0029】

次に、第１消弧部材３２、第２消弧部材３４及び第３消弧部材３７の材料について説明する。

【0030】

第１消弧部材３２は、アーク発生により溶融すると大量の水素が発生する高分子材料で形成されており、例えばＰＡ（ポリアミド樹脂）、ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）、ＰＭＰ（ポリメチルペンテン樹脂）などの材料により形成されている。

【0031】

また、第２消弧部材３４及び第３消弧部材３７は、アークが発生しても第１消弧部材３２と比較して水素発生量が少なく、耐熱性を有し、耐トラッキング性を有する高分子材料で形成されており、例えばＢＭＣ（不飽和ポリエステル樹脂）、ＭＦ（メラミン樹脂）、ＥＰ（エポキシ樹脂）などの材料により形成されている。

【0032】

次に、本実施形態の回路遮断器の動作及び作用について、図１及び図６を参照して説明する。

【0033】

本実施形態の回路遮断器は、図１に示すように、固定接触子５と可動接触子６とが閉じた閉極状態では、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。

【0034】

電流経路を流れる電流が過負荷状態になると、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。

【0035】

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。

【0036】

固定接点５ｂから離れた可動接点６ａは、図６に示す移動経路Ｒで移動する。可動接点６ａの移動経路Ｒの前半では、可動接点６ａ及び固定接点５ｂの間で発生したアークの熱により一対の第１消弧壁３１の表面が溶融して大量の水素ガスが発生し、アブレーションガスとしてアークに向けて流れる。アブレーションガスが吹き付けられて冷却され、一対の第１消弧壁３１にも接触して冷却されるアークは、アーク電圧が高められて電流ピークが抑制されていく。

【0037】

そして、可動接点６ａの移動経路Ｒの後半では、さらにアークが伸長していく。この伸長したアークは、一対の第２消弧壁３３及び一対の第３消弧壁３６を加熱するとともに、アブレーションガスの吹き付けにより層状に配置されている複数のグリッド３５側へ移行していく。アークに加熱された一対の第２消弧壁３３は、水素ガスを発生するが耐熱性及び耐トラッキング性を有して機械的強度が高い。

【0038】

また、アークに加熱された一対の第３消弧壁３６も耐熱性及び耐トラッキング性を有して機械的強度が高いので、複数のグリッド３５を確実に支持し、アークはグリッド３５に接触することで分断、冷却作用を受けて消弧されていく。

【0039】

次に、本実施形態の回路遮断器の効果について説明する。

【0040】

本実施形態の回路遮断器は、短絡電流などの大電流が電流経路を流れ、可動接触子６が固定接触子５から開離して可動接点６ａ及び固定接点５ｂの間にアークが発生すると、可動接点６ａの移動経路Ｒの前半では、一対の第１消弧壁３１の表面が溶融して大量の水素ガスが発生し、アブレーションガスとしてアークに向けて流れるので、アークはアーク電圧が高められて電流ピークが抑制されていく。そして、可動接点６ａの移動経路Ｒの後半では、伸長したアークに加熱されても一対の第３消弧壁３６が変形せず、複数のグリッド３５を確実に支持しているので、複数のグリッド３５側へ移行したアークはグリッド３５に接触することで分断、冷却作用により消弧されていく。したがって、本実施形態の回路遮断器は遮断性能を向上させることができる。

【0041】

また、アーク発生時に大量の水素ガスが発生する一対の第１消弧壁３１は脆くなるが、内部の挿入スリット３１ａに挿入した磁気ヨーク３８の平行板３８ｂが心材として機能するので、一対の第１消弧壁３１の変形や熱的損傷を確実に防止することができる

【0042】

また、アークに加熱される一対の第２消弧壁３３は、水素ガスを発生するが耐熱性及び耐トラッキング性を有して機械的強度が高く、この第２消弧壁３３のリブ係合凹部３３ａに一対の第１消弧壁３１のリブ３１ｂが嵌まり込んで連結することで、一対の第１消弧壁３１に対する補強構造となる。

【0043】

また、第２消弧部材３４は、一対の第２消弧壁３３の一部を連結する連結部４０を備えた門型形状の部材なので、一対の第２消弧壁３３の剛性が高められて、一対の第１消弧壁３１に対する補強をさらに高めることができる。

【0044】

さらに、第３消弧部材３７も、一対の第３消弧壁３６の一部を連結する連結部４１を備えた門型形状の部材なので、剛性を有する一対の第３消弧壁３６は、複数のグリッド３５を確実に支持することができる。

【0045】

ここで、本発明に記載されている一対の前半消弧壁が一対の第１消弧壁３１に対応し、本発明に記載されている一対の後半消弧壁が一対の第２消弧壁３３及び一対の第３消弧壁３６に対応している。また、本発明に記載されている心材が磁気ヨーク３８の平行板３８ｂに対応し、本発明に記載されている壁連結部が、連結部４０，４１に対応している。

【符号の説明】

【0046】

１ ケース
２ カバー
２ａ ミドルカバー
２ｂ トップカバー
３ 消弧装置
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
５ｃ 周溝
５ｄ 接点基部
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 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
２８ 調整ネジ
２９ 固定マグネット
３０ アーマチュア
３１ 第１消弧壁
３１ａ 挿入スリット
３１ｂ リブ
３２ 第１消弧部材
３３ 第２消弧壁
３３ａ リブ係合凹部
３４ 第２消弧部材
３５ グリッド
３６ 第３消弧壁
３７ 第３消弧部材
３８ 磁気ヨーク
３８ａ 基板
３８ｂ 平行板
３９ 連結部
３９ａ 開口部
４０，４１ 連結部
Ｒ 可動接点の移動経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】