JP2022154728A - 電気回路遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作動時に発生したアークによる絶縁抵抗値の低下を抑制することが可能な電気回路遮断装置を提供する。【解決手段】電気回路遮断装置が、ハウジングに設けられた点火器と、点火器から受けるエネルギーによって発射され、収容空間の延在方向に沿って移動する発射体と、気回路の一部を形成する導体片であって、一方の第一接続端部と他方の第二接続端部との間に、発射体の移動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、を備え、収容空間のうち、導体片を保持したハウジングの内壁によって画定される領域を保持領域とし、発射体が、ロッド部を有し、ロッド部は、その軸方向に直交する横断面積が前記軸方向において先端側から後端側に向かって増大する拡幅部を有し、拡幅部は、発射体が発射された際に前記保持領域を画定するハウジングの内壁と接触することで締り嵌めされる締り嵌め部を含む。【選択図】図３

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 特開２０１３－１３８００４号公報 特表２０１７－５２５１１４号公報

電気回路遮断装置において、作動時に発射された発射体は、導体片を切断後、ハウジングの一部に突き当ることで停止するが、突き当たった反動でバウンドした場合、切断時のアーク放電によって蒸発した導体をハウジング内に拡散させ、切断後の絶縁抵抗値を低下させる可能性がある。このため、導体片の切断後に発射体を速やかに停止させて、切断後の絶縁抵抗値の低下を抑制することが望ましい。

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、切断後の絶縁抵抗値の低下を抑制した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、外殻部材として、一方向に延在する収容空間を内包するハウジングと、前記ハウジングに設けられた点火器と、前記ハウジング内に配置され、前記点火器から受けるエネルギーによって前記収容空間の一端側から発射され、前記収容空間の延在方向に沿って移動する発射体と、前記ハウジングに保持され、電気回路の一部を形成する導体片であって、一方の第一接続端部と他方の第二接続端部との間に、前記発射体の移動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、を備え、前記収容空間のうち、前記導体片を保持した前記ハウジングの内壁によって画定される領域を保持領域とし、前記発射体は、前記収容空間の延在方向に沿って延伸すると共に前記保持領域に挿嵌されるロッド部を有し、前記ロッド部は、その軸方向に直交する横断面積が前記軸方向において先端側から後端側に向かって増大する拡幅部を有し、前記拡幅部は、前記発射体が発射された際に前記保持領域を画定するハウジングの内壁と接触することで締り嵌めされる締り嵌め部を含む。

前記発射体は、前記ロッド部の後端側に接続されて且つ前記軸方向に直交する横断面積が前記ロッド部における前記後端側の横断面積及び前記保持領域の横断面積よりも大きく形成されたピストン部を備え、前記ハウジングが、前記保持領域を内包するハウジング本
体を備え、前記点火器の作動によって前記ピストン部が移動し、前記ピストン部が前記ハウジング本体の一部に突き当たった位置で前記締り嵌め部が締り嵌めされてもよい。

前記ハウジングが、前記収容空間の一端に発射体初期配置領域を有し、他端に消弧領域を有し、前記点火器の作動によって前記ピストン部が移動する際、前記ピストン部が前記発射体初期配置領域側の気体を前記消弧領域側へ押し込むことで前記被切除部の切除時に生じるアークを前記消弧領域側へ誘導してもよい。

前記ロッド部は、横断面の外形が円形状を有する略円柱形状を有し、前記拡幅部は、前記軸方向における先端側から後端側に向かって徐々に拡径したテーパ形状を有してもよい。

前記保持領域は、その延在方向に沿って直径が一定の円柱状空間として形成されており、前記保持領域の直径は、前記拡幅部の先端部の直径よりも大きく且つ前記拡幅部の後端部の直径よりも小さく形成されてもよい。

前記締り嵌め部は、第一締り嵌め部と、前記ロッド部の軸方向において前記第一締り嵌め部よりも後方に配置された第二締り嵌め部と、を含み、前記第一締り嵌め部が前記ロッド部の軸方向における先端側から後端側に向かって拡径する直径増加率に比べて、前記第二締り嵌め部が前記ロッド部の軸方向における先端側から後端側に向かって拡径する直径増加率が大きく形成されてもよい。

前記発射体は、前記ロッド部の後端側に接続されて且つ前記ロッド部の直径よりも大きな直径を有するピストン部を更に備え、前記第二締り嵌め部は、前記ロッド部が前記ピストン部に接続される接続端部に設けられてもよい。

本開示によれば、作動後の絶縁抵抗値の低下を抑制した電気回路遮断装置を提供できる。

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。 実施形態に係る導体片の上面図である。 発射体の断面図である。 ロッド部の軸方向と直交する断面において輪郭の内側に位置する領域の面積（横断面積）を示す図である。 遮断装置の作動状況を説明する図である。 発射体の変形例を示す図である。

＜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、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等を含んでいる。ハウジング１０は、外殻部材として、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を内包している。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の上下方向（延在方向）における上端側には、発射体４０が収容されている。本明細書では、上下方向をＹ軸方向、左右方向をＸ軸方向、奥行き方向をＺ方向とも称す。但し、本明細書において遮断装置１の上下方向及びＸＹＺ方向は、実施形態の説明の便宜上、遮断装置１における各要素の相対的な位置関係を示すものに過ぎない。例えば、遮断装置１を設置する際の姿勢が図に示した方向に限定されるものではない。

[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１４５が貫通するように形成されており、この空洞部１４５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よい。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よい。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よい。

[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よいし、リベット等によって固定されていてもよい。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に結合してもよい。これにより、ハウジング１０内に形成される筒状空間（収容空間１３の一部）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筒状空間の気密性を高めるようにしてもよい。

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、筒状空間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よい。

[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よいし、リベット等によって固定されていてもよい。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に結合されてもよい。これにより、ハウジング１０内に形成される筒状空間（収容空間１３の一部）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筒状空間の気密性を高めるようにしてもよい。

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よい。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、筒状空間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よい。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、筒状空間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よい。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よい。

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の方向に延在する筒状空間が形成される。この筒状空間
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よい。

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。これにより発射体４０は、図１の初期位置から収容空間１３に沿って下側へ発射される。

[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、ハウジング本体１００に保持さ
れ、ハウジング本体内の空洞部１４５を横切るように配置されている。本実施形態では、このように導体片５０を保持したハウジング本体１００の内壁によって画定される領域（空洞部１４５）を保持領域としている。

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よいし、銅と他の金属との合金で形成されてもよい。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、両端側の第一接続端部５１および第二接続端部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における第一接続端部５１および第二接続端部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、第一接続端部５１および第二接続端部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。

導体片５０は、ハウジング本体１００の空洞部１４５を画する内壁１４３（図１）の内側面（内壁面）と重なる位置、即ちロッド部４２の外周面と重なる位置で切断され、被切除部５３が切り落とされる。

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、第一接続端部５１、第二接続端部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、第一接続端部５１および第二接続端部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よい。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における第一接続端部５１、第二接続端部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。

[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よい。

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における第一接続端部５１および第二接続端部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６０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。

[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よい。また、ピストン部４１は、ハウジング本体１００における空洞部１４５の直径よりも大きい外径を有しており、空洞部１４５内には進入せず、空洞部１４５を形成する周囲の部材に突き当たる構成である。即ち、ピストン部４１は、ロッド部４２と接続している先端側において移動方向（軸方向）と直交する横断面積が、ロッド部４２における前記後端側の横断面積及び空洞部１４５の横断面積よりも大きく形成されている。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し、収容空間１３の延在方向に沿って延伸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は、点火器２０の作動時に収容空間１３の延在方向に沿って移動し、ハウジング本体１００の空洞部１４５内に挿嵌される。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４２０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、楕円柱、角柱などの柱形状を有していてもよい。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４２０を含む先端側の領域は、ハウジング本体１００の空洞部（保持領域）１４５の上部に配置されている。

上記のように構成される発射体４０は、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。発射後の発射体４０は、ピストン部４１の下端面がハウジング本体１００の上面１０１に当接（衝突）することで停止する。即ちロッド部４２が、後端４２１まで空洞部１４５に嵌め込まれた状態となる。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。

図３は、発射体４０の縦断面図（ＸＹ断面図）である。図３に示すように、発射体４０のロッド部４２は、移動方向（軸方向）と直交する直交方向（Ｘ方向）において、後端４２１の幅Ｗ１が先端４２２の幅Ｗ２と比べて広く形成されている。また、図３のロッド部４２は、先端４２２から後端４２１にかけて一様に拡径しており、移動方向における先端４２２から後端４２１までの全域が拡幅部４２３となっている。拡幅部４２３は、例えば、移動方向（Ｙ軸に沿う下向きの方向）における先端側から後端側に向かって徐々に拡径したテーパ形状を有する。なお、ロッド部４２は、先端４２２から後端４２１にかけて一様に拡径する形状に限定されるものではない。即ち、ロッド部４２は、移動方向における一部区間でのみ拡幅し、この区間を拡幅部としてもよい。

更に、ロッド部４２の後端４２１における幅Ｗ１は、ハウジング本体１００の内壁が画定する空洞部１４５の前記方向（Ｘ方向）における幅ＷＡと比べて広く形成されている。また、先端４２２の幅Ｗ２は、空洞部１４５の幅ＷＡと比べて狭く形成されている。即ち、幅Ｗ２＜幅ＷＡ＜幅Ｗ１となっている。

図４は、ロッド部４２の軸方向と直交する断面において輪郭の内側に位置する領域の面積（横断面積）を示す図である。ロッド部４２は、横断面（ＸＺ断面）の外形が円形状を有する略円柱形状を有している。なお、本実施形態において略円柱形状とは、横断面の外形が円形であれば、この横断面積が軸方向において漸減又は漸増する形状であってもよい。例えば、本実施形態のロッド部４２は、先端側から後端側に向かって徐々に横断面積が増加する拡幅部４２３を有し、円錐台形状を成している。図４の円Ｓ４２１は、ロッド部４２の移動方向と直交する面（ＸＺ面）における後端４２１の輪郭を示しており、この内側領域の面積が後端４２１の横断面積である。円Ｓ４２２は、ロッド部４２の移動方向と直交する面（ＸＺ面）における先端４２２の輪郭を示しており、この内側領域の面積が先端４２２の横断面積である。なお、本実施形態のロッド部４２は、円筒状であり、内部に空洞を有しているが、この空洞の有無に関わらず、本実施形態におけるロッド部４２の横断面積とは、ロッド部４２の横断面（ＸＺ面）における輪郭の面積、即ち輪郭より内側に位置する領域全体の面積である。図４に示すように、ロッド部４２は、その軸方向に直交する横断面積が前記軸方向において先端側から後端側に向かって増大する拡幅部４２３を有している。

また、図４の円Ｓ１４５は、ロッド部４２の移動方向と直交する面（ＸＺ面）における空洞部１４５の輪郭を示しており、この面積が空洞部１４５の横断面積である。ハウジン
グ本体１００の空洞部１４５は、その延在方向に沿って幅（直径）ＷＡが一定の円柱状空間として形成されている。

ロッド部４２の拡幅部４２３は、少なくとも一部に、空洞部１４５の幅ＷＡより広い幅で形成された締り嵌め部４２７を有している。換言すると、図４に示すように、拡幅部４２３は、少なくとも一部に、その軸方向と直交する横断面積が空洞部１４５の横断面積より大きく形成された締り嵌め部４２７を有している。なお、図４は説明の便宜上、円Ｓ４２１，Ｓ４２２，Ｓ１４５の大小関係を誇張して示している。ロッド部４２のサイズや、空洞部１４５のサイズは、特に限定されるものではないが、本実施形態ではＷ１＝３０．５mm，Ｗ２＝３０．２mm，ＷＡ＝３０．４mmとしている。また、ロッド部４２の後端４２１と先端４２２との比率を例えば、Ｗ２／Ｗ１＝０．９９３～０．９８７としてもよい。また、ロッド部４２の後端４２１と先端４２２との差分を例えば、Ｗ１－Ｗ２＝０．３～０．５ｍｍとしてもよい。更に、空洞部１４５の幅ＷＡと、後端４２１の幅Ｗ１との比率を例えば、Ｗ１／ＷＡ＝１．００１～１．００５としても、空洞部１４５の幅ＷＡと、後端４２１の幅Ｗ１との差分を例えば、Ｗ１－ＷＡ＝０．１mmとしてもよい。

このようにロッド部４２は、少なくとも一部に空洞部１４５の幅よりも幅広の締り嵌め部４２７を有しているため、点火器２０の作動により、ロッド部４２が空洞部１４５内に挿入されると、ロッド部４２の外周面がハウジング本体１００の内壁と接触することで締り嵌め部４２７が空洞部１４５に締り嵌めされる。

＜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４２０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よい。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よい。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よい。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５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５の上段には遮断装置１の作動途中の状況を示し、図５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４２０によって導体片５０における第一接続端部５１および第二接続端部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よい。

そして、発射体４０は、図５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。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一接続端部５１および第二接続端部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。なお、ロッド部４２によって導体片５０から被切除部５３が切除された際、切り離されつつある被切除部５３と第一及び第二接続端部５１，５２との間でアークが発生し易いが、アークが発生した場合でも、クーラント材６０が、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速やかにアークを消滅させ、アークの影響を抑制する。更に、発射体４０が点火器２０の作動によって移動して被切除部５３を切除する際、ピストン部４１は、大径シリンダ部１１３内を移動するのに伴って発射体初期配置領域Ｒ１側の気体をアーク熱によって蒸散した導体片５０の粒子等と共に消弧領域Ｒ２側へ押し込むことで、アークを消弧領域Ｒ２側へ誘導し、クーラント材６０等によって消弧されるようにしている。

本実施形態の発射体４０は、ロッド部４２における拡幅部４２３の一部に収容空間１３（空洞部１４５）よりも幅が広い締り嵌め部４２７を有しているため、上述のように遮断装置１の作動によってロッド部４２が空洞部１４５に挿入され、ピストン部４１の下端面がハウジング本体１００の上面１０１に当接して停止した状態で、締り嵌め部４２７が空洞部１４５に締り嵌めされる。このため、発射体４０は、導体片５０の切断後、バウンドすることなく停止する。

＜実施形態の効果＞
実施形態における遮断装置１は、作動によって発射体４０が収容空間１３に沿って移動し、導体片５０を切断した後、発射体４０のロッド部４２が収容空間１３（空洞部１４５
）に挿入され、締り嵌め部４２７が空洞部１４５に締り嵌めされた状態で停止する。このため発射体４０が導体片５０を切断した際、発射体４０がバウンドして蒸散した導体片５０を収容空間内に拡散させることが防止され、切断後における絶縁抵抗値の低下を抑制できる。

＜変形例＞
図６は、発射体４０の変形例を示す図である。本変形例の発射体４０は、締り嵌め部４２７が、第一締り嵌め部４２７Ａと、第二締り嵌め部４２７Ｂとを有する構成が異なっている。なお、その他の部分は、前述の実施形態と同じであるため、同一の要素に同符号を付すなどして再度の説明を省略する。

図６に示す途中部４２４は、ロッド部４２における移動方向の中途に位置する部位であり、先端側の部分４２６と締り嵌め部４２７との境界である。即ち、発射体４０は、移動方向における途中部４２４よりも後側が空洞部１４５の幅ＷＡよりも広くなっている。第一締り嵌め部４２７Ａは、この途中部４２４を境界として後側に配置され、この第一締り嵌め部４２７Ａの後側に第二締り嵌め部４２７Ｂが設けられている。また、第二締り嵌め部４２７Ｂは、ロッド部４２がピストン部４１に接続される接続端部付近に設けられている。

第一締り嵌め部４２７Ａは、先端（途中部４２４）側から後端４２５側にかけて幅（直径）が増加するように形成され、例えばこの先端側から後端側にかけて拡径する直径増加率をΔＲ１とする。また、第二締り嵌め部４２７Ｂは、ロッド部４２の軸方向における先端（第一締り嵌め部の後端４２５）から後端（ロッド部の後端４２１）にかけて幅（直径）が増加するように形成され、例えばこの先端側から後端側にかけて拡径する直径増加率をΔＲ２とする。この場合、第一締り嵌め部４２７Ａの直径増加率ΔＲ１よりも第二締り嵌め部４２７Ｂの直径増加率ΔＲ２が大きくなるように構成され、第二締り嵌め部４２７Ｂの部分で直径が急峻に増加する形状となっている。

これにより本変形例の発射体４０は、第一締り嵌め部４２７Ａが空洞部１４５に嵌ることに加え、第二締り嵌め部４２７Ｂが更に強く空洞部１４５に嵌ることで、発射後の発射体４０がバウンドすることなく確実に停止される。このため、本変形例によれば、切断後における絶縁抵抗値低下を抑制することの信頼性が向上する。

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
４２ ：ロッド部
４２３ ：拡幅部
４２７ ：締り嵌め部
４２７Ａ：第一締り嵌め部
４２７Ｂ：第二締り嵌め部
５０ ：導体片
５３ ：被切除部
６０ ：クーラント材
１４５ ：空洞部（保持領域）

Claims (7)

1. 外殻部材として、一方向に延在する収容空間を内包するハウジングと、
   前記ハウジングに設けられた点火器と、
   前記ハウジング内に配置され、前記点火器から受けるエネルギーによって前記収容空間の一端側から発射され、前記収容空間の延在方向に沿って移動する発射体と、
   前記ハウジングに保持され、電気回路の一部を形成する導体片であって、一方の第一接続端部と他方の第二接続端部との間に、前記発射体の移動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、
   を備え、
   前記収容空間のうち、前記導体片を保持した前記ハウジングの内壁によって画定される領域を保持領域とし、
   前記発射体は、前記収容空間の延在方向に沿って延伸すると共に前記保持領域に挿嵌されるロッド部を有し、
   前記ロッド部は、その軸方向に直交する横断面積が前記軸方向において先端側から後端側に向かって増大する拡幅部を有し、
   前記拡幅部は、前記発射体が発射された際に前記保持領域を画定するハウジングの内壁と接触することで締り嵌めされる締り嵌め部を含む、
   電気回路遮断装置。
2. 前記発射体は、前記ロッド部の後端側に接続されて且つ前記軸方向に直交する横断面積が前記ロッド部における前記後端側の横断面積及び前記保持領域の横断面積よりも大きく形成されたピストン部を備え、
   前記ハウジングが、前記保持領域を内包するハウジング本体を備え、
   前記点火器の作動によって前記ピストン部が移動し、前記ピストン部が前記ハウジング本体の一部に突き当たった位置で前記締り嵌め部が締り嵌めされる、請求項１に記載の電気回路遮断装置。
3. 前記ハウジングが、前記収容空間の一端に発射体初期配置領域を有し、他端に消弧領域を有し、
   前記点火器の作動によって前記ピストン部が移動する際、前記ピストン部が前記発射体初期配置領域側の気体を前記消弧領域側へ押し込むことで前記被切除部の切除時に生じるアークを前記消弧領域側へ誘導する、請求項２に記載の電気回路遮断装置。
4. 前記ロッド部は、横断面の外形が円形状を有する略円柱形状を有し、
   前記拡幅部は、前記軸方向における先端側から後端側に向かって徐々に拡径したテーパ形状を有する、請求項１～３の何れか１項に記載の電気回路遮断装置。
5. 前記保持領域は、その延在方向に沿って直径が一定の円柱状空間として形成されており、前記保持領域の直径は、前記拡幅部の先端部の直径よりも大きく且つ前記拡幅部の後端部の直径よりも小さい、請求項４に記載の電気回路遮断装置。
6. 前記締り嵌め部は、第一締り嵌め部と、前記ロッド部の軸方向において前記第一締り嵌め部よりも後方に配置された第二締り嵌め部と、を含み、
   前記第一締り嵌め部が前記ロッド部の軸方向における先端側から後端側に向かって拡径する直径増加率に比べて、前記第二締り嵌め部が前記ロッド部の軸方向における先端側から後端側に向かって拡径する直径増加率が大きい、
   請求項４又は５に記載の電気回路遮断装置。
7. 前記発射体は、前記ロッド部の後端側に接続されて且つ前記ロッド部の直径よりも大き
   な直径を有するピストン部を更に備え、
   前記第二締り嵌め部は、前記ロッド部が前記ピストン部に接続される接続端部に設けられている、請求項６に記載の電気回路遮断装置。
   

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