(57)【要約】【課題】設置に伴う施工性を極力簡素化しつつ、落雷抑制に必要なマイナス電荷量を容易に増加させることの可能な落雷抑制型避雷装置を提供する。【解決手段】建造物Ａへの落雷を抑制する落雷抑制型避雷装置１であって、建造物の頂部に電気絶縁状態で設けられた導電性材料からなる帯電体Ｂと、この帯電体に電気的に接続されたキャパシタ２とからなり、前記キャパシタが、前記地面に設置され、この地面に電気的に接続された第１電極体２ａと、この第１電極体に対して電気絶縁層Ｚを介して対峙され、前記第１電極体との間に静電容量により電荷を蓄える第２電極体２ｂとを備え、前記第２電極体が前記帯電体に電気的に接続されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建造物への落雷を抑制する落雷抑制型避雷装置であって、建造物の頂部に電気絶縁状態で設けられた導電性材料からなる帯電体と、この帯電体に電気的に接続されたキャパシタとからなり、前記キャパシタが、前記地面に設置され、この地面に電気的に接続された第１電極体と、この第１電極体に対して電気絶縁層を介して対峙され、前記第１電極体との間に静電容量により電荷を蓄える第２電極体とを備え、前記第２電極体が前記帯電体に電気的に接続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】
前記建造物が仏塔若しくは仏堂であり、前記帯電体が、前記仏塔若しくは仏堂の頂上に設けられた宝珠であ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】
前記建造物が城の天守閣であり、前記帯電体が、前記天守閣の頂上に設けられたしゃちほこであ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４】
前記建造物が風車であり、前記帯電体が、前記風車のブレード先端に設けられたレセプタクルであ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５】
前記建造物がビル若しくは家屋であり、前記帯電体が前記ビル若しくは家屋に設けられた避雷針であ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６】
前記キャパシタが複数設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の落雷抑制型避雷装置。
【請求項７】
前記複数のキャパシタが、静電容量の小さい第１のキャパシタと、静電容量の大きい第２のキャパシタとによって構成されていることを特徴とする請求項６に記載の落雷抑制型避雷装置。
【請求項８】
前記キャパシタの設置位置が周囲の地面よりも高いことを特徴とする請求項１〜請求７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、雷害から建造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】
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。
【０００３】
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造物（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。
【０００４】
このような落雷現象に対し、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。
【０００５】
これに対し、本発明者等は、落雷の発生を極力抑制することによって被保護体を保護すべく、特許文献１に示される落雷抑制型避雷装置を提案した。
【０００６】
この落雷抑制型避雷装置は、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、下部電極体のみを接地して構成したものである。
【０００７】
そして、たと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、接地されている下部電極体にもプラス電荷が集まる。
【０００８】
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ととなる。
【０００９】
この作用により、避雷装置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て落雷の発生を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第５８３９３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述した本発明者等による先の提案によって、避雷装置を中心とした円状の保護領域において落雷を抑制できるようになった。
【００１２】
しかしながら、前述した保護領域を有効に形成するためには、前記避雷装置を前記被保護体の頂部に新たな設備として設置しなければならない。
【００１３】
また、前述した落雷抑制効果を高めるためには、前記避雷装置によって形成されるマイナス電荷量を大きくする必要がある。
【００１４】
そのためには、前記避雷装置のコンデンサの容量を大きくしなければならず、前記避雷装置が大型化する。
また、この大型化した避雷装置を前記被保護体の高所に設置しなければならないことから、その設置作業が煩雑化することが想定される。
【００１５】
本発明は、前述した先の提案において残されている問題点を解決しようとするもので、設置に伴う高所作業を極力簡素化して施工性を高めつつ、落雷抑制に必要なマイナス電荷量を容易に増加さ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している。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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、建造物への落雷を抑制する落雷抑制型避雷装置であって、建造物の頂部に電気絶縁状態で設けられた導電性材料からなる帯電体と、この帯電体に電気的に接続されたキャパシタとからなり、前記キャパシタが、前記地面に設置され、この地面に電気的に接続された第１電極体と、この第１電極体に対して電気絶縁層を介して対峙され、前記第１電極体との間に静電容量により電荷を蓄える第２電極体とを備え、前記第２電極体が前記帯電体に電気的に接続されていることを特徴としている。
【００１７】
このような構成とすることにより、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、前記キャパシタの、大地に接地された前記第１電極体にもプラス電荷が集まる。
【００１８】
すると、前記第１電極体に前記電気絶縁層を介して対峙されている前記第２電極体が、キャパシタの作用によりマイナス電荷を帯びる。
また、前記第２電極体に前記導電体によって電気的に接続されている前記帯電体もマイナス電荷を帯びる。
【００１９】
ここで、前記帯電体が、前記建造物に対し電気的に絶縁されていることにより、前記建造物上方にマイナス電荷領域が形成される。
したがって、被保護体である前記建造物からの上向きストリーマの発生が起こりにくくなり、前記建造物への落雷が抑制される。
【００２０】
そして、前記マイナス電荷を発生させる前記キャパシタは、前記帯電体と別個に設けられていることから、前記建造物の近傍の大地に設置することができる。
【００２１】
したがって、発生させるマイナス電荷を増加させるために容量の大きなキャパシタを用いても、このキャパシタの設置を地上で行なうことができる。
この結果、落雷抑制型避雷装置の設置作業を簡便なものとすることができる。
【００２２】
一方、前記建造物が仏塔若しくは仏堂である場合、その頂上に設けられた宝珠を前記帯電体とすることができる。
【００２３】
前記建造物が城の天守閣である場合、その天守閣の頂上に設けられたしゃちほこを前記帯電体とすることができる。
【００２４】
前記建造物が風車である場合、その風車のブレード先端に設けられたレセプタクルを前記帯電体とすることができる。
【００２５】
また、前記建造物がビル若しくは家屋である場合、そのビル若しくは家屋に設けられた避雷針を前記帯電体とすることができる。
【００２６】
このように、前記宝珠、前記しゃちほこ、前記レセプタクル、あるいは、前記避雷針を帯電体とすることにより、既設の構造体を用いて落雷抑制型避雷装置を構成することができる。
【００２７】
これによって、落雷抑制型避雷装置を建造物の大幅な構造変更を伴うことなく設置することができる。
【００２８】
前記キャパシタは複数設けることが可能であり、このような構成とすることにより、たとえば、前記被保護体が大きく、落雷を抑制するために大きな電荷量のマイナス電荷が必要である場合に容易に対応することができる。
【００２９】
また、前記複数のキャパシタを、静電容量の大きい第１のキャパシタと、静電容量の小さい第２のキャパシタとによって構成することができる。
【００３０】
このような構成とすることにより、想定を超えるようなエネルギーの雷が発生し、この雷が前記帯電体に落雷した場合、その雷撃を前記静電容量の小さい第２のキャパシタの両電極体間を経て大地へ流すことができる。
【００３１】
これによって、雷撃が前記被保護体へ作用することを防止し、その損傷を防止することができる。
キャパシタを接地する地面は周囲の地面よりも高いことが好ましい。キャパシタの接地場所の地面を高くすることで、キャパシタ自体を水による影響や水害等から保護することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の落雷抑制型避雷装置によれば、落雷抑制に必要なマイナス電荷量を発生させるキャパシタを地上に設置して、その大型化に伴う設置作業を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略を示す正面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の概略を示す正面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の概略を示す正面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の概略を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の第１の実施形態について、図１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（以下、避雷装置と略称する）を示す。
【００３５】
本実施形態の避雷装置１は、建造物Ａの頂部に電気絶縁状態で設けられた導電性材料からなる帯電体Ｂと、この帯電体Ｂに電気的に接続されたキャパシタ２とからなり、前記キャパシタ２が、地面Ｅに設置され、この地面Ｅに電気的に接続された第１電極体２ａと、この第１電極体２ａに対して電気絶縁層Ｚを介して対峙され、前記第１電極体２ａとの間に静電容量により電荷を蓄える第２電極体２ｂとを備え、前記第２電極体２ｂが前記帯電体ＢにケーブルＣによって電気的に接続された構成となっている。
【００３６】
本実施形態では、前記建造物Ａが仏塔若しくは仏堂であり、この仏塔若しくは仏堂の頂上に設けられた宝珠３が前記帯電体Ｂとなされている。
【００３７】
前記キャパシタ２を構成する前記第１電極体２ａは、導電性材料によって平板状に形成されており、前記地面Ｅ上に敷設されている。
【００３８】
前記キャパシタ２を構成する前記第２電極体２ｂは導電性材料によって平板状に形成されており、前記第１電極体２ａに、所定間隔をおいて平行に対峙させられている。
【００３９】
また、前記第１電極体２ａと前記第２電極体２ｂは、碍子４によって電気的に絶縁された状態で連結されており、これらの対峙する面間に形成される空間によって前記電気絶縁層Ｅが形成されている。
【００４０】
そして、前記ケーブルＣは、その一端が前記帯電体Ｂとしての宝珠３の下端へ電気的に接続され、前記建造物Ａの内部を経て地上近くへ引き回され、他端が前記第２電極体２ｂへ電気的に接続されている。
【００４１】
さらに、前記第１電極体２ｂは、前記地面Ｅとの電気的な接続を良好なものとするために、前記地面Ｅに打ち込まれたアース用ロッド５に電気的に接続されている。
ついで、このように構成された本実施形態の避雷装置１の落雷抑制作用について説明する。
図１に示すように、マイナス電荷が雲底に分布した雷雲Ｄが近づくと、それとは逆の電荷（プラス電荷）が地面Ｅの表面に分布し、この地面Ｅに接地されている前記第１電極体２ａにもプラス電荷が集まる。
【００４２】
一方、前記第１電極体２ａに前記電気絶縁層Ｚを介して対峙されている前記第２電極体２ｂは、コンデンサの作用でマイナス電荷を帯びる。
【００４３】
さらに、前記第２電極体２ｂに前記導電体Ｃを介して電気的に接続されている前記宝珠３も全体的にマイナス電荷を帯びる。
【００４４】
したがって、前記宝珠３によって、前記建造物Ａの頂部にマイナス電荷による保護領域が形成され、この保護領域のマイナス電荷によって、前記建造物Ａとその周辺における上向きストリーマの発生が起こりにくくなり、落雷の発生が抑制される。
【００４５】
ここで、前記宝珠３に蓄えられるマイナス電荷量は、前記キャパシタ２の容量に依存する。
【００４６】
前記帯電体２に、前述した落雷抑制作用を生じさせるために必要なマイナス電荷を帯びさせるのに十分なマイナス電荷を帯びさせるためには。前記宝珠３に接続する前記キャパシタ２の容量を大きくすることによって対処可能である。
【００４７】
一方、前記避雷装置１の主要構成部材であり重量物である前記キャパシタ２を地面Ｅに設置する構成としたことにより、重量物の設置作業が地上に集約される。
この結果、前記避雷装置１の設置作業が簡便になるとともに、落雷抑制作用の向上のための避雷装置１の大型化への対応が容易となる。
【００４８】
また、前記建造物Ａの頂部に落雷抑制用のマイナス電荷領域を形成する前記帯電体Ｂは、主要構成部材である前記キャパシタ２に比して軽量であることから、前記避雷装置１の設置に伴う高所作業を軽減することができる。
【００４９】
一方、本実施形態に示したように、前記建造物Ａを、仏塔若しくは仏堂に適用する際に、その頂上に設けられている前記宝珠３を帯電体Ｂとして用いることができる。
【００５０】
したがって、本実施形態の避雷装置１を、既設の構造物を利用して設置することができるので、設置作業をさらに軽減し、かつ、設置費用も抑制することができる。
【００５１】
図２は、本発明の第２の実施形態を示す。
本実施形態は、避雷装置１を既存の建造物Ａである天守閣に適用したものである。
【００５２】
そして、前記天守閣の頂上に設置されているしゃちほこ６を前記帯電体Ｂとして用いた構成としている。
【００５３】
本実施形態においても、前記しゃちほこ６にマイナス電荷を帯電させて、前述した第１の実施形態と同様の作用により、前記天守閣やその周りへの落雷を抑制することができる。
【００５４】
また、本実施形態の避雷装置１の設置作業を簡便にする効果も同様に確保することができる。
【００５５】
図３は、本発明の第３の実施形態を示す。
本実施形態は、避雷装置１を既存の、風力発電装置を構成する風車に適用したものである。
【００５６】
そして、前記帯電体Ｂとして、前記風車の各ブレード７の先端に設けられているレセプタクル８を利用している。
【００５７】
前記風車は、その回転により前記各ブレード７の先端が、前記風車の上方へ移動させられて前述した雷雲Ｃへ近づけられる。
ここで、前記各ブレード７の先端に、前記レセプタクル８によってマイナス電荷による保護領域が形成されていることにより、前記各ブレード７への落雷を抑制することができる。
【００５８】
また、本実施形態においても、前述した第１の実施形態および第２の実施形態において得られる作用効果を同様に得ることができる。
【００５９】
図４は、本発明の第４の実施形態を示す。
本実施形態では、前述した各実施形態において示した前記キャパシタ２に、このキャパシタ２よりも静電容量の小さなキャパシタ９を併設した構成としている。
【００６０】
前記キャパシタ９は、前記地面Ｅに接地された第１電極体９ａと、この第１電極体９ａに電気絶縁層Ｚを介して対峙させられた第２電極体９ｂとによって構成されている。
【００６１】
そして、前記キャパシタ２の第２電極体２ｂと前記キャパシタ９の第２電極体９ｂとが電気的に接続されている。
【００６２】
このような構成とすることにより、仮に、想定以上のエネルギーの雷撃が発生して前記帯電体Ｂに落雷した場合にあっては、容量の小さい前記キャパシタ９が短絡することにより、前記雷のエネルギーを大地に流して、前記建造物Ａの損傷を防止することができる。
【００６３】
なお、前記各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。
【００６４】
たとえば、前記帯電体Ｂの構成は任意に変更可能であり、建築物に避雷針として設置されているフランクリンロッドを、前記建築物に対し電気的に絶縁することによって前記帯電体Ｂとすることができる。
【００６５】
また、前記キャパシタ２・９の構成も適宜変更可能である。
すなわち、容量の異なるキャパシタを、それぞれ単独で使用したり、これらを組み合わせて使用することも可能であり、その使用個数等も適宜選択可能である。
【００６６】
また、キャパシタ２の接地場所として平坦な地面を例示したが、本発明はこれに限らない。例えば、キャパシタ２の設置場所を、周囲の地面よりも高いところ、あるいは積極的に高くした地面上に接地しても良い。
このように、キャパシタ２の接地場所の地面を高くすることで、キャパシタ２自体を水による影響や水害等から保護することができる。
なお、地面を高くする方法としては、盛土の他、周囲を囲むコンクリート壁や、石垣、擁壁などを用いる、既存の施工法を利用することができる。
また、キャパシタの周囲に浸水防止用の壁を設けることもできる。
【符号の説明】
【００６７】
１  （落雷抑制型）避雷装置
２  キャパシタ
２ａ  第１電極体
２ｂ  第２電極体
３  宝珠
４  碍子
５  （アース用）ロッド
６  しゃちほこ
７  ブレード
８  レセプタクル
９  キャパシタ
Ａ  建造物
Ｂ  帯電体
Ｃ  ケーブル
Ｄ  雷雲
Ｅ  地面
Ｚ  電気絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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