(57)【要約】【課題】非固体導電のサージ吸収器を提供する。【解決手段】シールドケース３０と多数の金属シート３１、３２と非固体導電体３３とを含む。そのうち、シールドケース３０の内部に収容空間３０３を形成し、かつシールドケース３０の一辺に多数の開口部３０４を開け、各金属シート３１、３２をそれぞれ対応する開口部３０４に水密に固定して置き、金属シート３１、３２の一端を収容空間３０３に延在させ、他端をシールドケース３０の外部に突き出して電気回路に対応する接点に接続する。非固体導電体３３は非導電性の液体からなる溶剤と導電媒質とを均一に混ぜてなり、収容空間に充填する。導電媒質はブラウン運動によって、均一に分散して溶剤に浮遊させ、非固体導電体に均一、かつ安定な導電特性を持たせる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドケースと、多数の金属シートと、非固体導電体とを備える非固体導電のサージ吸収器であって、
前記シールドケースの内部に収容空間が形成され、前記シールドケースの一辺に多数の開口部が開けられ、
各前記金属シートはそれぞれ対応する前記開口部を貫通し、それぞれ対応する前記開口部に水密に固定され、
各前記金属シートの一端は前記収容空間に延在し、各前記金属シートの他端は前記シールドケースに突き出しており、
前記非固体導電体は、前記収容空間に水密に充填され、前記非固体導電体は非固体状の溶剤と導電媒質とを均一に混ぜてなり、前記溶剤は非導電性液体であり、前記溶剤の比重は前記導電媒質の比重より大きい非固体導電のサージ吸収器。
【請求項２】
前記金属シートが前記収容空間に位置する部分は、隣接する前記金属シート側の一辺に少なくとも一つの先端部を有することを特徴とする請求項１記載の非固体導電のサージ吸収器。
【請求項３】
前記シールドケースは上部ケースと下部ケースとからなることを特徴とする請求項２記載の非固体導電のサージ吸収器。
【請求項４】
前記下部ケースに対応する両側に係合部が設けられ、前記上部ケースの内側はそれぞれ前記係合部の位置に対応した場所にそれぞれ係合穴が設けられ、前記下部ケースが前記上部ケースに装入された状態で、各前記係合部はそれぞれ前記係合穴に係合することを特徴とする請求項３記載の非固体導電のサージ吸収器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の非固体導電のサージ吸収器に関する。主にサージ吸収器の内部に非固体導電体が充填され、該非固体導電体は非固体の溶剤と導電媒体を混ぜ合わせてなる。サージが発生したとき、該導電媒体を導通しサージ吸収器の内部に蓄積された電荷を接地端に放出させ、サージ波によって該金属シートに接続された電気回路の電子素子の被害を避ける。
【背景技術】
【０００２】
電子科学技術の進歩につれて、コンピュータ、電話機、テレビ、冷蔵庫、空調装置、プリンター、ファクシミリ等さまざまな電子装置はわれわれの日常生活と業務にとって欠かせない道具である。そのため、電子装置の使用寿命を延長させ、電子装置を稼働するときの誤動作（ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ）を避けるため、各メーカーとも誤動作防止と電気回路の保護技術を必死に研究開発している。電子装置誤動作を形成する原因のうち、サージ波（瞬間の過負荷電圧）が最も一般的であり、しかも各種電子装置に与える影響は最も深刻である。サージが形成されたときは、電子装置の電子素子を干渉するばかりでなく、電子素子に回復不能な損害を与えてしまい正常動作ができなくなる。
【０００３】
研究分析によると、よく見かけるサージ波は以下の２種類を含む。
【０００４】
（イ）雷サージ（ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ  ｓｕｒｇｅ）は稲妻によって発生するもので、稲妻が電子装置付近場所電力ケーブルに当たると、一部の電流はその電力ケーブルを通じて建造物に流れ込み、建造物の電気配線から電子装置の電源コードを介して電子装置に入り込み、電子装置の電気回路でサージ波が形成され電子素子に衝撃を与える。
【０００５】
（ロ）開閉サージ（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ｓｕｒｇｅ）は電気回路の開閉によって形成される。スイッチ素子をオフ状態から導通状態または導通状態からオフ状態に切り替わり、電気回路を瞬間的に切り替わるとき、電気回路は短期間に大きな電圧変化を引き起して、電子素子が瞬間的に過負荷電圧を受けるになる。
【０００６】
サージ波は稲妻または電気回路の開閉のいずれによるものに拘らず、電子装置に様々な程度の影響を与えてしまい、軽い場合は電子装置を破損させ、厳重な場合は電子装置を短絡させ火災を引き起こす。業者は前述のような状況の発生を避けるため、電子装置の電気回路にサージ吸収器を取付け、電子装置の電子素子が瞬間的な過負荷による破損を防止している。
【０００７】
従来のサージ吸収器はバリスター（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｒｅｓｉｓｔｏｒ  Ｖａｒｉｓｔｏｒ，  ＶＤＲ）からなる。よく見かけるバリスターの一種、酸化金属バリスター（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｖａｒｉｓｔｏｒ，  ＭＯＶ）はセラミックブロック（ｃｅｒａｍｉｃ  ｂｌｏｃｋ）を含み、酸化亜鉛粒子と微量のその他金属酸化物を間置してなる。前述セラミックブロックは２枚の金属シートの間に挟まれ、酸化亜鉛粒子と金属酸化物付近部の境界場所にダイオード効果が形成される。バリスターの内部に大量な粒子が分布されているため、バリスターは大量なダイオードを接続して形成するようなものである。低電圧のとき、バリスター内部のダイオードは極めて小さい逆方向（漏れ）電流しか存在しないが、高電圧のときではダイオードは熱的電子（ｈｏｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ）とトンネル効果（Ｔｕｎｎｅｌ  ｅｆｆｅｃｔ）によって、逆方向降伏が発生され大電流が流れる。よって、バリスターの電流−電圧特性曲線には高度な非線形を有する。高電圧のとき抵抗が低く電流が大きい、低電圧のとき抵抗は高い（図１に示す）。
【０００８】
バリスターをサージ吸収器で運用されたときの稼働原理は図２Ａ、２Ｂに示す回路を参照する。図２Ａに示す回路は電源Ｖと、電子素子Ｒと、バリスターＶＤＲとを含む。電源Ｖは正常な電圧が維持されているとき、バリスター（ＶＤＲ）は予備状態にある。このとき、バリスター（ＶＤＲ）の抵抗値は極めて高く（数兆オーム）、電子素子Ｒの抵抗値に比べ遥かに高いため、電源Ｖの発生電流Ｉ１がほとんどバリスターＶＤＲではなく、電子素子Ｒに流される。よって電子素子Ｒが正常に稼働される。一方、電気回路にサージ波が発生したときは、図２Ｂに示すようにバリスターＶＤＲの抵抗値は瞬く間（数オーム）に降下された結果、大電流Ｉ２は電子素子Ｒではなく、バリスターＶＤＲに流れる。このように、サージ吸収器を取り付けることによって、サージ波が他の電子素子に流れる事態は避けられ、電子装置の破損を有効に防止できるほか、電子装置使用の安全性を向上できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来に使用していたサージ吸収器が耐えられるエネルギーまたはパワーは限られており、短時間の大きい電圧を耐えることはできるが、継続的な過電圧保護は提供できない。（米国）全国防火協会（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｆｉｒｅ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，  ＮＦＰＡ）の研究によると、電気回路で短絡が発生したとき、バリスターに流れる過電流はバリスターの引火燃焼を引き起しやすい。さらに、多くの火災はサージ吸収器の引火によるものである。それだけでなく、従来のサージ吸収器はさらに他の欠陥があり、装置起動の衝撃電流のほか、サージ吸収器は落雷を受けて過大電流が発生したとき、サージ吸収器はその過大電流によって貫通されて、サージ波の吸収効果を発揮できなくなる。残念ながら、使用者は電子装置の外観からサージ吸収器が貫通されたことを発見できないまま、その電子装置を使用し続ける。そして、次回の雷サージまたは開閉サージが発生したとき、その電子装置はもはやサージ波の衝撃を防御できないため、電子装置内部の電子素子を破損させ、引火燃焼し極めて危険と言える。
【００１０】
前述のバリスターを使用したサージ吸収器のほか、セラミック形ガス放電管からなるサージ吸収器がある。しかし、この種のサージ吸収器は電気放電管にガスを封入させるものであり、製造技術は非常に困難なため、原価が高い。さらに、放電管にガス漏れ易く、ガス漏れを発生すると、放電管の導電性に影響しサージ吸収器の機能を失われる。さらに、サージ吸収器がサージ波を受けた後、放電管に封入していたガスは電気エネルギーによって遊離と膨張を発生し、放電管が膨張してひびが入り、放電管の気密性を影響しサージ吸収器のサージ波吸収能力をなくし電気回路の保護機能が失われるため、理想といえない。
【００１１】
よって、従来のサージ吸収器の諸問題を改善し、バリスターとガス放電管以外のサージ波吸収手段を利用することによって、サージ吸収器の安全性と使用寿命を有効に改善することは本発明で検討する重要な課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記した諸問題について、発明者は長い期間の研究努力と実験を重ねた結果、本発明の非固体導電のサージ吸収器を開発し、サージ吸収器の安全性を有効に改善することをもって、電気回路はサージ波の干渉を受けないように保護し、電子装置使用の安全性と寿命を確保する。
【００１３】
本発明は、一種の非固体導電のサージ吸収器を提供する。主にシールドケースと、多数の金属シートと、非固体導電体とを含む。そのうち、該シールドケースの内部に収容空間を形成し、該シールドケースの一辺に多数の開口部を開け、各金属シートをそれぞれ対応の開口部にくぐらせて各対応の開口部に水密に固定して置き、金属シートの一端を該収容空間に延在させ、他端を該シールドケースの外部に突き出して、電気回路（または電気回路板）の対応接点（たとえば、水線、火線または接地線の接点）と電気接続する。該非固体導電体は該収容空間に水密に充填され、該非固体導電体は非固体状の溶剤と導電媒質（たとえば、導電カーボンブラックその他金属粒子等）と均一に混ぜてなる。そのうち、該溶剤は非導電性の液体、たとえば油脂（またはトリグリセリド）、鉱物油等である。このように、電気回路に雷撃またはその他原因によってサージ波が発生し、サージ波が（火線または水線に接続されている）金属シートで形成された電荷が所定の電圧レベルに蓄積されたとき、該電荷は該非固体導電体内部で均一に分散された導電媒質に素早く伝達し導通させ、隣接した（接地線に接続されている）もう一つの金属シートを介して、接地端に放出させ、該電気回路の電子素子のサージ波によるダメージを有効に防止する。
【００１４】
本発明は、金属シートが該収容空間内部にある部分は隣接の金属シートの一辺に少なくとも一つの先端部を設け、該金属シートの電荷を該先端部に集めることができる。該サージ吸収器を設けた電気回路にサージ波が発生したときに、該サージ波はそれらの先端部にて電荷を集積し、集積された電荷によって電圧レベルが所定の値に達したとき、該電荷は該非固体導電体の内部において均一に分散された導電媒質に素早く伝達し導通される。
【００１５】
本発明は、該シールドケースは上部ケースと、下部ケースによって構成される。該下部ケースに対応する両辺に係合部をそれぞれ設け、該上部ケースの内側は各係合部に対応する位置に係合穴をそれぞれ設ける。該下部ケースは該上部ケースの内部に装入された状態において、各係合部は各係合穴に係合することができる。よって、メーカーは該シールドケースを高速に組立することができ、生産効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】バリスターの電圧と電流特性を示す図である。
【図２Ａ】バリスターの予備状態の回路を示す図である。
【図２Ｂ】バリスターの稼働状態の回路を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態の立体分解図である。
【図４】本発明の第１実施形態の断面視図である。
【図５】本発明の第２実施形態の断面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
審査官の方々が本発明の目的、構造及びその効果のさらなる認識と理解を図るため、以下の通り実施例と図式を合わせて、詳細を説明する。
（第１実施形態）
【００１８】
本発明は一種の非固体導電のサージ吸収器に関する。図３、４を参照する。本発明の第１実施形態において、サ―ジ吸収器３はシールドケース３０と、２枚の金属シート３１、３２と非固体導電体３３とを含む。そのうち、該シールドケース３０は絶縁部材からなり、かつ該シールドケース３０は上部ケース３０１と下部ケース３０２からなる。該下部ケース３０２に対応する両辺に係合部３０２０が設けられ、該上部ケース３０１の内側は各係合部３０２０に対応する位置に、係合穴３０１０がそれぞれ設けられており、該下部ケース３０２を該上部ケース３０１に装入したとき、各係合部３０２０はそれぞれ各係合穴３０１０に係合されて、該上部ケース３０１と該下部ケース３０２を緊密に係合することができる。該シールドケース３０の内部に収容空間３０３が形成され、かつ該シールドケース３０の一辺に２つの開口部３０４が開けられ、各金属シート３１、３２をそれぞれ対応の開口部３０４に貫通し、それぞれ対応の開口部３０４に水密に固定されている。水密効果を強化するため、メーカーは該シールドケース３０の底辺にグルーを封入しても良い。各金属シート３１、３２の一端は該収容空間３０３に延在させ、かつ各金属シート３１、３２の他端は該シールドケース３０の外部に突き出す。金属シート３１を電気回路板の火線の接点に接続し金属シート３２を該電気回路板の接地線の接点に接続する。図４に示すＬは火線（Ｌｉｎｅ）を示し、Ｅは接地線（ＥａｒｔｈまたはＧｒｏｕｎｄ）を示す。
【００１９】
引き続き、図３、４を参照する。該金属シート３１における該収容空間３０３の部分は金属シート３２一辺の向き側に多数の先端部３１０が設けられており、金属シート３２における該収容空間３０３の部分は金属シート３１一辺の向き側にも多数の先端部３２０が設けられている。該金属シート３１、３２に形成される電荷はスキン効果（ｓｋｉｎ  ｅｆｆｅｃｔ）によって、該先端部３１０、３２０に集まる。スキン効果（ｓｋｉｎ  ｅｆｆｅｃｔ）は、導体に交流電気または交流磁場があるときに、導体内部の電流（電荷）分布が不均一の現象をいう。電流分布は導体表面距離の増加に従い、導体内部の電流密度は指数的に漸減される。言い換えれば、導体内部にある多くの電流は導体表面に集中される。電流方向に直交する横断面から観察すると、導体中心部分の電流強度は基本的ゼロであり、つまり、電流はほとんど流されておらず、導体の表面部分のみに電流が流れる。
【００２０】
図４を参照する。前記第１実施形態において、該非固体導電体３３は該収容空間３０３に水密に封入されている。該非固体導電体３３は非固体状の溶剤３３０と、導電媒質３３１とを均一に混ぜてなる。本実施形態において、該溶剤３３０は油脂（またはトリグリセリド）であり、非導電性の液体である。該導電媒質３３１は導電性のカーボンブラック（Ｃａｒｂｏｎ  Ｂｌａｃｋ）粒子であり、平均の粒径は３０〜４０ナノメータである。該導電媒質３３１と該溶剤３３０との重量百分比は５％：９５％である。この状態において、発明者が測定したところ、該非固体導電体３３の表面抵抗は約１０４〜１０６オームである。このほか、本実施形態において、該導電媒質３３１の比重（０．４〜０．６）は該溶剤３３０の比重（０．８〜０．９３）より小さい。ここでの比重は相対密度といい、物質の密度と純水の密度（標準大気圧において、３．９８℃のとき）の比較値という。ただし、この限りでない。メーカーはその需要に従って、溶剤３３０と該導電媒質３３１の成分、比重または百分比を変更できる。さらに、該導電媒質３３１と該溶剤３３０とを均一に混ぜた状態において、該導電媒質３３１はブラウン運動（Ｂｒｏｗｎｉａｎ  ｍｏｔｉｏｎ）によって重力の影響を克服して均一、かつ分散して該溶剤３３０に浮遊することができる。よって、該非固体導電体３３は均一、かつ安定した導電特性を持たせることができる。ブラウン運動とは、液体又は空気中に浮遊する微小粒子が連続して高速、かつ不規則なランダム移動する。その成因は微小粒子同士が互いにぶつかり、または微小粒子が液体または気体分子の衝撃を受けることによるものである。
【００２１】
引き続き、図４を参照する。前記第１実施形態において、サージ吸収器３を取り付けた電気回路が落雷または他の原因によってサージ波が発生し、該サージ波は該金属シート３１の先端部３１０にて電荷が蓄積され、蓄積された電荷の数が所定の値に達したとき該非固体導電体３３内部で均一に分散していた導電媒質３３１に素早く伝達し導通され、電荷は（接地線に接続している）金属シート３２を介して接地端に放出させ、サージ波による電気回路の電子素子の破損を有効に防止する。本発明は非固体導電体３３を放電媒質として使用しているため、強いサージ波が発生しても、非固体導電体３３を破壊することがない。よって、サージ吸収器３の使用寿命が大幅に向上できるほか、従来のサージ吸収器が破壊されても引き続きに使用による電気回路にダメージを与える問題点を避けることができ、サージ吸収器の安全性を大幅に改善できる。さらに、本発明は気体の膨張によって放電管の破裂またはガス漏れ等の問題は発生しない。よって、効果は従来の各種サージ吸収器に比べて遥かに良い。
（第２実施形態）
【００２２】
図５、本発明の第２実施形態を参照する。本発明の非固体導電体のサージ吸収器５はシールドケース５０と、３つの金属シート５１、５２、５３と、非固体導電体５４とを含む。各金属シート５１、５２、５３は電気回路板の水線の接点と、接地線の接点と、火線の接点にそれぞれ接続されている。図５のＮは水線（Ｎｅｕｔｒａｌまたは中性線という）、Ｅは接地線（ＥａｒｔｈまたはＧｒｏｕｎｄ）、Ｌは火線（Ｌｉｎｅ）をそれぞれ表す。さらに、該非固体導電体５４は非固体状の溶剤５４０と、導電媒質５４１とを均一に混ぜてなる。該溶剤５４０は鉱油（Ｍｉｎｅｒａｌ  Ｏｉｌ）であり、非導電性の液体である。該導電媒質５４１はイオン粒子であり、イオンは比重が約０．５３４で、良い導体である。ここで特に説明することは、メーカーは前記実施形態を変更することができる。たとえば、該溶剤５４０を他の物質に置き換え、または該導電媒質５４１を他の金属粒子に置き換えて、該導電媒質５４１を均一に該溶剤５４０に浮遊させ、本発明の追求する効果を達成すれば良い。第２実施形態において、サージ波が発生したとき、電荷は金属シート５１または金属シート５３のいずれに蓄積されても、該導電媒質５４１を介して素早くに伝達し導通され、電流を金属シート５２に伝導されて、接地端に放出させ、電気回路の電子素子がサージ波による破損を有効に防止する。
【００２３】
以上は本発明の実施形態の例示説明である。特に説明することは、該導電媒質と該溶剤の重量百分比および比重、該導電媒質の平均粒径は前記実施形態に記載したものに限らない。メーカー取付け場所または対象の電気製品に従って、本発明のサージ吸収器を設計するとき、それぞれの需要と条件（たとえば、抵抗値、電圧）に従って、該導電媒質と該溶剤の重量百分比および比重、または該導電媒質の平均粒径等を変更できる。この種の技術に熟知する当業者は本発明の技術分野において、容易に想到可能な変化または修飾は、以下に記載する本発明の特許請求範囲に含む。
【符号の説明】
【００２４】
３、５                      ・・・サージ吸収器
３０、５０                  ・・・シールドケース
３０１                      ・・・上部ケース
３０１０                    ・・・係合穴
３０２                      ・・・下部ケース
３０２０                    ・・・係合部
３０３                      ・・・収容空間
３０４                      ・・・開口部
３１、３２、５１、５２、５３・・・金属シート
３１０、３２０              ・・・先端部
３３、５４                  ・・・非固体導電体
３３０、５４０              ・・・溶剤
３３１、５４１              ・・・導電媒体
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2011249529.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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