KR970000118B1 - 열응동스위치 및 이것을 사용한 서어지흡수회로 - Google Patents

열응동스위치 및 이것을 사용한 서어지흡수회로 Download PDF

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미쯔비시 마테리알 카부시키가이샤
후지무라 마사야
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Abstract

내용 없음.

Description

열응동스위치 및 이것을 사용한 서어지흡수회로
제1도는 본 발명 실시예의 열응동스위치의 단면도.
제2도는 본 발명 실시예의 열응동스위치를 포함하는 서어지흡수회로의 구성도.
제3도는 본 발명의 다른 실시예의 열응동스위치의 단면도.
제4도는 종래의 서어지흡수기의 정면도.
제5도는 종래의 서어지흡수기를 포함하는 서어지흡수회로의 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 전자부품 11a,11b,12 : 통신선로
14 : 서어지흡수소자 31,51 : 열응동스위치
36 : 절연성기판 37,38,39 : 리이드
40 : 케이싱 41,41' : 가동체
41a : 도전부 42 : 유리관
43 : 리세트핀 44,45 : 열응동편
46,56 : 코일스프링
본 발명은, 서어지흡수회로에 사용되는 열응동(熱應動)스위치 및, 이것을 이용해서, 전화기, 팩시밀리, 전화교환기, 모뎀 등의 통신기기에 사용되는 전자부품을 서어지전압과 연속적인 과전압 또는 과전류로부터 보호하는 데에 적합한 서어지흡수회로에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전자부품에 연속적인 과전압 또는 과전류가 침입하는 것을 방지하고, 그 전자부품에 인가되는 서어지전압을 흡수하는 서어지흡수회로에 관한 것이다.
종래의, 서어지흡수회로에 사용되는 서어지흡수소자, 예를 들어 가스봉입관(gas charge tube)은, 보호되어야 할 전자부품의 한쌍의 입력선로에 병렬로 접속되어서, 전자부품의 사용전압보다 높은 전압에서 동작하도록 구성된다.
이와 같은 종래의 서어지흡수소자는, 인가전압이 그 방전개시전압보다 낮을 때는 저항치가 높은 저항체이지만, 인가전압이 그 방전개시전압보다 높을 때에는 수 10Ω 이하의 저항치가 낮은 저항체로 된다. 따라서, 서어지흡수소자를 포함하는 전자회로 및 전자부품에 낙뢰서어지(lighting surge) 등의 서어지전압이 순간적으로 인가되면, 서어지전압을 억제하기 위해 서어지흡수소자가 방전하여서, 서어지전압으로부터 전자부품을 보호하는 역할을 한다.
그러나, 사고 등에 기인하여 과전압 또는 과전류가 전자회로에 연속적으로 인가되면, 서어지흡수소자를 통해 일정한 양의 전류가 계속해서 흐르게 되며, 이 결과, 서어지흡수소자가 고온으로 발열하여서, 이 발열에 의해 보호되어야 할 전자부품 뿐아니라 서어지흡수소자 주변의 다른 전자부품의 발화의 원인으로 된다.
그 대표적인 예가 전자기기의 입력선로, 즉 신호선로나 통신선로가 그 전력선과 접촉하는 사고이다. 물론, 이와 같은 사고에 기인하는 과전압이 연속해서 서어지흡수소자에 인가되는 경우는 잘 발생되지 않지만, 최대한의 안전을 위해서, 이와 같은 우발적인 사고 및 이 사고에 기인하는 화재를 회피하도록 부가적인 안전대책을 취하는 것이 최근에 바람직하게 되고 있다.
그 예로서, 미국의 UL(Underwriter's Laboratoried Inc.)에서는, 과전압 또는 과전류가 계속해서 인가될 때, 서어지흡수소자 주변의 전자부품에 발화나 전기적충격을 발생시키지 않도록, 서어지흡수소자에 대한 안전규격을 제공하고 있다.
종래, 이와 같은 안전규격에 적합하도록, PCT 특허출원 JP90/01006호에는, 서어지전압을 억제하기 위해 사용되는 서어지흡수소자와, 서어지흡수소자의 이상발열을 방지하기 위해 서어지흡수소자에 직렬로 접속되는 금속선으로 구성되어 있는 서어지흡수기가 개시되어 있다. 이 서어지흡수기는 제4도 및 제5도에 표시되어 있다.
이 PCT 특허출원 JP90/01006호에 개시되어 있는 서어지흡수기에서는, 제1리이드(lead)(17), 제2리이드(18) 및 제3리이드(19)가 기판(16)에 부착되고, 제1리이드(17)의 끝부분에는 스프링탄성을 보유하는 금속선(15)의 한쪽 끝이 용접되며, 제2리이드(18)와 제3리이드(19) 사이에는 리이드선(14a)(14b)을 개재하여 서어지흡수소자(14)가 접속되어 있다. 금속선(15)은 용접에 의해 제1리이드(17)의 한쪽 끝에 부착되어서, 서어지흡수소자(14)를 향해 스프링상태로 절곡된다. 이 금속선(15)의 다른쪽 끝은 땜납(28)에 의해 제2리이드(18)에 접속되어 있는 리이드선(14a)의 한쪽 끝에 부착된다.
이와 같이 한 후, 금속선(15)과 서어지흡수소자(14)는 기판(16)에 부착되는 케이싱(24)내에 넣어진다.
제5도에 표시되어 있는 바와 같이, 제1리이드(17)는 전자부품(10)의 입력선로(11a)에 접속되고, 제2리이드(18)는 전자부품의 입력선로(11b)에 접속되며, 제3리이드(19)는 전자부품(10)에 접속된다.
금속선(15)이 단선되지 않은 동안에 상기한 서어지흡수기에 서어지전압이 순간적으로 인가되면, 그 금속선은 과전압에서 큰 전류를 받게 될 때 전류가 서어지흡수소자(14)로 흐르는 것을 방지하기 위해 단선된다. 특히, 과전압에서 작은 전류가 침입하면, 전류와 서어지흡수소자(14)에 의해 발생되는 열에 의해 땜납(28)이 용융되어서, 금속선(15)이 그 스프링상태에서 해방되어 리이드선(14a)에의 부착으로부터 단선되어서 전류가 서어지흡수소자(14)에 침입하는 것을 방지한다.
그러나, 서어지전압이 서어지흡수기에 반복해서 인가되면, 금속선(15)은 서어지의 발열에 의해 반복해서 단련되므로, 스프링탄성을 잃어버리게 된다. 그 결과, 금속선은 스프링백(spring back) 현상이 없어져서 리이드선(14a)으로부터 분리되지 않는다. 따라서, 과전압에서 작은 전류가 연속해서 서어지흡수소자내로 침입하여 그 전류에 의해 서어지흡수소자가 이상발열하게 되어서, 전자부품 및 서어지흡수기 주변의 다른 전자부품의 발화의 원인이 된다.
상술한 이유 때문에, 이 서어지흡수기는 U.L. 안전규격을 통과할 수가 없다. 더우기, 금속선의 단선 혹은 땜납의 용융에 의해 서어지흡수회로가 개방상태로 되면, 서어지흡수소자를 제거하고 신품으로 교환하지 않으면 안되어 번거로울 뿐아니라, 서어지흡수기를 피복하고 있는 케이싱 때문에 단선상태를 시각적으로 발견하기가 곤란하다.
본 발명의 목적은, 연속적인 과전압 또는 과전류의 침입이 중지되면 수동으로 리세트시킬 수 있고, 진동에 의해 접점의 접촉불량을 발생시키지 않은 열응동스위치를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 서어지흡수소자의 이상발열과 유해한 발열을 방지하여서, 회로내에 연속적인 과전압 또는 과전류가 침입하는 경우, 전자부품을 열손상, 발화등으로부터 보호하는 서어지흡수회로를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 열응동스위치는, 제1도에 나타내는 바와 같이 제1 및 제2리이드(37)(38)를 보유하는 절연성기판(36)과, 이 기판(36)을 피복하여 이 기판에 대향하는 위치에 관통구멍(40a)이 설치된 케이싱(40)과, 이 케이싱내에 설치된 도전부(41a)를 보유하는 가동체(41)와, 이 케이싱내의 기판(36)에 설치되어 가동체(41)를 받쳐주는 유리관의 받침부(42)와, 이 가동체(41)에 부착되어 관통구멍(40a)을 통해 케이싱(40)으로부터 돌출하며 압이하면 가동체(41)를 받침부(22)에 맞닿게 할 수 있는 리세트핀(43)과, 이 케이싱내의 제1 및 제2리이드(37)(38)에 각각 접속되어 받침부(22)에 맞닿는 가동체(41)를 보전유지하고 또 가동체의 도전부(41a)에 접촉하여 제1 및 제2리이드 사이를 도통하여 가열에 의해 변형해서 가동체(41)를 해방하는 1쌍의 열응동편(44)(45)과, 케이싱내에 설치되어 가동체(41)에 압접하여 행방상태의 가동체(41)를 열응동편(44)(45)으로부터 이탈되도록 부세해서 제1 및 제2리이드 사이를 차단하고 또 리세트핀(43)을 관통구멍(41)으로부터 돌출시키는 스프링(46)을 구비한다.
또, 본 발명의 서어지흡수회로는, 제2도에 나타내는 바와 같이 전자부품(10)의 통신선로(11b)(12)에 전자부품(10)에 병렬로 서어지흡수소자(14)가 접속되고, 이 서어지흡수소자(14)의 입력측의 통신선로(11a)(11b)사이에 열응동스위치(41)의 제1 및 제2리이드(37)(38)이 접속된다.
작동에 있어서, 통신선로에 서어지전압이 순간적으로 인가되는 경우에는, 열응동스위치가 폐쇄 또는 동작위치에 있으므로 서어지흡수소자가 서어지전압을 억제하는 작용을 한다.
과전압 또는 과전류가 연속해서 통신선로에 인가되는 경우에는, 열응동스위치가 발열되는데 그 열응동스위치 자체가 저항체이기 때문이다.
열응동편(片)의 온도가 소정온도까지 상승하면, 열응동편이 개방됨과 동시에 스프링의 탄성력에 의해 가동체가 열응동편으로 떨어져서, 리세트핀(reset pin)이 케이싱내의 관통구멍을 통해 돌출한다. 이것에 의해 열응동스위치가 개방되어서, 연속적인 과전압 또는 과전류가 전자부품 및 서어지흡수소자에 침입하지 않게 된다. 계속해서, 열응동편의 온도가 소정온도 이하로 강하된 후에 열응동편을 복원시키기 위해 리세트핀이 수조작에 의해 압입된다.
가동체는, 열응동스위치에 진동이 가해지더라도, 전자부품과 서어지흡수소자를 통신선로에 접속시키기 위하여 열응동편에 의해 견고하게 지지된다.
본 발명에 사용되는 열응동스위치는, 바이메탈소자 또는 형상기억합금 등의 도전성재료로 이루어져 열변형에 의해 절환되는 상시폐쇄스위치(normally-closed switch)이다.
전자부품의 최고사용온도는 통상 85℃이므로, 열응동스위치는 작동개시온도가 80℃-120℃ 범위인 것이 바람직하다. 이 때문에, 본 발명의 열응동스위치에 사용하기 적합한 바이메탈소자로서, 예를 들어 열변형개시 온도가 80-100℃인 황동-나켈강 또는 열변형개시온도가 100-150℃인 망간-인바아(Invar), 황동-인바아 등의 열팽창계수가 다른 2종의 금속편의 접합체로 이루어지는 것이 바람직하다.
또, 열응동스위치에 사용되는 적합한 형상기억합금으로는, 변태점이 90℃까지 조정가능한 니켈-티탄합금 혹은 100℃까지 조정가능한 동-아연-알루미늄합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에 사용되는 서어지흡수소자로서는, 산화아연배리스터, 탄화규소배리스터, 또는 제너다이오드 등의 반도체형 서어지흡수소자와, 콘덴서와 저항을 조합시킨 CR 필터, 콘덴서와 코일을 조합시킨 CL 필터 등의 필터형 서어지흡수소자, 및 에어갭식 방전관, 마이크로갭식 방전관 등의 갭형 서어지흡수소자가 열거될 수 있다.
본 명세서에서, 과전압 또는 과전류라는 용어는, 서어지흡수소자와 방전개시전압 이상의 이상전압 또는 이상전압에 의해 수반되는 이상전류를 의미한다.
이하 본 발명을 바람직한 실시예에 의해 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
제1도 및 제2도에 나타내는 바와 같이, 통신기기의 전자부품(10)에 통신선로(11b)(12)를 가로질러서 서어지흡수소자(14)가 병렬로 접속된다. 서어지흡수소자의 한쪽 입력은 통신선로(11b)에 접속되고, 통신선로(11a)(11b) 사이에는 발열에 의해 개방되고 냉각에 의해 폐쇄되는 열응동스위치(31)가 직렬로 접속된다. 이 실시예에서, 서어지흡수소자(14)는 방전개시전압이 300V인 마이크로갭형 방전관이다.
이 서어지흡수소자(14)는, 원기둥형상의 세라믹소자에 도전성박막을 피복하고, 이 피복세라믹소자의 표면 위에 세라믹소자에 수직한 수 10㎛의 마이크로갭(micro-gap)을 형성시키고, 그 피복세라믹소자의 양 끝에 캡(cap)전극을 설치하고, 캡전극에 리이드선을 접속한 후에, 불활성가스와 함께 유리관에 봉입하여 제조된다.(1991. 11. 26.자 미국 특허출원 798,528호 참조).
본 발명의 열응동스위치(31)의 절연성기판(36)에는 2개의 핀형상 리이드(37)(38)이 간격을 두고 관통하여 설치되어 있다. 리이드(37)(38)는 도전성재료로 이루어지는데, 이 예에서는 철-니켈합금으로 이루어져 있다. 리이드(37)는 통신선로(11a)에 접속되고, 리이드(38)는 통신선로(11b)에 접속된다. 기판(36)을 피복하는 케이싱(40)은 기판(36)에 부착된다. 이 케이싱(40)의 기판(36)에 대향하는 위치에는 관통구멍(40a)이 설치되어 있다. 이 케이싱(40)내에는 상면에 도전부(41a) 형성된 원추형의 가동체(41)가 설치되고, 이 가동체(41)는 기판(36)에 고정부착되어 받침부의 역할을 하는 유리관(42)의 상단에 받쳐진다.
가동체(41)의 상면중앙에는 리세트핀(43)이 부착된다. 리세트핀(43)은 관통구멍(40a)으로부터 돌출하여서, 수조작으로 리세트핀(43)을 압입하면 가동체(41)를 유리관(42)에 접촉할 수 있도록 되어있다. 케이싱내의 리이드(37)(38)에는 한쌍의 열응동편(44)(45)의 하단이 각각 접속된다.
이 예에서, 열응동편(44)(45)은 열팽창계수가 다른 망간과 인바아의 2종의 금속편을 접합한 바이메탈편으로서, 각각의 상부에는 유리관에 접촉되어 있는 가동체(21)를 보전유지하고, 또 리이드(37)(38)에 전기적으로 접속하는 절곡부(44a)(45a)가 형성된다. 열응동편(44)(45)은 100℃를 넘으면 열변형으로 넓어져서, 가동체(41)를 해방하도록 되어있다.
유리관(42)에는 코일스프링(46)이 설치되어 있는데, 그 코일스프링(46)은 가동체(41)에 압접하여서, 가동체(41)가 해방될 때, 가동체(41)의 도전부(41a)가 열응동편(44)(45)으로부터 이탈하도록 부세할 수 있게 압축되어 있다.
이와 같은 구성의 서어지흡수회로에서는, 통신선로(11a)(11b)(12)에 과전압과 과전류가 연속해서 인가되면, 열응동스위치(31)의 열응동편(44)(45) 자체가 저항체이므로 발열한다. 이 열응동편(44)(45)이 일정한 온도까지 상승하면, 열응동편(44)(45)이 개방됨과 동시에, 스프링의 탄성력에 의해 가동체(41)가 이탈되므로, 리세트핀(43)이 관통구멍(40a)을 통해 돌출한다.
이것에 의해 열응동스위치(31)가 개방되어서, 전자부품(10) 및 서어지흡수소자(14)에 과전압 또는 과전류가 연속해서 침입하지 않게 된다. 이어서, 열응동편(44)(45)의 온도가 소정온도 이하로 강하한 후, 열응동편(44)(45)을 복원시키기 위해서 수조작으로 리세트핀(43)을 압입하면, 가동체(41)가 열응동편(44)(45)에 의해 견고하게 지지되어서, 전자부품(10)이 통신선로(11a)(11b)(12)에 재접속된다.
가동체(41)의 도전부(41a)와 열응동편(44)(45)의 접촉은 스프링(46)의 탄성력도 작용하므로 확실하게 되어서, 내진성(耐振性)이 높은 열응동스위치(31)로 된다. 또, 리세트핀(23)의 돌출정도에 의해 열응동스위치(31)의 작동상황을 시각적으로 용이하게 확인할 수가 있다.
[실시예 2]
다음에, 제3도에 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다.
제3도에서 제1도와 동일한 부호는 동일한 구성부품을 나타낸다. 이 실시예의 열응동스위치(51)는, 제1 및 제2리이드(37)(38)이외에 제3리이드(39)를 절연성기판(36)을 통해 설치하고 있다. 이 리이드(39)에는 도전성 및 열응동성이 있는 코일스프링(56)의 하단이 접속된다. 이 스프링(36)의 상단은 도전성재료로 이루어진 가동체(41)에 압접한다. 스프링(56)은 가열에 의해 가동체(41)를 열응동편(44)(45)으로부터 이탈하도록 신장(伸張)한다.
이와 같이 가동체(41)를 열응동편(44)(45)으로부터 이탈시키는 것에 의해 리이드(37)(38) 사이를 전기적으로 차단하고, 동시에 리세트핀(23)을 관통구멍(40a)으로부터 돌출시키도록 되어 있다.
도시하지는 않지만, 리이드(37)(38)의 양쪽 또는 한쪽은 통신선로(11a)에 접속되고, 리이드(39)는 통신선로(11b)에 각각 접속된다. 이 서어지흡수회로의 작동은 상기한 실시예 1에서의 회로작동과 동일하므로 설명을 생략한다.
[과전압 전류시험과 그 결과]
실시예 1 및 2의 서어지흡수회로에 대하여 과전류 또는 과전압을 인가하는 시험을 행하였다.
열응동스위치(31)(51)와 서어지흡수소자(14)를 제2도에 나타내는 바와 같이 통신선로(11a)(11b)(12) 및 전자부품(10)에 각각 접속하였다. 이 시험회로의 통신선로(11a)(12)에 상대적으로 작은 과전압의 전류, 즉 AC 600V에서 2.2A의 전류를 30분간 흐르게 하는 시험을 각각 행하였다.
그 결과, 실시예 1의 서어지흡수회로에서는, 과전압의 인가후 약 3초에서 회로가 차단되었다. 일단 회로가 차단되면, 과전압의 인가를 중지하여도 회로가 복원되지 않지만, 리세트핀(43)을 케이싱(40)내로 압입하는 것에 의해서, 회로를 복원시킬 수 있었다. 일단 복원된 상태에서, 선단에 고무를 부착한 막대를 사용하여 진동을 가했지만, 회로는 차단되지 않았다.
실시예 2의 서어지흡수회로도 동일한 결과로 되었다.

Claims (7)

  1. 제1 및 제2리이드(37)(38)를 보유하는 절연성기재(36)와, 전기한 절연성기판(36)을 피복하며 전기한 절연성기판에 대향하는 위치에 관통구멍(40a)이 설치된 케이싱(40)과, 전기한 케이싱내에 설치되며 도전부(41a)를 보유하는 가동체(41)와, 전기한 케이싱내의 절연성기판(36)에 설치되어 전기한 가동체(41)를 떠받치는 받침부(43)와, 전기한 가동체(41)에 부착되어서 전기한 관통구멍(40a)을 통해 전기한 케이싱(40)으로부터 돌출해서 압입하면 전기한 가동체(41)를 전기한 받침부(42)에 맞닿게 할 수 있는 리세트핀(43)과, 전기한 케이싱내의 전기한 제1 및 제2리이드(37)(38)에 각각 접속되어 전기한 받침부(42)에 맞닿은 가동체(41)를 보전 유지하고 또 전기한 가동체의 도전부(41a)에 접촉해서 전기한 제1 및 제2리이드 사이를 도통하여 가열에 의해 변형하여 전기한 가동체(41)를 해방하는 1쌍의 열응동편(44)(45)과, 전기한 케이싱내에 설치되어 전기한 가동체(41)에 압접해서 해방상태의 전기한 가동체(41)를 전기한 열응동편(44)(45)으로부터 이탈하도록 부세하여 전기한 제1 및 제2리이드 사이를 차단하고 또한 전기한 리세트핀(43)을 전기한 관통구멍(40a)으로부터 돌출시키는 스프링(46)을 구비한 것을 특징으로 하는 열응동스위치.
  2. 제1항에 있어서, 1쌍의 열응동편(44)(45)이 바이메탈편인 것을 특징으로 하는 열응동스위치.
  3. 전자부품(10)의 통신선로(11b)(12)에 전기한 전자부품(10)에 병렬로 서어지흡수소자(14)가 접속되고, 전기한 서어지흡수소자(14)의 입력측의 통신선로(11a)(11b) 사이에 청구범위 제1항에 기재한 열응동스위치(31)의 제1 및 제2리이드(37)(38)가 접속된 것을 특징으로 하는 서어지흡수회로.
  4. 제1, 제2 및 제3리이드(37)(38)(39)를 보유하는 절연성기재(36)와, 전기한 절연성기판(36)을 피복하며 전기한 절연성기판에 대향하는 위치에 관통구멍(40a)이 설치된 케이싱(40)과, 전기한 케이싱내에 설치되며 표면이 도전성재료로 이루어진 가동체(41')와, 전기한 케이싱내의 절연성기판(36)에 설치되어 전기한 가동체(41)를 떠받치는 받침부(42)와, 전기한 가동체(41)에 부착되어서 전기한 관통구멍(40a)을 통해 전기한 케이싱(40)으로부터 돌출해서 압입하면 전기한 가동체(41')를 전기한 받침부(42)에 맞닿게 할 수 있는 리세트핀(43)과, 전기한 케이싱내의 전기한 제1 및 제2리이드(37)(38)에 각각 접속되어 전기한 받침부(42)에 맞닿은 가동체(41')를 보전유지하고 또 전기한 가동체에 접속해서 제1 및 제2리이드 사이를 도통하여 가열에 의해 변형하여 전기한 가동체(41')를 해방하는 1쌍의 열응동편(44)(45)과, 전기한 케이싱내의 전기한 제3리이드(39)에 접속되어 전기한 가동체(41')에 압접해서 가열에 의해 전기한 가동체(41')를 전기한 열응동편(44)(45)으로부터 이탈하도록 신장하여 전기한 제1 및 제2리이드 사이를 차단하고 또한 전기한 리세트핀(43)을 전기한 관통구멍(40a)으로부터 돌출시키는 도전성 및 열응동성을 보유하는 스프링(56)을 구비한 것을 특징으로 하는 열응동스위치.
  5. 제4항에 있어서, 1쌍의 열응동편(44)(45)이 바이메탈편인 것을 특징으로 하는 열응동스위치.
  6. 제4항에 있어서, 열응동성스프링(56)이 형상기억합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열응동스위치.
  7. 전자부품(10)의 통신선로(11b)(12)에 전기한 전자부품(10)에 병렬로 서어지흡수소자(14)가 접속되고, 전기한 서어지흡수소자(14)의 입력측의 통신선로(11b)(11b)사이에 청구범위 제4항에 기재한 열응동스위치(51)의 제1리이드 또는 제2리이드(37)(38)중 어느 한쪽과 전기한 제3리이드(39)가 접속된 것을 특징으로 하는 서어지흡수회로.
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