JP2762048B2

JP2762048B2 - 故障検出機構付放電型サージ吸収素子

Info

Publication number: JP2762048B2
Application number: JP9628395A
Authority: JP
Inventors: 良人河西
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JPH08273800A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、気密容器内に封入し
た放電間隙における放電現象を利用してサージ等の過電
圧を吸収する放電型サージ吸収素子に係り、特に、当該
素子がオープンモードで故障した際に、その事実を感知
して外部に表示できる故障検出機構付放電型サージ吸収
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器に侵入する過渡的な異常
電圧や誘導雷等のサージから電子機器の電子回路素子を
保護するため、気密容器内に封入した放電間隙における
放電現象を利用した放電型サージ吸収素子が用いられて
いる。その一例として、図６に示す放電型サージ吸収素
子60は、丸棒状の電極基体62の表面にエミッタ層64を被
着させて成る一対の放電電極66，66の下端にリード端子
68，68を接続し、これを放電間隙70を隔てて互いに平行
するよう配置し、ガラス管の両端開口を封止して形成し
た気密容器72内に、希ガスを主体とした放電ガスと共に
封入し、上記リード端子68，68を気密容器72の下端封着
部72ａを貫通させて外部に導出して成る。

【０００３】この放電型サージ吸収素子60は、例えば図
７に示すように、被保護回路74に接続された一対の電源
ラインＬ1，Ｌ2とグランドＧ間に、リード端子68，68を
介して挿入接続される。しかして、上記電源ラインＬ1
−グランドＧ間、あるいはＬ2−Ｇ間に伝導性のコモン
モード・サージが印加されると、上記放電間隙70にグロ
ー放電を経てアーク放電が生成され、該アーク放電を通
じてサージはグランドＧ側に逃がされることとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような放電型サー
ジ吸収素子60にあっては、アーク放電の大電流を利用し
てサージを吸収するものであり、電流耐量が大きいとい
う利点がある。しかし一方で、過大なサージを吸収した
場合、急激な熱エネルギによってガラス製の気密容器72
にクラックが生じ、内部に大気が流入することとなる。
この結果、気密容器72内の圧力が大気圧まで高まり、放
電型サージ吸収素子60の動作電圧（直流放電開始電圧）
が上昇するため、本来のサージ吸収機能を喪失すること
となる。したがって、このように放電型サージ吸収素子
60がいわゆるオープンモードで故障した場合には、速や
かに新品と交換する必要がある。ところが、被保護電子
機器内に組み込まれた放電型サージ吸収素子60の故障を
外部から把握することは困難であり、その交換の時機を
逸する虞があった。

【０００５】この発明は、従来の上記問題に鑑みて案出
されたものであり、その目的とするところは、放電型サ
ージ吸収素子がオープンモードで故障した場合に、その
事実を外部に確実に表示可能な故障検出手段を備えた放
電型サージ吸収素子を実現することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る故障検出機構付放電型サージ吸収素子
は、複数の放電電極を放電間隙を隔てて対向配置し、こ
れを放電ガスと共に気密容器内に封入し、各放電電極に
接続された第１のリード端子を気密容器外に導出して成
る放電型サージ吸収素子において、上記気密容器内にフ
ィラメントを封入すると共に、該フィラメントの両端に
接続された第２のリード端子を気密容器外に導出し、該
第２のリード端子間に、上記フィラメント点灯用の直流
電源と、該フィラメントを流れる電流値の変動を感知し
て外部に表示する検出手段とを接続したことを特徴とす
る。

【０００７】上記検出手段としては、例えば電流計が該
当する。あるいは、白熱電球によって検出手段を構成し
てもよい。上記直流電源には、開閉スイッチを接続する
ことが望ましい。

【０００８】

【作用】放電型サージ吸収素子の気密容器内は、一般に
２００〜３００Torrの減圧雰囲気にあるためフィラメン
トから放電ガスへの熱拡散率が低く、電源供給を受けて
点灯中のフィラメントは高温を維持することとなり、そ
の抵抗値も比較的高い値となっている。これに対し、気
密容器にクラックが生じて空気が流入すると、気密容器
内の圧力は大気圧（７６０Torr）まで上昇するため上記
熱拡散率が高まり、点灯中のフィラメントの温度が低下
すると共に、その抵抗値も比較的低い値となる。この結
果、電源電圧を一定とすれば、フィラメントを流れる電
流値が高まり、その事実が電流計等の検出手段を介して
外部に表示される。したがって、検出手段を観察してい
れば、放電型サージ吸収素子がオープンモードで故障し
た事実を、外部において間接的に把握することができ
る。

【０００９】

【実施例】図１に示すように、本発明の一実施例に係る
故障検出機構付放電型サージ吸収素子10は、放電型サー
ジ吸収素子12と、故障検出回路14とに大別される。放電
型サージ吸収素子12は、図２に示すように、ガラス管の
両端開口を封止して形成した気密容器16内に、放電間隙
18を隔てて対向配置された一対の放電電極20，20と、該
放電電極20，20を支持する誘電体基台22と、フィラメン
ト24とを、不活性ガスを主体とした放電ガスと共に封入
して成る。

【００１０】各放電電極20，20は、導電性に優れたニッ
ケル等の金属を細長い丸棒状に加工した電極基体26，26
と、該電極基体26，26の表面を覆うエミッタ層28，28よ
り成る。このエミッタ層28，28は、酸化バリウム（Ｂａ
Ｏ）や六硼化ランタン（ＬａＢ₆）等より成り、耐スパ
ッタ性能の向上等を企図して形成される。但し、このエ
ミッタ層28，28は必須の構成要素ではなく、該エミッタ
層28，28を形成せずに電極基体26，26をそのまま放電電
極20，20として用いることもできる。電極基体26，26の
下端部にはデュメット線（銅被覆鉄ニッケル合金線）や
４２−６合金線等より成る第１のリード端子30，30が接
続されている。この第１のリード端子30，30は、誘電体
基台22の貫通孔22ａ，22ａに挿通されると共に、気密容
器16の下端封着部16ａを貫通して外部に導出されてい
る。また、電極基体26，26の下端部は、上記貫通孔22
ａ，22ａと同心円状に形成された誘電体基台22の凹部22
ｂ，22ｂ内に嵌挿され、その位置決めと固定がなされて
いる。

【００１１】上記誘電体基台22は、図３に示すように、
アルミナやフォルステライト等のセラミックあるいはガ
ラス等を、両側面が湾曲したブロック状に形成して成
り、該誘電体基台22の表面にはカーボン線や他の導電材
料より成るトリガ電極32が形成されている。該トリガ電
極32の両端と各放電電極20，20との間には、幅５０〜３
００μｍの微小間隙34，34が形成されている。また、誘
電体基台22の表面における上記微小間隙34，34に対応す
る箇所には、深さ５０〜３００μｍの溝36，36が形成さ
れている。

【００１２】上記フィラメント24は、タングステン製の
二重コイルより成り、ジュメット線より成る第２のリー
ド端子38，38によって両端が支持されている。また、第
２のリード端子38，38は、気密容器16の上端封着部16ｂ
内面に配置されたステム40によって支持固定されると共
に、その先端部は上端封着部16ｂを貫通して外部に導出
されている。

【００１３】該放電型サージ吸収素子12は、図１に示す
ように、第２のリード端子38，38を介して上記故障検出
回路14に接続される。この故障検出回路14は、上記フィ
ラメント24に直流電圧を供給する直流電源42と、開閉ス
イッチ44と、検出手段としての電流計46とを備えて成
る。また、この放電型サージ吸収素子12は、第１のリー
ド端子30，30を介して、被保護回路48に接続された一対
の電源ラインＬ1，Ｌ2とグランドＧ間に挿入接続され
る。なお、第１のリード端子30とグランドＧとの間に
は、続流防止用の保護素子として第１のバリスタ50が接
続されている。

【００１４】しかして、電源ラインＬ1−グランドＧ間
あるいはＬ2−Ｇ間に、定格以上のコモンモード・サー
ジが印加されると、誘電体基台22の表面を介して放電電
極20，20とトリガ電極32の両端間の電界強度が高まり、
微小間隙34，34において放電遅れの少ない微弱な放電が
直ちに生成され、サージの吸収が開始される。これに続
いて誘電体基台22の表面に沿面放電が生成されてサージ
の吸収がなされる共に、両放電を介して多量の電子及び
イオンが気密容器16内に放出されることとなり、そのプ
ライミング効果によって放電電極20，20間の放電間隙18
に速やかに主放電たるアーク放電が生成され、本格的な
サージの吸収が実現される。また、電源ラインＬ1−Ｌ2
間にノーマルモード・サージが印加された場合には、Ｌ
1−Ｌ2間に挿入された第２のバリスタ52が動作してこれ
を吸収するものである。

【００１５】ところで、上記故障検出回路14の開閉スイ
ッチ44をＯＮすると、放電型サージ吸収素子12のフィラ
メント24に直流電圧が印加されて該フィラメント24が点
灯するが、気密容器16内は通常２００〜３００Torr程度
の減圧雰囲気にあるため、フィラメント24から放電ガス
への熱拡散率が低く、フィラメント24の温度は比較的高
く維持される。このため、フィラメント24の抵抗値が比
較的高い値となり、その電流制限作用によって故障検出
回路14の電流値は比較的低い値となる。これに対し、放
電型サージ吸収素子12が過大なサージの印加による衝撃
を受け、気密容器16にクラックが入ると、該クラックか
ら空気が流入するため、気密容器16内の圧力が大気圧
（７６０Torr）まで上昇し、上記熱拡散率が高まること
となる。したがって、この段階で上記故障検出回路14の
開閉スイッチ44をＯＮしてフィラメント24を点灯させる
と、フィラメント24の温度は上記正常時に比べて低くな
り、その抵抗値も比較的低い値となるため、故障検出回
路14の電流値は比較的高い値となる。この電流値の差を
上記電流計46で読むことにより、放電型サージ吸収素子
12の気密容器16にクラックが入ったか否かを間接的に把
握することが可能となる。

【００１６】上記開閉スイッチ44と電流計46を、放電型
サージ吸収素子12が組み込まれた電子機器の外部に配し
ておけば、機器の内部を覗くことなく、外側から放電型
サージ吸収素子12の状態（故障の有無）を把握すること
ができ、その取換え時期を知ることができる。すなわ
ち、上記開閉スイッチ44を定期的にＯＮすることで、放
電型サージ吸収素子12の状態を随時確認できるものであ
る。もちろん、上記開閉スイッチ44をＯＮしたままにし
て、放電型サージ吸収素子12の状態を常時観察してもよ
い。また、上記電流計46に他の適当な検出手段54（例え
ば警報ブザー）を接続することにより、電流値の変化を
より明瞭な形で取り出して外部表示するよう構成しても
よい。

【００１７】電流計46以外の検出手段は、必ずしも電流
計46に接続する必要はなく、故障検出回路14に直接接続
してもよい。図４はその一例を示すものであり、故障検
出回路14中に、検出手段としての白熱電球56を直列接続
したことを特徴とする。この場合、開閉スイッチ44をＯ
Ｎして放電型サージ吸収素子12のフィラメント24を点灯
させると、気密容器16が正常状態にあるときは、回路14
に流れる電流値が比較的低いため白熱電球56は比較的暗
く点灯し、気密容器16にクラックが生じているときに
は、回路14に流れる電流値が比較的高くなるため白熱電
球56はより明るく点灯することとなる。したがって、電
流計46の値を読まなくても、白熱電球56の明るさの変化
によって放電型サージ吸収素子12の故障の有無を認識す
ることができる。

【００１８】また、白熱電球56として、放電型サージ吸
収素子12の気密容器16が正常状態にあるときの回路電流
によっては点灯不可であり、気密容器16が破壊状態にあ
るときの比較的高い回路電流によって初めて点灯可能と
なるものを選定することにより、当該白熱電球56の消灯
→点灯というより明瞭な形で放電型サージ吸収素子の故
障を外部表示することが可能となる。あるいは、白熱電
球56として、放電型サージ吸収素子12の気密容器16が正
常状態にあるときの回路電流が上限であり、したがって
該電流値の下で極めて明るく点灯しており、気密容器16
の破壊によって電流値が上昇した場合には、白熱電球56
のフィラメントが部分的な過熱状態となって切れるもの
を選定することにより、放電型サージ吸収素子12の故障
を当該白熱電球56の消灯という形で外部表示してもよ
い。なお、白熱電球56はあくまでも検出手段の一例であ
り、故障検出回路14の電流値の変化を外部に表示できる
ものであれば、他の手段を用いてもよい。また、図４に
おいては、故障検出回路14に電流計46も直列接続されて
いるが、検出手段としての白熱電球56が存在する以上、
この電流計46を省略することもできる。

【００１９】ところで、放電型サージ吸収素子の動作電
圧（直流放電開始電圧）は、自然現象として発生する一
般的な誘導雷サージの電圧値（３０００Ｖ以下）を考慮
すれば、これを確実に吸収できるよう２００〜８００Ｖ
程度に設定されるべきである。しかし一方で、電源を必
要とする機器については電気用品取締法に定められた耐
電圧試験が課せられ、該耐電圧試験においては、電源ラ
インＬ1，Ｌ2間を短絡した上で、Ｌ1−Ｇ間及びＬ2−Ｇ
間にＡＣ１２００Ｖ（ＡＣ１００Ｖ電源の場合）あるい
は１５００Ｖ（ＡＣ２００Ｖ電源の場合）の過電圧が１
分間印加される。したがって、これよりも低い動作電圧
を備えた放電型サージ吸収素子を接続しておくと、この
試験電圧によって素子が動作して電流が流れてしまい、
結果として試験に不合格となってしまう。

【００２０】このため、上記試験電圧によっては絶対に
動作しないよう、放電型サージ吸収素子の動作電圧を２
４００〜３６００Ｖといった比較的高い値に設定すれ
ば、確かに上記耐電圧試験には合格できるのであるが、
耐電圧試験後における、被保護電子機器の実際の使用時
において、２４００Ｖ未満のサージ等の過電圧が印加さ
れた場合には、放電型サージ吸収素子が動作できず、当
該電子機器を保護し得ない事態が生じる。あるいは、予
め２００〜８００Ｖの低い動作電圧を備えた放電型サー
ジ吸収素子を接続すると共に、耐電圧試験の実施前に素
子とグランド間を断線しておき、試験終了後に再結線す
るようにすれば、上記耐電圧試験に合格でき、かつ電子
機器の実際の使用時には有効にサージを吸収できるが、
そもそも一旦断線した後に結線し直すのは二度手間とな
るばかりでなく、結線のし忘れによる事故が生じる危険
性が高いものであった。

【００２１】本発明は、この問題に対する有効な解決手
段となり得るものである。すなわち、上記フィラメント
24の消灯時における放電電極20，20間の直流放電開始電
圧が２４００〜３６００Ｖとなるように設定しておき、
上記故障検出回路14の開閉スイッチ44をＯＦＦした状態
（フィラメント24を消灯させた状態）で上記耐電圧試験
に臨めば、試験電圧の印加によって放電型サージ吸収素
子12は動作せず、電流が流れないため試験に合格でき
る。そして、試験終了後に故障検出回路14の開閉スイッ
チ44をＯＮすれば、フィラメント24が点灯して豊富な熱
電子が気密容器16内に常時供給されるため、放電電極2
0，20間の電圧印加時における放電生成が促進され、結
果として直流放電開始電圧が低下することとなる。この
状態で一般的なサージが印加されれば、放電間隙18にお
いてアーク放電が生成され、これを有効に吸収すること
が可能となる。なお、フィラメント24消灯時の直流放電
開始電圧を２４００〜３６００Ｖという比較的高い値に
設定するには、放電間隙18を広めに設定したり、放電ガ
スの組成を工夫することが考えられる。因みに、放電ガ
スとして、窒素ガス（Ｎ₂）と六弗化硫黄ガス（ＳＦ₆）
との混合ガスを用いれば、直流放電開始電圧を容易に比
較的高い値に設定することが可能となる。

【００２２】なお、図５に示すように、放電型サージ吸
収素子12の誘電体基台22の表面に溝36を形成したため、
微小間隙34の間隙長を所定の値に設定し易くなるという
利点が生じる。また、放電電極20とトリガ電極32の端部
との間の沿面距離が溝36の存在によって拡大するため、
主放電に伴って発生したスパッタ物質58による放電電極
20とトリガ電極32の端部間の絶縁劣化が生じ難くなり、
放電型サージ吸収素子12の寿命特性を向上させることが
できる。もっとも、本発明にとって、上記誘電体基台22
を用いることは必須の構成要件ではなく、該誘電体基台
22を有しない一般的な放電型サージ吸収素子に応用する
ことも可能である。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る故障検出機構付放電型サー
ジ吸収素子にあっては、気密容器にクラックが生じるオ
ープンモードの故障が発生した場合には、この事実がフ
ィラメントを流れる電流値の上昇となって表れ、検出手
段を介して外部に表示されるため、該検出手段を観察す
ることにより、放電型サージ吸収素子が故障した事実を
外部において確実に把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る故障検出機構付放電型サージ吸収
素子の接続例を示す回路図である。

【図２】上記故障検出機構付放電型サージ吸収素子の素
子部分を示す断面図である。

【図３】上記故障検出機構付放電型サージ吸収素子の誘
電体基台と放電電極との係合状態を示す斜視図である。

【図４】上記故障検出機構付放電型サージ吸収素子の変
形例を示す回路図である。

【図５】上記故障検出機構付放電型サージ吸収素子の誘
電体基台に形成された溝を示す拡大部分断面図である。

【図６】従来の放電型サージ吸収素子を示す断面図であ
る。

【図７】従来の放電型サージ吸収素子の接続例を示す回
路図である。

【符号の説明】 10 故障検出機構付放電型サージ吸収素子 12 放電型サージ吸収素子 14 故障検出回路 16 気密容器 18 放電間隙 20 放電電極 24 フィラメント 30 第１のリード端子 38 第２のリード端子 42 直流電源 44 開閉スイッチ 46 電流計 54 検出手段 56 白熱電球

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の放電電極を放電間隙を隔てて対向
配置し、これを放電ガスと共に気密容器内に封入し、各
放電電極に接続された第１のリード端子を気密容器外に
導出して成る放電型サージ吸収素子において、上記気密
容器内にフィラメントを封入すると共に、該フィラメン
トの両端に接続された第２のリード端子を気密容器外に
導出し、該第２のリード端子間に、上記フィラメント点
灯用の直流電源と、該フィラメントを流れる電流値の変
動を感知して外部に表示する検出手段とを接続したこと
を特徴とする故障検出機構付放電型サージ吸収素子。
【請求項２】上記検出手段が、電流計であることを特
徴とする請求項１に記載の故障検出機構付放電型サージ
吸収素子。
【請求項３】上記検出手段が、白熱電球であることを
特徴とする請求項１に記載の故障検出機構付放電型サー
ジ吸収素子。
【請求項４】上記直流電源に開閉スイッチが接続され
ていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載
の故障検出機構付放電型サージ吸収素子。