CN102737920B - 消弧用绝缘材料成型体及使用该成型体的电路断路器 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于电路断路器的消弧用绝缘材料成型体，其包含在350℃2～1400℃下发生分解的无机填充材料A1、针状的无机填充材料B1和基体树脂，上述无机填充材料A1及上述无机填充材料B1的含量的合计为5～50重量％。本发明还提供电路断路器使用的消弧用绝缘材料成型体，包含在1500℃以下不分解的无机填充材料A2和基体树脂，所述无机填充材料A2的至少一部分由在1500℃以下发生分解的无机表面处理剂覆盖，所述无机填充材料A2为针状或者纤维状，或者包含不同于所述无机填充材料A2的针状的无机填充材料B2。

Description

消弧用绝缘材料成型体及使用该成型体的电路断路器

技术领域

本发明涉及用于消除在电路断路器等的电流断路时从接点产生的电弧的消弧用绝缘材料成型体及使用它的电路断路器。

背景技术

配线用断路器及漏电断路器是用于在因过载或短路等原因在二次侧的电路(负载，电路)中流过异常的电流时将电路开放、切断自一次侧的电源供给，由此避免损伤负载电路或电线的装置。

在这样的配线用断路器及漏电断路器中，在过剩电流或者额定电流通电时，当使可动接触元件的接点和固定接触元件的接点分离时，在两者之间就会有电弧产生。在图1(a)及图1(b)中示意性地表示出在断路时电弧产生附近的可动接触元件和固定接触元件。图1(b)为沿着图1(a)中的Ib-Ib的剖面，一部分也表示在图1(a)中表示的消弧装置的侧面。由于电弧会成为对于电路断路器的构成部件的热及电磁力的负担，因此，需要迅速消弧。如图1(a)及图1(b)中所示，为了迅速地推进电弧的消弧，在可动接触元件1的可动接点2和固定接触元件3的固定接点4的周边部，配置有助于电弧的消弧的消弧用绝缘材料成型体5。如图1(a)所示，消弧用绝缘材料成型体5例如以从两边夹住可动接触元件1和固定接触元件3的方式而配置。当消弧用绝缘材料成型体暴露在电弧中时，构成该成型物的材料自身就会分解而产生气体，通过产生的气体进行的电弧的冷却或产生的气体的吹刮带来的电弧的延伸等，有助于电弧的消弧。

图2中表示的消弧装置是包括磁性体的金属的多个消弧板6(栅片)相互介由空隙层压排列而成，在各消弧板6具备缺口部7。消弧用绝缘材料成型体以夹住可动接点2和固定接点4的方式配置(参照图1)，起到将在可动接点和固定接点之间产生的电弧8拉伸，并压入具备消弧板的消弧装置的作用，另外，也具有通过产生电极压降或对电弧进行冷却而限制过电流(抑制得更低)的作用。

作为消弧用绝缘材料成型体的材料，例如，在专利文献1(特开2007-149486号公报)中，公开了将尼龙、特氟隆(注册商标)等材料作为消弧用的绝缘材料成型体使用。另外，在专利文献2(特开平7-302535公报)中，公开有为了提高耐压强度在耐热性高的树脂中配合了无机矿物的消弧用绝缘材料成型体。

但是，这些消弧用绝缘材料成型体，关于强度、耐热性或耐压性等，虽然确认到了提高，但从断路性能的耐久性的观点考虑，在实施的过载断路试验中，存在不能实现规定次数的连续断路的问题。另外，存在不能抑制在消弧时产生的热分解气体引起的消弧装置内的内压上升，由于消弧时的内压上升，电路断路器的框体容易损坏的问题。

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的目的是提供消弧用绝缘材料成型体，以及使用它的电路断路器，其可产生足够的热分解气体以为了消除在电路断路时产生的电弧，且抑制产生的气体量以为了消除框体损坏，具有经得住此时发生的温度上升的耐热性及可经得住内压上升的耐压性。

用于解决问题的手段

本发明提供用于电路断路器的消弧用绝缘材料成型体，其包含在350℃～1400℃下分解的无机填充材料A1、针状的无机填充材料B1和基体树脂，

上述无机填充材料A1及上述无机填充材料B1的含量的合计为5～50重量％。

优选所述无机填充材料A1为针状或者纤维状。

上述无机填充材料A1可以兼作上述无机填充材料B1。此时，优选上述无机填充材料A1为针状的碳酸钙。

上述无机填充材料B1也可以是在1400℃以下不分解的材料。此时，优选上述无机填充材料B1为针状的硅酸盐矿物。

优选上述基体树脂包含聚酰胺树脂。另外，优选上述基体树脂包含尼龙46。

另外，本发明还涉及电路断路器，其具备具有固定接点的固定元件、具有可动接点的可动元件、使可动元件动作的开闭机构以及消弧装置，所述消弧装置包含用于消除在所述固定接点和所述可动接点分离时产生的电弧的上述消弧用绝缘材料成型体。

另外，本发明提供用于电路断路器的消弧用绝缘材料成型体，其包含在1500℃以下不分解的无机填充材料A2和基体树脂，所述无机填充材料A2的至少一部分由在1500℃以下分解的无机表面处理剂覆盖，

所述无机填充材料A2为针状或者纤维状，或者包含不同于所述无机填充材料A2的针状的无机填充材料B2。

优选所述无机表面处理剂在300℃～1500℃下发生分解。

优选所述无机表面处理剂为氢氧化铝或者氧化铝水合物。

优选所述无机填充材料A2及所述无机填充材料B2为针状氧化钛。

优选所述无机填充材料A2为针状氧化钛，所述无机表面处理剂为氢氧化铝。

优选所述无机填充材料A2的形状为短轴长度0.01～5μm，长轴长度0.05～50μm的针状。

优选所述基体树脂包含尼龙46。

另外，本发明涉及电路断路器，其具备具有固定接点的固定元件、具有可动接点的可动元件、使可动元件动作的开闭机构以及消弧装置，所述消弧装置包含用于消除在上述固定接点和上述可动接点分离时产生的电弧的上述的消弧用绝缘材料成型体。

发明效果

本发明的消弧用绝缘材料成型体通过包含利用电弧在350℃以上且1400℃以下分解的无机填充材料A1，无机填充材料与树脂成分因断路时产生的电弧而一同分解，即便在连续断路时，在消弧用成型体的表面也不会仅仅残存无机填充材料，树脂和无机填充材料常常混合存在，因此，能够持续产生对电弧消弧有效的来自树脂的热分解气体。另外，通过含有针状的无机填充材料B1，实现了可经得住断路时的内压上升的强度。

另外，通过无机填充材料的配合而减少树脂量，可以遏制断路时的内压上升，因此能够抑制电路断路器等的框体损坏。

另外，在无机填充材料B1为在1400℃以下不分解的材料时(例如，为针状的硅酸盐矿物时)，树脂混炼时的针状形状的损坏也少，能够得到高的树脂强度，能够得到针对内压上升的耐压性。

另外，在基体树脂包含聚酰胺树脂时，能够持续产生对电弧消弧有效的来自树脂的热分解气体。

另外，在基体树脂含有尼龙46时，能够持续产生对电弧消弧有效的来自树脂的热分解气体，能够得到耐热性优异的消弧用绝缘材料成型体。

进而，通过将本发明的消弧用绝缘材料成型体用于电路断路器，能够得到过载断路性能及短路断路性能等断路性能优异的电路断路器。

另外，本发明的消弧用绝缘材料成型体通过含有用利用电弧进行分解(在1500℃以下发生分解)的无机表面处理剂(包括无机化合物的表面处理剂)进行过表面处理的无机填充材料A2，无机填充材料A2的无机表面处理剂因断路时产生的电弧而与树脂成分一同分解，使无机填充材料A2及/或者无机填充材料B2飞散，因此，即使在连续断路时，在消弧用成型体的表面也不会仅仅残存无机填充材料，树脂和无机填充材料常常混合存在，因此，能够持续产生对电弧消弧有效的来自树脂的热分解气体。

另外，通过无机填充材料的配合而减少树脂量，抑制了断路时的内压上升，因此能够抑制电路断路器等的框体损坏。

进而，通过将本发明的消弧用绝缘材料成型体用于电路断路器，能够得到过载断路性能及短路断路性能等断路性能优异的电路断路器。

附图说明

图1(a)为示意性地表示本发明的消弧装置的断路时的情形的前视图，(b)为包含沿着图1(a)的Ib-Ib的消弧装置的剖面的示意性的侧面图；

图2为表示本发明的消弧装置的断开状态的立体图；

图3为表示本发明的电路断路器的一个实例的接触时(闭合状态)的剖面图；

图4为图3中表示的本发明的电路断路器的一个实例的部分剖面图，为表示电路断路器断路时(断开状态)的图；

图5(a)为示意性地表示固定接触元件和消弧用绝缘材料成型体的配置关系的一个实例的侧面图，(b)为图5(a)的俯视图；

图6为表示本发明的消弧用绝缘材料成型体及比较例的消弧用绝缘材料成型体的过载断路试验后的情形的表面图和剖面图。

具体实施方式

以下对本发明详细地进行说明。另外，在以下的实施方式的说明中，使用附图进行说明，但在本发明的附图中，带有同一的附图标记的部分表示同一部分或者相当部分。

基于图1～图6说明本发明的电路断路器的实施方式。

图1(a)为示意性地表示本发明的电路断路器中的消弧装置的断路时的情形的前视图，图1(b)为示意性地表示包含沿着图1(a)的Ib-Ib的剖面的消弧装置的断路时的情形的侧面图。在图1(a)及图1(b)中，在可动接触元件1的固定接触元件3侧设有可动接点2，在固定接触元件3的一端且与可动接点2对应的位置设有固定接点4，以夹住可动接点2及固定接点4的周围的方式设有消弧用绝缘材料成型体5。本发明的电路断路器的特征在于，在图1(a)及图1(b)中，在被曝露于可动接点2和固定接点4之间产生的电弧中的部分，设有包含特定的化合物的消弧用绝缘材料成型体5。

接着，对电路断路器的动作进行说明。在图1(a)及图1(b)中，成为通过开闭机构部(参照图3及图4)动作，可动接触元件1转动，可动接点2和固定接点4接触或者分离的构造。通过使接点彼此接触，将电力从电源供给到负载。为了确保通电的可靠性，将可动接点2以规定的接触压力推压在固定接点4。

当短路事故等发生而在电路中流过过电流时，可动接点2和固定接点4之间的接触面中的电磁斥力就变的非常强。为了抵消加在上述可动接点2的接触压力，可动接触元件1转动，可动接点2和固定接点4分离，进而通过开闭机构部及跳开装置的动作，随着固定接点4和可动接点2的分离距离增大，电弧阻力增大，从而电弧电压上升。

在这样的断路动作中，在可动接点2和固定接点4之间，由于电弧的作用，在短时间即数毫秒内会产生大量的能量。此时，通过将设在消弧装置的侧面的消弧用绝缘材料成型体曝露在电弧中，产生分解气体，电弧通过产生的分解气体被冷却并消弧。

另外，图2为将作为消弧装置的金属制的带有U字型或V字型的缺口部7的多个消弧板6，以一定间隔层合而成的电路断路器的消弧装置部分的立体图。在可动接点2和固定接点4之间产生的电弧8向消弧板6的方向被磁力吸引并伸长，因此，电弧电压进一步地上升。进而，通过取入作为消弧装置的消弧板中使过电流限流，从而将电弧消弧，切断电路。

对上述电路断路器更详细地进行说明。图3及图4为本发明的电路断路器的一个实例的示意性剖面图，图3表示电路断路器接触时(闭合状态)，图4为在图3中表示的电路断路器的一部分，表示电路断路器断路时(断开状态)。在图3及图4中，电路断路器具备由铜等导体构成的可动接触元件1、固着在可动接触元件1的一端的可动接点2、与可动接点2接触分离的固定接点4、由固着有固定接点4的铜等导体构成的固定接触元件3、在固定接触元件3的另一端部构成的电源侧的端子部9，从外部电源连接配线。

消弧装置100部分中的消弧板6互相地介由空隙层合排列。消弧装置100由对可动接点2和固定接点4之间产生的电弧进行冷却并消弧的由磁性体的金属构成的多个消弧板6(栅极)、在两侧保持栅极的消弧侧板11(在图3及图4中，表示出消弧侧板的一侧)、消弧用绝缘材料成型体5构成。消弧用绝缘材料成型体5及消弧侧板11由绝缘材料构成，消弧用绝缘材料成型体5包含后述的特定的材料。消弧用绝缘材料成型体5设于图4的状态中的可动接点2及固定接点4之间，从上面看时，以使固定接点4露出、覆盖住曝露在电弧中的固定接触元件3的其他的大部分的方式设置(参照图5(a)及图5(b))。

进而，上述电路断路器具备例如，将可动接触元件1转动并开闭驱动的开闭机构部110、用于以手动操作该开闭机构部110的手柄13、跳开装置部120、负载侧的端子部10等。罩14及底座15容纳及/或者将上述各部件固定，构成框体18的一部分。将端子部9与框体18内隔离的端板17具有将电弧产生的热气排出的排气孔17a，插入安装在设于底座15上的导槽16中。

消弧用绝缘材料成型体以分解气体进行的电弧的消弧、及分解气体的气体流对电弧向消弧板的诱导、消弧装置内的绝缘遮蔽为目的而设置。在本发明中，作为消弧用绝缘材料成型体的材料，使用包含在限定的温度范围分解的无机填充材料A1的树脂混合物、或者包含用在限定的温度范围分解的无机表面处理剂表面处理过的无机填充材料A2的树脂混合物。

关于上述消弧用绝缘材料成型体和接触元件对(固定接触元件及可动接触元件)的配置关系，在图5(a)中表示出接触元件对的侧面图，在图5(b)中表示图5(a)的俯视图。在图5(a)及图5(b)中，消弧用绝缘材料成型体5设于可动接触元件1的可动接点2(未图示)及固定接触元件3的固定接点4的接触元件对的附近，如图5(b)所示，从上面看时，以使固定接点4露出且覆盖曝露于电弧中的固定接触元件3的其他的大部分的方式设置。该消弧用绝缘材料成型体也起到用于使电弧不移动到固定接触元件的固定接点以外的部分的绝缘部件的作用。

配合有钛酸钾或硅灰石等树脂强化用填充材料的消弧用绝缘材料成型体，在进行断路的电容量大的情况下，当重复断路时，会看到不能断路的现象。于是，本发明人对配合了各种无机填充材料的消弧用绝缘材料成型体进行了详细地研究，结果发现了存在不能重复断路的消弧用绝缘材料成型体和可以重复断路的消弧用绝缘材料成型体，其差异基于无机填充材料的种类这一事实。另外，发现了在包含用在1500℃以下分解的无机表面处理剂表面处理过的无机填充材料的消弧用绝缘材料成型体中，可以重复断路。

图6中表示不能重复断路的消弧用绝缘材料成型体和可以重复断路的消弧用绝缘材料成型体的差异。图6(a1)、图6(a2)分别表示在过载断路试验中，可以重复断路的消弧用绝缘材料成型体的表面及剖面。另外，过载断路试验是以向电路断路器通电、切断超过额定电流的过量的电流，使其成功规定次数为合格的试验，详细内容后述。在图6(a2)中，图的右侧为曝露于断路时产生的电弧中的表面。

同样地，图6(b1)、图6(b2)表示在过载断路试验中不能重复断路的消弧用绝缘材料成型体的表面及剖面。在图6(b1)、图6(b2)中表示的消弧用绝缘材料成型体5，在断路时表面的树脂成分热分解，在断路后仅无机填充材料51残存在表面。另一方面，可以重复断路的图6(a1)、图6(a2)所示的消弧用绝缘材料成型体5，其表面成为不仅无机填充材料51而且基体树脂也混合存在的面。其原因是，由于在电弧暴露时不会仅无机填充材料51残留，无机填充材料51(在350℃～1400℃下发生分解的无机填充材料A1)或者无机填充材料51的表面处理层(在无机填充材料51的表面存在的在1500℃以下分解的无机表面处理剂)曝露在电弧中而发生热分解，由此，使无机填充材料51飞散，断路后在消弧用绝缘材料成型体5的表面也会混在基体树脂和无机填充材料51，由此可以实现重复断路。

(实施方式1)

本实施方式的消弧用绝缘材料成型体，包含在350℃～1400℃下分解的无机填充材料A1、针状的无机填充材料B1和基体树脂，上述无机填充材料A1及上述无机填充材料B1的含量的合计为5～50重量％。

以成型体的强度提高为目的而配合的针状的无机填充材料B1，为有别于在350℃～1400℃下分解的无机填充材料A1的无机填充材料，可以为在1400℃以下不分解的材料。可知，在该情况下，在作为一方的无机填充材料A1热分解而飞散时，作为另一方的不会热分解的无机填充材料B1也飞散，消弧用绝缘材料成型体的表面常常成为树脂和无机填充材料混合存在的面，由此也可实现所述目的。

为了使无机填充材料B1在无机填充材料A1的分解的同时高效地进行飞散，无机填充材料B1的尺寸较小为好，当成为较之针状尺寸大的纤维状时，无机填充材料A1热分解而飞散时，作为另一方的不会热分解的无机填充材料B1就难以飞散，结果，断路性能就会下降。

另外，优选所谓针状为纵横的长宽比大的细长的形状，短轴长度为0.01～50μm，长轴长度为0.05～200μm。再者，所谓纤维状为长轴长度比用针状定义的尺寸长的形状，或者长轴长度及短轴长度比针状长的形状。

就本发明中的无机填充材料A1的分解温度而言，由于需要与尼龙等树脂稳定地混合，因此需要在350℃以上的足够高的温度下进行分解，再者，需要通过断路时的电弧曝露或者温度上升而进行分解，因此需要在1400℃以下的温度下进行分解。

另外，为了经得住电弧曝露时的消弧装置内部的内压上升及分解气体产生的风压，优选无机填充材料A1为针状或者纤维状。但是，只要针状的无机填充材料B1的强度提高效果足够即可，无机填充材料A1并非必须为针状或者纤维状。

优选消弧用绝缘材料成型体中的无机填充材料A1及无机填充材料B1的含量的合计为5～50重量％。当不足5重量％时，得不到针状的无机填充材料B1产生的足够的树脂强度的强化效果，另外，在无机填充材料B1为在1400℃以下不分解的材料的情况下，在断路时曝露在电弧中时，不能使无机填充材料B1充分地飞散。另一方面，当大于50重量％时，消弧用绝缘材料成型体中的树脂成分的构成比率减少，热分解气体量减少，因此，得不到足够的电弧消弧性能。

作为在350℃以上且1400℃以下的温度下分解的无机填充材料A1，可举出例如，滑石、碳酸钙、勃姆石等。优选无机填充材料A1为针状或者纤维状。另外，可以兼作针状的无机填充材料B1，也可以为有别于无机填充材料B1的材料。当无机填充材料A1兼作无机填充材料B1时，作为无机填充材料A1(即，无机填充材料B1)，适宜使用针状碳酸钙、针状勃姆石等。作为无机填充材料A1，也能够将多种材料混合使用。

针状的无机填充材料B1可以为在350℃～1400℃下发生分解的材料，也可以为在1400℃以下不分解的材料。当无机填充材料B1为在350℃～1400℃下发生分解的材料时，可以兼作无机填充材料A1，也可以为有别于无机填充材料A1的材料。当无机填充材料B1兼作无机填充材料A1时，如上所述，作为无机填充材料B1(即，无机填充材料A1)，适宜使用针状碳酸钙、针状勃姆石等。作为无机填充材料B1能够将多种材料混合使用。

当无机填充材料B1为在1400℃以下的温度下不分解的材料时，作为无机填充材料B1，可举出例如，针状的硅灰石等针状的硅酸盐矿物、针状的钛酸钾等。

消弧用绝缘材料成型体包含的基体树脂用于实现消弧性能、耐压强度和耐电弧消耗性的提高以及成形时间的缩短。优选在消弧用绝缘材料成型体中包含50重量％以上的基体树脂。作为基体树脂包含的成分，使用例如聚烯烃、聚烯烃系共聚物、聚酰胺、聚酰胺系聚合物共混物、聚缩醛及聚缩醛系共混聚合物、脂肪族聚酯树脂、纤维素系树脂、聚四氟乙烯等氟树脂、脲树脂、密胺树脂等或它们的混合物。

由于聚烯烃不具有芳环，耐冲击性优异，因此可用于满足消弧性能及耐压强度。作为其具体例子，可举出聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯等。其中，从材料的轻量化来看，优选聚丙烯、聚甲基戊烯等比重小的材料，尤其因为聚甲基戊烯是熔点240℃的结晶性树脂，所以从可得到高耐热性的观点来看，优选之。

聚烯烃系共聚物由于不具有芳环，因此用于满足消弧性能。作为其具体例子，可举出乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等，但从实现耐压强度提高的观点来看，优选乙烯-乙烯醇共聚物等高强度树脂。

聚酰胺为带有酰胺键的高分子化合物，在本发明中也包含聚酰胺共聚物。聚酰胺为高强度树脂，用于满足耐压强度。作为其具体例子，可列举尼龙6T、尼龙46、尼龙66、尼龙MXD6、尼龙610、尼龙6、尼龙11、尼龙12以及尼龙6和尼龙66的共聚物尼龙等。

尤其在是含聚酰胺的情况，通过由电弧曝露引起的分解而产生的气体，对电弧进行冷却，且提高电弧电压的能力优异，能够抑制大电流断路时的过电流，使其较低。

在上述聚酰胺树脂中，优选高熔点的结晶性聚酰胺即尼龙46(熔点290℃)和尼龙66(熔点260℃)，尤其是尼龙46可得到高的热变形温度，从可实现进一步地提高耐热性的观点看，优选尼龙46。

消弧用绝缘材料成型体根据需要能够配合稳定剂、抗氧化剂、助氧化剂、紫外线吸收剂、增塑剂、着色剂、填充剂等添加物而成形。

作为消弧用绝缘材料成型体的制作方法，能够使用已有的方法。例如可列举有注射成形、挤出成形、中空成形(吹塑成型)、热成形(真空或者压空成形)、压延成形、将两种以上的片材或膜重合，粘贴到一起，加工成一体物的层压成形、液体成形、铸塑成形、粉末成形等。

也可以对消弧用绝缘材料成型体，进行表面的耐光性提高、耐气候性提高等提高功能性化学药品处理或物理处理等后处理。作为化学药品处理，可列举出药品处理、溶剂处理、偶联剂处理、单体·聚合物涂覆、表面接枝化等。另外，作为物理处理，可举出紫外线照射处理、等离子处理、离子束处理等。

(实施方式2)

本实施方式的消弧用绝缘材料成型体包含在1500℃以下不分解的无机填充材料A2和基体树脂，

上述无机填充材料A2的至少一部分由在1500℃以下发生分解的无机表面处理剂覆盖，

上述无机填充材料A2为针状或者纤维状，或者，包含不同于上述无机填充材料A2的针状的无机填充材料B2。

用无机表面处理剂处理过的无机填充材料介由该无机表面处理材料与基体树脂粘合。当曝露在电弧中且该无机表面处理剂分解时，无机填充材料就会失去与基体树脂的粘合力。而且，由于起因于表面处理剂分解时的分解气体的产生或形态的变化的冲击或压力，失去与基体树脂的粘合力的无机填充材料A2就会从基体树脂或者邻接的无机填充材料离开、飞散。

在本发明中，由于仅在无机填充材料A2的表面存在分解温度低的无机化合物(无机表面处理剂)，因此直至无机表面处理剂飞散期间，至少无机填充材料A2残留在消弧用绝缘材料成型体中，抑制了成型体的强度下降的速度。另外，仅在成型体的最表面存在的无机表面处理剂飞散，接近成型体的表层的内部的无机填充材料A2，其量并不减少地存在，因此，能够保持消弧用成型体的强度。

另外，为了成型体的强度提高，与用热分解的无机表面处理剂表面处理过的无机填充材料A2不同，通过混合针状的(树脂强化用)无机填充材料B2也能够实现重复断路。这是因为作为一方的无机填充材料A2的无机表面处理剂发生热分解而使无机填充材料飞散时，作为另一方的不发生热分解的无机填充材料也飞散，从而，消弧用绝缘材料成型体的表面成为树脂和无机填充材料常常混合存在的面。

就本发明中的无机表面处理剂的分解温度而言，由于需要通过断路时的电弧曝露或者温度上升而进行分解，因此，需要为1500℃以下。另外，分解温度的下限只要可以进行与树脂的混炼即可。尤其是为了与尼龙等树脂稳定地混合，优选无机表面处理剂在300℃以上的足够高的温度下进行分解。另外，关于在整个宽的温度范围分解的无机表面处理剂，通过用热重量分析法等进行确认，可知只要包含在300℃以上的足够高的温度下发生分解的成分，即为在300℃以上的足够高的温度下进行分解的无机表面处理剂。

作为在300～1500℃的温度下分解的无机表面处理剂，可举出氢氧化铝、氧化铝水合物、滑石、碳酸钙、氢氧化镁等。

作为用无机表面处理剂覆盖无机填充材料A2的方法，例如可举出将无机填充材A2悬浮在水等溶剂中制成浆液，或者分散在水等溶剂中制成溶胶，根据需要进行湿式粉碎或分级处理后，向该溶剂中添加无机表面处理剂的水溶性盐，当水溶性盐在溶剂中显示碱性时，用硫酸、盐酸等酸性溶液、或者在水溶性盐在溶剂中显示酸性时，用氢氧化钠、氨水等碱性溶液进行中和，使无机表面处理剂沉淀、附着在无机填充材料A2的表面的方法。

更具体地说，优选的是，一边将包含无机填充材料A2的溶剂加热至优选40～90℃的温度、更优选60～80℃的范围，一边向其中添加无机表面处理剂的水溶性盐，其次添加氢氧化钠、氨水等碱性水溶液进行中和。优选中和反应是一边将体系的pH调节到6～8一边进行。通过中和后加热到70℃以上的温度，能够用无机表面处理剂将无机填充材料A2覆盖。无机表面处理剂的添加量可以按照表面处理量的设定适当地进行调整，优选相对于无机填充材料A2的量为0.1～100重量％的范围，更优选1～10重量％左右。

无机填充材料A2的分解温度高于1500℃。作为无机填充材料A2，例如可举出针状氧化钛、硅灰石等硅酸盐矿物等。尤其优选针状氧化钛、硅灰石。因为在树脂强化效果方面显示优异的性能。可以将同样的材料作为后述的无机填充材料B2使用。优选无机填充材料A2及上述无机填充材料B2为硅灰石。

另外，优选无机填充材料A2为针状或者纤维状。这是因为消弧用绝缘材料成型体要得到经得住曝露于电弧时的消弧装置内部的内压上升及分解气体产生的风压的强度。尤其从断路时飞散的性能的观点看，特别优选针状。但是，作为不同于无机填充材料A2的增强用的无机填充材料，在添加针状的无机填充材料B2(未被在1500℃以下的温度下发生分解的无机表面处理覆盖的无机填充材料)的情况下，表面处理过的无机填充材料A2无需一定为针状或者纤维状。

在本发明中使用的无机填充材料A2(表面处理前)及无机填充材料B2，为针状时，优选长轴长度为0.01～50μm，短轴长度为0.01～5μm的材料，为纤维状时，优选长轴长度为5～200μm，短轴长度为0.1～30μm的材料，在为粒状时，优选粒子径为0.5～50μm的材料。

无机填充材料A2及无机表面处理剂的总量(在包含无机填充材料B2的情况下，为无机填充材料A2、无机表面处理剂及无机填充材料B2的总量)在消弧用绝缘材料成型体中所占比例优选5～50重量％。当不足5重量％时，得不到足够的树脂强度的强化效果，当大于50重量％时，由于消弧用绝缘材料成型体中的树脂成分的构成比率减少，热分解气体量减少，得不到充分的电弧消弧性能。

根据以上所述，作为用无机表面处理剂进行了表面处理的无机填充材料A2，优选用氢氧化铝进行了表面处理的针状氧化钛或者用氢氧化铝进行了表面处理的硅灰石。

消弧用绝缘材料成型体包含的基体树脂用于实现消弧性能、耐压强度和耐电弧消耗性的提高以及成形时间的缩短。优选在消弧用绝缘材料成型体中包含50重量％以上的基体树脂。作为基体树脂包含的成分，例如使用聚烯烃，聚烯烃系共聚物，聚酰胺，聚酰胺系聚合物共混物，聚缩醛及聚缩醛系共混聚合物，脂肪族聚酯树脂，纤维素系树脂，聚四氟乙烯等氟树脂，脲树脂，密胺树脂等或这些的混合物。

聚烯烃由于不具有芳环，耐冲击性优异，因此用于满足消弧性能及耐压强度。作为其具体例子，可举出聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯等。其中，从绝缘材料的轻量化的观点看，优选聚丙烯、聚甲基戊烯等比重小的材料，尤其是由于聚甲基戊烯为熔点240℃的结晶性树脂，因此从得到高耐热性的观点看，优选聚甲基戊烯。

聚烯烃系共聚物由于具有芳环，因此用于满足消弧性能。作为其具体例可举出乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物等，从实现耐压强度的提高的观点看，优选乙烯-乙烯醇共聚物等高强度树脂。

聚酰胺为带有酰胺键的高分子化合物，在本发明中也包含聚酰胺共聚物。聚酰胺为高强度树脂，用于满足耐压强度。作为其具体例子可举出尼龙6T、尼龙46、尼龙66、尼龙MXD6、尼龙610、尼龙6、尼龙11、尼龙12及尼龙6和尼龙66的共聚物尼龙等。

尤其是在包含聚酰胺的情况下，利用通过电弧曝露引起的分解而产生的气体对电弧进行冷却，再者提高电弧电压的能力优异，能够抑制大电流断路时的过电流，使其较低。

在上述聚酰胺树脂中，优选高熔点的结晶性聚酰胺即尼龙46(熔点290℃)和尼龙66(熔点260℃)。尤其在基体树脂包含尼龙46的情况下，能够持续地产生对电弧消弧有效的来自树脂的热分解气体，能够得到耐热性优异的消弧用绝缘材料成型体。

消弧用绝缘材料成型体能够能够根据需要配合稳定剂、抗氧化剂、助氧化剂、紫外线吸收剂、增塑剂、着色剂、填充剂等添加物而成形。

作为消弧用绝缘材料成型体的制作方法，能够使用已有的方法。例如可列举有注射模塑成形、挤压成形、中空成形(吹塑成型)、热成形(真空或者压空成形)、压延成形、将两种以上的片材或膜重合地粘贴到一起，加工成一体物的层压成形、液体成形、铸塑成形、粉末成形等。

也可以对消弧用绝缘材料成型体，进行表面的耐光性提高、耐气候性提高等提高功能性化学药品处理或物理处理等后处理。作为化学药品处理，可列举出药品处理、溶剂处理、偶联剂处理、单体·聚合物涂覆、表面接枝化等。另外，作为物理处理，可举出紫外线照射处理、等离子体处理、离子束处理等。

(电路断路器)

根据包含上述消弧用绝缘材料的消弧装置的本发明的电路断路器，通过设置在接点附近的上述消弧用绝缘材料成型体的电弧产生的分解气体的帮助，提高了限流性能，其结果是，在事故发生等的过电流断路时，由于注入电路断路器自身的能量下降，从而减少了对本电路断路器的构造物的负担，可以实现电路断路器的大容量化或者小型化。

本发明的电路断路器在接点附近设置有如上所述的消弧用绝缘材料成型体，因电弧的作用，从消弧用绝缘材料成型体产生分解气体，由此，具有在提高限流性能的同时、使接点间产生的电弧伸长并向消弧板诱导的作用。其结果是，在事故发生等过电流断路时，注入电路断路器自身的能量下降，由此减轻对本电路断路器的构造物的负担。

例

以下，记载了本发明的实施例，但是本发明并非限定于此。

在以下的实施例及比较例中进行的过载断路试验、短路断路试验的内容如下。

(过载断路试验)

本试验是将在包含上述构成的消弧用绝缘材料成型体的电路断路器中，以合闸状态将额定电流的六倍的电流(例如在100A用电路断路器的情况下为600A)通电，以接点分离的距离L(可动接点4和固定接点5的距离)成为15～25mm的方式使可动接点4和固定接点5分离，产生电弧电流，使电弧电流的断路成功规定次数的试验设定为合格的试验。

(短路断路试验)

本试验是将在合闸状态下，通电10～100kA的过剩电流，使可动接触元件分离，产生电弧电流，具有该电弧电流的断路成功规定次数和无损坏的试验设定为合格的试验。

作为试验条件，过载断路试验以AC690V/600A、12次断路为合格，短路断路试验以可以440V/50kA、3次断路，且消弧绝缘材料成型体及电路断路器容器无损坏为合格。

(实施例1～5、比较例1～4)

在表1中表示出关于上述实施方式1的实施例1～5及比较例1～4的消弧用绝缘材料成型体的材料组成。另外，在实施例1中，无机填充材料A1为针状，兼作无机填充材料B1。在各材料中，使用下面的产品。聚酰胺46(DSM制TS350)、针状碳酸钙(丸尾カルシウム制ウイスカルA：分解温度600℃)、以3MgO·4SiO₂·H₂O为主成分的滑石(日本滑石(株)制ミクロエ一スK-1：分解温度900℃)、勃姆石(大明化学制ベ一マイトC20：分解温度500℃)，硅灰石(キンセイマテツク制SH-800S、大塚化学バイスタル)、玻璃纤维(日东纺制CSX 3J-451)。另外，关于硅灰石、玻璃纤维在1400℃以下不会分解，一般得不到分解相关的数据。

消弧用绝缘材料成型体的制造通过将在表1中所示的树脂和填充材用侧向进料式树脂混炼机加热混炼，通过挤压机，形成颗粒后，利用注射成形而制造。在图3及图4中例示的电路断路器中，设置厚度1mm的消弧用绝缘材料成型体，进行过载断路试验、短路断路试验。

表1

在实施例1～5中，过载试验达到规定断路次数的12次，短路试验也实现规定断路次数的3次，也没有消弧用绝缘材料成型体及断路器框体的损坏。观察实施例1～5的过载断路试验后的消弧用绝缘材料成型体的表面及剖面，结果可确认在被曝露于电弧的表面混合存在有树脂和无机填充材料。与此相反，在比较例1～4中，过载断路试验、短路断路试验中的任何一者都不能达到规定次数。

观察比较例1的过载断路试验后的消弧用绝缘材料成型体，结果发现，一部分溶解的玻璃纤维在表面露出。由此，认为因树脂成分的不足，不能连续断路。关于短路断路试验的不合格，认为在露出的玻璃纤维上析出断路时产生的碳黑，直至具有导电性，都成为沿面放电路径，成为阻碍电弧的断路的原因。另外，观察比较例2的过载断路试验后的消弧用绝缘材料成型体，结果得知，硅灰石在表面露出，由于树脂成分不足，不能连续断路。在比较例3中，由于过量的针状碳酸钙的配合，树脂成分减少，由于过量的配合使得强度下降，结果，过载断路不能连续规定次数，在短路断路试验中，在消弧用绝缘材料成型体发现损坏。另外，在比较例4中，由于伴随树脂成分增加的生成气体量增加，消弧装置内的内压上升，在短路断路试验中，产生消弧用绝缘材料成型体的损坏及断路器框体的损坏，成为不合格。

由以上的结果得知，本发明的消弧用绝缘材料成型体由于含有在350℃～1400℃下发生分解的无机填充材料A1和针状的无机填充材料B1，带有经得住比现有的消弧用绝缘材料成型体大的电容量的断路的强度，过载断路性能及短路断路性能优异。另外，使用本发明的消弧用绝缘材料成型体的电路断路器显示出优异的电路断路性能。

(实施例6～7、比较例5～6)

在表2中，表示出关于上述实施方式2的实施例6～7及比较例5～6的消弧用绝缘材料成型体的材料组成。作为基体树脂使用了聚酰胺46(DSM制TS350)。作为无机填充材料A2，使用了针状氧化钛(氢氧化铝处理品：石原产业FTL-110)或者硅灰石(KINSEI MATEC制SH-800)。另外，关于针状氧化钛、硅灰石，在1500℃以下不分解，一般得不到关于分解的数据。作为无机表面处理剂使用氢氧化铝，使用用该无机表面处理剂进行了表面处理的无机填充材料A2制造消弧用绝缘材料成型体。无机填充材料A2及无机表面处理剂的总量在消弧用绝缘材料成型体中占的比例为30重量％。另外，无机表面处理剂的添加量相对于无机填充材料A2的量为1重量％。

消弧用绝缘材料成型体的制造是将表2中表示的树脂和用无机表面处理剂进行了表面处理的无机填充材料A2，在侧向进料式树脂混炼机中进行加热混炼，用挤压机形成颗粒后，利用注射成形来制造。在图3及图4中例示的电路断路器中，设置厚度1mm的消弧用绝缘材料成型体，进行过载断路试验、短路断路试验。

表2

在实施例6～7中，过载试验达规定断路次数的12次，短路试验也实现规定断路次数的3次断路，也无消弧用绝缘材料成型体及断路器框体的损坏。观察实施例6～7的过载断路试验后的消弧用绝缘材料成型体的表面及剖面，结果可确认，在被曝露于电弧的表面混合存在有树脂和无机填充材料。与此相反，在比较例5～6中，过载断路试验、短路断路试验中的任一者都达不到规定次数。

确认比较例5的过载断路试验后的消弧用绝缘材料成型体的结果得知，硅灰石在表面露出，由于树脂成分的不足，未能连续地断路。观察了比较例6的消弧用绝缘材料成型体的过载断路试验后表面，结果为一部分溶解的玻璃纤维在表面露出。由此，认为由于树脂成分的不足，未能够连续断路。关于短路断路试验的不合格，认为在露出的玻璃纤维上析出断路时产生碳黑，直至具有导电性都成为沿面放电路径，成为阻碍电弧的断路的原因。

由以上的结果得知，本发明的消弧用绝缘材料成型体由于包含用在1500℃以下分解的无机表面处理剂进行了表面处理的针状或者纤维状的无机填充材料A2，带有能经得住比以往的消弧用绝缘材料成型体大的电容量的断路的强度，过载断路性能及短路断路性能优异。另外，使用本发明的消弧用绝缘材料成型体的电路断路器，显示电路断路性能优异。

如上述，对本发明的实施方式及实施例进行了说明，起初也计划将上述各实施方式及实施例的构成适当地组合。

本次公开的实施方式及实施例在所有点上均为示例，不应认为是限制性的内容。本发明的范围不是上述的说明，而是由专利申请的范围来表示，旨在包含与权利要求的范围同等的意思及范围内的所有的变更。

Claims (17)

1.用于电路断路器的消弧用绝缘材料成型体，

其包含在350℃～1400℃下分解的无机填充材料A1、针状无机填充材料B1和基体树脂，

所述无机填充材料A1及上述无机填充材料B1的含量的合计为5～50重量％。

2.如权利要求1所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述无机填充材料A1为针状或者纤维状。

3.如权利要求1所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述无机填充材料A1兼作所述无机填充材料B1。

4.如权利要求3所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述无机填充材料A1为针状的碳酸钙。

5.如权利要求1所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述无机填充材料B1在1400℃以下不分解。

6.如权利要求5所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述无机填充材料B1为针状的硅酸盐矿物。

7.如权利要求1所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，基体树脂包含聚酰胺树脂。

8.如权利要求1所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，基体树脂包含尼龙46。

9.电路断路器，其具备具有固定接点的固定元件、具有可动接点的可动元件、使可动元件动作的开闭机构以及消弧装置，所述消弧装置包含用于消除在所述固定接点和所述可动接点分离时产生的电弧的权利要求1中所述的消弧用绝缘材料成型体。

10.用于电路断路器的消弧用绝缘材料成型体，其包含在1500℃以下不分解的无机填充材料A2和基体树脂，

其中，所述无机填充材料A2的至少一部分由在1500℃以下分解的无机表面处理剂覆盖，

所述无机填充材料A2为针状或者纤维状，或者，包含不同于所述无机填充材料A2的针状的无机填充材料B2。

11.如权利要求10所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述无机表面处理剂在300℃～1500℃下发生分解。

12.如权利要求11所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述无机表面处理剂为氢氧化铝或者氧化铝水合物。

13.如权利要求10所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述无机填充材料A2及所述无机填充材料B2为针状氧化钛。

14.如权利要求10所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述无机填充材料A2为针状氧化钛，所述无机表面处理剂为氢氧化铝。

15.如权利要求10所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述无机填充材料A2的形状为短轴长度0.01～5μm，长轴长度0.05～50μm的针状。

16.如权利要求10所述的消弧用绝缘材料成型体，其中，所述基体树脂包含尼龙46。

17.电路断路器，其具备具有固定接点的固定元件、具有可动接点的可动元件、使可动元件动作的开闭机构以及消弧装置，所述消弧装置包含用于消除在所述固定接点和上述可动接点分离时产生的电弧的权利要求10所述的消弧用绝缘材料成型体。