JP2012216494A - 消弧用絶縁材料成形体、および、それを用いた回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】回路遮断時に発生するアークを消弧するのに十分な熱分解ガスを発生でき、また、筐体破損を無くすため発生ガス量を抑制し、その際に起こる温度上昇に耐える耐熱性、および、内圧上昇に耐えうる耐圧性を備えた消弧用絶縁材料成型体、および、それを用いた回路遮断器を提供すること。
【解決手段】本発明は、回路遮断器に用いられる消弧用絶縁材料成形体であって、１５００℃以下で分解しない無機充填材Ａと、マトリックス樹脂とを含み、前記無機充填材Ａの少なくとも一部は１５００℃以下で分解する無機表面処理剤で被覆されており、前記無機充填材Ａが針状または繊維状であるか、または、前記無機充填材Ａとは別の針状の無機充填材Ｂを含む、消弧用絶縁材料成形体である。
【選択図】図６

Description

本発明は、回路遮断器などの電流遮断時に接点から発生するアークを消弧するために使用される消弧用絶縁材料成形体、および、それを用いた回路遮断器に関する。

配線用遮断器および漏電遮断器は、過負荷や短絡などの要因で二次側の回路（負荷、電路）に異常な電流が流れたときに電路を開放し、一次側からの電源供給を遮断することにより、負荷回路や電線を損傷から回避させるために用いる装置である。

このような配線用遮断器および漏電遮断器において、過剰電流または定格電流の通電時に、可動接触子の接点と固定接触子の接点を開離させると、両者の間にアークが発生する。遮断時にアークが発生する付近の可動接触子と固定接触子とを、図１（ａ）および図１（ｂ）に模式的に示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＩｂ−Ｉｂに沿った断面であり、一部、図１（ａ）に示す消弧装置の側面も示している。アークは回路遮断器の構成部品への熱的および電磁力的な負担となるので、速やかに消弧する必要がある。アークの消弧を速やかに進めるため、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、可動接触子１の可動接点２と固定接触子３の固定接点４との周辺部に、アークの消弧に寄与する消弧用絶縁材料成形体５を配置する。消弧用絶縁材料成形体５は、図１（ａ）に示すように、例えば、可動接触子１と固定接触子３とを両脇から挟むように配置する。消弧用絶縁材料成形体は、アークに暴露されると、その成型物を構成する材料自体が分解してガスを発生し、発生したガスによるアークの冷却や発生したガスの吹きつけによるアークの延伸などにより、アークの消弧に寄与する。

図２に示す消弧装置は、磁性体の金属からなる複数の消弧板６（グリッド）が互いに空隙を介して積層配列されたもので、各消弧板６には切欠部７が備えられている。消弧用絶縁材料成形体は、可動接点２と固定接点４とを挟むように配置され（図１参照）、可動接点と固定接点との間に発生したアーク８を引き延ばし、消弧板を備える消弧装置に押し込む役割を果たし、また、電極降下電圧を発生したり、アークを冷却したりすることにより、過電流を限流する（より低く抑制する）働きも有している。

消弧用絶縁材料成型体の材料としては、たとえば、特許文献１（特開２００７−１４９４８６号公報）では、ナイロン、テフロン（登録商標）などの材料を消弧用の絶縁材料成形体として用いることが開示されている。また、特許文献２（特開平７−３０２５３５号公報）では、耐熱性の高い樹脂に、耐圧強度向上のため無機鉱物を配合した消弧用絶縁材料成形体が開示されている。

しかしながら、これらの消弧用絶縁材料成形体は、強度、耐熱性や耐圧性などに関しては向上が認められるものの、遮断性能の耐久性の観点から実施される過負荷遮断試験において、規定回数の連続遮断が不可能であるという問題があった。また、消弧時に発生する熱分解ガスによる消弧装置内の内圧上昇が抑制できず、消弧時の内圧上昇によって回路遮断機の筐体が破損しやすいという問題があった。

特開２００７−１４９４８６号公報 特開平７−３０２５３５号公報

本発明の目的は、回路遮断時に発生するアークを消弧するのに十分な熱分解ガスを発生でき、また、筐体破損を無くすため発生ガス量を抑制し、その際に起こる温度上昇に耐える耐熱性、および、内圧上昇に耐えうる耐圧性を備えた消弧用絶縁材料成型体、および、それを用いた回路遮断器を提供することである。

本発明は、回路遮断器に用いられる消弧用絶縁材料成形体であって、
１５００℃以下で分解しない無機充填材Ａと、マトリックス樹脂とを含み、
前記無機充填材Ａの少なくとも一部は１５００℃以下で分解する無機表面処理剤で被覆されており、
前記無機充填材Ａが針状または繊維状であるか、または、前記無機充填材Ａとは別の針状の無機充填材Ｂを含む、消弧用絶縁材料成形体である。

前記無機表面処理剤が３００℃〜１５００℃で分解することが好ましい。
前記無機表面処理剤が水酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム水和物であることが好ましい。

前記無機充填材Ａおよび前記無機充填材Ｂが針状酸化チタンであることが好ましい。
前記無機充填材Ａが針状酸化チタンであり、前記無機表面処理剤が水酸化アルミニウムであることが好ましい。

前記無機充填材Ａの形状は、短軸長さ０．０１〜５μｍ、長軸長さ０．０５〜５０μｍの針状であることが好ましい。

前記マトリックス樹脂がナイロン４６を含むことが好ましい。
また、本発明は、固定接点を有する固定子、可動接点を有する可動子、可動子を作動させる開閉機構、および、上記固定接点と上記可動接点が開離するときに発生するアークを消弧するための上記の消弧用絶縁材料成形体を含む消弧装置を備える、回路遮断器にも関する。

本発明の消弧用絶縁材料成形体は、アークにより分解する（１５００℃以下で分解する）無機表面処理剤(無機化合物からなる表面処理剤)で表面処理された無機充填材Ａを含んでいることにより、遮断時に発生するアークにより樹脂分と共に無機充填材Ａの無機表面処理剤が分解し、無機充填材Ａおよび／または無機充填材Ｂを飛散させるため、連続遮断時においても、消弧用成形体の表面に無機充填材のみが残存することなく、常に樹脂と無機充填材が混在するため、アーク消弧に有効な樹脂由来の熱分解ガスを発生し続けることができる。

また、無機充填材の配合によって樹脂量を減らし、遮断時の内圧上昇を押さえられるため、回路遮断器等の筐体破損を抑制することができる。

さらに、本発明の消弧用絶縁材料成形体を回路遮断器に用いることにより、過負荷遮断性能および短絡遮断性能などの遮断性能に優れた回路遮断器を得ることが出来る。

（ａ）本発明における消弧装置の遮断時の様子を模式的に示す正面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った消弧装置の断面を含む模式的な側面図である。 本発明の消弧装置のオフ状態を示す斜視図である。 本発明の回路遮断器の一例の接触時（オン状態）を示す断面図である。 図３に示す本発明の回路遮断器の一例の部分断面図であり、回路遮断器の遮断時（オフ状態）を示す図である。 （ａ）固定接触子と消弧用絶縁材料成型体との配置関係の一例を模式的に示す側面図であり、（ｂ）は図５（ａ）の上面図である。 本発明の消弧用絶縁材料成型体および比較例の消弧用絶縁材料成型体の過負荷遮断試験後の様子を示す表面図と断面図である。

以下、本発明について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明では、図面を用いて説明しているが、本願の図面において同一の参照符号を付したものは、同一部分または相当部分を示している。

本発明に係る回路遮断器の実施の形態を、図１〜図６に基づいて説明する。
図１（ａ）は、本発明に係る回路遮断器における消弧装置の遮断時の様子を模式的に示す正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った断面を含む消弧装置の遮断時の様子を模式的に示す側面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）において、可動接触子１の固定接触子３側に可動接点２が設けられ、固定接触子３の一端であって可動接点２と対応する位置に固定接点４が設けられ、可動接点２および固定接点４の周囲を挟むように消弧用絶縁材料成型体５が設けられている。本発明に係る回路遮断器は、図１（ａ）および図１（ｂ）において、可動接点２と固定接点４との間で発生するアークに曝される部分に、特定の化合物を含む消弧用絶縁材料成型体５を設けることを特徴とする。

次に、回路遮断器の動作について説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）において、開閉機構部（図３および図４参照）が動作して可動接触子１が回動することにより、可動接点２と固定接点４とが接触または開離する仕組みとなっている。接点同士を接触させることにより電力が電源から負荷に供給される。通電の信頼性を確保するために可動接点２は固定接点４に規定の接触圧力で押さえつけられている。

短絡事故などが起こり回路に大きな過電流が流れると、可動接点２と固定接点４との間の接触面における電磁反発力が非常に強くなる。上記可動接点２に加わっている接触圧力に打ち勝つために、可動接触子１は回動し、可動接点２と固定接点４とが開離し、さらに、開閉機構部および引き外し装置の動作によって、固定接点４と可動接点２との開離距離が増大するに従って、アーク抵抗が増大することによりアーク電圧が上昇する。

このような遮断動作中において、可動接点２と固定接点４との間には、アークによって短時間、すなわち数ミリ秒のうちに大量のエネルギーが発生する。この時、消弧装置の側面に設けた消弧用絶縁材料成型体がアークに曝されることによって分解ガスを発生し、発生した分解ガスによりアークが冷却され消弧される。

また、図２は、消弧装置である金属製のＵ字型やＶ字型の切欠部７を持つ複数の消弧板６を一定間隔で積層した回路遮断器の消弧装置部分の斜視図である。可動接点２と固定接点４の間に発生したアーク８が消弧板６の方向へ磁気力によって引き付けられ伸長するために、アーク電圧は更に上昇する。さらに、消弧装置である消弧板に取り込むことで過電流を限流させ、アークを消弧し、回路を遮断する。

上記回路遮断器について、より詳細に説明する。図３および図４は、本発明の回路遮断器の一例の模式的な断面図であり、図３は回路遮断器の接触時（オン状態）、図４は図３に示す回路遮断器の一部であって、回路遮断器の遮断時（オフ状態）を示す。図３および図４において、回路遮断器は、銅などの導体からなる可動接触子１、可動接触子１の一端に固着された可動接点２、可動接点２と接離する固定接点４、固定接点４が固着された銅などの導体からなる固定接触子３、固定接触子３の他端部に構成された電源側の端子部９を備え、外部電源から配線が接続される。

消弧装置１００部分における消弧板６は互いに空隙を介して積層配列されている。消弧装置１００は、可動接点２と固定接点４との間に発生したアークを冷却および消弧する磁性体の金属からなる複数の消弧板６（グリッド）と、グリッドを両側で保持する消弧側板１１（図３および図４においては、消弧側板の片側を示す）と、消弧用絶縁材料成型体５で構成される。消弧用絶縁材料成型体５および消弧側板１１は絶縁材料からなり、消弧用絶縁材料成型体５は後述の特定の材料を含む。消弧用絶縁材料成型体５は、図４の状態における可動接点２および固定接点４の間に設けられており、上面から見ると固定接点４を露出させ、アークに曝される固定接触子３の他の大部分を覆うように設けられている（図５（ａ）および図５（ｂ）参照）。

さらに、上記回路遮断器には、例えば、可動接触子１を回動して開閉駆動する開閉機構部１１０、この開閉機構部１１０を手動で操作するためのハンドル１３、引き外し装置部１２０、負荷側の端子部１０などを備える。カバー１４およびベース１５は、上記の各部品を収納および／または固定し、筐体１８の一部を構成している。端子部９を筐体１８内と隔離するエンドプレート１７は、アークによるホットガスを排出する排気孔１７ａを有し、ベース１５に設けられたガイド溝１６に挿入装着されている。

消弧用絶縁材料成型体は、分解ガスによるアークの消弧、および、分解ガスのガス流によるアークの消弧板への誘導、消弧装置内の絶縁遮蔽を目的として設置される。本発明では、限定した温度範囲で分解する無機表面処理剤で表面処理された無機充填材Ａを含む樹脂混合物を用いる。

上記消弧用絶縁材料成型体と接触子対（固定接触子および可動接触子）との配置関係について、図５（ａ）に接触子対の側面図を示し、図５（ｂ）に図５（ａ）の上面図を示す。図５（ａ）および図５（ｂ）において、消弧用絶縁材料成型体５は、可動接触子１の可動接点２（図示していない）および固定接触子３の固定接点４の接触子対付近に設けられており、図５（ｂ）に示されるように、上面から見ると、固定接点４を露出させ、アークに曝される固定接触子３の他の大部分を覆うように設けられている。この消弧用絶縁材料成型体は、アークが固定接触子の固定接点以外の部分に移動しないようにするための絶縁部材の働きもしている。

チタン酸カリウムやワラストナイトなどの樹脂強化用充填材を配合した消弧用絶縁材料成型体は、遮断する電気容量が大きい場合に、遮断を繰り返すと、遮断が不可能となる現象が見られた。そこで、本発明者らは、各種無機充填材を配合した消弧用絶縁材料成形体について詳細に検討した結果、繰り返し遮断が不可能な消弧用絶縁材料成形体と可能な消弧用絶縁材料成型体が存在し、その差異が無機充填材の種類に基づいていることを発見した。特に、１５００℃以下で分解する無機表面処理剤で表面処理された無機充填材を含む消弧用絶縁材料成形体において、繰り返し遮断が可能となることを発見した。

図６に、繰り返し遮断が不可能な消弧用絶縁材料成形体と、１５００℃以下で分解する無機表面処理剤で表面処理された消弧用絶縁材料成形体の過負荷遮断試験後の差異を示す。図６（ａ１）、図６（ａ２）は、それぞれ、過負荷遮断試験において繰り返し遮断が可能な消弧用絶縁材料成形体の表面および断面を表している。なお、過負荷遮断試験は、回路遮断器に定格電流を超える過剰な電流を通電し遮断し規定回数成功させることをもって合格とする試験であり、詳細は後述する。図６（ａ２）において、図の右側が遮断時に発生するアークに曝された表面である。

同様に、図６（ｂ１）、図６（ｂ２）は、過負荷遮断試験において繰り返し遮断が不可能な消弧用絶縁材料成形体の表面および断面を表している。図６（ｂ１）、図６（ｂ２）に示す消弧用絶縁材料成形体５は、遮断時に表面の樹脂分が熱分解し、遮断後に無機充填材５１のみが表面に残存している。一方で、繰り返し遮断が可能となる図６（ａ１）、図６（ａ２）に示す消弧用絶縁材料成型体５は、その表面が無機充填材５１だけでなくマトリックス樹脂も混在する面となっていた。これは、表面処理された無機充填材を含む消弧用絶縁材料成形体では、アーク暴露時に無機充填材５１だけが残ることなく、無機充填材５１の表面処理層（無機充填材５１の表面に存在する１５００℃以下で分解する無機表面処理剤）がアークに曝され熱分解することによって、無機充填材５１を飛散させ、遮断後も消弧用絶縁材料成形体５の表面にマトリックス樹脂と無機充填材５１が混在することにより、繰り返し遮断が可能となったものである。

無機表面処理剤で処理された無機充填材は、該無機表面処理材を介してマトリックス樹脂と接着している。アークに曝され、この無機表面処理剤が分解すると、無機充填材はマトリックス樹脂との接着力を失います。そして、表面処理剤が分解する際における分解ガスの発生や形態の変化に起因する衝撃や圧力によって、マトリックス樹脂との接着力を失った無機充填材Ａは、マトリックス樹脂もしくは隣接する無機充填材から離れ、飛散する。

本発明においては、無機充填材Ａの表面にのみ分解温度の低い無機化合物（無機表面処理剤）が存在しているため、無機表面処理剤が飛散するまでの間は、少なくとも無機充填材Ａは消弧用絶縁材料成形体中に残ることになり、成形体の強度低下の速度が抑えられる。また、成形体の最表面に存在する無機表面処理剤のみが飛散し、成形体の表層に近接する内部の無機充填材Ａはその量が減少することなく存在するため、消弧用成形体の強度を保持することができる。

また、成形体の強度向上を目的として、熱分解する無機表面処理剤で表面処理された無機充填材Ａとは別に、針状の（樹脂強化用）無機充填材Ｂを混ぜることによっても、繰り返し遮断を実現することができる。これは、一方の無機充填材Ａの無機表面処理剤が熱分解して無機充填材が飛散する際に、他方の熱分解しない無機充填材も飛散することによって、消弧用絶縁材料成型体の表面が常に樹脂と無機充填材が混在する面となることによる。

本発明における無機表面処理剤の分解温度は、遮断時のアーク暴露、または、温度上昇により分解する必要があることから、１５００℃以下であることが必要である。また、分解温度の下限は、樹脂との混練が可能であればよい。特に、ナイロンなどの樹脂と安定に混合するためには、無機表面処理剤は３００℃以上の十分高い温度で分解することが好ましい。なお、広域な温度範囲に渡って分解する無機表面処理剤については、熱重量分析法などで確認することによって、３００℃以上の十分高い温度で分解する成分が含まれていれば、３００℃以上の十分高い温度で分解する無機表面処理剤であるものとする。

３００〜１５００℃の温度で分解する無機表面処理剤としては、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム水和物、タルク、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウムなどが挙げられる。

無機充填材Ａを無機表面処理剤で被覆する方法としては、例えば、無機充填材Ａを水などの溶媒に懸濁してスラリーとし、あるいは、水などの溶媒に分散してゾルとし、必要に応じて湿式粉砕や分級処理した後、この溶媒中に無機表面処理剤の水溶性塩を添加し、水溶性塩が溶媒中でアルカリ性を示す場合は硫酸、塩酸などの酸性溶液で、あるいは、水溶性塩が溶媒中で酸性を示す場合は水酸化ナトリウム、アンモニア水などのアルカリ性溶液で中和して、無機充填材Ａの表面に無機表面処理剤を沈殿、付着させる方法が挙げられる。

より具体的には、無機充填材Ａを含む溶媒を好ましくは４０〜９０℃の温度、より好ましくは６０〜８０℃の範囲に加熱しながら、この中に、無機表面処理剤の水溶性塩を添加し、次に水酸化ナトリウム、アンモニア水等のアルカリ性水溶液を添加して中和することが好ましい。中和反応は系のｐＨを６〜８に調整しながら行うことが好ましい。中和した後７０℃以上の温度に加熱することにより、無機表面処理剤で無機充填材Ａを被覆することができる。無機表面処理剤の添加量は、表面処理量の設定に応じて適宜調整することができるが、好ましくは、無機充填材Ａの量に対して０．１〜１００重量％の範囲であり、より好ましくは１〜１０重量％程度である。

無機充填材Ａの分解温度は１５００℃より高い。無機充填材Ａとしては、例えば、針状酸化チタン、ワラストナイトなどのケイ酸塩鉱物などが挙げられる。特に、針状酸化チタン、ワラストナイトが好ましい。樹脂強化効果の点において優れた性能を示すためである。同様のものを、後述の無機充填材Ｂとしても用いることができる。無機充填材Ａおよび前記無機充填材Ｂがワラストナイトであることが好ましい。

また、無機充填材Ａは、針状または繊維状であることが好ましい。これは、消弧用絶縁材料成型体が、アーク暴露時の消弧装置内部の内圧上昇および分解ガスによる風圧に耐える強度を得るためである。特に、遮断時に飛散する性能の観点から、特に、針状であることが好ましい。しかし、無機充填材Ａとは別に補強用の無機充填材として、針状の無機充填材Ｂ（１５００℃以下の温度で分解する無機表面処理で被覆されていない無機充填材）を添加する場合には、表面処理される無機充填材Ａは、必ずしも針状もしくは繊維状である必要はない。

本発明において用いられる無機充填材Ａ（表面処理前）および無機充填材Ｂは、針状の場合、好ましくは長軸長さが０．０１〜５０μｍ、短軸長さが０．０１〜５μｍのものであり、繊維状の場合、好ましくは長軸長さが５〜２００μｍ、短軸長さが０.１〜３０μｍのものであり、粒状の場合、好ましくは粒子径が０．５〜５０μｍのものである。

無機充填材Ａおよび無機表面処理剤の合計量（無機充填材Ｂを含む場合は、無機充填材Ａ、無機表面処理剤および無機充填材Ｂの合計量）の消弧用絶縁材料成型体中に占める割合は、５〜５０重量％が好ましい。５重量％未満であると、十分な樹脂強度の強化効果を得ることができず、５０重量％より大きいと、消弧用絶縁材料成型体中の樹脂成分の構成比率が減少し、熱分解ガス量が減少するため、十分なアーク消弧性能を得ることができない。

以上のことから、無機表面処理剤で表面処理された無機充填材Ａとしては、水酸化アルミニウムで表面処理された針状酸化チタン、もしくは、水酸化アルミニウムで表面処理されたワラストナイトが好ましい。

消弧用絶縁材料成型体に含まれるマトリックス樹脂は、消弧性能、耐圧強度および耐アーク消耗性の向上、さらには成形時間の短縮を図るために用いられる。消弧用絶縁材料成型体には、５０重量％以上のマトリックス樹脂を含むことが好ましい。マトリックス樹脂に含まれる成分としては、例えば、ポリオレフィン、ポリオレフィン系共重合体、ポリアミド、ポリアミド系ポリマーブレンド、ポリアセタールおよびポリアセタール系ポリマーブレンド、脂肪族ポリエステル樹脂、セルロース系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂などやこれらの混合物が使用される。

ポリオレフィンは芳香環を有さず、耐衝撃性に優れることから、消弧性能および耐圧強度を満足させるために用いられる。その具体例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテンなどが挙げられる。それらのなかではポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどの比重が小さいものが、絶縁材料の軽量化の点から好ましく、特にポリメチルペンテンは融点２４０℃の結晶性樹脂のために高耐熱性が得られる点から好ましい。

ポリオレフィン系共重合体は芳香環を有しないことから消弧性能を満足させるために用いられる。その具体例としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体などがあげられるが、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの高強度樹脂が、耐圧強度の向上を図る点から好ましい。

ポリアミドはアミド結合をもつ高分子化合物のことをいい、本発明ではポリアミド共重合体をも含む。ポリアミドは高強度樹脂であり、耐圧強度を満足させるために用いられる。その具体例としては、ナイロン６Ｔ、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロンＭＸＤ６、ナイロン６１０、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２およびナイロン６とナイロン６６の共重合体ナイロンなどがあげられる。

特に、ポリアミドを含む場合は、アーク暴露による分解によって発生するガスにより、アークを冷却し、またアーク電圧を向上する能力に優れ、大電流遮断時における過電流を低く抑制することができる。

上記ポリアミド樹脂のなかでは、高融点の結晶性ポリアミドであるナイロン４６（融点２９０℃）およびナイロン６６（融点２６０℃）が好ましい。特に、マトリックス樹脂がナイロン４６を含む場合、アーク消弧に有効な樹脂由来の熱分解ガスを発生し続けることができ、耐熱性に優れた消弧用絶縁材料成形体を得ることが出来る。

消弧用絶縁材料成型体は、必要に応じて、安定剤、酸化防止剤、酸化促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、着色剤、充填剤などの添加物を配合して成形することができる。

消弧用絶縁材料成型体の作製方法としては、既存の方法で行なうことができる。たとえば、射出成形、押し出し成形、中空成形（ブロー成形）、熱成形（真空または圧空成形）、カレンダー成形、２種以上のシートやフィルムを重ね合わせたり、貼り合わせて一体物に加工する積層成形、液体成形、注型、粉末成形などが挙げられる。

消弧用絶縁材料成型体に対して、表面の耐光性向上、耐候性向上などの機能性向上化学薬品処理や物理的処理などの後処理を行なってもよい。化学薬品処理としては、薬品処理、溶剤処理、カップリング剤処理、モノマー・ポリマーコティング、表面グラフト化などが挙げられる。また、物理的処理としては、紫外線照射処理、プラズマ処理、イオンビーム処理などが挙げられる。

本発明の回路遮断器によれば、接点近傍に設置した上記消弧用絶縁材料成型体のアークによる分解ガスの寄与により、限流性能が高められた結果、事故発生などの過電流遮断時に、回路遮断器自体に注入されるエネルギーの低下により本回路遮断器の構造物への負担を軽減して回路遮断器の大容量化もしくは小形化が可能となっている。

本発明の回路遮断器には、上記のような消弧用絶縁材料成型体を接点近傍に設置し、アークによる消弧用絶縁材料成型体の分解ガスの寄与により、限流性能を高めると共に、接点間に発生したアークを伸張させて消弧板へ誘導する働きをする。この結果、事故発生などの過電流遮断時に、回路遮断器自体に注入されるエネルギーの低下により本回路遮断器の構造物への負担が軽減する。

以下に、本発明の実施例を記載するが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
（実施例１〜２、比較例１〜２）
表１に、実施例１〜２および比較例１〜２の消弧用絶縁材料成型体の材料組成を示す。マトリックス樹脂として、ポリアミド４６（ＤＳＭ製ＴＳ３５０）を使用した。無機充填材Ａとして、針状酸化チタン（水酸化アルミニウム処理品：石原産業ＦＴＬ−１１０）、または、ワラストナイト（キンセイマテック製ＳＨ−８００）を使用した。なお、針状酸化チタン、ワラストナイトについては、１５００℃以下で分解することはなく、一般に分解に関するデータが得られていない。無機表面処理剤としては水酸化アルミニウムを使用し、該無機表面処理剤で表面処理された無機充填材Ａを用いて消弧用絶縁材料成型体を製造した。無機機充填材Ａおよび無機表面処理剤の合計量の消弧用絶縁材料成型体中に占める割合は、３０重量％とした。また、無機表面処理剤の添加量は、無機充填材Ａの量に対して１重量％とした。

消弧用絶縁材料成型体の製造は、表１に示す樹脂と、無機表面処理剤で表面処理された無機充填材Ａを、サイドフィード式樹脂混練機で加熱混練し、押し出し機によって、ペレットを形成した後、射出成形によって製造した。図３および図４に例示する回路遮断器に、厚さ１ｍｍの消弧用絶縁材料成型体を設置して、過負荷遮断試験、短絡遮断試験を行なった。過負荷遮断試験、短絡遮断試験の内容は、以下の通りである。

（過負荷遮断試験）
本試験は、前記構成の消弧用絶縁材料成型体を含む回路遮断器に、閉成状態で定格電流の６倍の電流（たとえば１００Ａ用回路遮断器の場合は６００Ａ）を通電し、可動接点４と固定接点５とを接点開離距離Ｌ（可動接点４と固定接点５との距離）が１５〜２５ｍｍとなるように開離させて、アーク電流を発生させ、アーク電流の遮断を規定回数成功させることをもって合格とする試験である。

（短絡遮断試験）
本試験は、閉成状態において、１０〜１００ｋＡの過剰電流を通電して可動接触子を開離させ、アーク電流を発生させ、このアーク電流の遮断の規定回数の成功と破損がないことをもって合格とする試験である。

本実施例の試験条件としては、過負荷遮断試験がＡＣ６９０Ｖ／６００Ａ、１２回遮断で合格とし、短絡遮断試験は４４０Ｖ／５０ｋＡ、３回遮断が可能で、かつ、消弧用絶縁材料成型体および回路遮断器容器に破損がないことをもって合格とした。

実施例１〜２では、過負荷試験は規定遮断回数の１２回に到達し、短絡試験も規定遮断回数の３回遮断を達成し、消弧用絶縁材料成型体及び遮断器筐体の破損も無かった。実施例１〜２の過負荷遮断試験後の消弧用絶縁材料成形体の表面及び断面を観察した結果、アークに曝された表面には、樹脂と無機充填材が混在しているのが確認できた。これに対し、比較例１〜２では、過負荷遮断試験、短絡遮断試験のいずれかが規定回数に達することが出来なかった。

比較例１の過負荷遮断試験後の消弧用絶縁材料成形体を観察した結果、ワラストナイトが表面に露出しており、樹脂成分の不足により連続遮断ができなくなったことがわかった。比較例２の消弧用絶縁材料成形体の過負荷遮断試験後表面を観察した結果、一部溶解したガラス繊維が表面に露出していた。このことから、樹脂成分の不足により、連続遮断ができなくなったと考えられる。短絡遮断試験の不合格については、露出したガラス繊維上に遮断時に発生したすすが析出し、導電性を有するに至り、沿面放電経路となり、アークの遮断を阻害する要因となったと考えられる。

以上の結果から、本発明の消弧用絶縁材料成型体は、１５００℃以下で分解する無機表面処理剤で表面処理された針状または繊維状の無機充填材Ａを含むため、従来の消弧用絶縁材料成型体よりも大きな電気容量の遮断に耐える強度をもち、過負荷遮断性能及び短絡遮断性能に優れることが分かった。また、本発明の消弧用絶縁材料成型体を用いた回路遮断器は、回路遮断性能に優れることが示された。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 可動接触子、２ 可動接点、３ 固定接触子、４ 固定接点、５ 消弧用絶縁材料成型体、６ 消弧板、７ 切欠部、８ アーク、９，１０ 端子、１００ 消弧装置、１１ 消弧側板、１１０ 開閉機構部、１３ ハンドル、１２０ 引き外し装置部、１４ カバー、１５ ベース、１６ ガイド溝、１７ エンドプレート、１７ａ 排気孔、１８ 筐体。

Claims (8)

1. 回路遮断器に用いられる消弧用絶縁材料成形体であって、
   １５００℃以下で分解しない無機充填材Ａと、マトリックス樹脂とを含み、
   前記無機充填材Ａの少なくとも一部は１５００℃以下で分解する無機表面処理剤で被覆されており、
   前記無機充填材Ａが針状または繊維状であるか、または、前記無機充填材Ａとは別の針状の無機充填材Ｂを含む、消弧用絶縁材料成形体。
2. 前記無機表面処理剤が３００℃〜１５００℃で分解する、請求項１に記載の消弧用絶縁材料成形体。
3. 前記表面処理剤が水酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム水和物である、請求項１または２に記載の消弧用絶縁材料成形体。
4. 前記無機充填材Ａおよび前記無機充填材Ｂが針状酸化チタンである、請求項１〜３のいずれかに記載の消弧用絶縁材料成形体。
5. 前記無機充填材Ａが針状酸化チタンであり、前記無機表面処理剤が水酸化アルミニウムである、請求項１または２に記載の消弧用絶縁材料成形体。
6. 前記無機充填材Ａの形状が、短軸長さ０．０１〜５μｍ、長軸長さ０．０５〜５０μｍの針状である、請求項１〜５のいずれかに記載の消弧用絶縁材料成形体。
7. 前記マトリックス樹脂がナイロン４６を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の消弧用絶縁材料成形体。
8. 固定接点を有する固定子、可動接点を有する可動子、可動子を作動させる開閉機構、および、前記固定接点と前記可動接点が開離するときに発生するアークを消弧するための請求項１〜７のいずれかに記載の消弧用絶縁材料成形体を含む消弧装置を備える、回路遮断器。

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