JP2007188865A - 複数平面誘導性ループ・サージ抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 要求されるボディの寸法及び製造効率が著しく改善されるサージ抑制装置を提供する。
【解決手段】 口径付きボディを有する直列サージ抑制装置。ボディは第１の部分及び第２の部分から形成され、これらの部分は相互に結合するよう寸法づけられる。内部導体は口径の中に配置され、短絡要素が内部導体とボディとの間に延びる。短絡要素は少なくとも２つのループ部分を有し、各々のループ部分は別々の平面に配列される。各々のループ部分は、移行部分によって少なくとも１つの他のループ部分と相互接続される。
【選択図】 図２

Description

（関連出願への相互参照）
この本願は、２００６年１月１３日に提出されたＨ． Ｄａｖｉｓ及びＫ． Ｖａｎ Ｓｗｅａｒｉｎｇｅｎによる「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｐｌａｎａｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｌｏｏｐ Ｓｕｒｇｅ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒ」と題する米国特許出願第１１／３０６，８７２号の利益を主張する。

本発明は、一般的に、同軸ケーブル及び伝送線のサージ保護に関する。更に具体的には、本発明は、同軸ケーブル又は伝送線と直列に使用され、或る範囲の異なった周波数帯域で動作するように構成可能で、高電流能力を有するコンパクトなサージ保護装置に関する。

（関連技術の説明）
電気ケーブル、例えば、アンテナ塔の同軸伝送線は、サージ抑制機器を備えてグラウンドへの電気通路を提供し、例えば、静電放電及び／又は雷撃から生じるサージ電流を迂回させる。

従来技術の同軸抑制機器は、典型的には、内部導体と外部導体の間に周波数選択短絡要素を組み込んでいる。この短絡要素は、周波数帯域の中心周波数の約四分の一の長さであって、四分の一波長スタブとして知られる。したがって、動作帯域内の周波数は、内部導体に沿って通過し、四分の一波長スタブから同相で反射して内部導体へ戻り、外部導体及び／又はグラウンド接続へ方向転換しない。動作帯域外の周波数、例えば、雷撃からの低周波数サージは反射せず、グラウンドに結合され、下流側の部品及び／又は機器への電気損傷を防止する。

所望される周波数帯域に依存して、四分の一波長スタブの寸法で作られる短絡要素は、数インチの寸法であることが求められる場合があり、相当の大きさの支持用囲いが必要となる。支持用囲い及びサージ抑制装置のボディに必要なインタフェースを、サージ抑制装置のボディの、単一の長手方向軸に沿って機械加工することができない場合、追加の製造コストが生じる。例えば、本願と同じくＡｎｄｒｅｗ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって所有され、参照により全体を本明細書に組み込まれる１９９９年１１月９日に発行されたＴｅｌｌａｓらによる「Ｓｕｒｇｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ」と題する特許文献１で説明される従来技術の四分の一スタブ・サージ抑制装置は、サージ抑制装置のボディの単一の長手方向軸に沿って機械加工できる範囲が大きく、更に、内部導体から離れた位置で短絡要素を渦巻きにし、内部導体をほとんど完全に取り囲む周囲ループにすることによって、必要とされる囲いのサイズを低減させる。

しかし、短絡要素は、所望されるサージ電流負荷を搬送するために十分な断面積を必要とし、また他の要素から適切に分離してサージ状態の間のフラッシュオーバを防止する必要があるので、必要な囲いは依然として相対的に大きく、サージ抑制装置のボディに沿って通る外部導体は、必然的に直径の著しい変化を生じる。外部導体の直径の変化は、インピーダンスの不連続性を生じ、これにより挿入損失が増加する。更に、短絡要素は滑動可能な溝穴接続を介して外部導体に結合され、ねじによって固定される。これは、製造をより複雑にし、また、外部導体との電気相互接続の弱点となる。

従来技術の他のサージ抑制装置における代替の短絡要素には、多数のループを有する単一の平面渦巻きを含むものもある。この場合、ループ間の必要間隔を維持するためにボディの直径を増加させる必要がある。同様に、らせんコイルの短絡要素構成は、精密な製造に費用がかかり、サージ抑制装置の長手方向寸法を著しく延長する必要がある。

短絡要素の渦巻き態様は、短絡要素のインダクタンスを増加させるインダクタ構造である。インダクタ構造の高周波磁場効果は、周波数選択短絡要素のインピーダンスに影響し、これにより、直線の又は最小渦巻きの四分の一波長スタブと比較して、短絡要素の全体的長さを縮小することができる。或る範囲において、異なる周波数帯域のそれぞれ用に最適化されたサージ抑制装置を供給するために、或る範囲の異なる渦巻きインダクタ短絡要素構成を精密に機械加工又は曲げ加工すると、結果として得られる一群のサージ抑制装置には著しい製造コストとリードタイムが付加されることとなる。
米国特許第５，９８２，６０２号明細書

電気ケーブル、コネクタ、及び関連付属品産業界における競争は、製造効率を高めることによるコスト低減、接地要件の低減、及び単純化／別個部品の全体数の削減を中心に行われてきた。

したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服する装置を提供することである。

本明細書に組み込まれて、その一部分を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を示し、これまでの本発明の概略的説明、及び下記の実施形態の詳細な説明と一緒になって、本発明の原理を明らかにするのに役立つ。

従来技術の単一巻き未満ループの渦巻き短絡要素は、複数の平面ループを有する短絡要素に置き換えられ、平面ループの各々は移行部分によって結合される。複数の平面ループは、概して直列に配列され、内部導体に対して直角であるから、包囲するハウジングの直径を増加させることなく、短絡要素の有効長を増加させることができる。

本発明の例示的実施形態は、図１〜図１３を参照して説明される。図１で示されるように、本発明に係るサージ抑制装置１は同軸ケーブルと直列に使用されるように構成され、所望されるケーブル及び／又は同軸コネクタ・インタフェース３を各々の端に有する。インタフェース３は、ここでは標準のオス及びメスのＤＩＮコネクタ・インタフェース３として示される。中空中央口径７を有するサージ抑制装置のボディ５は相補的な第１及び第２の部分９、１１として形成され、これらの部分は相互に結合するよう寸法づけられる。第１及び第２の部分９、１１の結合は、例えばＯリングのようなガスケット１５によって環境密封されたねじ山１３を介して行われることができる。図１３に示される代替の実施形態において、第１及び第２の部分９、１１の結合は、締まりばめ及び／又は圧着接続（ｃｒｉｍｐ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）１７によって行われてよい。図１３は、更に、代替のコネクタ・インタフェース３、即ち、メスのＮ型の使用を示す。

内部導体２３は、絶縁体２１によって支持されて、ボディ５の各々の端の間を中空中央口径７内で同軸に延びる。例えば、誘電体２７によって分離される内部導体２３の中のブレーク１９は、直流アイソレータとして適用されてよい。ブレーク１９における内部導体２３の各々の端の表面積、及び適用されるいずれかの誘電体２７の厚さ及び誘電値は、所望される周波数帯域の所望されるインピーダンス、例えば５０オーム、及び許容挿入損失に対して適合化される。

短絡要素２９は、ボディ５（外部導体）と、サージ電流の発生が予想されるブレーク１９（もしあれば）の側の内部導体２３との間に結合される。短絡要素２９は、内部導体２３からボディ５の方へ延び、内部導体から間隔を空けられたほぼ平面のループ部分３１を形成する。移行部分３３は、内部導体２３に沿って間隔を空けられた少なくとも１つの別の平面ループ部分３１に導かれる。最後の平面ループ部分３１の端は、ボディ５である外部導体の方へ延び、それと結合する。

本発明によれば、複数の平面ループ部分３１を有し、各々の平面ループ部分３１が移行部分３３によって結合された、いかなる短絡要素２９の構成を適用してもよい。例えば、図２で示されるような、２つの平面ループ部分３１の間の移行部分３３は、例えば図３に示されるような金属打ち抜き加工物である、平面の準備段階形状体３５の連続を、図４及び図５に示されるように移行部分３３に沿って、曲げることによって形成することができる。単純な連続平面金属打ち抜き加工物は準備段階形状体３５であるが、隣接した平面ループ部分３１、内部導体２３、及びボディ５の間に所望される間隔を有する複雑な精度の多数平面形状が、単一の曲げ加工製造作業で得られる。本明細書で使用される曲げ加工とは、連続し、初めに共面を有する要素を移行部分３３のいずれかの側で別の平面に変形させるような任意の曲げ加工及び／又は回転作業を含む。

あるいは、例えば図６で示されるように、移行部分は平面準備段階形状体以外のものから形成されることができる。即ち、それは巻き作業及び／又は別々に形成された複数のループ部分３１によって形成される。複数のループ部分３１は、ろう付け、溶接、又はリベット結合等、多数の方法のいずれかによって移行部分３３で相互に接続される。

別々の移行部分３３の要素接続が適用される場合、ループ部分３１の方向は連続方向であって、図７で示されるように内部導体２３を取り囲むか、例えば図８に示されるように、移行部分３３に関して鏡配置となるように移行部分３３で逆方向であってよい。

例えば、図９で示されるように、ループ部分３１は一連の直線部分３７から形成され、及び／又は直線部分３７と弧部分との組み合わせから形成されてよい。更に、ループ部分３１の断面積は一定であってもよいし、例えば図１０で示されるように、所望される電気特性に従って変えられてよい。図１〜図１２の実施形態において、ほぼ長方形の断面の短絡要素２９が示されるが、最大の電流能力を得るためには、円形又は正方形の断面が適用されてよい。しかし、より広い断面の短絡要素２９を適用すると、図１３で示されるように、取り囲むボディ５の長手方向寸法を拡大する必要が生じる場合がある。

更に、ループ部分３１は、例えば図１１で示されるように、その直径が変化してもよい。ループ部分３１の変化する直径は、内部導体２３からボディ５の方へ延びるループ部分の近くで、小さい半径の弧部分が望まれない場合に有用であろう。

ループ部分３１の構成によって得られる全体の長さは、移行部分３３によって結合された少なくとも２つの平面ループ部分３１を使用して、本発明の結果として得られるサージ抑制装置１を所望される周波数帯で動作させるように適合させるために調整されることができる。各々のループ部分３１は内部導体２３の周りで所望されるだけ延長されてよいが、最大のループは、同じループ部分３１の端が相互に短絡しないように、全周の長さよりも少し短くされる。図１２は、長短２つの移行部分３３を有する３つのループ部分３１の構成の例である。

ボディ５を短絡要素２９に結合させるために、短絡要素２９の遠位端３９に鍵４１が形成され、鍵４１が溝穴４３へ挿入及び接続されてよい。鍵４１及び溝穴４３は、例えば、製造を容易にするため対応する円形の形状であってもよい。溝穴４３は、穴、溝、又は窪み等の任意の形状である。これらの形状は配置面４５において第１及び第２の部分９、１１の間に形成され、短絡要素２９が配置されたとき溝穴４３から突き出るように、その深さは短絡要素２９の厚さよりも少し短くされる。それによって、第１及び第２の部分９、１１が配置面４５に沿って一緒に結合されるとき、その結合は、更に、鍵４１を溝穴４３の中へ促し、取り外し可能、高信頼性、及び高電流能力の電気相互接続が生成される。代替として、鍵４１と溝穴４３との間には、締まりばめ又は他の接続方法が適用されてよい。

短絡要素２９の近位端４７に、内部導体２３に関して、鍵４１及び溝穴４３の同様な挿入接続を適用してもよい。代替として、図３〜図５で最良に示されるように、外部導体２３の中でねじ又は締まりばめによってブレークに嵌合する取り付け穴４９が適用されてよい。内部導体２３の２つの部分を一緒にねじで固定すると、取り外し可能、高信頼性、及び高電流能力の電気相互接続が生成される。

図１３で示される代替の、鍵４１及び溝穴４３の代替の挿入相互接続は、短絡要素２９の遠位端及び／又は近位端３９、４７を曲げ加工し、曲げ加工部分である「鍵」４１を受け取るように協働する溝穴４３を形成し、次に、前述したように、対応する締まりばめ部分によって鍵４１を定位置へ確実に保持することによって形成されることができる。

ブレーク１９へ戻って、この要素の特定の構成は、また、幾つかの異なった構成とすることができる。図１、図２、及び図９で示されるように、ブレーク１９は、対応する誘電体２７のキャップ（図を明らかにするため、厚さが増加されている）を有するピン−ソケット挿入構成であってよい。誘電体２７は、最終組立の前にソケットの中又はピンの上へ嵌合される。誘電体２７は、更に、円筒形誘電体スリーブとして形成されてよく、例えば、各々の絶縁体２１が当接する内部導体２３の停止部５１のような他の間隔手段が適用されて、円筒形誘電体２７のスリーブによってカバーされない内部導体２３の対向部分が相互に接触しないようにする。

代替として、ブレーク１９は、例えば、図６〜図８及び図１０〜図１２で示されるように、対向する平面円板電極の間に置かれた誘電体２７で形成されてよい。

当業者は、本発明により、直列同軸サージ抑制装置１に要求されるボディ５の寸法及び製造効率が著しく改善されることを理解するであろう。本発明に係る、容易に交換可能な本発明のサージ抑制挿入体２９は、打ち抜きされた平面在庫品の曲げ作業によって費用効率的に形成されることができ、かつ、広範囲の異なった周波数帯域のために、或る範囲の異なった寸法の短絡要素を精密に製造することができる。大多数のボディ５の外観は環状であるから、単一の長手方向軸に沿った金属成形及び／又は旋削によって、必要なボディ製造作業の大多数が効率的に達成される。更に、本発明のサージ抑制装置１は、特定の周波数帯域について迅速に組み立てられ、オン・デマンドに対して最小リードタイムで納入されることができる。これにより、周波数を特定した事前組立のサージ抑制装置１の多くの在庫を必要としない。更に、サージ抑制装置１が損傷するか、所望される動作周波数帯域が変更された場合、幾つかの実施形態では短絡要素２９を現場で交換することができる。

これまでの説明において、公知の同等物を有する比率、整数、部品、又はモジュールが参照されたが、そのような同等物は、あたかも個別に記述されたかのように本明細書へ組み込まれる。

本発明は、その実施形態の説明によって例示され、実施形態は、かなりの詳細部分まで説明されたが、添付の特許請求の範囲をそのような詳細部分へ制限又は限定することは、出願人の意図ではない。追加の利点及び修正は、当業者によって容易に想定されるであろう。したがって、本発明は、その広い態様において、具体的な詳細部分、代表的装置、方法、及び図示及び説明された例へ限定されない。したがって、出願人の概略的発明概念の趣旨又は範囲から逸脱することなく、そのような詳細部分から逸脱することができる。更に、理解すべきこととして、下記の特許請求の範囲によって定められた本発明の範囲又は趣旨から逸脱することなく改善及び／又は修正が行われてよい。

図１は本発明の例示的実施形態の断面側面略図である。 図２は図１の切り欠き等角斜視略図である。 図３は準備段階平面形状体における短絡要素の角度付き側面を示す等角斜視略図である。 図４は図３で曲げ作業を行って短絡要素を形成した後の角度付き側面を示す等角斜視略図である。 図５は図４の端面略図である。 図６は移行部分を含む代替実施形態の角度付き側面を示す切り欠き等角斜視略図である。 図７は共通方向のループの間に別個の移行要素を含む代替実施形態の角度付き側面を示す部切り欠き等角斜視略図である。 図８は逆方向のループの間に別個の移行要素を含む代替の実施形態の角度付き側面を示す切り欠き等角斜視略図である。 図９は直線部分のある短絡要素を含む代替の実施形態の角度付き側面を示す切り欠き等角斜視略図である。 図１０は断面積が変化する短絡要素を含む代替の実施形態の角度付き側面を示す切り欠き等角斜視略図である。 図１１は半径が変化する短絡要素を含む代替の実施形態の角度付き側面を示す切り欠き等角斜視略図である。 図１２は３つのループ、及び狭角及び広角の角度付き移行部分の例を含む代替の実施形態の角度付き側面を示す切り欠き等角斜視略図である。 図１３は正方形断面の短絡要素、及び屈曲端キー挿入溝穴の外部導体結合を含む代替の実施形態の角度付き側面を示す切り欠き等角斜視略図である。

符号の説明

１ サージ抑制装置
３ インタフェース
５ ボディ
７ 口径
９ 第１の部分
１１ 第２の部分
１３ ねじ山
１５ ガスケット
１７ 圧着接続（ｃｒｉｍｐ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）
１９ ブレーク
２１ 絶縁体
２３ 内部導体
２７ 誘電体
２９ 短絡要素
３１ ループ部分
３３ 移行部分
３５ 準備段階形状体
３７ 線形部分
３９ 遠位端
４１ 鍵
４３ 溝穴
４５ 配置面
４７ 近位端
４９ 取り付け穴
５１ 停止部

Claims (20)

1. 口径を有し、相互に結合するよう寸法づけられた第１の部分及び第２の部分から形成されたボディと、
   前記口径の中に配置された内部導体と、
   前記内部導体と前記ボディとの間に延びる短絡要素とを備え、
   前記短絡要素が少なくとも２つのループ部分を有し、
   各々の前記ループ部分が別々の平面に配列され、
   各々の前記ループ部分が、移行部分によって、少なくとも１つの他のループ部分と相互接続される
   直列サージ抑制装置。
2. 前記移行部分が屈曲部分を含む、請求項１に記載のサージ抑制装置。
3. 前記別々の平面の各々が相互に平行である、請求項１に記載のサージ抑制装置。
4. 前記別々の平面が前記内部導体の長手方向軸と直角に整列する、請求項３に記載のサージ抑制装置。
5. 前記ループ部分が、半径を変化させながら前記内部導体を取り囲む、請求項１に記載のサージ抑制装置。
6. 前記ループ部分が、変化する断面積を有する、請求項１に記載のサージ抑制装置。
7. 前記ループ部分が複数の直線部分を備える、請求項１に記載のサージ抑制装置。
8. 前記移行部分が別個の部品である、請求項１に記載のサージ抑制装置。
9. 前記ループ部分が、前記内部導体を取り巻くように端から端まで延びる、請求項１に記載のサージ抑制装置。
10. 前記ループ部分が、前記移行部分に関して鏡配置となるように配列される、請求項１に記載のサージ抑制装置。
11. 前記短絡要素が正方形断面を有する、請求項１に記載のサージ抑制装置。
12. 前記第１の部分及び前記第２の部分が成型圧着接続によって一緒に結合される、請求項１に記載のサージ抑制装置。
13. 前記内部導体の中で誘電体によって分離されたブレークを更に含む、請求項１に記載のサージ抑制装置。
14. 前記ブレークが平坦な電極である、請求項１３に記載のサージ抑制装置。
15. 前記ブレークがピンであり、前記ピンが、誘電体によってソケットから間隔を空けられて、前記ソケットの中へ嵌合するよう寸法づけられている、請求項１３に記載のサージ抑制装置。
16. 前記誘電体が前記ピンの上に嵌合するよう寸法づけられた円筒形スリーブである、請求項１５に記載のサージ抑制装置。
17. 前記短絡要素が、前記短絡要素の遠位端に形成された鍵によって前記ボディに結合され、前記鍵が、前記第１の部分と前記第２の部分との間の配置面に形成された溝穴と結合するよう寸法づけられている、請求項１に記載のサージ抑制装置。
18. 前記鍵が、前記短絡要素の前記遠位端を９０度曲げることによって形成される、請求項１７に記載のサージ抑制装置。
19. 口径を有し、相互に結合するよう寸法づけられた第１の部分及び第２の部分から形成されたボディと、
    前記口径の中に配置された内部導体と、
    前記内部導体と前記ボディとの間に延びる短絡要素とを備え、
    前記短絡要素が正方形の断面及び少なくとも２つのループ部分を有し、
    各々の前記ループ部分が別々の平面に配列され、
    各々の前記ループ部分が、屈曲部分を有する移行部分によって、少なくとも１つの他のループ部分と相互接続され、
    前記短絡要素が鍵によって前記ボディに結合され、前記鍵が、前記第１の部分と前記第２の部分との間の配置面に形成された溝穴の中へ嵌合するよう寸法づけられる
    直列サージ抑制装置。
20. サージ抑制装置を製造する方法であって、
    相互に結合して、口径を有するボディを形成する第１の部分及び第２の部分を形成するステップと、
    前記口径の中に内部導体を配置するステップと、
    移行部分によって分離された一対の所望されるループ部分を有する、平坦な準備段階形状体を打ち抜き加工するステップと、
    前記移行部分で前記ループ部分を曲げ加工し、前記ループ部分を平行な平面に配列することによって、前記平坦な準備段階形状体を短絡要素へ変換するステップと、
    前記内部導体と前記ボディとの間に前記短絡要素を結合させるステップと
    を備える方法。

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