JP2017005237A - サージ保護デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒューズ及び報知機構を有するサージ保護デバイスを提供することを課題とする。【解決手段】 サージ保護デバイス５は、誘電体５０と２つのバスバー５２と絶縁体５３とを備える。誘電体５０の２つの側面が各々電極５１に覆われている。バスバー５２は、導電材料で製造されており、一端が電極に設けられており、他端が第１接続ピン５２１とし、第１接続ピン５２１の末端が電子機器の給電端に各々電気的に接続されており、第１接続ピン５２１が二つのセグメントに分割されており、二つのセグメントが連結部材Ｃにより連結されており、連結部材Ｃがバスバー５２の融点より小さい融点を有する。絶縁体５３は、誘電体５０とそれら電極５１とそれらバスバー５２を被覆し、連結部材Ｃ及びそれら第１接続ピン５２１のみを絶縁体の外部に露出されている。【選択図】 図５

Description

本発明は、サージ保護デバイスに関し、特に、大電流が継続的に流れて発熱して発火に至る事故を効果的に防止し、毀損しているかどうかを表示でき、構造が簡単であり、ヒューズを別途増設する必要が全く無いという前提で、保護機能及び警告効果を有するサージ保護デバイスに関する。

現在大部分の電子機器内にはリレー（ｒｅｌａｙ）、電子スイッチ（ｓｗｉｔｃｈ）或いはソレノイド（ｓｏｌｅｎｏｉｄ）等のスイッチング制御素子が設けられ、電子機器の作動過程において、それらスイッチング制御素子は必ず大量のスイッチング動作を実行して回路を遮断及び導通するため、大量のサージが生じることで、電子機器の作動にマイナスの影響を与え、例えば、電子機器の誤動作等が起きることである。前記問題を解決するため、従来は、関連電子機器の業者がそれら電子機器の給電端にサージ保護デバイスを設けてサージが発生した時、サージ保護デバイスを通じて放電ルートを形成することで、電子機器がサージにより損傷を受けないよう保護できる。

図１及び図２を参照すると、現在市場上で最もよく見られる従来のサージ保護デバイス１は、誘電体１０と２本のリード線１２と絶縁体１３とを含み、誘電体１０が半導性を示すセラミックス材料で製造された板体で、半導性を示すセラミックス材料内には極めて大量で且つ乱雑な酸化亜鉛粒子を含有し、且つ酸化亜鉛粒子とその他の酸化物の境界箇所に結晶粒界層を形成してダイオード効果を発生させ、よって誘電体全体が大量に反対方向に連結するダイオードの集合体となる。低電圧状態では、極僅かな逆方向に漏電する電流が誘電体を通過するのみであるが、高電圧になるとパンチスルー効果（ｐｕｎｃｈ-ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｆｆｅｃｔ）を発生し、高電圧の大電流が誘電体を通過させることができ。誘電体がサージ保護デバイスの製造に広く応用される理由は、主に低電圧では高抵抗、高電圧では低抵抗の非直線性電流―電圧特性を持つことであり、誘電体１０の２つの対向側面上に電極（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１１を覆う。各リード線１２上の一端部近くの部位は、対応する電極１１に溶接で固定され、各リード線１２上の他端部近くの部位が接続ピン１２１とし、従来のサージ保護デバイス１がそれら接続ピン１２１を通じて電子機器（図示略）の給電端に電気的に接続させることができる。絶縁体１３は、誘電体１０、それら電極１１及びそれらリード線１２上を被覆し、それら接続ピン１２１のみが絶縁体１３の外部に露出する。

従来のサージ保護デバイス１内において、それらリード線１２と誘電体１０との間は、「線接触」の接続関係を呈するため、制限された溶接面接面積において、誘電体１０と各リード線１２との間の互いに固着する箇所は、極めて高い電圧と電流を受けるため、断裂破損しやすい。また、誘電体１０の単位面積が受ける電圧及び電流が極めて高いため、比較的高い瞬間電圧が誘電体１０を通過した時、誘電体１０の抵抗体に貫通孔を形成する可能性があることで、更に大きな瞬間電流が通過し、アーク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、従来のサージ防護デバイス１が何度も大電流による衝撃を受けてもすぐに前述の瞬間的な断裂破損或いは発火や燃焼が起こらなくとも、温度が高過ぎるため誘電体１０の老化を加速する。誘電体１０は徐々に低抵抗リニア化現象を起こし、誘電体１０にも若干の脆弱な箇所が発生する。

また、更に高い漏れ電流発生頻度が増加し、且つ漏れ電流が各脆弱な箇所点に集中的に流入すると、各脆弱な箇所の材料は溶けて短絡孔を形成し、この時、大電流が各当短絡孔に流入すると、高熱が発生することで、従来のサージ防護デバイス１が発火や燃焼する。図３を参照すると、業者はこれに鑑み、従来のサージ保護デバイス１を電子機器２の給電端Ｖｉに取り付けた時、給電端Ｖｉと電子機器２の回路間に並列接続し、且つそのうちのいずれかの給電接続ピンにヒューズ素子３（ｆｕｓｅ）を直列接続することで、誘電体１０と各リード線１２と間の互いに固着箇所が断裂破損を発生し、又は誘電体１０の抵抗体に貫通孔を形成した状態において、ヒューズ素子３内のヒューズは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て、開回路状態となり、継続給電により前述の発火や燃焼の危険性を避けることで、電子機器２がこれによって損傷を受けないよう確保できる。ただし、ヒューズ素子３の増設は、製造コストが増えるだけでなく、配線設計の複雑性も増し、また回路空間を占用し、これもまた関連回路を軽薄短小に設計することができない主な原因となっている。

図４を参照すると、これについて、一部の業者は図１及び図２に示す従来のサージ保護デバイス１内に温度ヒューズ１４（ｔｈｅｒｍａｌ ｆｕｓｅ）を増設し、温度ヒューズ１４の一端１４１が電極１１上に溶接で固定され、且つ誘電体１０とそれら電極１１とそれらリード線１２と一緒に絶縁体１３内に被覆され、それら接続ピン１２１及び温度ヒューズ１４の他端１４２のみを絶縁体１３の外部に露出させることで、温度ヒューズ１４は電極１１の温度が所定の限界値を超えると感知した時、温度ヒューズ１４が開回路状態となることで、給電端の継続給電を中止させると期待している。しかしながら、この設計及び方法は、温度ヒューズ１４のコストを節約できない以外に、サージ保護デバイス自体の体積及び回路上で占用する空間も増え、且つ全体的な回路も温度ヒューズ１４の開回路によって適時給電を中止するよう設計される必要があるため、全体的な回路をより一層複雑にさせてしまう。

上述をまとめてから分かるように、誘電体１０と各リード線１２と間の互いに固着箇所が断裂破損を発生、又は誘電体１０の抵抗体に貫通孔を形成する状態において、サージ保護デバイスが開回路状態となることで前記発火や燃焼発生の危険を効果的に避けると共に電子機器が損傷を受けないように確保し、且つ利用者にサージ保護デバイスの毀損状態を報知で知らせることで、直ちに交換できるよう期するため、構造が簡単で且つコストを増加せず、サージの放出特性を持たせる以外に、ヒューズ素子及び複雑な報知回路を別途増設する必要が全くないという前提において、やはりヒューズ及び報知機構を有するサージ保護デバイスをどのように構成するかは、本発明が解決しようとする重要な課題となっている。

本発明は、従来のサージ保護デバイスの前記欠点に鑑みてなされたものである。発明者は、長年に渡る関連産業の実務経験により、何度の設計と繰り返し実験を通じ、遂に本発明のヒューズ及び報知機構を有するサージ保護デバイスを開発し、本発明を通じて同時にサージ保護デバイスの安全性及び報知性をアップすることで、電子機器の寿命及び安全性を効果的に確保するよう期待される。
本発明の目的は、ヒューズ及び報知機構を有するサージ保護デバイスを提供することにある。

本発明によるサージ保護デバイスは、誘電体と２つのバスバー（例：線状又は板状）と絶縁体とを備える。誘電体は半導性を示すセラミックス材料で製造された板体であり、誘電体の２つの対向側面に各々電極を覆われている。バスバーは、一端が電極に設けられており、他端が第１接続ピンとして末端が電子機器の給電端に電気的に接続されており、第１接続ピンが二つのセグメントに分割されており、二つのセグメントが連結部材により連結されており、連結部材がバスバーの融点より小さい融点を有する。バスバーが大電流を受け、発生した高温が連結部材の融点を超えた時、連結部材が溶断されることで、第１接続ピンの二つのセグメントの連結を遮断させる。

絶縁体は、誘電体と電極とバスバーを被覆し、連結部材及び第１接続ピンのみを絶縁体の外部に露出させる。こうすると、衝撃電流がサージ保護デバイスを通過し、高電圧でバスバーの一端が電極から分離する。或いは、高電圧が誘電体をパンチスルーしたことにより、極めて大きな瞬間電流をサージ保護デバイスに継続して通過させ、極めて高い温度が発生した時、連結部材が瞬間電流及び発生した高温により迅速に溶断され、第１接続ピンが開回路を形成し、ヒューズに相当するメカニズムを生じる。サージ保護デバイスは大電流が継続的に流れて発熱して発火に至る事故を避け、電子機器又はその上の電子配線或いは素子の毀損を効果的に防止することができる。

本発明は、二つのバスバーは、一端に湾曲部が形成されており、二つの湾曲部が、二つの電極にそれぞれ貼着されており、且つ絶縁体内に被覆されている。湾曲部を介してバスバーと電極と間の導電接触面積が増える。

本発明は、バスバーは、湾曲部から延伸する第２接続ピンをさらに有する。同一のバスバーにおいて、第２接続ピンと第１接続ピンとは間に所定間隔を有する。一方のバスバーの第２接続ピンと他方のバスバーの第２接続ピンとは末端が発光素子（例：発光ダイオード）を介して直列に接続し一体となる。第２接続ピン及び発光素子はいずれも絶縁体の外部に露出されている。こうすると、連結部材が溶断され、且つ第１接続ピンが開回路を形成した状態において、発光素子は給電を受けることができないことにより、消灯状態となり、その報知効果を十分発揮し、直ちにサージ保護デバイスが毀損され、すぐ交換しなければならないことを利用者に知り得ることができことで、改めて交換したサージ保護デバイスが今後の衝撃電流に対してあるべき放出効果を発生するよう確保することができる。

本発明は、バスバーは、連結部材のインピーダンスより小さいインピーダンスを有し、大電流が連結部材を通過した時、連結部材が高いインピーダンスで発生した高温により、迅速に溶断され、第１接続ピンが開回路を形成する。

従来のサージ保護デバイスを示す分解図である。 従来のサージ保護デバイスが組み立てられた状態を示す要部断面図である。 従来のサージ保護デバイスの取り付け回路を示す模式図である。 従来のサージ保護デバイスが組み立てられた状態を示す要部断面図である。 本発明の第１実施形態によるサージ保護デバイスの組立てられた状態を示す要部断面図である。 本発明の第１実施形態によるサージ保護デバイスのバスバーの構造の変形例を示す模式図である。 本発明の第１実施形態によるサージ保護デバイスのバスバーの構造の変形例を示す模式図である。 本発明の第１実施形態によるサージ保護デバイスのバスバーの構造の変形例を示す模式図である。 本発明の第２実施形態によるサージ保護デバイスの組立てられた状態を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態によるサージ保護デバイスの組立てられた状態を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態によるサージ保護デバイスの組立てられた状態を示す要部断面図である。

以下に、本発明の目的、技術的特徴及びその効果を審査官に更に理解してもらうため、実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明は、ヒューズ及び報知機構を有するサージ保護デバイスを提供し、電子機器の給電端に応用される。図５を参照すると、本発明の第１実施形態において、サージ保護デバイス５は誘電体５０と２つのバスバー５２と絶縁体５３とを含む。誘電体５０は半導性を示すセラミックス材料で製造された板体で、誘電体５０の２つの対向側面に各々電極５１を覆う。それらバスバー５２は、導電材料により作られており、バスバー上の一端部近くの部位が対応する電極５１に貼着し、バスバー上の他端部近くの部位が各々第１接続ピン５２１となり、それら第１接続ピン５２１の末端が電子機器（図示略）の給電端に各々電気的に接続され、第１接続ピン５２１が二つのセグメントＡ、Ｂに分割され、二つのセグメントＡ、Ｂの対応端が溶接により連結部材Ｃと一体として連結し、連結部材Ｃの融点がバスバー５２の融点より小さく、バスバー５２が大電流を受け、且つ発生した高温が連結部材Ｃの融点を超えた時、連結部材Ｃが溶断されることで、第１接続ピン５２１の二つのセグメントＡ、Ｂの対応端を開路させる。

絶縁体５３は、誘電体５０とそれら電極５１とそれらバスバー５２上の一端部近くの部位を被覆し、連結部材Ｃ及びそれら第１接続ピン５２１のみを絶縁体５３の外部に露出する。こうすると、衝撃電流がサージ保護デバイス５を通過し、且つその高電圧でそれらバスバー５２の一端部近くの部位が各々対応するそれら電極５１上から分離し、或いはその高電圧が誘電体５０をパンチスルーしたことにより、極めて大きな瞬間電流をサージ保護デバイス５に継続して通過させ、極めて高い温度が発生した時、連結部材Ｃが瞬間電流及び極めて高い温度により迅速に溶断され、第１接続ピン５２１が開回路を形成し、ヒューズに相当するメカニズムを生じさせ、サージ保護デバイス５は大電流が継続的に流れて発熱して発火に至る事故を避け、電子機器又はその上の電子配線或いは素子の毀損を効果的に防止できる。

本発明のそれらバスバー５２の構造は、図５に示す構造に限られるものではなく、第１実施形態の変形例においてなお図６ａ、図６ｂ、図６ｃに示すバスバー６２、７２、８２の構造を含み、それらバスバー６２、７２、８２上の一端部近くの部位に湾曲部６２２、７２２、８２２を形成し、湾曲部６２２、７２２、８２２は対応する電極５１に貼着され、且つ絶縁体５３内に被覆される。バスバー６２は線状を呈し、湾曲部６２２と対応する電極５１との間が線接触の接続関係を呈する。バスバー７２、８２は板状を呈し、湾曲部７２２、８２２と対応する電極５１との間が面接触の接続関係を呈することで、湾曲部６２２、７２２、８２２を介してバスバー６２、７２、８２と対応する電極５１との間の導電接触面積が増える。

図６ａ、図６ｂ、図６ｃを再度参照すると、本発明の第１実施形態の変形例において、バスバー６２、７２、８２の上に第１接続ピン６２１、７２１、８２１のほかに、湾曲部６２２、７２２、８２２上に第２接続ピン６２３、７２３、８２３を更に延伸して設置しており、第２接続ピン６２３、７２３、８２３が対応する第１接続ピン６２１、７２１、８２１と互いに間隔を置ける。図７ａ、図７ｂ、図７ｃを参照すると、それら第２接続ピン６２３、７２３、８２３の末端が発光素子９０（例：発光ダイオード）を介して直列に接続し一体となり、それら第２接続ピン６２３、７２３、８２３及び発光素子９０がいずれも絶縁体５３の外部に露出される。こうすると、連結部材Ｃが溶断され、且つ第１接続ピン６２１、７２１、８２１が開回路を形成した状態において、発光素子９０は給電を受けることができないことにより、消灯状態となり、その報知効果を十分発揮して利用者に直ちにサージ保護デバイス６、７、８が毀損され、すぐ交換しなければならないことを知り得ることができことで、改めて交換したサージ保護デバイスが今後の衝撃電流に対してあるべき放出効果を発生するよう確保することである。

図５及び図７ａ、図７ｂ、図７ｃを再度参照すると、本発明の第１実施形態において、バスバー５２、６２、７２、８２は、融点が連結部材Ｃの融点より大きいだけではなく、インピーダンス値が連結部材Ｃのインピーダンス値より小さいため、銅が好適であり、連結部材Ｃがアルミニウム、銀、錫、亜鉛又はその合金が好適である。こうすると、極めて大きな瞬間電流が連結部材Ｃを通過した時、連結部材Ｃの高いインピーダンス値及び低融点により、連結部材Ｃに迅速に高温を発生させ、高温により迅速に溶断されることで、第１接続ピン５２１、６２１、７２１、８２１が速やかに開回路を形成させることができる。

（第２実施形態）
よって、図７ａ、図７ｂ、図７ｃを再度参照すると、本発明は、ヒューズ素子を別途増設する必要が全くない前提において、第１実施形態中の構造が簡単であり、且つコストが低い仕組みを利用して、ヒューズ機能及び報知効果を兼ね備えるサージ保護デバイス６、７、８を量産製造でき、各電極５１と各バスバー６２、７２、８２との間の互いに固着箇所に断裂破損を発生し、若しくは誘電体５０の抵抗体に貫通孔を形成した状態において、バスバー６２、７２、８２の連結部材Ｃは、大電流の通過で発生した高温により迅速に溶断されることで、サージ保護デバイス６、７、８が迅速に開回路状態となって「背景技術」内で記載されている発火して燃焼する危険の発生を避け、また電子機器がこれにより損傷を受けないように確保できる。このほかに、発光素子９０の消灯で生じる報知効果により、利用者にサージ保護デバイス６、７、８の交換をすぐ知り得ることができことで、交換した新しいサージ保護デバイスが今後の衝撃電流に対してあるべき放出効果を発生するよう確保する。

以上に述べたものは、本発明の好ましい実施形態であって、本発明で主張する権利範囲はこのような実施形態のみに限定されるべきものではなく、当業者が本発明で開示した技術内容に基づき、容易に想到できる種々の修正及び変更は、均しく本発明の保護範囲に属する。

１ 従来のサージ保護デバイス、
１０ 誘電体、
１１ 電極、
１２ リード線、
１２１ 接続ピン、
１３ 絶縁体、
１４ 温度ヒューズ、
１４１ 温度ヒューズの一端、
１４２ 温度ヒューズの他端、
２ 電子機器、
３ ヒューズ素子、
５、６、７、８ サージ保護デバイス、
５０ 誘電体、
５１ 電極、
５２、６２、７２、８２ バスバー、
５２１、６２１、７２１、８２１ 第１接続ピン、
５３ 絶縁体、
６２２、７２２、８２２ 湾曲部、
６２３、７２３、８２３ 第２接続ピン、
９０ 発光素子、
Ａ セグメント、
Ｂ セグメント、
Ｃ 連結部材、
Ｖｉ 給電端。

Claims (7)

1. 半導性を示すセラミックス材料で製造された板状であり、２つの側面が電極に覆われている誘電体と、
   第１導電材料で製造されており、一端が前記電極に設けられており、他端が第１接続ピンとして末端が電子機器の給電端に電気的に接続されており、前記第１接続ピンが二つのセグメントに分割されており、二つの前記セグメントが第２導電材料により作られた連結部材により連結されており、前記第２導電材料が前記第１導電材料の融点より小さい融点を有する二つのバスバーと、
   前記誘電体、前記電極、および前記バスバーを被覆し、前記連結部材及び前記第１接続ピンのみを外部に露出させる絶縁体と、
   を含むことを特徴とするサージ保護デバイス。
2. 二つの前記バスバーは、一端に湾曲部が形成されており、二つの前記湾曲部が、二つの前記電極にそれぞれ貼着されており、且つ前記絶縁体内に被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のサージ保護デバイス。
3. 前記バスバーは、前記湾曲部から延伸する第２接続ピンをさらに有し、
   同一の前記バスバーにおいて、前記第２接続ピンと前記第１接続ピンとは間に所定間隔を有し、
   一方の前記バスバーの前記第２接続ピンと他方の前記バスバーの前記第２接続ピンとは、発光素子を介して直列に接続し一体となり、
   前記第２接続ピン及び前記発光素子はいずれも前記絶縁体の外部に露出されていることを特徴とする請求項２に記載のサージ保護デバイス。
4. 前記第１導電材料は、前記第２導電材料のインピーダンス値より小さいインピーダンス値を有することを特徴とする請求項２または３に記載のサージ保護デバイス。
5. 前記第１導電材料は、銅であり、
   前記第２導電材料は、アルミニウム、銀、錫、亜鉛又はその合金であることを特徴とする請求項４に記載のサージ保護デバイス。
6. 前記バスバーは、線状を呈し、
   前記湾曲部と前記電極とは、線接触の接続関係を呈することを特徴とする請求項５に記載のサージ保護デバイス。
7. 前記バスバーは、板状を呈し、
   前記湾曲部と前記電極とは、面接触の接続関係を呈することを特徴とする請求項５に記載のサージ保護デバイス。

Images