JPH0797472B2 - 過電圧過電流保護のサージ吸収素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は，継続的な過電圧過電流の負荷から保護された
サージ吸収素子に関し，特に継続的過電圧過電流が印加
された場合，該サージ吸収素子が発熱し，ひいては該サ
ージ吸収素子が取付けられた基板が発火することを未然
に防止できる構造のサージ吸収素子に関する。

［従来の技術］ サージ吸収素子の使用法として一般には，該サージ吸収
素子を取り付ける回路の最大の回路電圧より高い動作電
圧にしたサージ吸収素子を取付け，該回路に雷サージ等
の瞬時的な過電圧が侵入した場合のみ該サージ吸収素子
が動作し，該回路に取付けられた電子部品を保護するも
のである。従って，サージ吸収素子の一般的な特性とし
て該サージ吸収素子の動作電圧以下の電圧では通常高抵
抗を有しているが，該サージ吸収素子の動作電圧以上の
電圧では，数十Ω以下の低い抵抗値になる。サージ吸収
素子は，このような特性を有している為に，継続的な過
電圧過電流がサージ吸収素子に印加された場合，該サー
ジ吸収素子には常に電流が流れ続け，該サージ吸収素子
は発熱を起こし，ひいては発火の原因となる。

通常，このような継続的な過電圧過電流が回路に印加さ
れることは考えられないが，不慮の場合を想定して最大
限の安全対策を施していく考えが広まってきている。そ
の例として，米国のUL（Underwriter′s Laboratories
Inc.）においては，このような継続的な過電圧過電流が
印加された場合，機器が発火し，ひいては，火災の原因
になるのを防止しようとする考え方が採用され，既に，
規格化されつつある。これに同調するように各国の規格
も，同様の安全規格が採用されつつある。

［発明が解決しようとする問題点］ このような継続的な過電圧過電流が流れた場合，問題に
なるのは，機器に取付けられているサージ吸収素子への
影響である。現在多くの機器にはサージ吸収素子が取付
けられており誘導雷等による機器の誤動作，破壊等の対
策がなされているが，該サージ吸収素子の取付け箇所は
一般的に機器に接続されている電源線（通常，商用100V
等）或いは通信線（電話回線等）の入口である。このよ
うなサージ吸収素子は，前記に説明したように過電圧に
対して低い抵抗値を示すため，そのとき，一種の発熱体
となり，機器の発火をもたらす危険性がある。

本発明は，以上のような継続的な過電圧過電流の印加に
対しても保護手段を備えるサージ吸収素子を提供するも
のである。即ち，本発明の目的は，継続的な過電圧過電
流によるサージ吸収素子の発熱の危険性を除き，安全な
サージ吸収素子を提供するものである。

［発明の構成］ ［問題点を解決するための手段］ 本願発明は、ギャップ式或いはマイクロギャップ式サー
ジ吸収素子と；それを外被する無機材料外被体を有し、
その外被体は、第１口金と第２口金を有し；そして；該
サージ吸収素子は第１端子と第２端子を有し、そして；
一端が、該サージ吸収素子の第１端子と前記第１口金と
結合してい、他端が、前記第２口金に固定されており、
該サージ吸収素子と電気的に直列に接続している低融点
金属線を、前記外被体内で、前記サージ吸収素子の放電
管の外面に接して取り付け、そして；前記外被体は、該
低融点金属と該サージ吸収素子の周囲には、空間を有し
て、全体を覆って、外部への熱の影響を少なくしてお
り、前記のサージ吸収素子の第１端子と低融点金属線の
一端と前記の第１口金とが結合した端子と、前記サージ
吸収素子の第２端子と、前記低融点金属線の他端が結合
した外被体の第２口金の端子の少なくとも３つの端子を
有することを特徴とする過電圧過電流保護のサージ吸収
素子を提供する。

［作用］ 本発明によると，ギャップ式放電管或いはマイクロギャ
ップ式サージ吸収素子の放電管の外面に接して，低融点
金属線を組み込んだ構造を作り，その構造を無機材料外
被体で覆ったサージ吸収素子で，継続的な過電圧過電流
が印加されたときに，サージ吸収素子の外に発煙及び発
火することなく回路を遮断するものである。

継続的な過電圧過電流が機器の電子回路に印加されるこ
とは，通常では考えられないが，電源からの漏電，他の
電源，回路からの漏電流，誘導電流などにより，継続的
に過電圧過電流が印加されることがある。このようなと
き，サージ吸収素子を保護し，サージ吸収素子及びそれ
を取付けた基板などの装置が発煙，或いは発火に至らし
めないようにするものである。このような継続的な過電
圧過電流によるサージ吸収素子の発熱の危険を防止する
ために，本発明者らは，サージ吸収素子の表面に温度ヒ
ューズ或いは低融点金属線を取付け，サージ吸収素子回
路を保護する方法を特許出願した（特願昭61−152703
号，特願昭61−158854号，特願昭61−158855号，特願昭
61−158856号）が，これらはサージ吸収素子の発熱によ
り作動するものである。

サージ吸収素子の構成は，次の如きものである。即ち，
サージ吸収素子には，ギャップ式サージ吸収素子及びマ
イクロギャップ式サージ吸収素子がある。ギャップ式及
びマイクロギャップ式サージ吸収素子は，電極間にサー
ジ電圧が印加された場合，放電が生じ，機器回路を保護
するように，サージ電流がサージ吸収素子を通して流れ
るものである。

従来のサージ吸収素子では，一般的な機器に用いられる
3A程度のヒューズが溶断しないような小さい電流値で
も，サージ吸収素子に継続的に印加されると，数十秒〜
数分でサージ吸収素子が発熱し，それにより，基板も発
火する危険がある。

それに対して，本発明のサージ吸収素子は，簡単な構造
で継続的な過電圧過電流印加による火災等の危険を防止
できるものである。

本発明は，ギャップ式或いはマイクロギャップ式サージ
吸収素子の外面に接して低融点金属線を取り付け，その
低融点金属線と該サージ吸収素子の周囲に空間を有し
て，全体構成を無機材料外被体で覆うものである。

本発明のサージ吸収素子に過電圧過電流が継続的に印加
されると，サージ吸収素子表面が加熱され，その熱で，
外面に接して取り付けた低融点金属線が溶融溶断し，継
続的過電圧過電流の侵入回路を遮断することにより機器
を保護するものである。

このような構造のサージ吸収素子は，本発明者らが以前
発明出願したサージ吸収素子に比べて低融点金属線のま
わりをさらに無機材料で覆うために，外部への熱の影響
がより少なく，過電圧過電流の侵入回路の遮断ができる
ものである。

本発明のサージ吸収素子においては，低融点金属線は，
一端を，無機材料外被体の一方の口金部に接続し，他端
を，無機材料外被体の反対側の口金部において，サージ
吸収素子の一方のリード線（又は電極部）と電気的に接
続させる。そして，その低融点金属線の一端は，その接
続口金部で３本目の外部リード線（又は電極）とされ
る。

この３本目の外部リード線（又は電極）は，電源側或い
は通信線側に接続させる，所謂，三端子型のサージ吸収
素子である。

更に本発明のサージ吸収素子の構造については，サージ
吸収素子の外部リード部（端子）と， 低融点金属線の外部リード部（端子）について各々独立
にされて，計４本の外部リード線部（端子）を設けたも
のも作ることができる。

このように本発明では，ギャップ式サージ吸収素子，マ
イクロギャップ式サージ吸収素子の外面に接して低融点
金属線を組み込むことにより，外部に発煙，発火するこ
となく，継続的過電圧過電流の侵入を防止し，同時に機
器回路を保護することができるものである。

本発明のサージ吸収素子の構造では，低融点金属線をギ
ャップ式又はマイクロギャップ式サージ吸収素子の外面
に接して密着させたもので，それは過電圧過電流が印加
されたときに発熱しても素子の基板など外部に及ばない
ようにするために，無機材料の管，箔，板等で全体を覆
う構造をとる。この無機材料による外被体は内部空間を
有し，サージ吸収素子，低融点金属線を空間内に配置
し，その空間を物質で充填したものであってはならな
い。

その無機材料外被体には，基盤に実装する場合，放電
管，低融点金属線を装着するとき，装着し易いように，
口金部などの電極部を付加すると，好適である。

低融点金属線の材質は特に限定されるものではないが，
融点が低く且つ電気伝導度の高い金属線が好適であり，
例えば，錫，ビスマス，カドミニウム，鉛，亜鉛，アン
チモン，アルミニウム，ガリウム，インジウム又はこれ
らの合金などを使用できる。

本発明により外被体の材料として用いられる無機材料と
しては，ガラス，ムライト，ステアタイト，アルミナ等
が有用であるが，無機材料で緻密に成形でき，経済性，
実用性のあるものであれば，特に，限定されるものでは
ない。

尚，本発明の外被体内の空間，放電管表面への低融点金
属線の取り付けの形状，配置について特に限定するもの
ではないが，サージ吸収素子のアーク放電により生ずる
発熱を低融点金属線がより効率良く，十分に吸収できる
ように配置し，取り付けることが好適である。

次に，本発明のサージ吸収素子を具体的な実施例により
説明するが，本発明は次の説明に限定されるものではな
い。

［実施例］ 第１図Ａは，本発明によるマイクロギャップ式サージ吸
収素子を利用したサージ吸収素子の正面図で，口金部1,
4を有するガラス管２の中にマイクロギャップ式サージ
吸収素子８とその外面に接して取り付けた低融点金属線
３を組み込む。ガラス管２を通してサージ吸収素子の内
部構造が見えるものである。

マイクロギャップ式サージ吸収素子８の一方の内部リー
ド部６と低融点金属線３をハンダ付け或いはカシメ７に
より接着接続し，ガラス管２の口金部１に半田付け９で
接続する。サージ吸収素子８の他方の内部リード部６′
は絶縁チューブ５を通して外部に引き出す。ガラス管２
内のサージ吸収素子８の外面に接して間隔をとって取り
付けた低融点金属線３の他方端は，ガラス管の他の口金
部４に例えば，半田付けで接着接続（10）する。即ち，
ガラス管２口金部１の端子11と，サージ吸収素子サージ
吸収素子の他端（外部）リード部６′の端子13と，ガラ
ス管２口金部４の端子12の３端子型のマイクロギャップ
式サージ吸収素子を利用したサージ吸収素子である。

口金部４の端子12と外部リード部６′の端子13を電源側
に接続することにより継続的過電圧過電流が本発明のサ
ージ吸収素子に印加された場合，該マイクロギャップ式
サージ吸収素子内部にアーク放電が生じ，低融点金属線
３が溶融溶断し，これによって該継続的過電圧過電流が
該サージ吸収素子に印加されるのを遮断し，同時に，そ
の先の機器回路にも継続的過電圧過電流が印加されない
ものである。口金部１の端子11と外部リード部端子13は
回路側に接続される。

第１図Ｂは口金１側から見た側面図である。

第１図Ｃは口金４側から見た側面図である。絶縁チュー
ブ５内にあるリード線６′が見える。

第２図は，本発明よるサージ吸収素子を用いた回路図を
示す。

電源24から継続的過電圧過電流が，マイクロギャップ式
サージ吸収素子21に印加された場合，先ずマイクロギャ
ップ式サージ吸収素子21の内部のマイクロギャップを有
する素子22がアーク放電を起こし発熱するが該発熱によ
りマイクロギャップ式サージ吸収素子21の内部の低融点
金属線23が溶融溶断し，マイクロギャップ式サージ吸収
素子に印加された該過電圧過電流が遮断され，同時に，
該継続的過電圧過電流が機器回路25に印加されることも
防止できる。

第１表に，この本実施例による構成での試験結果を示
す。

第１表の結果から，継続的な過電圧過電流がマイクロギ
ャップ式サージ吸収素子に印加されたとき，基板が発煙
及び発火することなく，約２〜10秒で低融点金属が溶断
し，継続的な過電圧過電流を遮断したことが明らかであ
る。

［比較例］ 本発明による構造のサージ吸収素子と従来の構造のサー
ジ吸収素子に対して，該素子から3mmの位置に紙を置
き，該素子に過電圧過電流を印加したとき，紙の発煙発
火の有無を確認する試験を行なった。その結果は,AC600
Vの印加電圧と1.9〜1.95Aの印加電流により試験した場
合，発火率は，本発明による構造のものでは,10個のう
ち０個であり，従来の構造では,10個のうち３個が発火
した。また，回路遮断時間は，本発明のものは２〜５秒
で，従来のものは,6〜10秒であった。

［発明の効果］ 本発明のサージ吸収素子は，その無機材料外被体内でサ
ージ吸収素子外面に接して配置された低融点金属線によ
り，第１に，過電圧過電流が印加されたときに他の部品
に与える熱の影響を低減できたこと，第２に，全体を無
機材料で覆ったことにより低融点金属線に対する熱効率
が向上し，回路遮断時間が速くなったこと，第３に，基
板などに装着，或いは実装するときに取り扱い性が良く
なったこと，第４に，継続的な過電圧過電流による発煙
発火が外部に出なく，回路を遮断できるサージ吸収素子
を提供でき，即ち，簡単な構造のサージ吸収素子によ
り，継続的な過電圧過電流を遮断できる回路を提供でき
ることなどの技術的な効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図A,B及びＣは，本発明のサージ吸収素子の１例の
マイクロギャップ式サージ吸収素子の構造を示す正面図
及び側面図である。 第２図は，本発明のサージ吸収素子を利用した取付け回
路を示す図である。 ［主要部分の符号の説明］ １……口金部、２……ガラス管 ３……低融点金属線 ４……口金部、５……絶縁チューブ ６……リード部（線） ７……カシメ ８……マイクロギャップ式サージ吸収素子 ９……半田付け 10……接着接続部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−108547（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−21639（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−58340（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−84306（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−44639（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−33740（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−131054（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ギャップ式或いはマイクロギャップ式サー
   ジ吸収素子と それを外被する無機材料外被体を有し、その外被体は、
   第１口金と第２口金を有し；そして、 該サージ吸収素子は第１端子と第２端子を有し、そし
   て、 一端が、該サージ吸収素子の第１端子と前記第１口金と
   結合してい、他端が、前記第２口金に固定されており、
   該サージ吸収素子と電気的に直列に接続している低融点
   金属線を、前記外被体内で、前記サージ吸収素子の放電
   管の外面に接して取り付け、そして、 前記外被体は、該低融点金属と該サージ吸収素子の周囲
   には、空間を有して、全体を覆って、外部への熱の影響
   を少なくしており、前記のサージ吸収素子の第１端子と
   低融点金属線の一端と前記の第１口金とが結合した端子
   と、前記サージ吸収素子の第２端子と、前記低融点金属
   線の他端が結合した外被体の第２口金の端子の３つの端
   子を有することを特徴とする過電圧過電流保護のサージ
   吸収素子。