JP2012099616A - 避雷器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】避雷器の大型化などに伴って大きくなる曲げ応力に対する内部要素の強度の向上を図り、非直線抵抗素子のずれや破損を抑えることのできる避雷器を得ること。
【解決手段】避雷器１０は、積層された非直線抵抗素子１と、非直線抵抗素子の積層方向の両側に配置された一対の端子電極３と、非直線抵抗素子の周囲をエポキシ樹脂で被覆して形成される第１被覆部４と、第１被覆部の周囲を絶縁性の樹脂材料で被覆して形成される第２被覆部６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統に発生した開閉サージや雷サージなどの異常電圧から電気機器を保護するために用いられる避雷器およびその製造方法に関するものである。

発電所や変電所で用いられる避雷器として、外被に絶縁性の樹脂材料を用いたポリマー形避雷器がある。このような避雷器の内部要素は、複数積層された非直線抵抗素子（例えば、酸化亜鉛素子）と、この酸化亜鉛素子の両端に配置された端子電極と、を備えて構成される。そして、これら内部要素の周囲を絶縁性の樹脂材料でモールドし、絶縁外被としている。このような避雷器には、内部要素の周囲を直接樹脂材料でモールドするものや、内部要素の一部を熱収縮チューブ等で一次被覆するものがある（例えば、特許文献１，２を参照）。

特開平７−２９６６５７号公報 特開昭６２−２１６２０１号公報

しかしながら、内部要素を直接樹脂材料でモールドしたり、内部要素の一部を熱収縮チューブ等で一次被覆したりするだけでは、避雷器の強度が不十分となる場合がある。すなわち、樹脂材料でモールドされた避雷器は、両端に配置された端子電極を突き出して金型から取り出されるが、この突き出し力によって避雷器に曲げ応力が加わり、酸化亜鉛素子間にずれが生じたり、酸化亜鉛素子が破損したりしてしまう場合があった。このような曲げ応力は、金型からの取り出し時以外にも、内部要素や避雷器のハンドリング時にも加わる場合がある。

また、近年は避雷器への大型化の要望もある。避雷器の大型化に伴って、その長さが増すほど、曲げ応力も大きくなる。そのため、避雷器に要求される強度も大きくなっている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、曲げ応力に対する内部要素の強度の向上を図り、非直線抵抗素子のずれや破損を抑えることのできる避雷器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、積層された非直線抵抗素子と、非直線抵抗素子の積層方向の両側に配置された一対の端子電極と、非直線抵抗素子の周囲をエポキシ樹脂で被覆して形成される第１被覆部と、第１被覆部の周囲を絶縁性の樹脂材料で被覆して形成される第２被覆部と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、積層された非直線抵抗素子の機械的強度がエポキシ樹脂によって向上されるため、ずれや破損が生じにくくなるという効果を奏する。

図１は、半導体ウェーハの平面図である。本発明の実施の形態１にかかる避雷器の概略構成を示す横断面図である。 図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。 図３は、避雷器の内部要素を拡大した部分拡大断面図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る避雷器の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図５は、内部要素が一次モールド用金型に収容された状態を示す断面図である。 図６は、実施の形態１の変形例にかかる避雷器の概略構成を示す横断面図である。 図７は、図６に示すＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る避雷器およびその製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる避雷器の概略構成を示す横断面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。図３は、避雷器の内部要素を拡大した部分拡大断面図である。図１に示すように、避雷器１０は、非直線抵抗素子１、押圧ばね２、端子電極３、第１被覆部４、絶縁支持体５、第２被覆部６を有して構成される。避雷器１０は、第２被覆部６として、絶縁性の樹脂材料、例えばシリコーンゴムを用いたポリマー形避雷器である。

非直線抵抗素子１は、例えば、酸化亜鉛素子である。非直線抵抗素子１は、円柱形状を呈しており、円形面同士を接触させるように複数の非直線抵抗素子１が積層される。押圧ばね２は、積層された非直線抵抗素子１の両端に設けられる。押圧ばね２は、積層された非直線抵抗素子１を両端から圧縮して、非直線抵抗素子１同士を密着させる。端子電極３は、積層された非直線抵抗素子１の両端に設けられる。

第１被覆部４は、図１に示すように、非直線抵抗素子１の周囲および端子電極３の周囲のうち、積層された非直線抵抗素子１同士の境界部分と、非直線抵抗素子１と端子電極３との境界部分を被覆する。第１被覆部４には、エポキシ樹脂が用いられる。

これら、非直線抵抗素子１、押圧ばね２、端子電極３および第１被覆部４で避雷器１０の内部要素を構成する。図３に示すように、第１被覆部４は、複数のリング状部分に分割された、比較的単純な形状で形成されている。

内部要素の両端には、端末金具７が設けられる。端末金具７は、内部要素を挟み込むとともに、端子電極３と電気的に接続される。絶縁支持体５は、棒状形状を呈している。絶縁支持体５は、非直線抵抗素子１の積層方向に延伸するように配置される。また、絶縁支持体５は、図２に示すように、内部要素の周り、すなわち第１被覆部４の外側に配置される。

絶縁支持体５は、端末金具７同士を連結し、避雷器１０の機械的強度を向上させる。絶縁支持体５は、絶縁物であり比較的強度の高いガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等が用いられる。

第２被覆部６は、内部要素と絶縁支持体５とを一体的に被覆する。第２被覆部６には、その外周面にひだが形成されている。ひだは、非直線抵抗素子１の積層方向（以下、軸方向という。）に沿って略等間隔で複数個形成されている。第２被覆部６には、上述したように絶縁性の樹脂材料、例えばシリコーンゴムが用いられる。

次に、避雷器１０の製造方法について説明する。図４は、本発明の実施の形態１に係る避雷器の製造方法を説明するためのフローチャートである。図５は、内部要素が一次モールド用金型に収容された状態を示す断面図である。

まず、内部要素の一部を組み立てる（ステップＳ１）。より具体的には、積層された非直線抵抗素子１を押圧ばね２と端子電極３とで挟み込む。次に、組み立てられた内部要素の一部を両側から端末金具７で挟み込む（ステップＳ２）。

次に、端末金具７に挟み込まれた内部要素の一部を、一次モールド用金型８の内部に収容する（ステップＳ３）。一次モールド用金型８の内部では、押付けボルト８ｂによって端末金具７の両側から所定の圧力で締め付けられて、内部要素の一部に圧縮力が加えられる。一次モールド用金型８には、第１被覆部４を形成するための成型部８ｃが形成されている。

次に、常圧下において、一次モールド用金型８の樹脂注入口８ａからエポキシ樹脂を注入して、成型部８ｃにエポキシ樹脂を充填させる（ステップＳ４）。これにより、非直線抵抗素子１同士の境界部分の周囲と、非直線抵抗素子１と端子電極３との境界部分の周囲に、エポキシ樹脂が接触して第１被覆部４が形成され、内部要素が構成される。

ここで、第１被覆部４の常圧下での形成は、一次モールド用金型８の内部、すなわち成型部８ｃを真空状態にせずに、常圧のまま液状のエポキシ樹脂を金型の内部に注入すればよい。また、一次モールド用金型８の内部圧力の上昇を抑えるために、エポキシ樹脂の注入後、樹脂注入口８ａを閉塞しないようにすることが好ましい。ここで、第１被覆部４は、上述したように比較的単純な形状で形成されるので、成型部８ｃの形状も複雑な形状にする必要がない。そのため、内部を真空状態にしない場合であっても、エポキシ樹脂が金型の隅々まで充填されやすい。

エポキシ樹脂が硬化したら、一次モールド用金型８から内部要素を取り出し、端末金具７同士を絶縁支持体５で連結する（ステップＳ５）。次に、内部要素の表面にプライマーを塗布する（ステップＳ６）。プライマーは、例えばシランカップリング剤である。シランカップリング剤を塗布してから、湿度３０％〜８０％の室温環境に約１時間放置することで、シランカップリング剤が遷移状態となる。

次に、シランカップリング剤が遷移状態となっている状態で、内部要素と絶縁支持体５とを一体的に被覆するように第２被覆部６を形成する（ステップＳ７）。第２被覆部６を構成する絶縁性の樹脂材料としては、例えば、主剤と硬化剤の２液混合性で反応硬化タイプのシリコーンゴムを用いる。また、室温での粘度が高粘度であるが、高温に加熱することで低粘度になるシリコーンゴムを用いる。

第２被覆部６の形成は、内部要素と絶縁支持体５とを図示しない二次モールド用の金型で囲い、金型内部の成型部に液状のシリコーンゴムを注入することで行われる。また、シリコーンゴムの注入時には、金型は予熱されているとともに、内部の成型部は真空状態とされている。また、シリコーンゴムの注入後は、注入口などを閉塞する。なお、液状のシリコーンゴムは、付加反応（例えば加熱による反応）によって硬化する。

上述したように、第２被覆部６は、その外周面に複数個のひだが形成されている。そのため、金型の成型部の形状は、一次モールド用金型８の成型部８ｃの形状に比べて複雑になる。しかしながら、二次モールド用の金型の成型部を真空状態にしてシリコーンゴムを注入すること、および予熱された金型によって温度が上昇し、シリコーンゴムの体積が膨張することによる内圧の上昇によって、複雑な形状の成型部の隅々までシリコーンゴムが充填されやすくなる。

そして、シリコーンゴムの硬化後、二次モールド用の金型から避雷器１０を取り出す（ステップＳ８）。避雷器１０は、両端に配置された端末金具７を金型から突き出すことで、金型から取り出される。

避雷器１０を金型から取り出す際に、第２被覆部６のひだが真空吸着などの力で、金型に張り付いている場合がある。そのため、金型からの取り出し時に、端子電極３に加えられる突き出し力によって、避雷器１０に曲げ応力が加わる場合がある。ここで、積層された非直線抵抗素子１同士や端子電極３は、接着剤などによる接着はなされておらず、押圧ばね２によって圧縮されているにすぎない。

そのため、避雷器１０の取り出し時に加わる曲げ応力によって、非直線抵抗素子１にずれが生じたり、破損したりしてしまう場合がある。しかしながら、本実施の形態１では、積層された非直線抵抗素子１同士の境界部分と、非直線抵抗素子１と端子電極３との境界部分をエポキシ樹脂で被覆して強度の向上を図っているので、上述したずれや破損の発生を抑えることができる。また、エポキシ樹脂での被覆によって、避雷器１０自体の強度向上も図ることができ、曲げ応力が加わったときの避雷器１０の変形を抑えることができる。

また、シランカップリング剤が遷移状態となった状態で第２被覆部６が形成されるので、第１被覆部４と第２被覆部６との接着性や非直線抵抗素子１と第２被覆部６との接着性の向上を図ることができる。したがって、避雷器１０の内部で界面剥離が発生するのを抑えることができ、避雷器１０の信頼性の向上を図ることができる。

また、第１被覆部４を常圧下で形成するので、積層された非直線抵抗素子１同士の隙間や、非直線抵抗素子１と端子電極３との隙間に、エポキシ樹脂が侵入するのを抑えることができる。これにより、避雷器１０の内部での接触不良を抑えることができ、部分放電の発生を抑えて、避雷器１０の信頼性の向上を図ることができる。

また、積層された非直線抵抗素子１同士の境界部分の周囲と、非直線抵抗素子１と端子電極３との境界部分の周囲を、第１被覆部４が被覆するので、第２被覆部６を形成する際に、積層された非直線抵抗素子１同士の隙間や、非直線抵抗素子１と端子電極３との隙間に絶縁性の樹脂材料が侵入するのを抑えることができる。

特に、第２被覆部６は、真空状態の成型部にシリコーンゴムを注入することや、成型部の内圧が上昇することにより、非直線抵抗素子１同士の隙間などにシリコーンゴムが侵入しやすい状態となるが、第１被覆部４によって、より確実にこれらの侵入を抑えることができる。これにより、避雷器１０の内部での接触不良を抑えることができ、部分放電の発生を抑えて、避雷器１０の信頼性の向上を図ることができる。

また、絶縁支持体５が、内部要素の周り、すなわち第１被覆部４の外側に配置されるので、非直線抵抗素子１と絶縁支持体５との間に第１被覆部４が介在することとなる。これにより、非直線抵抗素子１と絶縁支持体５とが接触してしまうのを防ぐことができる。

特に、第１被覆部４を形成してから絶縁支持体５を配置することで、非直線抵抗素子１と絶縁支持体５とが接触したまま避雷器１０が組み立てられてしまうことを防ぐことができる。これにより、避雷器１０における電界集中などの不具合の発生を抑えることができる。

また、第１被覆部４は、非直線抵抗素子１の周囲および端子電極３の周囲の全体を被覆せずに、積層された非直線抵抗素子１同士の境界部分と、非直線抵抗素子１と端子電極３との境界部分のみを被覆するので、エポキシ樹脂の使用量を抑えて、製造コストの抑制を図ることができる。

なお、エポキシ樹脂の使用量は増えるものの、積層された非直線抵抗素子１の周囲の全体を被覆するように第１被覆部４を形成しても構わない。この場合、第１被覆部４の形状がより単純な形状となるため、一次モールド用金型８の成型部８ｃの形状も単純化されて、一次モールド用金型８の製造コストの抑制を図ることができる。

図６は、実施の形態１の変形例にかかる避雷器の概略構成を示す横断面図である。図７は、図６に示すＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。本変形例では、図７に示すように、非直線抵抗素子１および端子電極３に加えて、絶縁支持体５も一体的に第１被覆部４によって被覆されている。

絶縁支持体５も一体的に第１被覆部４で被覆することで、避雷器１０の機械的強度のより一層の向上を図ることができる。これにより、非直線抵抗素子１のずれや破損をより一層効果的に抑えることができる。また、曲げ応力が加わったときの避雷器１０の変形もより一層効果的に抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる避雷器は、電気機器の回路を保護する避雷器に有用であり、特に、内部要素を絶縁性の樹脂材料で被覆する避雷器に適している。

１ 非直線抵抗素子
３ 端子電極
４ 第１被覆部
５ 絶縁支持体
６ 第２被覆部
７ 端末金具
８ 一次モールド用金型
８ａ 樹脂注入口
８ｂ 押付けボルト
８ｃ 成型部
１０ 避雷器

Claims (12)

1. 積層された非直線抵抗素子と、
   前記非直線抵抗素子の積層方向の両側に配置された一対の端子電極と、
   前記非直線抵抗素子の周囲をエポキシ樹脂で被覆して形成される第１被覆部と、
   前記第１被覆部の周囲を絶縁性の樹脂材料で被覆して形成される第２被覆部と、を備えることを特徴とする避雷器。
2. 前記第１被覆部は、液状のエポキシ樹脂を常圧下で前記非直線抵抗素子の表面に接触させて形成されることを特徴とする請求項１に記載の避雷器。
3. 前記第１被覆部は、積層された前記非直線抵抗素子同士の境界部分の周囲を被覆することを特徴とする請求項１または２に記載の避雷器。
4. 前記第１被覆部は、前記非直線抵抗素子と前記端子電極との境界部分の周囲を被覆することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の避雷器。
5. 前記第２被覆部は、プライマーの塗布によって表面が遷移状態となった前記第１被覆部に形成されることを特徴する請求項１〜４のいずれか１項に記載の避雷器。
6. 前記非直線抵抗素子の周囲に隙間を設けて複数本配置され、それぞれ前記積層方向に延伸するとともに、前記一対の端子電極を連結する絶縁支持体をさらに備え、
   前記第１被覆部は、前記非直線抵抗素子と前記絶縁支持体とを一体的に被覆することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の避雷器。
7. 積層された非直線抵抗素子と、前記非直線抵抗素子の積層方向の両側に配置された一対の端子電極と、を備える避雷器の製造方法であって、
   前記非直線抵抗素子の周囲をエポキシ樹脂で被覆して第１被覆部を形成し、
   前記第１被覆部の周囲を絶縁性の樹脂材料で被覆して第２被覆部を形成することを特徴とする避雷器の製造方法。
8. 前記第１被覆部の形成は、液状のエポキシ樹脂を常圧下で前記非直線抵抗素子の表面に接触させる工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の避雷器の製造方法。
9. 前記第１被覆部は、積層された前記非直線抵抗素子同士の境界部分の周囲を被覆することを特徴とする請求項７または８に記載の避雷器の製造方法。
10. 前記第１被覆部は、前記非直線抵抗素子と前記端子電極との境界部分の周囲を被覆することを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の避雷器の製造方法。
11. 前記第１被覆部の表面にプライマーを塗布し、前記第１被覆部の表面を遷移状態にしてから前記第２被覆部を形成することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の避雷器の製造方法。
12. 前記積層方向に延伸するとともに、前記一対の端子電極を連結する絶縁支持体を前記非直線抵抗素子の周囲に隙間を設けて複数本配置し、
    前記非直線抵抗素子と前記絶縁支持体とを一体的に被覆するように前記第１被覆部を形成することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の避雷器の製造方法。

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