KR20100103395A - ３-전극 서지 보호 장치 - Google Patents

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카즈히코 마치다
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신코 덴키 코교 가부시키가이샤
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Abstract

3-전극 서지 보호 장치가 제공된다. 상기 서지 보호 장치는: 접지 전극과, 상기 접지 전극에 접합되는 세라믹 실린더와, 상기 세라믹 실린더의 양측면에 접합되는 한 쌍의 라인 전극을 포함하는 서지 보호 장치 몸체; 및 상기 서지 보호 장치 몸체의 외면에 장착되고, 도전성을 갖는 페일-세이프 스프링;을 포함하고, 상기 페일-세이프 스프링은 상기 접지 전극의 외주면을 따라 상기 서지 보호 장치 몸체의 외주면을 가압하는 탄성 장착부와, 상기 탄성 장착부와 교차하도록 배치되어 상기 접지 전극을 상기 한 쌍의 라인 전극에 전기적으로 연결하는 단락부를 포함하고, 상기 3-전극 서지 보호 장치는, 상기 페일-세이프 스프링의 내면과 상기 서지 보호 장치 몸체의 외면 사이에 배치되고, 상기 탄성 장착부와 단락부의 교차 위치에 마련되는 도전재; 상기 한 쌍의 라인 전극에 마련되는 한 쌍의 제 1 리드 핀; 및 상기 접지 전극에 마련되는 제 2 리드 핀;을 더 포함한다. 통상시에, 상기 도전재는, 상기 단락부가 상기 서지 보호 장치 몸체의 외주면과 상기 제 1 리드 핀으로부터 이격되는 이격 위치에서 상기 단락부를 지지하는 스페이서로서 역할을 수행한다. 상기 서지 보호 장치 몸체가 과열되어 상기 도전재가 용융되는 때에는, 상기 탄성 장착부에 의한 가압력에 의하여 상기 단락부가 상기 제 2 리드 핀과 제 1 리드 핀에 접촉되는 접촉 위치로 상기 단락부를 이동시킨다.

Description

３-전극 서지 보호 장치{3-ELECTRODE SURGE PROTECTIVE DEVICE}
본 발명은 페일-세이프(fail-safe) 기구가 구비된 3-전극 서지 보호 장치에 관한 것이다.
3-전극 서지 보호 장치는 전화 회선으로 들어오는 번개에 의하여 야기되는 서지를 회피하는 구성요소로 사용된다. 3-전극 서지 보호 장치를 사용하여 전화 회선으로 침투하는 서지를 회피하기 위하여, 상기 3-전극 서지 보호 장치는 외부로부터 전화 회선으로 들어오는 서지를 방전시키고, 서지 전류가 접지로 흐르도록 하여 서지 전류가 장치 내로 흐르는 것을 방지한다. 3-전극 서지 보호 장치에서는, 외부로부터 침입하는 서지에 의해 서지 보호 장치의 방전이 멈춤없이 계속하여 이루어지는 현상이 일어나는 경우가 있다. 서지 보호 장치의 페일-세이프 기구는 서지 보호 장치의 방전을 중단시키기 위하여 제공되고, 서지 보호 장치의 방전이 멈춤없이 계속하여 이루어지는 때에 서지 보호 장치가 과열되는 것을 방지해준다.
서지 보호 장치의 페일-세이프 기구에는, 서지 보호 장치 몸체의 외면에 접지 전극과 라인 전극의 사이의 공간을 덮기 위한 페일-세이프 스프링이 마련되고, 상기 페일-세이프 스프링과 접지 전극 사이에 솔더 칩이 마련된다. 상기 페일-세이프 기구에 따르면, 상기 솔더 칩은 서지 보호 장치가 과열되는 때에 용융되고, 상기 접지 전극과 라인 전극은 상기 페일-세이프 스프링을 통하여 전기적으로 단락된다. 따라서, 방전이 중단될 수 있다. 그리고, 상기 라인 전극 외면과 페일-세이프 스프링 내면 사이에 절연 필름이 마련되는 경우도 있으며, 상기 페일-세이프 스프링은 서지 보호 장치의 메인 몸체 외면에 장착된다. 이러한 경우에, 서지 보호 장치의 방전이 계속하여 이루어지고 서지 보호 장치가 과열되면, 상기 절연 필름이 용융되고, 접지 전극과 라인 전극이 상기 페일-세이프 스프링을 통하여 전기적으로 단락되어 방전을 중단시키게 된다(참조, JP-A-2-070390, JP-A-6-251852, JP-A-6-251855).
3-전극 서지 보호 장치에서는, 하나의 전화 회선이 한 쌍의 라인 전극에 연결된다. 전화 회선에 번개가 작용하는 경우, 통상은 실질적으로 동일한 크기를 갖는 서지 전류가 3-전극 서지 보호 장치의 각각의 라인 전극들로 동일 위상으로 침입하고, 상기 서지 전류는 상기 서지 보호 장치의 방전에 의하여 회피될 수 있다. 그러나, 최근에는 번개가 비정상적인 대기 현상에 의하여 발생하고, 이로 인해 3-전극 서지 보호 장치의 라인 전극들에 연결된 전화 회선으로 들어오는 서지 전류가 다른 위상을 갖는 경우가 빈번하며, 상기 라인 전극들로 들어오는 서지 전류의 크기가 서로 다르다.
라인 전극들로 침입하는 서지 전류가 다른 위상을 갖게 되면, 상기 서지 전류는 오직 하나의 라인 전극과 접지 전극 사이를 흐르게 된다. 이러한 경우, 서지 보호 장치의 방전이 일측에서만 이루어지는 현상이 발생하게 되고, 과열된 하나의 라인 전극이 페일-세이프 기구에 의하여 접지 전극에 단락되는 현상이 발생한다.
페일-세이프 기구가 동작하여 라인 전극과 접지 전극이 전기적으로 단락되는 서지 보호 장치는 신품으로 교체되어야 하지만, 라인 전극에 접속되어 있는 전화 회선 양쪽이 함께 접지 전위가 되었는지를 검출하는 것에 의해 상기 서지 보호 장치가 불량인지 여부는 기구적으로 검출된다. 따라서, 라인 전극 들 중 오직 하나가 접지 전극으로 되어 있는 경우이더라도, 불량인 서지 보호 장치가 검출되지 않고, 교체되어야 하는 서지 보호 장치가 검출되지 않을 수 있다.
이러한 이유 때문에, 라인 전극으로 다른 위상을 갖는 서지 전류가 침입하는 경우에도, 안전 기구가 확실히 동작하고, 라인 전극을 접지 전위가 되도록 함으로써 불량의 서지 보호 장치를 용이하게 검출하는 페일-세이프 기구를 구비한 서지 보호 장치에 대한 요구가 있다.
본 발명의 실시예는 위에서 기술한 문제점과 기술되지 않은 다른 문제점을 고심한 것이다. 다만, 본 발명은 위에서 기술한 문제점들을 모두 극복하기에 충분하지 않으며, 본 발명의 실시예는 위에서 기술한 어떤 문제점을 극복하지 않을 수도 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예는 라인 전극들로 침입하는 서지 전류의 위상 또는 크기가 다른 경우이더라도, 양쪽의 라인 전극과 접지 전극을 단락시킬 수 있으며, 서지 보호 장치의 방전을 중단시킬 수 있는 페일-세이프 기구가 구비된 3-전극 서지 보호 장치이다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 바람직한 실시예에 따른 3-전극 서지 보호 장치가 제공된다. 상기 서지 보호 장치는: 접지 전극과, 상기 접지 전극에 접합되는 세라믹 실린더와, 상기 세라믹 실린더의 양측면에 접합되는 한 쌍의 라인 전극을 포함하는 서지 보호 장치 몸체; 및 상기 서지 보호 장치 몸체의 외면에 장착되고, 도전성을 갖는 페일-세이프 스프링;을 포함하고, 상기 페일-세이프 스프링은 상기 접지 전극의 외주면을 따라 상기 서지 보호 장치 몸체의 외주면을 가압하는 탄성 장착부와, 상기 탄성 장착부와 교차하도록 배치되어 상기 접지 전극을 상기 한 쌍의 라인 전극에 전기적으로 연결하는 단락부를 포함하고, 상기 3-전극 서지 보호 장치는, 상기 페일-세이프 스프링의 내면과 상기 서지 보호 장치 몸체의 외면 사이에 배치되고, 상기 탄성 장착부와 단락부의 교차 위치에 마련되는 도전재; 상기 한 쌍의 라인 전극에 마련되는 한 쌍의 제 1 리드 핀; 및 상기 접지 전극에 마련되는 제 2 리드 핀;을 더 포함한다. 통상시에, 상기 도전재는, 상기 단락부가 상기 서지 보호 장치 몸체의 외주면과 상기 제 1 리드 핀으로부터 이격되는 이격 위치에서 상기 단락부를 지지하는 스페이서로서 역할을 수행한다. 상기 서지 보호 장치 몸체가 과열되어 상기 도전재가 용융되는 때에는, 상기 탄성 장착부에 의한 가압력에 의하여 상기 단락부가 상기 제 2 리드 핀과 제 1 리드 핀에 접촉되는 접촉 위치로 상기 단락부를 이동시킨다.
본 발명의 다른 실시예 및 이로운 효과들은 이하에서 기술되는 상세한 설명, 도면 및 청구항에 의해 명확해질 것이다.
본 발명의 3-전극 서지 보호 장치는 라인 전극들로 침입하는 서지 전류의 위상 또는 크기가 다른 경우이더라도, 양쪽의 라인 전극과 접지 전극을 단락시킬 수 있으며, 서지 보호 장치의 방전을 중단시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3-전극 서지 보호 장치의 사시도이다.
도 2는 3-전극 서지 보호 장치의 정면도이다.
도 3은 3-전극 서지 보호 장치의 측면도이다.
도 4는 3-전극 서지 보호 장치의 배면도이다.
도 5는 페일-세이프 스프링의 전개도이다.
도 6a 및 6b는 솔더 칩이 용융하기 전과 후에 있어서의 페일-세이프 스프링과 리드 핀의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3-전극 서지 보호 장치의 사시도이다.
도 8은 제 2 실시예에 따른 페일-세이프 스프링의 전개도이다.
도 9는 서지 보호 장치의 내부 구조와 페일-세이프 스프링이 장착된 상태의 단면도이다.
도 10은 페일-세이프 스프링이 장착되기 전의 서지 보호 장치의 방전 특성의 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 페일-세이프 스프링이 장착된 후의 서지 보호 장치의 방전 특성의 테스트 결과를 나타내는 그래프이다.
[제 1 실시예]
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 3-전극 서지 보호 장치가 도면과 함께 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 페일-세이프 기구가 구비된 3-전극 서지 보호 장치의 사시도이다. 본 실시예에 따른 3-전극 서지 보호 장치(10)에는 접지 전극(12)과, 상기 접지 전극(12)의 양측에서 세라믹 실린더(14a,14b)를 개재하여 제공되는 한 쌍의 라인 전극(16a,16b)이 구비된다. 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)의 외면에는 리드 핀(18a,18b,18c)이 용접에 의해 제공되어 있다. 접지 전극(12), 세라믹 실린더(14a,14b) 및 라인 전극(16a,16b)은 서지 보호 장치 몸체(10a)를 구성한다.
본 실시예에 따른 3-전극 서지 보호 장치(10)는 페일-세이프 기구로서, 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면에 장착되는 페일-세이프 스프링(20)을 구비한다. 상기 페일-세이프 스프링(20)은 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 접지 전극(12)의 외주에 장착되는 탄성 장착부(22)와, 상기 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)을 전기적으로 단락시키는 단락부(24)를 구비한다. 상기 탄성 장착부(22)는 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)를 고정하도록 제공되고, 상기 단락부(24)는 상기 탄성 장착부(22)에 수직한 방향으로 제공된다.
도 2는 3-전극 서지 보호 장치(10)의 정면도이다. 상기 접지 전극(12), 라인 전극(16a,16b) 및 세라믹 실린더(14a,14b)는 동일한 외경으로 모두 형성되고, 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)는 전체적으로 원통형의 형상을 갖는다. 상기 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)은 상기 세라믹 실린더(14a,14b)의 단부면에 기밀하게 땜납되고, 방전 가스는 상기 서지 보호 장치 몸체(10a) 내에 밀봉된다.
상기 리드 핀(18a,18b,18c)은, 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)의 외면에서 동일한 원주 위치들로 구비되고, 상기 리드 핀(18a,18b,18c)은 일렬(직선 배열)로 배열된다.
상기 페일-세이프 스프링(20)의 탄성 장착부(22)는 접지 전극(12)의 두께보다 더 폭넓게 형성되고, 상기 탄성 장착부(22)의 양측 가장자리는 접지 전극(12)의 측면 가장자리로부터 상기 세라믹 실린더(14a,14b)의 외면으로 연장된다(다만, 상기 라인 전극(16a,16b)까지는 도달되지 않음).
상기 탄성 장착부(22)의 양쪽 단부에는 상기 접지 전극(12)의 외면으로 향하도록 돌출되는 반구형 돌출부(21)가 마련된다.
도 3은 3-전극 서지 보호 장치(10)의 측면도이다.
상기 탄성 장착부(22)가 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)에 장착된 상태에서, 상기 탄성 장착부(22)는 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 원주의 약 3/4 정도를 둘러싸도록 제공된다.
페일-세이프 스프링(20)의 탄성 장착부(22)와 단락부(24)가 교차하는 부분에는, 솔더 칩을 하우징하기 위한 홈부(26)가 형성되고, 상기 홈부(26)의 하부는 상기 페일-세이프 스프링(20)의 외면으로 미세하게 돌출된다. 상기 페일-세이프 스프링(20)은 상기 홈부(26)에 솔더 칩(30)을 수용하여 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)에 장착된다. 도 1, 2 및 3은 홈부(26)에 솔더 칩(30)을 수용하여 페일-세이프 스프링(20)을 장착한 상태를 나타낸다.
상기 솔더 칩(30)이 상기 페일-세이프 스프링(20)의 홈부(26) 내에 수용된 상태에서는, 상기 솔더 칩(30)의 표면이 상기 페일-세이프 스프링(20)의 표면(상기 몸체에 대향하는 면)으로부터 돌출하도록 상기 홈부(26)의 깊이와 상기 솔더 칩(30)의 두께가 설정된다. 상기 솔더 칩(30)이 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면(구체적으로는, 상기 접지 전극(12)과 세라믹 실린더(14a,14b)의 외면)과 접하도록, 상기 페일-세이프 스프링(20)이 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)에 장착된다. 즉, 상기 솔더 칩(30)은 페일-세이프 스프링(20)이 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면으로부터 떨어지도록 하는 스페이서로서 역할을 수행한다.
도 3은 상기 솔더 칩(30)이 스페이서가 되어 상기 페일-세이프 스프링(20)이 상기 3-전극 서지 보호 장치(10)의 몸체의 외면으로부터 소정 거리 떨어져서 장착되는 것을 보여준다.
전술한 바와 같이, 상기 탄성 장착부(22)의 선단부에는, 상기 접지 전극(12)의 외주면에 대향하는 위치에 돌출부(21)가 마련된다. 상기 페일-세이프 스프링(20)이 상기 몸체에 장착된 상태에서, 상기 돌출부(21)는 상기 접지 전극(12)의 외면과 접촉하고, 상기 솔더 칩(30)의 스페이서 기능을 하는 상기 돌출부(21)를 제외하고는 상기 페일-세이프 스프링(20)은 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면으로부터 떨어진 상태를 유지하도록 지지된다. 실제로는, 두 개의 돌출부(21) 중 하단부에 가까운(상기 리드핀에 가까운) 돌출부(21)는 상기 접지 전극(12)의 외주면으로부터 미세하게 떨어져 있다. 상기 솔더 칩(30)은, 상기 탄성 장착부(22)의 탄성력에 의하여, 항상 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면(접지 전극(12)과 접지 전극(12)에 가까운 상기 세라믹 실린더(14a,14b)의 외면)을 향하여 가압되고 있다.
도 4는 3-전극 서지 보호 장치(10)의 배면도이다.
상기 페일-세이프 스프링(20)의 상기 탄성 장착부(22)는 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)를 고정하기 위하여 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 중앙부에 장착되고, 상기 단락부(24)는 상기 탄성 장착부(22)와 교차하도록 배치된다. 상기 단락부(24)는 상기 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)에 제공된 상기 리드 핀(18a,18b,18c)의 기단부 근방에 마련된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 단락부(24)는 탄성 장착부(22)와 교차하는 위치로부터 측방으로 연장되고, 연장 단부는 상기 라인 전극(16a,16b)이 마련되어 있는 부분을 넘어서까지 연장되어 있다. 단락부(24)의 양단에는 상기 라인 전극(16a,16b)의 외면에 접하는 방향으로 절곡되는 절곡부(24a,24b)가 마련되어 있다. 상기 절곡부(24a,24b)는 상기 라인 전극(16a,16b)의 바깥쪽 가장자리의 곡면에 따른 곡면 형상으로 형성되어 있다. 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면의 곡면에 대향하는 상기 단락부(24) 일부는 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면의 곡면을 따라 절곡된다.
도 5는 페일-세이프 스프링(20)의 평면 전개도이다.
전술한 바와 같이, 상기 페일-세이프 스프링(20)은 상기 탄성 장착부(22)와 단락부(24)를 포함한다. 상기 단락부(24)는 상기 탄성 장착부(22)의 길이 방향에 수직한 방향으로 교차하도록 상기 탄성 장착부(22)의 세로 방향 중심으로부터 편향되는 위치에 마련된다. 상기 돌출부(21)는 상기 탄성 장착부(22)의 양단의 부근에 마련된다. 상기 절곡부(24a,24b)는 상기 단락부(24) 양단에 마련도니다.
상기 솔더 칩(30)을 수용하기 위한 상기 홈부(26)는 상기 탄성 장착부(22)와 단락부(24)가 교차하는 부분에 형성된다. 실시예에서는, 평면 형상이 직사각형인 솔더 칩(30)이 사용되고 있다. 이러한 이유 때문에, 상기 홈부(26)가 상기 솔더 칩(30)의 평면 형상에 따라 직사각형 형상으로 형성되어 있다.
상기 홈부(26)에 상기 솔더 칩(30)을 수용함으로써, 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면과 페일-스프링(20) 사이에 상기 솔더 칩(30)이 위치하게 되고, 상기 홈부(26)가 상기 페일-스프링(20)을 장착하는 역할을 수행하게 되는 것이다. 상기 홈부(26)는 상기 솔더 칩(30)의 두께보다 작은 깊이를 갖도록 형성된다.
상기 탄성 장착부(22)에는, 상기 홈부(26)에서 상기 탄성 장착부(22)의 짧은 측에 대향하는 측부(26a)에 교차하는 배치로, 상기 리드 핀(18a)이 관통하는 홀(28)이 형성된다. 상기 홀은(28)은 상기 탄성 장착부(22)의 길이 방향(세로 방향)에 평행한 장방향 홀로 형성된다. 상기 홀(29) 내에서, 상기 리드 핀(18a)은 상기 홀(28)의 종방향으로 이동가능하다. 평면 형상이 직사각형 형상인 상기 솔더 칩(30)은 상기 홈부(26) 내에 수용된다. 상기 홀(28)은, 상기 솔더 칩(30)이 수용되는 영역 내로 장방향 홀의 일측 단부가 들어가도록 형성된다.
상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면에 대향하는 상기 단락부(24)의 내면에는, 상기 단락부(24)에 대향하는 상기 홈부(26)의 측부(26b,26c)(상기 홈부(26)의 평면영역)와 접하는 그루브(groove)(24c,24d)가 제공된다. 상기 그루브(24c,24d)의 일측 단부는 단락부(24)의 길이 방향과 평행하게 홈부(26)의 측부(26b,26c)와 연통하고, 상기 그루브(24c,24d)의 타측 단부는 상기 단락부(24)의 단부(절곡부(24a,24b)가 마련되는 위치)까지 연장되도록 마련된다. 단면도에서는, 상기 그루브(24c,24d)는 V 형상과 같은 특정 형상으로 형성될 수 있다.
실시예에서, 상기 페일-세이프 스프링(20)은 스테인레스 스틸재를 사용하여 형성된다. 이러한 메탈재를 사용하게 되면, 프레스 공정을 수행하기가 쉽고, 상기 탄성 장착부(22) 또는 상기 단락부(24)를 특정 형상으로 형성시키는 것이 용이하다. 또한, 상기 홈부(26)를 가공하는 것이 용이하다.
전술한 바와 같이, 상기 페일-세이프 스프링(20)이 상기 3-전극 서지 보호 장치(10)의 몸체에 탄성적으로 장착되기 때문에, 스테인레스 스틸재 이외에 필요한 탄성력을 갖는 물질들도 사용될 수 있다. 상기 단락부(24)는 상기 접지 전극(12)을 상기 라인 전극(16a,16b)에 전기적으로 연결하도록 동작한다. 따라서, 상기 페일-세이프 스프링(20)의 소재로 도전성을 갖는 소재가 사용될 수 있다. 그리고, 내후성(weather resistance)을 고려하여 소재를 선택하고, 소재의 표면에 필요에 따라 내식성(corrosion resistance)을 위한 코팅이 수행될 수 있다.
(3-전극 서지 보호 장치의 동작)
도 1에 도시된 상기 3-전극 서지 보호 장치(10)를 조립하는 때에는: 상기 페일-세이프 스프링(20)의 홈부(26) 내에 상기 솔더 칩(30)을 수용하고, 상기 홀(28) 내로 상기 리드 핀(18a)을 삽입하고, 탄성 장착부(22)의 양단이 분리되는 방향으로 상기 탄성 장착부(22)가 개방되도록 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면에 탄성 장착부(22)를 장착시킨다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 페일-세이프 스프링(20)은 상기 솔더 칩(30)이 상기 몸체의 외면(상기 접지 전극(12)이 배치되어 있는 위치)에 접촉하도록 장착되고, 상기 탄성 장착부(22)에 마련된 돌출부(21)는 상기 접지 전극(12)의 외면과 접촉한 상태에서 장착된다.
도 6a는 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)에 페일-세이프 스프링(20)과 솔더 칩(30)이 장착된 상태를 리드 핀(18a,18b,18c)을 배치한 하면측으로부터 보았을 때를 도시하고 있다.
상기 솔더 칩(30)이 상기 홈부(26)에 수용되고, 상기 리드 핀(18a)이 상기 홀(28) 내에 삽입되면, 상기 리드 핀(18a)의 위치는 상기 솔더 칩(30)의 측면에 의해 상기 홀(28) 내에서의 위치가 규제된다. 즉, 상기 리드 핀(18a)은 상기 솔더 칩(30)에 의해 상기 홀(28) 내에서 홈부(26)의 외측에 위치하도록 규제된다. 따라서, 상기 페일-세이프 스프링(20)의 단락부(24)는 상기 리드 핀(18b,18c)으로부터 이격된 이격 위치에서 지지된다. 즉, 상기 페일-세이프 스프링(20)에 형성되는 홈부(26)와 상기 솔더 칩(30)의 배치위치 및 형상은, 상기 솔더 칩(30)이 상기 홈부(26) 내에 수용된 상태에서 상기 리드 핀(18a,18b,18c)들이 상기 단락부(24)와 접촉하지 않도록 하는 이격 위치에 있도록 설정된다.
도 6a는 통상시의 페일-세이프 스프링(20)의 장착 상태를 보여준다. 통상 사용시에, 상기 페일-세이프 스프링(20)은 솔더 칩(30)과 돌출부(21)를 통하여 상기 접지 전극(12)과 리드 핀(18a)에 전기적으로 연결된다. 한편, 상기 페일-세이프 스프링(20)의 단락부(24)는 상기 라인 전극(16a,16b)의 외면으로부터 이격되고, 상기 리드 핀(18b,18c)으로부터도 이격된 이격 위치에 위치하게 된다.
도 6b는 서지 전류가 상기 3-전극 서지 보호 장치(10)로 유입되고, 상기 페일-세이프 기구가 동작하는 상태를 보여준다.
상기 3-전극 서지 보호 장치(10)의 방전이 정지없이 연속하여 이루어지고, 상기 서지 보호 장치(10)의 몸체가 과열되어 상기 몸체의 온도가 상기 솔더 칩(30)을 용융시키는 온도에 도달하게 되면, 상기 홈부(26)에 수용된 상기 솔더 칩(30)이 용융되어 솔더 칩(30)에 의한 리드 핀(18a)의 위치 규제가 상실된다. 따라서, 상기 리드 핀(18a)이 홀(28) 내에서 이동하게 되어, 상기 홈부(26)로 진입하게 된다. 즉, 상기 단락부(24)가 상기 페일-세이프 스프링(20)의 탄성력에 의하여 상기 리드 핀(18b,18c)을 향하여 이동하게 된다. 도 6b에서는, 상기 솔더 칩(30)이 녹았을 때 상기 단락부(24)의 이동 방향이 화살표로 도시되어 있다. 상기 단락부(24)의 측면 가장자리는 상기 리드 핀(18b,18c)의 외면과 접촉하게 되는 접촉 위치로 이동하게 되고, 상기 리드 핀(18a,18b,18c)들은 상기 단락부(24)를 통하여 서로 전기적으로 연결되며, 상기 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)은 전기적으로 단락된다.
상기 페일-세이프 스프링(20)의 탄성력에 의해, 상기 솔더 칩(30)은 항상 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면을 향하는 방향으로 가압된다. 즉, 상기의 탄성력은 상기 페일-세이프 스프링(20)이 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면을 향하여 이동하도록 방향으로 작용한다. 따라서, 상기 솔더 칩(30)이 용융되었을 때에, 상기 페일-세이프 스프링(20)의 탄성 장착부(22)와 단락부(24)가 압축되어(직경의 감소) 상기 3-전극 서지 보호 장치(10)를 향하여 이동하게 된다.
이때, 상기 홈부(26)에 수용된 솔더 칩(30)의 용융에 의하여 형성되는 용융된 솔더 칩(30a)은, 상기 페일-세이프 스프링(20) 내면과 상기 서지 보호 장치 몸체(10a) 외면 사이에서 압축되고, 상기 페일-세이프 스프링(20) 내면과 상기 서지 보호 장치 몸체(10a) 외면 사이로 퍼져나간다.
도 6b는 상기의 용융된 솔더 칩(30a)이 용융되어 퍼져나가는 모습을 보여준다. 특히, 상기의 용융된 솔더 칩(30a)은 상기 홈부(26) 부근으로 퍼져나가게 되고, 상기의 용융된 솔더 칩(30a)은 상기 단락부(24)의 그루브(24c,24d)를 따라 안내되어 상기 단락부(24)의 단부를 향하여 퍼져나가게 된다. 상기 단락부(24)는 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면을 향하여 압축되고(외면과 접촉하도록 가압되고), 상기 단락부(24)의 내면은 상기 접지 전극(12)의 외면과 라인 전극(16a,16b)의 외면과 접촉하도록 이동되고, 상기 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)은 상기 단락부(24)를 통하여 서로 전기적으로 단락된다. 상기의 용융된 솔더 칩(30a)이 상기 단락부(24) 내면과 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면 사이의 갭을 채우도록 퍼져나가기 때문에, 상기 단락부(24), 접지 전극(12) 및 라인 전극(16a,16b)은 상기의 용융된 솔더 칩(30a)을 통하여 밀착하게 되어 확실히 전기적으로 연결된다.
실시예에서, 상기 단락부(24)의 내면은 상기 서지 보호 장치 몸체(10a) 외면의 곡면을 따라 곡면 형상으로 형성된다. 따라서, 상기 페일-세이프 스프링(20)의 직경이 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면을 향하여 감소하게 되면, 상기 단락부(24)의 내면은 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면을 따라 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)의 외면과 접촉하도록 이동되고, 상기 단락부(24)에 의한 상기 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)의 전기적인 단락이 확실히 가능해진다.
상기 단락부(24)의 양단에 마련되는 상기 절곡부(24a,24b)는, 상기 페일-세이프 스프링(20)의 직경이 감소하게 되면, 상기 라인 전극(16a,16b)의 외주면과 접촉하도록 이동하게 된다. 따라서, 상기 단락부(24) 및 라인 전극(16a,16b)의 전기적인 연결은 보다 확실히 이루어지게 된다.
본 실시예에 따른 상기 3-전극 서지 보호 장치(10)는 다음과 같이 동작한다. (1) 상기 단락부(24)가 상기 리드 핀(18a,18b,18c)과 접촉하도록 가압이동된다. (2) 상기 단락부(24)가 상기 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)의 외면과 접촉하도록 이동된다. (3) 상기의 용융된 솔더 칩(30a)이 상기 단락부(24) 내면과 상기 서지 보호 장치 몸체(10a) 외면 사이에서 퍼져나간다. (4) 상기 탄성 장착부(22)에 마련되어 하단의 리드 핀 측에 가까운 돌출부(21)가 접지 전극(12)의 외면에 접촉하도록 이동된다. (5) 상기 단락부(24)의 양단에 마련되는 절곡부(24a,24b)가 라인 전극(16a,16b)과 접촉하도록 이동된다. 따라서, 3-전극 서지 보호 장치(10)의 방전이 계속되면, 상기 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)은 상기 서지 보호 장치(10)의 방전을 멈추기 위하여 전기적으로 단락된다.
전술한 바와 같이, 실시예의 페일-세이프 기구에 따르면, 다른 위상을 갖는 서지 전류가 3-전극 서지 보호 장치(10)의 라인 전극(16a,16b)으로 인가되고, 상기 서지 보호 장치(10)의 어느 하나의 라인 전극만이 방전된 경우이더라도, 상기 접지 전극(12)과 양쪽 라인 전극(16a,16b)은 상기 서지 보호 장치(10)의 방전을 멈추기 위하여 접지된다. 따라서, 전화 회선을 통하여 어느 서지 보호 장치가 불량이 되었는지를(페일-세이프 기구가 동작하는지를) 확실히 검출하는 것이 가능하다.
본 실시예에서는, 상기 페일-세이프 스프링(20)과 서지 보호 장치 몸체(10a) 사이에 개입되어 있는 상기 솔더 칩(30)은 도전재로 이루어지고, 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)가 과열되는 때에 용융된다. 도전재는 상기 솔더에 한정되는 것은 아니며, 도전성을 갖는 다양한 물질들이 사용될 수 있다. 실시예에서, 장방형의 솔더 칩(30)이 사용되지만, 상기 페일-세이프 스프링(20)과 피뢰기 몸체(10a) 사이에 개입되어 스페이서로서 역할을 수행하는 도전재의 형상은 상기의 장방형 형상에 한정되는 것은 아니며, 적당한 형상의 도전재가 사용될 수도 있다.
(제 2 실시예)
도 7은 제 2 실시예에 따른 페일-세이프 기구가 구비된 3-전극 서지 보호 장치(10)의 사시도이고, 도 8은 서지 보호 장치 몸체(10a)에 마련되는 페일-세이프 스프링(20)의 전개도이다. 본 실시예에 따른 페일-세이프 기구는 앞선 제 1 실시예에서 기술된 페일-세이프 기구와 동일한 방법으로 조립된다. 따라서, 페일-세이프 스프링(20)은 탄성 장착부(22)와 단락부(24)로 이루어지고, 상기 페일-세이프 스프링(20)은 솔더 칩(30)을 통하여 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)에 탄성적으로 장착된다.
제 2 실시예는 제 1 실시예에서의 탄성 장착부(22)의 양단에 마련되는 반구형 돌출부(21) 대신에 단면이 V형상인 돌출부(21a)가 상기 탄성 장착부(22)의 선단 가장자리로부터 상기 탄성 장착부(22)의 길이 방향으로 내측으로 연장되는 것이 제 1 실시예와 비교하여 다른 점이다.
상기 탄성 장착부(22)에 돌출부(21,21a)를 형성시키는 목적은, 돌출부(21,21a)를 접지 전극(12)의 외주면에 접촉시켜서, 돌출부(21,21a)를 접지 전극(12)과 탄성 장착부(22) 사이를 전기적으로 연결하는 것을 보장하기 위한 것이며, 또한 상기 솔더 칩(30)이 용융되었을 때에 상기 탄성 장착부(22)의 직경 감소가 확실히 이루어지도록 하기 위함이다.
상기 탄성 장착부(22)의 전체적인 표면이 상기 접지 전극(12)과 접촉하고 있으면, 상기 탄성 장착부(22)의 직경이 감소하는 때에 상기 접지 전극(12) 외면과의 마찰 저항이 커지게 되고, 상기 탄성 장착부(22)의 직경 감소(이동)가 방해를 받게 될 수 있다. 상기 탄성 장착부(22)에 상기 돌출부(21,21a)가 마련되어 있는 경우에는, 상기 돌출부(21,21a)와 접지 전극(12) 사이의 접촉 면적이 작게 된다. 따라서, 상기 탄성 장착부(22)는 보다 용이하게 이동하게 되고, 이로 인해 상기 탄성 장착부(22)의 직경이 감소될 수 있다. 본 실시예에서 기술되는 바와 같이, 상기 돌출부(21a)가 V 형상으로 형성되면, 반구형으로 형성되는 돌출부(21)의 경우에 비교하여 상기 탄성 장착부(22)의 직경 감소의 동작이 보다 쉽게 실행될 수 있다.
반구형 또는 V 형상의 돌출부(21,21a)는 가압 공정에 의하여 상기 탄성 장착부(22)에 쉽게 형성될 수 있다.
(탄성 장착부의 폭)
도 9는 3-전극 서지 보호 장치(10)의 서지 보호 장치 몸체(10a)의 단면도이다. 전술한 바와 같이, 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)는 상기 세라믹 실린더(14a,14b)의 단면에 접지 전극(12)과 라인 전극(16a,16b)을 각각 기밀하게 땜납(솔더링)하는 것에 의해 조립된다. 도 9는 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)에 장착된 페일-세이프 스프링(20)의 탄성 장착부(22)가 장착되는 위치를 보여준다.
상기 서지 보호 장치(10)의 방전의 응답 동작을 안정화시키기 위하여, 상기 세라믹 실린더(14a,14b)의 내면에는 트리거 라인(15)이 형성된다. 상기 트리거 라인(15)은 카본으로 형성되고, 상기 세라믹 실린더(14a,14b)에서 라인 전극(16a,16b)과 접촉하는 단면으로부터 접지 전극(12)을 향하여 축방향으로 연장된다. 상기 세라믹 실린더(14a,14b)와 상기 라인 전극(16a,16b)이 접합하는 때에, 상기 라인 전극(16a,16b)에 근접한 상기 트리거 라인(15)의 단부는 상기 라인 전극(16a,16b)의 메탈면에 접속한다.
상기 트리거 라인(15)의 길이는 사기 서지 보호 장치(10)의 방전 전압을 조절하기에 적합하도록 설정된다. 본 실시예에 따른 3-전극 서지 보호 장치에서는, 상기 페일-세이프 스프링(20)의 탄성 장착부(22) 폭이, 상기 서지 보호 장치 몸체(10a)에 상기 페일-세이프 스프링(20)이 마련된 상태에서, 상기 트리거 라인(15)이 상기 탄성 장착부(22)의 측면 가장자리 위치와 오버랩되도록 설정된다. 도 9에는, 상기 트리거 라인(15)이 상기 탄성 장착부(22)와 오버랩되는 범위가 폭 d로 도시되어 있다.
도 10 및 도 11은 페일-세이프 스프링이 장착되기 전 및 후의 서지 보호 장치의 방전 특성의 테스트 결과를 보여준다. 10개 샘플에 대하여 방전 특성이 시험되었다. L1(+)와 L1(-)는 리드 핀(18b)을 통하여 라인 전극(16a)과, 리드 핀(18a)을 통하여 접지전극(12) 사이의 방전 특성을 2방향, 플러스 방향(L1(+))과 마이너스 방향(L1(-))으로 측정한 결과이다. L2(+)와 L2(-)은 리드 핀(18c)을 통하여 라인 전극(16b)과 리드 핀(18a)을 통하여 접지 전극(12) 사이의 방전 특성을 2방향, 플러스 방향(L2(+))과 마이너스 방향(L2(-))으로 측정한 결과이다.
도 10에 도시되는 바와 같이, 페일-세이프 스프링(20)을 장착하기 전에는, 마이너스 측의 방전 전압이 플러스 측의 방전 전압보다 더 높으며, 즉, 방전 전압에서 차이가 존재한다. 반대로, 도 11에 도시되는 바와 같이, 페일-세이프 스프링(20)이 장착된 상태에서는, L1, L2의 라인 전극 모두에서, 마이너스 측의 방전 전압이 플러스 측의 방전 전압 보다 경향이 억제되며, 방전 전압에서의 차이는 전체적으로 감소하게 되고, 서지 보호 장치(10)의 방전 특성이 안정화된다.
이러한 테스트 결과는 상기 페일-세이프 스프링(20)이 서지 보호 장치(10)의 방전 동작에서 동작하는 것을 보여준다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 라인 전극(16a,16b)에 접하는 트리거 라인(15)과 상기 탄성 장착부(22)가 오버랩된다. 따라서, 방전 개시시에 탄성 장착부(22)가 전위차에 의해 대전되는 때에, 트리거 라인(15)에 전하를 조기 유발하여 전자 방출을 촉진하고, 방전 개시 전압의 응답 속도를 높이는 효과가 있다. 따라서, 방전 개시 전압의 응답 시간을 개선할 수 있다. 특히, L1(+)와 L1(-)측의 방전 개시 전압을, L2(+)와 L2(-)의 범위까지 낮추는 것이 가능하고, 서지 보호 장치의 방전 특성을 안정화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 3-전극 서지 보호 장치는 전화 회선의 보호 장치로 장착될 수 있으며, 전화 회선으로 들어오는 낙뢰와 같은 서지로부터 전화를 보호하기 위한 보호 요소로 사용될 수 있다.
3-전극 서지 보호 장치에 따르면, 서지 보호 장치 몸체가 과열되는 때에, 도전재가 용융되고, 스페이서로서 그 역할을 상실하게 된다. 단락부는 접지 전극과 라인 전극 양쪽에 마련된 리드 핀과 접촉하도록 이동되고, 이로 인해 접지 전극과 라인 전극은 서로 전기적으로 단락된다. 따라서, 서지 보호 장치의 방전을 멈추는 것이 가능하고, 라인 전극들 양쪽은 상기 접지 전극과 전기적으로 연결되며, 따라서 불량의 3-전극 서지 보호 장치를 용이하게 검출할 수 있다.
본 발명이 특정의 실시예들을 참조하여 도시 및 기술되었지만, 다른 변형예들도 청구의 범위 내에 속한다고 할 것이다. 첨부되는 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서, 당업자는 다양한 변형이 가능할 것이다.
10 3-전극 서지 보호 장치
10a 서지 보호 장치 몸체
12 접지 전극
14a,14b 세라믹 실린더
15 트리거 라인
16a,16b 라인 전극
18a,18b,18c 리드 핀
20 페일 세이프 스프링
21,21a 돌출부
22 탄성 장착부
24 단락부
24a,24b 절곡부
24c,24d 그루브
26 홈부
28 홀
30 솔더 칩
30a 용융된 솔더 칩

Claims (8)

  1. 접지 전극과, 상기 접지 전극에 접합되는 세라믹 실린더와, 상기 세라믹 실린더의 양측면에 접합되는 한 쌍의 라인 전극을 포함하는 서지 보호 장치 몸체; 및 상기 서지 보호 장치 몸체의 외면에 장착되고, 도전성을 갖는 페일-세이프 스프링;을 포함하는 3-전극 서지 보호 장치로서,
    상기 페일-세이프 스프링은 상기 접지 전극의 외주면을 따라 상기 서지 보호 장치 몸체의 외주면을 가압하는 탄성 장착부와, 상기 탄성 장착부와 교차하도록 배치되어 상기 접지 전극을 상기 한 쌍의 라인 전극에 전기적으로 연결하는 단락부를 포함하고,
    상기 3-전극 서지 보호 장치는,
    상기 페일-세이프 스프링의 내면과 상기 서지 보호 장치 몸체의 외면 사이에 배치되고, 상기 탄성 장착부와 단락부의 교차 위치에 마련되는 도전재;
    상기 한 쌍의 라인 전극에 마련되는 한 쌍의 제 1 리드 핀; 및
    상기 접지 전극에 마련되는 제 2 리드 핀;을 더 포함하고,
    상기 도전재는, 통상시에, 상기 단락부가 상기 서지 보호 장치 몸체의 외주면과 상기 제 1 리드 핀으로부터 이격되는 이격 위치에서 상기 단락부를 지지하는 스페이서로서 역할을 수행하고,
    상기 서지 보호 장치 몸체가 과열되어 상기 도전재가 용융되는 때에는, 상기 탄성 장착부에 의한 가압력에 의하여 상기 단락부가 상기 제 2 리드 핀과 제 1 리드 핀에 접촉되는 접촉 위치로 상기 단락부를 이동시키는 것을 특징으로 3-전극 서지 보호 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 리드 핀은 상기의 교차 위치에 형성되는 삽입홀로 삽입되고,
    상기 삽입홀은 상기 단락부가 상기 이격 위치와 접촉 위치 사이를 이동하는 방향이 종축이 되는 종방향 홀로 형성되는 것을 특징으로 하는 3-전극 서지 보호 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 도전재를 수용하기 위한 홈부가 상기 교차 위치에 형성되고,
    상기 도전재는 상기 삽입홀의 일부를 덮으면서 상기 홈부 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 3-전극 서지 보호 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전재를 수용하기 위한 홈부가 상기 교차 위치에 형성되고,
    상기 서지 보호 장치 몸체에 대향하는 상기 단락부 내면에는 상기 홈부로부터 상기 단락부의 단부까지 연장되는 그루브가 마련되는 것을 특징으로 하는 3-전극 서지 보호 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 페일-세이프 스프링은,
    상기 단락부의 양단에 마련되고,
    상기 라인 전극의 바깥쪽 가장자리의 곡면을 따라 굴곡된 절곡부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3-전극 서지 보호 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 서지 보호 장치 몸체의 외면에 대향하는 상기 단락부 일부는 상기 서지 보호 장치 몸체의 굴곡된 외면을 따라 절곡된 것을 특징으로 하는 3-전극 서지 보호 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 페일-세이프 스프링은,
    상기 서지 보호 장치 몸체에 대향하는 상기 탄성 장착부 양단부의 내면에 마련되고, 상기 접지 전극의 외면을 향하여 돌출하는 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3-전극 서지 보호 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 세라믹 실린더의 내면에 마련되고, 평면으로 보았을 때에 상기 탄성 장착부와 오버랩되는 카본 트리거 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3-전극 서지 보호 장치.
KR1020100021729A 2009-03-13 2010-03-11 ３-전극 서지 보호 장치 KR101715395B1 (ko)

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