JP2023119198A - サージ防護素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 絶縁性管の内径を拡大しなくてもサージ耐量が向上するサージ防護素子を提供すること。【解決手段】 絶縁性部材２と、絶縁性部材の両端に先端部が接触して対向配置された一対の突出電極部材３と、一対の突出電極部材の基端部３ｂ又は基端部に接触した封止電極が両端部に接合されていると共に絶縁性部材を内部に放電制御ガスと共に封止する絶縁性管４とを備え、突出電極部材の先端部側が絶縁性管内に突出していると共に、前記突出している部分の外周面と絶縁性管の内周面との間に空間が形成され、前記突出している部分が、互いに対向した先端部の間隔よりも長く突出している。【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、故障・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の接続する部分、電源線、アンテナ或いはＣＲＴ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、サージ防護素子として、例えば特許文献１等に示すように、絶縁性管の両端を封止電極で塞いで絶縁性管内に絶縁性部材の碍子を封入したサージアブソーバが知られている。
このような絶縁性管では、ガラス管が多く用いられている。

特許第３２６５８７４号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来のサージ防護素子では、サージ耐量を確保するために絶縁性管の内径を拡大する方法が知られているが、この場合、生産性が落ちてしまい、コスト高となってしまう問題があった。特に、絶縁性管としてガラス管を用いた場合、５ｋＡ以上のサージ耐量を確保しようとすると、ガラス管の内径を１０ｍｍ以上にする必要がでてきて生産性が非常に悪くなってしまう不都合があった。すなわち、ガラス管を用いた場合、大電流を印加して起きる破壊は、ガラス管の端部における電極又はリード線との接触部分であり、放電の熱や電流が集中することによるジュール熱によるところが大きい。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、絶縁性管の内径を拡大しなくてもサージ耐量が向上す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の発明のサージ防護素子は、絶縁性部材と、前記絶縁性部材の両端に先端部が接触して対向配置された一対の突出電極部材と、前記一対の突出電極部材の基端部又は前記基端部に接触した封止電極が両端部に接合されていると共に前記絶縁性部材を内部に放電制御ガスと共に封止する絶縁性管とを備え、前記突出電極部材の先端部側が前記絶縁性管内に突出していると共に、前記突出している部分の外周面と前記絶縁性管の内周面との間に空間が形成され、前記突出している部分が、互いに対向した前記先端部の間隔よりも長く突出していることを特徴とする。

このサージ防護素子では、突出電極部材の突出している部分が、互いに対向した先端部の間隔よりも長く突出しているので、互いに対向した先端部間の空間よりも突出電極部材の突出部分外周の空間を軸線方向に長く確保でき、絶縁性管の内径を拡大させなくてもサージ耐量を向上させることができる。すなわち、絶縁性管の内部空間を、内径方向でなく軸線方向に拡げたことにより、大きなサージ耐量を確保することが可能になる。
また、一対の突出電極部材が長くなることで、基端部側へとジュール熱及びサージ電流が伝わり難くなり、絶縁性管の両端部への破壊を回避し、ダメージを低減することが可能になる。

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、前記絶縁性管が、ガラス管であり、前記一対の突出電極部材の基端部と前記絶縁性管の両端部との間に介在してこれらと接合している一対の接合用ガラス部材を備え、前記一対の突出電極部材の少なくとも一方に、前記接合用ガラス部材の内側端面に係止している拡径部を備え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、一対の突出電極部材の少なくとも一方が、接合用ガラス部材の内側端面に係止している拡径部を備えているので、製造途中で接合用ガラス部材が、絶縁性管の端部から軸線方向内方にずれ落ちてくることを拡径部によって防ぐことができる。

第３の発明に係るサージ防護素子は、第１又は第２の発明において、前記一対の突出電極部材が、互いに対向した前記先端部に形成された一対の凹部を有し、前記絶縁性部材が、両端部に前記一対の凹部に嵌合した一対の凸部を有し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、一対の突出電極部材が、互いに対向した先端部に形成された一対の凹部を有し、絶縁性部材が、両端部に一対の凹部に嵌合した一対の凸部を有しているので、凹部に凸部が嵌合することで絶縁性部材が一対の突出電極部材間に安定して保持される。

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、前記一対の突出電極部材の互いに対向した前記先端部の間隔をａとし、前記絶縁性管の内部空間の軸線方向の長さをｂとしたとき、前記ａと前記ｂとの関係が、ｂ／ａ≧４であることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、放電ギャップ幅となる前記ａと絶縁性管の内部空間の長さである前記ｂとの関係が、ｂ／ａ≧４であるので、ガラス管の絶縁性管でも５ｋＡ以上の高い破壊耐量を得ることができる。

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、突出電極部材の突出している部分が、互いに対向した先端部の間隔よりも長く突出しているので、絶縁性管の内径を拡大させなくてもサージ耐量を向上させることができる。

本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態において、サージ防護素子の正面図（ａ）及び側面（ｂ）である。 本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態において、サージ防護素子の正面図（ａ）及び側面（ｂ）である。 本発明に係るサージ防護素子の第３実施形態において、サージ防護素子の断面図である。 本発明に係るサージ防護素子の実施例において、破壊耐量とｂ／ａとの関係を示すグラフである。

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に示すように、絶縁性部材２と、絶縁性部材２の両端に先端部３ａが接触して対向配置された一対の突出電極部材３と、一対の突出電極部材３の基端部３ｂが両端部に接合されていると共に絶縁性部材２を内部に放電制御ガスと共に封止する絶縁性管４とを備えている。
上記突出電極部材３の先端部３ａ側は、絶縁性管４内に突出していると共に、突出している部分ｃの外周面と絶縁性管４の内周面との間に空間Ｓ１が形成されている。すなわち、突出している部分ｃの外径は、少なくとも絶縁性管４の内径よりも小さく設定されている。
上記突出電極部材３の突出している部分ｃは、互いに対向した先端部３ａの間隔ａよりも長く突出している。

上記絶縁性管４は、ガラス管であり、例えば鉛ガラスやソーダ石灰ガラスのような軟質ガラスで構成されており、円筒状となっている。
また、本実施形態のサージ防護素子１は、上記一対の突出電極部材３の基端部３ｂと絶縁性管４の両端部との間に介在してこれらと接合している一対の接合用ガラス部材５を備えている。

上記接合用ガラス部材５は、いわゆる環状に成形されたビーズガラスであって、基端部３ｂと絶縁性管４との溶着用のガラス層を構成している。
一対の突出電極部材３の少なくとも一方（上側）には、接合用ガラス部材５の内側端面に係止している拡径部３ｃを備えている。

一対の突出電極部材３の互いに対向した先端部３ａの間隔をａとし、絶縁性管４の内部空間の軸線方向の長さをｂとしたとき、前記ａと前記ｂとの関係が、ｂ／ａ≧４に設定されている。
上記絶縁性部材２は、正面視で楕円状のアルミナ等のセラミックス部材からなる板部材である。

上記突出電極部材３は、例えばＦｅ（鉄）－Ｎｉ（ニッケル）合金の表面を酸化銅で被覆した金属で形成された電極であって、円柱状となっている。
また、突出電極部材３は、基端部３ｂにリード線（図示略）が溶接されている、いわゆるスラグリードである。
上記拡径部３ｃは、突出電極部材３の基端部３ｂ側の途中をかしめて潰して拡径した部分である。

上記放電制御ガスは、放電開始電圧などの電気特性が所望の値となるように組成などを調整された封止ガスであって、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、ＳＦ_６、ＣＯ_２、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｈ_２及びこれらの混合ガス等の不活性ガスである。
なお、本実施形態では、放電制御ガスとしてＡｒ、Ｎ_２及びその混合ガスを採用している。

次に、本実施形態のサージ防護素子の製造方法について説明する。
まず、立てた絶縁性管４内に一対の突出電極部材３の一方と接合用ガラス部材５とを上部開口から投入する。この際、突出電極部材３は基端部３ｂ側から絶縁性管４から投入する。
次に、絶縁性部材２を投入し、さらに一対の突出電極部材３の他方を先端部３ａ側から絶縁性管４の上部開口から挿入する。

そして、絶縁性管４の上部開口から接合用ガラス部材５を挿入する。このとき、接合用ガラス部材５は拡径部３ｃに係止されることで、接合用ガラス部材５が絶縁性管４の上部に留まって下方へ落ちることがない。
また、一対の接合用ガラス部材５により、一対の突出電極部材３の突出している部分ｃと絶縁性管４の内周面との間に空間Ｓ１を確保した状態で、一対の突出電極部材３の軸線が絶縁性管４の中心軸に一致するようにして位置決めされる。
この状態で、絶縁性管４内の空気を所定の放電制御ガスで置換した後に、放電制御ガスの雰囲気内において、絶縁性管４の両端を加熱して溶かすことで一対の突出電極部材３と絶縁性管４とを密着、溶着させて封止を行い、サージ防護素子１が作製される。

このように本実施形態のサージ防護素子１では、突出電極部材３の突出している部分ｃが、互いに対向した先端部３ａの間隔よりも長く突出しているので、互いに対向した先端部３ａ間の空間よりも突出電極部材３の突出部分外周の空間Ｓ１を軸線方向に長く確保でき、絶縁性管４の内径を拡大させなくてもサージ耐量を向上させることができる。すなわち、絶縁性管４の内部空間を、内径方向でなく軸線方向に拡げたことにより、大きなサージ耐量を確保することが可能になる。
また、一対の突出電極部材３が長くなることで、基端部３ｂ側へとジュール熱及びサージ電流が伝わり難くなり、絶縁性管４の両端部への破壊を回避し、ダメージを低減することが可能になる。

特に、放電ギャップ幅となる前記ａと絶縁性管４の内部空間の長さである前記ｂとの関係が、ｂ／ａ≧４であるので、ガラス管の絶縁性管４でも５ｋＡ以上の高い破壊耐量を得ることができる。
さらに、一対の突出電極部材３の少なくとも一方が、接合用ガラス部材５の内側端面に係止している拡径部３ｃを備えているので、製造途中で接合用ガラス部材５が、絶縁性管４の端部から軸線方向内方にずれ落ちてくることを拡径部３ｃによって防ぐことができる。

次に、本発明に係るサージ防護素子の第２及び第３実施形態について、図２及び図３を参照して以下に説明する。なお、以下の各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、一対の突出電極部材３の基端部３ｂが接合用ガラス部材５によって絶縁性管４の両端に接合されて封止が行われているのに対し、第２実施形態のサージ防護素子２１では、図２に示すように、一対の突出電極部材２３の基端部３ｂに接触した封止電極２６が絶縁性管４の両端部に接合用ガラス部材５で接合されて封止が行われている点である。

すなわち、第２実施形態では、一対の突出電極部材２３の両端（基端部３ｂ）には、それぞれ封止電極２６が接触状態で配されている。
また、突出電極部材２３は、スラグリードではなく、封止電極２６がリード線（図示略）が溶接されたスラグリードである。
突出電極部材２３は、いわゆる基端部３ｂに拡径部２３ｃを有したリベット状の部材であり、例えばステンレスやＣｕ（銅）などの金属から形成されている。
また、拡径部２３ｃは、かしめて拡径させた部分ではなく、基端部３ｂを横断面円形状に成形されて拡径した部分である。
さらに、第２実施形態では、絶縁性部材２２が平面視で矩形状とされた板部材である。

第２実施形態のサージ防護素子２１の製造方法について説明する。
まず、立てた絶縁性管４内に一対の封止電極２６の一方と接合用ガラス部材５とを上部開口から投入する。さらに、一対の突出電極部材２３の一方を基端部３ｂ側から絶縁性管４に投入する。
次に、絶縁性部材２２を投入し、さらに一対の突出電極部材２３の他方を先端部３ａ側から絶縁性管４の上部開口から挿入する。

そして、絶縁性管４の上部開口から接合用ガラス部材５を挿入する。このとき、接合用ガラス部材５は拡径部２３ｃに係止されることで、接合用ガラス部材５が絶縁性管４の上部に留まって下方へ落ちることがない。さらに、接合用ガラス部材５内に封止電極２６を挿入する。
この状態で、絶縁性管４内の空気を所定の放電制御ガスで置換した後に、放電制御ガスの雰囲気内において、絶縁性管４の両端を加熱して溶かすことで一対の封止電極２６と絶縁性管４とを密着、溶着させて封止を行い、サージ防護素子２１が作製される。

このように第２実施形態のサージ防護素子２１でも、第１実施形態と同様に、突出電極部材２３の突出している部分ｃが、互いに対向した先端部３ａの間隔よりも長く突出しているので、絶縁性管４の内径を拡大させなくてもサージ耐量を向上させることができる。

次に、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、絶縁性部材２２が正面視矩形状であるのに対し、第３実施形態のサージ防護素子３１では、図３に示すように、絶縁性部材３２が正面視矩形状の中央部３２ａと、中央部３２ａの軸方向外側に突出した一対の凸部３２ｂとを有している点である。
すなわち、第３実施形態では、一対の突出電極部材３３が、互いに対向した先端部３３ａに形成された一対の凹部３３ｄを有し、絶縁性部材３２が、両端部に一対の凹部３３ｄに嵌合した一対の凸部３２ｂを有している。

先端部３３ａの凹部３３ｄは、嵌め込まれる凸部３２ｂの形状に対応している。すなわち、凸部３２ｂが正面視矩形状に突出した形状であるので、凹部３３ｄも平面視矩形状のスリット状の穴部となっている。
このように第３実施形態のサージ防護素子３１では、一対の突出電極部材３３が、互いに対向した先端部３３ａに形成された一対の凹部３３ｄを有し、絶縁性部材３２が、両端部に一対の凹部３３ｄに嵌合した一対の凸部３２ｂを有しているので、凹部３３ｄに凸部３２ｂが嵌合することで絶縁性部材３２が一対の突出電極部材３３間に安定して保持される。

上記第１実施形態において、一対の突出電極部材３の互いに対向した先端部３ａの間隔をａとし、絶縁性管４の内部空間の軸線方向の長さをｂとしたときのｂ／ａの値を変えた場合の破壊耐量について調べた結果を、図４に示す。
この結果から分かるように、ｂ／ａ≧４である場合、ガラス管の絶縁性管４でも５ｋＡ以上の高い破壊耐量を得られている。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態および実施例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。

１，２１，３１…サージ防護素子、２，２２，３２…絶縁性部材、３，２３，３３…突出電極部材、３ａ…突出電極部材の先端部、３ｂ…突出電極部材の基端部、３ｃ，２３ｃ…拡径部、４…絶縁性管、５…接合用ガラス部材、２６…封止電極、３２ｂ…凸部、３３ｄ…凹部、ａ…一対の突出電極部材の互いに対向した先端部の間隔、ｂ…絶縁性管の内部空間の軸線方向の長さ、ｃ…突出している部分

Claims (4)

1. 絶縁性部材と、
   前記絶縁性部材の両端に先端部が接触して対向配置された一対の突出電極部材と、
   前記一対の突出電極部材の基端部又は前記基端部に接触した封止電極が両端部に接合されていると共に前記絶縁性部材を内部に放電制御ガスと共に封止する絶縁性管とを備え、
   前記突出電極部材の先端部側が前記絶縁性管内に突出していると共に、前記突出している部分の外周面と前記絶縁性管の内周面との間に空間が形成され、
   前記突出している部分が、互いに対向した前記先端部の間隔よりも長く突出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、
   前記絶縁性管が、ガラス管であり、
   前記一対の突出電極部材の基端部と前記絶縁性管の両端部との間に介在してこれらと接合している一対の接合用ガラス部材を備え、
   前記一対の突出電極部材の少なくとも一方に、前記接合用ガラス部材の内側端面に係止している拡径部を備え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、
   前記一対の突出電極部材が、互いに対向した前記先端部に形成された一対の凹部を有し、
   前記絶縁性部材が、両端部に前記一対の凹部に嵌合した一対の凸部を有し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、
   前記一対の突出電極部材の互いに対向した前記先端部の間隔をａとし、
   前記絶縁性管の内部空間の軸線方向の長さをｂとしたとき、
   前記ａと前記ｂとの関係が、ｂ／ａ≧４であることを特徴とするサージ防護素子。

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