JP6083570B2

JP6083570B2 - 分離器付ｓｐｄ

Info

Publication number: JP6083570B2
Application number: JP2013209132A
Authority: JP
Inventors: 康彦清水; 健七郎三島
Original assignee: Otowa Electric Co Ltd
Current assignee: Otowa Electric Co Ltd
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: JP2015073419A

Description

本発明は、雷撃によるサージ電圧を吸収して電気機器を保護するバリスタおよびインダクタンスで構成された複合形ＳＰＤ（Surge Protective Device：サージ防護装置）で、バリスタの熱暴走による発煙発火を防止する温度ヒューズ機能を具備した分離器付ＳＰＤに関する。

単相または三相交流電路から工場や一般家庭に引き込まれる電源線路において、例えば直撃雷や誘導雷による雷害を防止する目的から、雷撃による過渡的な過電圧であるサージ電圧を吸収してサージ電流を分流することにより電気機器を保護するデバイスとして、ＳＰＤが電源線路に設置されている。このＳＰＤとしては、酸化亜鉛形バリスタ（以下、単にバリスタと称す）を内蔵させた構造のものがある。

このバリスタは、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。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、バリスタの熱暴走による発煙発火を防止する温度ヒューズ機能を具備した分離器付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で開示された分離器付ＳＰＤは、バリスタを絶縁ケースに収容し、その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、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、バリスタの異常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たものである。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屈曲可能な導電部材と、切り離し部材の離脱方向に引張力を付勢し、導電部材の屈曲により切り離し部材をバリスタの電極板から離脱させるばね機構とを具備する。

この分離器付ＳＰＤでは、バリスタの劣化による異常発熱が発生した場合、その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屈曲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の間には、ばね機構により離脱方向に引張力が付勢されている。このように、ばね機構の引張力および導電部材の屈曲により切り離し部材をバリスタの電極板から迅速かつ確実に離脱させるようにしている。

特開２０１２−１０９０７８号公報

ところで、前述の特許文献１に開示された分離器付ＳＰＤでは、バリスタに対して、切り離し部材、導電部材およびばね機構からなる分離器を付設していることから、ＳＰＤのコンパクト化が困難である。特に、複数のバリスタを内蔵したＳＰＤの場合、個々のバリスタに分離器を付設しなければならないことから、バリスタと同数の分離器も内蔵させなければならない。その結果、ＳＰＤの内部構成が複雑となってコストアップを招くことになり、ＳＰＤのコンパクト化がさらに困難となる。

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、複数のバリスタに対して簡単な構成で分離器を内蔵させ、コンパクト化を容易に実現し得る分離器付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、電源側端子と負荷側端子の間に直列に接続されたインダクタンスと、電源側端子およびインダクタンスの接続点と接地側端子との間に接続された第一のバリスタと、負荷側端子およびインダクタンスの接続点と接地側端子との間に第一のバリスタと並列に接続された第二のバリスタとを備え、第一のバリスタの接地側と第二のバリスタの接地側とを共通接続し、その共通接続点と接地側端子との間に、第一のバリスタあるいは第二のバリスタの異常発熱時に第一のバリスタおよび第二のバリスタを接地側端子から切り離す単一の分離器を設け、その分離器は、第一のバリスタおよび第二のバリスタと電気的に接続された第一の連結板と、ねじ部とその端部に低溶融半田で離脱可能に連結されたフランジ部とで構成され、第一の連結板にねじ部を挿通させてフランジ部で係止する切り離し部材と、接地側端子と電気的に接続された第二の連結板と、一端が第一の連結板から突出するねじ部に螺着され、他端が第二の連結板に固着された軸部材と、軸部材に外挿され、切り離し部材のねじ部の離脱方向に引張力を付勢するコイルばねとを備えていることを特徴とする。

本発明では、第一、第二のバリスタおよびインダクタンスで構成された複合形ＳＰＤにおいて、第一のバリスタあるいは第二のバリスタの異常発熱時に第一のバリスタおよび第二のバリスタを単一の分離器により接地側端子から切り離すようにしている。このように、第一のバリスタおよび第二のバリスタに対して単一の分離器を付設するだけで済むので、簡単な内部構成でもってＳＰＤのコンパクト化を容易に実現することができる。

本発明において、第一のバリスタの接地側と第二のバリスタの接地側とを共通接続し、その共通接続点と接地側端子との間に分離器を接続した構造としたことにより、第一のバリスタあるいは第二のバリスタの異常発熱時に第一のバリスタおよび第二のバリスタを分離器により接地側端子から切り離すことになる。このように、第一のバリスタおよび第二のバリスタを接地側端子から切り離すことにより、電源側端子と負荷側端子との間をインダクタンスを介して接続した状態に維持することができる。その結果、負荷を停電させることなく、負荷への電力供給を続行することができる。

本発明における分離器は、第一のバリスタおよび第二のバリスタと電気的に接続された第一の連結板と、ねじ部とその端部に低溶融半田で離脱可能に連結されたフランジ部とで構成され、第一の連結板にねじ部を挿通させてフランジ部で係止する切り離し部材と、接地側端子と電気的に接続された屈曲可能な第二の連結板と、一端が第一の連結板から突出するねじ部に螺着され、他端が第二の連結板に固着された軸部材と、軸部材に外挿され、切り離し部材のねじ部の離脱方向に引張力を付勢するコイルばねとを備えた構造としている。

このような構造を採用したことにより、第一のバリスタあるいは第二のバリスタに異常発熱が発生した場合、第一の連結板に係止された切り離し部材の低溶融半田が溶融し、切り離し部材のねじ部がフランジ部から離脱可能となる。ここで、コイルばねが切り離し部材のねじ部の離脱方向に引張力を付勢しているので、そのねじ部が螺着された軸部材が離脱方向に移動し、その軸部材が第二の連結板を介して取り付けられた接地側端子から第一のバリスタおよび第二のバリスタを切り離す。

本発明において、第一のバリスタは、複数のバリスタ素子と、各バリスタ素子の電極面と接触する電極板とを交互に積層した構造をなし、第二のバリスタは、バリスタ素子が絶縁材で被覆された円盤状の素子本体からリード線を導出した構造をなし、第一の連結板は、第一のバリスタの電極板と接合され、第二のバリスタのリード線が半田付けされると共に素子本体に接触するように配置された構造が望ましい。

このような構造を採用すれば、第一のバリスタに異常発熱が発生した場合、その電極板からの熱伝導により切り離し部材の低溶融半田が溶融し、第二のバリスタに異常発熱が発生した場合、素子本体からの第一の連結板への熱伝導と、リード線から第一の連結板への熱伝導とにより、切り離し部材の低溶融半田が溶融する。このように、第二のバリスタでは、前述のような二つの経路の熱伝導により、切り離し部材の低溶融半田を溶融させることで、熱容量が小さい第二のバリスタであっても低溶融半田を確実に溶融させることができる。

本発明によれば、第一、第二のバリスタおよびインダクタンスで構成された複合形ＳＰＤにおいて、第一のバリスタあるいは第二のバリスタの異常発熱時に第一のバリスタおよび第二のバリスタを単一の分離器により接地側端子から切り離すようにしている。このように、第一のバリスタおよび第二のバリスタに対して単一の分離器を付設するだけで済むので、簡単な内部構成でもってＳＰＤのコンパクト化を容易に実現することができる。その結果、温度ヒューズ機能を有する安価でコンパクトな分離器付ＳＰＤを提供することができる。

本発明の実施形態で、分離器付ＳＰＤの回路構成を示す回路図である。図１の分離器付ＳＰＤの外観を示す斜視図である。図２のケース左半分を省略した分離器付ＳＰＤを示す斜視図である。図２の分離器付ＳＰＤを示す組立分解斜視図である。図４の分離器付ＳＰＤの回路構成部品を示す拡大斜視図である。図５の回路構成部品を示す組立分解斜視図である。図５の分離器を示す組立分解斜視図である。図６の第一の連結板と、この連結板に接続される第一のバリスタの電極板および２個の第二のバリスタを示す組立分解斜視図である。図７の切り離し部材を示す拡大断面図である。図２のケース上半分を外した分離器付ＳＰＤで、分離器の動作前の状態を示す斜視図である。図２のケース上半分を外した分離器付ＳＰＤで、分離器の動作後の状態を示す斜視図である。図１０の状態にある分離器付ＳＰＤを示す断面図である。図１１の状態にある分離器付ＳＰＤを示す断面図である。

本発明に係る分離器付ＳＰＤ（以下、単にＳＰＤと称す）の実施形態を、図１〜図１３を参照しながら、以下に詳述する。

この実施形態のＳＰＤは、図１に示すような回路構成を具備する。つまり、電源側端子１１と負荷側端子１２の間に直列に接続されたインダクタンス１３と、電源側端子１１およびインダクタンス１３の接続点１４と接地側端子１５との間に接続された第一のバリスタ１６と、負荷側端子１２およびインダクタンス１３の接続点１７と接地側端子１５との間に第一のバリスタ１６と並列に接続された第二のバリスタ１８とを備えている。これは、インダクタンス１３の電源側に熱容量が大きい第一のバリスタ１６を設け、インダクタンス１３の負荷側に熱容量が小さい第二のバリスタ１８を設けた複合形ＳＰＤである。

第一のバリスタ１６の接地側と第二のバリスタ１８の接地側とを共通接続し、その共通接続点１９と接地側端子１５との間に、第一のバリスタ１６あるいは第二のバリスタ１８の異常発熱時に第一のバリスタ１６および第二のバリスタ１８を接地側端子１５から切り離す単一の分離器２０を設ける。このように、第一のバリスタ１６および第二のバリスタ１８に対して単一の分離器２０を付設するだけで済むので、簡単な内部構成でもってＳＰＤのコンパクト化を容易に実現することができる。

このＳＰＤは、図２〜図４に示すように、前述のインダクタンス１３、第一のバリスタ１６、第二のバリスタ１８および分離器２０からなる回路構成部品が内蔵された樹脂製の絶縁ケース２１を具備する。この絶縁ケース２１は、上部ケース２２と下部ケース２３をねじ２４で固定することにより一体化した半割構造をなす。

下部ケース２３は、電源側端子１１、負荷側端子１２および接地側端子１５である三つの端子金具が配置される端子部２５と、内部空間が隔壁により区画された四つの空間部２６〜２９とを有する（図４参照）。この空間部２６〜２９に、インダクタンス１３、第二のバリスタ１８、分離器２０、第一のバリスタ１６がそれぞれ収容される。

上部ケース２２は、下部ケース２３の端子部２５に配置された電源側端子１１、負荷側端子１２および接地側端子１５が露呈するように切り欠き形成された開口部３０〜３２と、下部ケース２３の空間部２６〜２８に収容されたインダクタンス１３、第二のバリスタ１８および分離器２０を覆うカバー部３３と、下部ケース２３の空間部２９に収容された第一のバリスタ１６を覆うカバー部３４とを有する。なお、カバー部３４には、空間部２９に絶縁材（図示せず）を充填するための開口窓３５が形成されている。

図５および図６に示すように、ＳＰＤの回路構成部品の一つである第一のバリスタ１６は、円盤状をなす二つのバリスタ素子３６と、各バリスタ素子３６の電極面と接触する三つの電極板３７〜３９とを交互に積層した構造を具備する。上方に位置する電極板３７と下方に位置する電極板３８が電源側端子１１に接続される電源側電極板であり、中央に位置する電極板３９が接地側端子１５に接続される接地側電極板である。

二つの電極板３７，３８は、それぞれの折り曲げ端部４１，４２から延びるリード線４３，４４を電源側端子１１に電気的に接続する。このリード線４３，４４は、インダクタンス１３を迂回するように屈曲成形されている。一つの電極板３９は、その折り曲げ端部４５を分離器２０を介して接地側端子１５に電気的に接続する。電極板３９の折り曲げ端部４５は、分離器２０を構成する第一の連結板５２に接合している。また、この折り曲げ端部４５には、分離器２０を構成する切り離し部材５６のねじ部５３が挿通される孔４６が形成されている。

ＳＰＤの回路構成部品の一つである第二のバリスタ１８は、酸化亜鉛を主成分とするバリスタ素子が絶縁材で被覆された円盤状の素子本体４７から二本のリード線４８，４９を導出した構造を具備する。このリード線４８，４９は、周辺部品と干渉しないように屈曲成形されている。二本のリード線４８，４９のうち、一方のリード線４８は負荷側端子１２に電気的に接続され、他方のリード線４９は分離器２０を介して接地側端子１５に電気的に接続されている。このリード線４９の先端部は、分離器２０の第一の連結板５２に半田付けされている。なお、ＳＰＤの回路構成では、一個の第二のバリスタ１８を例示しているが（図１参照）、ＳＰＤの部品構成では、二個の第二のバリスタ１８を負荷側端子１２と接地側端子１５との間に並列接続した構造を例示している（図３〜図６、図８、図１０および図１１参照）。

ＳＰＤの回路構成部品の一つであるインダクタンス１３は、鉄心５０にコイル５１を巻回した構造を具備する。この鉄心５０に巻回されたコイル５１の両端部のうち、一方の端部は電源側端子１１に半田付け等により電気的に接続され、他方の端部は負荷側端子１２に半田付け等により電気的に接続されている。

ＳＰＤの回路構成部品の一つである分離器２０は、図６〜図９に示すように、第一のバリスタ１６および第二のバリスタ１８と電気的に接続された第一の連結板５２と、雄ねじが形成された棒状のねじ部５３とその端部から低溶融半田５４で離脱可能となる矩形状のフランジ部５５とからなる切り離し部材５６と、接地側端子１５と電気的に接続された屈曲可能な第二の連結板５７と、一端が第一の連結板５２の孔５８から突出するねじ部５３に螺着され、他端が第二の連結板５７に固着された軸部材５９と、軸部材５９に外挿されたコイルばね６０とを具備する。なお、これら第一の連結板５２、切り離し部材５６（ねじ部５３およびフランジ部５５）、第二の連結板５７および軸部材５９は、導電性部材である。

第一の連結板５２は、切り離し部材５６のねじ部５３が挿通される孔５８が形成された平板部６１と、その平板部６１を延設した段差部６２と、その段差部６２を直角に折り曲げた屈曲部６３とで構成されている。平板部６１には、第一のバリスタ１６を構成する電極板３９の折り曲げ端部４５が半田付け等により接合されている。段差部６２には、第二のバリスタ１８のリード線４９が半田付け等により接着されている。屈曲部６３は、その先端が第二のバリスタ１８の素子本体４７の形状に合わせて円弧状をなし、二個の第二のバリスタ１８間に挿入されてその素子本体４７と接触する。

切り離し部材５６は、図９に示すように、フランジ部５５の中央に孔６４を形成し、その孔６４に挿通させたねじ部５３の端部を低溶融半田５４でフランジ部５５に接合した構造を具備する。この切り離し部材５６は、フランジ部５５に低溶融半田５４で連結されたねじ部５３を、第一のバリスタ１６を構成する電極板３９の折り曲げ端部４５の孔４６と、第一の連結板５２を構成する平板部６１の孔５８に挿通させ、フランジ部５５を第一のバリスタ１６の電極板３９の折り曲げ端部４５に係止させている。この切り離し部材５６が温度ヒューズ機能を発揮する。

第二の連結板５７は、可撓性を有する屈曲可能な帯板状部材で、彎曲成形された一端部が接地側端子１５にリベット止めにより固定されている。軸部材５９の一端は、第一の連結板５２を構成する平板部６１の孔５８から突出するねじ部５３に螺着されている。また、軸部材５９の他端は、第二の連結板５７の他端部にねじ止めにより固定されている。コイルばね６０は、軸部材５９に外挿された状態で絶縁ケース２１を構成する下部ケース２３の隔壁６５（図４参照）と第二の連結板５７の他端部との間に張設され、切り離し部材５６のねじ部５３の離脱方向に引張力を付勢する。

ＳＰＤの回路構成部品において、インダクタンス１３のコイル５０の一方の端部を電源側端子１１に半田付け等で接続すると共に、他方の端部を負荷側端子１２に半田付け等で接続している。これにより、インダクタンス１３を電源側端子１１と負荷側端子１２との間に直列接続した回路構成としている（図１参照）。

第一のバリスタ１６は、電極板３７，３８の折り曲げ端部４１，４２から延びるリード線４３，４４を電源側端子１１に半田付け等で接続すると共に、電極板３９の折り曲げ端部４５を分離器２０の第一の連結板５２に接合し、その分離器２０の第二の連結板５７を接地側端子１５にリベット等で接続している。これにより、第一のバリスタ１６を電源側端子１１およびインダクタンス１３の接続点１４と接地側端子１５との間に接続した回路構成としている。

第二のバリスタ１８は、素子本体４７から延びる一方のリード線４８を負荷側端子１２に半田付け等で接続すると共に、他方のリード線４９を分離器２０の第一の連結板５２に半田付け等で接続し、その分離器２０の第二の連結板５７を接地側端子１５にリベット等で接続している。これにより、第二のバリスタ１８を負荷側端子１２およびインダクタンス１３の接続点１７と接地側端子１５との間に第一のバリスタ１６と並列に接続した回路構成としている。

分離器２０は、第一の連結板５２に第一のバリスタ１６の電極板３９の折り曲げ端部４５を接合すると共に、第一の連結板５２に第二のバリスタ１８の他方のリード線４９を半田付け等で接続し、第二の連結板５７をリベット等で接地側端子１５に接続している。これにより、第一のバリスタ１６の接地側と第二のバリスタ１８の接地側を共通接続し、その共通接続点１９と接地側端子１５との間に分離器２０を接続した回路構成としている。

以上の構成からなるＳＰＤにおいて、第一のバリスタ１６あるいは第二のバリスタ１８の劣化による異常発熱が発生した場合の分離器２０の動作を以下に詳述する。なお、第一のバリスタ１６および第二のバリスタ１８が正常状態であると、図１０および図１２に示すように、分離器２０の切り離し部材５６において、ねじ部５３とフランジ部５５とが低溶融半田５４によって連結された状態にあり、第一のバリスタ１６の接地側と第二のバリスタ１８の接地側は分離器２０を介して接地側端子１５に接続されている。

第一のバリスタ１６の劣化による異常発熱が発生した場合、バリスタ素子３６から電極板３９の折り曲げ端部４５への熱伝導により、切り離し部材５６の低溶融半田５４が溶融する。また、第二のバリスタ１８の劣化による異常発熱が発生した場合、素子本体４７から第一の連結板５２の屈曲部６３への熱伝導と、リード線４９から第一の連結板５２の段差部６２への熱伝導により、切り離し部材５６の低溶融半田５４が溶融する。第二のバリスタ１８の場合、前述のような二つの経路の熱伝導により、切り離し部材５６の低溶融半田５４を溶融させることで、熱容量が小さい第二のバリスタ１８であっても低溶融半田５４を確実に溶融させることができる。

このように、第一のバリスタ１６あるいは第二のバリスタ１８からの熱伝導により、第一のバリスタ１６の電極板３９の折り曲げ端部４５および分離器２０の第一の連結板５２に取り付けられた切り離し部材５６の低溶融半田５４が溶融すると、図１１および図１３に示すように、その切り離し部材５６においてねじ部５３がフランジ部５５から離脱可能となる。

ここで、切り離し部材５６のねじ部５３は軸部材５９の一端に螺着され、その軸部材５９の他端に固定された第二の連結板５７が、絶縁ケース２１の下部ケース２３の隔壁６５との間に張設されたコイルばね６０により離脱方向に引張力が付勢されている。コイルばね６０の引張力により第二の連結板５７が屈曲して軸部材５９が離脱方向に移動し、ねじ部５３がフランジ部５５から分離して第一の連結板５２から離脱する。このねじ部５３の離脱により、第一のバリスタ１６の接地側と第二のバリスタ１８の接地側が接地側端子１５から切り離される。

このように、第一のバリスタ１６あるいは第二のバリスタ１８の異常発熱時に第一のバリスタ１６および第二のバリスタ１８を分離器２０により接地側端子１５から切り離すことにより、電源側端子１１と負荷側端子１２との間をインダクタンス１３を介して接続した状態に維持することができる。その結果、負荷を停電させることなく、負荷への電力供給を続行することができる。

なお、以上の実施形態では、第一のバリスタ１６の接地側と第二のバリスタ１８の接地側を共通接続し、その共通接続点１９と接地側端子１５との間に単一の分離器２０を接続した場合を例示したが、電源側端子１１およびインダクタンス１３の接続点１４と電源側端子１１との間に単一の分離器２０を接続するようにしてもよい。この場合、負荷を停電させることになるため、負荷への電力供給を続行させる必要がある場合には、前述のように、第一のバリスタ１６および第二のバリスタ１８の共通接続点１９と接地側端子１５との間に単一の分離器２０を接続する構成が有効である。

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。

１１電源側端子
１２負荷側端子
１３インダクタンス
１４電源側端子およびインダクタンスの接続点
１５接地側端子
１６第一のバリスタ
１７負荷側端子およびインダクタンスの接続点
１８第二のバリスタ
１９共通接続点
２０分離器
３６バリスタ素子
３７〜３９電極板
４７素子本体
４８，４９リード線
５２第一の連結板
５３ねじ部
５４低溶融半田
５５フランジ部
５６切り離し部材
５７第二の連結板
５９軸部材
６０コイルばね

Claims

電源側端子と負荷側端子の間に直列に接続されたインダクタンスと、前記電源側端子およびインダクタンスの接続点と接地側端子との間に接続された第一のバリスタと、前記負荷側端子およびインダクタンスの接続点と前記接地側端子との間に前記第一のバリスタと並列に接続された第二のバリスタとを備え、
前記第一のバリスタの接地側と前記第二のバリスタの接地側とを共通接続し、その共通接続点と接地側端子との間に、第一のバリスタあるいは第二のバリスタの異常発熱時に第一のバリスタおよび第二のバリスタを前記接地側端子から切り離す単一の分離器を設け、
前記分離器は、第一のバリスタおよび第二のバリスタと電気的に接続された第一の連結板と、ねじ部とその端部に低溶融半田で離脱可能に連結されたフランジ部とで構成され、前記第一の連結板にねじ部を挿通させてフランジ部で係止する切り離し部材と、前記接地側端子と電気的に接続された第二の連結板と、一端が前記第一の連結板から突出する前記ねじ部に螺着され、他端が第二の連結板に固着された軸部材と、前記軸部材に外挿され、前記切り離し部材のねじ部の離脱方向に引張力を付勢するコイルばねとを備えていることを特徴とする分離器付ＳＰＤ。
前記第一のバリスタは、複数のバリスタ素子と、各バリスタ素子の電極面と接触する電極板とを交互に積層した構造をなし、前記第二のバリスタは、バリスタ素子が絶縁材で被覆された円盤状の素子本体からリード線を導出した構造をなし、前記第一の連結板は、第一のバリスタの前記電極板と接合され、第二のバリスタの前記リード線が半田付けされると共に前記素子本体に接触するように配置されている請求項１に記載の分離器付ＳＰＤ。