(57)【要約】      （修正有）【課題】電極間に直流高電圧が印加されて場合のアークの巨大化による素子の焼損を未然に防止するようにしたサージ防護素子を提供する。【解決手段】非直線性抵抗特性を有するバリスタエレメント３０Ａと、このバリスタエレメント３０Ａに接続された一対の電極１０Ａ，２０Ａと、を有するサージ防護素子としてのバリスタ１００Ａにおいて、一対の電極１０Ａ，２０Ａのうち少なくとも一方の電極１０Ａに二つの板状端子１１Ａ，１２Ａを設け、これらの端子１１Ａ，１２Ａを共通接続して端子１１Ａ，１２Ａと他方の電極２０Ａの端子２１Ａとの間に直流電圧が印加されるように構成されている。これにより、端子１１Ａ，１２Ａと端子２１Ａとの間に直流の高電圧が印加された場合のアークの巨大化によるバリスタ１００Ａの焼損を未然に防止する。【選択図】図１
2014220352.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サージ吸収特性を有するエレメントと、このエレメントに接続された一対の電極と、を有するサージ防護素子において、
前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極に複数の端子を設け、前記複数の端子を共通接続して前記複数の端子と他方の電極の端子との間に直流高電圧が印加されるように構成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に記載したサージ防護素子において、
前記エレメントが非直線性抵抗特性を有するバリスタエレメントであり、このバリスタエレメントと前記一対の電極により、バリスタとして構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または２に記載したサージ防護素子において、
前記端子が、板状端子またはリード線端子であ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、他の分離器（外付けまたは内蔵）によって遮断するまでの間、短絡故障時のアークに起因した電極の破壊や溶融、素子の焼損を防止することができるサージ防護素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
サージ防護素子としての酸化亜鉛バリスタ（以下、単にバリスタともいう）は、その非直線性抵抗特性を利用してサージを吸収することにより、直撃雷や誘導雷、静電気放電による過電圧、過電流から電気・電子部品や各種回路を保護する素子として広く用いられている。
通常、バリスタは、酸化亜鉛を主成分としたセラミックス製のバリスタエレメントを一対の電極により挟み込んで構成されており、このバリスタにヒューズ等を組み合わせたサージ防護装置（ＳＰＤ）を電源と被保護回路との間に接続し、雷サージ等による過電圧、過電流から被保護回路を保護している。
【０００３】
ここで、雷サージ電流は一方の電極から流入し、バリスタエレメントを介して他方の電極から流出するが、バリスタが短絡故障すると、電源電圧と回路インピーダンスに応じて決まる大きさの短絡電流がバリスタに通流し、これに起因してバリスタの電極にアークが発生する。
ここで、図３は、バリスタの電極にアークが発生して巨大化していくときのメカニズムを示す概念図である。
【０００４】
図３（ａ）において、１００は、一対の電極１０，２０及びバリスタエレメント３０からなるバリスタであり、１１，２１は板状端子である。
いま、一方の電極１０の端子１１からバリスタエレメント３０を介して他方の電極２０の端子２１側に短絡電流が流れると、例えば端子１１の根元部１１ａに貫通孔ができ、この貫通孔においてアークが発生する。このアークの熱により貫通孔の周囲の電極材料が溶けていき、遂には図３（ｂ）に示すように、端子１１が電極１０から切断され、分離してしまう。
【０００５】
このとき、端子１１，２１間に交流電源電圧（例えば１００／２００／４００[Ｖ]系）が印加されているのであれば、電源電圧のゼロクロスによりアークが消弧されるので、アークが巨大化するおそれはない。
しかし、太陽光発電設備のように、端子１１，２１間に直流高電圧（例えば６００／１０００ [Ｖ]系）が印加されている場合、アークによって端子１１が切断された後もアークの両端に高電圧が印加され続けるため、アークは消弧されずに更に電極材料を溶かしていく。そして、図３（ｃ）に示すように、端子１１と電極１０との間の距離が延びて行くことでアークが一層巨大化し、この巨大化したアークの熱によってバリスタ１００自体が瞬時に焼損する事態に至る。
【０００６】
バリスタに過電流が流れた時のバリスタの焼損を防止する従来技術として、特許文献１に記載された「電子部品及びその製造方法」が公知となっている。
この従来技術は、バリスタエレメントを難燃性のシリコーンゴムからなる外装材により被覆すると共に、リード線導出部を他の部分よりも機械的に脆弱にしたものである。
この従来技術によれば、過電流の通流時に外装材の焼損を防ぐことができ、仮に外装材を破断させるような内圧の上昇があった場合でも、脆弱なリード線導出部が破断して内圧を開放し、飛散物をリード線導出方向のみに放出させて周囲への飛散を防止することができる。  
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８６９８６号公報（段落［００１６］〜［００２４］、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された従来技術では、バリスタの焼損や内容物が周囲に飛散するのをある程度防止することができるが、その過電圧試験（段落［００２９］〜［００３５］）の内容から明らかなように、特許文献１ではバリスタに交流の過電圧が印加される場合を想定しており、前述したように直流高電圧が印加された時のアークの発生、及びその巨大化によるバリスタの焼損対策については何ら言及されていない。
【０００９】
そこで、本発明の解決課題は、電極間に直流高電圧が印加された場合のアークの巨大化による素子の焼損を未然に防止するようにしたサージ防護素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、サージ吸収特性を有するエレメントと、このエレメントに接続された一対の電極と、を有するサージ防護素子において、
前記一対の電極のうち少なくとも一方の電極に複数の端子を設け、前記複数の端子を共通接続して前記複数の端子と他方の電極の端子との間に直流高電圧が印加されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載したサージ防護素子において、前記エレメントが非直線性抵抗特性を有するバリスタエレメントであり、このバリスタエレメントと前記一対の電極により、バリスタとして構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載したサージ防護素子において、前記端子が、板状端子またはリード線端子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、バリスタ等のサージ防護素子の一方の電極に複数の端子を設け、これら複数の端子を共通接続するものである。このため、仮に複数の端子と他方の電極側の端子との間に直流の高電圧が印加されて一方の電極側にアークが発生し、複数の端子のうちの一部の端子が切断されたとしても、この一部の端子と残りの端子とは同電位に保たれるので、アークの成長、巨大化が防止され、アークの熱による電極の溶融や素子の焼損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態におけるアーク発生のメカニズムを示す概念図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るバリスタの正面図である。
【図３】従来技術において、アークが巨大化するときのメカニズムを示す概念図である。
【図４】他の従来技術の説明図である。
【図５】他の従来技術の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るサージ防護素子としてのバリスタと、その電極におけるアーク発生のメカニズムを示す概念図である。まず、この実施形態のバリスタの構造を図１（ａ）に基づいて説明する。
【００１６】
図１（ａ）において、１００Ａは、一対の電極１０Ａ，２０Ａ及びバリスタエレメント３０Ａからなるバリスタである。ここで、一方の電極１０Ａは、二つの板状端子１１Ａ，１２Ａを備えているのに対し、他方の電極２０Ａは、図３と同様に単一の板状端子２１Ａを備えている。
このバリスタ１００Ａは、例えば、ＳＰＤに組み込んだ場合に、共通接続される端子１１Ａ，１２Ａと他方の端子２１Ａとの間に直流の電源電圧（例えば６００／１０００ [Ｖ]系）が印加されるように使用される。
【００１７】
上記構成において、一方の電極１０Ａの端子１１Ａ，１２Ａからバリスタエレメント３０Ａを介して他方の電極２０Ａの端子２１Ａ側に短絡電流が流れ、例えば端子１１Ａの根元部１１ａに貫通孔ができたとする。このとき、本実施形態では、同じ電極１０Ａの他方の端子１２Ａも前記端子１１Ａと同電位であるため、貫通孔のアーク熱により図１（ｂ）に示すように端子１１Ａが切断されたとしても、端子１１Ａと端子１２Ａすなわち電極１０Ａとは同電位であるから、アークがそれ以上、成長して巨大化するおそれはない。
このため、電極１０Ａが更に溶融したり、バリスタ１００Ａが焼損したりするのを防止することができる。
【００１８】
次に、図２を参照しつつ、本発明の第２実施形態を説明する。この実施形態は、円盤状のバリスタエレメントとその表裏に接続された一対の電極とを有するバリスタに本発明を適用した場合のものである。
図２において、１００Ｂは、バリスタエレメント３０Ｂと、その表裏に接続された一対の電極１０Ｂ，２０Ｂとを有するバリスタである。なお、バリスタエレメント３０Ｂ、及び、バリスタエレメント３０Ｂと電極１０Ｂ，２０Ｂとの接続部は、外装材によって被覆されている。
【００１９】
一方の電極１０Ｂは、一対のリード線端子１１Ｂ，１２Ｂを備えていると共に、他方の電極２０Ｂは単一のリード線端子２１Ｂのみを備えている。ここで、リード線端子１２Ｂは、例えば外装材の内側において電極１０Ｂに半田により半田付けされており、リード線端子１１Ｂ，１２Ｂ，２１Ｂは、図１における板状端子１１Ａ，１２Ａ，２１Ａと同様の役割を持つ。
この実施形態においても、バリスタ１００Ｂを例えばＳＰＤに組み込んだ場合に、共通接続されて同電位である端子１１Ｂ，１２Ｂと他方の端子２１Ｂとの間に、直流の電源電圧が印加されるように使用される。
【００２０】
上記構成において、電極１０Ｂの端子１１Ｂ，１２Ｂからバリスタエレメント３０Ｂを介して電極２０Ｂの端子２１Ｂ側に短絡電流が流れ、ジュール熱により例えば端子１１Ｂが切断されたとしても、同じ電極１０Ｂの他方の端子１２Ｂも前記端子１１Ｂと同電位であるため、切断箇所にアークが発生しにくくなり、仮にアークが発生したとしても、端子１１Ｂと端子１２Ｂすなわち電極１０Ｂとは同電位であるから、アークがそれ以上、成長して巨大化するおそれはない。
このため、アークの熱によって電極１０Ｂが更に溶融したり、バリスタ１００Ｂが焼損したりするのを防止することができる。
【００２１】
なお、図４に示すように、モータの火花放電によるノイズを除去するために、小型モータの整流子に接続される複数の端子を備えたバリスタ２００が公知となっている（特許第３２２２５４４号公報を参照）。
図４において、２００はバリスタ、２０１はバリスタエレメント、２０２は、周面電極２０４により共通接続されて複数の端子を構成する主面電極パターン、２０３は背面電極である。ここで、主面電極パターン２０２は、モータの極数に応じて複数に分割形成されており、バリスタの一方の電極が複数の端子を有する点で本発明と共通しているが、本発明とは、バリスタの適用分野や電極（端子）の作用などが全く異なっている。
【００２２】
また、図５に示すように、静電気放電によるサージから半導体発光素子を保護する積層型のチップバリスタ３００が公知となっている（特開２０１０−７３７５９号公報を参照）。
図５において、３００はバリスタ、３００ａは、バリスタ素子３０１及びダミー板３０２からなるバリスタ層、３００ｂ，３００ｃ，……，３００ｎは、それぞれバリスタ素子３０１及び櫛状電極３０３，３０４からなるバリスタ層である。図示されていないが、半導体発光素子が最上段のバリスタ層３００ａの上方に配置されている。
この公知技術では、半導体発光素子と重なり合う各バリスタ層３００ｂ，３００ｃ，……，３００ｎの櫛状電極３０３，３０４の面積を等しくし、半導体発光素子の熱が櫛状電極３０３，３０４の根元方向へ均等に伝達されるようにして放熱効果を高めている。
ここで、櫛状電極３０３，３０４は、何れも一つの電極が複数に分割されている点で本発明と共通しているが、本発明とは、バリスタの適用分野、分割された電極（端子）の作用などが全く異なるものである。
【００２３】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、バリスタ１００Ａ（１００Ｂ）の一方の電極１０Ａ（１０Ｂ）に複数の端子１１Ａ，１２Ａ（１１Ｂ，１２Ｂ）を設けてこれらの電極を共通接続したことにより、仮に一方の電極１０Ａ（１０Ｂ）側にアークが発生して一部の端子１１Ａ（１１Ｂ）が切断されたとしても、切断された端子１１Ａ（１１Ｂ）と残りの端子１２Ａ（１２Ｂ）とは同電位を保っているので、アークが更に成長して巨大化する恐れはない。このため、巨大化したアークの熱によるバリスタ１００Ａ（１００Ｂ）の焼損を防止することができる。
なお、バリスタの一方の電極に３つ以上の端子を形成し、これらを共通接続して用いても良いのはいうまでもない。更に、複数の端子を有する電極は、バリスタの一方の電極だけでなく両方の電極に適用しても良い。
また、本発明によれば、一対の電極間に交流の電源電圧が印加される場合にも所期のサージ防護作用を果たすことができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ：電極
１１Ａ，１２Ａ，２１Ａ：板状端子
１１Ｂ，１２Ｂ，２１Ｂ：リード線端子
１１ａ：根元部
３０Ａ，３０Ｂ：バリスタエレメント
１００Ａ，１００Ｂ：バリスタ
【図１】
2014220352.tif 000003
【図２】
2014220352.tif 000004
【図３】
2014220352.tif 000005
【図４】
2014220352.tif 000006
【図５】
2014220352.tif 000007