JPH0828162B2 - しや断器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気回路のしゃ断を行うためのしゃ断器に
係り、特に形状記憶合金が示す形状記憶効果を利用して
動作するしゃ断器に関する。

従来の技術 従来より、小電流用のしゃ断器としては、バイメタル
によって可動接点を動かすものがよく知られている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、前記バイメタルを利用したソレノイドにおい
ては、 （イ）バイメタルを使用しているため、比較的に構造が
複雑であり、現状以上の小型化およびコストの低減は困
難である。

（ロ）バイメタルによって発生できる力は小さいので、
大電流のしゃ断には適用できない。

等の欠点があった。

また、従来よりバイメタルの代りに形状記憶合金を利
用したしゃ断器も提案されていたが、これらの従来の形
状記憶合金利用のしゃ断器は、いずれも形状記憶合金の
ねじりおよび（または）曲げ変形からの形状回復を利用
するものなので、接点を大きな力で駆動することができ
ない（この理由については、後で詳述する）という問題
があつた。

また、従来の形状記憶合金利用のしゃ断器においてね
じりおよび曲げ変形からの形状回復を利用するものは、
コイル状に巻かれた形状記憶合金を使用しているが、そ
の場合、形状記憶合金にコイル形状を記憶させるための
コストが高くなってしまうという問題もあった。

さらに、前述のようにコイル状に巻かれた形状記憶合
金を使用する場合には、形状記憶合金の温度分布の偏り
が大きくなり、形状記憶合金の一部が変態点を大きく越
えて過熱されて焼損したり、焼損しないまでも該合金の
動作寿命が短くなったり、あるいは逆に形状記憶合金の
一部が十分な温度にまで加熱されなかったりするという
問題もあった。

発明の目的 本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされ
たもので、形状記憶合金を用いて、構造が極めて簡単
で、小型化が可能であり、製造コストを非常に安くする
ことができ、かつ接点を大きな力で高速に駆動すること
ができ、小電流用から大電流用まで適用範囲が広い、し
ゃ断器を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明によるしゃ断器は、形状記憶合金支持手段と、
この形状記憶合金支持手段に対し直線方向に移動可能な
可動接点支持体と、この可動接点支持体に取り付けられ
た可動接点と、前記直線方向を横切る状態となるよう
に、両端部を前記形状記憶合金支持手段に支持されると
ともに、中間部を前記可動接点支持体に、少なくとも前
記直線方向に関しては該可動接点支持体に対して相対移
動不可能なように連係された線状のTi−Ni合金等の形状
記憶合金と、前記形状記憶合金支持手段に対して位置を
固定された固定接点と、ある境界状態より一方の側に変
形されているときは、前記可動接点支持体を、前記可動
接点を前記固定接点に接触させる向きに付勢し、かつそ
れによって同時に前記形状記憶合金に伸び変形を与えよ
うとする一方、前記境界状態より他方の側に変形されて
いるときは、前記可動接点支持体を、前記可動接点が前
記固定接点から離間した状態に維持されるように偏倚さ
せようとするバネ手段とを有してなり、前記形状記憶合
金のうちの前記可動支持体より前記一端部側の部分と前
記可動支持体より前記他端部側の部分とは、前記可動接
点が前記固定接点に接触している状態および離間してい
る状態のいずれの状態においても、互いに鈍角または一
直線をなすものである。

作用 本発明によるしゃ断器においては、このしゃ断器が挿
入される電流路の一側に形状記憶合金を介して前記可動
接点が接続され、前記電流路の他側に固定接点が接続さ
れたとすると、正常時は、形状記憶合金を流れる電流が
所定範囲内にあるため、該合金はマルテンサイト相から
母相への逆変態開始点にまで加熱されず、形状回復力を
示さないので、バネ手段の付勢力により、可動接点は固
定接点に接触されているとともに、形状記憶合金は記憶
している長さに比し伸び変形を受けている。

しかし、異常状態が発生し、電流路ひいては形状記憶
合金に所定範囲を越えた電流が流れるようになると、形
状記憶合金が前記逆変態開始点以上に加熱されてマルテ
ンサイト相から母相への逆変態を行い、記憶している長
さに戻ろうとする形状回復力が発生するので、該合金は
バネ手段に抗して縮んで行き、可動接点が固定接点から
離間され、電流が遮断される。そして、ある時点で、バ
ネ手段が前記境界状態を越えて変形され、以後、バネ手
段は可動接点を固定接点に向かって付勢しなくなり、そ
の後形状記憶合金が冷却しても可動接点を固定接点から
離間した状態に維持する。

ここで、本発明においては、形状記憶合金の伸び変形
からの形状回復力を利用するので、可動接点を大きな力
で高速に駆動することができる（この理由については、
後で詳述する）。

また、形状記憶合金に与える伸び変形をあまり大きく
すると、形状回復不可能な塑性変形が生じてしまうの
で、前記伸び変形はあまり大きくすることができない。
したがって、もし可動接点支持体、ひいては可動接点の
移動方向を単純に形状記憶合金の伸縮方向と一致させた
り、近い方向とすると、可動接点の移動量が形状記憶合
金の伸び変形量と同じ、ないしはほぼ同じ大きさになっ
てしまうので、可動接点のストロークを大きくとること
ができない。しかるに、本発明においては、形状記憶合
金の方向と可動接点支持体の移動方向とが互いに交叉す
る方向となっており、かつ形状記憶合金のうちの可動支
持体より一端部側の部分と可動支持体より他端部側の部
分とは、可動接点が前記固定接点に接触している状態お
よび離間している状態のいずれの状態においても、互い
に鈍角または一直線をなしているので、形状記憶合金の
伸び変形量に対し可動接点の移動量が拡大されることに
なるため、可動接点のストロークを大きくすることがで
きる。

実施例 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて説明す
る。

第１図および２図は、本発明の一実施例を示す。この
実施例においては、天井部41aを有する段付き円筒状の
電気絶縁体からなる本体41の一方の開口端には、帯状を
なす板バネ42がその両端を固定されている。前記板バネ
42の一方の面（図では、上面）の中央部には、可動接点
43が取り付けられている。また、前記板バネ42の中央部
には、短い丸棒状の可動接点支持体44の一端部が結合さ
れており、この可動接点支持体44は本体41の軸方向かつ
可動接点43と反対側へ延びている。

前記本体41の天井部41aには、固定接点45が固定され
ており、この固定接点45は前記可動接点43に対向されて
いる。ここにおいて、板バネ42は、通常の第１図のよう
に固定接点45に対して凸となるように湾曲して、可動接
点43を固定接点45側に付勢しているが、可動接点支持体
44が一定以上固定接点45と反対側に移動されると、第２
図のように固定接点45に対して凹となる湾曲形状に反転
し、その状態を維持するようになっている。

前記可動接点支持体44の他端部には、合金挿通孔46が
径方向に貫通されている。この挿通孔46には、Ti−Ni合
金からなる線状の形状記憶合金47が挿通されており、該
合金47の両端は本体41の内周壁に固定されている。

前記形状記憶合金47は、その全長が本体41の内径とほ
ぼ同じになるか、または若干短くなるような形状を記憶
しており、これにより該合金47は、前記記憶形状の全長
ないしはそれに近い長さにまで戻ると、第２図のように
本体41のほぼ径方向に、ほぼ真直ぐに掛け渡された状態
となるようになっている。

なお、後に明らかになるように、本発明においては、
形状記憶合金47の伸び変形からの形状回復力を利用して
アクチュエータを動作させるので、形状記憶合金47は前
述のような全長となる形状を記憶していさえすれば、真
直ぐな形状を記憶していてもよいし、湾曲した形状を記
憶していてもよい。

前記形状記憶合金47は可動接点支持体44を介して可動
接点43に電気的に接続されている。前記形状記憶合金47
の両端は、このしゃ断器が挿入される電流路48の一側に
共通に接続され、固定接点45は電流路48の他側に接続さ
れる。

次に、本実施例の作動を説明する。

正常時は、形状記憶合金47を流れる電流が所定範囲内
にあるため、該合金47はマルテンサイト相から母相への
逆変態開始点にまで加熱されず、形状回復力を示さない
ので、バネ42の付勢力により、可動接点支持体44は第１
図に示すように固定接点45側に偏倚されており、可動接
点43は固定接点45に接触されている。

しかし、異常状態が発生し、電流路48ひいては形状記
憶合金47に所定範囲を越えた電流が流れるようになる
と、形状記憶合金47が前記逆変態開始点以上に加熱され
てマルテンサイト相から母相への逆変態を行い、記憶形
状の全長に戻ろうとする形状回復力が発生するので、該
合金47は縮んで行き、これとともに可動接点支持体44が
固定接点45と反対側に移動して行き、可動接点43が固定
接点45から離間され、電流路48は遮断される。そして、
ある時点で、板バネ42が反転し、第２図のように固定接
点45に対して凹の状態となり、形状記憶合金47はほぼ真
直ぐな状態となり、これにより、その後形状記憶合金47
がその後冷却しても、このしゃ断器は第２の状態をその
まま維持する。ただし、外力を加えて板バネ42を第１図
の状態に再反転すれば、このしゃ断器は第１図の状態に
戻り、電流路48を再び閉路できる。

上記説明から明らかなように、このしゃ断器は構造が
極めて単純で、かつ部品点数を極めて少なくすることが
できるので、小型化およびコストの低減が容易である。

ところで、一般に、形状記憶合金の形状回復力は、曲
げ変形やねじり変形からの形状回復の場合より、伸び変
形からの形状回復の場合の方が著しく大きい。そして、
これに伴ない、形状記憶合金が変形状態から記憶形状に
回復する速度も、曲げ変形やねじり変形からの形状回復
の場合より、伸び変形からの形状回復の場合の方が著し
く速くなる。

これは、次の理由による。形状記憶合金の形状回復力
は、一定の範囲内において形状記憶合金の変形量が大き
い場合ほど大きくなる。しかるに、形状記憶合金の横断
面をとってみてみると、曲げ変形やねじり変形の場合、
横断面全体が一様に変形するのではなく、中心に近付く
ほど変形量は小さくなり、中心では変形量は零となると
いう変形量の分布で変形するので、横断面全体としての
変形量が小さく、ひいては全体として形状回復力が小さ
くなってしまう。ところが、引張り変形の場合は、形状
記憶合金が理想的には横断面全体に渡って一様に変形す
るので、全体として形状回復力が大きくなる（言い換え
れば、曲げ変形やねじり変形の場合は、形状記憶合金の
中心付近は形状回復力の発生に寄与しないので、形状回
復力発生の効率が悪いが、伸び変形の場合は、形状記憶
合金の中心付近も形状回復力の発生に寄与するので、形
状回復力発生の効率がよい）。

したがって、同一断面積とした場合、前述のように形
状記憶合金の形状回復力は、曲げ変形やねじり変形から
の形状回復の場合より、伸び変形からの形状回復の場合
の方が著しく大きくなり、形状回復の速度も速くなるの
である。

ここにおいて、本発明においては、形状記憶合金47の
伸び変形からの形状回復力を利用する（曲げ変形からの
形状回復も含まれるが、その形状回復力は伸び変形から
のそれに比し非常に小さい）ので、大きな力を取り出す
ことができ、動作速度も速くすることができる。

このため、同じ入熱条件下において本発明における形
状記憶合金47は、従来のしゃ断器におけるバイメタルや
形状記憶合金に比較して格段に大きい力で高速に可動接
点43を駆動できるので、このしゃ断器は、大電流のしゃ
断用にも適用することが可能になる。また、もちろん小
電流用にも適用できるので、このしゃ断器は小電流用か
ら大電流用まで適用範囲が広い。

また、形状記憶合金47に与える伸び変形をあまり大き
くすると、形状回復不可能な塑性変形が生じてしまうの
で、前記伸び変形はあまり大きくすることができない。
したがって、もし可動接点支持体44、ひいては可動接点
43の移動方向の形状記憶合金47の伸縮方向とを一致させ
たり、近い方向とすると、可動接点43の移動量が形状記
憶合金47の伸び変形量と同じ、ないしはほぼ大きさにな
ってしまうので、可動接点43のストロークを大きくとる
ことができない。しかるに、本発明においては、形状記
憶合金47の方向と可動接点支持体44の移動方向とが互い
に交差する方向となっており、かつ形状記憶合金のうち
の可動支持体より一端部側の部分と可動支持体より他端
部側の部分とは、可動接点43が固定接点45に接触してい
る状態および離間している状態のいずれの状態において
も、互いに鈍角をなしている（可動接点43が固定接点45
に離間している状態ではほぼ一直線をなしている）の
で、形状記憶合金47の伸び変形量に対し可動接点43の移
動量が拡大されることになるため、可動接点43のストロ
ークを大きくすることができる。

また、本発明においては、形状記憶合金47にコイル形
状を記憶させる必要がないので、これによってもコスト
を低減できる。

また、形状記憶合金47をほぼ真直ぐな状態で使用する
ので、コイル状とする場合より形状記憶合金47の温度分
布の偏りが少なくなり、温度分布の偏りによる前記不都
合の発生を防止できる。

なお、前記実施例では、形状記憶合金47の両端−形状
記憶合金47の中央部−可動接点支持体44−可動接点43−
固定接点45の経路、またはその逆の経路で電流が流れる
ようにされているが、形状記憶合金47の一端−形状記憶
合金47の他端−可動接点支持体44−可動接点43−固定接
点45の経路、またはその逆の経路で電流が流れるような
構造としてもよい。

また、前記実施例では、可動接点支持体44に設けられ
た形状記憶合金挿通孔46に線状の形状記憶合金47が挿通
されているのみで、形状記憶合金47は可動接点支持体44
に対して該可動接点支持体44の径方向には拘束されてい
ないが、これを拘束するようにしてもよい。

また、前記実施例では、可動接点支持体44と可動接点
43とが別部材により構成されているが、これらを同一の
部材により構成してもよい。

また、前記実施例では、形状記憶合金としてTi−Ni合
金を使用しているが、本発明においては、他の種の形状
記憶合金を使用することも可能である。

発明の効果 以上のように本発明は、 （ａ）構造が極めて単純で、かつ部品点数を少なくする
ことができるので、極小化およびコストの低減が容易と
なる。

（ｂ）形状記憶合金により接点を大きな力で高速に駆動
することができ、小電流用から大電流用まで適用範囲が
広い。

（ｃ）可動接点のストロークを大きくすることができ
る。

（ｄ）形状記憶合金の加熱時の温度分布の偏りを小さく
することができる。

等の優れた効果を得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明によるしゃ断器の一実施例
を示す断面図である。 41……本体、42……板バネ、43……可動接点、44……可
動接点支持体、45……固定接点、47……形状記憶合金。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−8048（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−169026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−219828（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−17826（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−93574（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−93577（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−79928（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−12451（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−85548（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−95551（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−139938（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−12246（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−48633（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】形状記憶合金支持手段と、この形状記憶合
   金支持手段に対し直線方向に移動可能な可動接点支持体
   と、この可動接点支持体に取り付けられた可動接点と、
   前記直線方向を横切る状態となるように、両端部を前記
   形状記憶合金支持手段に支持されるとともに、中間部を
   前記可動接点支持体に、少なくとも前記直線方向に関し
   ては該可動接点支持体に対して相対移動不可能なように
   連係された線状の形状記憶合金と、前記形状記憶合金支
   持手段に対して位置を固定された固定接点と、ある境界
   状態より一方の側に変形されているときは、前記可動接
   点支持体を、前記可動接点を前記固定接点に接触させる
   向きに付勢し、かつこれによって同時に前記形状記憶合
   金に伸び変形を与えようとする一方、前記境界状態より
   他方の側に変形されているときは、前記可動接点支持体
   を、前記可動接点が前記固定接点から離間した状態に維
   持されるように偏倚させようとするバネ手段とを有して
   なり、前記形状記憶合金のうちの前記可動支持体より前
   記一端部側の部分と前記可動支持体より前記他端部側の
   部分とは、前記可動接点が前記固定接点に接触している
   状態および離間している状態のいずれの状態において
   も、互いに鈍角または一直線をなすことを特徴とするし
   ゃ断器。