JP6521313B2 - サージアブソーバ - Google Patents

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、一対の封止電極から対向状態に突出した一対の突出電極部材を備え、絶縁性管の内面にトリガ膜が形成されたアレスタ型のサージアブソーバが記載されている。通常、このようなサージアブソーバでは、図７及び図８に示すように、炭素材で形成されたカーボントリガであるトリガ膜６が、円柱状の一対の突出電極部材４の中間領域であって互い対向する絶縁性管２の一対の内面に形成されている。これらトリガ膜６は、最も突出電極部材４に近接した位置に形成されている。

特開２０１０−１７０９１７号公報（図５）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の構造では、トリガ膜が突出電極部材に最も近接した位置（絶縁性管の内面の内周方向中央）に形成されているため、放電時の熱によりトリガ膜が損傷し、放電回数が増えた際にサージアブソーバの特性が劣化してしまう不都合があった。すなわち、トリガ膜が突出電極部材から最短距離の位置に形成されていることで、放電時の熱影響を最も受けやすく、トリガ膜がダメージを受けてサージアブソーバの耐久性を低下させてしまう。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、トリガ膜の損傷を抑制することができ、耐久性の向上が可能な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、第１の発明に係るサージアブソーバは、絶縁性管と、前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極と、前記一対の封止電極の内側に設けられて内方に突出した円柱状の一対の突出電極部材と、前記絶縁性管の内周面に導電性材料で形成されたトリガ膜とを備え、前記絶縁性管が、４つの内面で構成された内周面を有した断面矩形状とされ、前記トリガ膜が、前記絶縁性管の内面において前記突出電極部材との距離が最短となる位置から内周方向に前記突出電極部材の半径以上に離間した領域に少なくとも一部が形成されていることを特徴とする。

本発明のサージアブソーバでは、トリガ膜が、絶縁性管の内面において突出電極部材との距離が最短となる位置から内周方向に突出電極部材の半径以上に離間した領域に少なくとも一部が形成されているので、絶縁性管の内面において垂直方向に突出電極部材が対面する対向領域の境界から外側の部分にトリガ膜が存在することで、放電時の熱影響をトリガ膜が受け難くなり、耐久性が向上する。

第２の発明に係るサージアブソーバは、第１の発明において、前記トリガ膜が、前記突出電極部材との距離が最短となる位置から内周方向に前記突出電極部材の半径だけ離間した位置に形成さ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、トリガ膜が、突出電極部材との距離が最短となる位置から内周方向に突出電極部材の半径だけ離間した位置に形成されているので、放電ギャップから離れ過ぎない位置であって放電時にダメージを受け難い位置である境界部にトリガ膜があることで、インパルスに対する高い応答性と高い信頼性とを両立することができる。

第３の発明に係るサージアブソーバは、第１又は第２の発明において、前記トリガ膜が、前記絶縁性管の互いに対向する一対の内面にそれぞれ形成され、互いに前記突出電極部材の軸線を２回回転軸とする回転対称の位置に配さ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、トリガ膜が、絶縁性管の互いに対向する一対の内面にそれぞれ形成され、互いに突出電極部材の軸線を２回回転軸とする回転対称の位置（線対称の位置）に配されているので、放電に偏りが少なくなり、さらに耐久性が向上する。

第４の発明に係るサージアブソーバは、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性管の少なくとも一つの内面に前記トリガ膜が、複数形成さ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、絶縁性管の少なくとも一つの内面にトリガ膜が、複数形成されているので、１つのトリガ膜がダメージを受けても他のトリガ膜によって特性を良好に維持することができる。

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、トリガ膜が、絶縁性管の内面において突出電極部材との距離が最短となる位置から内周方向に突出電極部材の半径以上に離間した領域に少なくとも一部が形成されているので、放電時の熱影響をトリガ膜が受け難くなり、耐久性が向上する。
したがって、放電回数が増えてもサージアブソーバ性能を良好に維持することが可能になる。

本発明に係るサージアブソーバの第１実施形態を示す横断面図である。 第１実施形態において、トリガ膜の配置を示すための概略的な斜視説明図である。 第１実施形態において、突出電極部材の手前で切断した縦断面図である。 本発明に係るサージアブソーバの第２実施形態を示す横断面図である。 本発明に係るサージアブソーバの従来例及び実施例について、サージ印加回数に対する放電開始電圧変動率を示すグラフである。 本発明に係るサージアブソーバの従来例及び比較例について、サージ印加回数に対する放電開始電圧変動率を示すグラフである。 本発明に係るサージアブソーバの従来例を示す横断面図である。 本発明に係るサージアブソーバの従来例において、トリガ膜の配置を示すための概略的な斜視説明図である。

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から図３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から図３に示すように、絶縁性管２と、絶縁性管２の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極３と、一対の封止電極３の内側に設けられて内方に突出した円柱状の一対の突出電極部材４と、絶縁性管２の内周面に導電性材料で形成されたトリガ膜６とを備えている。
上記絶縁性管２は、４つの内面で構成された内周面を有した断面矩形状とされている。

上記トリガ膜６は、絶縁性管２の内面において突出電極部材４との距離が最短となる位置Ｐから内周方向に突出電極部材４の半径ｒ以上に離間した領域に少なくとも一部が形成されている。
特に、本実施形態では、トリガ膜６が、突出電極部材４との距離が最短となる位置Ｐから内周方向に突出電極部材４の半径ｒだけ離間した位置に形成されている。
また、トリガ膜６は、絶縁性管２の互いに対向する一対の内面にそれぞれ形成され、互いに突出電極部材４の軸線Ｃを２回回転軸とする回転対称の位置（線対称の位置）に配されている。すなわち、トリガ膜６は、軸線Ｃに対する垂直断面において軸線Ｃを中心とした点対称の位置に配されている。

上記突出電極部材４は、円柱状部材であり、例えばＣｕで構成されている。
上記絶縁性管２は、セラミックス筐体であって、外形が角柱で中空な角筒形状のセラミックス材で形成されている。なお、絶縁性管２は、アルミナなどの結晶性セラミックス材が好ましいが、鉛ガラス等のガラス管を採用しても構わない。

また、トリガ膜６は、例えば炭素材で形成されたカーボントリガである。また、このトリガ膜６は、図２のような軸線方向に沿って延在した線状又は帯状以外に、点状や楕円膜状に、周方向への線状又は帯状に形成しても構わない。
上記封止電極３は、四角板状の電極部であり、絶縁性管２の両端開口部に導電性融着材Ｈにより加熱処理によって密着状態に固定されている。

上記導電性融着材Ｈは、例えばＡｇを含むロウ材としてＡｇ−Ｃｕロウ材で形成されている。
上記絶縁性管２内に封入される放電制御ガスは、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。

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、まずトリガ膜６と突出電極部材４の先端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間又は突出電極部材４間で放電が行われることでサージが吸収される。

このように本実施形態のサージアブソーバ１では、トリガ膜６が、絶縁性管２の内面において突出電極部材４との距離が最短となる位置Ｐから内周方向に突出電極部材４の半径ｒ以上に離間した領域に少なくとも一部が形成されているので、絶縁性管２の内面において垂直方向に突出電極部材４が対面する対向領域ＡＲの境界から外側の部分にトリガ膜６が存在することで、放電時の熱影響をトリガ膜６が受け難くなり、耐久性が向上する。

また、トリガ膜６が、突出電極部材４との距離が最短となる位置Ｐから内周方向に突出電極部材４の半径ｒだけ離間した位置（対向領域ＡＲの境界）に形成されているので、放電ギャップから離れ過ぎない位置であって放電時にダメージを受け難い位置である境界部にトリガ膜６があることで、インパルスに対する高い応答性と高い信頼性とを両立することができる。
さらに、トリガ膜６が、絶縁性管２の互いに対向する一対の内面にそれぞれ形成され、互いに突出電極部材４の軸線Ｃを２回回転軸とする回転対称の位置（線対称の位置）に配されているので、放電に偏りが少なくなり、さらに耐久性が向上する。

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４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、トリガ膜６が絶縁性管２の互いに対向する一対の内面にそれぞれ１つずつ形成されているのに対し、第２実施形態のサージアブソーバ２１では、図４に示すように、絶縁性管２の少なくとも一つの内面にトリガ膜６が、複数形成されている点である。すなわち、第２実施形態では、トリガ膜６が絶縁性管２の互いに対向する一対の内面にそれぞれ２つずつ形成されている。

同じ内面に形成された２本のトリガ膜６は、互いに近接かつ平行に延在して形成されている。
このように第２実施形態のサージアブソーバ２１では、絶縁性管２の少なくとも一つの内面にトリガ膜６が、複数形成されているので、１つのトリガ膜６がダメージを受けても他のトリガ膜６によって特性を良好に維持することができる。

次に、本発明に係るサージアブソーバを、上記第１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。

第１実施形態のサージアブソーバの実施例として、電極径φ１．２５ｍｍ（電極半径ｒ：０．６２５ｍｍ）の一対の突出電極部材４を、断面寸法２．３ｍｍ×１．４５ｍｍの絶縁性管２内に立設させ、放電ギャップを０．３５ｍｍに設定した実施例１を作製した。
この実施例１では、突出電極部材４との距離が最短となる位置Ｐから内周方向に突出電極部材４の半径ｒだけ離間した位置、すなわち位置Ｐから内周方向に電極半径ｒだけ離れた位置に、幅０．３ｍｍで長さ２．５ｍｍのトリガ膜６を形成した。なお、放電制御ガスは、９２ｋＰａでＡｒ・Ｈ_２混合ガスを封入した。
また、従来例として、図７及び図８に示すように、突出電極部材４との距離が最短となる位置Ｐに、上記実施例１と同じ形状のトリガ膜６を形成したものも作製した。

これらの従来例及び実施例１について、サージ条件として、４ｋＶ／２ｋＡコンビネーションサージを繰り返し印加した際の直流放電開始電圧Ｖ_ｓを測定した。その際の放電開始電圧変動率とサージ印加回数との関係を示すグラフを、図５に示す。なお、図５において、実施例１は「発明品」と記載している。
これらの結果からわかるように、突出電極部材４との距離が最短となる位置Ｐにトリガ膜６を形成した従来品では、サージ印加回数が増えるほど、大きく放電開始電圧の変動率が増大しているのに対し、本発明の実施例１では、従来例に比べて放電開始電圧の変動率の増大が抑制され、変動が少ない。

また、比較例として、突出電極部材４との距離が最短となる位置Ｐから内周方向に０．３ｍｍだけ離間した位置に、上記実施例１と同じ形状のトリガ膜６を形成したものも作製した。すなわち、この比較例では、絶縁性管２の内面において対向領域ＡＲ内であって位置Ｐから半径ｒの半分程度の距離で離間した位置にトリガ膜６が形成されている。
これらの比較例及び上記従来例について、サージ条件として、３ｋＶ／１．５ｋＡコンビネーションサージを繰り返し印加した際の直流放電開始電圧Ｖ_ｓを測定した。その際の放電開始電圧変動率とサージ印加回数との関係を示すグラフを、図６に示す。なお、放電制御ガスは、４２ｋＰａでＡｒ・Ｈ_２混合ガスを封入した。また、図６において、比較例は「０．３ｍｍ変位」と記載している。

これらの結果からわかるように、突出電極部材４との距離が最短となる位置Ｐにトリガ膜６を形成した従来品と、位置Ｐから０．３ｍｍだけ内周方向にトリガ膜６を移動させた比較例とでは、共にサージ印加回数が増えるほど、同様に大きく放電開始電圧の変動率が増大してしまっている。したがって、トリガ膜６は、位置Ｐから０．３ｍｍだけ移動させても放電開始電圧の変動が改善せず、本発明の実施例１のように、位置Ｐから電極半径ｒ以上移動させる必要があることがわかる。

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…サージアブソーバ、２…絶縁性管、３…封止電極、４…突出電極部材、６…トリガ膜、Ｃ…突出電極部材の軸線、Ｐ…突出電極部材との距離が最短となる位置、ｒ…突出電極部材の半径

Claims (3)

1. 絶縁性管と、
   前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極と、
   前記一対の封止電極の内側に設けられて内方に突出した円柱状の一対の突出電極部材と、
   前記絶縁性管の内周面に導電性材料で形成されたトリガ膜とを備え、
   前記絶縁性管が、４つの内面で構成された内周面を有した断面矩形状とされ、
   前記トリガ膜が、前記絶縁性管の内面において前記突出電極部材との距離が最短となる位置から内周方向に前記突出電極部材の半径以上に離間した領域に少なくとも一部が形成され、
   前記トリガ膜が、前記突出電極部材との距離が最短となる位置から内周方向に前記突出電極部材の半径だけ離間した位置に形成さ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、
   前記トリガ膜が、前記絶縁性管の互いに対向する一対の内面にそれぞれ形成され、互いに前記突出電極部材の軸線を２回回転軸とする回転対称の位置に配されていることを特徴とするサージアブソーバ。
3. 絶縁性管と、
   前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極と、
   前記一対の封止電極の内側に設けられて内方に突出した円柱状の一対の突出電極部材と、
   前記絶縁性管の内周面に導電性材料で形成されたトリガ膜とを備え、
   前記絶縁性管が、４つの内面で構成された内周面を有した断面矩形状とされ、
   前記トリガ膜が、前記絶縁性管の内面において前記突出電極部材との距離が最短となる位置から内周方向に前記突出電極部材の半径以上に離間した領域に少なくとも一部が形成され、
   前記絶縁性管の少なくとも一つの内面に前記トリガ膜が、複数形成されていることを特徴とするサージアブソーバ。