JP6669986B2 - 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を備え、絶縁性管の内面に放電補助部が形成されたアレスタ型のサージ防護素子が記載されている。通常、このようなサージ防護素子では、炭素材で形成された放電補助部が、一対の突出電極部の間にある中間領域に対向する絶縁性管の内面に形成されている。このような放電補助部は、一般的にはグラファイト等の導電性のイオン源材料で形成され、初期放電を助長するためのイオン源となっている。

実用新案登録第３１５１０６９号公報

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、一対の突出電極部間で生じるアーク放電時の熱及び膨張エネルギーにより放電補助部の一部が昇華消失してしまい、繰り返し放電時の放電電圧が不安定（放電電圧が上昇する）になるという問題があった。
特に、大電流の放電では、放電補助部の昇華消失が顕著になる傾向がある。また、放電電流が保証範囲を大幅に超えてしまうと、電極の設計を変更することが要求されると共に、安定した動作のために、サイズを大型化する、又は並列に接続するなどの対応が必要になる不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、放電補助部の昇華消失による動作の不安定化を抑制することが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、前記絶縁性管の内周面に設けられたカバー部材とを備え、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、前記カバー部材が、絶縁性材料で形成され前記絶縁性管の内周面との間に内部空間を設けて前記絶縁性管の内周面に固定されていると共に貫通孔が形成され、前記内部空間を囲む壁面に、イオン源材料で形成された放電補助部が設けられていることを特徴とする。

本発明のサージ防護素子では、カバー部材が、絶縁性材料で形成され絶縁性管の内周面との間に内部空間を設けて絶縁性管の内周面に固定されていると共に貫通孔が形成され、前記内部空間を囲む壁面に、イオン源材料で形成された放電補助部が設けられているので、カバー部材によって放電アークエネルギーが放電補助部に直接当たらず、消失することを防止できる。また、カバー部材に形成された貫通孔から電界がカバー部材内側に回り込んで放電補助部からイオンを発生させ、さらにそのイオンが貫通孔を介して放電空間である絶縁性管内にスムーズに移動することができ、安定した放電補助機能を得ることができる。

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、前記カバー部材が、一対の前記突出電極部の外周面に対向する一対の電極対向領域の間にある領域に少なくとも設置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、カバー部材が、一対の突出電極部の外周面に対向する一対の電極対向領域の間にある領域に少なくとも設置されているので、アーク放電時の熱及び膨張エネルギーの影響を強く受ける領域においてもカバー部材で防御された放電補助部から安定してイオンを供給することができる。

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、前記カバー部材が、前記絶縁性管と同じ材料又は前記絶縁性管に含有されている材料で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、カバー部材が、絶縁性管と同じ材料又は絶縁性管に含有されている材料で形成されているので、カバー部材と絶縁性管との熱膨張が同じ又は近くなり、互いの熱膨張差による応力の発生等を抑制することができる。

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、前記カバー部材が、前記絶縁性管の内周面の全周にわたって延在する環状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、カバー部材が、絶縁性管の内周面の全周にわたって延在する環状に形成されているので、絶縁性管の内周面の全周にわたって放電補助部が保護されており、周方向において十分なイオン発生源が得られ、周方向のどの位置からも安定したイオン発生が得られる。

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、カバー部材が、絶縁性材料で形成され絶縁性管の内周面との間に内部空間を設けて絶縁性管の内周面に固定されていると共に貫通孔が形成され、前記内部空間を囲む壁面に、イオン源材料で形成された放電補助部を設けているので、カバー部材によって放電アークエネルギーが放電補助部に直接当たらず、消失することを防止できる。
したがって、サージ電流や放電回数が増えてもサージ防護素子性能を良好に維持す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実施形態において、カバー部材を取り付けた絶縁性管の一部を破断して示す要部の斜視図である。 第１実施形態において、サージ防護素子を示す軸方向の断面図である。 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。 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３実施形態を示す軸方向の要部断面図である。 本発明に係るサージ防護素子の第４実施形態を示す軸方向の要部断面図である。

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、絶縁性管２の内周面に設けられたカバー部材４とを備えている。
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。
上記カバー部材４は、絶縁性材料で形成され絶縁性管２の内周面との間に内部空間Ｓ１を設けて絶縁性管２の内周面に固定されていると共に貫通孔６ａが形成されている。

また、内部空間Ｓ１を囲む壁面には、イオン源材料で形成された放電補助部８が設けられている。
本実施形態では、カバー部材４が、断面コ字状に形成され、放電補助部８が、カバー部材４の内面に形成されている。

また、カバー部材４は、図２に示すように、一対の突出電極部５の外周面に対向する一対の電極対向領域Ａ１の間にある領域Ａ２に少なくとも設置されている。
上記カバー部材４は、絶縁性管２と同じ材料又は絶縁性管２に含有されている材料で形成されている。例えば、絶縁性管２がアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）で形成されている場合、カバー部材４もアルミナで形成されている。

このカバー部材４は、断面コ字状に形成された略ブロック形状とされている。
カバー部材４は、絶縁性管２の内周面に形成された一対の取付用溝２ａに一対の基端部が嵌め込まれて固定されている。

上記貫通孔６ａは、カバー部材４の天面部及び側面部にそれぞれ複数形成されている。
上記放電補助部８は、導電性材料であって、例えばペースト状又は粉末状の炭素材で形成され、カバー部材４の内面に塗布又は付着されている。
なお、図２では、１つのカバー部材４を図示しているが、カバー部材４を周方向や軸方向に沿った方向等に互いに間隔を空けて複数対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、例えばアルミナなどの結晶性セラミックス材で形成された円筒状部材である。なお、絶縁性管２は、鉛ガラス等のガラス管等を採用しても構わない。
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、まずカバー部材４内の放電補助部８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、さらに放電が進展して一対のフランジ部７間又は突出電極部５間で放電が行われる。

このように本実施形態のサージ防護素子１では、カバー部材４が、絶縁性材料で形成され絶縁性管２の内周面との間に内部空間Ｓ１を設けて絶縁性管２の内周面に固定されていると共に貫通孔６ａが形成され、内部空間Ｓ１を囲む壁面に、イオン源材料で形成された放電補助部８が設けられているので、カバー部材４によって放電アークエネルギーが放電補助部８に直接当たらず、消失することを防止できる。

また、カバー部材４に形成された貫通孔６ａから電界がカバー部材４内側に回り込んで放電補助部８からイオンを発生させ、さらにそのイオンが貫通孔６ａを介して放電空間である絶縁性管２内にスムーズに移動することができ、安定した放電補助機能を得ることができる。
また、カバー部材４が、一対の突出電極部５の外周面に対向する一対の電極対向領域Ａ１の間にある領域Ａ２に少なくとも設置されているので、アーク放電時の熱及び膨張エネルギーの影響を強く受ける領域Ａ２においてもカバー部材４で防御された放電補助部８から安定してイオンを供給することができる。

さらに、カバー部材４が、絶縁性管２と同じ材料又は絶縁性管２に含有されている材料で形成されているので、カバー部材４と絶縁性管２との熱膨張が同じ又は近くなり、互いの熱膨張差による応力の発生等を抑制することができる。

次に、本発明に係るサージ防護素子の第２から第４実施形態について、図３から図６を参照して以下に説明する。なお、以下の各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、カバー部材４が断面コ字状に形成された略ブロック形状と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、カバー部材２４が、絶縁性管２の内周面の全周にわたって延在する環状に形成されている点である。
すなわち、第２実施形態では、カバー部材２６が円環状に形成されており、その内周面と上下面とにそれぞれ複数の貫通孔６ａが形成されている。したがって、第２実施形態では、円環状のカバー部材２６によって絶縁性管２の内周面との間に円環状の内部空間Ｓ２が形成される。

また、カバー部材２６の内面に放電補助部８が周方向に延在して形成されている。
このように第２実施形態のサージ防護素子２１では、カバー部材２４が、絶縁性管２の内周面の全周にわたって延在する環状に形成されているので、絶縁性管２の内周面の全周にわたって放電補助部８が保護されており、周方向において十分なイオン発生源が得られ、周方向のどの位置からも安定したイオン発生が得られる。

次に、第３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、断面コ字状のカバー部材４により断面矩形状の内部空間Ｓ１を形成しているのに対し、図５に示すように、断面円弧状のカバー部材３４により断面半円状の内部空間Ｓ３を形成している点である。
また、第４実施形態と第３実施形態との異なる点は、断面円弧状のカバー部材３４により断面略半円状の内部空間Ｓ３を形成しているのに対し、図５に示すように、断面Ｖ字状のカバー部材４４により断面三角形状の内部空間Ｓ４を形成している点である。

さらに、第４実施形態では、放電補助部８がカバー部材４４の内面ではなく、カバー部材４４に対向した絶縁性管２の内周面に形成されている点で、第３実施形態と異なっている。
すなわち、内部空間Ｓ４を囲んだ壁面は、カバー部材４４の内面と絶縁性管２の内周面とで構成されており、第４実施形態では、絶縁性管２の内周面に放電補助部８が形成されている。

したがって、第３及び第４実施形態のサージ防護素子では、どちらも第１実施形態と同様に、内部空間Ｓ３，Ｓ４を囲む壁面に、イオン源材料で形成された放電補助部８を備えているので、カバー部材３４，４４によって放電アークエネルギーが放電補助部８に直接当たらず、消失することを防止できる。

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。

１，２１…サージ防護素子、２…絶縁性管、３…封止電極、４，２４，３４，４４…カバー部材、５…突出電極部、６ａ…貫通孔、８…放電補助部、Ａ１…電極対向領域、Ａ２…一対の電極対向領域の間にある領域、Ｃ…絶縁性管の軸線、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４…内部空間

Claims (4)

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、
   前記絶縁性管の内周面に設けられたカバー部材とを備え、
   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、
   前記カバー部材が、絶縁性材料で形成され前記絶縁性管の内周面との間に内部空間を設けて前記絶縁性管の内周面に固定されていると共に貫通孔が形成され、
   前記内部空間を囲む壁面に、イオン源材料で形成された放電補助部が設けられ、
   前記貫通孔が、一対の前記突出電極部の間に向けて開口して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、
   前記カバー部材が、前記絶縁性管の軸線方向において断面コ字状，断面円弧状又は断面三角形状とされ、
   前記カバー部材の前記内部空間が、一対の前記突出電極部の外周面に対向する一対の電極対向領域の間にある領域に設けられていることを特徴とするサージ防護素子。
3. 請求項１又は２に記載のサージ防護素子において、
   前記カバー部材が、前記絶縁性管と同じ材料又は前記絶縁性管に含有されている材料で形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のサージ防護素子において、
   前記カバー部材が、前記絶縁性管の内周面の全周にわたって延在する環状に形成されていることを特徴とするサージ防護素子。

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