JP2023118590A - 電気回路遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作動後に発射体が点火器側へ戻ることを防止し、絶縁抵抗値の低下を抑制する。【解決手段】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、点火器と、点火器から受けるエネルギーによって収容空間の一端側から発射され、収容空間の延在方向に沿って移動する発射体と、電気回路の一部を形成する導体片であって、収容空間を横切るように配置された導体片と、を備え、ハウジングは、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、発射体は、収容空間の延在方向に沿って延伸すると共に、保持領域に挿嵌されるロッド部と、弾性を有する部材であって、発射後に保持領域の内壁と対向するロッド部の外周に設けられ、発射体が発射された際に保持領域の内壁と接して、当該保持領域の内壁とロッド部との間で圧縮される弾性部とを有する。【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。

独国実用新案第２１２０１９０００４１９号明細書 米国特許第１０４１８２１２号明細書

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、その後、点火器のガスが温度低下により内圧が下がることで発射体が押し戻されてしまうことがあった。発射体が押し戻されると、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が押し戻されないように停止させることが望ましい。

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、導体片の切断後に発射体が押し戻されることを抑制することにある。

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、
前記ハウジングは、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と、
弾性を有する部材であって、発射後に前記保持領域の前記内壁と対向する前記ロッド部の外周に設けられ、前記発射体が発射された際に前記保持領域の前記内壁と接して、当該保持領域の前記内壁と前記ロッド部との間で圧縮される弾性部と、を有する。

前記電気回路遮断装置は、前記ハウジングに保持された前記導体片の前記第一接続端部において、前記被切除部が切除される前記被切除部との境界部分を第一切断エッジ部とし、前記第二接続端部において、前記被切除部が切除される前記被切除部との境界部分を第二切断エッジ部とし、
前記弾性部が、前記発射体の発射後に、少なくとも前記第一切断エッジ部と前記第二切断エッジ部とを覆う位置に設けられてもよい。

前記電気回路遮断装置は、前記弾性部が、前記ロッド部に外嵌された筒状の部材であってもよい。

前記電気回路遮断装置は、前記弾性部が、前記ロッド部の外周面に形成された凹部に嵌合され、外側の端面が前記外周面から突出して設けられてもよい。

本開示によれば、導体片の切断後に発射体が押し戻されることを抑制できる。

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」とも称す）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、発射体の縦断面図（ＸＹ断面図）である。 図４は、図３のＡ－Ａ線における発射体の横断面図（ＸＺ断面図）である。 図５は、弾性部が設けられた箇所の一部を拡大して模式的に示す図である。 図６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７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８は、変形例１に係る発射体の縦断面図（ＸＹ断面図）である。 図９は、図８のＢ－Ｂ線における発射体の横断面図（ＸＺ断面図）である。 図１０は、変形例２に係る発射体の縦断面図（ＸＹ断面図）である。 図１１は、図１０のＣ－Ｃ線における発射体の横断面図（ＸＺ断面図）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における
一対の導体片保持孔５１Ａ，５２Ａに通され、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。

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、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がハウジング本体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。ロッド部４２は、点火器２０の作動時に被切除部５３を切除するための切除面４２０を先端側に有し、このロッド部４２の外周位置Ｌ１が切除面４２０の輪郭でもある。このため、導体片５０において、ロッド部４２の外周位置Ｌ１と重なる位置が、切除予定位置である。導体片５０の第一接続端部５１において、被切除部５３が切除される被切除部５３との境界部分を第一切断エッジ部５１１とし、第二接続端部５２において、被切除部５３が切除される被切除部５３との境界部分を第二切断エッジ部５２１とする。

[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５１Ａ，５２Ａ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と、ロッド部４２の外周に設けられた弾性部４４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、例えばハウジング本体１００の上面１０１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。例えば、本実施形態において、発射体４０のピストン部４１は、概略円柱形状であるが、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。

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し得る。ロッド部４２は、例えば、円柱、楕円柱、若しくは角柱などの柱形状、又は、楕円筒、若しくは角筒などの筒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。

弾性部４４は、ゴム等の絶縁性及び弾性を有する材料によって形成されている。弾性部４４は、例えば、ロッド部４２と比べて、弾性限界が高い又は弾性率が低い部材であってもよい。

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、後端まで空洞部１４５に嵌め込まれた状態となる。

図３は、発射体４０の縦断面図（ＸＹ断面図）、図４は、図３のＡ－Ａ線における発射体４０の横断面図（ＸＺ断面図）、図５は、弾性部４４が設けられた箇所の一部を拡大して模式的に示す図である。図３に示すように、発射体４０のロッド部４２は、発射後に保持領域の内壁と対向する外周面４２１に凹部４２２が設けられ、この凹部４２２に筒状の弾性部４４が外嵌されている。ここで、弾性部４４は、外周側の一部がロッド部４２の外周面４２１から突出するように凹部４２２に嵌合される。即ち、弾性部４４は、外径がロッド部４２の外径より大きく形成されている。なお、発射体４０のロッド部４２は空洞部１４５より小径に形成されており、空洞部１４５に挿嵌された際、ロッド部４２の外周面４２１と空洞部１４５を画する内周面１４３０（図１）との間に所定のクリアランスＷ０（図５）を有するように構成されている。これに対し、弾性部４４は、収容空間１３の延在方向と直交する幅方向ＷＡにおいて、弾性部４４の外周面４４１とロッド部４２の外周面４２１との距離Ｗ１が、ロッド部４２のクリアランス（隙間）Ｗ０より長く形成されている。また、弾性部４４は、幅方向ＷＡにおいて外周面４４１と反対側に位置する内周面４４２が、ロッド部４２の凹部４２２における凹部周面４２３と当接し、幅方向ＷＡにおける位置が決められている。弾性部４４は、発射体４０が発射され、ロッド部４２と共に空洞部１４５内に挿嵌されると、外周面４４１が空洞部１４５の内周面１４３０と接し、当該内周面１４３０とロッド部４２の凹部周面４２３との間で圧縮される。

＜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６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６の上段には遮断装置１の作動途中の状況を示し、図６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６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。

本実施形態の遮断装置１は、ロッド部４２の外周にロッド部４２より大径の弾性部４４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際に、弾性部４４が、空洞部１４５の内周面１４３０と接して、当該内周面１４３０と、ロッド部４２との間で圧縮される。このため、圧縮された弾性部４４が、元の状態に戻ろうとする弾性力により空洞部１４５の内周面１４３０に圧接するので、例えば点火器の作動によって生じたガスの温度が低下して内圧が下がったとしても発射体が押し戻されることなく停止する。

＜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。本遮断試験において、弾性部４４は、株式会社十川ゴム製のシリコーンゴムで形成され、硬さが、ＪＩＳ
Ｋ６２５３準拠のタイプＡデュロメータで４８ポイント、引張強さが７．９ＭＰａであ
る。また、弾性部４４は、収容空間１３の延在方向と直交する方向における外周面４４１から内周面４４２までの厚みＷ２（図５）が１ｍｍとされている。

図７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。

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７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、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。

当該試験の結果、遮断装置１の第１接続端部５１と第２接続端部５２との間における絶縁抵抗値が２０００ＭΩ以上となり、良好な絶縁性能が得られることが確認できた。

＜実施形態の効果＞
本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、弾性部４４が収容空間１３を画する内周面１４３０と、ロッド部４２との間で圧縮され、この弾性部４４の弾性力が、発射体４０の保持力として働くため、発射体４０が点火器側へ押し戻されることを抑制することができる。これにより、本実施形態における遮断装置１は、導体片５０の切断時に蒸散した導体片５０が発射体４０と共に押し戻されて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。更に、発射体４０の発射後において、第一切断エッジ部５１１と第二切断エッジ部５２１とを覆う位置に弾性部４４が設けられたことにより、弾性部４４が、ロッド部４２の外周面４２１と収容空間１３を画する内周面１４３０との隙間を埋め、切断時のアークによって蒸発した導体片５０が、第一切断エッジ部５１１及び第二切断エッジ部５２１付近から拡散することを抑制できる。このため、切断後における絶縁抵抗値の低下を抑制できる。

なお、弾性部４４が設けられる位置は、第一切断エッジ部５１１と第二切断エッジ部５２１とを覆う位置に限らず、発射体４０の発射後に第一切断エッジ部５１１及び第二切断エッジ部５２１より上側となる位置や、第一切断エッジ部５１１及び第二切断エッジ部５２１より下側となる位置など、ロッド部４２の外周における他の部分に設けられてもよい。

＜変形例１＞
図８は、変形例１に係る発射体４０Ａの縦断面図（ＸＹ断面図）、図９は、図８のＢ－Ｂ線における発射体４０Ａの横断面図（ＸＺ断面図）である。本変形例の発射体４０Ａは、弾性部４４Ａが、筒状ではなく、第一切断エッジ部５１１と第二切断エッジ部５２１とを覆う位置であって、ロッド部４２Ａにおける周方向の一部に設けられている。なお、その他の構成は、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９に示すように、発射体４０Ａのロッド部４２Ａは、周方向の一部に凹部４２２Ａが設けられ、この凹部４２２Ａに弾性部４４Ａが嵌合されている。弾性部４４Ａは、収容空間１３の延在方向と直交する断面（ＸＺ断面）において円弧状に形成されている。なお、弾性部４４Ａの外周部が、ロッド部４２Ａの外周面４２１から突出して設けられ、発射体の発射後に、収容空間１３を画する内周面１４３０と、ロッド部４２Ａとの間で圧縮される構成は、前述と同様である。

このように本変形例の遮断装置１は、ロッド部４２Ａの外周に弾性部４４Ａが設けられ、点火器２０の作動によって発射体４０Ａのロッド部４２Ａが導体片５０を切断し、空洞部１４５に挿入された際、前述の実施形態と同様に、弾性部４４が収容空間１３を画する内周面１４３０と、ロッド部４２Ａとの間で圧縮され、この弾性部４４Ａの弾性力が、発射体４０Ａの保持力として働くため、発射体４０Ａが点火器側へ押し戻されることを抑制できる。これにより、切断された際に蒸散した導体片５０が発射体４０Ａと共に押し戻されて収容空間内に拡散することが防止され、切断後における絶縁抵抗値の低下を抑制でき
る。更に、発射体４０Ａが発射された場合に、第一切断エッジ部５１１及び第二切断エッジ部５２１を覆う位置に弾性部４４Ａが設けられたことにより、作動時に、弾性部４４Ａが、ロッド部４２Ａの外周面４２１と収容空間１３を画する内周面１４３０との隙間を埋め、切断時のアークによって蒸発した導体片５０の拡散を抑制できる。このため、切断後における絶縁抵抗値の低下を抑制できる。

＜変形例２＞
図１０は、変形例２に係る発射体４０Ｂの縦断面図（ＸＹ断面図）、図１１は、図１０のＣ－Ｃ線における発射体４０Ｂの横断面図（ＸＺ断面図）である。本変形例の発射体４０Ｂは、弾性部４４Ｂが、第一切断エッジ部５１１と第二切断エッジ部５２１と接触せず、その周囲を覆う位置に設けられている。なお、その他の構成は、前述の変形例１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１０，図１１に示すように、発射体４０Ｂのロッド部４２Ｂは、周方向の一部に凹部４２２Ｂが設けられ、この凹部４２２Ｂに弾性部４４Ｂが嵌合されている。弾性部４４Ｂは、第一切断エッジ部５１１及び第二切断エッジ部５２１が設けられた位置に空隙４４３を有し、第一切断エッジ部５１１及び第二切断エッジ部５２１との間に空隙４４３を介して第一切断エッジ部５１１及び第二切断エッジ部５２１を覆っている。

このように本変形例の遮断装置１は、ロッド部４２Ｂの外周に弾性部４４Ｂを備えたことにより、前述の変形例１と同様に、発射体４０Ｂが点火器側へ押し戻されることを抑制できると共に、切断後における絶縁抵抗値の低下を抑制できる。なお、本変形例では、弾性部４４Ｂを変形例１と同様に、ロッド部４２Ｂの外周の一部に設けたが、前述の実施形態と同様に円筒形状としてもよい。

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
１００: ハウジング本体
１１０: トップホルダ
１１１: フランジ部
１２０: ボトム容器
１２１: フランジ部
１２２: 側壁部
１２３: 底壁部
１３: 収容空間
１４３: 内壁
１４３０: 内周面
１４５: 空洞部
２０: 点火器
４０，４０Ａ，４０Ｂ: 発射体
４１: ピストン部
４２，４２Ａ，４２Ｂ: ロッド部
４２０: 切除面
４２１: 外周面
４２２，４２２Ａ，４２２Ｂ: 凹部
４４，４４Ａ，４４Ｂ: 弾性部
５０: 導体片
５１: 第一接続端部
５１１: 第一切断エッジ部
５１Ａ: 導体片保持孔
５２: 第二接続端部
５２１: 第二切断エッジ部
５３: 被切除部
６０: クーラント材

Claims (4)

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、
   前記ハウジングは、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と、
   弾性を有する部材であって、発射後に前記保持領域の前記内壁と対向する前記ロッド部の外周に設けられ、前記発射体が発射された際に前記保持領域の前記内壁と接して、当該保持領域の前記内壁と前記ロッド部との間で圧縮される弾性部と、を有する
   電気回路遮断装置。
2. 前記ハウジングに保持された前記導体片の前記第一接続端部において、前記被切除部が切除される前記被切除部との境界部分を第一切断エッジ部とし、前記第二接続端部において、前記被切除部が切除される前記被切除部との境界部分を第二切断エッジ部とし、
   前記弾性部が、前記発射体の発射後に、少なくとも前記第一切断エッジ部と前記第二切断エッジ部とを覆う位置に設けられている請求項１に記載の電気回路遮断装置。
3. 前記弾性部が、前記ロッド部に外嵌された筒状の部材である請求項２に記載の電気回路遮断装置。
4. 前記弾性部が、前記ロッド部の外周面に形成された凹部に嵌合され、外側の端面が前記外周面から突出して設けられている請求項１～３の何れか１項に記載の電気回路遮断装置。

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