JP7130360B2 - 電気回路遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車や家庭電化製品などの電気回路に使用することができる電気回路遮断装置に関する。

自動車や家庭電化製品などの電気回路自体や前記電気回路を含むシステム全体の異常時などにおいて、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電気回路遮断装置が使用されており、電気自動車の電気回路では電気回路遮断装置の重要性が特に大きくなっている。
電気回路遮断装置は、ハウジング内に点火器、発射体（ピストン）、導体などが収容されたものが知られている（特許文献１～７）。

特許文献１、２では、ハウジングの材質として、金属、セラミックス、ポリマーが例示されており、特定のポリマーが好ましいと記載されている（特許文献１の２～３頁、特許文献２の２頁）。
特許文献４では、ケーシング１３はステンレスからなるものである（段落番号００１１）。
特許文献５では、ケース３０は、電気絶縁性を有し、かつ強度の高い材料（例えば樹脂材料）によって形成されている（段落番号００３４）。
ポリマー材料（樹脂材料）を使用したときは、例えば、特許文献１、２、５のそれぞれの図１などからも理解できるとおり、必要な強度を付与する点から、ハウジング（ケーシング）を厚肉にする必要がある。
ステンレスのケーシング１３を使用したときは、質量の増加が大きくなるほか、絶縁ケース１４を組み合わせて配置する必要があるため、構造および組み立てが複雑になる。
特許文献６は、金属製のシリンダーを使用して樹脂製のハウジングを補強することで、特許文献１～５にはない作用効果が得られている。
特許文献７は、通電状態の導電体が切断されたときに発生するアークを消弧するための消弧室３２が設けられている（特許請求の範囲）。

米国特許出願公開第２００５／００８３１６４号明細書 米国特許出願公開第２００５／００８３１６５号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０２３４１６２号明細書 特開平１１－２３２９７９号公報 特開２０１４－４９３００号公報 特開２０１６－８５９４７号公報 特開２０１４－４９３００号公報

本発明は、導体片の切断時にアークが生じたときでも消弧できる電気回路遮断装置を提供することを課題とする。

本発明（第１実施形態）は、合成樹脂からなるハウジング内において、前記ハウジングの第１端部側からハウジング軸方向反対側の第２端部側に向かって形成された筒状空間内に順に、点火器、合成樹脂からなる棒状発射体、電気回路の一部を形成させるための導体片が配置され、前記ハウジングの第２端部と前記導体片の間に絶縁閉鎖空間を有しており、
前記導体片が、両端側の第１接続部、第２接続部と中間部分の切断部からなる板片であり、前記切断部の面が前記ハウジングの軸方向に直交する幅方向に配置されており、
前記棒状発射体が、前記導体片の切断部の面とハウジング軸方向に配置されており、
前記絶縁閉鎖空間の幅（Ｗ１）と前記棒状発射体の先端部の幅（Ｗ２）がＷ１＞Ｗ２であり、Ｗ１－Ｗ２≦０．２５ｍｍである、電気回路遮断装置を提供する。

第１実施形態の電気回路遮断装置は、電気自動車の電気回路、ガソリンまたはディーゼル自動車のバッテリー（リチウムイオンバッテリーなど）、家庭電化製品などの様々な電気回路に取り付けて使用して、電気回路に異常が生じたときには、電気回路を遮断できるものである。
第１実施形態の電気回路遮断装置は、単独で前記した各種自動車に取り付けることもできるが、例えば、自動車に搭載されたエアバッグ装置と連動して作動できるようにして取り付けることもできる。このような場合には、エアバッグ装置が搭載された各種自動車が事故を起こしたとき、エアバッグ装置の作動信号を受けて本発明の電気回路遮断装置も作動して電気回路が遮断されるようにすることで、大電流の漏電を防止できる。

ハウジングは合成樹脂からなるものであり、第１端部側からハウジング軸方向反対側の第２端部側に向かって形成された筒状空間を有しており、前記筒状空間の第２端部側は導体片を介して絶縁閉鎖空間に繋がっている。
ハウジングの外形は取り付け部位に応じて適宜決定されるものである。
ハウジングは、点火器、発射体、導体片などの部品を収容したり、取り付けたりすることができる形状、構造および大きさのものである。
ハウジングは、第１端部から導体片が設置された部分までの第１ハウジングと、導体片が設置された部分から第２端部までの第２ハウジング（ボトムクリップ）からなるものにすることもできる。

点火器は、公知の電気回路遮断装置で使用されている点火器のほか、自動車のエアバッグ装置で使用するガス発生器用の点火器などである。
点火器は、点火薬を備えた点火部と通電するための導電ピンを備えたものであり、作動時には、外部電源から通電することで点火薬を燃焼させ、燃焼ガスや火炎などの燃焼生成物を発生させるものである。

棒状発射体は、点火器の作動により発生した燃焼生成物の圧力を受けて、ハウジング内を軸方向に移動し、導体片を切断して、電気回路を遮断するためのものである。
棒状発射体は、全体が均一外径（均一幅）のものでもよいし、先端部が他の部分に比べて大きくなっているものでもよいし、小さくなっているものでもよい。
棒状発射体の先端部は、導体片の切断が容易であることから、四角柱形状（平面形状が四角形）のものが好ましく、平面形状が正方形のものが好ましい。
棒状発射体は、ハウジングと同じ合成樹脂からなるものを使用することができる。

導体片は、公知の電気回路遮断装置で使用されているものと同じものを使用することができる。
導体片は、両端側の接続部（第１接続部と第２接続部）と中間部分の切断部からなる板片であり、電気回路に取り付けたとき、電気回路の一部を形成するためのものである。
導体片の形状は、ハウジングに対する取り付け部分の形状および構造に対応した板形状になっている。

ハウジングの絶縁閉鎖空間の幅（Ｗ１）と、絶縁閉鎖空間内に配置された棒状発射体の先端部の幅（Ｗ２）は、Ｗ１＞Ｗ２の関係を有しており、Ｗ１－Ｗ２≦０．２５ｍｍであり、好ましくは絶縁閉鎖空間の内径（Ｗ１）と棒状発射体の先端部の外径（Ｗ２）がＷ１＞Ｗ２であり、Ｗ１－Ｗ２＜０．２５ｍｍである。
なお、棒状発射体が均一外径（均一幅）を有しているものの場合には、棒状発射体の先端部の幅は棒状発射体の幅と同じである。

第１実施形態の電気回路遮断装置では、絶縁閉鎖空間の幅（Ｗ１）と棒状発射体の先端部の幅（Ｗ２）の差が非常に小さいため、作動時において棒状発射体は絶縁閉鎖空間内に押し込まれるようにして（即ち、絶縁閉鎖空間の内壁面を擦るようにして）移動し、導体片の切断部を切断した後も、棒状発射体は切断部と共に絶縁閉鎖空間の内壁面を擦るようにして移動する。
このように切断部が切断されることで電気的に不通となり電気回路が遮断されるが、棒状発射体が絶縁閉鎖空間内を擦るように移動することで、アークの発生が防止され、アークが発生した場合でも速やかに消弧できる。

本発明（第２実施形態）は、合成樹脂からなるハウジング内において、前記ハウジングの第１端部側からハウジング軸方向反対側の第２端部側に向かって形成された筒状空間内に順に、点火器、合成樹脂からなる棒状発射体、電気回路の一部を形成させるための導体片が配置され、前記ハウジングの第２端部と前記導体片の間に絶縁閉鎖空間を有しており、
前記導体片が、両端側の第１接続部、第２接続部と中間部分の切断部からなる板片であり、前記切断部の面が前記ハウジングの軸方向に直交する幅方向に配置されており、
前記棒状発射体が、前記導体片の切断部の面とハウジング軸方向に配置されており、
前記絶縁閉鎖空間の幅（Ｗ１）と前記棒状発射体の先端部の幅（Ｗ２）がＷ１＜Ｗ２であり、Ｗ２／Ｗ１≦１．０５である、電気回路遮断装置を提供する。

第２実施形態の電気回路遮断装置は、絶縁閉鎖空間の幅（Ｗ１）と棒状発射体の先端部の幅（Ｗ２）がＷ１＜Ｗ２であり、Ｗ２／Ｗ１≦１．０５であることが第１実施形態の電気回路遮断装置と異なっており、他は同じである。
このように絶縁閉鎖空間の幅（Ｗ１）が棒状発射体の先端部の幅（Ｗ２）よりも僅かに大きいだけであるため、棒状発射体と絶縁閉鎖空間の隙間は殆どない。こため、作動時において導体片の切断部を切断した後、切断時の衝撃もあって棒状成形体と切断部は僅かに揺れ動きながら絶縁閉鎖空間の内壁面を軽く擦るようにして移動する。
このように切断部が切断されることで電気的に不通となり電気回路が遮断されるが、棒状発射体が絶縁閉鎖空間内を軽く擦るように移動することで、アークの発生が防止され、アークが発生した場合でも速やかに消弧できる。

本発明の電気回路遮断装置は、棒状発射体がハウジング内部の筒状空間を移動するとき、絶縁閉鎖空間の内壁面を擦りながら移動するため、導体片が切断されたときのアークの発生が防止されるか、アークが発生したときでも消弧できる。

本発明の電気回路遮断装置の軸方向断面図。 図１の電気回路遮断装置の作動後の状態を示す軸方向断面図。 本発明の別実施形態である電気回路遮断装置の軸方向断面図。

（１）図１、図２の電気回路遮断装置
図１、図２により本発明の電気回路遮断装置１の実施形態を説明する。
合成樹脂からなるハウジング（樹脂ハウジング）１０は、第１端部１１から第２端部１２側の導体片５０まで貫通された筒状空間１３を有している。
筒状空間１３は、第１端部側の小径筒状空間１３ａと第２端部側の大径筒状空間１３ｂを有しており、棒状発射体４０の外部形状に対応した形状を有している。
第１端部１１側には、使用時において電源とリードワイヤで接続されたコネクタ嵌め込み部１５が取り付けられている。

ハウジング１０の筒状空間１３内には、第１端部１１側から軸方向に順に点火器２０、合成樹脂からなる棒状発射体４０、導体片５０が配置されている。
点火器２０は、点火部２１と導電ピン２３を有する点火器本体の一部が樹脂で包囲された樹脂部２２を有しており、樹脂部２２から点火部２１が突き出されたものである。

図１に示す棒状発射体４０は、特開２０１６－８５９４７号公報の図１、図２（ａ）に示されているものと同じものを使用することができる。
棒状発射体４０は、ロッド部４１と、ロッド部４１の先に形成された先端拡径部４２を有している。
ロッド部４１のハウジング幅方向の断面形状は円形であり、先端拡径部４２のハウジング幅方向の断面形状は正方形である。先端拡径部４２の幅（正方形の一辺の長さ）（Ｗ１）は、ロッド部４１の外径よりも大きくなっており、境界部には環状段差面４５が形成されている。
ロッド部４１には一部の外径が小さくなったくびれ部を形成して、Ｏリングを嵌め込むこともできる。

図１に示すシリンダー３０は、ハウジング１０を補強するためのものであり、ステンレス、アルミニウムなどの金属、炭素繊維強化樹脂などの繊維強化樹脂からなるものである。
シリンダー３０の厚みは、装置１の大きさにより異なるが、約０．５～約３ｍｍの範囲が好ましい。
シリンダー３０は、第１端開口部３１側が点火器２０の樹脂部２２に当接され、反対側の第２端開口部３２側が棒状発射体４０の環状段差面４５に当接されている。
シリンダー３０は、点火器２０の点火部２１と発射体４０のロッド部４１を包囲して配置されている。
シリンダー３０は、筒状空間１３内に圧入されることで軸方向に移動しないように固定されている。

導体片５０は、装置１を電気回路に取り付けたとき、電気回路の一部を形成させるためのものである。
導体片５０は、両端側の第１接続部５１、第２接続部５２と中間部分の切断部５３からなる板片（板状のもの）である。
第１接続部５１と第２接続部５２は、電気回路において他の導体（例えば、リードワイヤ）と接続するためのものであり、切断部５３は、作動時において切断されて電気回路を遮断できるようにするためのものである。

導体片５０は、切断部５３の面がハウジング１０の軸方向に直交して配置されている。
導体片５０の切断部５３の面は、発射体４０の先端拡径部４２の先端面４２ａと対向している。図１では、切断部５３の面と先端面４２ａが当接されているが、間隔をおいて対向されていてもよい。

導体片５０とハウジングの第２端部１２の間には、絶縁閉鎖空間６１が形成されている。絶縁閉鎖空間６１は、ハウジング幅方向の断面形状が正方形のものであり、導体片５０に面した開口部と、前記開口部とハウジング軸方向に対向した第２端部１２側の閉塞端面６２と、４つの側面６３を有している。

絶縁閉鎖空間６１の幅（対向する側面６３の間隔）（Ｗ１）と棒状発射体４０の先端拡径部４２の幅（Ｗ２）は、
Ｗ１＞Ｗ２であり、Ｗ１－Ｗ２≦０．２５ｍｍである。好ましくはＷ１－Ｗ２≦０．２０ｍｍ、より好ましくはＷ１－Ｗ２≦０．１０ｍｍにすることができる。

図１に示す電気回路遮断装置は、金型内に導体片を配置した状態で射出成形した後、筒状空間１３の一端側から必要な部品を挿入して製造する方法のほか、金型内に導体片を配置した状態で射出成形して、第１端部１１から導体片５０が設置された部分までの第１ハウジングを成形した後、筒状空間１３の両端側から必要な部品を挿入したものを再度金型内に配置した状態で射出成形して、導体片５０が設置された部分から第２端部１２までの第２ハウジング（ボトムクリップ）を成形して製造する方法を適用することができる。

次に、図１に示す電気回路遮断装置１を電気自動車の電気回路の一部に配置したときの動作を説明する。
図１に示す電気回路遮断装置１は、異常電流を検知するセンサーなどと組み合わせて、例えば電気回路に異常電流が流れたときに自動的に作動を開始するようにすることができるほか、人為的に作動するようにすることもできる。

電気回路遮断装置１を電気回路に配置するときは、導体片５０の第１接続部５１の穴５１ａと第２接続部５２の穴５２ａにおいて電気回路を構成するリードワイヤと接続する。
電気回路に異常が生じたときには、点火器２０が作動して、点火部２１から燃焼生成物が発生する。
点火部２１はシリンダー３０の第１端開口部３１側で包囲されているため、発生した燃焼生成物はシリンダー３０内を直進して、棒状発射体４０のロッド部４１に衝突する。
このように高温の燃焼生成物は金属製のシリンダー３０内を移動して棒状発射体４０と衝突し、筒状空間１３の内壁面が燃焼生成物の熱や圧力に直接曝されることがなくなる。

燃焼生成物による圧力を受けた棒状発射体４０の先端拡径部４２は、軸方向に移動して、導体片５０の切断部５３を切断する。
その後、棒状発射体４０の先端拡径部４２が絶縁閉鎖空間６１内に押し込まれ、絶縁閉鎖空間６１の側面６３を擦りながら、図２に示すとおり、先端拡径部４２と切断部５３の切断片５０ａが閉塞端面６２まで移動して電気絶縁的に保持される。
この動作により導体片５０の両端にある第１接続部５１と第２接続部５２は電気的に不通状態となるため、装置１を配置した電気回路は遮断される。
このような過程にて導体片５０が切断され、第１接続部５１と第２接続部５２の間にアークが発生した場合でも、棒状発射体４０の先端拡径部４２が絶縁閉鎖空間６１の側面６３を擦りながら移動するため、アークは消弧される。
なお、絶縁閉鎖空間の幅（Ｗ１）と棒状発射体の先端部の幅（Ｗ２）がＷ１＜Ｗ２であり、Ｗ２／Ｗ１≦１．０５である実施形態であっても、同様の動作により同様の作用効果が得られる。

（２）図３に示す電気回路遮断装置
図３に示す電気回路遮断装置100は、図１に示す電気回路遮断装置１とは棒状発射体140の形状、筒状空間113の形状、シリンダー130の形状、導体片150の形状などが異なっているほかは、実質的に図１に示す電気回路遮断装置１と同じものである。

合成樹脂からなるハウジング（樹脂ハウジング）110は、第１端部111から第２端部112側の導体片150まで貫通された筒状空間113を有している。
筒状空間113は、第１端部側の大径筒状空間113aと第２端部112側の小径筒状空間113bを有している。

棒状発射体140は、基礎部141とロッド部145を有しており、基礎部141の外径はロッド部145の外径よりも大きくなっている。基礎部141のハウジング幅方向の断面形状は円形であり、ロッド部145のハウジング幅方向の断面形状は四角形である。
基礎部141は、点火器120に面した第１基礎部142、ロッド部145と接した第３基礎部144、中間にある第２基礎部143を有している。
第１基礎部142の点火器120側の面142aは、中心部が最も深い凹部曲面状になっており、点火器120が作動して生じた圧力を受け取りやすくなっている。
第1基礎部142と第３基礎部144の外径は同程度であり、シリンダー130の内周面に当接されている。
第２基礎部143の外径は第1基礎部142と第３基礎部144の外径より小さくなっているため、外径差に起因して形成された第２基礎部143の周囲の環状空間にはＯリング146が配置されている。

シリンダー130は、ハウジング110を補強するためのものであり、ステンレス、アルミニウムなどの金属、炭素繊維強化樹脂などの繊維強化樹脂からなるものである。シリンダー130のハウジング幅方向の断面形状は円形である。
シリンダー130は、点火器120の点火部121と発射体140を包囲し、筒状空間113内に圧入されることで軸方向に移動しないように固定されている。
シリンダー130の第２端部130a側には、所定間隔で入れられた２本の切り込み部分が等間隔で複数箇所形成されている。所定間隔で入れられた２本の切り込み部分は内側に折り曲げられることで、折り曲げられた部分がロッド部145のガイド部131として機能している。

導体片150は、装置100を電気回路に取り付けたとき、電気回路の一部を形成させるためのものである。
導体片150は、両端側の第１接続部151、第２接続部152と中間部分の切断部153からなる板片である。
第１接続部151と第２接続部152は、電気回路において他の導体（例えば、リードワイヤ）と接続するためのものであり、切断部153は、作動時において切断されて電気回路を遮断できるようにするためのものである。

導体片150は、切断部153の面がハウジング110の軸方向に直交して配置されている。
導体片150の切断部153の面は、発射体140のロッド部145の先端面と対向している。図３では、切断部153の面とロッド部145の先端面が当接されているが、間隔をおいて対向されていてもよい。

導体片150とハウジングの第２端部112の間には、絶縁閉鎖空間161が形成されている。絶縁閉鎖空間161は、ハウジング幅方向の断面形状が正方形のものであり、導体片150に面した開口部と、前記開口部とハウジング軸方向に対向した第２端部112側の閉塞端面162と、４つの側面163を有している。

絶縁閉鎖空間161の幅（対向する側面163の間隔）（Ｗ１）と棒状発射体140のロッド部145の幅（Ｗ２）は、
Ｗ１＞Ｗ２であり、Ｗ１－Ｗ２≦０．２５ｍｍである。好ましくはＷ１－Ｗ２≦０．２０ｍｍ、より好ましくはＷ１－Ｗ２≦０．１０ｍｍにすることができる。

図３に示す電気回路遮断装置100は、金型内に導体片を配置した状態で射出成形した後、筒状空間113の一端側から必要な部品を挿入して製造する方法のほか、金型内に導体片を配置した状態で射出成形して、第１端部111から導体片150が設置された部分までの第１ハウジングを成形した後、筒状空間113の両端側から必要な部品を挿入したものを再度金型内に配置した状態で射出成形して、導体片150が設置された部分から第２端部112までの第２ハウジング（ボトムクリップ）を成形して製造する方法を適用することができる。

図３の電気回路遮断装置100が作動すると、図１に示す電気回路遮断装置１と同様に動作して導体片150が切断され、導体片150の両端にある第１接続部151と第２接続部152は電気的に不通状態となるため、装置100を配置した電気回路は遮断される。
このような過程にて導体片150が切断され、第１接続部151と第２接続部152の間にアークが発生した場合でも、棒状発射体140のロッド部145は絶縁閉鎖空間161の側面163を擦りながら移動するため、アークは消弧される。

本発明の電気回路遮断装置は、各種電気回路、例えば自動車のバッテリー（例えば、リチウムイオンバッテリー）を含む電気回路用、電気自動車の電気回路用および家庭電化製品の電気回路用として使用することができ、特に電気自動車の電気回路用として適している。

１、100 電気回路遮断装置
１０、110 ハウジング
１３、113 筒状空間
２０、120 点火器
３０、130 シリンダー
４０、140 発射体
４１、145 ロッド部
４２ 先端拡径部
５０、150 導体片
５１、151 第１接続部
５２、152 第２接続部
５３、153 切断部

Claims (2)

1. 合成樹脂からなるハウジング内において、前記ハウジングの第１端部側からハウジング軸方向反対側の第２端部側に向かって形成された筒状空間内に順に、点火器、合成樹脂からなる棒状発射体、電気回路の一部を形成させるための導体片が配置され、前記ハウジングの第２端部と前記導体片の間に、均一な幅（Ｗ１）を有する絶縁閉鎖空間を有しており、
   前記導体片が、両端側の第１接続部、第２接続部と中間部分の切断部からなる板片であり、前記切断部の面が前記ハウジングの軸方向に直交する幅方向に配置されており、
   前記棒状発射体が、前記導体片の切断部の面とハウジング軸方向に配置されており、
   前記絶縁閉鎖空間の幅（Ｗ１）と前記棒状発射体の先端部の幅（Ｗ２）がＷ１＞Ｗ２であり、Ｗ１－Ｗ２≦０．２０ｍｍであり、
   作動時において前記棒状発射体により前記導体片の切断部が切断されて電気的に不通にされると共に、前記棒状発射体の前記先端部が前記絶縁閉鎖空間の内壁面を擦るように移動されることにより、アークの発生が防止されるか、アークが発生しても消弧されるものである、電気回路遮断装置。
2. 合成樹脂からなるハウジング内において、前記ハウジングの第１端部側からハウジング軸方向反対側の第２端部側に向かって形成された筒状空間内に順に、点火器、合成樹脂からなる棒状発射体、電気回路の一部を形成させるための導体片が配置され、前記ハウジングの第２端部と前記導体片の間に、均一な幅（Ｗ１）を有する絶縁閉鎖空間を有しており、
   前記導体片が、両端側の第１接続部、第２接続部と中間部分の切断部からなる板片であり、前記切断部の面が前記ハウジングの軸方向に直交する幅方向に配置されており、
   前記棒状発射体が、前記導体片の切断部の面とハウジング軸方向に配置されており、
   前記絶縁閉鎖空間の幅（Ｗ１）と前記棒状発射体の先端部の幅（Ｗ２）がＷ１＜Ｗ２であり、Ｗ２／Ｗ１≦１．０５であり、
   作動時において前記棒状発射体により前記導体片の切断部が切断されて電気的に不通にされると共に、前記棒状発射体の前記先端部が前記絶縁閉鎖空間の内壁面を擦るように移動されることにより、アークの発生が防止されるか、アークが発生しても消弧されるものである、電気回路遮断装置。

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