JP2512887B2 - サ―ジ吸収器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電話機、ファクシミリ、
電話交換機、モデム等の通信機器用の電子部品に適する
サージ吸収回路及びこの回路に用いる熱応動スイッチに
関する。更に詳しくは上記電子部品に印加されるサージ
電圧の吸収機能に加えて、継続的な過電圧又は過電流の
電子部品への侵入防止機能を有するサージ吸収回路及び
これに用いる熱応動スイッチに関するものである。本明
細書で、過電圧又は過電流とは、サージ吸収素子の放電
開始電圧を上回る異常電圧とこれに伴う異常電流をい
う。

【０００２】

【従来の技術】この種のサージ吸収素子は電子部品の一
対の入力線路にこの電子部品に並列に接続され、電子部
品の使用電圧より高い電圧で動作するように構成され
る。即ち、サージ吸収素子はその放電開始電圧より低い
電圧では抵抗値の高い抵抗体であるが、印加電圧がその
放電開始電圧以上のときには数１０Ω以下の抵抗値の低
い抵抗体になる。電子部品に雷サージ等のサージ電圧が
瞬間的に印加されると、サージ吸収素子が放電し、サー
ジ電圧を吸収して電子部品が保護されるようになってい
る。このため、電子部品を含む回路に過電圧又は過電流
が不慮の事故等により継続して加わると、サージ吸収素
子には電流が流れ続ける。この結果、サージ吸収素子が
発熱し周辺の電子機器の発火の原因となる。通常、この
ような過電圧又は過電流が回路に継続して侵入すること
は考えられないが、不慮の事故を想定して最大限の安全
対策を施していく考えが広まってきている。例えば、米
国のＵＬ（Underwriter's Laboratories Inc.）では、
このような継続的な過電圧又は過電流の侵入時にサージ
吸収器が通信機器に火災や電撃の危険を与えてはならな
いように、サージ吸収器に対して所定の安全規格を制定
している。

【０００３】従来、こうした安全規格に適合し、継続的
な過電圧又は過電流に起因した電子機器の発火を防止し
得るサージ吸収器として、ヒューズや低融点金属部材
をサージ吸収素子の表面に密着させ、このヒューズや低
融点金属部材をサージ吸収素子に直列に接続したものが
開示されている（特開昭６３−１１０２２、特開昭６３
−１８９２３）。また、本出願人は、電子部品の一対
の入力線路に接続された電子部品に並列にサージ吸収素
子が接続され、このサージ吸収素子の入力側の入力線路
の一方に加熱により開き冷却により閉じる熱応動スイッ
チが介装接続されたサージ吸収回路を特許出願した（特
願平３−２２８０６６）。この熱応動スイッチはサージ
吸収素子の近傍に設けられ、バイメタル等の熱応動片を
可動接点としている。また、本出願人は、導電性可動
体と、この可動体を非加熱時に保持し非加熱時に解放す
る一対の熱応動片と、解放された可動体を熱応動片から
離脱させるスプリングと、離脱した可動体を復元させる
リセットピンとを備えた熱応動スイッチを特許出願した
（特願平３−１８８０２７）。更に、メタルオキサイ
ドバリスタと、該バリスタの熱により動作するバイメタ
ルスイッチ回路とを直列に接続してなる保護回路付きサ
ージ吸収回路が開示されている（特開平２−８４０１
６）。このバイメタルスイッチ回路は、二つに折れ曲が
った状態でねじにより固定されたばねと、このばねを伸
ばした状態にしてその自由端の近傍のばねに掛止するバ
イメタルとにより構成される。このサージ吸収回路は、
メタルオキサイドバリスタが発熱すると、バイメタルが
反り、バイメタルの掛止部がばねから外れてばねが縮ん
でスイッチ回路が開き、バイメタルが常温に戻ると、ば
ねを押すことにより復帰してスイッチ回路を閉じること
ができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のヒュ
ーズや低融点金属部材をサージ吸収素子に直列に接続し
たサージ吸収器は、過電圧又は過電流の侵入によりヒュ
ーズや低融点金属部材が溶断すると、サージ吸収回路は
オープン状態になるため、サージ吸収器を新品と交換し
なければならない煩わしさがあった。特にサージ吸収素
子をヒューズ等とともにケーシングで被覆した場合に、
目視によってはヒューズ等の溶断状況が判りにくい不具
合もあった。また上記の熱応動スイッチを介装接続し
たサージ吸収回路では、過電圧又は過電流の侵入により
回路がオープン状態になった後、侵入が停止すれば自己
復帰する機能を有するが、可動接点である熱応動片の固
定接点片に対する接触圧が小さいため、熱応動スイッチ
に振動を与えると、熱応動片が固定接点片から一時的に
離れ、回路がオープン状態になる問題点があった。また
上記の熱応動スイッチでは、非加熱時には一対の熱応
動片の弾性保持力により可動体は確実に熱応動片に接触
し、上記の問題点は解消されるものの、スイッチ機構
が複雑でコストが上昇し、ケーシングの寸法も大きくな
る欠点があった。更に上記のサージ吸収回路では、ば
ねが二つに折れ曲がって、その曲げた角度を開くように
ばねをバイメタル側に引き寄せてばねの中央部にバイメ
タルに掛止している。このため、バイメタルが熱により
反ってばねを解放した後、このばねを復帰する場合に弾
性力に抗してばねの曲げ角度を大きく開かねばならず、
復帰作業が容易でないばかりでなく、このサージ吸収器
をケーシングに収容した場合には、復帰作業時にケーシ
ングを外さねばならない煩わしさがあった。

【０００５】本発明の目的は、継続的な過電圧又は過電
流の侵入が止むと過電流の程度によってはケーシングを
取外さずに手動で復帰でき、振動により接点の接触不良
を生じない熱応動スイッチを備えたサージ吸収器を提供
することにある。また本発明の別の目的は、構造が簡単
で、小型化で安価に製作できサージ吸収器を提供するこ
とにある。本発明の別の目的は、雷サージのような瞬間
的なサージ電圧を吸収することに加えて、継続的な過電
圧又は過電流の侵入があった場合にはサージ吸収素子の
異常発熱のみならず、電子部品の熱的損傷、発火等を防
止することができるサージ吸収器を提供することにあ
る。本発明の更に別の目的は、継続的な過電圧又は過電
流の侵入があったことを容易に視認できるサージ吸収器
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のサージ吸収器
は、図１及び図３に示すように、電子部品１０の一対の
入力線路１１，１２に電子部品１０に並列にサージ吸収
素子１４が接続されるサージ吸収器の改良である。その
特徴ある構成は、サージ吸収素子１４の入力側の入力線
路の一方１１に接続される第１リード１７と電子部品１
０の入力側に接続される第２リード１８ａ，１８ｂと入
力線路の他方１２に接続される第３リード１９とが基材
１６に配設され、第１リード１７と第２リード１８ａ，
１８ｂの間に熱応動スイッチ２１が介装接続され、第２
リード１８ａ，１８ｂと第３リード１９の間にサージ吸
収素子１４が介装接続され、熱応動スイッチ２１は基端
が第１リード１７又は第２リード１８ａ，１８ｂのいず
れか一方に固着され先端に掛止部２２ａを有する導電性
ばね片２２と、基端が第１リード１７又は第２リード１
８ａ，１８ｂのいずれか他方に固着され先端に前記掛止
部２２ａが掛止する導電性フック片２３とを備え、導電
性ばね片２２又は導電性フック片２３のいずれか一方又
は双方が熱応動片からなり、熱応動スイッチ２１は加熱
により掛止部２２ａが非掛止状態になって開き、冷却に
より掛止部２２ａが掛止可能になって閉じるように構成
され、基材１６にサージ吸収素子１４及び熱応動スイッ
チ２１を収容する窓孔２０ａ付きケーシング２０が取付
けられ、窓孔２０ａはケーシング２０を基材１６に取付
けた状態で導電性フック片２３及び導電性ばね片２２の
掛止部２２ａの各先端に対向するケーシング頂部に設け
られ、掛止部２２ａが非掛止状態になったとき窓孔２０
ａに出現するように構成されたことにある。

【０００７】本発明の熱応動スイッチは、導電性材料の
バイメタル、形状記憶合金等の熱変形により切換わる常
閉のスイッチである。電子部品の最高使用温度は通常８
５℃であるため、熱応動スイッチは作動開始温度が８０
℃〜１２０℃の範囲のものが好ましい。このため、バイ
メタルスイッチは熱変形の開始温度が８０〜１００℃の
黄銅−ニッケル鋼又は１００〜１５０℃のモリブデン−
インバー、黄銅−インバー等の熱膨張率の異なる２種の
金属片の接合体からなるものが好ましい。また形状記憶
合金スイッチは変態点が９０℃まで調整可能なニッケル
−チタン合金、１００℃まで調整可能な銅−亜鉛−アル
ミニウム合金からなるものが好ましい。熱応動スイッチ
は、先端に掛止部を有する導電性ばね片と、先端にこの
掛止部が掛止される導電性フック片とを備え、導電性ば
ね片又は導電性フック片のいずれか一方又は双方が熱応
動片からなる。通常時には導電性ばね片又は導電性フッ
ク片を弾性変形可能な領域内で変形させて掛止部をフッ
ク片に掛止させておく。またサージ吸収素子としては、
酸化亜鉛バリスタ、炭化けい素バリスタ、ツェナダイオ
ード等の半導体型サージ吸収素子、コンデンサと抵抗を
組合せたＣＲフィルタ、コンデンサとコイルを組合せた
ＣＬフィルタ等のフィルタ型サージ吸収素子、エアギャ
ップ式放電管、マイクロギャップ式放電管等のギャップ
型サージ吸収素子が挙げられる。

【０００８】

【作用】入力線路１１，１２に継続して過電圧又は過電
流が侵入して熱応動片からなる導電性ばね片２２又は導
電性フック片２３自体が発熱し一定の温度まで上昇する
と、ばね片２２の掛止部２２ａが導電性フック片２３か
ら外れ、ばね片２２の弾性力により熱応動スイッチ２１
が開く。これにより電子部品１０及びサージ吸収素子１
４に過電圧又は過電流は侵入しなくなる。過電圧又は過
電流の遮断により導電性ばね片２２又は導電性フック片
２３が復帰した後、過電流でフック片２３が溶損してい
なければケーシングを取外すことなく、窓孔２０ａに細
い絶縁性の棒を押込んで手動で掛止部２２ａをばね片２
２の弾性力を利用してフック片２３に掛止すると、ばね
片２２とフック片２３とは互いにしっかりと保持し合
い、加振されても電子部品１０を入力線路１１，１２に
接続した状態にする。

【０００９】

【実施例】次に本発明の実施例と比較例を図面に基づい
て詳しく説明する。 ＜実施例＞図１〜図３に示すように、通信機器の電子部
品１０の一対の入力線路１１，１２には電子部品１０に
並列にサージ吸収素子１４が接続される。このサージ吸
収素子１４の入力側の入力線路の一方１１には加熱によ
り開き冷却により閉じる熱応動スイッチ２１が介装接続
される。サージ吸収素子１４と熱応動スイッチ２１によ
りサージ吸収器３０が構成される。この例ではサージ吸
収素子１４は放電開始電圧が３００Ｖのマイクロギャッ
プ式放電管である。この素子１４は導電性皮膜で被包し
た円柱状のセラミックス素体の周方向に数１０μｍのマ
イクロギャップを形成させ、このセラミックス素体の両
端にキャップ電極を設け、キャップ電極にリード線を接
続した後、不活性ガスとともにガラス管に封入して作ら
れる。

【００１０】サージ吸収器３０の長方形の絶縁性基材１
６には４本のピン状のリード１７，１８ａ，１８ｂ及び
１９が基材の四隅近傍に貫通して設けられ、基材１６を
被覆するケーシング２０が基材１６に取付けられる。こ
のケーシング２０の基材１６のリード１８ｂに対向する
位置には窓孔２０ａが設けられる。これらのリード１
７，１８ａ，１８ｂ及び１９は導電性材料からなり、こ
の例では鉄ニッケル合金からなる。リード１７，１８ａ
及び１８ｂの各下端はサージ吸収素子１４の入力側の入
力線路１１にそれぞれ接続され、リード１９の下端はサ
ージ吸収素子１４の出力側の入力線路１２に接続され
る。基材１６上でリード１８ａとリード１９にはサージ
吸収素子１４のリード線１４ａと１４ｂがそれぞれ溶接
により接続され、基材１６上でリード１８ａと１８ｂは
導電線１８ｃにより接続される。なお、２本のリード１
８ａ，１８ｂを１本にして導電線１８ｃを省いてもよ
く、或いはリード１８ａとリード１８ｂが挿入される図
示しない回路基板において互いに結線し、導電線１８ｃ
を省いてもよい。

【００１１】また、リード１７とリード１８ｂの間には
熱応動スイッチ２１が設けられる。即ち、熱応動スイッ
チ２１は長い導電性ばね片２２とこれより短い導電性フ
ック片２３により構成される。導電性ばね片２２はその
基端がリード１７に溶接により接続され、その先端がリ
ード１８ｂの上方まで延び、その先端にＺ字状の掛止部
２２ａを有する。導電性フック片２３は逆Ｌ字状をな
し、その基端がリード１８ｂに溶接により接続され、そ
の先端は上記掛止部２２ａを掛止できるように設けられ
る。熱応動スイッチ２１は加熱により掛止部２２ａが非
掛止状態になって開き、冷却により掛止部２２ａが掛止
可能になって閉じるように構成される。また基材１６に
はサージ吸収素子１４及び熱応動スイッチ２１を収容す
る窓孔２０ａ付きケーシング２０が取付けられる。この
窓孔２０ａはケーシング２０を基材１６に取付けた状態
で導電性フック片２３及び導電性ばね片２２の掛止部２
２ａの各先端に対向するケーシング頂部に設けられる。
この例ではばね片２２及びフック片２３はともに熱膨張
率の異なるマンガンとインバーの２種の金属片を接合し
たバイメタル片であって、約１００℃を越えると図２の
二点鎖線に示すように熱変形してばね片２２の掛止部２
２ａがフック片２３から外れ、掛止部２２ａが窓孔２０
ａに出現するようになっている。

【００１２】このような構成のサージ吸収器３０では、
電子部品１０の一対の入力線路１１，１２に継続して過
電圧又は過電流が侵入すると、熱応動スイッチ２１のば
ね片２２及びフック片２３自体が抵抗体であるため発熱
する。これらは熱応動片であるため一定の温度まで上昇
すると、それぞれ熱変形して掛止部２２ａがフック片２
３から外れて、図２の二点鎖線に示すようにケーシング
２０の窓孔２０ａに出現する。これにより熱応動スイッ
チ２１は開き、電子部品１０及びサージ吸収素子１４に
過電圧又は過電流は侵入しなくなる。過電圧又は過電流
の遮断により熱応動片であるばね片２２及びフック片２
３が熱変形前の形状に復元しても、ばね片２２の弾性力
によりスイッチ２１は開いたままになる。過電流により
フック片２３が溶損していなければ、再度スイッチ２１
を閉じることができる。この場合ケーシング２０を基材
１６から外すことなく、窓孔２０ａに細い絶縁性の棒
（図示せず）を押込みばね片２２の先端を押下げる。ば
ね片２２とフック片２３が弾性変形して再び係合し互い
に保持し合い、電子部品１０は入力線路１１，１２に接
続した状態になる。ばね片２２とフック片２３は通常の
金属弾性材と同程度に高い接触圧で係合するため、熱応
動スイッチ２１は耐振性に優れる。掛止部２２ａの窓孔
２０ａにおける出現の有無により熱応動スイッチ２１の
作動状況を目視により容易に確認することができる。

【００１３】＜比較例＞図４は比較例のサージ吸収器４
０を示す。図１と同一符号は同一構成部品を意味する。
リード１７は図３に示したサージ吸収素子１４の入力側
の入力線路１１に、リード１８は電子部品の入力側に、
リード１９は入力線路１２にそれぞれ接続される。リー
ド１８とリード１９の間にはサージ吸収素子１４がリー
ド線１４ａ及び１４ｂを介して接続され、リード１７と
リード１８の間には熱応動スイッチ２１が介装接続され
る。熱応動スイッチ２１は加熱により開き冷却により閉
じる常閉のバイメタルスイッチであって、スイッチ２１
の固定接点片２２はリード１７に、そのバイメタル片２
３はリード１８にそれぞれ溶接により接続される。

【００１４】＜過電圧過電流試験とその結果＞実施例及
び比較例のサージ吸収器について過電圧過電流試験を行
った。熱応動スイッチ２１をそれぞれ図３に示すように
入力線路１１に介装し、サージ吸収素子１４は電子部品
１０に並列に接続した。この試験回路の入力線路１１及
び１２にＡＣ６００Ｖの電圧を印加し０．２５Ａの電流
を流す試験(a)と、ＡＣ６００Ｖの電圧を印加し４０Ａ
の電流を流す試験(b)をそれぞれ行った。

【００１５】その結果、比較例のサージ吸収器４０にお
いて、試験(a)では印加後約５秒毎に僅かな時間オン状
態が観測された。印加を止めるとスイッチ２１は自己復
帰した。試験(b)では約１０ミリ秒でスイッチ２１は開
いた。印加を止めると同様にスイッチ２１は自己復帰し
た。通常時に先端にゴムを付けた棒で加振するとバイメ
タル片２３の接点が一時的に固定接点片２２から離れ、
サージ吸収器４０はノイズが発生しかつ誤動作した。こ
れに対して実施例のサージ吸収器３０において、試験
(a)では印加後約６秒でスイッチ２１が開いた。印加を
止めた後でばね片２２を押込むとリセットされた。試験
(b)では比較例と同様に約１０ミリ秒でスイッチ２１は
開いた。試験(b)では大電流が流れたため、フック片２
３が溶損し、印加を止めた後でばね片２２を押込んでも
リセットされなかった。また通常時に比較例と同様に加
振してもスイッチ２１は全く開かなかった。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように、従来のサージ吸収器
では金属の溶融によりサージ吸収回路が遮断されたまま
で回路復帰が不能であったり、或いは回路復帰可能なサ
ージ吸収器では振動により回路が遮断状態になり易かっ
たものが、本発明のサージ吸収器によれば、熱応動スイ
ッチをフック片とこれに掛止するばね片とを組合せた簡
単な構造にして、かつフック片又はばね片のいずれか一
方又は双方を熱応動片で構成することにより、過電圧荷
電流の印加時に迅速に回路を遮断でき、しかも遮断後、
過電流の程度によってはケーシングを基材から取外すこ
となく手動でばね片を押込むことにより回路を自己復帰
することができる。このばね片の掛止部の位置により熱
応動スイッチの作動状況を目視により容易に確認するこ
とができる。また構造が簡単なため小型で安価に製造す
ることができる。特に、本発明の熱応動スイッチは不作
動の閉じた状態においてはばね片がフック片に堅牢に掛
止されるため、振動を与えても開くことがない優れた効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のサージ吸収器の要部斜視図。

【図２】そのサージ吸収器の断面図。

【図３】そのサージ吸収器を含むサージ吸収回路の構成
図。

【図４】比較例のサージ吸収器の正面図。

【符号の説明】

１０ 電子部品 １１，１２ 一対の入力線路 １４ サージ吸収素子 １６ 絶縁性基材 １７，１８ａ，１８ｂ，１９ リード ２０ ケーシング ２０ａ 窓孔 ２１ 熱応動スイッチ ２２ 導電性ばね片 ２２ａ 掛止部 ２３ 導電性フック片

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品(10)の一対の入力線路(11,12)
   に前記電子部品(10)に並列にサージ吸収素子(14)が接続
   されるサージ吸収器において、 前記サージ吸収素子(14)の入力側の前記入力線路の一方
   (11)に接続される第１リード(17)と前記電子部品(10)の
   入力側に接続される第２リード(18a,18b)と前記入力線
   路の他方(12)に接続される第３リード(19)とが基材(16)
   に配設され、 前記第１リード(17)と前記第２リード(18a,18b)の間に
   熱応動スイッチ(21)が介装接続され、 前記第２リード(18a,18b)と前記第３リード(19)の間に
   前記サージ吸収素子(14)が介装接続され、 前記熱応動スイッチ(21)は基端が前記第１リード(17)又
   は第２リード(18a,18b)のいずれか一方に固着され先端
   に掛止部(22a)を有する導電性ばね片(22)と、基端が前
   記第１リード(17)又は第２リード(18a,18b)のいずれか
   他方に固着され先端に前記掛止部(22a)が掛止する導電
   性フック片(23)とを備え、 前記導電性ばね片(22)又は導電性フック片(23)のいずれ
   か一方又は双方が熱応動片からなり、 前記熱応動スイッチ(21)は加熱により前記掛止部(22a)
   が非掛止状態になって開き、冷却により前記掛止部(22
   a)が掛止可能になって閉じるように構成され、 前記基材(16)に前記サージ吸収素子(14)及び前記熱応動
   スイッチ(21)を収容する窓孔(20a)付きケーシング(20)
   が取付けられ、 前記窓孔(20a)は前記ケーシング(20)を前記基材(16)に
   取付けた状態で前記導電性フック片(23)及び導電性ばね
   片(22)の掛止部(22a)の各先端に対向するケーシング頂
   部に設けられ、 前記掛止部(22a)が非掛止状態になったとき前記窓孔(20
   a)に出現するように構成された ことを特徴とするサージ
   吸収器。
2. 【請求項２】 熱応動片がバイメタルからなる請求項１
   記載のサージ吸収器。
3. 【請求項３】 熱応動片が形状記憶合金からなる請求項
   １記載のサージ吸収器。