JP2021128894A - 電気回路遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
作動時に発生したアークを迅速に消弧することの可能な電気回路遮断装置を提供する。
【解決手段】
ハウジングに設けられた点火器と、ハウジング内に形成された筒状空間に配置された発射体であって、点火器から受けるエネルギーにより筒状空間を移動可能に形成された発射体と、ハウジングに設けられると共に電気回路の一部を形成する導体片であって、その一部に発射体によって切除される被切除部を有し、当該被切除部が筒状空間を横切るように配置された導体片と、筒状空間のうち、点火器の作動前において被切除部を挟んで発射体とは反対側に位置し、発射体によって切除された被切除部を受けるための消弧領域と、消弧領域に配置された、繊維状のクーラント材と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気回路遮断装置に関する。

電気回路には、その電気回路を構成する機器の異常時や、該電気回路が搭載されたシステムの異常時に作動することによって該電気回路での導通を緊急に遮断する遮断装置が設けられる場合がある。その一態様として、点火器等から付与されるエネルギーによって発射体を高速で移動させて、電気回路の一部を形成する導体片を強制的に且つ物理的に切断する電気回路遮断装置が提案されている（例えば、特許文献１乃至６等を参照）。また、近年では、高電圧の電源を搭載する電気自動車に適用される電気回路遮断装置の重要性が益々高まっている。

特表２０１７−５１７１３４号公報 特開２０１９−２１２６１２号公報 特開平０８−２７９３２７号公報 特開２０１９−２９１５２号公報 特開２０１９−３６４８１号公報 特開２０１９−５３９０７号公報

電気回路遮断装置において、電気回路の一部を形成する導体片を切断した際にアークが発生し易いのが実情である。アークが発生してしまうと電気回路を迅速に遮断することができないため、電気回路遮断装置においては発生したアークを迅速に消弧することが要求される。

本開示の技術は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作動時に発生したアークを迅速に消弧することの可能な電気回路遮断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示では、電気回路遮断装置のハウジング内に形成されると共に導体片における被切除部を受けるための消弧領域に繊維状のクーラント材を配置するようにした。

より詳しくは、本開示に係る電気回路遮断装置は、ハウジングに設けられた点火器と、前記ハウジング内に形成された筒状空間に配置された発射体であって、前記点火器から受けるエネルギーにより前記筒状空間を移動可能に形成された発射体と、前記ハウジングに設けられると共に電気回路の一部を形成する導体片であって、その一部に前記発射体によって切除される被切除部を有し、当該被切除部が前記筒状空間を横切るように配置された導体片と、前記筒状空間のうち、前記点火器の作動前において前記被切除部を挟んで前記発射体とは反対側に位置し、前記発射体によって切除された前記被切除部を受けるための消弧領域と、前記消弧領域に配置された、繊維状のクーラント材と、を備える。

ここで、前記クーラント材は金属繊維材料によって形成されていても良い。また、前記クーラント材はスチールウールによって形成されていても良い。

また、前記消弧領域は、前記点火器の作動前において前記筒状空間を横切るように配置された前記被切除部と隣接する第１消弧領域と、前記第１消弧領域を挟んで前記被切除部とは反対側に位置すると共に前記第１消弧領域と連なる第２消弧領域と、を含み、前記第１消弧領域の横断面方向における幅寸法が前記被切除部の横断面方向における幅寸法に対応し、前記第２消弧領域の横断面積が前記第１消弧領域の横断面積よりも大きくても良い。

本開示によれば、作動時に発生したアークを迅速に消弧することの可能な電気回路遮断装置を提供できる。

図１は、遮断装置の斜視図である。 図２は、遮断装置の内部構造を説明する図である。 図３は、ハウジングの分解図である。 図４は、発射体の側面図である。 図５は、導体片の平面図である。 図６は、遮断装置に導体片を設置した状態における小径空洞部と導体片との平面的な位置関係を説明する図である。 図７は、遮断装置の内部構造を説明する図である。 図８は、遮断装置における点火器の作動後の状態を示す図である。 図９は、電気回路遮断試験に用いた試験装置の概略を示す図である。 図１０は、電気回路遮断試験の結果を示すグラフである。

以下に、図面を参照して本開示の実施形態に係る電気回路遮断装置について説明する。なお、実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本開示は、実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

＜実施形態１＞
図１は、電気回路遮断装置（以下、単に「遮断装置」という）１の斜視図である。図２は、遮断装置１の高さ方向（後述する筒状空間１３が延在する方向）に沿った内部構造を説明する図である。遮断装置１は、自動車や家庭電化製品等に含まれる電気回路や、当該電気回路のバッテリー（例えば、リチウムイオンバッテリー）を含むシステムの異常時に、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ための装置である。本明細書においては、遮断装置１の高さ方向（後述する筒状空間１３が延在する方向）に沿った断面を遮断装置１の縦断面といい、縦断面に直交する方向の断面を遮断装置１の横断面という。また、図２は、遮断装置１の作動前の状態を示している。

遮断装置１は、ハウジング１０、点火器２０、発射体４０、導体片５０等を含んでいる。図３は、ハウジング１０の分解図である。ハウジング１０は、第１端部１１から第２端部１２の方向に延在する筒状空間１３を有している。この筒状空間１３は、後述する発射体４０が移動可能なように直線状に形成された空間である。そして、遮断装置１における第１端部１１側には点火器２０が設けられている。点火器２０は、点火薬を含む点火部２１と、点火部２１に接続された導電ピン２３を含む点火器本体２２を有する。点火器本体２２は、絶縁樹脂によって包囲されている。また、点火器本体２２における導電ピン２３は外部に露出しており、遮断装置１の使用時に電源と接続される。

ハウジング１０は、ハウジング本体１００と、当該ハウジング本体１００の上部に取り付けられたシリンダー３０を含む。つまり、ハウジング本体１００およびシリンダー３０を含んで遮断装置１の外殻が形成されている。

図１に示す例では、ハウジング本体１００は、全体で概略直方体形状を有しており、上段側から上蓋ハウジング部１１０、中央ハウジング部１２０、底蓋ハウジング部１３０を有している。但し、ハウジング本体１００の形状は特に限定されない。また、ハウジング本体１００は、例えば公知の固定具を用いて上蓋ハウジング部１１０と中央ハウジング部１２０、中央ハウジング部１２０と底蓋ハウジング部１３０がそれぞれ固定されることで一体となっている。

中央ハウジング部１２０は、合成樹脂等といった絶縁部材によって形成されている。例えば、ポリアミド合成樹脂の一種であるナイロンによって中央ハウジング部１２０が形成されていても良い。また、中央ハウジング部１２０は、概略角柱形状を有している。

中央ハウジング部１２０は、中央ハウジング部１２０の上端面１２０Ａから下端面１２０Ｂに渡り空洞部１２１が上下方向に沿って貫通形成されている。空洞部１２１は、中央ハウジング部１２０の上端面１２０Ａ側に配置された小径空洞部１２１Ａと、中央ハウジング部１２０の下端面１２０Ｂ側に配置された大径空洞部１２１Ｂを含んでいる。小径空洞部１２１Ａおよび大径空洞部１２１Ｂは共に円形横断面を有する円柱状の空洞部であり、小径空洞部１２１Ａの直径が大径空洞部１２１Ｂの直径よりも小さい。また、小径空洞部１２１Ａおよび大径空洞部１２１Ｂは同軸に配置されている。更に、中央ハウジング部１２０には、導体片５０を挿通するための一対の導体片挿通部１２４が中央ハウジング部１２０を横断面方向に貫通するように設けられている。

本実施形態における底蓋ハウジング部１３０は、例えば外形が中央ハウジング部１２０に対応する四角形を有する平板部材である。また、図３に示す例において、底蓋ハウジング部１３０は２層構造となっている。より具体的には、底蓋ハウジング部１３０は、中央ハウジング部１２０側に面する内装部１３１と、外部に面する外装部１３２とが一体的に接合された積層構造となっている。

底蓋ハウジング部１３０の内装部１３１は、中央ハウジング部１２０と同様、合成樹脂等といった絶縁部材によって形成されている。内装部１３１も、中央ハウジング部１２０と同様、ポリアミド合成樹脂の一種であるナイロンによって形成されていても良い。また、底蓋ハウジング部１３０における外装部１３２は強度、耐久性に優れたステンレス、アルミニウム等といった適宜の金属製部材によって形成されている。但し、底蓋ハウジング部１３０の上記態様は例示的なものである。例えば、底蓋ハウジング部１３０の全体が絶縁部材によって形成されていても良い。

上蓋ハウジング部１１０は、例えば外形が中央ハウジング部１２０に対応する四角形を有する部材である。図３に示すように、上蓋ハウジング部１１０における横断面中央側には、上端１１０Ａから下端１１０Ｂに渡って、シリンダー３０を圧入するための空洞部１１１が上下方向に沿って貫通形成されている。上蓋ハウジング部１１０は、底蓋ハウジング部１３０における外装部１３２と同様、強度、耐久性に優れたステンレス、アルミニウム等といった適宜の金属製部材によって形成されている。上蓋ハウジング部１１０の空洞部１１１は、上蓋ハウジング部１１０の上端１１０Ａ側に配置された小径空洞部１１１Ａと、上蓋ハウジング部１１０の下端１１０Ｂ側に配置された大径空洞部１１１Ｂを含んでいる。小径空洞部１１１Ａおよび大径空洞部１１１Ｂは共に円形横断面を有する空洞部であり、小径空洞部１１１Ａの直径が大径空洞部１１１Ｂの直径よりも小さい。また、上蓋
ハウジング部１１０における小径空洞部１１１Ａと大径空洞部１１１Ｂは同軸に配置されている。更に、小径空洞部１１１Ａと大径空洞部１１１Ｂの境界部には、これらの直径差に起因して上蓋ハウジング部１１０の横断面方向に沿って延在する段差面１１２が形成されている。

次に、シリンダー３０の詳細について説明する。シリンダー３０は、段付き円筒形状を有する筒部材であり、上端側と下端側は共に開口端として形成されている。シリンダー３０は、上蓋ハウジング部１１０等と同様、強度、耐久性に優れたステンレス、アルミニウム等といった適宜の金属製部材によって形成されている。

シリンダー３０についてより詳しく説明すると、シリンダー３０は上端側に配置された小径部３１、下端側に配置された大径部３２、これらを接続する段差部３３を含んでいる。小径部３１および大径部３２は概略円筒形状を有し、小径部３１の直径は大径部３２の直径よりも小さい。シリンダー３０における小径部３１および大径部３２は、上下方向に伸びる中心軸が同軸に配置されており、段差部３３はシリンダー３０の横断面方向（径方向）に沿って延在している。また、符号３３Ａは、段差部３３の内壁面である。

図３に示す符号３１Ａは小径部３１の内周面である。図２に示すように、シリンダー３０の小径部３１には、例えば、内周面３１Ａに点火器２０が圧入されることによって、点火器２０が小径部３１に対して固定されている。更に、シリンダー３０における小径部３１の上端側は、例えば径方向内側に向けて折り曲げ成形されており、これによって上端側鍔部３４が小径部３１の上端側に形成されている。上端側鍔部３４の縁部は円環形状を有しており、その内側に開口部３５が形成されている。

ここで、図２に示すように、点火器２０における点火器本体２２は、シリンダー３０の小径部３１に収容された円柱状の本体部２２１と、開口部３５を通じてシリンダー３０（ハウジング１０）の外部に露出したコネクタ部２２２を有する。点火器２０における本体部２２１は、シリンダー３０の小径部３１における内周面３１Ａに圧入されることで、内周面３１Ａに固定されている。より詳しくは、点火器２０における本体部２２１は、上下方向における中間部の外径が他所に比べて一回り小さく形成されており、この外径差に起因して環状凹部としての括れ部２２３が形成されている。本体部２２１の括れ部２２３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２２４が嵌め込まれており、これによって、シリンダー３０における内周面３１Ａと点火器２０における本体部２２１との間の気密性が高められている。また、点火器２０におけるコネクタ部２２２は、図１に示されるように導電ピン２３の側方を覆う円筒形状を有し、電源側のコネクタと接続できるようになっている。

次に、シリンダー３０の大径部３２の詳細について説明する。図３に示す符号３２Ａは、大径部３２の内周面である。図２に示すように、シリンダー３０の大径部３２の内側には、発射体４０のピストン部４１０が内周面３２Ａに沿って摺動自在に配置される。また、図２および図３に示すように、シリンダー３０における大径部３２の下端側は、例えば径方向外側に向けて折り曲げ成形されており、これによって下端側鍔部３７が大径部３２の下端側に形成されている。ここで、シリンダー３０における大径部３２の外径は、上蓋ハウジング部１１０における小径空洞部１１１Ａの直径と等しい。また、シリンダー３０における下端側鍔部３７の外径は、上蓋ハウジング部１１０における大径空洞部１１１Ｂの直径と等しい。本実施形態における遮断装置１は、シリンダー３０における下端側鍔部３７を上蓋ハウジング部１１０の大径空洞部１１１Ｂに配置し、上蓋ハウジング部１１０の段差面１１２に下端側鍔部３７を係合させた状態でシリンダー３０をハウジング本体１００に組付ける。その結果、ハウジング本体１００に対してシリンダー３０が一体に固定される。なお、シリンダー３０における大径部３２の内径は、中央ハウジング部１２０に
おける小径空洞部１２１Ａの直径よりも大きい。

また、中央ハウジング部１２０の上端面１２０Ａには、円環状の溝部１２２が形成されており、この溝部１２２にゴム（例えばシリコーンゴム）や合成樹脂からなるＯリング１２３が、シリンダー３０の下端側鍔部３７に当接した状態で嵌め込まれている。シリンダー３０をハウジング本体１００に組付ける際、中央ハウジング部１２０の溝部１２２に配置されたＯリング１２３がシリンダー３０の下端側鍔部３７によって圧縮されることで、シリンダー３０とハウジング本体１００との間の気密性がより一層高められている。また、中央ハウジング部１２０の上端面１２０Ａのうち、シリンダー３０における大径部３２の内側に面している領域をストッパー部１２５と呼ぶ。

次に、発射体４０の詳細について説明する。図４は、発射体４０の側面図である。発射体４０は、合成樹脂等の絶縁部材によって形成されており、ピストン部４１０と、当該ピストン部４１０に接続された棒状のロッド部４２０を含んでいる。ピストン部４１０およびロッド部４２０は共に概略円柱体であり、ピストン部４１０の外径はロッド部４２０の外径よりも大きい。また、発射体４０におけるピストン部４１０とロッド部４２０は同軸に配置されている。また、図４に示す符号４１０Ａはピストン部４１０の上端面、符号４１０Ｂはピストン部４１０の下端面である。ピストン部４１０の上端面４１０Ａは、平面方向中心部が最も深い凹部曲面形状を有している。但し、ピストン部４１０における上端面４１０Ａの形状を上記態様に限定されず、平坦面として形成されていても良い。

また、符号４２０Ａは、ロッド部４２０の下端面である。ピストン部４１０の上端面４１０Ａは発射体４０の上端面ということができ、ロッド部４２０の下端面４２０Ａは発射体４０の下端面ということができる。以下では、図４に示す上下方向を、発射体４０の上下方向と定義する。発射体４０の上下方向は、ピストン部４１０およびロッド部４２０の軸方向に一致している。また、発射体４０のロッド部４２０において、ピストン部４１０と接続されている方を基端側といい、その反対側、すなわち下端面４２０Ａが位置する方を先端側という場合がある。

ピストン部４１０の外径は、シリンダー３０における大径部３２の内径よりも僅かに小さい。また、ピストン部４１０は、その上下方向における中間部の外径が他所に比べて一回り小さく形成されており、この外径差に起因して環状凹部としての括れ部４１１が形成されている。ピストン部４１０の括れ部４１１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４１２が嵌め込まれている。図２に示す状態において、ピストン部４１０の括れ部４１１に嵌め込まれたＯリング４１２は、シリンダー３０の大径部３２における内周面３２Ａに当接することで圧縮されており、これによって適度なシール性がＯリング４１２によって発揮される。また、発射体４０におけるロッド部４２０の外径は、中央ハウジング部１２０における小径空洞部１２１Ａの直径よりも僅かに小さい。

次に、導体片５０の詳細について説明する。図５は、導体片５０の平面図である。導体片５０は、遮断装置１の構成要素の一部を構成すると共に、遮断装置１を所定の電気回路に取り付けたときに当該電気回路の一部を形成する導電性の金属体であり、バスバー（bus bar）と呼ばれる場合がある。導体片５０は、例えば、銅（Ｃｕ）等の金属によって形
成することができる。但し、導体片５０は、銅以外の金属で形成されていても良いし、銅と他の金属との合金で形成されても良い。なお、導体片５０に含まれる銅以外の金属としては、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）等が例示できる。

図５に示す例において、導体片５０は全体として細長い平板片として形成されており、両端側の第１接続端部５１および第２接続端部５２と、これらの中間部分に位置する被切除部５３等を含んでいる。導体片５０における第１接続端部５１および第２接続端部５２
には、それぞれ接続孔５１Ａ，５２Ａが設けられている。これら接続孔５１Ａ，５２Ａは、電気回路において他の導体（例えば、リードワイヤ）と接続するために使用される。導体片５０の被切除部５３は、遮断装置１が適用される電気回路に過大電流等の異常が生じた場合に、発射体４０のロッド部４２０によって強制的に且つ物理的に切断され、第１接続端部５１および第２接続端部５２から切除される部位である。導体片５０における被切除部５３の両端には、被切除部５３が切断されて切除され易いように、切り込み（スリット）５４が形成されている。

ここで、導体片５０は種々の形態を採用することができ、その形状は特に限定されない。図５に示す例では、第１接続端部５１、第２接続端部５２および被切除部５３の表面が同一面を形成しているが、これには限られない。例えば、導体片５０は、第１接続端部５１および第２接続端部５２に対して被切除部５３が直交、或いは、傾斜した姿勢で接続されていても良い。また、導体片５０における被切除部５３の平面形状についても特に限定されない。勿論、導体片５０における第１接続端部５１、第２接続端部５２の形状も特に限定されない。

上記のように構成される導体片５０は、ハウジング本体１００における中央ハウジング部１２０に設けられた一対の導体片挿通部１２４に挿通されることで、中央ハウジング部１２０の小径空洞部１２１Ａを横断した状態で中央ハウジング部１２０に保持される（図２を参照）。なお、ハウジング本体１００における中央ハウジング部１２０において、一対の導体片挿通部１２４の下面を規定する載置面１２４Ａに導体片５０が載置される（図３を参照）。一対の導体片挿通部１２４における各載置面１２４Ａは、筒状空間１３の延在方向（軸方向）と直交方向に延在した平坦面として形成されている。そのため、中央ハウジング部１２０に設けられた載置面１２４Ａに導体片５０の第１接続端部５１および第２接続端部５２がそれぞれ載置されると、導体片５０が筒状空間１３を横切るようにして、当該筒状空間１３の延在方向（軸方向）に直交する姿勢に保持される。

なお、図６は、遮断装置１の中央ハウジング部１２０に導体片５０を設置した状態における小径空洞部１２１Ａと導体片５０との平面的な位置関係を説明する図である。図６に示すように、導体片５０は、被切除部５３が小径空洞部１２１Ａの領域内に含まれるように導体片５０が中央ハウジング部１２０に設置される。また、導体片５０は、中央ハウジング部１２０における小径空洞部１２１Ａの外縁Ｌ１（図６に示す）が導体片５０の切り込み５４の位置と平面的に重なるように設置される。

図２および図３に戻り、遮断装置１の構成について説明する。ハウジング１０内に形成される筒状空間１３には、第１端部１１側から遮断装置１の上下方向に沿って順に点火器２０、発射体４０、導体片５０が配置されている。また、図７は、遮断装置１の高さ方向（後述する筒状空間１３が延在する方向）に沿った内部構造を説明する図であり、便宜上、発射体４０の図示を省略したものである。本実施形態における遮断装置１は、シリンダー３０における大径部３２の内側に形成されたシリンダー空洞部３６、ハウジング本体１００（中央ハウジング部１２０）における小径空洞部１２１Ａおよび大径空洞部１２１Ｂがそれぞれ上下方向に繋がることによって、ハウジング１０の筒状空間１３が形成されている。すなわち、遮断装置１におけるシリンダー空洞部３６、小径空洞部１２１Ａおよび大径空洞部１２１Ｂを含んで筒状空間１３が構成されている。

図２、図７等に示すように、点火器２０における点火部２１が、ハウジング１０の筒状空間１３（より詳しくは、シリンダー空洞部３６）内を臨むようにして配置されている。したがって、点火器２０の作動時に点火部２１の点火薬が燃焼して生じる燃焼生成物は、筒状空間１３（シリンダー空洞部３６）へと放出されることになる。また、図２に示すように、発射体４０は、ピストン部４１０が上方側に位置し、ロッド部４２０が下方側に位
置する姿勢でハウジング１０の筒状空間１３内に収容されている。具体的には、発射体４０におけるピストン部４１０の上端面４１０Ａが点火器２０における点火部２１に対向するように配置されている。

また、遮断装置１は、ハウジング１０に設置された導体片５０における被切除部５３の上面５３Ａ（図２、図７等を参照）とシリンダー３０の段差部３３とにおけるハウジング１０の上下方向の離間寸法と、発射体４０の軸方向における長さが略等しい寸法に設定されている。これにより、遮断装置１（点火器２０）の作動前においては、発射体４０におけるピストン部４１０の上端面４１０Ａの外周縁がシリンダー３０の段差部３３における内壁面３３Ａに当接し、且つ、ロッド部４２０の下端面４２０Ａが導体片５０における被切除部５３の上面５３Ａに当接した状態で、発射体４０が筒状空間１３内において位置決めされる。以下、このように位置決めされた発射体４０の位置を「初期位置」と呼ぶ。但し、この初期位置において、発射体４０におけるロッド部４２０の下端面４２０Ａと導体片５０における被切除部５３の上面５３Ａが間隔をおいて両者が対向配置されていても良い。

また、遮断装置１（点火器２０）の作動前において、ハウジング１０の筒状空間１３は、筒状空間１３を横切るように配置された導体片５０（被切除部５３）によって上下に隔てられている（二分されている）。以下、ハウジング１０における筒状空間１３のうち、導体片５０の被切除部５３を挟んで発射体４０が配置されている方の領域（空間）を「発射体初期配置領域Ｒ１」（図７を参照）と呼び、発射体４０とは反対側に位置する領域（空間）を「消弧領域Ｒ２」（図７を参照）と呼ぶ。図７等から明らかなように、本実施形態における筒状空間１３における消弧領域Ｒ２は、大径空洞部１２１Ｂの全体および小径空洞部１２１Ａの一部を含む絶縁閉鎖空間として形成されている。

また、消弧領域Ｒ２のうち、小径空洞部１２１Ａによって形成される領域を「第１消弧領域Ｒ２１」と呼び、大径空洞部１２１Ｂによって形成される領域を「第２消弧領域Ｒ２２」と呼ぶ。ここで、第１消弧領域Ｒ２１は、点火器２０の作動前において筒状空間１３を横切るように配置された導体片５０における被切除部５３と隣接する領域であり、第２消弧領域Ｒ２２の上方に連なっている。また、第２消弧領域Ｒ２２は、第１消弧領域Ｒ２１を挟んで被切除部５３とは反対側に位置すると共に第１消弧領域Ｒ２１の下方に連なる領域である。本実施形態においては、第２消弧領域Ｒ２２における横断面が第１消弧領域Ｒ２１における横断面積よりも大きい。より詳しくは、第１消弧領域Ｒ２１における横断面方向における幅寸法（本実施形態においては、第１消弧領域Ｒ２１（小径空洞部１２１Ａ）の直径に相当する）が被切除部５３の横断面方向における幅寸法に対応し、第２消弧領域Ｒ２２の横断面積が第１消弧領域Ｒ２１の横断面積よりも大きい。

本実施形態において、遮断装置１における消弧領域Ｒ２は、発射体４０によって導体片５０における第１接続端部５１および第２接続端部５２から切除された被切除部５３を受け入れるための空間であると同時に、発射体４０が被切除部５３を切除した際に生じたアークを効果的に消弧するための空間としての意義を有する。そして、導体片５０から被切除部５３を切除する際に生じたアークを効果的に消弧するために、本実施形態においては消弧領域Ｒ２に消弧材として繊維状のクーラント材（以下、「繊維状クーラント材」という）１４を充填するようにした（図２を参照）。繊維状クーラント材１４は、発射体４０が被切除部５３を切除した際に生じたアークおよび被切除部５３の熱エネルギーを奪い、冷却する繊維状の冷却材である。繊維状クーラント材１４の種類は特段限定されないが、本実施形態においては繊維状クーラント材１４としてスチールウールを採用している。なお、図２においては、便宜上、消弧領域Ｒ２に配置されている繊維状クーラント材１４の範囲をハッチングによって示している。図２においては、消弧領域Ｒ２の全体に繊維状クーラント材１４が充填された態様が示されているが、消弧領域Ｒ２の一部分を占有するよ
うに繊維状クーラント材１４が配設されていても良い。例えば、消弧領域Ｒ２における第２消弧領域Ｒ２２のみに繊維状クーラント材１４を配置し、第１消弧領域Ｒ２１を空洞としても良い。勿論、消弧領域Ｒ２における繊維状クーラント材１４の設置態様はこれらの例に限定されるものではなく、種々の態様を採用できる。

上記のように構成される遮断装置１は、電気回路の異常電流を検知する異常検知センサー（図示せず）、および、点火器２０の作動を制御する制御部（図示せず）を備えている。異常検知センサーは、導体片５０を流れる電流の他に、電圧や導体片５０の温度を検出することができても良い。また、制御部は、例えば所定の制御プログラムを実行することで所定の機能を発揮できるコンピュータである。制御部による所定の機能は、対応するハードウェアで実現することもできる。そして、遮断装置１が適用される電気回路の一部を形成する導体片５０に過大な電流が流れると、その異常電流が異常検知センサーによって検出される。検出された異常電流は、異常検知センサーから制御部に引き渡される。例えば、制御部は、異常検知センサーによって検出された電流値に基づいて、導電ピン２３に接続された外部電源（図示せず）から通電を受け、点火器２０を作動させる。ここで、異常電流とは、所定の電気回路の保護のために設定された所定の閾値を超える電流値であっても良い。なお、上述した異常検知センサーおよび制御部は、遮断装置１の構成要素に含まれていなくても良く、例えば遮断装置１とは別の装置に含まれていても良い。また、上記異常検知センサーや制御部は、遮断装置１に必須の構成ではない。

点火器２０が作動すると、点火部２１の点火薬が燃焼し、燃焼ガスや火炎等の燃焼生成物が筒状空間１３（シリンダー空洞部３６）に放出される。点火部２１から筒状空間１３（シリンダー空洞部３６）に放出された燃焼生成物の圧力（燃焼エネルギー）は、初期位置において点火部２１の近傍に且つ対向して配置される発射体４０におけるピストン部４１０の上端面４１０Ａに伝えられる。その結果、発射体４０は、筒状空間１３の延在方向（軸方向）に沿って筒状空間１３を下方に移動し、ロッド部４２０が導体片５０から被切除部５３を押し切ることで被切除部５３が切除される。ここで、発射体４０におけるピストン部４１０の上端面４１０Ａは、平面方向中心部が最も深い凹部曲面形状を有している。そのため、点火器２０の作動時に点火部２１から筒状空間１３（シリンダー空洞部３６）に放出された燃焼生成物の圧力をピストン部４１０の上端面４１０Ａによって受け取り易く、発射体４０におけるロッド部４２０の下端面４２０Ａを勢いよく被切除部５３に衝突させ、被切除部５３を切除することができる。

点火器２０の作動時において、発射体４０のピストン部４１０は、シリンダー３０における大径部３２の内周面３２Ａにガイドされ、筒状空間１３における発射体初期配置領域Ｒ１（シリンダー空洞部３６）内を内周面３２Ａに沿って下方に移動する。このとき、ピストン部４１０の括れ部４１１に嵌め込まれたＯリング４１２はシリンダー３０の内周面３２Ａに接触しているが、ピストン部４１０におけるＯリング４４以外の外周面はシリンダー３０の内周面３２Ａに対して完全には接触していない。また、発射体４０におけるロッド部４２０の外周面は、中央ハウジング部１２０における小径空洞部１２１Ａの内周面に対して完全には接触していない。これにより、点火器２０の作動時において、発射体４０を筒状空間１３（発射体初期配置領域Ｒ１）の延在方向（軸方向）に沿って円滑に移動させることができ、導体片５０における被切除部５３を好適に切除することができる。但し、点火器２０の作動時に発射体４０を筒状空間１３の延在方向（軸方向）に沿って円滑に移動させることができる限りにおいて、発射体４０の形状、寸法を自由に決定することができ、例えば発射体４０におけるピストン部４１０の外径がシリンダー３０における大径部３２の内径と等しい寸法に設定されていても良い。同様に、発射体４０におけるロッド部４２０の外径が中央ハウジング部１２０における小径空洞部１２１Ａの直径と等しい寸法に設定されていても良い。

発射体４０は、中央ハウジング部１２０におけるストッパー部１２５にピストン部４１０の下端面４１０Ｂが当接（衝突）するまで、筒状空間１３の延在方向（軸方向）に沿って下方に移動する。図８は、遮断装置１における点火器２０の作動後の状態を示す図である。図８に示す状態において、発射体４０におけるピストン部４１０の下端面４１０Ｂは、中央ハウジング部１２０のストッパー部１２５に当接することで発射体４０が位置決めされている。点火器２０の作動に伴い、発射体４０におけるロッド部４２０によって導体片５０から切除された被切除部５３は、ロッド部４２０の先端部と共に絶縁閉鎖空間である消弧領域Ｒ２内に移動し、消弧領域Ｒ２に受け入れられることで電気絶縁的に保持される。これにより、導体片５０の両端に位置する第１接続端部５１および第２接続端部５２は電気的に不通状態となり、遮断装置１が適用される所定の電気回路が強制的に遮断される。

本実施形態における遮断装置１は、消弧領域Ｒ２に繊維状クーラント材１４が配置されている。そのため、発射体４０におけるロッド部４２０によって導体片５０の被切除部５３が第１接続端部５１および第２接続端部５２からそれぞれ切断された瞬間に、被切除部５３を瞬時に消弧領域Ｒ２における繊維状クーラント材１４内に埋没させ、被切除部５３を繊維状クーラント材１４によって急冷することができる。これにより、所定の電気回路の一部を構成する導体片５０から被切除部５３を切除する際に、アークが発生することを効果的に抑制できる。また、遮断装置１によって電気回路を遮断する際に、導体片５０の被切除部５３における切断面にたとえアークが発生した場合でも、発生したアークを迅速且つ効果的に消弧できる。これにより、遮断装置１が適用される電気回路に異常が検知された場合等に、当該電気回路を迅速に遮断できる。すなわち、電気回路を遮断する際に発生したアークの消弧が長引くことを効果的に抑制することで、電気回路の遮断が長引くことを抑制できる。また、遮断装置１によれば、電気回路の遮断時に大きな火花や火炎が生じたり、大きな衝撃音が発生することを好適に抑制できる。また、これらに起因して遮断装置１のハウジング１０等が破損することも抑制できる。

また、図８から明らかなように、遮断装置１は、点火器２０の作動時に発射体４０が切除した被切除部５３が第１消弧領域Ｒ２１の下方に位置する第２消弧領域Ｒ２２に受け入れられるように、発射体４０におけるピストン部４１０のストローク長さ、第１消弧領域Ｒ２１の軸方向の長さ等の相対関係が設定されている。このように、点火器２０の作動時に、被切除部５３に比べて大きな横断面積を有する第２消弧領域Ｒ２２まで被切除部５３を移動させることによって、被切除部５３の周囲、特に被切除部５３の切断面を繊維状クーラント材１４によってより一層好適に被覆し、被切除部５３の切断面から熱エネルギーを効率的に奪い去ることができる。その結果、アークをより一層速やかに消弧できる。

また、本実施形態に係る遮断装置１は、ハウジング１０における筒状空間１３の消弧領域Ｒ２に配置する消弧材として繊維状クーラント材１４を採用したので、例えば粉末状、或いは粒状の消弧材を採用する場合に比べて以下の利点がある。すなわち、繊維状クーラント材１４における繊維間には適度な空隙が形成されているため、点火器２０の作動時において導体片５０から切除された被切除部５３とロッド部４２０の先端部を繊維状クーラント材１４に対して容易に押し込み、被切除部５３を繊維状クーラント材１４に円滑に埋没させることができる。消弧領域Ｒ２に受け入れた被切除部５３の周囲を繊維状クーラント材１４によって覆い囲むことによって、被切除部５３をより迅速に冷却することができ、以って、より一層効果的にアークを消弧できる。

更に、繊維状クーラント材１４によれば、例えば、遮断装置１が振動等によって揺れた場合においても異音が発生し難い。例えば、遮断装置１が自動車に搭載される場合、遮断装置１は振動を受ける環境下において使用されることになる。このような環境下においても、遮断装置１からユーザーにとって不快な音が発生することを好適に抑制できる。これ
に対して、遮断装置１における消弧領域Ｒ２に対して仮に粉末状や粒状の消弧材を充填する場合、消弧領域Ｒ２内で粉末状或いは粒状の消弧材が動き易く、所謂シャカシャカ音が発生し易い。特に、電気自動車においては走行時にエンジン音が発生せず、静粛性に優れているため、ハウジング内で消弧材が動くことに起因したシャカシャカ音によってユーザーに不快感を与えてしまう虞がある。また、遮断装置１における消弧領域Ｒ２に対して粉末状や粒状の消弧材を消弧材として充填する場合、消弧材を構成する粒子同士が擦れることで、経時的に粒径が小さくなり、場合によっては所期の消弧性能が発揮できないことも想定される。これに対して、本実施形態における繊維状クーラント材１４によれば、消弧性能が経時的に変化し難く、恒常的に所期の消弧性能を発揮することができる。

一方で、上記のような不快音の発生を抑制する観点においては、ハウジング内に粉末状や粒状の消弧材を押し固めて充填することが考えられる。しかしながら、このような態様としてしまうと、たしかに不快音の発生は抑制され得るものの、その背反として、点火器２０の作動時に導体片５０から切除された被切除部５３とロッド部４２０の先端部を消弧材に押し込むことが困難となり、アークの消弧性能が低下する虞がある。これに対して、本実施形態に係る繊維状クーラント材１４によれば、そのような虞が無い。以上より、本実施形態においては、アークの消弧性能と静粛性能に優れ、しかも消弧性能が経時的に低下しにくい遮断装置１を実現できる。

なお、ハウジング１０の消弧領域Ｒ２に充填する繊維状クーラント材１４は、熱伝導性に優れ、発射体４０が被切除部５３を切除した際に生じたアークおよび被切除部５３の熱エネルギーを急速に奪い去る繊維材料を用いることが好ましい。このような繊維材料としては金属繊維材料が例示できる。また、繊維状クーラント材１４を構成する金属繊維材料としては、スチールウールを好適に用いることができる。但し、上記のようにハウジング１０の消弧領域Ｒ２に受け入れた被切除部５３を急冷することができれば、繊維状クーラント材１４として必ずしも金属繊維材料を採用する必要は無い。

なお、上記実施形態における遮断装置１は種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、ハウジング本体１００を、上蓋ハウジング部１１０、中央ハウジング部１２０、底蓋ハウジング部１３０によって構成する態様を例に説明したがこれには限られない。また、遮断装置１を構成する各種部品の形状、大きさ等も適宜変更することができる。例えば、上記実施形態では発射体４０のロッド部４２０を円柱体形状とする場合を例に説明したがこれには限られず、ロッド部４２０を例えば角柱体形状としても良い。その場合、ハウジング本体１００における小径空洞部１２１Ａの横断面形状をロッド部４２０と対応する形状にすると良い。また、上記実施形態では、ハウジング１０の筒状空間１３における消弧領域Ｒ２を、横断面積の異なる第１消弧領域Ｒ２１および第２消弧領域Ｒ２２を含んで形成する場合を例に説明したが、これには限られない。例えば、消弧領域Ｒ２の上下方向において横断面積が一定であっても良い。

＜電気回路遮断試験＞
次に、遮断装置１に対して行った電気回路遮断試験について説明する。図９は、電気回路遮断試験に用いた試験装置の概略を示す図である。符号１０００は電源、符号２０００は電流計、符号３０００は作動用電源である。また、符号４０００は、遮断装置１における導体片５０と協働して電気回路ＥＣを形成するための配線である。また、符号５０００は、遮断装置１の点火器２０における導電ピン２３（図１を参照）に作動用電源３０００から供給される作動用電流を流すための配線である。

次に、電気回路遮断試験の手順について説明する。
（手順１）図９に示すように、遮断装置１における導体片５０の第１接続端部５１および第２接続端部５２をそれぞれ配線４０００によって電源１０００、電流計２０００等に接
続し、遮断装置１における点火器２０を配線５０００によって作動用電源３０００に接続する。
（手順２）電源１０００からの電流を電気回路ＥＣに流す。
（手順３）作動用電源３０００をオンにし、遮断装置１における点火器２０に作動用電流を通電することによって点火器２０を作動させる。
（手順４）電源１０００、作動用電源３０００をオフにする。

本遮断試験では、作動用電源３０００によって遮断装置１における点火器２０に作動用電流を通電する前後に渡り、電気回路ＥＣに流れる電流値を継続的に電流計２０００によって計測した。なお、本遮断試験においては、遮断装置１のハウジング１０における消弧領域Ｒ２に充填する繊維状クーラント材１４としてスチールウール（実施例）を採用した。また、実施例と比較するための比較例として、スチールウールの代わりに粒状ゼオライトを消弧材として消弧領域Ｒ２に配置した場合を比較例とした。

ここで、実施例には、日本スチールウール株式会社製（商品名：ボンスター、標準線径φ０．０３５ｍｍ）における標準タイプのスチールウールを用いた。また、比較例には、東ソー株式会社製（商品名：ゼオラム）の粒状タイプのゼオライトを用いた。

図１０は、電気回路遮断試験の結果を示すグラフである。上段に実施例、下段に比較例の各試験結果を示している。各グラフにおいて、縦軸は電流値、横軸は時間を示す。時間Ｔ０は、作動用電源３０００をオンにして、点火器２０に作動用電流を通電した時点を示す。

消弧材としてスチールウールを使用した実施例（図１０の上段）と、消弧材として粒状タイプのゼオライトを使用した比較例（図１０の下段）は共に、時間Ｔ０における点火器２０の作動後、電気回路ＥＣを流れる電流値が０まで速やかに低下した。これは、実施例および比較例で使用した消弧材によってアークが迅速に消弧されたことによるものと考えられる。図１０の上段に示すΔＴ１は、実施例において、時間Ｔ０から電気回路ＥＣを流れる電流値が０に至るまでに要した時間（以下、「消弧時間」という）を示したものである。また、図１０の下段に示すΔＴ２は、比較例における消弧時間を示したものである。

ここで、実施例における消弧時間ΔＴ１は、比較例における消弧時間ΔＴ２よりも若干短いという結果が得られた。従って、本遮断試験の結果を踏まえると、消弧材としてスチールウールを使用した実施例は、消弧材として粒状タイプのゼオライトを使用した比較例と比較して少なくとも同等以上のアークの消弧性能を有していることが確認できた。なお、スチールウールのような繊維状の消弧材は、粒状や粉末状の消弧材では得ることのできない異質の技術的効果を有することは上記の通りである。

以上、本開示に係る電流回路遮断装置の実施形態および変形例について説明したが、上述した各実施形態および変形例は可能な限り組み合わせることができる。

１ ：遮断装置
１０ ：ハウジング
１３ ：筒状空間
１４ ：繊維状クーラント材
２０ ：点火器
３０ ：シリンダー
４０ ：発射体
５０ ：導体片
５３ ：被切除部

Claims (4)

1. ハウジングに設けられた点火器と、
   前記ハウジング内に形成された筒状空間に配置された発射体であって、前記点火器から受けるエネルギーにより前記筒状空間を移動可能に形成された発射体と、
   前記ハウジングに設けられると共に電気回路の一部を形成する導体片であって、その一部に前記発射体によって切除される被切除部を有し、当該被切除部が前記筒状空間を横切るように配置された導体片と、
   前記筒状空間のうち、前記点火器の作動前において前記被切除部を挟んで前記発射体とは反対側に位置し、前記発射体によって切除された前記被切除部を受けるための消弧領域と、
   前記消弧領域に配置された、繊維状のクーラント材と、
   を備える、電気回路遮断装置。
2. 前記クーラント材は金属繊維材料によって形成されている、請求項１に記載の電気回路遮断装置。
3. 前記クーラント材はスチールウールによって形成されている、請求項２に記載の電気回路遮断装置。
4. 前記消弧領域は、前記点火器の作動前において前記筒状空間を横切るように配置された前記被切除部と隣接する第１消弧領域と、前記第１消弧領域を挟んで前記被切除部とは反対側に位置すると共に前記第１消弧領域と連なる第２消弧領域と、を含み、
   前記第１消弧領域の横断面方向における幅寸法が前記被切除部の横断面方向における幅寸法に対応し、前記第２消弧領域の横断面積が前記第１消弧領域の横断面積よりも大きい、
   請求項１から３の何れか一項に記載の電気回路遮断装置。

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