特許 5757491 落雷抑制型避雷装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5757491

(24)【登録日】2015年6月12日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】落雷抑制型避雷装置

(51)【国際特許分類】

   H05F 3/04 20060101AFI20150709BHJP

【ＦＩ】

   H05F3/04 F

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2014-93942(P2014-93942)

(22)【出願日】2014年4月30日

【審査請求日】2014年11月21日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】511019144

【氏名又は名称】株式会社落雷抑制システムズ

(73)【特許権者】

【識別番号】512191074

【氏名又は名称】株式会社落雷抑制プロダクツ

(74)【代理人】

【識別番号】100137338

【弁理士】

【氏名又は名称】辻田 朋子

(72)【発明者】

【氏名】石崎 誠

(72)【発明者】

【氏名】松本 敏男

(72)【発明者】

【氏名】横山 秀夫

(72)【発明者】

【氏名】塩幡 慶司

【審査官】 岡崎 克彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１８２０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０１０２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０５−０９７１９４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−０３９４７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｆ １／００− ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部電極体と下部電極体とを絶縁する絶縁体を有する避雷極部材と、その避雷極部材の下部に設けられた支持部材と、を備え、前記絶縁体は上部電極体と下部電極体との間に配置された筒状絶縁体と、筒状絶縁体の周囲に配置されたカバー部材とを有し、
前記筒状絶縁体は上部に上側リブを、下部に下側リブを有し、これらのリブに係合される押え金具のねじ止めにより、前記上部電極体および前記下部電極体のそれぞれと接合され、
前記押え金具は、上側リブの押え部を有する上部押え金具と、下側リブの押え部を有する下部押え金具とを含み、前記上部押え金具が前記上部電極体にねじ止めされ、前記下部押え金具が前記下部電極体にねじ止め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】

前記筒状絶縁体が、ファインセラミックによって形成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】

前記上部電極体および前記下部電極体のそれぞれと前記筒状絶縁体の接合に、前記押え金具によるねじ止めと無機系接着剤とを併用し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。

【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、落雷を突針形避雷針（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、雲底のマイナ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】

本発明者らは、上記ＰＤＣＥによる夏季雷の抑制のメカニズムを研究していく中で、ＰＤＣＥの上下の電極体間の絶縁性を高めることにより、その抑制効果を増大させることができることを見出している。

【0012】

ところで、ＰＤＣＥへの落雷時には、上下の電極体間の空間部内圧力が、最大で８０ｋｇ／ｃｍ２に達すると想定されており、ＰＤＣＥの健全性を確保するために、前記両電極体を連結する絶縁体に対し、絶縁性能を確保しつつ十分な強度を確保することが要求されている。

【0013】

また、ＰＤＣＥへの落雷時には、急激な温度変化を伴うことから、耐熱衝撃性を高めることも要求されている。

【0014】

前記絶縁体をファインセラミックによって形成することにより、要求されている絶縁性能を十分に確保することができるばかりでなく、機械的強度ならびに耐熱衝撃性を確保して、落雷抑制型避雷装置の健全性を確保することができる。

【0015】

ただし、上下の電極体にステンレスを、前記両電極体を連結する絶縁体をファインセラミック、例えばアルミナ、窒化ケイ素などによって形成し、それらの接続を無機系接着剤にて行う場合、ステンレスと、ファインセラミックと、無機系接着剤との熱膨張率が異なることにより、加熱冷却時に無機系接着剤に亀裂が発生して強度の低下が生ずるため、実質的な耐熱温度は３００℃である。

【0016】

また、上下の電極体と絶縁体との接合に接着剤を用いず、特許文献１に記載されるように、絶縁体にめねじと挿通孔を設け、上下の電極体とそれらを連結する絶縁体との接合に金属ねじを用いた場合には、金属ねじによって上下の電極体間の絶縁距離が短くなり、絶縁体の絶縁性能が低下するという問題がある。

【0017】

加えて、ファインセラミック製の絶縁体に直接ねじを設けることは、外観上および強度的にも問題がある。

【0018】

そこで、本発明は、上下両電極体を連結する絶縁体の絶縁性能および強度を十分に確保しつつ、耐熱温度を向上することができる、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】

【0019】

上記課題を解決するため、本発明に係る落雷抑制型避雷装置は、上部電極体と下部電極体とを絶縁する絶縁体を有する避雷極部材と、その避雷極部材の下部に設けられた支持部材と、を備え、前記絶縁体は上部電極体と下部電極体との間に配置された筒状絶縁体と、筒状絶縁体の周囲に配置されたカバー部材とを有し、
前記筒状絶縁体は上部に上側リブを、下部に下側リブを有し、これらのリブに係合される押え金具のねじ止めにより、上部電極体および下部電極体のそれぞれと接合されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、上下電極体と筒状絶縁体との接合を、筒状絶縁体に設けられたリブと押え金具とを用いたねじ止めによって行うことにより、上下両電極体を連結する絶縁体の絶縁性能および強度を十分に確保しつつ、耐熱温度を向上できる落雷抑制型避雷装置を提供することができる。

【0021】

本発明によれば、上下電極体と筒状絶縁体との接合にねじを用いるため、接着剤を用いた場合と比較し、組立時間の短縮、分解や部品交換によるメンテナンス性の向上を図ることができる落雷抑制型避雷装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施形態に係る落雷抑制型避雷装置の一部断面正面図である。

【図2】本発明の一実施形態の上部電極体の底面図である。

【図3】本発明の一実施形態の下部電極体の平面図である。

【図4】本発明の一実施形態の筒状絶縁体の斜視図である。

【図5】本発明の一実施形態の上部押え金具の斜視図である。

【図6】本発明の一実施形態の下部押え金具の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明を消イオン容量型避雷針に適用した実施形態を示す図であり、特徴部分について断面で示している。

【0024】

この実施形態に係る落雷抑制型避雷装置は、図１に示すように、最上部に配置された避雷極部材１と、避雷極部材１の下部に設けられた連結部２と、この連結部２を介して鉛直に連結されて避雷極部材１を支持する支持部材３と、を備えている。

【0025】

避雷極部材１は、上部電極体１１と、下部電極体１２と、それら上部電極体１１および下部電極体１２間に設けられた絶縁体１３とを備え、全体として概略球体状に形成されている。上部電極体１１、下部電極体１２は、球体が上下に半割りされた若干扁平な半球状に形成されている。したがって、それらの表面は大気と接触する曲面部１１ａ、１２ａとして形成されている。

【0026】

上部電極体１１及び下部電極体１２は、図示のように空洞に形成されている。また、上部電極体１１の天面及び下部電極体１２の内底面から互いに向き合う下向き凸部１１ｂおよび上向き凸部１２ｂが形成されている。

【0027】

絶縁体１３は、上部電極体１１と下部電極体１２との間に配置された筒状絶縁体１４と、筒状絶縁体１４の周囲に配置されたカバー部材１５とを有している。筒状絶縁体１４は円筒状に形成され、上下の電極体１１、１２間の電気的な絶縁状態を強化するため、及び上下の電極体１１、１２を同軸に連結するために設けられている。

【0028】

筒状絶縁体１４と上部電極体１１との接合は、上部押え金具１６と固定ねじ１８を用いたねじ止めによってなされ、筒状絶縁体１４と下部電極体１２との接合は、下部押え金具１７と固定ねじ１８を用いたねじ止めによってなされている。

【0029】

筒状絶縁体１４の上部には、図４に示すように、その内周面に沿って一周する形態で上側リブ１４ａが設けられている。また、筒状絶縁体１４の下部には、その外周面に沿って一周する形態で下側リブ１４ｂが設けられている。

【0030】

上部押え金具１６は、図５に示すようにリング状に形成されていて、本体部１６ｂと、押え部１６ｃと、固定部１６ｄとを有している。そして固定部１６ｄに、固定ねじの挿通孔１６ａが設けられている。この挿通孔１６ａは、固定部１６ｄの周方向に等間隔で６ヶ所設けられている。

【0031】

下部押え金具１７も、図６に示すようにリング状に形成されていて、本体部１７ｂと、押え部１７ｃとを有している。そして本体部１７ｂに、めねじ１７ａが設けられている。このめねじ１７ａは、本体部１７ｂの周方向に等間隔で６ヶ所設けられている。

【0032】

上部電極体１１の下面には周方向に一周する環状溝１１ｃが形成され、この環状溝１１ｃに筒状絶縁体１４の上端が嵌め込まれている。上部電極体１１の下面であって、環状溝１１ｃよりも内側には、めねじ１１ｄが、環状溝１１ｃの周方向に等間隔で６ヶ所設けられている。また、筒状絶縁体１４に設けられた上側リブ１４ａに、上部押え金具１６の押え部１６ｃが係合するように、筒状絶縁体の内側に上部押え金具１６が嵌合されている。そして、固定ねじ１８を上部押え金具１６に設けられた挿通孔１６ａに挿通し、上部電極体１１に設けられためねじ１１ｄに螺合することにより、上部電極体１１と筒状絶縁体１４とが接合されている。

【0033】

下部電極体１２の上面には周方向に一周する環状溝１２ｃが形成され、この環状溝１２ｃに筒状絶縁体１４の下端が嵌め込まれている。下部電極体１２の上面であって、環状溝１２ｃの外側には、固定ねじの挿通孔１２ｄが、１２ｃの周方向に等間隔で６ヶ所設けられている。また、筒状絶縁体１４に設けられた下側リブ１４ｂに、下部押え金具１７の押え部１７ｃが係合するように、筒状絶縁体の外側に下部押え金具１７が嵌合されている。そして、固定ねじ１８を下部電極体１２に設けられた挿通孔１２ｄに挿通し、下部押え金具１７に設けられためねじ１７ｄに螺合することにより、下部電極体１２と筒状絶縁体１４とが接合されている。

【0034】

本実施形態においては、筒状絶縁体１４の内周面に上側リブ１４ａを、外周面に下側リブ１４ｂを設けているが、上側リブ１４ａを筒状絶縁体１４の外周面に設ける構成や、下側リブ１４ｂを筒状絶縁体１４の内周面に設ける構成も可能である。

【0035】

しかし、上部電極体１１は若干扁平な半球状に形成されており、その中央部から外縁部にかけて肉薄になっていくため、本実施形態にあるように、筒状絶縁体１４の内周面に上側リブ１４ａを設け、上部電極体１１の環状溝１１ｃよりも内側にめねじ１１ｄを設けることにより、螺合に十分なめねじ１１ｄの深さを確保することが可能となる。

【0036】

また、避雷極部材１の組立工程において、上部電極体１１と筒状絶縁体１４との接合後に、下部電極体１２と筒状絶縁体１４との接合を行う場合、上部電極体１１と下部電極体１２、および筒状絶縁体１４によって囲まれた空間部Ｓ中において、下部押え金具１６を固定することは困難である。そのため、本実施形態にあるように、筒状絶縁体１４の外周面に下側リブ１４ｂを、下部電極体１２の環状溝１２ｃよりも外側に固定ねじの挿通孔１２ｄをそれぞれ設け、筒状絶縁体１４の外側に下部押え金具１７を嵌合することにより、避雷極部材１の組立工程を容易にすることが可能となる。また、メンテナンス等のために分解する際の作業も容易にすることができる。

【0037】

また、筒状絶縁体１４の周壁には、その長さ方向の中間部の周壁部分に、周壁の厚さ方向に貫通する通気孔１４ｃが設けられている。

【0038】

筒状絶縁体１４は、十分な絶縁性能、機械的強度ならびに耐熱衝撃性を有するファインセラミックによって形成されている。

【0039】

上部電極体１１、下部電極体１２、連結部材２、および、支持部材３は、高導電性を有するステンレスによって形成されている。

【0040】

支持部材３は、中心に位置する支持棒３１と、その外側に同軸に配置された支持パイプ３２とを備えており、支持棒３１にはねじ部３１ａが形成されている。
そして、支持棒３１は、ねじ部３１ａによって、その上端部が下部電極体１２に、下端部が図示しないその他の支持部材と結合される。

【0041】

下部電極体１２は、支持部材３および図示しない接地用導電体（接地線）を介して大地に電気的に接続される。これにより、この落雷抑制型避雷装置Ａを鉛直に設置した状態において、雷雲等の影響により大地や構造物等が正電荷に帯電すると、上部電極体１１の表面は負電荷に帯電し、大地や構造物等が負電荷に帯電すると、上部電極体の表面は正電荷に帯電するように設計されている。なお、この帯電機能自体は既存のＰＤＣＥと同様の原理に基づいている。

【0042】

上部電極体１１と上部押え金具１６、ならびに下部電極体１２と下部押え金具１７との接合には、固定ねじを各６本用いることで十分な強度が得られることを、実験と計算より確認した。

【0043】

本実施形態の材質を５００℃の雰囲気で２４時間放置後に冷却し、強度低下が見られないことを確認した。
ここではステンレスの強度変化のない温度として５００℃を設定したが、金属の材質によってはより高温での対応が可能となる。

【0044】

本実施形態におけるねじによる組立は、接着剤を用いた組立と比較して組立時間を短縮できる。さらに、分解や部品交換が可能となるため、煙突に設置した場合の排煙による汚れの清掃や、絶縁の低下対策を定期的にメンテナンスすることが可能となる。

【0045】

また、上部電極体１１ならびに下部電極体１２と筒状絶縁体１４との接合に、固定ねじ１８によるねじ止めと、無機系接着剤による接着とを併用する場合には、より強度を高めることができる。

【符号の説明】

【0046】

１ 避雷極部材
２ 連結部材
３ 支持部材
１１ 上部電極体
１１ａ 曲面部
１１ｂ 下向き凸部
１１ｃ 環状溝
１１ｄ めねじ
１２ 下部電極体
１２ａ 曲面部
１２ｂ 上向き凸部
１２ｃ 環状溝
１２ｄ 挿通孔
１３ 絶縁体
１４ 筒状絶縁体
１４ａ 上側リブ
１４ｂ 下側リブ
１４ｃ 通気孔
１５ カバー部材
１６ 上部押え金具
１６ａ 挿通孔
１６ｂ 本体部
１６ｃ 押え部
１６ｄ 固定部
１７ 下部押え金具
１７ａ めねじ
１７ｂ 本体部
１７ｃ 押え部
１８ 固定ねじ
３１ 支持棒
３１ａ ねじ部
３２ 支持パイプ
Ａ 落雷抑制型避雷装置
Ｓ 空間部

【要約】

【課題】
上下両電極体を連結する絶縁体の絶縁性能および強度を十分に確保しつつ、耐熱温度を向上することができる、落雷抑制型避雷装置を提供すること。
【解決手段】
上部電極体１１と、下部電極体１２と、それら上部電極体１１および下部電極体１２間に設けられた絶縁体１３とを備える。絶縁体１３は、上部電極体１１と下部電極体１２との間に配置された筒状絶縁体１４と、筒状絶縁体１４の周囲に配置されたカバー部材１５とを有している。筒状絶縁体は上部に上側リブ１４ａを、下部に下側リブ１４ｂを有し、これらのリブに係合される押え金具のねじ止めにより、上部電極体１１および下部電極体１２のそれぞれと接合されている。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】