JP7365005B2

JP7365005B2 - 避雷器

Info

Publication number: JP7365005B2
Application number: JP2020021252A
Authority: JP
Inventors: 真山田; 裕樹春山
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2023-10-19
Anticipated expiration: 2040-02-12
Also published as: JP2021128973A

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。

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、基板の両面にバリスタを設け、これらバリスタの間に温度ヒューズ部品を設けた分電盤用避雷器が記載されている。この避雷器では、基板に形成した長方形の穴に温度ヒューズ部品を埋設し、基板両面の一対の円盤状バリスタで円筒状の温度ヒューズ部品をサンドウィッチ式に挟み込むようにして、バリスタに温度ヒューズ部品をできるだけ近づけている。これにより、バリスタの劣化発熱で温度ヒューズ部品が応答性良く動作するようにしている。

特開２００２－３１５１８４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、温度ヒューズ部品を基板の埋設するための長方形の大きな穴を形成しなければならないと共に、穴内に温度ヒューズ部品を嵌め込んで実装する工程が必要になり、部品実装が基板両面への表面実装だけでは済まないことから部品の実装工程が複雑になってしまう不都合があった。
また、使用されている温度ヒューズ部品は、円筒状ヒューズ本体内のヒューズエレメントを熱で溶断させるタイプであり、電流耐量が小さいため、高サージ耐量が求められる屋外設備用などの用途には不十分であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、省積化が可能であると共に高サージ耐量を確保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、前記回路基板に設置された分離器と、前記分離器を介して前記電源系統に接続され前記回路基板に設置されたバリスタとを備え、前記分離器が、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板状金属の接点部を備え、前記バリスタが、一対のバリスタ端子を備え、前記回路基板が、一対の前記バリスタ端子が接着される一対の実装用電極パターンと、一対の前記実装用電極パターンのうち一つの直下に形成され前記回路基板を貫通しているスルーホールと、前記回路基板の前記バリスタとは反対の面に形成され前記スルーホールを介して前記実装用電極パターンに接続された接点用パターンとを備え、前記分離器が、前記回路基板の前記バリスタとは反対の面に設置され、前記接点部が、前記接点用パターンに前記一定以上の温度で溶融する導電性接着剤で接着されていることを特徴とする。

この避雷器では、分離器が、回路基板のバリスタとは反対の面に設置され、接点部が、接点用パターンに一定以上の温度で溶融する導電性接着剤で接着されているので、実装用電極パターン，スルーホール及び接点用パターンを介して接続されるバリスタと分離器とが互いに反対面に表面実装されることで省積化を図ることができる。特に、回路基板両面の実装用電極パターンと接点用パターンとをスルーホールで繋ぐことで、バリスタの熱が反対面の分離器に伝わり易くなり、動作の高い安定性を得ることができる。また、板状金属の接点部により、高サージ耐量を確保することができる。

第２の発明に係る避雷器は、第１の発明において、前記バリスタとして、前記回路基板の表面に設置された第１のバリスタと、前記回路基板の裏面に設置された第２のバリスタとを備え、前記実装用電極パターンとして、前記回路基板の表面に形成され前記第１のバリスタに接続された第１の実装用電極パターンと、前記回路基板の裏面に形成され前記第２のバリスタに接続された第２の実装用電極パターンとを備え、前記接点用パターンとして、前記回路基板の裏面に形成され前記第１の実装用電極パターンに第１のスルーホールを介して接続された第１の接点用パターンと、前記回路基板の表面に形成され前記第２の実装用電極パターンに第２のスルーホールを介して接続された第２の接点用パターンとを備え、前記分離器として、前記回路基板の裏面に設置され前記第１の接点用パターンに接続された第１の分離器と、前記回路基板の表面に設置され前記第２の接点用パターンに接続された第２の分離器とを備えていることを特徴とする。
すなわち、この避雷器では、バリスタとして、回路基板の表面に設置された第１のバリスタと、回路基板の裏面に設置された第２のバリスタとを備え、分離器として、回路基板の裏面に設置され第１の接点用パターンに接続された第１の分離器と、回路基板の表面に設置され第２の接点用パターンに接続された第２の分離器とを備えているので、回路基板の両面にバリスタが設置されていても、これらに対応する分離器がそれぞれ回路基板の反対面に設置されていることで、省積化を図ることができる。

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、前記回路基板が、前記接点用パターンの周囲に形成されたスリット部を有していることを特徴とする。
すなわち、この避雷器では、回路基板が、接点用パターンの周囲に形成されたスリット部を有しているので、溝状又は貫通孔状のスリット部によりバリスタの熱が周囲に逃げることを抑制して反対面の接点部へ効率的に熱が伝わるようにすることができる。

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、分離器が、回路基板のバリスタとは反対の面に設置され、接点部が、接点用パターンに一定以上の温度で溶融する導電性接着剤で接着されているので、バリスタと分離器とが互いに反対面に表面実装されることで省積化を図ることができると共に、板状金属の接点部により、高サージ耐量を確保することができる。
したがって、本発明の避雷器では、省積化できると共に高サージ耐量を確保でき、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一実施形態を示す平面図（ａ）及び裏面図（ｂ）である。本実施形態において、ハウジングに収納した状態の避雷器を示す斜視図である。本実施形態において、実装用電極パターンの周囲を示す要部の拡大平面図である。本実施形態において、避雷器を示す回路図である。

以下、本発明に係る避雷器の一実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。

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２と、回路基板２に設置された分離器３Ａ，３Ｂと、対応する分離器３Ａ，３Ｂを介して電源系統に接続され回路基板２に設置されたバリスタ４Ａ，４Ｂとを備えている。
上記分離器３Ａ，３Ｂは、対応するバリスタ４Ａ，４Ｂが発熱した際に一定以上の温度で回路基板２から開離されて電源系統とバリスタ４Ａ，４Ｂとの接続を切り離す接点部３ａを備えている。

上記バリスタ４Ａ，４Ｂは、一対のバリスタ端子４ａを備えている。
上記回路基板２は、一対のバリスタ端子４ａが接着される一対の実装用電極パターン５ａ，５ｂと、一対の実装用電極パターン５ａ，５ｂのうち一つの直下に形成され回路基板２を貫通しているスルーホールＨ１，Ｈ２と、回路基板２のバリスタ４Ａ，４Ｂとは反対の面に形成され対応するスルーホールＨ１，Ｈ２を介して実装用電極パターン５ａ，５ｂに接続された接点用パターン６ａ，６ｂとを備えている。
なお、スルーホールＨ１，Ｈ２は、内面に銅メッキ等の導電性材料が形成されて電気的に導通している。

上記分離器３Ａ，３Ｂは、回路基板２の対応するバリスタ４Ａ，４Ｂとは反対の面に設置されている。
上記接点部３ａは、接点用パターン６ａ，６ｂに一定以上の温度で溶融する低融点はんだ等の導電性接着剤（図示略）で接着されている。

本実施形態の避雷器１は、上記バリスタとして、回路基板２の表面に設置された第１のバリスタ４Ａと、回路基板２の裏面に設置された第２のバリスタ４Ｂとを備えている。
また、本実施形態の避雷器１は、上記実装用電極パターンとして、回路基板２の表面に形成され第１のバリスタ４Ａに接続された第１の実装用電極パターン５ａと、回路基板２の裏面に形成され第２のバリスタ４Ｂに接続された第２の実装用電極パターン５ｂとを備えている。
すなわち、実装用電極パターン５ａ，５ｂは、バリスタ４Ａ，４Ｂのバリスタ端子４ａのランドパターンである。

また、本実施形態の避雷器１は、上記接点用パターンとして、回路基板２の裏面に形成され第１の実装用電極パターン５ａに第１のスルーホールＨ１を介して接続された第１の接点用パターン６ａと、回路基板２の表面に形成され第２の実装用電極パターン５ｂに第２のスルーホールＨ２を介して接続された第２の接点用パターン６ｂとを備えている。
さらに、本実施形態の避雷器１は、上記分離器として、回路基板２の裏面に設置され第１の接点用パターン６ａに接続された第１の分離器３Ａと、回路基板２の表面に設置され第２の接点用パターン６ｂに接続された第２の分離器３Ｂとを備えている。

すなわち、第１のバリスタ４Ａの一方のバリスタ端子４ａには、第１の実装用電極パターン５ａ，第１のスルーホールＨ１及び第１の接点用パターン６ａを介して第１の分離器３Ａの接点部３ａが接続されている。
また、第２のバリスタ４Ｂの一方のバリスタ端子４ａには、第２の実装用電極パターン５ｂ，第２のスルーホールＨ２及び第２の接点用パターン６ｂを介して第２の分離器３Ｂの接点部３ａが接続されている。

また、本実施形態の避雷器１では、バリスタ４Ｂのバリスタ端子４ａにそれぞれ放電管７が接続されている。
上記回路基板２は、図３に示すように、各接点用パターン６ａ，６ｂの周囲に形成されたスリット部Ｓを有している。
上記スリット部Ｓは、例えば各接点用パターン６ａ，６ｂを囲うようにコ字状に形成された溝状又は貫通孔状に形成されている。
また、回路基板２の表面には、電源系統に接続される第１のリード線Ｌ１，第２のリード線Ｌ２及び第３のリード線Ｌ３の端部が接続されている。

上記第１のリード線Ｌ１の端部は、回路基板２の表面に形成された第１の接続パターン２ａに接続され、第２のリード線Ｌ２の端部は、回路基板２の表面に形成された第２の接続パターン２ｂに接続され、第３のリード線Ｌ３の端部は、一対の第１の実装用電極パターン５ａのうち一方に接続されている。

回路基板２の裏面には、第１の接続パターン２ａとスルーホールで接続された第３の接続パターン２ｃと、第２の接続パターン２ｂとスルーホールで接続された第４の接続パターン２ｄと、一対の第１の実装用電極パターン５ａのうち一方とスルーホールで接続された第５の接続パターン２ｅとが形成されている。
なお、上記各パターンは、銅箔等の金属膜で回路基板２の表裏面にパターン形成されている。

分離器３Ａ，３Ｂは、先端部に接点部３ａを有した板バネ部材３ｂを備えている。
上記板バネ部材３ｂは、導電性接着材が溶けた際に、接点部３ａが接点用パターン６ａ，６ｂから離間する方向に付勢した状態で回路基板２に設置されている。
板バネ部材３ｂは、例えば銅基合金、特にコルソン系合金が採用される。また、板バネ部材３ｂの断面積は、サージ印加時の破断や変形を防ぐため、１ｍｍ^２以上に設定される。

第１の分離器３Ａの板ばね部材３ｂは、基端が第４の接続パターン２ｄに固定されている。
また、第２の分離器３Ｂの板ばね部材３ｂは、基端が一対の第１の実装用電極パターン５ａのうち一方に固定されている。
この第１の実装用電極パターン５ａは、第１のバリスタ４Ａのバリスタ端子４ａが接合された位置から略円弧状に延在しており、延在した先端部に板ばね部材３ｂの基端が固定されている。

第３の接続パターン２ｃと一対の第２の実装用電極パターン５ｂのうち一方との間と、第５の接続パターン２ｅと一対の第２の実装用電極パターン５ｂのうち他方との間とには、それぞれ放電管７が接続されている。
本実施形態の避雷器１の回路図を図４に示す。
なお、本実施形態の避雷器１は、図２に示すように、上部ハウジング８Ａと下部ハウジング８Ｂとの内部に収納された状態とされる。

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４Ａ，４Ｂが故障して発熱すると、バリスタ４Ａ，４Ｂの熱が実装用電極パターン５ａ，５ｂ，スルーホールＨ１，Ｈ２及び接点用パターン６ａ，６ｂを介して導電性接着剤に伝わり、一定以上の温度になると導電性接着剤が溶融する。このとき、接点部３ａが外れ、板ばね部材３ｂの弾性によって接点部３ａが接点用パターン６ａ，６ｂから開離して跳ね上がり、電源系統とバリスタ４Ａ，４Ｂとの接続が切断される。

このように本実施形態の避雷器１では、分離器３Ａ，３Ｂが、回路基板２のバリスタ４Ａ，４Ｂとは反対の面に設置され、接点部３ａが、接点用パターン６ａ，６ｂに一定以上の温度で溶融する導電性接着剤で接着されているので、実装用電極パターン５ａ，５ｂ，スルーホールＨ１，Ｈ２及び接点用パターン６ａ，６ｂを介して接続されるバリスタ４Ａ，４Ｂと分離器３Ａ，３Ｂとが互いに反対面に表面実装されることで省積化を図ることができる。

特に、回路基板２両面の実装用電極パターン５ａ，５ｂと接点用パターン６ａ，６ｂとをスルーホールＨ１，Ｈ２で繋ぐことで、バリスタ４Ａ，４Ｂの熱が反対面の分離器３Ａ，３Ｂに伝わり易くなり、動作の高い安定性を得ることができる。また、板状金属の接点部３ａにより、高サージ耐量を確保することができる。

また、バリスタとして、回路基板２の表面に設置された第１のバリスタ４Ａと、回路基板２の裏面に設置された第２のバリスタ４Ｂとを備え、分離器として、回路基板２の裏面に設置され第１の接点用パターン６ａに接続された第１の分離器３Ａと、回路基板２の表面に設置され第２の接点用パターン６ｂに接続された第２の分離器３Ｂとを備えているので、回路基板２の両面にバリスタ４Ａ，４Ｂが設置されていても、これらに対応する分離器３Ａ，３Ｂがそれぞれ回路基板２の反対面に設置されていることで、省積化を図ることができる。

さらに、回路基板２が、接点用パターン６ａ，６ｂの周囲に形成されたスリット部Ｓを有しているので、溝状又は貫通孔状のスリット部Ｓによりバリスタ４Ａ，４Ｂの熱が周囲に逃げることを抑制して反対面の接点部３ａへ効率的に熱が伝わるようにすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記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…避雷器、２…回路基板、３Ａ，３Ｂ…分離器、３ａ…接点部、４Ａ，４Ｂ…バリスタ、４ａ…バリスタ端子、５ａ，５ｂ…実装用電極パターン、６ａ，６ｂ…接点用パターン、Ｈ１，Ｈ２…スルーホール、Ｓ…スリット部

Claims

電源系統に接続される回路基板と、
前記回路基板に設置された分離器と、
前記分離器を介して前記電源系統に接続され前記回路基板に設置されたバリスタとを備え、
前記分離器が、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板状金属の接点部を備え、
前記バリスタが、一対のバリスタ端子を備え、
前記回路基板が、一対の前記バリスタ端子が接着される一対の実装用電極パターンと、
一対の前記実装用電極パターンのうち一つの直下に形成され前記回路基板を貫通しているスルーホールと、
前記回路基板の前記バリスタとは反対の面に形成され前記スルーホールを介して前記実装用電極パターンに接続された接点用パターンとを備え、
前記分離器が、前記回路基板の前記バリスタとは反対の面に設置され、
前記接点部が、前記接点用パターンに前記一定以上の温度で溶融する導電性接着剤で接着され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、
前記バリスタとして、前記回路基板の表面に設置された第１のバリスタと、前記回路基板の裏面に設置された第２のバリスタとを備え、
前記実装用電極パターンとして、前記回路基板の表面に形成され前記第１のバリスタに接続された第１の実装用電極パターンと、前記回路基板の裏面に形成され前記第２のバリスタに接続された第２の実装用電極パターンとを備え、
前記接点用パターンとして、前記回路基板の裏面に形成され前記第１の実装用電極パターンに第１のスルーホールを介して接続された第１の接点用パターンと、前記回路基板の表面に形成され前記第２の実装用電極パターンに第２のスルーホールを介して接続された第２の接点用パターンとを備え、
前記分離器として、前記回路基板の裏面に設置され前記第１の接点用パターンに接続された第１の分離器と、前記回路基板の表面に設置され前記第２の接点用パターンに接続された第２の分離器とを備え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、
前記回路基板が、前記接点用パターンの周囲に形成されたスリット部を有していることを特徴とする避雷器。