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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Überspannungs/Spannungsspitzenabsorber, der verschiedene Ausrüstung gegen eine Überspannung schützt, die durch Blitze oder dergleichen erzeugt wird, und der verwendet wird, um zu verhindern, dass es zu einem Unfall kommt.
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Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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Ein Überspannungsabsorber ist verbunden mit einem Teil, an dem elektronische Ausrüstung für Kommunikationsvorrichtungen wie etwa Telefone, Faxmaschinen, Modems und dergleichen in Kontakt mit der Kommunikationsleitung steht, und einem Teil, wie etwa Stromleitungen, Antennen, Kathodenstrahlröhren Antriebsschaltungen und dergleichen, der für einen elektrischen Schock aufgrund abnormaler Überspannung (Stromstoßspannung) wie etwa Blitzüberspannung, statische Elektrizität oder dergleichen anfällig ist, um zu verhindern, dass eine elektronische Ausrüstung oder eine in einer elektronischen Ausrüstung montierte gedruckte Schaltungsplatine aufgrund eines thermischen Schadens oder von Zündungen, die durch abnormale Überspannung verursacht sind, beschädigt wird.
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Konventionellerweise schlägt Patentdokument 1 als einen Überspannungsabsorber mit einer guten Responsivität einen Überspannungsabsorber vor, der ein Überspannungsabsorbierendes Element einsetzt, das einen Mikrospalt aufweist. Der Überspannungsabsorber ist ein Überspannungsabsorber vom Entladungstyp, in dem ein sogenannter ”Mikrospalt” auf der Umfangsoberfläche einer keramischen Komponente ausgebildet ist, die eine zylindrische isolierende Komponente ist, die mit einer leitfähigen Beschichtung versehen ist, ein Überspannungs-absorbierendes Element mit einem Paar von Haubenelektroden auf den entgegengesetzten Enden der keramischen Komponente ist in einem Glasrohr zusammen mit einem Entladungssteuergas untergebracht, und eine Dichtungselektrode mit Anschlussdrähten an den entgegengesetzten Enden des zylindrischen Glasrohrs ist unter einer Hochtemperaturerhitzung versiegelt.
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Andererseits schlägt Patentdokument 2 ein Überspannungsabsorbierendes Element vom Entladungstyp vor, das eine Kohlenstoffauslöseleitung (Triggerleitung) aufweist, die eine Mehrzahl von Entladungselektroden, die aus stabförmigen Entladungbasen bestehen, einander zugewandt über einen Entladungsspalt angeordnet sind und das dann in einem gasdichten Behälter zusammen mit Entladungsgas abgedichtet wird. Im Überspannungs-absorbierenden Element vom Entladungstyp, bei dem ein Bleianschluss, der mit dem unteren Ende der Elektrodenbasis verbunden ist, nach außerhalb des gasdichten Behälters geleitet wird, ist eine aus Kohlenstoffleitungen gefertigte Auslöseelektrode auf der dielektrischen Substratbasisoberfläche innerhalb des gasdichten Behälters in einer Mikro-beabstandeten Beziehung zu jeder der Entladungselektroden vorgesehen.
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[Dokumente des Stands der Technik]
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[Patentdokumente]
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- Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-282216
- Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 2745393
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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(Durch die Erfindung zu lösende Probleme)
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In den oben beschriebenen konventionellen Technologien bleiben die folgenden Probleme noch. Im, im Patentdokument 1 offenbarten Mikrospalttyp-Überspannungsabsorber können interne Elemente ernstlich beschädigt werden, wenn eine Stromspitze mit einem langen Wellenschwanze hinein kommt. Auch muss in dem in Patentdokument 2 offenbarten Kohlenstoffauslöseleitungstyp-Überspannungsabsorber eine vorstehende Elektrode zum Abbilden einer Hauptentladung vorgesehen sein, wie auch eine Entladungshilfe an der Spitze der vorstehenden Elektrode angelegt werden muss, um die Zündfunkenüberspannung zu stabilisieren, was zu einem Anstieg der Herstellkosten führt.
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Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Umstände gemacht worden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Überspannungsabsorber bereitzustellen, der eine Spannungsspitze mit einem langen Wellenschwanz absorbieren kann, wobei eine stabile Überschlagspannung erhalten wird, ohne eine Entladungshilfe an Elektroden anzulegen.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Die vorliegende Erfindung setzt die folgende Struktur ein, um die oben erwähnten Probleme zu lösen. Spezifischer beinhaltet der Überspannungsabsorber der vorliegenden Erfindung ein Paar von Anschlusselektrodenelementen, die zueinander gegenüberliegend sind; und ein Isolationsrohr, das an den entgegengesetzten Enden des Paars von Anschlusselektrodenelementen angeordnet ist, um so Entladungssteuergas im Inneren des Überspannungsabsorbers zu enthalten, wobei ein Buckelelektrodenelement mit einem expandierten Zentralbereich auf den inneren Oberflächen des Paars von Anschlusselektrodenelementen ausgebildet ist und das Buckelelektrodenelement Metall enthält, das mehr Elektronen emittieren kann als die Anschlusselektrodenelemente.
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Im Überspannungsabsorber sind die Buckelelektrodenelemente mit einem expandierten Zentralbereich auf den inneren Oberflächen eines Paars von Anschlusselektrodenelementen ausgebildet. Somit kann der Überspannungsabsorber leicht in einer einfachen Konfiguration hergestellt werden. Zusätzlich, da sich das elektrische Feld an den expandierten Zentralbereichen der Buckelelektrodenelemente konzentriert und somit leicht dadurch entladen werden kann, kann der Überspannungsabsorber eine Spannungsspitze mit einem langen Wellenschwanz absorbieren. Auch wird, da die Buckelelektrodenelemente Metall enthalten, das mehr Elektronen emittieren kann als die Anschlusselektrodenelemente, eine stabile Übersschlagpannung erhalten, ohne eine Entladungshilfe an die Buckelelektrodenelemente anzulegen.
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Auch ist der Überspannungsabsorber der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Buckelelektrodenelemente aus einem Hartlotmaterial hergestellt sind, das das Anschlusselektrodenelement mit dem Isolationsrohr bondiert und die Buckelelektrodenelemente in einem aufgewölbten Zustand durch die Oberflächenspannung desselben auf den inneren Oberflächen der Anschlusselektrodenelemente ausgebildet werden, wenn das Hartlotmaterial geschmolzen worden ist. Spezifischer können im Überspannungsabsorber, da die Buckelelektrodenelemente in einem aufgewölbten Zustand durch die Oberflächenspannung derselben auf den inneren Oberflächen der Anschlusselektrodenelemente ausgebildet werden, wenn das Hartlotmaterial zum Anhaften geschmolzen ist, die Buckelelektrodenelemente mit einem expandierten Zentralbereich leicht synchron mit der Adhäsion der Anschlusselektrodenelemente am Isolationsrohr ausgebildet werden.
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Weiterhin ist der Überspannungsabsorber der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Buckelelektrodenelemente durch ein Ag-enthaltendes Lötmaterial ausgebildet werden. Spezifischer kann im Überspannungsabsorber, da die Buckelelektrodenelemente durch ein Ag enthaltendes Lötmaterial ausgebildet werden, eine stabile Zündfunkenüberspannung leicht erhalten werden, weil im Lötmaterial enthaltenes Ag eine hohe elektrische Emissionsleistung aufweist.
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Der Überspannungsabsorber der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslösebereich, der aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist, an den inneren Randoberflächen des Isolationsrohrs und am Zwischenbereich zwischen einem Paar von Anschlusselektrodenelementen vorgesehen ist. Spezifischer wird, da im Überspannungsabsorber ein aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellter Auslösebereich an den inneren peripheren Oberflächen des Isolationsrohrs und einem Zwischenbereich zwischen einem Paar der Anschlusselektrodenelemente vorgesehen ist, die Responsivität gegenüber der Impulsspannung durch die Auslöserentladung über den Auslöserteil verbessert.
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Zusätzlich ist der Überspannungsabsorber der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationsrohr durch ein quadratisches keramisches Material ausgebildet wird. Spezifischer kann, da im Überspannungsabsorber das Isolationsrohr durch ein quadrratisches keramisches Material ausgebildet wird, ein hoch zuverlässiges Isolationsrohr erhalten werden, im Vergleich zu einem Glasrohr oder dergleichen, das auch leicht Oberflächen-montiert werden kann, aufgrund einer chipartigen oder blockartigen Form.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung können die folgenden Wirkungen bereitgestellt werden.
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Spezifischer werden gemäß dem Überspannungsabsorber der vorliegenden Erfindung Buckelelektrodenelemente mit einem erweiterten Zentralbereich auf den inneren Oberflächen des Paars von Anschlusselektrodenelementen ausgebildet und die Buckelelektrodenelemente enthalten Metall, das zum Emittieren von mehr Elektronen als die Anschlusselektrodenelemente in der Lage ist. Daher kann der Überspannungsabsorber leicht in einer simplen Konfiguration produziert werden, wie es auch eine Spannungsspitze mit einem langen Wellenschwanz absorbieren kann, wodurch eine stabile Überschlagsspannung erhalten werden kann.
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(Kurze Beschreibung der Zeichnungen)
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1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Überspannungsabsorber gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die den Überspannungsabsorber gemäß der vorliegenden Ausführungsform illustriert.
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3 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die ein Verfahren zum Erzeugen eines Überspannungsabsorbers gemäß der vorliegenden Ausführungsform illustriert.
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4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel des konventionellen Überspannungsabsorbers gemäß Vergleichsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung illustriert.
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5 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines konventionellen Überspannungsabsorbers gemäß Vergleichsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung illustriert.
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(Beste Modi zum Ausführen der Erfindung)
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Nachfolgend wird ein Überspannungsabsorber gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. In den in der nachfolgenden Beschreibung verwendeten Zeichnungen wird der Maßstab jeder Komponente nach Bedarf geändert, so dass jede Komponente erkennbar ist oder leicht erkannt wird.
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Wie in den 1 bis 3 gezeigt, beinhaltet der Überspannungsabsorber 1 der vorliegenden Erfindung ein Paar von Anschlusselektrodenelementen 2, die zueinander gegenüberliegend sind; und ein Isolationsrohr 3, auf dem das Paar von Anschlusselektrodenelementen 2 auf gegenüberliegenden Enden desselben angeordnet ist, und das ein darin eingeschlossenes Entladungssteuergas aufweist.
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Buckelelektrodenelemente 4 mit einem erweiterten Zentralbereich 4a sind auf den inneren Oberflächen des Paars von Anschlusselektrodenelementen 2 ausgebildet.
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Die Buckelelektrodenelemente 4 sind aus einem Hartlötmaterial 5 hergestellt, das die Anschlusselektrodenelemente 2 mit dem Isolationsrohr 3 bondiert, und die Buckelelektrodenelemente 4 sind in einem aufgewölbten Zustand durch deren Oberflächenspannung auf den inneren Oberflächen der Anschlusselektrodenelemente 2 ausgebildet, wenn das Hartlötmaterial 5 geschmolzen worden ist. Weiterhin enthält das Buckelelektrodenelement 4 Metall, das mehr Elektronen emittieren kann als die Anschlusselektrodenelemente 2. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Buckelelektrodenelemente 4 durch ein Ag-Cu-Hartlötmaterial als ein Ag enthaltendes Hartlötmaterial ausgebildet.
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Ein Isolationsrohr 3 wird durch ein hohles quadratisches keramisches Material mit einem polygonalen Profil ausgebildet. Auch wird ein aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellter Auslösebereich an den inneren peripheren Oberflächen des Isolationsrohrs 3 und am Zwischenbereich zwischen dem Paar von Anschlusselektrodenelementen 2 vorgesehen. Als das Isolationsrohr 3 wird vorzugsweise ein keramisches Material verwendet, aber auch ein Glasrohr, wie etwa ein Bleiglas oder dergleichen, kann eingesetzt werden.
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Der Auslöserbereich 6 ist ein durch ein Kohlenstoffmaterial ausgebildeter Kohlenstoffauslöser und kann außer einer Ellipsenmembranform, wie in 1 gezeigt, in einer anderen, linearen Form ausgebildet sein.
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Die Anschlusselektrodenelemente 2 sind Entladungselektroden und an den gegenüberliegenden Enden des Isolationsrohrs 3 durch das Hartlötmaterial 5 versiegelt.
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Beispiele des zuvor genannten Entladungssteuergases beinhalten Inertgase wie etwa He, Ar, Ne, Xe, SF6, CO2, C3F8, C2F6, CF4, H2 und ein daraus gemischtes Gas.
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Zur Herstellung des Überspannungsabsorbers 1 wird das Isolationsrohr 3, dessen innere Oberfläche aus dem Auslöserbereich 6 geformt ist, vorbereitet, Luft innerhalb des Isolationsrohrs 3 wird durch ein vorbestimmtes Entladungssteuergas (z. B. Ar) substituiert und dann werden die Anschlusselektrodenelemente 2 an den entgegengesetzten Enden des Isolationsrohrs 3 in dem Zustand, in dem das Hartlötmaterial 5 mit einer vorbestimmten Dicke an der Verbindungsoberfläche und der inneren Oberfläche der Anschlusselektrodenelemente 2 angeordnet ist, angebracht und unter Druck erhitzt. Auf diese Weise wird das Hartlötmaterial 5 geschmolzen und in engen Kontakt mit den Anschlusselektrodenelementen 2 zum Abdichten gebracht, wodurch der Überspannungsabsorber 1, bei dem das Entladungssteuergas innerhalb des Isolationsrohrs 3 abgedichtet ist, erhalten wird.
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Wenn die Verbindung durchgeformt ist, wird das geschmolzene Hartlötmaterial 5 gegen das Ende des Isolationsrohrs 3 gepresst, um damit in das Isolationsrohr 3 gedrückt zu werden, und dann werden die Buckelelektrodenelemente 4 durch eine Oberflächenspannung in eine konvexe Form mit einem Zentralbereich 4a derselben expandiert ausgebildet, um dadurch ausgehärtet zu werden. Dicke, Material, Hitzebedingung und dergleichen des Hartlötmaterials 5 können abhängig vom Innendurchmesser des Isolationsrohrs 3 oder des Ausdehnungsgrades, der durch die Oberflächenspannung verursacht wird, bestimmt werden. Wenn das Hartlötmaterial 5 durch die Oberflächenspannung expandiert wird, werden die Buckelelektrodenelemente 4 eingerichtet, um in einer konvexen Form ausgebildet zu werden, wie etwa einer bogenförmigen Querschnittsform mit einem expandierten Zentralbereich 4a anstelle eines trapezoiden Querschnittsform.
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Der Grund für ein solches Arrangement ist der Folgende. Falls ein Elektrodenelement einen trapezförmigen Querschnitt aufweist, bei dem das Hartlötmaterial 5 einfach durch die Oberflächenspannung expandiert ist, aber keinen expandierten Zentralbereich aufweist, konzentriert sich ein elektrisches Feld nicht daran, weil der Zentralbereich eine flache Oberfläche ist, wodurch ein gewünschtes Entladungsmerkmal nicht erhalten werden kann.
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Wie oben beschrieben, obwohl das Hartlötmaterial 5 separat von den Anschlusselektrodenelementen 2 installiert werden kann, kann das Hartlötmaterial 5 mit der Verbindungsoberfläche der Anschlusselektrodenelemente 2 vorab verbunden werden, um so eine Zweischichtstruktur aufzuweisen und dann Schmelzen und Verbinden unterworfen werden.
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Im Überspannungsabsorber 1 wird, wenn die Überspannung oder der Überstrom eindringt, die Auslöserentladung zuerst zwischen den Buckelelektrodenelementen 4 und dem Auslöserbereich 6 durchgeführt, und dann entwickelt sich die Entladung weiter zwischen einem Paar von Buckelelektrodenelementen 4 und somit wird die Spannungsspitze absorbiert.
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Auf diese Weise werden im Überspannungsabsorber 1 der vorliegenden Ausführungsform die Buckelelektrodenelemente 4 mit einem expandierten Zentralbereich 4a auf den inneren Oberflächen eines Paars von Anschlusselektrodenelementen 2 ausgebildet. So kann der Überspannungsabsorber 1 leicht in einer simplen Konfiguration hergestellt werden. Zusätzlich, da das elektrische Feld sich auf den expandierten Zentralbereich 4a der Buckelelektrodenelemente 4 konzentriert und somit leicht dadurch entladen werden kann, kann der Überspannungsabsorber eine Spannungsspitze mit einem langen Wellenschwanz absorbieren.
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Auch wird, da die Buckelelektrodenelemente 4 Metall enthalten, das mehr Elektronen emittieren kann, als die Anschlusselektrodenelemente 2, eine stabile Überschlagsspannung erhalten, ohne eine Entladungshilfe an die Buckelelektrodenelemente 4 anzulegen. Insbesondere da die Buckelelektrodenelemente 4 durch das Ag-enthaltende Hartlötmaterial 5 ausgebildet sind, kann eine stabile Überschlagsspannung leicht erhalten werden, weil im Hartlötmaterial 5 enthaltenes Ag eine hohe Elektronenemissionsleistung aufweist.
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Weiterhin, da die Buckelelektrodenelemente 4 in einem gewölbten Zustand durch deren Oberflächenspannung auf den inneren Oberflächen der Anschlusselektrodenelemente 2 ausgebildet werden, wenn das Hartlötmaterial 5 zur Anhaftung geschmolzen worden ist, können die Buckelelektrodenelemente 4 mit einem expandierten Zentralbereich 4a leicht synchron mit dem Anheften der Anschlusselektrodenelemente 2 am Isolationsrohr 3 ausgebildet werden.
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Da der aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellte Auslöserbereich 6 auf den inneren peripheren Oberflächen des Isolationsrohrs 3 und am Zwischenbereich zwischen einem Paar von Anschlusselektrodenelementen 2 vorgesehen ist, wird die Responsivität der Impulsspannung durch die Auslöserentladung über den Auslöserbereich 6 verbessert.
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Da das Isolationsrohr 3 durch ein quadratisches Keramikmaterial ausgebildet wird, kann ein hoch zuverlässiges Isolationsrohr erhalten werden, bei Vergleich mit einem Glasrohr oder dergleichen, und kann auch einfach Oberflächenmontiert werden, aufgrund einer chipartigen oder blockartigen Form.
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(Beispiel 1)
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Als Nächstes wird der Überspannungsabsorber der vorliegenden Erfindung spezifisch unter Bezugnahme auf das Evaluierungsergebnis des beispielhaft tatsächlich hergestellten Überspannungsabsorbers, basierend auf der zuvor genannten Ausführungsform, beschrieben.
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Für den Überspannungsabsorber der vorliegenden Erfindung gemäß Beispiel 1 wurde das Impulsverhältnis (”Impuls-Überspannung”/”Gleichstrom-Überspannung”) gemessen. Man beachte, dass, je näher das Impulsverhältnis an Eins ist, desto besser die Responsivität wird. Der angelegte Impuls betrug 5 kV mit einer Spannungswellenform von 1,2/50. Weiterhin wurde eine Degradierung gemessen, wenn die angelegte Spannungsspitze 5 kV bei 10/700 μs betrug. Diese Evaluierungsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt.
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Als Vergleichsbeispiele wurden ein konventioneller Überspannungsabsorber vom Mikrospalttyp 11 (Vergleichsbeispiel 1), bei dem eine zylindrische Isolationskomponente 17, auf der eine Mehrzahl von Mikrospalten 17a ausgebildet ist, angeordnet ist und zwischen einem Paar von Anschlusselektrodenelementen 2 versiegelt ist, wie in 4 gezeigt, und ein konventioneller Überspannungsabsorber vom Arrestortyp 21 (Vergleichsbeispiel 2), der ein Paar konvexer Elektrodenelemente 27 enthält, die von einem Paar von Anschlusselektrodenelementen 22 in einer entgegengesetzten Weise vorragen, und indem der Auslöserbereich 6 auf der inneren Oberfläche des Isolationsrohrs 3 ausgebildet ist, wie in 5 gezeigt, hergestellt, und auch ihre Evaluierungsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
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Im Vergleichsbeispiel 1 hat die als ein Isolator dienende Isolationskomponente 17 einen Durchmesser von 1 mm und es sind sieben Mikrospalten 17a von 50/20 μm darauf ausgebildet. In
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5 sind aus Gründen der Einfachheit nur vier Mikrospalte
17a gezeigt. Tabelle 1
| | Beispiel 1 | Vergleichs-Beispiel 1 | Vergleichs-Beispiel 2 |
| Herstellbedingungen | Hartlot-Material; Ag-Cu | Überspannungsabsorber vom Mikrospalttyp
Durchmesser Isolator:
1 mm
50/20 μm × 7 | Arrestor |
| Impulsverhältnis | 1,2 | 2,0 | 4 |
| 10/700 Angelegt: 5 kV | Keine Degradierung | Degradiert | Keine Degradierung |
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Als ein Ergebnis der Evaluierung betrug das Impulsverhältnis von Beispiel 1 1,2, betrug das Impulsverhältnis von Vergleichsbeispiel 1 2,0 und betrug das Impulsverhältnis von Vergleichsbeispiel 2 4. Wie oben beschrieben, wird gefunden, dass Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung ein kleineres Impulsverhältnis (nahe an 1) als die Vergleichsbeispiele 1 und 2 hat, und damit eine Hochgeschwindigkeits-Responsivität aufweist.
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Nach Spannungsspitzenanlegen wurde keine Degradierung im Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 gefunden, während im Vergleichsbeispiel 1 eine Degradierung gefunden wurde.
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Wie oben beschrieben, wird gefunden, dass Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung exzellente Responsivität zeigt und hohe Spannungsspitzentoleranz aufweist.
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Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt, sondern die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weisen geändert werden, ohne vom Umfang oder der Lehre der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 11, 21
- Überspannungsabsorber
- 2
- Anschlusselektrodenelemente
- 3
- Isolationsrohr
- 4
- Buckelelektrodenelemente
- 4a
- zentraler Bereich des Buckelelektrodenelements
- 5
- Hartlötmaterial
- 6
- Auslöserbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003-282216 [0004]
- JP 2745393 [0004]