(57)【要約】【課題】  改訂ＪＩＳに適合して大電流の遮断能力を有し、分電盤内に容易に取り付けることができる小型の分離機能付き避雷器を提供する。【解決手段】  避雷素子１２を筐体１４の一方側に収容し、その筐体１４の他方側に内部空間２３を形成すると共にその内部空間２３に張り出す隔壁部２５を設け、筐体１４に取り付けられた端子金具３２と避雷素子１２を繋ぐヒューズ線２９を、隔壁部２５を迂回するように屈曲させ、ヒューズ線２９を避雷素子１２から離脱させる方向に弾性力を付勢する切り離しばね３１を筐体１４に設け、筐体１４の内部空間２３に珪砂４０を封入する。【選択図】    図５
2018133239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
避雷素子を筐体の一方側に収容し、前記筐体の他方側に内部空間を形成すると共に前記内部空間に張り出す隔壁部を設け、筐体に取り付けられた端子金具と前記避雷素子を繋ぐヒューズ線を、前記隔壁部を迂回するように屈曲させ、前記ヒューズ線を避雷素子から離脱させる方向に弾性力を付勢する切り離しばねを筐体に設け、筐体の内部空間にアーク消弧用充填材を封入したことを特徴とする分離機能付き避雷器。
【請求項２】
前記切り離しばねの弾性力の作用により、避雷素子の劣化状態を検知して送出する接点スイッチを、筐体に設けた請求項１に記載の分離機能付き避雷器。
【請求項３】
前記筐体は、不燃性樹脂にガラス繊維を含有させた樹脂材で構成され、避雷素子の劣化による前記内部空間の圧力上昇に耐える厚みを有する請求項１又は２に記載の分離機能付き避雷器。
【請求項４】
前記筐体の内部空間を閉塞する蓋体に補強板を付設した請求項１〜３のいずれか一項に記載の分離機能付き避雷器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、避雷素子の特性劣化による短絡故障時に電源線から分離する機能を具備した分離機能付き避雷器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、雷サージから電気機器を保護するための機器として避雷器がある。電源用避雷器は、電源線の相間に挿入接続されるものである。このことから、前述の避雷器には常に電源電圧が課電されている。
【０００３】
そのため、避雷器は、雷サージが侵入する瞬間のみ低抵抗になるだけで、避雷器が故障しても無限大に近い抵抗値を有する抵抗体として維持させるか、あるいは、避雷器を電源線から分離させなければならない。
【０００４】
本出願人は、避雷器を電源線から分離させる機能を具備した分離機能付き避雷器を先に提案している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
雷サージ等の印加頻度が多くなって避雷素子の特性が劣化した場合、避雷素子の抵抗値が無限大ではなくなって低くなる。その結果、課電された電圧でジュール熱が発生し、このジュール熱により避雷素子が高温となる。
【０００６】
特許文献１で開示された分離機能付き避雷器では、この避雷素子の温度上昇により低融点半田を溶解させることで、避雷器を電源線から分離させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−７３４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、避雷素子には、避雷素子が短絡状態になってしまう危険性が内在している。このような短絡状態が継続すると、大電流が流れて火災発生や周辺設備への障害を及ぼす危険性もあり得る。
【０００９】
このような危険性を回避するため、改訂ＪＩＳでは、避雷素子に規定電流以上の大電流が流れてしまう短絡モードと呼ばれる状態になれば、避雷器を電源線から速やかに分離させることが求められている。
【００１０】
そのため、特許文献１のように避雷器に内蔵された内部分離器や、避雷器に外付けされる外部分離器にも、改訂ＪＩＳでは前述の分離機能が要求されている。つまり、避雷素子が故障した場合でも短絡状態にならないこと、分離する場合には１００Ａ以上の電流でも速やかに分離できることが必要である。
【００１１】
これに対して、特許文献１のように内部分離器を持つ避雷器では、改訂ＪＩＳに適合せず、避雷素子に規定電流以上の大電流が流れてしまう短絡モードで、避雷器を電源線から速やかに分離させることが困難である。
【００１２】
一方、避雷器が取り付けられる分電盤には、多数のブレーカ類が取り付けられていることから、分電盤内での避雷器占有面積として余裕が多くない。そのため、避雷器に外部分離器を外付けする場合、大電流用ヒューズホルダ等の外部分離器を分電盤内に取り付けることは容易でない状況である。
【００１３】
特に、三相電源系では、避雷器に外部分離器を外付けする場合、器具数が多くなり、外部分離器の取り付けにスペース的な制限が生じてくるのが顕著である。そのため、内部分離器を持つ小型の避雷器が要望されているというのが現状である。
【００１４】
そこで、本発明は前述の課題に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、改訂ＪＩＳに適合して大電流の遮断能力を有し、分電盤内に容易に取り付けることができる小型の分離機能付き避雷器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る分離機能付き避雷器は、避雷素子を筐体の一方側に収容し、その筐体の他方側に内部空間を形成すると共にその内部空間に張り出す隔壁部を設け、筐体に取り付けられた端子金具と避雷素子を繋ぐヒューズ線を、隔壁部を迂回するように屈曲させ、ヒューズ線を避雷素子から離脱させる方向に弾性力を付勢する切り離しばねを筐体に設け、筐体の内部空間にアーク消弧用充填材を封入したことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る分離機能付き避雷器では、避雷素子の劣化により避雷素子が温度上昇すれば、切り離しばねの弾性力によりヒューズ線を避雷素子から切り離す。また、規定電流以上の大電流が流れる短絡モードで、ヒューズ線が溶断状態に至る場合にも、切り離しばねの弾性力によりヒューズ線を避雷素子から切り離す。このヒューズ線が避雷素子から切り離される時、あるいは溶断した場合にアーク放電が発生する。
【００１７】
本発明では、筐体の端子金具と避雷素子を繋ぐヒューズ線を、隔壁部を迂回するように屈曲させた構造を具備することにより、アーク放電発生時、アーク放電の放電経路を長くすることができ、アーク放電を速やかに消弧させることができる。
【００１８】
また、ヒューズ線が収容された内部空間にアーク消弧用充填材を封入したことにより、アーク放電発生時、放電プラズマを冷却することで、アーク放電を速やかに消弧させることができる。
【００１９】
以上のことから、改訂ＪＩＳに適合し、避雷素子に規定電流以上の大電流が流れてしまう短絡モードであっても、その大電流を速やかに遮断することができ、分電盤内に容易に取り付けることができる小型の避雷器を実現することができる。
【００２０】
本発明において、切り離しばねの弾性力の作用により避雷素子の劣化状態を検知して送出する接点スイッチを、筐体に設けた構造が望ましい。
【００２１】
このような構造を採用すれば、避雷器の分離動作状況を接点スイッチにより外部へ報知することができる。つまり、この接点スイッチにより、避雷素子の劣化情報を外部機器に送出することができる。
【００２２】
本発明における筐体は、不燃性樹脂にガラス繊維を含有させた樹脂材で構成され、避雷素子の劣化による内部空間の圧力上昇に耐える厚みを有する構造が望ましい。
【００２３】
このような構造を採用すれば、アーク放電の発生に伴って筐体の内部空間で圧力が上昇しても、筐体を構成する樹脂材の厚みを大きくしているので、筐体の破損を未然に防止することができる。
【００２４】
本発明において、筐体の内部空間を閉塞する蓋体に補強板を付設した構造が望ましい。
【００２５】
このような構造を採用すれば、アーク放電の発生に伴って筐体の内部空間で圧力が上昇しても、補強板により薄い蓋体の破損を未然に防止することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、筐体の端子金具と避雷素子を繋ぐヒューズ線を、隔壁部を迂回するように屈曲させ、また、ヒューズ線が収容された内部空間にアーク消弧用充填材を封入したことにより、アーク放電発生時、アーク放電を速やかに消弧させることができる。
【００２７】
その結果、改訂ＪＩＳに適合し、避雷素子に規定電流以上の大電流が流れてしまう短絡モードであっても、その大電流を速やかに遮断することができ、分電盤内に容易に取り付けることができる小型の避雷器を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態で、避雷器を分離器側から見た斜視図である。
【図２】本発明の実施形態で、避雷器を避雷素子側から見た斜視図である。
【図３】（Ａ）は避雷素子を一方の面から見た斜視図、（Ｂ）は避雷素子を他方の面から見た斜視図である。
【図４】（Ａ）は筐体を分離器側から見た斜視図、（Ｂ）は筐体を避雷素子側から見た斜視図である。
【図５】避雷器の蓋体を外した状態を示す組立分解斜視図である。
【図６】図５の蓋体を取り付けた状態を示す組立完了斜視図である。
【図７】図１の避雷器において、分離動作後の状態を示す斜視図である。
【図８】３個の避雷器を連接した避雷装置を示す組立分解斜視図である。
【図９】３個の避雷器を連接した避雷装置を示す組立完了斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明に係る分離機能付き避雷器（以下、単に避雷器と称す）の実施形態を図面に基づいて以下に詳述する。
【００３０】
この実施形態の避雷器１１は、図１および図２に示すように、サージ電圧に対しては低抵抗、通常の電源電圧に対しては高抵抗を示す非直線性の電流電圧特性を有する酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする避雷素子１２（酸化金属バリスタ）と、後述の構造を有する分離器１３とを樹脂製の筐体１４に収容し、避雷素子１２と分離器１３とを一体化した構造を具備する。
【００３１】
避雷素子１２は、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、略正方形状をなし、素子エレメントを絶縁材で被覆した構造を有する。避雷素子１２の一方の面で課電側電極板１５を延設して電極金具１６を形成している〔同図（Ｂ）参照〕。避雷素子１２の他方の面で絶縁材を部分的に除去し、その開口部１７で接地側電極板１８を露呈させている〔同図（Ａ）参照〕。なお、この実施形態では、角型の避雷素子１２を例示しているが、丸型の避雷素子などでもよく、その形状は任意である。
【００３２】
筐体１４は、不燃性樹脂にガラス繊維を含有させた樹脂材で構成された樹脂成形品である。筐体１４は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、避雷素子１２と分離器１３とを収容させるための二層構造となっている。この二層構造の筐体１４には、一方側と他方側との境界部位に仕切壁部１９が設けられている。
【００３３】
筐体１４の一方側には、避雷素子１２を収容するための凹所２０が形成されている〔同図（Ｂ）参照〕。凹所２０の周囲の一部には、避雷素子１２の電極金具１６を外部に導出するための切り欠き２１が形成されている。筐体１４の他方側には、外壁部２２が形成されている〔同図（Ａ）参照〕。外壁部２２には、分離器１３を収容するための内部空間２３が形成されている。外壁部２２は、内部空間２３の全周外側で肉厚となっている。
【００３４】
筐体１４の仕切壁部１９には、避雷素子１２の電極板１８が露呈する部分と対応させて、凹所２０と内部空間２３との間で貫通する窓部２４が設けられている。この窓部２４の近傍には、外壁部２２および仕切壁部１９から内部空間２３へ張り出すように隔壁部２５が一体的に形成されている。
【００３５】
仕切壁部１９は、必ずしも必要なものではない。仕切壁部１９がない場合、避雷素子１２の他方の面〔図３（Ａ）参照〕を仕切壁部として代用することも可能である。この場合、隔壁部２５は、外壁部２２の周囲から一体的に延びるように形成すればよい。
【００３６】
なお、外壁部２２には、端子金具３２（図１参照）を装着するためのスリット２６、ヒューズ引張線３０（図１参照）を挿通させるための切り欠き２７、および外部接続線（図示せず）を挿通させるための切り欠き２８が設けられている。
【００３７】
図２に示すように、筐体１４の一方側に位置する凹所２０に避雷素子１２が収容される。避雷素子１２は、接着剤など適宜の手段により凹所２０の仕切壁部１９に固定される。避雷素子１２の電極金具１６は、凹所２０の切り欠き２１から外部に導出されている。
【００３８】
分離器１３は、図１に示すように、銅合金からなるヒューズ線２９と、絶縁材料からなるヒューズ引張線３０と、弾性材料からなる切り離しばね３１とで主要部が構成されている。この分離器１３のヒューズ線２９を介して、仕切壁部１９の窓部２４から露呈する避雷素子１２の電極板１８と、筐体１４の外壁部２２に取り付けられた端子金具３２とが接続されている。
【００３９】
つまり、ヒューズ線２９の一端は、低融点半田３３により仕切壁部１９の窓部２４を介して避雷素子１２の電極板１８と電気的かつ機械的に接続されている。ヒューズ線２９の他端は、外壁部２２のスリット２６に嵌合して固定された端子金具３２に電気的かつ機械的に接続されている。このヒューズ線２９は、隔壁部２５の先端面を迂回するように、くの字状に屈曲した形状をなす。
【００４０】
切り離しばね３１は、帯板状をなし、外壁部２２の外側に配置されている。切り離しばね３１は、その彎曲状の基部３４が外壁部２２の外周にねじ止めされ、その基部３４から延びる直状の先端部３５が外壁部２２の外周に沿って平行に配置されている。
【００４１】
ヒューズ引張線３０の一端は、外壁部２２の切り欠き２７に挿通されて切り離しばね３１に取り付け固定されている。また、ヒューズ引張線３０の他端は、ヒューズ線２９の屈曲部３６の近傍に引掛け係止されている。このようにして、ヒューズ線２９は、切り離しばね３１の引張り力によりヒューズ引張線３０でもって引張られた状態にある。
【００４２】
外壁部２２の外側で切り離しばね３１の先端部３５の近傍部位に接点スイッチ３７が配置されている。この接点スイッチ３７は筐体１４に固定されている。接点スイッチ３７は、レバー４３の開放により避雷素子１２の劣化状態を検知して外部機器へ送出する。
【００４３】
図５および図６に示すように、筐体１４の外壁部２２に蓋体３８がねじ３９により固定される。この蓋体３８により外壁部２２の内部空間２３が閉塞される。薄肉の蓋体３８の窪み４１には、金属製の補強板４２が蓋体３８のねじ止めと共に嵌着されている。
【００４４】
なお、筐体１４の一方側は、避雷器用ハウジング（図示せず）に取り付けられるために蓋体を設けていないが、凹所２０を閉塞する蓋体を設けるようにしてもよい。
【００４５】
この筐体１４において、外壁部２２の内部空間２３には、アーク放電を消弧させるための充填材、例えば、二酸化珪素を主成分とする珪砂４０（図中散点で示す）が充填されている。この珪砂４０の粒径としては、５００μｍ以下が有効である。
【００４６】
図５では、説明上、ヒューズ線２９、ヒューズ引張線３０および隔壁部２５などが見えるように図示している。また、図１および図７では珪砂４０を図示省略している。
【００４７】
以上の構成からなる避雷器１１は、電源線の相間に挿入接続される。つまり、電源線の課電側に避雷器１１の電極金具１６が接続され、電源線の接地側に避雷器１１の端子金具３２が接続される。避雷素子１２の劣化が起こった場合の分離器１３の動作を以下に詳述する。
【００４８】
なお、避雷素子１２が正常であると、図１に示すように、分離器１３のヒューズ線２９の一端が低融点半田３３により避雷素子１２の電極板１８と接続されている。つまり、避雷素子１２の電極板１８が低融点半田３３によりヒューズ線２９を介して端子金具３２に接続されている。この時、ヒューズ線２９は、切り離しばね３１の引張り力によりヒューズ引張線３０で外壁部２２の方向に引っ張られた状態にある。
【００４９】
避雷素子１２の劣化が起こると、課電された電圧で避雷素子１２がジュール熱を発生し、このジュール熱により避雷素子１２が高温となる。この避雷素子１２が高温になると、避雷素子１２の電極板１８とヒューズ線２９の一端とを繋ぐ低融点半田３３が溶解する。これにより、ヒューズ線２９は、切り離しばね３１の引張り力により外壁部２２の方向に引張られているので、電極板１８から分離して遮断状態になる。
【００５０】
避雷素子１２が短絡モードの状態になった場合には、ヒューズ線２９の溶断でもって、避雷素子１２の電極板１８と筐体１４の端子金具３２とが遮断される。このヒューズ線２９の溶断時、ヒューズ線２９の位置でアーク放電が発生する。
【００５１】
溶断されたヒューズ線２９の残存部分は、図７に示すように、切り離しばね３１の引張り力によりヒューズ引張線３０で引っ張られた状態にあるため、避雷素子１２の電極板１８から瞬時に離脱する。このように、溶断されたヒューズ線２９の残存部分は、切り離しばね３１により引っ張られているため、アーク放電を速やかに消弧させることができる。
【００５２】
また、ヒューズ線２９が完全に溶断せずに軟化した場合であっても、切り離しばね３１による引張り力でもって、ヒューズ線２９を完全に切断するようにしている。さらに、低融点半田３３が完全に溶解せずに軟化した場合も同様、切り離しばね３１による引張り力でもって、ヒューズ線２９を避雷素子１２の電極板１８から離脱させるようにしている。
【００５３】
この実施形態の避雷器１１では、ヒューズ線２９を、隔壁部２５を迂回するように大きく屈曲させ、その屈曲部３６の近傍を切り離しばね３１の引張り力によりヒューズ引張線３０で引っ張る構造としている。
【００５４】
これにより、アーク放電発生時、放電経路（放電間隔）を長くすることができ、アーク放電を速やかに消弧させることができる。この隔壁部２５は、アーク放電による放電プラズマが拡散することを制限することで、アーク放電の消弧に寄与する。
【００５５】
ヒューズ線２９が収容された内部空間２３にアーク消弧用充填材として珪砂４０を封入している。これにより、アーク放電発生時、アーク放電による放電プラズマを冷却することで、アーク放電を速やかに消弧させることができる。
【００５６】
以上のことから、改訂ＪＩＳに適合し、避雷素子１２に規定電流以上の大電流が流れてしまう短絡モードであっても、その大電流を速やかに遮断することができ、分電盤内に容易に取り付けることができる小型の避雷器１１を実現することができる。
【００５７】
また、この時、切り離しばね３１の先端部３５が弾性復元力により変位することで、接点スイッチ３７のレバー４３が開放して接点スイッチ３７をオンすることができる。この接点スイッチ３７のオンにより、接点スイッチ３７の出力でもって避雷素子１２の劣化状態を検知して外部機器に送出することができる。
【００５８】
この実施形態における筐体１４は、不燃性樹脂にガラス繊維を含有させた樹脂材で構成されている。また、筐体１４の外壁部２２は、内部空間２３の全周外側で肉厚となっている。つまり、外壁部２２は、アーク放電の発生による内部空間２３の圧力上昇に耐える厚みを有する。
【００５９】
これにより、アーク放電の発生に伴って筐体１４の内部空間２３で圧力が上昇しても、筐体１４を前述の樹脂材で構成すると共に筐体１４の外壁部２２の厚みを大きくしているので、筐体１４が破損することを未然に防止することができる。
【００６０】
さらに、この実施形態では、筐体１４の内部空間２３を閉塞する蓋体３８に補強板４２を付設している。これにより、アーク放電の発生に伴って筐体１４の内部空間２３で圧力が上昇しても、補強板４２により薄い蓋体３８の破損を未然に防止することができる。
【００６１】
以上の実施形態では、単相交流回路に取り付けられる基本構成の避雷器１１（図６参照）について説明したが、図６に示す避雷器１１は、図８および図９に示すように、単相３線式交流回路や三相３線式交流回路にも適用することが可能である。
【００６２】
この実施形態では、図８および図９に示すように、３個の避雷器１１を連接した場合を例示する。各避雷器１１の筐体１４は、同図に示すように、ねじ４４が挿通される貫通孔４５，４６を有する取り付け部４７，４８が筐体１４および蓋体３８の外周縁部に形成された構造を具備する。なお、この実施形態では、筐体１４の取り付け部４７，４８を２箇所設けているが、その取り付け部４７，４８の数および位置は任意である。
【００６３】
この実施形態では、３個の避雷器１１を接合し、各筐体１４および蓋体３８の取り付け部４７，４８の貫通孔４５，４６にねじ４４を挿通し、ナット４９で締め付けることにより、３個の避雷器１１を連接して一体化している。
【００６４】
この時、筐体１４の一方側は、避雷素子１２が収容された状態で開放しているため、各筐体１４の一方側と隣接する蓋体３８との間にセラミックシート等のパッキン５０を介在させることが有効である。これにより、筐体１４の内部に存在する避雷素子１２に水分や異物などが侵入することを未然に防止することができる。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
１１  避雷器
１２  避雷素子
１４  筐体
２３  内部空間
２５  隔壁部
２９  ヒューズ線
３１  切り離しばね
３７  接点スイッチ
３８  蓋体
４０  充填材（珪砂）
４２  補強板
【図１】
2018133239.tif 000003
【図２】
2018133239.tif 000004
【図３】
2018133239.tif 000005
【図４】
2018133239.tif 000006
【図５】
2018133239.tif 000007
【図６】
2018133239.tif 000008
【図７】
2018133239.tif 000009
【図８】
2018133239.tif 000010
【図９】
2018133239.tif 000011