JP2021114461A - 破裂板を組み込んだスイッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチング装置のハウジングが高圧により破壊される又は破断することを最小限に抑える又は防止する。【解決手段】電気的スイッチング装置であって、密閉されたハウジング１０２と、前記密閉されたハウジング内にある内部構成部品であって、入力に応じて、前記スイッチング装置の状態を閉状態及び開状態から変化させるように構成され、前記閉状態は前記装置に電流が流れることを可能にし、前記開状態は前記装置への電流の流れを遮断する、内部構成部品と、外部回路との接続のために前記内部構成部品に電気的に接続された接触構造と、を備え、前記ハウジングは、前記ハウジングの内部の圧力が前記ハウジングから解放されることを可能にするために圧力解放機構を備える。【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

本出願は、２０１９年１１月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／９３７，６９２号に基づく優先権を主張するものである。
［背景］
［発明の分野］
本明細書に記載するのは、破裂板を用いた接触器装置やヒューズ装置等の電気的スイッチング装置に関連する装置である。
［関連技術の説明］
電気回路を接続及び遮断することは、電気回路と同等の歴史があり、接続された電気デバイスへの電力を「オン」状態と「オフ」状態とに切り替える方法としてしばしば利用される。回路を接続及び遮断するのに一般的に利用される１つの装置の例は接触器であり、接触器は、１つ又は複数のデバイス又は電源に電気的に接続される。接触器は、回路を遮断又は導通して、デバイスへの電力及びデバイスからの電力を制御できるように構成されている。従来の接触器の１つのタイプは、密閉接触器である。

デバイスの通常の動作中に電気回路を接続及び遮断するという目的を果たす接触器に加えて、過電流保護を行うために様々な追加の装置を用いることが可能である。それらの装置は、電気システム又は接続された電気デバイスの短絡、過負荷、及び永久的損傷を防止することが可能である。それらの装置は、永久的な方法で回路を迅速に遮断することが可能な断路装置を含み、それにより、断路装置が修理、交換、又はリセットされるまで回路は遮断されたままとなる。そのような断路装置の１つのタイプは、ヒューズである。従来のヒューズは、犠牲デバイスとして機能する一種の低抵抗導体である。一般的なヒューズは、過大な電流が流れた際に溶融する金属線又は金属片を備え、接続している回路を遮断する。

社会が発展するにつれて、電気システム及び電子デバイスに対する様々な革新がますます一般化しつつある。そのような革新の例として、エネルギー効率のスタンダートとなりつつあり、いずれは石油を動力とする大半の従来の自動車に取って代わり得る、電気自動車における近年の進歩が挙げられる。このように高価で日常的に使用される電気デバイスにおいて、過電流保護は、デバイスの不具合の防止やデバイスへの永久的損傷の防止に特に適用可能である。さらに、過電流保護により、周囲の人々への電気ショックや電気火災等の安全上の問題を防止することができる。電気システム及び電気デバイスに対するこのような最新の改善には、安全性、利便性、及び効率性を高めるための最新の解決策が必要となる。

従来の接触器及びヒューズ装置に伴う１つの問題は、動作中に生じ得る内圧に対処することである。この内圧の１つの原因は、動作時におけるデバイスの内部構成部品間のアーク放電である場合がある。密閉装置については、この内圧増加の問題がより一層大きくなり得る。内圧が過剰に大きくなると、ハウジングは制御不能に破壊され得る。これにより、装置が動作不能となるだけでなく、破壊されて圧力が解放されることで電気システムのハウジング以外の部分や当該システムに従事している又はその付近にいるあらゆる人々を危険に曝しうる。
［概要］
本発明は、電機的スイッチング装置であって、スイッチング装置のハウジング内の内圧の解放を可能にするために圧力解放機構を有する、スイッチング装置を対象としたものである。ハウジング内の圧力は、様々な事象により発生し得る。そのような事象の１つは、ハウジングの内部構成部品の動作中に生じる、ハウジング内での内部アーク放電である。このアーク放電は、スイッチング装置の接触子同士が離間する際に生じ得る場合がある。本発明による圧力解放機構は、スイッチング装置のハウジングが高圧により破壊される又は破断することを最小限に抑える又は防止するために、より制御された態様で、高い圧力がハウジングから通過することを可能にする。

本発明は様々なスイッチング装置と共に使用することができるが、とりわけ、密閉されたハウジングを備えるスイッチング装置に適用可能である。破裂板やスイッチング装置のハウジングに設計された脆弱部を含む多岐にわたる圧力解放機構を使用することができる。

本発明による電気的スイッチング装置の一実施形態は、密閉されたハウジングと、密閉されたハウジング内にある内部構成部品と、を備える。内部構成部品は、入力に応じて、スイッチング装置の状態を閉状態及び開状態から変更するように構成されていてもよい。閉状態において、電流は装置を流れることが可能になり、開状態において、装置を流れる電流は遮断されている。内部構成部品に電気的に接続されるとともに、外部回路との接続も可能である接触構造もまた、含まれ得る。ハウジングは、ハウジングの内部の圧力がハウジングから逃げることを可能にするために、圧力解放機構を備える。

本発明のこれらの特徴及びその他の更なる特徴並びに利点は、添付の図面と照らし合わせることで、以下の詳細な説明から当業者に明らかとなろう。添付図面において、類似した数字は、図中の対応する部分を指し示す。

本発明による圧力解放機構を組み込み可能な特徴を組み込むことができる接触器の一実施形態の正面断面図である。 図１の接触器装置の実施形態の正面断面図であり、電気が本装置を流れることを妨げる「開」又は「切断」位置にて示されている。 本発明による圧力解放機構を組み込み可能なヒューズ装置の正面断面図である。 図１のヒューズ装置の実施形態の正面断面図であり、「開」又は「切断」位置にて示されている。 本発明による接触器の一実施形態の斜視図であり、破裂板圧力解放機構を有している。 図５の接触器内に示す破裂板圧力解放機構の詳細な斜視図である。 図５の接触器内に示す破裂板機構の断面図である。 図５の接触器内に示す破裂板機構の別の断面図である。 本発明による接触器の底面図であり、破裂板圧力解放機構を有している。 破裂板機構が破裂したあとの図８の接触器の底面図である。 本発明による接触器の一実施形態の斜視図であり、破裂板圧力解放機構を有している。 図１０の接触器内に示す破裂板圧力解放機構の詳細な斜視図である。 図１０の接触器内に示す破裂板機構の断面図である。 図１０の接触器内に示す破裂板機構の別の断面図である。 本発明による接触器の一実施形態の斜視図であり、脆弱部圧力解放機構を有している。 図１４の接触器内に示す圧力解放機構の詳細な斜視図である。 図１０の接触器内に示す破裂板機構の断面図である。 本発明による破裂板を有する接触器の一実施形態の断面図である。 図１８に示す接触器の別の断面図である。 図１８に示す接触器に用いるハウジングの分解図である。 図１８に示す接触器に用いるハウジングの底面図である。 図１０に示す接触器に用いるハウジングの断面図であり、図２１の断面線分Ｂ−Ｂに沿って切断されている。 図１８に示す接触器に用いるハウジング及び破裂板の詳細図である。 図１８に示す接触器に用いるハウジングの底面斜視図である。 破裂板が破裂したあとの、図１８に示す接触器に用いるハウジングの底面図である。

［詳細な説明］
本開示は、本発明によるスイッチング装置の種々の実施形態の詳細な説明をここで記載する。本発明は、接触器又はヒューズ装置等の多岐にわたるスイッチング装置に用いることができる。それらのスイッチング装置は、電気デバイス又は電気システムに電気的に接続して、接続されたデバイス又はシステムへの電力を「オン」又は「オフ」にすることが可能である。

スイッチング装置は、密閉されたハウジングを備えることができる。そして、「オン」状態から「オフ」状態へ切り替わる際に接触子が離間するとき、接触子間でアーク放電が生じ得る。より高い電流レベルでは、アーク放電により、スイッチング装置のハウジング内で圧力が上昇し得る。昇圧状態では、スイッチング装置のハウジングが破壊される又は破断するおそれがある。ハウジングが破壊されるおそれを最小限に抑える又は排除するために、本発明によるスイッチング装置は、ハウジングが破壊される前にアーク放電圧を解放するために、圧力解放機構を備えることができる。様々な実施形態が多岐にわたる圧力解放機構を備えることができ、いくつかの実施形態は、スイッチング装置のハウジング内に破裂板又は設計された脆弱部を備える。それらの圧力解放機構は、高圧事象の際に開口して、空気又はガスをハウジングから通過させることができる。

本明細書を通し、図示された好ましい実施形態及び実施例は、本発明に対する限定ではなく、例示的なものとして考えられるべきである。本明細書で使用される場合、「発明」、「装置」、「本発明」、又は「本装置」という用語は、本明細書に記載する発明の実施形態のいずれか１つ、及び任意のその等価物を指す。さらには、本明細書全体を通して、「発明」、「装置」、「本発明」、又は「本装置」の種々の特徴について言及することは、特許請求の範囲に記載した全ての実施形態又は方法が、言及した特徴を包含しなければならないことを意味するものではない。

ある要素又は機構が、別の要素又は機構に「接して」いる、又は「隣接して」いると言及されている場合、その要素又は機構は、他の要素又は機構に直接接している、又は直接隣接していることが可能であり、或いは介在する要素又は機構が存在しうることもまた、理解される。ある要素が別の要素に「取り付けられる」、「接続される」、又は「連結される」と言及されている場合、その要素は、他の要素に直接的に取り付けられる、接続される、又は連結されることが可能であり、或いは介在する要素が存在し得ることもまた、理解される。一方、ある要素が別の要素に「直接的に取り付けられる」、「直接的に接続される」、又は「直接的に連結される」と言及されている場合、介在する要素は存在しない。

本明細書において、「外側の」、「上の」、「下の（ｌｏｗｅｒ）」、「下に（ｂｅｌｏｗ）」、「水平な」、「垂直な」、及びそれに類する用語等の相対的な用語は、１つの特徴の別の特徴に対する関係を説明するために用いられ得る。これらの用語は、図面に描かれた位置に加えて、様々な位置を包含することを意図していることが理解される。

本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するためだけのものであって、本発明に対する限定を意図したものではない。本明細書で使用される場合、単数の形態の「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び
「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかにそうでないことを示していない限り、複数の形態もまた含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、述べられた機構、完全体、工程、動作、要素、及び／又は構成部品の存在を特定するものであるが、１つ又は複数の他の機構、完全体、工程、動作、要素、構成部品、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではないことがさらに理解されよう。

本発明の実施形態は、本発明の理想的な実施形態の概略図である様々な図及び図解を参照して本明細書に記載される。したがって、例えば、製造上の技術、及び／又は公差の結果として、図示されたものの形状から変形することが予期される。発明の実施形態は、本明細書に図示された領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば、製造に起因する形状の逸脱を含むものとする。

本発明による具体的な圧力解放機能又は圧力解放機構について説明する前に、それらの機構を組み込むことが可能なスイッチング装置の例について説明する。それらは例示的なスイッチング装置に過ぎず、本発明は、他の多くのスイッチング装置内やスイッチング装置以外の装置内にあってもよい。本発明を利用可能な多岐にわたるスイッチング装置のいくつかは、装置を「オン」状態と「オフ」状態とに切り替え可能に構成された接触器とヒューズとを備える。

本発明による圧力解放機構を１つ以上利用可能な例示的な接触器装置に関し、図１は、「閉」回路位置にある接触器装置１００の断面図を示しており、接触器装置を通る電気の流れが可能となっている。接触器装置１００は、本体１０２（ハウジング１０２とも称す）と、２つ以上の固定接触子構造１０４，１０６（２つ示されている）と、を備えることができ、固定接触子構造１０４，１０６は、接触器装置の内部構成部品を、例えば、電気システム又は電気デバイスといった外部回路に電気的に接続するように構成されている。

本体１０２は、本明細書に開示するように、接触器装置１００の構造及び機能を支持することが可能な任意の好適な材料を備えることができ、好ましい材料は、装置の固定接触子１０４，１０６及び内部構成部品を通る電気の流れを妨害することなく、接触器装置１００に構造的支持を提供することが可能な堅牢な材料である。いくつかの実施形態において、本体１０２は、耐久性プラスチック又は耐久性ポリマーを備える。本体１０２は、少なくとも部分的に接触器装置１００の様々な内部構成部品を取り囲む。接触器装置１００については、より詳細に本明細書に後述する。

本体１０２は、様々な内部構成部品を収容するのに適した任意の形状を備えることができ、任意の規則的な多角形、又は非規則的な多角形を含む。本体１０２は、連続的な構造であってもよく、或いは互いに接合された複数の構成部品を備えることができ、例えば、基体用の「カップ」と、エポキシ材料で密閉された上部用の「ヘッダ」と、を備える。いくつかの例示的な本体の構造は、米国特許第７，３２１，２８１号、第７，９４４，３３３号、第８，４４６，２４０号、及び第９，０１３，２５４号に記載されるものを含む。これらの特許は、全て本願の譲受人であるギガバック社に譲渡されたものであり、また、それら全ての全内容を本出願に参照により援用する。

固定接触子１０４，１０６は、本体１０２内に収容された接触器装置１００の様々な内部構成部品が、外部の電気システム又は電気デバイスと電気的に通信可能となるように構成され、それにより、接触器装置１００は、本明細書に記載する電気回路を遮断又は導通するスイッチとして機能し得る。固定接触子１０４，１０６は、接触器装置の内部構成部品に電気的接触を提供するのに適した任意の導電性材料を備えることができ、例えば、種々の金属及び金属材料、又は当該技術分野で既知である任意の電気接触材料若しくは構造である。固定接触子１０４，１０６は、単一の連続的な接触構造（図示の通り）を備えることができ、或いは複数の電気的に接続された構造を備えることができる。例えば、いくつかの実施形態において、固定接触子１０４，１０６は、２つの部分を備えることができ、第１の部分は本体１０２から延在し、この第１の部分は、本明細書に記載される本体の内部にある他の構成部品と相互作用するように構成された本体１０２の内部にある第２の部分に電気的に接続される。

本体１０２は、接触器装置１００の様々な内部構成部品を収容する本体１０２の内部空間が密閉されるように構成され得る。電気的負性ガスの使用と組合わされると、この密閉された構成は、隣接する導電性要素間の電気アーク放電を低減又は防止する一助となり得、いくつかの実施形態において、空間的に離間した接触子間の電気的絶縁をもたらす一助となる。いくつかの実施形態において、本体１０２は、真空条件下にあってもよい。本体１０２は、密閉された電気デバイスを生成する任意の既知の手段を利用して密閉され得る。密閉されたデバイスの例としては、米国特許第７，３２１，２８１号、第７，９４４，３３３号、第８，４４６，２４０号、及び第９，０１３，２５４号に記載されたものが挙げられる。これらの特許は、全て本願の譲受人であるギガバック社に譲渡されたものであり、また、それら全ての全内容を本願に参照により援用する。

いくつかの実施形態において、本体１０２は、電気的負性ガス、例えば、六フッ化硫黄、又は窒素と六フッ化硫黄との混合物により、少なくとも部分的に充填され得る。いくつかの実施形態において、本体１０２は、ハウジング内に注入されたガスに対して透過性の低い、又は実質的に透過性のない材料を備える。いくつかの実施形態において、本体は、本装置の性能を向上させるように構成された種々の気体、液体、又は固体を備えることができる。

本体１０２の内部にある他の構成部品のいずれとも相互作用していないとき、固定接触子１０４，１０６は、その間に電気が自由に流れないように、別様に互いから電気的に絶縁されている。固定接触子１０４，１０６は、電気的絶縁の任意の既知の構造又は方法により、互いから電気的に絶縁され得る。

図１に示すように、接触器装置１００が「閉」位置にあるとき、別様に電気的に絶縁された固定接触子１０４，１０６は、いずれも、可動接触子１０８により接触される。可動接触子１０８は、電気信号が、例えば、第１固定接触子１０４から可動接触子１０８へ、そして第２接触子１０６へと、或いはその逆に、本装置を通過できるようにするブリッジとして機能する。それゆえ、接触器装置１００は、電気回路、電気システム、又は電気デバイスに接続されて、可動接触子が固定接触子と電気的に接触している間、回路を導通させることが可能である。

可動接触子１０８は、固定接触子１０４，１０６に関して本明細書で論述する材料のいずれかを含む、任意の好適な導電性材料を備えることができる。固定接触子１０４，１０６と同様に、可動接触子１０８は、単一の連続的な構造（図示の通り）を備えることができ、或いは別様に電気的に絶縁された固定接触子１０４，１０６間の接触ブリッジとして機能し、それにより電気を接触器装置１００に流すことができる、互いに電気的に接続された複数の構成部品備えることができる。

可動接触子１０８は、固定接触子１０４，１０６と電気的に接触又は非接触となるように移動可能に構成され得る。これにより、可動接触子が固定接触子１０４，１０６と電気的に接触しているとき、回路は「閉」、すなわち導通され、可動接触子１０８が固定接触子１０４，１０６と電気的に接触していないとき、「開」、すなわち遮断される。固定接触子１０４，１０６は、可動接触子１０８と接触していないとき、別様に電気的に互いから絶縁されている。図１に示す実施形態を含むいくつかの実施形態において、可動接触子１０８は、接触器装置１００内の所定の道のりを移動するように構成されたシャフト構造１１０に物理的に接続されている。シャフト１１０は、可動接触子１０８に物理的に接続され、それにより可動接触子１０８がシャフト１１０とともに移動可能となる内部可動要素としての機能に適した、任意の材料又は形状を備えることができる。

シャフト１１０の運動は、可動接触子１０８の運動を制御し、それがさらに固定接触子１０４，１０６に対する可動接触子１０８の位置を制御し、それがさらに、本明細書に記載されるように、接触器装置１００を通る電気の流れを制御する。シャフトの運動は、電気・電子、磁石・ソレノイド、及び手動を含む種々の構成により制御され得るが、これらに限定されない。可動接触子に接続されたシャフトを制御するための手動構成の例は、米国特許第９，０１３，２５４号に記載されている。この特許は本願の譲受人であるギガバック社のものであり、また、その全内容を本願に参照により援用する。手動制御機構のこれらの例示的構成の中には、磁気構成、ダイヤフラム構成、及びベローズ構成を含むものもある。

図１に示す実施形態において、シャフト１１０の運動は、ソレノイド構成を用いて制御される。プランジャ構造１１１は、シャフト１１０の一部に接続されるか、又は少なくとも部分的にシャフト１１０の一部を取り囲む。本体１０２は、ソレノイド１１２も収容する。多岐にわたるソレノイドを使用することができ、好適なソレノイドの一例は、低電圧下において比較的高い力で動作するソレノイドである。好適なソレノイドの一例は、商業的に入手可能なビクロン社（Ｂｉｃｒｏｎ Ｉｎｃ．）製の型番ＳＤ１５６４ Ｎ１２００のソレノイドであるが、その他多くのソレノイドを使用することが可能である。図示した実施形態において、プランジャ構造１１１は、ソレノイド１１２により運動及び制御され得る金属材料を備えることができる。プランジャ構造１１１の運動は、接続されたシャフト１１０の運動を制御し、それがさらに接続された可動接触子１０８の運動を制御する。

シャフト１１０の移動距離は、種々の機構、例えば、移動距離／過剰移動の距離を制御するばね、又はシャフト１１０の移動距離を阻止又は制限することが可能な本体１０２の種々の部分を利用して、制御することが可能である。図１に示す実施形態において、シャフト１１０の移動距離は、ハードストップ１１３により、部分的に制御される。このハードストップ１１３は、シャフト１１０が固定接触子１０４，１０６から十分な距離を移動したとき、シャフト１１０の翼状部１１４に当接して、シャフト１１０の距離を制限するように構成されている。ハードストップ１１３は、シャフト１１０の移動又は移動距離を制限するために、シャフト１１０と相互作用する表面を提供するのに適した任意の材料又は形状を備えることができる。図１に示す実施形態において、ハードストップ１１３は、プラスチック材料を備える。

異なる実施形態においては、例えば、米国特許第１０，３８８，４７７号に記載されたアーク制御磁石及び火工式断路要素２０２，２０３，２０４のような、他の機構を備え得る。この特許は、本願の譲受人であるギガバック社のものであり、その内容を本願に参照により援用する。

図２において、接触器装置１００は、「開」の状態で示されている。この図２は、接続された可動接触子１０８が、固定接触子１０４，１０６から遮断空間ギャップ３０２分だけ離間するように、シャフト１１０が移動したことを示している。遮断空間ギャップ３０２により、可動接触子１０８は固定接触子１０４，１０６から十分な距離だけ離間し、固定接触子１０４，１０６は別様に電気的に互いから絶縁されて、本装置を通る電気の流れを遮断する。

通常の動作中に電気が本装置を流れることを制限する又は可能にするように動作可能な接触器装置とは別に、本発明による圧力解放機構に用いられる例示的な環境として機能し得る別のタイプのスイッチング装置は、ヒューズ装置である。ヒューズ装置は、通常の動作中に単に電気が装置に流れることを可能にするにすぎず、閾値電流レベルが本装置を通過すると、犠牲回路遮断として機能する。図３及び図４は、そのような例示的なヒューズ装置４３０を示しており、このヒューズ装置４３０は、図１及び図２の接触器装置１００と同様の機構を備えるとともに、同様に動作する。しかしながら、ヒューズ装置４３０は、接触器装置１００の特徴の一部、例えば、ソレノイド、又は、固定接触子及び可動接触子を開閉するためのその他の機構は備えていない。

通常の動作中に、ヒューズ装置４３０は常に「閉」状態にあり、開放機構が起動するまで電流が本装置を流れることを可能にし、その後、本装置が「開」状態となると、電流が本装置を流れることを妨げる。図３及び図４は、本体４３２（上記図１から図３の本体１０２と同様）、及び固定接触子４３４，４３６（上記図１及び図２の固定接触子１０４，１０６と同様）を示している。しかしながら、この実施形態において、固定接触子４３４，４３６は、電源端子４３８，４４０とは別々に形成されている。この電源端子４３８，４４０は、外部回路との接続のために、固定接触子４３４，４３６に電気的に接続されており、このような電源端子と固定接触子とは、図１及び図２の実施形態では一体となっている。図３及び図４は、可動接触子４４２（上記の図１及び図２の可動接触子１０８と類似）、及びシャフト構造４４４（形状が異なることを除き、上記の図１から図３のシャフト構造１１０と類似）をさらに示している。

シャフト構造４４４は、可動接触子４４２とピストン構造４４６（上記の図１から図３のピストン構造２０４と類似）とに接続されている。接触子は多くの方法で離間させることができ、図示した実施形態において、ピストン構造４４６は、少なくとも部分的に火工式装薬４４８を取り囲むことができる。火工式装薬４４８が起動されると、可動接触子４４２及びピストン構造４４６は固定接触子４３４，４３６から離れる方向に付勢されるので、回路が遮断される。いくつかの実勢形態において、ヒューズ装置４３０は、固定接触子４３４，４３６と可動接触子４４２とを適所に保持する一助となるように構成された支持構造４５０を備えることができる。いくつかの実施形態において、火工式装薬４４８を起動することにより、ピストン構造４４６は、支持構造４５０が破壊されるか又は変位するような力で、火工式装薬から離れるように駆動される。いくつかの実施形態において、ヒューズ装置４３０は、アクティブ信号により起動され得る。いくつかの実施形態において、ヒューズ装置４３０は、本明細書にて論述するような受動トリガ構成により起動され得る。図４は、「閉」状態にあるヒューズ装置４３０装置を示し、この状態において、固定接触子４３４，４３６と可動接触子４４２とは一体であり、電気が本装置４３０を流れることが可能になっている。一方、図５は、火工式装薬４４８を起動した後の「開」状態にあるヒューズ装置４３０を示し、この状態において、固定接触子４３４，４３６と可動接触子４４４とは分離され、電気が本装置４３０を流れることが妨げられている。

本発明による実施形態において、圧力解放機構は、動作中に接触器又はヒューズに対して増加した圧力を安全に解放するために備えら得る。以下、接触器について説明するが、本発明の実施形態はヒューズ等の他のスイッチング装置においても用いることができることが理解される。

再度図１を参照するに、接触器１００等のスイッチング装置の動作中に、可動接触子１０８と固定接触子１０４，１０６とが分離されている間、アーク放電が生じ得る。増加した電流レベルが固定可動接触子１０８及び固定接触子１０４，１０６を通過する際にこの分離が発生した場合、結果として接触器内で圧力が増加し得る、アーク放電の増大が起こり得る。この圧力の増加が十分に高くなると、ハウジング１０２は故障し、その結果としてハウジング１０２は破壊され得る又は破断し得る。

図５から図８は、上記のハウジング１０２に類するハウジング５０２を有する接触器５００の一実施形態を示している。このハウジングは、ハウジング１０２と同一又は類する材料で製造してもよく、同一の機構により構成してもよい。ハウジング５０２は、アーク放電時に、ハウジング５０２の崩壊又は破断を防止するために設けられる、圧力解放機構を備えることができる。いくつかの実施形態において、この圧力解放機構は、接触器５００上の様々な場所に配置され得る破裂板５０４を備えることができる。図示した実施形態において、破裂板は、ハウジング５０２の内部、例えば、ハウジング５０２の床にある。

ハウジング５０２の床は、破裂板５０４を保持するように寸法決めされた破裂板用の穴５０６を備えることができる。穴５０６は、その縁部の周囲に、オフセット又は座繰り穴５０８を備えることができ、破裂板５０４は、オフセット５０８に着座するように寸法決めされたフランジ５１０を備えることができる。他の実施形態において、穴５０６は、オフセット又は座繰り穴を有していなくてもよく、それらの実施形態において、フランジは、穴５０６を囲むハウジング５０２の表面に直接接して着座することが可能であることが理解される。

破裂板５０４は、穴５０６に密着して嵌合するように寸法決めされているとともに、破裂板５０４と穴５０６との間が密閉されるように穴と連結し、それにより、動作中にハウジング５０２の密閉が維持される。図示した実施形態において、強力なエポキシ５１２は、フランジ５１０とオフセット５０８との間に配置されるように、オフセット５０８の周囲に設けられている。フランジ５１０とオフセット５０８とが強固に気密封止されるように、十分なエポキシが十分な密着力を持って使用される。オフセット５０８は、フランジ５１０の上部の高さがハウジングの内部底面と同じ、又は実質的に同じになるように、フランジ５１０を下方に移動させるというさらなる利点をもたらす。これにより、破裂板は、ハウジングにより設けられる空所に位置しないように、より低位に着座することができ、それにより、接触器５００の内部構成部品はハウジング５０２の床に近接して着座することができる。

接触器５００は、上記の固定接触子１０４，１０６及び可動接触子１０８のように配置可能な固定接触子と可動接触子（図示せず）と備えることができる。これらの要素は、一般的には、ハウジング５０２の上部に位置し、破裂板５０４は、ハウジング５０２の底部に位置する。アーク放電事象の際に、圧力はハウジングの上部にある接触子で発生する。そして、破裂板が動作するためには、このハウジングの上部の圧力は、ハウジングの底部に移動しなければならない。いくつかの実施形態において、この圧力は、接触器５００の内部構成部品を単に通過して、破裂板５０４に達することができる。他の実施形態において、専用の通路を接触器５００に設けて、圧力を通過させることができる。この専用の通路は、圧力がより自由に上部から破裂板５０４まで通過できるようにするために、接触器の内部構成部品又はハウジングの異なる位置に形成された複数の穴、スロット、又は通路を含むことができる。

破裂板は、多岐にわたる寸法、形状、及び材料を備えることができる。図示した実施形態において、破裂板は、例えば、アルミニウム、鋼、又はニッケル等の金属材料から製造される。しかしながら、上述のように本体５０２のために用いた材料のような、他の材料又は材料を組み合わせたものを使用できることが理解される。破裂板は、種々のプラスチックのような非金属材料も備えることができる。

破裂板５０４は、「リバースバックリング（ｒｅｖｅｒｓｅ ｂｕｃｋｌｉｎｇ）型」又は「フォワード−アクティング（ｆｏｒｗａｒｄ−ａｃｔｉｎｇ）型」の破裂板等の様々な種類を含むことができ、図示した好適な破裂板は反転型である。破裂板は、様々な厚さであってもよく、図示した実施形態は、０．００５インチから０．００１５インチの範囲の厚みを有する。１つの実施形態において、破裂板は、約０．００７インチの厚みを有することができる。

上述したように、破裂板用の穴５０６は、破裂板５０４を保持するように寸法決めされ得、多くの異なる形状及び寸法を有することができる。いくつかの実施形態において、破裂板用の穴５０６は、接触器及びそのハウジングの寸法に応じて、直径２インチ以上とすることができる。いくつかの穴は、約０．５３０インチの直径を有することができ、また、直径０．６７５インチのオフセット又は座繰り穴を有することができる。破裂板は、様々な寸法及び厚みであることにより、８０、１００、２００、又は３００ＰＳＩ以上のような、様々な破裂圧で破裂を引き起こすことができる。

アーク放電事象の増圧の際に、圧力は、ハウジング５０２の上部から、破裂板５０４が位置する下部まで通過する。いくつかの実施形態において、破裂板５０４は、空気が通過できるようにするために、破裂して破裂板５０４に穴が開けられるようにすることができる。他の実施形態において、破裂板５０４は、空気が通過できるようにするために、破裂板用の穴から変位することができる。

図９及び図１０は、ハウジング６０２と、破裂板６０４と、破裂板用の穴６０６と、を備える接触器６００の一実施形態を示している。図９において、破裂板６０４は、通常の動作のために、破裂板用の穴６０６と気密封止された状態で、この破裂板用の穴６０６に着座している。これにより、接触器のハウジング６０２は、接触器の内部構成部品の周囲で密閉を維持することができる。図１０は、高圧アーク放電事象後の接触器６００を示しており、そこにおいては、アーク放電による圧力により、破裂板６０４が破裂板用の穴６０６から押し出されている。これにより、ハウジング６０２がアーク放電事象の圧力により破壊されてしまう前に、高い圧力がハウジング６０２から破裂板用の穴６０６を通過することが可能になる。

図９及び図１０に示す実施形態において、破裂板６０４が破裂板用の穴６０６から外れたことにより、ハウジング６０２の密閉は失われることになる。いくつかの実施形態において、接触器６００は、なおも機能し得るが、密閉が失われて、ハウジング６０２内の内部ガスが放出されること、又はハウジング６０２内の真空が解除されることにより、その性能は限定され得る又は低下し得る。例えば、ハウジング内の接触抵抗が増加するおそれがあるので、接触器は定格電流を流すことができず、接触器の絶縁性能が低下する可能性がある。別の実施形態において、接触器の性能は、高圧アーク放電事象後であっても、なおも許容できるものである場合がある。

本発明による破裂板は、本発明に従い、多様に構成され得ることが理解される。図１１から図１４は、ハウジング７０２と、破裂板用の穴７０６に配置された破裂板７０４と、を有する接触器７００の別の実施形態を示している。これらの構成部品は、接触器５００に関して上述した構成部品と同様に又は類するように配置することができるとともに、同一又は類似する材料で製造することができる。しかしながら、接触器７００では、破裂板７０４は、破裂板用の穴７０６に溶接されている。破裂板用の穴７０６は、座繰り穴又はオフセット７０８を備えることができ、破裂板７０４は、上記のようなフランジ７１０を備えることができる。この実施形態において、オフセット７０８の表面は、溶接突出部７１２を備えることができる。他の実施形態において、溶接突出部７１２は、フランジ７１０上にあってもよい。溶接突出部７１２は、フランジをオフセットに溶接して、両者を気密封止するために利用される。抵抗溶接やレーザー溶接等の多岐にわたる溶接方法を用いることが可能であり、得られる破裂板５０４は、破裂する又は破裂板用の穴５０６から外れて、圧力が通過できるようにすることで、上記のように機能すること可能である。

上記の破裂板の構成に加え、他の圧力解放機構を使用することができることが理解される。図１５から図１７は、上記の接触器のハウジングと同一又は類似のハウジング８０２を有する、本発明による接触器８００の別の実施形態を示している。しかしながら、この実施形態において、ハウジングは、破裂板を有する代わりに、ハウジングの表面に機械加工、刻み加工、又は切り込み加工された脆弱部８０４を備える。脆弱部８０４は、様々な場所にあってもよく、図示した実施形態においては、ハウジング８０２の底面にある。脆弱部は、ハウジング８１２の底部の上面に表の刻み目８０６を備え、ハウジング８０２の底部の裏面に裏の切り目８０８を備える。脆弱部８０４は、ハウジング８０２内の望ましい内圧にて、開口又は破断するように設計されていてもよい。ハウジング８０２内での高圧アーク放電事象の際に、脆弱部８０４は、開口して高い圧力が脆弱部の開口から解放されることを可能にする。

本発明による破裂板は、多様な形状及び寸法を有することができるとともに、多様な方法でハウジングに取り付け可能であることが理解される。図１８から図２３は、接触器９００及び接触器のハウジング９０２の別の実施形態を示し、ハウジング９０２は、図５から図１４に示すとともに上述した破裂板に類する破裂板９０４を有する。ハウジングは、破裂板用の穴９０６を有し、破裂板９０４は、穴９０６を囲んでハウジング９０２に接して位置するフランジ９１０を備える。しかしながら、上記の実施形態とは異なり、フランジ９１０は、ハウジング９０２の内側表面ではなく、ハウジング９０２の外側表面に接して位置している。

破裂板９０４は、多様な方法及び材料を用いて、ハウジング９０２に取り付けることが可能である。接触器９００に関し、破裂板は、多様な方法及び材料を用いてハウジングに溶接され得る。図示した実施形態において、溶接リング９０８を含むことができ、溶接リング９０８は、溶接リング９０８と穴９０６を囲むハウジング９０２の外側表面との間に挟まれた状態であるフランジ９１０に接して位置する。溶接リング９０８は、フランジ９１０を、穴９０２を囲むハウジング９０２の外側表面に溶接し、図示した実施形態は、破裂板９０４とハウジング９０２とを密閉する。

他の実施形態において、溶接ディスクは、様々な方法及び位置に配置されて、破裂板をハウジングに取り付けることが可能であることが理解される。例えば、いくつかの代替的な実施形態において、溶接ディスクは、フランジとハウジングの外側表面との間に配置され得る。別の実施形態において、フランジは、破裂板用の穴を囲んで、ハウジングの内側表面に接して位置することができ、溶接リングは、フランジに接していてもよいし、又はフランジとハウジングとの間にあってもよい。別の実施形態において、複数の溶接リングを、異なる位置に配置した状態で使用することが可能である。

次に、図２４及び図２５を参照するに、ハウジング９０２の底面は、破裂板９０４及び溶接リング９０８とともに示されている。破裂板９０４は、ハウジング内での高圧破裂事象後、破裂板９０４の中心部が強制的に開口して、圧力がハウジング９０２からその開口した破裂板９０４を通過することを可能にした状態で示されている。

上記では、圧力解放機構を接触器のハウジングの底面にあるものとして説明したが、圧力解放機構は、接触器又はヒューズの様々な場所に位置し、接触器又はヒューズの様々機構に接することが可能であることが理解される。いくつかの実施形態において、接触器は、セラミックヘッダを備えることができ、圧力解放機構は、このセラミックヘッダ内に配置され得る。それらの実施形態のうち、いくつかの実施形態において、圧力解放機構は、セラミックヘッダ内で、例えば、電源端子に隣接して、ろう付けされた破裂板を備えることができる。接触器又はヒューズが上部エポキシ部分を有する他の実施形態において、圧力解放機構は、この上部エポキシ部分と一体化されていてもよい。これらは、本発明による圧力解放機構の様々な位置のごく数例にすぎない。

異なる実施形態においては、他の種類の圧力解放機構バルブ、通気孔、開口等を含むことができることが理解される。いくつかの圧力解放機構は、高圧事象後に、取り換える又はリセットすることが可能である。

本発明を特定のその好ましい構成を参照して詳細に説明してきたが、他のバージョンも可能である。本発明の実施形態は、種々の図面に示された互換性のある機構の任意の組み合わせを含むことができ、これらの実施形態は、明示的に図示及び論述されたものに限定されるべきではない。それゆえ、本発明の趣旨及び範囲は、上述したバージョンに限定されるべきではない。

Claims (20)

1. 電気的スイッチング装置であって、
   密閉されたハウジングと、
   前記密閉されたハウジング内にある内部構成部品であって、入力に応じて、前記スイッチング装置の状態を閉状態及び開状態から変化させるように構成され、前記閉状態は前記装置に電流が流れることを可能にし、前記開状態は前記装置への電流の流れを遮断する、内部構成部品と、
   外部回路との接続のために前記内部構成部品に電気的に接続された接触構造と、を備え、
   前記ハウジングは、前記ハウジングの内部の圧力が前記ハウジングから解放されることを可能にするために圧力解放機構を備える、スイッチング装置。
2. 前記圧力解放機構は破裂板を備える、請求項１に記載のスイッチング装置。
3. 前記ハウジングは破裂板用の穴を備え、前記破裂板は前記破裂板用の穴に取り付けられる、請求項２に記載のスイッチング装置。
4. 前記破裂板は前記ハウジングの内側表面に取り付けられる、請求項３に記載のスイッチング装置。
5. 前記破裂板は前記ハウジングの外側表面に取り付けられる、請求項３に記載のスイッチング装置。
6. 前記破裂板を前記破裂板用の穴に取り付けるために溶接リングをさらに備える、請求項３に記載のスイッチング装置。
7. 前記破裂板を前記破裂板用の穴に取り付けるためにエポキシをさらに備える、請求項３に記載のスイッチング装置。
8. 前記圧力解放機構は前記ハウジングに形成された脆弱部を備える、請求項１に記載のスイッチング装置。
9. 前記脆弱部は前記ハウジングにおいて刻み目又は切り目を備える、請求項８に記載のスイッチング装置。
10. 前記内圧は前記接触器の前記状態変化のときのアーク放電により生じる、請求項１に記載のスイッチング装置。
11. 内圧が前記圧力解放機構まで通過することを可能にするために前記内部構成部品を通る通路をさらに備える、請求項１に記載のスイッチング装置。
12. 接触器装置であって
    密閉されたハウジングと、
    前記密閉されたハウジング内にある内部構成部品であって、入力に応じて、前記接触器装置の状態を閉状態と開状態とに変化させるように構成され、閉状態から開状態に変化するときにアーク放電圧を発生させる、内部構成部品と、
    前記ハウジングを損傷させることなく前記アーク放電圧が前記ハウジングから解放されることを可能にするための、前記ハウジング内にある圧力解放機構と、と備える、接触器装置。
13. 前記圧力解放機構は破裂板を備える、請求項１２に記載の接触器装置。
14. 前記ハウジングは破裂板用の穴を備え、前記破裂板は前記破裂板用の穴に取り付けられる、請求項１３に記載の接触器装置。
15. 前記破裂板を前記破裂板用の穴に取り付けるために溶接リングをさらに備える、請求項１３に記載の接触器装置。
16. 前記破裂板を前記破裂板用の穴に取り付けるためにエポキシをさらに備える、請求項１３に記載の接触器装置。
17. 前記圧力解放機構は前記ハウジングに形成された脆弱部を備える、請求項１２に記載の接触器装置。
18. 前記脆弱部は前記ハウジングにおいて刻み目又は切り目を備える、請求項１７に記載の接触器装置。
19. 内圧が前記圧力解放機構まで通過することを可能にするために、前記内部構成部品を通る通路をさらに備える、請求項１２に記載の接触器装置。
20. 電気的スイッチング装置であって、
    密閉されたハウジングと、
    前記密閉されたハウジング内にある内部構成部品であって、入力に応じて、前記接触器装置の状態を閉状態及び開状態から変化させるように構成される、内部構成部品と、
    外部回路との接続のために前記内部構成部品に電気的に接続される接触構造と、を備え、
    前記ハウジングは圧力が前記ハウジングから解放されることを可能にするために破裂板を備える、スイッチング装置。

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