JP4407651B2 - 回路遮断器の可動接触装置 - Google Patents

Description

この発明は、配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器の可動接触装置に関するものである。

回路遮断器の開閉寿命には、機械的開閉寿命と電気的開閉寿命があり、機械的開閉寿命は主に機構部の摩耗や損傷によって決定され、機構部の損傷として、銅の平編線や薄板で可撓性を持たせて電気的接続を行う部品（以下、シャントと称す）の疲労断線が開閉寿命を制限する大きな要因となっている。

上記の要因を取り払う方策として、可動接触子と可動子受けを摺動接触させ、可動子受けの外部に配設した圧縮ばねによって、可動接触子と可動子受けの接触圧力を高める通電機構が知られており、この可動接触子と可動子受けで構成されるの可動接触装置は、シャントを用いないことから、一般には「シャントレス通電機構」と呼ばれている。（例えば、特許文献１参照）

特許第３３９６８７７号公報（図１）

従来の回路遮断器の可動接触装置は以上のように構成されており、可動接触子の厚さ寸法が変動し易く、可動接触子と可動子受け間の接触抵抗が不安定になるという問題点があった。
また、圧縮ばねを可動子受けの外側から押圧する構造であることから、この通電機構に要する部分の容積がアップしてしまう、という問題点もあった。

さらにまた、圧縮ばねにより押圧構造は、可動子受けの相対向する接触面を撓ませつつ可動接触子と接触させることになり、撓みによる点接触が起きやすく、逆に、接触抵抗の増加を招く恐れがあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、小形で接触抵抗が安定している回路遮断器の可動接触装置を得ることを目的とするものである。

この発明に係る回路遮断器の可動接触装置は、開閉機構部に連結され、この開閉機構部と連動して回動するように支承されたクロスバーと、回動孔を有しこの回動孔に軸を貫通させクロスバーに軸の両端を支承させてクロスバーに回動自在に並設させた可動接触子と、軸が貫通される貫通孔を有し相対向する一対の接続導体部を有すると共に開閉機構部が収納される筐体に固定される可動子受けと、可動子受けの接続導体部に相対向する可動接触子の接触部の反対面に配設されたばね収納部に収納されると共に可動接触子に挟装された斜めコイルリングばねとを備え、可動子受けの接続導体部に可動接触子が斜めコイルリングばねに押圧されて摺動するように構成されたものである。

この発明は、機械的開閉寿命に優れたシャントレス通電機構でありながら、接触抵抗が安定し通電能力が高い回路遮断器の可動接触装置を得ることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回路遮断器の可動接触装置の閉状態を示す縦側断面図、図２は図１における線Ａ−Ａに沿う部分断面上面図であり、１極分の可動接触装置の平面図を兼ねている。また、図３は図２における線Ｂ−Ｂに沿う断面下面図、図４は斜めコイルリングばねの外観斜視図、図５は斜めコイルリングばねの詳細形状説明図、図６は斜めコイルリングばねの変位と荷重の相関を表す図である。

図において、カバー１、およびベース２は回路遮断器１０１の筐体を構成するものであり、それぞれ、例えば、熱可塑性樹脂などの合成樹脂で形成されている。
ベース２には、開閉機構部１０２が収納されており、この開閉機構部１０２に連動するハンドル３が、カバー１のハンドル用窓孔１ａからカバー１の表面に突出しており、外部から手動によって操作可能としている。
なお、回路遮断器１０１のハンドル３の位置を中心として、図１の紙面右側が図示しない、電路の電源側の電線に接続され、左側が負荷側の電線に接続されている。

電源側の電線との接続部を構成する固定接触子４がネジ５によりベース２に固定され、この固定接触子４に固着された固定接点６が、可動接触子８の一端に固着された可動接点７と接離することで、電路の入り切りが行われる。
可動接触子８の他端には回動孔８ａ（図２に示す）が配設されており、回動孔８ａには軸９が貫通し、この軸９の両端がクロスバー１０に支承されることにより、可動接触子８はクロスバー１０に回動自在に形成されることで、軸９を支点に回動し可動接点７が固定接点６に接離する。

可動接触子８は線対称に並設されると共に可動子受け１１に挟持され、可動子受け１１はネジ１２によってベース２に固定され、ネジ１３によって中継導体１４に接続されている。
また、中継導体１４は図示しない過電流引き外し装置を構成するヒーターを介して、負荷側電線との接続部を構成する負荷導体１５に接続されている。したがって、閉路状態における電流経路は、固定接触子４→固定接点６→可動接点７→可動接触子８→可動子受け１１→中継導体１４→ヒーター→負荷導体１５である。
なお、上記構成において、可動接触子８、軸９、クロスバー１０、可動子受け１１および後述の斜めコイルリングばね１７により可動接触装置１０３を構成している。

可動子受け１１は、ネジ１２を螺着する図示しないネジ用メネジと、ネジ１３が貫通する取付孔１１ｃを備える基部１１ａと、この基部１１ａから直角に立ち上げられ、先端が相対向し、軸９が貫通するための貫通孔１１ｄを備える一対の接続導体部１１ｂとで一体的に形成されている。

可動子受け１１に相対向する面である並設された可動接触子８の夫々の接触部８ｄの反対面には、ばね収納部８ｂ及び位置決め手段である位置決め凸部８ｃが配設されており、ばね収納部８ｂ内に斜めコイルリングばね１７が収納されて可動接触子８に挟装される。
なお、上記の説明では、可動接触子８を線対称に１個ずつ並設させて説明したが、複数の可動接触子８を並設させて形成させても良い。
また、位置決め手段である位置決め凸部８ｃは可動接触子８に一体的にしたが、可動接触子８とは別体の円筒形状部品とし、軸９に嵌挿させても良い。

次に、以上のように構成されたこの発明の実施の形態１における回路遮断器の可動接触装置の組立方法について説明する。
斜めコイルリングばね１７は、並設された可動接触子８の間に挟装され、少なくとも一対の接続導体部１１ｂ間の寸法Ｃ（図２に示す）以下になるまで、可動接触子８の相対向する面が接する方向に可動接触子８を押さえ、一対の接続導体部１１ｂ間に挿入する。その後、貫通孔１１ｄと回動孔８ａを合わせ、軸９を嵌挿した後、この軸９をクロスバー１０のＵ字状の溝に係合させ、可動接点７と固定接点６との間に接圧を形成させる接圧ばね（図示しない）により可動接触子８に回転モーメントを与えることで、固定接点６（図１参照）と可動接点７の接触圧力を発生させ回路遮断器の可動接触装置が構成される。

この時、斜めコイルリングばね１７によって、可動接触子８の接触部８ｄが接続導体部１１ｂに対し、面接触を保つことができるので接触抵抗が安定する。また、可動子受け１１の寸法Ｃを厳しく管理する必要がないとともに、接続導体部１１ｂを撓ませる必要がないので、この接続導体部１１ｂの厚肉化が可能となり、抵抗値の低減ができ、通電能力を高くすることができる。

次に、斜めコイルリングばね１７について、詳細説明をする。
斜めコイルリングばね１７は、例えば、ニッケルメッキを施したステンレス鋼線で形成されており、図４及び５（ａ）に示すように、内径部１７ａを所定の寸法に確保した状態で通常のコイルばねの両端を接合することでリング状に形成させ、更に、図５（ａ）の一部を拡大した図５（ｂ）に示すように、コイルの中心軸に平行な方向をＸ方向、Ｘ方向に対して垂直方向（図５の紙面上では上下方向）をＺ方向とし、コイル上の任意の一点をＡとしこのＡの中心軸に対する垂線との交点イと、コイルをＹ方向から見たときに、Ａからコイルに沿って反時計方向に半周進んだ場合の位置Ｂの中心軸に対する垂線との交点ロと、Ａからコイルに沿って時計方向に半周進んだ場合の位置Ｃの中心軸に対する垂線との交点ハとの関係が、一般的なコイルばねの場合においては、ロとハとの間にイがあるのに対して、この斜めコイルリングばね１７の場合はロがイとハとの間に位置する様に形成させたものである。

この斜めコイルリングばね１７をリングのＺ方向に押圧した場合、変位と荷重の相関を表すδ−Ｆ線図（図６に示す）は一般的なコイルばねと異なる特徴を持つ。
つまり、一般的なコイルばねの場合、δ−Ｆ線図はばね定数に比例するため直線となるが、斜めコイルリングばね１７のδ−Ｆ線図は変曲点を有しており、変位の使用範囲をδ１〜δ２で使用した場合、一般的なコイルばねで得られる押圧力はＦ１〜Ｆ３の範囲となるが、斜めコイルリングばね１７で得られる押圧力はＦ１〜Ｆ２の範囲となり、一般的なコイルばねに比べて変位量が変化したときの押圧力の変化が少なく安定した押圧力を得る事ができるので、可動接触子８の接触部８ｄが接続導体部１１ｂに対して面接触を保つことができ、接触抵抗が安定する。

斜めコイルリングばね１７をリングのＺ方向に押圧した場合、斜めコイルリングばね１７を形成する個々の斜めコイルは、一般的なコイルリングばねの場合には各コイルが楕円形に変形するのに対して、斜めコイルが図５（ｂ）から図５（ｃ）のように倒れる様に動作する。
この結果、斜めコイルリングばね１７を形成する斜めコイルは、相互に斜め方向に位置ずれを生じたような状態となるため、各コイルがコイルの中心軸でのコイル間距離を維持したまま倒れると、各コイルが相互に引張り荷重を生じ、各コイルの自身の直径を小径化させることになるが、コイルを形成するステンレスなどの弾性部材は、剛性により各コイルの直径を維持しようとするため、結果的には各コイルのコイル間距離を縮めることとなり、斜めコイルリングばねとして見ると内径部１７ａの小径化が生じる。
そこで、この小径化を防止するために斜めコイルリングばね１７の内側には内径部１７ａを位置決めする位置決め手段である位置決め凸部８ｃが配設されている。

なお、斜めコイルリングばね１７を挟装した状態での可動接触子８のトータル寸法（Ｅ＋Ｄ＋Ｅに相当）は接続導体部１１ｂ間への挿入前には、寸法Ｃより僅かに大きいだけなので、容易に可動接触子８を接続導体部１１ｂへ密着させる方向に押さえることができ、一対の接続導体部１１ｂ間への挿入も容易である。

ここで、寸法Ｄは接続導体部１１ｂ間への挿入前に比べ、若干縮まるが、この縮まった分が接触部８ｄの接続導体部１１ｂへの押圧力に変換されることになる。
以上のように構成された、この発明の実施の形態１における回路遮断器の可動接触装置は、斜めコイルリングばね１７を配設することによって、可動接触子８の接触部８ｄが接続導体部１１ｂに対し、押圧力の変化が少なく安定した押圧力を有し、面接触を保つことができるので接触抵抗が安定するとともに、可動接触装置の小形化を図ることができる。

また、斜めコイルリングばね１７をリングのＺ方向に押圧した場合、斜めコイルリングばね１７を形成する個々の斜めコイルが倒れる様に動作する事は上記の通りであるが、この時、斜めコイルリングばね１７と可動接触子８との接触面に摺動が生じるため、同時に摩擦も生じる。このコイルリングばね１７と可動接触子８との接触面の摩擦は、斜めコイルリングばね１７の押圧力を不安定にさせる要因となる。
この対応として、斜めコイルリングばね１７に摺動性の良いニッケルメッキを施すか、斜めコイルリングばね１７と可動接触子８とが摺動するばね収納部８ｂにフッ素系化合物、モリブデン化合物、またはカーボン微粒子の少なくともいずれか１つ、又はそれらを組み合わせた潤滑剤を塗布する事により摩擦が低減され、ばね荷重を安定させる効果を得る事ができる。

以上のように構成された実施の形態１の回路遮断器の可動接触装置によれば、可動子受け１１の接続導体部１１ｂに可動接触子８が斜めコイルリングばね１７に押圧されて面接触を保つことができ摺動できるように構成されているので、接触抵抗が安定する。
また、可動接触子８が繰り返し回動動作を行った場合でも、斜めコイルリングばね１７の内径部１７ａが位置決め手段である位置決め凸部８ｃで維持されるので、内径部１７ａの小径化が生じることなく、安定した押圧力を保つことができ接触抵抗が安定する。

実施の形態２．
実施の形態１では、通電容量が大きい回路遮断器を想定し、可動接触子８を並設させたが、定格電流が小さい場合などに適用される１個の可動接触子８とした場合を実施の形態２として説明する、なお、図７は、この実施の形態１における図３相当図であり、その他については実施の形態１と同様であり割愛する。

図６において、可動子受け１１のいずれか一方の接続導体部１１ｂに相対向する可動接触子８の接触部８ｄの反対面には、ばね収納部８ｂと位置決め手段である位置決め凸部８ｃが配設されており、斜めコイルリングばね１７が他方の接続導体部１１ｂとの間に挟装され、可動子受け１１の他方の接続導体部１１ｂに可動接触子８が斜めコイルリングばね１７によって押圧されて摺動するように構成されている。

その他の構成及び動作については実施の形態１と同様であり、可動子受け１１の他方の接続導体部１１ｂに可動接触子８が斜めコイルリングばね１７に押圧されて面接触を保持して摺動できるように構成されているので、接触抵抗が安定する。
また、可動接触子８が繰り返し回動動作を行った場合でも斜めコイルリングばね１７の内径部１７ａが位置決め手段である位置決め凸部８ｃで維持されるので、内径部１７ａの小径化が生じることなく、安定した押圧力を保つことができ接触抵抗が安定する。

なお、実施の形態１および実施の形態２ともに、可動子受け１１は一体形成品として説明したが、これに限定される訳ではなく、例えば、特許文献１が示すような、分割された一対の可動子受けを、適用した場合でも、同様の効果が得られることは言うまでもない。

この発明の実施の形態１における回路遮断器の可動接触装置が閉状態を示す縦側断面図である。 図１における線Ａ−Ａに沿う部分断面上面図である。 図２における線Ｂ−Ｂに沿う断面下面図である。 この発明の実施の形態１における斜めコイルリングばねの外観斜視図である。 この発明の実施の形態１における斜めコイルリングばねの詳細形状説明図である。 この発明の実施の形態１における斜めコイルリングばねの変位と荷重の相関を表す図である。 この発明の実施の形態２における回路遮断器の可動接触装置における実施の形態１の図３相当部の図である。

符号の説明

１ カバー（筐体）、２ ベース（筐体）、３ ハンドル、８ 可動接触子、
８ａ 回動孔、８ｂ ばね収納部、８ｃ 位置決め凸部（位置決め手段）、
８ｄ 接触部、９ 軸、１０ クロスバー、１１ 可動子受け、１１ｂ 接続導体部、 １１ｄ 貫通孔、１７ 斜めコイルリングばね、１７ａ 内径部、
１０１ 回路遮断器、１０２ 開閉機構部、１０３ 可動接触装置。

Claims (5)

1. 開閉機構部に連結され、この開閉機構部と連動して回動するように支承されたクロスバーと、回動孔を有しこの回動孔に軸を貫通させ前記クロスバーに前記軸の両端を支承させて前記クロスバーに回動自在に並設させた可動接触子と、前記軸が貫通される貫通孔を有し相対向する一対の接続導体部を有すると共に前記開閉機構部が収納される筐体に固定される可動子受けと、前記可動子受けの接続導体部に相対向する前記可動接触子の接触部の反対面に配設されたばね収納部に収納されると共に前記可動接触子に挟装された斜めコイルリングばねとを備え、前記可動子受けの前記接続導体部に前記可動接触子が前記斜めコイルリングばねに押圧されて摺動するように構成されたことを特徴とする回路遮断器の可動接触装置。
2. 開閉機構部に連結され、この開閉機構部と連動して回動するように支承されたクロスバーと、回動孔を有しこの回動孔に軸を貫通させ前記クロスバーに前記軸の両端を支承させて前記クロスバーに回動自在に形成させた可動接触子と、前記軸が貫通される貫通孔を有し相対向する一対の接続導体部を有すると共に前記開閉機構部が収納される筐体に固定される可動子受けと、前記可動子受けのいずれか一方の接続導体部に相対向する前記可動接触子の接触部の反対面に配設されたばね収納部に収納されると共に他方の接続導体部との間に挟装された斜めコイルリングばねとを備え、前記可動子受けの前記他方の接続導体部に前記可動接触子が前記斜めコイルリングばねによって押圧されて摺動するように構成されたことを特徴とする回路遮断器の可動接触装置。
3. 可動接触子に斜めコイルリングばねの内径部を位置決めする位置決め手段を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回路遮断器の可動接触装置。
4. 斜めコイルリングばねをステンレス鋼線で形成させると共にニッケルメッキを施したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回路遮断器の可動接触装置。
5. ばね収納部に潤滑剤を施したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回路遮断器の可動接触装置。
   
   

Images