JP2513087B2 - 通信回線用サ―ジアブソ―バ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電話機、ファクシミリ、
電話交換機、モデム等の通信機器用の電子部品に適する
ギャップ型サージ吸収素子を備えたサージアブソーバに
関する。更に詳しくは通信回線等からの雷サージ等を吸
収して機器のＩＣ等を保護する機能に加えて、過電圧又
は過電流が継続して侵入した時のサージ吸収素子の異常
発熱の防止機能を有するサージアブソーバに関するもの
である。本明細書で、過電圧又は過電流とは、サージ吸
収素子の放電開始電圧を上回る異常電圧とこれに伴う異
常電流をいう。

【０００２】

【従来の技術】この種のサージ吸収素子は電子部品の一
対の入力線路にこの電子部品に並列に接続され、電子部
品の使用電圧より高い電圧で動作するように構成され
る。即ち、サージ吸収素子はその放電開始電圧より低い
電圧では抵抗値の高い抵抗体であるが、印加電圧がその
放電開始電圧以上のときには数１０Ω以下の抵抗値の低
い抵抗体になる。このため、この種のサージ吸収素子は
雷サージのような大電流が瞬間的に侵入すると、サージ
吸収素子が放電してサージ電圧を吸収し電子部品を保護
する。しかし、不慮の事故等によりサージ吸収素子に数
秒間にわたって連続的に過電圧又は過電流が加わると、
サージ吸収素子に電流が流れ続け、サージ吸収素子は極
度に発熱する特性を有している。特に通信回線にＡＣ電
源線が何等かの原因で混触した場合には、電話機内に使
用されているサージ吸収素子が発熱し発火の原因とな
る。通常、このような過電圧又は過電流が回路に継続し
て侵入することは考えられないが、不慮の事故を想定し
て最大限の安全対策を施していく考えが広まってきてい
る。例えば、米国のＵＬ（Underwriter's Laboratories
Inc.）では、このような継続的な過電圧又は過電流の
侵入時にサージアブソーバが通信機器に火災や電撃の危
険を与えてはならないように、サージアブソーバに対し
て所定の安全規格を制定している。

【０００３】従来、こうした安全規格に適合し、継続的
な過電圧又は過電流に起因した電子機器の発火を防止し
得るサージアブソーバとして、図５に示すように通信機
器の電子部品５の一対の入力線路１，２に電子部品５に
並列にサージアブソーバ３を接続し、このサージアブソ
ーバ３の前段の一方の入力線路１に低融点金属部材であ
るヒューズ４を接続したものが知られている。また低融
点金属部材をサージ吸収素子の表面に密着させ、この低
融点金属部材をサージ吸収素子に直列に接続したものが
開示されている（特開昭６３−１８９２３）。これらの
サージアブソーバではＡＣ電源線が通信回線に混触した
場合には低融点金属部材が溶断してサージ吸収素子の異
常発熱を防止している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このため、従来のサー
ジアブソーバでは過電圧又は過電流が侵入した時には、
このサージによってサージ吸収素子が異常発熱して低融
点金属部材が溶断し、その都度、新しい低融点金属部材
と交換しなければ電話機等の通信機器が使用できない不
具合があった。これを防止するために低融点金属部材の
容量を大きくすると、過電圧又は過電流が侵入した時に
低融点金属部材が溶断せず、相変らずサージ吸収素子が
発熱、発火する恐れがあった。

【０００５】本発明の目的は、雷サージのような瞬間的
なサージ電圧を吸収することに加えて、継続的な過電圧
又は過電流の侵入があった場合にはサージ吸収素子の異
常発熱を防止して周辺の電子機器を保護する通信回線用
サージアブソーバを提供することにある。本発明の別の
目的は、継続的な過電圧又は過電流の侵入が止むと自動
的に復元する通信回線用サージアブソーバを提供するこ
とにある。本発明の更に別の目的は、熱応動片の取付構
造が極めて簡単であって、熱応動片の熱損傷の程度が少
なく熱応動片の寿命が長い通信回線用サージアブソーバ
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ギャップ
型サージ吸収素子の発熱が主として素子内部のアーク放
電による発熱であることから、この発熱を利用してアー
ク放電を抑制するように構成すれば、上記目的を達成で
きることに着目し、本発明に到達した。本発明のサージ
アブソーバは、図１〜図４に示すように両端に互いに対
向して設けられた一対の電極１７，１８又は２７，２８
を有するギャップ型サージ吸収素子１４又は２４と、保
護される電子部品１０の通信回線の一対の入力線路１
１，１２の間にサージ吸収素子１４又は２４を接続する
ように一対の電極１７，１８又は２７，２８にそれぞれ
接続された一対のリード線１９，２９又は３１，３２
と、熱応動片温度が所定の温度以上のときにサージ吸収
素子１４又は２４をバイパスするように電流を流しかつ
所定の温度未満のときにサージ吸収素子１４又は２４を
バイパスする電流を流さないようにサージ吸収素子１４
又は２４に並列に接続されたバイメタル又は形状記憶合
金からなる熱応動片１５とを備える。 この熱応動片１５
の一端は一方の電極１７又は２７に接続され、熱応動片
１５の他端は自由端であってその温度が所定の温度以上
であるとき他方の電極１８又は２８に接続しその温度が
所定の温度未満であるとき他方の電極１８又は２８と間
隔をあけるように可動に設けられる。

【０００７】

【作用】雷サージの侵入時にはギャップ型サージ吸収素
子１４又は２４に電流が流れ通信機器を保護する。継続
して過電圧又は過電流が加わった時にはサージ吸収素子
１４又は２４が一対の電極１７，１８又は２７，２８間
のアーク放電により発熱し、この発熱により熱応動片１
５の温度が所定の温度以上であるとき熱応動片１５の他
端が熱変形して他方の電極１８又は２８に接続すること
により、サージ吸収素子１４又は２４の一対の電極１
７，１８又は２７，２８を短絡させ、サージ吸収素子１
４又は２４をバイパスするように電流を流してアーク放
電を止める。発熱が止んで熱応動片１５の温度が所定の
温度未満に下がれば熱応動片１５はその他端を他方の電
極１８又は２８と間隔をあけてこのバイパス電流を流さ
ないようにして自動的に復元する。

【０００８】次に本発明の実施例を比較例とともに図面
に基づいて詳しく説明する。 ＜実施例１＞ 図１及び図２に示すように、通信機器の電子部品１０の
一対の入力線路１１，１２には電子部品１０に並列にサ
ージアブソーバ１３が接続される。サージアブソーバ１
３はサージ吸収素子１４とバイメタル片１５とこれらを
被包する無機ガラス管１６からなる。この例ではサージ
吸収素子１４は放電開始電圧が３００Ｖのギャップ型放
電管である。このサージ吸収素子１４の両端に互いに対
向して設けられた電極１７，１８はステンレス鋼からな
り、一方の電極１７の内側凸部１７ａの上部にはバイメ
タル片１５の一端が接続される。バイメタル片１５の他
端は自由端であって、その温度が所定の温度以上である
とき他方の電極１８に接続し、その温度が所定の温度未
満であるとき他方の電極１８の内側凸部１８ａの上部と
間隔をあけるように可動に設けられる。バイメタル片１
５は外層がＦｅ−Ｎｉ合金の高膨張体からなり、内層が
インバー合金の低膨張体からなる。これにより、バイメ
タル片１５はサージ吸収素子１４の電極間のアーク放電
による発熱で所定の温度以上になるとその他端が電極１
８の凸部１８ａに接続するように構成される。電極１７
の外側にはリード線１９が、電極１８の外側にはリード
線２０がそれぞれ接続される。

【０００９】このサージアブソーバ１３を製造するに
は、最初に電極１７にバイメタル片１５の一端の低膨張
体側をスポット溶接により接続し、次いでアルゴンガス
雰囲気下で電極１７，１８をガラス管１６の両端に互い
に向合うように挿入する。バイメタル片１５の他端が電
極１８と所定の間隔をあけるように位置決めした後ガラ
ス管１６を密封する。

【００１０】このような構成のサージアブソーバ１３で
は、入力線路１１，１２間に急峻な雷サージが侵入する
と、サージ吸収素子１４の電極１７，１８間でアーク放
電が生じて電流が流れ、サージアブソーバ１３の後段に
並列接続された電子部品１０を雷サージから保護する。
また継続して入力線路１１，１２間に過電圧又は過電流
が加わった場合には、サージ吸収素子１４の電極１７，
１８間でアーク放電が生じて電流が流れ続ける。バイメ
タル片１５が加熱されその温度が所定の温度以上になれ
ば、図の破線で示すように変形して電極１７，１８を短
絡する。これにより連続的なアーク放電を防止でき、か
つ無機ガラス管１６の発熱を低減することができる。バ
イメタル片１５が冷えその温度が所定の温度未満になれ
ば復元し、なお過電圧又は過電流が加わっていれば同じ
動作を繰返す。

【００１１】＜実施例２＞図３は本発明の別の実施例を
示す。図３において、図１と同一符号は同一構成部品を
示す。この例の特徴あるところは、電極１７の凸部１７
ａの下部にバイメタル片１５の一端の高膨張体側がスポ
ット溶接され、バイメタル片１５の他端が電極１８の凸
部１８ａの上部と間隔をあけて設けられた点にある。こ
の構造によればアーク放電時にバイメタル片１５の受け
る熱量がより多くなりより短時間に電極１７，１８を短
絡する。

【００１２】＜実施例３＞図４は本発明の更に別の実施
例を示す。この例ではサージアブソーバ２３のサージ吸
収素子２４は放電開始電圧が３００Ｖのマイクロギャッ
プ型放電管である。このサージ吸収素子２４は導電性皮
膜で被包した円柱状のセラミックス素体２５を備え、こ
の素体２５の中央部分の周方向に数１０μｍのマイクロ
ギャップ２６が形成される。この素体２５の両端にはキ
ャップ電極２７，２８が冠着される。電極２７の外面に
は実施例１と同一のバイメタル片１５の一端がスポット
溶接により接続され、バイメタル片１５の他端は電極２
８と間隔をあけて設けられる。このバイメタル片１５が
取付けられたサージ吸収素子２４は電極２７，２８にリ
ード線３１，３２がそれぞれ接続された後、アルゴンガ
ス雰囲気下でガラス管２９に封入される。このサージア
ブソーバ２３の動作は前記実施例と同様であるため、繰
返しの説明を省略する。

【００１３】＜比較例１＞図１に示したバイメタル片１
５を設けないサージアブソーバを比較例１とする。 ＜比較例２＞図４に示したバイメタル片１５を設けない
サージアブソーバを比較例２とする。

【００１４】＜各種試験とその結果＞実施例２，３及び
比較例１，２の各サージアブソーバについて過電圧過電
流試験を行った。実施例２及び３のサージアブソーバに
ついては、それぞれ図２に示すように入力線路１１，１
２に接続した。また比較例１及び２のサージアブソーバ
については、それぞれ図５に示すように０．５Ａのヒュ
ーズ４が設けられた入力線路１と別の入力線路２との間
に接続した。 (a) 過電圧過電流試験 これらの試験回路の一対の入力線路に、ＡＣ６００Ｖで
４０Ａの電流を１．５秒間流す試験（試験Ａ）、ＡＣ６
００Ｖで２．２Ａの電流を３０分間流す試験（試験
Ｂ）、及びＡＣ６００Ｖで０．５Ａの電流を３０分間流
す試験（試験Ｃ）をそれぞれ行った。その結果を表１に
示す。表１から比較例１及び２のサージアブソーバが特
性を維持できず、或いはサージアブソーバが発熱したの
に対して、実施例２及び３のサージアブソーバは大サー
ジ電流を吸収できるとともに、広い電流範囲で発熱する
ことがなかった。 (b) サージ印加試験 実施例２及び３については、図２に示す入力線路１１及
び１２に（８×２０）μｓｅｃ−５００Ａの疑似サージ
電流を流した。一方比較例１及び２については、図５に
示す入力線路１及び２に（８×２０）μｓｅｃ−２００
Ａの疑似サージ電流を流した。比較例１及び２のサージ
アブソーバが（８×２０）μｓｅｃ−２００Ａのサージ
電流でヒューズが溶断したのに対して、実施例２及び３
のサージアブソーバは（８×２０）μｓｅｃ−５００Ａ
のサージ電流でもその特性は劣化しなかった。（以下、
本頁余白）

【００１５】

【表１】

【００１６】なお、上記実施例では熱応動片として、バ
イメタル片を示したが、形状記憶合金片でもよい。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、両
端に互いに対向して設けられた一対の電極を有するギャ
ップ型サージ吸収素子と、保護される電子部品の通信回
線の一対の入力線路の間にサージ吸収素子を接続するよ
うに一対の電極にそれぞれ接続された一対のリード線
と、熱応動片温度が所定の温度以上のときにサージ吸収
素子をバイパスするように電流を流しかつ所定の温度未
満のときにサージ吸収素子をバイパスする電流を流さな
いようにサージ吸収素子に並列に接続された熱応動片と
を備え、熱応動片の一端を一方の電極に接続し、その他
端を自由端にしてその温度が所定の温度以上であるとき
他方の電極に接続しその温度が所定の温度未満であると
き他方の電極と間隔をあけるように可動に設けたので、
雷サージのような瞬間的なサージ電圧を吸収することに
加えて、継続的な過電圧又は過電流の侵入があって熱応
動片の温度が所定の温度以上になった場合にはサージ吸
収素子の異常発熱を防止して周辺の電子機器を保護する
ことができる。また、継続的な過電圧又は過電流の侵入
が止んで熱応動片の温度が所定の温度未満に下がった場
合には熱応動片は自動的に復元し、従来のようにヒュー
ズを交換する煩わしさがない。更に、本発明のサージア
ブソーバの熱応動片の取付けは一方の電極に溶着するだ
けで済むため、熱応動片の取付構造が極めて簡単である
利点があり、かつ熱応動片自身が放電電極を構成しない
ことから、熱応動片の熱損傷の程度は少なくその寿命は
長く、サージアブソーバを交換しなくても多数回の過電
圧又は過電流の侵入に対しても周辺の電子機器を保護で
きる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のサージアブソーバの断面図。

【図２】本発明実施例のサージ吸収回路の構成図。

【図３】本発明の別の実施例のサージアブソーバの断面
図。

【図４】本発明の更に別の実施例のサージアブソーバの
断面図。

【図５】比較例のサージアブソーバが接続されるサージ
吸収回路の構成図。

【符号の説明】

１３，２３ サージアブソーバ １４，２４ ギャップ型サージ吸収素子 １５ バイメタル片（熱応動片） １７，１８，２７，２８ 電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 富士男 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三菱マテリアル株式会社 セラミックス 研究所内 (56)参考文献 実公 昭26−10233（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭33−13230（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭39−9930（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端に互いに対向して設けられた一対の
   電極(17,18,27,28)を有するギャップ型サージ吸収素子
   (14,24)と、 保護される電子部品(10)の通信回線の一対の入力線路(1
   1,12)の間に前記サージ吸収素子(14,24)を接続するよう
   に前記一対の電極(17,18,27,28)にそれぞれ接続された
   一対のリード線(19,29,31,32)と、 熱応動片温度が所定の温度以上のときに前記サージ吸収
   素子(14,24)をバイパスするように電流を流しかつ前記
   所定の温度未満のときに前記サージ吸収素子(14,24)を
   バイパスする電流を流さないように前記サージ吸収素子
   (14,24)に並列に接続されたバイメタル又は形状記憶合
   金からなる熱応動片(15)と を備え、 前記熱応動片(15)の一端は前記一方の電極(17,27)に接
   続され、前記熱応動片(15)の他端は自由端であってその
   温度が前記所定の温度以上であるとき前記他方の電極(1
   8,28)に接続しその温度が前記所定の温度未満であると
   き前記他方の電極(18,28)と間隔をあけるように可動に
   設けられた ことを特徴とする 通信回線用サージアブソー
   バ。