JP4918693B2 - 避雷装置 - Google Patents

Description

本発明は、避雷装置に関し、特に雷雲の近接によって帯電された電荷を自体放電させて落雷を防止する避雷装置に関する。

一般的に、避雷装置は、雷雲と大地との間に放電路を形成し、雷雲に蓄積している電荷を大地に安全に放流させるために建物の最上端部に設置されるものである。

通常の雷雲が近接する場合に、雷雲と大地との電位差は、１億（Ｖ）に至る。

しかし、この場合には、大気層の空気が良好な絶縁体としての役目をし、大地と雷雲との間には、絶縁破壊、すなわち落雷が起きないが、雷雲と大地との間に落雷が起きる可能性は依然として存在する。

前記避雷装置は、電界が尖頭部に集中する電界現象（チィップ効果）を利用した避雷装置が公知されており、これをフランクリン突針方式と言う。

チィップ効果による避雷の原理は、日本国特開平６２−２１６１９７号（１９８７年９月２２日）などの多数文献に公知されている。

このようなチィップ効果のみを利用した避雷針は、自然発生的な現象を利用するもので、空気の絶縁破壊電圧が破壊される時点だけで動作するので、絶縁電圧の破壊直前の危険を内包している雷雲の場合には、効果的に避雷することができない問題点があり、避雷装置の技術分野では、さらに効果的に雷雲の電荷を大地に安全に放流させて、保護対象物に対する落雷頻度を低減するための多様な形態の避雷装置が開発されている。

その一例として、フランス特許公開第００９６６５５号公報（１９８３年５月２６日）の避雷装置は、主電極（大地電荷をチィップ効果によって主電極に集中させるために大地に接地された電極）の側端に大気中に分布する電荷を捕集して主電極と先行放電を行う補助電極を配置し、主電極と補助電極との間に放電を誘発させ、この放電を用いたイオン電荷（先行トリマー）を大気中に放出し、雷雲と主電極との間に放電路を容易に形成し、雷雲の電荷を吸収するように構成されている。

また、日本国特開平６２−２１６１６９７号の能動型避雷装置は、補助電極と主電極との間に放電を誘導するために雷雲が近接する時に発生する大地周辺の電荷を捕集する捕集電極と、この捕集電極の電荷をコンデンサーで充電し、電源として使用し、捕集電極で発生する電荷量の変化程度を判断する判断部とを備え、一定の変化率以上の場合には、コンデンサーに充電された電荷を利用してリアクターに供給することによって、スイッチングする公知の高電圧発生回路が作動し、主電極と補助電極との間で放電を誘発するように構成されている。

しかし、前述した従来の避雷装置のうちフランス特許公開公報に開示されている避雷装置は、建物の最上層部に設置されるので、雷雲によって誘導される大地電界が上層部では極めて僅かで、空気の中に含まれた電荷によって捕集された電荷を充填し、放電を誘導する場合、充電効率の問題に起因して放電開始が難しくなり、そのため、放電確率が低下する問題点を引き起こしている。

また、前述した日本国特許公開公報に開示されている避雷装置は、多数の電子部品を使用するため、信頼性の問題がある。また、避雷装置の部品故障による交替時に、人が近付きにくい場所、すなわち保護建物の最上端に設置されるので、維持補修の難しさが存在する問題点があった。

一方、このような従来技術の問題点を解消するための技術として、本発明と同一発明者であるＣＨＵＮＧ Ｙｏｎｇ−Ｋｉによって発明されて登録された大韓民国特許登録第４４０６１６号に開示されている避雷装置がある。

前記特許登録第４４０６１６号の避雷装置は、図１に示されたように、保護対象物の最上端部に固定部材１５を介して固定される固定バー１０と、前記固定バー１０の上端部に連結される主電極部１８と、前記固定バー１０を中央部に貫通させて前記主電極部１８の底面に接触結合される上部ポリマーがいし１２と、前記上部ポリマーがいし１２の長い柱部１２ａを中央部に貫通させて前記主電極部１８と非接触されるように順次に積層されることによって空間電荷が充填される伝導体の補助電極部１３と、前記上部ポリマーがいし１２の長い柱部１２ａをその中央部に貫通させて前記補助電極部１３の底面に備えられ、前記固定部材１５との絶縁距離を確保するための下部ポリマーがいし１９と、前記下部ポリマーがいし１９が前記上部ポリマーがいし１２の長い柱部１２ａから離脱されることを防止するように、中央部に前記固定バー１０を貫通させるための貫通孔が形成された円板型の離脱防止用部材１０ａと、前記固定バー１０の一端にねじ結合され、前記離脱防止用部材１０ａの底面を加圧するために中央部に加圧用ねじ孔が形成された加圧部材１０ｂとで構成される。

前記主電極部１８は、雷雲近接による落雷発生時に落雷を直接吸引するように、先端部には円周方向に一定間隔を置いて複数の尖頭片１８ａが一体に形成され、中央部には前記固定バー１０の一端部を貫通させるためのホールが形成された円板状からなる。

前記尖頭片１８ａは、避雷装置の設置によって上向き傾斜するように折曲形成される。

前記上部ポリマーがいし１２は、前記固定バー１０を中央部に貫通させることができるように中空の長い柱部１２ａを有し、前記長い柱部１２ａの一端、すなわち上部外周面には、前記主電極部１８と補助電極部１３との絶縁距離を確保するように所定の距離をもって離隔された上／下部延長片１２ｂ、１２ｃが延設される。

前記補助電極部１３は、前記上部ポリマーがいし１２の下部延長片１２ｃの底面に前記主電極部１８と非接触されるように順次に介在され、雷雲の近接による大気中の電荷をさらに多く吸収可能になるように、中央部には前記長い柱部１２ａを貫通させるように貫通ホールが形成され、先端部には上向き折曲形成された突針片１３ｅを一定の間隔で複数個有する伝導体の第１補助電極部材１３ａと、前記第１補助電極部材１３ａの底面にその上面が接触するように、中央部には前記長い柱部１２ａを貫通させるための貫通ホールが形成された伝導体である一対の第２補助電極部材１３ｂと、前記上部ポリマーがいし１２の長い柱部１２ａを中央部に貫通させることによって前記長い柱部１２ａが所定量さらに突出され、その上端部には前記第２補助電極部材１３ｂの底面に接触可能になるように中空の柱状体で形成されるものの、前記長い柱部５０ａを貫通させることによって前記長い柱部１２ａの外周面と内周面との間に離隔空間を有するように具備される伝導体である第３補助電極部材１３ｃと、前記第３補助電極部材１３ｃに充填容量を増加させるように両端にＯリングを介在させて漏出防止可能に充填される二酸化チタンからなる充填材１３ｄとで構成される。

前記下部ポリマーがいし１９は、前記上部ポリマーがいし１２の長い柱部１２ａを中央部に貫通させるように貫通された短い柱部１９ａを有し、前記短い柱部１９ａの一端、すなわち上部外周面には前記補助電極部１８と固定部材１５との絶縁距離を確保するように所定距離離隔された上／下部延長片１９ｂ、１９ｃが延設される。

前述のように構成された従来の避雷装置を保護建物の最上端に設置した後、雷雲が近接すれば、前記固定バー１０と、前記固定バー１０の上端に接触されるように備えられた主電極部１８には大地電荷が充填され、前記上部ポリマーがいし１２によって固定バー１０及び主電極部１８と非接触されるように備えられる補助電極部１３は、第３補助電極部材１３ｃと前記上部ポリマーがいし１２の長い柱部１２ａとの間に充填された二酸化チタンからなる充填材１３ｄによって空間電荷が充填されることによって、遠距離にある雷雲から発生する落雷を吸入させるようになる。

すなわち雷雲の遠距離に起因して低い電圧下で落雷を吸入させて大地に安定的に放電させるようになる。

ところが、前述のように構成された従来の避雷装置は、大地電荷が充填される固定バー１０及び主電極部１８と雷雲の近接によって形成された空間電荷が充填される補助電極部１３との間が一定の距離を維持しつつ離隔されているので、避雷装置自体的に放電がよく行われないため、落雷を予防する効能が低下する問題点があった。

また、本発明と同一発明者であるＣＨＵＮＧ Ｙｏｎｇ−Ｋｉによって発明されて登録された大韓民国特許登録第４３３０１１号に開示されている避雷装置がある。

前記特許登録第４３３０１１号の避雷装置は、図２に示されたように、保護される建物の上端に固定部材２９を介して固定される固定バー２０と、前記固定バーの一端部に締結されるキャップ部材２１と、前記固定バー２０の上端に装着されるポリマーがいし２２であって、静電誘導球体で構成され、前記静電誘導球体が前記固定バー２０の上端を貫通させて前記キャップ部材２１と後述する放電補助部材２４との絶縁距離を増大させるための絶縁体であるポリマーがいし２２と、前記ポリマーがいし２２の下端部を中央部に貫通させて少なくとも１つ以上積層具備される薄板の放電補助部材２５と、前記放電補助部材２５の底面に上面が接触するように、中央部には前記ポリマーがいし２２の下端部を貫通させるためのホールが形成される伝導体の予備放電用キャップ部材２５と、前記予備放電用キャップ部材２５の底面に絶縁体のリング部材２７を複数個介在して非接触されるように前記固定バー２０上に固定されるものの、底面に突出部を有する円形の板状で形成され、中央部には前記固定バー２０を貫通させるための貫通孔が形成され、前記突出部の外周面には貫通孔と連通し、ねじ部材を媒介にして前記固定バー２０の外周面を加圧させることによって固定可能になるように固定用ホールが形成された予備放電部材２６とで構成される。

また、前記放電補助部材２４の上面に安着され、外力による損傷を防止するための保護部材２３が付加される。

日本国特開平６２−２１６１９７号 フランス特許公開第００９６６５５号 大韓民国特許登録第４４０６１６号

ところが、前述のように構成された従来の避雷装置は、大地電荷と空間電荷間の放電のための対向面積、すなわち大地電荷が蓄積された固定バー２０に電気的に連結された部分と前記静電誘導球体との間に互いに対向する面積が狭く、両電荷間の放電を促進させる構造や手段が設けられていないので、落雷を予防するための事前放電現象がよく誘導されない問題点があった。

本発明の目的は、落雷から建物を保護するための避雷装置に帯電される空間電荷と大地電荷間の事前放電能を向上させて落雷を予防するための避雷装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、落雷から建物を保護するための避雷装置に帯電針を追加し、帯電される空間電荷と大地電荷間の事前放電能力を向上させて落雷を予防するための避雷装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明による避雷装置は、落雷から保護される物体の上端部に立設され、接地手段に連結される伝導性物質のロッドと、前記ロッドの上端に結合されるがいしと、チューブ形状（tube）からなり、その中心に前記ロッドが貫通し、前記ロッド側に針形状の突起部が形成され、空間電荷が帯電される帯電管と、を含むことを特徴とする避雷装置を提供する。

また、上記目的を達成するために、本発明による避雷装置は、前記がいしの下方でロッドに絶縁体を介して結合される帯電板と、前記帯電板の下方で前記ロッドと結合される放電手段と、をさらに含むことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明による避雷装置は、落雷から保護される物体の上端部に設けられ、接地手段に連結される伝導性物質のロッドと、前記ロッドの上端に結合されるがいしと、チューブ形状（tube）からなり、その中心に前記ロッドが貫通し、前記ロッド側に針形状の突起部が形成され、空間電荷が帯電される帯電管と、前記がいしの下方で絶縁体を介してロッドに結合される帯電板と、前記帯電板の下方で前記ロッドと結合される放電手段と、前記帯電板と前記帯電管を連結する複数個の帯電針と、を含み、かつ、前記帯電針の一側は前記帯電板の底面に対向した状態で固定され、前記帯電針の他側は前記帯電管の内側に固定されるように前記帯電針が折曲形成されることを特徴とする避雷装置を提供する。

以上説明したように、本発明は、落雷可能性の高い雷雲が近付けば、雷雲によって大気中に分布している空間電荷と大地から供給される大地電荷を事前に放電させて落雷危険を低減する効果を奏する。

特に、本発明は、誘電体または帯電針を帯電板の間に内挿させて空間電荷と大地電荷による事前放電能をさらに高める効果を奏する。

また、本発明は、円板型の帯電板以外にチューブの放電手段を付加することによって、雷雲による空間電荷を事前放電させることによって、落雷可能性を著しく低減する効果を奏する。

図１は、従来の避雷装置の構造を説明するための部分切欠斜視図である。 図２は、従来の他の避雷装置の構造を説明するための部分切欠斜視図である。 図３は、本発明の第１実施例による避雷装置の構造を説明するための部分切欠斜視図である。 図４は、本発明の第２実施例による避雷装置の構造を説明するための部分切欠斜視図である。 図５は、本発明の第２実施例の分離斜視図である。 図６は、本発明の第３実施例による避雷装置の構造を説明するための部分切欠斜視図である。 図７は、本発明の第４実施例による避雷装置の構造を説明するための部分切欠斜視図である。 図８は、本発明の第４実施例の分離斜視図である。 図９は、本発明の第３実施例による放電手段及び第４実施例による第２放電手段の構造を詳細に示す分離斜視図である。 図１０は、本発明の第６実施例による避雷装置の構造を説明するための斜視図である。 図１１は、本発明の第８実施例による避雷装置の構造を説明するための部分切欠斜視図である。 図１２は、本発明の第８実施例による避雷装置の構造を説明するための分離斜視図である。 図１３は、避雷装置のコロナ放電を試験するための試験装置の回路図である。 図１４は、図１３に示した試験装置を利用して各避雷装置のコロナ放電電流と電圧間の関係を示すグラフである。

１．第１実施例（図３参照）
本発明の第１実施例は、図３に示すように、建物の上端に設けられ、接地手段に連結される固定部３１と、前記固定部３１にその一端が固定され、大地電荷が帯電されるロッド３０と、前記ロッド３０の他端に結合され、落雷を誘導するロッドキャップ３２と、前記ロッド３０の上端に結合されるがいし３４と、前記ロッド３０に装着される帯電手段４５とで構成される。

前記帯電手段４５は、チューブ形状からなり、その中心に前記ロッド３０が貫通し、前記ロッド３０側に針形状の突起部４５ｂが形成されている帯電管４５ａと、前記帯電管４５ａの両端を前記ロッド３０に結合させる第１キャップ４５ｃ及び第２キャップ４５ｄとで構成され、前記第２キャップ４５ｄ側は、ストッパー４６によって前記がいし３４側に密着固定される。この時、前記帯電管４５ａは前記ロッド３０と共に一直線上に配置される。

上記のように構成された本発明の第１実施例は、次のように作用する。

まず、前記固定部３１が落雷から保護される建物の上端（好ましくは最上端部）に固定設置され、前記帯電管４５ａなどが装着された前記ロッド３０が前記固定部３１に固定される。

また、落雷可能性の高い雷雲が建物に設置されている本発明の第１実施例のように構成された避雷装置に近付けば、雷雲によって大気中に分布している空間電荷が前記帯電管４５ａに帯電され、前記空間電荷と相反した極性であり且つ大地から供給される電荷、すなわち大地電荷が前記ロッド３０に帯電される。

上記のように、雷雲の接近によって空間電荷と大地電荷がそれぞれ前記帯電管４５ａと前記ロッド３０に徐々に帯電されれば、電荷量の増加によって帯電電圧、すなわち前記帯電管４５ａと前記ロッド３０間の帯電電圧が上昇し、放電（通常的にコロナ放電）が行われる。

この時、前記帯電管４５ａに前記ロッド３０側に形成された前記突起部４５ｂは、針形状で形成されていて、前記ロッド３０との部屋全能を向上させるので、空間電荷と大地電荷間の放電を容易にする。

２．第２実施例（図４及び図５参照）
本発明の第２実施例は、図４及び図５（第１実施例と同一の構成要素は、同一の参照番号を使用した）に示すように、建物の上端に設けられ、接地手段に連結される固定部３１と、前記固定部３１にその一端が固定され、大地電荷が帯電されるロッド３０と、前記ロッド３０の他端に結合され、落雷を誘導するロッドキャップ３２と、前記ロッド３０の他端部に結合されるがいし３４と、前記がいし３４の下端の前記ロッド３０に装着される第１帯電手段３３、３６〜３９、４１、４２と、前記第１帯電手段３３、３６〜３９、４１、４２の下端の前記ロッド３０に装着される第２帯電手段４５と、前記第１帯電手段３３、３６〜３９に対応するように空間電荷と反対の極性を有する電荷が帯電される放電手段４０とで構成される。

前記第１帯電手段３３、３６〜３９、４１、４２は、前記がいし３４の下端の前記ロッド３０に結合され、雷雲による空間電荷が帯電されるように、略中央に孔が形成された円板形からなり、上から下の方向に構成される第１、第２、第３、第４帯電板３６、３７、３８、３９と、誘電性物質からなり、半径方向には前記ロッド３０と前記第１、第２、第３、第４帯電板３６〜３９との間であり、前記ロッド３０の長さ方向には前記がいし３４の下端と前記放電手段４０の上端との間に挿入される誘電体３３とで構成される。

前記第１〜第４帯電板３６〜３９は、それぞれの中心に前記ロッド３０に装着された前記誘電体３３の外周面に結合される円形の孔が形成されている。また、帯電板３６〜３９は、前記ロッド３０に対して垂直方向に形成された中心部と、前記中心部から下向き折曲されるフランジ部とによって皿状の構造を形成する。

帯電板３６〜３９は、互いに密着結合される。

また、前記第１帯電板３６と前記がいし３４との間には、電気絶縁体からなる第１リング４１が挿入される。

また、前記第２帯電板３７は、前記第１帯電板３６の直径より約２倍程度大きく、端部にしわが形成されており、前記第３帯電板３８は、前記第１帯電板３６と同様の大きさとなっており、前記第４帯電板３９は、前記第３帯電板３８に比べて小さい直径を有する。

前記第１〜第４帯電板３６〜３９は、前記誘電体３３に結合された状態で前記誘電体３３の残りの部分には絶縁体からなる第２リング４２によって固定される。

前記放電手段４０は、前記第４帯電板３９より小さい直径の中央に孔が形成された円板からなる。したがって、前記放電手段４０の先端部は、前記第４帯電板３９の底面に対向配置される。

前記第２帯電手段４５は、チューブ形状からなり、その中心に前記ロッド３０が貫通し、前記ロッド３０側に針形状の突起部４５ｂが形成されている帯電管４５ａと、前記帯電管４５ａの両端を前記ロッド３０に結合させる第１キャップ４５ｃ及び第２キャップ４５ｄとで構成される。

前記誘電体３３は、前記ロッド３０に結合されるチューブ形状からなり、前記第１〜第４帯電板３６〜３９は、前記誘電体３３の外周面に結合される。

したがって、前記ロッド３０と前記第１〜第４帯電板３６〜３９との間には、電気絶縁性と誘電性物質からなる誘電体３３が介在される。

また、前記誘電体３３は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などのような電気絶縁性と誘電性を有する物質を利用して前記ロッド３０と前記第１〜第４帯電板３６〜３９との間の静電容量を増大させて、放電がさらに容易に起きるようにする。

ここで、前記誘電体３３に前記二酸化チタン（ＴｉＯ_２）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などを採択した理由は、電気絶縁性と誘電性を確保すると同時に、前記第１〜第４帯電板３６〜３９と前記放電手段４０間の機械的結合状態を堅固に維持するために機械的強度が高い素材を使用したものである。

前記第２帯電手段４５は、その一側の前記ロッド３０に固定されるストッパー４６によって前記放電手段４０側に密着固定される。

上記のように構成される本発明の第２実施例は、次のように作用する。

まず、前記固定部３１が落雷から保護される建物の上端（好ましくは最上端部）に固定設置され、前記第１帯電手段３３、３６〜３９、４１、４２、放電手段４０及び第２帯電手段４５などが装着された前記ロッド３０が前記固定部３１に固定される。

また、落雷可能性の高い雷雲が建物に設置されている本発明の第２実施例のように構成される避雷装置に近付けば、雷雲によって大気中に分布している空間電荷が前記第１〜第４帯電板３６〜３９に帯電され、前記空間電荷と相反した極性であり且つ大地から供給される電荷、すなわち大地電荷が前記ロッド３０及び前記放電手段４０に帯電される。

また、前記空間電荷は、前記第２帯電手段４５の帯電管４５ａにも帯電される。

上記のように、雷雲の接近によって空間電荷が前記第１〜第４帯電板３６〜３９と帯電管４５ａに帯電され、大地電荷が放電手段４０と前記ロッド３０に徐々に帯電されれば、電荷量の増加によって帯電電圧、すなわち第１〜第４帯電板３６〜３９と帯電管４５ａ、また放電手段４０とロッド３０間の帯電電圧が上昇し、放電（通常的にコロナ放電）が行われる。

この時、前記第１〜第４帯電板３６〜３９と放電手段４０との間に内挿されている前記誘電体３３は、前記第１〜第４帯電板３６〜３９と前記放電手段４０間の電荷蓄積容量を増大させて、空間電荷と大地電荷による電位差を増大させるので、さらに容易な放電が行われる。

また、前記第２帯電手段４５の帯電管４５ａに前記ロッド３０側に形成された前記突起部４５ｂは、針形状で形成されていて、前記ロッド３０との放電能を向上させるので、空間電荷と大地電荷間の放電を容易にする。

３．第３実施例（図６及び図９参照）
本発明の第３実施例は、図６に示すように、建物の上端に設けられ、接地手段に連結される固定部５１と、前記固定部５１にその一端が固定され、大地電荷が帯電されるロッド５０と、半径方向に多数の連結孔が形成され、前記ロッド５０の他端に連結される連結部５０ｃと、前記連結部５０ｃの一側に連結される連結ロッド５０ｂと、前記連結ロッド５０ｂの一側に連結される上部ロッド５０ａと、前記上部ロッド５０ａの他端に結合されるロッドキャップ５２と、前記上部ロッド５０ａの前記ロッドキャップ５２の下部にがいし５４と、前記がいし５４の下方で前記ロッド５０ａの結合された前記連結部５０ｃを通じて放射状に装着される多数の帯電手段６５とで構成される。

前記帯電手段６５は、第１実施例の帯電手段４５とほぼ同様に構成されるが、但し、第１実施例のように垂直方向に設置されるものではなく、前記連結部５０ｃを通じて水平方向の放射状に多数設置されることが異なる。

前記帯電手段６５は、図９に示すように、前記連結部５０ｃの外周面に形成された連結孔にねじ結合される前記ロッドを中心として放射状に多数個が配置される補助ロッド６６と、チューブ形状からなり、前記補助ロッド６６が中心を貫通し、内側方向、すなわち前記補助ロッド６６の中心線方向に針形状の突起部６５ｂが形成されている帯電管６５ａと、前記帯電管６５ａの両端を前記補助ロッド６６に結合させる第１キャップ６５ｃ及び第２キャップ６５ｄとで構成される。

この時、前記帯電手段６５は、前記補助ロッド６６に前記第２キャップ６５ｄ及びナット６６ａによって固定される。

上記のように構成される本発明の第３実施例は、次のように作用する。

まず、前記固定部５１が落雷から保護される建物の上端（好ましくは最上端部）に固定設置され、帯電手段６５などが装着された前記ロッド５０が前記固定部５１に固定される。

また、落雷可能性の高い雷雲 が建物に設置されている本発明の第３実施例による避雷装置に近付けば、雷雲によって大気中に分布している空間電荷が帯電手段６５の帯電管６５ａに帯電され、大地から供給される大地電荷が前記ロッド５０を通じて前記補助ロッド６６に帯電される。

上記のように、雷雲の接近によって空間電荷が前記帯電手段６５の帯電管６５ａに帯電され、大地電荷が補助ロッド６６に徐々に帯電されれば、それぞれの電荷量の増加によって帯電電圧、すなわち前記帯電管４５ａと補助ロッド６６間の帯電電圧が上昇し、放電（通常的にコロナ放電）が行われる。この時、前記補助ロッド６６及び前記帯電管６５ａは、各々ロッド５０の周り方向に沿って等角間隔で配置されている。

この時、前記帯電手段６５の帯電管６５ａに前記補助ロッド６６側に形成された前記突起部６５ｂは、針形状で形成されていて、前記補助ロッド６６との放電性能を向上させるので、空間電荷と大地電荷間の放電がさらに容易に起きるようにする。

特に、本発明の第３実施例は、前記第１実施例に比べて帯電手段６５が多数個（本発明の第３実施例では９０度間隔で４個配置される）からなり、空間電荷の蓄積がさらに容易に行われ、事前放電性能を向上させる。

４．第４実施例（図７〜図９参照）
本発明の第４実施例は、図７〜図９（第３実施例と同一の構成要素は同一の参照番号を使用した）に示すように、建物の上端に設けられ、接地手段に連結される固定部５１と、前記固定部５１にその一端が固定され、大地電荷が帯電されるロッド５０と、半径方向に多数の連結孔が形成され、前記ロッド５０の他端に連結される連結部５０ｃと、前記連結部５０ｃの一側に連結される連結ロッド５０ｂと、前記連結ロッド５０ｂの一側に連結される上部ロッド５０ａと、前記上部ロッド５０ａの他端に結合されるロッドキャップ５２と、前記上部ロッド５０ａの他端部に結合されるがいし５４と、前記がいし５４下端の前記上部ロッド５０ａに装着される第１帯電手段５３、５６〜６２と、前記第１帯電手段５３、５６〜６２の下端の前記上部ロッド５０ａに前記連結部５０ｃを通じて放射状に装着される第２帯電手段６５とで構成される。

前記第１帯電手段５３、５６〜５９、６１、６２は、前記がいし５４の下端の前記ロッド５０に結合され、雷雲による空間電荷が帯電されるように略円盤形態からなり、上から下の方向に構成される第１、第２、第３、第４帯電板５６、５７、５８、５９と、誘電性物質からなり、半径方向には前記ロッド５０と前記第１、第２、第３、第４帯電板５６〜５９との間であり、前記ロッド５０の長さ方向には前記がいし５４の下端と前記放電手段６０の上端との間に挿入される誘電体５３とで構成される。

前記第１〜第４帯電板５６〜５９は、それぞれの中心に、前記ロッド５０に装着された前記誘電体５３の外周面に結合される円形の孔が形成されており、前記ロッド５０に対して垂直方向に形成された中心部と、前記中心部から下向き折曲されるフランジ部とによって皿状の構造を形成する。また、帯電板５６〜５９は、互いに密着結合される。

また、前記第１帯電板５６と前記がいし５４の間の前記上部ロッド５０ａには、電気絶縁体からなる第１リング６１が挿入される。

また、前記第２帯電板５７は、前記第１帯電板５６の直径より約２倍程度大きく、端部にしわが形成されており、前記第３帯電板５８は、前記第１帯電板５６と同様の大きさとなっており、前記第４帯電板５９は、前記第３帯電板５８に比べて小さい直径を有する。

前記第１〜第４帯電板５６〜５９は、前記誘電体５３に結合された状態で前記誘電体５３の残りの部分には絶縁体からなる第２リング６２によって固定される。

前記放電手段６０は、前記第４帯電板５９より小さい直径の円板からなる。したがって、前記放電手段６０は、前記第１乃至第４帯電板５６、５７、５８、５９の下方で前記ロッド５０と結合される。

前記誘電体５３は、前記上部ロッド５０ａに結合されるチューブ形状からなり、前記第１〜第４帯電板５６〜５９は、前記誘電体５３の外周面に結合される。

したがって、前記上部ロッド５０ａと前記第１〜第４帯電板５６〜５９との間には、電気絶縁性と誘電性物質からなる誘電体５３が介在される。

また、前記誘電体５３は二酸化チタン（ＴｉＯ_２）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などのような電気絶縁性及び誘電性物質からなるので、前記上部ロッド５０ａと前記第１〜第４帯電板５６〜５９間の静電容量を増大させて、放電がさらに容易に起きるようにする。

上記のように構成される本発明による第４実施例の前記第１帯電手段５３、５６〜５９、６１、６２は、第２実施例の第１帯電手段３３、３６〜３９、４１、４２とほぼ同様の構造となっている。

また、本発明の第４実施例の前記第２帯電手段６５は、第１実施例の帯電手段４５及び第２実施例の第２帯電手段４５とほぼ同様に構成されるが、但し、第１実施例及び第２実施例のように垂直方向に設置されるものではなく、前記第１帯電手段５３、５６〜５９、６１、６２の下部、すなわち前記ロッド５０の上端部に前記連結部５０ｃを通じて放射状に多数個設置されることが異なる。

前記第２帯電手段６５は、図９に示すように、前記連結部５０ｃの外周面に形成された連結孔にねじ結合される補助ロッド６６と、チューブ形状からなり、前記補助ロッド６６が中心を貫通し、内側方向、すなわち前記補助ロッド６６の中心線方向に針形状の突起部６５ｂが形成されている帯電管６５ａと、前記帯電管６５ａの両端を前記補助ロッド６６に結合させる第１キャップ６５ｃ及び第２キャップ６５ｄとで構成される。

この時、前記第２帯電手段６５は、前記補助ロッド６６に前記第２キャップ６５ｄ及びナット６６ａによって固定される。

上記のよう構成される本発明の第４実施例は、次のように作用する。

まず、前記固定部５１が落雷から保護される建物の上端（好ましくは最上端部）に固定設置され、前記第１帯電手段５３、５６〜５９、６１、６２及び第２帯電手段６５などが装着された前記ロッド５０が前記固定部５１に固定される。

また、落雷可能性の高い雷雲が建物に設置されている本発明の第２実施例による避雷装置に近付けば、雷雲によって大気中に分布している空間電荷が前記第１〜第４帯電板５６〜５９に帯電され、前記空間電荷と相反した極性であり且つ大地から供給される電荷、すなわち大地電荷が前記ロッド５０を通じて上部ロッド５０ａ及び前記放電手段６０に帯電される。

また、前記空間電荷は、前記第２帯電手段６５の帯電管６５ａにも帯電され、前記大地電荷は、前記補助ロッド６６にも帯電される。

上記のように、雷雲の接近によって空間電荷が第１帯電手段３５、５６〜５９、６１、６２の第１帯電板５６〜５９と第２帯電手段６５の帯電管６５ａに帯電され、大地電荷が前記放電手段６０と補助ロッド６６に徐々に帯電されれば、それぞれの電荷量の増加によって帯電電圧、すなわち第１帯電手段５６〜５９と帯電管４５ａ、また放電手段６０と補助ロッド６６間の帯電電圧が上昇し、放電（通常的にコロナ放電）が行われる。

この時、前記第１〜第４帯電板５６〜５９と前記放電手段６０との間に内挿されている前記誘電体５３は、前記第１〜第４帯電板５６〜５９と前記放電手段６０の間の電荷蓄積容量を増大させて、空間電荷と大地電荷による電位差を増大させるので、さらに容易な放電が行われる。

また、前記第２帯電手段６５の帯電管６５ａに前記補助ロッド６６側に形成された前記突起部６５ｂは、針形状で形成されていて、前記補助ロッド６６との放電能を向上させるので、空間電荷と大地電荷間の放電がさらに容易に起きるようにする。

特に、本発明の第４実施例は、前記第１実施例及び第２実施例に比べて第２帯電手段６５が多数個（本発明の第４実施例では９０度間隔で４個配置される）からなるので、空間電荷の蓄積がさらに容易に行われ、事前放電性能を向上させる。

５．第５実施例（図面省略）
本発明の第５実施例は、第１実施例の帯電手段４５をロッド３０の長手方向に沿って上下に２段結合した構造の避雷装置である。

６．第６実施例（図１０参照）
本発明の第６実施例は、図１０に示すように、第１実施例と第３実施例を混合したもので、固定部５１、ロッド５０、ロッドキャップ５２、がいし５４、第１実施例の垂直型からなる帯電手段４５及び第３実施例の放射状の帯電手段６５を結合した構造の避雷装置である。

７．第７実施例（図面省略）
本発明の第７実施例は、第２実施例と第３実施例を混合した構造の避雷装置である。

８．第８実施例（図１１及び図１２参照）
図１１は、本発明による避雷装置の実施例の構造を説明するための部分切欠斜視図であり、図１２は、本発明による避雷装置の実施例の構造を説明するための分離斜視図であって、図示のように、建物の上端に設けられ、接地手段に連結される固定部３１と、前記固定部３１にその一端が固定され、大地電荷が帯電されるロッド３０と、前記ロッド３０の他端に結合され、落雷を誘導するロッドキャップ３２と、前記ロッド３０の他端に結合されるがいし３４と、前記がいし３４の下端の前記ロッド３０に装着される帯電手段３７、３９、４５、８０と、前記帯電手段３７、３９の下端のロッド３０に装着され、前記帯電手段３７、３９に対応するように空間電荷と反対の極性を有する電荷が帯電される放電手段４０とで構成される。

前記帯電手段３７、３９、４５、８０は、前記がいし３４の下端のロッド３０に絶縁体を介在して結合され、雷雲による空間電荷が帯電されるように略中央に孔が形成された凹な皿状からなり、上から下の方向に構成される第１、第２帯電板３７、３９と、ロッド３０方向に針形状の突起部が形成された円筒状からなり、空間電荷が帯電される帯電管４５ａと、前記帯電管４５ａと第１及び第２帯電板３７、３９を連結して、雷雲による大気中の空間電荷が帯電される複数の帯電針８０とで構成される。

前記第１、第２帯電板３７、３９は、それぞれの中心に、前記ロッド３０に結合される円形の孔が形成されており、前記ロッド３０に対して垂直方向に形成された中心部と、前記中心部から下向き折曲され、前記中心部とともに皿状の構造を形成するフランジ部とを有する。帯電板３７、３９は、互いに密着結合される。

また、前記帯電針８０の一側は、前記第１、第２帯電板３７、３９の底面に対向した状態でスポット溶接により固定され、前記帯電針８０の他側は、前記帯電管４５ａの内側にスポット溶接により固定されるように前記帯電針８０が折曲形成される。

したがって、前記帯電針８０によって帯電手段３７、３９、４５は電気的に連結され、ロッドキャップ３２とロッドとは絶縁体を通じて帯電される構造を有する。

また、前記がいし３４は、前記ロッド３０の一端に結合されるブッシュをさらに含み、前記がいし３４と前記第１帯電板３７との間には、電気絶縁体からなる第１リング４１が挿入される。

前記第１帯電板３７は、前記第２帯電板３６の直径より約３倍程度大きく、端部にしわが形成されている。

前記第１、第２帯電板３７、３９は、絶縁体からなる第２リング４２によって固定される。

前記放電手段４０は、前記第２帯電板３９より小さい直径の円板からなる。したがって、前記放電手段４０は、前記第２帯電板３９の底面に対向配置される。

前記帯電管４５ａは、チューブ形状からなり、その中心に前記ロッド３０が貫通し、前記ロッド３０側に針形状の突起部４５ｂが形成されており、両端を前記ロッド３０に結合させる第１キャップ４５ｃ及び第２キャップ４５ｄで構成される。

また、前記第１、２リング４１、４２は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などのような電気絶縁性と誘電性を有する物質を利用して前記ロッド３０と前記第１、第２帯電板３７、３９間の静電容量を増大させて、放電がさらに容易に起きるようにする。

ここで、前記第１、第２リング４１、４２に前記二酸化チタン（ＴｉＯ_２）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などを採択した理由は、電気絶縁性と誘電性を確保すると同時に、前記第１帯電板３７、３９と前記放電手段４０間の機械的結合状態を堅固に維持するために機械的強度が高い素材を使用したものである。

前記帯電管４５ａは、その一側が前記ロッド３０に固定されるストッパー４６によって前記放電手段４０側に密着固定される。

上記のように構成される本発明の第８実施例は、次のように作用する。

まず、前記固定部３１が落雷から保護される建物の上端（好ましくは最上端部）に固定設置され、前記帯電板３７、３９、帯電管４５ａ、帯電針８０及び放電手段４０などが装着された前記ロッド３０が前記固定部３１に固定される。

また、落雷可能性の高い雷雲が建物に設置されている本発明の実施例のように構成される避雷装置に近付けば、雷雲によって大気中に分布している空間電荷が前記帯電板３７、３９に帯電され、前記空間電荷と相反した極性であり且つ大地から供給される電荷、すなわち大地電荷が前記ロッド３０及び前記放電手段４０に帯電される。

また、前記空間電荷は、前記帯電管４５ａ及び帯電針８０にも帯電される。

上記のように雷雲の接近によって空間電荷が電気的に互いに連結された第１、第２帯電板３７、３９と帯電管４５ａ及び帯電針８０に帯電され、大地電荷が電気的に互いに連結された放電手段４０と前記ロッド３０に徐々に帯電されれば、電荷量の増加によって帯電電圧、すなわち第１、第２帯電板３７、３９と帯電管４５ａ及び帯電針８０、また、放電手段４０と前記ロッド３０間の帯電電圧が上昇し、放電（通常的にコロナ放電）が行われる。

この時、前記帯電針８０の一側は前記第１帯電板３７の底面に対向した状態でスポット溶接により固定され、前記帯電針８０の他側は前記帯電管４５ａの内側にスポット溶接により固定されるように前記帯電針８０が折曲形成されているので、前記第１、第２帯電板３７、３９と帯電管４５ａで雷雲による大気層の空間電荷が帯電されるようにする。

したがって、前記帯電針８０は、前記第１、第２帯電板３７、３９と前記放電手段４０の間の電荷蓄積容量を増大させて、空間電荷と大地電荷による電位差を増大させるので、さらに容易な放電がなされる。

また、前記帯電管４５ａに前記ロッド３０側に形成された前記突起部４５ｂは、針形状で形成されていて、前記ロッド３０との放電能力を向上させるので、空間電荷と大地電荷間の放電を容易にする。

９．避雷装置の性能比較
本発明による避雷装置を含めて従来の各種避雷装置間の性能を比較するために、本発明では、図１３に示すような試験装置を利用して性能を比較した。

図１３の試験装置は、高電圧を発生し、直径が１ｍの円形平板Ａに（−）直流電圧を印加し、被試験対象である各避雷装置Ｂが連結される高電圧発生部７０と、前記高電圧発生部７０の出力端に連結され、電圧を引き出す高電圧プローブ７２と、前記高電圧発生部７０の出力端に連結され、電流を検出して増幅出力する電流検出部７３及び電流増幅部７４と、前記高電圧プローブ７２及び前記電流増幅部７４から電圧及び電流を入力されて表示するオシロスコープ７６とで構成される。

図１３で、間隔ｄは、前記円形平板Ａと各避雷装置Ｂの間の距離を意味する。

上記のような試験装置を利用して各避雷装置のコロナ放電特性を評価するために、前記高電圧発生部７０の（−）直流電圧出力を円形平板Ａに連結し、接地部分を被試験対象である各避雷装置Ｂに連結する。

この時、コロナ放電電流を測定するために、前記間隔ｄを８０ｃｍにし、前記高電圧発生部７０の出力電圧を最大電圧４００ｋＶまで印加しながらコロナ放電による電流と電圧間の関係を図１２に示す。

図１３に示されたように、本発明の避雷装置は、図１４のグラフＥ曲線に示されたように、図１４のグラフＡ〜Ｄ曲線に示された従来の避雷装置に比べて同一のコロナ放電電流が流れる印加電圧が低いことが分かる。

これは、本発明の避雷装置が従来の避雷装置に比べて雷雲が近接した時に落雷流入確率が低いことを立証するものである。

したがって、本発明による避雷装置を設置した落雷保護対象物の落雷が流入される可能性が著しく減少することを意味する。

以上説明したように、本発明の実施例は、建物に近付く雷雲によって建物の周辺大気に分布している空間電荷と建物を通じて大地から供給される大地電荷を落雷が発生する前に放電させることによって、大地電荷の集中を遮断し、建物全体の電界を低減する。

上記のように、建物の電界が低くなれば、落雷が発生するための電界より低く形成されるので、落雷可能性を著しく低減することができる。

Claims (16)

1. 落雷から保護される物体の上端部に立設され、接地手段に連結される伝導性物質のロッドと、
   前記ロッドの上端に結合されるがいしと、
   チューブ形状（tube）からなり、その中心に前記ロッドが貫通し、前記ロッド側に針形状の突起部が形成され、空間電荷が帯電される帯電管と、
   を含むことを特徴とする避雷装置。
2. 前記帯電管は、前記ロッドと共に一直線上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の避雷装置。
3. 前記帯電管は前記ロッドの長手方向に沿って上下に２段連結されることを特徴とする請求項１に記載の避雷装置。
4. 落雷から保護される物体の上端部に立設され、接地手段に連結される伝導性物質のロッドと、
   前記ロッドの上端に結合されるがいしと、
   前記がいしの下方で前記ロッドと結合される連結部と、
   前記連結部に設置され、かつ前記ロッドを中心として放射状に多数個が配置される補助ロッドと、
   チューブ形状（tube）からなり、その中心に前記補助ロッドが貫通し、前記補助ロッド側に針形状の突起部が形成され、空間電荷が帯電される帯電管と、
   を含むことを特徴とする避雷装置。
5. 前記補助ロッド及び前記帯電管は、各々前記ロッドの周り方向に沿って等角間隔で配置されることを特徴とする請求項４に記載の避雷装置。
6. 前記がいしの下方でロッドに絶縁体を介して結合される帯電板と、前記帯電板の下方で前記ロッドと結合される放電手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１または４に記載の避雷装置。
7. 前記絶縁体は、誘電性物質であることを特徴とする請求項６に記載の避雷装置。
8. 前記誘電性物質は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）から選択されたいずれか１つであることを特徴とする請求項７に記載の避雷装置。
9. 前記帯電板は、中央に孔が形成された円板形からなることを特徴とする請求項６に記載の避雷装置。
10. 前記帯電板は、中央に孔が形成された皿状からなることを特徴とする請求項６に記載の避雷装置。
11. 前記放電手段は中央に孔が形成された円板形で構成されることを特徴とする請求項６に記載の避雷装置。
12. 前記がいしは、電気絶縁性ポリマーからなることを特徴とする請求項１または４に記載の避雷装置。
13. 落雷から保護される物体の上端部に設けられ、接地手段に連結される伝導性物質のロッドと、
    前記ロッドの上端に結合されるがいしと、
    チューブ形状（tube）からなり、その中心に前記ロッドが貫通し、前記ロッド側に針形状の突起部が形成され、空間電荷が帯電される帯電管と、
    前記がいしの下方で絶縁体を介してロッドに結合される帯電板と、
    前記帯電板の下方で前記ロッドと結合される放電手段と、
    前記帯電板と前記帯電管を連結する複数個の帯電針と、を含み、かつ、
    前記帯電針の一側は前記帯電板の底面に対向した状態で固定され、前記帯電針の他側は前記帯電管の内側に固定されるように前記帯電針が折曲形成されることを特徴とする避雷装置。
14. 前記絶縁体は、誘電性物質であることを特徴とする請求項１３に記載の避雷装置。
15. 前記誘電性物質は、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）または二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）から選択されたいずれか１つであることを特徴とする請求項１４に記載の避雷装置。
16. 前記帯電板は、中央に孔が形成された凹な皿状からなることを特徴とする請求項１３に記載の避雷装置。

Images