JP6646873B2 - Surge protection element - Google Patents
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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、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。 The present invention relates to a surge protection element used to protect various devices from a surge generated by a lightning strike or the like and prevent an accident from occurring.
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、液晶テレビおよびプラズマテレビ等の画像表示駆動回路等、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。 Telecommunications equipment such as telephones, facsimile machines, modems, etc., connected to communication lines, power lines, antennas or CRTs, image display drive circuits such as liquid crystal televisions and plasma televisions, etc., abnormal voltages such as lightning surges and static electricity A surge protection element is connected to a part which is easily affected by electric shock due to (surge voltage) in order to prevent an electronic device or a printed circuit board on which the device is damaged due to thermal damage or fire due to abnormal voltage.
従来、例えば特許文献1に示すように、一対の封止電極から対向状態に突出した一対の突出電極部を備え、絶縁性管の内面に放電補助部が形成されたアレスタ型のサージ防護素子が記載されている。このサージ防護素子では、一対の突出電極部の対向面に略直方体状の多数の穴部が略マトリクス状に配置形成され、各穴部内面に、五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜が形成されている。 Conventionally, as shown in Patent Document 1, for example, an arrester-type surge protection element including a pair of protruding electrode portions protruding from a pair of sealing electrodes in a facing state and having a discharge auxiliary portion formed on an inner surface of an insulating tube is known. Has been described. In this surge protection element, a large number of substantially rectangular parallelepiped holes are formed substantially in a matrix on opposing surfaces of a pair of protruding electrode portions. A coating containing a base glass is formed.
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、従来の構造では、突出電極部におけるアーク放電の到達場所は一定ではなく、突出電極部の外周部に到達する場合がある。また、アーク放電の到達場所は、繰り返し同じ場所に到達する場合がある。このような突出電極部の外周部へのアーク放電の到達又は同じ場所への集中によって、突出電極部の外周部が大きく損傷してしまう不都合があった。特に、サージ印加電流が10kAを超えるような場合は損傷が顕著になってしまう。このような突出電極部の外周部の損傷は、突出電極部を構成する金属が溶融飛散するものであり、金属成分が絶縁性管の内面に付着し、一対の封止電極間の絶縁性を悪化させてしまう問題があった。また、放電開始電圧を低下させ、設定した放電開始電圧の許容域を超えてしまい、サージ防護素子としての機能を喪失してしまうおそれがあった。
The following problems remain in the above conventional technology.
That is, in the conventional structure, the location where the arc discharge reaches the protruding electrode portion is not constant, and may reach the outer peripheral portion of the protruding electrode portion. Further, the arc discharge may reach the same place repeatedly. Due to the arrival of the arc discharge at the outer peripheral portion of the protruding electrode portion or the concentration at the same location, there is a disadvantage that the outer peripheral portion of the protruding electrode portion is significantly damaged. In particular, when the surge applied current exceeds 10 kA, the damage becomes remarkable. Such damage to the outer peripheral portion of the protruding electrode portion is caused by melting and scattering of the metal constituting the protruding electrode portion, the metal component adheres to the inner surface of the insulating tube, and the insulation between the pair of sealing electrodes is reduced. There was a problem that made it worse. In addition, the discharge starting voltage may be reduced to exceed the set allowable range of the discharge starting voltage, and the function as the surge protection element may be lost.
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、アーク放電による突出電極部の外周部の損傷を軽減することができるサージ防護素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a surge protection element that can reduce damage to the outer peripheral portion of a protruding electrode portion due to arc discharge.
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の発明に係るサージ防護素子は、絶縁性管と、前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極とを備え、一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、一対の前記突出電極部の対向面が、凹曲面状に形成され、前記対向面の中央領域に、対向する前記突出電極部に向けて突出した突起部が形成されていることを特徴とする。 The present invention has the following features to attain the object mentioned above. That is, the surge protection element according to the first invention includes an insulating tube, and a pair of sealing electrodes for closing the opening at both ends of the insulating tube and sealing the discharge control gas therein. The sealing electrode has a pair of protruding electrode portions protruding inward and facing each other, and opposing surfaces of the pair of protruding electrode portions are formed in a concave curved surface, and oppose a central region of the opposing surface. A protrusion protruding toward the protruding electrode is formed.
すなわち、このサージ防護素子では、一対の突出電極部の対向面が、凹曲面状に形成され、対向面の中央領域に、対向する突出電極部に向けて突出した突起部が形成されているので、アーク放電の到達場所が凹曲面状の対向面中央領域の突起部に集中し、突出電極部の外周部の損傷を軽減することができると共に放電開始電圧を安定させることができる。すなわち、突出電極部の対向面が平坦面や溝が形成されただけの面である場合に比べて、凹曲面状の対向面は、対向する突起部との距離が全面的に均一化し易く、対向面全体から放出される電子が突起部に集中し易くなる。また、突起部におけるアーク放電の安定した受電により、放電開始電圧の変動幅も小さくなる。 That is, in this surge protection element, the opposing surfaces of the pair of protruding electrode portions are formed in a concave curved shape, and the protrusion protruding toward the opposing protruding electrode portion is formed in the central region of the opposing surface. In addition, the location where the arc discharge arrives is concentrated on the protruding portion in the central region of the opposing surface of the concave curved surface, so that damage to the outer peripheral portion of the protruding electrode portion can be reduced and the firing voltage can be stabilized. That is, as compared to the case where the opposing surface of the protruding electrode portion is only a flat surface or a surface on which a groove is formed, the distance between the opposing surface of the concave curved surface and the opposing protruding portion is easily uniform over the entire surface, Electrons emitted from the entire opposing surface are more likely to concentrate on the protrusion. In addition, the stable power reception of the arc discharge at the protrusion reduces the fluctuation width of the discharge starting voltage.
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、前記突起部を除く前記対向面の少なくとも一部に、前記封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料で放電活性層が形成され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、突起部を除く対向面の少なくとも一部に、封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料で放電活性層が形成されているので、放電が到達し難い放電活性層で対向面の少なくとも一部が覆われいることで、さらにアーク放電が突起部に集中し易くなると共に、放電活性層によって繰り返し放電に対する動作電圧の安定性や優れた耐電圧特性などが得られる。
A surge protection element according to a second aspect of the present invention is the surge protection element according to the first aspect, wherein a discharge active layer is formed on at least a part of the opposing surface except for the protrusion by using a material having higher electron emission characteristics than a material of the sealing electrode. It is characterized by being formed.
In other words, in this surge protection element, the discharge active layer is formed on at least a part of the opposing surface except for the protrusions with a material having higher electron emission characteristics than the material of the sealing electrode. By covering at least a part of the facing surface with the active layer, the arc discharge is more likely to be concentrated on the protruding portion, and the discharge active layer provides stability of operating voltage against repeated discharges and excellent withstand voltage characteristics. Can be
第3の発明に係るサージ防護素子は、第2の発明において、前記対向面の外周縁部に前記放電活性層が形成され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、対向面の外周縁部に放電活性層が形成されているので、放電が到達し難い放電活性層で対向面の外周縁部が覆われていることで、外周縁部にアーク放電が到達し難くなり、突出電極部の外周面及びその近傍における損傷がさらに抑制される。
A surge protection element according to a third aspect of the present invention is the surge protection element according to the second aspect, wherein the discharge active layer is formed on an outer peripheral portion of the facing surface.
That is, in this surge protection element, since the discharge active layer is formed on the outer peripheral edge of the opposing surface, the outer peripheral edge of the opposing surface is covered with the discharge active layer to which discharge is difficult to reach. Arc discharge hardly reaches the portion, and damage on the outer peripheral surface of the protruding electrode portion and its vicinity is further suppressed.
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、前記突起部が、前記対向面の外周縁部よりも突出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、突起部が、対向面の外周縁部よりも突出しているので、対向する突出電極部の対向面からのアーク放電は、突起部の先端よりも全体が低い位置となる対向面にはさらに到達し難くなるため、より突起部に集中し易くなる。
A surge protection element according to a fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the protrusion projects beyond an outer peripheral edge of the facing surface.
That is, in this surge protection element, since the protrusion protrudes from the outer peripheral edge of the opposing surface, the arc discharge from the opposing surface of the opposing protruding electrode portion is located at a position entirely lower than the tip of the protrusion. Since it is more difficult to reach the opposite surface, it is easier to concentrate on the protrusion.
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、一対の突出電極部の対向面が、凹曲面状に形成され、対向面の中央領域に、対向する突出電極部に向けて突出した突起部が形成されているので、アーク放電の到達場所が対向面中凹部の突起部に集中し、突出電極部の外周部の損傷を軽減することができると共に放電開始電圧を安定させることができる。
したがって、アーク放電の安定した受電により放電開始電圧の変動幅を小さくすることができると共に、電極損傷の低減により素子の高寿命化に寄与し、作動可能なサージ印加数を増加させることが可能になる。さらに、耐量が向上するため、小型化も可能になる。特に、本発明に係るサージ防護素子は、大電流サージ耐性が要求されるインフラ用(鉄道関連、再生エネルギー関連(太陽電池、風力発電等))の電源及び通信設備に好適である。
According to the present invention, the following effects can be obtained.
That is, according to the surge protection element of the present invention, the opposing surfaces of the pair of protruding electrode portions are formed in a concave curved surface, and the protrusion protruding toward the opposing protruding electrode portion is formed in the central region of the opposing surface. Since it is formed, the location where the arc discharge reaches is concentrated on the protrusion of the concave portion in the facing surface, so that damage to the outer peripheral portion of the protruding electrode portion can be reduced and the discharge starting voltage can be stabilized.
Therefore, the fluctuation range of the firing voltage can be reduced by stable power reception of the arc discharge, and the life of the element can be extended by reducing the electrode damage, and the number of operable surges can be increased. Become. Further, since the withstand capacity is improved, the size can be reduced. In particular, the surge protection element according to the present invention is suitable for power supply and communication equipment for infrastructure (railway-related, renewable energy-related (solar cell, wind power generation, etc.)) requiring high current surge resistance.
以下、本発明に係るサージ防護素子の一実施形態を、図1及び図2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。 Hereinafter, an embodiment of a surge protection device according to the present invention will be described with reference to FIGS. In each drawing used in the following description, the scale is appropriately changed in order to make each member recognizable or easily recognizable.
本実施形態のサージ防護素子1は、図1及び図2に示すように、絶縁性管2と、絶縁性管2の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極3とを備えている。
また、本実施形態のサージ防護素子1は、絶縁性管2の内周面にイオン源材料で形成された放電補助部4を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the surge protection element 1 of the present embodiment includes an
Further, the surge protection element 1 of the present embodiment includes a discharge auxiliary part 4 formed of an ion source material on the inner peripheral surface of the
上記一対の封止電極3は、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部5を有している。
一対の突出電極部5の対向面5bは、凹曲面状に形成され、対向面5bの中央領域に、対向する突出電極部5に向けて突出した突起部5cが形成されている。この突起部5cは、対向面5bの外周縁部よりも対向する突出電極部5に向けて突出している。
The pair of sealing
The
突起部5cを除く対向面5bの少なくとも一部には、封止電極3の材料よりも電子放出特性の高い材料で放電活性層8が形成されている。特に、本実施形態では、対向面5bの外周縁部に放電活性層8が形成されている。すなわち、放電活性層8が、対向面5bの外周縁部に円環状に形成されている。
The discharge
上記放電活性層8は、例えばSi,Oを主成分元素とし、Na,Cs,Cのうちの少なくとも一つを含んでいる。この放電活性層8は、例えばケイ酸ナトリウム溶液に炭酸セシウム粉末を加えて前駆体を作製し、この前駆体を対向面5bの外周縁部に塗布した後、前駆体に対してケイ酸ナトリウムが軟化する温度以上かつ炭酸セシウムが融解及び分解する温度以上の温度で熱処理を行うことで作製される。
The discharge
上記放電補助部4は、導電性材料であって、例えば炭素材で形成された放電補助部である。
なお、本実施形態では、放電補助部4は、絶縁性管2の内周面に軸線Cに沿って直線状に形成されている。
また、図1では、放電補助部4を軸線Cに沿った1本のみ図示しているが、周方向に互いに間隔を空けて複数本形成しても構わない。
The discharge auxiliary portion 4 is a conductive material, and is a discharge auxiliary portion formed of, for example, a carbon material.
Note that, in the present embodiment, the discharge auxiliary portion 4 is formed linearly along the axis C on the inner peripheral surface of the
Further, FIG. 1 shows only one discharge assisting portion 4 along the axis C, but a plurality of discharge assisting portions 4 may be formed at intervals in the circumferential direction.
上記封止電極3は、例えば42アロイ(Fe:58wt%、Ni:42wt%)やCu等で構成されている。
封止電極3は、絶縁性管2の両端開口部に導電性融着材(図示略)により加熱処理によって密着状態に固定されている円板状のフランジ部7を有している。このフランジ部7の内側に、内方に突出していると共に絶縁性管2の内径よりも外径の小さな円柱状の突出電極部5が一体に設けられている。
The sealing
The sealing
上記絶縁性管2は、アルミナなどの結晶性セラミックス材である。なお、絶縁性管2は、鉛ガラス等のガラス管で形成しても構わない。
上記導電性融着材は、例えばAgを含むろう材としてAg−Cuろう材で形成されている。
上記絶縁性管2内に封入される放電制御ガスは、不活性ガス等であって、例えばHe,Ar,Ne,Xe,Kr,SF6,CO2,C3F8,C2F6,CF4,H2,大気等及びこれらの混合ガスが採用される。
The
The conductive fusion material is formed of, for example, an Ag-Cu brazing material as a brazing material containing Ag.
The discharge control gas sealed in the insulating
上記対向面5bは、軸線Cを中心に断面円弧状に形成された凹曲面形状を有している。
上記突起部5cは、軸方向断面が矩形状とされ対向面5bの深さより長い円柱状に形成されており、突出電極部5の軸線C上に設けられている。
The facing
The
このサージ防護素子1では、過電圧又は過電流が侵入すると、まず放電補助部4と突出電極部5との間で初期放電が行われ、この初期放電をきっかけに、さらに放電が進展すると共に、対向するマイナス電極側の突出電極部5の対向面5b全体から電子が放出され、図1に図示する二点鎖線の矢印のように、一方の突出電極部5の対向面5bの各所から他方の突出電極部5の突起部5cへアーク放電が行われる。
In this surge protection element 1, when an overvoltage or an overcurrent enters, an initial discharge is first performed between the discharge assisting part 4 and the protruding
このように本実施形態のサージ防護素子1では、一対の突出電極部5の対向面5bが、凹曲面状に形成され、対向面5bの中央領域に、対向する突出電極部5に向けて突出した突起部5cが形成されているので、アーク放電の到達場所が凹曲面状の対向面5b中央領域の突起部5cに集中し、突出電極部5の外周部の損傷を軽減することができると共に放電開始電圧を安定させることができる。
As described above, in the surge protection element 1 of the present embodiment, the opposing
すなわち、突出電極部5の対向面が平坦面や溝が形成されただけの面である場合に比べて、凹曲面状の対向面5bは、対向する突起部5cとの距離が全面的に均一化し易く、対向面5b全体から放出される電子が突起部5cに集中し易くなる。また、突起部5cにおけるアーク放電の安定した受電により、放電開始電圧の変動幅も小さくなる。
また、突起部5cが、対向面5bの外周縁部よりも突出しているので、対向する突出電極部5の対向面5bからのアーク放電は、突起部の先端よりも全体が低い位置となる対向面5bにはさらに到達し難くなるため、より突起部5cに集中し易くなる。
That is, as compared with the case where the opposing surface of the protruding
Further, since the
また、突起部5cを除く対向面5bの少なくとも一部に、封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料で放電活性層8が形成されているので、放電が到達し難い放電活性層8で対向面5bの少なくとも一部が覆われいることで、さらにアーク放電が突起部5cに集中し易くなると共に、放電活性層8によって繰り返し放電に対する動作電圧の安定性や優れた耐電圧特性などが得られる。
In addition, since the discharge
特に、対向面5bの外周縁部に放電活性層8が形成されているので、放電が到達し難い放電活性層8で対向面5bの外周縁部が覆われていることで、外周縁部にアーク放電が到達し難くなり、突出電極部5の外周面及びその近傍における損傷がさらに抑制される。
In particular, since the discharge
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態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。 The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、第1実施形態では、対向面の中央領域に1つの突起部が立設されているが、中央領域に複数の突起部を設けても構わない。この場合でも、アーク放電は、対向面中央領域の複数の突起部に集中するため、突出電極部の外周面の損傷を軽減することが可能になる。
また、突起部を円筒状等の筒状に形成しても構わない。その場合、突起部の内側に放電活性層を形成しても構わない。
For example, in the first embodiment, one protrusion is provided upright in the center region of the facing surface, but a plurality of protrusions may be provided in the center region. Even in this case, since the arc discharge is concentrated on the plurality of protrusions in the central region of the facing surface, damage to the outer peripheral surface of the protruding electrode portion can be reduced.
Further, the protrusion may be formed in a cylindrical shape such as a cylindrical shape. In that case, a discharge active layer may be formed inside the protrusion.
1…サージ防護素子、2…絶縁性管、3…封止電極、4…放電補助部、5…突出電極部、5b…突出電極部の対向面、5c…突起部、8…放電活性層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surge protection element, 2 ... Insulating tube, 3 ... Sealing electrode, 4 ... Discharge auxiliary part, 5 ... Projecting electrode part, 5b ... Opposing surface of projecting electrode part, 5c ... Projection part, 8 ... Discharge active layer
Claims (4)
前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極とを備え、
一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、
一対の前記突出電極部の対向面が、凹曲面状に形成され、
前記対向面の中央領域に、対向する前記突出電極部に向けて突出した突起部が形成されていることを特徴とするサージ防護素子。 An insulating tube;
A pair of sealing electrodes for closing the opening at both ends of the insulating tube and sealing a discharge control gas therein.
The pair of sealing electrodes has a pair of projecting electrode portions projecting inward and facing each other,
Opposing surfaces of the pair of protruding electrode portions are formed in a concave curved surface shape,
A surge protection element, wherein a projection protruding toward the opposed protruding electrode portion is formed in a central region of the opposed surface.
前記突起部を除く前記対向面の少なくとも一部に、前記封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料で放電活性層が形成されていることを特徴とするサージ防護素子。 The surge protection device according to claim 1,
A surge protection element, wherein a discharge active layer is formed on at least a part of the opposing surface except for the protrusion, with a material having higher electron emission characteristics than a material of the sealing electrode.
前記対向面の外周縁部に前記放電活性層が形成されていることを特徴とするサージ防護素子。 The surge protection device according to claim 2,
The surge protection element, wherein the discharge active layer is formed on an outer peripheral edge of the facing surface.
前記突起部が、前記対向面の外周縁部よりも突出していることを特徴とするサージ防護素子。 The surge protection device according to any one of claims 1 to 3,
The surge protection element according to claim 1, wherein the protruding portion protrudes from an outer peripheral edge of the facing surface.
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