JP6170466B2 - サージ保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、サージ保護装置に関し、より詳細には、サージから通信機器や家電製品を保護するためのサージ保護装置に関する。

従来、ＩＣＴ（Information and Communication Technology：情報通信技術）装置等の電気通信機器や、エアコン・冷蔵庫等の家電製品を雷サージから保護するため、バリスタやアレスタ等のサージ保護素子を設けたサージ保護装置を、通信機器や家電製品の電源プラグ付近に設置する技術が知られている。

図１に従来のサージ保護装置を含む回路の一例を示す。従来のサージ保護装置１は、交流電源２と、交流電源２から出力された交流電流が供給される負荷３との間に設置される。従来のサージ保護装置１は、印加される電圧が一定の値を超えると抵抗値が低くなるバリスタ１１と、バリスタ１１の表面の温度を検出し、検出した温度が一定の値を超えると溶断する温度ヒューズ１２と、入力される電流が一定の電流値を超えると溶断する電流ヒューズ１３とを備える。

通常、交流電源２から交流電流を負荷３に供給している場合、バリスタ１１の抵抗値が非常に高いため、バリスタ１１に流れる電流値は０に近い。一方、雷サージが発生した場合、交流電源２と負荷３との間に接続された２本の電線に異常に高い電圧が印加され、従来のサージ保護装置１内のバリスタ１１の抵抗値が低下する。よって、大きな電流がバリスタ１１に流れ、負荷３には大きな電流が流れないことになり、負荷３を雷サージから保護することが可能となる。ここで、サージ保護装置１は、雷サージが発生した場合、バリスタ１１が破壊され劣化し、交流電源２と負荷３との間に接続された２本の電線が短絡する可能性がある。

従来のサージ保護装置１において、バリスタ１１が劣化して、交流電源２と負荷３との間に接続された２本の電線が短絡した場合を考える。負荷３に交流電源２からの交流電流を供給している状態において、劣化したバリスタ１１には大きな短絡電流が流れ、負荷３に充分な電流が供給されなくなる。そこで、従来のサージ保護装置１の構成によって、バリスタ１１に接続された電流ヒューズ１３に大きな短絡電流が流れるため、電流ヒューズ１３が溶断し、バリスタ１１に流れる電流を遮断し、負荷３に適切な電流を供給することが可能となる。

従来のサージ保護装置１において、バリスタ１１が劣化して、交流電源２と負荷３との間に接続された２本の電線がバリスタ１１を介して低インピーダンスで接続した場合を考える。負荷３に交流電源２からの交流電流を供給している状態において、バリスタ１１に流れる電流が、電流ヒューズ１３を溶断するには至らない電流量である場合、劣化したバリスタ１１には比較的大きな電流が継続的に流れることになる。劣化したバリスタ１１に電流が継続的に流れると、バリスタ１１が過熱して発火する場合がある。また、バリスタ１１が絶縁性の樹脂製の容器（不図示）に覆われている場合、バリスタ１１が発火すると、絶縁性の樹脂に燃え移り、炎が容器外に拡大する可能性があった。

そこで、バリスタ１１を難燃性樹脂の容器に収納することで外部への延焼を抑止しようとする技術が知られている。しかし、バリスタ１１に電流が流れ続ける場合、バリスタ１１において熱が発生し続け、難燃性樹脂の容器に継続的に熱が与えられる結果、難燃性樹脂の容器が変形し、バリスタ１１の外側にも炎が拡大する可能性がある。
従来のサージ保護装置１では、バリスタ１１が過熱した場合に備えて温度ヒューズ１２を用い、温度ヒューズ１２によって電流を遮断することで、バリスタ１１の発火を抑制している。具体的には、バリスタ１１に隣接するように温度ヒューズ１２を設置する。そして、バリスタ１１が過熱した場合、温度ヒューズ１２が溶断し、バリスタ１１への電流の供給が停止し、バリスタ１１の熱の発生を抑えられる結果、バリスタ１１が発火に至ることを抑止することが可能となる。よって、従来のサージ保護装置１が、温度ヒューズ１２を備えることによって、バリスタ１１の異常過熱の原因で発火した炎で、バリスタ１１の外部が延焼することを防止している（非特許文献１を参照）。

大貫宗一郎著、「電気製品の発火事故原因究明事例について」、平成２２年度製品安全センター製品安全業務報告会、２０１０年１１月、＜ＵＲＬ：http://www.nite.go.jp/jiko/seika/2010/data/5_1_kaminari.pdf＞

しかしながら、従来のサージ保護装置１において、例えば、雷サージを受けてバリスタ１１が破壊されたとき、バリスタ１１が火花を発生して発火する場合がある。バリスタ１１が発火すると、バリスタ１１の表面の温度が急激に上昇し、温度ヒューズ１２が溶断する前に、バリスタ１１の発火がバリスタ１１の外側に燃え広がる可能性があるという問題があった。

また、バリスタ１１が樹脂製の容器に覆われていた場合、樹脂製の容器がバリスタ１１の発火の熱によって変形し、樹脂製の容器に隙間が生じた場合、隙間からバリスタ１１にほこりなどの可燃物が付着して引火する結果、外部への延焼が生じるという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、サージ保護装置の外側への延焼を抑制するためのサージ保護装置を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、サージ保護装置であって、サージ保護素子と、前記サージ保護素子の一方の電極と接続された第１の電極と、前記サージ保護素子の他方の電極と接続された第２の電極と、前記サージ保護素子を密封する金属製容器とを備え、前記第１の蓋部には前記第１の電極が差し込まれ、前記第２の蓋部には前記第２の電極が差し込まれ、前記金属製容器の内側および外側の表面は、絶縁材料で皮膜処理され、前記絶縁材料で皮膜処理された金属製容器の外側は、前記差し込まれた第１の電極の一部および前記差し込まれた第２の電極の一部が露出するように断熱材料で覆われることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、バリスタが発火しても密閉された金属容器により外部に延焼することを抑制することが可能となる。また、本発明によれば、バリスタによる感電を絶縁材料によって防止し、かつ絶縁材料の劣化を抑制することが可能となる。

従来のサージ保護装置を含む回路の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置を含む回路の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置の斜視図の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置の一例を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図２に本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置を含む回路の一例を示す。本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置４は、交流電源２と、交流電源２から出力された交流電流が供給される負荷３との間に設置される。

図３に本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置の斜視図の一例を示す。図４に本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置の一例を示す。図４（ａ）に本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置４の全体の平面図の一例を示し、図４（ｂ）に本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置４の全体のＡ−Ａ’断面図の一例を示す。本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置４は、交流電源２と負荷３との間に接続された２本の電線にそれぞれ接続される第１の電極４０１および第２の電極４０２と、第１の電極４０１および第２の電極４０２に接続されるバリスタ４１とを備える。本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置４は、バリスタ４１を密封する金属製容器４２０と、金属製容器４２０の全体を覆うように断熱材料で形成された断熱性容器４３０とを備える。

金属製容器４２０は、例えば、耐熱かつ絶縁材料４４０であるテフロン（登録商標）でコーティング（皮膜処理）される。よって、金属製容器４２０内でバリスタ４１が劣化し、バリスタ４１の一部が金属製容器４２０内部に接触したとしても、コーティングされた絶縁材料４４０により、金属製容器４２０の外側の表面で感電することを防止する。また、第１の電極４０１と金属製容器４２０との間（Ｂ）、および第２の電極４０２と金属製容器４２０との間（Ｃ）で、電極から金属製容器４２０に電流が流れることも抑止している。なお、金属製容器４２０を構成する材料が絶縁特性を有してもよい。

図４（ｃ）に本発明の第１の実施形態にかかる、第１の電極４０１および第２の電極４０２とバリスタ４１との接続例における平面図を示し、図４（ｄ）に本発明の第１の実施形態にかかる、第１の電極４０１および第２の電極４０２とバリスタ４１との接続例におけるＡ−Ａ’断面図を示す。バリスタ４１の一方の電極は、第１の電極４０１に接続され、バリスタ４１の他方の電極は、第２の電極４０２に接続される。

図４（ｅ）に本発明の第１の実施形態にかかる、金属製容器４２０の平面図の一例を示し、図４（ｆ）に本発明の第１の実施形態にかかる、金属製容器４２０のＡ−Ａ’断面図の一例を示す。金属製容器４２０は、第１の電極４０１が差し込まれる穴を有する第１の蓋部４２１と、第２の電極４０２が差し込まれる穴を有する第２の蓋部４２２と、円筒部４２３とを備える。第１の蓋部４２１および第２の蓋部４２２は、電極を差し込むことができる穴をくり抜いた円盤形状をしている。金属製容器４２０は、第１の蓋部４２１および第２の蓋部４２２を円筒部４２３の頂部および底部に接合した形状をしている。本発明の第１の実施形態では、第１の電極４０１および第２の電極４０２に接続されるバリスタ４１が、金属製容器４２０の円筒部４２３に収納され、金属製容器４２０は、密閉された状態になっている。つまり、バリスタ４１は、金属製容器４２０によって密封された状態になっている。

図４（ｇ）に本発明の第１の実施形態にかかる、断熱性容器４３０の平面図の一例を示し、図４（ｈ）に本発明の第１の実施形態にかかる、断熱性容器４３０のＡ−Ａ’断面図の一例を示す。断熱性容器４３０は、上蓋部（第３の蓋部）４３１と、下蓋部（第４の蓋部）４３２と、中筒部４３３とで構成されている。断熱性容器４３０の上蓋部４３１は、厚みのある円筒の形状を有しており、上蓋部４３１には第１の電極４０１を差し込むことができ、断熱性容器４３０の下蓋部４３２も同様に、厚みのある円筒の形状を有しており、下蓋部４３２には第２の電極４０２を差し込むことができる。中筒部４３３もまた、厚みのある円筒の形状を有しており、絶縁材料４４０でコーティングされた金属製容器４２０が収納可能である。

断熱性容器４３０の上蓋部４３１には、第１の電極４０１の一部が露出し、断熱性容器４３０の下蓋部４３２には、第２の電極４０２の一部が露出している。すなわち、絶縁材料４４０で皮膜処理された金属製容器４２０の外側は、第１の蓋部４２１に差し込まれた第１の電極４０１の一部および第２の蓋部４２２に差し込まれた第２の電極４０２の一部が露出するように断熱材料で覆われる。別の見方をすれば、絶縁材料４４０で皮膜処理された金属製容器４２０が、上蓋部４３１に差し込まれた第１の電極４０１の一部および下蓋部４３２に差し込まれた第２の電極４０２の一部が断熱性容器４３０の外側に露出するように断熱性容器４３０に収納されるとも言える。

露出した第１の電極４０１および第２の電極４０２には、交流電源２と負荷３との間に接続された２本の電線にそれぞれ接続される。

本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置４において、例えば、雷サージを受けてバリスタ４１が破壊され、バリスタ４１が火花を発生して発火し、バリスタ４１の表面の温度が急激に上昇したと仮定する。本発明の第１の実施形態にかかるサージ保護装置４の構成により、バリスタ４１の急激な温度上昇で発火したとしても、密閉された金属製容器４２０により熱が遮断され、サージ保護装置４の外側への延焼が抑止される。また、金属製容器４２０が密閉されているため、バリスタ４１の発火により発生した可燃性のガスや炎が金属製容器４２０の外へ流出するのを防止することが可能となる。

また、金属製容器４２０の外側と内側の表面が絶縁材料でコーティングされているため、金属製容器４２０で感電する危険性を軽減することができる。さらに、金属製容器４２０の表面が断熱材料によって覆われているため、金属製容器４２０の表面にコーティングされた絶縁材料を熱から保護し、絶縁材料が熱によって変形したり劣化したりすることを防止することが可能となる。

なお、本実施形態にかかるサージ保護装置４では、バリスタ４１を用いて構成しているが、バリスタ４１をアレスタや、他のサージ保護素子で代用してもよい。

また、本実施形態にかかるサージ保護装置４は、図３では円柱を組合わせたような外形であるが、これに限られない。

本実施形態によれば、バリスタが発火しても密閉された金属容器により外部に延焼することを抑制することが可能となる。また、本実施形態によれば、バリスタによる感電を絶縁材料によって防止し、かつ絶縁材料の劣化を抑制することが可能となる。

本発明の別の実施形態にかかるサージ保護装置は、電流ヒューズ、温度ヒューズを備えてもよい。電流ヒューズは、交流電源２と負荷３との間に接続された２本の電線と、第１の電極４０１または第２の電極４０２との間に挿入されてもよい。温度ヒューズは、交流電源２と負荷３との間に接続された２本の電線と、第１の電極４０１または第２の電極４０２との間に挿入され、且つ、断熱性容器４３０に隣接するように設置されてもよい。

１、４ サージ保護装置
２ 交流電源
３ 負荷
１１、４１ バリスタ
１２ 温度ヒューズ
１３ 電流ヒューズ
４０１ 第１の電極
４０２ 第２の電極
４２０ 金属製容器
４２１ 第１の蓋部
４２２ 第２の蓋部
４２３ 円筒部
４３０ 断熱性容器
４３１ 上蓋部
４３２ 下蓋部
４３３ 中筒部
４４０ 絶縁材料

Claims (2)

1. サージ保護装置であって、
   サージ保護素子と、
   前記サージ保護素子の一方の電極と接続された第１の電極と、
   前記サージ保護素子の他方の電極と接続された第２の電極と、
   第１の蓋部と第２の蓋部とを有し、前記サージ保護素子を密封する金属製容器とを備え、
   前記第１の蓋部には前記第１の電極が差し込まれ、前記第２の蓋部には前記第２の電極が差し込まれ、
   前記金属製容器の内側および外側の表面は、絶縁材料で皮膜処理され、
   前記絶縁材料で皮膜処理された金属製容器の外側は、前記第１の蓋部に差し込まれた第１の電極の一部および前記第２の蓋部に差し込まれた第２の電極の一部が露出するように断熱材料で覆われることを特徴とするサージ保護装置。
2. 前記金属製容器を収納する断熱性容器とをさらに備え、
   前記断熱性容器は、第３の蓋部と第４の蓋部とを有し、
   前記第３の蓋部には前記第１の電極が差し込まれ、前記第４の蓋部には前記第２の電極が差し込まれ、
   前記絶縁材料で皮膜処理された金属製容器は、前記第３の蓋部に差し込まれた第１の電極の一部および前記第４の蓋部に差し込まれた第２の電極の一部が前記断熱性容器の外側に露出するように前記断熱性容器に収納されることを特徴とする請求項１に記載のサージ保護装置。

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