JP6684170B2 - 電気回路遮断装置 - Google Patents
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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1〜6)。
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1〜6)。
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。
本発明は、必要な強度を維持したままで全体を小型化することが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端部側向かって順に、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閉鎖された絶縁空間を有しており、
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して配置されており、
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対向して配置されており、
前記棒状発射体と前記ハウジング内壁面の間に金属からなるシリンダーが配置されており、
さらに前記シリンダーおよび前記絶縁空間の外側の前記ハウジング内部には補強用フレームが配置されているものである、電気回路遮断装置を提供する。
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して配置されており、
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対向して配置されており、
前記棒状発射体と前記ハウジング内壁面の間に金属からなるシリンダーが配置されており、
さらに前記シリンダーおよび前記絶縁空間の外側の前記ハウジング内部には補強用フレームが配置されているものである、電気回路遮断装置を提供する。
本発明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。
ハウジングは合成樹脂からなるものであり、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、シリンダー、導体片、補強用フレーム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、点火器、発射体、シリンダー、導体片、補強用フレーム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。
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。
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。
棒状発射体の先端部は、特許文献1、2の図1の34で示される矢尻形状のものでもよいし、特許文献3の図1のピストン6のような平坦面のものでもよい。
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。
棒状発射体の先端部は、特許文献1、2の図1の34で示される矢尻形状のものでもよいし、特許文献3の図1のピストン6のような平坦面のものでもよい。
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形状になっている。
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形状になっている。
ハウジングを補強するための金属からなるシリンダーは、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から選ばれるものを使用することができる。
ハウジング内壁面とシリンダーの外周面は、互いに接触していることが好ましい。
シリンダーの内周面と棒状発射体の外周面は、互いに接触していてもよいが、作動時に移動し易くするため、僅かな隙間が形成されて配置されていることが好ましい。
シリンダーの幅方向の断面形状と棒状発射体の断面形状は、同じであることが好ましいが、部分的に異なっていてもよい。
ハウジング内壁面とシリンダーの外周面は、互いに接触していることが好ましい。
シリンダーの内周面と棒状発射体の外周面は、互いに接触していてもよいが、作動時に移動し易くするため、僅かな隙間が形成されて配置されていることが好ましい。
シリンダーの幅方向の断面形状と棒状発射体の断面形状は、同じであることが好ましいが、部分的に異なっていてもよい。
本発明の電気回路遮断装置は、シリンダーの外側のハウジング内部に補強用フレームが配置されている。
補強用フレームは、樹脂ハウジング内に埋設されていてもよいし、一部または全部が樹脂ハウジングの表面に露出されていてもよい。
本発明の電気回路遮断装置を電気自動車の電気回路を遮断するための装置として使用する場合、前記電気回路に流れる電流は、例えばガソリン車のバッテリーに流れる電流と比べると過大である。
このため、電気回路遮断装置で使用する導体片もより大きなものとなり、前記装置に必要な強度および耐久性を付与しようとすると、樹脂ハウジング部分をより大きくする必要があり、装置自体が大型化してしまう。
しかし、本発明の電気回路遮断装置は、シリンダーの外側のハウジング内部に補強用フレームが配置され、十分な強度が付与されているため、樹脂ハウジングを大きくする必要がなくなり、全体を小型化することができる。
補強用フレームは、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選ばれるものからなるものを使用することができる。
補強用フレームは、樹脂ハウジング内に埋設されていてもよいし、一部または全部が樹脂ハウジングの表面に露出されていてもよい。
本発明の電気回路遮断装置を電気自動車の電気回路を遮断するための装置として使用する場合、前記電気回路に流れる電流は、例えばガソリン車のバッテリーに流れる電流と比べると過大である。
このため、電気回路遮断装置で使用する導体片もより大きなものとなり、前記装置に必要な強度および耐久性を付与しようとすると、樹脂ハウジング部分をより大きくする必要があり、装置自体が大型化してしまう。
しかし、本発明の電気回路遮断装置は、シリンダーの外側のハウジング内部に補強用フレームが配置され、十分な強度が付与されているため、樹脂ハウジングを大きくする必要がなくなり、全体を小型化することができる。
補強用フレームは、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選ばれるものからなるものを使用することができる。
本発明の装置では、点火器が作動すると発射体が軸方向に移動して、発射体の先端部が導体片の切断部に衝突して前記切断部を切断したあと、前記先端部と切断片は絶縁空間に入る。
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。
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。
本発明の電気回路遮断装置は、前記補強用フレームが、基板部と、前記基板部の長さ方向の両端側から同一方向に伸ばされた第1側板部と第2側板部を有する、平面形状が、四角形、U字形状またはそれに類似する形状のものであり、
前記補強用フレームが、前記基板部が第2端部側になり、前記第1側板部の先端部と前記第2側板部の先端部が第1端部側になり、前記絶縁空間と前記シリンダーに対して間隔をおいて外側から包囲するように配置されているものが好ましい。
前記補強用フレームが、前記基板部が第2端部側になり、前記第1側板部の先端部と前記第2側板部の先端部が第1端部側になり、前記絶縁空間と前記シリンダーに対して間隔をおいて外側から包囲するように配置されているものが好ましい。
補強用フレームは、板状の基板部、板状の第1側板部および板状の第2側板部を有している。
第1側板部と第2側板部は、基板部を挟んで対向されているものであり、それらの間隔は等間隔であるものが好ましい。
補強用フレームは、平面形状が、四角形、U字形状またはそれに類似する形状のものである。
四角形は、正方形、長方形が好ましく、角部が丸くなっている物も含まれる。なお、平面形状が四角形のものにするときは、他部材と交差する部分に貫通孔や幅方向への凹部を形成する。
U字形状に類似する形状は、角部分が曲面ではなく角張った面である形状(例えば、平面形状が四角形の三辺からなる形状)、第1側板部と第2側板部の間隔が先端部に向かって徐々に広くなっているもの、または第1側板部と第2側板部の間隔が先端部に向かって徐々に狭くなっているものなどである。
第1側板部と第2側板部は、基板部を挟んで対向されているものであり、それらの間隔は等間隔であるものが好ましい。
補強用フレームは、平面形状が、四角形、U字形状またはそれに類似する形状のものである。
四角形は、正方形、長方形が好ましく、角部が丸くなっている物も含まれる。なお、平面形状が四角形のものにするときは、他部材と交差する部分に貫通孔や幅方向への凹部を形成する。
U字形状に類似する形状は、角部分が曲面ではなく角張った面である形状(例えば、平面形状が四角形の三辺からなる形状)、第1側板部と第2側板部の間隔が先端部に向かって徐々に広くなっているもの、または第1側板部と第2側板部の間隔が先端部に向かって徐々に狭くなっているものなどである。
本発明の電気回路遮断装置は、前記補強用フレームが、基板部と、前記基板部の長さ方向の両端側から同一方向に伸ばされた第1側板部と第2側板部を有する、平面形状が、四角形、U字形状またはそれに類似する形状のものであり、
前記第1側板部が、前記基板部側から先端部までの間に幅が狭くなっている第1凹部を有し、前記第2側板部が、前記基板部側から先端部までの間に幅が狭くなっている第2凹部を有しており、前記第1凹部と前記第2凹部が、互いに対向する位置に形成されているものであり、
前記補強用フレームが、前記基板部が第2端部側になり、前記第1側板部の先端部と前記第2側板部の先端部が第1端部側になり、前記絶縁空間と前記シリンダーに対して間隔をおいて外側から包囲するように配置され、さらに前記導体片の第1接続部と第2接続部が前記第1凹部と前記第2凹部を横切るように配置されているものが好ましい。
前記第1側板部が、前記基板部側から先端部までの間に幅が狭くなっている第1凹部を有し、前記第2側板部が、前記基板部側から先端部までの間に幅が狭くなっている第2凹部を有しており、前記第1凹部と前記第2凹部が、互いに対向する位置に形成されているものであり、
前記補強用フレームが、前記基板部が第2端部側になり、前記第1側板部の先端部と前記第2側板部の先端部が第1端部側になり、前記絶縁空間と前記シリンダーに対して間隔をおいて外側から包囲するように配置され、さらに前記導体片の第1接続部と第2接続部が前記第1凹部と前記第2凹部を横切るように配置されているものが好ましい。
補強用フレームは、板状の基板部、板状の第1側板部および板状の第2側板部を有している。
第1側板部と第2側板部は、基板部を挟んで対向されているものであり、それらの間隔は等間隔であるものが好ましい。
補強用フレームは、平面形状が、四角形、U字形状またはそれに類似する形状のものである。
四角形は、正方形、長方形が好ましく、角部が丸くなっている物も含まれる。なお、平面形状が四角形のものにするときは、他部材と交差する部分に貫通孔や幅方向への凹部を形成する。
U字形状に類似する形状は、角部分が曲面ではなく角張った面である形状(例えば、平面形状が四角形の三辺からなる形状)、第1側板部と第2側板部の間隔が先端部に向かって徐々に広くなっているもの、または第1側板部と第2側板部の間隔が先端部に向かって徐々に狭くなっているものなどである。
第1側板部と第2側板部は、基板部を挟んで対向されているものであり、それらの間隔は等間隔であるものが好ましい。
補強用フレームは、平面形状が、四角形、U字形状またはそれに類似する形状のものである。
四角形は、正方形、長方形が好ましく、角部が丸くなっている物も含まれる。なお、平面形状が四角形のものにするときは、他部材と交差する部分に貫通孔や幅方向への凹部を形成する。
U字形状に類似する形状は、角部分が曲面ではなく角張った面である形状(例えば、平面形状が四角形の三辺からなる形状)、第1側板部と第2側板部の間隔が先端部に向かって徐々に広くなっているもの、または第1側板部と第2側板部の間隔が先端部に向かって徐々に狭くなっているものなどである。
第1側板部の第1凹部は、第1側板部の一部が長方形または半楕円形(楕円形が長軸方向に半分に分割された形状)などの形状に切り取られた部分である。
第1凹部は、第1側板部の長さ方向の中間位置を含む部分に形成されていることが好ましい。
第2側板部の第2凹部は、第2側板部の一部が長方形または半楕円形(楕円形が長軸方向に半分に分割された形状)などの形状に切り取られた部分である。
第2凹部は、第2側板部の長さ方向の中間位置を含む部分に形成されていることが好ましい。
第1凹部は、第1側板部の長さ方向の中間位置を含む部分に形成されていることが好ましい。
第2側板部の第2凹部は、第2側板部の一部が長方形または半楕円形(楕円形が長軸方向に半分に分割された形状)などの形状に切り取られた部分である。
第2凹部は、第2側板部の長さ方向の中間位置を含む部分に形成されていることが好ましい。
導体片は、第1側板部と第2側板部を横切るように配置されるが、このとき導体片と第1側板部、第2側板部が接触しないようにするためには、第1側板部の幅と第2側板部の幅を狭くする必要がある。
このように第1側板部の幅と第2側板部の幅を狭くすると、補強用フレーム自体の補強効果が低下してしまう。
第1凹部を有する第1側板部と第2凹部を有する第2側板部を使用して、導体片が第1凹部と第2凹部を横切るように配置すると、導体片と第1側板部と第2側板部が接触することがなくなる上、第1側板部の第1凹部を除いた部分の幅を広くすることができ、第2側板部の第2凹部を除いた部分の幅を広くすることができるため、補強用フレーム自体の補強効果の低下も小さくできる。
このように第1側板部の幅と第2側板部の幅を狭くすると、補強用フレーム自体の補強効果が低下してしまう。
第1凹部を有する第1側板部と第2凹部を有する第2側板部を使用して、導体片が第1凹部と第2凹部を横切るように配置すると、導体片と第1側板部と第2側板部が接触することがなくなる上、第1側板部の第1凹部を除いた部分の幅を広くすることができ、第2側板部の第2凹部を除いた部分の幅を広くすることができるため、補強用フレーム自体の補強効果の低下も小さくできる。
本発明の電気回路遮断装置は、前記補強用フレームが、前記第1側板部の第1凹部を除いた部分と前記第2側板部の第2凹部を除いた部分に厚さ方向に貫通された穴を有しているものが好ましい。
第1側板部の第1凹部を除いた部分と第2側板部の第2凹部を除いた部分は、いずれも幅が広くなっているため、そこに貫通穴を形成することで、補強用フレーム自体の強度を低下させることなく、軽量化することができる。
穴形状は特に制限されるものではないが、角部からクラックが入ることを防止するため、内周が曲線からなる円形、楕円形が好ましい。
第1側板部の第1凹部を除いた部分と第2側板部の第2凹部を除いた部分は、いずれも幅が広くなっているため、そこに貫通穴を形成することで、補強用フレーム自体の強度を低下させることなく、軽量化することができる。
穴形状は特に制限されるものではないが、角部からクラックが入ることを防止するため、内周が曲線からなる円形、楕円形が好ましい。
本発明の電気回路遮断装置は、前記導体片の切断部が、第1端部側の面と第2端部側の面の少なくとも一方に脆弱部を有しているものが好ましい。
導体片の切断部が脆弱部を有していると、作動時に発射体により破壊され易くなるので好ましい。
脆弱部は、溝、傷、薄肉部分などである。
導体片の切断部が脆弱部を有していると、作動時に発射体により破壊され易くなるので好ましい。
脆弱部は、溝、傷、薄肉部分などである。
本発明の電気回路遮断装置は、前記導体片の切断部が、第1端部側の第1面に第1脆弱部を有し、第2端部側の第2面に第2脆弱部を有しているものであり、
前記第1脆弱部を有する第1面と前記第2脆弱部を有する第2面が、前記第2面の強度の方が小さくなっているものが好ましい。
前記第1脆弱部を有する第1面と前記第2脆弱部を有する第2面が、前記第2面の強度の方が小さくなっているものが好ましい。
導体片の両面側に脆弱部を有していると、作動時に発射体により破壊され易くなるので好ましい。
但し、導体片の両面側に脆弱部を有していると導体片自体の強度が低下するため、第1面の第1脆弱部と第2面の第2脆弱部の強度に差を付けることで、導体片自体の強度を確保した上で、破壊されやすくすることが好ましい。
例えば、脆弱部が溝である場合は、第1脆弱部の溝深さを第2脆弱部の溝深さよりも浅くしたり、第1脆弱部の溝幅を第2脆弱部の溝幅よりも狭くしたりすることで、強度を調整することができる。
但し、導体片の両面側に脆弱部を有していると導体片自体の強度が低下するため、第1面の第1脆弱部と第2面の第2脆弱部の強度に差を付けることで、導体片自体の強度を確保した上で、破壊されやすくすることが好ましい。
例えば、脆弱部が溝である場合は、第1脆弱部の溝深さを第2脆弱部の溝深さよりも浅くしたり、第1脆弱部の溝幅を第2脆弱部の溝幅よりも狭くしたりすることで、強度を調整することができる。
本発明の電気回路遮断装置は、合成樹脂からなるハウジング内に補強用プレートが配置されて補強されているため、必要な強度を維持したままで前記ハウジングの肉厚を小さくして、装置全体を小型化することができる。
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近くまでに形成された、第2端部12側が閉塞された筒状空間13を有している。筒状空間13は、第2端部12側が閉塞されずに貫通されている形態でもよい。
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。
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近くまでに形成された、第2端部12側が閉塞された筒状空間13を有している。筒状空間13は、第2端部12側が閉塞されずに貫通されている形態でもよい。
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。
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。
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。先端拡径部42の外径は、ロッド部41の外径よりも大きくなっている。
ロッド部41の幅方向の断面形状は円形であり、先端拡径部42の幅方向の断面形状は四角形(好ましくは正方形)または円形であるが、正方形がより好ましい。
ロッド部41は、一部の外径が小さくなったくびれ部43を有しており、くびれ部43には、ゴム(例えばシリコーンゴム)や合成樹脂からなるOリング44が嵌め込まれている。
ロッド部41の外径とOリング44が嵌め込まれた部分の外径は、Oリング44が嵌め込まれた部分の外径の方が僅かに大きくなっている。
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。先端拡径部42の外径は、ロッド部41の外径よりも大きくなっている。
ロッド部41の幅方向の断面形状は円形であり、先端拡径部42の幅方向の断面形状は四角形(好ましくは正方形)または円形であるが、正方形がより好ましい。
ロッド部41は、一部の外径が小さくなったくびれ部43を有しており、くびれ部43には、ゴム(例えばシリコーンゴム)や合成樹脂からなるOリング44が嵌め込まれている。
ロッド部41の外径とOリング44が嵌め込まれた部分の外径は、Oリング44が嵌め込まれた部分の外径の方が僅かに大きくなっている。
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選ばれるもの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、外表面30aが筒状空間13の内壁面13aと接触して配置されている。
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。このとき、発射体40のくびれ部43に嵌め込まれたOリング44はシリンダー30の内周面30bに接触しているが、ロッド部41の外表面とシリンダー30の内表面30bは接触していてもよいし、接触していなくてもよい。
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。
なお、シリンダー30の外表面30aに爪部を形成し、半径方向に対向するハウジング10の内壁面(筒状空間13の内壁面13a)に前記爪部に対応する凹部を形成しておき、取り付け時には前記爪部を前記凹部に嵌め込むようにして、シリンダー30が軸方向に移動しないように固定することもできる。
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、外表面30aが筒状空間13の内壁面13aと接触して配置されている。
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。このとき、発射体40のくびれ部43に嵌め込まれたOリング44はシリンダー30の内周面30bに接触しているが、ロッド部41の外表面とシリンダー30の内表面30bは接触していてもよいし、接触していなくてもよい。
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。
なお、シリンダー30の外表面30aに爪部を形成し、半径方向に対向するハウジング10の内壁面(筒状空間13の内壁面13a)に前記爪部に対応する凹部を形成しておき、取り付け時には前記爪部を前記凹部に嵌め込むようにして、シリンダー30が軸方向に移動しないように固定することもできる。
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、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。
図2(a)に示すとおり、切断部53は、第1端部11側の第1面54に形成された2本の第1脆弱部54a、54bを有し、第2端部12側の第2面55に形成された2本の第2脆弱部55a、55bを有している。
第1脆弱部54a、54bは、切断部53の幅方向に形成された同じ深さ、同じ幅、同じ長さの溝である。
第2脆弱部55a、55bは、切断部53の幅方向に形成された同じ深さ、同じ幅、同じ長さの溝である。
第1脆弱部54a、54bの溝幅は、第2脆弱部55a、55bの溝幅よりも狭くなっているため、第1面54の強度よりも第2面55の強度の方が小さくなっている。
第1脆弱部54a、54bと第2脆弱部55a、55bは、それぞれが切断部53の厚さ方向に対向する位置に形成されており、第1脆弱部54aの中心軸(溝幅の中間位置)と第2脆弱部55aの中心軸(溝幅の中間位置)が一致しており、第1脆弱部54bの中心軸(溝幅の中間位置)と第2脆弱部55bの中心軸(溝幅の中間位置)が一致している。
図2(b)に示すとおり、第1脆弱部54aの中心軸と第1脆弱部54bの中心軸の間の長さ(L1)と、発射体40の先端拡径部42の長さ(先端拡径部42が正方形のときは一辺の長さ)(L2)は同じ(L1=L2)である。
第1脆弱部54a、54bは、切断部53の幅方向に形成された同じ深さ、同じ幅、同じ長さの溝である。
第2脆弱部55a、55bは、切断部53の幅方向に形成された同じ深さ、同じ幅、同じ長さの溝である。
第1脆弱部54a、54bの溝幅は、第2脆弱部55a、55bの溝幅よりも狭くなっているため、第1面54の強度よりも第2面55の強度の方が小さくなっている。
第1脆弱部54a、54bと第2脆弱部55a、55bは、それぞれが切断部53の厚さ方向に対向する位置に形成されており、第1脆弱部54aの中心軸(溝幅の中間位置)と第2脆弱部55aの中心軸(溝幅の中間位置)が一致しており、第1脆弱部54bの中心軸(溝幅の中間位置)と第2脆弱部55bの中心軸(溝幅の中間位置)が一致している。
図2(b)に示すとおり、第1脆弱部54aの中心軸と第1脆弱部54bの中心軸の間の長さ(L1)と、発射体40の先端拡径部42の長さ(先端拡径部42が正方形のときは一辺の長さ)(L2)は同じ(L1=L2)である。
2つの第1接続部51の穴51aと第2接続部52の穴52a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る。
図1に示す導体片50は、切断部53の面と第1接続部51、第2接続部52の面は互いに直交するように形成されているが、切断部53の面と第1接続部51、第2接続部52の面が同一面を形成しているものでもよい。
また導体片50は、ハウジング10の取り付け部55の形状および構造に応じて、第1接続部51の切断部53寄りの部分と第2接続部52の切断部53寄りの部分が、それぞれ厚さ方向に変形されたものでもよい。
図1に示す導体片50は、切断部53の面と第1接続部51、第2接続部52の面は互いに直交するように形成されているが、切断部53の面と第1接続部51、第2接続部52の面が同一面を形成しているものでもよい。
また導体片50は、ハウジング10の取り付け部55の形状および構造に応じて、第1接続部51の切断部53寄りの部分と第2接続部52の切断部53寄りの部分が、それぞれ厚さ方向に変形されたものでもよい。
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。
また、発射体40の先端拡径部42の幅方向の断面形状が正方形であるとき、1辺の長さL1と導体片50の切断部53の幅(W1)は、L1≧W1の関係を満たしていることが好ましく、L1/W1=1.0〜1.2の範囲がより好ましい。
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。
また、発射体40の先端拡径部42の幅方向の断面形状が正方形であるとき、1辺の長さL1と導体片50の切断部53の幅(W1)は、L1≧W1の関係を満たしていることが好ましく、L1/W1=1.0〜1.2の範囲がより好ましい。
導体片50とハウジングの第2端部12の間には、一面が開口した箱形状のストッパ60が、開口部側が導体片50側になるように配置されている。
箱形状のストッパ60は電気絶縁性がある材料からなるものであり、例えば、合成樹脂、ゴム、セラミックスからなるものであり、内部は絶縁空間61になっている。
箱形状のストッパ60の開口部の角部62は、第2脆弱部55a、55bの中心軸(溝幅の中間位置)よりも外側に位置している。
作動時において、発射体40の先端拡径部42が軸方向に移動して、導体片50の切断部53を切断した後、先端拡径部42と切断部53の切断片が絶縁空間61内に入り込むことで、切断部53の切断による電気回路の遮断が実施される。
箱形状のストッパ60は電気絶縁性がある材料からなるものであり、例えば、合成樹脂、ゴム、セラミックスからなるものであり、内部は絶縁空間61になっている。
箱形状のストッパ60の開口部の角部62は、第2脆弱部55a、55bの中心軸(溝幅の中間位置)よりも外側に位置している。
作動時において、発射体40の先端拡径部42が軸方向に移動して、導体片50の切断部53を切断した後、先端拡径部42と切断部53の切断片が絶縁空間61内に入り込むことで、切断部53の切断による電気回路の遮断が実施される。
図1の電気回路遮断装置1は、シリンダー30の外側の樹脂ハウジング10内部にステンレス製の補強用フレーム70が配置されている。
図1、図3に示すとおり、補強用フレーム70は、基板部71と、基板部71の長さ方向の両端側から同一方向に伸ばされた第1側板部72と第2側板部73を有している、平面形状がU字形状のものである。
第1側板部72は、基板部71側から先端部72aまでの間に幅が狭くなっている第1凹部72bを有している。
第2側板部73は、基板部71側から先端部73aまでの間に幅が狭くなっている第2凹部73bを有している。
第1凹部72bと第2凹部73bは、同じ幅と同じ長さの凹部(第1側板部72と第2側板部73が切り取られたような部分)であり、それぞれが対向する位置に形成されている。
第1側板部72の第1凹部72bを除いた部分(第1凹部72bの長さ方向の両側部分)には、補強用フレーム70の強度を低下させずに軽量化するため、円形の二つの貫通孔74a、74bが形成されている。
第2側板部73の第2凹部73bを除いた部分(第2凹部73bの長さ方向の両側部分)には、補強用フレーム70の強度を低下させずに軽量化するためと、射出成形時における溶融樹脂の流路を確保するため、円形の二つの貫通孔75a、75bが形成されている。
補強用フレーム70は、全体が樹脂ハウジング10内に埋め込まれた状態でもよいし、第1側板部72の両側面76a、76bと第2側板部73の両側面77a、77b、基板部71の両側面78a、78bの一部または全部が露出された状態でもよい。
図1、図3に示すとおり、補強用フレーム70は、基板部71と、基板部71の長さ方向の両端側から同一方向に伸ばされた第1側板部72と第2側板部73を有している、平面形状がU字形状のものである。
第1側板部72は、基板部71側から先端部72aまでの間に幅が狭くなっている第1凹部72bを有している。
第2側板部73は、基板部71側から先端部73aまでの間に幅が狭くなっている第2凹部73bを有している。
第1凹部72bと第2凹部73bは、同じ幅と同じ長さの凹部(第1側板部72と第2側板部73が切り取られたような部分)であり、それぞれが対向する位置に形成されている。
第1側板部72の第1凹部72bを除いた部分(第1凹部72bの長さ方向の両側部分)には、補強用フレーム70の強度を低下させずに軽量化するため、円形の二つの貫通孔74a、74bが形成されている。
第2側板部73の第2凹部73bを除いた部分(第2凹部73bの長さ方向の両側部分)には、補強用フレーム70の強度を低下させずに軽量化するためと、射出成形時における溶融樹脂の流路を確保するため、円形の二つの貫通孔75a、75bが形成されている。
補強用フレーム70は、全体が樹脂ハウジング10内に埋め込まれた状態でもよいし、第1側板部72の両側面76a、76bと第2側板部73の両側面77a、77b、基板部71の両側面78a、78bの一部または全部が露出された状態でもよい。
補強用フレーム70は、基板部71が第2端部12側になり、第1側板部72の先端部72aと第2側板部73の先端部73aが第1端部11側になり、箱形状のストッパ60(絶縁空間61)とシリンダー30に対して間隔をおいて外側から包囲するように配置されている。
さらに補強用フレーム70は、導体片50の第1接続部51と第2接続部52が第1凹部72bと第2凹部73bを横切るように配置されている。このため、導体片50の第1接続部51、第2接続部52と、補強用フレーム70の第1側板部72、第2側板部73は接触していない。
なお、導体片50と補強用フレーム70を含めた部品の形状を調整することで、補強用フレーム70として第1凹部72bと第2凹部73bがないものを使用することができる。
さらに補強用フレーム70は、導体片50の第1接続部51と第2接続部52が第1凹部72bと第2凹部73bを横切るように配置されている。このため、導体片50の第1接続部51、第2接続部52と、補強用フレーム70の第1側板部72、第2側板部73は接触していない。
なお、導体片50と補強用フレーム70を含めた部品の形状を調整することで、補強用フレーム70として第1凹部72bと第2凹部73bがないものを使用することができる。
図1に示す電気回路遮断装置1の組み立て方法は、次のとおりである。
ハウジング10は、金型内にシリンダー30と補強用フレーム70とをおいた状態で射出成形(インサート成形)することで製造する。この段階では、箱形状のストッパ60と導体片50は外側から嵌め込めるようになっている。
発射体40は、箱形状のストッパ60を嵌め込む前にシリンダー30内に圧入して取り付ける。
その後、箱形状のストッパ60と導体片50を嵌め込んで電気回路遮断装置1を組み立てる。
ハウジング10は、金型内にシリンダー30と補強用フレーム70とをおいた状態で射出成形(インサート成形)することで製造する。この段階では、箱形状のストッパ60と導体片50は外側から嵌め込めるようになっている。
発射体40は、箱形状のストッパ60を嵌め込む前にシリンダー30内に圧入して取り付ける。
その後、箱形状のストッパ60と導体片50を嵌め込んで電気回路遮断装置1を組み立てる。
図1に示す電気回路遮断装置1は、ハウジング10の内部に金属製のシリンダー30と補強用フレーム70が配置されて樹脂ハウジング10が補強されているため、樹脂ハウジング10の肉厚を小さくすることができ、装置自体を小型化することができる。
図1に示す電気回路遮断装置1は、シリンダー30を使用しない場合と比べると、ハウジング10の幅肉厚を約30〜80%小さくすることができる。
図1に示す電気回路遮断装置1は、シリンダー30を使用しない場合と比べると、ハウジング10の幅肉厚を約30〜80%小さくすることができる。
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。
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から燃焼ガスを含む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、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内を移動して発射体40と衝突し、筒状空間13の内壁面13a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。
さらに樹脂ハウジング10には補強用フレーム70が配置されているため、作動時の内側からの圧力に対する耐性が向上されているほか、長期間(電気自動車の耐用年数)の耐久性も向上されている。
このようにシリンダー30と補強用フレーム70を有しているため、樹脂ハウジング10の肉厚を小さくすることができ、装置1自体を小型化することができるようになる。
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から燃焼ガスを含む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、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内を移動して発射体40と衝突し、筒状空間13の内壁面13a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。
さらに樹脂ハウジング10には補強用フレーム70が配置されているため、作動時の内側からの圧力に対する耐性が向上されているほか、長期間(電気自動車の耐用年数)の耐久性も向上されている。
このようにシリンダー30と補強用フレーム70を有しているため、樹脂ハウジング10の肉厚を小さくすることができ、装置1自体を小型化することができるようになる。
燃焼生成物による圧力を受けた発射体40は、軸方向に移動して先端拡径部42により導体片50の切断部53を切断する。
その後、図4に示すとおり、先端拡径部42と切断部53の切断片50aが絶縁空間61内に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。
その後、図4に示すとおり、先端拡径部42と切断部53の切断片50aが絶縁空間61内に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。
本発明の電気回路遮断装置は、各種電気回路に配置することができ、特に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、発電所、太陽光発電装置、各種工場における分電盤、産業用リチウムイオン電池、産業用鉛蓄電池などの産業用電池を使用した定置型電池として適している。
1 電気回路遮断装置
10 ハウジング
20 点火器
30 シリンダー
40 発射体
41 ロッド部
42 先端拡径部
50 導体片
51 第1接続部
52 第2接続部
53 切断部
54a、54b 第1脆弱部
55a、55b 第2脆弱部
70 補強用フレーム
71 基板部
72 第1側板部
72b 第1凹部
73 第2側板部
73b 第2凹部
10 ハウジング
20 点火器
30 シリンダー
40 発射体
41 ロッド部
42 先端拡径部
50 導体片
51 第1接続部
52 第2接続部
53 切断部
54a、54b 第1脆弱部
55a、55b 第2脆弱部
70 補強用フレーム
71 基板部
72 第1側板部
72b 第1凹部
73 第2側板部
73b 第2凹部
Claims (7)
- 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端部側向かって順に、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閉鎖された絶縁空間を有しており、
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して配置されており、
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対向して配置されており、
前記棒状発射体と前記ハウジング内壁面の間に金属からなるシリンダーが配置されており、
さらに前記シリンダーおよび前記絶縁空間の外側の前記ハウジング内部に補強用フレームが配置されているものである、電気回路遮断装置。 - 前記補強用フレームが、基板部と、前記基板部の長さ方向の両端側から同一方向に伸ばされた第1側板部と第2側板部を有する、平面形状が、四角形、U字形状またはそれに類似する形状のものであり、
前記補強用フレームが、前記基板部が前記ハウジングの第2端部側になり、前記第1側板部の先端部と前記第2側板部の先端部が前記ハウジングの第1端部側になり、前記絶縁空間と前記シリンダーに対して間隔をおいて外側から包囲するように配置されているものである、請求項1記載の電気回路遮断装置。 - 前記補強用フレームが、
基板部と、前記基板部の長さ方向の両端側から同一方向に伸ばされた第1側板部と第2側板部を有する、平面形状が、四角形、U字形状またはそれに類似する形状のものであり、
前記第1側板部が、前記基板部側から先端部までの間に幅が狭くなっている第1凹部を有し、前記第2側板部が、前記基板部側から先端部までの間に幅が狭くなっている第2凹部を有しており、前記第1凹部と前記第2凹部が、互いに対向する位置に形成されているものであり、
前記補強用フレームが、前記基板部が前記ハウジングの第2端部側になり、前記第1側板部の先端部と前記第2側板部の先端部が前記ハウジングの第1端部側になり、前記絶縁空間と前記シリンダーに対して間隔をおいて外側から包囲するように配置され、さらに前記導体片の第1接続部と第2接続部が前記第1凹部と前記第2凹部を横切るように配置されているものである、請求項1記載の電気回路遮断装置。 - 前記補強用フレームが、前記第1側板部の第1凹部を除いた部分と前記第2側板部の第2凹部を除いた部分に厚さ方向に貫通された穴を有しているものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気回路遮断装置。
- 前記補強用フレームおよび前記シリンダーが、ステンレス、アルミニウム、炭素繊維強化樹脂から選ばれるものからなるものである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電気回路遮断装置。
- 前記導体片の切断部が、前記ハウジングの第1端部側の第1面と前記ハウジングの第2端部側の第2面の少なくとも一方に脆弱部を有しているものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電流回路遮断装置。
- 前記導体片の切断部が、前記ハウジングの第1端部側の第1面に第1脆弱部を有し、前記ハウジングの第2端部側の第2面に第2脆弱部を有しているものであり、
前記第1脆弱部を有する第1面と前記第2脆弱部を有する第2面が、前記第2面の強度の方が小さくなっているものである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電流回路遮断装置。
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