JP5050777B2 - サージアブソーバ - Google Patents

Description

本発明は、異常電圧（サージ電圧）から様々な機器を保護するサージアブソーバに関する。

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、電子機器が電源線に接続される部分、アンテナ或いはＣＲＴ駆動回路等、雷サージや静電気等の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、サージアブソーバが接続されている。

このようなサージアブソーバは、一対の端子電極の間に放電空間を囲む絶縁性管が固着されているとともに、両端子電極間に所望の電気特性を得るために組成を調整されたガスが封止されている。

また、昨今の電子機器等における高密度実装化の流れで、小型化して表面実装部品とすることが求められている。このような表面実装型のサージアブソーバとして、例えば特許文献１記載のサージアブソーバがあり、このサージアブソーバでは、絶縁性管を角筒状に形成することにより、外周面に平坦な搭載面を形成している。
特開２００５−６３７２１号公報

しかしながら、特許文献１記載のサージアブソーバであると、放電時の熱による内圧増加を絶縁性管がその平面で受けることになるため、その平面が交差している絶縁性管の隅部で応力が集中し易く、その応力集中箇所から割れが生じるなど、サージアブソーバとしての破壊耐量が低くなる問題がある。
また、絶縁性管内の放電空間が広いため、応答性も低くなる傾向にある。

本発明は、サージアブソーバとしての破壊耐量を高くするとともに、応答性を高めることを目的とする。

本発明に係るサージアブソーバは、一対の端子電極の間に放電空間を囲む絶縁性管が固着されるとともに、該絶縁性管の内周部に、その内周面の一部を放電空間の内方に突出させてなる突条部が長さ方向に沿って形成され、前記突条部は、その延在方向中央部が前記放電空間の外方に向けて凹むように構成されていることを特徴とする。

すなわち、突条部によって絶縁性管の壁が補強されることにより、破壊耐量が大きくなるとともに、放電空間内に突条部が突出することから、その突条部の沿面を伝って放電し易くなり、放電開始電圧も小さく設定することができる。また、突条部によって絶縁性管の内表面の面積も大きくなることから、沿面放電を促進させることができる。

このサージアブソーバにおいて、前記絶縁性管は、その壁の一部に長さ方向に沿う平板部が形成され、該平板部の内表面に前記突条部が形成されている構成としてもよい。平板部が形成されていることにより、該平板部を基板への搭載面とすることができ、面実装を容易にすることができる。
この場合、前記絶縁性管は、前記平板部が周方向に連続する角筒状に形成されている構成として、面実装をさらに容易にするようにしてもよい。
また、前記突条部を、その延在方向中央部が前記放電空間の外方に向けて凹むように構成しているので、突条部を設けても放電空間が小さくならず、放電時の熱による膨張力を抑えることができるとともに突条部により沿面放電を有効に発生させて応答性を向上させることができる。

本発明に係るサージアブソーバは、破壊耐量が高く、また、応答性も高められる。

本発明の参考例について図面を参照して説明する。図１〜図３は本発明の参考例のサージアブソーバを示しており、このサージアブソーバ１は、一対の対向配置された板状の端子電極２、３と、これら端子電極２、３を両端に配して内部の放電空間４を囲むセラミックス、硝子等からなる絶縁性管５とから構成され、その放電空間４内に、空気よりも絶縁性の低いアルゴン（Ａｒ）等のガスが封入されている。

一対の端子電極２、３はニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）の合金であるコバール（ＫＯＶＡＲ：登録商標）またはニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）の合金である４２アロイ等からなり、絶縁性管５と同じ外形の平板に形成されている。
一方、絶縁性管５はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスや硝子などからなり、その外周が端子電極２、３の外周に一致する形状となっている。この場合、前記絶縁性管５は、四つの平板部６が直角に連続することにより、横断面の外形を四角形とした角筒状に形成されている。

これら平板部６は同じ幅寸法に形成されていることから、四辺が同じ寸法（横断面の外形が正方形）の角筒状に形成されており、この絶縁性管５の内周面、言い換えれば各平板部６の内面には、その幅方向の中央位置に突条部７が突出形成されている。これら突条部７は、各平板部６から直角に突出しているとともに、該平板部６の長さの全体にわたって形成されている。また、この実施形態においては、各突条部７は、平面状の側面７ａと平坦な先端面７ｂとを有する角形断面に形成されており、各突条部７の高さは、各平板部６から放電空間４の中央部付近にまで到達する寸法とされている。したがって、四つの突条部７の各先端面７ｂが放電空間４の中心に向けて配置され、放電空間４は、図３に示すように、角筒状の絶縁性管５の四隅に形成される四つの隅部空間４ａと、これら隅部空間４ａの間に配置された中央部空間４ｂとが相互に連通した形状に形成されている。

なお、前記絶縁性管５の両端面にはモリブデン（Ｍｏ）−タングステン（Ｗ）合金層とニッケル（Ｎｉ）層との２層構造からなるメタライズ層（図示略）が備えられ、その上に銀（Ａｇ）銅（Ｃｕ）系の枠状のロウ材（図示略）を介して前記端子電極２、３が固着されている。

このように構成されるサージアブソーバ１は、絶縁性管５を横向きとし、その平板部６を下に向けた状態でプリント基板（図示略）の上に搭載され、該プリント基板に形成されたランドとサージアブソーバ１の一対の端子電極２、３の外面とを半田付けにより固定するなどの構造として使用される。
そして、サージアブソーバ１にサージ電圧が印加されると、両端子電極２、３間での最初のわずかな放電によりアルゴン（Ａｒ）がイオン化され、このイオン化されたアルゴンによって主放電が誘起される。この主放電によってサージ電圧を逃がすことによってサージアブソーバ１が取り付けられている電子機器をサージ電圧によるダメージから守ることができる。

この場合に、絶縁性管５は角筒状に形成されているが、角筒を構成している各平板部６の内面に突条部７が形成されていることから、絶縁性管５の強度が増し、破壊耐量を大きくすることができる。
この破壊耐量について、本実施形態のサージアブソーバ１と、比較例として図４（ａ）に示す円筒状の絶縁性管１１としたサージアブソーバ１２、及び図４（ｂ）に示す角筒状で突条部を有しない絶縁性管１３を使用したサージアブソーバ１４を併せて測定した。いずれのサージアブソーバ１・１２・１３も、端子電極２、３の肉厚、形状及び面積は同じであり、絶縁性管５・１１・１３については、その肉厚は等しく、端子電極２、３の正方形に外接する断面形状とされる。

破壊耐量として、８マイクロ秒で最大値となりかつ２０マイクロ秒で最大値の半値となるようなインパルス電圧を各サージアブソーバに３回印加したときに、破壊しない最大電流値を測定した。その結果、本実施形態のサージアブソーバ１では破壊耐量が２５００Ａ、円筒状の絶縁性管１１を用いたサージアブソーバ１２で５０００Ａ、角筒状で突条部を有しない絶縁性管１３を用いたサージアブソーバ１４で１５００Ａであった。円筒状の絶縁性管１１を使用したサージアブソーバ１２が最も大きい破壊耐量となった。ただし、絶縁性管が円筒状であると、基板に実装する場合には、四角形の端子電極２、３の向きを合わせて固定しておく必要があるが、円筒状の絶縁性管１１に四角形の端子電極２、３を位置合わせするため、小型化に伴い、両端子電極２、３の向きにねじれ方向のずれが生じ易く、面実装が難しくなるという問題がある。

本参考例のサージアブソーバ１の場合は、円筒状の絶縁性管１１を用いたサージアブソーバ１２には劣るものの、角筒状で突条部を有しない絶縁性管１３を用いたサージアブソーバ１４よりも大きい破壊耐量を示しており、十分な強度を発揮することができる。
また、本実施形態のサージアブソーバ１の場合は、絶縁性管５の突条部７が放電空間４内に突出していることにより、放電開始電圧を小さく設定することができ、応答性も高くなるものである。

すなわち、両端子電極２、３間の放電空間４は絶縁性管５により囲まれた空間であるが、その放電空間４内に突条部７が突出して、放電空間４の中央部付近まで延びていることから、該突条部７を伝って沿面放電を促進させることができる。この突条部を有しない図４の円筒状の絶縁性管１１や角筒状の絶縁性管１３の場合は、その放電空間が広いため、放電開始が端子電極２、３の中央付近で発生すると、気中を放電することになる。この気中を放電する場合と、沿面を放電する場合では、沿面を放電する場合の方が放電速度が大きく、放電開始電圧も小さくなる。

したがって、本参考例のように絶縁性管５の内表面に突条部７が形成されて、放電空間４の中央付近まで突出している場合、その突条部７を伝って沿面放電し易くなることから、放電開始電圧を小さくすることができ、しかも、突条部７により内表面積が大きくなることから、面が増えて沿面放電を容易にすることができ、これらの相乗効果により、応答性を高めることができるものである。

この沿面放電を利用することにより応答性が高めることについて、図６及び図７に示す実験を実施した。
これらの実験において、絶縁性管として通常のセラミックスを使用したものと、抵抗値を低くして沿面放電させ易くしたものとを比較した。図６及び図７では前者をＡ、後者をＢとして示している。
図６は、１．２マイクロ秒で最大値の５ＫＶとなり、５０マイクロ秒でその半値となるインパルス電圧を印加した際の放電開始電圧（インパルス放電開始電圧という）を測定したものである。横軸はインパルス電圧の印加回数を示す。この図６に明らかなように、通常の絶縁性管を用いたＡの場合はインパルス放電開始電圧のばらつきが大きいのに対して、抵抗値を低くした絶縁性管を用いたＢの場合は、特に２回目以降のばらつきが小さく、かつインパルス放電開始電圧も低くなっており、沿面放電の効果が示されている。

また、図７は、１００Ｖ／秒の速度で昇圧する直流電圧を印加して放電開始したときの直流放電開始電圧に対して、前記インパルス放電開始電圧が何倍になっているかの値（衝撃比という）を測定したものである。この衝撃比の値が小さい方が応答性に優れている。
図７に示されるように、抵抗値を小さくした絶縁性管を用いたＢの方が、通常の絶縁性管を用いたＡの場合より衝撃比が小さくなっている。
これらの実験結果から、沿面放電を利用した方が応答性に優れることがわかる。そして、本参考例のように絶縁性管５の内周面に突条部７を形成することは、その沿面放電を有効に発生させ得る形態であり、応答性が高まるものである。

ところで、突条部７を設ける代わりに、絶縁性管そのものの外形を小さくすることにより、端子電極２、３の中央部付近に管壁内面を接近させることが考えられるが、沿面放電はし易くなるものの、放電空間そのものも小さくなるため、放電時の熱による膨張力に耐えられなくなり、破壊耐量が低下することになる。言い換えれば、本参考例の場合、突条部７の先端面を放電空間４の中央付近に配置して、その沿面放電により放電領域を中央空間４ｂの付近に小さくするとともに、その放電領域の周囲の隅部空間４ａを緩衝空間とし、圧力上昇を抑制して破壊耐量を大きくしているのである。

なお、本発明においては、前述の参考例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
本参考例では、突条部７を、平面状の側面７ａと平坦な先端面７ｂとを有する角形断面に形成されたものとして説明したが、これに代わり、例えば図８に示すように、突条部２７がその延在方向の中央部において放電空間２４の外方に向けて凹んだ概略弓状をなすように構成するのが良い。この場合、突条部２７を設けても放電空間２４が小さくならず、放電時の熱による膨張力を抑えることができるとともに突条部２７により沿面放電を有効に発生させて応答性を向上させることができる。

また、本発明の場合、突条部は必ずしも両端子電極間の最短距離上に配置されていなくてもよく、絶縁性管の長さ方向に対して斜めに形成されていてもよいが、最短距離上に配置した方が放電をより促進させることができる。また、絶縁性管を円筒状として、その内周面に突条部を形成したものも含むものとする。この絶縁性管が円筒状の場合は、前述したように破壊耐量に優れるので、内周面の突条部は一箇所のみでもよい。さらに、基板への搭載面のみを平板部とした横断面蒲鉾状等の絶縁性管としてもよく、その平板部に突条部を設ければよい。

また、突条部の形状も実施形態では角形断面としたが、半円状断面、三角形状断面、台形状断面等のものでもよい。
端子電極も、前記実施形態では平板状に形成したが、その中央に、放電空間内に突出する突起部が対向状態に形成されたものでもよく、この場合も、絶縁性管の突条部が突起部の付近に配置され、有効に沿面放電させることができる。
さらに、この端子電極の材料を実施形態で挙げた金属の他、ＣｕやＮｉ系の合金を使用するなど、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。

本発明の参考例のサージアブソーバを示す分解斜視図である。 図１におけるサージアブソーバの組み立て状態の縦断面図である。 その横断面図である。 本発明の参考例のサージアブソーバと比較されるサージアブソーバを示す図１同様の分解斜視図であり、（ａ）が絶縁性管を円筒状としたもの、（ｂ）が絶縁性管を突条部を有しない角筒状としたものを示す。 図４に示すサージアブソーバの縦断面図である。 本発明の参考例のサージアブソーバの特性を把握するために測定したインパルス放電開始電圧のグラフである。 本発明の参考例のサージアブソーバの特性を把握するために測定した衝撃比を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るサージアブソーバを示す縦断面図である。

符号の説明

１ サージアブソーバ
２、３ 端子電極
４ 放電空間
４ａ 隅部空間
４ｂ 中央部空間
５ 絶縁性管
６ 平板部
７、２７ 突条部
７ａ 側面
７ｂ 先端面

Claims (3)

1. 一対の端子電極の間に放電空間を囲む絶縁性管が固着されるとともに、該絶縁性管の内周部に、その内周面の一部を放電空間の内方に突出させてなる突条部が長さ方向に沿って形成され、
   前記突条部は、その延在方向中央部が前記放電空間の外方に向けて凹むように構成されていることを特徴とするサージアブソーバ。
2. 前記絶縁性管は、その壁の一部に長さ方向に沿う平板部が形成され、該平板部の内表面に前記突条部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のサージアブソーバ。
3. 前記絶縁性管は、前記平板部が周方向に連続する角筒状に形成されていることを特徴とする請求項２記載のサージアブソーバ。

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