JP4637722B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

この発明は回路遮断器に関し、特に家庭用の分電盤に使用される小形回路遮断器の遮断性能の改良に関するものである。

回路遮断器には、この回路遮断器に具備された操作ハンドルを操作することで電路の開閉、いわゆるスイッチ機能だけではなく、過負荷電流あるいは短絡電流等の過電流が流れたときに回路を遮断する過電流遮断機能があり、この過電流による電線や負荷機器の焼損を未然に防止するという大きな役目を担っている。この過電流遮断機能は、電源容量の増大などに伴い、いかに大きな遮断能力を有するかに、各社とも凌ぎを削っているが、特に、家庭用などに使われる回路遮断器においては、その外形の小ささ故に、遮断能力の向上は過電流をいかに小さく絞るか、すなわち、いかに限流作用を高めるかが重要な課題となっている。

この限流作用を高める一手段として、消弧装置を構成する消弧板の長さに差をもたせ、両接点間に発生したアークが、消弧板に対しほぼ直角に導入されるようにして、アークを速やかに分断し、遮断能力を高めものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ここで、特許文献１について図８を参照しながら説明する。図８は過電流遮断時におけるアークの挙動を示した回路遮断器の主要部断面図を示したもので、図において、過電流を検出することによりプランジャ６が付勢して開閉機構５を動作させ、可動接点２、固定接点４間を開極する。これに伴い可動接点２、固定接点４間でアークＡ１が発生する。

このアークＡ１は固定接触子３より連続して伸びる固定接点側アークランナ１０と可動接触子１先端のアークホーン８の間を走行し、アークＡ２の状態となる。続いて、アークホーン８先端に到着したアークスポットは可動接触子側アークランナ９に転流するが、この転流のために時間を要し、可動接触子側アークスポットが消弧板１１に到達していない状態で固定側アークスポットが先行してアークランナ１０の端部まで移行し、この状態（アークがＡ３´）で可動接触子側アークスポットの移行が停滞してしまうことがあった。そのため全消弧板１１にてアークを分断できず、遮断時間が長くなったり遮断不能の原因となることもあった。

特許文献１では、この転流動作を迅速化するため、可動接触子側アークランナ９の構造を変更したり、消弧装置２０を構成する消弧板１１のアークランナ９側の消弧板１１aの長さをその他の消弧板１１bより短くし、両接点間に発生したアークが、消弧板に対しほぼ直角に導入される（アークＡ３）ように構成することにより、アークの速やかな分断（アークＡ４、Ａ５）が行われ、高い遮断性能が得られるように改良している。

特開２００４−２７３２３５号公報（第６頁第２６行〜第４９行）

ところが、従来の回路遮断器、特に家庭用の回路遮断器では、前述したように改良を加えているが、外形の小ささ故に、部品配置に制約を受けることは否めない。この制約を顕著に受けているものの一つとして、固定接触子、固定接点の配置構造がある。すなわち、前記特許文献１の説明（図８の構成）からも明らかなように、固定接触子４の屈曲点Ｘ近傍に固定接点３を配置せざるを得ない状態となっている。一般に、回路遮断器は、過電流により発生する磁束を電磁反発力に変え、可動接触子を速やかに固定接触子から開離させようとする。

図８のように、屈曲点Ｘの近傍に固定接点４があると、固定接触子３に流れる電流の向きが短い期間に２度も急峻に変位しようとし、固定接触子３に可動接触子１を流れる電流の向き（図中、紙面上方向）と反対方向（図中、紙面下方向）の電流が十分に流れ難い形状となるため、これらの電流による大きな電磁反発力が得られない欠点があった。従って、このため、可動接触子１の開離に遅れが生じ、アーク駆動のスタートが遅れることとなって、これが限流作用向上の阻害要因となっていた。

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、固定接点の配設位置を変更することなく、また、特別な部品を追加することなく、限流作用を向上させた回路遮断器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においては、ベースとカバーとからなる絶縁筐体と、この絶縁筐体の内部に装着され、一端に固定接点を有する固定接触子と、上記固定接点と接離する可動接点を有する可動接触子と、上記固定接触子の両側に配設されたアークガードと、上記可動接触子が上記固定接触子から開離する時に発生するアークを消弧する消弧装置と、上記アークを上記消弧装置まで誘導するアークランナとを備えた回路遮断器において、上記アークガード、アークランナ、消弧装置、および可動接触子の軌跡によって囲まれるアーク発生室を上記ベース、カバー、およびアークランナによって囲まれるアークガス導入室に連通させる連通手段を設け、前記アーク発生室で発生したアークガスを前記アークガス導入室に導入するようにしたものである。

この発明は以上説明したように、アーク発生室と連通するアークガス導入室を設けるだけで、限流作用を高めることができるので、使い勝手のよい回路遮断器を、しかもコストアップさせることなく提供することができる。

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が開状態での正面図であり、一部を切り欠いて内部を示している。図２は図１における線Ａ−Ａに沿う断面図であり、便宜上、図１で切り欠いた部分も表示している。また、図３は図１において、遮断動作時のアークの挙動およびアークガスの流れを模式的に追記した正面図、図４はこの発明の実施の形態１で使用するアークガード部分の拡大斜視図である。

図１において、回路遮断器１００はベース１０１、およびカバー１０２からなる絶縁筐体で構成されており、それぞれ合成樹脂で形成されている。ベース１０１に図示しない開閉機構部が収納されており、この開閉機構部に連動するハンドル１０３が絶縁筐体より突出しており、外部から手によって操作可能であることは周知の通りである。また、１０５は電源側端子１０４に接続された電源側導体、１０６は図示しない負荷側端子に接続された負荷側導体である。なお、このハンドル１０３の位置から、回路遮断器１００は開状態を示している。

一般にこの種の回路遮断器は、可動接触子１上に固着された可動接点２と、固定接触子３上に固着された固定接点４とが互いに接離するように対向配置され、上記固定接触子３からは固定接触子側アークランナ１０が連続して伸び、上記可動接触子１先端にはアークホーン８が取り付けられている。また、上記固定接触子側アークランナ１０及びアークホーン８の延長端には複数個の消弧板１１が所定間隙を有して配列された消弧装置２０が設置されている。

次に、本実施の形態による回路遮断器の動作について図３を参照しながら説明する。図の状態からハンドル１０３を時計方向に回動させると、可動接触子１が固定接点４および可動接点２を介して、固定接触子３と接触し、回路遮断器１００が閉状態、すなわち、電源側導体１０５と負荷側導体１０６とが接続され、図示しない電源および負荷間の電路が形成される。なお、このときの電流経路は、電源側導体１０５、電源側端子１０４、固定接触子３、固定接点４、可動接点２、可動接触子１、図示しない過電流検出素子および負荷側端子、負荷側導体１０６の順となる。

この状態で過電流が発生すると、過電流検出素子に応動した開閉機構部により可動接触子１が固定接触子３より開離しようとする。なお、過電流検出素子および開閉機構部については、この発明の要部ではないため、これ以上の詳しい説明は省略する。
可動接触子１の開離により、両接点間にアーク（図３のＡ１参照）が発生するが、このアークが固定接点４の両側面に配接された有機物質等からなるアークガード１２（図２を参照）に触れ、このアークガード１２が熱せられることで発生するガスが上記発生アークのアーク柱を絞り、さらにアーク発生室と消弧装置内部の圧力差により生ずるガスの流れＳ１がアークランナ１０への転流を助けていることは周知の通りである。

この後、アークは固定接触子３に固着されたアークランナ１０に転流して走行し（図３のＡ２参照）、図８で説明した動作原理により消弧装置２０に誘導され、消弧板１１により分断されることで遮断完了となる。なお、本明細書では、上記アークガード１２、アークランナ１０、消弧板１１、および可動接触子２の軌跡によって囲まれる空間をアーク発生室２５と称する。前述したアークの転流は、上記アーク発生室と消弧装置内部の圧力差により生ずるガスの流れＳ１によって促進されるわけであるが、上述した固定接触子、固定接点の配置構造の制約のため十分なアーク駆動が得られないことが明らかになってきた。この実施の形態では、これに加え、アークガード１２に切欠き１３を設けることで、前述したガスを図３の紙面上、電源側端子１０４の下部に形成されるアークガス導入室３０に導くように構成している（図３のＳ２参照）。図４に上記アークガード１２に設けられる切欠き１３の形状の一例を示している。

なお、上記アークガス導入室３０とは、ベース１０１、カバー１０２、およびアークランナ１０によって囲まれる空間を指している。上記アークガス導入室３０の空間は、上記アーク発生室２５との圧力差を大きくして上記ガス流の流れを促進するためにアーク発生室２５の空間より大きく設定されることが望ましい。ベース１０１、カバー１０２、およびアークランナ１０によって囲まれる上記空間は、通常の構造のままで上記アーク発生室２５より大きい空間を形成しているため、特別に設計したり、各部品の配置を代えてまでも捻出するスペースではないため、性能やコストに左右されることがない。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、アークガス導入室３０を設け、このアークガス導入室３０とアーク発生室２５を連通させるだけで、ガスの流れＳ２によりアークの転流を促し、固定接点４の配設位置に制約があり、電磁反発力があまり期待できない回路遮断器であっても限流性能を向上させることができる。また、この限流性能の向上に加え、アークの発弧の初期段階から、速やかにアークが駆動されるため、可動接点２及び固定接点４の消耗が少なくて済む、という波及効果も期待できる。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２における回路遮断器の一部断面正面図であり、図１に相等するものである。図中、図１と同一または相等部分には同一符号を付している。図５において、ベース１０１の一部に排出孔１４を設け、更に好ましくはその内部に冷却板１５を設ける点以外は図１と全く同一のものである。アークガス導入室３０に導かれたガスは、ベース１０１に設けた排出孔１４（図６も参照）により外部に排出されることが好ましい。上記排出孔１４の大きさは、排出孔１４から外部に排出される排出ガスが、その近傍に存在する金属物に触れて地絡が生じない範囲で任意のものが実施できる。さらにこの排出孔１４の内部に設けられる冷却板１５はガスを冷却するためのもので、例えば複数個の孔明き鉄板がこのために用いられる。

実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３における回路遮断器を示すもので、（a）は図１における線Ａ−Ａに沿う断面図であり、図２に相当するものであり、（b）はそのアークランナ近傍の一部拡大斜視図であり、図４に相等するものである。図中、図４と同一または相等部分には同一符号を付している。上記実施の形態１では、アークガス導入室３０とアーク発生室２５両室の連通にあたっては、アークガード１２の一部を切欠いた切欠き部１３を設けたが、この実施の形態３ではアークランナ１０の一部に切欠き部１６を設けたものである。このように、アークランナ１０の一部を切欠いてもアークランナ１０の溶断特性さえ満足するものであれば問題ない。

この発明の実施の形態１における回路遮断器の開状態の正面図である。 図１における線Ａ−Ａに沿う断面図である。 図１において遮断動作時のアークの挙動およびアークガスの流れを模式的に追記した正面図である。 この発明の実施の形態１で使用するアークガード部分の拡大斜視図である。 この発明の実施の形態２における回路遮断器の開状態の正面図である。 この発明の実施の形態２におけるベース単体の斜視図である。 この発明の実施の形態３における回路遮断器を示すもので、（a）は図１における線Ａ−Ａに沿う断面図に相当するものであり、（b）はそのアークランナ近傍の一部拡大斜視図である。 従来の回路遮断器を説明するための図である。

符号の説明

１ 可動接触子、 ２ 可動接点、 ３ 固定接触子、
４ 固定接点、 ８ アークホーン、 １０ アークランナ、
１１ 消弧板、 １２ アークガード、 １３ 切欠き部、
１４ 排出孔、 １５ 冷却板、 １６ 切欠き部、
２０ 消弧装置、 ３０ アークガス導入室、
１００ 回路遮断器、 １０１ ベース、 １０２ カバー、
１０３ ハンドル、 １０５ 電源側端子、 １０６ 負荷側端子。

Claims (5)

1. ベースとカバーとからなる絶縁筐体と、この絶縁筐体の内部に装着され、一端に固定接点を有する固定接触子と、上記固定接点と接離する可動接点を有する可動接触子と、上記固定接触子の両側に配設されたアークガードと、上記可動接触子が上記固定接触子から開離する時に発生するアークを消弧する消弧装置と、上記アークを上記消弧装置まで誘導するアークランナとを備えた回路遮断器において、上記アークガード、アークランナ、消弧装置、および可動接触子の軌跡によって囲まれるアーク発生室に隣接して設けられ上記ベース、カバー、およびアークランナによって囲まれるアークガス導入室と、上記アークガードあるいはアークランナに設けられ前記アーク発生室で発生したアークガスを前記アークガス導入室に導入する連通手段を備え、上記アークガス導入室は上記アーク発生室より大きな空間を有するようにしたことを特徴とする回路遮断器。
2. 上記アーク発生室とアークガス導入室とを互いに連通させる連通手段は、上記アークガードの一部に設けられた切欠き部であることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 上記アーク発生室とアークガス導入室とを互いに連通させる連通手段は、上記アークランナの一部に設けられた切欠き部であることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
4. 上記アークガス導入室には、アークガスを絶縁筐体の外部に排出する排出孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
5. 上記排出孔には多孔冷却板を付設したことを特徴とする請求項４に記載の回路遮断器。

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