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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024157677
(43)【公開日】2024-11-08
(54)【発明の名称】サージ防護素子
(51)【国際特許分類】
H01T 4/02 20060101AFI20241031BHJP
H01T 4/12 20060101ALI20241031BHJP
【ＦＩ】
H01T4/02 F
H01T4/12 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023072172
(22)【出願日】2023-04-26
(71)【出願人】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120396
【弁理士】
【氏名又は名称】杉浦 秀幸
(72)【発明者】
【氏名】田中 芳幸
(72)【発明者】
【氏名】内藤 友紀
(57)【要約】
【課題】 サージによる放電補助部のダメージを軽減でき、トリガ部分の耐久性を向上させることができるサージ防護素子を提供すること。
【解決手段】 絶縁性管２と、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３と、封止電極の内面に基端が接触していると共に先端が絶縁性管内に突出して互いに対向している一対の放電電極４と、一対の放電電極の先端に挟まれて絶縁性管内に収納された絶縁性部材５とを備え、絶縁性部材が、一対の放電電極の間から絶縁性管の軸線ＡＸ１に直交する方向に突出して延在し、前記突出している部分に導電性材料で形成された放電補助部６を有している。
【選択図】図１
【解決手段】 絶縁性管２と、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３と、封止電極の内面に基端が接触していると共に先端が絶縁性管内に突出して互いに対向している一対の放電電極４と、一対の放電電極の先端に挟まれて絶縁性管内に収納された絶縁性部材５とを備え、絶縁性部材が、一対の放電電極の間から絶縁性管の軸線ＡＸ１に直交する方向に突出して延在し、前記突出している部分に導電性材料で形成された放電補助部６を有している。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記封止電極の内面に基端が接触していると共に先端が前記絶縁性管内に突出して互いに対向している一対の放電電極と、
前記一対の放電電極の先端に挟まれて前記絶縁性管内に収納された絶縁性部材とを備え、
前記絶縁性部材が、前記一対の放電電極の間から前記絶縁性管の軸線に直交する方向に突出して延在し、前記突出している部分に導電性材料で形成された放電補助部を有していることを特徴とするサージ防護素子。
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、
前記封止電極の内面に基端が接触していると共に先端が前記絶縁性管内に突出して互いに対向している一対の放電電極と、
前記一対の放電電極の先端に挟まれて前記絶縁性管内に収納された絶縁性部材とを備え、
前記絶縁性部材が、前記一対の放電電極の間から前記絶縁性管の軸線に直交する方向に突出して延在し、前記突出している部分に導電性材料で形成された放電補助部を有していることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項2】
請求項１に記載のサージ防護素子において、
前記一対の放電電極の先端部に、外周縁に沿って軸線方向に突出した環状の突条部が形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
前記一対の放電電極の先端部に、外周縁に沿って軸線方向に突出した環状の突条部が形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項3】
請求項１又は２に記載のサージ防護素子において、
前記絶縁性部材が、前記絶縁性管の軸線に直交する方向に軸線を有した円柱状又は円筒状であることを特徴とするサージ防護素子。
前記絶縁性部材が、前記絶縁性管の軸線に直交する方向に軸線を有した円柱状又は円筒状であることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項4】
請求項１又は２に記載のサージ防護素子において、
前記絶縁性部材の両端部が、前記絶縁性管の内面に当接していることを特徴とするサージ防護素子。
前記絶縁性部材の両端部が、前記絶縁性管の内面に当接していることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項5】
請求項１又は２に記載のサージ防護素子において、
前記放電補助部が、前記絶縁性部材の両端側にそれぞれ設けられていることを特徴とするサージ防護素子。
前記放電補助部が、前記絶縁性部材の両端側にそれぞれ設けられていることを特徴とするサージ防護素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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、サージ防護素子が接続されている。
【0003】
従来、サージ防護素子として、図７に示すように、ガラス管１０２と、ガラス管１０２の両端開口部を閉塞する一対の封止電極１０３と、両端側に一対の封止電極１０３を配してガラス管１０２内に収納された薄板状の碍子１０５と、碍子１０５の表面に放電補助部として形成されたトリガ部１０６とを備えたサージアブソーバ１０１が知られている（例えば、特許文献１）。
なお、上記トリガ部１０６は、カーボン等の導電性材料で碍子１０５の中央に形成されている。
なお、上記トリガ部１０６は、カーボン等の導電性材料で碍子１０５の中央に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６０４４３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上記従来のサージ防護素子では、大電流（例えば、印加電圧：１．２／５０ ６ｋＶ 印加電流：８／２０ ３０００Ａ）のサージが流れた場合、１０回程度でアーク放電によって放電補助部であるトリガ部が消失してしまい、複数回のサージ試験で放電しなくなってしまうおそれがあった。
上記従来のサージ防護素子では、大電流（例えば、印加電圧：１．２／５０ ６ｋＶ 印加電流：８／２０ ３０００Ａ）のサージが流れた場合、１０回程度でアーク放電によって放電補助部であるトリガ部が消失してしまい、複数回のサージ試験で放電しなくなってしまうおそれがあった。
【0006】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、サージによる放電補助部のダメージを軽減でき、トリガ部分の耐久性を向上させることができるサージ防護素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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の発明のサージ防護素子は、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、前記封止電極の内面に基端が接触していると共に先端が前記絶縁性管内に突出して互いに対向している一対の放電電極と、前記一対の放電電極の先端に挟まれて前記絶縁性管内に収納された絶縁性部材とを備え、前記絶縁性部材が、前記一対の放電電極の間から前記絶縁性管の軸線に直交する方向に突出して延在し、前記突出している部分に導電性材料で形成された放電補助部を有していることを特徴とする。
【0008】
このサージ防護素子では、絶縁性部材が、一対の放電電極の間から絶縁性管の軸線に直交する方向に突出して延在し、突出している部分に導電性材料で形成された放電補助部を有しているので、一対の放電電極間の放電路から放電補助部が前記直交する方向に外れることで、アーク放電による放電補助部の損傷・消失を抑制することができる。
【0009】
第２の発明のサージ防護素子は、第１の発明において、前記一対の放電電極の先端部に、外周縁に沿って軸線方向に突出した環状の突条部が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、一対の放電電極の先端部に、外周縁に沿って軸線方向に突出した環状の突条部が形成されているので、突条部が絶縁性部材に接触することで、接触部が局所的になり、電界を集中させることができる。
すなわち、このサージ防護素子では、一対の放電電極の先端部に、外周縁に沿って軸線方向に突出した環状の突条部が形成されているので、突条部が絶縁性部材に接触することで、接触部が局所的になり、電界を集中させることができる。
【0010】
第３の発明のサージ防護素子は、第１又は第２の発明において、前記絶縁性部材が、前記絶縁性管の軸線に直交する方向に軸線を有した円柱状又は円筒状であることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、絶縁性部材が、絶縁性管の軸線に直交する方向に軸線を有した円柱状又は円筒状であるので、絶縁性部材の外周面が曲面の傾斜面となり、放電電極の先端面と傾斜面（外周面）との間が狭くなると共に放電電極の先端面との接触部がより局所的になり、さらに電界を集中させることができ、応答性が向上する。
すなわち、このサージ防護素子では、絶縁性部材が、絶縁性管の軸線に直交する方向に軸線を有した円柱状又は円筒状であるので、絶縁性部材の外周面が曲面の傾斜面となり、放電電極の先端面と傾斜面（外周面）との間が狭くなると共に放電電極の先端面との接触部がより局所的になり、さらに電界を集中させることができ、応答性が向上する。
【0011】
第４の発明のサージ防護素子は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性部材の両端部が、前記絶縁性管の内面に当接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、絶縁性部材の両端部が、絶縁性管の内面に当接しているので、絶縁性管内への挿入時に絶縁性部材の両端部が絶縁性管の内面に当接して位置決めされることから、絶縁性部材を絶縁性管内に挿入し易くなり、組立作業性が向上する。
すなわち、このサージ防護素子では、絶縁性部材の両端部が、絶縁性管の内面に当接しているので、絶縁性管内への挿入時に絶縁性部材の両端部が絶縁性管の内面に当接して位置決めされることから、絶縁性部材を絶縁性管内に挿入し易くなり、組立作業性が向上する。
【0012】
第５の発明のサージ防護素子は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記放電補助部が、前記絶縁性部材の両端側にそれぞれ設けら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、放電補助部が、絶縁性部材の両端側にそれぞれ設けられているので、一方の端部だけの放電補助部に比べて一対の放電補助部があることで、放電補助部の消失をより抑制することができる。
すなわち、このサージ防護素子では、放電補助部が、絶縁性部材の両端側にそれぞれ設けられているので、一方の端部だけの放電補助部に比べて一対の放電補助部があることで、放電補助部の消失をより抑制することができる。
【発明の効果】
【0013】
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、絶縁性部材が、一対の放電電極の間から絶縁性管の軸線に直交する方向に突出して延在し、突出している部分に導電性材料で形成された放電補助部を有しているので、一対の放電電極間の放電路から放電補助部が前記直交する方向に外れることで、アーク放電による放電補助部の損傷・消失を抑制することができる。
したがって、本発明のサージ防護素子では、繰り返しのサージに対しても安定した放電開始電圧を得ることができる。
すなわち、本発明に係るサージ防護素子によれば、絶縁性部材が、一対の放電電極の間から絶縁性管の軸線に直交する方向に突出して延在し、突出している部分に導電性材料で形成された放電補助部を有しているので、一対の放電電極間の放電路から放電補助部が前記直交する方向に外れることで、アーク放電による放電補助部の損傷・消失を抑制することができる。
したがって、本発明のサージ防護素子では、繰り返しのサージに対しても安定した放電開始電圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態において、一部を破断したサージ防護素子を示す正面図である。
【図2】第１実施形態において、一対の放電電極間に配された絶縁性部材を示す正面図である。
【図3】本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態において、一部を破断したサージ防護素子を示す正面図である。
【図4】第２実施形態において、一対の放電電極間に配された絶縁性部材を示す斜視図である。
【図5】本発明に係るサージ防護素子の実施例において、サージの印加回数に対するインパルス放電開始電圧を示すグラフである。
【図6】本発明に係るサージ防護素子の従来例において、サージの印加回数に対するインパルス放電開始電圧を示すグラフである。
【図7】本発明に係るサージ防護素子の従来例において、一部を破断したサージ防護素子を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
【0016】
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、封止電極３の内面に基端が接触していると共に先端が絶縁性管２内に突出して互いに対向している一対の放電電極４と、一対の放電電極４の先端に挟まれて絶縁性管２内に収納された絶縁性部材５とを備えている。
【0017】
上記絶縁性部材５は、一対の放電電極４の間から絶縁性管２の軸線ＡＸ１に直交する方向に突出して延在し、前記突出している部分に導電性材料で形成された放電補助部６を有している。
また、絶縁性部材５は、絶縁性管２の軸線ＡＸ１に直交する方向に軸線ＡＸ２を有した円柱状又は円筒状である。
また、絶縁性部材５は、絶縁性管２の軸線ＡＸ１に直交する方向に軸線ＡＸ２を有した円柱状又は円筒状である。
【0018】
上記放電電極４の先端面４ａに対する絶縁性部材５の対向面５ａは、図２に示すように、先端面４ａとの接触部５ｂを基点にして先端面４ａに対して鋭角に傾斜した傾斜面を有している。
本実施形態では、円柱状の絶縁性部材５を採用している。すなわち、円柱状の絶縁性部材５の外周面が、放電電極４の先端面４ａに対して鋭角に傾斜した曲面の対向面５ａとなる。
なお、絶縁性部材５の対向面５ａは、放電電極４の先端面４ａに対して９０°未満の鋭角θで接触することが好ましく、４５°以下の鋭角θで接触することがより好ましい。
本実施形態では、円柱状の絶縁性部材５を採用している。すなわち、円柱状の絶縁性部材５の外周面が、放電電極４の先端面４ａに対して鋭角に傾斜した曲面の対向面５ａとなる。
なお、絶縁性部材５の対向面５ａは、放電電極４の先端面４ａに対して９０°未満の鋭角θで接触することが好ましく、４５°以下の鋭角θで接触することがより好ましい。
【0019】
この絶縁性部材５の両端部は、絶縁性管２の内面に当接している。
なお、絶縁性部材５の外径は、放電電極４の外径よりも小さくされ、絶縁性部材５の両側に、一対の放電電極４の先端面が直接対向した領域Ａ１が形成されている。
上記放電補助部６は、絶縁性部材５の両端側にそれぞれ設けられている。
放電補助部６は、例えばイオン源となるカーボン等の導電性材料で形成されており、絶縁性部材５の外周面の両側にもそれぞれ設けられている。
上記放電電極４は、例えば銅で円柱状に形成されている。
なお、絶縁性部材５の外径は、放電電極４の外径よりも小さくされ、絶縁性部材５の両側に、一対の放電電極４の先端面が直接対向した領域Ａ１が形成されている。
上記放電補助部６は、絶縁性部材５の両端側にそれぞれ設けられている。
放電補助部６は、例えばイオン源となるカーボン等の導電性材料で形成されており、絶縁性部材５の外周面の両側にもそれぞれ設けられている。
上記放電電極４は、例えば銅で円柱状に形成されている。
【0020】
なお、本実施形態では、封止電極３の外側にリード線７の一端が溶接、半田付け、埋め込み等により接続されている。
上記封止電極３は、例えばＦｅ（鉄）－Ｎｉ（ニッケル）合金の表面を酸化銅で被覆した金属で形成され、円板状又は円柱状となっている。
例えば、封止電極３はジュメット線から作られている。
上記封止電極３は、例えばＦｅ（鉄）－Ｎｉ（ニッケル）合金の表面を酸化銅で被覆した金属で形成され、円板状又は円柱状となっている。
例えば、封止電極３はジュメット線から作られている。
【0021】
上記絶縁性管２は、例えば鉛ガラス等で略円筒状に形成されたガラス管である。
また、一対の封止電極３は、ガラス管の絶縁性管２に両端開口部に嵌め込まれて加熱処理によって融着され、絶縁性管２が密着状態となって固定されている。
また、一対の封止電極３は、ガラス管の絶縁性管２に両端開口部に嵌め込まれて加熱処理によって融着され、絶縁性管２が密着状態となって固定されている。
【0022】
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，ＳＦ６，ＣＯ２，Ｃ３Ｆ８，Ｃ２Ｆ６，ＣＦ４，Ｈ２，大気等及びこれらの混合ガスが採用される。
上記絶縁性部材５は、アルミナ、ムライト、コランダムムライト等のセラミックス材料で形成されている。なお、本実施形態の絶縁性部材５は、アルミナで形成されている。
上記絶縁性部材５は、アルミナ、ムライト、コランダムムライト等のセラミックス材料で形成されている。なお、本実施形態の絶縁性部材５は、アルミナで形成されている。
【0023】
このように本実施形態のサージ防護素子１では、絶縁性部材５が、一対の放電電極４の間から絶縁性管２の軸線ＡＸ１に直交する方向に突出して延在し、突出している部分に導電性材料で形成された放電補助部６を有しているので、一対の放電電極４間の放電路から放電補助部６が前記直交する方向に外れることで、アーク放電による放電補助部６の損傷・消失を抑制することができる。
【0024】
また、絶縁性部材５が、絶縁性管２の軸線ＡＸ１に直交する方向に軸線ＡＸ２を有した円柱状又は円筒状であるので、絶縁性部材５の外周面が曲面の傾斜面となり、放電電極４の先端面４ａと傾斜面（外周面）との間が狭くなると共に放電電極４の先端面４ａとの接触部５ｂがより局所的になり、さらに電界を集中させることができ、応答性が向上する。
【0025】
また、絶縁性部材５の両端部は、絶縁性管２の内面に当接しているので、絶縁性管２内への挿入時に絶縁性部材５の両端部が絶縁性管２の内面に当接して位置決めされることから、絶縁性部材５を絶縁性管２内に挿入し易くなり、組立作業性が向上する。
さらに、放電補助部６が、絶縁性部材５の両端側にそれぞれ設けられているので、一方の端部だけの放電補助部６に比べて一対の放電補助部６があることで、放電補助部６の消失をより抑制することができる。
さらに、放電補助部６が、絶縁性部材５の両端側にそれぞれ設けられているので、一方の端部だけの放電補助部６に比べて一対の放電補助部６があることで、放電補助部６の消失をより抑制することができる。
【0026】
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。
【0027】
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、一対の放電電極４の先端面４ａが平坦面であるのに対し、第２実施形態のサージ防護素子２１では、図３に示すように、一対の放電電極２４の先端部には、外周縁に沿って軸線方向に突出した環状の突条部２４ｂが形成されている点である。
【0028】
第２実施形態の放電電極２４は、軸線ＡＸ１を中心にした円形状の穴部２４ｃが先端部に形成されている。
すなわち、放電電極２４の先端部には、穴部２４ｃの外周に円環状の突条部２４ｂが形成されている。
このように第２実施形態のサージ防護素子２１では、一対の放電電極２４の先端部に、外周縁に沿って軸線方向に突出した環状の突条部２４ｂが形成されているので、突条部２４ｂが絶縁性部材５に接触することで、接触部がより局所的になり、さらに電界を集中させることができる。
すなわち、放電電極２４の先端部には、穴部２４ｃの外周に円環状の突条部２４ｂが形成されている。
このように第２実施形態のサージ防護素子２１では、一対の放電電極２４の先端部に、外周縁に沿って軸線方向に突出した環状の突条部２４ｂが形成されているので、突条部２４ｂが絶縁性部材５に接触することで、接触部がより局所的になり、さらに電界を集中させることができる。
【実施例0029】
上記第１実施形態のサージ防護素子を本発明の実施例として用い、サージ（印加電圧：１．２／５０ ６ｋＶ、印加電流：８／２０ ３ｋＡ）を繰り返し印加した際の印加回数に対するインパルス放電開始電圧Ｖｉｍｐを調べた結果を、図５に示す。
なお、比較例として、図７に示した従来のサージ防護素子についても、同様の条件でサージを印加した際の印加回数に対するインパルス放電開始電圧を調べた結果も、図６に示す。
なお、比較例として、図７に示した従来のサージ防護素子についても、同様の条件でサージを印加した際の印加回数に対するインパルス放電開始電圧を調べた結果も、図６に示す。
【0030】
これらの結果から分かるように、比較例では、２回目の印加で既にインパルス放電開始電圧が大幅に増大し、３回目の印加回数で放電ができなくなってしまっているのに対し、本発明の実施例では、１００回近くまで印加回数を増やしてもインパルス放電開始電圧の大幅な増大が観られず、ほぼ一定の放電開始電圧が得られている。
【0031】
すなわち、比較例では、放電路である一対の放電電極間に放電補助部が形成されているために、数回のアーク放電でトリガ部である放電補助部が消失してしまったのに対し、本発明の実施例では、大電流のサージが繰り返し印加されても、放電路である一対の放電電極管から放電補助部が外れて位置していることで、放電補助部が損傷・消失が抑制され、インパルス放電開始電圧の増大が抑えられている。
【0032】
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。
【0033】
例えば、上記各実施形態では、円柱状の絶縁性部材を採用しているが、一対の放電電極の間から絶縁性管の軸線に直交する方向に突出して延在していれば、板状や角柱状の絶縁性部材を採用しても構わない。
【符号の説明】
【0034】
１…サージ防護素子、２…絶縁性管、３…封止電極、４，２４…放電電極、２４ａ…放電電極の先端面、２４ｂ…突条部、５…絶縁性部材、５ａ…絶縁性部材の対向面、５ｂ…接触部、ＡＸ１…絶縁性管の軸線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】