(57)【要約】【課題】直流遮断器において、樹脂封止部の気密性を向上させる。【解決手段】本発明の直流遮断器は、固定端子５と、固定端子５が配置される貫通孔６を有し、且つ、内部の封止空間Ｓにて固定端子５の端面を露出させるケースブロック１と、封止空間Ｓ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、封止空間Ｓに不活性ガスが封入された状態で貫通孔６を気密封止する樹脂封止部３０とを具備したものである。そして、樹脂封止部３０は、硬化性樹脂層３１と粘土層３２とが積層された積層構造から成る。【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、前記固定端子が配置される貫通孔を有し、且つ、内部の封止空間にて前記固定端子の端面を露出させるケースブロックと、前記封止空間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、前記封止空間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を具備し、前記樹脂封止部は、硬化性樹脂層と粘土層とが積層された積層構造から成ることを特徴とする直流遮断器。
【請求項２】
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に記載の直流遮断器。
【請求項３】
前記樹脂封止部は、前記ケースブロックの外表面から前記固定端子の外表面にかけての領域上に形成される前記硬化性樹脂層と、前記硬化性樹脂層に積層される前記粘土層とを有す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】
前記ケースブロックは、少なくとも前記硬化性樹脂層が形成される部分が、アルミニウム製であり且つその外表面にアルマイト処理が施されたものであることを特徴とする請求項３に記載の直流遮断器。
【請求項５】
前記樹脂封止部は、前記ケースブロックの外表面から前記固定端子の外表面にかけての領域上にペースト状の粘土を塗布して形成される前記粘土層と、前記粘土層に積層される前記硬化性樹脂層とを有す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６】
前記ケースブロックと前記固定端子の両方又は一方の外表面に、エッチング処理を施したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の直流遮断器。
【請求項７】
前記固定端子は、銅の外表面にＮｉめっきを施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、直流遮断器において不活性ガスを気密封止するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４には、従来の直流遮断器を、概略的に示している。直流遮断器は、ケースブロック１００内に封止空間１０１を有し、この封止空間１０１内にて、固定端子１０２の端面に対して可動端子１０３を接触させることにより直流を通電させ、可動端子１０３を離間させることにより直流を遮断させる。
【０００３】
この封止空間１０１内には、不活性ガスが封入される。封入された不活性ガスは、エポキシ樹脂を注入して形成した樹脂封止部１０４によって、封止空間１０１内に気密封止される（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
前述した従来の直流遮断器においては、不活性ガスとして、一般的に窒素ガスが用いられる。一方、直流の遮断性能を向上させるには、不活性ガスとして水素ガスを充填させることが望ましい。
【０００６】
これは、水素ガスの熱伝導率が窒素ガスの熱伝導率よりも高く、そのため、不活性ガスとして水素ガスを用いたほうが、遮断時に生じるアークの冷却性能が向上するからである。特に、３００Ｖ以上の高電圧領域においては、発生するアーク容量が大きくなるので、窒素ガスではアークを瞬時に遮断させることが困難となる。
【０００７】
しかし、水素ガスは、窒素ガスよりも分子サイズが小さいという特徴を有する。そのため、従来例のようにエポキシ樹脂を注入しただけの樹脂封止部では、この樹脂封止部を水素ガスが透過するおそれがある。つまり、従来のような樹脂封止部では、気密性が十分でなく、したがって、不活性ガスとして水素ガスを用いることが困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は前記問題点に鑑みて発明したものであって、水素ガスのような分子サイズの小さいガスであっても、直流遮断器の不活性ガスとして用いることができるように、樹脂封止部の気密性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
本発明は、固定端子と、前記固定端子が配置される貫通孔を有し、且つ、内部の封止空間にて前記固定端子の端面を露出させるケースブロックと、前記封止空間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、前記封止空間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を具備し、前記樹脂封止部は、硬化性樹脂層と粘土層とが積層された積層構造から成ることを特徴とする直流遮断器である。
【００１１】
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。
【００１２】
また、前記樹脂封止部は、前記ケースブロックの外表面から前記固定端子の外表面にかけての領域上に形成される前記硬化性樹脂層と、前記硬化性樹脂層に積層される前記粘土層とを有することが好ましい。
【００１３】
このとき、前記ケースブロックは、少なくとも前記硬化性樹脂層が形成される部分が、アルミニウム製であり且つその外表面にアルマイト処理が施されたものであることが好ましい。
【００１４】
また、前記樹脂封止部は、前記ケースブロックの外表面から前記固定端子の外表面にかけての領域上にペースト状の粘土を塗布して形成される前記粘土層と、前記粘土層に積層される前記硬化性樹脂層とを有することも好ましい。
【００１５】
また、前記ケースブロックと前記固定端子の両方又は一方の外表面に、エッチング処理を施していることも好ましい。
【００１６】
また、前記固定端子は、銅の外表面にＮｉめっきを施したものであることも好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、樹脂封止部の気密性が向上し、分子サイズの小さいガスであっても不活性ガスとして用いることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の実施形態１の直流遮断器の組み立て工程を順に示す概略的な断面図である。
【図２】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。
【図３】（ａ）〜（ｇ）は、本発明の実施形態２の直流遮断器の組み立て工程を順に示す概略的な断面図である。
【図４】従来の直流遮断器の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を、添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２０】
図１（ａ）〜（ｈ）には、本発明の実施形態１の直流遮断器の組み立て工程を、順に示している。図１（ｈ）等に示すように、本実施形態では、金属ケース２と、この金属ケース２内に配される絶縁ケース３と、絶縁ケース３上に載置される金属製の受け部材４とで、ケースブロック１を構成している。このケースブロック１内に、封止空間Ｓが形成される。
【００２１】
固定端子５を配置するための貫通孔６は、ケースブロック１のうち絶縁ケース３側に形成される貫通孔７と、受け部材４側に形成される貫通孔８とから成る。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９を、封止空間Ｓ内に露出させる。
【００２２】
封止空間Ｓには、この固定端子５の端面９に対して接離するように、可動端子１０を配している。可動端子１０は、金属ケース２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、その一部が絶縁ケース３内にまで挿入され、絶縁ケース３内の部分にて可動端子１０に固定される。
【００２３】
封止空間Ｓ内には、水素ガスが充填される。この水素ガスが、本実施形態での不活性ガスとなる。そして、貫通孔６を封止して封止空間Ｓ内を気密封止する樹脂封止部３０を、硬化性樹脂層３１と粘土層３２の積層構造によって形成している。ここでは硬化性樹脂層３１として、第一の硬化性樹脂層３１ａと第二の硬化性樹脂層３１ｂを形成し、両樹脂層３１ａ，３１ｂ間にフィルム状の粘土層３２を介在させている。
【００２４】
以下、図１（ａ）〜（ｈ）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。
【００２５】
まず、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、アルミニウム、ＳＵＳ、銅等の金属により有底筒型に成型した金属ケース２の内底面上に、電磁石１２を配置する。次いで、図１（ｃ）に示すように、この金属ケース２内にプランジャ１３、可動端子１０、絶縁ケース３及び固定端子５等を配置し、それぞれ所定箇所に位置決めする。このとき、絶縁ケース３は電磁石１２上に載置され、絶縁ケース３の下側底壁の中央に設けた貫通孔１４から、プランジャ１３が挿入される。なお、本文中においては、電磁石１２に対して絶縁ケース３が位置する側を上側、その逆側を下側とする。
【００２６】
絶縁ケース３の上側底壁には、固定端子５が配置される一対の貫通孔７を、一対だけ上下方向に貫通形成している。貫通孔７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が段差上に係止した状態において、その一方の端部が絶縁ケース３内に突出し、他方の端部が絶縁ケース３外に突出する。
【００２７】
次いで、図１（ｄ）、（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２内に配置する。このとき、受け部材４の底壁が、絶縁ケース３の上側底壁に載置され、受け部材４の周壁が、金属ケース２の周壁に対して内側から当接する。そして、受け部材４の底壁に設けた一対の貫通孔８が、絶縁ケース３に設けた一対の貫通孔７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８の孔径と、絶縁ケース３側の貫通孔７の大径部分の孔径とは、略同一に設けている。
【００２８】
この状態において、金属ケース２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、ケースブロック１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する状態となり、この貫通孔６にそれぞれ固定端子５が配される。
【００２９】
次いで、図１（ｆ）に示すように、この貫通孔６内に、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硬化性樹脂を注入する。絶縁ケース３側の貫通孔７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しているので、注入された硬化性樹脂は、貫通孔７の大径部分と、受け部材の貫通孔８内に封入される。これにより、貫通孔６を塞ぐようにして第一の硬化性樹脂層３１ａが形成される。
【００３０】
次いで、図１（ｇ）に示すように、皿状をなす受け部材４の内底面上に、粘土フィルム１８を配置する。この粘土フィルム１８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り、このように配向された粘土粒子１９の層が、複数層重ねられている（図２参照）。
【００３１】
粘土フィルム１８は、一対の固定端子５と対応する箇所に、それぞれ貫通孔２０を有している。各貫通孔２０に固定端子５が貫通するように粘土フィルム１８を配置すると、この粘土フィルム１８によって、受け部材４の内底面の略全体が覆われる。これにより、粘土フィルム１８からなる粘土層３２が、第一の硬化性樹脂層３１ａに積層される。
【００３２】
なお、この粘土フィルム１８を作成するには、以下の方法が用いられる。即ち、例えば天然モンモリロナイト、合成サポナイト等の粘土材料に蒸留水を加え、テフロン(登録商標)回転子とともにプラスチック容器に入れて攪拌し、均一な粘土分散液を得る。この粘土分散液を、底面が平坦なトレイ上に注いで水平に静置することで、粘土粒子を沈積させる。そして、このトレイを水平に保った状態で、一定温度条件下で熱風乾燥させることで、薄膜状の粘土フィルム１８が得られる。この粘土フィルム１８は、前記の粘土結晶構造を有するので、ガスは図２中の矢印のように迂回をしないと透過することができず、ガス透過経路が長くなるので、ガスバリア性能が非常に高いものとなる。
【００３３】
次いで、図１（ｈ）に示すように、受け部材４に配された粘土フィルム１８上に、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硬化性樹脂を注入する。注入された硬化性樹脂は、受け部材４の略全体を埋めるように封入されることにより、第二の硬化性樹脂層３１ｂを形成する。
【００３４】
なお、硬化性樹脂層３１（本実施形態では、第一及び第二の硬化性樹脂層３１ａ，３１ｂ）を形成するための硬化性樹脂としては、エポキシ系接着剤を用いることが好適である。エポキシ系接着剤は耐熱性に優れているため、高温環境下での気密性に優れるとともに、粘土層３２との親和性も良好であるため、粘土層３２との間において高い密着強度も得られる。さらに、このエポキシ系接着剤の中に、無機質フィラーとして酸化アルミニウムを添加することも好適である。これによれば、硬化性樹脂層３１の耐熱性や気密性が一層向上する。酸化アルミニウムの粒径や添加量を調整することにより、エポキシ系接着剤の粘度を調整することもできる。
【００３５】
上記のようにして、本実施形態の樹脂封止部３０が形成される。この樹脂封止部３０は、第一の硬化性樹脂層３１ａ、粘土層３２及び第二の硬化性樹脂層３１ｂがこの順に積層された、三層の積層構造を有する。そして、この樹脂封止部３０により各固定端子５が固定され、各固定端子５の一方の端部が絶縁ケース３内にて封止空間Ｓ内に突出し、他方の端部がケースブロック１外に突出する。
【００３６】
ケースブロック１内の封止空間Ｓには、図示略のポートを通じて不活性ガスが封入され、この三層構造で形成される樹脂封止部３０によって、気密状態で封止される。ここでの不活性ガスとしては、水素ガスを用いる。
【００３７】
本実施形態においては、ガスバリア性の高い粘土層３２が硬化性樹脂層３１に積層されており、この粘土層３２と硬化性樹脂層３１の密着性も良好であるため、樹脂封止部３０は非常に気密性の高いものとなる。そのため、不活性ガスとして水素ガスを封入しても、これを気密性よく封止することができる。水素ガスが用いられることで、遮断時に生じるアークの冷却性能が向上し、３００Ｖ以上の高電圧領域であってもアークを瞬時に遮断させることが可能となる。
【００３８】
なお、本実施形態の直流遮断器では、金属ケース２と受け部材４をアルミニウムで成型し、陽極酸化処理によって、その外表面にアルマイト処理を施しておくことが好適である。アルマイト皮膜は多数の微細孔が形成された多孔質体となるので、この上から樹脂を封入することにより、アンカー効果によって樹脂との密着性が向上し、ひいてはガスバリア性が一層向上する。加えて、アルミニウムは加工性に優れるため、様々な構造を設計することも容易となる。
【００３９】
また、ケースブロック１を構成する受け部材４や金属ケース２の外表面に、さらにエッチング処理を施すことや、固定端子５の外表面にエッチング処理を施すことも好適である。エッチング処理により外表面を粗面化することで、アンカー効果によって硬化性樹脂層３１や粘土層３２との密着性が向上し、ひいてはガスバリア性が一層向上する。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。
【００４０】
また、固定端子５の材質として銅を用い、その表面にＮｉめっきを施すことも好適である。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めっきは特にエポキシ樹脂との間で密着性が高いので、固定端子５と硬化性樹脂層３１との間での密着性が向上し、ひいてはガスバリア性が一層向上する。
【００４１】
次に、本発明の実施形態２の直流遮断器について、図３に基づいて説明する。なお、本実施形態の構成のうち、前述した実施形態１と同様の構成については詳しい説明を省略し、本実施形態の特有の構成についてのみ以下に詳述する。
【００４２】
図３には、本発明の実施形態２の直流遮断器の組み立て工程を示している。図３（ｇ）等に示すように、本実施形態においても、封止空間Ｓ内を気密封止する樹脂封止部３０を、硬化性樹脂層３１と粘土層３２の積層構造によって形成している。しかし、本実施形態では、ペースト状の粘土をまず塗布して粘土層３２を形成し、その上に硬化性樹脂層３１を積層させている。
【００４３】
以下、図３に基づいて、本実施形態での組み立て工程を説明するが、図３（ａ）〜（ｅ）の工程については実施形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４４】
図３（ｆ）では、溶接にて金属ケース２に一体化させた受け部材４に対して、バインダーを添加することでペースト化した粘土材料を、一面に塗布する。塗布された粘土材料は、絶縁ケース３に形成される貫通孔７の大径部分から受け部材４の貫通孔８に至る部分と、皿状をなす受け部材４の内底面から内周面に至る部分と、各固定端子５の外周面のうちケースブロック１外に突出する部分の、全面に亘って塗布される。これにより、ガスバリア性の高い粘土層３２が、貫通孔６を塞ぐように広く形成される。
【００４５】
次いで、図３（ｇ）に示すように、この粘土層３２を覆い隠すように硬化性樹脂を注入し、硬化性樹脂層３１を形成する。この硬化性樹脂層３１は、その表面から一対の固定端子５の端部がそれぞれ突出するように、皿状を成す受け部材４内の略全体に充填される。
【００４６】
本実施形態においても、ケースブロック１内の封止空間Ｓには、水素ガスから成る不活性ガスが封入され、このペースト状の粘土材料を用いた樹脂封止部３０によって、気密状態で封止される。
【００４７】
本実施形態の直流遮断器においても、ケースブロック１を構成する受け部材４や金属ケース２の外表面に、さらにエッチング処理を施すことや、固定端子５の外表面にエッチング処理を施すことが好適である。エッチング処理により外表面を粗面化することで、アンカー効果により粘土層３２との密着性が向上し、ガスバリア性が一層向上する。
【００４８】
以上、実施形態に基づいて説明したように、本発明の直流遮断器は、固定端子５と、固定端子５が配置される貫通孔６を有し、且つ、内部の封止空間Ｓにて固定端子５の端面９を露出させるケースブロック１と、封止空間Ｓに配されて固定端子５の端面９に対して接離する可動端子１０と、封止空間Ｓに不活性ガスが封入された状態で貫通孔６を気密封止する樹脂封止部３０とを具備したものである。そして、樹脂封止部３０は、硬化性樹脂層３１と粘土層３２とが積層された積層構造から成る。
【００４９】
このように、不活性ガスを気密封止する樹脂封止部３０が、ガスバリア性の高い粘土層３２を積層したものとなっているので、不活性ガスとして分子サイズの小さいガスを用いても、これをより確実に気密封止することができる。そのため、分子サイズは小さいが熱伝導率の高い水素ガスを用いて、アークの冷却性能を向上させることが可能となり、ひいては、高電圧領域においてもアークを瞬時に遮断させることが可能となる。
【００５０】
また、同じく実施形態に基づいて説明したように、本発明の直流遮断器において、粘土層３２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。
【００５１】
このようにすることで、樹脂封止部３０を透過しようとするガスは、この樹脂封止部３０中に積層される粘土層３２にて粘土粒子間を迂回しながら通過することになり、ガスの透過経路が長くなることで、ガスバリア性能が一層向上する。
【００５２】
また、樹脂封止部３０は、ケースブロック１（実施形態ではケースブロック１の一部をなす受け部材４）の外表面から固定端子５の外表面にかけての領域上に形成される硬化性樹脂層３１と、硬化性樹脂層３１に積層される粘土層３２とを有することが好ましい。
【００５３】
このような積層構造によって、水素ガスからなる不活性ガスを気密封止することが可能となり、アークの冷却性能が向上する。
【００５４】
このとき、ケースブロック１は、少なくとも硬化性樹脂層３１が形成される部分（実施形態では受け部材４）が、アルミニウム製であり且つその外表面にアルマイト処理が施されたものであることが好ましい。
【００５５】
これにより、ケースブロック１の外表面にアルマイト皮膜を形成し、このアルマイト皮膜と硬化性樹脂層３１とをアンカー効果によって密着させることができる。そのため、樹脂封止部３０全体のガスバリア性が一層向上する。加えて、アルミニウムは加工性に優れるため、様々な構造を設計することも容易となる。
【００５６】
また、樹脂封止部３０は、ケースブロック１（実施形態では受け部材４）の外表面から固定端子５の外表面にかけての領域上にペースト状の粘土を塗布して形成される粘土層３２と、粘土層３２に積層される硬化性樹脂層３１とを有することも好ましい。
【００５７】
このような積層構造によっても、水素ガスからなる不活性ガスを気密封止することが可能となり、アークの冷却性能が向上する。
【００５８】
また、ケースブロック１と固定端子５の両方又は一方の外表面に、エッチング処理を施すことも好ましい。
【００５９】
これにより、ケースブロック１や固定端子５の外表面を粗面化することができ、アンカー効果によって硬化性樹脂層３１や粘土層３２との密着性を向上させ、樹脂封止部３０全体のガスバリア性を一層向上させることができる。
【００６０】
また、固定端子５は、銅の外表面にＮｉめっきを施したものであることも好ましい。
【００６１】
このように、固定端子５の材質として銅を用いることで、大電流での通電が可能となる。加えて、表面にＮｉめっきを施すことで、硬化性樹脂層３１（特にエポキシ樹脂）との密着性が向上し、ひいては樹脂封止部３０全体のガスバリア性が一層向上する。
【００６２】
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や、各例の構成を適宜組み合わせて適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  ケースブロック
５  固定端子
６  貫通孔
１０  可動端子
３０  樹脂封止部
３１  硬化性樹脂層
３２  粘土層
Ｓ  封止空間
【図１】
2013008531.tif 000003
【図２】
2013008531.tif 000004
【図３】
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【図４】
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