JP2020009767A - 回路遮断器の開閉機構 - Google Patents

Abstract

【課題】クロスバーとケースの装着部間の摩擦を低減し、遮断性能を最大限発揮できるようにした回路遮断器の開閉機構を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態による回路遮断器の開閉機構は、ケースと、前記ケースに固定された側板に回動可能に結合されるハンドルと、前記ハンドルの下部に結合されるユーピン（U pin）と、前記ユーピンに結合されて移動するレバーと、前記ケースから突設される装着部に垂直移動可能に設けられ、前記レバーの接圧力を受けて移動するクロスバーとを含み、前記レバーの下面には曲面状に形成される接圧部が設けられ、遮断時に前記クロスバーを垂直下方に押すようにすることを特徴とする。【選択図】図７

Description

本発明は、回路遮断器に関し、特に回路遮断器の開閉機構に関する。

一般に、回路遮断器（以下、単に遮断器ともいう）は、送変電線路や電気回路の一部に設けられ、負荷を開閉したり、短絡などの事故が発生した場合に回路を遮断することにより、電気施設及び負荷を保護する電気機器である。

そのうち、小型遮断器（小型配線用遮断器）は、交流１１０／２２０Ｖの低圧回路（１５〜３０Ａ）を構成する小型分電盤内に設けられ、過電流保護、短絡保護のために用いられる。小型遮断器は、家庭、商店、事務所、デパートなどの分電盤内にスイッチとして内蔵され、１箇所で複数の負荷を便利に開閉できる装置である。また、工作機械、工場設備などにおいて、機器の電源を開閉する用途にも用いられる。

小型遮断器は、産業用に用いられる一般の回路遮断器と同様に、固定接点と可動接点とからなる接点部、接点部の開閉を可能にする開閉機構、異常電流を検出する検出機構部、過電流や短絡電流などの異常電流発生時に開閉機構を開離させることにより線路や負荷を保護するトリップ部、遮断時に発生するアークを消弧及び冷却させるように機能する消弧部などから構成される。

図１１に従来技術による小型遮断器を示す。同図は上部のカバーを除去した状態である。外部との絶縁を保持し、各部品の位置を固定して支持するためのケース１と、電源又は負荷に接続される端子部２と、ハンドル３とを含む開閉機構、固定接触子４と可動接触子５とを含む接点部、バイメタル１４とトリップバー１１とを含むトリップ部などを示す。

図１２及び図１３に従来技術による小型遮断器の開閉機構アセンブリを示す。図１２は開放状態であり、図１３は通電状態である。

開閉機構は、側板６の上部に回動可能に結合されるハンドル３、側板６の一側に回動可能に結合されるトリップバー１１、トリップバー１１の軸となるトリップバーピン１２、トリップバー１１に復帰力を与えるトリップバースプリング１３、ハンドル３の下部に結合されてレバー８を作動させるユーピン（U pin）７、ユーピン７に連結されて動作してクロスバー９を作動させ、一端がトリップバー１１に拘束されるレバー８などから構成される。

以下、従来技術による小型遮断器における投入動作について説明する。

ユーザがハンドル３に反時計方向の力Ｆ１を加えると、ハンドル３が回動軸１０を中心に回動する。ハンドル３の下部に結合されたユーピン７は、ハンドル３の力を受けて移動する。ここで、ユーピン７がハンドル３に結合された部分が回動軸１０の左下方に位置するので、ユーピン７は右下向きの力Ｆ２を受ける。よって、ユーピン７の上端部は右下方に移動し、ユーピン７の下端部は側板６の溝に沿って下方に移動する。

一方、ユーピン７がレバー８の中央部に結合されているので、ユーピン７が下方に移動しながらレバー８をユーピン７と共に下方に移動させる。レバー８は、クロスバー９に接触した状態であるので、下方に移動しながらクロスバー９をレバー８と共に移動させる。可動接触子５がクロスバー９により下方に押されて固定接触子４に接触し、図１３の通電状態となる。

ここで、クロスバー９は、レバー８の中心（レバーとユーピンの結合部分）より左側に配置される。よって、レバー８がクロスバー９に作用する力Ｆ３は、左下方に作用する。一方、クロスバー９は、ケース１から突設された装着部１ａに垂直に形成された作動溝１ｂに上下移動可能に設けられる（図１４参照）。よって、クロスバー９の移動方向は垂直下方であるのに対して、クロスバー９がレバー８から受ける力Ｆ３の方向は左下方であるので、クロスバー９が作動溝１ｂ内で上下に滑らかに移動することができず、上端部、下端部がねじれて作動溝１ｂとの摩擦を起こす。すなわち、遮断性能の損失をもたらす。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、クロスバーとケースの装着部間の摩擦を低減し、遮断性能を最大限発揮できるようにした回路遮断器の開閉機構を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態による回路遮断器の開閉機構は、ケースと、前記ケースに固定された側板に回動可能に結合されるハンドルと、前記ハンドルの下部に結合されるユーピン（Ｕピン）と、前記ユーピンに結合されて移動するレバーと、前記ケースから突設される装着部に垂直移動可能に設けられ、前記レバーの接圧力を受けて移動するクロスバーとを含み、前記レバーの下面には曲面状に形成される接圧部が設けられ、遮断時に前記クロスバーを垂直下方に押すようにすることを特徴とする。

ここで、前記装着部には、前記クロスバーが上下に移動できるように、一字溝状に形成される切欠部が設けられることを特徴とする。

また、前記クロスバーの上面には、前記レバーに接する頭部が突設されることを特徴とする。

さらに、前記頭部の内側角部は、曲面状に形成されることを特徴とする。

さらに、前記接圧部は、頂点から傾斜面へ行くほど曲率半径が大きくなる第１曲面部を含むことを特徴とする。

さらに、前記第１曲面部の傾斜面の一部には、変曲点を有する変曲部が形成されることを特徴とする。

さらに、前記接圧部は、前記第１曲面部から所定距離離隔して形成される第２曲面部をさらに含むことを特徴とする。

さらに、前記第２曲面部は、前記第１曲面部より低く形成されることを特徴とする。

本発明の一実施形態による回路遮断器の開閉機構によれば、クロスバーはレバーの接圧部により遮断時に垂直下向きの力を受けて垂直下降運動をする。

このような垂直下降運動は、レバーの接圧部に形成される第１曲面部により引き起こされる。さらに、レバーのプレート又は第２曲面部により補助される。

本発明の一実施形態による回路遮断器の内部斜視図である。 図１の開閉機構の分解斜視図である。 図２のレバーの詳細斜視図である。 図２のレバーの部分正面図である。 図１の開閉機構の開放状態を示す作用図である。 図１の開閉機構の通電状態を示す作用図である。 図５と図６間の作用過程におけるレバーとクロスバーの作用状態を示す図である。 図５と図６間の作用過程におけるレバーとクロスバーの作用状態を示す図である。 図５と図６間の作用過程におけるレバーとクロスバーの作用状態を示す図である。 図７〜図９のレバーとクロスバーの作用状態を動的に示す図である。 従来技術による回路遮断器の内部斜視図である。 図１１の開閉機構の開放状態を示す作用図である。 図１１の開閉機構の通電状態を示す作用図である。 図１１のクロスバーの作動状態を示す正面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明するが、これは本発明を詳細に説明するためのものであり、本発明の技術的思想及び範囲を限定するものではない。

図面を参照して、本発明の各実施形態による回路遮断器の開閉機構について詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態による回路遮断器の内部斜視図であり、図２は図１の開閉機構の分解斜視図である。

本発明の一実施形態による回路遮断器の開閉機構は、ケース２０と、ケース２０に設けられた側板３０に回動可能に結合されるハンドル５５と、ハンドル５５の下部に結合されるユーピン４５と、ユーピン４５に結合されて移動するレバー５０と、ケース２０の装着部２２に垂直移動可能に設けられ、レバー５０の力を受けて移動するクロスバー４０とを含み、レバー５０の下面には曲面状に形成される接圧部５４が設けられ、遮断時にクロスバー４０を垂直下方に押すようにすることを特徴とする。

本発明の一実施形態による遮断器の外形を形成する筐体（enclosure）は、箱状に形成されると共に、上面が開放されるケース２０と、下面が開放されてケース２０の上部に結合されるカバー（図示せず）とから構成されてもよい。

ケース２０には、固定接触子７０と可動接触子７５とを含む接点部、ハンドル５５を含む開閉機構、バイメタル７８を含むトリップ部、負荷又は電源に接続される端子部２１などの構成要素が内蔵設置される。

ケース２０の両側には、電源又は負荷に接続される端子部２１が設けられる。通常、図１の遮断器において、左側の端子部が電源に接続され、右側の端子部が負荷に接続される。

一方の端子部２１には、固定接触子７０が設けられる。すなわち、電源側に固定接触子７０が設けられる。

ケース２０の中間部には、可動接触子７５が設けられる。可動接触子７５は、固定接触子７０に接離する。可動接触子７５は、他方の端子部２１、すなわち負荷側に接続される。可動接触子７５は、バイメタル７８と共に結合されてもよい。

ケース２０の中央部には、側板３０とクロスバー４０が設けられる装着部２２が形成される。装着部２２は、内部に空間を有する壁状に形成されてもよい。装着部２２の一側には、クロスバー４０が上下に移動できるように、溝状に形成される切欠部２３が設けられる。切欠部２３は、側面から見て垂直方向に一字状に形成される（図７参照）。

クロスバー４０は、装着部２２の切欠部２３に上下移動可能に配置される。クロスバー４０の下部には復帰スプリング２５が設けられるので、クロスバー４０に作用する力がないときはクロスバー４０が上方に移動する。

クロスバー４０の上端には、頭部４１が突設される。頭部４１は、レバー５０の接圧部５４に接触して力を受ける部分である。頭部４１の上面は、水平かつ平坦に形成される。頭部４１の内側（負荷側）の面の角部は、曲面状に滑らかに形成される。

側板３０は、装着部２２の内部に固定設置される。側板３０は、並んで配置される一対の側面を含む。側板３０の上部には、回動軸３５が挿入される軸孔３１が形成される。側板３０の中間部には、ユーピン４５の移動を案内するガイド孔３２又はガイド溝３３が形成される。ガイド孔３２又はガイド溝３３は、垂直方向に対して所定の傾斜角を有するように形成される。側板３０の下部には、トリップバー６０の軸６１が装着される軸溝３４が形成される。

ハンドル５５は、側板３０の上部に回動可能に設けられる。ハンドル５５には、ユーザが把持して力を加えることのできる加圧部５６が上方に突設される。ハンドル５５には、回動軸３５が挿入される第１孔５７と、ユーピン４５の上端部が挿入される第２孔５８が形成される。開放状態では、第２孔５８が第１孔５７の左下方に位置する。ハンドル５５の復帰のために、ハンドルスプリング５９が備えられる。

ユーピン４５が備えられる。ユーピン４５は、「Ｕ」字状（「コ」字状）に形成され、上端部４６がハンドル５５の第２孔５８に結合され、下端部４７がレバー５０に結合される。ユーピン４５は、ハンドル５５の作用力をレバー５０に伝達する。

レバー５０は、ユーピン４５の力を受けて下方に移動し、クロスバー４０を加圧してクロスバー４０を下方に移動させる。

図３にレバーの詳細斜視図を示し、図４にレバーの部分正面図を示す。

レバー５０は、プレート５１と、プレート５１の中間部に垂直方向に折曲形成された羽根部５２とから構成される。羽根部５２は、プレート５１の両側面にそれぞれ設けられて一対をなすようにしてもよい。羽根部５２には、ユーピン４５の下端部４７が挿入結合される結合孔５３が形成される。レバー５０は、結合孔５３に締結されたユーピン４５の作用力により下方に移動する。

レバー５０の前端部には、下面に接圧部５４が設けられる。接圧部５４は、クロスバー４０の頭部４１に接触して力を加える部分である。レバー５０の接圧部５４がクロスバー４０の頭部４１を押すことにより、クロスバー４０が下方に移動する。

接圧部５４は、クロスバー４０の頭部４１に当接する面が曲面状に形成される。

接圧部５４は、第１曲面部５４ａを含む。第１曲面部５４ａは丸い山状に形成される。ここで、第１曲面部５４ａの頂点（頂上）から傾斜面に下がるほど緩やかになる。すなわち、曲率半径が大きくなる。

第１曲面部５４ａの傾斜面の一部には、変曲点となる変曲部５４ｂが形成される。よって、第１曲面部５４ａがプレート５１に接する境界部５４ｃは、滑らかな傾斜面となる。

また、第１曲面部５４ａから所定距離離隔して第２曲面部５４ｄが設けられてもよい。ここで、第２曲面部５４ｄは、第１曲面部５４ａより低く形成されてもよい。第２曲面部５４ｄは、第１曲面部５４ａと類似した形態に形成される。

トリップバー６０は、正常状態ではレバー５０を拘束し、事故電流発生時にはそれを解除してトリップ作動を起こすために備えられる。トリップバー６０は、バイメタル７８の湾曲により回動してレバー５０の拘束を解除する。トリップバー６０は、正常状態では復帰スプリング６５の力により前向きの力を受ける。事故電流が発生してバイメタル７８が湾曲すると、トリップバー６０を後方に押すので、トリップバー６０によるレバー５０の拘束が解除されてトリップ動作が起こり、回路が遮断される。

トリップバー６０は、略「Ｙ」字状に形成される。トリップバー６０の上端には、バイメタル７８との間隔を調節する調節部材６２が結合される。バイメタル７８は、この調節部材６２を加圧することによりトリップバー６０を回動させる。

回路内に過電流又は事故電流が流れると、接点部の可動接触子に結合されたバイメタル７８においても電流が増加すると共に熱が発生する。よって、熱変形材料であるバイメタル７８は湾曲する。バイメタル７８が湾曲してトリップバー６０を押すので、トリップバー６０により拘束されていたレバー５０が解除される。よって、クロスバー４０が復帰すると、可動接触子７５が固定接触子７０から分離され、回路が遮断される。

図５及び図６を参照して、本発明の一実施形態による回路遮断器の開閉機構の投入動作について説明する。

まず、図５の開放状態において、ユーザがハンドル５５を反時計方向に回動させると、ハンドル５５が回動軸３５を中心に反時計方向に回動する。ハンドル５５の下部に結合されたユーピン４５は、ハンドル５５と共に動く。ここで、ユーピン４５がハンドル５５に結合された部分（すなわち、ユーピン４５の上端部４６）が回動軸３５の左下方に位置するので、ハンドル５５が反時計方向に回動すると、ユーピン４５は右下向きの力を受ける。よって、ユーピン４５の上端部４６は右下方に移動し、ユーピン４５の下端部４７は側板３０のガイド孔３２又はガイド溝３３に沿って下方に移動する。

一方、ユーピン４５の下端部４７がレバー５０の羽根部５２の結合孔５３に締結されているので、ユーピン４５が下方に移動しながらレバー５０をユーピン４５と共に下方に移動させる。ここで、レバー５０は、クロスバー４０に接触した状態であるので、下方に移動しながらクロスバー４０をレバー５０と共に移動させる。可動接触子７５がクロスバー４０により下方に押されて固定接触子７０に接触し、図６の通電状態となる。

開放動作は次の通りである。

図６の通電状態において、ユーザがハンドル５５を時計方向に回動させると、ハンドル５５に結合されたユーピン４５が左上方に引き上げられる。ユーピン４５に結合されたレバー５０も上昇するので、クロスバー４０に対する加圧力が除去される。クロスバー４０は、復帰スプリング２５の復元力により上方に復帰する。よって、可動接触子７５が固定接触子７０から分離され、回路が開放される。

図７〜図９を参照して、投入動作におけるレバー５０とクロスバー４０の作用をより詳細に説明する。

まず、図７の開放状態について説明すると、レバー５０が左上方に所定角度を有して立っている状態である。接圧部５４の変曲部５４ｂがクロスバー４０の頭部４１に接した状態でもある。ここで、ユーザがハンドルを回動させることにより前記投入作用が起こると、レバー５０が結合孔５３を中心に回動してクロスバー４０を加圧する。ここで、接圧部５４の変曲部５４ｂがクロスバー４０にほぼ水平な状態で力を加えるので、クロスバーは下向きの力Ｆ４を受ける。

レバー５０の回動が進むと、レバー５０における頭部４１との接触部分は頭部４１の上部平面から外側に移動し、頭部４１における第１曲面部５４ａとの接触部分は変曲部５４ｂから境界部５４ｃ側に移動する。よって、図８にＦ５で示す傾斜方向の力を受ける。一方、第１曲面部５４ａと第２曲面部５４ｄ間の傾斜面又は第２曲面部５４ｄにより、頭部４１の内側はＦ５の傾斜方向とは逆方向の力Ｆ６を受ける。よって、クロスバー４０は、第１曲面部５４ａと頭部４１間の力Ｆ５と、プレート５１又は第２曲面部５４ｄと頭部４１間の力Ｆ６の合力であるＦ７を受ける。つまり、クロスバー４０は、下向きの力を受けて下方に滑らかに移動する。

レバー５０の回動がさらに進むと、第１曲面部５４ａが頭部４１から離脱し、プレート５１と第２曲面部５４ｄが頭部４１に接する。ここで、プレート５１と頭部４１間に作用する力Ｆ８と、第２曲面部５４ｄと頭部４１間に作用する力Ｆ９の合力により、下向きの力を受ける。（図９参照）
このような作用をさらに直観的に理解できるように、レバー５０とクロスバー４０の部分を図１０に一括して示す。レバー５０が結合孔５３を中心に回動してクロスバー４０を加圧すると、レバー５０はクロスバー４０に垂直下向きの力を加え、クロスバー４０は垂直かつ一字状に運動する。

よって、クロスバー４０は、投入作用が行われている間中、垂直下向きの力を受けて安定して垂直移動し、切欠部２３内で摩擦を起こさない。

本発明の一実施形態による小型遮断器によれば、クロスバーはレバーの接圧部により遮断時に垂直下向きの力を受けて垂直下降運動をする。

このような垂直下降運動は、レバーの接圧部に形成される第１曲面部により引き起こされる。さらに、レバーのプレート又は第２曲面部により補助される。

これらの実施形態は本発明の一実施形態であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な変更及び変形が可能であろう。また、これらの実施形態は本発明の技術思想を説明するためのものであり、これらの実施形態に本発明の範囲が限定されるものではない。すなわち、本発明は特許請求の範囲により定められるべきであり、均等の範囲にあるあらゆる技術思想は本発明に含まれるものと解釈すべきである。

２０ ケース
２１ 端子部
２２ 装着部
２３ 切欠部
２５ 復帰スプリング
３０ 側板
３１ 軸孔
３２ ガイド孔
３３ ガイド溝
３４ 軸溝
３５ 回動軸
４０ クロスバー
４１ 頭部
４５ ユーピン
４６ 上端部
４７ 下端部
５０ レバー
５１ プレート
５２ 羽根部
５３ 結合孔
５４ 接圧部
５４ａ 第１曲面部
５４ｂ 変曲部
５４ｃ 境界部
５４ｄ 第２曲面部
５５ ハンドル
５６ 加圧部
５７ 第１孔
５８ 第２孔
５９ ハンドルスプリング
６０ トリップバー
６１ 軸
６２ 調節部材
７０ 固定接触子
７５ 可動接触子
７８ バイメタル

Claims (8)

1. ケースと、
   前記ケースに固定された側板に回動可能に結合されるハンドルと、
   前記ハンドルの下部に結合されるユーピン（U pin）と、
   前記ユーピンに結合されて移動するレバーと、
   前記ケースから突設される装着部に垂直移動可能に設けられ、前記レバーの接圧力を受けて移動するクロスバーとを含み、
   前記レバーの下面には曲面状に形成される接圧部が設けられ、遮断時に前記クロスバーを垂直下方に押すようにすることを特徴とする回路遮断器の開閉機構。
2. 前記装着部には、前記クロスバーが上下に移動できるように、一字溝状に形成される切欠部が設けられることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器の開閉機構。
3. 前記クロスバーの上面には、前記レバーに接する頭部が突設されることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器の開閉機構。
4. 前記頭部の内側角部は、曲面状に形成されることを特徴とする請求項３に記載の回路遮断器の開閉機構。
5. 前記接圧部は、頂点から傾斜面へ行くほど曲率半径が大きくなる第１曲面部を含むことを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器の開閉機構。
6. 前記第１曲面部の傾斜面の一部には、変曲点を有する変曲部が形成されることを特徴とする請求項５に記載の回路遮断器の開閉機構。
7. 前記接圧部は、前記第１曲面部から所定距離離隔して形成される第２曲面部をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の回路遮断器の開閉機構。
8. 前記第２曲面部は、前記第１曲面部より低く形成されることを特徴とする請求項７に記載の回路遮断器の開閉機構。