(57)【要約】【課題】アウトガスが封止空間内に侵入することを効果的に抑制することのできる直流遮断器を提案する。【解決手段】本発明は、固定端子５と、貫通孔８に貫通配置される固定端子５の端面を封止空間Ｓに露出させて設ける封止ケース３と、封止空間Ｓ内に不活性ガスが封入された状態で貫通孔８を気密封止する樹脂封止部３０と、封止空間Ｓ内に配されて固定端子５の端面に対して接離する可動端子１０とを具備する。そして、この封止ケース３の内表面を覆うように、ガスバリア性の高い粘土層２２を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定端子と、
内部の封止空間とこれに連通する貫通孔を有し、前記貫通孔に貫通配置される前記固定端子の端面を前記封止空間に露出させて設ける封止ケースと、
前記封止空間内に不活性ガスが封入された状態で前記貫通孔を気密封止する樹脂封止部と、
前記封止空間内に配されて前記固定端子の前記端面に対して接離する可動端子と、
前記封止ケースの内表面を覆うように形成される粘土層と、を具備することを特徴とする直流遮断器。
【請求項２】
前記封止ケースは、樹脂により成形されることを特徴とする請求項１に記載の直流遮断器。
【請求項３】
前記粘土層は、鱗片形状を有する粘土粒子が一方向にむけて配向されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の直流遮断器。
【請求項４】
前記封止ケースの内表面には、エッチング処理が施されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の直流遮断器。
【請求項５】
前記固定端子の外表面には、エッチング処理が施されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の直流遮断器。
【請求項６】
前記固定端子の外表面には、Ｎｉめっきが施されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の直流遮断器。
【請求項７】
前記樹脂封止部は、熱硬化性樹脂に、無機質フィラーとして酸化アルミニウムと酸化ケイ素の一方または両方を添加したものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の直流遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止空間内にて可動端子を固定端子に接離させる構造の直流遮断器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、直流遮断器が記載されている。この直流遮断器は、樹脂製の絶縁ケース内の封止空間にて、固定端子に対して可動端子を接触させることにより直流を通電させ、可動端子を離間させることにより直流を遮断させる構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の直流遮断器では、封止空間を気密封止するために形成した樹脂封止部から、高温環境下においてアウトガスが発生する。このアウトガスが封止空間内にまで侵入すると、アウトガス中の有機成分が、常温冷却時に固定端子や可動端子の通電部分に付着するという問題が生じる。有機成分が端子の通電部分に付着すれば、これにより通電時の接触抵抗が増大し、大電流での通電が困難になる。
【０００５】
本発明は前記問題点に鑑みて発明したものであって、アウトガスが封止空間内に侵入することによりこのアウトガスの有機成分が端子の通電部分に付着することを、効果的に抑制することのできる直流遮断器を提案することを、課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明を、下記構成を具備した直流遮断器とする。
【０００７】
本発明は、固定端子と、内部の封止空間とこれに連通する貫通孔を有し、前記貫通孔に貫通配置される前記固定端子の端面を前記封止空間に露出させて設ける封止ケースと、前記封止空間内に不活性ガスが封入された状態で前記貫通孔を気密封止する樹脂封止部と、前記封止空間内に配されて前記固定端子の前記端面に対して接離する可動端子と、前記封止ケースの内表面を覆うように形成される粘土層と、を具備した直流遮断器である。
【０００８】
前記封止ケースは、樹脂により成形されることが好ましい。
【０００９】
前記粘土層は、鱗片形状を有する粘土粒子が一方向にむけて配向されたものであることが好ましい。
【００１０】
前記封止ケースの内表面には、エッチング処理が施されることが好ましい。
【００１１】
前記固定端子の外表面には、エッチング処理が施されることや、Ｎｉめっきが施されることが好ましい。
【００１２】
前記樹脂封止部は、熱硬化性樹脂に、無機質フィラーとして酸化アルミニウムと酸化ケイ素の一方または両方を添加したものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アウトガスが封止空間内に侵入することによりこのアウトガスの有機成分が端子の通電部分に付着することを、封止ケースの内表面を覆う粘土層の存在によって、効果的に抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の直流遮断器の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は、同上の直流遮断器の組み立て工程を順に示す断面図である。
【図３】同上の直流遮断器で用いる粘土層の結晶構造を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、本発明の一実施形態の直流遮断器の構造を示し、図２（ａ）〜（ｆ）には、この直流遮断器の組み立て工程を、順に示している。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態では、一面側の開口した有底筒型の金属ケース７と、この金属ケース７内に配される樹脂製の封止ケース３と、封止ケース３に密着配置される金属製の受け部材４とで、全体のケースブロックを構成している。金属ケース７は、アルミニウム、ＳＵＳ、銅等の金属を用いて成型される。
【００１８】
封止ケース３は、金属ケース７と同一側を開口させた有底筒型の第一ブロック１と、この第一ブロック１の開口をふさぐ蓋型の第二ブロック２とで、ボックス状に形成される。封止ケース３は全体が繊維強化プラスチック（以下「ＦＲＰ」と略す）、液晶ポリマー等の樹脂で形成され、この絶縁性の封止ケース３内に、封止空間Ｓが形成される。
【００１９】
固定端子５を配置するための貫通孔６は、封止ケース３の第二ブロック２側に形成される貫通孔８と、受け部材４側に形成される貫通孔９とから成る。銀、銅等の金属からなる固定端子５は、この貫通孔６に貫通配置された状態で、その一端側の端面を、封止空間Ｓ内に露出させる。
【００２０】
封止空間Ｓには、この固定端子５の端面に対して接離するように、銅、銀等の金属からなる可動端子１０を配している。可動端子１０は、金属ケース７内に配置される駆動機構１１によって駆動され、所定の接離動作を行う。駆動機構１１は、電磁石１２と、この電磁石１２によって進退駆動されるプランジャ１３とを有する。プランジャ１３は、その一部が封止空間Ｓ内にまで挿入され、封止空間Ｓ内にてその先端部分に可動端子１０が固定される。
【００２１】
封止空間Ｓ内には、図示略のポートを通じて、窒素ガスや水素ガスからなる不活性ガスが充填される。このように不活性ガスが充填され、貫通孔６に固定端子５が貫通配置された状態で、樹脂封止部３０によって貫通孔６が気密封止される。
【００２２】
以下、図２（ａ）〜（ｆ）に基づいて、本実施形態での組み立て工程を順に説明する。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示すように、有底筒型をなす金属ケース７の内底面上に、電磁石１２を配置する。次いで、図２（ｂ）に示すように、この金属ケース７内の所定箇所にプランジャ１３、可動端子１０、封止ケース３の第一ブロック１を、それぞれ配置する。
【００２４】
このとき、封止ケース３の第一ブロック１は電磁石１２上に載置され、封止ケース３の下側底壁の中央に設けた貫通孔から、プランジャ１３が挿入される。有底筒型である第一ブロック１の内表面には、その全面を覆うように耐熱性の粘土層２０が形成されている。
【００２５】
なお、本文中においては、電磁石１２に対して封止ケース３が位置する側を上側、その逆側を下側とする。
【００２６】
次いで、図２（ｃ）、（ｄ）に示すように、封止ケース３の上端部をなす第二ブロック２を、金属ケース７内に配置する。蓋型である第二ブロック２の下面（つまり封止空間Ｓ内をむく面）には、第一ブロック１と同様の耐熱性を有する粘土層２１が、その全面を覆うように形成されている。
【００２７】
第一ブロック１上に第二ブロック２を載置し、第一ブロック１の上端開口を第二ブロック２で蓋をした状態で、第一ブロック１が有する粘土層２０と第二ブロック２が有する粘土層２１が結合し、一連の粘土層２２を形成する。この粘土層２２が、封止ケース３の内表面の全体を覆うガスバリア層となる。
【００２８】
封止ケース３の第二ブロック２には、固定端子５が配置される一対の貫通孔８を、上下方向に貫通形成している。貫通孔８は、上側の大径部分と下側の小径部分とを有し、この大径部分と小径部分とが、段差を介して同軸上に形成されている。固定端子５は棒状であり、その外周面から、この段差に係止するフランジ部１６を突設している。固定端子５は、フランジ部１６が貫通孔８内の段差上に係止した状態で、上側の端部が封止ケース３内に突出し、下側の端部が封止ケース３外に突出する。
【００２９】
次いで、図２（ｅ）に示すように、アルミニウム、ＳＵＳ、銅等の金属により皿状に成型した受け部材４を、金属ケース７内に配置する。このとき、受け部材４の底壁が、封止ケース３の第二ブロック２上に載置され、受け部材４の周壁が、金属ケース７の周壁に内側から当接する。受け部材４の底壁には一対の貫通孔９を設けており、この貫通孔９が、第二ブロック２の有する一対の貫通孔８に対して、１対１で一直線状に連通される。受け部材４側の貫通孔９と、封止ケース３側の貫通孔８の大径部分とは、略同径に設けている。
【００３０】
この状態において、金属ケース７と受け部材４とを、溶接にて一体化させる。溶接後において、封止ケース３内に形成される封止空間Ｓは、一対の貫通孔６を通じてのみ外部空間に連通し、この貫通孔６に固定端子５が貫通配置された構造となる。
【００３１】
次いで、図２（ｆ）に示すように、受け部材４の上側からディスペンサ等の注入手段を用いてエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を注入する。注入された熱硬化性樹脂は、貫通孔６内に充填されていく。封止ケース３側の貫通孔８の小径部分は、固定端子５が隙間なく嵌合するように形成されており、注入された熱硬化性樹脂は、貫通孔６のうち封止ケース３側の貫通孔８の大径部分と、受け部材４の貫通孔９内とに封入される。これにより、貫通孔６を塞いで封止空間Ｓを気密封止するように、樹脂封止部３０が形成される。
【００３２】
以上のようにして組み立てられた本実施形態の直流遮断器では、封止空間Ｓを形成する封止ケース３の内表面が、その全面にわたって粘土層２２により被覆された構造となっている。そのため、１５０℃程度の高温環境下で長期間保持される間に、封止空間Ｓの外部にある樹脂封止部３０から有機物起因のアウトガスが発生した場合であっても、このアウトガスが封止空間Ｓ内に侵入することが、効果的に抑制される。加えて、高温環境下において、樹脂製である封止ケース３自体からアウトガスが発生しても、このアウトガスが封止空間Ｓ内に侵入することは、やはり粘土層２２によって抑制される。粘土層２２自体は無機質であるため、有機物起因のアウトガスが粘土層２２から発生することもない。
【００３３】
このように、封止空間Ｓの周囲との界面を粘土層２２でコーティングすることによって、封止空間Ｓ内にアウトガスが侵入してその有機成分が固定端子５や可動端子１０に付着し、通電時の接触抵抗を増大させるといった事態が抑えられる。また、ガスバリア性の高い粘土層２２が存在することから、不活性ガスとして分子サイズの小さい水素ガスを用いても、この不活性ガスが封止空間Ｓ内に気密封止されるものとなる。
【００３４】
この粘土層２２（即ち粘土層２０，２１）は、ペースト状の粘土材料を、刷毛塗りによって所定方向に塗布圧を加えながら塗布し、その後に１５０℃の温度条件下で３０分乾燥させ、溶剤成分を蒸発させることによって形成される。ペースト状の粘土材料は、天然モンモリロナイト、合成サポナイト等の粘土材料にバインダー及び溶剤を混ぜて攪拌することにより作製される。
【００３５】
このようにして形成された粘土層２２の結晶構造は、図３に示すように、粘土材料内の鱗片形状を有する粘土粒子１９が一方向にむけて配向された構造となる。粘土層２２はこの結晶構造を有するので、ガスは図中の矢印のように大きく迂回をしないと透過することができない。そのため、ガス透過経路が長くなり、ガスバリア性能が非常に高いものとなる。
【００３６】
本実施形態の直流遮断器では、封止ケース３をなす第一及び第二ブロック１，２のうち、少なくとも第一ブロック１の粘土層２０が形成される面と、第二ブロック２の粘土層２１が形成される面とに、エッチング加工が好適に施される。
【００３７】
これらエッチング処理により封止ケース３の内表面全体を粗面化することで、アンカー効果によって粘土層２２の密着性が向上し、１５０℃程度の高温環境下でも粘土層２２の剥離を抑制することができ、ひいてはガスバリア性が向上する。エッチング方法としては、例えば、ドライエッチング、ウェットエッチング、フォトエッチング、化学エッチング等があるが、表面の粗化や凹凸形成という点では化学エッチングが好ましい。
【００３８】
加えて、固定端子５の外表面にも、同様のエッチング加工が好適に施される。エッチング加工は、銅製である固定端子５に対して施され、ここで形成される凹凸構造でのアンカー効果によって、固定端子５と粘土層２２との密着性が向上し、高温環境下での剥離が抑制される。その結果として、特に、固定端子５と粘土層２２の界面領域でのガスバリア性が向上する。エッチング加工は、固定端子５全体の外表面に施してもよいし、固定端子５のうち粘土層２２と接触する箇所の外表面にだけ施してもよい。
【００３９】
また、固定端子５の材質として銅を用い、その表面にＮｉめっきを施してもよい。電気抵抗の低い銅を用いることで、大電流での通電が可能となる。加えて、表面のＮｉめっきは粘土材料との親和性が高いので、固定端子５と粘土層２２との間での密着性が向上し、高温環境下での剥離が抑制され、ひいてはガスバリア性が向上する。Ｎｉめっきは、固定端子５全体の外表面に施してもよいし、固定端子５のうち粘土層２２と接触する箇所の外表面にだけ施してもよい。
【００４０】
封止ケース３の第一ブロック１や第二ブロック２を成形する樹脂材料としては、ＦＲＰが好適に用いられる。ＦＲＰは粘土材料との親和性が高いので、封止ケース３と粘土層２２との間での密着性が向上し、高温環境下での剥離が抑制され、ひいてはガスバリア性が向上する。
【００４１】
また、樹脂封止部３０を形成するための熱硬化性樹脂には、無機質フィラーが好適に添加される。無機質フィラーとしては、酸化アルミニウムや酸化ケイ素の粉粒体が挙げられる。これらの無機質フィラーを添加することで、有機物起因のアウトガスが樹脂封止部３０から発生することが抑えられる。加えて、無機質フィラーを用いて樹脂封止部３０の熱膨張係数や粘度が調節可能であるという効果や、樹脂封止部３０のガスバリア性が向上するという効果がある。
【００４２】
以上、図面に基づいて詳述したように、本実施形態の直流遮断器は、固定端子５と、内部の封止空間Ｓとこれに連通する貫通孔８を有し、貫通孔８に貫通配置される固定端子５の端面を封止空間Ｓに露出させて設ける封止ケース３と、封止空間Ｓ内に不活性ガスが封入された状態で貫通孔８を気密封止する樹脂封止部３０と、封止空間Ｓ内に配されて固定端子５の端面に対して接離する可動端子１０とを具備する。そして、本実施形態の直流遮断器においては、封止ケース３の内表面を覆うように形成される粘土層２２を具備する。
【００４３】
粘土層２２は、高いガスバリア性を有するものであるから、高温環境下で樹脂封止部３０からアウトガスが発生しても、このアウトガスが封止空間Ｓ内に侵入することは、粘土層２２の存在により効果的に抑えられる。その結果として、アウトガスの有機成分が封止空間Ｓ内で固定端子５や可動端子１０の通電部分に付着するという事態が抑制される。
【００４４】
また、本実施形態の直流遮断器において、封止ケース３は樹脂により成形される。上述のように、封止ケース３の内表面は粘土層２２で覆われるため、封止ケース３を樹脂により成形しても、この樹脂部分から発生するアウトガスが封止空間Ｓ内に侵入することは抑制される。樹脂によれば、封止ケース３を加工性よく且つ軽量に製造することが可能となる。
【００４５】
また、粘土層２２は、鱗片形状を有する粘土粒子１９が一方向にむけて配向されたものである。ガスが粘土層２２を通過する際には、これら粘土粒子１９を大きく迂回する必要があり、そのため粘土層２２はガスバリア性の非常に高いものとなる。
【００４６】
また、封止ケース３の内表面には、エッチング処理が好適に施される。これにより、封止ケース３の内表面を粗面化することができ、アンカー効果によって封止ケース３と粘土層２２との密着性が向上し、その結果として、封止空間Ｓ内へのアウトガスの侵入が一層抑制される。
【００４７】
また、固定端子５の外表面には、エッチング処理や、Ｎｉめっきが好適に施される。これにより、固定端子５と粘土層２２との密着性が向上し、その結果として、封止空間Ｓへのアウトガスの侵入が一層抑制される。
【００４８】
樹脂封止部３０は、熱硬化性樹脂に、無機質フィラーとして酸化アルミニウムと酸化ケイ素の一方または両方を添加したものであることが好適である。これにより、樹脂封止部３０からのアウトガスの発生が抑えられ、結果的に封止空間Ｓ内へのアウトガスの侵入が一層抑制される。
【００４９】
以上、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記各例の実施形態に限定されるものではなく、本発明の意図する範囲内であれば、各例において適宜の設計変更を行うことが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
３  封止ケース
５  固定端子
８  貫通孔
１０  可動端子
１９  粘土粒子
２２  粘土層
３０  樹脂封止部
Ｓ  封止空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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