JP2013528687A - 電気回路遮断器 - Google Patents

Abstract

本発明は、アーク発生室と消弧室とを含む電気回路遮断器であって、アーク発生室は、熱可塑性ポリマー、トリアジン系難燃剤、最大０〜５重量％のリンまたはハロゲン含有難燃剤、および０〜１５重量％の強化材を含むポリマー組成物からなるサイドフランジまたは側壁の少なくとも一部によって少なくとも部分的に境界が形成され、熱可塑性ポリマーは、少なくとも２６０℃の溶融温度を有するポリアミドを含み、トリアジン系難燃剤は少なくとも２０重量％のメラムを含み、重量パーセント値（重量％）はポリマー組成物の全重量を基準としている、電気回路遮断器に関する。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、電気回路遮断器に関し、特に、配線用遮断器などの高性能低圧遮断器に関する。

遮断器は、過負荷または短絡によって生じる損傷から電気回路を保護するように設計された自動的に作動する電気スイッチである。その主要機能は、異常状態を検出し、連続性を遮断することによって電気的な流れを中断することである。一度動作すると交換する必要があるヒューズとは異なり、遮断器は、通常動作を再開するために（手動または自動のいずれかで）再設定することができる。遮断器は、個別の家庭用品を保護する小型装置から、都市全体に電力供給する高圧回路を保護するために設計された大型開閉器まで種々の大きさで製造される。

すべての遮断器は、それらの動作において共通の特徴を有するが、詳細については電圧階級、定格電流、および遮断器の種類に実質的に依存して変動する。低圧（１０００ＶＡＣ未満）型電気回路遮断器は、家庭用、商業用、および工業用用途で一般的であり、このようなものとしては：小型およびミニ遮断器（ＭＣＢ）、ｍｍｏｌｄｅｄケース遮断器（ＭＣＣＢ）、漏電遮断器（ＲＣＤ）、およびＲＣＤと過電流保護との機能を併せ持つ遮断器（ＲＣＢＯ）が挙げられる。通常、遮断器は、ケーシングまたは筐体を含む。遮断器の他の特徴の一部としては以下のものが挙げられる：ＭＣＢ（小型遮断器）−定格電流は一般的に１２５Ａ以下であり；トリップ特性は通常は調節できない。ＭＣＣＢ（配線用遮断器）−定格電流は最大１０００Ａであり、熱的または熱磁気的作用によって機能し；トリップ電流はより大きな定格で調節可能である。ＲＣＤ、ＭＣＢ、ＭＣＣＢ、ＲＣＤ、およびＲＣＢＯは、これらすべてが通常は熱可塑性材料または熱硬化性材料から成形された筐体を含むという共通点を有する。ＭＣＣＢ、ＲＣＤ、およびＲＣＢＯは、たとえば、Ｋ．Ｋｕｂｏｙａｍａ ａｎｄ Ａ．Ｋｏｈａｎａｗａ ｉｎ Ｆｕｊｉ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｒｅｖｉｅｗ，Ｖｏｌ．５２，Ｎｏ．４，ｐａｇｅｓ １１２−１１８に記載されている。

遮断器は異常状態を検出する必要があり；低圧遮断器においては、通常これは遮断器の筐体内で行われる。異常が検出されると、遮断器中の接点を開放して回路を遮断する必要がある。小型遮断器は、手作業で操作することができ（短絡の場合はソレノイド、サーマルトリップの場合はバイメタルとも連動する）；より大きな装置は、機構をトリップするためのソレノイドと、バネのエネルギーを回復させるための電気モーターとを有する。遮断器の接点は、過度に加熱されることなく負荷電流を運ぶ必要があり、回路を遮断したときに発生するアークの熱に耐える必要もある。接点は銅または銅合金、銀合金、ならびにその他の材料でできている。接点の耐用寿命は、アークの遮断による腐食によって制限される。通常、小型遮断器および配線用遮断器は接点が摩耗したときに廃棄されるが、電力回路遮断器および高圧遮断器は交換可能な接点を有する。電流を遮断すると、アークが発生する。接点間の間隙が再び回路中の電圧に耐えられるようにするため、このアークは、制御された方法で閉じ込め、冷却し、消弧する必要がある。高いアーク電圧および速い遮断速度が重要となる。最後に、異常状態が解消された後、遮断した回路に電力を回復させるために接点を再び閉じる必要がある。

低圧遮断器は、典型的には、アーク発生室（またはアーク放電室）および消弧室（またはアークシュート）を含む。通常、消弧室は、通常は金属でできているいわゆる消イオン板またはアークスプリッター板の積層体を含む。異なる遮断器では、アークを発生させる媒体として真空、空気、絶縁ガス、または油が使用される。アークを消弧するために種々の技術が使用される。低圧遮断器は、アークによって発生したガスが膨張するアーク放電室を含む。小型低圧遮断器のアークは空気中で消弧される。一部の小型遮断器およびＭＣＣＢなどのより大きな定格の遮断器は、エネルギーを吸収し、アークを分割して冷却し、ガスの導電性を低下させるために、典型的には金属スプリッター板、または非金属のアークシュートを有する。アークをアークシュート中に偏向させるために磁気吹消しコイルを使用することができる。

従来技術から、サイドフランジが取り付けられたアークシュートを含む電気回路遮断器が知られている。米国特許出願公開第２００８／０２９００６８号明細書には、消イオン板の積層体から形成された消弧室と、第１および第２のフランジによって境界が形成されるアーク発生室とを含み、少なくとも第１のフランジの裏側に永久磁石が配置されたアークシュートであって、アーク発生室が：永久磁石の第１の部分によってアークを消弧室に向けて推進させる強化誘導セクションと、永久磁石の第２の部分によってアークを第１のフランジに向かわせる方向転換セクションとを含み、第２の部分が発生する長手方向中間平面の磁界が、第１の部分が発生する磁界よりも実質的に弱い、アークシュートが記載されている。これらの電気回路遮断器中のフランジは、絶縁性材料でできている。

米国特許第７５４１９０２Ｂ号明細書は、特に直流、特に低強度電流、すなわち０．５〜１５０アンペアの間の電流を遮断することができる開閉器デバイスの分野に関する。米国特許第７５４１９０２Ｂ明細書には、消イオン板の積層体から形成された消弧室と、第１および第２のフランジによって境界が形成されるアーク発生室とを含むためのアークシュートを含む遮断器であって、前記アークシュートには、少なくとも第１のフランジの裏側に永久磁石が配置されている、遮断器が記載されている。一実施形態によると、第１のフランジはセラミック材料でできており、一方、第２のフランジはガスを発生する有機材料でできている。

欧州特許出願公開第１３１３１２１Ａ１号明細書には、非ハロゲン系難燃剤を主として含有する成形された消弧用絶縁材料を含む消弧部材を含む電気回路遮断器が記載されている。非ハロゲン系難燃剤は、メラミンシアヌレートなどの有機トリアジン化合物を含めた多くの異なる材料から選択することができる。消弧用絶縁材料中のマトリックス樹脂は、非芳香族ポリアミド類などのポリアミド類を含めた種々の材料から選択することができる。

低圧電気開閉器の問題は、蓄積される最大アークスイッチ電圧、開閉速度、および複数の短絡遮断語の性能の維持が限定されることである。

本発明の目的は、上記問題が少なくともある程度軽減される電気回路遮断器を提供することである。

この目的は、熱可塑性ポリマーと、トリアジン系難燃剤および０〜５重量％のリンまたはハロゲン含有難燃剤を含む難燃剤系と、０〜１５重量％の強化材とを含む難燃性ポリマー組成物からなるサイドフランジによって少なくとも部分的に境界が形成されるアーク発生室を含む本発明による電気回路遮断器であって、熱可塑性ポリマーが少なくとも２６０℃の溶融温度を有するポリアミドを含み、トリアジン系難燃剤が少なくとも２０重量％のメラムを含み、重量パーセント値（重量％）は組成物の全重量を基準としている、本発明による電気回路遮断器によって実現された。

アーク発生室が、このようなポリマー組成物からなるサイドフランジによって少なくとも部分的に境界が形成される本発明による遮断器の効果は、適用できる最大スイッチング電圧が増加することで、より速いスイッチング時間およびより少ないエネルギー散逸が可能となることである。本明細書において融点（温度）という用語が使用される場合、その温度は、ＡＳＴＭ Ｄ３４１７−９７／Ｄ３４１８−９７に準拠して、１０℃／分の加熱速度を用いてＤＳＣによって測定して、溶融範囲に入り最高溶融速度を示す温度であると理解されたい。

本発明による電気回路遮断器においては、消弧室は、好適には金属スプリッター板を含む。電気回路遮断器中の絶縁耐力をより良く維持するためには、このような金属板の存在はあまり重要ではない。

遮断器の筐体中に挿入されるフランジの機能は、設計に依存するが、遮断器の筐体の１つまたは複数の側壁または側壁、あるいはそれらの１つまたは複数の部分によって果たすこともでき、そのような側壁またはそれらの部分がフランジに使用される材料と同一の材料で作製可能な場合に、その機能を果たすことができる。１つまたは複数のサイドフランジが遮断器筐体の一体部分を構成する筐体として見なすことが可能な、遮断器筐体全体を前記難燃剤組成物から構成することも可能であるが、筐体が適切に機能するために必要な遮断器筐体の機械的性質、電気的性質、およびその他の性質のすべてを一体化することは困難である。

好ましい一実施形態においては、１つまたは複数のサイドフランジは、少なくとも部分的な境界をアーク発生室に形成するために筐体中に挿入することができる個別のプラスチック部品からなる。このことは、電気回路遮断器の設計を修正する必要がなく、筐体の強度などの他の性質を譲歩することなく元の設計を維持でき、同時に全体的な性能が向上するという利点を有する。

好ましい一実施形態においては、電気回路遮断器は配線用遮断器（ＭＣＣＢ）である。ＭＣＣＢの筐体は、好適には熱硬化性材料でできており、一方、アーク発生室中に挿入される１つまたは複数のサイドフランジは、熱可塑性ポリマーを含むポリマー組成物でできた個別のプラスチック部品からなる。

このポリマー組成物中に使用される熱可塑性ポリマーは少なくとも２６０℃の溶融温度を有するポリアミドである。これは、たとえば脂肪族ポリアミドまたは半芳香族ポリアミドであってよく、好ましくは脂肪族ポリアミドである。好適な脂肪族ポリアミドの例は、ポリアミド６６およびポリアミド４６、ならびにポリアミド６６と他の脂肪族ポリアミドとのコポリマー、およびポリアミド６６と他の脂肪族ポリアミドとのコポリマーであり、但しその溶融温度は少なくとも２６０℃である。好適には、溶融温度は２６０〜３５０℃の範囲内であるが、より高い溶融温度を有するポリアミドも使用することができる。

好適には、少なくとも２６０℃の溶融温度を有するポリアミドが、組成物の全重量を基準として３０〜７０重量％の量で存在する。

本発明のサイドフランジまたは側壁の少なくとも一部を形成するポリマー組成物は、メラムと、少なくとも２６０℃の融点を有する熱可塑性ポリアミドとを含む。

メラムの次に、組成物は、リン系難燃剤、窒素含有難燃剤、またはさらにはハロゲン含有難燃剤などの他の難燃剤を限定された量で含むことができる。好適な窒素含有はトリアジン系難燃剤である。

ポリマー組成物は、メラムの次に、リン系難燃剤、メラム以外の窒素含有難燃剤、またはさらにはハロゲン含有難燃剤などの他の難燃剤成分を含むことができる。しかし、遮断器中のサイドフランジを適切に機能させるためには、リンまたはハロゲン含有難燃剤の量を限定する必要がある。好ましくはそれらの総量は最大５重量％とすべきであり、すなわち組成物は０〜５重量％のリンまたはハロゲン含有難燃剤を含む、より好ましくは、ポリマー組成物はハロゲンフリーであり、リンまたはハロゲン含有難燃剤の量は０〜５重量％の範囲内である。また、メラム以外の窒素含有難燃剤（メラミンおよびメラミンシアヌレートがその例である）の量は限定された量に維持すべきである。好ましくは、メラム以外の窒素含有難燃剤の量は０〜５重量％の範囲内である。前述の重量パーセント値（重量％）のすべてが、組成物の全重量を基準としていることに留意されたい。

メラムはメラミンの縮合生成物である。好ましくは、難燃剤系は、難燃剤系の全重量を基準として少なくとも７０重量％のメラムを含む。より好ましくは、メラムの量は、難燃剤系の全重量を基準として８０〜１００重量％のメラム、さらには９０〜１００重量％のメラムである。

ポリマー組成物中のメラムの含有率が高いほど、電気回路遮断器の性能が高くなる。好ましくは、メラムの量は、ポリマー組成物の全重量を基準として少なくとも２０重量％、より好ましくは少なくとも３０重量％である。この量は、４５重量％まで、またはさらにはより多い量であってよいが、好適には最大４０重量％である。全体として、好ましくはメラムは、ポリマー組成物の全重量を基準として２０〜４５重量％、より好ましくは３０〜４０重量％の量で存在する。

熱可塑性ポリマーおよびトリアジン系難燃剤の次に、組成物は好適には、強化材、無機フィラー、および補助添加剤などの他の成分を含む。

ポリマー組成物中の繊維強化材は、好適にはガラス繊維である。好適な無機フィラーとしてはタルクおよびウォラストナイトが挙げられる。絶縁耐力を維持するためには、ガラス繊維が存在することが好適である。量が多すぎる場合には、アーク放電電圧に対して悪影響を与える。好適には、ガラス繊維は、ポリマー組成物の全重量を基準として０〜１５重量％の範囲内、好ましくは５〜１０重量％の範囲内の量で存在する。

本発明の特定の一実施形態においては、１つまたは複数のサイドフランジ、またはアーク発生室の側壁の一部に使用されるポリマー組成物は：
ａ．３０〜７０重量％の、少なくとも２６０℃の溶融温度を有するポリアミド；
ｂ．２０〜４０重量％のメラム；
ｃ．５〜１０重量％の繊維強化材；
ｄ．０〜４０重量％の無機フィラー；および
ｅ．０〜２０重量％の他の成分
からなる。

ここで重量パーセント値（重量％）はポリマー組成物の全重量を基準としている。

ここで、他の成分は、たとえば、補助添加剤、および少なくとも２６０℃の溶融温度を有するポリアミド以外のポリマーであってよい。このような他のポリマーは、種々のポリマー、特により高い温度に耐えることができるポリマーから選択することができる。好ましくは、他のポリマーは、より低い融点のポリアミド類、ポリエステル類、ポリフェニレンエーテル類（ＰＰＥ）、およびポリフェニレンスルフィド類（ＰＰＳ）の群から選択される熱可塑性ポリマーである。以下の実施例（ＥＸ）および比較実験（ＣＥ）を用いて本発明をさらに説明する。

[試験]
フランジを難燃剤組成物から作製して、熱硬化性材料でできたＭＣＣＢ中に挿入し、通常の使用条件下でのアーク放電電圧および絶縁耐力の維持について試験した。組成物の成分および試験結果の評価を表１に列挙している。

フランジの作製に使用した難燃性ポリマー組成物は、標準的な原材料、標準的な溶融押出装置、および標準的な溶融混合手順を用いて作製した。ＰＡ４６、すなわちポリアミド４６は、２９５℃の溶融温度を有するポリアミドであり、ＰＡ６６、すなわちポリアミド６６は、２６５℃の溶融温度を有するポリアミドである。

Claims (6)

1. アーク発生室と消弧室とを含む電気回路遮断器であって、前記アーク発生室は、熱可塑性ポリマー、トリアジン系難燃剤、最大０〜５重量％のリンまたはハロゲン含有難燃剤、および０〜１５重量％の強化材を含むポリマー組成物からなるサイドフランジまたは側壁の少なくとも一部によって少なくとも部分的に境界が形成され、熱可塑性ポリマーが少なくとも２６０℃の溶融温度を有するポリアミドを含み、前記トリアジン系難燃剤が少なくとも２０重量％のメラムを含み、重量パーセント値（重量％）は前記ポリマー組成物の全重量を基準としている、電気回路遮断器。
2. 配線用遮断器（ＭＣＣＢ）である、請求項１に記載の電気回路遮断器。
3. 前記アーク発生室が、前記アーク発生室中に挿入された個別のプラスチック部品からなる２つのサイドフランジを含む、請求項１〜２のいずれか一項に記載の電気回路遮断器。
4. 前記ポリマー組成物が、メラムを含む難燃剤系を、前記難燃剤系の全重量を基準として７０〜１００重量パーセントの量で含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気回路遮断器。
5. 前記ポリマー組成物の全重量を基準として、メラムが２０〜４０重量％、好ましくは３０〜４０重量％の量で存在する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気回路遮断器。
6. 前記ポリマー組成物が：
   ａ．３０〜７０重量％の、少なくとも２６０℃の溶融温度を有するポリアミド；
   ｂ．２０〜４０重量％のメラム；
   ｃ．５〜１０重量％の繊維強化材；
   ｄ．０〜４０重量％の無機フィラー；および
   ｅ．０〜２０重量％の他の成分からなり；
   重量％は前記ポリマー組成物の全重量を基準としている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気回路遮断器。