JP5493065B2 - バリスタ装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸化亜鉛形バリスタ素子を内蔵し、直撃雷によるサージ電圧を酸化亜鉛形バリスタ素子で吸収してその直撃雷から電気機器を保護する直撃雷用ＳＰＤ等に適用できるバリスタ装置に関する。

例えば直撃雷などによる雷害を防止する目的から、単相交流電路において電気機器と大地間に、直撃雷による過渡的な過電圧を制限してサージ電流を分流するデバイスとしてサージ防護デバイス（Surge Protective Device：ＳＰＤ）が設置されている。この直撃雷用ＳＰＤとしては、板状の酸化亜鉛形バリスタ素子を内蔵させた構造のものがある。

このバリスタ素子の電極構造は、銀電極やアルミ蒸着電極がある。直撃雷用ＳＰＤ等に適用するバリスタ装置では、サージ耐量の向上を図るため、複数個のバリスタ素子を並列接続した構造としているものがある。

この種のバリスタ装置は、図８および図９に示すように、複数個のバリスタ素子１１０と、それら各バリスタ素子１１０の電極面に接触する電極板１２０とを交互に積層した積層体を内蔵した構造を備えている。バリスタ素子１１０の電極面は、その電極面と接触する電極板１２０を所定の配置関係で電気的に接続した状態でバリスタ素子１１０間に介在させることにより、複数個のバリスタ素子１１０を並列接続した構造を採用している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１９９５１５号公報

ところで、本出願人が先に提案した前述の特許文献１では、図８および図９に示すように、三個のバリスタ素子１１０と四枚の電極板１２０とを交互に積層することにより積層体１８０を構成している。この積層体１８０において、各バリスタ素子１１０の電極面と接触する四枚の電極板１２０のうち、図示上方から一番目と三番目に位置して同一電位をなす二枚の電極板１２０をコ字状の連結部１２１で一体化すると共に、図示上方から二番目と四番目に位置して同一電位をなす二枚の電極板１２０をコ字状の連結部１２１で一体化することにより、図１０の等価回路で示すように積層体１８０の両側方へ導出した二つの連結部１２１間で三個のバリスタ素子１１０を並列接続した構成としている。

この電極板１２０の連結部１２１は、積層体１８０を収容したケース（図示せず）の両側面に露呈する。この連結部１２１を接続端子として外部引き出し電極などの端子導体を接続することになる。その場合、電極板１２０の連結部１２１に端子導体をねじ止めするため、積層体１８０をケースに収容する前にその積層体１８０を仮組み立てして連結部１２１にねじを予め取り付けておく必要がある。そのため、連結部１２１に孔を形成し、この孔にねじを挿通させてナットで固定する構造を採用することになる。しかしながら、二枚の電極板１２０をコ字状の連結部１２１で一体化した構造の場合、その連結部１２１にねじを孔に挿通させてナットで固定する作業に手間がかかり煩わしく、その組み立ての作業効率が低下する可能性があった。

そこで、本発明は、前述の特許文献１における改善点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、バリスタ素子と電極板との積層体をケースに収容する前の仮組み立て作業を効率よく行い得るバリスタ装置およびその製造方法を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係るバリスタ装置は、複数個の板状バリスタ素子と、積層されたバリスタ素子の各電極面に接触してバリスタ素子を並列接続する電極板と、バリスタ素子および電極板からなる積層体を収容する絶縁性ケースと、そのケースの開口部を閉塞する絶縁性カバーとを備え、ケース内に積層体を収容すると共に絶縁性充填剤を充填し、その積層体のバリスタ素子と電極板とを圧接した状態でカバーおよび絶縁性充填剤で積層体を密封したバリスタ装置であって、電極板は、同一電位を有する一対の電極板を積層体の側方へ延出させ、両電極板のそれぞれの延出部を端子導体で電気的かつ機械的に結合させた分割構造としたことを特徴とする。

また、本発明に係るバリスタ装置の製造方法は、複数個の板状バリスタ素子とそのバリスタ素子の各電極面に接触してバリスタ素子を並列接続する電極板とからなる積層体を絶縁性ケースに収容すると共に、絶縁性カバーでケースの開口部を閉塞することにより積層体のバリスタ素子と電極板とを圧接状態にした後、絶縁性充填剤の注入によりカバーおよび絶縁性充填剤で積層体をケース内に密封するバリスタ装置の製造方法であって、同一電位を有する一対の電極板を積層体の側方へ延出させ、両電極板のそれぞれの延出部を端子導体で電気的かつ機械的に結合させることを特徴とする。

本発明では、同一電位を有する一対の電極板を積層体の側方へ延出させ、両電極板のそれぞれの延出部を端子導体で電気的かつ機械的に結合させたことにより、端子導体を取り外せば、一対の電極板を分割可能な構造とすることで、バリスタ素子と電極板との積層体をケースに収容する前の仮組み立て作業を効率よく行うことができる。

本発明における端子導体は、ねじ部とそのねじ部の端部に低溶融半田で連結されたフランジ部とからなる切り離し部材を備え、フランジ部を電極板の延出部内側で係止させ、フランジ部から延びるねじ部を電極板の延出部外側へ導出させてナットにより螺着した構造が可能である。このような構造を採用すれば、酸化亜鉛形バリスタの発熱時に電極板とその電極板を外部に引き出す外部引き出し端子とを電気的に遮断する分離器を構成することができる。つまり、この分離器では、酸化亜鉛形バリスタの劣化による異常発熱が発生した場合、切り離し部材の低溶融半田が溶融し、フランジ部からねじ部が離脱可能となる。その結果、電極板から外部引き出し端子が分離可能となって温度ヒューズとしての機能を発揮する。

本発明におけるカバーは、電極板との接触面に、電極板との圧接により変形可能な傾斜突起部を有する構造が望ましい。また、本発明における電極板は、バリスタ素子との接触面に、バリスタ素子との圧接により変形可能な切り起こし突起部を有する構造が望ましい。このようにすれば、バリスタ素子と電極板とが全面に亘って均等に接触した状態を確保することができ、しかも、圧接により突起部が変形することでその接触面積も確保することができ、サージ電流の局部的な集中を回避することができる。このようにして、バリスタ素子と電極板との接触状態を良好なものとし、そのバリスタ素子に均一なサージ電流が流れるようにできる。

本発明によれば、同一電位を有する一対の電極板を積層体の側方へ延出させ、両電極板のそれぞれの延出部を端子導体で電気的かつ機械的に結合させたことにより、端子導体を取り外せば、一対の電極板を分割可能な構造とすることで、バリスタ素子と電極板との積層体をケースに収容する前の仮組み立て作業を効率よく行うことができる。その結果、組立性が良好な低コストのバリスタ装置を提供することができるので、そのバリスタ装置を直撃雷用ＳＰＤ等に適用することが容易となる。

本発明の実施形態におけるバリスタ装置の全体構成を示す組立分解斜視図である。 図１のバリスタ装置の組立完了斜視図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２のケースに絶縁性充填剤を充填した状態を示す斜視図である。 図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図１の一対の電極板で、（Ａ）は一方の電極板を示す斜視図、（Ｂ）は他方の電極板を示す斜視図である。 図１のカバーで、（Ａ）はカバーの上面側を示す斜視図、（Ｂ）はカバーの下面側を示す斜視図である。 従来のバリスタ装置で、バリスタ素子と電極板の積層体を示す斜視図である。 従来のバリスタ装置で、バリスタ素子と電極板の積層体を示す正面図である。 バリスタ素子を並列接続した構成を示す等価回路図である。

本発明に係るバリスタ装置およびその製造方法の実施形態を以下に詳述する。本発明は、直撃雷によるサージ電圧を酸化亜鉛形バリスタ素子で吸収してその直撃雷から電気機器を保護する直撃雷用ＳＰＤ等に好適なバリスタ装置である。なお、以下の実施形態では、三個のバリスタ素子を並列接続した構成を例示する。

図１〜図３に示す実施形態のバリスタ装置は、例えば三個の酸化亜鉛形バリスタ素子１０と、そのバリスタ素子１０の個数に対応させて配された四枚の電極板２０と、上端が開口した略直方体形状の絶縁性ケース３０と、そのケース３０の開口部を閉塞する略矩形状の絶縁性カバー４０と、前述のケース３０にカバー４０を締め付け固定する四本のネジ６０とを構成部品とし、図４および図５に示すように、ケース３０内にシリコン樹脂等の絶縁性充填剤７０が充填される。なお、前述のケース３０およびカバー４０は、例えば樹脂製のものを使用すればよい。

前述のバリスタ素子１０は、上下に電極面が形成された板状をなし、三個のバリスタ素子１０と四枚の電極板２０とを交互に積層することにより積層体８０を構成する。この積層体８０において、各バリスタ素子１０の電極面と接触する四枚の電極板２０のうち、同一電位を有する一対の電極板２０、つまり、図示上方から一番目と三番目に位置する二枚の電極板２０を積層体８０の一方の側方へ延出させ、両電極板２０のそれぞれの延出部２１を端子導体５０で電気的かつ機械的に結合させ、同様に、図示上方から二番目と四番目に位置する二枚の電極板２０を積層体８０の他方（１８０°反対方向）の側方へ延出させ、両電極板２０のそれぞれの延出部２１を端子導体９０で電気的かつ機械的に結合させる。このようにして、従来のバリスタ装置で一対の電極板１２０を連結部１２１で一体化していたのに対して（図８および図９参照）、この実施形態における一対の電極板２０を延出部２１で分割可能な構造としている。

一対の電極板２０では、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、上方に位置する一方の電極板２０の延出部２１は、その先端が下方に向けて９０°屈曲されてその屈曲部分２１ａに半円状の凹部２１ｂが形成され、下方に位置する他方の電極板２０の延出部２１は、その先端が上方に向けて９０°屈曲されてその屈曲部分２１ａに半円状の凹部２１ｂが形成されている。積層体８０に組み付けられた一対の電極板２０ではそれぞれの延出部２１の先端の屈曲部分２１ａが当接して二つの凹部２１ｂにより孔が形成される（図１参照）。

図示上方から一番目と三番目に位置する二枚の電極板２０では、ねじ５１、ワッシャ５２、スプリングワッシャ５３およびナット５４で構成された端子導体５０を使用する。この端子導体５０では、両電極板２０のそれぞれの延出部２１を、その屈曲部分２１ａをねじ５１とナット５４で挟み込む構造でもって電気的かつ機械的に結合させている。このねじ５１を利用することにより、電極板２０を外部に引き出す外部引き出し端子を取り付けるようにしている。

一方、図示上方から二番目と四番目に位置する二枚の電極板２０では、棒状のねじ部９１ａとそのねじ部９１ａの端部に低溶融半田で連結されたフランジ部９１ｂとからなる切り離し部材９１、ワッシャ９２、スプリングワッシャ９３およびナット９４で構成された端子導体９０を使用する。この端子導体９０では、フランジ部９１ｂを電極板２０の延出部２１の屈曲部分２１ａ内側で係止させ、フランジ部９１ｂから延びるねじ部９１ａを電極板２０の延出部２１の屈曲部分２１ａ外側へ凹部２１ｂを介して導出させてナット９４により螺着する。これにより、両電極板２０のそれぞれの延出部２１を、その屈曲部分２１ａをねじ部９１ａとナット９４で挟み込む構造でもって電気的かつ機械的に結合させている。このねじ部９１ａとナット９４を利用することにより、電極板２０を外部に引き出す外部引き出し端子９５を取り付けるようにしている（図３および図５参照）。

このような構造を採用することにより、バリスタ素子１０の発熱時に電極板２０と外部引き出し端子９５とを電気的に遮断する分離器を構成している。外部引き出し端子９５は、電極板２０の延出部２１の屈曲部分２１ａに接触した状態でナット９４により螺着され、図示しないが、電極板２０から離脱する方向に弾性力が付勢されている。この分離器では、バリスタ素子１０の劣化による異常発熱が発生した場合、切り離し部材９１の低溶融半田が溶融し、フランジ部９１ｂからねじ部９１ａが離脱可能となる。その結果、電極板２０から離脱する方向に弾性力が付勢された外部引き出し端子９５は、電極板２０から速やかに分離して温度ヒューズとしての機能を発揮する。

前述したバリスタ素子１０および電極板２０からなる積層体８０は、ケース３０に形成された凹所３１に収容され、この凹所３１の両側方に形成された切欠部３２，３３に、電極板２０から突出した延出部２１が収容されて外部に露呈する。このケース３０の開口部を閉塞するカバー４０は、その中央部位に、ケース３０の凹所３１に絶縁性充填剤７０を充填するための注入口４１が形成され、その注入口４１から放射状に延びる導入路４２が注入口４１に連設されている。カバー４０の下面の一側辺部には、積層体８０の電極板２０の一方の延出部２１、つまり、図示下方に位置する延出部２１に当接する押え部４４が形成されている。なお、このカバー４０の上面には、絶縁性充填剤７０が充填される凹部４３が形成されている。

以上で述べた構成部品からなるバリスタ装置の組み立ては以下の要領でもって行う。

まず、三個のバリスタ素子１０とそれらバリスタ素子１０の各電極面に接触してバリスタ素子１０を並列接続する電極板２０とからなり、その電極板２０から導出された一対の延出部２１を１８０°反対方向に配した積層体８０を構成する。ここで、一対の電極板２０を分割可能な構造としていることで、同一電位を有する一対の電極板２０を積層体８０の側方へ延出させ、両電極板２０のそれぞれの延出部２１を電気的かつ機械的に結合させる端子導体５０，９０の電極板２０への取り付けが容易となり、積層体８０をケース３０に収容する前の仮組み立て作業を効率よく行うことができる。

この積層体８０をケース３０の凹所３１に収容すると共にその凹所３１に連設された切欠部３２，３３に電極板２０の延出部２１をそれぞれ嵌入させる。積層体８０が収容されたケース３０の開口部にカバー４０を載置すると共にそのカバー４０の一側辺部に設けられた押え部４４をケース３０の一方の切欠部３３に嵌入させる。

ケース３０に対してカバー４０をネジ６０で締め付け固定する。このネジ６０による締め付けでもって積層体８０におけるバリスタ素子１０と電極板２０とを圧接した状態に保持する。その後、カバー４０に形成された注入口４１から絶縁性充填剤７０を注入する。この注入口４１から注入された絶縁性充填剤７０は、カバー４０に放射状に形成された導入路４２により凹所全体へ案内されて流入する。このようにして凹所３１に充填された絶縁性充填剤７０でもって積層体８０におけるバリスタ素子１０および電極板２０を被覆したことによりその積層体８０をケース３０内に密封する。

なお、電極板２０は、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、バリスタ素子１０の電極面との接触面に、バリスタ素子１０の電極面との圧接により変形可能な切り起こし突起部２２を設けている。図示では、切り起こし突起部２２を電極板２０の周縁部位と中央部位に形成しているが、その形成部位は任意である。また、カバー４０は、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、電極板２０との接触面に、電極板２０との圧接により変形可能な傾斜突起部４５を設けている。この傾斜突起部４５は、隣接する導入路４２間に放射状に形成され、その放射状外側へ向けて厚みが小さくなるように傾斜した圧接面を有する。

このようなカバー４０の傾斜突起部４５や電極板２０の切り起こし突起部２２を設けることにより、バリスタ素子１０の電極面との圧接状態で電極板２０が全面に亘って均等に接触した状態を確保することができ、しかも、バリスタ素子１０の電極面との圧接により電極板２０の切り起こし突起部２２が変形することでその接触面積も確保することができ、サージ電流の局部的な集中を回避することができる。このようにして、バリスタ素子１０と電極板２０との接触状態を良好なものとし、そのバリスタ素子１０に均一なサージ電流が流れるようにできる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１０ バリスタ素子
２０ 電極板
２１ 延出部
２２ 切り起こし突起部
３０ 絶縁性ケース
４０ 絶縁性カバー
４５ 傾斜突起部
５０ 端子導体
７０ 絶縁性充填剤
８０ 積層体
９０ 端子導体
９１ 切り離し部材
９１ａ ねじ部
９１ｂ フランジ部
９４ ナット

Claims (6)

1. 複数個の板状バリスタ素子と、積層されたバリスタ素子の各電極面に接触してバリスタ素子を並列接続する電極板と、バリスタ素子および電極板からなる積層体を収容する絶縁性ケースと、そのケースの開口部を閉塞する絶縁性カバーとを備え、ケース内に積層体を収容すると共に絶縁性充填剤を充填し、その積層体のバリスタ素子と電極板とを圧接した状態でカバーおよび絶縁性充填剤で積層体を密封したバリスタ装置であって、前記電極板は、同一電位を有する一対の電極板を積層体の側方へ延出させ、両電極板のそれぞれの延出部を端子導体で電気的かつ機械的に結合させた分割構造としたことを特徴とするバリスタ装置。
2. 前記端子導体は、ねじ部と前記ねじ部の端部に低溶融半田で連結されたフランジ部とからなる切り離し部材を備え、前記フランジ部を電極板の延出部内側で係止させ、前記フランジ部から延びるねじ部を電極板の延出部外側へ導出させてナットにより螺着した請求項１に記載のバリスタ装置。
3. 前記カバーは、電極板との接触面に、前記電極板との圧接により変形可能な傾斜突起部を有する請求項１又は２に記載のバリスタ装置。
4. 前記電極板は、バリスタ素子との接触面に、前記バリスタ素子との圧接により変形可能な切り起こし突起部を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のバリスタ装置。
5. 複数個の板状バリスタ素子と前記バリスタ素子の各電極面に接触して前記バリスタ素子を並列接続する電極板とからなる積層体を絶縁性ケースに収容すると共に、絶縁性カバーで前記ケースの開口部を閉塞することにより積層体のバリスタ素子と電極板とを圧接状態にした後、前記絶縁性充填剤の注入によりカバーおよび絶縁性充填剤で前記積層体をケース内に密封するバリスタ装置の製造方法であって、同一電位を有する一対の電極板を積層体の側方へ延出させ、両電極板のそれぞれの延出部を端子導体で電気的かつ機械的に結合させることを特徴とするバリスタ装置の製造方法。
6. 前記端子導体は、ねじ部と前記ねじ部の端部に低溶融半田で連結されたフランジ部とからなる切り離し部材を備え、前記フランジ部を電極板の延出部内側で係止させ、前記フランジ部から延びるねじ部を電極板の延出部外側へ導出させてナットにより螺着する請求項５に記載のバリスタ装置の製造方法。

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