JPH0740504B2 - モジュラ電気組立体 - Google Patents

モジュラ電気組立体

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JPH0740504B2
JPH0740504B2 JP1019392A JP1939289A JPH0740504B2 JP H0740504 B2 JPH0740504 B2 JP H0740504B2 JP 1019392 A JP1019392 A JP 1019392A JP 1939289 A JP1939289 A JP 1939289A JP H0740504 B2 JPH0740504 B2 JP H0740504B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はポリマー中に納められ、モジュールとして構成
されて、装置の全体の電気的定格を変えるために一緒に
電気的に結合できる電気組立耐に関するものである。各
電気組立体は、まずプラスチック膜バリヤに巻かれ、次
に非導電性フィラメント巻線が巻かれる電気部品から構
成される。それらの部品としてはバリスタ、抵抗、コン
デンサまたはそれらの部品の任意の組合わせとすること
ができる。
〔従来の技術および発明が解決しようとする課題〕
過電流サージを分流させるために、サージ保護器すなわ
ちサージアレスタが電気装置の比較的高価な部品に一般
に接続される。そのような過電流サージはたとえば雷撃
の時に生ずる。雷撃が起ると、サージアレスタはサージ
をアースへ流し、それにより電気装置の部品および回路
が損傷をうけることから保護する。
現在のサージアレスタは、磁器等で製作された細長い、
中空の円筒形ハウジングと、このハウジング内部の複数
の非直線的抵抗ブロックとを一般に含む。それらの構造
のいくつかは点火プラグも含み、ブロックおよび間隙が
電気的に接続されて、電力線に生ずる電圧および電流の
サージ状態を取扱う。ブロックは炭化ケイ素（SIC）ま
たは金属酸化物バリスタ（MOV）を一般に含み、アレス
タハウジングの内部に積重ねられた比較的短い円筒形の
形を通常とる。用いられるブロックの数は材料（SICま
たはMOV）および組立体の電圧定格ならびに電流定格の
関数である。
サージアレスタが正しく動作するために、MOVブロック
とSICブロックが密着していなければならない。そのた
めにはハウジング内部のブロックに軸線方向の荷重をか
けなければならない。従来のアレスタは、その軸線方向
の荷重をかけるために、大きな接触ばねをハウジング内
で用いる。典型的には、それらのばねはたとえば約27kg
（約60ポンド）という比較的小さい荷重をかけることが
できるだけである。その結果として、従来のアレスタに
は、MOVブロックとSICブロックの間の熱伝導率が低い、
電流の分布が一様でない、接合点における接触抵抗が高
い、というような１つまたは複数の問題がある。更に、
低い接触力スパッタおよび発生される電離された金属を
有するユニットは、大電流時に軸線方向のフラッシュオ
ーバーをひき起すことがある。
従来のサージアレスタの別の問題はまれに危険な状態で
故障をすることである。それらのアレスタが故障して、
大きな故障電流が流れると、装置が爆発し、その爆発に
より飛散した破片により装置の周囲の物体が破壊される
ことがある。
また、従来の装置のあるものは製作が困難で、誘電体的
設計が劣悪であり、浸水するおそれがあり、電圧定格が
変ると全く異なる装置を必要とする。
従来のサージアレスタの例が次の米国特許に開示されて
いる。第2,587,587号、第2,947,903号、第2,997,529
号、第3,018,406号、第3,261,910号、第3,412,273号、
第3,524,107号、第3,566,183号、第3,567,541号、第3,5
86,934号、第3,706,009号、第3,725,745号、第3,850,72
2号、第3,973,172号、第3,987,343号、第4,029,380号、
第4,092,694号、第4,100,588号、第4,107,567号、第4,1
61,012号、第4,218,721号、第4,404,614号、第4,467,38
7号、第4,491,687号および米国防衛T102,103号、英国特
許第730,710号、第1,109,151号、および第1,505,875
号。
本願出願人へ譲渡された米国特許4,656,555号および198
7年４月３日付の未決の米国特許出願第033,765号、およ
びこの本願と同日に出願された「プラスチック・バリヤ
膜を有するモジュラ電気的組立体（Modular Electrical
Assembly with Plastic Film Barriers）」という名称
の未決の米国特許出願に開示されているサージアレスタ
においては、樹脂を含浸させたガラス繊維がバリスタブ
ロックを完全に囲み、それらのバリスタブロックを軸線
方向に圧縮する。バリスタブロックをこのように完全に
囲むと、バリスタブロックが故障した時に生じたガスの
圧力が高くなりすぎて組立体を破壊させるようになる前
に、そのガスを耐候性（weathershed）ハウジングの内
部へ逃がし、それからそのハウジングから逃すことがな
い。巻くフィラメントが比較的薄いとすると、極めて高
い圧力が生ずる前にその巻かれたものが燃えたり、裂け
たりすることができる。
したがって、本発明の目的は、電気部品が故障した時に
生じたガスによる損傷を最少限に抑えるために、そのガ
スを逃すことができ、誘電体的設計が良く、浸水せず、
電圧定格を簡単に変更するためにモジュラ部品およびハ
ウジングを有する、とくにサージアレスタ用の電気組立
体を得ることである。
本発明の別の目的は、大きな軸線方向荷重が加えられ、
それにより電流分布が一様で、接合点における抵抗値が
低く、アレスタの端子への熱伝導が優れている、サージ
アレスタのような電気組立体を得ることである。
本発明の別の目的は、高い耐衝撃強度を持ち、危険な態
様では故障しない、爆発しても飛散しないハウジングを
有する、サージアレスタのような電気組立体を得ること
である。
本発明の別の目的は、非常に高い抗張力および片持ち強
度（cantilever strength）を持つMOVブロック組立体を
得ることである。
本発明の更に別の目的は、関連する部品の寸法変化を許
すことにより、費用がかかる許容誤差の小さい部品を使
用する必要を無くするサージアレスタを得ることであ
る。
〔課題を解決するための手段〕
それらの目的は、行または列に配置され、軸線方向に向
けられた端部を介して電気的に接続される複数の導電性
電気部品と、それらの電気部品の周囲に巻かれた非導電
性ファイバフィラメント巻線とを含むモジュラ電気組立
体により達成される。その巻線は軸線方向に向けられた
圧縮力を電気部品に加えてそれらの電気部品の電気的接
続を維持し、電気部品の１つが故障した時に生じたガス
を逃す開口部を持つパターンを形成する。
〔実施例〕
以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
まず第１〜４図を参照して、サージアレスタの形をした
電気装置50が、ポリマーで製作された弾性的な耐候性ハ
ウジング58の内部に納められる複数のモジュラ電気組立
体52,54,56で構成される。各電気組立体は他の電気組立
体とほぼ同一で、他の電気組立体と交換できるようにす
ると有利である。その電気組立体は１つまたは複数の円
筒形電気部品60,62で形成される。それらの部品は、米
国特許第4,656,555号および未決の米国特許出願第033,7
65号に開示されているように、１列に整列させられ、非
導電性フィラメント巻線64により発生された軸線方向の
圧縮力の下に、それぞれの軸線方向の端部を介して相互
に電気器に接続される。電気部品としてはたとえば金属
酸化物バリスタ（たとえば酸化亜鉛バリスタブロッ
ク）、抵抗、コンデンサまたはそれらの任意の組合わせ
とすることができる。第３図にはただ２つの電気部品が
示されているが、３つ以上の電気部品も使用できる。
サージアレスタを構成するために用いられるバリスタの
場合には、複数のモジュラ電気組立体を機械的および電
気的に一緒に、選択的に直列接続するだけで電圧定格を
大きくできる。
弾性的な耐候性ハウジング58は弾性材料の１つの部分、
または、第１図と第２図に示すように、端部と端部をつ
き合わせた直列整列された複数の部分66,68,70とするこ
とができる。それらの部分は僅かなしまりばめにより電
気組立耐を内部に収容する。こうすることにより半径方
向の間隙が狭くなるために、製作が容易となり、良い誘
電体的設計を行うことができる。
各電気組立体52,54,56はほぼ同じであるから、第３図と
第４図に示されている組立体52についてだけ詳しく説明
する。組立体52はほぼ円筒形であって、第１の端部部材
すなわち端子72と、スプリングワッシャ74と、接触円板
76と、電気部品60と、接触円板78と、電気部品62と、接
触円板80と、スプリングワッシャ82と、第２の端部部材
すなわち端子84とを有する。非導電型フィラメント巻線
64は周辺溝73と85にそれぞれ引掛けて巻き、その内部に
収容することにより端部部材72,84へ結合され、電気部
品を囲み、それらの電気部品に軸線方向の力を加え続け
る。その軸線方向の力はスプリングワッシャにより増大
させられる。
電気部品60と62を囲んでいるプラスチック膜バリヤ110
が、電気部品とフィラメント巻線64の間に同軸状に挟ま
せる。そのプラスチックとしてはポリプロピレンを用い
ることが好ましい。そのバリヤは、長方形のプラスチッ
クシートを電気部品と端部部材72と84の隣接する部分、
すなわち、溝73と85の軸線方向内側の部分、の周囲に２
つの層111および112できつく巻き、それからフィラメン
ト巻線64を巻くことにより形成される。プラスチックシ
ートおよび各層の厚さは約0.0127mm（約0.005インチ）
である。
プラスチック膜バリヤは電気部品の全長に沿って端部部
材まで延びるから、プラスチック膜バリヤ巻線を構成し
ているフィラメント上のエポキシ樹脂から電気部品をシ
ールする。サージアレスタに対しては、これはフィラメ
ント上の乾いていない（硬化していない）エポキシその
他の樹脂が、金属酸化物バリスタブロック60と62上のも
ろいセラミック絶縁カラーに接合することを阻止する。
電気組立体52を構成する全ての部品は、膜バリヤおよび
巻線を除き、部品が絶縁体でなければ、導電性である。
端部部材72と84はアルミニウムで製作すると有利であ
る。フィラメント巻線および端部部材72と84の露出して
いる外面は全てほぼ円筒形であって、その直径はほぼ等
しい。
端部部材72と84は内部端子を形成し、円筒形の露出した
外面を有し、平らな第１の軸線方向端部および第２の軸
線方向端部を有し、それらの軸線方向端部にねじ穴すな
わちソケット86,88がそれぞれ設けられる。ソケット86
には導電性金属肩ボルトで構成された端部スタッド90が
ねじこまれる。その端部スタッドは電源へ接続される。
端部板92は端部スタッド90に押し当てられ、第１図と第
２図に示すように耐候性ハウジングの端部にきつく係合
して、スタッドの頑丈な肩94を介して所定位置に保持さ
れる。第２の端部板96がハウジングの他端部に同様に位
置させられて、端部スタッド98の上に押し当てられる。
その端部スタッド98は肩99により接地され、その上に維
持される。スタッド90と98は全体の装置50のための外部
端子を構成する。
耐候性ハウジング部分66には貫通穴が設けられる。その
貫通穴の円筒形内面100が電気組立体52の外側円筒面に
きつく接触する。部分68,70および組立体54と56につい
てもそうである。電気組立体はその貫通穴の中にしまり
ばめすることが好ましい。電気組立体の外径は貫通穴の
内径より約２〜９％長く、かつ全長にわたってほぼ一定
である。このように直径を選択することにより半径方向
の間隙が減少し、したがって有利な誘電体的設計を行う
ことができる。
３個の電気組立体52,54,56を、整列させられた、端部と
端部をそろえたまっすぐな直列アレイに一緒に機械的お
よび電気的に接続するために、第２図に示すように、外
面にねじ切られた一対の導電性金属スタッド104を使用
することができる。それらのスタッドはほぼ同一および
互換性を持たせ、かつ十分に頑丈にすることが有利であ
り、ステンレス鋼で製作するとよい。スタッド104を各
組立体の隣接する端部部材のねじソケットにねじこむこ
とにより、隣接する組立体54と56の隣接する端部を結合
する。このことは、隣接する組立体52と54を結合するス
タッドに対してもそうである。隣接する組立体の隣接す
る端部はスタッドに一緒にきつくねじ合わせして、端部
部材の向き合う平らな軸線方向の外端部の間に間隙のほ
とんど無い係合を行う。そうすると、装置を曲げている
間に起り得る分離を減少することにより有利な電気的お
よび機械的境界部が得られる。より多数の組立体を用い
る場合には、それらを連結するために別にスタッドが付
加され、必要な任意の耐候性ハウジング部分を付加し、
またはより大きいワンピースハウジングを使用できる。
浸水を防ぐシールを行うために、各端部部材と隣接する
端部板の間にネオプレンガスケットを設け、各隣接する
スタッド肩と端部部材の間と、隣接する端部部材の間
と、電気組立体の外面および各耐候性ハウジング部分の
貫通穴の内面との間とにシリコングリースを充填するこ
とが好ましい。耐候性ハウジン部分と電気組立体の間に
シリコングリースを充填することにより摩擦と、それら
の間の半径方向間隙が減少するから、製作および組立が
助けられる。
第１図と第２図からわかるように、スタッド90,104,98
の長手軸と、各電気組立体52,54,56の電気部品と、耐候
性ハウジング58とは同軸状に整列させると有利である。
端部部材の平らな端部をそれらの整列させられている長
手軸に垂直にすることが好ましい。
電気装置50に関しては、巻線の前に電気部品にかかる軸
線方向の荷重は約53kg/cm〔２乗（約750p.s.i.）であ
り、ファイバのフィラメントすなわち編まれた要素は湿
った、エポキシを被覆されたガラス繊維であって、その
ガラス繊維は約100回巻かれ、150℃において約２時間硬
化させられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は耐候性ハウジングの内部に納められ、フィラメ
ントが巻かれた複数のモジュラおよび互換できる電気組
立体を含むサージアレスタの形をした電気組立体側面
図、第２図は耐候性ハウジングの内部のフィラメント巻
線を含む電気組立体を示す、第１図に示されている電気
装置の側面図、第３図は第２図に示されるている１つの
モジュラ電気組立体縦断面図、第４図は第３図の４−４
線に沿う拡大縦断面図である。 50……電気装置、52,54,56……モジュラ電気組立体、58
……耐候性ハウジング、60,62……電気部品、64……フ
ィラメント巻線、72,84……端部部材、90……スタッ
ド、110……バリヤ、128……開口部、130……絶縁物
質。

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】軸方向に向けられた端部を有して、軸に沿
    って柱状に整列させられ、前記軸方向に向けられた端部
    において電気的に接続される複数の導電性電気部品と、
    前記電気部品を横方向から囲むと共に堅く係合するプラ
    スチック膜バリヤと、前記柱状の互いに反対の端部に配
    置され、前記軸の放射方向に伸びた肩部を有する第１及
    び第２の導電端部部材と、前記プラスチック膜バリヤ、
    前記電気部品及び前記端部部材の周囲にて前記肩部に掛
    かるように巻かれ、前記肩部を介して軸方向に向けられ
    た圧縮力を前記電気部品及び端部部材へ加えてそれらの
    電気部品の間の電気的接続を維持する非導電性フィラメ
    ント巻線とを備え、前記プラスチック膜バリヤが前記電
    気部品から前記非導電性フィラメント巻線を分離させた
    モジュラ電気組立体。
  2. 【請求項２】前記膜はポリプロピレンである請求項１に
    記載のモジュラ電気組立体。
  3. 【請求項３】前記フィラメント巻線は湿ったエポキシが
    被覆されたガラス繊維である請求項１に記載のモジュラ
    電気組立体。
  4. 【請求項４】前記プラスチック膜バリヤは前記電気部品
    の周囲に巻かれるプラスチックシートを含む請求項１に
    記載のモジュラ電気組立体。
  5. 【請求項５】前記プラスチック膜バリヤは重ねられた２
    つの層を含む請求項４に記載のモジュラ電気組立体。
  6. 【請求項６】前記各層の厚さは約0.0127mm（0.0005イン
    チ）である請求項５に記載のモジュラ電気組立体。
  7. 【請求項７】前記電気部品はバリスタである請求項１に
    記載のモジュラ電気組立体。
  8. 【請求項８】前記バリスタは全体として円筒形の金属酸
    化物バリスタである請求項７に記載のモジュラ電気組立
    体。
  9. 【請求項９】前記膜バリヤは前記各端部部材の上に延び
    て、前記肩部と前記部品に隣接した端面との間の一部を
    囲む請求項１に記載のモジュラ電気組立体。
  10. 【請求項１０】前記電気部品は全体として円筒形のバリ
    スタブロックであり、前記端部部材は全体として円筒形
    であり、前記バリスタブロックと前記端部部材の横方向
    直径がほぼ等しい請求項９に記載のモジュラ電気組立
    体。
  11. 【請求項１１】端部と端部を合わせて直列アレイとさ
    れ、おのおの第１の端部と第２の端部を有する複数の電
    気組立体と、 隣接する各電気組立体対へ結合され、各隣接する電気組
    立体対を電気的および機械的に結合して、前記機械的結
    合により前記電気組立体の間の相対的な軸方向の動きに
    抵抗する端部手段と、 前記組立体を保護するために前記組立体を囲む耐候性手
    段と、 前記直列アレイの両端部において２つの各電気組立体へ
    結合される端子手段とを備え、 前記各電気組立体は、 軸に沿って柱状に整列させられ、軸方向に向けられた端
    部を介して電気的に接続される複数の導電性電気部品
    と、 前記電気部品を横方向から堅く係合して囲むプラスチッ
    ク膜バリヤと、 前記柱状の互いに反対の端部に配置されると共に、前記
    第１及び第２の端部に結合され、前記軸の放射方向に伸
    びた肩部を有する第１及び第２の導電端部部材と、 前記プラスチック膜バリヤ、前記端部部材及び前記電気
    部品の周囲に、前記肩部に掛かるように巻かれ、軸方向
    に向けられた圧縮力を前記肩部を介して前記電気部品へ
    加えてそれらの電気部品の間の電気的接続を維持する非
    導電性フィラメント巻線とを備え、 前記プラスチック膜バリアが前記電気部品から前記非導
    電性フィラメント巻線を分離させた電気装置。
  12. 【請求項１２】前記電気部品は全体として円筒形の金属
    酸化物バリスタブロックである請求項11に記載の電気装
    置。
  13. 【請求項１３】前記各膜はポリプロピレンである請求項
    11に記載の電気装置。
  14. 【請求項１４】前記フィラメント巻線は樹脂を含浸され
    たガラス繊維である請求項11に記載の電気装置。
  15. 【請求項１５】前記プラスチック膜バリヤは前記電気部
    品を包むプラスチックシートである請求項11に記載の電
    気装置。
  16. 【請求項１６】前記プラスチック膜バリヤは重ねられた
    ２つの層を含む請求項15に記載の電気装置。
  17. 【請求項１７】前記各層の厚さは約0.0127mm（0.0005イ
    ンチ）である請求項16に記載の電気装置。
  18. 【請求項１８】端部と端部をつき合わせて配置された複
    数のアレスタモジュールと、各隣接する前記モジュール
    対を電気的および機械的に結合する、外面にねじを切ら
    れた導電性のスタッドと、前記モジュールを囲み、前記
    モジュールを保護するために、前記モジュールの横方向
    直径とほぼ等しい直径を有するほぼ円筒形の貫通穴を有
    する弾性耐候性手段とを備え、 前記各モジュールは、 軸方向に向けられた端部を有して、軸に沿って柱状に整
    列させられ、前記軸方向に向けられた端部を介して互い
    に電気的に接続される全体として円筒形の複数の金属酸
    化物バリスタブロックと、 前記バリスタブロックの１つに接触する第１の軸方向端
    部と、内部にねじが切られているソケット及び前記軸の
    放射方向に伸びた肩部を有する反対側の第２の軸方向端
    部とをおのおの有し、前記バリスタブロックの横方向直
    径とほぼ等しい横方向直径を有する、前記各柱状の両端
    における全体として円筒形の第１の導電性端子および第
    ２の導電性端子と、 前記バリスタブロックおよび前記端子の隣接する部分を
    横方向から囲むと共に堅く係合するプラスチック膜バリ
    ヤと、 軸方向に向けられた圧縮力を前記肩部を介して前記バリ
    スタブロックおよび前記端子へ加えてそれの電気的接続
    を維持するために、前記ブラスチック膜バリヤ、前記バ
    リスタブロック及び前記端子の周囲に、前記端子の肩部
    に掛かるように巻かれる非導電性フィラメント巻線とを
    含み、 前記プラスチック膜バリヤが前記バリスタブロックから
    前記非導電性フィラメント巻線を分離させたサージアレ
    スタ。
  19. 【請求項１９】前記非導電性フィラメント巻線は、前記
    電気部品及び前記端部部材が軸方向に圧縮されるよう
    に、前記電気部品及び前記端部部材に巻かれている請求
    項３に記載のモジュラ電気組立体。
  20. 【請求項２０】前記非導電性フィラメント巻線は、前記
    電気部品及び前記各電気組立体の端部部材が軸方向に圧
    縮されるように、前記電気部品及び前記各電気組立体の
    端部部材に巻かれている請求項14に記載の電気装置。
  21. 【請求項２１】軸方向に向けられた端部を有して、軸に
    沿って柱状に整列させられ、前記軸方向に向けられた端
    部を介して互いに電気的に接続される全体として円筒形
    の複数の金属酸化物バリスタブロック、前記バリスタブ
    ロックの１つに接触する第１の軸方向端部と内部にねじ
    が切られているソケット及び前記軸の放射方向に伸びた
    肩部を有する反対側の第２の軸方向端部とをおのおの有
    し、前記バリスタブロックの横方向直径とほぼ等しい横
    方向直径を有する、前記各柱状の両端における全体とし
    て円筒形の第１の導電性端子および第２の導電性端子、
    前記バリスタブロックおよび前記端子の隣接する部分を
    横方向から囲むと共に堅く係合するプラスチック膜バリ
    ヤ、及び、軸方向に向けられた圧縮力を前記肩部を介し
    て前記バリスタブロックおよび前記端子へ加えてそれの
    電気的接続を維持するために、前記ブラスチック膜バリ
    ヤ、前記バリスタブロック及び前記端子の周囲に、前記
    端子の肩部に掛かるように巻かれる非導電性フィラメン
    ト巻線を含み、前記プラスチック膜バリヤが前記バリス
    タブロックから前記非導電性フィラメント巻線を分離さ
    せたアレスタモジュールと、 前記ソケットにねじ結合する外部接続用のねじスタッド
    と、 前記モジュールの直径と実質的に等しい直径の、実質的
    に円筒状の貫通孔を有し、前記モジュールを保護するた
    めに、このモージュールを包み込む弾性耐候手段と、 を備えたサージアレスタ。
  22. 【請求項２２】前記非導電性フィラメント巻線は、湿っ
    たエポキシが被覆されたガラス繊維であり、このガラス
    繊維が前記バリスタブロック及び前記端子が軸方向に圧
    縮されるように、前記バリスタブロック及び前記端子に
    巻かれている請求項21に記載のサージアレスタ。
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