JPH04366519A - 熱形過負荷継電器のヒートエレメント構造 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、別置の主回路機器を
制御するための接点と、該接点を開閉駆動する駆動機構
と，短冊状に形成され温度が上昇することにより湾曲し
て前記駆動機構を動作させるバイメタルと、主回路用端
子間に接続されてバイメタルを過熱するヒートエレメン
トとを共通のケース内に収納してなる熱形過負荷継電器
の前記ヒートエレメントの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、この種熱形過負荷継電器の一般構
成につき説明する。図１０は実開平１−９８９７６　号
公報にて開示された熱形過負荷継電器の正面図、図１１
は同継電器の側面断面図、図１２は同継電器の動作原理
図である。合成樹脂からなるケース３１に固定されたバ
イメタル支え４に一端が抵抗溶接等により固定されたバ
イメタル１に絶縁層２を介してコイル状に巻かれた巻線
ヒータ３３に主回路用端子３２Ａ　から主回路の過電流
が流入すると、この過電流はバイメタル１の自由端側の
巻線ヒータ３３との接合点からさらにバイメタル１内を
流れて主回路用端子３２Ｂ　から流出し、このとき、バ
イメタル１は過電流通過によるみずからの温度上昇と巻
線ヒータ３３からの加熱による温度上昇とで湾曲し、バ
イメタル１に連結されケース３１内の側壁３１ｂ　によ
り移動を案内される第１の連結板３４Ａ　を図１２に示
すように右方へ駆動し、釈放レバー３５を反時計方向に
回動させ、釈放レバー３５とともに駆動機構を構成する
反転機構部３６を実線から破線のように曲がりを反転さ
せ、反転機構部３６と連結されケース３１内の側壁３１
ａ　により移動を案内される第２の連結板３４Ｂ　を右
方へ駆動する。これにより、別置の主回路機器，　例え
ば電磁接触器の主回路接点を開閉制御するための，固定
接点３７，可動接点３８からなるａ接点が開離し、固定
接点３９，　可動接点４０からなるｂ接点が閉成される
。ここでリセット棒４１を下げると、リセット棒４１の
斜面４１ａ　が第２の連結板３４Ｂ　に当接し、これを
左方向へ移動させ、元の実線表示状態になり、反転機構
部３６も元に戻る。

【０００３】ところで、バイメタル１を加熱するヒート
エレメントには、図７に示すように、バイメタル１に無
機質の耐熱材を構成材料とした，例えばガラスクロスの
ような可撓性を有する絶縁層２を介して抵抗線をコイル
状に巻きつけた線ヒータ３または図８に示すような帯状
の抵抗板を巻きつけた板ヒータ５のような巻線ヒータが
用いられ、主回路の電流は常時線ヒータ３または板ヒー
タ５と、線ヒータ３，板ヒータ５とバイメタル１との接
合点３ａ，　５ａと、バイメタル１とを通って流れる。

【０００４】ヒートエレメントとしてこのような巻線構
造のものは、一般に定格電流の小さい熱形過負荷継電器
に用いられ、定格電流が大きくなると、抵抗線あるいは
抵抗板の断面積を大きくとる必要があり、断面積を大き
くとると、バイメタルが温度上昇により湾曲するときに
湾曲を妨げる力が大きくなり、この構造では定格電流の
大きいヒートエレメントを作ることができない。

【０００５】図９に従来から知られている大電流用ヒー
トエレメントの構造を示す。この構造のヒートエレメン
トは、抵抗材からなる帯状の薄板を谷の深いＷ字状に折
り曲げて重ね合わせ、Ｗの各谷間に絶縁板７を挟み込ん
でなるもので、Ｗ字の外側の一方の辺をバイメタル１に
当接し、無機質の耐熱材からなる絶縁層１３を介してバ
イメタル１に止め金１２で固定されるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、熱形過負荷
継電器　（以下、継電器と略称する）　の特性として、
電動機の焼損防止のために、過電流の大きさと過電流開
始から接点動作までの時間とのあるべき関係がＪＩＳＣ
８３２５等に示されている。これにより、主回路に過負
荷電流が流れつづけると、所定の時間でバイメタルが湾
曲して継電器の接点が動作し、主回路の開閉を行う電磁
接触器の主接点を閉路状態に保持しているコイルの励磁
が解かれ、主回路電流が遮断されて電動機への給電が断
たれる。しかし、電磁接触器の寿命回数を越えた使用や
、接点溶着等のトラブル等で電磁接触器が主回路を開く
機能を失った場合には、継電器のヒートエレメントに過
電流が流れつづけ、ヒートエレメントは加熱されつづけ
、やがて溶断に至る。

【０００７】さらに、ヒートエレメントの溶断時に主回
路の電圧が溶断部にかかるためアークが発生し、このア
ークによりＷ字の谷間に挿入された絶縁板が劣化すると
ともに、このアークによりＷ字を形成しているヒータ板
が溶けつづけ、このときの熱により、合成樹脂からなる
継電器のケースおよびカバーが焼損し、ヒートエレメン
トまわりが大きく損傷するという問題が生じる。

【０００８】この発明の目的は、熱形過負荷継電器によ
って開閉動作を制御される電磁接触器が、寿命回数を越
えた使用や接点トラブル等により、その主回路の遮断能
力を失い、継電器のヒートエレメントに過電流が流れつ
づける状態となっても、継電器の焼損事故を生じさせな
いヒートエレメントの構造を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明においては、別置の主回路機器を制御する
ための接点と、該接点を開閉駆動する駆動機構と，短冊
状に形成され温度が上昇することにより湾曲して前記駆
動機構を動作させるバイメタルと、主回路用端子間に接
続されてバイメタルを加熱するヒートエレメントとを共
通のケース内に収納してなる熱形過負荷継電器の前記ヒ
ートエレメントの構造を、該ヒートエレメントが、帯状
もしくは短冊状の抵抗加熱板からなるヒータ板と、該ヒ
ータ板と直列に接続される通電用接続導体とからなり，
ヒータ板の長手方向長さの一部もしくは全部がバイメタ
ルの面に沿わされるとともに、ヒートエレメント中温度
が最も高くなる位置を含む適宜の長手方向長さの範囲が
断面積を小さく形成される構造とするものとする。

【００１０】この構造原理に基づくヒートエレメントの
具体構造としては、ヒータ板が抵抗材からなる帯状もし
くは短冊状の薄板を非接着状態に重ね合わせてなるとと
もに形状をほぼＵ字状に形成され、該Ｕ字の対向２辺中
の１辺がバイメタルの面に沿わされるとともに該対向２
辺中の他方の辺の開放側端部に、通電用接続導体として
、該他方の辺の延長部を構成する可撓導体が接続される
構造のもの、この具体構造においてさらに、ヒートエレ
メント中断面積が小さく形成された部位よりＵ字の開放
端側Ｕ字の対向２辺の間にＵ字の対向２辺を外方へ押し
広げるばねが介装される構造としたもの，あるいは上記
構造原理に基づき、ヒータ板が抵抗材からなる短冊状厚
板からなるとともに通電用接続導体が剛性を有する短冊
状導電板を用いて所望の形状に形成され、ヒータ板がバ
イメタルの面に該面と小ギャップを保って沿わされると
ともに、断面積を小さく形成されるヒートエレメント中
の部位がヒータ板内もしくは通電用接続導体内のいずれ
かに位置するように形成されるもの等、種々の態様が可
能である。

【００１１】

【作用】このように、ヒートエレメント中の温度が最も
高くなる位置を含む適宜の長手方向長さの範囲を断面積
を小さく形成することにより、過大電流が流れつづけた
場合にまずこの小断面積の部位でヒートエレメントの溶
断が始まるので、この部位の長手方向長さを遮断に必要
かつ十分なアーク電圧を生じる長さとすることにより、
アークが確実に遮断され、継電器の焼損が防止されるほ
か、電磁接触器により始動，　停止が制御される電動機
の焼損を防止することも可能になる。

【００１２】

【実施例】図１に本発明によるヒートエレメント構造の
第１の実施例を示す。バイメタル１はバイメタル支え４
に抵抗溶接等で溶接され、片持ち梁状に支持されている
。ヒートエレメント中の発熱部を構成するヒータ板８は
、抵抗材からなる帯状の薄板を所要長さに切断して非接
着状態に重ね合わせたＵ字状の可撓板として形成され、
その一方の端部がヒートエレメントの入　（出）　力端
子１０にろう付け等により電気的に結合され、バイメタ
ル１に沿わされた後、止め金１２を用いてバイメタル１
に固定される。通電時の温度が最も高くなる位置を含む
適宜の長手方向長さの範囲が、ヒータ板の幅が小さくな
るようにあらかじめ両側から切り欠かれて断面積が小さ
くなった切欠き部８ＡとしてＵ字中のバイメタル１を外
れた位置に存在する。曲がり部の端部には可撓性を有す
るリード線１４がろう付け等により接合されてヒータ板
８とともにヒートエレメントを形成し、リード線１４の
他方端がヒートエレメントの出　（入）　力端子１１に
結合されて継電器内にバイメタル加熱用電気回路が形成
される。なお、この実施例では、ヒータ板８に断面積の
小さい部位を形成するのに、ヒータ板を両側から切り欠
いて幅を小さくしているが、ヒータ板の幅の中央部に長
手方向に長い長孔を形成したり、複数の丸孔を形成する
ことによっても断面積を小さくすることができる。また
、バイメタル１が電気的に結合されるバイメタル支え４
は、合成樹脂からなる継電器ケースにねじ止めされ、大
地から絶縁されているため、バイメタル１とヒータ板８
との間に絶縁層を介装することは必ずしも必要ではない
。

【００１３】リード線１４は中央部を絶縁被覆され、絶
縁被覆の中央部近くとヒータ板８との間に板ばね２０が
介装され、バイメタル１からリード線１４が遠ざかるよ
うな力をリード線１４に与えている。

【００１４】このように、ヒータ板８を可撓板として形
成することにより、バイメタル１が湾曲するときの，湾
曲を妨げる負荷が小さくなり、また、通電用接続導体と
して可撓性のあるリード線１４を用いることにより、切
欠き部８Ａの溶断時にリード線１４が移動し、切欠き部
８Ａの長手方向長さより長い絶縁距離が得られ、板ばね
２０が介装されない場合と比べ、アークがより確実に遮
断される。

【００１５】図２は、入出力端子１０，　１１と、ヒー
タ板８と、通電用接続導体としてのリード線１４とによ
り構成される電気回路部だけの正面図と側面図とを示し
、図３はヒータ板８の形状を示す。また図４は、板ばね
２０の，バイメタル１側を足場としたリード線１４への
力のかかり方を示すための図１のＡ−Ａ線に沿う断面図
であり、図５は板ばね２０のヒートエレメントへの組込
み前の斜視図を示す。

【００１６】このように構成したヒートエレメントにお
いて、過大電流が流れると、断面積の小さい切欠き部８
Ａが発熱による温度上昇が最も大きく、電流が流れつづ
けるとこの部分でヒータ板８が溶断する。切欠き部８Ａ
が溶断すると、板ばね２０の力によりリード線１４は図
１（ａ）　中右方へ押しのけられ、溶断部は左右方向に
絶縁距離を増し、回路は確実に遮断される。

【００１７】図６に本発明によるヒートエレメント構造
の第２の実施例を示す。端子１０に接合された接続板２
１はバイメタル１に接合され、さらに接続板２１の図中
右側に厚板からなるヒータ板１９が接合される。このヒ
ータ板１９のバイメタル自由端側は切欠き部１８Ａ　を
持つ通電用接続導体１８に接合される。接続導体１８の
他端は端子１１に接合され、全体はバイメタル支え４に
図示の如く固定されている。

【００１８】本構造においても、第１の実施例に示すヒ
ートエレメント構造と同様、電流が流れると切欠き部１
８Ａ　の温度上昇が最大となり、過大電流が流れつづけ
ると、切欠き部１８Ａ　が溶断する。ただし、ここでは
接続導体１８およびヒータ板１９は剛性の高い厚板で構
成されているため、切欠き部の溶融のために開いた寸法
で回路を遮断することができる。

【００１９】なお、本構造のように、接続板２１をバイ
メタル１とヒータ板１９とで挟む構造としてバイメタル
１とヒータ板１９との間に小ギャップをもたせる理由は
、気温が２０℃前後の作業環境で作られた継電器を寒冷
地で使用する場合、バイメタル１が温度上昇時と反対方
向に湾曲しようとし、バイメタル１とヒータ板１９とを
密着させた構造とすると、バイメタル１とヒータ板１９
との接合点に両者を剥離させようとする力が作用するか
らである。

【００２０】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明においては
、別置の主回路機器を制御するための接点と、該接点を
開閉駆動する駆動機構と，短冊状に形成され温度が上昇
することにより湾曲して前記駆動機構を動作させるバイ
メタルと、主回路用端子間に接続されてバイメタルを加
熱するヒートエレメントとを共通のケース内に収納して
なる熱形過負荷継電器の前記ヒートエレメントの構造を
、該ヒートエレメントが、帯状もしくは短冊状の抵抗加
熱板からなるヒータ板と、該ヒータ板と直列に接続され
る通電用接続導体とからなり，ヒータ板の長手方向長さ
の一部もしくは全部がバイメタルの面に沿わされるとと
もに、ヒートエレメント中温度が最も高くなる位置を含
む適宜の長手方向長さの範囲が断面積を小さく形成され
る構造としたので、主回路に過電流が流れつづけたとき
のヒートエレメントの溶断が、必ず断面積を小さくした
部位から始まる。この部位は、ヒートエレメントが接続
される，熱容量の大きい入出力端子から遠い，　ヒート
エレメント全長の中央部近傍にあり、断面積を小さくし
なくても通電中に最も温度が高くなる部位であるから、
断面積はさほど小さくしなくても溶断は確実にこの部位
から始まる。このため、継電器に要求される動作特性付
与のための該小断面部の断面積の設定が比較的自由に可
能になり、ヒートエレメント中への小断面部の形成は、
継電器の動作特性の付与を妨げない。しかも、主回路機
器である電磁接触器の不動作時に継電器が焼損を免れる
ほかに、主回路が遮断されて電動機の焼損が防止される
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるヒートエレメント構造の第１の実
施例を示す図であって、同図（ａ）　は正面図、同図（
ｂ）　は側面図

【図２】図１における電気回路部のみを示す図であって
、同図（ａ）　は正面図、同図（ｂ）は側面図

【図３】
図２の電気回路を構成するヒートエレメント中のヒータ
板の構造を示す斜視図

【図４】図１のＡ−Ａ線部断面図

【図５】図４に示す板ばねの構造を示す斜視図

【図６】
本発明によるヒートエレメント構造の第２の実施例を示
す図であって、同図（ａ）　は正面図、同図（ｂ）　は
側面図

【図７】従来のヒートエレメント構造の一例を示す図で
あった同図（ａ）はヒートエレメントにより加熱される
バイメタルの形状を示す斜視図、同図（ｂ）　はヒート
エレメントによるバイメタルの加熱方法を示す斜視図

【
図８】図７に示すヒートエレメント構造においてヒータ
線材の断面形状が異なる場合の一例を示す斜視図

【図９
】従来のヒートエレメント構造の図７および図８と異な
る構造を示す図であって同図（ａ）　は正面図、同図（
ｂ）　は側面図

【図１０】本発明が対象とする熱形過負荷継電器の一般
構成を示す正面図

【図１１】図１０に示す熱形過負荷継電器の側面断面図

【図１２】図１０，　図１１に示す熱形過負荷継電器の
動作原理を示す図

【符号の説明】

１　　　　バイメタル ８　　　　ヒータ板 ８Ａ　　切欠き部 １０　　　　端子（主回路用端子） １１　　　　端子（主回路用端子） １４　　　　リード線（通電用接続導体）１８　　　　
接続導体（通電用接続導体）１８Ａ　　切欠き部 １９　　　　ヒータ板 ２０　　　　板ばね ３７　　　　固定接点 ３８　　　　可動接点 ３９　　　　固定接点 ４０　　　　可動接点

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】別置の主回路機器を制御するための接点と
   、該接点を開閉駆動する駆動機構と，短冊状に形成され
   温度が上昇することにより湾曲して前記駆動機構を動作
   させるバイメタルと、主回路用端子間に接続されてバイ
   メタルを加熱するヒートエレメントとを共通のケース内
   に収納してなる熱形過負荷継電器の前記ヒートエレメン
   トの構造であって、該ヒートエレメントが、帯状もしく
   は短冊状の抵抗加熱板からなるヒータ板と、該ヒータ板
   と直列に接続される通電用接続導体とからなり，ヒータ
   板の長手方向長さの一部もしくは全部がバイメタルの面
   に沿わされるとともに、ヒートエレメント中温度が最も
   高くなる位置を含む適宜の長手方向長さの範囲が断面積
   を小さく形成されることを特徴とする熱形過負荷継電器
   のヒートエレメント構造。
2. 【請求項２】請求項第１項に記載のヒートエレメント構
   造において、ヒータ板が抵抗材からなる帯状もしくは短
   冊状の薄板を非接着状態に重ね合わせてなるとともに形
   状をほぼＵ字状に形成され、該Ｕ字の対向２辺中の１辺
   がバイメタルの面に沿わされるとともに該対向２辺中の
   他方の辺の開放側端部に、通電用接続導体として、該他
   方の辺の延長部を構成する可撓導体が接続されることを
   特徴とする熱形過負荷継電器のヒートエレメント構造。
3. 【請求項３】請求項第２項に記載のヒートエレメント構
   造において、ヒートエレメント中断面積が小さく形成さ
   れた部位よりＵ字の開放端側Ｕ字の対向２辺の間にＵ字
   の対向２辺を外方へ押し広げるばねが介装されることを
   特徴とする熱形過負荷継電器のヒートエレメント構造。
4. 【請求項４】請求項第１項に記載のヒートエレメント構
   造において、ヒータ板が抵抗材からなる短冊状厚板から
   なるとともに通電用接続導体が剛性を有する短冊状導電
   板を用いて所望の形状に形成され、ヒータ板がバイメタ
   ルの面に該面と小ギャップを保って沿わされるとともに
   、断面積を小さく形成されるヒートエレメント中の部位
   がヒータ板内もしくは通電用接続導体内のいずれかに位
   置するように形成されることを特徴とする熱形過負荷継
   電器のヒートエレメント構造。