JPH06168659A - 限流装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、熱放散性に優れているととも
に、装置の長寿命化が図られる限流装置を提供すること
を目的とする。 【構成】 外筒１内に収納された絶縁筒２０を強度の大
きい窒化アルミニウム磁器により構成するとともに、そ
の一端部側が外筒１内に挿入されて絶縁筒２０の一側に
配置される第１電極端子４と外筒１との間に配設される
絶縁部材２１を熱伝導率向上用のセラミック材が添加さ
れた絶縁材から構成した。この場合絶縁筒２０の強度ア
ップによりその分限流装置の寿命がのび、絶縁部材の熱
伝導率の向上により、限流装置からの熱放散性の向上が
図られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、短絡時等に流される
過電流を限流して電気回路を保護する限流装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は例えば特公昭５８ー３２７２９号
公報に示された従来の限流装置の断面図であり、図にお
いて、１は前後に長い外筒、２は外筒１内に取り付けら
れた金属ホルダ、３はセラミック材から構成され、金属
ホルダ２の前部側凹部にその一端部側が支持されている
絶縁筒、４はその一端部４ａ側が外筒１の前部側に挿入
され、その端面が金属スぺーサ６を介して絶縁筒３の一
側に位置決めされている導電性の第１電極端子、５はそ
の一端部側が外筒１の後部側にネジ込んで取り付けられ
ており、その端面が金属スぺーサ７を介して金属ホルダ
２の一側に位置決めされている導電性の第２電極端子、
８は第１電極端子４の一端部４ａおよび絶縁筒３の一部
と外筒１間の隙間に隙間なく配設されている絶縁部材で
ある。

【０００３】９は第２電極端子５の凹部５ａ内に設けら
れた緩衝手段としての緩衝装置であり、この緩衝装置９
はＯリング９ｄでシールされた状態で凹部５ａ内を移動
可能な第１ピストン９ａと、凹部５ａの後端に位置決め
される第２ピストン９ｂと、第１ピストン９ａと第２ピ
ストン９ｂ間に設けられ、乾燥不活性ガスが充填されて
いる緩衝室９ｃとから構成されている。１０は絶縁筒３
に前後方向に設けられた小孔１０ａと大孔１０ｂとから
なる段付貫通孔、１１は段付貫通孔１０内、およびこの
段付貫通孔１０の前後に連通するように第１電極端子４
や金属ホルダ２や金属スぺーサ６，７に設けられた孔
内、および第２電極端子５の凹部５ａの前部側内に充填
されている限流材である。この限流材１１は例えばアル
カリ金属や水銀等の低融点の電気良導体から構成されて
いて、この限流材１１により第１電極端子４と第２電極
端子５とが導通されている。１２は第１電極端子４の孔
の前端部を塞ぐ封止用ネジ、１３は第２電極端子５の凹
部５ａに連通する後端小孔を塞ぐ封止用ネジである。

【０００４】つぎにこの限流装置の動作について説明す
る。なお、この種の限流装置は抵抗器と並列に接続され
た後、回路遮断器と直列に接続された状態で交流の主回
路に挿入して使用される。

【０００５】この限流装置では第１電極端子４から限流
材１１を介して第２電極端子５側に電流が流されるが、
主回路に短絡等によって急激に大きな過電流が生じる
と、限流材１１に瞬間的に大電流が流れようとするた
め、絶縁筒３の小孔１０ａ内の限流材１１が自己ジュー
ル熱によって気化し、この気化が絶縁筒３の大孔１０ｂ
内の限流材１１側にも進行する。この場合、限流材１１
の蒸気は高抵抗を示すため、この蒸気により限流装置の
第１電極端子４側から第２電極端子５側に過電流が流れ
るのが防止され、主回路全体に過電流が流れるのが防止
される。そして、その後主回路中に挿入された回路遮断
器（図示せず）が作動して主回路が開路される。

【０００６】またこの場合、限流材１１の気化によっ
て、この限流材１１には衝撃圧である爆発的な高圧力が
生じるが、この圧力は第２電極端子５の凹部５ａ内の緩
衝装置９に伝わり、この緩衝装置９の第１ピストン９ａ
が緩衝室９ｃを介して第２ピストン９ｂ側に加圧される
ことによって緩和される。そして、限流装置への過電流
の通電が終れば、気化した限流材１１はその後冷却され
て液化し、再び初めの電気良導体に復帰する。

【０００７】さて、このような限流装置の備えるべき構
造的条件は、限流時に限流材１１の気化によって発生す
る圧力に充分耐えるだけの機械的強度を有しているとい
うことと、通常電流の通電時および限流時において外部
への放熱が良好になされ、温度上昇が少ないことであ
る。すなわち機械的強度が大きければ、繰り返しの使用
が可能となり、放熱が良好で温度上昇が少なければ大き
な通電が可能となって装置の小型化が図れるからであ
る。したがって、限流装置に使用されている構成品には
機械的強度が大きいことと、熱伝導率が大きいことが要
求される。

【０００８】いっぽう、この限流装置の主要構成品は、
第１および第２電極端子４，５が電気伝導率および熱伝
導率のよい銅や銅合金から構成され、外筒１が強度は大
きいが熱伝導率は比較的小さいステンレス材から構成さ
れ、絶縁部材８が層状構造のマイカ粉末（６０重量％）
と結合材としてのガラス質粉末（４０重量％）との混合
した熱伝導率の比較的小さい混合物から構成されてい
る。また、絶縁筒３はベリリア磁器やアルミナ磁器から
構成されるが、アルミナ磁器より熱伝導率の大きいベリ
リア磁器のほうが多く用いられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の限流装置は以上
のように構成されているため、限流時に絶縁筒３の小孔
１０ａ内等で限流材１１に熱が発生してこの限流材１１
が気化する場合、この熱の大部分は熱伝導率の大きい絶
縁筒３から、同じく熱伝導率の大きい第１電極端子４側
に伝わって外部に放熱されていた。したがって、この限
流装置では熱伝導率の小さい絶縁部材８や外筒１側へは
余り熱が伝わらず、外筒１側からの熱の放出が少なくて
熱放散がよくないという課題があった。

【００１０】また、ベリリア磁器から構成される絶縁筒
３は熱伝導率はよいが機械的強度が充分でなく、その寿
命が短いという課題があるとともに、入手が容易でな
く、かつ成形品の検査で切断時に発生する粉末に毒性が
あるという課題があった。

【００１１】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、熱放散性が優れているととも
に、装置の長寿命化等を図ることができる限流装置を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明
は、外筒内に収納された絶縁筒の両側に、それぞれ第１
および第２電極端子がその一端部側を外筒内に挿入した
状態で取り付けられ、かつ第１電極端子周りの外筒との
隙間に絶縁部材が配設されているとともに、絶縁筒内に
形成される貫通孔およびこの貫通孔に連通する第１およ
び第２電極端子の孔部に限流材が充填されていて、第１
電極端子側から第２電極端子側に流される過電流を限流
材の気化によって限流し、気化時の衝撃圧が第２電極端
子内に設けられた緩衝手段によって緩和される限流装置
において、絶縁部材を熱伝導率向上用のセラミック材が
添加された絶縁材から構成したことである。

【００１３】この発明の第２の発明は、外筒内に収納さ
れた絶縁筒の両側に、それぞれ第１および第２電極端子
がその一端部側を外筒内に挿入した状態で取り付けら
れ、かつ第１電極端子周りの外筒との隙間に絶縁部材が
配設されているとともに、絶縁筒内に形成される貫通孔
およびこの貫通孔に連通する第１および第２電極端子の
孔部に限流材が充填されていて、第１電極端子側から第
２電極端子側に流される過電流を限流材の気化によって
限流し、気化時の衝撃圧が第２電極端子内に設けられた
緩衝手段によって緩和される限流装置において、絶縁筒
を窒化アルミニウム磁器により構成したことである。

【００１４】

【作用】この限流装置では限流材を介して第１電極端子
から第２電極端子側へ電流が流されるが、短絡等に起因
して大きな過電流が瞬時のうちに第１電極端子側に通電
されると、絶縁筒の貫通孔内の限流材が自己ジュール熱
により気化する。そして限流材の蒸気は高抵抗を示すた
め、この限流材の蒸気によって第１電極端子から第２電
極端子側への過電流の通過が制限され、回路の保護が図
られる。そして、限流材の気化によってこの限流材等に
衝撃圧が生じるが、この衝撃圧は緩衝手段によって緩和
される。

【００１５】この発明の第１の発明では、第１電極端子
と外筒間に配設される絶縁部材を熱伝導率向上用のセラ
ミック材を添加した絶縁材により構成しているため、こ
の絶縁部材から外筒側への熱放散の向上を図ることがで
きる。

【００１６】この発明の第２の発明では、絶縁筒を機械
的強度の大きい窒化アルミニウム磁器により構成してい
るため、絶縁筒を上記衝撃圧に充分耐えさせることがで
き、その寿命を向上させることができる。

【００１７】

【実施例】以下この発明の実施例を図について説明す
る。図１はこの発明の第１の発明および第２の発明の一
実施例である限流装置の断面図であり、図において、図
２で示した従来の限流装置と同一または相当部分には同
一符号を付しその説明を省略する。

【００１８】図において、２０は外筒１内の金属ホルダ
２の前部側凹部にその一端部が支持され、その内部に小
孔１０ａと大孔１０ｂとからなる段付貫通孔１０が形成
されている絶縁筒であり、その材料はベリリア磁器とほ
ぼ同等の熱伝導率（０．４〜０．５ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅ
ｃ・℃）および絶縁性を有する窒化アルミニウム磁器か
ら構成されている。２１は第１電極端子４の一端部４ａ
および絶縁筒２０の一部と外筒１間の隙間に配設されて
いる絶縁部材であり、その材料は基本的にマイカ粉末と
ガラス質粉末が６：４に混合された混合物に、熱伝導率
向上用のセラミック材、例えば球形窒化アルミニウム焼
結粉末（例えば５０％の平均粒径３８μm のもの）を所
定量混合したものから構成されている。

【００１９】つぎにこの絶縁部材２１の具体的な組成お
よび形成方法について説明する。外筒１を上下に立てた
状態で、金属スぺーサ６を介して絶縁筒２０上に載置さ
れた第１電極端子４の下部側の一端部４ａ周り等と外筒
１との間に形成された隙間に、例えば球形窒化アルミニ
ウム焼結粉末２５重量％、マイカ粉末４５重量％、ガラ
ス質粉末３０重量％からなる粉状の絶縁材を投入し、こ
の絶縁材および外筒１の一端部上に例えば球形窒化アル
ミニウム焼結粉末１０重量％、マイカ粉末５０重量％、
ガラス質粉末４０重量％からなるリング状の圧粉成形体
を載置して、ガラス質成分が軟化する温度（約４５０
℃）にて一定時間（約４０分）加熱する。つぎにこの加
熱状態で金型温度を２７０℃に保持した二段プレスに
て、第１電極端子４を押えつつ上記リング状の圧粉成形
体を高速度で加圧し、この圧粉成形体および前記粉状の
絶縁材を第１電極端子４および絶縁筒２０と外筒１との
間に形成される隙間に圧入して、絶縁部材２１を形成す
る。

【００２０】この場合、圧粉成形体より粉状の絶縁材の
ほうの球形窒化アルミニウム焼結粉末の混合割合が多い
のは、絶縁筒２０近傍での絶縁部材２１の熱伝導度を良
くするためである。なお、球形窒化アルミニウム焼結粉
末は上記隙間へ粉状の絶縁材を投入する場合にその流動
性や充填性の向上をも図るものであり、できた絶縁部材
２１は限流時の衝撃圧にも充分に耐える強度を有してい
るとともに、限流材の漏洩に対しても充分な耐食性を有
している。

【００２１】また、絶縁部材２１単体でテストピース
（４２φ×３ｔ）を形成し、その熱伝導率を測定したと
ころ、従来の絶縁部材８（マイカ粉末６０％、ガラス質
粉末４０％のもの）の熱伝導率が１．３×１０^-3ｃａｌ
／ｃｍ・ｓｅｃ・℃であるのに対し、粉状の絶縁材（球
形窒化アルミニウム焼結粉末２５％、マイカ粉末４５
％、ガラス質粉末３０％のもの）の熱伝導率が２．４×
１０^-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃となり、リング状の圧
粉成形体（球形窒化アルミニウム焼結粉末１０％、マイ
カ粉末５０％、ガラス質粉末４０％のもの）の熱伝導率
が２．１×１０^-3ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃となって、
従来のものに比べて、この絶縁部材２１の熱伝導率が約
１．８倍の大きさを有することがわかった。

【００２２】さらに、絶縁筒の材料で３種類のテストピ
ース（３φ×３Ｌ、５φ×１４Ｌ、１４φ×１７Ｌ）を
形成し、その圧縮強度を測定したところ、従来の絶縁筒
３を構成するベリリア磁器の強度が１８，５００ｋｇｆ
であるのに対し、この実施例の絶縁筒２０を構成する窒
化アルミニウム磁器の強度が３４，７００ｋｇｆとな
り、従来のものに比べてこの絶縁筒２０の強度が１．９
倍の大きさを有していることがわかった。また、溶解ナ
トリウム液中に１０００時間浸漬後の重量変化について
調べた結果、窒化アルミニウム磁器もベリリア磁器もそ
の重量変化はほぼ同程度であった。なお、窒化アルミニ
ウム磁器は、ベリリア磁器に比べて、入手容易であり、
かつその粉末に毒性はない。

【００２３】つぎにこの限流装置の動作について説明す
る。絶縁筒２０と絶縁部材２１を有するこの実施例の限
流装置と、絶縁筒３と絶縁部材８を有する従来の限流装
置とにそれぞれＡＣ６００Ａの電流を通電し、限流材１
１であるナトリウムが液化するまでの外筒１中央部の温
度変化をそれぞれ熱電対により時間の経過とともに測定
したところ、従来のものに比べ、この実施例の限流装置
のほうが２．４〜６．３℃程度温度が低く、熱放散性が
良いことが確認された。これは絶縁部材２１の熱伝導率
の向上により、絶縁部材２１から外筒１側への熱放散が
増加したためと考えられる。してがって、従来のものに
比べ、この実施例の限流装置ではさらに大きな通電が可
能となり、従来のものと同一の通電を行なうとすれば、
装置の小型化、低コスト化が可能となる。

【００２４】また、限流装置を使った回路遮断器での遮
断試験において、従来のものに比べこの実施例の限流装
置では遮断後の限流装置自体の抵抗値の変化が少なく、
限流動作のくり返し回数が増加できて、装置の寿命が延
びていることが明らかとなった。これは、絶縁筒２０の
強度が大きくなったため、限流時にその段付貫通孔１０
等に変形が生じにくくなったためと考えられる。

【００２５】なお、上記実施例においては、絶縁部材２
１に混入する熱伝導率向上用のセラミック材としての球
形窒化アルミニウム焼結粉末を用いたが、このセラミッ
ク材としてはこれ以外に、マグネシア粉末、球形アルミ
ナ粉末、または球形窒化アルミニウム焼結粉末を含めた
これらの混合粉末であってもよい。

【００２６】

【発明の効果】この発明は、以上の用に構成されている
ので、以下に記載されるような効果を有する。

【００２７】この発明の第１の発明によれば、外筒内に
収納された絶縁筒の両側に、それぞれ第１および第２電
極端子がその一端部側を外筒内に挿入した状態で取り付
けられ、かつ第１電極端子周りの外筒との隙間に絶縁部
材が配設されているとともに、絶縁筒内に形成される貫
通孔およびこの貫通孔に連通する第１および第２電極端
子の孔部に限流材が充填されていて、第１電極端子側か
ら第２電極端子側に流される過電流を限流材の気化によ
って限流し、気化時の衝撃圧が第２電極端子内に設けら
れた緩衝手段によって緩和される限流装置において、絶
縁部材を熱伝導率向上用のセラミック材が添加された絶
縁材から構成したので、絶縁部材の熱伝導率を大きくす
ることができ、装置の熱放散性の向上を図ることができ
る。

【００２８】この発明の第２の発明によれば、外筒内に
収納された絶縁筒の両側に、それぞれ第１および第２電
極端子がその一端部側を外筒内に挿入した状態で取り付
けられ、かつ第１電極端子周りの外筒との隙間に絶縁部
材が配設されているとともに、絶縁筒内に形成される貫
通孔およびこの貫通孔に連通する第１および第２電極端
子の孔部に限流材が充填されていて、第１電極端子側か
ら第２電極端子側に流される過電流を限流材の気化によ
って限流し、気化時の衝撃圧が第２電極端子内に設けら
れた緩衝手段によって緩和される限流装置において、絶
縁筒を窒化アルミニウム磁器により構成したので、絶縁
筒の機械的強度を大きくすることができ、装置の長寿命
化を図ることができる。なお、窒化アルミニウム磁器の
入手は容易であり、その粉末に毒性はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である限流装置の断面図で
ある。

【図２】従来の限流装置の一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 外筒 ４ 第１電極端子 ５ 第２電極端子 ９ 緩衝装置（緩衝手段） １０ 段付貫通孔（貫通孔） １１ 限流材 ２０ 絶縁筒 ２１ 絶縁部材

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【手続補正書】

【提出日】平成５年４月８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外筒内に収納された絶縁筒の両側に、そ
   れぞれ第１および第２電極端子がその一端部側を前記外
   筒内に挿入した状態で取り付けられ、かつ前記第１電極
   端子周りの前記外筒との隙間に絶縁部材が配設されてい
   るとともに、前記絶縁筒内に形成される貫通孔およびこ
   の貫通孔に連通する前記第１および第２電極端子の孔部
   に限流材が充填されていて、前記第１電極端子側から前
   記第２電極端子側に流される過電流を前記限流材の気化
   によって限流し、気化時の衝撃圧が前記第２電極端子内
   に設けられた緩衝手段によって緩和される限流装置にお
   いて、前記絶縁部材を熱伝導率向上用のセラミック材が
   添加された絶縁材から構成したことを特徴とする限流装
   置。
2. 【請求項２】 外筒内に収納された絶縁筒の両側に、そ
   れぞれ第１および第２電極端子がその一端部側を前記外
   筒内に挿入した状態で取り付けられ、かつ前記第１電極
   端子周りの前記外筒との隙間に絶縁部材が配設されてい
   るとともに、前記絶縁筒内に形成される貫通孔およびこ
   の貫通孔に連通する前記第１および第２電極端子の孔部
   に限流材が充填されていて、前記第１電極端子側から前
   記第２電極端子側に流される過電流を前記限流材の気化
   によって限流し、気化時の衝撃圧が前記第２電極端子内
   に設けられた緩衝手段によって緩和される限流装置にお
   いて、前記絶縁筒を窒化アルミニウム磁器により構成し
   たことを特徴とする限流装置。