JP6795786B2 - サージ防護素子 - Google Patents

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。

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。

通常、サージ防護素子は、封止体となる絶縁性管と、絶縁性管内に封止された内部ガスと、絶縁性管の両端開口部を閉塞して接合された一対の封止電極（放電電極）とから構成されている。従来、例えば特許文献１に示すように、両端が開口したセラミックスよりなるケース部材の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材で気密に閉塞した放電管が記載されている。なお、封止電極と絶縁性管とを接合する部分は、絶縁性管を封止電極の接合面に突き当てた状態でロウ材で接合している。

特開２００４−３１１３５８号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来のサージ防護素子１０１の構造では、図７に示すように、絶縁性管１０２と封止電極１０３と内部空間とが１カ所で接する三重点Ｐが形成されるが、図８に示すように、意図せず放電を直接トリガし易い部分が三重点Ｐに形成されてしまう。すなわち、三重点Ｐから対向する封止電極１０３の方向へ向けて空間部分に強い電界（図において二点鎖線で囲んだ部分）が形成されると共に、この三重点Ｐでは空間に向けて電界電子放出による電子の供給が多々あり、放電へとつながってしまう。この場合、特に回路基板等の基板に搭載した際、図９に示すように、絶縁性管１０２の接触する基板部分に配線パターン１０４が存在すると、内部の電界が変化する影響で所定の電圧よりも低い電圧で三重点Ｐで直接放電してしまう不都合があった。すなわち、基板上の配線パターン１０４が絶縁性管１０２の下に配されていると、さらに電界が集中し、本来よりもさらに低い電圧で放電してしまう。
なお、図中の二点鎖線の矢印は、電界（電気力線）の方向を簡易的に示したものである。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、三重点に電界集中が発生しても直接放電に至らない構造を有したサージ防護素子を提供することを目的とする。

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、軸線方向内側に向けて突出し前記絶縁性管の端面に沿って形成された環状突条部を有し、前記絶縁性管の端面が、前記環状突条部の突出端面に接合されていると共に前記環状突条部よりも半径方向内側に向けて幅広に形成され、前記環状突条部よりも半径方向内側において前記絶縁性管の端面と前記封止電極との間に空間が形成されていることを特徴とする。

このサージ防護素子では、絶縁性管の端面が、環状突条部の突出端面に接合されていると共に環状突条部よりも半径方向内側に向けて幅広に形成され、環状突条部よりも半径方向内側において絶縁性管の端面と封止電極との間に空間が形成されているので、三重点からの電界が絶縁性管の内部に伸びることで、三重点の電界集中が発生しても直接放電に至らない。すなわち、三重点と対向する封止電極との間を遮るように配された絶縁性管の端面が障壁として機能することで、電界が集中する部分が絶縁性管の内部に形成され、放電に結びつかない構造となっている。このような絶縁性管の端面による障壁効果によって、たとえ絶縁性管の下に配線パターンが配された場合でも、その影響を抑制することができる。

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、前記絶縁性管が、両端部に半径方向内側に突出し内周方向に沿って形成された環状の内側突条部を有し、前記内側突条部の外側面が、前記絶縁性管の端面を構成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、内側突条部の外側面が、絶縁性管の端面を構成しているので、絶縁性管全体を肉厚に形成する必要が無く、放電空間として広い内部空間を保持したまま絶縁性管の端面による上記障壁効果を得ることができる。

第３の発明に係るサージ防護素子は、第１又は第２の発明において、前記絶縁性管の端面が、前記環状突条部よりも半径方向内側の部分で、前記環状突条部との接合部分から軸線方向外側に向けて傾斜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、絶縁性管の端面が、環状突条部よりも半径方向内側の部分で、環状突条部との接合部分から軸線方向外側に向けて傾斜しているので、上記障壁効果をより効果的に得られる。また、絶縁性管の端部が接合部より半径方向内側で軸線方向外側に向けて突出していることで、接合時に封止電極の位置決めも容易になり、組み立て精度が向上する。

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、絶縁性管の端面が、環状突条部の突出端面に接合されていると共に環状突条部よりも半径方向内側に向けて幅広に形成され、環状突条部よりも半径方向内側において絶縁性管の端面と封止電極との間に空間が形成されているので、三重点に電界が集中しても、三重点からの放電の発生を抑制することができる。
したがって、本発明のサージ防護素子では、三重点の電界集中が発生しても直接放電に至らず、絶縁性管の下に配線パターンが配された場合でも、その影響を抑制し、本来よりも低い電圧で放電してしまうことを防止することができる。

本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態を示す軸線に沿った断面図である。 第１実施形態において、三重点周辺の電界を示す説明図である。 第１実施形態において、絶縁性管の下に配線パターンが配された場合の三重点周辺の電界を示す説明図である。 本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態を示す軸線に沿った断面図である。 本発明に係るサージ防護素子の第３実施形態を示す軸線に沿った断面図である。 第３実施形態において、三重点周辺の電界を示す説明図である。 本発明に係るサージ防護素子の従来例を示す軸線に沿った断面図である。 本発明の従来例において、三重点周辺の電界を示す説明図である。 本発明の従来例において、絶縁性管の下に配線パターンが配された場合の三重点周辺の電界を示す説明図である。

以下、本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態を、図１から図３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。

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。
上記一対の封止電極３は、軸線Ｃ方向内側に向けて突出し絶縁性管２の端面２ａに沿って形成された環状突条部３ａを有している。すなわち、封止電極３は、軸線Ｃに沿った断面でコ字状に形成されている。

上記絶縁性管２の端面２ａは、環状突条部３ａの突出端面に接合されていると共に環状突条部３ａよりも半径方向内側に向けて幅広に形成され、環状突条部３ａよりも半径方向内側において絶縁性管２の端面２ａと封止電極３との間に空間Ｓが形成されている。
なお、絶縁性管２の内周面に炭素材等のイオン源材料で放電補助部を形成しても構わない。

上記絶縁性管２は、例えば誘電体材料としてアルミナなどの結晶性セラミックス材で形成された角筒状部材である。なお、絶縁性管２は、鉛ガラス等の非晶質管を採用しても構わない。また、円筒状部材の絶縁性管２を採用しても構わない。
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。

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，ＳＦ_６，ＣＯ_２，Ｃ_３Ｆ_８，Ｃ_２Ｆ_６，ＣＦ_４，Ｈ_２，大気等及び これらの混合ガスが採用される。

このように本実施形態のサージ防護素子１では、絶縁性管２の端面２ａが、環状突条部３ａの突出端面に接合されていると共に環状突条部３ａよりも半径方向内側に向けて幅広に形成され、環状突条部３ａよりも半径方向内側において絶縁性管２の端面２ａと封止電極３との間に空間Ｓが形成されているので、三重点Ｐからの電界が絶縁性管２の内部に伸びることで、図２に示すように、三重点Ｐの電界集中が発生しても直接放電に至らない。

すなわち、三重点Ｐと対向する封止電極３との間を遮るように配された絶縁性管２の端面２ａが障壁として機能することで、電界が集中する部分が絶縁性管２の内部に形成され、放電に結びつかない構造となっている。このような絶縁性管２の端面２ａによる障壁効果によって、図３に示すように、絶縁性管２の下に配線パターン１０４が配された場合でも、その影響を抑制することができる。
なお、図２及び図３において、三重点Ｐ付近で電界が集中している部分を二点鎖線で囲んで示している。

次に、本発明に係るサージ防護素子の第２及び第３実施形態について、図４から図６を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、絶縁性管２が単純な角筒形状であるのに対し、第２実施形態のサージ防護素子２１は、図４に示すように、絶縁性管２２が、両端部に半径方向内側に突出し内周方向に沿って形成された環状の内側突条部２２ｂを有し、内側突条部２２ｂの外側面２２ａが、絶縁性管２２の端面を構成している点である。

すなわち、第２実施形態では、絶縁性管２２の両端部の内側突条部２２ｂは、環状突条部３ａより内側に突出しており、絶縁性管２の内面が一対の内側突条部２２ｂで挟まれて凹状に形成されている。
このように第２実施形態のサージ防護素子２１では、内側突条部２２ｂの外側面２２ａが、絶縁性管２２の端面を構成しているので、絶縁性管２２全体を肉厚に形成する必要が無く、放電空間として広い内部空間を保持したまま絶縁性管２２の端面による上記障壁効果を得ることができる。

次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、絶縁性管２の端面２ａが、軸線Ｃに直交した平坦面であるのに対し、第３実施形態のサージ防護素子３１では、図５及び図６に示すように、絶縁性管３２の端面３２ａが、環状突条部３ａよりも半径方向内側の部分で、環状突条部３ａとの接合部分から軸線Ｃ方向外側に向けて傾斜している点である。

すなわち、第３実施形態では、軸線Ｃに対して直交する接合面に対して絶縁性管３２の端面３２ａが接合面より内側で傾斜しており、絶縁性管３２の両端部における内縁部３２ｂが接合面よりも軸線Ｃ方向外側に突出している。
このように第３実施形態のサージ防護素子３１では、絶縁性管３２の端面３２ａが、環状突条部３ａよりも半径方向内側の部分で、環状突条部３ａとの接合部分から軸線Ｃ方向外側に向けて傾斜しているので、上記障壁効果をより効果的に得られる。また、絶縁性管３２の端部（内縁部３２ｂ）が接合部より半径方向内側で軸線Ｃ方向外側に向けて突出していることで、接合時に封止電極３の位置決めも容易になり、組み立て精度が向上する。

なお、本発明の技術範囲は上記各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。

１，２１，３１…サージ防護素子、２，２２，３２…絶縁性管、２ａ，２２ａ，３２ａ…絶縁性管の端面、３…封止電極、３ａ…環状突条部、２２ｂ…内側突条部、Ｃ…絶縁性管の軸線、Ｐ…三重点、Ｓ…絶縁性管の端面と封止電極との間に空間

Claims (2)

1. 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、軸線方向内側に向けて突出し前記絶縁性管の端面に沿って形成された環状突条部を有し、
   前記絶縁性管の端面が、前記環状突条部の突出端面に接合されていると共に前記環状突条部よりも半径方向内側に向けて幅広に形成され、
   前記環状突条部よりも半径方向内側において前記絶縁性管の端面と前記封止電極との間に空間が形成され、
   前記絶縁性管が、両端部に半径方向内側に突出し内周方向に沿って形成された環状の内側突条部を有し、
   前記内側突条部の外側面が、前記絶縁性管の端面を構成していることを特徴とするサージ防護素子。
2. 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、軸線方向内側に向けて突出し前記絶縁性管の端面に沿って形成された環状突条部を有し、
   前記絶縁性管の端面が、前記環状突条部の突出端面に接合されていると共に前記環状突条部よりも半径方向内側に向けて幅広に形成され、
   前記環状突条部よりも半径方向内側において前記絶縁性管の端面と前記封止電極との間に空間が形成され、
   前記絶縁性管の端面が、前記環状突条部よりも半径方向内側の部分で、前記環状突条部との接合部分から軸線方向外側に向けて傾斜していることを特徴とするサージ防護素子。

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