JP5552660B2

JP5552660B2 - 分離器付ｓｐｄ

Info

Publication number: JP5552660B2
Application number: JP2010255892A
Authority: JP
Inventors: 健七郎三島; 和司大槻; 健治木本
Original assignee: Otowa Electric Co Ltd
Current assignee: Otowa Electric Co Ltd
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2014-07-16
Anticipated expiration: 2030-11-16
Also published as: JP2012109078A

Description

本発明は、直撃雷や誘導雷によるサージ電圧を酸化亜鉛形バリスタで吸収してそれら雷撃から電気機器を保護するもので、酸化亜鉛形バリスタの故障や劣化に対する保護として温度ヒューズ機能を具備した分離器付ＳＰＤ（Surge Protective Device：サージ防護デバイス）に関する。

例えば直撃雷や誘導雷による雷害を防止する目的から、単相交流電路や三相交流電路において電気機器と大地間に、雷撃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ＳＰＤが設置されている。このＳＰＤとしては、酸化亜鉛形バリスタを内蔵させた構造のものがある。

この酸化亜鉛形バリスタは、雷サージが繰り返し印加されると、その雷サージの電流レベルによっては経時的に劣化する。酸化亜鉛形バリスタが劣化すると、漏れ電流が増加して発熱し、熱暴走による発煙発火の原因となる。このことから、本出願人は、酸化亜鉛形バリスタの熱暴走による発煙発火を防止する保護として温度ヒューズ機能を具備したＳＰＤを先に提案している（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１で開示されたＳＰＤは、電気機器と大地間に直列に接続され、絶縁性ケース内に並置された二個の酸化亜鉛形バリスタと、それら二個の酸化亜鉛形バリスタ間に接続され、酸化亜鉛形バリスタのうちの少なくとも一方の異常発熱により溶断する低溶融金属からなる温度ヒューズと、酸化亜鉛形バリスタ間に配置され、その酸化亜鉛形バリスタの異常発熱による温度ヒューズの軟化時点でその温度ヒューズを分断するように変位する絶縁性遮断板とを具備する。

このＳＰＤでは、酸化亜鉛形バリスタのうちの少なくとも一方の劣化による異常発熱が発生した場合、二個の酸化亜鉛形バリスタ間に接続された温度ヒューズが溶断するが、その温度ヒューズが溶融する前に軟化した時点で、二個の酸化亜鉛形バリスタ間に配置された絶縁性遮断板が変位して温度ヒューズを分断する。

これにより、二個の酸化亜鉛形バリスタの分離を迅速に行うことができて酸化亜鉛形バリスタの保護が確実となって安全性の確保が図れる。また、絶縁性遮断板による温度ヒューズの分断時、分断された二つの温度ヒューズ片の間に絶縁性遮断板が介在するため、温度ヒューズの溶断箇所での絶縁性を確保することができ、二個の酸化亜鉛形バリスタを確実に分離することができる。

特開２０１０−２１１９２８号公報

ところで、前述した特許文献１に開示された遮断板付ＳＰＤでは、酸化亜鉛形バリスタの劣化による異常発熱でもって、温度ヒューズが溶融する前に軟化した時点で、二個の酸化亜鉛形バリスタ間に配置された絶縁性遮断板が変位して温度ヒューズを分断する。これにより、二個の酸化亜鉛形バリスタの分離を迅速に行うことができるようにしている。

しかしながら、このＳＰＤにおける温度ヒューズは、酸化亜鉛形バリスタの外部、つまり、二個の酸化亜鉛形バリスタの電極板間に金具を介して接続された構造となっており、酸化亜鉛形バリスタから離隔した位置に配置されている。このことから、酸化亜鉛形バリスタで発せられた熱が金具を介して温度ヒューズに伝導されるため、酸化亜鉛形バリスタが異常発熱しても温度ヒューズが軟化するまでに至っていない状態が発生する。

このように、酸化亜鉛形バリスタの電極板に金具を介して温度ヒューズを接続することにより、酸化亜鉛形バリスタの外部に温度ヒューズを離隔して配置した構造では、温度ヒューズの応答性改善およびＳＰＤのコンパクト化が困難であるというのが現状であった。

そこで、本発明は前述の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、温度ヒューズの応答性を向上させると共にコンパクト化を実現容易にし得る分離器付ＳＰＤ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、本発明は、酸化亜鉛形バリスタを絶縁ケースに収容し、その酸化亜鉛形バリスタの課電側および接地側の両電極板を引き出した一対の端子板を絶縁ケースから導出した分離器付ＳＰＤであって、酸化亜鉛形バリスタの一方の電極板とその電極板を引き出す端子板とを電気的に接続すると共に、酸化亜鉛形バリスタの発熱時に電極板と端子板とを電気的に遮断する分離器を備え、その分離器は、低溶融半田を介して電極板に離脱可能に取り付けられた切り離し部材と、その切り離し部材と端子板とを連結する変形可能な導電部材と、切り離し部材の離脱方向に弾性力を付勢し、導電部材の変形により切り離し部材を酸化亜鉛形バリスタの電極板から離脱させるばね機構とを具備し、切り離し部材は、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で構成され、酸化亜鉛形バリスタの電極板に形成された孔に切り離し部材のねじ部を挿通させ、フランジ部を電極板内側で係止すると共にねじ部を電極板外側に導出し、その導出されたねじ部の端部を導電部材に螺着したことを特徴とする。

本発明に係る分離器付ＳＰＤ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、その酸化亜鉛形バリスタの電極板に取り付けられた切り離し部材の低溶融半田が溶融し、切り離し部材が電極板から離脱可能となる。このようにして、温度ヒューズとして機能する切り離し部材は、電極板と端子板との間を変形可能な導電部材で連結させるための締め付け力がかかっており、また、電極板と導電部材と間にはばね機構により離脱方向に弾性力が付勢されている。これにより、ばね機構の弾性力および導電部材の変形により切り離し部材を酸化亜鉛形バリスタの電極板から迅速かつ確実に離脱させることができる。

また、切り離し部材を、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で構成することにより、低溶融半田の使用量を最小限に抑えた経済的な温度ヒューズを実現することができる。また、酸化亜鉛形バリスタの電極板の孔に切り離し部材のねじ部を挿通させ、フランジ部を電極板内側で係止すると共にねじ部を電極板外側に導出した構造を採用することにより、温度ヒューズを構成する切り離し部材の低溶融半田が酸化亜鉛形バリスタ内部の発熱体近傍に配置されるので、その酸化亜鉛形バリスタの異常発熱により低溶融半田が速やかに軟化・溶融する。なお、酸化亜鉛形バリスタの電極板外側に導出されたねじ部の端部を導電部材に螺着した構造とすることにより、低溶融半田の軟化・溶融により、ねじ部は導電部材と一体になって酸化亜鉛形バリスタの電極板から速やかに離脱する。

本発明におけるばね機構は、酸化亜鉛形バリスタと、切り離し部材と導電部材との連結部との間に、切り離し部材の離脱方向に沿って張設された圧縮コイルばねを備えている構造が望ましい。

このように、切り離し部材の離脱方向に沿って張設された圧縮コイルばねを備えていることにより、その圧縮コイルばねの弾性力を切り離し部材の離脱方向に作用させることができる。また、酸化亜鉛形バリスタと、切り離し部材と導電部材との連結部との間に、圧縮コイルばねを張設することにより、圧縮コイルばねの弾性力の作用時、切り離し部材を導電部材と共に酸化亜鉛形バリスタから速やかに離脱させることができる。

本発明によれば、酸化亜鉛形バリスタの発熱時に電極板と端子板とを電気的に遮断する分離器を、低溶融半田を介して電極板に離脱可能に取り付けられた切り離し部材と、その切り離し部材と端子板とを連結する変形可能な導電部材と、切り離し部材の離脱方向に弾性力を付勢し、導電部材の変形により切り離し部材を酸化亜鉛形バリスタの電極板から離脱させるばね機構とで構成したこにより、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、その酸化亜鉛形バリスタの電極板に取り付けられた切り離し部材の低溶融半田が溶融し、切り離し部材が電極板から離脱可能となる。

このようにして、温度ヒューズとして機能する切り離し部材は、電極板と端子板との間を変形可能な導電部材で連結させるための締め付け力がかかっており、また、電極板と導電部材と間にはばね機構により離脱方向に弾性力が付勢されている。これにより、ばね機構の弾性力および導電部材の変形により切り離し部材を酸化亜鉛形バリスタの電極板から迅速かつ確実に離脱させることができる。この切り離し部材の低溶融半田が酸化亜鉛形バリスタ内部の発熱体近傍にあり、熱伝導の途中での放熱が少なく、低溶融半田が溶融する過程の早い段階で切り離しが可能となっている。その結果、温度ヒューズを構成する切り離し部材の低溶融半田の応答性を向上させたコンパクトな分離器付ＳＰＤを提供することができる。

本発明に係る分離器付ＳＰＤの実施形態で、絶縁ケースの前部カバーを省略した状態を示す正面図である。図１の分離器付ＳＰＤで、絶縁ケースの後部カバーを省略した状態を示す斜視図である。図２の分離器付ＳＰＤの背面側を示す斜視図である。（Ａ）（Ｂ）は切り離し部材を取り付けた酸化亜鉛形バリスタを示す斜視図である。分離器を構成する切り離し部材で、（Ａ）はねじ部とフランジ部とを低溶融半田で接合した状態を示す断面図、（Ｂ）はねじ部とフランジ部とを低溶融半田で接合した状態を示す斜視図、（Ｃ）は低溶融半田の溶融によりフランジ部からねじ部が分離した状態を示す斜視図である。絶縁カバーの後部カバーから前部カバーを取り外した状態の分離器付ＳＰＤを示す斜視図である。図６の分離器付ＳＰＤを端子台に取り付ける前の状態を示す組立分解斜視図である。図６の分離器付ＳＰＤを端子台に取り付けた後の状態を示す組立完了斜視図である。図１の分離器付ＳＰＤにおいて、分離器が動作した後の状態を示す正面図である。

本発明に係る分離器付ＳＰＤの実施形態を、図１〜図９を参照しながら、以下に詳述する。

この実施形態の分離器付ＳＰＤは、図６〜図８に示すように、酸化亜鉛形バリスタ１を含む内部要素を樹脂製の絶縁ケース２に収容し、その酸化亜鉛形バリスタ１の課電側および接地側の両電極板１３，１４〔図４（Ａ）（Ｂ）参照〕を引き出した一対の端子板３，４を絶縁ケース２の下部から導出した構造を具備する。また、絶縁ケース２は、図６に示すように、前部カバー８と後部カバー９との半割構造をなし、その上部隅部には、酸化亜鉛形バリスタ１の劣化情報を外部に出力するマイクロスイッチ１０および接点出力端子１１と、その劣化情報を表示する劣化表示部１２が配設されている。この分離器付ＳＰＤは、図７および図８に示すように、絶縁ケース２から導出した端子板３，４を端子台５の開口部６，７から接触子（図示せず）に挿入することにより起立状態で端子台５に装着する。このようにして、単相交流電路や三相交流電路において電源ラインと接地ラインとの間に電気的に接続される。

この分離器付ＳＰＤは、図１〜図３に示すように、酸化亜鉛形バリスタ１の一方の電極板１４〔図４（Ａ）参照〕とその電極板１４を引き出す端子板４とを電気的に接続すると共に、酸化亜鉛形バリスタ１の劣化による異常発熱時に電極板１４と端子板４とを電気的に遮断する分離器１５を備えている。つまり、酸化亜鉛形バリスタ１の側面に露呈する電極板１４と端子板４との間に分離器１５が介在している。なお、酸化亜鉛形バリスタ１の他方の電極板１３〔図４（Ｂ）参照〕については、端子板３がねじ止めにより直接的に接続されている。

この分離器１５は、低溶融半田を介して電極板１４〔図４（Ａ）参照〕に離脱可能に取り付けられた切り離し部材１６と、その切り離し部材１６と端子板４とを連結する変形可能な導電部材１７と、切り離し部材１６の離脱方向（図示横方向）に弾性力を付勢し、導電部材１７の変形により切り離し部材１６を酸化亜鉛形バリスタ１の電極板１４から離脱させるばね機構１８とを具備する。この切り離し部材１６が温度ヒューズ機能を発揮する。導電部材１７は可撓性を有し、例えば０．１ｍｍ程度の薄い帯板状銅板を屈曲成形することにより変形可能としている。

切り離し部材１６は、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、雄ねじが形成された棒状のねじ部１９と、そのねじ部１９の端部に低溶融半田２０で連結された矩形状のフランジ部２１とで構成されている。この切り離し部材１６は、具体的には、フランジ部２１の中央に孔２２を形成し、その孔２２にねじ部１９を挿通させて孔２２から突出する端部を低溶融半田２０でフランジ部２１に接合した構造を具備する。

図１に示すように、酸化亜鉛形バリスタ１の電極板１４に形成された孔２３に切り離し部材１６のねじ部１９を挿通させ、フランジ部２１を電極板内側で係止すると共にねじ部１９を電極板外側に導出し、その導出されたねじ部１９の端部を導電部材１７にナット２５で螺着した構造としている。このナット螺着構造が、切り離し部材１６と導電部材１７との連結部を構成している。切り離し部材１６のフランジ部２１を電極板内側で係止することにより、そのフランジ部２１とねじ部１９とを連結する低溶融半田２０が酸化亜鉛形バリスタ１の内部側に配置される。このように、端子板４から屈曲して延び、切り離し部材１６のねじ部１９の端部にナット２５で螺着された導電部材１７は、樹脂製の取付部材２４に固定されている（図１拡大部分参照）。

ばね機構１８は、図３に示すように、酸化亜鉛形バリスタ１と、切り離し部材１６と導電部材１７との連結部との間に、切り離し部材１６の離脱方向（図示横方向）に沿って張設された圧縮コイルばね２６を備えた構造としている。つまり、二本のシャフト２７が酸化亜鉛形バリスタ１の背面側で一対の樹脂製支持部材２８，２９により横方向に平行して配置され、一方の支持部材２８が酸化亜鉛形バリスタ１に固定され、他方の支持部材２９が絶縁ケース２（図１および図６参照）で支持されている。シャフト２７に取付部材２４が移動可能に装着されると共に、そのシャフト２７に圧縮コイルばね２６が外挿され、その圧縮コイルばね２６の一端が、酸化亜鉛形バリスタ１に取り付けられた一方の支持部材２８で係止され、圧縮コイルばね２６の他端が、導電部材１７が固定された取付部材２４に係止されることにより、圧縮コイルばね２６が支持部材２８と取付部材２４との間に張設されている。

以上の構成からなる分離器付ＳＰＤにおいて、酸化亜鉛形バリスタ１の劣化による異常発熱が発生した場合の分離器１５の動作を以下に詳述する。

酸化亜鉛形バリスタ１の劣化による異常発熱が発生すると、その酸化亜鉛形バリスタ１の電極板１４に取り付けられた切り離し部材１６の低溶融半田２０が溶融し、切り離し部材１６においてねじ部１９がフランジ部２１から離脱可能となる〔図５（Ａ）〜（Ｃ）参照〕。この切り離し部材１６のねじ部１９はナット２５で取付部材２４の導電部材１７に連結固定され、その取付部材２４が圧縮コイルばね２６により離脱方向に弾性力が付勢されていることから、その圧縮コイルばね２６の弾性力により導電部材１７が座屈変形してねじ部１９が酸化亜鉛形バリスタ１の電極板１４から離脱する。このように、図１に示す状態から図９に示す状態へ移行することで、酸化亜鉛形バリスタ１の電極板１４と端子板４とが電気的に遮断された状態となる。

このようにして、温度ヒューズとして機能する切り離し部材１６は、変形可能な導電部材１７で端子板４と連結されていると共に、ばね機構１８により離脱方向に弾性力が付勢されていることにより、ばね機構１８の弾性力および導電部材１７の変形により切り離し部材１６を酸化亜鉛形バリスタ１の電極板１４から迅速かつ確実に離脱させることができる。この場合、切り離し部材１６を、ねじ部１９とそのねじ部１９の端部に低溶融半田２０で連結されたフランジ部２１とで構成していることから、低溶融半田２０の使用量を最小限に抑えた経済的に温度ヒューズを実現することができる。

また、酸化亜鉛形バリスタ１の電極板１４に形成された孔２３に切り離し部材１６のねじ部１９を挿通させ、フランジ部２１を電極板内側で係止すると共にねじ部１９を電極板外側に導出した構造を採用したことにより、温度ヒューズを構成する切り離し部材１６の低溶融半田２０が酸化亜鉛形バリスタ１の内部の発熱体近傍に配置されることになり、その酸化亜鉛形バリスタ１の異常発熱により低溶融半田２０が速やかに軟化・溶融する。なお、酸化亜鉛形バリスタ１の電極板外側に導出されたねじ部１９の端部を導電部材１７にナット２５で螺着した構造としたことにより、低溶融半田２０の軟化・溶融により、ねじ部１９は導電部材１７と一体になって酸化亜鉛形バリスタ１の電極板１４から速やかに離脱する。

さらに、切り離し部材１６の離脱方向に沿って張設された圧縮コイルばね２６を備えていることにより、その圧縮コイルばね２６の弾性力を切り離し部材１６の離脱方向に作用させることができる。また、酸化亜鉛形バリスタ１に固定された支持部材２８と、導電部材１７が固定された取付部材２４との間に、圧縮コイルばね２６を張設したことにより、圧縮コイルばね２６の弾性力の作用時、切り離し部材１６を導電部材１７と共に酸化亜鉛形バリスタ１から速やかに離脱させることができる。

なお、以上で説明した分離器１５の上部には、酸化亜鉛形バリスタ１の劣化情報を外部に出力するマイクロスイッチ１０および接点出力端子１１と、その劣化情報を表示する劣化表示部１２が配設されている。

劣化表示部１２は、絶縁ケース２との間に張設されたばねにより上方へ向けて弾性力が付勢された表示板３０を有し、通常時（図１参照）、その表示板３０はばねの弾性力に抗して連結部材２４との機械的結合により絶縁ケース２に対して退入した位置にある。これに対して、酸化亜鉛形バリスタ１の劣化による異常発熱の発生時（図９参照）、前述したように連結部材２４の移動により表示板３０との機械的結合が解除され、その表示板３０がばねの弾性力により絶縁ケース２の孔３１から突出する。この表示板３０の突出により酸化亜鉛形バリスタ１の劣化情報を表示する。

接点出力端子１１は、表示板３０に近接配置されたマイクロスイッチ１０と共に絶縁ケース２に取り付けられている。通常時（図１参照）、表示板３０に設けられた押え部３２によりマイクロスイッチ１０のレバー３３が押さえ込まれた状態にある。これに対して、酸化亜鉛形バリスタ１の劣化による異常発熱の発生時（図９参照）、表示板３０の突出動作でもって押え部３２によりレバー３３が押さえ込まれた状態が解除され、マイクロスイッチ１０のレバー３３が変位する。このマイクロスイッチ１０のレバー変位でもって接点出力端子１１がＯＮし、酸化亜鉛形バリスタ１の劣化情報を外部に出力する。

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。

１酸化亜鉛形バリスタ
２絶縁ケース
３，４端子板
１４電極板
１５分離器
１６切り離し部材
１７導電部材
１８ばね機構
１９ねじ部
２０低溶融半田
２１フランジ部
２３孔
２６圧縮コイルばね

Claims

酸化亜鉛形バリスタを絶縁ケースに収容し、前記酸化亜鉛形バリスタの課電側および接地側の両電極板を引き出した一対の端子板を前記絶縁ケースから導出した分離器付ＳＰＤであって、
前記酸化亜鉛形バリスタの一方の電極板とその電極板を引き出す端子板とを電気的に接続すると共に、前記酸化亜鉛形バリスタの発熱時に前記電極板と端子板とを電気的に遮断する分離器を備え、
前記分離器は、低溶融半田を介して前記電極板に離脱可能に取り付けられた切り離し部材と、前記切り離し部材と前記端子板とを連結する変形可能な導電部材と、前記切り離し部材の離脱方向に弾性力を付勢し、前記導電部材の変形により切り離し部材を酸化亜鉛形バリスタの電極板から離脱させるばね機構とを具備し、
前記切り離し部材は、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で構成され、酸化亜鉛形バリスタの電極板に形成された孔に切り離し部材のねじ部を挿通させ、フランジ部を電極板内側で係止すると共に前記ねじ部を電極板外側に導出し、その導出されたねじ部の端部を導電部材に螺着したことを特徴とする分離器付ＳＰＤ。
前記ばね機構は、前記酸化亜鉛形バリスタと、前記切り離し部材と導電部材との連結部との間に、前記切り離し部材の離脱方向に沿って張設された圧縮コイルばねを備えている請求項１に記載の分離器付ＳＰＤ。