JP2017168293A - サージ防護素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 突出電極部の寸法が変動しても放電開始電圧Ｖｓの変動を従来よりも抑制することができるサージ防護素子を提供すること。【解決手段】 絶縁性管２と、絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極３とを備え、一対の封止電極が、絶縁性管の両端開口部に密着状態に固定されている一対のフランジ部４と、一対のフランジ部から内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部５とを有し、一対の突出電極部の対向面５ａが、互いに平行かつ絶縁性管の軸線Ｃに対して傾斜している。【選択図】図１

Description

本発明は、落雷等で発生するサージから様々な機器を保護し、事故を未然に防ぐのに使用するサージ防護素子に関する。

電話機、ファクシミリ、モデム等の通信機器用の電子機器が通信線と接続する部分、電源線、アンテナ或いはＣＲＴ、液晶テレビおよびプラズマテレビ等の画像表示駆動回路等、雷サージや静電気等の異常電圧（サージ電圧）による電撃を受けやすい部分には、異常電圧によって電子機器やこの機器を搭載するプリント基板の熱的損傷又は発火等による破壊を防止するために、サージ防護素子が接続されている。

従来、例えば特許文献１，２に示すように、一対の封止電極から対向状態に突出した一対の突出電極部を備え、絶縁性管の内周面に放電補助部が形成されたアレスタ型のサージ防護素子が記載されている。
これらのサージ防護素子では、一対の突出電極部の対向面が互いに平行かつ絶縁性管の軸線に対して直交するように配されている。

特開平１１−３５４２４４号公報 特開２００１−１０２１４８号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
通常、突出電極部の突出量は、精度内での寸法の変動（誤差）が存在する。そのため、一対の突出電極部の対向面が互いに平行かつ絶縁性管の軸線に対して直交するように配されている従来の構造では、上記突出量が変動すると、変動量がそのまま反映されて一対の突出電極部間のギャップ幅が変動し、放電開始電圧Ｖｓのセンター値が変動してしまう問題があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、突出電極部の寸法が変動しても放電開始電圧Ｖｓの変動を従来よりも抑制することができるサージ防護素子を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るサージ防護素子は、絶縁性管と、前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極とを備え、一対の前記封止電極が、前記絶縁性管の両端開口部に密着状態に固定されている一対のフランジ部と、一対の前記フランジ部から内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部とを有し、一対の前記突出電極部の対向面が、互いに平行かつ前記絶縁性管の軸線に対して傾斜していることを特徴とする。

本発明のサージ防護素子では、一対の突出電極部の対向面が、互いに平行かつ絶縁性管の軸線に対して傾斜しているので、軸線と対向面との角度をθとすると、軸線方向の寸法の変位（誤差）がｃｏｓθ倍の変位に縮小されることで、放電開始電圧Ｖｓの変位を従来よりも小さくすることができる。

第２の発明に係るサージ防護素子は、第１の発明において、前記突出電極部の先端部が面取りされていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、突出電極部の先端部が面取りされているので、先端部の角部に電界が集中することを抑制可能である。

第３の発明に係るサージ防護素子は、第１又は第の発明において、一対の前記突出電極部の対向面に、前記封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料で一対の放電活性層が形成されており、一対の前記放電活性層が、一対の前記対向面の垂直方向で視た際に互いに重なる位置に同形状で形成されていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、一対の放電活性層が、一対の対向面の垂直方向で視た際に互いに重なる位置に同形状で形成されているので、一対の放電活性層から対向方向に向けて互いに同様に電子放出を行うことが可能になる。

第４の発明に係るサージ防護素子は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性管の内周面にイオン源材料で形成された放電補助部を備え、前記放電補助部が、一対の前記突出電極部の先端部に対向し近接した領域以外に形成されていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、放電補助部が、一対の突出電極部の先端部に対向し近接した領域以外に形成されているので、絶縁性管の内周面において、突出電極部の先端部で発生した放電の影響を最も受けやすい先端部に対向した領域を避けて放電補助部が配されることで、放電補助部の劣化を抑制することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るサージ防護素子によれば、一対の突出電極部の対向面が、互いに平行かつ絶縁性管の軸線に対して傾斜しているので、突出電極部の突出量の変動による放電開始電圧Ｖｓの変位を従来よりも小さくすることができる。
したがって、本発明に係るサージ防護素子では、突出電極の寸法精度（誤差）により一対の突出電極部間のギャップ幅が変動しても、放電開始電圧Ｖｓのセンター値の変動が抑制されて精度の高い放電特性を得ることができる。

本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態を示す軸方向の断面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 第１実施形態において、対向面に垂直な方向における対向面間の距離と、軸方向における対向面間の距離との関係を示す説明図である。 本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態を示す軸方向の断面図である。 図４のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

以下、本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態のサージ防護素子１は、図１及び図２に示すように、絶縁性管２と、絶縁性管２の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極３とを備えている。
一対の封止電極３は、絶縁性管２の両端開口部に密着状態に固定されている一対のフランジ部４と、一対のフランジ部４から内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部５とを有している。
また、一対の突出電極部５の対向面５ａは、互いに平行かつ絶縁性管２の軸線Ｃに対して傾斜している。

上記突出電極部５の先端部５ｂは、面取りされ、先端形状が丸められている。
一対の突出電極部５の対向面５ａには、封止電極３の材料よりも電子放出特性の高い材料で一対の放電活性層６が形成されている。
上記一対の放電活性層６は、一対の対向面５ａの垂直方向で視た際に互いに重なる位置に同形状で形成されている。
本実施形態では、円形状に放電活性層６が形成されている。

また、本実施形態のサージ防護素子１は、絶縁性管２の内周面にイオン源材料で形成された放電補助部７を備えている。
上記放電補助部７は、一対の突出電極部５の先端部５ｂに対向し近接した領域以外に形成されている。すなわち、本実施形態では、図２に示すように、角筒状の絶縁性管２の４つの内面のうち、先端部５ｂに対向していない一対の内面にそれぞれ放電補助部７が形成されている。

上記放電補助部７は、導電性材料であって、例えば炭素材で形成されている。
上記絶縁性管２は、例えばアルミナなどの結晶性セラミックス材で形成された角筒状部材である。なお、絶縁性管２は、鉛ガラス等の非晶質管を採用しても構わない。

上記封止電極３は、例えば４２アロイ（Ｆｅ：５８ｗｔ％、Ｎｉ：４２ｗｔ％）やＣｕ等で構成されている。
封止電極３は、絶縁性管２の両端開口部に導電性融着材（図示略）により加熱処理によって密着状態に固定されている四角形板状のフランジ部４を有している。このフランジ部４と突出電極部５とは一体に形成されている。

上記導電性融着材は、例えばＡｇを含むろう材としてＡｇ−Ｃｕろう材で形成されている。
上記絶縁性管２内に封入される放電制御ガスは、不活性ガス等であって、例えばＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ，ＳＦ_６，ＣＯ_２，Ｃ_３Ｆ_８，Ｃ_２Ｆ_６，ＣＦ_４，Ｈ_２，大気等及びこれらの混合ガスが採用される。

上記放電活性層６は、例えばＳｉ，Ｏを主成分元素とし、Ｎａ，Ｃｓ，Ｃのうちの少なくとも一つを含んでいる。この放電活性層６は、例えばケイ酸ナトリウム溶液に炭酸セシウム粉末を加えて前駆体を作製し、この前駆体を封止電極３の表面に塗布した後、前駆体に対してケイ酸ナトリウムが軟化する温度以上かつ炭酸セシウムが融解及び分解する温度以上の温度で熱処理を行うことで作製される。

本実施形態のサージ防護素子１では、図３に示すように、軸線Ｃと対向面５ａとの角度をθとすると、対向面５ａに垂直な方向における対向面間の距離Ｌ１は、軸線Ｃ方向における対向面間の距離Ｌ２のｃｏｓθ倍に短くなる。このため、軸線Ｃ方向における対向面間の距離Ｌ２が変動した場合、対向面５ａに垂直な方向における対向面間の距離Ｌ１の変動もｃｏｓθ倍に縮小される。

このサージ防護素子１では、過電圧又は過電流が侵入すると、まず放電補助部７と突出電極部５の先端部５ｂとの間で優先的に初期放電が行われ、この初期放電をきっかけに、さらに放電が進展して一対のフランジ部４間又は突出電極部５間で放電が行われる。

このように本実施形態のサージ防護素子１では、一対の突出電極部５の対向面５ａが、互いに平行かつ絶縁性管２の軸線Ｃに対して傾斜しているので、軸線Ｃと対向面５ａとの角度をθとすると、軸線方向の寸法の変位（誤差）がｃｏｓθ倍の変位に縮小されることで、放電開始電圧Ｖｓの変位を従来よりも小さくすることができる。

また、突出電極部５の先端部５ｂが面取りされているので、先端部５ｂの角部に電界が集中することを抑制可能である。
また、一対の放電活性層６が、一対の対向面５ａの垂直方向で視た際に互いに重なる位置に同形状で形成されているので、一対の放電活性層６から対向方向に向けて互いに同様に電子放出を行うことが可能になる。

さらに、放電補助部７が、一対の突出電極部５の先端部５ｂに対向し近接した領域以外に形成されているので、絶縁性管２の内周面において、突出電極部５の先端部５ｂで発生した放電の影響を最も受けやすい先端部５ｂに対向した領域を避けて放電補助部７が配されることで、放電補助部７の劣化を抑制することができる。

次に、本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態について、図４及び図５を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、角筒状の絶縁性管２であるのに対し、第２実施形態のサージ防護素子２１は、図４及び図５に示すように、絶縁性管２２が丸筒状である点である。
すなわち、第２実施形態では、突出電極部５の軸線と絶縁性管２２との軸線とが一致しており、絶縁性管２２の内周面と突出電極部５の外周面との距離は周方向で一定とされている。

第２実施形態においても、一対の突出電極部５の対向面５ａは、互いに平行かつ絶縁性管２の軸線Ｃに対して傾斜している。
このように第２実施形態のサージ防御素子２１でも、第１実施形態と同様に、一対の突出電極部５間のギャップ幅が変動しても、放電開始電圧Ｖｓのセンター値の変動が抑制されて精度の高い放電特性を得ることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１，２１…サージ防護素子、２，２２…絶縁性管、３…封止電極、４…フランジ部、５…突出電極部、５ａ…突出電極部の対向面、５ｂ…突出電極部の先端部、６…放電活性層、７…放電補助部、Ｃ…絶縁性管の軸線

Claims (4)

1. 絶縁性管と、
   前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極とを備え、
   一対の前記封止電極が、前記絶縁性管の両端開口部に密着状態に固定されている一対のフランジ部と、
   一対の前記フランジ部から内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部とを有し、
   一対の前記突出電極部の対向面が、互いに平行かつ前記絶縁性管の軸線に対して傾斜していることを特徴とするサージ防護素子。
2. 請求項１に記載のサージ防護素子において、
   前記突出電極部の先端部が面取りされていることを特徴とするサージ防護素子。
3. 請求項１又は２に記載のサージ防護素子において、
   一対の前記突出電極部の対向面に、前記封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料で一対の放電活性層が形成されており、
   一対の前記放電活性層が、一対の前記対向面の垂直方向で視た際に互いに重なる位置に同形状で形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のサージ防護素子において、
   前記絶縁性管の内周面にイオン源材料で形成された放電補助部を備え、
   前記放電補助部が、一対の前記突出電極部の先端部に対向し近接した領域以外に形成されていることを特徴とするサージ防護素子。

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