JP6853447B2 - サージ防護素子 - 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防護素子に関する。

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、液晶テレビおよびプラズマテレビ等の画像表示駆動回路等、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、サージ防護素子が接続されている。

従来、例えば特許文献１及び２に示すように、セラミックス、ガラス等の筒体である絶縁性管と、絶縁性管を封止する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とを備えたアレスタ型のサージ防護素子が記載されている。

実用新案登録第３１５１０６９号公報 特開平５−３６４６０号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、アーク放電により突出電極部を構成する金属が溶融飛散し、金属成分が絶縁性管の内面に付着することで、一対の封止電極間の絶縁性を悪化させてしまう問題があった。特に、サージ印加電流が１０ｋＡを超えるような場合は金属の飛散が顕著になり、大量の金属成分が絶縁性管の内面に付着すると、絶縁性管の内周面に通電回路が形成されてショートしてしまう場合も有り、その場合はサージ防護素子の寿命と判断されてしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、アーク放電で飛散した金属成分の付着によるショートを抑制可能なサージ防護素子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防護素子は、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を備え、一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、前記絶縁性管の内周面に、周方向に延在した溝部が少なくとも１つ形成されていることを特徴とする。

すなわち、このサージ防護素子では、絶縁性管の内周面に、周方向に延在した溝部が少なくとも１つ形成されているので、アーク放電で飛散した金属成分が絶縁性管の内周面に付着しても溝部内には入り難いことから付着金属による通電回路が形成され難く、ショートしてしまうことを抑制することができる。また、溝部によって絶縁性管の内周面を介した封止電極間の沿面距離が長くなり、この点でも付着金属による通電回路が形成され難くなる。

第２の発明に係るサージ防護素子は、第１の発明において、前記溝部が、前記絶縁性管の軸線方向に複数形成されていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、溝部が、絶縁性管の軸線方向に複数形成されているので、付着金属による通電回路の形成を複数の溝部により抑制することができ、よりショートを防止可能になる。

第３の発明に係るサージ防護素子は、第１又は第２の発明において、前記溝部が、少なくとも前記絶縁性管の開口部の近傍に形成されていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、溝部が、少なくとも絶縁性管の開口部の近傍に形成されているので、アーク放電による金属成分が中央部に比べて付着し難い開口部の近傍に溝部があることで、効果的に一対の封止電極間のショートを防ぐことが可能になる。

第４の発明に係るサージ防護素子は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記溝部の前記絶縁性管における中間位置側の内面が、前記絶縁性管の内周面から前記中間位置側に向けて傾斜していることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、溝部の絶縁性管における中間位置側の内面が、絶縁性管の内周面から前記中間位置側に向けて傾斜しているので、アーク放電によって一対の突出電極部の先端側から飛散した金属成分が溝部内に付着しようとしても、金属成分の飛散方向に対して、溝部内の傾斜した前記中間位置側の内面が影となって該内面に付着し難く、付着金属による通電回路がさらに形成され難くなる。

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防護素子によれば、絶縁性管の内周面に、周方向に延在した溝部が少なくとも１つ形成されているので、アーク放電で飛散した金属成分が絶縁性管の内周面に付着しても溝部内には入り難いことから付着金属による通電回路が形成され難く、ショートしてしまうことを抑制することができる。
したがって、素子の高寿命化に寄与し、作動可能なサージ印加数を増加させることが可能になる。特に、本発明に係るサージ防護素子は、大電流サージ耐性が要求されるインフラ用（鉄道関連、再生エネルギー関連（太陽電池、風力発電等））の電源及び通信設備に好適である。

本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態を示す軸方向の断面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態を示す軸方向の断面図である。 本発明の第２実施形態において、要部を示す拡大断面図である。

以下、本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態を、図１及び図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防護素子１は、図１及び図２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とを備えている。
また、本実施形態のサージ防護素子１は、絶縁性管２の内周面にイオン源材料で形成された放電補助部４を備えている。

上記一対の封止電極３は、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部５を有している。
上記絶縁性管２の内周面には、周方向に延在した溝部２ａが少なくとも１つ形成されている。本実施形態では、溝部２ａが、絶縁性管２の軸線Ｃの方向に互いに間隔を空けて複数形成されている。

上記各溝部２ａは、絶縁性管２の内周面に対して垂直方向に掘られた矩形状に形成されている。なお、溝部２ａの深さＬが大きいほど、溝部２ａ内における金属成分の付着による通電回路の形成を抑制可能である。
また、各溝部２ａは、軸線Ｃを中心にして周方向に円環状にそれぞれ形成されている。これらの溝部２ａは、絶縁性管２を作製する際に、例えば絶縁性管２の成形時であって焼結前に内周面にスリット状の溝を複数形成し、その後に焼結させることで作製される。

上記突出電極部５の対向面５ｂには、封止電極３の材料よりも電子放出特性の高い材料で放電活性層８が形成されている。
上記放電活性層８は、例えばＳｉ，Ｏを主成分元素とし、Ｎａ，Ｃｓ，Ｃのうちの少なくとも一つを含んでいる。この放電活性層８は、例えばケイ酸ナトリウム溶液に炭酸セシウム粉末を加えて前駆体を作製し、この前駆体を一対の突出電極部５の対向面５ｂに塗布した後、前駆体に対してケイ酸ナトリウムが軟化する温度以上かつ炭酸セシウムが融解及び分解する温度以上の温度で熱処理を行うことで作製される。

上記放電補助部４は、導電性材料であって、例えば炭素材で形成された放電補助部である。
なお、本実施形態では、放電補助部４は、軸線Ｃに沿って複数の溝部２ａ間に跨がって直線状又は破線状に形成されている。
また、図１では、放電補助部４を軸線Ｃに沿った１本のみ図示しているが、周方向に互いに間隔を空けて複数本形成しても構わない。

上記封止電極３は、例えば４２アロイ（Ｆｅ：５８ｗｔ％、Ｎｉ：４２ｗｔ％）やＣｕ等で構成されている。
封止電極３は、絶縁性管２の両端開口部に導電性融着材（図示略）により加熱処理によって密着状態に固定されている円板状のフランジ部７を有している。このフランジ部７の内側に、内方に突出していると共に絶縁性管２の内径よりも外径の小さな円柱状の突出電極部５が一体に設けられている。

上記絶縁性管２は、アルミナなどの結晶性セラミックス材である。なお、絶縁性管２は、鉛ガラス等のガラス管で形成しても構わない。
上記導電性融着材は、例えばＡｇを含むろう材としてＡｇ−Ｃｕろう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。

このサージ防護素子１では、過電圧又は過電流が侵入すると、まず放電補助部４と突出電極部５との間で初期放電が行われ、この初期放電をきっかけに、さらに放電が進展すると、一方の突出電極部５から他方の突出電極部５へアーク放電が行われる。

このように本実施形態のサージ防護素子１では、絶縁性管２の内周面に、周方向に延在した溝部２ａが少なくとも１つ形成されているので、アーク放電で飛散した金属成分が絶縁性管２の内周面に付着しても溝部２ａ内には入り難いことから付着金属による通電回路が形成され難く、ショートしてしまうことを抑制することができる。

また、溝部２ａによって絶縁性管２の内周面を介した封止電極３間の沿面距離が長くなり、この点でも付着金属による通電回路が形成され難くなる。
特に、溝部２ａが、絶縁性管２の軸線方向に複数形成されているので、付着金属による通電回路の形成を複数の溝部２ａにより抑制することができ、よりショートを防止可能になる。

次に、本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態について、図３及び図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、溝部２ａが、絶縁性管２の内周面に対して垂直方向に掘られた矩形状に形成されているのに対し、第２実施形態のサージ防護素子２１では、図３及び図４に示すように、溝部２２ａ，２２ｂの絶縁性管２２における中間位置Ｐ側の内面２２ｃが、絶縁性管２２の内周面から中間位置Ｐ側に向けて傾斜している点である。

すなわち、第２実施形態では、溝部２２ａが、絶縁性管２２の内周面に垂直な方向に対して斜め方向に向かって掘られており、内周面からの傾斜方向が中間位置Ｐ側に向いた断面平行四辺形状に形成されている。
また、溝部２２ｂは、絶縁性管２２の開口部の近傍に形成されている。この溝部２２ｂは、絶縁性管２２における中間位置Ｐ側の内面２２ｃが、絶縁性管２２の内周面から中間位置Ｐ側に向けて傾斜しているが、断面形状が台形状又は略三角形状とされている。

なお、上記内面２２ｃの傾斜角度αの絶対値が大きいほど、該内面２２ｃに金属成分Ｍが付着し難い。また、溝部２２ａ，２２ｂの深さＬ及び幅ｔが大きいほど、溝部２２ａ，２２ｂ内における金属成分Ｍの付着による通電回路の形成を抑制可能である。

このように第２実施形態のサージ防護素子２１では、溝部２２ａ，２２ｂの絶縁性管２２における中間位置Ｐ側の内面２２ｃが、絶縁性管２２の内周面から中間位置Ｐ側に向けて傾斜しているので、アーク放電によって一対の突出電極部５の先端側から飛散した金属成分Ｍが溝部２２ａ，２２ｂ内に付着しようとしても、金属成分Ｍの飛散方向（例えば、図４の矢印）に対して、溝部２２ａ，２２ｂ内の傾斜した中間位置Ｐ側の内面２２ｃが影となって該内面２２ｃに付着し難く、付着した金属成分Ｍによる通電回路がさらに形成され難くなる。

また、溝部２２ｂが、少なくとも絶縁性管２２の開口部の近傍に形成されているので、アーク放電による金属成分Ｍが中央部に比べて付着し難い開口部の近傍に溝部２２ｂがあることで、効果的に一対の封止電極３間のショートを防ぐことが可能になる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態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。
例えば、上記各実施形態では、絶縁性管の内周面に沿って円環状に溝部を形成しているが、絶縁性管の内周面に沿って円弧状に溝部を形成しても構わない。

１，２１…サージ防護素子、２，２２…絶縁性管、３…封止電極、４…放電補助部、５…突出電極部、２ａ，２２ａ，２２ｂ…溝部、２２ｃ…溝部の絶縁性管における中間位置側の内面、Ｐ…絶縁性管における中間位置

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を備え、
   一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、
   前記絶縁性管の内周面に、周方向に延在し少なくとも一対の対向面を有した溝部が少なくとも１つ形成され、
   前記溝部が、前記絶縁性管の軸線方向に複数形成されていると共に前記突出電極部側に向けて開口したスリット状に形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
2. 請求項１に記載のサージ防護素子において、
   前記溝部が、少なくとも前記絶縁性管の開口部の近傍に形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
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を備え、
   一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、
   前記絶縁性管の内周面に、周方向に延在し少なくとも一対の対向面を有した溝部が少なくとも１つ形成され、
   前記溝部の前記絶縁性管における中間位置側の内面が、前記絶縁性管の内周面から前記中間位置側に向けて傾斜していることを特徴とするサージ防護素子。

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