TWI699057B - 突波防護元件 - Google Patents

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Abstract

提供可抑制放電輔助部的昇華消失且可提升耐久性的突波防護元件。

具備有:絕緣性管(2)、閉塞絕緣性管的兩端開口部而在內部密封放電控制氣體的一對密封電極、及形成在絕緣性管的內周面的放電輔助部(4),一對密封電極具有朝內方突出且互相對向的一對突出電極部,放電輔助部係由:以絕緣性材料所形成的絕緣性層(8)、及在絕緣性層的上下分別以離子源材料所形成的離子源層(9)的積層所構成。

Description

突波防護元件
本發明係關於使用在保護各種機器免於受到因落雷等而發生的突波影響,且事先防止事故的突波防護元件。
在電話機、傳真機、數據機等通訊機器用電子機器與通訊線相連接的部分、電源線、天線或CRT、液晶電視及電漿電視等之畫像顯示驅動電路等容易受到因雷突波或靜電等異常電壓(突波電壓)所致之電擊的部分,為了防止因異常電壓,電子機器或裝載該機器的印刷基板因熱損傷或發火等所致之破壞,連接有突波防護元件。
以往例如專利文獻1所示,記載一種具備有:由一對密封電極以對向狀態呈突出的一對突出電極部,且在絕緣性管的內面形成有放電輔助部的避雷器(arrester)型的突波防護元件。通常,在如上所示之突波防護元件中,由碳材所形成的放電輔助部係形成在與位於一對突出電極部之間的中間區域相對向的絕緣性管的內面。如上所示之放電輔助部一般係由石墨等導電性離子源 材料所形成,形成為用以助長初期放電的離子源。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本新型登錄第3151069號公報
在上述習知技術中留有以下課題。
在以往之構造中,因在一對突出電極部間所產生之電弧放電時的熱及膨脹能量,放電輔助部的一部分會昇華消失,有反覆放電時的放電電壓變得不安定(放電電壓上升)的問題。
尤其,在大電流的放電中,有放電輔助部的昇華消失變得顯著的傾向。此外,若放電電流大幅超出保證範圍,被要求變更電極設計,並且為了安定的動作,而有必須將尺寸大型化或並聯連接等對應的不良情形。
其中,亦考慮僅加厚放電輔助部,俾以抑制放電輔助部的昇華消失,但是在放電時,放電輔助部會由與絕緣性管的密接面消失,因此無法獲得充分的抑制效果。
本發明係鑑於前述課題而完成者,目的在提供可抑制因放電輔助部的昇華消失所致之動作不安定化的突波防護元件。
本發明係為解決前述課題而採用以下構成。亦即,第1發明之突波防護元件之特徵為:具備有:絕緣性管;將前述絕緣性管的兩端開口部閉塞而在內部密封放電控制氣體的一對密封電極;及形成在前述絕緣性管的內周面的放電輔助部,一對前述密封電極具有朝內方突出且互相對向的一對突出電極部,前述放電輔助部由:以絕緣性材料所形成的絕緣性層、及在前述絕緣性層的上下分別以離子源材料所形成的離子源層的積層所構成。
在本發明之突波防護元件中,放電輔助部由:以絕緣性材料所形成的絕緣性層、及在絕緣性層的上下分別以離子源材料所形成的離子源層的積層所構成,因此即使露出於表面的離子源層因放電而昇華消失,亦連同表面的離子源層一起,其下的絕緣性層亦同時昇華消失而露出接下來的離子源層,藉此可維持放電輔助功能。
第2發明之突波防護元件係在第1發明中,前述放電輔助部係前述離子源層與前述絕緣性層交替積層且具有至少2層以上的前述絕緣性層與3層以上的前述離子源層。
亦即,在該突波防護元件中,放電輔助部係離子源層與絕緣性層交替積層且具有至少2層以上的絕緣性層與3層以上的離子源層,因此離子源層伴隨昇華消失而反覆露出至少3次以上,藉此即使在反覆放電時,亦可得安定的動作。
第3發明之突波防護元件係在第1或第2發 明中,前述絕緣性層由氧化矽所形成。
亦即,在該突波防護元件中,絕緣性層由氧化矽所形成,因此藉由電弧放電時的熱能量而容易昇華消失,可使接下來的離子源層露出。
第4發明之突波防護元件係在第1至第3發明之任一者中,以前述絕緣性管的內周面的周方向形成有複數前述放電輔助部,複數前述放電輔助部之中至少一個具有被設定為與其他不同的厚度的前述絕緣性層。
亦即,在該突波防護元件中,由於以絕緣性管的內周面的周方向形成有複數的放電輔助部之中至少一個具有被設定為與其他不同的厚度的絕緣性層,因此因放電電弧能量,即使具有特定的厚度的絕緣性層的放電輔助部消失1個,亦殘留具有其他厚度的絕緣性層的放電輔助部,藉此可維持放電輔助功能。
藉由本發明,達成以下效果。
亦即,藉由本發明之突波防護元件,放電輔助部係由:以絕緣性材料所形成的絕緣性層、及在絕緣性層的上下分別以離子源材料所形成的離子源層的積層所構成,因此即使露出於表面的離子源層因放電而昇華消失,亦連同表面的離子源層一起,其下的絕緣性層亦同時昇華消失而露出接下來的離子源層,因此可維持放電輔助功能。
因此,即使突波電流或放電次數增加,亦可良好地維 持突波防護元件性能。尤其,本發明之突波防護元件係適於被要求大電流突波耐性的基礎建設用(鐵道關連、再生能量關連(太陽電池、風力發電等))的電源及通訊設備。
1‧‧‧突波防護元件
2‧‧‧絕緣性管
3‧‧‧密封電極
4、24A、24B、24C‧‧‧放電輔助部
5‧‧‧突出電極部
7‧‧‧凸緣部
8、8a、8b、8c‧‧‧絕緣性層
9‧‧‧離子源層
C‧‧‧絕緣性管的軸線
圖1係顯示本發明之突波防護元件之第1實施形態之要部的擴大剖面圖。
圖2係在第1實施形態中,顯示突波防護元件之軸方向的剖面圖。
圖3係在本發明之突波防護元件之第2實施形態中,將絕緣性管的一部分破斷顯示之要部的斜視圖。
圖4係在第2實施形態中,顯示各放電輔助部之要部的擴大剖面圖。
以下一邊參照圖1及圖2,一邊說明本發明之突波防護元件之第1實施形態。其中,在以下說明所使用的各圖示中,為了將各構件形成為可辨識或輕易辨識的大小而適當變更縮尺。
本實施形態之突波防護元件1係如圖1及圖2所示,具備有:絕緣性管2;將絕緣性管2的兩端開口部閉塞而在內部密封放電控制氣體的一對密封電極3;及形 成在絕緣性管2的內周面的放電輔助部4。
上述一對密封電極3係具有朝內方突出且互相對向的一對突出電極部5。
此外,上述放電輔助部4係由:以絕緣性材料所形成的絕緣性層8、及在絕緣性層8的上下分別以離子源材料所形成的離子源層9的積層所構成。
此外,放電輔助部4係離子源層9與絕緣性層8交替積層且具有至少2層以上的絕緣性層8與3層以上的離子源層9。亦即,放電輔助部4係具有如離子源層9/絕緣性層8/離子源層9...般反覆積層在絕緣性管2的內周面的構造,絕緣性管2側的最下層與作為最表面的最上層形成為離子源層9。其中,在本實施形態中係形成為由4層離子源層9與3層絕緣性層8的積層所構成的放電輔助部4。
放電輔助部4係沿著突出電極部5的軸線C而以直線狀形成在絕緣性管2的內周面。
上述離子源層9係由導電性材料,例如碳材所形成的放電輔助部。
上述絕緣性層8係由與絕緣性管2為相同材料或在絕緣性管2所含有的材料所形成。例如,若絕緣性管2由含有SiO2等氧化矽的氧化鋁等結晶性陶瓷材所形成,絕緣性層8係由含有SiO2等氧化矽(矽石)的陶瓷材所形成。
其中,以絕緣性層8而言,另外可採用氧化 鎂、氧化鋯等陶瓷材料等絕緣性材料。此外,將絕緣性層8形成為被覆離子源層9,但是亦可以比離子源層9更大的面積形成,且將一部分直接形成在絕緣性管2的內周面。
以上述離子源層9與絕緣性層8的積層方法而言,例如將成為絕緣性層8的原料粉末及有機黏結劑加以混合且形成為泥漿狀。接著,使用輥式塗佈機來製作生坯片材,俾以使用該泥漿來形成較薄的片材。此外,將該生坯片材切斷,且塗佈成為離子源的石墨。接著,以夾著石墨的方式積層生坯片材,藉此製作積層體。接著,在將絕緣性管2進行燒成時,將積層體黏貼在絕緣性管2的內部,連同絕緣性管2一起燒成,藉此可得離子源層9與絕緣性層8的積層。
例如,離子源層9的單層的厚度係設定為10μm,絕緣性層8的單層的厚度係設定為100μm。
上述密封電極3係由例如42合金(Fe:58wt%、Ni:42wt%)或Cu等所構成。
密封電極3係具有在絕緣性管2的兩端開口部,藉由導電性熔接材(省略圖示),藉由加熱處理而被固定為密接狀態的圓板狀的凸緣部7。在該凸緣部7的內側一體設有朝內方突出並且外徑小於絕緣性管2的內徑的圓柱狀的突出電極部5。
上述絕緣性管2為氧化鋁等結晶性陶瓷材。其中,絕緣性管2亦可由鉛玻璃等玻璃管所形成。
上述導電性熔接材係由Ag-Cu硬焊材所形成,作為例如含有Ag的硬焊材。
被密封在上述絕緣性管2內的放電控制氣體為惰性氣體等,採用例如He、Ar、Ne、Xe、Kr、SF6、CO2、C3F8、C2F6、CF4、H2、大氣等及該等之混合氣體。
在該突波防護元件1中,若過電壓或過電流侵入,首先在放電輔助部4與突出電極部5之間進行初期放電,將該初期放電作為時機,放電進一步進展而在一對凸緣部7間或突出電極部5間進行放電。
如上所示在本實施形態之突波防護元件1中,放電輔助部4係由:以絕緣性材料所形成的絕緣性層8、及在絕緣性層8的上下分別以離子源材料所形成的離子源層9的積層所構成,因此露出於表面的離子源層9即使因放電而昇華消失,連同表面的離子源層9一起,其下的絕緣性層8亦同時昇華消失,而露出接下來的離子源層9,藉此可維持放電輔助功能。
此外,放電輔助部4係離子源層9與絕緣性層8交替積層且具有至少2層以上的絕緣性層8與3層以上的離子源層9,因此離子源層9伴隨昇華消失而反覆露出至少3次以上,藉此即使在反覆放電時亦可得安定的動作。
此外,由於絕緣性層8以氧化矽形成,因此因電弧放電時的熱能量而容易昇華消失,可輕易地使接下來的離子源層9露出。
接著,參照圖3及圖4,說明本發明之突波防護元件的第2實施形態如下。其中,在以下各實施形態之說明中,在上述實施形態中所說明的相同構成要素係標註相同符號,且省略其說明。
第2實施形態與第1實施形態不同之處在於:在第1實施形態中,係在絕緣性管2的內周面形成有1個放電輔助部4,相對於此,在第2實施形態之突波防護元件中,係如圖3及圖4所示,在絕緣性管2的內周面,相互以周方向隔著間隔形成有複數放電輔助部24A、24B、24C。
此外,在第2實施形態中,複數放電輔助部24A、24B、24C之中至少一個具有被設定為與其他不同的厚度的絕緣性層。
亦即,在第2實施形態中,相較於放電輔助部24A的絕緣性層8a,放電輔助部24B的絕緣性層8b形成為較厚,且相較於放電輔助部24B的絕緣性層8b,放電輔助部24C的絕緣性層8c形成為較厚。
例如,放電輔助部24A的絕緣性層8a的厚度係設定為100μm,放電輔助部24B的絕緣性層8b的厚度係設定為150μm,放電輔助部24C的絕緣性層8c的厚度係設定為200μm。
如上所示,在第2實施形態之突波防護元件中,以絕緣性管2的內周面的周方向形成複數的放電輔助部24A、24B、24C之中至少一個具有被設定為與其他不 同的厚度的絕緣性層,因此藉由放電電弧能量,即使具有特定厚度的絕緣性層的放電輔助部(例如放電輔助部24A)消失1個,亦殘留具有其他厚度的絕緣性層的放電輔助部(例如放電輔助部24B、24C),藉此可維持放電輔助功能。
其中,本發明之技術範圍並非為限定於上述各實施形態者,在未脫離本發明之要旨的範圍內,可施加各種變更。
例如,在上述各實施形態中,係將放電輔助部4形成為直線狀,但是亦可由點線狀或複數點狀等其他形狀形成,並且將該等組合而形成複數。
2‧‧‧絕緣性管
4‧‧‧放電輔助部
8‧‧‧絕緣性層
9‧‧‧離子源層

Claims (4)

  1. 一種突波防護元件,其特徵為:具備有:絕緣性管;將前述絕緣性管的兩端開口部閉塞而在內部密封放電控制氣體的一對密封電極;及形成在前述絕緣性管的內周面的放電輔助部,一對前述密封電極具有朝內方突出且互相對向的一對突出電極部,前述放電輔助部由:以絕緣性材料所形成的絕緣性層、及在前述絕緣性層的上下分別以離子源材料所形成的離子源層的積層所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項之突波防護元件,其中,前述放電輔助部係前述離子源層與前述絕緣性層交替積層且具有2層以上的前述絕緣性層與3層以上的前述離子源層。
  3. 如申請專利範圍第1項之突波防護元件,其中,前述絕緣性層由氧化矽所形成。
  4. 如申請專利範圍第1項之突波防護元件,其中,以前述絕緣性管的內周面的周方向形成有複數前述放電輔助部,複數前述放電輔助部之中至少一個具有厚度被設定為與其他放電輔助部中的絕緣性層的厚度不同的絕緣性層。
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