特許 7568143 サーマルリレー

(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】2024-10-07

(45)【発行日】2024-10-16

(54)【発明の名称】サーマルリレー

(51)【国際特許分類】

   H01H 61/013 20060101AFI20241008BHJP

【ＦＩ】

H01H61/013 A

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2023573848

(86)(22)【出願日】2022-10-21

(86)【国際出願番号】 JP2022039319

(87)【国際公開番号】W WO2023135887

(87)【国際公開日】2023-07-20

【審査請求日】2024-01-04

(31)【優先権主張番号】P 2022004981

(32)【優先日】2022-01-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】三浦 颯斗

(72)【発明者】

【氏名】鴨崎 武雄

(72)【発明者】

【氏名】小野木 悠真

(72)【発明者】

【氏名】李 守連

【審査官】荒木 崇志

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５７－０３４９４５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００１－０１４９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５２－１１０３７４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ６１／００ － ６１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケース内に、主回路の各相に対応したヒートエレメントと、前記ヒートエレメントの操作部に係合してスライド可能とされたシフタと、前記シフタのスライドに連動して接点を切り換える接点反転機構と、を備え、
前記ヒートエレメントは、
前記主回路の通電経路とはされておらず、長手方向の端部に前記シフタに係合する前記操作部を設けた長尺板状のバイメタルと、
前記通電経路とされており、前記バイメタルの側面に面接触した状態で長手方向に延在している第１ヒータ部を有し、過負荷電流の通電により前記第１ヒータ部が前記バイメタルに熱を伝達するヒータと、を備え、
前記ヒータは、前記第１ヒータ部に折り返し部を介して連続し、前記第１ヒータ部の幅方向縁部に近接して延在する第２ヒータ部を備えており、
前記ヒータは、直線状に延在する帯状部材であり、当該帯状部材の一端から所定長さで形成した前記第１ヒータ部の端部を略直角に折り曲げて三角形状の第１折曲部を形成し、前記第１折曲部に隣接する部分を略直角に折り曲げて三角形状の第２折曲部を形成して前記折り返し部を形成するとともに、前記第２折曲部から連続して前記第１ヒータ部の幅方向縁部に対して所定の隙間を設けて近接して同一平面で延在する前記第２ヒータ部を形成していることを特徴とするサーマルリレー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配線用遮断器，電磁接触器などに接続して負荷（例えば電動機）の過電流保護を行うサーマルリレーに関する。

【背景技術】

【0002】

サーマルリレーは、絶縁ケース内に、主回路の各相に対応して配置されたヒートエレメントと、各相のヒートエレメントの操作部に係合してスライド可能とされているシフタと、シフタのスライドに連動して接点を切り換える接点反転機構とが収納されている。

【0003】

ヒートエレメントとして、例えば特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１のヒートエレメントは、一端が負荷側端子に接続され、他端に設けた操作部がシフタに係合している板状のバイメタルと、バイメタルの外周にコイル状に巻き付けたヒータ線とを備え、ヒータ線の巻始め端部が電源側端子に接続され、ヒータ線の巻終わり端部がバイメタルの他端側に接続され、直列に接続したバイメタル及びヒータ線が通電経路とされている。上記構成のサーマルリレーは、電動機の電流路に配置した電磁接触器に直列に接続することで、電動機の過電流保護装置として使用される。そして、ヒートエレメントのバイメタル及びヒータ線に過負荷電流が流れると、ヒータ線及びバイメタルの発熱でバイメタルが湾曲していき、操作部が変位することでシフタがスライドする。そして、シフタのスライドに連動した接点反転機構が接点を切り換えることで、接点の切替え情報に基づいて電磁接触器が開極動作し、電動機への過負荷電流の流れが遮断されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－７３４０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、特許文献１のヒートエレメントは、バイメタル及びヒータ線が通電経路とされているので、ヒートエレメント全体の端子間抵抗値に占めるバイメタル抵抗値の割合が高い。このため、上位定格（例えば１３Ａ以上）のサーマルリレーでは抵抗値が低いバイメタルを使用しないとサーマルリレーの切換え動作時間が速くなってしまう。したがって、上位定格（例えば１３Ａ以上）及び下位定格（１３Ａ未満）のサーマルリレーを製造する場合には抵抗値が異なる複数のバイメタルを部品として準備しなければならず、バイメタルの部品管理の面で課題があった。
また、特許文献１のヒートエレメントは、バイメタルの外周にヒータ線を巻き付けているので、バイメタルの湾曲量が少なくなるなどバイメタル動作に影響を与えるおそれがある。

【0006】

そこで、本発明は、上位定格或いは下位定格のサーマルリレーを製造する場合に同一抵抗のバイメタルを共用することができるので、製造コストの低減化を図ることができるとともに、バイメタルの湾曲動作に影響を与えないヒータの配置構造を備えたサーマルリレー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】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るサーマルリレーは、ケース内に、主回路の各相に対応したヒートエレメントと、ヒートエレメントの操作部に係合してスライド可能とされたシフタと、シフタのスライドに連動して接点を切り換える接点反転機構と、を備えている。ヒートエレメントは、主回路の通電経路とはされておらず、長手方向の端部にシフタに係合するシフタ係合部を設けた長尺板状のバイメタルと、通電経路とされており、バイメタルの側面に面接触した状態で長手方向に延在している第１ヒータ部を有し、過負荷電流の通電により前記第１ヒータ部が前記バイメタルに熱を伝達するヒータと、を備えている。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係るサーマルリレーによれば、バイメタルは主回路の通電経路とはされておらず、上位定格或いは下位定格のサーマルリレーを製造する場合には同一抵抗のバイメタルを使用することができる。したがって、上位定格或いは下位定格のサーマルリレーを製造する場合にはバイメタルを共用することができるので、製造コストの低減化を図ることができる。また、本発明に係るサーマルリレーは、主回路の通電経路とされているヒータの第１ヒータ部がバイメタルの側面に面接触した状態で長手方向に延在しているので、バイメタルの湾曲動作に影響を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係るサーマルリレーの外観を示す斜視図である。

【図2】本発明に係るサーマルリレーの内部構造を示す図である。

【図3】本発明に係るサーマルリレーに内蔵され、主回路の３相に対応する３組のヒートエレメントの一組を示す図である。

【図4】図３で示した一組のヒートエレメントを裏側から示した図である。

【図5】本発明に係るヒートエレメントを構成する帯状のヒータを折曲した構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、図面を参照して、本発明の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。

【0011】

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。
なお、以下の説明で記載されている「上」、「下」、「左」、「右」、「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。

【0012】

図１は、本発明に係る１実施形態のサーマルリレー１の外観を示している。サーマルリレー１の絶縁性を有するケースは、上ケース２ａ、下ケース２ｂ及び側部ケース２ｃで構成され、上ケース２ａの上部に、ヒンジ部３ａによって開閉自在な開閉カバー３が配置されている。上ケース２２ａには、主端子４ａ～４ｃ及び補助端子５ａ～５ｄが配置されており、側部ケース２ｃから外部にロッド端子６ａ～６ｃが突出している。

【0013】

図２は、下ケース２ｂ及び側部ケース２ｃを取り外した状態でサーマルリレー１の内部を示したものである。サーマルリレー１の内部には、主回路の３相に対応する３組のヒートエレメント８ａ～８ｃと、これらヒートエレメント８ａ～８ｃの後述するバイメタル１６に係合して図２の左右方向にスライド自在に配置されているシフタ９と、シフタ９のスライドに従動する調整機構１２と、調整機構１２の動作により接点１３の開閉状態を切り替える接点反転機構１４と、を備えている。接点１３は、調整機構１２が動作しない場合には固定接点１３ａ及び可動接点１３ｂが開離した常開接点（ａ接点）１３である。また、図示しないが、接点反転機構１４の裏側位置には、調整機構１２が動作しない場合に固定接点及び可動接点が接触する常閉接点（ｂ接点）が配置されている。そして、補助端子５ａ，５ｂの間に、ａ接点１３が接続し、補助端子５ｃ，５ｄの間に、ｂ接点が接続されている。

【0014】

次に、図３は、図２で示した３組のヒートエレメント８ａ～８ｃのうちの１組のヒートエレメント８ａを図２の左側から見た図であり、図４は、ヒートエレメント８ａを図２の右側から見た図である。
ヒートエレメント８ａは、主端子４ａを設けた端子部材１５と、端子部材１５に接続している長尺な平板形状のバイメタル１６と、両端が端子部材１５及びロッド端子６ａに接続し、バイメタル１６に沿って配置されている帯状の導電材料からなるヒータ１７と、を備えている。

【0015】

端子部材１５は、板状の端子本体１５ａと、端子本体１５ａの一端から直角に折曲されて形成された主端子４ａと、端子本体１５ａの他端から直角に折曲されて主端子４ａに対して逆側に平行に延在する板状の接続部１５ｂと、を備えている。
バイメタル１６は、長尺な板状部材であり、一端１６ａ（図４参照）が端子部材１５の接続部１５ｂの一方の面１５ｂ１に接続され、他端にシフタ９に係合する操作部１６ｂが形成されている。バイメタル１６には一端１６ａ及び操作部１６ｂ以外の全周に絶縁紙１８が巻き付けられている。

【0016】

ヒータ１７は、一端１７ａ（図３参照）が端子部材１５の接続部１５ｂの他方の面１５ｂ２に接続され、他端１７ｂがロッド端子６ａに接続されている。また、ヒータ１７には、一端１７ａに連続して直線状に延在する第１ヒータ部１７ｃと、第１ヒータ部１７ｃから連続して形成された折り返し部１７ｄと、折り返し部１７ｄから連続して形成され、第１ヒータ部１７ｃの幅方向縁部に沿って平行に延在する第２ヒータ部１７ｅと、を備えている。
そして、バイメタル１６の長手方向中央部とヒータ１７の第１ヒータ部１７ｃとの周囲に帯状の締め金１９を巻くことで、第１ヒータ部１７ｃが絶縁紙１８を介してバイメタル１６の一方の側面に面接触した状態で固定され、第２ヒータ部１７ｅがバイメタル１６の幅方向縁部に近接して延在する。

【0017】

ヒータ１７の折り返し部１７ｄを形成する手順は、先ず、図５（ａ）に示すように、ヒータ１７の一端１７ａに連続する直線状の帯状部に対して、他端１７ｂに連続する直線状の帯状部を略直角に折り曲げることで、第１ヒータ部１７ｃと、三角形状の第１折曲部１７ｄ１とを形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、他端１７ｂに連続する直線状の帯状部が第１ヒータ部１７ｃに沿って延在するように、第１折曲部１７ｄ１に近接する位置に、三角形状の第２折曲部１７ｄ２を形成する。これら第１折曲部１７ｄ１及び第２折曲部１７ｄ２からなる折り返し部１７ｄを形成することで、第１ヒータ部１７ｃとの間に所定の隙間Ｓを設けた状態で平行に延在する第２ヒータ部１７ｅが設けられる。

【0018】

本実施形態のヒートエレメント８ａは、ヒータ１７の一端１７ａが端子部材１５の接続部１５ｂに接続し、他端１７ｂがロッド端子６ａに接続することで通電経路とされ、過負荷電流が流れることで発熱する。また、本実施形態のバイメタル１６は、従来装置のような通電経路の一部を構成しておらず、通常電流や過負荷電流が流れない。
ヒートエレメント８ａのヒータ１７に過負荷電流が流れて発熱すると、バイメタル１６に面接触している第１ヒータ部１７ｃがバイメタル１６に熱を伝達し、バイメタル１６に近接して延在している第２ヒータ部１７ｅもバイメタル１６に熱を伝達する。このように、第１ヒータ部１７ｃ及び第２ヒータ部１７ｅから熱が伝達されたバイメタル１６は、図２の下側が矢印方向に湾曲して操作部１６ｂが変位する。
また、他の２組のヒートエレメント８ｂ，８ｃも、上述した主端子４ｂ，４ｃを設けた各々の端子部材１５を有するとともに、ヒートエレメント８ａと同一の構造である。

【0019】

次に、本実施形態のサーマルリレー１の動作について説明する。
上記構成のサーマルリレー１は、電動機（不図示）の電流路に配置した電磁接触器（不図示）に直列に接続されることで、電動機の過電流保護装置として使用される。
サーマルリレー１に内蔵されている３組のヒートエレメント８ａ～８ｃのヒータ１７に過負荷電流が流れると、各組のヒートエレメント８ａ～８ｃのバイメタル１６に面接触している第１ヒータ部１７ｃからバイメタル１６に熱が伝達され、バイメタル１６に近接して延在している第２ヒータ部１７ｅからバイメタル１６に熱が伝達される。そして、第１ヒータ部１７ｃ及び第２ヒータ部１７ｅから熱が伝達された各組のヒートエレメント８ａ～８ｃのバイメタル１６は、図２に示す矢印方向に湾曲していくことで操作部１６ｂが変位し、シフタ９が図２の左側にスライドしていく。そして、シフタ９のスライドに連動した接点反転機構１４が接点を切り換えることで、接点の切替え情報に基づいて電磁接触器が開極動作し、電動機への過負荷電流の流れが遮断される。

【0020】

次に、本実施形態のサーマルリレー１の効果について説明する。
ヒートエレメント８ａ～８ｃを構成するバイメタル１６は、従来装置のような通電経路とされていないので、サーマルリレー１の切換え動作時間に寄与するバイメタル１６の抵抗値の影響が無くなる。このため、上位定格（例えば１３Ａ以上）、或いは下位定格（１３Ａ未満）のサーマルリレー１を製造する場合であっても同一抵抗値のバイメタルを使用することができる。したがって、上位定格或いは下位定格のサーマルリレー１バイメタルを製造する際に一種類のバイメタル１６が共用できるので、バイメタルの部品管理が不要となり、製造コストの低減化を図ることができる。

【0021】

また、ヒートエレメント８ａ～８ｃのヒータ１７は、第１ヒータ部１７ｃがバイメタル１６に面接触した状態で熱を伝達しており、従来装置のようにバイメタルの外周にヒータ線を巻き付けた構成と比較して、バイメタル１６の湾曲量が減少するなどのバイメタル動作に影響を与えるおそれがない。
また、ヒートエレメント８ａ～８ｃのヒータ１７は、バイメタル１６に面接触する第１ヒータ部１７ｃに加えて、バイメタル１６の幅方向縁部に近接して配置された第２ヒータ部１７ｅを設けたことで、ヒータ１７の熱を効率良くバイメタル１６に伝達することができ、バイメタル１６の安定した湾曲動作特性を確保することができる。

【0022】

さらに、ヒートエレメント８ａ～８ｃのヒータ１７は、第１ヒータ部１７ｃとの間に所定の隙間Ｓを設けた状態で第２ヒータ部１７ｅが平行に延在しているので、第１ヒータ部１７ｃ及び第２ヒータ部１７ｅの一部が接触して短絡するなどのおそれがなく、過負荷電流が流れた際にバイメタル１６に熱を効率良く伝達することができる。
さらにまた、帯状の導電材料に２箇所の折曲部（第１折曲部１７ｄ１及び第２折曲部１７ｄ２）を形成して折り返し部１７ｄを設けるだけで、互いに平行な第１ヒータ部１７ｃ及び第２ヒータ部１７ｅを形成していることから、例えば平板である導電板の打ち抜き加工により略Ｕ字状に打ち抜いて互いに平行なヒータ部を設けるヒータと比較して、製造コストを大幅に削減することができる。

【符号の説明】

【0023】

１ サーマルリレー
２ａ 上ケース
２ｂ 下ケース
２ｃ 側部ケース
３ 開閉カバー
３ａ ヒンジ部
４ａ～４ｃ 主端子
５ａ～５ｄ 補助端子
６ａ～６ｃ ロッド端子
８ａ～８ｃ ヒートエレメント
９ シフタ
１２ 調整機構
１３ 常開接点（ａ接点）
１４ 接点反転機構
１５ 端子部材
１５ａ 端子本体
１５ｂ 接続部
１５ｂ１ 接続部の一方の面
１５ｂ２ 接続部の他方の面
１６ バイメタル
１６ａ バイメタルの一端
１６ｂ 操作部
１７ ヒータ
１７ａ ヒータの一端
１７ｂ ヒータの他端
１７ｃ 第１ヒータ部
１７ｄ 折り返し部
１７ｄ１ 第１折曲部
１７ｄ２ 第２折曲部
１７ｅ 第２ヒータ部
１８ 絶縁紙
Ｓ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】