JPS6337471B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は外部電圧サージ（例えば、落雷や、送
電線と電話線との接触や誘導）から電話局設備を
保護するための、サージ電圧保護装置に関するも
のである。

屋外にワイヤを広く張りめぐらせた伝送システ
ムの場合、各端末において地面と電話線との間に
保護装置を設けて、電圧サージ（例えば、落雷）
から端末装置を保護することが一般的に行なわれ
ている。その様な保護装置は機能を低下すること
なく、繰返し生ずる電圧サージに耐えられねばな
らない。もしこの様な保護装置が動作しなけれ
ば、伝送システムは電気的に短絡状態とならず、
端末装置が保護されない。広く用いられている種
類のサージ電圧保護装置には２個のカーボンブロ
ツクの電極があり、その側面は50μｍの空間が設
けられている。しかしながら、この装置は極めて
高価であり、実際に使用されて故障した装置の交
換に要する労賃が高くつく欠点がある。従つて、
この様な装置のサービス寿命を長くする努力がこ
れまでになされてきた。

その様な改良の一例として、ガスチユーブプロ
テクタがあり、これは不活性ガス中に密封封着し
た金属電極が取付けられている。その様な装置の
特徴として、電極上に炭素がコーテイングされて
おり、この物質はとりわけ表面の電子放出能を高
める性質を有する。その結果プラズマ放電が生じ
易すくなる。この種の装置の一形式においては、
エアーギヤツプ装置（米国特許第3454811号1969
年７月８日）と同程度の放電破壊電圧を維持する
ために、平行した面間のギヤツプを比較的広く
（例えば500μｍ）とつておりまたガス圧を減じて
いる。このギヤツプが広げられた結果短絡事故が
起る危険性が少なくなつたので、サービス寿命が
非常に改善された。しかしながら、その様な装置
の密封封着が漏れると、放電電圧が安全限界をは
るかに越えて上昇する。この状態は「フエイルオ
ープン」状態として知られており端末装置と使用
者に対して限りない危険性をもたらす。その様な
装置の他のグループにおいては、不活性ガスが
おゝよそ大気圧に等しい圧力に維持されている。
しかしながら、この場合、望ましい安全範囲に放
電電圧を維持するためには、ギヤツプを狭くしな
ければならない（例えば25〜75μｍ）。この装置
は不活性ガス雰囲気と使用されている材質とによ
つて、狭いギヤツプのカーボンブロツク装置以上
の改良を与えている。さらにその装置は密封漏れ
により放電電圧が安全基準を越えないようにして
いる点において、カーボンブロツク装置の絶対的
な安全性を保持している。従つてこの装置の主な
故障形態は電極損傷によるギヤツプ間の短絡であ
る。

ギヤツプ幅は保護放電破壊電圧を決定するの
で、そのような装置においては重要である。その
様な装置の製造に際して、ギヤツプ幅を要求され
る精密な公差範囲内に維持するためには部品の公
差を厳密にする必要がある。

本発明の目的は、部品精度を特別に高くするこ
となく、加熱・冷却工程における材料間の収縮差
を用いて、正確なギヤツプ幅をもつサージ電圧保
護装置を製造する方法を提供することにある。

本発明に依れば、厳密に規定されたギヤツプ幅
を有する金属電極サージ電圧保護装置は、必要と
するギヤツプ幅公差よりも大きいか又は同程度の
大きさの製造公差で作られた部品により組立られ
る。公差を維持することは製造原価に多大な影響
を与えるので、本発明に依る構造と製造技術はこ
の種の装置の原価に重要な経済的影響を与える。

本発明のサージ電圧保護装置は、基本的には絶
縁ハウジングの一端に半田付された２個の金属電
極からなつている。少なくとも１個の電極は入れ
子式の２個の部品から構成されており、これらは
部品の粗い公差を補償するためのものである。サ
ージ電圧保護装置は２個の電極をお互いに接触さ
せて組立てる。組立た品物は半田付炉に入れ半田
合金が液体となる温度に加熱され、次に室内温度
迄冷却する。半田合金が固化すると、２個の入れ
子式部品はお互いに固定される。温度がさらに下
がると、絶縁体と金属とは収縮率が異なるので
（即ち、金属は絶縁体よりも余計に縮むから必要
な放電間隙が得られる。室内温度において、本装
置はまず第一に、部分品の全寸法と使用した材料
の線膨張係数で決まるギヤツプ幅を有する。この
方法に依り、±100μｍの製作公差で作られた部品
を用いて、例えば75±10μｍのギヤツプを有する
装置を製造することができる。

通信端末装置（例えば電話と電話交換機）のほ
とんどは、「サージ電圧保護装置」又は「避雷器」
として知られている保護装置により異常電圧を受
けぬ様保護されている。この様な装置の基本的機
能は２個の電極に依つて与えられ、それらの広い
表面は予め定めた狭い間隙に設定する。この装置
は入力伝送線と地面との間に接続され、通信シス
テムで用いられている通常の作動電圧ではオープ
ン回路を呈する。落雷とか送電線との接触事故に
よつて生じる異常サージ電圧によつて間隙にガス
放電が起り、地面へ短絡回路が構成されてサージ
電圧エネルギーが消失する。25〜75μｍの間隙は
１大気圧の空気中において750ボルトの電圧で放
電が起る。通常の動作では、この装置はサージ電
圧が消えると元のオープン回路を構成し、確実に
繰り返しサージ電圧に耐えることができる。

この形式のサージ電圧保護器に於ては、保護ギ
ヤツプの幅は放電電圧を決定するので重要であ
る。従来技術の装置においては、部品のうちの少
なくとも或る物は厳密に設定したガス間隙を得る
ために、必要な間隙の許容差と同程度の厳密な公
差で製作しなければならない。この様な厳密な公
差で製作すると、出来上つた装置の原価が非常に
高価となる。本発明に依る装置に於ては、すべて
の部品が必要とされる間隙の公差と同程度の公差
で製作しなくても良い。第１図の実施例の装置に
於て図示されているように、本発明のサージ電圧
保護器は絶縁ハウジング１３の一端に固定された
２個の電極１１と12とを有する。電極１２は２個
の入れ子式部品、フランジ付支持体１４と電極キ
ヤツプ１５とを有する。支持体の高さは部品のす
べての高さと設計されたギヤツプ幅の公差を補償
するために充分なクリヤランスを得られる様設計
されている。この例示的構造に於て、フランジ付
支持体１４には肩１６が与えられており、これに
よつて電極１２をハウジング１３の中で心合せす
る。この電極１２に於て、フランジ付支持体部品
は板から作られ、フランジ付スリーブと呼ぶこと
ができる。

本発明のサージ電圧保護器に於て、部品は融け
易い金属１８を用いて互いに密封され、そこで部
品はお互いに接触する。融け易すい金属は当業者
に知られている多くの技術のうちの一つ、例え
ば、接合すべき接合部に金属環を置くことによつ
て取付ける。半田付の工程には液体状金属を固化
して、特に支持部品１４と電極キヤツプ１５との
間の内部接合点を固定する幾つかの工程（例えば
ろう付）を含む。外部接続部は例えば溶接によつ
て接続される。

最終工程において部品は、電極１１と１２をお
互いに接触させて組立るが、そこの部分は最終的
にギヤツプ１９が生じる。自動的に組立る場合
は、２個の電極部品１２の入れ子式部品はゆるみ
ばめ（約50μｍのクリヤランスを持たせる）とし
ておき、そして組立体は半田付炉に第１図の如く
垂直に、２個の電極部品を最上部にして投入する
ことが望ましい。この様にすれば、重力によりギ
ヤツプ点１９において接触が保たれる。もし装置
を第１図の如く完全に密封しようとする場合に
は、半田付炉内の雰囲気の圧力と成分を制御して
密封された装置内の雰囲気を望ましい状態にす
る。炉内の温度は初め半田付温度迄加熱し解け易
い金属が液体になると次に室内温度迄冷却する。
冷却の際金属が固化すると、電極キヤツプ１５と
支持体１４とは互いに固定される。その後金属部
品が絶縁ハウジング１３に対して収縮し、保護間
隙１９が生じる。これは金属の線膨張係数が絶縁
材料の線膨張係数よりも一般的に異なるからであ
る。ここで、もし第１図に示す装置の下部電極１
１と電極キヤツプ１５とが同一材料で出来てお
り、支持体１４は別の材料で作られているなら
ば、ギヤツプ幅は次式で与えられる。

Ｇ＝（L₂C₂＋L₃C₃−L₁C₁）（T₂−T₁） (1) ここでＧはギヤツプ幅であり、L₁L₂L₃は第１
図に示された長さであり、C₁は絶縁セラミツク
ハウジング１３の線膨張係数、C₂は部品１１と
１５の線膨張係数、C₃は支持体１４の線膨張係
数である。T₂は半田合金の溶融温度T₁は室温で
ある。式(1)において膨張係数は温度に対して変化
しないと仮定する。この仮定はほとんどの純粋な
金属に対して当てはまる。そうでない材料の場
合、積Ci（T₂−T₁）、ｉ＝１、２、３は発表され
ている図表から求められる。この積は２つの温度
間の長さの僅かな差を示している。

第２図はサージ電圧保護器であり、本図中にお
いて下部電極２１と上部電極２２の両方は２個の
入れ子式部品（フランジ付スリーブ２４と電極キ
ヤツプ２５）を有している。このことは部品のコ
ード数をより少なくして製造を簡素化するのに役
立つている。金属軸端２６，２７はサージ電圧保
護器を設置する部分と嵌合させるためのものであ
る。第１図の如く、電極２１と２２は絶縁ハウジ
ング２３によつて分離されている。

第３図は電極組立体３１を示し（同図におい
て、フランジ付支持体３４は棒から作られてお
り、電極３５の窪みと嵌め合わされている。も
し、電極キヤツプと支持体が別々の材料で作られ
ているならば、線膨張係数の大きい材料を、線膨
張係数の小さい方の部品の内側に嵌め合せること
が望ましい。この様にすると、半田付炉の温度が
上昇すると２個の部品がしつかりと嵌め合わされ
る。この結果部品同志が互いに芯合せされ、半田
付の接合状態が良くなる。例えば、もし電極キヤ
ツプは銅、支持体はコバール（商標名）で出来て
いるならば、第１図の様に電極キヤツプ１５は支
持体１４の内側に嵌め合わされるべきである。さ
らに支持体が銅、電極キヤツプがモリブデンの場
合には、第３図の如く支持体３４を電極キヤツプ
３５の内側に嵌め合う様に設計することが望まし
い。

絶縁体１３，２３はセラミツク（例えば高密度
アルミ）、ガラス（例えば溶融石英）、結晶材料
（例えばサフアイヤ）とか又は、予想される使用
環境に適した同様の材料から作られる。さらに必
要とするギヤツプ幅を得るために充分な熱収縮差
を生じさせるための高温にその材料は耐えられね
ばならない。同様の理由により、使用する溶け易
い金属の固化温度は600℃又はそれ以上であるこ
とが望ましい。

ここに述べたサージ電圧保護器の設計に際し
て、設計者はギヤツプ幅と装置内ガスの圧力と成
分を選定して必要とする放電電圧を得なければな
らない。これらのパラメータの関係は既に良く知
られている。もし図示された例示的装置を完全に
密封した状態に製作するならば、溶接は制御され
た炉内雰囲中で行なわれる。炉内雰囲気の圧力は
もちろん温度に対して比例関係にある。

例 第２図の例示的装置において、支持体とフラン
ジ付スリーブはコバール（商標名、ニツケル28％
コバルト17％残部鉄）で出来ており、室温と800
℃との長さの変化は約0.83％である。コバール
（商標名）部品の全長L₃＝L₃′＋L₃″は2.9±0.1mmで
ある。電極キヤツプ２５は温度範囲に対して長さ
の変化は約1.65％でありその全長L₂は4.2±0.1mm
である。銅と銀から成る共融合金（BT溶接）、
融点約800℃を部品の適当な面に溶接環の形状に
して乗せる。入れ子部品はゆるみばめに設計す
る。ハウジング２３は長さ変化率0.6％、長さl₁は
7.6±0.15mmの高アルミナセラミツクである。こ
れらを組立後に溶接炉に垂直に入れる。炉内は冷
却後１気圧となるのに充分な圧力に制御されたア
ルゴン雰囲気を有する。溶接後、室温（約20℃）
迄冷却されるとギヤツプ幅は0.06±0.01mmとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は１個の入れ子式電極を有する本発明の
実施例に係るサージ電圧保護装置の部分断面正面
図、第２図は２個の入れ子式電極を有する本発明
の実施例に係るサージ電圧保護装置の部分断面正
面図、第３図は例示的な入れ子式電極の部分断面
正面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １１…下部電極、
１２…上部電極、１３…絶縁ハウジング、１４…
支持体、１５…電極キヤツプ、１８…溶け易い合
金、１９…放電ギヤツプ、２１…下部電極、２２
…上部電極、２３…絶縁ハウジング、２４…支持
体、２５…電極キヤツプ、２６…金属軸端、２７
…金属軸端、３１…電極組立体、３４…フランジ
付支持体、３５…電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状の絶縁ハウジングと、放電ギヤツプを
   生じる様にお互いに隔てられて該ハウジング内に
   固定された２個の電極とを含み、各電極は該ハウ
   ジングの両端において固定されたフランジを有す
   るサージ電圧保護装置の製造方法において、 該電極の少くとも１個は該電極の放電ギヤツプ
   構成面が互いに接触した状態で位置決めされるよ
   うに互いに入れ子式に咬み合わされた支持体と電
   極キヤツプ及び該支持体と該電極キヤツプとの間
   の、これらが互いに入れ子式に咬み合わされた領
   域に配置された溶け易い合金とを含むこと； 該支持体は該フランジと一体的に形成されてい
   ること； 該ハウジングと該電極とを、該電極の放電ギヤ
   ツプ構成面を互いに接触させた状態で、かつ該フ
   ランジのそれぞれと該ハウジングの両端とを、そ
   の間に配置した溶け易い合金を介して接触させた
   状態で組立てること； 組立体の温度を該溶け易い合金の溶接温度以上
   に上げること；及び 該組立体の温度を室温まで下げ、該放電ギヤツ
   プの幅は該溶接温度から室温迄冷却している間
   に、該ハウジングに対する該電極の収縮差によつ
   て決定されるようにすることを特徴とするサージ
   電圧保護装置の製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、
   該支持体はスリーブであることを特徴とするサー
   ジ電圧保護装置の製造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法
   において、該溶け易い合金は600℃以下では固体
   であることを特徴とするサージ電圧保護装置の製
   造方法。 ４ 特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記
   載の方法において、該溶け易い合金は主として銅
   と銀とを成分とすることを特徴とするサージ電圧
   保護装置の製造方法。 ５ 特許請求の範囲第１項、第２項、第３項又は
   第４項記載の方法において、各電極は基本的に支
   持体と電極キヤツプとを含むことを特徴とするサ
   ージ電圧保護装置の製造方法。 ６ 特許請求の範囲第１項、第２項、第３項、第
   ４項又は第５項記載の方法において、 各電極の該フランジは該溶け易い合金によつて
   該ハウジングに固定されることを特徴とするサー
   ジ電圧保護装置の製造方法。