JP6979173B2 - 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の接続する部分、電源線、アンテナ或いはＣＲＴ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。

従来、サージ防護素子として、例えば特許文献１に示すように、ガラス管と、ガラス管の両端開口部を閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極と、両端に一対の封止電極を配してガラス管内に収納された板状碍子とを備えたサージアブソーバが記載されている。このサージアブソーバでは、板状碍子の表面中央に導電性材料であるカーボンのトリガ部が形成されているカーボントリガ型のサージ防護素子である。

特開２０１０−１９２３２２号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来のカーボントリガ型のサージ防護素子では、ガラス管の内径が小さくなると、放電時の封止電極から発生した金属蒸気が板状碍子の表面に付着し易く、繰り返しの寿命特性が早期に劣化してしまう問題があった。すなわち、寿命特性の劣化は、放電開始電圧Ｖｓの低下が主であり、その要因は放電時に生じた金属蒸気が板状碍子の絶縁表面を汚損することによる。特に、ガラス管内径を小さくしてサージ防護素子を小型化しようとすると、放電時の封止電極から発生した金属蒸気が板状碍子の表面に容易に付着し、寿命特性が早期に劣化してしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、放電時に生じた金属蒸気による寿命特性の劣化を抑制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。

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の発明のサージ防護素子は、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、前記絶縁性管内に収納され両端部が一対の前記封止電極に接触した板状絶縁性部材と、前記板状絶縁性部材の中央に導電性材料で形成された放電補助部とを備え、前記板状絶縁性部材の端部が、前記放電補助部が形成されている部分の厚さよりも薄く形成され、前記封止電極との接触面と前記放電補助部が形成されている部分の表面との間に、近接する前記封止電極側に向いた対向面を有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、板状絶縁性部材の端部が、放電補助部が形成されている部分の厚さよりも薄く形成され、封止電極との接触面と放電補助部が形成されている部分の表面との間に、近接する封止電極側に向いた対向面を有しているので、端部に電界が集中し易いと共に、進展するアーク放電が対向面によって板状絶縁性部材の表面から離間する方向に向けられることで、アーク放電に伴って飛び散る金属蒸気も飛び散る方向が板状絶縁性部材の表面から離間する方向に向けられ、板状絶縁性部材の表面に金属が付着し難くなる。
したがって、板状絶縁性部材の対向面よりも内側（中心側）の表面に金属で汚損されない部分が形成されることで、放電開始電圧の低下を抑えることができる。

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、前記対向面が、前記板状絶縁性部材の両面に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、対向面が、板状絶縁性部材の両面に形成されているので、板状絶縁性部材の両面で対向面による汚損抑制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、前記板状絶縁性部材の前記端部が、先端に向けて厚さが漸次薄くされたテーパ形状とされ、前記対向面が、前記放電補助部が形成されている部分の表面に対して傾斜した傾斜面と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、板状絶縁性部材の端部が、先端に向けて厚さが漸次薄くされたテーパ形状とされ、対向面が、放電補助部が形成されている部分の表面に対して傾斜した傾斜面とされているので、封止電極との接触面から進展するアーク放電が傾斜面である対向面によって板状絶縁性部材の表面から離間する斜め方向に向けられることで、アーク放電に伴って飛び散る金属蒸気も飛び散る方向が板状絶縁性部材の表面から離間する方向に向けられ、板状絶縁性部材の表面に金属が付着し難くなる。

第４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、前記板状絶縁性部材の前記端部が、段差形状を有し、前記対向面が、前記放電補助部が形成されている部分の表面に対して垂直な壁面と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、板状絶縁性部材の端部が、段差形状を有し、対向面が、放電補助部が形成されている部分の表面に対して垂直な壁面とされているので、垂直な壁面の対向面によりアーク放電の進展が妨げられ、進展方向が変化することで、アーク放電に伴って飛び散る金属蒸気も垂直な壁面の対向面に留まったり、飛び散る方向が板状絶縁性部材の表面から離間する方向に変わったりして、対向面よりも内側の表面に金属が付着し難くなる。

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、板状絶縁性部材の端部が、放電補助部が形成されている部分の厚さよりも薄く形成され、封止電極との接触面と放電補助部が形成されている部分の表面との間に、近接する封止電極側に向いた対向面を有しているので、端部に電界が集中し易いと共に、アーク放電が対向面によって板状絶縁性部材の表面から離間する方向に向けられることで、板状絶縁性部材の表面に金属が付着し難くなる。
したがって、本発明に係るサージ防護素子では、板状絶縁性部材の対向面よりも内側の表面に金属で汚損されない部分が形成されることで、放電開始電圧の低下を抑えることができ、寿命特性の劣化を抑制することができる。特に、小型化した際に、絶縁性管内径が小さくなった場合や、板状絶縁性部材の端部と放電補助部との距離が短くなった場合に本発明は効果的である。

本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態において、絶縁性管及び封止電極を破断した際のサージ防護素子を示す正面図である。 第１実施形態において、板状絶縁性部材を示す平面図（ａ）及びＡ−Ａ線断面図（ｂ）である。 第１実施形態において、金属蒸気の飛散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実施形態において、板状絶縁性部材を示す平面図（ａ）及びＢ−Ｂ線断面図（ｂ）である。 第２実施形態において、金属蒸気の飛散を示す説明図である。 本発明に係るサージ防護素子の第３実施形態において、板状絶縁性部材を示す平面図（ａ）及びＣ−Ｃ線断面図（ｂ）である。 第３実施形態において、金属蒸気の飛散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、絶縁性管２内に収納され両端部４ｂが一対の封止電極３に接触した板状絶縁性部材４と、板状絶縁性部材４の中央に導電性材料で形成された放電補助部５とを備えている。

上記板状絶縁性部材４の端部４ｂが、放電補助部５が形成されている部分の厚さよりも薄く形成され、封止電極３との接触面と放電補助部５が形成されている部分の表面との間に、近接する封止電極３側に向いた対向面４ａを有している。
本実施形態では、板状絶縁性部材４の端部４ｂが、先端に向けて厚さが漸次薄くされたテーパ形状とされ、対向面４ａが、放電補助部５が形成されている部分の表面に対して傾斜した傾斜面とされている。すなわち、対向面４ａは、近接する封止電極３に向けて傾斜した状態で対向した傾斜面となっている。

上記対向面４ａは、板状絶縁性部材４の両端部４ｂの両面にそれぞれ形成されている。
対向面４ａは、放電補助部５が形成されている部分の表面に対して一定の角度で傾斜している。

上記絶縁性管２は、例えばガラス管であって、封止用ガラスあるいは鉛ガラスやソーダ石灰ガラスのような軟質ガラスで構成されており、円筒状となっている。また、絶縁性管２の両端近傍において封止電極３の外周面が絶縁性管２の内周面と溶着されている。
上記封止電極３は、例えばＦｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）合金の表面を酸化銅で被覆した金属で形成された放電電極であり、円柱状となっている。また、封止電極３の外面にはリード線３ａが溶接されている。このリード線３ａは、銅覆鋼線等で形成されている。

上記板状絶縁性部材４は、アルミナ，ムライト焼結体などのセラミックス材料で板状に形成されている碍子である。
板状絶縁性部材４の両端部４ｂは、中央部よりも幅が広く設定されていると共に、両端部４ｂの両側は、テーパ状に形成されている。
上記放電制御ガスは、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を調整された封止ガスであって、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、ＳＦ_６、ＣＯ_２、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｈ_２及びこれらの混合ガス等の不活性ガスである。

上記放電補助部５は、導電性材料であって、例えば炭素材で形成されたカーボントリガである。
放電補助部５は、板状絶縁性部材４の中央に矩形状又は軸線に沿った短い直線状に形成されている。

この本実施形態のサージ防護素子１では、過電圧又は過電流が侵入すると、まず放電補助部５と封止電極３との間で初期放電が行われる。この初期放電をきっかけに、さらに放電が伸展して、放電電極である一対の封止電極３間でアーク放電が行われる。このアーク放電は、板状絶縁性部材４の端部４ｂと封止電極３との接触する部分又はその近傍から伸展し、図３に示すように、進展途中にある対向面４ａによって、進展方向が板状絶縁性部材４の表面から離間する方向に変えられる。

このように本実施形態のサージ防護素子１のように、板状絶縁性部材４の端部４ｂが、放電補助部５が形成されている部分の厚さよりも薄く形成され、封止電極３との接触面と放電補助部５が形成されている部分の表面との間に、近接する封止電極３側に向いた対向面４ａを有しているので、端部４ｂに電界が集中し易いと共に、進展するアーク放電が対向面４ａによって板状絶縁性部材４の表面から離間する方向に向けられることで、図３に示すように、アーク放電に伴って飛び散る金属蒸気Ｍも飛び散る方向が板状絶縁性部材４の表面から離間する方向に向けられ、板状絶縁性部材４の表面に金属が付着し難くなる。

したがって、板状絶縁性部材４の対向面４ａよりも内側（中心側）の表面に金属で汚損されない部分が形成されることで、放電開始電圧の低下を抑えることができる。
また、対向面４ａが、板状絶縁性部材４の両面に形成されているので、板状絶縁性部材４の両面で対向面４ａによる汚損抑制効果を得ることができる。

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７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、対向面４ａが一定の角度で傾斜した傾斜面であるのに対し、第２実施形態のサージ防護素子では、図４及び図５に示すように、対向面２４ａが曲面で構成され傾斜角度が漸次変化している点である。
すなわち、第２実施形態では、板状絶縁性部材２４の端部２４ｂが断面円弧状に形成され、封止電極３に対して対向面２４ａの傾斜角度が封止電極３から離間するほど大きくなっている。このため、封止電極３との接触面近傍では、非常に狭いギャップが形成され、この狭いギャップに電界が集中し易くなる。

このように第２実施形態のサージ防護素子では、対向面２４ａを有しているので、第１実施形態と同様に、封止電極３との接触面から進展するアーク放電が対向面２４ａによって板状絶縁性部材２４の表面から離間する方向に向けられることで、図５に示すように、アーク放電に伴って飛び散る金属蒸気Ｍも飛び散る方向が板状絶縁性部材４の表面から離間する方向に向けられ、板状絶縁性部材２４の表面に金属が付着し難くなる。
また、曲面の対向面２４ａによって第１実施形態よりも狭いギャップが形成されることで、電界がギャップに集中してアーク放電が発生し易くなる。

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、対向面４ａが傾斜面であるのに対し、第３実施形態のサージ防護素子では、図６及び図７に示すように、板状絶縁性部材３４の端部３４ｂが、段差形状を有し、対向面３４ａが、放電補助部５が形成されている部分の表面に対して垂直な壁面とされている点である。
第３実施形態の板状絶縁性部材３４の端部３４ｂは、両面に段差形状を有し、両面にそれぞれ垂直な壁面である対向面３４ａを有している。

このように第３実施形態のサージ防護素子では、板状絶縁性部材３４の端部３４ｂが、段差形状を有し、対向面３４ａが、放電補助部５が形成されている部分の表面に対して垂直な壁面とされているので、垂直な壁面の対向面３４ａによりアーク放電の進展が妨げられ、進展方向が変化することで、図７に示すように、アーク放電に伴って飛び散る金属蒸気Ｍも垂直な壁面の対向面３４ａに留まったり、飛び散る方向が板状絶縁性部材３４の表面から離間する方向に変わったりして、対向面３４ａよりも内側の表面に金属が付着し難くなる。

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…サージ防護素子、２…絶縁性管、３…封止電極、４，２４，３４…板状絶縁性部材、４ａ，２４ａ，３４ａ…対向面、４ｂ，２４ｂ，３４ｂ…板状絶縁性部材の端部、５…放電補助部

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、
   前記絶縁性管内に収納され両端部が一対の前記封止電極に接触した板状絶縁性部材と、
   前記板状絶縁性部材の中央に導電性材料で形成された放電補助部とを備え、
   前記板状絶縁性部材の端部が、前記放電補助部が形成されている部分の厚さよりも薄く形成され、前記封止電極との接触面と前記放電補助部が形成されている部分の表面との間に、近接する前記封止電極側に向いた対向面を有し、
   前記板状絶縁性部材の前記端部が、先端に向けて厚さが漸次薄くされたテーパ形状とされ、前記対向面が、前記放電補助部が形成されている部分の表面に対して傾斜した傾斜面とされていることを特徴とするサージ防護素子。
2. 請求項１に記載のサージ防護素子において、
   前記対向面が、前記板状絶縁性部材の両面に形成されていることを特徴とするサージ防護素子。

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