JP6022955B2

JP6022955B2 - 雷害対策用絶縁ブッシュ

Info

Publication number: JP6022955B2
Application number: JP2013012442A
Authority: JP
Inventors: 智仙吉田; 秀利黒沢
Original assignee: 大同信号株式会社
Priority date: 2013-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2033-01-25
Also published as: JP2014146415A

Description

この発明は、鉄道の信号設備などの機器が収容された機器筐体を支持体（例えば、建造物）に緊結する緊結部材（例えば、ボルト等）の周りに介装され、前記機器筐体を電気的に絶縁して雷害から筐体内に収容された機器を保護する雷害対策用絶縁ブッシュに関するものである。

従来、鉄道の信号設備などの機器は、電流サージから保護するために、機器筺体のブラケットやフランジなどの固定用部材と支持体との間に樹脂やセラミックスなどの絶縁材を挟んで電気的に絶縁する絶縁構造により支持体に緊結することが行われていた。

しかし、この機器の絶縁に用いられる従来の絶縁ブッシュ１０は、図８，９に示すように、絶縁材である樹脂からなるが、円筒状の胴部１２と、この上端に接続する穴開き円板状の鍔部１３とからなる、図９に示す通常のブッシュ形状の絶縁ブッシュであったため、雷害対策としては沿面距離（最小表面絶縁距離：二つの導体間の絶縁材の表面に沿った最短距離）、特に、ブラケットＢｋと座金Ｚとの間の沿面距離Ｙ４が不足する耐電圧（絶縁破壊を起こさずに規定時間印加できる電圧）が１．５ｋＶ程度の絶縁ブッシュであり、耐電圧が低すぎて雷サージに耐え得るものではなかった。つまり、雷害対策として用いるには耐電圧が不十分な絶縁ブッシュであった。

また、特許文献１には、クリープ防止や経時の力学的物性（反発力：緊結部材の締め付け軸力に対する応力）維持のため汎用品でない特殊形状の特殊座金１６を内包した繊維強化樹脂からなる絶縁ブッシュ１１が開示されており、通常の電流サージに係る沿面距離についても言及されている。

しかし、特許文献１に記載の絶縁ブッシュ１１は、ブッシュのツバ部１９の厚みや径の大きさ（周縁部２０の幅）で沿面距離Ｌ_１を確保するものであり、そのため、特許文献１に記載された技術を用いて落雷時の雷サージに耐え得る絶縁ブッシュとするためには、絶縁材である樹脂材の厚みや径を大幅に大きくせざるを得ず、クリープ防止や経時の力学的物性維持のため、樹脂材に特殊座金１６等を内包させたり繊維強化を施したり、絶縁材を製造困難なセラミックスとしたりする必要があり、コストアップの要因となるものと想定される（特許文献１の明細書の段落０００６〜０００７，０００８，００３３、図面の図１等参照）。

特開平６−１０１７８９号公報

そこで、この発明は、前記従来技術の問題点を解決し、コストアップ要因となる汎用品でない特殊材料を用いたり絶縁材を改良したりすることを要せずに、雷サージに耐え得る所定の沿面距離及び耐電圧を確保することができる雷害対策用絶縁ブッシュを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、樹脂などの絶縁材からなり、機器筐体を支持体に緊結する緊結部材の周りに外嵌され、前記緊結部材の軸周りに嵌め込まれる円筒状の胴部と、この胴部の一端に接続して座金と当接する穴開き円板状の鍔部と、を有し、前記機器筐体を電気的に絶縁する絶縁ブッシュにおいて、
前記鍔部の外周縁に沿って前記緊結部材の軸方向外側に向け立ち上がるリング状の立上り部を設けるとともに、前記鍔部の外周面に前記軸方向に沿って徐々に縮径又は拡径するテーパ面を前記立上り部の外周面から内側又は外側に離れた位置より縮径又は拡径が始まるように形成することにより、前記座金から前記機器筐体までの沿面距離を所定距離以上確保し、前記機器筐体内に収容される機器を雷サージから保護することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の雷害対策用絶縁ブッシュにおいて、前記立上り部は、前記座金の外周面から外側に離れた位置から立ち上がることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の雷害対策用絶縁ブッシュにおいて、前記テーパ面は、前記立上り部には、樹脂などの絶縁材からなり、前記緊結部材を覆って空間放電を防ぐ絶縁キャップが嵌着されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の雷害対策用絶縁ブッシュにおいて、前記立上り部の端部外周縁は、テーパ面又は丸面状に面取り成形されていることを特徴とする。

この発明は、前記のようであって、請求項１に記載の発明によれば、樹脂などの絶縁材からなり、機器筐体を支持体に緊結する緊結部材の周りに外嵌され、前記緊結部材の軸周りに嵌め込まれる円筒状の胴部と、この胴部の一端に接続して座金と当接する穴開き円板状の鍔部と、を有し、前記機器筐体を電気的に絶縁する絶縁ブッシュにおいて、前記鍔部の外周縁に沿って前記緊結部材の軸方向外側に向け立ち上がるリング状の立上り部を設けるとともに、前記鍔部の外周面に前記軸方向に沿って徐々に縮径又は拡径するテーパ面を前記立上り部の外周面から内側又は外側に離れた位置より縮径又は拡径が始まるように形成することにより、前記座金から前記機器筐体までの沿面距離を所定距離以上確保し、前記機器筐体内に収容される機器を雷サージから保護するので、樹脂などの絶縁材からなる鍔部の厚みを増したり、径を大きくしたりすることなく雷害に耐え得る所定の沿面距離や耐電圧を確保することができる。このため、コストアップ要因となるクリープ防止や経時の力学的物性維持のための特別な処置を施す必要がなく、コストダウンを図ることができる。また、前記テーパ面は、前記立上り部の外周面から内側又は外側に離れた位置より縮径又は拡径が始まるので、ブッシュの軸方向（緊結部材の軸方向と同じ）に沿った断面の外縁がジグザグに雁行することとなり、更に沿面距離を稼ぐことができ、耐電圧を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の雷害対策用絶縁ブッシュにおいて、前記立上り部は、前記座金の外周面から外側に離れた位置から立ち上がるので、即ち、導体（電気伝導体）である座金と絶縁体である絶縁ブッシュの立上り部内周面との間に溝ができ離間した状態で立上り部が立ち上がっているので、座金の厚みと溝の幅の分だけ、更に沿面距離を稼ぐことができ、耐電圧を向上させることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の雷害対策用絶縁ブッシュにおいて、前記立上り部には、樹脂などの絶縁材からなり、前記緊結部材を覆って空間放電を防ぐ絶縁キャップが嵌着されているので、沿面距離を稼いで耐電圧を上げるだけでなく、絶縁キャップにより緊結部材を覆うことにより緊結部材の露出部分を無くすことができ、空間放電による雷害を防ぐことができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の雷害対策用絶縁ブッシュにおいて、前記立上り部の端部外周縁は、テーパ面又は丸面状に面取り成形されているので、沿面距離のロスはあるものの、絶縁ブッシュと絶縁キャップとの嵌合が容易となり、嵌合不良による空間放電を防ぐことができる。

この発明の一実施の形態の実施例に係る絶縁ブッシュを用いた機器筺体の絶縁構造を緊結部材の軸を通るブラケットに沿った鉛直面で切断した状態で示す鉛直断面図である。同上の絶縁ブッシュを軸と直交する任意の方向から見た側面図である。同上の絶縁ブッシュを上方から見た平面図である。同上の絶縁ブッシュを下方から見た底面図である。同上の絶縁ブッシュをその軸を通る任意の鉛直面で切断した状態で示す鉛直断面図である。同上の絶縁ブッシュの平面及び側面の外観を示す斜視図である。同上の絶縁キャップの主に裏面を示す斜視図である。従来の絶縁ブッシュを用いた機器筺体の絶縁構造を緊結部材の軸を通るブラケットに沿った鉛直面で切断した状態で示す鉛直断面図である。従来の絶縁ブッシュの平面及び側面の外観を示す斜視図である。

図面を参照しながら、この発明の一実施の形態の実施例に係る雷害対策用絶縁ブッシュについて説明する。

先ず、一実施の形態として、図１を用いて、列車集中制御装置（通称CTC：Centralized Traffic Control）などの鉄道の信号設備機器が収容された機器筐体を、建造物等の支持体と機器筐体のブラケットとの間に絶縁板を挟んでボルトなどの緊結部材で緊結する機器筺体の絶縁構造の一部として、雷害対策用絶縁ブッシュを用いる場合を例示して説明する。
なお、列車集中制御装置とは、鉄道において路線・一定区間の単位で信号や分岐器の連動装置を一か所で遠隔操作できるようにしたシステムをいう。

図示する機器筐体の絶縁構造体Ｉ１は、機器筐体Ｘの固定用部材であるブラケットＢｋと建造物である床などの支持体（図示せず）との間に嵌挿される絶縁板Ｉａと、ブラケットＢｋを支持体に緊結する緊結部材Ｂｎと、この緊結部材Ｂｎの軸周りに装着される後述の絶縁ブッシュ１と、この絶縁ブッシュに嵌着される後述の絶縁キャップ５などから構成されている。

絶縁板Ｉａは、樹脂やセラミックスなどの絶縁材からなる平面視矩形状の板材であるが、当然、雷サージから機器筺体を保護できる耐電圧（例えば、３０ｋＶ）の性能を有するものであれば絶縁材の種類や板の形状等は特に限定されない。

緊結部材Ｂｎは、Ｍ１２〜Ｍ２０程度の大きさのボルトＢと、このボルトＢと螺合するナット（図示せず）と、緊結部材Ｂｎの軸力を後述の絶縁ブッシュ１に均等に伝達するための座金Ｚなどからなり、この座金Ｚは、ボルトＢの大きさに応じた平座金（ワッシャ）Ｚ１と、緩み止めのためのバネ座金（スプリングワッシャ）Ｚ２とからなる。

勿論、このボルトＢとナットとの位置関係は、図示する方向と上下が逆でも構わないし、緊結部材Ｂｎ（ボルトＢ）の軸方向が水平方向に設置されていてもよい。
要するに、機器筺体の絶縁構造においては、機器筺体の固定用部材と支持体との間に絶縁板Ｉａが介在すればよく、緊結部材Ｂｎの軸方向は、機器筺体Ｘと、これを取り付ける支持体との位置関係に応じた任意の方向で構わない。

（絶縁ブッシュ）
次に、図１〜図６を用いて、絶縁ブッシュ１について説明する。
図示する絶縁ブッシュ１は、絶縁材であるポリ塩化ビニルからなり、緊結部材Ｂｎの軸周りに嵌め込まれる円筒状の胴部２と、この胴部２の上端（一端）に接続する穴開き円板状の鍔部３と、この鍔部３の外周縁に沿って立ち上がるリング状の立上り部４と、を備え、機器筺体のブラケットＢｋと緊結部材Ｂｎとの間に介在して、これらを電気的に絶縁する部材であり、所定の沿面距離と耐電圧を有している。

ここで、所定の耐電圧とは、一般的な雷サージから機器筺体Ｘ内の機器を保護することができるものとして３０ｋＶ（例えば、東日本旅客鉄道の信号設備雷害対策設計施工標準等）を想定しており、所定の沿面距離は、この耐電圧を確保するために実験等により絶縁材の種類に応じて定められる。
具体的には、絶縁材としてポリ塩化ビニルを用いた場合は、沿面距離を１８ｍｍ以上確保することが必要である。

胴部２は、従来の絶縁ブッシュ１０（図８，９参照）と同様に、緊結部材ＢｎとブラケットＢｋとの間に介在してこれらを絶縁する機能を有した円筒状の部分であり、その径は、Ｍ１２等のボルトＢの軸径に応じて定められ、その長さは、所定の沿面距離を確保できる長さとなっている。
つまり、図１のＹ１の太線で示すボルトＢの軸からブラケットＢｋの内面までの沿面距離Ｙ１は、従来の絶縁ブッシュ１０と同様に、単純に胴部２の長さで所定距離以上確保するようにしている（図８のＹ３の太線で示す従来の沿面距離Ｙ３も参照）。

鍔部３は、従来の絶縁ブッシュ１０（図８，９参照）と同様に、ボルトＢの軸を挿通可能な大きさの穴３ａが中央に開いた円板状の部分であり、座金Ｚ（平座金Ｚ１）とブラケットＢｋとの間に介在してこれらを絶縁する機能を有している。

しかし、鍔部３の外周面は、軸方向内側（支持体側）である下方に行くに従って徐々に縮径する逆円錐台形状のテーパ面３ｂとなっている点で従来の絶縁ブッシュ１０の鍔部１３の円柱状の曲面と相違しており、このため、図１のＹ２の太線で示す平座金Ｚ１からブラケットＢｋまでの沿面距離Ｙ２が傾斜してテーパ面３ｂとなっている分だけ鍔部３の厚みより長くとれるため、従来の絶縁ブッシュ１０と比べてこれらの沿面距離を長くとることができる（図８のＹ４の太線で示す従来の沿面距離Ｙ４も参照）。
なお、テーパ面３ｂとして、下方に行くに従って徐々に縮径する逆円錐台形状のテーパ面を例示したが、下方に行くに従って徐々に拡径する円錐台形状のテーパ面であっても沿面距離を長くとることができることは云うまでもない。

また、絶縁ブッシュ１には、軸方向外側（機器筺体側）にあたる支持体（例えば床）から遠い方（図示形態ではボルトＢの頭側となる上方）に向け鍔部３の外周縁に沿って立ち上がる断面矩形のリング状の立上り部４が設けられており、このため、立上り部４の鉛直断面外周に沿った左右の側辺と上辺の分だけ、図１のＹ２の太線で示す平座金Ｚ１からブラケットＢｋまでの沿面距離Ｙ２を長くとることができる（図８のＹ４の太線で示す従来の沿面距離Ｙ４も参照）。

この立上り部４は、座金Ｚの外周面から（平座金Ｚ１及びバネ座金Ｚ２のいずれの外周面からも）外側に離れた位置から立ち上がっており、このため、導体（電気伝導体）である座金Ｚの外周面と絶縁体である立上り部４の内周面との間に円形の溝ができた離間した状態となっており、座金Ｚ（平座金Ｚ１）の厚みとできた溝の幅の分だけ、更に沿面距離を稼ぐことができ、耐電圧を向上させることができる（図８のＹ４の太線で示す従来の沿面距離Ｙ４も参照）。

それに加え、立上り部４の外周面の径は、鍔部３のテーパ面の最大径より大きくなっており、即ち、前述の鍔部３のテーパ面３ｂは、立上り部４の外周面から内側に離れた位置より縮径が始まっているので、鉛直断面において立上り部４の底辺部分が一部表れることとなり、この底辺分だけ更に沿面距離を稼ぐことができ、耐電圧を向上させることができる（図８のＹ４の太線で示す従来の沿面距離Ｙ４も参照）。
なお、立上り部４の外周面の径が、鍔部３のテーパ面３ｂの最大径より小さく、鍔部３のテーパ面３ｂが、立上り部４の外周面から外側に離れた位置より縮径（又は拡径）が始まっていても沿面距離を長くとれることはいうまでもない。

以上のように、絶縁ブッシュ１によれば、樹脂などの絶縁材からなる鍔部３の厚みを増したり、径を大きくしたりすることなく雷害に耐え得る所定の沿面距離や耐電圧を確保することができ、コストアップ要因となるクリープ防止や経時の力学的物性維持のための特別な処置を施す必要がなく、安価な雷害対策用絶縁ブッシュを提供することができる。

（絶縁キャップ）
次に、図１，７を用いて、絶縁キャップ５について説明する。
絶縁キャップ５は、絶縁材であるポリ塩化ビニルからなり、円板状の蓋部６と、円筒状の周壁部７と、を備え、全体として上端が閉塞された縦方向に短い円筒状となった、いわゆるキャップ状の部材であり、図８に示す機器筺体Ｘと緊結部材Ｂｎ間の空間放電を防止する機能を有している。

そして、この周壁部７の内周面は、前述の絶縁ブッシュ１の立上り部４の外周面と略同径となっている。
このため、絶縁キャップ５によれば、絶縁ブッシュ１の外周に絶縁キャップ５を嵌着することにより、緊結部材ＢｎのボルトＢの頭又はナット（図示せず）を絶縁材で覆って、雷サージの経路となる床などの支持体と接触する導体が露出する部分を無くすことができ、図８に示す機器筺体Ｘと緊結部材Ｂｎ間の空間放電を防止することができる（図１，８参照）。

なお、図１，５，６に示すように、前述の絶縁ブッシュ１の立上り部４の上端の外周縁は、テーパ面又は丸面状（図示形態では丸面状）に面取り成形されている。このため、沿面距離のロスはあるものの、絶縁ブッシュ１と絶縁キャップ５との嵌合が容易となり、嵌合不良による空間放電を防ぐことができる。

以上のように、絶縁ブッシュ１及び絶縁キャップ５を説明したが、この発明は、図示実施の形態に限られず、特許請求の範囲で適宜変更可能なことはいうまでもない。
特に、絶縁材は、ポリ塩化ビニルに限られず、その他の樹脂材（例えば、ＴＣボード：不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ変性樹脂を主体として板状に成形した成形材料）やセラミックスなども適用可能である。

１絶縁ブッシュ
２胴部
３鍔部
３ａ穴
３ｂテーパ面
４立上り部
５絶縁キャップ
６蓋部
７周壁部
Ｘ機器筺体
Ｉ１機器筺体の絶縁構造体
Ｉ２従来の機器筺体の絶縁構造体
Ｉａ絶縁板
Ｂｎ緊結部材
Ｂボルト
Ｂｋ機器筺体のブラケット
Ｚ座金
Ｚ１平座金
Ｚ２バネ座金
Ｙ１，Ｙ３沿面距離（ブラケットとボルト）
Ｙ２，Ｙ４沿面距離（ブラケットと座金）

Claims

樹脂などの絶縁材からなり、機器筐体を支持体に緊結する緊結部材の周りに外嵌され、前記緊結部材の軸周りに嵌め込まれる円筒状の胴部と、この胴部の一端に接続して座金と当接する穴開き円板状の鍔部と、を有し、前記機器筐体を電気的に絶縁する絶縁ブッシュにおいて、
前記鍔部の外周縁に沿って前記緊結部材の軸方向外側に向け立ち上がるリング状の立上り部を設けるとともに、前記鍔部の外周面に前記軸方向に沿って徐々に縮径又は拡径するテーパ面を前記立上り部の外周面から内側又は外側に離れた位置より縮径又は拡径が始まるように形成することにより、前記座金から前記機器筐体までの沿面距離を所定距離以上確保し、前記機器筐体内に収容される機器を雷サージから保護することを特徴とする雷害対策用絶縁ブッシュ。
前記立上り部は、前記座金の外周面から外側に離れた位置から立ち上がることを特徴とする請求項１に記載の雷害対策用絶縁ブッシュ。
前記立上り部には、樹脂などの絶縁材からなり、前記緊結部材を覆って空間放電を防ぐ絶縁キャップが嵌着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の雷害対策用絶縁ブッシュ。
前記立上り部の端部外周縁は、テーパ面又は丸面状に面取り成形されていることを特徴とする請求項３に記載の雷害対策用絶縁ブッシュ。