JP2003259547A

JP2003259547A - サージ吸収装置

Info

Publication number: JP2003259547A
Application number: JP2002054563A
Authority: JP
Inventors: Ryosaku Nakada; 良作中田
Original assignee: Nippon Kouatsu Electric Co
Current assignee: Nippon Kouatsu Electric Co
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】雷サージ等を吸収することができ、インピー
ダンス整合用部品として別途付加することなく、通信線
回路のインピーダンスが整合しているサージ吸収装置を
提供する。【解決手段】本サージ吸収装置は、屋外から引き込ま
れる通信線５１、５２及び電源線６１、６２から入って
くるサージを吸収し、電子機器の破損を防ぐことができ
る。また、サージ吸収装置を構成する基板１９を用いた
コンデンサにより通信線５１、５２とインピーダンス整
合しているため、通信線５１、５２上の信号の劣化が少
ない。このため、新たなインピーダンス調節用の素子を
付加する必要がなく、余分なコストが掛からない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＡＴＶ線、アン
テナ線及びＬＡＮケーブル等の通信線が接続される機器
が雷による障害を受けることを防止するためのサージ吸
収装置に関する。更に詳しくは、サージ吸収装置を接続
しても通信品質の劣化が少なく、且つ作成が容易である
サージ吸収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＡＴＶ線、アンテナ線及びＬＡＮケー
ブル等の通信線を接続する電子機器は、屋外から引き込
まれる同軸ケーブルの通信線と、電源線の両方を接続す
るため、雷等に起因して生じる外部誘導電圧であるサー
ジが一方又は両方から侵入する恐れがある。このサージ
から電子機器を保護するために、例えば特開２０００−
２６１９５７号公報のようにアンテナに通じる通信線と
電源線との間にサージ吸収素子を接続したサージ吸収装
置や、図１４に示すような通信線に接続する通信回路部
５に三極放電管７を接続したサージ吸収装置等が提案さ
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記回路にお
いては、保護装置又は保護回路のインピーダンスの考慮
がされておらず、同軸ケーブルとの接続端子部で通信信
号の反射等が発生して通信信号が劣化するという問題が
ある。このため、インピーダンスを同軸ケーブルと合わ
せるために通信回路にインピーダンスと同じ値となる抵
抗又はコンデンサをインピーダンス整合用部品として接
続することがある。しかし、使用する部品が増加するた
めにコスト増となる。また、図１５に示すように放電管
に動作電圧以上の電圧を掛けても、放電遅れにより動作
電圧以上のサージが侵入し、接続したインピーダンス整
合用部品を破壊する可能性がある。つまり、インピーダ
ンス整合用部品は、放電管の放電遅れの間に現れるサー
ジに十分耐えることができる耐圧等が要求されるため、
インピーダンス整合用部品自体が高価になるという問題
がある。

【０００４】本発明は、このような問題点を解決するも
のであり、雷サージ等を吸収することができ、インピー
ダンス整合用部品として別途付加することなく、通信線
回路のインピーダンスが整合しているサージ吸収装置を
提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本サージ吸収装置は、通
信線を接続する通信入力端子及び通信出力端子、並びに
該通信入力端子及び該通信出力端子を接続する配線を具
備する通信回路部と、該通信回路部を構成する誘電体層
及び導電層を具備する基板と、該通信回路部に設けられ
該通信線に流れるサージを吸収除去する少なくとも１つ
の第１サージ吸収素子と、電源線を接続する電源入力端
子を具備する電源回路部と、通信回路部及び電源回路部
間に接続する少なくとも１つの第２サージ吸収素子とを
備え、該誘電体層及び該導電層は、上記通信線のインピ
ーダンスと同じとなるインピーダンスを具備するコンデ
ンサを構成することを特徴とする。

【０００６】上記通信入力端子及び上記通信出力端子
は、上記基板に配設され、該基板は上記誘電体層、及び
該誘電体層を挟むように積層する２層の上記導電層から
構成することができる。また、上記誘電体層は２以上あ
り、該各誘電体層の間に上記導電層を備えることができ
る。更に、上記誘電体層は２以上あり、該各誘電体層の
外面又は間に遮蔽層を備えることができる。上記通信回
路部及び上記電源回路部は、互いによる電磁誘導が及ぼ
されないように遮蔽がされた区画に配置することができ
る。上記電源回路部は、上記電源線に流れるサージを吸
収除去する少なくとも１つのサージ吸収素子を設けるこ
とができる。また、上記電源回路部は、上記電源入力端
子に接続する少なくとも１つの電源出力端子を更に備え
ることができる。

【０００７】

【発明の効果】本発明のサージ吸収装置によれば、屋外
から引き込まれる通信線及び電源線から入ってくるサー
ジを吸収し、電子機器の破損を防ぐことができる。ま
た、サージ吸収装置を構成する基板を用いたコンデンサ
により通信線のインピーダンスと合わせているため、通
信線上の信号の劣化が少ない。このため、新たなインピ
ーダンス調節用の素子を付加する必要がなく、余分なコ
ストが掛からない。本サージ吸収装置は接地をしなくて
も保護対象側へサージ電流を流すことがなく、それぞれ
の線にサージによる電位差が生じない。また、通信線及
び電源間をサージ吸収素子によって接続することで、一
方の線のサージを他方の線に逃がし、電子機器の破損を
防ぐことができる。

【０００８】更に、基板上に通信入力端子及び通信出力
端子を設けることで、これらを別途配設する必要がな
く、本サージ吸収装置の製造が容易になる。また、基板
を構成する誘電体層を複数層設けることで、狭い面積で
も大きな静電容量が得られ、基板の大きさを小さくする
ことができる。更に、基板に遮蔽層を加えて電磁シール
ドとして機能させ、通信線にノイズが侵入したり、通信
線上の信号が周囲に放射することを防止することができ
る。また、通信回路部及び電源回路部を、互いに遮蔽さ
れた区画内に設けることで、互いに干渉して、通信線に
ノイズが入ったり、電源線を通じて通信線上の信号が伝
播されないようにすることができる。更に、電源回路部
に、サージ吸収素子を設けて、電源線由来のサージの吸
収を行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】上記「通信線」は屋外から引き込
まれて屋内の電気機器に接続される任意の通信用線とす
ることができ、ＣＡＴＶ線、アンテナ線及びＬＡＮケー
ブル等を例示することができる。また、上記「サージ吸
収素子」は、通常使用される電圧及び電流では高抵抗で
あり、サージ電流のような高電圧大電流では低抵抗を示
す素子であればよく、放電管、ＺｎＯ素子を含むサージ
アブソーバ及びバリスタの少なくとも一つを備えること
ができる。このうち、通信線の線間に接続する第１サー
ジ吸収素子は、放電管が好ましい。インピーダンスが高
く、通信線の信号に悪影響を及ぼさないためである。更
に、第１サージ吸収素子、第２サージ吸収素子及び第３
サージ吸収素子は、それぞれ単一のサージ吸収素子のみ
で構成されることに限られず、それぞれ複数のサージ吸
収素子から構成することができる。

【００１０】上記「誘電体層」は、導電層と組み合わせ
ることで通信線のインピーダンスと同じにすることがで
きればよく、その材質、大きさ及び形状を特に問わな
い。この材質は、例えば、ガラス布基材エポキシ樹脂基
板、及びフェノール樹脂含浸紙基板等、一般に使用する
プリント基板を用いることができる。また、無機材料、
合成樹脂、エラストマー及び紙等の任意の誘電体材料を
用いることができる。更に、セラミックス及びガラスを
使用することができるし、上記各材料の複合材であって
もよい。更に、誘電体層は一層のみに限らず複数層設け
ることができる。誘電体層及び導電層を交互に積層した
コンデンサを構成することができるからである。

【００１１】上記「導電層」は、導電性を備える材質で
あれば特に問わない。例えば、銅板、鉄板及びアルミニ
ウム板等の板状物を例示することができる。また、メッ
キ等の方法で形成されたものであってもよい。上記「基
板」は、少なくとも誘電体層及び導電層を備え、コンデ
ンサを構成することができるものであればよく、誘電体
層及び導電層は、それぞれ、１層以上設けることがで
き、複数層であってもよい。このような基板は、誘電体
層の厚み、及び導電層の面積等を適宜設定することで、
通信線とのインピーダンス整合の為のコンデンサとして
使用することができる。

【００１２】誘電体層及び導電層を積層してなる通信回
路部の基板の大きさは、接続される通信線によって決定
される。基板が一層の誘電体層の両側の全面に導電層を
設けた平板である場合、通信線のインピーダンスＺ、誘
電体層の厚さｄ、誘電体層の誘電率ε、導電層の表面積
Ｓ、通信線の周波数ｆについて、次の式が成り立つた
め、各変数を決定することで基板の大きさを求めること
ができる。

【００１３】

【数１】

【００１４】例えば、インピーダンスＺが５０Ωの同軸
ケーブルを接続した場合、インピーダンスＺを適合する
ために必要な静電容量Ｃは式(2)から３１８ｐＦとな
る。これを満たす誘電体層の大きさは、比誘電率ε_r＝
３、厚さｄ＝１ｍｍのガラス布基材エポキシ樹脂基板を
用いた場合、式(1)より導電層の表面積は１２０ｃｍ^２
となる。これは、幅８ｃｍ、長さ１５ｃｍの平板に相当
する。

【００１５】

【実施例】以下、図１〜図１３を用いて本発明のサージ
吸収装置を実施例により説明する。１．サージ吸収装置の構成本サージ吸収装置はＣＡＴＶ受像機に接続する同軸ケー
ブルの通信線を使用する通信線及び電源線の途中に挿入
して、通信線及び電源線を流れるサージを吸収するため
のサージ吸収装置である。本サージ吸収装置１は図１に
示すように、筐体１１（図示せず）、通信入力端子１
２、通信出力端子１３、電源入力端子１４、電源出力端
子１５、放電管１６、４つのサージ吸収素子１７１、１
７２、１７３、１７４、２つのヒューズ１８１、１８
２、基板１９及びアース端子２０を備える。また、本サ
ージ吸収装置１の回路図を図２に示す。図２に示すよう
に、通信入力端子１２、通信出力端子１３及び放電管１
６は通信線を接続する通信回路部を構成する。また、電
源入力端子１４、電源出力端子１５、サージ吸収素子１
７１、１７２、１７３、１７４及びヒューズ１８１、１
８２は、電源回路部を構成する。

【００１６】通信入力端子１２及び通信出力端子１３
は、図１及び図３に示すように同軸ケーブル用ソケット
であり、基板１９に設けられている。また、図３に示す
ように筐体１１から先端が露出している。電源入力端子
１４及び電源出力端子１５は、図１に示すように商用電
源用のプラグ及びコンセントであり、基板１９に接続さ
れている。

【００１７】放電管１６は、サージを放電によって吸収
する第１サージ吸収素子であり、図２に示すように通信
線５１、５２をまたぐように設けられている。この放電
管１６は、通信線５１、５２を流れる信号の電圧では放
電を起こさないよう、放電開始電圧が設定されている。

【００１８】サージ吸収素子１７１〜１７４は、酸化亜
鉛を主成分とするバリスタである。また、サージ吸収素
子１７１は、ヒューズ１８１、１８２を介して電源線６
１、６２間に接続されている第２サージ吸収素子であ
る。サージ吸収素子１７２、１７３は、ヒューズ１８
１、１８２を介して電源線６１、６２とアース端子２０
との間にそれぞれ接続されている第３サージ吸収素子で
ある。これらサージ吸収素子１７１〜１７３の動作開始
電圧は、電源による続流を防止するために電源電圧の
２．５〜３倍が好ましい。サージ吸収素子１７４は、サ
ージ吸収素子１７２、１７３の直列接続部位と信号線の
片側との間を接続している第２サージ吸収素子である。
このサージ吸収素子１７４の動作開始電圧は、続流の考
慮をする必要がないため、低い電圧で動作するようにで
きるだけ低く設定でき、電源電圧より低い値が好まし
い。

【００１９】ヒューズ１８１、１８２は、電源線６１、
６２をまたいで接続しているサージ吸収素子１７１等の
両側に設けられる温度ヒューズである。温度ヒューズを
用いるのは、通常は、サージ吸収素子１７１等は高抵抗
であって電流が流れず、サージ電流のみ流れるため、定
格電流の心配をする必要が無いからである。また、通常
のヒューズより低温で切断するため、サージ吸収装置１
自体が高温になった場合でも切断することができる。

【００２０】基板１９は、図１及び図３に示すように、
ガラス布基材エポキシ樹脂等の誘電体の両面に銅箔を設
けたプリント基板である。また、銅箔は通信入力端子１
２と通信出力端子１３との間、電源入力端子１４と電源
出力端子１５との間を結線するためのパターンを形成し
ている。更に、通信入力端子１２と通信出力端子１３と
の間のパターンは、基板１９の誘電体層１９３の表面に
通信線の一方の線５１となる導電層１９１、基板１９の
裏面に通信線の他方の線５２となる導電層１９２を用い
ている。このため、基板１９はコンデンサとして機能
し、図２に示すように通信線へ並列接続した状態とな
る。アース端子２０は、接地することで通信線５１、５
２と電源線６１、６２との間に流れるサージや、通信線
５１、５２及び電源線６１、６２と大地との間にあらわ
れるサージを大地に逃がすことができる。

【００２１】２．サージ吸収装置の効果本発明のサージ吸収装置によれば、屋外から引き込まれ
る通信線５１、５２及び電源線６１、６２から入ってく
るサージを吸収し、電子機器の破損を防ぐことができ
る。また、サージ吸収装置を構成する基板１９を用いた
コンデンサにより通信線５１、５２とインピーダンス整
合しているため、通信線５１、５２上の信号の劣化が少
ない。このため、新たなインピーダンス調節用の素子を
付加する必要がなく、余分なコストが掛からない。更
に、通信線５１、５２及び電源線６１、６２間にサージ
吸収素子１７４を設けているため、通信線５１、５２及
び電源線６１、６２間の静電結合を防止することができ
る。また、基板上に通信入力端子及び通信出力端子を設
けることで、これらを別途配設する必要がなく、本サー
ジ吸収装置の製造が容易になる。

【００２２】更に、本サージ吸収装置はアース端子２０
の接地を行なわない場合であっても、保護対象側となる
通信出力端子１３及び電源出力端子１５へサージ電流を
流すことがなく、それぞれの線にサージによる電位差が
生じない。また、電源回路部にサージ吸収素子を設ける
ことで、電源線由来のサージの吸収を行うことができ
る。更に、通信線５１、５２及び電源線６１、６２間を
サージ吸収素子１７２、１７３、１７４によって接続す
ることで、一方の線のサージを他方の線に逃がし、電子
機器の破損を防ぐことができる。

【００２３】このような本サージ吸収装置にサージを印
加して吸収できるかどうかを調べる動作試験を行った。
接地を行っていない本サージ吸収装置の通信入力端子１
２に、波形０．２／５０μｓ、波高値２６ｋＶのサージ
を印加し、通信出力端子１３にオシロスコープを接続し
て、サージ吸収装置を通過した出力を測定した。この結
果を図４に示す。図４に示すように本サージ吸収装置は
０．２μ秒で動作し、２６ｋＶの波高値を５２４Ｖに制
限することがわかる。

【００２４】３．インジケータを付加したサージ吸収装
置本サージ吸収装置は、図５に示すように発光ダイオー
ド、ネオン管などの動作灯２１を設けることができる。
この動作灯２１は、サージ吸収素子１７１と並列に、発
光ダイオードを設けたものである。また、発光ダイオー
ドの破損を防止するためにダイオード２２及び抵抗２３
が直列に接続されている。このような動作灯２１を備え
るサージ吸収装置は、サージ吸収素子１７１等が破損し
ていない場合は、サージ吸収素子１７１間が高抵抗であ
るため、発光ダイオードに電流が流れて発光し、サージ
吸収装置が動作可能な状態であることを把握することが
できる。また、サージ吸収素子等が破損して、導通状態
になった場合は、ヒューズ１８１、１８２の溶断により
発光ダイオードに電流が流れなくなるため消灯し、故障
を把握することができる。

【００２５】４．通信線及び電源線を区画するサージ吸
収装置また、図６に示すように、通信線を構成する基板１９１
と電源線を構成する基板１９２を分け、電磁気に対する
遮蔽が可能な導電性の材質で構成された区画２２内にそ
れぞれ別個に配置することができる。このようなサージ
吸収装置は、通信線上の信号が電源線に誘導して、電源
線を通じて他の機器に障害を与えたり、逆に、電源線の
ノイズ等が通信線上に載って障害となることがない。

【００２６】５．誘電体層が複数である基板を備えるサ
ージ吸収装置本サージ吸収装置は、図７及び８に示すように、複数層
の誘電体層１９３１、１９３２を備え、誘電体層１９３
１、１９３２間に導電層１９１を設けた基板を備えるこ
とができる。このような基板は、挟まれた導電層１９１
を一方の通信線とし、両端の導電層１９２１、１９２２
を他方の通信線とすることで、面積当りの静電容量を増
加させることができる。このため、同じインピーダンス
では基板１９を小さくすることができる。

【００２７】また、本サージ吸収装置は、図９、１０に
示すように、複数層の誘電体層１９３１、１９３２を備
え、誘電体層の表面に遮蔽層１９４を設けた基板１９を
備えることができる。この遮蔽層１９４は、導電層１９
１、１９２と同じ材質であるが、同軸ケーブルのシール
ド側、筐体及びアース端子等に接続することで、電磁シ
ールドとして機能し、通信線にノイズが侵入したり、通
信線上の信号が周囲に放射することを防止することがで
きる。

【００２８】６．分電盤内に設けるサージ吸収装置また、本実施例のサージ吸収装置は、通信線の途中と、
電源線の途中に挿入し、単体で使用できるものである
が、分電盤等の機器内に組み込む形で使用することもで
きる。例えば、図１１に示す回路を備えるサージ吸収装
置を家庭用分電盤内に設けることができる。

【００２９】図１１に示す回路は、電源出力端子１５を
備えていない点を除いては、「１．サージ吸収装置の構
成」で示した図１の回路と同じである。また、分電盤内
に配線される電源線６から分岐した線を電源入力端子１
４に接続している。このようなサージ吸収装置は、上記
他のサージ吸収装置と同様の効果を発揮する他、分電盤
内に収められているため、場所をとらない。

【００３０】尚、本発明においては、前記実施例に示す
ものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で
種々変更した態様とすることができる。即ち、導電層１
９１、１９２は、図１２及び図１３に示すように、各層
で大きさが異なっていてもかまわない。また、上記実施
例では、電源回路部は基板上に構成されているが、これ
に限らず、基板を介さずに空中配線を行うことができ
る。適切な絶縁などが行われていれば、基板上に配設す
る必要が無いからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本サージ吸収装置の構成を説明するための模式
図である。

【図２】本サージ吸収装置の回路図を説明するための模
式図である。

【図３】基板の構成を説明するための模式断面図であ
る。

【図４】本サージ吸収装置にサージを印加した状態を示
すグラフである。

【図５】動作灯を備えるサージ吸収装置の回路図を説明
するための模式図である。

【図６】通信回路部と電源回路部を区画したサージ吸収
装置を説明するための模式図である。

【図７】複数の誘電体層を備えるサージ吸収装置を説明
するための模式側面断面図である。

【図８】複数の誘電体層を備えるサージ吸収装置を説明
するための模式正面断面図である。

【図９】遮蔽層を備えるサージ吸収装置を説明するため
の模式側面断面図である。

【図１０】遮蔽層を備えるサージ吸収装置を説明するた
めの模式正面断面図である。

【図１１】電源出力端子を具備しない、分電盤内に設け
られるサージ吸収装置を説明するため回路図である。

【図１２】異なる大きさの導電層を備えるサージ吸収装
置を説明するための模式側面断面図である。

【図１３】異なる大きさの導電層を備えるサージ吸収装
置を説明するための模式正面断面図である。

【図１４】従来のサージ吸収装置の回路図を説明するた
めの模式図である。

【図１５】放電管の印加電圧と動作開始時間との関係を
説明するためのグラフである。

【符号の説明】

１；サージ吸収装置、１１；筐体、１２；通信入力端
子、１３；通信出力端子、１４；電源入力端子、１５；
電源出力端子、１６；放電管、１９；基板、１７１；サ
ージ吸収素子、１７２；サージ吸収素子、１７４；サー
ジ吸収素子、１８１；ヒューズ、１９１；導電層、１９
２；導電層、１９３；誘電体層、２０；アース端子、２
１；動作灯、５、５１、５２；通信線、６、６１、６
２；電源線、７；三極放電管。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通信線を接続する通信入力端子及び通信
出力端子、並びに該通信入力端子及び該通信出力端子を
接続する配線を具備する通信回路部と、該通信回路部を
構成する誘電体層及び導電層を具備する基板と、該通信
回路部に設けられ該通信線に流れるサージを吸収除去す
る少なくとも１つの第１サージ吸収素子と、電源線を接続する電源入力端子を具備する電源回路部
と、通信回路部及び電源回路部間に接続する少なくとも
１つの第２サージ吸収素子とを備え、該誘電体層及び該導電層は、上記通信線のインピーダン
スと同じとなるインピーダンスを具備するコンデンサを
構成することを特徴とするサージ吸収装置。
【請求項２】上記通信入力端子及び上記通信出力端子
は、上記基板に配設され、該基板は上記誘電体層、及び
該誘電体層を挟むように積層する２層の上記導電層から
構成する請求項１に記載のサージ吸収装置。
【請求項３】上記基板は、２以上の上記誘電体層、及
び該各誘電体層の間に上記導電層を備える請求項１に記
載のサージ吸収装置。
【請求項４】上記基板は、２以上の上記誘電体層、及
び該各誘電体層の外面又は間に遮蔽層を備える請求項１
乃至３のいずれか一項に記載のサージ吸収装置。
【請求項５】上記通信回路部及び上記電源回路部は、
互いによる電磁誘導が及ぼされないように遮蔽がされた
区画に配置する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
サージ吸収装置。
【請求項６】上記電源回路部は、上記電源線に流れる
サージを吸収除去する少なくとも１つの第３サージ吸収
素子が設けられる請求項１乃至５のいずれか一項に記載
のサージ吸収装置。
【請求項７】上記電源回路部は、上記電源入力端子に
接続する少なくとも１つの電源出力端子を更に備える請
求項１乃至６のいずれか一項に記載のサージ吸収装置。