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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-04-02
(45)【発行日】2025-04-10
(54)【発明の名称】サージ防護素子
(51)【国際特許分類】
H01T 4/12 20060101AFI20250403BHJP
【ＦＩ】
H01T4/12 F
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2024019010
(22)【出願日】2024-02-09
【審査請求日】2024-10-29
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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】野本 雅樹
(72)【発明者】
【氏名】田中 芳幸
(72)【発明者】
【氏名】山田 真
(72)【発明者】
【氏名】粕谷 建太
【審査官】荒木 崇志
(56)【参考文献】
【文献】特許第５００３８８８（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第６５２１３１３（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特許第６９３９６４８（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開平０７－１８３０７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第３４３０５９１（ＪＰ，Ｂ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｔ １／００ － ４／２０
(57)【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面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、前記絶縁性管の軸線に対して直交した軸線を有した柱状であり、前記一対の放電電極間に露出した外周面に自身の前記軸線に沿って延在した複数の溝部と複数の突条部とが形成され、
前記複数の突条部のうち前記絶縁性部材の外周面における前記絶縁性管の軸線及び前記絶縁性部材の軸線の双方に直交する方向に向けて露出した二つの領域の両方において少なくとも１つの前記突条部と前記複数の溝部のうち少なくとも１つの前記溝部が、全長にわたって前記一対の放電電極から離間し、
前記少なくとも１つの前記溝部が、前記少なくとも１つの前記突条部に隣設され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、前記絶縁性部材が、周方向に等間隔で複数の前記溝部を有した断面歯車状に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２に記載のサージ防護素子において、前記絶縁性部材が、周方向に等間隔で８つの前記溝部を有した断面歯車状に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、前記絶縁性部材の外径が、前記放電電極の外径よりも小さくされ、前記絶縁性部材の両側に、前記一対の放電電極の先端面が直接対向した領域が形成さ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は、表面上に形成した導電性膜を中央で分割して１又は複数の放電ギャップ（マイクロギャップ）を設けたセラミックスの碍子と、碍子の両端部に設けた一対のキャップ電極（放電電極）とで構成された放電素子を、一対の封止電極でガラス管内に封止したサージアブソーバが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このようなサージ防護素子では、導電性膜を形成して電極膜としており、薄い導電性膜が周りの電界を局所的に高めることによってサージに対する応答電圧に有利に働いている。
このようなサージ防護素子では、導電性膜を形成して電極膜としており、薄い導電性膜が周りの電界を局所的に高めることによってサージに対する応答電圧に有利に働いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平８－１５３５６５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、厚膜印刷やスパッタなどの成膜技術により数～数十μｍの導電性膜を形成して電極膜としているが、厚みが薄いために高強度のサージやその繰り返しが印加された場合に、導電性膜が溶融・飛散して機能を維持できなくなるおそれがあった。
また、放電電極から飛散し碍子の外周面に付着した金属等の導電性飛散物によって電界分布が大きく乱されることで、放電開始電圧Ｖｓが変動してしまい安定した放電開始電圧Ｖｓを維持できない問題があった。
上記従来のサージ防護素子では、厚膜印刷やスパッタなどの成膜技術により数～数十μｍの導電性膜を形成して電極膜としているが、厚みが薄いために高強度のサージやその繰り返しが印加された場合に、導電性膜が溶融・飛散して機能を維持できなくなるおそれがあった。
また、放電電極から飛散し碍子の外周面に付着した金属等の導電性飛散物によって電界分布が大きく乱されることで、放電開始電圧Ｖｓが変動してしまい安定した放電開始電圧Ｖｓを維持できない問題があった。
【0006】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、サージによるダメージを軽減でき、放電開始電圧の変動を抑制す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面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、前記絶縁性管の軸線に対して直交した軸線を有した柱状であり、前記一対の放電電極間に露出した外周面に自身の前記軸線に沿って延在した溝部が形成され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、絶縁性管の軸線に対して直交した軸線を有した柱状であり、一対の放電電極間に露出した外周面に自身の軸線に沿って延在した溝部が形成されているので、サージ放電によって生じた放電電極からの導電性飛散物が絶縁性部材の外周面に付着しても、溝部内には付着し難く、溝部によって分断、分割される。このため、導電性飛散物が付着した飛散領域が分断、分割され、それぞれ小さくなることで、電界分布の乱れが小さく、サージ寿命試験後の放電開始電圧Ｖｓの変動を抑制することができる。また、導電性部材である放電電極を採用することで、薄い導電性膜よりも熱容量が増加し熱抵抗が減少してサージに対する耐久性が向上し、放電開始電圧の変動を抑制することができる。
【0009】
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、前記絶縁性部材が、複数の前記溝部を有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、絶縁性部材が、複数の溝部を有しているので、導電性飛散物が絶縁性部材の外周面に付着しても、複数の溝部によって、飛散領域がより複数に分断、分割され、各飛散領域がさらに小さくなる。
すなわち、このサージ防護素子では、絶縁性部材が、複数の溝部を有しているので、導電性飛散物が絶縁性部材の外周面に付着しても、複数の溝部によって、飛散領域がより複数に分断、分割され、各飛散領域がさらに小さくなる。
【0010】
第３の発明に係るサージ防護素子は、第２の発明において、前記絶縁性部材が、周方向に等間隔で複数の前記溝部を有した断面歯車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、絶縁性部材が、周方向に等間隔で複数の溝部を有した断面歯車状に形成されているので、絶縁性管内において一対の放電電極間に絶縁性部材を振り込んで入れた際に、複数の溝部を一対の放電電極間に露出させることが容易であり、組立時の位置決めが不要となる。
すなわち、このサージ防護素子では、絶縁性部材が、周方向に等間隔で複数の溝部を有した断面歯車状に形成されているので、絶縁性管内において一対の放電電極間に絶縁性部材を振り込んで入れた際に、複数の溝部を一対の放電電極間に露出させることが容易であり、組立時の位置決めが不要となる。
【0011】
第４の発明に係るサージ防護素子は、第３の発明において、前記絶縁性部材が、周方向に等間隔で８つの前記溝部を有した断面歯車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、絶縁性部材が、周方向に等間隔で８つの溝部を有した断面歯車状に形成されているので、外周面に８つの歯部を有しており、８つの歯部のうち、隣接した２つの歯部が、対向した放電電極に当接することで、一対の放電電極間に安定して配置される。また、一対の放電電極間に露出した両側の外周面部分にそれぞれ３つの溝部が露出することで、飛散領域を３つに分断、分離することが可能になる。
すなわち、このサージ防護素子では、絶縁性部材が、周方向に等間隔で８つの溝部を有した断面歯車状に形成されているので、外周面に８つの歯部を有しており、８つの歯部のうち、隣接した２つの歯部が、対向した放電電極に当接することで、一対の放電電極間に安定して配置される。また、一対の放電電極間に露出した両側の外周面部分にそれぞれ３つの溝部が露出することで、飛散領域を３つに分断、分離することが可能になる。
【0012】
第５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、前記絶縁性部材の外径が、前記放電電極の外径よりも小さくされ、前記絶縁性部材の両側に、前記一対の放電電極の先端面が直接対向した領域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、絶縁性部材の外径が、放電電極の外径よりも小さくされ、絶縁性部材の両側に、一対の放電電極の先端面が直接対向した領域が形成されているので、絶縁性部材の両側に放電路が形成され、一対の放電電極間でアーク放電が伝わり易くなる。
すなわち、このサージ防護素子では、絶縁性部材の外径が、放電電極の外径よりも小さくされ、絶縁性部材の両側に、一対の放電電極の先端面が直接対向した領域が形成されているので、絶縁性部材の両側に放電路が形成され、一対の放電電極間でアーク放電が伝わり易くなる。
【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、絶縁性管の軸線に対して直交した軸線を有した柱状であり、一対の放電電極間に露出した外周面に自身の軸線に沿って延在した溝部が形成されているので、電界分布の乱れが小さく、サージ寿命試験後の放電開始電圧Ｖｓの変動を抑制することができると共に、サージに対する耐久性が向上する。
したがって、本発明のサージ防護素子では、サージ破壊耐量及びサージ特性耐量の向上を図ることができる。
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、絶縁性管の軸線に対して直交した軸線を有した柱状であり、一対の放電電極間に露出した外周面に自身の軸線に沿って延在した溝部が形成されているので、電界分布の乱れが小さく、サージ寿命試験後の放電開始電圧Ｖｓの変動を抑制することができると共に、サージに対する耐久性が向上する。
したがって、本発明のサージ防護素子では、サージ破壊耐量及びサージ特性耐量の向上を図ることができる。
【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一実施形態において、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】本実施形態において、一対の放電電極間に配された絶縁性部材における導電性飛散物の飛散領域を示す説明図である。
【図3】本実施形態において、一部を破断したサージ防護素子を示す側面図である。
【図4】本実施形態において、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、寿命試験回数に対する放電開始電圧Ｖｓの変化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比較例において、寿命試験回数に対する放電開始電圧Ｖｓの変化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実施例（ａ）及び比較例（ｂ）において、寿命試験後の絶縁性部材の外周面を示す画像である。
【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から図４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の先端面４ａ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、図３に示すように、絶縁性管２の軸線ＡＸ１に対して直交した軸線ＡＸ２を有した柱状であり、一対の放電電極４間に露出した外周面に自身の軸線ＡＸ２に沿って延在した溝部５ａが形成されている。
また、絶縁性部材５は、複数の溝部５ａを有している。
さらに、絶縁性部材５は、図１及び図２に示すように、周方向に等間隔で複数の溝部５ａを有した断面歯車状に形成されている。
また、絶縁性部材５は、複数の溝部５ａを有している。
さらに、絶縁性部材５は、図１及び図２に示すように、周方向に等間隔で複数の溝部５ａを有した断面歯車状に形成されている。
【0018】
すなわち、絶縁性部材５は、周方向に等間隔で８つの溝部５ａ及び８つの歯部５ｂを有した断面歯車状に形成されている。
上記溝部５ａの溝深さは、例えば絶縁性部材５の半径の１０～２０％の範囲に設定することが好ましい。本実施形態では、半径１ｍｍの絶縁性部材５に対して溝深さ１５０μｍの溝部５ａを採用している。
上記溝部５ａの溝深さは、例えば絶縁性部材５の半径の１０～２０％の範囲に設定することが好ましい。本実施形態では、半径１ｍｍの絶縁性部材５に対して溝深さ１５０μｍの溝部５ａを採用している。
【0019】
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４ａが直接対向した領域Ａ１が形成されている。
一対の放電電極４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４ｂが形成されている。
また、放電電極４は、軸線ＡＸ１を中心にした円形状の穴部４ｃが先端部に形成された円柱状に形成されている。
すなわち、放電電極４の先端部には、穴部４ｃの外周に円環状の突条部４ｂが形成されている。
本実施形態の放電電極４は、例えば銅で形成されている。
一対の放電電極４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４ｂが形成されている。
また、放電電極４は、軸線ＡＸ１を中心にした円形状の穴部４ｃが先端部に形成された円柱状に形成されている。
すなわち、放電電極４の先端部には、穴部４ｃの外周に円環状の突条部４ｂが形成されている。
本実施形態の放電電極４は、例えば銅で形成されている。
【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、絶縁性管２の軸線ＡＸ１に対して直交した軸線ＡＸ２を有した柱状であり、一対の放電電極４間に露出した外周面に自身の軸線ＡＸ２に沿って延在した溝部５ａが形成されているので、図２の右側部分に示すように、サージ放電ＴＢによって生じた放電電極４からの導電性飛散物が矢印Ｍ１のように飛散し、絶縁性部材５の外周面に付着しても、溝部５ａ内には付着し難く、溝部５ａによって分断、分割される。
【0024】
このため、導電性飛散物が付着した飛散領域Ｍが分断、分割され、それぞれ小さくなることで、電界分布の乱れが小さく、サージ寿命試験後の放電開始電圧Ｖｓの変動を抑制することができる。また、導電性部材である放電電極４を採用することで、薄い導電性膜よりも熱容量が増加し熱抵抗が減少してサージに対する耐久性が向上し、放電開始電圧Ｖｓの変動を抑制することができる。
【0025】
なお、例えば溝部５ａの無い円柱状の絶縁性部材１５（以下、丸碍子とも言う）を用いたサージ防護素子の場合、図２の左側部分に示すように、放電電極４からの導電性飛散物が矢印Ｍ２のように飛散し、絶縁性部材１５の外周面に広く付着して飛散領域Ｍが分断されずに大きくなるため、電界分布が乱れ易くなってしまう。
【0026】
また、絶縁性部材５が、複数の溝部５ａを有しているので、導電性飛散物が絶縁性部材５の外周面に付着しても、複数の溝部５ａによって、飛散領域Ｍがより複数に分断、分割され、各飛散領域Ｍがさらに小さくなる。
また、絶縁性部材５が、周方向に等間隔で複数の溝部５ａを有した断面歯車状に形成されているので、絶縁性管２内において一対の放電電極４間に絶縁性部材５を振り込んで入れた際に、複数の溝部５ａを一対の放電電極４間に露出させることが容易であり、組立時の位置決めが不要となる。
また、絶縁性部材５が、周方向に等間隔で複数の溝部５ａを有した断面歯車状に形成されているので、絶縁性管２内において一対の放電電極４間に絶縁性部材５を振り込んで入れた際に、複数の溝部５ａを一対の放電電極４間に露出させることが容易であり、組立時の位置決めが不要となる。
【0027】
特に、絶縁性部材５が、周方向に等間隔で８つの溝部５ａを有した断面歯車状に形成されているので、外周面に８つの歯部５ｂを有しており、８つの歯部５ｂのうち、隣接した２つの歯部５ｂが、対向した放電電極４に当接することで、一対の放電電極４間に安定して配置される。また、一対の放電電極４間に露出した両側の外周面部分にそれぞれ３つの溝部５ａが露出することで、飛散領域Ｍを３つに分断、分離することが可能になる。
【0028】
さらに、絶縁性部材５の外径が、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４ａが直接対向した領域Ａ１が形成されているので、絶縁性部材５の両側に放電路が形成され、一対の放電電極４間でアーク放電ＴＢが伝わり易くなる。
【実施例】
【0029】
上記実施形態の溝部を形成した絶縁性部材（歯車碍子）を用いたサージ防護素子について、本発明の実施例としてサージ印加を繰り返す寿命試験を行った際の放電開始電圧Ｖｓの変化を調べた結果を、図５に示す（図中、歯車碍子と記載する）。
なお、比較例として、溝部が無い絶縁性部材（丸碍子）を用いたサージ防護素子についても同様に寿命試験後の放電開始電圧Ｖｓの変化を調べた結果を、図６に示す（図中、丸碍子と記載する）。
なお、比較例として、溝部が無い絶縁性部材（丸碍子）を用いたサージ防護素子についても同様に寿命試験後の放電開始電圧Ｖｓの変化を調べた結果を、図６に示す（図中、丸碍子と記載する）。
【0030】
これらの結果から、溝部の無い丸碍子を用いた比較例では寿命試験回数１００回後で大きく放電開始電圧Ｖｓが低下しているのに対し、溝部の有る歯車碍子を用いた本発明の実施例では、寿命試験回数３００回後でも放電開始電圧Ｖｓの低下が抑制されていることが分かる。
【0031】
また、上記寿命試験回数３００回後に取り出した本発明の実施例の絶縁性部材について、その外周面の画像を、図７の（ａ）に示す。また、比較例においても、同様に取り出した絶縁性部材の外周面の画像を、図７の（ｂ）に示す。
上記比較例の丸碍子では、導電性飛散物が付着した飛散領域が外周面に広く全体的に分布しているのに対し、本発明の実施例の歯車碍子では、導電性飛散物が付着した飛散領域が外周面において溝部によって分断されて小さくなっていることが分かる。
上記比較例の丸碍子では、導電性飛散物が付着した飛散領域が外周面に広く全体的に分布しているのに対し、本発明の実施例の歯車碍子では、導電性飛散物が付着した飛散領域が外周面において溝部によって分断されて小さくなっていることが分かる。
【0032】
なお、本発明の技術範囲は上記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。
【符号の説明】
【0033】
１…サージ防護素子、２…絶縁性管、３…封止電極、４…放電電極、４ａ…放電電極の先端面、５…絶縁性部材、５ａ…溝部、ＡＸ１…絶縁性管の軸線、ＡＸ２…絶縁性部材の軸線、Ａ１…放電電極の先端面が直接対向した領域
【要約】
【課題】 サージによるダメージを軽減でき、放電開始電圧の変動を抑制す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面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、絶縁性管の軸線に対して直交した軸線を有した柱状であり、一対の放電電極間に露出した外周面に自身の軸線に沿って延在した溝部５ａが形成されている。
【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面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、絶縁性管の軸線に対して直交した軸線を有した柱状であり、一対の放電電極間に露出した外周面に自身の軸線に沿って延在した溝部５ａが形成されている。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
