JPH0311506A - 摺動接触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業上の利用分野〕 端部（こ通電接触子（７）がボルトａυで取付けられて
いて、以上、（７）〜響で可動接触子（５ンを構成して
いる。

固定接触子（２）、通電接触子（７）および通電用部材
σＱはほぼ同心円筒状になっているが、図を見易くする
ため、主として断面部分を示し、他は図示を省略してい
る。（後述する第１図、第５図、第６図も同様の図示の
省略を行なっている。）更に、第７図ＣＢ）　、　（Ｃ
）では〆ツチングも省略している。通電接触子（７）の
外径ｄ１は固定接触子（２」の内径ｄ２よりも大きくな
るよう形成されており、そのため、可動接触子（５）が
矢印の向きに駆動されて通電接触子（７）のスライド面
（９）が固定接触子（２）の接触部（４）に接触する位
置に来たときに、固定接触子（２）が図において上方に
少したわみ、その弾性による圧力で安定した電気的接触
が得られるようになっている。

次に動作について説明する。第７図囚〜（Ｃ）の順に、
投入時の動作を４くず。投入ガイド面（８）は可動接触
子（５）の駆動方向に対して傾斜しているが、その傾斜
角度をθとする。θの値としては、小さくするとガイド
面（８）での摺動距離が長くなること、および通電接触
子（７）の金属切削加工の便宜上、区切りの良い値にす
るということから、一般に３０゜あるいは４５°などが
採用されている。接触部（４月よ後述のように投入ガイ
ド面（８）とスライド面（９）上を摺動するのでその時
の摩耗を少なくするために、投入ガイド面（８）とスラ
イド面（９）の境界部□□□は、実際にはわずかながら
丸みを付けて滑らかに仕上げられているが、簡単のため
にこの丸みが無いものとして説明する。

第７図（８）のようにｍ電接触子（７）が固定接触子（
２）と離れている状態から、矢印の向きに可動接触子（
５）を移動させると、同図（Ｂ）の−点鎖線で示すよう
に投入ガイド面（８）が接触部（４目こ当接して接触を
開始する。投入ガイド面（８）上の最初に接触する点を
接触開始点０１とする。更に矢印の方向に移動させると
実線で示すように投入ガイド面（８）のくさび作用で固
定接触子（２）を押し広げながら、即ち、図において上
方へのたわみによる変位Ｓを増大させながら通電接触子
（７）は接触部（４）に対して摺動し、右方へ進む。矢
印の向きに更に移動させると接触部（４）と通電接触子
（７）の接触点（１４１は投入ガイド面（８）から境界
部Ｑ４を通過して同図（Ｑのようにスライド面（９）上
に移る。接触点ａｉがスライド面（９〕に達すると通電
接触子（７）は固定接触子（２）のたわみを一定に、即
ち、変位Ｓをその最大値５Ｍ＝（ｄ＋　ｄ２）／２＋こ
保らながら、図において右方に摺動して停止する。なお
、同図（Ｑの一点鎖線は同図（８）における固定接触子
（２）の位置を示す。以上で投入動作が完了するが、開
放動作の場合は、第７図（０の状態から矢印と逆の向き
に可動接触子（５）を移動させ、同図の）の状態を経て
同図（Ｎのように通電接触子（７）と固定接触子（２）
間の開極を行う。

次に、投入時に図示しない駆動操作装置で可動接触子（
５）を駆動するのに必要な投入駆動力について説明する
。第８図は第７図（Ｂ）の接触点（＋４Ｊに作用する力
を示すベクトル図で、見易くするため力の作用点の図示
を少し右上にずらしている。Ｗは第７図（Ｂ）において
固定接触子（２）が撓むことにより生ずる接触部（４）
の変位Ｓに対応して発生する変位反力であり、投入ガイ
ド面（８）を図において下方に押圧し、ＷとＳの間には
次の比例関係がある。

Ｗ＝ＫＳ　　　　　　　　　・・・・・・（１）ただし
、Ｋは固定接層子（２）の形状や材質等にょって決まる
定数である。Ｄは可動接触子（５）の投入駆動力と等量
、逆向きである固定接触子（２）から受ける投入反力、
つまり、投入抵抗力であり、固定接触子（２）は変位反
力Ｗと投入反力りの合力Ｔを、接触点０勺を通じて通電
接触子（７）に及ぼしている。合エ カンは、投入ガイド面（８）に垂直方向の力と平行方向
の力に分解するとそれぞれ分力ＮとＦｌこなる。

通電接触子（７）が、因に２：５いて右方に移動すると
き、投入ガイド面（８）ζこ垂直な分力Ｎとこの分力Ｎ
に対応した摩擦力Ｆとを固定接触子（２）の接触部（４
）から受けながら進むことになる。１）１１単のために
速度変化を伴なわない準静的な運動として考えると、上
記力の間には次の関係が成り立つ。

Ｆ＝μＮ　　　　　　　　・・・・・（１１）Ｗ＝Ｎｃ
ｏｓ　　θ−−Ｆｓｉｎ　　θ　　　　　　＝＝−（ｉ
ｉｌ）Ｄ　＝　Ｎ　ｓ　ｉｎθ＋Ｆ　ｃｏｓθ　　・・
＝−（ｉｖ）ただし、μは投入ガイド面（８）と接ブｕ
部（４）との間の摩擦係数である。（１）〜θ■）式か
ら次式が求まる。

いま、一般の断路器等の摺動接触子を考えて、−例とし
てμｍ０．５及びθ＝３０°を（Ｖ）式に代入してＤを
計算すると Ｄ−１，５ＫＳ　　　　　　・・・・・・（ｖｉ）とな
り、１．５Ｋ　を比例定数として、接触部（４）の変位
Ｓに比例する力りが、通電接触子（７）を画かすのに必
要であることが分かる。

次に、第７図（Ｃ）のように接触点ａ４が境界部σ］を
通過した後、スライド面（９ンで接触部（４）に対して
摺動しながら通電接触子（７）が移動している時は、通
常の摩擦力に打ち勝つだけの駆動力があればよく、この
力りは次式で表わされる。

Ｄ−μ・ＫＳ ＝　ｏ、５ＫＳ　　　　　　　−・・・・・（ｖｉＤこ
の時、変位ＳはｓＭで一定である。（ｖＤ　、　Ｖｌｉ
）式を比較すると、同一の変位Ｓの場合は投入ガイド面
（８）で摺動している時の方が、スライド面（９）で摺
動する時の３倍の大きな駆動力を必要とすることが分か
る。前者の時の方が後者の時よりも大きな駆動力を必要
とすること、つまり、Ｃ〉μの関係は。

μおよびθを通常用いられる範囲で変化させても成り立
つ。

第９図は第７図の摺動接触子に必要な駆動力を示すグラ
フであり、以上で説明した必要な投入駆動力を、可動接
触子（５）の位置（こ対応して表わすと同図の上半分の
ようになる。Ａｏ〜Ａ３は可動接触子（５〕の、第７図
における左右方向の位置を示すもので、可動接触子（５
）上に任意に特定した基準点の位置を表わす。Ａｏは投
入開始時、Ａ、は通電接触子（７）が接触部（りに接触
を開始する時、Ａ２は接触点ＣＬ４１が境界部側に達し
た時、Ａ３は投入完了時の位置を表わす。Ｄｏ〜Ｄ２は
上記位置に対応する投入駆動力を示すもので、Ｄｏは通
電接触子（７）が接触部（４）に非接触の時の力であり
、可動接触子保持部（図示せず）等の摩擦力に対抗する
ための力でかなり小さい。

Ｄ、は接触点ａ＜が投入ガイド面（８〕上を移動して境
界部Ｑ４に達する直前の力であり、このときＳははゾＳ
Ｍと等しくなっている。Ｄ２は接触点Ｑ４１が境界部側
を通過した後の力である。（Ｖｌ）式からＤｌを、（■
１）式からＤ２を計算すると次のようになる。

Ｄ２＝　０．５ＫＳＭ　　　　　　　・・・・・（ＶＨ
ｌ）Ｄ、　　＝　　　１．５ＫＳＭ　　二　３υ２　　
　　　　　　　　　　−　−・・　　（ＩＸ）前述のよ
うに１）。は小さいので、以下これを無視して説明する
。ＩＴＩ励接触接触子）の投入行程中、没入ガイド面（
８）が接触部（４）に対して摺動するＡ、からＡ２の間
では動作の進行Ｉこ伴なって必要な投入駆動力は直線的
（こ急激にｔｉＱ加していき、Ａ２で最大値のり。

となる。・この後、接触点−が境界部Ｃ１４を通過する
とスライドｉｉｎ’　（９１が接触部（４］に対して摺
動し、投入駆動力はＤ２に急減して一定になる。

続いて、開極時に必要な開極駆動力について説明 明する。第９区の下半分にＷ　４ｉｉＪ（駆動力を示す
が、投入駆動力とは上下逆向きに示している。ｌ１ｆｆ
１．ｌ極間始点、つまり投入完了点と同じＡ３から開極
を開始する時には、摺動時の摩擦係数μよりも大きな摩
擦係数で発生する摩擦力に対抗するための力を必要とし
、これをＤ３とする。この力は断路器等の投入状態での
通電後には、温度上昇による接触面の熱履歴等のため、
Ｄ２の数割増となることが知られている。固定および可
動接触子＋２）　、　（５）が互いに接触、摺動する面
が両側とも銀めっきされている場合には、Ｄ３はＤ２０
７割増になるとの試験結果もあり、特性のばらつきを考
えてこれを厳し目に１０割増とみなすことが行われてお
り、次式で表わされる。

と同じＤ２に力が減少し、更に接触点（１４＋が境界部
９４を通過して投入ガイド面（８）ｌこ移ると、くさび
を抜くときと同じで、力は急激に低下し、最後にはり。

になる。

なお、通常の断路器等では、投入、開極の両操作に共用
の単一の駆動操作装置（図示せず）を備えているが、例
えはモーターを駆動源とする電動操作装置ではモーター
の回転方向を切換えることにより、また、圧縮空気を用
いた空気シリンダを駆動源とする空気操作装置では空気
弁をＩＩＪＩＩ却してピストンの動作の向きを１２Ｊ換
えることにより、投人と開極の各操作を行っており、こ
のように可逆式（反転式）のシンプルな構成とするのが
通例である。従って、必要とする駆動力は投入、開極の
両操作において大きく異なるが、同一の駆動容量（能力
）を有しでいる。

次に、投入、開極の繰り返しによる接触部（４）と通電
接触子（７）の摺動摩耗に関係が深い両者間の接触圧力
について説明する。一般に接触圧力が大きい程、摩耗の
進度が大きい。接触部（４）がスライド面（９）と摺動
するときの接触圧力は（１）式でＳ二ＳＭとしたときの
Ｗであり、これをｗＭとするとｗＭ二ＫＳＭ、　　　　
　　　・・・・・（×１）となる。また、投入時に接触
部（４）が投入ガイド面（８）と摺動するときの接触圧
力は（４）〜（１■）式中のＮである。（１）〜（Ｉｔ
ｌ）式より となり、μ＝０．５　、θ＝３０°のときには次のよう
になる。

Ｎ二１．６ＫＳ　　　　　　　　　・・山・　（ｘ＋ｉ
）最大値ＳＭとはゾ同じになり、上記Ｎは最大となり、
これをＮＭとすると ＮＭ　＝　１．６ＫｓＭ　　　　　＝・−（ＸｉＶ）と
なる。ＬＸ　ｌ　）　、　（ｘｉｖ）を比較して、この
ときの接触圧力は１．６倍をこなっていることが分かる
。

〔発明が解決しようとする課題ｊ 従来の摺動接触子は以上のように構成されているので、
投入、開極の両操作において必要とする駆動力に大きな
差異があるが両操作に共用の単一の駆動操作装置が用い
られ、その駆動容量は大きな力を必要とする投入操作に
おける駆動力により決まる。この最大必要駆動力に、電
源電圧低下、または、圧縮空気の圧力低下等も考慮して
余力を持たせた駆動容量のものにするので、駆動操作装
置は大形で高価格になり、更に、駆動操作装置の′１梳
気制御系統故障等に起因する可動接触子のオーバースト
ローク防止のための当て止めや誤動作防止用の鎮錠装置
など、いわゆるフェールセーフ用装置も、上記の大きな
駆動容量に安全に対抗するため大形、高価格となる。ま
た、投入時において、接触部が投入ガイド面のスライド
面に近い部分と摺動する時に大きな接触圧力が発生し、
そのため、投入、開極、操作の繰り返しにより著しい摺
動摩耗が生じたり、極端な場合ｌこは接触部や投入ガイ
ド面の面荒れや焼き付き等の不具合を起こすなどの問題
点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、投入時の最大必要駆動力を小さくすると共に
、投入時の接触子間の最大接触圧力を小さくすることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段ｊ この発明に係る摺動接触子は、ＩＴＪ動接触子の駆動方向に対する投入ガイド面の傾斜角度θＡをはゾ〔作用〕

この発明における摺動接触子は、投入ガイド面の傾斜角
度θＡをはゾ としだので、従来よりも傾斜角度か小さくなり、投入時
の最大必要ｍ動力を開極時のそれと同程度まで低減する
と共に、投入時の接触子間の最大接触圧力を小さくする
ことができる。

〔発明の実施例」 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例にょる摺動接触子を示す断面図
で、図１こおいて、θＡは可動接す子（５）の駆動方向
に対する投入ガイド面（８ンの傾針角度で、は望 としたものである。たゾし、αは開極開始時に可動接触
子の駆動に要するカＤ３の、スライド面での摺動時に要
するカＤ２１こ対する比である。

になるよう形成されている。ただし、αは開極ｕＩＪ始
時に可動接触子（５ンの駆動に要する力Ｄ３のスライド
面（９）での摺動時に要する力Ｄ２に対する比である。

接触部（４）、投入ガイド面（８へスライド面（９）は
銀めっきされているので、前述のようにα：Ｄ３／１）
２二２とし、従って、θＡ二１８°！こなっている。他
は第７図の場合と同様であるので説明を省略する。

第２図は第１図の摺動接触子の操作に必要な駆動力を示
すグラフであり、Ｄｌ人は投入時に４５いて、接触点Ｃ
１４１が投入ガイド面（８）上で境界部α４に達する直
前の駆動力であるが、第９図のＤｌよりも小さくなって
いる。他は第９図の場合と同様である。（Ｖ）式におい
て、μ二０．５、θ＝１８°、Ｓ二ｓＭ　　を代入して
ＤＩＡを計算する°とはゾ ＤＩＡ二ＫＳＭ　　　　　　　・・・−・・（ＸＭ＋）
となり、（×）式と比較して開極時の最大必要１１Ｉ区
動力Ｄ３とバランスする程度まで低減されていることが
分かる３、この結果は、（Ｖ）　、　（ＸＶＩ）式から
も理解できることである。（ｘｖｉｉ）式を（１×）式
と比較すると従来に比べて３３％も低減されており、持
ζこ、発″Ｉｕ所等において発脣１機から主変圧ｚ：）
までの発゛屯主回路（共に図示せず）に設置され、十数
キロアンペアから４０キロアンペア程度の大電流用の断
路器等においては最大必要駆動力が１トンを越えるもの
もあり、この実施例によ訃ば数百キログラムも１１φ減
されることになる。なお、θＡを更に小さくするとＤＩ
Ａは小さくなるが、その場合は駆動操作装置の駆動容量
はＤ３で決まることになってそれ以上小さくすることが
できないばかりでなく、θＡを小さくすることにより投
入ガイド面（８）での摺動距離が長くなり、ひいては、
通電接触子（７）の大形化を来たす、１従ってＤＩＡを
り、と同程度まで低減すれば十分である。

はゾ同じ大きさになることを以下に説明する。第３図、
第４図はそれぞれ投入ガイド面（８）の傾斜角度θへ対
係数し、Ｃ／μの関係を示すグラフである。

μを厳し目に考えて０．５から太き目にとり、０．５゜
０．６　、０．７の場合を示す。Ｃ，Ｃ／μともｏＡの
増減に対応して増ムλするが、一方、μとの関係におい
ては、Ｉ）ＩＡを決定するＣの値がμの増減に対応して
増減するのに対し、Ｄ　Ｉ　ＡとＤ３の比を決定するＣ
／μの値はμが変化しても殆んど変化ぜす、例えはθＡ
−１８°であればμか０．５〜０．７のいずれの場合で
もＣ／／ｌは１．９〜２．０程度となる。つまり、製品
間のばらつきや、使用中の経年変化によりμが多少変化
してもＤＩＡとＤ３ははゾ同じ大きさになる。

また、接触部（４八通ｍ接態子（７）が銀めっきされて
いない場合などで（Ｘ）式が成立しないときは、Ｄ３と
１）２の比を予め試験等により求めてワキ、この比とは
ゾ同じ大きさの値を第４図においてＣ／μに与え、その
時のθＡの値をグラフから読み取って、それを傾斜角度
とする投入ガイド面（８）を形成すればよい。

次ζζ、両接勉子（２）　、　（５）局の接触圧力に関
しては、その最大値ＮＡＭは、師）式にμ二０．５．θ
二１８°、Ｓ二ＳＭを代入して ＮＡＭ　：　］、２５ＫＳＭ　　　　−−（ＸＶｉｆｉ
）となり、（ｘｔｖ）式に示される従来の場合のＮＭと
比べて軽減され、（×１）式から求められるスライド面
（９）での接触圧力の２５％増に抑えられている。

なお、上記実施例では、可動接触子（５目ζ通竜接急子
（７）を設けてこれζこ投入ガイド面（８）を形成した
ものを示したが、第５図のように固定接触子（２］に投
入ガイド面（８）を形成し、その傾斜角度θＡをにする
一方、可動接触子（５）に設けた通電接触子（７）に円
筒状のスライド面（９）を形成してもよい。また、これ
とは逆に、第６図のように可撓性を持った内戚するよう
ζこしてもよい。

〔発明の効果Ｊ 以上のように、この発明によれば投入ガイド面の傾斜角
度θＡかはゾ となるよう構成したので、投入時の最大必要駆動力を開
極時のそれと同程度まで低減すると共（こ、投入時の接
触子間の最大接触圧力を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による摺動接触子を示す断
面図、第２図は第１図の摺動接触子に必要な駆動力を示
すグラフ、第３図、第４図はそれぞれ傾斜角度θへ対係
数Ｃ，Ｃ／μの関係を示すグラフ、第５図、第６図はそ
れぞれこの発明の他の実施例による摺動接触子を示す断
面図、第７図は従来の摺動接触子を示す断面図、第８図
は接触点に作用する力を示すベクトル図、第９図は第７
図の摺動接触子に必要な駆動力を示すグラフである。 図において、（２）は固定接触子、（５）は可動接触子
、（８）は投入ガイド面、（９）はスライド面、ＱＡは
傾斜角度である。 なお、各図中間−符甥は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固定接触子と、この固定接触子の方向に駆動されてこれ
   と摺動して投入、開極を行う可動接触子とを備え、これ
   ら接触子の一方が可撓性を有すると共に、この接触子ま
   たは他方の接触子が、上記駆動の方向に対して傾斜した
   投入ガイド面と、上記駆動の方向に平行に形成されて上
   記両接触子が互いに摺動するスライド面とを有するもの
   において、開極開始のために上記可動接触子の駆動に要
   する力の、上記スライド面での摺動のために要する力に
   対する比をαとして、上記投入ガイド面の傾斜角度θ＿
   Ａをほゞ θ＿Ａ＝ｔａｎ＾−＾１｛０．５（α−１）｝／（０．
   ２５α＋１）としたことを特徴とする摺動接触子。