JP5889172B2 - 回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、消弧用樹脂成形部材、及びそれを用いた配線用遮断器及び漏電遮断器などの回路遮断器に関する。

配線用遮断器及び漏電遮断器などの回路遮断器は、過負荷及び短絡などの要因によって二次側の回路（負荷、電路）に異常な電流が流れた際に、電路を開放して一次側からの電源供給を遮断することにより、負荷回路及び電線を損傷から回避させるために用いる装置である。

このような回路遮断器において、過剰電流又は定格電流の通電時に可動接触子の可動接点と固定接触子の固定接点とを開離させると、両者の間にアークが発生する。ここで、遮断時にアークが発生する付近の回路遮断器の様子を図８（ａ）及び（ｂ）に模式的に示す。図８は、一般的な回路遮断器中の消弧装置の遮断時の様子を表す模式図であり、（ａ）は消弧装置の断面図、（ｂ）は消弧装置の側面図（（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った断面図に相当する）である。アークは、回路遮断器の構成部材への熱的及び電磁力的な負担となるので、速やかに消弧させる必要がある。そこで、消弧を速やかに進めるために、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、可動接触子３０の可動接点３１と固定接触子３２の固定接点３３との周辺部に消弧用樹脂成形部材３４が配置される。消弧用樹脂成形部材３４は、図８（ａ）に示すように、例えば、可動接触子３０と固定接触子３２とを両脇から挟むように配置される。消弧用樹脂成形部材３４は、アークに暴露されると、その部材を構成する材料自体が分解してガスを発生し、発生したガスによるアークの冷却及び発生したガスの吹きつけによるアークの延伸などによって消弧に寄与する。

また、消弧用樹脂成形部材３４は、図９に示すように、可動接点３１と固定接点３３との間に発生したアークを引き延ばし、消弧板３５（グリッド）を備えた消弧装置に誘導する役割も果たす。図９に示す消弧装置は、磁性体の金属からなる複数の消弧板３５が互いに空隙を介して積層配列されたものであり、各消弧板３５には切欠部３６が設けられている。消弧用樹脂成形部材３４は、可動接点３１と固定接点３３とを挟むように配置する（図８参照）ことで、この接点間に発生したアーク３７を引き込んで分断し、電極降下電圧の発生及びアークの冷却などによって過電流を限流する（より低く抑制する）働きをする。

消弧用樹脂成形部材３４の材料としては、例えば、特許文献１には、ナイロン及びテフロン（登録商標）などの材料を用いることが開示されている。また、特許文献２には、耐熱性の高い樹脂に、耐圧強度向上のために無機充填材を配合したものを用いることが開示されている。

特開２００７−１４９４８６号公報 特開平７−３０２５３５号公報

しかしながら、従来の消弧用樹脂成形部材３４は、強度、耐熱性及び耐圧性などの特性に関しては向上が認められるものの、遮断性能の耐久性が十分でないという問題がある。実際、従来の消弧用樹脂成形部材３４は、遮断性能の耐久性の指標となる過負荷遮断試験において、規定回数の連続遮断が不可能である。さらに、従来の消弧用樹脂成形部材３４は、消弧時に発生する熱分解ガスによる消弧装置内の内圧上昇が抑制できないため、消弧時の内圧上昇によって回路遮断器の筐体が破損し易いという問題もある。

本発明は、前記のような問題を解決するためになされたものであり、強度、耐熱性及び耐圧性に加えて遮断性能の耐久性にも優れ、且つ消弧に必要な熱分解ガスを発生させる一方、発生するガス量を抑制して回路遮断器の筐体の破損を抑制し得る消弧用樹脂成形部材を提供することを目的とする。
また、本発明は、遮断性能及びその耐久性に優れ、筐体の破損を抑制し得る回路遮断器を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究した結果、樹脂に配合する無機充填材の種類が、遮断性能の耐久性などの特性に影響を与えるという知見に基づき、無機充填材として針状又は繊維状の酸化チタンを用いることで、上記の全ての問題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、固定接点を有する固定接触子と、可動接点を有する可動接触子と、前記可動接触子を作動させて前記固定接点と前記可動接点とを開閉させる開閉機構と、接触状態にある前記固定接点と前記可動接点とが開離するときに発生するアークを消弧する消弧装置とを備える回路遮断器であって、前記消弧装置が、磁性体の金属からなる消弧板と、針状又は繊維状の酸化チタンを樹脂中に含む消弧用樹脂成形部材とを備えることを特徴とする回路遮断器である。

本発明によれば、強度、耐熱性及び耐圧性に加えて遮断性能の耐久性にも優れ、且つ消弧に必要な熱分解ガスを発生させる一方、発生するガス量を抑制して回路遮断器の筐体の破損を抑制し得る消弧用樹脂成形部材を提供することができる。
また、本発明によれば、遮断性能及びその耐久性に優れ、筐体の破損を抑制し得る回路遮断器を提供することができる。

アークに曝された後の本発明の消弧用樹脂成形部材の模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図を表す。 アークに曝された後の従来の消弧用樹脂成形部材の模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図を表す。 本発明の回路遮断器中の消弧装置の遮断時の様子を表す模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図（（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った断面図に相当する）である。 切欠部を持つ複数の消弧板を一定間隔で積層して用いた本発明の消弧装置の斜視図である。 本発明の回路遮断器の接触時（オン状態）の様子を表す断面図である。 図５に示す回路遮断器の部分拡大図であって、回路遮断器の遮断時（オフ状態）の様子を表す断面図である。 消弧用樹脂成形部材と接触子対（固定接触子及び可動接触子）との位置関係を表す模式図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図を表す。 一般的な回路遮断器中の消弧装置の遮断時の様子を表す模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図（（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った断面図に相当する）である。 切欠部を持つ複数の消弧板を一定間隔で積層して用いた一般的な消弧装置の斜視図である。

以下、本発明の消弧用樹脂成形部材及び回路遮断器の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下の図面の説明において同一の参照符号を付したものは、同一部分又は相当部分を表す。

実施の形態１．
消弧用樹脂成形部材は、アークに曝されることで生じる分解ガスによる消弧、分解ガスのガス流による消弧板へのアークの誘導、消弧装置内の絶縁遮蔽などを目的として設けられる部材である。
図１は、アークに曝された後の本発明の消弧用樹脂成形部材の模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図を表す。図１において、本発明の消弧用樹脂成形部材１は、針状又は繊維状の酸化チタン２を樹脂３中に含む。なお、図１では、本発明を理解し易くするために消弧用樹脂成形部材１の形状を直方体として表しているが、消弧用樹脂成形部材１の形状は、直方体に限定されることはなく、使用する消弧装置に応じて適宜決定することができる。
図２は、アークに曝された後の従来の消弧用樹脂成形部材の模式図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図を表す。図２において、従来の消弧用樹脂成形部材４は、無機充填材５（例えば、ガラス繊維、チタン酸カリウム、ワラストナイトなど）を樹脂３中に含む。

従来の消弧用樹脂成形部材４は、遮断する電気容量が大きい場合、遮断を繰り返すと遮断性能が低下する現象が見られる。これは、図２に示すように、従来の消弧用樹脂成形部材４は、遮断を繰り返すにつれて樹脂３が分解し、無機充填材５のみが表面に残存することに起因しているためであると考えられる。

そこで、本発明者らは、上記の現象について詳細に検討した結果、上記の現象が無機充填材５の種類に依存することを見出した。
本発明の消弧用樹脂成形部材１は、針状又は繊維状の酸化チタン２（以下、「酸化チタン２」と略す）を用いることにより、図１に示すように、遮断を繰り返しても酸化チタン２のみが表面に残存することはなく、酸化チタン２と樹脂３とが混在した表面を保持することができる。これは、消弧用樹脂成形部材１の表面がアークに曝されることで、樹脂３の分解により生じた分解ガスと共に酸化チタン２が飛散するためであると考えられる。酸化チタン２が樹脂３の分解ガスと共に飛散し易い理由としては、アーク暴露によって誘起された酸化チタン２の光触媒能により、樹脂３と酸化チタン２との間の界面に存在する樹脂３の分解が促進され、酸化チタン２の接着力が低下したことに起因すると推察される。そして、本発明の消弧用樹脂成形部材１は、酸化チタン２と樹脂３とが混在した表面を長期間保持することができるため、遮断性能の耐久性を向上させることが可能となる。
これに対して無機充填材５（例えば、ガラス繊維、チタン酸カリウム、ワラストナイトなど）を用いる場合は、樹脂３と無機充填材５との間の界面に存在する樹脂３は分解せずに残存し、樹脂３と無機充填材５との間の接着性が保持される結果として、消弧用樹脂成形部材４の表面に無機充填材５が残存したものと推察される。

本発明の消弧用樹脂成形部材１は、上記のようにアーク暴露によって酸化チタン２が樹脂３の分解ガスと共に容易に飛散するため、酸化チタン２の周りをアーク暴露に熱及び／又は光によって分解する無機表面処理剤（例えば、無機化合物からなる表面処理剤）などで処理する必要がない。すなわち、本発明の消弧用樹脂成形部材１は、無機表面処理剤などの分解力に頼らなくても、消弧用樹脂成形部材１の表面に酸化チタン２を偏在させることなくアーク消弧に有効な樹脂３の分解ガスを発生させ続けることができる。

本発明の消弧用樹脂成形部材１に用いられる酸化チタン２は、針状又は繊維状である。酸化チタン２が針状又は繊維状でないと、遮断性能の耐久性が十分に向上しない上、消弧時の消弧装置内の内圧上昇に耐え得る強度が得られない。
ここで、本明細書において「針状又は繊維状」とは、平均短径が０．０１μｍ以上１０００μｍ以下であり、平均アスペクト比（平均長径／平均短径）が２以上２５００以下のものを意味する。特に、「針状」とは、平均長径が１００μｍ以下であり、平均アスペクト比が２以上１００以下のものを意味し、「繊維状」とは、平均長径が１００μｍを超え、平均アスペクト比が１００以上のものを意味する。ここで、本明細書において「平均長径」とは、顕微鏡観察によって計測される複数の酸化チタン２（粒子）の長手方向の長さの平均値を意味し、「平均短径」とは、顕微鏡観察によって計測される複数の酸化チタン２（粒子）の短手方向の長さの平均値を意味する。

遮断性能の耐久性の観点から、好ましい酸化チタン２は、平均短径が０．０１μｍ以上５μｍ以下、平均長径が０．０５μｍ以上５０μｍ以下の針状のものである。より好ましい酸化チタン２は、平均短径が０．０２μｍ以上２μｍ以下、平均長径が０．５μｍ以上５０μｍ以下の針状のものである。最も好ましい酸化チタン２は、平均短径が０．０５μｍ以上１μｍ以下、平均長径が１μｍ以上１０μｍ以下の針状のものである。酸化チタン２の平均短径が０．０１μｍ未満又は平均長径が０．０５μｍ未満では、充填材として樹脂に添加した場合の補強効果が小さく、機械的強度の向上効果が十分ではないことがある。また、酸化チタン２の平均短径が５μｍ超過又は平均長径が５０μｍ超過では、アーク暴露の際に、酸化チタン２が樹脂３の分解ガスと共に飛散するのが難しくなる。その結果、アーク暴露後に酸化チタン２が表面に残存し易くなり、遮断性能が低下することがある。

また、本明細書において「酸化チタン２」とは、チタンと酸素とから構成される化合物であり、例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）；三酸化二チタン（Ｔｉ_２Ｏ_３）；一酸化チタン（ＴｉＯ）；Ｔｉ_４Ｏ_７、Ｔｉ_５Ｏ_９などに代表される二酸化チタンから酸素欠損した組成を有するものを意味する。従って、本明細書における「酸化チタン２」は、チタンとチタン以外の金属との複合酸化物を包含しない。例えば、チタンとアルカリ金属（例えば、カリウム）との複合酸化物（例えば、チタン酸カリウム）を用いても、遮断性能の耐久性は十分に向上しない。

酸化チタン２は、樹脂３との混練時の分散性、及び消弧用樹脂成形部材１の強度向上を目的として、シランカップリング処理を行うことができる。シランカップリング処理としては、特に限定されず、周知のシランカップリング剤を用いて処理を行えばよい。シランカップリング剤としては、例えば、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。これらのシランカップリング剤は、特に、樹脂３としてポリアミド樹脂を用いる場合に、混練時の分散性を高める効果が高く、また、衝撃強度の改善も期待できる。また、これらのシランカップリング剤は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

酸化チタン２は、光触媒活性を抑制することを目的として、無機物を用いて表面処理を行うことができる。この表面処理に用いる無機物としては、水酸化アルミニウム及び酸化アルミニウム水和物などが挙げられる。

消弧用樹脂成形部材１における酸化チタン２の含有量は、特に限定されないが、好ましくは５質量％以上５０質量％以下、より好ましくは１０質量％以上３０質量％以下である。酸化チタン２の含有量が５質量％を未満であると、消弧用樹脂成形部材１中の消弧成分（樹脂３）の含有量が相対的に多くなる結果、消弧用樹脂成形部材１の強度が十分でないことがある。また、アークに曝された際に発生するガスの量が多くなり、消弧装置内の内圧上昇を抑制できず、回路遮断器の筐体の破損が生じることがある。一方、酸化チタン２の含有量が５０質量％を超えると、消弧用樹脂成形部材１中の消弧成分（樹脂３）の含有量が相対的に少なくなる結果、遮断性能が低下してしまうことがある。

本発明の消弧用樹脂成形部材１に用いられる樹脂３は、消弧性能、耐圧強度及び耐アーク消耗性の向上に加え、成形時間の短縮を図るために用いられる成分である。樹脂３としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
樹脂３の例としては、ポリオレフィン樹脂、ポリオレフィン系共重合体、ポリアミド樹脂、ポリアミド系ポリマーブレンド、ポリアセタール樹脂、ポリアセタール系ポリマーブレンド、脂肪族ポリエステル樹脂、セルロース系樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂が挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

ポリオレフィン樹脂は、芳香環を有さず、且つ耐衝撃性に優れることから、消弧性能及び耐圧強度を高めるのに有効である。ポリオレフィン樹脂の例としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテンなどが挙げられる。これらの中でも、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどの比重が小さいものは、消弧用樹脂成形部材１の軽量化の点から好ましい。特に、ポリメチルペンテンは、融点が２４０℃の結晶性樹脂であるため、高耐熱性も向上させることができる。

ポリオレフィン系共重合体は、芳香環を有しないことから、消弧性能を高めるのに有効である。ポリオレフィン系共重合体の例としては、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが挙げられる。これらの中でも、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの高強度樹脂は、耐圧強度の向上の点から好ましい。

ポリアミド樹脂は、アミド結合をもつ高分子化合物のこと意味し、本発明ではポリアミド共重合体も包含する。ポリアミド樹脂は、高強度樹脂であり、耐圧強度を高めるのに有効である。また、ポリアミド樹脂は、アーク暴露による分解で発生するガスによってアークを冷却すると共にアーク電圧を高める能力に優れているため、大電流遮断時における過電流を低く抑制する場合に有効である。

ポリアミド樹脂の例としては、ナイロン６Ｔ、ナイロン４６、ナイロン６６、ナイロンＭＸＤ６、ナイロン６１０、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン１２、及びナイロン６とナイロン６６との共重合体ナイロンなどが挙げられる。これらの中でも、高融点の結晶性ポリアミドであるナイロン４６（融点２９０℃）及びナイロン６６（融点２６０℃）が好ましい。特に、樹脂３がナイロン４６である場合、消弧に有効な熱分解ガスを発生し続ける効果が高い上、耐熱性に優れた消弧用樹脂成形部材１を得ることができる。

消弧用樹脂成形部材１における樹脂３の含有量は、特に限定されないが、好ましくは５０質量％以上９５質量％以下である。樹脂３の含有量が５０質量％未満であると、消弧用樹脂成形部材１中の消弧成分の含有量が相対的に少なくなる結果、遮断性能が低下してしまうことがある。一方、樹脂３の含有量が９５質量％を超えると、消弧用樹脂成形部材１中の酸化チタン２の含有量が相対的に少なくなる結果、消弧用樹脂成形部材１の強度が低下しまうことがある。また、アークに曝された際に発生するガスの量が多くなり、消弧装置内の内圧上昇を抑制できず、回路遮断器の筐体の破損が生じることがある。

消弧用樹脂成形部材１は、強度向上及び熱変形温度（荷重をかけながら試料の温度を上げていき、たわみの大きさが一定の値になる温度）などの耐熱性向上を目的として、酸化チタン２以外の無機充填材（例えば、タルクなど）を加えることも可能である。この無機充填材の配合量は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば特に限定されない。

消弧用樹脂成形部材１は、必要に応じて、当該技術分野において周知の添加剤を配合することができる。添加剤の例としては、難燃剤、安定剤、酸化防止剤、酸化促進剤、紫外線吸収剤、可塑剤、着色剤、充填材などが挙げられる。これらの添加剤の配合量は、本発明の効果を阻害しない範囲であれば特に限定されない。

消弧用樹脂成形部材１の作製方法としては、特に限定されず、当該技術分野において周知の方法で行なうことができる。例えば、酸化チタン２と樹脂３とを混練した後、所望の形状に成形すればよい。成形方法としては特に限定されず、例えば、射出成形、押し出し成形、中空成形（ブロー成形）、熱成形（真空又は圧空成形）、カレンダー成形、２種以上のシート又はフィルムを重ね合わせたり、貼り合わせて一体物に加工する積層成形、液体成形、注型、粉末成形などが挙げられる。

消弧用樹脂成形部材１は、必要に応じて、表面の耐光性向上、耐候性向上などを目的として、化学的処理及び物理的処理などの後処理を行なってもよい。化学的処理としては、薬品処理、溶剤処理、カップリング剤処理、モノマー・ポリマーコティング、表面グラフト化などが挙げられる。また、物理的処理としては、紫外線照射処理、プラズマ処理、イオンビーム処理などが挙げられる。

上記のようにして得られる消弧用樹脂成形部材１は、酸化チタン２を無機充填材として用いているため、強度、耐熱性及び耐圧性に加えて遮断性能の耐久性にも優れ、且つ消弧に必要な熱分解ガスを発生させる一方、発生するガス量を抑制して回路遮断器の筐体の破損を抑制することができる。

実施の形態２．
本発明の回路遮断器は、上記の消弧用樹脂成形部材を含む消弧装置を備えている。本発明の回路遮断器は、消弧用樹脂成形部材に特徴があるため、消弧用樹脂成形部材以外の部材は、従来公知のものを用いることができる。具体的には、本発明の回路遮断装置は、固定接点を有する固定接触子と、可動接点を有する可動接触子と、可動接触子を作動させて固定接点と可動接点とを開閉させる開閉機構と、接触状態にある固定接点と可動接点とが開離するときに発生するアークを消弧する消弧装置とを一般に備えており、消弧装置は、前記アークに曝される部分に、上記の消弧用樹脂成形部材が配置される。

以下、本発明の消弧用樹脂成形部材を備える回路遮断器の好適な実施の形態を説明する。
図３は、本発明の回路遮断器中の消弧装置の遮断時の様子を表す模式図であり、（ａ）は消弧装置の断面図、（ｂ）は消弧装置の側面図（（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った断面図に相当する）である。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、この消弧装置では、可動接点１１が設けられた可動接触子１０と、固定接点１３が設けられた固定接触子１２と、可動接点１１及び固定接点１３の周囲を囲む消弧用樹脂成形部材１４とが配置されている。図３（ａ）及び（ｂ）において、消弧用樹脂成形部材１４は、便宜上その一部を図示しているが、実際には接触子を介して板状部材を対向配置したり、コの字状部材で上記接触子を囲むように配置してもよい。

可動接点１１は可動接触子１０の可動側（固定接点１３と対向する側）に設けられ、固定接点１３は、通電時に可動接点１１と接触するように固定接触子１２の可動接点１１と対向する位置に設けられている。これらの接触子は接触子対をなしている。また、消弧用樹脂成形部材１４は、回路遮断時に可動接点１１と固定接点１３との間で発生するアークに曝される部分に配置されている。

次に、回路遮断器の一般的な動作について説明する。図３（ａ）及び（ｂ）において、開閉機構部（図５及び６参照）を動作させると、可動接触子１０が回動して可動接点１１と固定接点１３とが接触又は開離する。可動接点１１と固定接点１３とを接触させることにより、電力が電源から負荷に供給される。この状態において、可動接点１１は、通電の信頼性を確保するために、規定の接触圧力で固定接点１３に押さえつけることで接触させている。

短絡事故などの発生によって回路に大きな過電流が流れると、可動接点１１と固定接点１３との間の接触面における電磁反発力が非常に大きくなる。その結果、電磁反発力が、可動接点１１に加えられている接触圧力を上回り、可動接触子１０が回動して可動接点１１と固定接点１３とが開離する。また、開閉機構部及び引き外し装置の動作によって固定接点１３と可動接点１１との開離距離が増大する。その結果、アーク抵抗の増大によってアーク電圧が上昇する。

上記のような遮断動作において、可動接点１１と固定接点１３との間には、アークによって短時間（すなわち、数ミリ秒）のうちに大量のエネルギーが発生する。このとき、消弧装置の側面などに設けた消弧用樹脂成形部材１４がアークに曝されることによって分解ガスが生じ、発生した分解ガスによってアークを冷却して消弧する。

また一般に、消弧装置には、消弧用樹脂成形部材１４と共に消弧板が配置される。図４は、Ｕ字型又はＶ字型の切欠部１６を持つ複数の消弧板１５を一定間隔で積層して用いた消弧装置の斜視図である。ここで、消弧板１５は、一般に金属から構成される。可動接点１１と固定接点１３の間に発生したアーク１７は、消弧板１５の方向へ磁気力によって引き付けられて伸長するため、アーク電圧は更に上昇する。さらに、複数の消弧板１５にアーク１７を取り込むことで過電流を限流させる。このとき、消弧用樹脂成形部材１４から発生した分解ガスは、アーク１７を消弧板１５に誘導する役割も担う。

上記の回路遮断器について、より詳細に説明する。図５及び図６は、本発明の回路遮断器の模式的な断面図である。図５は回路遮断器の接触時（オン状態）、図６は、図５に示す回路遮断器の部分拡大図であって、回路遮断器の遮断時（オフ状態）を示す。
図５及び図６において、回路遮断器は、銅、アルミ、銀、銀合金、鉄などの導体からなる可動接触子１０、可動接触子１０の一端に配置された可動接点１１、可動接点１１と接触又は開離する固定接点１３、固定接点１３が配置された銅などの導体からなる固定接触子１２、固定接触子１２の他端部に接続された電源側の端子部１８を主に備え、外部電源から配線（図示していない）が接続されている。

消弧装置１００は、可動接点１１と固定接点１３との間に発生したアーク１７を冷却及び消弧する磁性体の金属からなる複数の消弧板１５（グリッド）と、消弧板１５を両側で保持する消弧側板２０（図５及び図６においては、消弧側板２０の片側のみを示す）と、消弧用樹脂成形部材１４とから構成される。消弧装置１００における消弧板１５は、互いに空隙を介して積層配列されている。消弧用樹脂成形部材１４は、回路遮断器の接触時の状態において可動接点１１と固定接点１３とを両脇から挟むように設けられており、固定接触子１２の大部分を覆うように設けられている（図７（ａ）及び（ｂ）参照）。

さらに、回路遮断器は、例えば、可動接触子１０を回動して開閉駆動する開閉機構部１１０、この開閉機構部１１０を手動で操作するためのハンドル２１、引き外し装置部１２０、負荷側の端子部１９などを備えている。カバー２２及びベース２３は、上記の各部材を収納及び／又は固定し、筐体２７の一部を構成している。端子部１８を筐体２７から隔離するエンドプレート２５は、アーク１７によるホットガスを排出する排気孔２５ａを有し、ベース２３に設けられたガイド溝２４に挿入装着されている。また、アーク１７を消弧板１５の中央へ走行させるアークランナー２６が設けられている。

上記の消弧用樹脂成形部材１４と接触子対（固定接触子１２及び可動接触子１０）との位置関係について、図７（ａ）に側面図を示し、図７（ｂ）に図７（ａ）の上面図を示す。図７（ａ）及び（ｂ）において、消弧用樹脂成形部材１４は、可動接触子１０の可動接点１１（図示していない）と、固定接触子１２の固定接点１３との接触子対付近に設けられており、上面から見ると、固定接点１３が露出しており、アーク１７に曝される固定接触子１２の大部分を覆うように設けられている。消弧用樹脂成形部材１４は、アーク１７が固定接触子１２の固定接点１３以外の部分に移動しないようにする絶縁部材としての働きも有している。

上記のような構造を有する回路遮断器は、強度、耐熱性及び耐圧性に加えて遮断性能の耐久性にも優れ、且つ消弧に必要な熱分解ガスを発生させる一方、発生するガス量を抑制し得る消弧用樹脂成形部材１４を備えているので、遮断性能及びその耐久性に優れ、筐体の破損を抑制することが可能となる。特に、この回路遮断器に設けられる消弧用樹脂成形部材１４は、アーク１７に曝された際に生じる分解ガスにより、限流性能を高めると共に、接触子付近に発生したアーク１７を伸張させて消弧板１５へ誘導する働きをする。そのため、事故発生などの過電流遮断時に回路遮断器に注入されるエネルギーを低下させ、回路遮断器の構造物への負担を軽減することができる。従って、本発明の消弧用樹脂成形部材１４を用いることで回路遮断器の大容量化及び小型化を行うことが可能になる。

以下、実施例により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
（実施例１〜４）
表１に、実施例１〜４で作製した消弧用樹脂成形部材の材料組成を示す。実施例１〜４では、樹脂としてナイロン４６（ＤＳＭ社製ＴＳ３５０）を用いた。また、実施例１では酸化チタンとして平均短径０．１μｍ及び平均長径１．７μｍの針状酸化チタン（石原産業株式会社製ＦＴＬ−１００）を用い、実施例２では酸化チタンとして平均短径０．２μｍ及び平均長径２．９μｍの針状酸化チタン（石原産業株式会社製ＦＴＬ−２００）を用い、実施例３では酸化チタンとして平均短径０．３μｍ及び平均長径５．２μｍの針状酸化チタン（石原産業株式会社製ＦＴＬ−３００）を用い、実施例４では平均短径０．２μｍ及び平均長径２．９μｍの針状酸化チタン（石原産業株式会社製ＦＴＬ−２００）をアミノシランカップリン剤処理したものを用いた。
表１に示す配合量で酸化チタンを樹脂に配合し、サイドフィード式樹脂混練機で加熱混練し、押出機によってペレットを作製した後、射出成形を行うことによって、縦４０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ１ｍｍの消弧用樹脂成形部材を得た。

（比較例１〜３）
酸化チタンの代わりに、ワラストナイト（キンセイマテック株式会社製ＳＨ−８００Ｓ）、チタン酸カリウム（大塚化学株式会社製ティスモＤ）、ガラス繊維（日東紡績株式会社製ＣＳ ３Ｊ-４５９）を用いたこと以外は、上記の実施例と同様にして縦４０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ１ｍｍの消弧用樹脂成形部材を得た。

次に、上記の実施例及び比較例で得られた消弧用樹脂成形部材を、図３及び４に示す回路遮断器に配置し、過負荷遮断試験及び短絡遮断試験を行った。過負荷遮断試験及び短絡遮断試験は、以下のようにして行った。

（過負荷遮断試験）
図３及び４に示す回路遮断器にオン状態で定格電流の６倍の電流（例えば、１００Ａ用回路遮断器の場合は６００Ａ）を通電し、可動接点と固定接点とを接点開離距離Ｌ（可動接点と固定接点との距離）が１５〜２５ｍｍとなるように開離させてアーク電流を発生させ、このアーク電流の遮断を行った。アーク電流の規定遮断回数（１１２回）のうちアーク電流の遮断が成功した回数を表１に示す。なお、この試験は、ＡＣ６９０Ｖ／６００Ａの条件で行った。

（短絡遮断試験）
閉成状態において、４４０Ｖ／５０ｋＡの過剰電流を通電して可動接点と固定接点とを開離させてアーク電流を発生させ、このアーク電流の遮断を行った。アーク電流の規定遮断回数（３回）のうちアーク電流の遮断が成功した回数、並びに消弧用樹脂成形部材及び筐体の破損の有無を表１に示す。消弧用樹脂成形部材及び筐体の破損の有無は目視によって確認した。

表１に示すように、実施例１〜４の消弧用樹脂成形部材を備える回路遮断器は、過負荷遮断試験及び短絡遮断試験における規定遮断回数をクリアすると共に、短絡遮断試験において消弧用樹脂成形部材及び筐体の破損も見られなかった。また、過負荷遮断試験及び短絡遮断試験後に、実施例１〜４の消弧用樹脂成形部材の表面を観察した結果、アークに曝された表面は、樹脂と酸化チタンとが均一に混在していることが確認された。

これに対して、比較例１〜３の消弧用樹脂成形部材を備える回路遮断器は、過負荷遮断試験における規定遮断回数をクリアすることができなかった。また、比較例２〜３の消弧用樹脂成形部材を備える回路遮断器は、短絡遮断試験における規定遮断回数もクリアすることができなかった。また、過負荷遮断試験及び短絡遮断試験後に、比較例１〜３の消弧用樹脂成形部材についても表面を観察したところ、比較例１では、ワラストナイトが表面に多く露出していた。従って、比較例１では、表面の樹脂不足によって遮断性能が低下したものと考えられる。また、比較例２では、樹脂とチタン酸カリウムとが均一に混在した表面が保持されており、特異的な変化は見られなかった。従って、比較例２では、チタン酸カリウムの影響によって遮断性能が低下したものと考えられる。また、比較例３では、一部溶解したガラス繊維が表面に露出していた。従って、比較例３では、表面の樹脂不足によって遮断性能が低下したものと考えられる。特に、比較例３では、露出したガラス繊維上に、遮断時に析出したすすが沿面放電経路を与え、アークの遮断を阻害する要因となったと考えられる。

以上の結果からわかるように、本発明によれば、強度、耐熱性及び耐圧性に加えて遮断性能の耐久性にも優れ、且つ消弧に必要な熱分解ガスを発生させる一方、発生するガス量を抑制して回路遮断器の筐体の破損を抑制し得る消弧用樹脂成形部材を提供することができる。また、本発明によれば、遮断性能及びその耐久性に優れ、筐体の破損を抑制し得る回路遮断器を提供することができる。

１、１４ 本発明の消弧用樹脂成形部材、２ 酸化チタン、３ 樹脂、４、３４ 従来の消弧用樹脂成形部材、５ 無機充填材、１０、３０ 可動接触子、１１、３１ 可動接点、１２、３２ 固定接触子、１３、３３ 固定接点、１５、３５ 消弧板、１６、３６ 切欠部、１７、３７ アーク、１８ 端子部、１９ 端子部、２０ 消弧側板、２１ ハンドル、２２ カバー、２３ ベース、２４ ガイド溝、２５ エンドプレート、２６ アークランナー、２７ 筐体。

Claims (4)

1. 固定接点を有する固定接触子と、可動接点を有する可動接触子と、前記可動接触子を作動させて前記固定接点と前記可動接点とを開閉させる開閉機構と、接触状態にある前記固定接点と前記可動接点とが開離するときに発生するアークを消弧する消弧装置とを備える回路遮断器であって、
   前記消弧装置が、磁性体の金属からなる消弧板と、針状又は繊維状の酸化チタンを樹脂中に含む消弧用樹脂成形部材とを備えることを特徴とする回路遮断器。
2. 前記酸化チタンは、０．０２μｍ以上２μｍ以下の平均短径及び０．５μｍ以上５０μｍ以下の平均長径を有する針状の酸化チタンであることを特徴とする請求項１に記載の回路遮断器。
3. 前記樹脂がポリアミド樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回路遮断器。
4. 前記ポリアミド樹脂がナイロン４６であることを特徴とする請求項３に記載の回路遮断器。

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