JP6509099B2 - 消弧用絶縁材料成形体、および、それを備える回路遮断器 - Google Patents

Description

本発明は、消弧用絶縁材料成形体、および、それを備える回路遮断器に関する。

配線用遮断器、漏電遮断器などの回路遮断器は、電力回路の正常動作時の負荷電流を開閉するとともに、過負荷や短絡などの要因で電力回路の二次側に異常な電流が流れたときに、保護継電器と連携して電力回路を開放し、電力回路の一次側からの電力供給を遮断することにより、二次側の電力回路（負荷回路、電線など）を保護するために用いられる装置である。

このような回路遮断器において、通電時に、電力回路を開放するために可動接触子の接点と固定接触子の接点を開離させると、両者の間にアークが発生する。アークは、回路の遮断を妨げ、回路遮断器の構成部品への熱的および電磁力的な負担となるため、速やかにアークを消弧する必要がある。

アークの消弧を促進するための１つの手法として、可動接触子の可動接点と固定接触子の固定接点との周辺のアークに曝される位置に消弧用絶縁材料成形体を配置する方法が知られている。消弧用絶縁材料成形体は、アークに曝されると、その成形体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、発生したガスの吹きつけによるアークの延伸などにより、アークの消弧を促進する。

特開平７−３０２５３５号公報（特許文献１）には、消弧用絶縁材料成形体の材料の主成分として、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィン樹脂を用いることが開示されている。これらのポリオレフィン樹脂は、樹脂中に芳香環が含まれないため、アークに曝された際の遊離炭素発生と周囲への飛散を抑制可能であり、アーク消弧性能に優れている。

ただし、これらのポリオレフィン樹脂は、熱可塑性を示す材料であり、耐熱性および強度が低く、特に高遮断容量型の遮断器への適用に際して必要とされる耐熱性および強度を得ることが難しかった。

そこで、特開２００８−１３０３７３号公報（特許文献２）には、消弧用絶縁材料成形体の材料として、メチレン鎖の水素原子の一部が水酸基で置換され、メチレン基１モルに対して、水酸基を０．２〜０．７モル含有するポリオレフィン樹脂を含む樹脂組成物を用いることが開示されている。特許文献２には、該樹脂組成物の成形後に放射線架橋を施すことによって、耐熱性、強度およびアーク消弧性能に優れた消弧用絶縁材料成形体を提供できる旨記載されている。

特開平７−３０２５３５号公報 特開２００８−１３０３７３号公報

しかしながら、樹脂材料への放射線架橋処理を実施するためには、適切な放射線管理の下に置かれた専用の照射設備を用いる必要があり、樹脂材料（絶縁材料成形体）の製造コストが上昇してしまうという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、耐熱性、強度およびアーク消弧性能に優れ、簡便な設備とプロセスで製造することのできる消弧用絶縁材料成形体を提供することを目的とする。

本発明の消弧用絶縁材料成形体は、少なくとも１種のオレフィン系モノマーに由来する構成単位を含む架橋重合体を５０質量％以上含む。オレフィン系モノマーは、少なくとも１種の架橋性シクロオレフィン系モノマーを含むことを特徴とする。架橋性シクロオレフィン系モノマーは、炭素原子間二重結合を有する炭素環構造を含む脂肪族化合物のうち、分子構造中に炭素原子間二重結合を複数有する化合物である。

本発明によれば、三次元網目構造を有する架橋重合体が加熱処理のみで形成されるため、耐熱性、強度およびアーク消弧性能に優れた消弧用絶縁材料成形体を、簡便な設備とプロセスで提供することが可能になる。

（ａ）実施形態における消弧装置の遮断時の様子を模式的に示す正面図であり、（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った消弧装置の断面を含む模式的な側面図である。 実施形態の消弧装置のオフ状態を示す斜視図である。 実施形態の回路遮断器の一例の接触時（オン状態）を示す断面図である。 図３に示す実施形態の回路遮断器の一例の部分断面図であり、回路遮断器の遮断時（オフ状態）を示す図である。 （ａ）固定接触子と消弧用絶縁材料成形体との配置関係の一例を模式的に示す側面図であり、（ｂ）は図５（ａ）の上面図である。

以下に、本発明に係る消弧用絶縁材料成形体、および、それを備える回路遮断器の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施形態１．
（回路遮断器）
まず、本実施形態の消弧用絶縁材料成形体の詳細を説明する前に、図１〜図５を参照して、本実施形態の回路遮断器について説明する。

図１（ａ）は、本実施形態にかかる回路遮断器における消弧装置の遮断時の様子を模式的に示す正面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った断面を含む消弧装置の遮断時の様子を模式的に示す側面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）において、可動接触子１の固定接触子３側に可動接点２が設けられ、固定接触子３の一端であって可動接点２と対応する位置に固定接点４が設けられている。そして、可動接点２と固定接点４との間の空間を挟むように、２枚の消弧用絶縁材料成形体５が設けられている。

本実施形態にかかる回路遮断器は、図１（ａ）および図１（ｂ）において、可動接点２と固定接点４との間で発生するアークに曝される部分に、消弧用絶縁材料成形体５が設けられている。消弧用絶縁材料成形体５は、後述する架橋重合体を５０質量％以上含む材料から構成される。

次に、回路遮断器の動作について説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）において、開閉機構部（図３および図４参照）が動作して可動接触子１が回動することにより、可動接点２と固定接点４とが接触または開離する仕組みとなっている。接点同士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。通電の信頼性を確保するために可動接点２は固定接点４に規定の接触圧力で押さえつけられている。

短絡事故などが起こり回路に大きな過電流が流れると、可動接点２と固定接点４との間の接触面における電磁反発力が非常に強くなる。上記可動接点２に加わっている接触圧力に打ち勝つために、可動接触子１は回動し、可動接点２と固定接点４とが開離し、さらに、開閉機構部および引き外し装置の動作によって、固定接点４と可動接点２との開離距離が増大するに従って、アーク抵抗が増大することによりアーク電圧が上昇する。

このような遮断動作中において、可動接点２と固定接点４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。この時、消弧装置の側面に設けた消弧用絶縁材料成形体がアークに曝されることによって分解ガスを発生し、発生した分解ガスによりアークが冷却され消弧される。

また、図２は、消弧装置である金属製のＵ字型やＶ字型の切欠部７を持つ複数の消弧板６を一定間隔で積層した回路遮断器の消弧装置部分の斜視図である。可動接点２と固定接点４の間に発生したアーク８が消弧板６の方向へ磁気力によって引き付けられ伸長するために、アーク電圧は更に上昇する。さらに、消弧板６を含む消弧装置１００に取り込むことで過電流を限流させ、アークを消弧し、回路を遮断する。このとき、消弧用絶縁材料成形体５は、その分解ガスによって可動接点２と固定接点４との間に発生したアークを引き延ばし、消弧板６を含む消弧装置１００に押し込むことにより、アークの消弧を促進する役割も有している。

上記回路遮断器について、より詳細に説明する。図３および図４は、本実施形態の回路遮断器の一例の模式的な断面図であり、図３は回路遮断器の接触時（オン状態）、図４は図３に示す回路遮断器の一部であって、回路遮断器の遮断時（オフ状態）を示す。図３および図４において、回路遮断器は、銅などの導体からなる可動接触子１、可動接触子１の一端に固着された可動接点２、可動接点２と接離する固定接点４、固定接点４が固着された銅などの導体からなる固定接触子３、固定接触子３の他端部に構成された電源側の端子部９を備え、外部電源から配線が接続される。

消弧装置１００部分における消弧板６は互いに空隙を介して積層配列されている。消弧装置１００は、可動接点２と固定接点４との間に発生したアークを冷却および消弧する磁性体の金属からなる複数の消弧板６（グリッド）と、グリッドを両側で保持する消弧側板１１（図３および図４においては、消弧側板の片側を示す）と、消弧用絶縁材料成形体５で構成される。消弧用絶縁材料成形体５および消弧側板１１は絶縁材料からなり、消弧用絶縁材料成形体５は後述の特定の材料を含む。消弧用絶縁材料成形体５は、図４の状態における可動接点２および固定接点４の間に設けられており、上面から見ると固定接点４を露出させ、アークに曝される固定接触子３の他の大部分を覆うように設けられている（図５（ａ）および図５（ｂ）参照）。

さらに、上記回路遮断器には、例えば、可動接触子１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１３、引き外し装置部１２０、負荷側の端子部１０などを備える。カバー１４およびベース１５は、上記の各部品を収納および／または固定し、筐体１８の一部を構成している。端子部９を筐体１８内と隔離するエンドプレート１７は、アークによるホットガスを排出する排気孔１７ａを有し、ベース１５に設けられたガイド溝１６に挿入装着されている。

消弧用絶縁材料成形体５は、その分解ガスによるアークの消弧および消弧装置（固定接点および可動接点の間の空間）内の絶縁遮蔽、ならびに、その分解ガスのガス流によるアークの消弧板６（消弧装置１００）への誘導を目的として設置される。

上記消弧用絶縁材料成形体５と接触子対（固定接触子３および可動接触子１）との配置関係について、図５（ａ）に接触子対の側面図を示し、図５（ｂ）に図５（ａ）の上面図を示す。図５（ａ）および図５（ｂ）において、消弧用絶縁材料成形体５は、可動接触子１の可動接点２（図示していない）および固定接触子３の固定接点４の接触子対付近に設けられており、図５（ｂ）に示されるように、上面から見ると、固定接点４を露出させ、アークに曝される固定接触子３の他の大部分を覆うように設けられている。消弧用絶縁材料成形体５は、アークが固定接触子３の固定接点４以外の部分に移動しないようにするための絶縁部材の働きもしている。

（消弧用絶縁材料成形体）
本実施形態の消弧用絶縁材料成形体は、少なくとも１種のオレフィン系モノマーに由来する構成単位を含む架橋重合体を含む。消弧用絶縁材料成形体の全質量に対して架橋重合体が占める質量比率は、５０質量％以上（１００質量％以下）である。より好ましくは６０質量％以上であり、さらに好ましくは７０質量％以上である。架橋重合体の占める質量比率が５０質量％未満である場合、消弧作用を備えるガスの発生量が不足し、アークの遮断効果が低下する。

そして、上記のオレフィン系モノマーは、少なくとも１種の架橋性シクロオレフィン系モノマーを含んでいる。架橋性シクロオレフィン系モノマーとは、炭素原子間二重結合を有する炭素環構造を含む（環式の）脂肪族化合物のうち、分子構造中に炭素原子間二重結合を複数有する化合物である。なお、架橋性シクロオレフィン系モノマーは、炭素環構造内の炭素原子間二重結合を含めて、分子構造中に炭素原子間二重結合を複数有していればよい。

分子構造中に炭素原子間二重結合を複数有する架橋性シクロオレフィン系モノマーを重合させることで、架橋重合体が得られる。なお、「架橋」とは、モノマーが重合することによって三次元的な網目構造が形成されている状態を意味する。

架橋性シクロオレフィン系モノマーは、炭素原子間二重結合を有する炭素環構造を含む脂肪族化合物のうち、分子構造中に炭素原子間二重結合を複数有する化合物であれば、特に限定されないが、少なくとも１種のノルボルネン系モノマー（複数の炭素原子間二重結合を有するノルボルネン系モノマー）を含むことが好ましい。ノルボルネン系モノマーとは、構造中にノルボルネン骨格を含む化合物である。一般的に、ノルボルネンをモノマーとして形成されたポリノルボルネンは、耐熱性に優れるという特徴を有するため、耐熱性に優れた架橋重合体を提供可能となる。

ノルボルネン系モノマーとして、下記一般式（１）で表されるジシクロペンタジエン、下記一般式（２）で表されるトリシクロペンタジエン等のノルボルネン骨格を有するジエン類、およびその誘導体を用いることができる。これらのうち、材料入手の容易性の観点、および、反応系が構築されているという観点から、ジシクロペンタジエン、および、その誘導体を特に好適に用いることができる。

上記ノルボルネン系モノマー以外に用いることが可能な架橋性シクロオレフィン系モノマーとしては、例えば、下記一般式（３）で表されるノルボルナジエン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロヘプタジエン等の化合物、および、それらの誘導体が挙げられる。

これらの架橋性シクロオレフィン系モノマーは、その構造の一部（例えば、水素）が、アルキル基、ヒドロキシ基、アリール基、アラアルキル基、シクロアルキル基、カルボキシ基等の置換基で置換されていてもよい。また、これらの架橋性シクロオレフィン系モノマーは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

架橋重合体は、上記のような架橋性シクロオレフィン系モノマーを含むオレフィン系モノマーを、加熱処理によって重合させることにより得られる。

架橋重合体を形成するためのオレフィン系モノマーにおいては、架橋性シクロオレフィン系モノマーと共重合し得る他のオレフィン系モノマーを、コモノマーとして用いることが可能である。この場合、オレフィン系モノマー全量中における架橋性シクロオレフィン系モノマーの割合を５０モル％以上とすることが望ましい。架橋性シクロオレフィン系モノマーの割合が上記未満である場合、重合過程を経て形成された架橋重合体における架橋密度が低下することで、耐熱性と強度が低下する場合がある。

コモノマー（架橋性シクロオレフィン系モノマーと共重合し得る他のオレフィン系モノマー）としては、例えば、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘプテン等が挙げられる。これらのコモノマーは、その構造の一部（例えば、水素）が、アルキル基、ヒドロキシ基、アリール基、アラルキル基、シクロアルキル基、カルボキシ基等の置換基で置換されていてもよい。また、これらのコモノマーは、１種単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、架橋性シクロオレフィン系モノマーを含むオレフィン系モノマーから、その架橋重合体を形成する過程において、重合触媒を用いることが可能である。重合触媒としては、例えば、周期律表上第４〜８族の遷移金属のカルベン錯体が挙げられる。具体的な重合触媒としては、例えば、モリブデン、タングステン等のハロゲン化物と、アルキルアルミニウム、アルキル錫、アルキルリチウム等の有機金属還元剤とを組み合わせた触媒、または、ルテニウムのカルベン錯体化合物が挙げられる。

重合触媒の添加量は、オレフィン系モノマーの重合反応が生じる範囲で自由に選択可能であるが、オレフィン系モノマー（架橋性シクロオレフィン系モノマーを含むオレフィン系モノマー）１モルに対して、重合触媒中の遷移金属原子数が１×１０^−７モル以上１×１０^−４以下となるような範囲の量であることが好ましい。重合触媒の添加量が前記範囲より少ない場合、重合反応が十分に進行せず、硬化加熱後の成形体中に未反応モノマーが残留し、硬化成形体の強度や耐熱性が損なわれる場合がある。また、重合触媒の添加量が前記範囲より多い場合には、過剰な触媒反応によって硬化速度が過度に上昇し、成形性が損なわれる場合がある。

本実施形態にかかる消弧用絶縁材料成形体は、少なくとも１種の無機充填材をさらに含有していてもよい。無機充填材は、ガラス繊維、無機鉱物、セラミック繊維および金属水酸化物の少なくとも１つからなることが好ましい。

無機充填材の充填率（消弧用絶縁材料成形体の全質量に対する無機充填材の質量の比率）は、５０質量％未満とする必要があり、好ましくは０質量％以上３０質量％未満である。無機充填材の充填割合が５０質量％以上となった場合、架橋重合体の含有量が５０質量％未満となるため、アーク曝露により生成する分解ガスの発生量が不足し、アークの遮断効果が低下する。

本実施形態において、消弧用絶縁材料成形体に、ガラス繊維、無機鉱物およびセラミック繊維から選択される無機充填材を充填した場合、消弧用絶縁材料成形体の機械的強度および耐熱性の向上効果を得ることができる。

無機鉱物としては、酸化チタン、タルク、炭酸カルシウム、ワラストナイト、チタン酸カリウム、合成鉱物等を含む公知の鉱物類を使用することができる。セラミック繊維としては、例えば、アルミナ繊維、アルミナシリカ繊維等が挙げられる。

ガラス繊維、無機鉱物およびセラミック繊維から選択される無機充填材は、架橋重合体内に一様に分散可能なものであれば、その形状とサイズを限定することなく用いることが可能である。機械的強度向上の観点からは、ガラス繊維、無機鉱物およびセラミック繊維から選択される無機充填材の形状は、繊維状、鱗片状および針状のいずれかであることが好ましい。

また、本実施形態にかかる消弧用絶縁材料成形体に、金属水酸化物を無機充填材として充填した場合、金属水酸化物の脱水吸熱反応、または、金属水酸化物から発生する水蒸気成分の作用により、難燃効果と消弧性能向上効果を付与することが可能である。

金属水酸化物としては、例えば、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウムが挙げられる。金属水酸化物は、架橋重合体内に一様に分散可能なものであれば、その形状とサイズを限定することなく用いることが可能である。

これらの無機充填材は、１種単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。また、これらの無機充填材には、樹脂との密着性改善や、偏在防止の目的で、表面処理を行ってもよい。

さらに、本実施形態にかかる消弧用絶縁材料成形体には、本実施形態の効果を損なわない範囲において、難燃剤、難燃助剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤等、公知の添加剤を添加することが可能である。

本実施形態にかかる消弧用絶縁材料成形体の製造方法としては、特に限定されず、射出成形法、反応射出成形法、注型法、圧縮成形法、トランスファー成形法等、当該技術分野において公知の方法で行うことができる。

架橋性シクロオレフィン系モノマーを含むオレフィン系モノマーの加熱処理は、当該オレフィン系モノマーの重合架橋反応が進行し得る条件であれば、架橋重合体が熱分解しない範囲において、その温度、雰囲気、時間を自由に設定可能である。

本実施形態においては、消弧用絶縁材料成形体の材料となる三次元網目構造を有する架橋重合体を加熱処理のみで製造できるため、耐熱性、強度およびアーク消弧性能に優れた消弧用絶縁材料成形体を簡便な設備とプロセスで提供することが可能になる。

したがって、本実施形態の消弧用絶縁材料成形体を用いることで、遮断性能に優れた回路遮断器を、低コストで提供することが可能となる。

また、本実施形態の消弧用絶縁材料成形体は、架橋重合体を主成分とするため、遮断器使用時に周囲温度が上昇しても軟化することなく、その物理的性状と機械的強度を保持可能である。

また、架橋重合体は、主な構成元素として炭素と水素からなる樹脂構造を有し、樹脂構造内に芳香環を有していない。このため、本実施形態の消弧用絶縁材料成形体は、その分解過程で、水素や水蒸気を多く含む遮断効果の高い消弧ガスを発生可能である。したがって、本実施形態の消弧用絶縁材料成形体はアーク消弧性能に優れる。さらに、熱分解時の遊離炭素発生による絶縁不良が抑制されるため、本実施形態の消弧用絶縁材料成形体は絶縁性能にも優れている。

実施形態２．
本実施形態にかかる消弧用絶縁材料成形体は、有機充填材をさらに含有している点で実施形態１とは異なる。それ以外の点は実施形態１と同様であるため、重複する説明は省略する。

有機充填材は、少なくとも１種の脂肪族炭化水素系ゴムからなる。脂肪族炭化水素系ゴムとしては、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ブチルゴム等が挙げられる。脂肪族炭化水素系ゴムは、エチレンプロピレンゴムおよびエチレンプロピレンジエンゴムから選択されることが好ましい。

有機充填材を添加することにより、消弧用絶縁材料成形体の衝撃強度（耐衝撃性能）を向上させ、遮断時の消弧室内圧上昇や遮断機構動作に伴う衝撃負荷によって、成形体にひび割れや破損が発生することを防ぐ効果が得られる。また、消弧用絶縁材料成形体の厚みを薄くすることが可能となり、遮断器本体の小型化を実現可能である。

また、これらの脂肪族炭化水素系ゴムは、芳香族環を含まない脂肪族炭化水素を構成単位とするゴム材料である。このため、有機充填材（脂肪族炭化水素系ゴム）がアーク曝露により熱分解された際に、消弧用絶縁材料成形体の表面に遊離炭素が析出することがなく、表面絶縁性を保つことが可能であり、遮断性能の低下を抑制する効果が得られる。

また、エチレンプロピレンゴムおよびエチレンプロピレンジエンゴムは、脂肪族炭化水素系ゴムの中でも、特に耐熱性に優れた特性を有している。このため、これらの材料を有機充填材として消弧用絶縁材料成形体に充填することによって、消弧用絶縁材料成形体がアークに曝露された際の耐衝撃性能を、より効果的に向上させる効果が得られる。

有機充填材の充填率（消弧用絶縁材料成形体の全質量に対する有機充填材の質量の比率）は、３０質量％未満であることが好ましい。有機充填材の充填率が３０質量％以上となった場合、消弧用絶縁材料成形体の弾性率が低下し、アーク曝露時の機械的負荷に対して成形体の変形等を発生させる要因となり得る。

本実施形態にかかる消弧用絶縁材料成形体は、前記無機充填材と前記有機充填材との両方を含有していてもよい。

消弧用絶縁材料成形体が無機充填材と有機充填材との両方を含有する場合、無機充填材による機械的強度および耐熱性の向上効果、難燃性向上効果などに加え、有機充填材による衝撃強度向上効果を同時に得ることが可能となる。

この場合、有機充填材の充填率が３０質量％未満であり、無機充填材および有機充填材の合計の充填率（消弧用絶縁材料成形体の全質量に対する無機充填材および有機充填材の合計の質量の比率）が５０質量％未満であることが好ましい。有機充填材の充填率が３０質量％以上となった場合、消弧用絶縁材料成形体の弾性率が低下し、アーク曝露時の機械的負荷に対して成形体の変形等を発生させる要因となり得る。また、無機充填材および有機充填材の合計の充填率が５０質量％以上となった場合、架橋重合体の含有量が５０質量％未満となるため、アーク曝露により生成する分解ガスの発生量が不足し、アークの遮断効果が低下する。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１〜６、比較例１〜４）
（材料組成）
表１に、実施例１〜６および比較例１〜４の消弧用絶縁材料成形体の材料組成を示す。

実施例１〜６並びに比較例１および４における消弧用絶縁材料成形体の材料としては、架橋性シクロオレフィンモノマーに由来する構成単位を含む架橋重合体を含有する樹脂を用いた。表１に、架橋重合体の含有率（消弧用絶縁材料成形体の全質量に対する架橋重合体の質量の比率）と、架橋性シクロオレフィンモノマーおよびコモノマーのモル分率（架橋重合体を構成するモノマーの全モル数に対する各モノマーのモル数の比率）を示す。

具体的に、実施例１、２、４、５および６並びに比較例１および４においては、架橋重合体を形成するためのオレフィン系モノマーとして、架橋性シクロオレフィン系モノマーであるジシクロペンタジエンのみを用いた。一方、実施例３においては、架橋重合体を形成するためのオレフィン系モノマーとして、架橋性シクロオレフィン系モノマーであるジシクロペンタジエンと、コモノマーであるシクロブテンとの混合物を用いた。

また、実施例１〜６並びに比較例１および４においては、オレフィン系モノマーの重合反応過程における重合触媒として、六塩化タングステンと、還元剤であるジエチルアルミニウムクロリドとを組み合わせた触媒系を用いた。

比較例２における消弧用絶縁材料成形体は、主成分として高密度ポリプロピレン（サンテック（登録商標）−ＨＤ Ｊ３００、旭化成ケミカルズ（株）製）を用いた。高密度ポリプロピレンは熱可塑性を示すポリオレフィン樹脂の一種であり、その分子構造中に芳香環を有さない。

比較例３における消弧用絶縁材料成形体は、主成分としてレゾール型フェノール樹脂（スミライトレジン（登録商標）ＰＲ−５１１０７、住友ベークライト（株）製）を用いた。レゾール型フェノール樹脂は熱硬化性樹脂の一種であり、その分子構造中に芳香環を有する。

実施例２〜４および比較例１〜３における消弧用絶縁材料成形体には、針状酸化チタン（水酸化アルミニウム処理品：ＦＴＬ−１１０、石原産業（株）製）を無機充填材として充填した。無機充填材の配合量（充填量）の消弧用絶縁材料成形体の構成材料全体に対する比率は、表１に示すとおりである。

実施例５、比較例４における消弧用絶縁材料成形体には、有機充填材としてエチレンプロピレンゴムを充填した。有機充填材の充填率は、表１に示すとおりである。

実施例６における消弧用絶縁材料成形体には、無機充填材として水酸化アルミニウムを、有機充填材としてエチレンプロピレンゴムを充填した。無機充填材の充填率、および、有機充填材の充填率は、表１に示すとおりである。

（製造方法）
実施例１においては、ジシクロペンタジエン（架橋性オレフィン系モノマー）と、重合触媒とを含む混合物を撹拌した後、金型内へ注入し、１５０℃で２時間の加熱硬化処理を実施した。これにより、ジシクロペンタジエンに由来する構成単位を有する架橋重合体（ポリジシクロペンタジエン）からなる、縦４０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ１ｍｍの消弧用絶縁材料成形体を得た。

なお、架橋重合体の構造中には、下記一般式（４）で示されるようなジシクロペンタジエンに由来した構成単位の繰り返し構造が含まれる。なお、一般式（４）中の＊記号は結合手を示す。

実施例２〜４および比較例１においては、ジシクロペンタジエン（架橋性オレフィン系モノマー）と、重合触媒と、針状酸化チタン（無機充填材）とを含む混合物を撹拌した後、金型内へ注入し、１５０℃で２時間の加熱硬化処理を実施した。これにより、ジシクロペンタジエンに由来する構成単位を有する架橋重合体を含む、縦４０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ１ｍｍの消弧用絶縁材料成形体を得た。

実施例５、比較例４においては、ジシクロペンタジエン（架橋性オレフィン系モノマー）と、重合触媒と、エチレンプロピレンゴム（有機充填材）とを含む混合物を撹拌した後、金型内へ注入し、１５０℃で２時間の加熱硬化処理を実施した。これにより、ジシクロペンタジエンに由来する構成単位を有する架橋重合体を含む、縦４０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの消弧用絶縁材料成形体を得た。

実施例６においては、ジシクロペンタジエン（架橋性オレフィン系モノマー）と、重合触媒と、水酸化アルミニウム（無機充填材）と、エチレンプロピレンゴム（有機充填材）とを含む混合物を撹拌した後、金型内へ注入し、１５０℃で２時間の加熱硬化処理を実施した。これにより、ジシクロペンタジエンに由来する構成単位を有する架橋重合体を含む、縦４０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの消弧用絶縁材料成形体を得た。

比較例２においては、高密度ポリプロピレンと針状酸化チタン充填材とを混練ペレット化した後、射出成形を実施し、縦４０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ１ｍｍの消弧用絶縁材料成形体を得た。

比較例３においては、レゾール型フェノール樹脂と針状酸化チタン充填材とを混合撹拌した後、金型内へ注入し、金型内において１５０℃で２時間の加熱硬化処理を行うことによって、縦４０ｍｍ、横６０ｍｍ、厚さ１ｍｍの消弧用絶縁材料成形体を得た。

図３および図４に示されるような回路遮断器に、上記実施例１〜６および比較例１〜４で得られた厚さ１ｍｍまたは０．８ｍｍの消弧用絶縁材料成形体を設置して、過負荷遮断試験および短絡遮断試験を行なった。過負荷遮断試験および短絡遮断試験の内容は、以下の通りである。

（過負荷遮断試験）
本試験は、消弧用絶縁材料成形体が設置された回路遮断器に、閉成状態で定格電流の６倍の電流（たとえば１００Ａ用回路遮断器の場合は６００Ａ）を通電し、可動接点２と固定接点４とを接点開離距離Ｌ（可動接点２と固定接点４との間の距離）が１５〜２５ｍｍとなるように開離させて、アーク電流を発生させ、アーク電流の遮断を規定回数成功させることをもって合格とする試験である。なお、本試験の条件としては、ＡＣ６９０Ｖ／６００Ａの条件で、１２回の遮断が成功すれば合格とした。

（短絡遮断試験）
本試験は、閉成状態において、１０〜１００ｋＡの過剰電流を通電して可動接触子を開離させ、アーク電流を発生させ、このアーク電流の遮断の規定回数の成功と破損がないことをもって合格とする試験である。なお、本試験の条件としては、ＡＣ４４０Ｖ／５０ｋＡの条件で、３回の遮断が成功し、かつ、消弧用絶縁材料成形体５および回路遮断器の筐体１８に変形または破損がないことをもって合格とした。

実施例１〜６は、過負荷試験および短絡遮断試験の両方において、規定回数の遮断を達成し、短絡遮断試験後の消弧用絶縁材料成形体および回路遮断器の筐体の変形または破損は確認されなかった。また、短絡遮断試験後の消弧用絶縁材料成形体表面の観察結果において、表面への遊離炭素析出は見られなかった。

実施例５および６では、有機充填材としてエチレンプロピレンゴムを充填した効果によって消弧用絶縁材料成形体の衝撃強度が向上したため、成形体の板厚を０．８ｍｍと薄板化したにも関わらず、試験後の消弧用絶縁材料成形体の変形や破損は確認されなかった。

これに対し、比較例１〜４では、いずれかの試験で規定の遮断回数に達しなかったか、短絡遮断試験後に消弧用絶縁材料成形体の変形または破損が確認され、規定の合格条件を満たすことが出来なかった。

比較例１は、過負荷試験および短絡遮断試験の両方において、規定の遮断回数を満たすことが出来なかった。比較例１における過負荷遮断試験後の消弧用絶縁材料成形体を観察した結果、その表面に無機充填材の露出が見られた。比較例１においては、消弧用絶縁材料成形体中における架橋重合体の占める質量比率が５０％未満であったため、分解ガスの発生源となる樹脂成分が不足し、規定回数の遮断をすることが出来なかったものと考えられる。

比較例２は、短絡遮断試験後において、消弧用絶縁材料成形体の変形が確認され、短絡遮断試験に合格することが出来なかった。比較例２では、消弧用絶縁材料成形体の主成分として、熱可塑性を示す高密度ポリプロピレンを用いたため、接点付近の温度上昇により消弧室を構成する消弧用絶縁材料成形体が軟化した状態になると共に、その後の遮断動作によるアーク熱エネルギーによって消弧室内圧が上昇し、消弧用絶縁材料成形体が変形に至ったものと考えられる。

比較例３は、過負荷試験および短絡遮断試験の両方において、規定の遮断回数を満たすことが出来なかった。短絡遮断試験後の比較例３の消弧用絶縁材料成形体を観察した結果、表面にグラファイト状の遊離炭素の析出が確認された。比較例３においては、消弧用絶縁材料成形体を構成するレゾール型フェノール樹脂構造中の芳香環に由来する炭素原子が、アークによる熱分解時に遊離炭素として表面に析出し、沿面放電経路を形成したことにより、アーク遮断を阻害したものと考えられる。

比較例４は、短絡遮断試験後において、消弧用絶縁材料成形体の変形が確認され、短絡遮断試験に合格することが出来なかった。比較例４では、消弧用絶縁材料成形体にエチレンプロピレンゴム（有機充填材）を３５質量％の充填率で充填したことによって、材料の弾性率が低下したため、遮断動作によるアーク熱エネルギーによって消弧室内圧が上昇した際、消弧用絶縁材料成形体が変形に至ったものと考えられる。

以上の結果からわかるように、本発明の消弧用絶縁材料成形体は、耐熱性、強度およびアーク消弧性能に優れていることが分かる。本発明によれば、このような消弧用絶縁材料成形体を、簡便な熱処理プロセスのみによって得ることが出来るため、遮断性能に優れた回路遮断器を安価に提供することが可能である。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 可動接触子、２ 可動接点、３ 固定接触子、４ 固定接点、５ 消弧用絶縁材料成形体、６ 消弧板、７ 切欠部、８ アーク、９，１０ 端子、１００ 消弧装置、１１ 消弧側板、１１０ 開閉機構部、１３ ハンドル、１２０ 引き外し装置部、１４ カバー、１５ ベース、１６ ガイド溝、１７ エンドプレート、１７ａ 排気孔、１８ 筐体。

Claims (4)

1. 少なくとも１種のオレフィン系モノマーに由来する構成単位を含む架橋重合体を５０質量％以上含み、
   前記オレフィン系モノマーは、炭素原子間二重結合を有する炭素環構造を含む脂肪族化合物のうち、分子構造中に炭素原子間二重結合を複数有する化合物である少なくとも１種の架橋性シクロオレフィン系モノマーを含み、
   前記架橋性シクロオレフィン系モノマーは、少なくとも１種のノルボルネン系モノマーを含み、
   前記ノルボルネン系モノマーがジシクロペンタジエンであり、
   少なくとも１種の無機充填材をさらに含有し、
   前記無機充填材は、ガラス繊維、無機鉱物、セラミック繊維および金属水酸化物の少なくとも１つからなる、消弧用絶縁材料成形体。
2. 有機充填材をさらに含有し、
   前記有機充填材は、少なくとも１種の脂肪族炭化水素系ゴムからなり、
   前記有機充填材の充填率が３０質量％未満である、請求項１に記載の消弧用絶縁材料成形体。
3. 前記脂肪族炭化水素系ゴムは、エチレンプロピレンゴムおよびエチレンプロピレンジエンゴムから選択される、請求項２に記載の消弧用絶縁材料成形体。
4. 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る開閉機構部と、前記固定接点および前記可動接点が開離するときに発生するアークに曝される位置に配置された消弧用絶縁材料成形体と、を備える回路遮断器であって、
   前記消弧用絶縁材料成形体は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の消弧用絶縁材料成形体である、回路遮断器。

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