JP5596705B2 - サージ保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、サージ保護装置に関する。

サージ保護装置は、特許文献１により公知となっている。

ドイツ国特許出願公開第２４３１２３６号明細書

本発明は、迅速な応答特性をもつサージ保護装置を提供することを目的する。

上記の課題は、本発明に係る、請求項１に記載したサージ保護装置により解決される。また、本発明の好ましい態様は、請求項２以下に記載されている。

本発明に係るサージ保護装置は、気密なハウジングを備えるのが好ましい。また、このハウジングは、ガスが充填された、２つの電極を取り付けられた環状の絶縁体を備えるのが好ましい。なお、この電極は、互いに離間して配置するのが好ましい。上記絶縁体の内側には、互いに離間しているか、または連続した領域において、複数の層を重ね合わせた積層体を設ける。この積層体は、導電（または半導電）層、絶縁層、およびもう１つの導電層からなる。導電（または半導電）層は、サージ保護装置の点弧電圧を低下させるもので、点弧帯と呼ばれる。

上記導電（または半導電）層、絶縁層、およびもう１つの導電層からなる積層体の存在により、サージ保護装置の２つの電極間には、電場の歪みが発生する。そこで、この絶縁体の内側に設けられる積層体を介して、サージ保護装置の電場の歪みを調整し、導電（または半導電）層における電場強度の顕著な増大を実現することができる。この電場の歪みによってもたらされる電場強度の増大は、導電（または半導電）層の端部領域において発生するのが好ましい。この導電（または半導電）層の端部領域は、電極の近傍に位置するのが好ましい。本発明に係るサージ保護装置は、上記絶縁体の内側に設けられる積層体を介して電場強度を増大させることを通じて、きわめて迅速な応答特性を発揮することができる。

本発明によれば、前記導電（または半導電）層と、もう１つの導電層との間に、少なくとも１つの絶縁層を設ける。本発明の一態様によれば、これらの各層から、もう１つの積層体が設けられる。

本発明の好ましい態様によれば、上記絶縁層の厚さは、導電（または半導電）層と、もう１つの導電層との間が狭まるよう小さくする。絶縁層の厚さは、好ましくは０．１〜５ｍｍ、より好ましくは１ｍｍとするのがよい。

前記もう一つの導電層は、積層体の積み重ね方向と直交する方向において互いに離間した少なくとも２つの領域からなるのが好ましい。

本発明の好ましい態様によれば、上記もう一つの導電層を構成する互いに離間した２つの領域は、それぞれが、サージ保護装置の２つの電極の一方と直に接続するのが好ましい。ただし、導電体を介して、電極と接続させることも可能である。これらの領域は、それぞれ、接続している電極と同一の電位をもつのが好ましい。

前記もう一つの導電層を構成する領域の少なくとも２つは、互いに同一の大きさであるのが好ましいが、それぞれの領域を異なる大きさとすることもできる。また、このもう一つの導電層は、絶縁層の上に塗布することもできる。この場合には、もう一つの導電層は、絶縁層の一の面上において、互いに離間した２つの領域として展開させるのが好ましい。

本発明の一態様によれば、上記もう一つの導電層は、サージ保護装置の軸方向において互いに離間した少なくとも２つの円筒体から構成される。これら少なくとも２つの円筒体は、絶縁層の外面に導電材料を塗布して形成することができる。

本発明の他の態様によれば、上記２つの円筒体からなるもう一つの導電層の各領域は、それぞれ、導電（または半導電）層の各領域において電場の歪みを生じさせるのに適当な互いに異なる形状とすることができる。

上記絶縁層は、ガラスまたはセラミックスを含むのが好ましいが、他の絶縁材料から形成することもできる。

本発明の一態様によれば、上記絶縁層は、円筒形状をなす。

本発明の他の態様によれば、上記絶縁層は、ストライプ状をなす。

上記もう一つの導電層は、サージ保護装置の点弧電圧を低下させる役割を果たすもので、以下「点弧帯」と呼ぶ。点弧帯は、サージ保護装置の軸方向に延びるのが好ましい。本発明の一態様によれば、これらの点弧帯は、サージ保護装置の軸方向において、互いに平行に設ける。もう一つの導電層は、サージ保護装置の電極と離間し、直接的な電気的接続をもたないのが好ましい。

本発明の一態様によれば、前記導電（または半導電）層は、グラファイトを含む。

本発明の一態様によれば、前記導電（または半導電）層は、サージ保護装置の軸方向において、他の方向よりも長く延びる。

本発明の他の態様によれば、前記導電（または半導電）層は、互いに離間した複数の領域からなる。

本発明の一態様によれば、上記導電（または半導電）層、絶縁層およびもう一つの導電層からなる積層体は、サージ保護装置を構成する絶縁体の内面に塗布することによって形成する。この場合、導電（または半導電）層は、絶縁体の内面に直接塗布するのが好ましい。絶縁体の内面に塗布した導電（または半導電）層の上には、ガラスおよび／またはセラミックスからなる絶縁層を塗布する。最後に、この絶縁層の上に、導電（または半導電）層を塗布する。ここで、もう一つの態様によれば、導電（または半導電）層は、互いに離間した複数の領域から構成する。

本発明のさらに他の態様によれば、前記積層体は、サージ保護装置の絶縁体の内部空間に個別に挿入される互いに離間した複数のセグメントからなる。このセグメントの外のりは、これを挿入する絶縁体の内部空間の内のりに対応するものであるのが好ましい。

前記積層体のセグメントは、絶縁体の内部空間に、まとめてまたは個別に配置されるさらにいくつかのフラグメントから構成することもできる。

本発明の一態様によれば、前記個別に挿入される複数のセグメントは、導電（または半導電）層および絶縁層からなるものとすることができる。この場合、もう一つの導電層は、このセグメントとは別個に、絶縁体の内面に設けられる。

本発明の他の態様によれば、前記セグメントは、絶縁体の内面に形成したくぼみに挿入する。このくぼみの内のりは、挿入されるセグメントの外のりに対応するものとなっているのが好ましい。本発明のさらに他の態様によれば、くぼみの内のりは、挿入されるセグメントの外のりよりも大きい。

前記導電（または半導電）層は、点弧が電荷キャリアの電界放出に寄与するよう、ストライプ状であるのが好ましい。

サージ保護装置の点弧電圧は、印加される電圧の大きさの勾配に従って、急激に増大するのが望ましい。特に、点弧電圧が１００Ｖを下回ると、動的な点弧電圧の静的な点弧電圧に対する比の観点から好ましくない。点弧電圧が１００Ｖを下回ると、一般に用いられるグラファイト製点弧帯からの電荷キャリアの電界放出は、非常に弱いものに止まるからである。電荷キャリアの電界放出が弱いと、これまで説明してきたサージ保護装置とは対照的に、特に電話通信の分野における適用が制限される。また、静的な応答電圧が低いものであると同時に迅速な応答特性も要求される照明器保護の分野においても、使用が制限される。

上記のサージ保護装置は、絶縁体の内側に塗布された積層体を介して、点弧帯領域において、所望の電場の歪みと電場強度の顕著な増大を実現することができるため、非常に迅速な応答特性をもつ。電場をもたない点弧帯と導電層との距離をできるだけ狭めれば、点弧帯領域において、より大きい電場強度を達成できる。

本発明の一実施形態に係るサージ保護装置における積層体の模式的な展開図である。 同積層体からなる、サージ保護装置を構成する要素を示す斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る、互いに離間されたストライプ状の積層体を備えるサージ保護装置の分解断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る、絶縁体の内面に塗布することによって形成される積層体を示す、一部を切り欠いた絶縁体の斜視図である。 本発明に係る積層体を備える２電極タイプのサージ保護装置における、模式的な電場の等電位線図である。 本発明に係る積層体を備えない２電極タイプのサージ保護装置における、模式的な電場の等電位線図である。

以下に、本発明に係るサージ保護装置を、添付の図面および実施形態により詳細に説明する。

添付の図面は、実際のものと等縮尺と解すべきではない。むしろ、説明の便宜のため、あえて拡大・縮小したり、変形したりして描いている。互いに同一の要素、または同一の機能を担う要素には、複数の図面にわたって、同一の符号を付してある。

図１は、本発明の一実施形態に係る積層体４の模式的な展開図である。積層体４は、絶縁層７を含んでおり、絶縁層７の下面には、導電層６を構成する２つの互いに離間した導電領域８，８'が塗布されている。導電領域８，８'は、絶縁層７の各縁部まで延びている。図示はしていないが、導電領域８，８'が、絶縁層７の縁部の手前までしか延びないような実施形態や、この縁部を超えて延びるような実施形態も可能である。一方、絶縁層７の上面には、互いに離間した複数のストライプ状の導電（または半導電）層５が塗布されている。この導電（または半導電）層５は、「点弧帯」と呼ばれている。導電（または半導電）層５は、グラファイトを含むのが好ましい。図示はしていないが、「点弧帯」は、図示以外の好適な形状をとったり、図示のものよりも広い面を有したりすることもできる。導電（または半導電）層５からなる領域は、サージ保護装置の軸方向において、他の方向よりも長く延びているのが好ましい。積層体４は、サージ保護装置の絶縁体１の内側に設けるのが好ましい。

図２は、上記積層体４を、サージ保護装置を構成する１つの要素９として示す。図示の実施形態においては、要素９は、円筒体である。要素９の形状は、主として絶縁層７によって定められる。絶縁層７は、少なくともセラミックスおよび／またはガラスを含むのが好ましい。この実施形態においては、導電層６を構成する２つの互いに離間した導電領域８，８'が、円筒形をなす絶縁層７の外面の概ね全体にわたって塗布されている。すなわち、互いに離間した導電領域８，８'は、それぞれ、円筒形絶縁層７の両端部まで延びている。

導電領域８，８'は、絶縁層７を円筒形に丸めた絶縁体１の表側に位置している。サージ保護装置に挿入される要素９は、円筒形に丸められた絶縁層７の表側に位置する導電領域８，８'を介して、サージ保護装置の電極に直に電気的に接触する。導電領域８，８'は、それぞれ、サージ保護装置の２つの電極と電気的に接続することにより、対応する電極と等電位になっているのが好ましい。

円筒形に丸められた絶縁層７の内面には、導電（または半導電）層５からなる複数の「点弧帯」が、周方向に互いに離間しつつ塗布されている。この「点弧帯」は、互いに離間している導電領域８，８'にまで軸方向に延出して、絶縁層７を介してこれに重ね合わされている。要素９は、サージ保護装置の内部空間に挿入しうるように形成するのが好ましい。すなわち、要素９の外周は、サージ保護装置の絶縁体１の内周と概ね等しくするのが好ましい。また、要素９の長さは、絶縁体１内部の自由空間の長さに一致するのが好ましい。絶縁体１を備えた状態のサージ保護装置は、図面を分かりやすくするという目的のために、図示していない。

図示してはいないが、導電層６は、絶縁体１の内面に、絶縁層７とは別体として塗布することもできる。この場合、要素９は、絶縁層７と導電（または半導電）層５を円筒形に丸めたものとなる。

図３は、前述の積層体を、複数のストライプ状をなすものとして形成した実施形態を示す。この実施形態における積層体４は、点弧帯として働く導電（または半導電）層５が形成された領域を有する絶縁層７を含む、少なくとも１つのストライプ状の要素となっている。一方、導電層６は、絶縁体１の内側のくぼみ１０に設けられる。絶縁体１は、互いに周方向に離間した複数個のくぼみ１０を有しているのが好ましい。この実施形態においては、導電層６は、サージ保護装置の軸方向において、互いに離間した２つの導電（または半導電）領域８，８'からなる。導電層６を構成する導電（または半導電）領域８，８'は、サージ保護装置内において、隣接する電極２と密接するようになっているのが好ましい。「点弧帯」が塗布されたストライプ状の絶縁層７は、絶縁体１とは別体として、くぼみ１０に挿入される。

この外、図示はしていないが、導電層６は、くぼみ１０に挿入されるストライプ状の絶縁層７および「点弧帯」からなる要素に、挿入前に導電材料を塗布することによって形成することもできる。

図４は、本発明のさらに他の実施形態に係る、絶縁体１の内面に塗布によって形成される積層体４を示す、絶縁体１の模式的な切り欠き斜視図である。この実施形態においては、導電層６を構成する互いに離間した導電（または半導電）領域８，８'は、絶縁体１の内面に直接塗布することによって形成される。２つの導電（または半導電）領域８，８'は、サージ保護装置の電極と直に電気的に接続しうるよう、絶縁体１の軸方向の縁部まで到達するように広がっているのが好ましい。導電層６の上には、重ねて絶縁層７が設けられる。絶縁層７は、絶縁体１の内面３全体を覆うようになっているのが好ましい。絶縁層７の上には、導電（または半導電）層５からなるストライプ状の「点弧帯」が塗布される。「点弧帯」は、この端部が、絶縁層７を介して、少なくとも部分的に導電（または半導電）領域８，８'と重なるよう、サージ保護装置の軸方向に延びるのが好ましい。しかし、導電（または半導電）領域８，８'と「点弧帯」とは、両者の間に絶縁層７が存在するため、互いに直に電気的に接続することはない。

図５ａは、絶縁体１の内側に積層体４が設けられた、本発明に係る２電極タイプのサージ保護装置における電場の等電位線を示す。積層体４は、導電層６を構成する互いに離間した２つの導電（または半導電）領域８，８'、絶縁層７，および導電（または半導電）層５（「点弧帯」を構成する）からなっている。「点弧帯」の端部領域においては、積層体４が存在するために、電場に歪みが生ずる。そして、この電場の歪みを通じて、「点弧帯」の端部において電場強度が増大する。これは、図５ａに示す「点弧帯」の端部において、等電位線と直交する電気力線が互いに密になっていることから分かる。

図５ｂは、絶縁体１の内部に、上記のような積層体ではなく、ただ１つの導電（または半導電）層５を「点弧帯」として塗布により設けた、２電極タイプのサージ保護装置における電場の等電位線を示す。絶縁層、および互いに離間した２つの導電（または半導電）領域が存在しないため、「点弧帯」の端部に電場強度の顕著な増大は見られない。「点弧帯」の端部領域における等電位線は、図５ａに示す等電位線と比較して間隔が広い。このように、公知のサージ保護装置においては、「点弧帯」の端部領域において、電場強度の顕著な増大は見られない。

上記の実施形態においては、本発明の限られた数の展開例しか記載することができなかったが、本発明は、これらの実施形態に限られるものではない。サージ保護装置の電極は、概ね任意の形状にすることも、原理的には可能である。

本発明の内容は、上記態様に限定されるものではない。一方、上記態様における種々の特徴は、技術的に有用である限り、本発明の技術的範囲内で任意に組み合わせることができる。

１ 絶縁体
２，２' 電極
３ 絶縁体１の内面
４ 積層体
５ 導電（または半導電）層
６ 導電層
７ 絶縁層
８，８' 導電（または半導電）領域
９ 要素
１０ くぼみ

Claims (14)

1. ２つの電極（２，２'）を含む絶縁体（１）からなるハウジングを備えるサージ保護装置であって、前記絶縁体（１）の内面（３）の少なくとも一部に、導電または半導電層（５）、導電層（６）および絶縁層（７）を含む積層体（４）が設けられ、前記絶縁層（７）は、前記導電または半導電層（５）、および前記導電層（６）の間に位置することを特徴とするサージ保護装置。
2. 前記導電層（６）は、積層体（４）の積み重ね方向と直交する方向において互いに離間した２つの領域（８，８'）からなることを特徴とする請求項１に記載のサージ保護装置。
3. 前記導電または半導電層（５）は、サージ保護装置の長手軸方向と平行に延びていることを特徴とする請求項１または２に記載のサージ保護装置。
4. 前記導電または半導電層（５）は、グラファイトを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサージ保護装置。
5. 前記絶縁層（７）は、ガラスおよび／またはセラミックスを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のサージ保護装置。
6. 前記絶縁層（７）は、円筒形状を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のサージ保護装置。
7. 前記導電層（６）は、サージ保護装置の軸方向において互いに離間した２つの円筒形セグメントからなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のサージ保護装置。
8. 前記絶縁層（７）は、ストライプ形状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のサージ保護装置。
9. 前記積層体（４）は、絶縁体（１）の内面に塗布されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のサージ保護装置。
10. 前記積層体（４）は、絶縁体（１）の内部空間に、別個の要素（９）として挿入されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のサージ保護装置。
11. 前記積層体（４）からなる別個の要素（９）は、絶縁体（１）の内面に設けられたくぼみ（１０）に嵌め込まれることを特徴とする請求項１０に記載のサージ保護装置。
12. 前記導電または半導電層（５）は、電荷キャリアの電界放出を生じさせうる点弧帯としての形状を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のサージ保護装置。
13. 前記積層体（４）が存在するために、導電または半導電層（５）の端部において電場強度の増大を引き起こすような電場の歪みが生じることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のサージ保護装置。
14. 前記絶縁体（１）の内側に配置された積層体（４）は、迅速な応答特性を有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のサージ保護装置。

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