JP2005071974A - サージアブソーバ - Google Patents

Abstract

【課題】放電によるダメージをガラス管に与える恐れがなく、小型化が図れ、製造が容易で低コスト化も図れるサージアブソーバを提供する。
【解決手段】一対の封止電極２０，２０の対向面にそれぞれ電極３０，３０を取り付け、これら一対の電極３０，３０を絶縁管４０の両側から挿入して所定距離離間して設置し、電極３０，３０を収納した絶縁管４０と封止電極２０，２０とをガラス管５０内に収容し、ガラス管５０の両端部と封止電極２０，２０間を封止してなるサージアブソーバ１０−１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、サージ電流を放電によって逃がすサージアブソーバに関するものである。

電子機器には、雷等によるサージ電流が侵入してこれを破壊する恐れがある。そこで従来、このサージ電流を放電によって逃がすためサージアブソーバが取り付けられ、電子機器の保護が図られている。

ここで従来のサージアブソーバは、図５に示すように、サージ吸収素子１００を所定のガスを充填したガラス管１１０内に収容し、ガラス管１１０の両端を封止電極１２０，１２０で封止すると共に封止電極１２０，１２０をサージ吸収素子１００の両端に取り付けた端子電極１０８，１０８に当接して構成されている。サージ吸収素子１００は、棒状の絶縁体１０１の表面に導電性皮膜１０３を形成し、その中央に導電性皮膜１０３を分割する放電トリガーギャップ１０５を設け、さらに両端にキャップ状の端子電極１０８，１０８を取り付けて構成されている。そして封止電極１２０，１２０に取り付けたリード端子１２１，１２１間にサージ電流が印加されると、まず放電トリガーギャップ１０５において放電が生じてガラス管１１０内の絶縁が破壊され、両端子電極１０８，１０８間で放電が開始する。

しかしながら上記従来のサージアブソーバにおいては、絶縁体１０１の表面に導電性皮膜１０３を形成してレーザーカットによって放電トリガーギャップ１０５を設けたり、サージ吸収素子１００の両端に端子電極１０８，１０８を取り付けたりする等、その製造が煩雑で、低コスト化が図れなかった。

また上記従来のサージアブソーバにおいては、サージ吸収時に、ガラス管１１０の内壁に沿うように放電光が放電されることで、ガラス管１１０にダメージが与えられ、このため繰り返してサージ電流が印加されるとガラス管１１０が破損されてしまう恐れがあった。

また上記従来のサージアブソーバにおいては、中央に設置したサージ吸収素子１００とその周囲を覆うガラス管１１０との間に放電に必要な空間を確保する必要から、ガラス管１１０の内径の小型化が制限され、このためサージアブソーバの小型化が図れなかった。
特開２００１−１３５４５５号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、製造が容易で低コスト化が図れるサージアブソーバを提供することにある。

また本発明の目的は、放電によるダメージをガラス管に与える恐れがなく、小型化が図れるサージアブソーバを提供することにある。

本願の請求項１に記載の発明は、対向面にそれぞれ電極を取り付けてなる一対の封止電極と、これら一対の電極をその両側に収納する絶縁管と、前記電極を収納した絶縁管と封止電極とを収納するとともに封止電極との間で封止されるガラス管とガラス管内に導入された所定のガスを具備してなることを特徴とするサージアブソーバである。

本願の請求項２に記載の発明は、前記絶縁管の内壁には、放電誘発用の導電粉が点在して付着されていることを特徴とする請求項１に記載のサージアブソーバである。

本願請求項３に記載の発明は、対向面にそれぞれ電極を取り付けてなる一対の封止電極と、これら一対の電極をその両側の面上に設置する絶縁板と、前記電極を設置した絶縁板と封止電極とを収納するとともに封止電極との間で封止されるガラス管とガラス管内に導入された所定のガスを具備してなることを特徴とするサージアブソーバである。

本願請求項４に記載の発明は、前記絶縁板の一対の電極を設置した面の中間部分には、放電誘発用の導電部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のサージアブソーバである。

請求項１に記載のサージアブソーバによれば、サージアブソーバの製造が容易になり、低コスト化が図れる。また絶縁管内において放電が行われるため、ガラス管の内壁に沿うように放電光が放電されることはなく、従ってガラス管にはダメージが与えられず、このため繰り返しサージ電流が印加されてもガラス管が破損することはない。また大きな電流を流しても破損しないので、耐圧性も向上する。またこのサージアブソーバにおいては、放電に必要な空間（放電空間）をその中心部分（絶縁管の内部）に確保でき、従ってガラス管の外径の小型化が図れ、サージアブソーバの小型化が図れる。

請求項２に記載のサージアブソーバによれば、絶縁管の内壁に導電粉を付着したので、サージアブソーバへのサージ電圧の印加速度が変化しても、その放電開始電圧を略一定に安定させることができる。

請求項３に記載のサージアブソーバによれば、サージアブソーバの製造が容易になり、低コスト化が図れる。また一部ではあるが一対の電極の周囲を絶縁板によって覆うので、ガラス管の内壁に沿う放電光が少なくなり、ガラス管へのダメージを減少でき、このため繰り返しサージ電流が印加されてもガラス管が破損することはない。

請求項４に記載のサージアブソーバによれば、絶縁板の一対の電極を設置した面の中間部分に放電誘発用の導電部を設けたので、サージアブソーバへのサージ電圧の印加速度が変化しても、その放電開始電圧を略一定に安定させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態にかかるサージアブソーバ１０−１の概略断面図である。同図に示すようにサージアブソーバ１０−１は、一対の封止電極２０，２０の対向面にそれぞれ電極３０，３０を取り付け、これら一対の電極３０，３０を絶縁管４０の両側から挿入して所定距離離間して設置し、前記電極３０，３０を収納した絶縁管４０と封止電極２０，２０とを所定のガスを充填した管（以下「ガラス管」という）５０内に収容し、ガラス管５０の両端部を前記封止電極２０，２０で封止して構成されている。封止電極２０，２０の外側面にはリード端子６０，６０が取り付けられている。以下各構成部品について説明する。

封止電極２０，２０は円柱状に形成されており、その材質はガラスとの密着度の高い特殊な金属（銅被覆鉄ニッケル合金線）であるジュメット線によって構成されている。

電極３０，３０は前記封止電極２０，２０よりも小径の円柱状に形成されており、その材質は金属、例えばニッケル、ニッケルクロム、タングステンによって構成されている。

絶縁管４０はその内径が前記電極３０の外径よりも少し大きく且つその外径が前記封止電極２０の外径よりも小さい円筒状に形成されており、その材質はセラミック、例えばアルミナによって構成されている。

ガラス管５０はその内径が前記封止電極２０の外径よりも少し大きい円筒状に形成されている。

次にこのサージアブソーバ１０−１の製造方法を説明する。まず図２（ａ）に示すように、予め一対の封止電極２０，２０の対向面にそれぞれ電極３０，３０を溶接（スポット溶接）によって取り付けておく。また封止電極２０，２０の反対側の面にそれぞれリード端子６０，６０を溶接（スポット溶接）によって取り付けておく。

そして図２（ａ）に矢印で示すように、前記一対の電極３０，３０を絶縁管４０の両端側から絶縁管４０内に挿入し、さらに図２（ｂ）に示すように、一対の封止電極２０，２０の外周を囲むようにガラス管５０を設置する。

そして図２（ｂ）に示す状態でガラス管５０の周囲の雰囲気を真空排気し、次に二酸化炭素や、アルゴンガス、窒素ガス、キセノンガス等の不活性ガスを導入してこれらのガスの雰囲気とした後、ガラス管５０をその周囲から加熱（例えば７００℃）し、これによってガラス管５０を軟化して収縮させ、封止電極２０，２０の外周に溶着させる。これによってガラス管５０の両端部が封止され、その内部は外部から完全に遮断され密封され、図１に示すサージアブソーバ１０−１が完成する。

即ち、このサージアブソーバ１０−１は、対向面にそれぞれ円柱状の電極３０，３０を取り付けてなる一対の電極３０の外径より大きい径を有する円柱状の封止電極２０，２０と、これら一対の電極３０，３０をその両側から中空内部に挿入・位置させて所定距離離間させる円筒状の絶縁管４０と、前記電極３０，３０を収納した絶縁管４０と封止電極２０，２０とを収納するとともに封止電極２０，２０の外周面とその内壁面との間が封止される円筒状のガラス管５０とを具備して構成されている。ここで封止電極２０の電極３０を取り付けた側の端面と、絶縁管４０の端面とは当接している。なおガラス管５０の内壁と絶縁管４０の外壁の間は所定寸法離間するように構成されている。これは両者の熱膨張係数が異なるため、両者が接触していると、ガラス管５０の両端部を封止する際の高熱によってガラス管５０が割れるのでこれを避けるためである。

そして以上のようにして構成されたサージアブソーバ１０−１のリード端子６０，６０間にサージ電流が印加されると、絶縁管４０内において放電が開始され、火花放電→グロー放電→アーク放電へと瞬時に変化しながら絶縁管４０内の空間の絶縁が破壊され、結局アーク放電によって両電極３０，３０間で放電が行われる。

このサージアブソーバ１０−１においては、強度の強い絶縁管４０内において放電が行われるため、絶縁管４０に比べて強度の弱いガラス管５０の内壁に沿うように放電光が放電されることはなく、従ってガラス管５０にはダメージが与えられず、このため繰り返しサージ電流が印加されてもガラス管５０が破損することはない。また大きな電流を流しても破損しないので、耐圧性も向上する。

またこのサージアブソーバ１０−１においては、絶縁管４０の両端を封止せず（絶縁管４０は、電極３０，３０やガラス管５０に固定されていない）、密着性の優れたガラス管５０と封止電極２０，２０とによってサージアブソーバ１０−１の内部を封止したので、サージアブソーバ１０−１の内部の密封が確実に行える。即ち本発明においては、セラミック製の絶縁管４０を電極３０に完全封止することが困難であることに鑑み、絶縁管４０と電極３０間を封止せず、別途これらを囲むガラス管５０と封止電極２０間を封止したのである。

またこのサージアブソーバ１０−１においては、その中心部分において放電が行われるので、放電に必要な空間（放電空間）をその中心部分（絶縁管４０の内部）に確保でき、従ってガラス管５０の外径の小型化が図れ、サージアブソーバ１０−１の小型化が図れる。

またこのサージアブソーバ１０−１の製造は、一対の封止電極２０，２０に取り付けた電極３０，３０を絶縁管４０の両側から挿入した上で、絶縁管４０と封止電極２０，２０とをガラス管５０内に収納してガラス管５０の両端部を封止電極２０，２０に封止するだけで容易に行え、図５に示す従来例のような導電性皮膜１０３の形成やレーザカット等は不要なので、低コスト化が図れる。

図３は本発明の他の実施の形態にかかるサージアブソーバ１０−２の概略断面図である。同図において図１に示すサージアブソーバ１０−１と同一又は相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。同図に示すサージアブソーバ１０−２において、前記図１に示すサージアブソーバ１０−１と相違する点は、電極３０の形状のみである。即ちこのサージアブソーバ１０−２に用いる電極３０はこれを球状に形成している。電極３０をこのように形成すれば、サージ電流が電極３０を構成する球面に垂直に入射するので、サージ電流の入射位置が一箇所に集中せず、球面に面状に分散して入射する。従って電極３０は破損しにくくなり、さらなるサージアブソーバ１０−２の高寿命化が図れる。なお球面状に形成する部分は電極３０の一部分でも良く、例えば一対の電極３０，３０の対向面を球面状にすれば良い。このとき電極３０は例えば半球状に構成する。また球面以外の湾極面で構成しても上記効果はある程度生じる。要は少なくとも一対の電極３０，３０の対向する面を湾極面形状に構成すれば良い。

図４は本発明のさらに他の実施の形態にかかるサージアブソーバ１０−３の概略断面図である。同図において図１に示すサージアブソーバ１０−１と同一又は相当部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。同図に示すサージアブソーバ１０−３において、前記図１に示すサージアブソーバ１０−１と相違する点は、絶縁管４０の内壁に、放電誘発用の導電粉７０を点在するように付着した点のみである。

ここで導電粉７０は、例えば平均粒径１５μｍ程度のカーボングラファイトやカーボンブラックの粉末であり、この粉末を例えば溶液中に分散させたものを絶縁管４０の内壁全体に塗布した後、前記溶液を蒸発させることによって付着させる。導電粉７０間には所定の離間距離があることが好ましく、特に内壁面全体に点在することが好ましい。このように導電粉７０を付着したのは、サージアブソーバ１０−３へのサージ電圧の印加スピードによって放電開始電圧が変化するのを防ぎ、その放電開始電圧を略一定に安定させるためである。

即ち一般にサージアブソーバに印加される電圧は、それが急激に印加されればされるほど、サージアブソーバにおける放電開始電圧は高くなる。実験によれば、前記図１に示すサージアブソーバ１０−１の場合、１００（Ｖ／ｓｅｃ）の割合でゆっくり印加電圧を上昇した場合は２（ｋＶ）で放電を開始したが、１０ｋ（Ｖ／μｓｅｃ）で急激に印加電圧を上昇した場合は４（ｋＶ）で放電を開始した。

そこでこの実施の形態では放電空間を形成する絶縁管４０の内壁に導電粉７０を点在させ、サージ電圧が印加された場合はまず比較的低い電圧で導電粉７０間に放電（火花放電やグロー放電）を開始させ、これによってスムーズ且つ迅速に両電極３０，３０間のアーク放電に移行させるようにしたのである。実験によれば、サージアブソーバ１０−３の場合、１００（Ｖ／ｓｅｃ）の割合でゆっくり印加電圧を上昇した場合は２（ｋＶ）で放電が開始し、一方１０ｋ（Ｖ／μｓｅｃ）で急激に印加電圧を上昇した場合は２．９（ｋＶ）で放電が開始した。即ち図１に示すサージアブソーバ１０−１に比べて短時間に高電圧が印加された場合でもその応答が遅くならない安定した特性となる。

図６は本発明の更に他の実施の形態にかかるサージアブソーバ１０−４の概略断面図（ガラス管５０のみを断面で示している）であり、図６（ａ）は概略平断面図、図６（ｂ）は概略側断面図である。なおこの実施の形態において前記各実施の形態と同一又は相当部分には同一符号を付す。同図に示すサージアブソーバ１０−４は、一対の封止電極２０，２０の対向面にそれぞれ電極３０，３０を取り付け、これら一対の電極３０，３０を絶縁板４０−４の面上の両側に所定距離離間して設置し、前記電極３０，３０を設置した絶縁板４０−４と封止電極２０，２０とを所定のガスを充填した管（以下「ガラス管」という）５０内に収容し、ガラス管５０の両端部を前記封止電極２０，２０で封止して構成されている。封止電極２０，２０の外側面にはリード端子６０，６０が取り付けられている。以下各構成部品について説明する。

封止電極２０，２０は前記各実施の形態と同様に円柱状に形成されており、その材質はガラスとの密着度の高い特殊な金属（銅被覆鉄ニッケル合金線）であるジュメット線によって構成されている。

電極３０，３０は前記各実施の形態と同様に前記封止電極２０，２０よりも小径の円柱状に形成されており、その材質は金属、例えばニッケル、ニッケルクロム、タングステンによって構成されている。

ここで図７は絶縁板４０−４の斜視図である。同図に示すように絶縁板４０−４は矩形状で平板状の基部４１−４を有し、この基部４１−４の上面（一対の電極３０，３０を設置する面）の長手方向に向かう左右両側辺の両端部から上方向に向けて四本の突起部４３−４を設けることで両端部の一対ずつの突起部４３−４の間にそれぞれ凹状の電極収納部４５−４を形成して構成されており、その材質はセラミック、例えばアルミナによって構成されている。電極収納部４５−４の幅Ｌ１は前記電極３０の外径寸法と略同一又は少しだけ大きい寸法に形成され、また電極収納部４５−４の高さＬ２は前記電極３０の外径寸法よりも少し小さい寸法に形成されている。また絶縁板４０−４の両電極収納部４５−４，４５−４間を結ぶ方向（長手方向）の長さＬ３は、この長さＬ３に一対の封止電極２０，２０の長さを加えた長さがガラス管５０の長さと略一致する寸法に形成されている。

一方絶縁板４０−４の基部４１−４の上面の中間部分には、放電誘発用の導電パターンからなる導電部４７−４が設けられている。この導電部４７−４はこの実施の形態ではカーボン皮膜によって構成されているが、他の各種導電材料によって形成しても良い。またこの実施の形態では導電部４７−４を絶縁板４０−４の長手方向に向かう直線状のパターンで構成しているが、複数の点状のパターンで構成しても良く、さらに前記図４に示すサージアブソーバ１０−３のように導電粉を点在するように付着させても良く、要は放電開始電圧を略一定に安定させることができるものであればどのような形状・構造・材質であっても良い。

ガラス管５０はその内径が前記封止電極２０の外径よりも少し大きい円筒状に形成されている。

次にこのサージアブソーバ１０−４の製造方法を説明する。まず図８に示すように、予め一対の封止電極２０，２０の対向面にそれぞれ電極３０，３０を溶接（スポット溶接）によって取り付けておく。また封止電極２０，２０の反対側の面にそれぞれリード端子６０，６０を溶接（スポット溶接）によって取り付けておく。そして図８に点線で示す治具８０に設けた、ガラス管５０を収納する寸法形状（円形）を有する収納穴８１に、一方の封止電極２０をその底まで収納し、次に収納した封止電極２０の外周を囲むようにガラス管５０を挿入し、次にガラス管５０内に絶縁板４０−４を挿入し、さらにもう一方の封止電極２０をガラス管５０内に挿入する。このとき両電極３０，３０は絶縁板４０−４の電極収納部４５−４内に収納された状態で絶縁板４０−４の上面に載置される。電極３０，３０の電極収納部４５−４，４５−４内への収納は、電極収納部４５−４の幅Ｌ１（図７参照）の寸法によって、電極収納部４５−４内に圧入する状態にもできるし、単に挿入する状態にもできる。また両封止電極２０，２０の対向する側の端面に絶縁板４０−４の両端面が当接することで、両電極３０，３０間の離間距離を正確に一定にできる。

そして図８に示す状態（又は図８に示す治具８０から取り出した状態）でガラス管５０の周囲の雰囲気を真空排気し、次に二酸化炭素や、アルゴンガス、窒素ガス、キセノンガス等の不活性ガスを導入してこれらのガスの雰囲気とした後、ガラス管５０をその周囲から加熱（例えば７００℃）し、これによってガラス管５０を軟化して収縮させ、封止電極２０，２０の外周に溶着させる。これによってガラス管５０の両端部が封止され、その内部は外部から完全に遮断され密封され、図６に示すサージアブソーバ１０−４が完成する。

即ち、このサージアブソーバ１０−４は、対向面にそれぞれ円柱状の電極３０，３０を取り付けてなる電極３０の外径より大きい径を有する一対の円柱状の封止電極２０，２０と、これら一対の電極３０，３０をその両側の面上に設置（載置）する絶縁板４０−４と、前記電極３０，３０を設置した絶縁板４０−４と封止電極２０，２０とを収納するとともに封止電極２０，２０の外周面とその内壁面との間が封止される円筒状のガラス管５０とを具備して構成されている。ここで封止電極２０の電極３０を取り付けた側の端面と、絶縁板４０−４の端面とは当接している。

そして以上のようにして構成されたサージアブソーバ１０−４のリード端子６０，６０間にサージ電流が印加されると、絶縁板４０−４の表面近傍において放電が開始され、火花放電→グロー放電→アーク放電へと瞬時に変化しながら絶縁板４０−４の表面近傍部分の空間の絶縁が破壊され、結局アーク放電によって両電極３０，３０間で放電が行われる。

このサージアブソーバ１０−４の製造は、一対の封止電極２０，２０に取り付けた電極３０，３０を絶縁板４０−４の両側の面上に設置した上で、絶縁板４０−４と封止電極２０，２０とをガラス管５０内に収納してガラス管５０の両端部を封止電極２０，２０に封止するだけで容易に行え、図５に示す従来例のような導電性皮膜１０３の形成やレーザカット等は不要なので、低コスト化が図れる。

また一部ではあるが一対の電極３０，３０の周囲を絶縁板４０−４によって覆うので、ガラス管５０の内壁に沿う放電光が少なくなり、ガラス管５０へのダメージを減少でき、このため繰り返しサージ電流が印加されてもガラス管５０が破損することはない。

またこのサージアブソーバ１０−４によれば、絶縁板４０−４の一対の電極３０，３０を設置した面の中間部分に放電誘発用の導電部４７−４を設けたので、サージアブソーバ１０−４へのサージ電圧の印加速度が変化しても、その放電開始電圧を略一定に安定させることができる。

以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造や材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。例えば、サージアブソーバを構成する封止電極２０，電極３０，絶縁管４０，絶縁板４０−４，ガラス管５０等の各種部品の材質、形状、構造に種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施の形態にかかるサージアブソーバ１０−１の概略断面図である。 サージアブソーバ１０−１の製造方法説明図である。 本発明の他の実施の形態にかかるサージアブソーバ１０−２の概略断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態にかかるサージアブソーバ１０−３の概略断面図である。 従来のサージアブソーバの概略断面図である。 本発明の更に他の実施の形態にかかるサージアブソーバ１０−４の概略断面図（ガラス管５０のみを断面で示している）であり、図６（ａ）は概略平断面図、図６（ｂ）は概略側断面図である。 絶縁板４０−４の斜視図である。 サージアブソーバ１０−４の製造方法説明図である。

符号の説明

１０−１ サージアブソーバ
２０ 封止電極
３０ 電極
４０ 絶縁管
５０ ガラス管
１０−２ サージアブソーバ
１０−３ サージアブソーバ
７０ 導電粉
１０−４ サージアブソーバ
４０−４ 絶縁板
４１−４ 基部
４３−４ 突起部
４５−４ 電極収納部
４７−４ 導電部

Claims (4)

1. 対向面にそれぞれ電極を取り付けてなる一対の封止電極と、これら一対の電極をその両側に収納する絶縁管と、前記電極を収納した絶縁管と封止電極とを収納するとともに封止電極との間で封止されるガラス管とガラス管内に導入された所定のガスを具備してなることを特徴とするサージアブソーバ。
2. 前記絶縁管の内壁には、放電誘発用の導電粉が点在して付着されていることを特徴とする請求項１に記載のサージアブソーバ。
3. 対向面にそれぞれ電極を取り付けてなる一対の封止電極と、これら一対の電極をその両側の面上に設置する絶縁板と、前記電極を設置した絶縁板と封止電極とを収納するとともに封止電極との間で封止されるガラス管とガラス管内に導入された所定のガスを具備してなることを特徴とするサージアブソーバ。
4. 前記絶縁板の一対の電極を設置した面の中間部分には、放電誘発用の導電部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のサージアブソーバ。

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