JP7119257B2

JP7119257B2 - 避雷器

Info

Publication number: JP7119257B2
Application number: JP2019047922A
Authority: JP
Inventors: 裕樹春山; 真山田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2039-03-15
Also published as: JP2020149919A

Description

本発明は、屋外設備の誘導雷サージ対策用等に好適な避雷器に関する。

屋外設備の誘導雷サージ対策用等の避雷器として、例えば特許文献１には、バリスタを電源系統から切り離すための切り離し装置を備えた避雷器が記載されている。この避雷器では、バリスタの故障による発熱を検知し、故障バリスタを電源系統から切り離す分離器として、板状の金属が使用されている。

また、特許文献２には、バリスタを流れる電流を遮断する熱分離機構を備えたサージ防護装置が記載されている。この装置では、切り離す際に分離器接点と基板上のパターンとの間にアーク放電が生じた際に、絶縁板を挿入してアーク放電を遮断している。
すなわち、バリスタを電源系統から切り離す際に、分離器接点と基板上のパターンとの間に絶縁板を挿入して絶縁距離を稼ぎ、生じたアーク放電を遮断している。

特表２０１０－５０３１６３号公報特開２０１４－１５５３４０号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上述したように従来の避雷器では、分離器が動作した際に生じるアーク放電を遮断するために、絶縁板を分離器接点と基板上のパターンとの間に挿入している。例えば、図１２の（ａ）に示すように、バネ部材１００の先端に設けられた接点１００ａと回路基板１０１の回路パターンとが低融点はんだＨで接着されている場合、バリスタが故障して発熱しバリスタが接続されている回路基板１０１が一定の温度以上になると、図１２の（ｂ）に示すように、低融点はんだＨが溶け、バネ部材１００の弾性によって接点１００ａが回路基板１０１から開離する。このとき、接点１００ａと回路基板１０１との距離（分離距離）が十分でないと、生じたアーク放電ＡＣが消滅しない。そのため、従来では、図１２の（ｃ）に示すように、接点１００ａと回路基板１０１との間に絶縁板１０２を挿入することで、分離距離を稼ぎ、アーク放電ＡＣを遮断し易くしている。
しかしながら、図１３に示すように、挿入する絶縁板１０２が単に長方形状であると、アーク放電ＡＣが絶縁板１０２の周囲に回り込んで逃げてしまい、遮断することができない場合があった。
なお、図中の矢印Ｙ１は、絶縁板１０２の挿入方向を示している。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、分離器が動作した際に生じたアーク放電を確実に遮断することができる避雷器を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る避雷器は、電源系統に接続される回路基板と、前記回路基板に分離器を介して接続されたバリスタとを備え、前記分離器が、前記回路基板に接続され前記バリスタが発熱した際に一定以上の温度で前記回路基板から開離されて前記電源系統と前記バリスタとの接続を切り離す接点部と、前記接点部が開離したときに前記接点部と前記回路基板との間に絶縁板を挿入する絶縁板挿入機構とを備え、前記絶縁板が、前記挿入する方向に向いた端辺にＶ字状に切り欠かれたＶ字スリット部を有していることを特徴とする。

この避雷器では、絶縁板が、挿入する方向に向いた端辺にＶ字状に切り欠かれたＶ字スリット部を有しているので、絶縁板が挿入されると生じたアーク放電がＶ字スリット部の内側の中心（奥端）に誘導されると共にアーク放電の経路が伸びることで、Ｖ字スリット部によりアーク放電が切断されるようにして遮断される。したがって、アーク放電が絶縁板の周囲に回り込むことを抑制でき、確実に遮断することができる。また、分離器の接点部と回路基板との間の開接点距離を短くすることができるので、小型化を図ることができる。

第２の発明に係る避雷器は、第１の発明において、前記絶縁板の前記回路基板側の面が、前記Ｖ字スリット部の奥端部分で凸状とされていることを特徴とする。
すなわち、この避雷器では、絶縁板の回路基板側の面が、Ｖ字スリット部の奥端部分で凸状とされているので、Ｖ字スリット部の中心（奥端部分）に誘導されたアーク放電が凸状とされた奥端部分で固定され、消弧するまで位置が変わり難くなる。したがって、アーク放電の位置をＶ字スリット部の中心（奥端部分）に制御することができ、アーク放電の周囲への回り込みをより抑制することができる。

第３の発明に係る避雷器は、第１又は第２の発明において、前記絶縁板の少なくとも前記Ｖ字スリット部の近傍に、アーク放電の消弧剤が付着されていることを特徴とする。
すなわち、この避雷器では、絶縁板の少なくともＶ字スリット部の近傍に、アーク放電の消弧剤が付着されているので、消弧剤によってアーク放電を抑制することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る避雷器によれば、絶縁板が、挿入する方向に向いた端辺にＶ字状に切り欠かれたＶ字スリット部を有しているので、絶縁板が挿入されると生じたアーク放電がＶ字スリット部の内側の中心（奥端）に誘導され、アーク放電が絶縁板の周囲に回り込むことを抑制でき、確実に遮断することができる。また、分離器の接点部と回路基板との間の開接点距離を短くすることができるので、小型化を図ることができる。
したがって、本発明の避雷器では、小型化してもアーク放電を確実に遮断可能になり、屋外設備の誘導雷サージ対策用、特にＬＥＤ街路灯を保護する避雷器として好適である。

本発明に係る避雷器の第１実施形態を示す断面図である。第１実施形態において、絶縁板と接点との位置関係を示す要部の平面図である。第１実施形態において、絶縁板と回路基板とを示す正面図である。第１実施形態において、挿入される絶縁板とアーク放電との関係とを示す説明図である。第１実施形態において、避雷器を２つ用いたサージ防護回路図である。第１実施形態において、避雷器を２つ用いたサージ防護回路の模式図である。第１実施形態において、接点部が開離した瞬間の避雷器を示す断面図である。第１実施形態において、絶縁板挿入機構が作動した状態の避雷器を示す断面図である。本発明に係る避雷器の第２実施形態において、絶縁板挿入機構が作動する前の状態の避雷器を示す断面図である。第２実施形態において、絶縁板挿入機構が作動した状態の避雷器を示す断面図である。第２実施形態において、絶縁板を示す平面図である。本発明に係る避雷器の従来例において、接点の切り離し前（ａ），切り離しの瞬間（ｂ）及び絶縁板の挿入状態（ｃ）を示す模式的な断面図である。本発明の従来例において、絶縁板を回り込むアーク放電を示す説明図である。

以下、本発明に係る避雷器の第１実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態の避雷器１は、図１に示すように、電源系統（図示略）に接続される回路基板３と、回路基板３に分離器５を介して接続されたバリスタ２とを備えている。
上記分離器５は、回路基板３に接続されバリスタ２が発熱した際に一定以上の温度で回路基板３から開離されて電源系統とバリスタ２との接続を切り離す接点部４と、接点部４が開離したときに接点部４と回路基板３との間に絶縁板６を挿入する絶縁板挿入機構７とを備えている。

上記絶縁板６は、図２に示すように、挿入する方向に向いた端辺にＶ字状に切り欠かれたＶ字スリット部６ａを有している。
絶縁板６の回路基板３側の面（下面）は、図３に示すように、Ｖ字スリット部６ａの奥端部分６ｂ（Ｖ字の頂部）で凸状とされており、回路基板３側の面が凸面となっている。
絶縁板６は、例えばポリカーボネート等の樹脂で形成されている。

上記分離器５は、先端に接点部４を設けた接点用ばね部材８を備えている。
上記接点用ばね部材８は、基端が回路基板３に固定された金属等の導電性の板ばねであり、絶縁板挿入機構７を内側に配して回路基板３上に略コ字状に形成されている。
接点用ばね部材８の基端は、回路基板３の回路を介して電源系統に接続される。
上記接点部４は、回路基板３上の回路パターンに低融点はんだＨで接着されている。
また、上記接点用バネ部材８は、低融点はんだＨは溶けた際に、接点部４が回路基板３から離間する方向に付勢した状態で回路基板３に設置されている。

上記バリスタ２の一方の電極（図示略）は、導電性の接続部２ａで回路基板３に接続されている。すなわち、バリスタ２は、回路基板３を介して接点部４に接続されている。したがって、バリスタ２は、回路基板３，接点部４及び接点用ばね部材８を介して電源系統に接続される。
また、バリスタ２の他方の電極（図示略）は、放電管１０に接続されている。また、放電管１０は、電源系統に接続される。
接点部４は、バリスタ２で発生した熱によって回路基板３から開離するため、分離器５は、バリスタ２で発生した熱によって作動する温度ヒューズである。なお、低融点はんだＨは、バリスタ２が故障した際に発生する熱の温度に応じた融点の材料が採用される。

上記絶縁板挿入機構７は、絶縁板６を前記挿入する方向Ｙ１に付勢するコイルばね１１を備えている。
上記コイルばね１１の基端は、接点用バネ部材８の基端側に固定されており、先端が絶縁板６の基端に固定されている。

上記絶縁板６は、接点部４と回路基板３との間（回路基板３の上方）に挿入される上板部６Ａと、上板部６Ａの下方に平行に延在していると共に回路基板３の下方に差し込まれる下板部６Ｂとを有し、上板部６Ａと下板部６Ｂとが基端部で連結された断面コ字状となっている。すなわち、挿入時には、絶縁板６の上板部６Ａと下板部６Ｂとの間に回路基板３が配される。
なお、上板部６ＡにＶ字スリット部６ａが形成されている。
絶縁板６（上板部６Ａ）の先端は、通常時では、図１に示すように、接点用バネ部材８の先端側の内面に当接して、コイルばね１１で接点部４側に向けて付勢された状態で係止されている。

なお、本実施形態の避雷器１を２つ接続したサージ防護回路図及び回路模式図の例を、図５及び図６に示す。
このサージ防護回路には、電源系統が接続される。

次に、本実施形態の避雷器１の動作について説明する。
まず、バリスタ２が故障して発熱すると、バリスタ２の熱が接続部２ａを介して回路基板３の低融点はんだＨに伝わり、一定以上の温度になると低融点はんだＨが溶融する。このとき、図７に示すように、接点部４が外れ、接点用バネ部材８の弾性によって接点部４が回路基板３から開離して跳ね上がる。このとき、接点部４と回路基板３との間にアーク放電ＡＣが発生するが、図８に示すように、接点部４の開離と共に、絶縁板６の係止が解除され、絶縁板６がコイルばね１１に押されて前方にスライドすることで、上板部６ＡのＶ字スリット部６ａが、接点部４と回路基板３との間に挿入される。

絶縁板６が挿入されると、発生したアーク放電ＡＣがＶ字スリット部６ａによって、図４に示すように、挿入方向Ｙ１前方に経路が曲げられて伸びると共にＶ字スリット部６ａ内に誘導される。アーク放電ＡＣは、Ｖ字スリット部６ａの奥端部分６ｂまで誘導されると、Ｖ字スリット部６ａの奥端部分６ｂが凸部となっているため、図３に示すように、この部分にアーク放電ＡＣが誘導される。さらに、絶縁板挿入機構７が、接点部４の直下よりも挿入方向Ｙ１前方まで絶縁板６を挿入することによってアーク放電ＡＣが切断、遮断される。

すなわち、絶縁板挿入機構７が、接点部４の直下の位置よりも挿入する方向Ｙ１の先にＶ字スリット部６ａの奥端部分６ｂが位置するまで絶縁板６を挿入することにより、接点部４と回路基板３との間でさらに絶縁距離を長く確保し、アーク放電ＡＣの経路を伸ばすことで、アーク放電ＡＣを切断し易くなる。

なお、絶縁板６の挿入は、図２に示すように、接点部４先端の直下位置からＶ字スリット部６ａの奥端部分６ｂとの距離Ｌを例えば２ｍｍ以上に設定する。
また、絶縁板６の幅は、接点用バネ部材８の接点部４の幅よりも若干広くすることが好ましい。例えば、接点部４の幅が４．５ｍｍの場合、絶縁板６の幅は６．５ｍｍ程度に設定する。

このように本実施形態の避雷器１では、絶縁板６が、挿入する方向Ｙ１に向いた端辺にＶ字状に切り欠かれたＶ字スリット部６ａを有しているので、絶縁板６が挿入されると生じたアーク放電ＡＣがＶ字スリット部６ａの内側の中心（奥端部分６ｂ）に誘導されると共にアーク放電ＡＣの経路が伸びることで、Ｖ字スリット部６ａによりアーク放電ＡＣが切断されるようにして遮断される。したがって、アーク放電ＡＣが絶縁板６の周囲に回り込むことを抑制でき、確実に遮断することができる。また、分離器５の接点部４と回路基板３との間の開接点距離を短くすることができるので、小型化を図ることができる。

また、絶縁板６の回路基板３側の面が、Ｖ字スリット部６ａの奥端部分６ｂで凸状とされているので、Ｖ字スリット部６ａの中心（奥端部分６ｂ）に誘導されたアーク放電ＡＣが凸状とされた奥端部分６ｂ近辺で固定され、消孤するまで位置が変わり難くなる。したがって、アーク放電ＡＣの位置をＶ字スリット部６ａの中心（奥端部分）に制御することができ、アーク放電ＡＣの周囲への回り込みをより抑制することができる。

次に、本発明に係る避雷器の第２実施形態について、図９から図１１を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、絶縁板挿入機構７がコイルばね１１を用いた機構であるのに対し、第２実施形態の避雷器２１では、図９及び図１０に示すように、絶縁板挿入機構２７が挿入用板ばね２７ａを用いた機構である点である。
また、第２実施形態では、図１１に示すように、絶縁板２６の少なくともＶ字スリット部６ａの近傍に、アーク放電ＡＣの消弧剤２６ｃが付着されている点で第１実施形態と異なっている。

上記絶縁板挿入機構２７は、基端が接点用バネ部材８の上部途中に固定されていると共に先端に絶縁板６の基端が取り付けられた挿入用板ばね２７ａを備えている。
上記挿入用板ばね２７ａは、通常状態では、図９に示すように、先端の接点部４が回路基板２３に接着されている接点用バネ部材８により、先端の絶縁板２６を回路基板２３上に当接させた状態でくの字状に大きく曲げられている。

上記消弧剤２６ｃは、熱を逃がす効果を有しており、絶縁板２６の材料よりも放熱性の高い材料、例えば珪砂（ＳｉＯ_２）やアルミナが採用可能であり、絶縁板２６の表面に埋め込まれた状態で付着されている。

第２実施形態では、バリスタ２が発熱して接点部４が開離すると、図１０に示すように、接点用バネ部材８が跳ね上がると共に、曲がって係止されていた挿入用板ばね２７ａも先端側が開放されて前方に先端が押し出される。このとき、挿入用板ばね２７ａ先端の絶縁板２６が、接点部４と回路基板２３との間に挿入されることで、生じたアーク放電ＡＣが第１実施形態と同様に遮断される。

このように第２実施形態の避雷器２１では、第１実施形態と同様に、Ｖ字スリット部６ａを有した絶縁板２６が絶縁板挿入機構２７によって接点部４と回路基板２３との間に挿入されることで、アーク放電ＡＣを遮断することができる。
また、絶縁板２６の少なくともＶ字スリット部６ａの近傍に、アーク放電ＡＣの消弧剤２６ｃが付着されているので、消弧剤２６ｃによってアーク放電ＡＣを抑制することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１，２１…避雷器、２…バリスタ、３，２３…回路基板、４…接点部、５…分離器、６，２６…絶縁板、６ａ…Ｖ字スリット部、６ｂ…Ｖ字スリット部の奥端部分、７，２７…絶縁板挿入機構、２６ｃ…消弧剤

Claims

電源系統に接続される回路基板と、
前記回路基板に分離器を介して接続されたバリスタとを備え、
前記分離器が、前記回路基板に接続され前記バリスタが発熱した際に一定以上の温度で前記回路基板から開離されて前記電源系統と前記バリスタとの接続を切り離す接点部と、
前記接点部が開離したときに前記接点部と前記回路基板との間に絶縁板を挿入する絶縁板挿入機構とを備え、
前記絶縁板が、前記挿入する方向に向いた端辺にＶ字状に切り欠かれたＶ字スリット部を有していることを特徴とする避雷器。
請求項１に記載の避雷器において、
前記絶縁板の前記回路基板側の面が、前記Ｖ字スリット部の奥端部分で凸状とされていることを特徴とする避雷器。
請求項１又は２に記載の避雷器において、
前記絶縁板の少なくとも前記Ｖ字スリット部の近傍に、アーク放電の消弧剤が付着されていることを特徴とする避雷器。