(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略椀状の上部電極体および下部電極体と、前記上部電極体の周縁部と前記下部電極体の周縁部との間に介装されて、これらを所定間隔をおいて絶縁状態で連結する絶縁体と、前記下部電極体に取り付けられた支持部材とを備え、
前記絶縁体は、前記上部電極体の周縁部と前記下部電極体の周縁部とに連結されて、これらの周縁部間を覆う筒部と、この筒部の内周に設けられた環状の鍔部と、前記筒部の外周に設けられ、前記筒部の外周を覆うカバー部とを備え、
前記上部電極体と前記下部電極体のそれぞれの対向面には、放電用の突起がそれぞれ設けられ、
前記上部電極体の周縁部と前記下部電極体の周縁部との間の距離が、前記放電用の突起間の距離よりも短く設定され、
前記上部電極体の周縁部から前記絶縁体の鍔部の内周縁部を経て前記下部電極体の周縁部に至る距離、および、前記上部電極体の周縁部から前記絶縁体のカバー部の外周縁部を経て前記下部電極体の周縁部に至る距離が、前記放電用の突起間の距離よりも大きく設定されていることを特徴とする落雷抑制型避雷装置。
【請求項２】
前記上部電極体の周縁部と前記下部電極体の周縁部には、それら両電極体の周縁に沿って一周する環状溝がそれぞれ設けられ、これらの環状溝に前記筒部の上下の端部がそれぞれ圧入又は接着により固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の落雷抑制型避雷装置。
【請求項３】
前記鍔部若しくは前記カバー部が、前記筒部と一体に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の落雷抑制型避雷装置。
【請求項４】
前記鍔部若しくは前記カバー部が、前記筒部に接着によって一体化されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の落雷抑制型避雷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落雷を抑制することで、雷害から建築物や設備機器等の被保護体を保護するための落雷抑制型避雷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の雷保護概念では、落雷は防止できないものとの観点から、落雷を突針型避雷針（フランクリンロッド）に受けて大地に流す方式が大半であった。
【０００３】
近年、雷保護の概念が改正され、角度法から回転球体法に移行する動き（新ＪＩＳ Ａ４２０１ ２００３年版）等もあるが、いずれにしても落雷による障害を完全に取り除くことは困難であった。特に、冬季雷のように雷撃規模（電流値や継続時間）が大きい場合、雷電流そのものや大地の電位上昇による各種の被害を起こしていた。
さらに、近年の機器はＩＣ化のため異常電流に弱く、落雷による問題が大きくなる傾向となっている。
【０００４】
一方、落雷を防止する技術として、電荷放散型防雷システム（ＤＡＳ）が開発されている（特許文献１参照）。しかし、このシステムは大規模な装備となるため価格が高く、特殊な設備にしか用いられていないのが実情である。
近年、落雷を抑制する技術として、消イオン容量型避雷針（ＰＤＣＥ）が現れ効果を見せている（特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
落雷は大気中で起こる放電現象であり、雷放電には雲内放電、雲間放電、雲―大地間放電等がある。雷放電で大きな被害を出すのは雲―大地間放電（以下落雷）である。落雷は雷雲（雲底）と大地または大地等に建設された構造物との間の電界強度が非常に大きくなり、その電荷が飽和状態となって大気の絶縁を破壊したときに発生する現象である。
【０００６】
落雷の現象を詳細に観察すると、夏季に起こる一般的な落雷（夏季雷）の場合、雷雲が成熟すると雷雲からステップトリーダが大気の放電しやすいところを選びながら大地に近づいてくる。
ステップトリーダが大地とある程度の距離になると大地または建築物（避雷針）、木などからステップトリーダに向かって、微弱電流の上向きストリーマ（お迎え放電）が伸びてくる。
このストリーマとステップトリーダが結合すると、その経路を通って、雷雲と大地間に大電流（帰還電流）が流れる。これが落雷現象である。
【０００７】
特許文献２に記載の消イオン容量型避雷針（ＰＤＣＥ）は落雷抑制タイプの避雷針であり、上向きストリーマの発生を起こりにくくしたものである。そのため、このＰＤＣＥを最高部に取り付けた施設には落雷現象が起き難い。
【０００８】
このＰＤＣＥは、絶縁体を挟んで配置される上部電極体及び下部電極体を有し、下部電極体のみが接地される。したがって、例えばマイナス電荷が雲底に分布した雷雲が近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が大地の表面に分布し、雲底のプラス電荷に引き寄せられて下部電極体にもプラス電荷が集まるようになる。すると、絶縁体を介して配置されている上部電極体は、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びる。この作用により、ＰＤＣＥとその周辺における上向きストリーマの発生を起こりにくくし、落雷の発生を抑制する。
【０００９】
北陸の平地でＰＤＣＥを設置し、５年にわたり雷観測カメラやＬＬＳ（Lightning Location System）を用いて落雷の有無を観測した結果、夏季には、ＰＤＣＥ設置箇所において落雷が観測されなかった。
これらの観測結果から、夏季雷に対して、ＰＤＣＥは帰還電流を防止（落雷を防止）し、落雷による被害を抑制することが判った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２７３７１５号公報
【特許文献２】特開２００８−１０２４１号公報
【特許文献３】特開２０１０−２０５６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、従来型ＰＤＣＥのもつ広いエリアの保護ではなく、局部的な直撃雷保護を目的とした、より小型のＰＤＣＥに対する要望があり、本発明者等は、その要望に応えるべく検討を行なった結果、以下のような問題を知見するに至った。
【００１２】
すなわち、ＰＤＣＥは特性上、上下の電極間を、あるレベル以上の絶縁強度にする必要があるため一定の間隙をあける構造とし、また、万が一の落雷による放電時には定められた部位間で確実に放電させる必要があり、そのために、前記両電極体の中央部に、相互に対峙させられる突起を設け、これらの突起間で放電させるようにしている。
【００１３】
しかしながら、従来のＰＤＣＥの構造を維持したまま小型化すると、上下の電極体の湾曲が小さくなり、これらを絶縁状態で連結する絶縁管の嵌合しろを考慮すると、前記両突起間の距離よりも、前記両電極体の周縁間の距離が短くなり、中心の前記突起間に先だって前記周縁部で放電が発生してしまうことが想定される。
【００１４】
本発明は、前述した問題点に鑑み、上下の電極体の周縁間を覆って設けられる絶縁体に変更を加えることにより、装置の小型化を図りつつ、前記両電極体の周縁間における放電を防止して、定められた部位での放電を行なわせることの可能な落雷抑制型避雷装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の落雷抑制型避雷装置は、前述した課題を解決するために、略椀状の上部電極体および下部電極体と、前記上部電極体の周縁部と前記下部電極体の周縁部との間に介装されて、これらを所定間隔をおいて絶縁状態で連結する絶縁体と、前記下部電極体に取り付けられた支持部材とを備え、前記絶縁体は、前記上部電極体の周縁部と前記下部電極体の周縁部とに連結されて、これらの周縁部間を覆う筒部と、この筒部の内周に設けられた環状の鍔部と、前記筒部の外周に設けられ、前記筒部の外周を覆うカバー部とを備え、
前記上部電極体と前記下部電極体のそれぞれの対向面には、放電用の突起がそれぞれ設けられ、
前記上部電極体の周縁部と前記下部電極体の周縁部との間の距離が、前記放電用の突起間の距離よりも短く設定され、
前記上部電極体の周縁部から前記絶縁体の鍔部の内周縁部を経て前記下部電極体の周縁部に至る距離、および、前記上部電極体の周縁部から前記絶縁体のカバー部の外周縁部を経て前記下部電極体の周縁部に至る距離が、前記放電用の突起間の距離よりも大きく設定されていることを特徴とする。
【００１６】
このような構成とすることにより、前記両電極体の周縁部間の絶縁距離を、一方の電極体の縁部から、前記鍔部の内縁や前記カバー部の外縁を経て他方の電極体の縁部に至る経路に沿う長さとすることができる。
【００１７】
したがって、前記鍔部やカバー部の長さを適宜設定することにより、前記両電極体の周縁間の絶縁距離を十分な長さとして、前記両電極体の周縁部間における放電を制御することができる。
【００１８】
上部電極体と前記下部電極体のそれぞれの対向面に放電用の突起を設けた場合、これらの放電用の突起間の距離が、前記上部電極体の周縁部から前記絶縁体の鍔部の内周縁部を経て前記下部電極体の周縁部に至る距離、および、前記上部電極体の周縁部から前記絶縁体のカバー部の外周縁部を経て前記下部電極体の周縁部に至る距離よりも小さく設定することによって、前記両電極体の周縁部間における放電を防止し、放電箇所として設定した前記突起間での放電を行なわせることができる。
【００１９】
上部電極体の周縁部と下部電極体の周縁部には、それら両電極体の周縁に沿って一周する環状溝がそれぞれ設けられ、これらの環状溝に筒部の上下の端部がそれぞれ圧入又は接着により固定されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の落雷抑制型避雷装置によれば、小型化によって、両電極体の、放電を行なわせるべき部位以外の部位の距離が狭められた際に、これらを絶縁状態で連結する絶縁体により、前記放電を行なわせるべき部位以外の部位間の絶縁距離を調整し、これらの部位間での放電を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態を示す正面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
【図４】避雷効果を検証するための実験装置の概略図である。
【図５】突針型避雷針（フランクリンロッド）の落雷実験の結果を示す表である。
【図６】本発明の一実施形態の落雷実験の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１において、符号１は、本実施形態に係わる落雷抑制型避雷装置を示し、この落雷抑制型避雷装置１は、略椀状の上部電極体２および下部電極体３と、前記上部電極体２の周縁部と前記下部電極３の周縁部との間に介装されて、これらを、所定間隔をおいて絶縁状態で連結する絶縁体４と、前記下部電極体３に取り付けられた支持部材５とを備え、前記絶縁体４は、前記上部電極体２の周縁部と前記下部電極体３の周縁部とに連結されて、これらの周縁部間を覆う筒部４ａと、この筒部４ａの内周に設けられた環状の鍔部４ｂと、前記筒部４ａの外周に設けられ、前記筒部４ａの外周を覆うカバー部４ｃとを備えた構成となっている。
【００２３】
さらに詳述すれば、前記上部電極体２および前記下部電極体３の周縁部には、図３に示すように、環状溝２ａ・３ａがそれぞれ形成されており、これらの環状溝２ａ・３ａに、前記絶縁体４の筒部４ａの上下の端部がそれぞれ挿入されるようになっている。
【００２４】
そして、前記筒部４ａの各端部は、前記各環状溝２ａ・３ａ内に圧入されることにより、あるいは、接着により、前記各電極体２・３と一体化されるとともに、これらの両電極２・３を絶縁状態で連結するようになっている。
【００２５】
一方、前記上部電極体２および下部電極体３の内面中央には、これらの両電極体２・３が連結された状態において、所定距離Ｌをおいて対峙される突起２ｂ・３ｂが一体に突設されているとともに、それぞれの先端部が半球面形状となされている。
【００２６】
また、前記下部電極体３に取り付けられる前記支持部材５は、前記下部電極体３に、その下面側から螺着される支持ロッド６と、この支持ロッド６と前記下部電極体３との固定をなす上部固定手段７と、前記支持ロッド６の下部を、設置位置に固定するための下部固定手段８とによって構成されている。
【００２７】
前記上部固定手段７は、前記支持ロッド６の上部に形成され、かつ、前記下部電極体３の下面から前記突起３ｂの内部へ延びるように形成された螺子穴３ｃに螺合させられる雄螺子６ａと、この雄螺子６ａに螺合させられるとともに、前記下部電極外３の下面にワッシャー９を介して圧接させられることにより、前記支持ロッド６の上部に、前記下部電極体３を固定する上部ナット１０とによって構成されている。
【００２８】
前記下部固定手段８は、前記支持ロッド６の下部に形成された雄螺子６ｂに螺合させられた一対のナット１１と、これらのナット１１との間に挟持される連結プレート１２とによって構成されている。
【００２９】
そして、本実施形態に係わる落雷抑制型避雷装置１が、前記連結プレート１２を介して設置位置に固定されるようになっている。
【００３０】
一方、前記絶縁体４を構成する前記筒部４ａは、その周壁の厚みが、前記各電極体２・３の周縁に設けられた前記環状溝２ａ・３ａの幅よりも若干厚く形成されて、前記各環状溝２ａ・３ａへ圧入状態で嵌合させられることにより、あるいは、接着剤等を用いて接着されることにより、前記両電極体２・３を相互に連結するようになっている。
【００３１】
そして、前記筒部４ａは、前記両電極体２・３を連結した状態において、これらの電極体２・３の内面に設けられている前記突起２ｂ・３ｂを対峙させ、かつ、これらの間隔が、所定の距離Ｌとなるように前記両電極体２・３を連結するようになっている。
【００３２】
そして、前記筒部４ａの内周に連続して設けられる前記鍔部４ｂは、所定厚みで環状に形成され、その内側の開口部の内径が、前記各電極体２・３に突設されている前記突起２ｂ・３ｂの外径よりもやや大きく形成されている。
【００３３】
また、前記筒部４ａの外周に連続して設けられる前記カバー部４ｃは、前記筒部４ａの外面上端部から下方へ向かい、かつ、前記筒部４ａの外面から漸次離間するように傾斜して設けられ、その下端が、前記筒部４ａの下端とほぼ等しい位置となるように形成されている。
【００３４】
したがって、前記両電極体２・３を連結する前記絶縁体４は、これらの電極体２・３を連結した状態で、これらの周縁部間の隙間を覆うとともに、さらに、その外側を前記カバー部４ｃによって覆っている。
【００３５】
本実施形態においては、前記鍔部４ｂの内周縁と前記各電極体２・３の周縁との距離の和（距離Ｘ）が、前記両突起２ｂ・３ｂ間の距離Ｌよりも大きくなるように、前記鍔部４ｂの幅が設定され、同様に、前記カバー部４ｃの外周縁と前記各電極体２・３の周縁との距離の和（距離Ｙ）が、前記両突起２ｂ・３ｂ間の距離Ｌよりも大きくなるように、前記カバー部４ｃの長さが設定されている。
【００３６】
したがって、本実施形態においては、前記上下の電極体２・３間において、絶縁距離が最も短い部位が、これらの内面に設けられている前記両突起２ｂ・３ｂ間に設定される。
【００３７】
ここで、前記絶縁距離が最も短い部位、すなわち、前記突起２ｂ・３ｂ間において放電が行なわれるのであるが、この部位における絶縁強度をあるレベル以上に確保する必要があるために、前述した突起２ｂ・３ｂ間の距離Ｌを狭くすることが制限される。
【００３８】
この前提の下に、落雷抑制型避雷装置１の全体的な寸法を小さくしようとすると、必然的に、前記突起２ｂ・３ｂ間の距離Ｌを確保したまま、前記両電極体２・３の形状を小さくせざるを得ない。
【００３９】
しかしながら、このような条件下で前記両電極体２・３の形状を小さくすると、前記突起２ｂ・３ｂが設けられた部位以外の部位間の距離が接近してしまい、その距離が、前記両突起２ｂ・３ｂ間の距離Ｌよりも短くなってしまう。
【００４０】
このような現象が生じる部分が、前記両電極体２・３の周縁である。
しかしながら、本実施形態においては、前述したように、前記絶縁体４の鍔部４ｂやカバー部４ｃによって、前記両電極体２・３間の絶縁距離Ｘ・Ｙが、前記突起２ｂ・３ｂ間の距離Ｌよりも大きく設定されている。
【００４１】
したがって、小型化された本実施形態の落雷抑制型避雷装置１にあっても、放電部位を、前記両電極体２・３に設けられている前記両突起２ｂ・３ｂ間とすることができ、その他の部位における放電を防止することができる。
【００４２】
このように、予め設定した部位においてのみ放電を行なわせるようにすることにより、たとえば、前記両電極体２・３の周縁間で放電が行なわれた場合に、これらの間に介装されている前記絶縁体４と前記各電極体２・３との接合部等に損傷を与えてしまうといった不具合が想定されるが、このような不具合が回避される。
【００４３】
一方、前記鍔部４ｂおよび前記カバー部４ｃは、本実施形態においては、前記筒部４ａと一体に形成した例を示したが、これらを別個に形成して、圧入や接着等の手段によりこれらを一体化することも可能である。
【００４４】
このように構成された本実施形態に係わる落雷抑制型避雷装置１は、従来のＰＤＣＥのように落雷抑制に用いられる。
【００４５】
ここで、本実施形態の落雷抑制型避雷装置１の避雷効果を確認するために、図４に示す実験装置を用いて、突針型避雷針との比較を行なった。
【００４６】
この実験装置は、実験室の床２０上に、距離Ａ（２．２ｍ）をおいて金属プレート２１を設置し、この金属プレート２１の下方で前記床２０から高さＢ（１ｍ）の位置に避雷装置を設置し、前記床２０と金属プレート２１との間に、放電を発生させる電圧（たとえば、６５０ｋＶや６２０ｋＶ）を繰り返し印加するようにしたものである。
【００４７】
前記電圧を３０回繰り返し印加した際における避雷装置内での放電状況を計測し、その結果を、図５および図６に示す。
【００４８】
図５は、突針型避雷針に関する結果であり、３０回の電圧印加に対して３０回の放電が確認された。
これに対し、本本実施形態の落雷抑制型避雷装置１にあっては、図６に示すように、３０回の電圧印加に対して放電は全く見られず、良好な避雷効果が得られることが確認された。
【００４９】
なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  落雷抑制型避雷装置
２  上部電極体
２ａ  環状溝
２ｂ  突起
３  下部電極体
３ａ  環状溝
３ｂ  突起
３ｃ  螺子穴
４  絶縁体
４ａ  筒部
４ｂ  鍔部
４ｃ  カバー部
５  支持部材
６  支持ロッド
６ａ  雄螺子
６ｂ  雄螺子
７  上部固定手段
８  下部固定手段
９  ワッシャー
１０  上部ナット
１１  ナット
１２  連結プレート
２０  床
２１  金属プレート
【要約】
【課題】上下の電極体の周縁間を覆って設けられる絶縁体に変更を加えることにより、装置の小型化を図りつつ、前記両電極体の周縁間における放電を防止して、定められた部位での放電を行なわせることの可能な落雷抑制型避雷装置を提供することを課題とする。
【解決手段】略椀状の上部電極体２および下部電極体３と、上部電極体の周縁部と下部電極の周縁部との間に介装されて、これらを所定間隔をおいて絶縁状態で連結する絶縁体４と、下部電極体に取り付けられた支持部材５とを備え、絶縁体は、上部電極体の周縁部と下部電極体の周縁部とに連結されて、これらの周縁部間を覆う筒部４ａと、筒部の内周に設けられた環状の鍔部４ｂと、筒部の外周に設けられ、筒部の外周を覆うカバー部４ｃとを備えていることを特徴とする。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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