JP2011171189A - サージアブソーバ - Google Patents

Abstract

【課題】サージアブソーバにおいて、飛散物による汚損を抑制し、放電特性の劣化を防止すること。
【解決手段】 ガラス管２と、該ガラス管２の両端開口部を閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極３と、両端に一対の封止電極３を接触状態に配してガラス管２内に収納された板状の碍子４と、を備え、碍子４が、ガラス管２の軸線に対して斜め状態に収納されていると共に、中間部分に軸線と平行な仮想線が遮られずに通過可能な空間を形成する変形部４ａが設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、落雷等で発生するサージから様々な機器を保護し、事故を未然に防ぐのに使用するサージアブソーバに関する。

電話機、ファクシミリ、モデム等の通信機器用の電子機器が通信線との接続する部分、電源線、アンテナ或いはＣＲＴ駆動回路等、雷サージや静電気等の異常電圧（サージ電圧）による電撃を受けやすい部分には、異常電圧によって電子機器やこの機器を搭載するプリント基板の熱的損傷又は発火等による破壊を防止するために、サージアブソーバが接続されている。

従来、例えば特許文献１に示すように、セラミック絶縁体の碍子を封止したサージアブソーバが提案されている。このサージアブソーバは、絶縁性部材である碍子が放電ガスと共にガラス管内に収容され、ガラス管の両端に封止電極が高温加熱で封着された放電型サージアブソーバである。このようなサージアブソーバでは、サージ電圧が入力されると、放電が電界の方向に進む特性を有しているため、碍子の表面に沿って放電が生じてサージ電圧が吸収される。

特開２００２−３４３５３２号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来、絶縁性部材である碍子をガラス管に封入したサージアブソーバでは、放電が進むにつれて放電を形成する電極から電荷を帯びた飛散物が電界の方向に飛散して内部の碍子表面を汚損し、放電開始電圧の低下や絶縁抵抗の劣化を引き起こすおそれがあった。特に、繰り返し放電のような現象が起こった場合、放電特性の劣化が起こる場合があるという不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、飛散物による汚損を抑制し、放電特性の劣化を防止することができるサージアブソーバを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のサージアブソーバは、ガラス管と、該ガラス管の両端開口部を閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極と、両端に前記一対の封止電極を接触状態に配して前記ガラス管内に収納された板状の碍子と、を備え、前記碍子が、前記ガラス管の軸線に対して斜め状態に収納されていると共に、中間部分に前記軸線と平行な仮想線が遮られずに通過可能な空間を形成する変形部が設けられていることを特徴とする。

このサージアブソーバでは、碍子が、ガラス管の軸線に対して斜め状態に収納されていると共に、中間部分に軸線と平行な仮想線が遮られずに通過可能な空間を形成する変形部が設けられているので、放電が一対の封止電極の一方から碍子の表面を沿面放電して伸びるが、変形部で形成した空間まで達したときに対向する他方の封止電極へ直接、空間放電して進展する。すなわち、放電は電界の方向に進展しようとするが、斜めにガラス管内に収納された碍子に進路を遮られるため、碍子の表面に沿って沿面放電して進展する。さらに、この放電が、対向する他方の封止電極を直接臨める位置である変形部まで進展すると、斜めに封止された碍子の表面を沿面放電するよりも他方の封止電極へ直接、空間放電した方が最短路であるため、そのまま電界に従って変形部で形成された空間から他方の封止電極へ進展する。したがって、放電により封止電極から生じた汚損物が封止電極付近のみに付着し、変形部よりも反対側へは付着し難くなる。その結果、碍子の汚損が発生し難くなり、たとえ発生しても限定された箇所のみとなるので、繰り返し放電のような現象が生じても、放電特性の劣化が起こり難くなる。

また、本発明のサージアブソーバは、前記変形部が、幅を両端部よりも狭くした幅狭部であることを特徴とする。
すなわち、このサージアブソーバでは、変形部が、幅を両端部よりも狭くした幅狭部であるので、幅狭部の両側に形成された空間近傍まで沿面放電で進展した放電が幅狭部の両側から直接、対向する封止電極へ進展する。

また、本発明のサージアブソーバは、前記変形部が、孔部であることを特徴とする。
すなわち、このサージアブソーバでは、変形部が、孔部であるので、孔部まで沿面放電で進展した放電が孔部から直接、対向する封止電極へ進展する。

また、本発明のサージアブソーバは、前記変形部又はその近傍に、導電性材料で形成されたトリガ部が設けられていることを特徴とする。
すなわち、このサージアブソーバでは、変形部又はその近傍に、導電性材料で形成されたトリガ部が設けられているので、トリガ部を介してトリガ放電（コロナ放電）が生じることで、高い応答性を得ることができると共に、変形部の近傍まで沿面放電させ易くなる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るサージアブソーバによれば、碍子が、ガラス管の軸線に対して斜め状態に収納されていると共に、中間部分に軸線と平行な仮想線が遮られずに通過可能な空間を形成する変形部が設けられているので、放電が電界に従って変形部から他方の封止電極へ直接、進展することで、飛散物による汚損を抑制し、放電特性の劣化を防止することができる。したがって、飛散物に起因する放電開始電圧の低下や絶縁抵抗の劣化が抑制され、繰り返し放電のような現象が生じても、放電特性の劣化が起こり難くなる。

本発明に係るサージアブソーバの第１実施形態を示す斜視図である。 第１実施形態のサージアブソーバを示す放電の進展を説明するための右側面図および正面図である。 本発明に係るサージアブソーバの第２実施形態を示す斜視図である。 本発明に係るサージアブソーバの比較例１を示す斜視図である。 本発明に係るサージアブソーバの比較例２を示す斜視図である。 本発明に係るサージアブソーバの比較例３を示す斜視図である。 本発明に係るサージアブソーバの実施例１および比較例１において、サージ印加回数に対する直流放電開始電圧Ｖｓの変化を示すグラフである。

以下、本発明に係るサージアブソーバの第１実施形態を、図１および図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態のサージアブソーバ１は、図１および図２に示すように、ガラス管２と、該ガラス管２の両端開口部を閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極３と、両端に一対の封止電極３を接触状態に配してガラス管２内に収納された板状の碍子４と、を備えている。
上記碍子４は、ガラス管２の軸線２ａに対して斜め状態に収納されていると共に、中間部分に軸線２ａと平行な仮想線ｋが遮られずに通過可能な空間を形成する変形部４ａが設けられている。そして、第１実施形態では、この変形部４ａが、幅を両端部よりも狭くした幅狭部である。

また、変形部４ａには、カーボン等の導電性材料で形成されたトリガ部５が設けられている。本実施形態では、このトリガ部５が幅狭部である変形部４ａの表裏面にそれぞれ形成されている。なお、このトリガ部５は、必要に応じて形成され、変形部４ａの近傍に形成しても構わない。

上記ガラス管２は、鉛ガラス等で円筒状に形成されている。
上記封止電極３は、円柱状の電極部であり、ガラス管２に嵌め込まれて加熱処理によって融着されて密着状態に固定されている。
この封止電極３は、リード線６の一端が埋め込まれたスラグリードである。

上記ガラス管２内に封入される放電ガスは、不活性ガス等であって、例えばＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ，ＳＦ_６，ＣＯ_２，Ｃ_３Ｆ_８，Ｃ_２Ｆ_６，ＣＦ_４，Ｈ_２，大気等及びこれらの混合ガスが採用される。
上記碍子４は、アルミナ、ムライト、コランダムムライト等のセラミックス材料で薄板状に形成されている。なお、本実施形態の碍子４は、アルミナで形成されている。
この碍子４は、端部が円弧状とされた一対の扇状部が幅狭部である変形部４ａで連結された上下対称の形状とされ、両端部から幅狭部である変形部４ａに向かって漸次幅が狭くなって絞られている。すなわち、幅狭部の変形部４ａによって両側に形成された空間に、仮想線ｋが碍子４に遮られずに通過可能な形状となっている。

このサージアブソーバ１では、過電圧又は過電流が侵入すると、まず碍子４のトリガ部５と封止電極３との間でトリガ放電が行われ、このトリガ放電をきっかけに、さらに放電が進展して一対の封止電極３間で放電が行われることでサージが吸収される。この際、放電は電界の方向に進展しようとするが、斜めにガラス管２内に収納された碍子４に進路を遮られるため、碍子４の表面に沿って沿面放電して進展する。

さらに、この放電が、対向する他方の封止電極３を直接臨める位置である変形部４ａまで進展すると、斜めに封止された碍子４の表面を沿面放電するよりも他方の封止電極３へ直接、空間放電した方が最短路であるため、そのまま電界に従って変形部４ａから他方の封止電極３へ進展する。すなわち、幅狭部である変形部４ａの両側に形成された空間近傍まで沿面放電で進展した放電が幅狭部の両側から直接、対向する封止電極へ進展する。なお、図中において放電の経路Ｒを、碍子４の表側では実線で示すと共に裏側では破線で示している。

このように本実施形態のサージアブソーバ１では、碍子４が、ガラス管２の軸線２ａに対して斜め状態に収納されていると共に、中間部分に軸線２ａと平行な仮想線ｋが遮られずに通過可能な空間を形成する変形部４ａが設けられているので、放電が一対の封止電極３の一方から碍子４の表面を沿面放電して伸びるが、変形部４ａまで達したときに対向する他方の封止電極３へ直接、空間放電して進展する。すなわち、変形部４ａで形成された空間から碍子４の裏側に抜けて封止電極３へ放電する。

したがって、放電により封止電極３で生じた汚損物が封止電極３付近のみに付着し、変形部４ａよりも反対側へは付着し難くなる。その結果、碍子４の汚損が発生し難くなり、たとえ発生しても限定された箇所のみとなるので、繰り返し放電のような現象が生じても、放電特性の劣化が起こり難くなる。

また、変形部４ａに、導電性材料で形成されたトリガ部５が設けられているので、トリガ部５を介してトリガ放電（コロナ放電）が生じることで、高い応答性を得ることができると共に、変形部４ａまで沿面放電させ易くなる。

次に、本発明に係るサージアブソーバの第２実施形態について、図３を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、変形部４ａが幅狭部とされた碍子４をガラス管２内に斜めに収容しているのに対し、第２実施形態のサージアブソーバ２１では、図３に示すように、変形部２４ａが孔部とされた碍子２４をガラス管２内に斜めに収容している点である。
この第２実施形態のサージアブソーバ２１では、長方形状の碍子２４の中央部に幅方向に長い楕円形状の孔部が変形部２４ａとして形成されている。すなわち、変形部２４ａの孔部内を軸線２ａに平行な仮想線ｋが通過可能になっている。

また、第２実施形態では、トリガ部５が碍子２４の表裏面において孔部である変形部２４ａの左右にそれぞれ形成されている。
したがって、第２実施形態のサージアブソーバ２１では、変形部２４ａが、孔部であるので、孔部の変形部２４ａまで沿面放電で進展した放電が孔部から直接、対向する封止電極３へ進展する。

次に、本発明に係るサージアブソーバを、上記各実施形態に基づいて実際に作製した実施例により評価した結果を具体的に説明する。

上記第１実施形態のサージアブソーバ１の実施例として、端部の幅：２．５ｍｍ、厚さ：０．５ｍｍ、幅狭部である変形部４ａの幅：１ｍｍとした碍子４を、内径２．５ｍｍのガラス管２内に斜め状態に収納させた実施例１と、上記第２実施形態のサージアブソーバ２１の実施例として、端部の幅：２．５ｍｍ、厚さ：０．５ｍｍ、孔部である変形部２４ａの孔径：１ｍｍとした碍子２４を、内径２．５ｍｍのガラス管２内に斜め状態に収納させた実施例２と、を作製した。

また、上記実施例に対する比較例として、図４に示すように、実施例１の碍子４を同様のガラス管２の軸線２ａに沿って立設状態にガラス管２に収納させた比較例１のサージアブソーバ３１と、図５に示すように、実施例２の碍子２４を同様のガラス管２の軸線２ａに沿って立設状態にガラス管２に収納させた比較例２のサージアブソーバ４１と、を作製した。

さらに、マイクロギャップ式のサージアブソーバとして、図６に示すように、両端に一対のキャップ電極５３を配したサージ吸収素子である円柱状碍子５４を、ガラス管２の軸線２ａに対して斜め状態にして一対の封止電極３間に配して封止した比較例３のサージアブソーバ５１も作製した。なお、上記円柱状碍子５４の外周面には、ＴｉＮ等の導電性皮膜５４ａが形成されていると共に放電ギャップとしてマイクロギャップ５４ｂが形成されて導電性皮膜５４ａが分割されている。このマイクロギャップ５４ｂの幅は、５０μｍに設定した。

これらの実施例および比較例について、その寿命特性について調べた。なお、寿命特性の評価は、８／２０μｓ波形のインパルス電流２００Ａを繰り返し印加し、１００Ｖ／ｓで直流電圧を印加して１ｍＡが観測された時点までの最大電圧を直流放電開始電圧Ｖｓとして測定した。この評価の結果を、以下の表１に示す。なお、印加回数に対する直流放電開始電圧Ｖｓのグラフについて、本発明の実施例１と比較例１とを代表的に図７に示す。

この評価の結果、比較例１〜３のいずれも１０００回印加後に直流放電開始電圧Ｖｓが低下してしまったのに対し、実施例１および実施例２では、１０００回印加後でも直流放電開始電圧Ｖｓに劣化は見られなかった。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態および上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

１，２１，３１，４１，５１…サージアブソーバ、２…ガラス管、２ａ…ガラス管の軸線、３…封止電極、４，２４，５４…碍子、５…トリガ部、４ａ，２４ａ…変形部、ｋ…仮想線、Ｒ…放電の経路

Claims (4)

1. ガラス管と、
   該ガラス管の両端開口部を閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極と、
   両端に前記一対の封止電極を接触状態に配して前記ガラス管内に収納された板状の碍子と、を備え、
   前記碍子が、前記ガラス管の軸線に対して斜め状態に収納されていると共に、中間部分に前記軸線と平行な仮想線が遮られずに通過可能な空間を形成する変形部が設けられていることを特徴とするサージアブソーバ。
2. 請求項１に記載のサージアブソーバにおいて、
   前記変形部が、幅を両端部よりも狭くした幅狭部であることを特徴とするサージアブソーバ。
3. 請求項１に記載のサージアブソーバにおいて、
   前記変形部が、孔部であることを特徴とするサージアブソーバ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のサージアブソーバにおいて、
   前記変形部又はその近傍に、導電性材料で形成されたトリガ部が設けられていることを特徴とするサージアブソーバ。