JP4983448B2 - サージアブソーバ及びサージアブソーバの実装構造 - Google Patents
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Description
このような放電型のサージアブソーバでは、サージが入力されると、サージ吸収素子で放電を行うことでサージを吸収する。異常電圧である過電圧が入力された場合であっても、サージが入力されたときと同様に、サージ吸収素子で放電を行うことによってサージを吸収するが、過電圧が長時間入力されると、放電によってサージアブソーバが発熱によって加熱される。そして、この発熱によってサージ吸収素子が損傷したり、サージアブソーバが実装されている実装基板に熱的な損傷を与えたりするという問題がある。そこで、実装基板への熱的な損傷を回避するために、サージ吸収素子にヒューズを接続することや、サージアブソーバにヒューズを設けることなどが行われている(例えば、特許文献1参照)。これにより、過電圧を長時間印加された際にその電流をヒューズによって遮断することで、実装基板の熱的損傷の発生を回避することが可能となる。
すなわち、過電圧が印加されると放電電極の間で放電が行われ、サージアブソーバが加熱される。このとき、過電圧の印加によって長時間放電が行われると、放電によってガラス管が加熱してガラス転移点に至り、溶融する。このようにガラス管が溶融すると、ガラス管が導電性を有することになり、ガラス管にも過電圧による電流が流れる。そして、ガラス管は、発熱し、粘性が低下することでその自重により落下する。このとき、一対の端子電極によって挟持されていたサージ吸収素子の挟持状態が開放され、この溶融したガラス管と共にサージ吸収素子が落下する。ここで、リード線の少なくとも一部を絶縁性管で被覆した状態でサージアブソーバを実装基板に実装することで、実装基板の実装面とガラス管との間には空隙が発生することになる。このため、ガラス管が端子電極から離間した状態で落下する。
これにより、一対の端子電極間の空隙が、サージ吸収素子の落下前ではマイクロギャップと同等の距離であったのに対して、サージ吸収素子と同等の距離となる。また、ガラス管の内部に封止されていた封止ガス雰囲気ではなく、大気雰囲気となる。このため、一対の端子電極間における放電を停止し、一対の端子電極間における電流の流れを遮断する。
以上より、サージ吸収素子が一対の端子電極間から抜け落ちることでヒューズとしての機能を有することとなる。したがって、サージアブソーバを大型化することなく、ヒューズとしての機能を設けることができる。
また、リード線の少なくとも一部をガラス管よりも高い耐熱性を有する絶縁性管で被覆することで、溶融して落下したガラス管がリード線を被覆する絶縁性管に付着したときに、リード線にガラス管が付着することと比較して、付着したガラス管を短時間で冷却することができる。これにより、冷却させたガラス管が絶縁性を有することとなり、落下したガラス管が端子電極と接触している場合であっても、過電圧による電流がガラス管内を流れることを防止する。したがって、端子電極からガラス管を経由して実装基板に電流が流れて実装基板が加熱されることを防止する。
ここで、リード線のうち少なくともサージ吸収素子の軸方向の長さと同等の領域にわたって絶縁性管で被覆することで、落下したサージ吸収素子がリード線に付着することを抑制できる。
そして、隣接して配置された複数のサージアブソーバに対して過電圧が印加された場合において、一のサージアブソーバにおけるガラス管が溶融し、この溶融したガラス管が隣接する他のサージアブソーバに付着して、この他のサージアブソーバにおけるガラス管の溶融、落下が妨害されることを回避する。これにより、他のサージアブソーバにおけるサージ吸収素子も溶融したガラス管と共に落下して一対の端子電極間おける電流の流れを遮断する。したがって、複数のサージアブソーバを隣接して配置した場合であっても、サージ吸収素子が加熱することによる障害を回避することができる。
すなわち、溶融したガラス管が落下する際、ガラス管が一対の端子電極の一方と実装基板とに付着して双方を接続することにより、上述したように、溶融して導電性を有するガラス管によって過電圧が上記一方の端子電極と実装基板との間に流れ、実装基板が加熱されることがある。ここで、放電時にガラス管のうち最も加熱されやすい箇所は、放電間隙の近傍となっている。これは、放電電極のうち放電間隙の近傍において放電が開始することによる。このとき、ガラス管と実装基板との距離を3.5mm以上とすることで、ガラス管の加熱による熱的影響が実装基板に及ぶことを抑制すると共に、溶融したガラス管が一対の端子電極の一方と実装基板との双方に付着することを回避できる。ここで、リード線のうち少なくともサージ吸収素子の軸方向の長さと同等の領域にわたって絶縁性管で被覆することで、落下したサージ吸収素子がリード線に付着することを抑制できる。
すなわち、ガラス管の軸線を実装基板と垂直となるようにサージアブソーバを配置したときにおいて溶融したガラス管が落下する際、ガラス管と実装基板との距離を1.5mm以上とすることで、ガラス管の加熱による熱的影響が実装基板に及ぶことを抑制すると共に、溶融したガラス管が一対の端子電極の一方と実装基板との双方に付着することを回避できる。
円柱状セラミックス11は、例えばムライト焼結体などのセラミックス材料で構成されている。
一対の放電電極13、14は、円柱状セラミックス11の表面に放電間隙12を介して分割形成された一対のトリガ電極15、16と、円柱状セラミックス11の両端に対向配置されてトリガ電極15、16にそれぞれ接触する一対のキャップ電極17、18とを備えている。
この放電間隙12は、例えばレーザカットやダイシング、エッチングなどの加工によって形成されており、0.01mmから1.5mmの幅で1本から100本形成されるが、本実施形態では、110μmのものを1本形成している。
また、ガラス管4は、その軸線が実装基板Bの実装面と平行であると共に、その外周面と実装基板Bの実装面との距離が3.5mm以上となるように配置されている。すなわち、ガラス管4の外周面のうちサージ吸収素子2の軸線に対して垂直であると共に放電間隙12を含む面と交差する位置と、実装基板Bの実装面との距離が、3.5mm以上となっている。
封止ガス3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が調整されたガスであって、例えばAr(アルゴン)によって構成されている。
また、端子電極5、6の表面が酸化銅で被覆されていることにより、ガラス管4と端子電極5、6とのヌレ性が良好となっている。このため、ガラス管4の内周面と端子電極5、6の外周面との溶着が強固になり、より確実に封止することが可能となっている。
また、リード線7、8のうち上記先端と上記屈曲部との間は、それぞれ絶縁性管21、22で被覆されている。この絶縁性管21、22は、例えばセラミックスなどのようにガラス管4よりも高い耐熱性を有する材料で構成されている。なお、リード線7、8のうち上記先端と上記屈曲部との距離は、サージ吸収素子2の軸方向の長さよりも長くなっている。そして、リード線7、8のうち絶縁性管21、22によって被覆される領域の長さは、それぞれサージ吸収素子2の軸方向の長さよりも長くなっている。
また、落下したガラス管4が端子電極5、6と接触している場合であっても、絶縁性管21、22によって過電圧による電流がガラス管4内を流れることを防止することで、端子電極5、6からガラス管4を経由して実装基板Bに電流が流れて実装基板Bが加熱されることを回避する。
そして、ガラス管4の軸線を実装基板Bと平行となるようにサージアブソーバを配置したときにガラス管4と実装基板Bとの距離L1を3.5mm以上とすることで、溶融したガラス管4が落下する際、溶融したガラス管4が端子電極5、6の一方と実装基板Bとの双方に付着することを回避できる。これにより、溶融して落下したガラス管4によって実装基板Bも加熱されることをより確実に回避できる。
例えば、上記実施形態では、距離L1を3.5mm以上としているが、溶融したガラス管4が落下する際、溶融したガラス管4が端子電極5、6の一方と実装基板Bとの双方に付着することを回避できれば、距離L1は3.5mm未満であってもよい。
また、トリガ電極をTiNで構成しているが、TiNに限らず、例えばAg(銀)、Ag/Pd(パラジウム)合金、SnO2(酸化スズ)、Al(アルミニウム)、Ni(ニッケル)、Cu(銅)、Ti(チタン)、Ta(タンタル)、W(タングステン)、SiC(炭化シリコン)、Ba(バリウム)あるいはBa化合物、C(炭素)、Ag/Pt(白金)合金、TiC(炭化チタン)、TiCN(炭窒化チタン)などの導電性材料、もしくはこれらにTiNを加えた中から選択した混合物で構成してもよい。
また、キャップ電極をステンレスで構成しているが、円柱状セラミックスよりも硬度の低い材料であれば、ステンレスに限らず、CuやNi系の合金でもよい。
また、放電電極は、トリガ電極とキャップ電極とを有しているが、円柱状セラミックスと端子電極との電気的な接触が十分に確保されるのであれば、キャップ電極を設けない構成としてもよい。
また、サージ吸収素子の構造は、絶縁性部材に放電間隙を介して対向配置された一対の放電電極を有していて一対の端子電極によって挟持されていれば、他の構造であってもよい。
また、端子電極として鉄ニッケル銅線を用い、リード線としてCP線を用いているが、他の材料を用いてもよい。
また、絶縁性管としてセラミックスを用いているが、ガラス管よりも高い耐熱性を有していれば、他の材料を用いてもよい。そして、リード線に複数の絶縁性管を複数段積層した構成としてもよい。
また、封止する際の雰囲気、すなわち内部の不活性ガスは、放電特性に応じて決定され、例えば、N2(窒素)、He(ヘリウム)、Xe(キセノン)、H2(水素)、SF6、CF4(四フッ化炭素)、C2F6(六フッ化二炭素)、C3F8(八フッ化三炭素)、CO2(二酸化炭素)及びこれらにArを加えた中から選択した混合ガスでもよい。
2 サージ吸収素子
3 封止ガス
4 ガラス管
5,6 端子電極
7,8 リード線
11 円柱状セラミックス(絶縁性部材)
12 放電間隙
13,14 放電電極
15,16 トリガ電極
17,18 キャップ電極
21,22 絶縁性管
B 実装基板
L1〜L3 距離
Claims (3)
- 絶縁性部材と、該絶縁性部材上に放電間隙を介して対向配置された一対の放電電極とを有するサージ吸収素子と、
該一対の放電電極と接触し、前記サージ吸収素子を挟持する一対の端子電極と、
該端子電極に接続されるリード線と、
前記サージ吸収素子を封止ガスと共に封入し、熱膨張係数が前記サージ吸収素子の熱膨張係数よりも大きいガラス管とを備え、
前記リード線のうち少なくともサージ吸収素子の軸方向の長さよりも長い部分が、前記ガラス管よりも高い耐熱性を有する絶縁性管で被覆され、
前記一対の端子電極間に過電圧が印加されると、前記ガラス管の温度がガラス転移点に達し、溶融することを特徴とするサージアブソーバ。 - 絶縁性部材と、該絶縁性部材上に放電間隙を介して対向配置された一対の放電電極とを有するサージ吸収素子と、
該一対の放電電極と接触し、前記サージ吸収素子を挟持する一対の端子電極と、
該端子電極に接続されるリード線と、
前記サージ吸収素子を封止ガスと共に封入するガラス管とを備えるサージアブソーバを実装基板に実装したサージアブソーバの実装構造であって、
前記リード線のうち少なくともサージ吸収素子の軸方向の長さよりも長い部分が、前記ガラス管よりも高い耐熱性を有する絶縁性管で被覆され、
前記ガラス管は、その軸線が実装基板に対してほぼ平行であると共に、該実装基板との距離が3.5mm以上であることを特徴とするサージアブソーバの実装構造。 - 絶縁性部材と、該絶縁性部材上に放電間隙を介して対向配置された一対の放電電極とを有するサージ吸収素子と、
該一対の放電電極と接触し、前記サージ吸収素子を挟持する一対の端子電極と、
該端子電極に接続されるリード線と、
前記サージ吸収素子を封止ガスと共に封入するガラス管とを備えるサージアブソーバを実装基板に実装したサージアブソーバの実装構造であって、
前記リード線のうち少なくともサージ吸収素子の軸方向の長さよりも長い部分が、前記ガラス管よりも高い耐熱性を有する絶縁性管で被覆され、
前記ガラス管は、その軸線が実装基板に対してほぼ垂直であると共に、該実装基板との距離が1.5mm以上であることを特徴とするサージアブソーバの実装構造。
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