JP2022107404A - 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効果的に消弧することの可能とし、また絶縁抵抗値の低下を防ぐ電気回路遮断装置を提供する。【解決手段】電気回路遮断装置は、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ると共に一方向に延在する収容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収容空間に沿って発射される発射体と、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、その一部に点火器から受けるエネルギーによって移動する発射体によって切除される被切除部を有し、当該被切除部が収容空間を横切るように配置された導体片と、収容空間のうち、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に配置された、クーラント材と、収容空間内に配置され、点火器の作動に伴う熱によって変性する変性樹脂材と、を備える。【選択図】図１

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、２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。

国際公開第２０２０／０９３０７９号 米国特許第８９５７３３５号明細書

電気回路遮断装置において、作動時のアーク放電を適切に消弧できないと、電気回路遮断装置を接続した装置の損傷を招く可能性があるため、効果的にアークを消弧する技術が望まれている。また、切断後に十分な絶縁抵抗値が確保されることが望ましい。

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、作動時にアークを迅速に消弧することを可能とし、また絶縁抵抗値の低下を防ぐ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、本開示の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ると共に一方向に延在する収容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収容空間に沿って発射される発射体と、
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、その一部に前記点火器から受けるエネルギーによって移動する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収容空間を横切るように配置された導体片と、
前記収容空間のうち、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に配置された、クーラント材と、
前記収容空間内に配置され、前記点火器の作動に伴う熱によって変性する変性樹脂材と、
を備える。

前記電気回路遮断装置は、前記変性樹脂材が、前記被切除部と前記クーラント材との間に配置されてもよい。

前記電気回路遮断装置は、前記発射体が、前記点火器の作動によるエネルギーを受け、
前記収容空間に沿って移動するピストン部を備え、
前記変性樹脂材が、前記点火器の作動前において、前記ピストン部よりも前記消弧領域側に配置されてもよい。

前記電気回路遮断装置は、前記発射体が、前記ピストン部の前記消弧領域側の面から前記導体片の前記被切除部側に延設されたロッド部を備え、
前記変性樹脂材が、前記点火器の作動前において、前記ピストン部と前記被切除部との間であって、前記収容空間を成す前記ハウジングの内壁と前記ロッドとの間に配置されてもよい。

前記電気回路遮断装置は、前記変性樹脂材が、前記ハウジングの内壁面に沿ってリング状又は円弧状に形成されてもよい。

前記電気回路遮断装置は、前記クーラント材が、金属繊維によって形成され、
前記変性樹脂材が、前記クーラント材を形成する前記金属繊維の間に含侵されてもよい。

前記電気回路遮断装置は、前記変性樹脂材が、シリコーンを含む合成樹脂であってもよい。

本開示によれば、作動時に発生したアークを効果的に消弧することの可能とし、また絶縁抵抗値の低下を防ぐ電気回路遮断装置を提供できる。

図１は、実施形態に係る電気回路遮断装置（以下、単に「遮断装置」という）の内部構造を説明する図である。 図２は、実施形態に係る導体片の上面図である。 図３は、実施形態に係る遮断装置の作動状況を説明する図である。 図４は、変形例１に係る遮断装置の内部構造を説明する図である。 図５は、変形例２に係る遮断装置の内部構造を説明する図である。 図６は、変形例３に係る遮断装置の内部構造を説明する図である。 図７は、変形例３に係るクーラント材及び変性樹脂材の説明図である。 図８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９は、第二実施形態に係る遮断装置の内部構造を説明する図である。 図１０は、第二実施形態に係る遮断装置の作動後の状態を示す図である。

＜第一実施形態＞
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。

＜構成＞
図１は、実施形態に係る電気回路遮断装置（以下、単に「遮断装置」という）１の内部構造を説明する図である。遮断装置１は、例えば、自動車や家庭電化製品、太陽光発電システム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、図１に示す高さ方向（後述する収容空間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、高さ方向と直交する方向の断面を遮断装置１の横断面という。図１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、外殻部材としてのハウジング１０、点火器２０、発射体４０、導体片５０、クーラント材６０、変性樹脂材７０等を含んでいる。ハウジング１０は、上端側の第１端部１１から下端側の第２端部１２の方向に延在する収容空間１３を有している。この収容空間１３は、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り、遮断装置１の上下方向に沿って延在している。図１に示すように、ハウジング１０の内部に形成された収容空間１３には、発射体４０が収容されている。但し、本明細書において遮断装置１の上下方向とは、実施形態の説明の便宜上、遮断装置１における各要素における相対的な位置関係を示すものに過ぎない。

[ハウジング]
ハウジング１０は、ハウジング本体１００、トップホルダ１１０、ボトム容器１２０を含む。ハウジング本体１００には、トップホルダ１１０およびボトム容器１２０が結合されており、これによって一体のハウジング１０が形成されている。

ハウジング本体１００は、例えば、概略角柱形状の外形を有している。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には、上下方向に沿って空洞部が貫通するように形成されており、この空洞部は収容空間１３の一部を形成している。更に、ハウジング本体１００は、トップホルダ１１０のフランジ部１１１が固定される上面１０１と、ボトム容器１２０のフランジ部１２１が固定される下面１０２を有する。本実施形態においては、ハウジング本体１００における上面１０１の外周側には、当該上面１０１から上方に向けて筒状の上筒壁１０３が立設されている。本実施形態において、上筒壁１０３は、例えば角筒形状を有しているが、他の形状を有していても良い。また、ハウジング本体１００における下面１０２の外周側には、当該下面１０２から下方に向けて筒状の下筒壁１０４が垂設されている。本実施形態において、下筒壁１０４は、例えば角筒形状を有しているが、他の形状を有していても良い。以上のように構成されるハウジング本体１００は、例えば、合成樹脂等といった絶縁部材によって形成することができる。例えば、ハウジング本体１００は、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。

[トップホルダ]
次に、トップホルダ１１０について説明する。トップホルダ１１０は、例えば、段付き円筒形状を有するシリンダ部材であり、内側が空洞状になっている。トップホルダ１１０は、上側（第１端部１１側）に位置する小径シリンダ部１１２と、下側に位置する大径シリンダ部１１３と、これらを接続する接続部１１４と、大径シリンダ部１１３の下端から外側に向かって延在するフランジ部１１１等を含んで構成されている。例えば、小径シリンダ部１１２および大径シリンダ部１１３は同軸に配置されており、大径シリンダ部１１３は小径シリンダ部１１２よりも直径が一回り大きい。

また、トップホルダ１１０におけるフランジ部１１１の輪郭は、ハウジング本体１００における上筒壁１０３の内側に収まるような概略四角形を有している。フランジ部１１１は、例えば、上筒壁１０３の内側に配置された状態で、ハウジング本体１００における上面１０１にネジ等を用いて一体に締結されていても良いし、リベット等によって固定されていても良い。また、ハウジング本体１００の上面１０１とトップホルダ１１０におけるフランジ部１１１の下面との間にシーラントを塗布した状態でトップホルダ１１０をハウジング本体１００に結合しても良い。これにより、ハウジング１０内に形成される収容空
間１３の気密性を高めることができる。また、シーラントの代わりに、或いはシーラントと併用してハウジング本体１００の上面１０１とトップホルダ１１０のフランジ部１１１との間にＯリングを介在させることによって収容空間１３の気密性を高めるようにしても良い。

トップホルダ１１０における小径シリンダ部１１２の内側に形成される空洞部は、図１に示すように点火器２０の一部を収容する収容空間として機能する。また、トップホルダ１１０における大径シリンダ部１１３の内側に形成される空洞部は、下方に位置するハウジング本体１００の空洞部と連通しており、収容空間１３の一部を形成している。上記のように構成されるトップホルダ１１０は、例えば、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することができる。但し、トップホルダ１１０を形成する材料は特に限定されない。また、トップホルダ１１０の形状についても上記態様は一例であり、他の形状を採用しても良い。

[ボトム容器]
次に、ボトム容器１２０について説明する。ボトム容器１２０は、内部が空洞状の概略有底筒形状を有し、側壁部１２２、側壁部１２２の下端に接続される底壁部１２３、側壁部１２２の上端に接続されるフランジ部１２１等を含んで構成されている。側壁部１２２は、例えば円筒形状を有しており、フランジ部１２１は側壁部１２２における上端から外側に向かって延在している。ボトム容器１２０におけるフランジ部１２１の輪郭は、ハウジング本体１００における下筒壁１０４の内側に収まるような概略四角形を有している。フランジ部１２１は、例えば、下筒壁１０４の内側に配置された状態で、ハウジング本体１００における下面１０２にネジ等を用いて一体に締結されていても良いし、リベット等によって固定されていても良い。ここで、ハウジング本体１００の下面１０２とボトム容器１２０におけるフランジ部１２１の上面との間にはシーラントが塗布された状態でボトム容器１２０がハウジング本体１００に結合されても良い。これにより、ハウジング１０内に形成される収容空間１３の気密性を高めることができる。また、シーラントの代わりに、或いはシーラントと併用してハウジング本体１００の下面１０２とボトム容器１２０のフランジ部１２１との間にＯリングを介在させることによって収容空間１３の気密性を高めるようにしても良い。

なお、ボトム容器１２０の形状に関する上記態様は一例であり、他の形状を採用しても良い。また、ボトム容器１２０の内側に形成される空洞部は、上方に位置するハウジング本体１００と連通しており、収容空間１３の一部を形成している。上記のように構成されるボトム容器１２０は、例えば、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することができる。但し、ボトム容器１２０を形成する材料は特に限定されない。また、ボトム容器１２０は複層構造となっていても良い。例えば、ボトム容器１２０は、外部に面する外装部を強度、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し、収容空間１３側に面する内装部を合成樹脂等といった絶縁部材によって形成しても良い。勿論、ボトム容器１２０の全体を絶縁部材によって形成しても良い。

上記のように、実施形態におけるハウジング１０は、一体に組み付けられるハウジング本体１００、トップホルダ１１０、およびボトム容器１２０を含んで構成され、その内側に第１端部１１から第２端部１２の方向に延在する収容空間１３が形成される。この収容空間１３には、以下に詳述する点火器２０、発射体４０、導体片５０における被切除部５３、クーラント材６０および変性樹脂材７０等が収容される。

[点火器]
次に、点火器２０について説明する。点火器２０は、点火薬を含む点火部２１と、点火
部２１に接続された一対の導電ピン（図示せず）を有する点火器本体２２を備えた電気式点火器である。点火器本体２２は、例えば、絶縁樹脂によって包囲されている。また、点火器本体２２における一対の導電ピンの先端側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。

点火器本体２２は、トップホルダ１１０における小径シリンダ部１１２の内部に収容された概略円柱状の本体部２２１と、本体部２２１の上部に位置するコネクタ部２２２を備えている。点火器本体２２は、例えば、本体部２２１を小径シリンダ部１１２の内周面に圧入することによって小径シリンダ部１１２に固定されている。また、本体部２２１の軸方向中間部には、外周面が他所に比べて窪んだ括れ部が本体部２２１の周方向に沿って環状に形成されており、この括れ部にＯリング２２３が嵌め込まれている。Ｏリング２２３は、例えば、ゴム（例えばシリコーンゴム）や合成樹脂によって形成されており、小径シリンダ部１１２における内周面と本体部２２１との間の気密性を高めるように機能する。

点火器２０におけるコネクタ部２２２は、小径シリンダ部１１２の上端に形成された開口部１１２Ａを通じて外部に突出して配置されている。コネクタ部２２２は、例えば、導電ピンの側方を覆う円筒形状を有しており、電源側のコネクタと接続できるように構成されている。

図１に示すように、点火器２０の点火部２１は、ハウジング１０の収容空間１３（より詳しくは、大径シリンダ部１１３の内側に形成される空洞部）を臨むようにして配置されている。点火部２１は、例えば、点火器カップ内に点火薬を収容する形態として構成されている。例えば、点火薬は、一対の導電ピンの基端同士を連結するように連架されたブリッジワイヤ（抵抗体）に接触した状態で点火部２１における点火器カップ内に収容されている。点火薬としては、例えば、ZPP（ジルコニウム・過塩素酸カリウム）、ZWPP（ジル
コニウム・タングステン・過塩素酸カリウム）、THPP（水素化チタン・過塩素酸カリウム）、鉛トリシネート等を採用しても良い。

点火器２０を作動させる際、点火薬を点火するための作動電流が電源から導電ピンに供給されると、点火部２１におけるブリッジワイヤが発熱する結果、点火器カップ内の点火薬が着火、燃焼し、燃焼ガスが生成される。そして、点火部２１の点火器カップ内における点火薬の燃焼に伴って当該点火器カップ内の圧力が上昇し、点火器カップの開裂面２１Ａが開裂し、点火器カップから燃焼ガスが収容空間１３へと放出される。より具体的には、点火器カップからの燃焼ガスは、収容空間１３内に配置された発射体４０の後述するピストン部４１における窪み部４１１に放出される。

[発射体]
次に、発射体４０について説明する。発射体４０は、例えば、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４１と、当該ピストン部４１に接続されたロッド部４２を含んでいる。ピストン部４１は概略円柱形状を有し、トップホルダ１１０における大径シリンダ部１１３の内径と概ね対応する外径を有している。例えば、ピストン部４１の直径は、大径シリンダ部１１３の内径に比べて僅かに小さくても良い。発射体４０の形状はハウジング１０の形状等に応じて適宜変更することができる。

また、ピストン部４１の上面には、例えば、円柱形状を有する窪み部４１１が形成されており、この窪み部４１１に点火部２１を受け入れている。窪み部４１１の底面は、点火器２０の作動時に当該点火器２０から受けるエネルギーを受圧する受圧面４１１Ａとして形成されている。また、ピストン部４１の軸方向中間部には、外周面が他所に比べて窪んだ括れ部がピストン部４１の周方向に沿って環状に形成されており、この括れ部にＯリング４３が嵌め込まれている。Ｏリング４３は、例えば、ゴム（例えばシリコーンゴム）や
合成樹脂によって形成されており、大径シリンダ部１１３における内周面とピストン部４１との間の気密性を高めるように機能する。

発射体４０のロッド部４２は、例えば、ピストン部４１に比べて小径の外周面を有するロッド状部材であり、ピストン部４１の下端側に一体に接続されている。ロッド部４２の下端面は、遮断装置１の作動時に導体片５０から被切除部５３を切除するための切除面４２１として形成されている。なお、本実施形態におけるロッド部４２は概略円筒形状を有しているが、その形状は特に限定されず、遮断装置１の作動時に導体片５０から切除すべき被切除部５３の形状や大きさに応じて変更なし得る。ロッド部４２は、例えば、円柱、角柱などの柱形状を有していても良い。なお、図１に示す発射体４０の初期位置においては、発射体４０のロッド部４２における切除面４２１を含む先端側の領域は、ハウジング本体１００の空洞部（収容空間１３の一部を形成する）に位置付けられている。ロッド部４２の直径は、例えば、ハウジング本体１００の内周面の内径よりも僅かに小さく、発射体４０の発射時に当該内周面に沿ってロッド部４２の外周面がガイドされるように構成されている。

上記のように構成される発射体４０は、詳しくは後述するが、点火器２０の作動時に当該点火器２０からのエネルギーを、受圧面４１１Ａを含むピストン部４１の上面が受圧することで、発射体４０が図１に示す初期位置から発射され、収容空間１３に沿って第２端部１２側（下方）に向かって高速で移動する。具体的には、図１に示すように、発射体４０のピストン部４１は、トップホルダ１１０における大径シリンダ部１１３の内側に収容されており、大径シリンダ部１１３の内壁面に沿って軸方向に摺動可能である。本実施形態において、発射体４０のピストン部４１を概略円柱形状としているが、その形状は特に限定されない。ピストン部４１の外形は、大径シリンダ部１１３の内壁面の形状および大きさに応じて適切な形状および大きさを採用し得る。

[導体片]
次に、導体片５０について説明する。図２は、実施形態に係る導体片５０の上面図である。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２に示す一態様において、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。なお、図１においては、導体片５０における接続孔５１Ａ，５２Ａの図示を省略している。また、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４２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２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５
１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。また、導体片５０における切り込み５４は適宜、省略することができる。

ここで、実施形態に係るハウジング本体１００には、一対の導体片保持孔１０５Ａ，１０５Ｂが形成されている。一対の導体片保持孔１０５Ａ，１０５Ｂは、ハウジング本体１００の上下方向（軸方向）に直交する横断面方向に延在している。より詳しくは、一対の導体片保持孔１０５Ａ，１０５Ｂが、ハウジング本体１００の空洞部（収容空間１３）を挟んで一直線上に延在している。上記のように構成される導体片５０は、ハウジング本体１００に形成された一対の導体片保持孔１０５Ａ，１０５Ｂに挿通された状態でハウジング本体１００に保持されている。図１に示す例では、導体片５０の第１接続端部５１が導体片保持孔１０５Ａに挿通された状態で保持され、第２接続端部５２が導体片保持孔１０５Ｂに挿通された状態で保持されている。また、この状態において、導体片５０の被切除部５３はハウジング本体１００の空洞部（収容空間１３）に位置付けられている。上記のように、ハウジング本体１００に装着された導体片５０は、被切除部５３が収容空間１３を横切るようにして、当該収容空間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２に示す符号Ｌ１は、遮断装置１のハウジング本体１００に装着された状態における導体片５０の上部に位置するロッド部４２の外周位置を示す。本実施形態においては、導体片５０は、ロッド部４２の外周位置Ｌ１が被切除部５３の両端に位置する切り込み５４の位置と概ね重なるように設置される。本実施形態においては、例えば、収容空間１３の横断面積は、被切除部５３の横断面積に比べて大きいため、被切除部５３の側方には隙間が形成されている。

[クーラント材]
次に、ハウジング１０における収容空間１３に配置されるクーラント材６０について説明する。ここで、図１に示すように、遮断装置１（点火器２０）の作動前において、ハウジング本体１００における一対の導体片保持孔１０５Ａ，１０５Ｂに保持された状態の導体片５０の被切除部５３は、ハウジング１０の収容空間１３を横切るように横架されている。以下、ハウジング１０における収容空間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」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」と呼ぶ。なお、上記のように、収容空間１３を横切るように配置された被切除部５３の側方に隙間が形成されているため、発射体初期配置領域Ｒ１および消弧領域Ｒ２は被切除部５３によって完全に隔離されているのではなく、双方は連通している。勿論、被切除部５３の形状および大きさ次第では、発射体初期配置領域Ｒ１および消弧領域Ｒ２が被切除部５３によって完全に隔離されていても良い。

収容空間１３の消弧領域Ｒ２は、遮断装置１（点火器２０）の作動時に発射される発射体４０のロッド部４２によって切除された被切除部５３を受けるための領域（空間）である。この消弧領域Ｒ２には、消弧材としてのクーラント材６０が配置されている。クーラント材６０は、発射体４０が導体片５０の被切除部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、冷却することによって電流遮断時におけるアーク発生の抑制、或いは、発生したアークを消弧（消滅）させるための冷却材である。

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、消弧領域Ｒ２に消弧材としてクーラント材６
０が配置されている。

実施形態の一態様として、クーラント材６０は、固形状である。また、実施形態の一態様として、クーラント材６０が保形体によって形成されている。ここでいう保形体とは、例えば、外力が加わっていないときは一定の形状を保ち、外力が加わったときには変形が起こり得るとしても一体性を保持可能（バラバラにならない）な材料である。例えば、繊維体を所望の形状に成形したものが保形体として例示できる。本実施形態においては、クーラント材６０を保形体である金属繊維によって形成している。ここで、クーラント材６０を形成する金属繊維としては、スチールウールおよび銅ウールの少なくとも何れか一方を含む態様が挙げられる。但し、クーラント材６０における上記態様は一例であり、これらに限定されるものではない。

クーラント材６０は、例えば、概略円盤形状に成形されており、ボトム容器１２０の底部に配置されている。

[変性樹脂材]
次に、変性樹脂材７０について説明する。変性樹脂材７０は、ハウジング１０における収容空間１３内に配置される。本実施形態の変性樹脂材７０は、消弧領域Ｒ２に配置され、点火器２０が作動した際、発射体４０が導体片５０の被切除部５３を切除することで生じたアークおよび被切除部５３の熱によって変性し、この変性によって熱エネルギーを消費させることでアークの消弧（消滅）に寄与する。このように変性樹脂材７０は、クーラント材６０と同様に消弧材として機能する。なお、変性樹脂材７０の変性は、主にアークの熱によって行われるが、この他、被切除部５３が切除される際に生じる熱や点火薬の燃焼熱などの熱の影響も受け、これら点火薬の点火から消弧完了までに受ける熱を点火器２０の作動に伴う熱と称する。

本実施形態の変性樹脂材７０は、シリコーンを含む合成樹脂である。なお、変性樹脂材は、シリコーンに限らず、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ニトリルゴムなど、他の樹脂を用いたものであってもよい。また、変性樹脂材７０は、少なくとも一部が熱によって変性するものであればよく、ガラスやセラミックのフィラー等を含む複合素材から構成されるものでもよい。

変性樹脂材７０は、リング状又は円弧状に形成され、クーラント材６０の上面からボトム容器１２０の上端にかけて側壁部１２２の内壁に沿うように設けられている。変性樹脂材７０は、所定の形状に形成された固形の部材に限らず、ゲル状の材料や粘性の高い液状の材料を図１のように収容空間１３内の壁面に塗布して用いられるものでもよい。また、変性樹脂材７０は、トルエン等の有機溶媒で溶融された合成樹脂を収容空間１３内の壁面に塗布した後、有機溶媒を揮発させることで当該壁面に固設されるものでもよい。

＜動作＞
次に、遮断装置１を作動させて電気回路を遮断する際の動作内容について説明する。上記のように、図１は、遮断装置１の作動前の状態（以下、「作動前初期状態」ともいう）を示している。この作動前初期状態において、遮断装置１における発射体４０は、ピストン部４１が収容空間１３における第１端部１１側（上端側）に位置付けられると共にロッド部４２の下端に形成された切除面４２１が、導体片５０における被切除部５３の上面に位置付けられた初期位置にセットされている。

更に、実施形態に係る遮断装置１は、遮断する電気回路が接続された装置（車両、発電設備、蓄電設備など）の異常状態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）を更に備えている。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の温度に基づいて異常状態を検知することができても良い。また、異常検知センサーは、例えば衝撃センサー、温度センサー、加速度センサー、振動センサーなどであって、車両等の装置における衝撃、温度、加速度、振動に基づいて事故や火災などの異常状態を検知してもよい。遮断装置１の制御部は、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に関する異常情報は、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、点火器２０の導電ピン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。

例えば、電気回路の異常電流を検知する異常検知センサーによって電気回路の異常電流が検知されると、遮断装置１の制御部は点火器２０を作動させる。すなわち、外部電源（図示せず）から点火器２０の導電ピンに作動電流が供給される結果、点火部２１内の点火薬が着火、燃焼し、燃焼ガスが生成される。そして、点火部２１内の圧力上昇に起因して開裂面２１Ａが開裂し、点火部２１内から点火薬の燃焼ガスが収容空間１３へと放出される。

ここで、点火器２０の点火部２１はピストン部４１における窪み部４１１に受け入れられており、点火部２１の開裂面２１Ａは、発射体４０における窪み部４１１の受圧面４１１Ａに対向して配置されている。そのため、点火部２１からの燃焼ガスは窪み部４１１に放出されると共に、燃焼ガスの圧力（燃焼エネルギー）が受圧面４１１Ａを含むピストン部４１の上面に伝えられる。その結果、発射体４０は、収容空間１３の延在方向（軸方向）に沿って収容空間１３を下方に移動する。

図３は、実施形態に係る遮断装置１の作動状況を説明する図である。図３の上段には遮断装置１の作動途中の状況を示し、図３の下段には遮断装置１の作動が完了した状況を示す。上記のように、点火器２０の作動によって、点火薬の燃焼ガスの圧力（燃焼エネルギー）を受けた発射体４０は勢いよく下方に押し下げられ、その結果、ロッド部４２の下端側に形成された切除面４２１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と被切除部５３との間の各境界部を剪断によって押し切る。その結果、導体片５０から被切除部５３が切除される。なお、発射体４０は、点火器２０の作動時に収容空間１３の延在方向（軸方向）に沿って円滑に移動す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４１の外径はトップホルダ１１０における大径シリンダ部１１３の内径と等しい寸法に設定されていても良い。

そして、発射体４０は、図３の下段に示すように、ハウジング本体１００の上面１０１にピストン部４１の下端面が当接（衝突）するまで、所定のストロークだけ収容空間１３の延在方向（軸方向）に沿って下方に移動する。そして、この状態において、発射体４０におけるロッド部４２によって導体片５０から切除された被切除部５３は、クーラント材６０及び変性樹脂材７０が配置されている消弧領域Ｒ２内に受け入れられる。その結果、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。

実施形態における遮断装置１は、消弧領域Ｒ２にクーラント材６０が配置されている。そのため、消弧領域Ｒ２に受け入れた切除後の被切除部５３をクーラント材６０によって急速に冷やすことができる。これにより、発射体４０によって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を切除した際、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としても、発生したアークを迅速且つ効果的に消弧することができる。

更に、遮断装置１は、消弧領域Ｒ２のクーラント材６０と被切除部５３との間に消弧材としての変性樹脂材７０を配置した。これにより、ロッド部４２が導体片５０から被切除部５３を切除した直後、すなわち、切除によってアークが発生した際に、このアークの熱によって変性樹脂材７０が変性し、この変性によってアークの熱を消費させることにより、アークを迅速且つ効果的に消弧することができる。変性樹脂材７０は、ハウジング１０や発射体４０など他の樹脂材と比べて、熱によって分解や揮発といった変性をし易い材料によって構成されており、この変性によってアークの熱を効果的に消費させることができる。また、本実施形態の変性樹脂材７０は、熱分解によって生じるシリカ等の成分が高い抵抗値を示し、この成分が飛散することで切断後の絶縁性を高めることに寄与する。

以上のように、本実施形態における遮断装置１によれば、クーラント材６０および変性樹脂材７０によって被切除部５３を冷却し、アークの発生を効果的に抑制することができる。その結果、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遅延することを効果的に抑制することで、電気回路の遮断が遅延することを抑制できる。また、クーラント材６０および変性樹脂材７０によってアークの熱を効果的に冷却することで、切除された導体片５０の蒸散を抑制し、切断後の絶縁抵抗を充分に高い値とすることができる。更に、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。

＜変形例１＞
実施形態に係る遮断装置１は、種々の変形例を採用することができる。例えば、収容空間１３の消弧領域Ｒ２に配置されるクーラント材６０の形状、位置、範囲等は適宜変更することができる。例えば、図４は、変形例１に係る遮断装置１Ａの内部構造を説明する図である。本変形例１の遮断装置１Ａは、図１に示した遮断装置１の構成に加えて、変性樹脂材７１を発射体初期配置領域Ｒ１に配置した構成としている。なお、その他の構成は、同じであるため、再度の説明は省略する。

変性樹脂材７１は、点火器２０の作動前において、ピストン部４１と被切除部５３との間であって、トップホルダ１１０内壁とロッド部４２との間に配置されている。これにより点火器２０の作動によって発射体４０が発射された際、変性樹脂材７１は、ロッド部４２との摩擦によりロッド部４２側の一部がロッド部４２と共に被切除部５３側へ移動し、更にピストン部４１に押し潰されて導体片５０とトップホルダ１１０内壁との隙間などから被切除部５３側へ移動する。そしてロッド部４２が被切除部５３を切除し、アークが発生した場合に、変性樹脂材７１がアークの熱によって変性することでアークの熱を奪って冷却する。これにより図３の上段に示すように、ロッド部４２の切除面４２１によって導体片５０から被切除部５３を切除した瞬間およびその直後、すなわち、導体片５０から被切除部５３が切除された瞬間から、当該被切除部５３が消弧領域Ｒ２に配置されたクーラント材６０に接触するまでの過渡状態においても、被切除部５３を変性樹脂材７１によって冷却することができる。これにより、導体片５０から被切除部５３を切除した瞬間およびその直後の過渡状態において、被切除部５３の切断面にアークが発生することを好適に抑制することができる。

＜変形例２＞
図５は、変形例２に係る遮断装置１Ｂの内部構造を説明する図である。本変形例２の遮断装置１Ｂは、図４に示した遮断装置１Ａの構成から変性樹脂材７０を除いた構成としている。なお、その他の構成は、同じであるため、再度の説明は省略する。このように変性樹脂材７０を除いた構成としても、変性樹脂材７１によって被切除部５３を冷却するので、アークの発生を抑制することができる。

＜変形例３＞
図６は、変形例３に係る遮断装置１Ｃの内部構造を説明する図、図７は、変形例３に係るクーラント材６１及び変性樹脂材７４の説明図である。本変形例３の遮断装置１Ｃは、図４に示した遮断装置１Ａの構成と比べて、消弧領域Ｒ２内の変性樹脂材をクーラント材６１に含侵させた構成としている。なお、その他の構成は、同じであるため、再度の説明は省略する。

本変形例３では、消弧領域Ｒ２内に設けるクーラント材６１をスチールウール等の金属繊維によってボトム容器１２０の内壁に沿うように椀状に形成している。図７上段は、金属繊維で形成されたクーラント材６１の断面を模式的に示している。そして、初期状態では液状であって、空気、熱、紫外線等の反応によって固化する変性樹脂材を用い、液体の状態で変性樹脂材をクーラント材６１の周壁６１Ｗに含侵させた後、固化させることで、図７下段のように、クーラント材６１の周壁６１Ｗ部分に変性樹脂材７４を形成する。このように変性樹脂材７４をクーラント材６１に含侵させて設けた構成としても、変性樹脂材７４によって切除後の被切除部５３を冷却するので、アークを迅速且つ効果的に消弧することができる。なお、変性樹脂材が、例えば液体の状態でも粘性を有し、クーラント材６１に含侵した状態で所定の位置に保持されるのであれば、変性樹脂材７４の固化は必須ではない。

＜電気回路遮断試験＞
次に、遮断装置１，１Ａに対して行った電気回路遮断試験について説明する。図８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は絶縁抵抗計、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。

表１は、電気回路遮断試験の条件および結果一覧を示す。表中の試験サンプルＮｏ．１～Ｎｏ．２は、図１に示すように発射体初期配置領域Ｒ１に変性樹脂材７１を備えていない遮断装置１について試験を行った。一方、試験サンプルＮｏ．３～Ｎｏ．４は、図４に示すように発射体初期配置領域Ｒ１に変性樹脂材７１を設けた遮断装置１Ａについて試験を行った。

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８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、各試験サンプルに対して上記手順に従って試験を行い、発射体４０によって導体片５０から被切除部５３を切除したときの第１接続端部５１および第２接続端部５２間における絶縁抵抗値を、市販の絶縁抵抗計２０００（横河電機株式会社製のＭＹ４０）によって測定した。なお、各試験での共通条件として、電源１０００によって電気回路ＥＣを流れる電流値は１２[ｋＡ]とし、各遮断試験において被切除部５３の切除後に導体片５０の第１接続端部５１および第２接続端部５２間に生じる電位差を９００[Ｖ]とした。

表１から明らかなように、変性樹脂材７０を備える遮断装置１，１Ａは共に、第１接続端部５１および被切除部５３間における絶縁抵抗値が十分に高くなる結果が得られた。また、変性樹脂材７１を発射体初期配置領域Ｒ１に配置しないで試験を行った試験サンプルＮｏ．１～Ｎｏ．２に比べて、変性樹脂材７１を発射体初期配置領域Ｒ１に配置した試験サンプルＮｏ．３～Ｎｏ．４の方が、第１接続端部５１および被切除部５３間における絶縁抵抗値が更に高くなる結果が得られた。

＜第二実施形態＞
図９は、第二実施形態に係る遮断装置１Ｄの内部構造を説明する図である。遮断装置１Ｄは、例えば、自動車や家庭電化製品、太陽光発電システム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、図９に示す高さ方向（後述する収容空間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１Ｄの横断面という。図９は、遮断装置１Ｄの作動前の状態を示している。図１０は、本実施形態に係る遮断装置１Ｄの作動後の状態を示す図である。

遮断装置１Ｄは、外殻部材としてのハウジング６００、アクチュエータ６３０、固定接点６５１，６５２、可動接点６５３、変性樹脂材６７０等を含んでいる。ハウジング６００は、概ね直方体であって、上側ハウジング６１０と下側ハウジングとに二分割され、上側ハウジング６１０と下側ハウジングとの間に仕切板部６１１を備えている。

下側ハウジング６２０内には、アクチュエータ６３０が設けられている。アクチュエータ６３０は可動軸６３１と、可動軸６３１を上下に駆動する駆動コイル６３２とを有している。可動軸６３１は、仕切板部６１１を貫通して設けられ、先端が上側ハウジング６１０内の内部空間６１３に位置している。可動軸６３１の上端には可動接点６５３が設けられ、可動接点６５３が可動軸６３１と共にアクチュエータ６３０によって上下に駆動される。

固定接点６５１、６５２は、夫々一端が上側ハウジング６１０内に設けられ、他端が上側ハウジング６１０外に配置されて他の電気回路と接続される。遮断装置１Ｄは、通常時図９に示すように可動接点６５３が固定接点６５１・６５２間を接続した状態となってい
る。そして、外部システムの異常時にアクチュエータ６３０が切断信号を受けると、可動軸６３１を下げて、可動接点６５３を固定接点６５１，６５２から離すことで固定接点６５１，６５２に接続された電気回路を遮断する。

変性樹脂材６７０は、上側ハウジング６１０内において周壁６１２に沿って設けられている。変性樹脂材６７０は、固定接点６５１，６５２及び可動接点６５３を囲むようにリング状に形成されている。

アクチュエータ６３０の駆動により可動接点６５３が固定接点６５１，６５２から離されると、固定接点６５１，６５２と可動接点６５３との間にアークが生じる。本実施形態では、固定接点６５１，６５２と可動接点６５３を囲むように変性樹脂材６７０が配置されているため、アークの熱によって変性樹脂材６７０が変性し、この変性によって熱エネルギーを奪うことでアークを速やかに消弧（消滅）させる。このように変性樹脂材６７０は、消弧材として機能する。なお、変性樹脂材６７０の組成等は、前述の変性樹脂材７０と同様である。

このように本実施形態によれば、電気回路を遮断する際、固定接点６５１，６５２と可動接点６５３との間に生じるアークを変性樹脂材６７０が変性することで冷却し、アークを迅速且つ効果的に消弧することができる。

以上、本開示に係る電気回路遮断装置の実施形態について説明したが、本明細書に開示された各々の態様は、本明細書に開示された他のいかなる特徴とも組み合わせることができる。

１ ：遮断装置
１０ ：ハウジング
１３ ：収容空間
２０ ：点火器
４０ ：発射体
５０ ：導体片
５３ ：被切除部
６０ ：クーラント材
７０ ：変性樹脂材

Claims (7)

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ると共に一方向に延在する収容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収容空間に沿って発射される発射体と、
   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、その一部に前記点火器から受けるエネルギーによって移動する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収容空間を横切るように配置された導体片と、
   前記収容空間のうち、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に配置された、クーラント材と、
   前記収容空間内に配置され、前記点火器の作動に伴う熱によって変性する変性樹脂材と、
   を備える、電気回路遮断装置。
2. 前記変性樹脂材が、前記被切除部と前記クーラント材との間に配置されている請求項１に記載の電気回路遮断装置。
3. 前記発射体が、前記点火器の作動によるエネルギーを受け、前記収容空間に沿って移動するピストン部を備え、
   前記変性樹脂材が、前記点火器の作動前において、前記ピストン部よりも前記消弧領域側に配置されている請求項１又は２に記載の電気回路遮断装置。
4. 前記発射体が、前記ピストン部の前記消弧領域側の面から前記導体片の前記被切除部側に延設されたロッド部を備え、
   前記変性樹脂材が、前記点火器の作動前において、前記ピストン部と前記被切除部との間であって、前記収容空間を成す前記ハウジングの内壁と前記ロッド部との間に配置された請求項３に記載の電気回路遮断装置。
5. 前記変性樹脂材が、前記ハウジングの内壁面に沿ってリング状又は円弧状に形成されている請求項１～４の何れか１項に記載の電気回路遮断装置。
6. 前記クーラント材が、金属繊維によって形成され、
   前記変性樹脂材が、前記クーラント材を形成する前記金属繊維の間に含侵されている請求項１～５の何れか１項に記載の電気回路遮断装置。
7. 前記変性樹脂材が、シリコーンを含む合成樹脂である請求項１～６の何れか１項に記載の電気回路遮断装置。

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