JP2015185843A

JP2015185843A - サージ防護装置

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Publication number: JP2015185843A
Application number: JP2014169706A
Authority: JP
Inventors: 贊棋陳; Tsan-Chi Chen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-10-22
Also published as: US20150270086A1; TW201537591A

Abstract

【課題】サージ防護装置を提供する。【解決手段】誘電部材５０、２枚の導電板、および絶縁被覆体５３を備える。誘電部材５０は、多結晶半導体セラミック材料により製造される板体であり、且つ互いに対向する両側面に電極がそれぞれ貼り付けられている。２枚の導電板は、一端に隣接する部位が面接触の方式により各電極にそれぞれ貼り付けられており、他端が電子設備の給電端に電気的に接続する接続部であり、少なくとも１枚の両端の間に位置する中間部位の断面積が他の部位の断面積より小さく形成されており、中間部位が大電流を受けて発生する高温が所定閾値を超えると、中間部位が溶断され、ヒューズに相当する機能を果たす。絶縁被覆体５３は、誘電部材５０及び導電板を被覆し、各導電板の中間部位を被覆し、接続部を露出させる。【選択図】図５

Description

本発明は、サージ防護装置に関し、詳しくは、ヒューズ構成を有するサージ防護装置に関する。

大部分の電子設備は動作中にサージ電流の衝撃により損壊することがあった。いわゆる「サージ電流」は「高電圧パルス」とも呼ばれ、「回路外部で発生するサージ電流」及び「回路内部に発生するサージ電流」に区分される。一般的には、「回路外部で発生するサージ電流」の多くは電子設備の周囲で発生する雷や、雷が回路を直撃することにより発生するため、雷サージ（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇｓｕｒｇｅ）とも呼ばれる。さらに「回路内部で発生するサージ電流」の多くは、電子設備内の電子スイッチの切換動作に伴い発生するサージ電流であり、このため開閉サージ（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｕｒｇｅ）とも呼ばれる。

現在大部分の電子設備には継電器（ｒｅｌａｙ）、電子スイッチ（ｓｗｉｔｃｈ）、或いはソレノイド（ｓｏｌｅｎｏｉｄ）等の切換制御部材が均しく設置され、電子設備の動作中にはこれら切換制御部材は繰り返し切換動作を行い回路の断裂及び導通を行わねばならず、大量のサージ電流が発生し電子設備の動作に悪影響を与え、電子設備の誤作動等を引き起こした。前述の問題を解決するため、従来は電子設備の給電端にサージ防護装置が設置され、サージ電流の発生時にサージ防護装置一により放電路が形成され、サージ電流を接地端まで導電して電子設備を保護し、サージ電流による損害を防いでいる。

従来、酸化金属バリスタ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＶａｒｉｓｔｏｒ、略称ＭＯＶ）がサージ防護装置を製造するための誘電部材として用いられている。誘電部材は一般的には酸化亜鉛顆粒と少量の他の金属酸化物或いは金属化合物とを混合焼結させて形成される多結晶半導体セラミック部材であり、誘電部材内には極めて大量の乱雑な酸化亜鉛顆粒が含まれ、酸化亜鉛顆粒と他の酸化物との接合箇所には粒界層が形成され、ダイオード効果が発生する。このため、全ての誘電部材は後方へ連結される大量のダイオードの集合体に相当し、低電圧の状態では一部の僅かな逆方向への漏電電流は誘電部材を通過するが、高電圧では突抜け効果（ｐｕｎｃｈ−ｔｈｒｏｕｇｈｅｆｆｅｃｔ）が発生し、高電圧の大電流は誘電部材を通過する。誘電部材がサージ防護装置の製造に広く使用される理由は、主に低電圧時に高抵抗、高電圧時に低抵抗の非線形電流電圧特性を具備するためである。

特開２００３−１８９４６６号公報

前述の従来のサージ防護装置では、サージ電流の放電の目的が確実に達成されるが、長年の研究及び観察により、これら従来のサージ防護装置の設計に多くの欠点も発見された。

図１及び図２に示す従来のサージ防護装置１は、誘電部材１０、第一導線（或いは導電板）１２０、第二導線（或いは導電板）１２１、及び絶縁被覆体１３を備える。誘電部材１０は前述の多結晶半導体セラミック材料により製造される板体であり、誘電部材１０に対向する両側面には第一電極（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１１０及び第二電極１１１がそれぞれ貼付される。第一導線１２０の一端に隣接する部位は第一電極１１０に溶接されて固定され、第一導線１２０の他端は第一接続部１２０１であり、第一接続部１２０１により電子設備の給電端（図示せず）に電気的に接続される。第二導線１２１の一端に隣接する部位は第二電極１１１に溶接されて固定され、第二導線１２１の他端は第二接続部１２１１であり、第二接続部１２１１により電子設備の給電端に電気的に接続される。なお、絶縁被覆体１３は誘電部材１０に被覆され、第一導線１２０及び第二導線１２１の第一接続部１２０１及び第二接続部１２１１のみ絶縁被覆体１３の外に露出する。

従来のサージ防護装置１の、これら導線１２０及び導線１２１と誘電部材１０との間は「線接触」で連結されるため溶接面積が制限され、誘電部材１と各導線１２０及び導線１２１との間の連結箇所は、極めて高い電圧及び電流を受けて極めて破裂しやすい。また、誘電部材１０の単位面積で受ける電圧及び電流は極めて高く、高い瞬間電圧が誘電部材１０を通過すると、誘電部材１０の抵抗器に穿孔が形成され、更に大きな瞬間電流が通過し、電弧により高熱になり発火する。このほか、多くの研究結果が示すように、従来のサージ防護装置１が度重なる大電流の衝撃を受けてもすぐに前述の瞬間的な破裂や発火燃焼が起こることはないにせよ、高温になり過ぎるため誘電部材１０の劣化を加速させ、誘電部材１０は徐々に線形低抵抗化現象を起こし、誘電部材１０にも若干の脆弱点が発生する。また、更に高い漏電流が発生する確率が高まり、漏電流が各脆弱点に集中的に流入すると、各脆弱点の材料は溶融しショート孔が形成される。この時、大電流が各ショート孔に流入すると、高熱が発生し、従来のサージ防護装置１が発火し燃焼する。

従って、従来のサージ防護装置１を電子設備２の給電端Ｖｉに装設する場合、給電端Ｖｉと電子設備２の回路との間に並列し、何れか１本の給電接続部にヒューズ素子３（ｆｕｓｅ）を直列接続し、誘電部材１０と各導線１２０及び導線１２１との間の連結箇所に破裂が発生するか、或いは誘電部材１０の抵抗器に穿孔が形成されると、ヒューズ素子３内のヒューズが瞬間的に通過する大電流及び大電流による高温により溶断され、断路状態となり、持続的な給電による前述の発火燃焼の発生の危険性を回避し、電子設備の破損を防止する（図３参照）。

しかしながら、ヒューズ素子３の増設には製造コストが増加するのみならず、回路設計の複雑性が増し、回路の空間を占領し、回路が小型軽量化出来なくなる。この問題に対し、図４に示すように、図１及び図２に示す従来のサージ防護装置１内に温度ヒューズ素子１４（ｔｈｅｒｍａｌｆｕｓｅ）を増設した。温度ヒューズ素子１４の一端１４１は第一電極１１０に溶接されて固定され、誘電部材１０、第一導線１２０、及び第二導線１２１は皆絶縁被覆体１３内に被覆され、第一接続部１２０１、第二接続部１２１１、及び温度ヒューズ素子１４の他端１４２は絶縁被覆体１３の外に露出され、温度ヒューズ素子１４が第一電極１１０の温度が所定の臨界値超過を検知すると、温度ヒューズ素子１４が断裂状態になり、給電端で持続的な給電を止める。しかしながら、前述の設計及び方法では、温度ヒューズ素子１４のコストが削減できないほか、従来のサージ防護装置１の体積及び回路上の占有空間が増加し、且つ回路は温度ヒューズ素子１４により断裂され、給電が適時停止されるよう設計されなければならず、回路がさらに複雑になる。

上述のように、構造が簡単でコストをかけずサージ防護装置、サージ電流を放電する特性を具備する以外に、ヒューズ素子を増設することなくヒューズ素子の特性が具備し、誘電部材１０と各導線１２０及び導線１２１との間の連結箇所で破裂、或いは誘電部材１０の抵抗器に穿孔が形成されると、サージ防護装置が断路され、前述の発火燃焼の危険性及び電子設備の損壊を回避するサージ防護装置をいかに設計するか本発明の最も重要な課題である。

そこで、上記の欠点が改善可能と考え、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本発明の提案に到った。

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡単な構造で、ヒューズ素子の増設が完全に不要なヒューズ素子の特性を有し、大電流が持続的に通過することにより高温になり、発火し燃焼することを防ぐサージ防護装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るサージ防護装置は、誘電部材、２枚の導電板、および絶縁被覆体を備える。誘電部材は、多結晶半導体セラミック材料により製造される板体であり、且つ互いに対向する両側面に電極がそれぞれ貼り付けられている。２枚の導電板は、一端に隣接する部位が面接触の方式により各電極にそれぞれ貼り付けられており、他端が電子設備の給電端に電気的に接続する接続部であり、少なくとも１枚の両端の間に位置する中間部位の断面積が他の部位の断面積より小さく形成されており、中間部位が大電流を受けて発生する高温が所定閾値を超えると、中間部位が溶断され、ヒューズに相当する機能を果たす。絶縁被覆体は、誘電部材及び導電板を被覆し、各導電板の中間部位を被覆し、接続部を露出させる。

こうして、サージ電流がサージ防護装置に流れ、高電圧によりこれら導電板の一端に隣接する部位が対応する電極からそれぞれ分離するか、或いは、高電圧により誘電部材が放電破壊され、極めて大きな瞬間電流がサージ防護装置を持続的に通過することにより極高温度になると、各導電板の中間部位は大電流及び大電流による高温により迅速に溶断され、断路状態が形成されてサージ防護装置の高温による発火燃焼を防ぎ、電子設備、電子回路、または部材の損壊を防止することができる。

請求項２に記載のサージ防護装置は請求項１において、導電板は、アルミ、銀、錫、亜鉛、或いはそれらの合金の内の何れか１つである導電金属により製造され、融点が銅より低く、抵抗値が銅より高く、大電流が中間部位を通過すると、中間部位が、高温になり、高温により迅速に溶断される。

請求項３に記載のサージ防護装置は請求項２において、中間部位には少なくとも１つの孔部が開設されており、孔部が中間部位を貫通することで、中間部位の断面積が他の部位の断面積より小さくなる。

請求項４に記載のサージ防護装置は請求項３において、孔部は中間部位内に形成されている。

請求項５に記載のサージ防護装置は請求項３において、孔部は中間部位の何れかの一方の側辺に形成されている。

本発明によれば、大電流が持続的に通過して高温になり発火燃焼するのを防ぎ、電子設備や電子回路或いは部材の損壊を防止することができる。

従来のサージ防護装置を示す分解斜視図である。従来のサージ防護装置の組立後の一部の断面を示す模式図である。従来のサージ防護装置の回路配置を示す模式図である。従来のサージ防護装置の組立完成後の一部の断面を示す模式図である。本発明の第一実施形態によるサージ防護装置の組立完成後の一部の断面を示す模式図である。本発明の第二実施形態における第一導電板を示す模式図である。

以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

以下、図５と図６を参照しながら、本発明のサージ防護装置を説明する。
本発明の実施形態に係るサージ防護装置は電子設備の給電端に応用され（図５参照）、この実施形態では、サージ防護装置５は誘電部材５０、第一導電板５２０、第二導電板（図示せず）、及び絶縁被覆体５３を備える。誘電部材５０は多結晶半導体セラミック材料により製造される板体であり、誘電部材５０に対向する両側面には第一電極５１０及び第二電極（図示せず）がそれぞれ貼付される。第一導電板５２０の一端に隣接する部位は面接触方式により第一電極５１０に貼付され、第一導電板５２０の他端は電子設備の給電端（図示せず）に電気的に接続される第一接続部５２０１であり、第一導電板５２０の両端の間に位置する中間部位５２０２の断面積は他の部位の断面積より小さく、中間部位５２０２が大電流を受けて所定の臨界値を超えた高温に達すると、中間部位５２０２が溶断されてヒューズに相当する機能を果たす。第二導電板の一端に隣接する部位は面接触方式で第二電極に貼付され、第二導電板の他端は電子設備の給電端に電気的に接続される第二接続部５２１１であり、第二導電板の両端の間に位置する中間部位の断面積は他の部位の断面積より小さく、中間部位が大電流を受けて所定の臨界値を超える高温を発すると、中間部位が溶断されてヒューズに相当する機能を果たす。絶縁被覆体５３は誘電部材５０、第一導電板５２０、及び第二導電板に被覆され、且つ各導電板５２０の中間部位５２０２を被覆させ、第一接続部５２０１及び第二接続部５２１１のみを絶縁被覆体５３の外に露出させる。

こうして、サージ電流はサージ防護装置５に流れ、高電圧により第一導電板５２０の一端に隣接する部位は対応する第一電極５１０から離解するか、或いは高電圧により誘電部材５０に突抜け現象が発生し、極めて大きな瞬間電流がサージ防護装置５を持続的に通過し、極高温になると、第一導電板５２０の中間部位５２０２は極めて大きな瞬間電流或いは極高温により迅速に断裂され、断路が形成され、電子設備を保護させてサージ防護装置５が高温になり発火燃焼するのを防ぎ、電子設備或いは電子回路や部材の損壊を防止する。

図５に示すように、この実施形態では、第一導電板５２０（及び／或いは第二導電板）の中間部位５２０２には少なくとも１つの孔部Ａが開設され、孔部Ａが中間部位５２０２を貫通させるため中間部位５２０２の断面積は他の部位の断面積より小さくなる。第一実施形態では、孔部Ａは第一導電板５２０（及び／或いは第二導電板）の中間部位５２０２内に形成されるが、但し本発明はこれに限らず、本発明の第二実施形態では、図６のように、孔部Ｂは第一導電板５２０（及び／或いは第二導電板）の中間部位５２０２の何れか一側に形成され、中間部位５２０２の断面積は他の部位の断面積より小さい。

この実施形態では、第一導電板５２０（及び／或いは第二導電板）は、アルミ、銀、錫、亜鉛、或いはそれらの合金等の導電金属により製造され、融点は銅より低く、抵抗値は銅より高い。極めて大きな瞬間電流が第一導電板５２０の中間部位５２０２を通過すると、中間部位５２０２の断面積が他の部位の断面積より小さいため、中間部位５２０２が高温になり、中間部位５２０２が高温のため迅速に溶断され、断路が形成される。

また、本発明における他の実施形態において、第一導電板５２０（及び／或いは第二導電板）の一端に隣接されると共に第一電極５１０に貼付される部位の表面積は第一導電板５２０の他の部位の表面積より大きく、第一導電板５２０と対応する第一電極５１０との間の電気の導通面積を増加させる。

このように、本発明はヒューズ素子を増設することなく、前述の実施形態の簡単且つ低コストの構造により、サージ防護装置の量産が可能になる。各電極５１０と各導電板５２０との間の連結箇所が破裂するか、誘電部材５０の抵抗器に穿孔が形成されることで、第一導電板５２０の中間部位５２０２は大電流により高温になると迅速に溶断され、サージ防護装置５が迅速に断路状態になり、「背景技術」に記載の発火燃焼の危険性を回避し、電子設備の損壊を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

５サージ防護装置
５０誘電部材
５１０第一電極
５２０第一導電板
５２０１第一接続部
５２０２中間部位
５２１１第二接続部
５３絶縁被覆体
Ａ孔部
Ｂ孔部

Claims

多結晶半導体セラミック材料により製造される板体であり、且つ互いに対向する両側面に電極がそれぞれ貼り付けられている誘電部材と、
一端に隣接する部位が面接触の方式により各前記電極にそれぞれ貼り付けられており、他端が電子設備の給電端に電気的に接続する接続部であり、少なくとも１枚の両端の間に位置する中間部位の断面積が他の部位の断面積より小さく形成されており、前記中間部位が大電流を受けて発生する高温が所定閾値を超えると、前記中間部位が溶断され、ヒューズに相当する機能を果たす２枚の導電板と、
前記誘電部材及び前記導電板を被覆し、各前記導電板の中間部位を被覆し、前記接続部を露出させる絶縁被覆体と、を備えることを特徴とするサージ防護装置。
前記導電板は、アルミ、銀、錫、亜鉛、或いはそれらの合金の内の何れか１つである導電金属により製造され、融点が銅より低く、抵抗値が銅より高く、大電流が前記中間部位を通過すると、前記中間部位が、高温になり、前記高温により迅速に溶断されることを特徴とする請求項１に記載のサージ防護装置。
前記中間部位には少なくとも１つの孔部が開設されており、
前記孔部が前記中間部位を貫通することで、前記中間部位の断面積が他の部位の断面積より小さくなることを特徴とする請求項２に記載のサージ防護装置。
前記孔部は前記中間部位内に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のサージ防護装置。
前記孔部は前記中間部位の何れかの一方の側辺に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のサージ防護装置。
前記導電板は、一端に隣接し且つ前記電極に貼り付けられている部位の表面積が他の部位の表面積より大きく形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のサージ防護装置。