JP2016085947A - 電気回路遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度を維持したまま小型化できる電気回路遮断装置の提供。
【解決手段】合成樹脂からなるハウジング10内に点火器20、合成樹脂からなる発射体40、電気回路の一部を形成するための導体片50が配置されている。さらに発射体40とハウジング10の内壁面の間に金属からなるシリンダー30が配置されることで補強されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車や家庭電化製品などの電気回路に使用することができる電気回路遮断装置に関する。

自動車や家庭電化製品などの電気回路自体や前記電気回路を含むシステム全体の異常時などにおいて、電気回路を遮断することで大きな被害を未然に防止する電気回路遮断装置が使用されている。
電気回路遮断装置は、ハウジング内に点火器、発射体（ピストン）、導体などが収容されたものが知られている（特許文献１〜５）。

特許文献１、２では、ハウジングの材質として、金属、セラミックス、ポリマーが例示されており、特定のポリマーが好ましいと記載されている（特許文献１の２〜３頁、特許文献２の２頁）。
特許文献４では、ケーシング１３はステンレスからなるものである（段落番号００１１）。
特許文献５では、ケース３０は、電気絶縁性を有し、かつ強度の高い材料（ 例えば樹脂材料）によって形成されている（段落番号００３４）。
ポリマー材料（樹脂材料）を使用したときは、例えば、特許文献１、２、５のそれぞれの図１などからも理解できるとおり、必要な強度を付与する点から、ハウジング（ケーシング）を厚肉にする必要がある。
ステンレスのケーシング１３を使用したときは、質量の増加が大きくなるほか、絶縁ケース１４を組み合わせて配置する必要があるため、構造および組み立てが複雑になる。

米国特許出願公開第２００５／００８３１６４号明細書 米国特許出願公開第２００５／００８３１６５号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２３４１６２号明細書 特開平１１−２３２９７９号公報 特開２０１４−４９３００号公報

自動車用のバッテリー、例えば、リチウムイオンバッテリーなどに電流遮断装置を使用するときは、できるだけハウジングを薄肉化することで全体を小型化することが望ましい。
本発明は、必要な強度を維持したままでハウジングを薄肉化して、全体を小型化することができる電気回路遮断装置を提供することを課題とする。

本発明は、合成樹脂からなるハウジングの第１端部から第２端部まで貫通した筒状空間内において、前記ハウジングの第１端部側から軸方向に順に点火器、合成樹脂からなる発射体、電気回路の一部を形成させるための導体片が配置され、前記ハウジングの第２端部と前記導体片の間に前記導体片の絶縁空間を有している電気回路遮断装置であって、
前記導体片が、両端側の接続部と中間部分の切断部からなる板片であり、前記切断部の面が前記ハウジングの軸方向に直交して配置されているものであり、
前記発射体が、前記導体片の切断部の面とハウジング軸方向に対向して配置されているものであり、
前記発射体と前記ハウジング内壁面の間には、前記ハウジングを補強するための金属からなるシリンダーが配置されている、電気回路遮断装置を提供する。

本発明の電気回路遮断装置は、自動車のバッテリー（リチウムイオンバッテリーなど）、家庭電化製品などの様々な電気回路に取り付けて使用して、電気回路に異常が生じたときには、電気回路を遮断できるものである。
本発明の電気回路遮断装置は、ハウジングを補強するための部材としてシリンダーを使用したことが特徴である。

ハウジングは、合成樹脂からなるものであり、外形は取り付け部位に応じて適宜決定されるものである。
ハウジングは、点火器、発射体、シリンダー、導体片などの部品を収容したり、取り付けたりすることができる形状、構造および大きさのものである。

点火器は、公知の電気回路遮断装置で使用されている点火器のほか、自動車のエアバッグ装置で使用するガス発生器用の点火器などである。
点火器は、点火薬を備えた点火部と通電するための導電ピンを備えたものであり、作動時には、外部電源から通電することで点火薬を燃焼させ、燃焼ガスや火炎などの燃焼生成物を発生させるものである。

発射体は、点火器の作動により発生した燃焼生成物の圧力を受けて、ハウジング内を軸方向に移動し、導体片を切断して、電気回路を遮断するためのものである。
発射体の先端部は、特許文献１、２の図１の３４で示される矢尻形状のものでもよいし、特許文献３の図１のピストン６のような平坦面のものでもよい。
発射体は、ハウジングと同じ合成樹脂からなるものを使用することができる。

導体片は、公知の電気回路遮断装置で使用されているものと同じものを使用することができる。
導体片は、両端側の接続部と中間部分の切断部からなる板片であり、電気回路に取り付けたとき、電気回路の一部を形成するためのものである。
導体片の形状は、ハウジングに対する取り付け部分の形状および構造に対応した形状になっている。

本発明の装置は、発射体とハウジング内壁面の間に、ハウジングを補強するための金属からなるシリンダーが配置されている。
シリンダーは、ステンレス、鉄などからなるものを使用することができる。
ハウジング内壁面とシリンダーの外周面は、互いに接触していることが好ましい。
シリンダーの内周面と発射体の外周面は、互いに接触していてもよいが、作動時に移動し易くするため、僅かな隙間が形成されて配置されていることが好ましい。
シリンダーの幅方向の断面形状と発射体の断面形状は、同じであることが好ましいが、部分的に異なっていてもよい。

本発明の装置は、ハウジングの筒状空間内に第２端部側から、点火器、シリンダー、発射体を順番に挿入し、導体を取り付けた後、一面が開口した箱形状のストッパを嵌め込んで導体を固定する。このとき、箱形状のストッパの内部空間が絶縁空間となる。
本発明の装置では、点火器が作動すると発射体が軸方向に移動して、発射体の先端部が導体片の切断部に衝突して前記切断部を切断したあと、前記先端部と切断片は絶縁空間に入る。
このように切断部が切断されることで、電気的に不通となり、電気回路が遮断される。

本発明の装置では、シリンダーを使用していることから、次の様な作用効果を得ることができる。
（第１の作用効果）
金属からなるシリンダーを使用してハウジングを補強することで、ハウジングの肉厚を小さくすることができるため、装置自体を小型化することができる。
（第２の作用効果）
点火器が作動して生じた燃焼生成物は、シリンダー内を通って発射体と衝突とするため、ハウジング内壁面が燃焼生成物の熱や圧力に直接曝されることがなくなる。このため、ハウジングの肉厚を小さくすることができ、第１の作用効果と合わせて装置自体の小型化に寄与することができる。
（第３の作用効果）
シリンダーは、点火器の作動により発生した燃焼生成物の通路になるため、燃焼生成物の全てを発射体に衝突させることができる共に、発射体が移動するときのガイド部としても機能する。

本発明の電気回路遮断装置は、
前記発射体が、先端拡径部と、前記先端拡径部よりも外径の小さいロッド部を有するものであり、
前記シリンダーが、第１端開口部側が前記点火器側に位置し、反対側の第２端開口部側が前記拡径部と前記ロッド部の間の段差面に当接し、前記ロッド部を包囲するように配置されているものが好ましい。

発射体は、先端拡径部と、前記先端拡径部よりも外径の小さいロッド部を有している。
作動時には、先端拡径部が導体片に衝突して破壊するものであるため、導体に対する破壊強度を維持したまま、発射体を軽量化することができる（第４の作用効果）。
また、シリンダーの第２端開口部が拡径部とロッド部の境界にある段差面に当接され、作動前においてシリンダーが導体片側に移動することが制限されているため、金属製のシリンダーと導体片が接触することが防止されている。

本発明の電気回路遮断装置は、
前記発射体が、先端拡径部と、前記先端拡径部よりも外径の小さいロッド部を有するものであり、
前記点火器が、点火器本体の一部が樹脂で包囲された樹脂部を有し、前記樹脂部から点火部が突き出されたものであり、
前記シリンダーが、第１端開口部側が前記点火器の樹脂部に当接し、反対側の第２端開口部側が前記拡径部と前記ロッド部の間の段差面に当接しており、前記点火器の点火部と前記ロッド部を包囲するように配置されているものが好ましい。

シリンダーは、点火器の樹脂部と発射体の段差面により軸方向に支持されるものであることから、ハウジングに対する取り付けが容易になる。このとき、シリンダー内に発射体を挿入した状態で取り付けることもできる。
また、シリンダーが点火器の点火部と発射体のロッド部を包囲していることから、第２の作用効果と第３の作用効果が増強される。
また、シリンダーの第２端開口部が拡径部とロッド部の境界にある段差面に当接され、作動前においてシリンダーが導体片側に移動することが制限されているため、金属製のシリンダーと導体片が接触することが防止されている。

本発明の電気回路遮断装置は、
前記発射体が、先端拡径部と、前記先端拡径部よりも外径の小さいロッド部を有するものであり、
前記先端拡径部の幅方向の断面形状が四角形、前記ロッド部の幅方向の断面形状が円形であり、
前記シリンダーの幅方向の断面形状が円形であるものが好ましい。

先端拡径部の幅方向の断面形状が四角形である方が、導体の切断部を切断し易くなるため好ましい。
ロッド部の幅方向の断面形状とシリンダーの幅方向の断面形状がいずれも円形であることで、発射体の移動が容易になる。

本発明の電気回路遮断装置は、
前記発射体が、先端拡径部と、前記先端拡径部よりも外径の小さいロッド部を有するものであり、
前記発射体の前記ロッド部が、Ｏリングが嵌め込まれたくびれ部を有しており、前記Ｏリングが前記シリンダーの内周面に当接され、前記ロッド部の外表面と前記シリンダーの内表面が接触していないものが好ましい。

このように発射体のロッド部がＯリングにおいてのみシリンダーの内表面と接触することで、作動時における発射体の移動が容易になると共に、点火器から生じた燃焼生成物がシリンダーとロッド部の間を通って逃げ出すことが防止される。
このため、第２の作用効果と第３の作用効果が増強される。

本発明の電気回路遮断装置は、合成樹脂からなるハウジング内に金属からなるシリンダーが配置されて補強されているため、必要な強度を維持したままで前記ハウジングの肉厚を小さくして、装置全体を小型化することができる。

本発明の電気回路遮断装置の軸方向断面図。 （ａ）は、図１の電気回路遮断装置で使用する発射体の平面図、（ｂ）は、図１の電気回路遮断装置で使用するシリンダーの平面図。 本発明の電気回路遮断装置の組み立て方法の説明図。

図１、図２により本発明の電気回路遮断装置１の実施形態を説明する。
本発明の電気回路遮断装置１は、シリンダー３０を使用したことが新規なものであり、他の部品については公知の電気回路遮断装置においても使用されているものである。
但し、シリンダー３０が新規なものであるから、シリンダー３０と他の部品との配置関係については新規なものとなる。

合成樹脂からなるハウジング１０は、第１端部１１から第２端部１２まで貫通した筒状空間１３を有している。
第１端部１１側には、使用時において電源とリードワイヤで接続されたコネクタ嵌め込み部１５が取り付けられている。

ハウジング１０の筒状空間１３内には、第１端部１１側から軸方向に順に点火器２０、合成樹脂からなる発射体４０、導体片５０が配置されている。
点火器２０は、点火部２１と導電ピン２３を有する点火器本体の一部が樹脂で包囲された樹脂部２２を有しており、樹脂部２２から点火部２１が突き出されたものである。

図１、図２（ａ）に示す発射体４０は、ロッド部４１と、ロッド部４１の先に形成された先端拡径部４２を有している。
先端拡径部４２の外径は、ロッド部４１の外径よりも大きくなっているため、ロッド部４１と先端拡径部４２の境界部には環状の段差面４５が形成されている。
ロッド部４１の幅方向の断面形状は円形であり、先端拡径部４２の幅方向の断面形状は四角形（好ましくは正方形）または円形である。
ロッド部４１は、一部の外径が小さくなったくびれ部４３を有しており、くびれ部４３には、ゴム（例えばシリコーンゴム）や合成樹脂からなるＯリング４４が嵌め込まれている。
ロッド部４１の外径とＯリング４４が嵌め込まれた部分の外径は、Ｏリング４４が嵌め込まれた部分の外径の方が僅かに大きくなっている。

図１、図２（ｂ）に示すシリンダー３０は、ハウジング１０を補強するためのものであり、ステンレスや鉄などの金属からなるものである。
シリンダー３０の厚みは、装置１の大きさにより異なるが、上記した第１〜第３の作用効果を得るためには、約０．５〜３ｍｍの範囲が好ましい。
シリンダー３０は、外表面３０ａが筒状空間１３の内壁面１３ａと接触して配置されている。
シリンダー３０は、第１端開口部３１側が点火器２０の樹脂部２２に当接し、反対側の第２端開口部３２側が発射体４０の環状段差面４５に当接している。
シリンダー３０は、点火器２０の点火部２１と発射体４０のロッド部４１を包囲して配置されている。このとき、発射体４０のくびれ部４３に嵌め込まれたＯリング４４はシリンダー３０の内周面３０ｂに接触しているが、ロッド部４１の外表面とシリンダー３０の内表面３０ｂは接触していない。
シリンダー３０は、筒状空間１３内に圧入されることで軸方向に移動しないように固定されている。
なお、シリンダー３０の外表面３０ａに爪部を形成し、半径方向に対向するハウジング１０の内壁面（筒状空間１３の内壁面１３ａ）に前記爪部に対応する凹部を形成しておき、取り付け時には前記爪部を前記凹部に嵌め込むようにして、シリンダー３０が軸方向に移動しないように固定することもできる。

導体片５０は、装置１を電気回路に取り付けたとき、電気回路の一部を形成させるためのものである。
導体片５０は、両端側の第１接続部５１、第２接続部５２と中間部分の切断部５３からなる板片である。
２つの第１接続部５１の穴５１ａと第２接続部５２の穴５２ａは、電気回路において他の導体（例えば、リードワイヤ）と接続するためのものである。
図１に示す導体片５０は、切断部５３の面と第１接続部５１、第２接続部５２の面は互いに直交するように形成されているが、切断部５３の面と第１接続部５１、第２接続部５２の面が同一面を形成しているものでもよい。
また導体片５０は、ハウジング１０の取り付け部５５の形状および構造に応じて、第１接続部５１の切断部５３よりの部分と第２接続部５２の切断部５３よりの部分が、それぞれ厚さ方向に変形されたものでもよい。

導体片５０は、切断部５３の面がハウジング１０の軸方向に直交して配置されている。
導体片５０の切断部５３の面は、発射体４０の先端拡径部４２の先端面４２ａと対向している。図１では、切断部５３の面と先端面４２ａが当接されているが、間隔をおいて対向されていてもよい。
また、発射体４０の先端拡径部４２の幅方向の断面形状が正方形であるとき、１辺の長さ（Ｌ１）と導体片５０の切断部５３の幅（Ｗ１）は、Ｌ１≧Ｗ１の関係を満たしていることが好ましく、Ｌ１／Ｗ１＝１．０〜１．２の範囲がより好ましい。

導体片５０とハウジングの第２端部１２の間には、一面が開口した箱形状のストッパ６０が、開口部側が導体片５０側になるように配置されている。
箱形状のストッパ６０は合成樹脂からなるものであり、内部は絶縁空間６１になっている。
作動時において、発射体４０の先端拡径部４２が軸方向に移動して、導体片５０の切断部５３を切断した後、先端拡径部４２と切断部５３の切断片が絶縁空間６１内に入り込むことで、切断部５３の切断による電気回路の遮断が実施される。

次に、図３により図１に示す装置１の組み立て方法を説明する。
ハウジング１０は、筒状空間１３を有しており、さらに公知の部品である導体片５０を取り付けるための取り付け部５５と、公知の部品である箱形状のストッパ６０を嵌め込むための厚さ方向に貫通した開口部６５を有している。
取り付け部５５の形状と構造などは導体片５０の形状などに対応しており、開口部６５の形状および大きさなどは、箱形状のストッパ６０の形状および大きさなどに対応している。

まず、ハウジングの第２端部１２側から点火器２０を筒状空間１３内に挿入する。
次に、点火器２０と同様にしてシリンダー３０を筒状空間１３内に挿入する。このとき、シリンダー３０の第１端開口部３１側が点火器２０の樹脂部２２に当たるまで挿入する。
次に、発射体４０をロッド部４１側から筒状空間１３内に挿入する。このとき、ロッド部４１が先に挿入したシリンダー４０内に入り、先端拡径部４２の環状段差面４５がシリンダー３０の第２開口部３２に当接するまで挿入する。
発射体４０のロッド部４１をシリンダー３０内に挿入するとき、シリンダー３０の内周面３０ｂにはＯリング４４が接触するため、挿入作業は容易である。
なお、シリンダー３０と発射体４０が図１に示すように組み合わされた状態のものを筒状空間１３内に挿入することもできる。

次に、導体片５０をハウジング１０の取り付け部５５に取り付ける。
次に、箱形状のストッパ６０を開口面が切断部５３側になるようにして、開口部６５内に嵌め込む。このとき、箱形状のストッパ６０の側面により開口部６５が閉塞され、箱形状のストッパ６０の底面によりハウジングの第２端部１２側の筒状空間１３の開口部が閉塞される。
なお、ストッパ６０の側面に爪部を形成し、開口部６５の面に前記爪部に対応する凹部を形成しておき、取り付け時には前記爪部を前記凹部に嵌め込んでストッパ６０を固定するようにしてもよい。

図１に示す電気回路遮断装置１は、ハウジング１０の内部に金属製のシリンダー３０が配置されてハウジング１０が補強されているため、上記した第１作用効果によりハウジング１０の肉厚を小さくすることができ、装置自体を小型化することができる。
図１に示す電気回路遮断装置１は、シリンダー３０を使用しない場合と比べると、ハウジング１０の幅肉厚を約３０〜８０％小さくすることができる。

次に、図１に示す電気回路遮断装置１を電気回路の一部に配置したときの動作を説明する。
図１に示す電気回路遮断装置１は、異常電流を検知するセンサーなどと組み合わせて、例えば電気回路に異常電流が流れたときに自動的に作動を開始するようにすることができるほか、人為的に作動するようにすることもできる。

電気回路遮断装置１を電気回路に配置するときは、導体片５０の第１接続部５１の穴５１ａと第２接続部５２の穴５２ａにおいて電気回路を構成するリードワイヤと接続する。
電気回路に異常が生じたときには、点火器２０が作動して、点火部２１から燃焼生成物が発生する。
点火部２１はシリンダー３０の第１端開口部３１側で包囲されているため、発生した燃焼生成物はシリンダー３０内を直進して、発射体４０のロッド部４１に衝突する。
このように高温の燃焼生成物は金属製のシリンダー３０内を移動して発射体４０と衝突し、筒状空間１３の内壁面１３ａが燃焼生成物の熱や圧力に直接曝されることがなくなるため、第２の作用効果によってもハウジング１０の肉厚を小さくすることができ、装置自体を小型化することができるようになる。

燃焼生成物による圧力を受けた発射体４０は、上記した第３の作用効果により軸方向に移動して、先端拡径部４２により導体片５０の切断部５３を切断する。
その後、先端拡径部４２と切断部５３の切断片が絶縁空間６１内に移動して電気絶縁的に保持される。
この動作により導体片５０の両端にある第１接続部５１と第２接続部５２は電気的に不通状態となるため、装置１を配置した電気回路は遮断される。

本発明の電気回路遮断装置は、各種電気回路に配置することができ、特に自動車のバッテリー（例えば、リチウムイオンバッテリー）を含む電気回路用および家庭電化製品の電気回路用として適している。

１ 電気回路遮断装置
１０ ハウジング
２０ 点火器
３０ シリンダー
４０ 発射体
４１ ロッド部
４２ 先端拡径部
５０ 導体片
５１ 第１接続部
５２ 第２接続部
５３ 切断部

Claims (5)

1. 合成樹脂からなるハウジングの第１端部から第２端部まで貫通した筒状空間内において、前記ハウジングの第１端部側から軸方向に順に点火器、合成樹脂からなる発射体、電気回路の一部を形成させるための導体片が配置され、前記ハウジングの第２端部と前記導体片の間には、前記導体片の切断部分を受けるための絶縁空間を有している電気回路遮断装置であって、
   前記導体片が、両端側の接続部と中間部分の切断部からなる板片であり、前記切断部の面が前記ハウジングの軸方向に直交して配置されているものであり、
   前記発射体が、前記導体片の切断部の面とハウジング軸方向に対向して配置されているものであり、
   前記発射体と前記ハウジング内壁面の間には、前記ハウジングを補強するための金属からなるシリンダーが配置されている、電気回路遮断装置。
2. 前記発射体が、先端拡径部と、前記先端拡径部よりも外径の小さいロッド部を有するものであり、
   前記シリンダーが、第１端開口部側が前記点火器側に位置し、反対側の第２端開口部側が前記拡径部と前記ロッド部の間の段差面に当接し、前記ロッド部を包囲するように配置されている、請求項１記載の電気回路遮断装置。
3. 前記発射体が、先端拡径部と、前記先端拡径部よりも外径の小さいロッド部を有するものであり、
   前記点火器が、点火器本体の一部が樹脂で包囲された樹脂部を有し、前記樹脂部から点火部が突き出されたものであり、
   前記シリンダーが、第１端開口部側が前記点火器の樹脂部に当接し、反対側の第２端開口部側が前記拡径部と前記ロッド部の間の段差面に当接しており、前記点火器の点火部と前記ロッド部を包囲するように配置されている、請求項１記載の電気回路遮断装置。
4. 前記発射体が、先端拡径部と、前記先端拡径部よりも外径の小さいロッド部を有するものであり、
   前記先端拡径部の幅方向の断面形状が四角形または円形、前記ロッド部の幅方向の断面形状が円形であり、
   前記シリンダーの幅方向の断面形状が円形である、請求項１〜３のいずれか１記載の電気回路遮断装置。
5. 前記発射体が、先端拡径部と、前記先端拡径部よりも外径の小さいロッド部を有するものであり、
   前記発射体の前記ロッド部が、Ｏリングが嵌め込まれたくびれ部を有しており、前記Ｏリングが前記シリンダーの内周面に当接され、前記ロッド部の外表面と前記シリンダーの内表面が接触していない、請求項１〜４のいずれか１項記載の電気回路遮断装置。

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