JP2005277161A

JP2005277161A - 避雷器

Info

Publication number: JP2005277161A
Application number: JP2004089420A
Authority: JP
Inventors: Kazukiyo Takano; 和潔高野; Tsutomu Sato; 勉佐藤
Original assignee: Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electronic Industries Co Ltd
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2005-10-06

Abstract

【課題】
避雷器の部品の製造誤差、線膨張の時間的差違等に起因する歪を吸収し、しかも、避雷素子を固定するための接着剤を不要にして接着剤による問題を解決し、組立性の向上を図った避雷器を提供する。
【解決手段】
絶縁円筒の内壁に形成された凹部に、複数の避雷素子の長手方向の端部を位置決めしながら、これら避雷素子の外側面が接するように並べて配置し、これら避雷素子に接触して絶縁円筒の両側に電極板を配置して固定した避雷器である。
【選択図】図1

Description

本発明は電力線、あるいは通信線に乗る雷サージ電圧を分流させる避雷器の改良に関する。

電源線或いは通信線にのる雷サージによる高電圧を放電させて電子機器等の雷害を防止するために、避雷器が使用されている。避雷器は、それを外部回路に接続するために、少なくとも2本リード線または電極板と、放電素子と、これら放電素子を絶縁して組付けるための、絶縁円筒が必要である。一般的には、外部回路に接続する2つの電極板が絶縁円筒の両端にあり、絶縁円筒内に両電極板に電気的に接続して放電素子が配置される。場合によっては、内部に絶縁ガスとして不活性ガスが封入されたり、電極活性化コンパウンドが封入されるものがある。

避雷器に関する技術としては、例えば雷サージを放電させるための電極形状に関するもの（USP4266260（特許文献1））や、その性能を安定化させるために、電極間に充填するガスや点弧特性を安定させるための電極活性化コンパウンド等に関するもの（特表平11-506262公報（特許文献2））等が知られている。

ところで、避雷器には、雷サージ電流として数千アンペアから数万アンペアの大電流が短時間に繰返して流れる。この大電流によって急激な温度上昇が発生し、いろいろな問題が生ずる。例えば、避雷器の構成部品間の電気的接続にロウ付けが用いられているが、このロウ付けが破損するという問題がある。また電極板、放電素子、絶縁円筒に使用される材料の熱膨張係数の違いにより歪が発生して部品が破損したり、性能の再現性に支障をきたすことがある。

これらの問題に対して、特公平7-118361号（特許文献3）に開示されたモリブデン避雷器は、放電極間容量が小さく、構造が簡単であり、一部に改良が加えられている。
UPS4266260号明細書特表平11-506262号公報特公平7-118361号公報

従来のモリブデン避雷器は、図9に示すように、円柱形金属素子に絶縁酸化皮膜を形成した避雷素子3（複数の避雷素子3-1〜3-4）を、絶縁円筒2内に片側に寄せて積み上げ、接着剤6で固定していた。そして絶縁円筒2の両端に電極板1を避雷素子に接触させて取付けていた。

ここで、磁気で構成される絶縁円筒2の内円直径を避雷素子3の長さより大きくし、絶縁円筒2内の片側に寄せて、積み上げる理由は、絶縁円筒の製造過程で生ずる乾燥収縮、焼結時の収縮、避雷素子製造過程で生ずる製造誤差（バラツキ）で生じる問題の回避、及び避雷素子に雷サージ電流が流れたときの温度上昇による避雷素子3の膨張に起因する絶縁円筒2の破損を回避するためである。接着剤6は、避雷素子3を積み上げる際にそれらが転げて落下するのを防ぐため、及びその積み上げ構造を保つために使用している。

このように避雷素子の固定に接着剤を使用する避雷器の製造は大変工数の掛かる作業となり、また高温に耐える接着剤の必要性から高価な接着剤を使用せざるを得ず、そのために避雷器の製造コストが高くなる。さらに接着剤を使用すると、それが避雷素子の部品間に入り込み、接触性を悪くする。また、接着剤の組成が避雷素子の動作、即ち雷サージ電圧による絶縁破壊を生じ、雷サージ電流が流れ、その後、絶縁力を回復し、電流を遮断する一連の特性に影響を与えることもある。

また、電子機器における雷害に関して、通信線、アンテナ回路のような弱電回路を保護しようとすれば、例えば300ボルト以下の低電圧で動作する避雷器が必要となる。しかし、従来の避雷器の放電電極の形状では、電極間の放電ギャップが小さくなり、そのために性能が不安定になる。また電極間の放電ギャップが小さなると、電極間で形成されるコンデンサー容量が大きくなり、高い周波数で使用される電子機器の構成上、障害となることがある。そのために、容量成分の小さい避雷器が求められている。

また、避雷器の組立精度や構成部品のばらつきが、その性能に重要な影響を与える。性能の安定化のために、精度の高い部品および安定した組立が出来る避雷器の構造が望まれている。

本発明の目的は、避雷器の部品の製造誤差、発熱による線膨張の時間的差違等に起因する歪を吸収できる避雷器の構造を提供することにある。本発明の他の目的は、避雷素子を固定するための接着剤を不要として、接着剤による問題を解決し、かつ組立性の向上を図った避雷器を提供することにある。更に本発明の目的は、異なる放電開始電圧の要求に容易に対応できる避雷器を得ることにある。

本発明は、絶縁円筒の内壁に形成されたガイド部に、避雷素子の長手方向の端部を位置決めして配置し、避雷素子に接触して絶縁円筒の両側に電極板を固定した避雷器である。上記ガイド部は、好ましくは、絶縁円筒の直径方向に対向する内壁に形成され、避雷素子の先端部とガイド部の凹壁面には隙間が確保されるように、避雷素子が配置される。

本発明は、また上記避雷素子の配置に関して、金属表面に電気的絶縁性酸化皮膜を形成した、複数の円柱形避雷素子が、お互いにその外側面を接触して並べられ、全ての避雷素子の長手方向の端部がガイド凹部に収容されている。

更に、上記絶縁円筒内に配置される避雷素子の数は、放電開始電圧により変更可能である。
本発明の別の実施例としては、絶縁円筒に代えて箱状絶縁容器を用いる。箱状絶縁容器は5面を有し、容器内寸法は深さを避雷素子直径寸法とし、幅方向は避雷素子長さ寸法とし、長さ方向は2つの電極板と並べて配置する避雷素子直径の和の寸法とし、その絶縁容器底面の内側に避雷素子の長さより狭い幅の凹状の溝を長さ方向に設ける。凹状の溝の向きに直角に避雷素子を寝かせて配置すると共に、避雷素子に接触して配置される電極板であって、電極板の一部を端子として絶縁容器のある面から外部に出るように実装し、避雷素子を抑えるように絶縁容器に絶縁蓋を固定した避雷器である。

上記絶縁容器は、好ましくは箱状絶縁容器であり、箱状容器の底面部に凹部が形成され、かつ電極板の一部は底面部から外部に端子として導出する。また、他の例では、上記電極板は、絶縁容器の絶縁蓋面から外部に端子として導出するように配置される。
端子は外部回路に接続しやすい任意の形にすることができる。

好ましい例では、避雷素子として、金属表面に電気的絶縁性酸化皮膜を形成した複数の円柱形避雷素子が、その直径部を絶縁容器の深さ方向で規制され底面の凹状の溝に対して直角方向に並べて配置され、両端に配置された避雷素子の側部に、その一部が接触するように前記電極板が配置される。尚、凹状の溝は避雷素子の種類によっては無くてもよい。絶縁容器は絶縁特性の良い材料で、磁気材料等を使用することができる。

本発明によれば、避雷器の部品の製造誤差、線膨張の時間的差違等に起因する歪が吸収される。また、避雷素子を固定するための従来のような接着剤を不要となるので、製造コストが低減でき、かつ避雷器の組立性が向上する。

更に、避雷器に積み重ねられる避雷素子の数を適宜変えることにより、放電開始電圧の大小に応じた避雷器をえることができる。また、避雷器から突出する端子により避雷器を簡単に基板に取付けることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図1は、一実施例による避雷器の構成を示す図であり、(a)は横断面図、(b)はA-A縦断面図、(c)はB-B縦断面図である。

絶縁円筒2の内壁の対向する位置には、避雷素子3の両端を保持するためのスリット4が絶縁円筒2の高さ方向に形成される。

避雷素子3は、部材の金属表面に電気的絶縁性酸化皮膜が形成された円柱形の素子であり、その素子の長さは絶縁円筒2の筒内円直径dより長く、その両端がスリット4に挿入されて、スリット4の側壁をガイドとして支持される。

避雷素子の形状は図6に示すように両端を垂直に切った円柱状(a)のほか両方から角度をもって切り尖らせたもの(b)、円錐状に尖らせたもの(c)がある。(b)(c)の形状に合わせた絶縁円筒のスリット状のガイド形状は自ずと変わり、図7の(c)に示す形状となる。ガイド形状は図7(b)で示すように絶縁円筒の内円直径より外れた位置であってもよいし、スリット状凹の代りに2本の平行な凸を設けてガイド(a)としてもよい。

避雷素子3は融点が高く、絶縁皮膜特性が安定している周期律表の6A族のモリブデン(Mo)、タングステン(W)を使用するが、その線膨張係数はモリブデン(Mo)が3.7〜5.3×（10のマイナス6乗）であり、タングステン(W)が4.5×（10のマイナス6乗）である。絶縁円筒2、絶縁容器12（図3）を磁器で構成すると磁器の線膨張係数は2〜8×（10のマイナス6乗）である。この混合素材を調整することにより線膨張係数を避雷素子と合わせることが出来る。

避雷器の組立てに際しては、複数本の避雷素子3-1、3-2、3-3、3-4を順にスリット4に案内されるようにして、絶縁円筒2の中に重ねて配置する。この場合、避雷素子3-1〜3-4の外周面の相互が接触するように縦方向に積み上げられて配置される。この避雷素子3-1〜3-4を挟んで絶縁円筒2の上下から金属性の電極板1を避雷素子3の上面、下面に接触するよう配置する。この両端の電極板1から保護する外部回路に接続される。

電極板は絶縁円筒の円筒端部を蓋する円板部の下に内向きに避雷素子に接触する面を有する凸部を持ち、凸部の周囲は絶縁円筒内周に固定するため、円筒内周及びガイドスリット部と線接触する尖った凸部を持ち、絶縁円筒に圧入するとその先端部分が絶縁円筒壁で潰されて固定できる。電極板の形状を図8に示す。この電極板を絶縁円筒の両端に凸面が避雷素子に接触するよう圧入し、固定する。この避雷器は、外部回路に両電極板を接続して使用する。

このように、絶縁円筒2内のスリット4の空間に複数の避雷素子3を容易に積み上げることにより避雷器を組み立てることができるので、組立て作業性が向上する。また、複数の避雷素子3はスリット4に支持されて上下方向から電極板1に挟まれて固定される。このため、従来のような避雷素子を固定のための接着剤が不要である。また、避雷素子3の長さ方向、或いは円筒経に関する製造誤差があっても、それらの誤差はスリット4との空間で吸収される。また、雷サージ電流による避雷素子3の線膨張に伴う時間的差違等に起因する歪に対しても、このスリット4より形成される空間で吸収される。電極板と絶縁円筒は接着剤による固定であってもよい。

図2に第2の実施例による避雷器の構成を示す。この例は、第一の実施例における避雷素子3が1個の場合の例を示す。1個の避雷素子3に対応して、絶縁円筒2の高さは避雷素子1個分の高さとなる。その他の構成は、上記の例と同様である。避雷器の放電開始電圧は避雷素子の金属酸化皮膜の厚さを変更する事により変えることが出来る。耐圧を高めるためには膜厚を厚くする必要があり、膜厚の変更は繊細な製造条件を変えなければならない。一方製品性能の均一性が求められる、同一の素子特性のものを安定に、大量につくり、それを組合せて放電電圧の異なる避雷器を構成するほうが容易である。

このように、必要とされる避雷器の放電開始電圧に応じて、避雷素子3を2個、3個、と調整することができ、要求に容易に対応できる。

図3は、第三の実施例による避雷器の構成を示す。(a)横断面図、(b)A-A縦断面図、(c)B-B縦断面図を示す。この例による避雷器は、電子機器の基板に直接組み込んで実装する形式の避雷器である。

避雷容器12は、5面をもつ箱状絶縁容器であり、箱状絶縁容器は5面を有し、容器内寸法は深さを避雷素子直径寸法とし、幅方向は避雷素子長さ寸法とし、長さ方向は2つの電極板と並べて配置する避雷素子直径の和の寸法とし、その絶縁容器底面の内側に避雷素子の長さより狭い幅の凹状の溝17を長さ方向に設ける。凹状の溝の向きに直角に避雷素子を寝かせて配置すると共に、避雷素子に接触して配置される電極板であって、電極板の一部を端子として絶縁容器のある面から外部に出るように実装し、絶縁蓋13にも同様に同じ凹状の溝16を形成し、避雷素子を抑えるように絶縁容器に絶縁蓋を固定する。

金属表面に電気的絶縁性酸化皮膜を形成した円柱形避雷素子3-1、3-2、3-3、3-4は、凹状の溝17に直角に、避雷素子を長さ方向に並べて配置される。

このように配置された避雷素子3の両端に並行して避雷素子3の外周面に接触するよう電極板11が配置される。電極板11の一部は延長して絶縁容器底面に設けられた貫通孔14より外部接続端子20を突出している。絶縁容器12の開放された一面に絶縁蓋13をかぶせて避雷素子を挟んで固定して避雷器を構成することができる。

このような構成によれば、底辺の凹状の溝17及び絶縁蓋13の凹状の溝16と避雷素子3との間に形成される空間が絶縁円筒の内円空間に相当し、絶縁容器と蓋で避雷素子を挟んで構成する空間が上述した第一の実施例のスリット4に関する効果と同様の効果が得られる。即ち、箱型絶縁容器12の避雷素子長さ方向を収納する辺の長さは、温度差に起因する寸法差、及び避雷素子と絶縁容器12の製造誤差を勘案した寸法にすることにより、また箱容器の両端に電極板11を設け、その間に避雷素子3を並べて絶縁蓋13で押さえる構造としたので、従来のような、避雷素子を固定するための接着剤が不要となる。

また、この例による避雷器は、貫通孔14から突出した外部接続端子20により電子機器の基板に容易に接続できる。なお、絶縁容器底面より出る外部接続端子20は、絶縁容器の絶縁蓋13から外部へ突出させる構造とすることも出来る。絶縁容器と絶縁蓋はその周囲を接着剤で固定する。

図4は、図3に示した実施例の変形例を示す。図3に比べて、図4の例では、避雷素子3-1、3-2が2つであり、電極板11より出る外部接続端子20が絶縁容器12の絶縁蓋13より外部へ突出する構造である。

このように、放電開始電圧により避雷素子の数を変えることにより、電圧の変わった別の機種の避雷器を容易に構成することが出来る。なお、電極板11より出ている外部接続端子20は、絶縁容器の絶縁蓋13から外部へ突出させる構造とすることもでき、一方を底面部から、他方を絶縁蓋部から出し図5の如く外部接続端子20を折り曲げて縦型構造にする事も出来る。

以上、幾つかの実施例について説明したが、上記実施例は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。

第一実施例による避雷器の構成を示す図であり、(a)は横断面図、(b)は(a)のA-A縦断面図、(c)は(a)のB-B縦断面図である。第二の実施例による避雷器の構成を示す縦断面図である。第三の実施例による避雷器の構成を示す図であり、(a)は横断面図、(b)は(a)のA-A縦断面図、(c)は(a)のB-B断面図である。第四の実施例による避雷器の構成を示す縦断面図である。第四の実施例による避雷器の構成を示す縦断面図である。避雷素子形状を示す。ガイド形状を示す。 (a)電極板の平面図、(b)電極板の断面図である。従来の避雷器の構成を示す図であり、(a)は横断面図、(b)は縦断面図である。

符号の説明

1 電極板
2 絶縁円筒
3 避雷素子
4 スリット
6 接着剤
11 電極板
12 避雷器
13 絶縁蓋
14 貫通孔
16 凹状の溝
17 凹状の溝
20 外部接続端子
d 筒内円直径

Claims

絶縁円筒の内壁に形成されたガイド部に、避雷素子の長手方向の端部を位置決めして配置し、該避雷素子に接触して該絶縁円筒の両側に電極板を固定したことを特徴とする避雷器。
前記ガイド部は、絶縁円筒の直径方向に対向する内壁に形成され、該避雷素子の先端部と該ガイドの壁面には隙間が確保されるように、該避雷素子が配置されることを特徴とする請求項1記載の避雷器。
複数の、金属表面に電気的絶縁性酸化皮膜を形成した円柱形避雷素子が、お互いにその外側面を接触して並べられ、全ての避雷素子の長手方向の端部は前記ガイド部に収容されていることを特徴とする請求項1又は2記載の避雷器。
前記ガイド部は、該絶縁円筒の内壁に形成された凹部又は凸部であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の避雷器。
絶縁容器の所定の面の内側に凹部を設け、該凹部に避雷素子を配置すると共に、該避雷素子に接触して配置される電極板であって、該電極板の一部を端子として絶縁容器のある面から外部に出るように実装し、該避雷素子を該絶縁容器に絶縁蓋で固定したことを特徴とする避雷器。
前記絶縁容器は、箱状絶縁容器であり、該箱状容器の内側底面の長さ方向に、避雷素子長さより狭い幅の凹状溝を設け、該溝の向きに直角に避雷素子を寝かせて配置し、かつ避雷素子に接触する電極板の一部は該絶縁容器底面部から外部に導出することを特徴とする請求項5記載の避雷器。
前記電極板は、該絶縁容器の絶縁蓋面から外部に導出するように配置されることを特徴とする請求項5記載の避雷器。
金属表面に電気的絶縁性酸化皮膜を形成した複数の円柱形避雷素子が、その側部を該凹部に案内されるようにして並べて配置され、両端に配置された該避雷素子の側部に、その一部が接触するように前記電極板が配置されることを特徴とする請求項5乃至7のいずれか記載の避雷器。
絶縁円筒内または絶縁容器内に配置される避雷素子の数は、放電開始電圧により変更可能であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の避雷器。