トップ :: H 電気 :: H01 基本的電気素子

【発明の名称】 切り離し機構付SPDおよび製造方法
【発明者】 【氏名】三島 健七郎

【氏名】池田 剛

【氏名】圓山 武志

【氏名】木本 健治

【要約】 【課題】酸化亜鉛形バリスタの劣化による異常発熱が発生した場合の温度ヒューズ動作が確実に行い得る高信頼度の切り離し機能付SPDの提供。

【構成】酸化亜鉛形バリスタ1の電極11に低溶融金属合金14で接合した引き離し導体13に屈曲したばね部13cを形成し、全体を収納した収納ケース30に収納して位置決めするときに、ケース内部でバリスタ1を回動させて引き離し導体13のばね部13cを所定方向に屈曲させ、この屈曲による変位でばね部13cに異なる二方向のばね力を付与する。バリスタ1の異常発熱で低溶融金属合金14が溶融するときに、ばね部13cの二方向のばね力で引き離し導体13をバリスタ1の電極11から引き離す。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
酸化亜鉛形バリスタと、このバリスタの電極に低溶融金属合金で接合され、前記バリスタの異常発熱による前記低溶融金属合金の溶融時に前記電極から切り離されるばね力を有する切り離し導体と、前記バリスタと前記切り離し導体を位置決め保持して収納する収納ケースを備えたSPDであって、
前記切り離し導体は、前記バリスタの電極に接合される接続部と、この接続部から延在する屈曲したばね部と、このばね部から延在して前記収納ケース内に位置決め保持される固定部を有し、
前記収納ケースは、前記切り離し導体を接続した前記バリスタを収納するときに前記切り離し導体のばね部を変位させてばね性を付与した状態でバリスタを位置決め保持する位置決め手段を有することを特徴とする切り離し機構付SPD。
【請求項2】
前記切り離し導体のばね部は、前記低溶融金属合金の溶融時に、前記接続部を前記バリスタの電極から平行移動的に切り離す第一ばね力発生部および前記接続部を前記第一ばね力発生部を介し前記固定部を基点に回動させて前記バリスタの電極から切り離す第二ばね力発生部を有することを特徴とする請求項1に記載の切り離し機構付SPD。
【請求項3】
前記切り離し導体は、線材または板材のいずれか一方で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の切り離し機構付SPD。
【請求項4】
前記収納ケース内に、前記低溶融金属合金の溶融時に前記切り離し導体の接続部とばね部が、ばね部の復元ばね力で変位するのを許容する空間部を形成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の切り離し機構付SPD。
【請求項5】
前記収納ケースは、前記バリスタを挟んで位置決め保持する少なくとも第一ケースおよび第二ケースを有する分割形ケースであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の切り離し機構付SPD。
【請求項6】
前記収納ケース内に、前記切り離し導体の接続部が前記低溶融金属合金の溶融時に前記バリスタの電極から切り離されたことによって前記バリスタの異常発熱を表示する表示器を配設し、前記収納ケースに、前記表示器の表示状態がケース外部から視認可能な表示窓を設けたことを特徴とする請求項4または5に記載の切り離し機構付SPD。
【請求項7】
前記バリスタは、表面側に交流電路のライン相に接続される複数の電極を有し、裏面側にアース相の共通電極を有する多端子形で、前記ライン相に対応する複数の前記電極それぞれに前記切り離し導体と前記表示器を設置したことを特徴とする請求項6に記載の切り離し機構付SPD。
【請求項8】
前記バリスタと前記切り離し導体の接続部を、常温で固形状をなし、前記低溶融金属合金の溶融温度以下でゲル状または液状となる絶縁被覆材で被覆したことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の切り離し機構付SPD。
【請求項9】
前記絶縁被覆材は、前記低溶融金属合金の溶融温度より低い温度で液状となるワックスであることを特徴とする請求項8に記載の切り離し機構付SPD。
【請求項10】
前記絶縁被覆材は、前記低溶融金属合金の溶融温度より低い温度で軟化する溶剤系のコーティング材であることを特徴とする請求項8に記載の切り離し機構付SPD。
【請求項11】
ライン相とアース相の複数相の電極を有する酸化亜鉛形バリスタの前記アース相に対応する電極に電極引出し導体を200℃以上の高融点半田で接続する接続工程と、この接続工程の後で前記バリスタの前記ライン相に対応する電極に、融点が常温以上で200℃以下の低溶融金属合金で、前記バリスタの異常発熱による前記低溶融金属合金の溶融時に前記電極から切り離されるばね力を有する切り離し導体を接続する接続工程を有することを特徴とする切り離し機構付SPDの製造方法。
【請求項12】
前記接続工程と、前記バリスタと前記切り離し導体の前記低溶融金属合金によるバリスタ接続部分を、常温で固形状をなし、前記低溶融金属合金の融点以下の温度でゲル状または液状となる絶縁被覆材で被覆する塗布工程を有することを特徴とする請求項11に記載の切り離し機構付SPDの製造方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、酸化亜鉛形バリスタと当該バリスタの劣化に対する保護手段である切り離し導体を収納ケースに収納した切り離し機構付SPD(Surge Protective Device:サージ防護デバイス)に関する。
【背景技術】
【0002】
雷害を防止する目的から、単相または三相交流電路や直流電路において電気機器と大地間に、雷による過渡的な過電圧を制限してサージ電流を分流するデバイスとしてSPDが設置されている。このSPD用素子としては、酸化亜鉛形バリスタが一般的に使用されている。このSPD用素子としては、酸化亜鉛形バリスタが一般的に使用されている。
【0003】
酸化亜鉛形バリスタは、ZnOを主成分とする矩形や円板形の板状耐雷素子で、表裏両面に薄板状に電極を被着している。酸化亜鉛形バリスタは、表裏両面の電極間に印加する電圧に応じて抵抗が変化する特性、つまり、閾値電圧以下の電圧が印加された時には極めて高抵抗であって実質的に絶縁性を示し、閾値電圧を超える電圧が印加された時には低抵抗を示す非線形性の電流電圧特性を有する。
【0004】
また、酸化亜鉛形バリスタを使用したSPDは、酸化亜鉛形バリスタに放電ギャップやSPD保護用としての温度ヒューズ、電流ヒューズなどの他のSPD用素子を組み付けて、樹脂製の絶縁性収納ケースに収納した構造が一般的である。収納ケースは、バリスタを含む複数のSPD用素子を電気的機械的に保護する。ここでの温度ヒューズは、酸化亜鉛形バリスタの劣化に対する保護手段のSPD用素子である。酸化亜鉛形バリスタは、雷サージが繰り返し入力されると、その入力レベルによっては経時的に劣化し、漏れ電流が増加して発熱し、熱暴走による発煙発火の原因となることがある。そこで、SPDでは、酸化亜鉛形バリスタの熱暴走による発煙発火を防止する保護手段として、バリスタ劣化による発熱で断線動作する温度ヒューズを酸化亜鉛形バリスタに一体に組み付けることが行われている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2003−229303号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前述した特許文献1に開示されたSPDでは、酸化亜鉛形バリスタの劣化による異常発熱で溶融する低溶融金属合金(易溶融性金属または導電性低溶融物質)で外部端子をバリスタの電極に接合して温度ヒューズ部を構成している。この場合、温度ヒューズを別部品として酸化亜鉛形バリスタに外付けした構造のものと比較して、温度ヒューズ部が酸化亜鉛形バリスタに近接配置しているので、酸化亜鉛形バリスタの劣化による異常発熱に基づいて低溶融金属合金が迅速に溶融することから、温度ヒューズ部が感度良く動作する。
【0006】
しかし、酸化亜鉛形バリスタの電極と外部端子を接合する低溶融金属合金の周辺状況によっては、低溶融金属合金が溶融したときの移動または拡散が不十分となり、バリスタの電極と外部端子との間を電気的に遮断することが困難となる可能性があり、温度ヒューズ動作の信頼性に問題がある。
【0007】
本発明は前述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、信頼性の高い温度ヒューズ機能を具備した切り離し機構付SPDを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は上記目的を達成するため、酸化亜鉛形バリスタと、このバリスタの電極に低溶融金属合金で接合され、バリスタの異常発熱による低溶融金属合金の溶融時にバリスタの電極から切り離されるばね力を有する切り離し導体と、バリスタと切り離し導体を位置決め保持して収納する収納ケースを備えたSPDであって、切り離し導体は、バリスタの電極に接合される接続部と、この接続部の片端から延在する屈曲したばね部と、このばね部から延在して収納ケース内に位置決め保持される固定部を有し、収納ケースは、切り離し導体を接続したバリスタを収納するときに切り離し導体のばね部を変位させてばね性を付与した状態でバリスタを位置決め保持する位置決め手段を有することを特徴とする。
【0009】
ここで、酸化亜鉛形バリスタは、矩形平板状や円板状の耐雷素子で、表裏面に例えば銀焼付けもしくはアルミ溶射電極を有し、選択された電極に低溶融金属合金で切り離し導体が接続される。収納ケースは樹脂製の絶縁ケースで、酸化亜鉛形バリスタを含むSPD用素子を収納してSPD用素子を絶縁保護する。酸化亜鉛形バリスタ以外のSPD用素子は、放電ギャップや温度ヒューズ、電流ヒューズなどである。酸化亜鉛形バリスタの電極に接続する切り離し導体は、ばね性を有する線材、板材、線材と板材を組み合わせたものが適用できる。切り離し導体の片端部(接続部)をバリスタ電極に低溶融金属合金(低融点のクリーム半田など)で接合し、他端部(固定部)を収納ケースに位置決め保持させて、この両端部の間にばね性を保有するばね部を設ける。この切り離し導体のばね部は、屈曲することでばね性を保有する。切り離し導体のばね部は、酸化亜鉛形バリスタの異常発熱により低溶融金属合金が溶融することで、接続部を酸化亜鉛形バリスタの電極から切り離すばね力を保有する。切り離し導体を接続したバリスタのユニットを収納ケースに収納するときに、収納ケースに設けた位置決め手段でバリスタを変位させて位置決め保持し、このときのバリスタの変位で切り離し導体のばね部を積極的に屈曲させて所定のばね性を持たせる。このようにすることで、切り離し導体のばね部に容易にして確実にばね性を持たせることができ、低溶融金属合金の溶融による温度ヒューズ動作を確実なものにすることができる。収納ケースの位置決め手段は、バリスタの電極の無い周縁部に押し当てられる突起部や段部、係合穴が適用できる。
【0010】
本発明においては、切り離し導体のばね部は、低溶融金属合金の溶融時に、切り離し導体の接続部をバリスタの電極から平行移動的に切り離す第一ばね力発生部および接続部を第一ばね力発生部を介し切り離し導体の固定部を基点に回動させてバリスタの電極から切り離す第二ばね力発生部を有する構造とすることができる。
【0011】
ここでの第一ばね力発生部と第二ばね力発生部は連続した屈曲部分で、切り離し導体の接続部から第一ばね力発生部が延在し、第一ばね力発生部から第二ばね力発生部が延在し、さらに、第二ばね力発生部から固定部が延在して、単体の切り離し導体が形成される。第一ばね力発生部と第二ばね力発生部の屈曲方向を相違させて、第一ばね力発生部でバリスタの電極から接続部を平行移動的に切り離すようばね性を持たせ、第二ばね力発生部でバリスタの電極から接続部を回転揺動させるように切り離すようばね性を持たせる。このようなばね性を保有する各ばね力発生部の屈曲形状は、湾曲形状、直線形状、螺旋形状やこれら形状の組み合わせが適用できる。バリスタの電極から切り離し導体の接続部を平行移動的かつ回転揺動的といった異なる二形態で同時進行させて切り離すため、大きな切り離し距離の確保が容易になり、温度ヒューズ動作の信頼性が良くなる。また、第一ばね力発生部と第二ばね力発生部それぞれに保有するばね力は小さなものでよく、切り離し導体に細い線材、薄い板材が適用できる。
【0012】
本発明においては、切り離し導体は、線材または板材のいずれか一方で構成することができる。線材の切り離し導体は、ばね部を半円弧状や螺旋状に構成することが容易になる。また、板材の切り離し導体は、ばね部の形状を複雑にして多用なばね性を持たせる設計が容易である。
【0013】
また、本発明においては、収納ケース内に、低溶融金属合金の溶融時に切り離し導体の接続部とばね部が、ばね部の復元ばね力で変位するのを許容する空間部を形成することが望ましい。このようにすれば、収納ケースが密閉ケースであっても、バリスタと切り離し導体を含むSPD用素子をケース外部から遮蔽して保護することができ、切り離し導体のばね部に不所望な外力が作用することなく、温度ヒューズ動作を確実に行うことができる。
【0014】
また、本発明においては、収納ケースは、バリスタを挟んで位置決め保持する少なくとも第一ケースおよび第二ケースを有する分割形ケースを適用することができる。この収納ケースの第一ケースをバリスタのユニットを収容する有底の蓋付第一ケースとすると、第二ケースは蓋付第一ケースの蓋とすることができる。また、第一ケースと第二ケースの一方または両方を二分割ケースとして、収納ケースを三分割以上の複数分割ケースとすることができる。このように収納ケースを分割形とすることで、バリスタのユニットを組み込む作業と、バリスタを挟んで位置決めする作業が容易になり、切り離し導体のばね部に所定のばね性を持たせることが容易になる。
【0015】
さらに、本発明においては、収納ケース内に、切り離し導体の接続部が低溶融金属合金の溶融時にバリスタの電極から切り離されたときの機械的または電気的な変化によってバリスタの異常発熱を表示する表示器を配設すると共に、収納ケースに、前記表示器の表示状態がケース外部から視認可能な表示窓を設けることができる。この場合、バリスタと切り離し導体が収納ケース内に収納されていても、バリスタ劣化による異常発熱を収納ケースの表示窓から表示器を目視することにより簡単に認知することができる。ここでの表示器は、色分けされた表示板の機械式のものや、発光ダイオードのような電気式のものが適用可能である。前者機械式表示器は、バリスタの電極から切り離されたときに機械的な変位をする切り離し導体の接続部側に固定することが望ましい。また、後者電気式表示器は、バリスタの電極と切り離し導体の電気的な接続が正常なときに点灯(または消灯)し、バリスタの電極から切り離し導体の接続部が切り離されて電気的な接続が断たれたときに消灯(または点灯)する発光ダイオードをバリスタに付設すればよい。
【0016】
本発明において、酸化亜鉛形バリスタは、表面側に交流電路のライン相に接続される複数の電極を有し、裏面側にアース相の共通電極を有する多端子形バリスタで、ライン相に対応する複数の電極それぞれに切り離し導体と表示器を設置することができる。ここでのバリスタは、単相または三相三線交流電路の酸化亜鉛形耐雷素子が適用できる。単体のバリスタの表面に三線交流電路の三線ライン相に接続される三電極が分離させて形成され、バリスタ裏面にライン相の三電極のいずれにも対応するアース相の共通電極が形成されて、三電極それぞれに一式の切り離し導体と表示器が設置される。この三電極の各表示器に対応させて収納ケースの三箇所に表示窓が形成される。このようにすることで、三線交流電路の三線ライン相に対応するバリスタのいずれが劣化して異常発熱しても、表示窓から視認できる。
【0017】
また、本発明においては、バリスタと切り離し導体の接続部を、常温で固形状をなし、低溶融金属合金の溶融温度以下でゲル状または液状となる絶縁被覆材で被覆することができる。ここでの絶縁被覆材は、低溶融金属合金の溶融温度より低い温度で液状となるワックス、または、低溶融金属合金の溶融温度より低い温度で軟化する溶剤系のコーティング材が望ましい。
【0018】
このようにバリスタと切り離し導体の接続部を絶縁被覆材で被覆したユニットを収納ケースに収納することで、バリスタのユニットが絶縁被覆材と収納ケースで二重に絶縁保護され、絶縁対策の信頼性が増す。また、バリスタの劣化時には、低溶融金属合金が溶融する前に絶縁被覆材がゲル状あるいは液状となり、バリスタの電極と切り離し導体の接続部との間に侵入して、それぞれを絶縁材で被覆し、バリスタと切り離し導体との電気的かつ機械的な遮断が確実に行われ、温度ヒューズの尚一層の信頼性が増す。絶縁被覆材にワックスを使用した場合、液状になっているワックスをバリスタおよび切り離し導体を含む主要部分に塗布し、それを常温で乾燥させて固形状とする。また、絶縁被覆材が溶剤系のコーティング材の場合、常温で液状となっているので、これをバリスタおよび切り離し導体を含む主要部分に塗布し、常温で乾燥させて溶剤を飛ばして固形状とする。いずれも塗布して乾燥させるのみでいいので、簡単な作業で済む。
【0019】
また、本発明のSPD製造方法は、ライン相とアース相の複数の電極を有する酸化亜鉛形バリスタのアース相に対応する電極に電極引出し導体を200℃以上の高融点半田で接続する接続工程と、この接続工程の後でバリスタのライン相に対応する電極に、融点が常温以上で200℃以下の低溶融金属合金で接合され、バリスタの異常発熱による低溶融金属合金の溶融時に電極から切り離されるばね力を有する切り離し導体を接続する接続工程を有することを特徴とする。このように製造することで、バリスタのライン相に対応する電極と切り離し導体を低溶融金属合金で安定した状態で接続することが容易になり、切り離し機構付SPDの製造組立の信頼性が良くなる。
【0020】
さらに、本発明方法は、上述の2つの接続工程と、バリスタおよび切り離し導体の低溶融金属合金によるバリスタ接続部分を、常温で固形状をなし、低溶融金属合金の融点以下の温度でゲル状または液状となる絶縁被覆材で被覆する塗布工程を有することを特徴とする。このように製造することで、絶縁被覆材の塗布作業が容易になる。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、酸化亜鉛形バリスタの電極に低溶融金属合金で接合されて温度ヒューズ機能を発揮する切り離し導体のばね性を、収納ケースにバリスタを収納するときに切り離し導体のばね部を変位させることで設定するようにしたので、切り離し導体のばね部に容易にして確実にばね性を持たせることができ、切り離し導体による温度ヒューズ動作の確性、信頼性を上げることができるという優れた効果を奏することができる。
【0022】
また、切り離し導体のばね部を、切り離し導体の接続部をバリスタの電極から平行移動的に切り離す第一ばね力発生部と切り離し導体の固定部を基点に回動させてバリスタの電極から切り離す第二ばね力発生部で構成して、バリスタの電極から切り離し導体の接続部を平行移動的かつ回転揺動的な二形態で切り離すようにすることで、温度ヒューズ動作時に切り離し導体をバリスタ電極から大きな距離で切り離すことが容易にでき、しかも、この切り離しが小さなばね力で行うことができて、温度ヒューズ動作の信頼性が尚一層に良くなる。つまり、切り離し導体の先端は大きな変位として見易い機械的表示が容易であり、また、接続部のような平行変位部を設けることで切り離しの信頼性確保が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
図1〜図13は、本発明の第1の実施の形態の切り離し機構付SPDを示す。図1及び図2は切り離し機構付SPDの要部構成を示し、図3及び図4は組立時の要部構成を示す。図1〜図4の切り離し機構付SPDは、ZnOを主成分とする酸化亜鉛形バリスタ1と、酸化亜鉛形バリスタ1の裏面側の電極12に接続された放電ギャップ2の二種類のSPD用素子を、共通の収納ケース30に収納している。酸化亜鉛形バリスタ1は、図5の斜視図で示すように、単相三線または三相三線交流電路に適用される矩形平板状の耐雷素子で、表面にライン相の三電極11が形成され、裏面にアース相の共通電極12が形成される。共通電極12は、図8の等価回路に示すように、表面側の三電極11の全てに対向する。なお、バリスタ1の形状は矩形状に限らず、円盤状のものであってもよい。
【0024】
バリスタ1のライン相の三電極11それぞれに単数ずつ切り離し導体13を低溶融金属合金14で接続する。低溶融金属合金14は、融点が常温以上で200℃以下のクリーム半田で、バリスタ1の異常発熱で溶融する。この低溶融金属合金14による切り離し導体13の接続より前に、アース相の共通電極12に放電ギャップ2のリード線である電極引出し導体15を高融点半田16で接続する。高融点半田16は、融点が200℃以上のクリーム半田である。このように融点の高いクリーム半田による接続工程を、融点の低いクリーム半田による接続工程の前に設定することで、融点の低いクリーム半田による接続工程が常に安定した状況下で容易に行える。
【0025】
切切り離し導体13は、ばね性を有する線材または板材が適用され、図面では裸電線の線材を示す。収納ケース30は樹脂製の矩形箱形の絶縁ケースで、前面から計4本の平行な外部端子20が導出される。4本の各外部端子20は、例えば絶縁被覆電線のリード線である。バリスタ1の三電極11に接続された3本の切り離し導体13に1本ずつ外部端子20が接続され、放電ギャップ2の他のリード線17が残り1本の外部端子20に接続される。
【0026】
収納ケース30は矩形箱形の上下二分割ケースで、有底上端開口の第一ケース(ケース本体)30aと、第一ケース30aの上端開口を塞ぐ第二ケース(ケース蓋)30bを備える。第一ケース30aは、その底部に4本の外部端子20が挿脱可能な端子保持部30cを備える。第一ケース30aの前面側から端子保持部30cに4本の平行な外部端子20が挿入され、挿入された4本の各外部端子20に3本の切り離し導体13と放電ギャップ2からの1本のリード線17が差込式や加締式等で電気的かつ機械的に接続される。
【0027】
収納ケース30は、バリスタ1に放電ギャップ2や切り離し導体13を接続したバリスタユニット40を位置決めして収納する。バリスタユニット40は、図5及び図6に示すように、バリスタ1に3本の引き離し導体13と1個の放電ギャップ2を接続したユニット部品である。バリスタユニット40の各引き離し導体13に単品ずつの表示器50が着脱可能に取り付けられる。表示器50は、図10に示すように、引き離し導体13の先端部に挿脱可能に挿入されて固定される取付部50aと、取付部50aと一体の表示板50bを備えた樹脂成形品である。表示板50bの前面が上下に二分され、前面上部がバリスタ正常を表示する例えば青色部分B、前面下部がバリスタ劣化を表示する赤色部分Rに色分けされている。
【0028】
収納ケース30の第一ケース30aと第二ケース30bは、バリスタユニット40のバリスタ1を上下から挟持して位置決め保持する位置決め手段31,32を有する。第一ケース30aは、底部の端子保持部30c上にバリスタユニット40の3本の引き離し導体13を1本ずつ位置決め保持する円筒状の位置決め手段33を有する。第一ケース30aの位置決め手段31は、バリスタユニット40の扁平なバリスタ1を第一ケース30aの底面と平行に横置きして位置決め保持する複数の突起片で、第一ケース30aの両側壁の内面に突設される。第二ケース30bの位置決め手段32は、第二ケース30bの開口下端から下方に突出する複数の突起片で、第二ケース30bの両側壁の内面に突設される。第二ケース30bは、図3及び図4に示すように、第一ケース30aに被せるときに両ケースの相互の位置決めをする位置決め手段34と、ケースの取り扱いを容易にする把手35を一体に有する。両ケース30a、30bの位置決め手段31,32の寸法関係とバリスタ位置決めの動作要領は、後述する。
【0029】
また、収納ケース30は、収納したバリスタユニット40の3本の引き離し導体13に連接した表示器50に対向する3箇所に表示窓51を有する。図2に示す表示窓51は、第一ケース30aの開口上端に形成した切欠きと、第二ケース30bの開口下端に形成した切欠きを合わせた矩形穴である。このような表示窓51は、レンズ機能を持たせた透明板や透明充填材で塞ぐようにしてもよい。
【0030】
バリスタ1のライン相である三電極11に接続される3本の各切り離し導体13は、次の構成と温度ヒューズ機能を備える。図5にばね性を保有しない状態の切り離し導体13を示す。この切り離し導体13は、バリスタ1の電極11に低溶融金属合金14で接続される接続部13aと、接続部13aの先端から一体に延在する表示器取付部13bと、接続部13aの後端から一体に延在する屈曲したばね部13cと、ばね部13の接続部13aと反対の端部から一体に延在する固定部13dを有する。接続部13aは、バリスタ1の電極11に沿う直線部分である。表示器取付部13bは、接続部13aから立ち上がって前方に延在するL形線で、その開放先端部に表示器50の取付部50aが挿入されて固定される。ばね部13cは、収納ケース30内にバリスタユニット40を組み込むときのバリスタ1の変位でもって屈曲動作をして、異なる二方向のばね性を保有する。
【0031】
具体的にばね部13cは、扁平なバリスタ1の表面と平行な面で半円弧状に屈曲する第一ばね力発生部13pと、バリスタ1の表面と直交する垂直面で屈曲する第二ばね力発生部13qを備える。接続部13aから第一ばね力発生部13pと第二ばね力発生部13qが連続的に延在し、第二ばね力発生部13qの先端から固定部13dが延びる。固定部13dは、最終的に収納ケース30内で固定される部分で、図4に示すように、第一ケース30aの円筒状位置決め手段33に嵌挿されて固定される。この固定部13dの先端が、第一ケース30aの底部の端子保持部30cに挿入された外部端子20に電気的かつ機械的に接続される。
【0032】
次に、上記実施の形態の切り離し機能付SPDの組立要領と温度ヒューズ動作要領を図3〜図10を参照して説明する。
【0033】
図3と図4に、収納ケース30にバリスタユニット40を収納する際の動作要領を示す。収納ケース30に収納される前のバリスタユニット40の切り離し導体13は、開放状態にあり、ばね部13cは元の屈曲状態を保つ。第一ケース30aの真上にバリスタユニット40を移動させ、傾けたバリスタ1の下方に3本の切り離し導体13の固定部13dと1本の放電ギャップ2のリード線17を配置する。そのままバリスタユニット40を第一ケース30a内へと下降させ、3本の切り離し導体13の固定部13dと1本のリード線17の下端部を対応する第一ケース30aの位置決め手段33に挿入する(図4の状態)。この複数箇所の挿入は、図示しない治具を使って行えば正確にして短時間で行える。
【0034】
図4は、3本の切り離し導体13の固定部13dと1本のリード線17の下端部を対応する第一ケース30aの位置決め手段33に挿入した状態を示す。固定部13dが対応する位置決め手段33に所定の長さ分で挿入され、そのまま最終的に固定される。このとき、図9(A)の概要図に示すように、バリスタ1は、第一ケース30aの図9で左右2箇所の位置決め手段31の右側の位置決め手段31上に位置決めされて、図3と同じ傾いた状態にある。また、バリスタ1から延びる切り離し導体13のばね部13cは、図3と同じ元の屈曲状態のままである。
【0035】
図4の状態で、第一ケース30aに第二ケース30bを蓋するように被せる。第二ケース30bの図4で左右両端の位置決め手段34を第一ケース30aの開口上端の内壁面に係止させ、第二ケース30bの図4で中央2箇所の位置決め手段32の下端で、第一ケース30a内の傾いたバリスタ1の両端部周縁を押圧する。すると、図9(B)に示すように、傾いたバリスタ1が第二ケース30bの位置決め手段32の押し込みで図9で右側の位置決め手段31を支点に左方向に回動して、図9で左側の位置決め手段31’に当接することで回動が停止する。この回動停止の時点で、第一ケース30aと第二ケース30bの合体が終了し、両ケースの位置決め手段31,32がバリスタ1を上下から挟持してケース底面と平行な定位置に位置決め保持する。
【0036】
図9(A)の傾いたバリスタ1を、図9(B)のように傾きを修正するように回動させるときのバリスタ1の変位で、3本の切り離し導体13のばね部13cが、次のように屈曲する。各切り離し導体13は、固定部13dが第一ケース30aの位置決め手段33に挿入されて固定された状態にあるので、第一ケース30aに対して傾いたバリスタ1が傾きを修正する方向に回動すると、この回動と一体に接続部13aが変位して、接続部13aと固定部13dの間のばね部13cが接続部13aの変位に追従するように屈曲する。ばね部13cの一方の第一ばね力発生部13pは、バリスタ1の表面と平行な面で半円弧状に屈曲する形状のため、バリスタ1の回動で半円弧状屈曲部分が捩られるように屈曲変形して、接続部13aをバリスタ電極11から平行移動的に引き離す方向のばね力を保有する。ばね部13cの他方の第二ばね力発生部13qは、バリスタ1の表面と直交する垂直面で屈曲し、バリスタ1の側方でバリスタ1の下方へと延びる形状であるため、固定部13dを基点にバリスタ1の回動方向に屈曲変形し、回動方向と180°逆方向に復元するばね力を保有する。このように3本の切り離し導体13は、その各ばね部13cを屈曲変形させた状態で、バリスタ1と共に収納ケース30に収納される。
【0037】
収納ケース30は、第一ケース30aと第二ケース30bを接着テープなどで一体化することで組付が完了する。収納ケース30に収納されたバリスタユニット40の放電ギャップ2は、バリスタ1と第一ケース30aの底の間の空間に位置決め収納される。バリスタユニット40の3本の切り離し導体13の固定部13dと放電ギャップ2のリード線17は、最終的に図7に示すように、対応する外部端子20に接続され、必要に応じて収納ケース30から突出する不要部分が切断にて除去される。また、収納ケース30に収納されたバリスタユニット40のバリスタ1と第二ケース30bの天面との間には、3本の切り離し導体13とその表示器50の温度ヒューズ動作を許容するに十分な空間部mが形成される。この空間部mで後述する温度ヒューズ動作が確実に行われる。また、バリスタユニット40の3本の切り離し導体13の各表示器50は、収納ケース30の3箇所の表示窓51と対向する定位置に配置される。このとき、表示器50の表示板50bの青色部分Bが表示窓51と対向する。表示窓51から青色部分Bを視認することで、バリスタ1が正常であることが確認される。
【0038】
図12は、切り離し機能付SPDがバリスタ1の劣化による異常発熱で温度ヒューズ動作したときのものである。バリスタ1のライン相三電極11におけるいずれかの箇所の耐雷素子が劣化して異常発熱する、発熱箇所の切り離し導体13の低溶融金属合金14が溶融する。低溶融金属合金14が完全に溶融する前の軟化時点で、切り離し導体13のばね部13cがその保有ばね力により復元動作して接続部13aを電極11から引き離し、電路を遮断する(温度ヒューズ動作)。この遮断は、結果的に図10(A)に示すように十分な引き離し距離でもって行われる。すなわち、ばね部13cは、保有ばね力による復元方向が異なる第一ばね力発生部13pと第二ばね力発生部13qを備える。仮に、図10(B)の破線で示すように、第二ばね力発生部13qを復元しないように保持しておくと、第一ばね力発生部13pのみが接続部13aを対応する電極11から平行移動的に引き離すように自己のばね力で復元する。また、仮に、図10(C)の破線で示すように、第一ばね力発生部13pを復元しないように保持しておくと、第二ばね力発生部13qのみが固定部13dを基点に回動して、第一ばね力発生部13pを介して接続部13aを対応する電極11から回動させて引き離すように自己のばね力で復元する。図10(C)の回動のみの切り離し移動では、接続部13aの傾き下位の端部が電極11から十分な距離で離れない不具合が発生することもあるが、この不具合発生は、図10(B)の平行移動による切り離し距離の加算で解消される。つまり、実際の図10(A)の温度ヒューズ動作は、図10(B)の平行移動動作と図10(C)の回転動作を合わせた動作となり、接続部13aが対応する電極11から十分な距離で引き離され、温度ヒューズ動作が常に安定して確実に行われる。
【0039】
図10(A)の温度ヒューズ動作を確実性良く行わせるばね部13cの第一ばね力発生部13pと第二ばね力発生部13qのそれぞれの保有ばね力が小さく、それぞれの復元ばね力による切り離し距離が小さくても、それぞれの切り離し距離を加算した距離で温度ヒューズ動作が行われる。そのため、切り離し導体13に細くて全体に小形の線材が適用でき、収納ケース30に小形ケースが適用できる。また、温度ヒューズ動作時に切り離し導体13の先端にある表示器50が最も大きな距離を移動する。この移動で表示器50の青色部分Bが表示窓51から隠れ、代わりに赤色部分Rが表示窓51に移動して、外部から視認される。表示器50の移動量が大きいため、バリスタの正常、劣化の表示動作が正確、確実に行われる。
【0040】
上記温度ヒューズ動作は、バリスタ1の三電極11のいずれかのバリスタ劣化により独立的に行われる。また、温度ヒューズを構成する低溶融金属合金14をバリスタ電極11に接合させて一体化しているので、バリスタ1の内部温度を最も効率よく低溶融金属合金14に伝達することができる。そのため、温度ヒューズの設定温度である低溶融金属合金14の融点を常温よりも十分に高く設定することができ、例えば、150℃程度の融点の合金で構成することができる。このような、低溶融金属合金14は、ビスマスやスズからなる組成のクリーム半田が好適である。また、低溶融金属合金14を、例えば138℃で溶融するビスマスおよびスズからなる組成のクリーム半田で構成した場合、低溶融金属合金14を溶融させる接合時や遮断動作時の温度が150℃程度になるので、切り離し導体13の素材をりん青銅とすると、ばね性が喪失することが考えられる。このことから、切り離し導体13の素材としては、160℃でもばね性を喪失することがないベリリウム銅が好適である。
【0041】
次に、図13〜図15に示す第2の実施の形態の切り離し機能付SPDを説明する。このSPDは、バリスタユニット40におけるバリスタ1とその周辺部を絶縁被覆材60で被覆している。絶縁被覆材60を除く他の構成部材は図1のSPDと同じでよく、同一符号を付している。
【0042】
絶縁被覆材60は、常温で固形状をなし、低溶融金属合金14の溶融温度以下でゲル状または液状となる絶縁材である。この絶縁被覆材60は、低溶融金属合金14の溶融温度より低い温度で液状となるワックスが使用できる。或いは、絶縁被覆材60は、低溶融金属合金の溶融温度より低い温度で軟化する溶剤系のコーティング材が使用できる。絶縁被覆材60は、少なくともバリスタ1と切り離し導体13の接続部13aの温度ヒューズ部分を絶縁被覆するよう塗布して形成すればよい。
【0043】
絶縁被覆材60を有するバリスタユニット40は、次の工程で製造すればよい。バリスタ1の共通電極12に放電ギャップ2の電極引出し線15を融点が200℃以上の高融点半田16で接続する(前段の接続工程)。この後、バリスタ1の三電極11に切り離し導体13の接続部13aを融点が200℃以下の低溶融金属合金14で接続する(後段の接続工程)。この前段と後段の接続工程を逆にすると、低溶融金属合金による接続が難しくなる。これら接続工程が終了してから、絶縁被覆材60を塗布する(塗布工程)。この塗布工程で絶縁被覆材60の材質によっては、引き離し導体13のばね部13cにも塗布することができる。
【0044】
図13と図14に示すように、バリスタ1と切り離し導体13の接続部13aの温度ヒューズ部分を絶縁被覆材60で被覆したバリスタユニット40を収納ケース30に収納することで、温度ヒューズ部分が絶縁被覆材60と収納ケース30で二重に絶縁保護され、絶縁対策の信頼性が増し、温度ヒューズ動作がより安定して行われる。また、バリスタ1の劣化時には、図15に示すように、低溶融金属合金14が溶融する前に絶縁被覆材60がゲル状あるいは液状となり、バリスタ1の電極11と切り離し導体13の接続部13aとの間に侵入する。この侵入と、前述した切り離し導体13の切り離し動作でもって、バリスタ1と切り離し導体13との電気的かつ機械的な遮断が確実に行われ、温度ヒューズ動作の信頼性が増す。
【0045】
以上の各実施の形態の切り離し機構付SPDは、単相または三相三線交流電路に使用される多端子形SPDであるが、本発明はこれに限定されることなく、酸化亜鉛形バリスタの表裏面に一対の電極を形成した二端子バリスタなども適用可能である。また、放電ギャップを具備しない切り離し機能付SPDにおいても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す切り離し機構付SPDの部分断面を含む側面図である。
【図2】図1の切り離し機構付SPDの部分断面を含む正面図である。
【図3】図1の切り離し機構付SPDの前段の組立時の側面図である。
【図4】図1の切り離し機構付SPDの後段の組立時の側面図である。
【図5】図1の切り離し機構付SPDにおけるバリスタとその接続部品のバリスタユニットの斜視図である。
【図6】図5のバリスタユニットの断面図である。
【図7】図1の切り離し機構付SPDのバリスタユニットと収納ケースの要部の概要を示す断面図である。
【図8】図1の切り離し機構付SPDの等価回路図である。
【図9】図1の切り離し機構付SPDの組立時の概要を示す側面図で、(A)は組立前、(B)は組立後の側面図である。
【図10】図1の切り離し機構付SPDの切り離し導体の遮断動作を説明するための側面図で、(A)は実際の遮断動作時の動作図、(B)と(C)は切り離し導体のばね部の異なるばね動作を別々に説明するための動作図である。
【図11】図1の切り離し機構付SPDにおける切り離し導体と表示器の組み付け時の部分斜視図である。
【図12】図1の切り離し機構付SPDの温度ヒューズ動作時の部分断面を含む側面図である。
【図13】本発明の第2の実施形態を示す切り離し機構付SPDの部分断面を含む側面図である。
【図14】図13の切り離し機構付SPDの部分拡大断面図である。
【図15】図13の切り離し機構付SPDの温度ヒューズ動作時の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【0047】
1 酸化亜鉛形バリスタ
2 放電ギャップ
11 電極
12 共通電極
13 引き離し導体
13a 接続部
13b 表示器取付部
13c ばね部
13p 第一ばね力発生部
13q 第二ばね力発生部
13d 固定部
14 低溶融金属合金
15 電極引出し導体
16 高融点半田
20 外部端子
30 収納ケース
m 空間部
30a 第一ケース
30b 第二ケース
31,32 (バリスタの)位置決め手段
33 (切り離し導体の)位置決め手段
40 バリスタユニット
50 表示器
50b 表示板
51 表示窓
60 絶縁被覆材
【出願人】 【識別番号】000123354
【氏名又は名称】音羽電機工業株式会社
【出願日】 平成18年7月20日(2006.7.20)
【代理人】 【識別番号】100064584
【弁理士】
【氏名又は名称】江原 省吾

【識別番号】100093997
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀佳

【識別番号】100101616
【弁理士】
【氏名又は名称】白石 吉之

【識別番号】100107423
【弁理士】
【氏名又は名称】城村 邦彦

【識別番号】100120949
【弁理士】
【氏名又は名称】熊野 剛


【公開番号】 特開2008−28089(P2008−28089A)
【公開日】 平成20年2月7日(2008.2.7)
【出願番号】 特願2006−198066(P2006−198066)