(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の金属製の外側ステム部材と、
前記外側ステム部材内に封着ガラスで絶縁封着され貫通状態で気密に保持された複数の内側電極部と、
前記外側ステム部材上に固定され複数の前記内側電極部の上部を気密に封止する金属製の外側キャップとを備え、
少なくとも一つの前記内側電極部が、前記外側ステム部材内に封着ガラスで絶縁封着され貫通状態で気密に保持され内部が封着ガラスで閉塞された筒状の金属製の内側ステム部材と、
前記内側ステム部材上に固定され内部を気密に封止する金属製の内側キャップとを備え、
前記内側キャップ内及び前記外側キャップ内にガスが封入され、
前記内側キャップ内に封入されたガスが、前記外側キャップ内に封入されたガスよりも放電電圧が高い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、
前記内側キャップ内に封入されたガスが、前記外側キャップ内に封入されたガスよりも高圧で封入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又は２に記載のサージ防護素子において、
前記内側キャップ内に封入されたガスが、前記外側キャップ内に封入されたガスよりも電離電圧が高いガスであることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のサージ防護素子において、
前記内側キャップ内に封入されたガスが、ＳＦ６であり、
前記外側キャップ内に封入されたガスが、Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２のうち１種又はこれらの混合ガスであることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のサージ防護素子において、
隣接する一対の前記内側キャップのうち少なくとも一方が、他方に対向する外周面に突起部を有し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、いわゆるサージアブソーバと言われるサージ防護素子が接続されている。
例えば、このサージ防護素子としては、対向した電極を密閉空間内に保持し、その空間に各種ガスを封止し、電極間の放電によって異常電圧をアースに流す避雷器（アレスタ）等がある。
【０００３】
アレスタ等のサージ防護素子は、放電によりサージ電圧・電流を被保護回路からバイパスするように動作させる一種のスイッチング素子と考えることができる。一般的に、放電電流が１Ａを超えるような場合には、いわゆるアーク放電へと移行し、そのときの電圧が１０Ｖ程度であるために、被保護回路にその値を超えるＤＣ電圧を供給しているような場合には、いわゆる続流現象を起こすこととなり、素子が短命化することが知られている。
【０００４】
この続流現象に対するフェイルセーフとして、一般的にアレスタと直列にヒューズやバリスタを接続してサージ対策用の回路を構成することが推奨されている。従来、例えば特許文献１及び２では、バリスタやヒューズ、あるいは抵抗のようなものと複合化されたアレスタ素子も提案されている。
【０００５】
一方、高温でガスを放出するような物質を担持するアレスタが、例えば特許文献３及び４などに記載されている。特許文献３に記載の技術は、サージが印加されてアーク放電によるサージ吸収が開始されると、放電電極の表面に形成した酸素イオン導電体層の温度が上昇し、酸素を放出することで、気密容器内に酸素が混入し、放電維持電圧が上昇し、電源ラインのピーク電圧以上となるため、続流を防止するものである。また、特許文献４に記載の技術では、放電電極を水素吸蔵合金で形成し、サージを吸収する度に気密容器内に水素が放出されることで、続流を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実公平１−３９４３５号公報
【特許文献２】特開２００２−２４６１４１号公報
【特許文献３】特開平１１−２６１３８号公報
【特許文献４】特開平５−３６４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
特許文献１及び２に記載の技術では、構造が複雑化し、コストや実装面積が増大するため、現実としてそれぞれ各素子を別個の部品として使用している状況である。
また、特許文献３及び４に記載の技術では、放電電極から放出されるガスの量が少ないことと、高電圧で動作するアレスタでは必然的にガス圧が高く、また放電電圧の高いガスが使用されるため、その効果が著しく小さいという問題があった。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、続流を効果的に防止することができると共に実装面積の低減や低コスト化を図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】
【０００９】
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の発明に係るサージ防護素子は、筒状の金属製の外側ステム部材と、前記外側ステム部材内に封着ガラスで絶縁封着され貫通状態で気密に保持された複数の内側電極部と、前記外側ステム部材上に固定され複数の前記内側電極部の上部を気密に封止する金属製の外側キャップとを備え、少なくとも一つの前記内側電極部が、前記外側ステム部材内に封着ガラスで絶縁封着され貫通状態で気密に保持され内部が封着ガラスで閉塞された筒状の金属製の内側ステム部材と、前記内側ステム部材上に固定され内部を気密に封止する金属製の内側キャップとを備え、前記内側キャップ内及び前記外側キャップ内にガスが封入され、前記内側キャップ内に封入されたガスが、前記外側キャップ内に封入されたガスよりも放電電圧が高いことを特徴とする。
【００１０】
本発明のサージ防護素子では、内側キャップ内に封入されたガスが、外側キャップ内に封入されたガスよりも放電電圧が高いので、サージが印加されてアーク放電による高電流が流れると、中空電極である内側キャップの一部が溶融し、溶融で生じた孔から内部のガスが放出される。特に、マイナス側の内側電極部ではプラスに帯電したイオンによる衝撃も加わり溶融し易いので、少なくともマイナス側の内側電極部にガスを封入した内側キャップを採用することが好ましい。これによって、外側キャップ内に封入されているガスに、内側キャップ内に封入されているガスが混入し、外側キャップ内のガスの放電電圧が高くなり、アーク放電が停止して続流が防止される。また、内側キャップ内に続流を止めるために十分な量や種類のガスを高圧で封入可能である。さらに、外側ステム部材内に内側キャップを設置していることで、実装面積が小さくできると共に、低コスト化を図ることが可能である。
【００１１】
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、前記内側キャップ内に封入されたガスが、前記外側キャップ内に封入されたガスよりも高圧で封入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、内側キャップ内に封入されたガスが、外側キャップ内に封入されたガスよりも高圧で封入されているので、アーク放電によって内側キャップの一部が溶融した際、高圧で封入されているガスが外側キャップ内に噴出して、外側キャップ内の放電空間におけるガス圧を上げると共に、続流を素早く遮断することが可能になる。
【００１２】
第３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、前記内側キャップ内に封入されたガスが、前記外側キャップ内に封入されたガスよりも電離電圧が高いガスであることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、内側キャップ内に封入されたガスが、外側キャップ内に封入されたガスよりも電離電圧が高いガスであるので、アーク放電によって内側キャップの一部が溶融した際、電離電圧の高いガスが外側キャップ内に放出されて、外側キャップ内の放電電圧を上げ、続流を遮断することが可能になる。
【００１３】
第４の発明に係るサージ防護素子は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記内側キャップ内に封入されたガスが、ＳＦ６であり、前記外側キャップ内に封入されたガスが、Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２のうち１種又はこれらの混合ガスであることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、内側キャップ内に封入されたガスが、ＳＦ６であり、外側キャップ内に封入されたガスが、Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２のうち１種又はこれらの混合ガスであるので、アーク放電によって内側キャップの一部が溶融した際、電離電圧の高いＳＦ６が外側キャップ内に放出して、Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２のうち１種又はこれらの混合ガスと混ざることにより、外側キャップ内の放電電圧を上げて続流を遮断することができる。
【００１４】
第５の発明に係るサージ防護素子は、第１から第４の発明のいずれかサージ防護素子において、隣接する一対の前記内側キャップのうち少なくとも一方が、他方に対向する外周面に突起部を有しているを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、隣接する一対の内側キャップのうち少なくとも一方が、他方に対向する外周面に突起部を有しているので、アーク放電が突起部から生じ易く、この部分で溶融させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
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、内側キャップ内に封入されたガスが、外側キャップ内に封入されたガスよりも放電電圧が高いので、サージが印加されてアーク放電による高電流が流れると、中空電極である内側キャップの一部が溶融し、内部のガスが放出されることで続流が防止される。また、外側ステム部材内に内側キャップを設置していることで、実装面積が小さいと共に低コスト化を図ることが可能である。
したがって、本発明に係るサージ防護素子は、高電圧のアレスタとして用いることに適しており、また従来のガス放出をする物質を担持する方法に比べて、ガスの選択自由度や封入するガス量等の設計範囲を広く取れる点などで優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態において、内側キャップの一部が溶融した状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１８】
本実施形態のサージ防護素子１は、図１に示すように、円筒状の金属製の外側ステム部材２と、外側ステム部材２内に封着ガラスＧで絶縁封着され貫通状態で気密に保持された複数の内側電極部３Ａ，３Ｂと、外側ステム部材２上に固定され複数の内側電極部３Ａ，３Ｂの上部を気密に封止する金属製の外側キャップ４とを備えている。
【００１９】
少なくとも一つの上記内側電極部３Ａ，３Ｂは、外側ステム部材２内に封着ガラスＧで絶縁封着され貫通状態で気密に保持され内部が封着ガラスＧで閉塞された円筒状の金属製の内側ステム部材５Ａ，５Ｂと、内側ステム部材５Ａ，５Ｂ上に固定され内部を気密に封止する金属製の内側キャップ７Ａ，７Ｂとを備えている。
なお、本実施形態では、一対の内側電極部３Ａ，３Ｂが外側ステム部材２内に保持され、一対の内側電極部３Ａ，３Ｂの両方が、上記内側ステム部材５Ａ，５Ｂ及び内側キャップ７Ａ，７Ｂを採用している。また、一対の内側電極部３Ａ，３Ｂは、互いに一定間隔を空けて配置されている。
【００２０】
上記内側キャップ７Ａ，７Ｂ内及び外側キャップ４内にはガスが封入され、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内に封入されたガスが、外側キャップ４内に封入されたガスよりも放電電圧が高く設定されている。これら封入されているガスは、放電制御ガスとして機能する。
例えば、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内に封入されたガスが、外側キャップ４内に封入されたガスよりも電離電圧が高いガスとされる。
【００２１】
本実施形態では、例えば内側キャップ７Ａ，７Ｂ内に封入されたガスが、ＳＦ６であり、外側キャップ４内に封入されたガスが、Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２のうち１種又はこれらの混合ガスである。すなわち、ＳＦ６は、Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２のうち１種又はこれらの混合ガスよりも電離電圧が高く、放電電圧が高いガスとなる。
なお、ＳＦ６の絶縁耐力は、空気、ＣＯ２，Ｎ２の絶縁耐力の約３倍である。
【００２２】
また、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内に封入されたガスを、外側キャップ４内に封入されたガスよりも高圧で封入しても構わない。
例えば、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内には高圧のＳＦ６を封入し、外側キャップ４内には低圧のＳＦ６を封入する。若しくは、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内には高圧のＳＦ６を封入し、外側キャップ４内には低圧のＡｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２のうち１種又はこれらの混合ガスを封入する。
【００２３】
上記外側キャップ４及び内側キャップ７Ａ，７Ｂは、例えば上部が閉塞された円筒状に洋白等で形成され、表面にＮｉメッキしたもの等が採用可能である。
なお、内側キャップ７Ａ，７Ｂの厚みを調整することで、アーク放電による内側キャップ７Ａ，７Ｂの溶融電流値を制御することが可能である。
【００２４】
外側ステム部材２及び内側ステム部材５Ａ，５Ｂは、例えば鉄ニッケル合金等で形成されている。
内側キャップ７Ａ，７Ｂは、真空引き又はガス置換した後に下部が内側ステム部材５Ａ，５Ｂ上に圧入、ロウ付け、コールドウェルド(冷間圧接)、電気溶接等で接合されている。
【００２５】
また、外側キャップ４は、真空引き又はガス置換した後に下部が外側ステム部材２上に圧入、ロウ付け、コールドウェルド(冷間圧接)、電気溶接等で接合され、外側ステム部材２内に低融点ガラスの封着ガラスＧでハーメチック溶接された内側電極部３Ａ，３Ｂの内側ステム部材５Ａ，５Ｂと電気的に絶縁されてハーメチックシール構造となっている。
なお、外側キャップ４及び外側ステム部材２は、内側キャップ７Ａ，７Ｂ及び内側ステム部材５Ａ，５Ｂを内蔵可能な内径を有している。
【００２６】
このように、内側キャップ７Ａ，７Ｂを内側ステム部材５Ａ，５Ｂに固定する際、及び外側キャップ４を外側ステム部材２に固定する際、加熱工程が不要になるため、それぞれ封止する放電制御ガスの圧力を高め易く、良好な応答電圧を得やすくなるとともに、高電圧化（高Ｖｓ化）も容易である。
また、加熱工程が不要になるため、使用している部材の熱による変性や脱ガスが起こり難くなり、想定外の放電現象が起こり難くなる。
【００２７】
なお、外側キャップ４の内周面には、トリガー部を形成しても構わない。このトリガー部は、例えば炭素材で形成されたカーボントリガであって、線状や楕円膜状などに形成される。
【００２８】
このように本実施形態のサージ防護素子１では、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内に封入されたガスが、外側キャップ４内に封入されたガスよりも放電電圧が高いので、サージが印加されてアーク放電による高電流が流れると、図２に示すように、中空電極である内側キャップ７Ａ，７Ｂの一部が溶融し、溶融で生じた孔７ａから内部のガスが放出される。特に、内側電極部３Ａをマイナス側とした場合、マイナス側の内側電極部３Ａではプラスに帯電したイオンによる衝撃も加わり溶融し易いので、マイナス側の内側電極部３Ａにガスを封入した内側キャップ７Ａを採用することが好ましい。
【００２９】
これによって、外側キャップ４内に封入されているガスに、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内に封入されているガスが混入し、外側キャップ４内のガスの放電電圧が高くなり、アーク放電が停止して続流が防止される。また、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内に続流を止めるために十分な量や種類のガスを高圧で封入可能である。さらに、外側ステム部材２内に内側キャップ７Ａ，７Ｂを設置していることで、実装面積が小さくできると共に、低コスト化を図ることが可能である。
【００３０】
また、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内に封入されたガスが、外側キャップ４内に封入されたガスよりも高圧で封入されているので、アーク放電によって内側キャップ７Ａ，７Ｂの一部が溶融した際、高圧で封入されているガスが外側キャップ４内に噴出して、外側キャップ４内の放電空間におけるガス圧を上げると共に、続流を素早く遮断することが可能になる。
【００３１】
さらに、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内に封入されたガスが、外側キャップ４内に封入されたガスよりも電離電圧が高いガスとすることで、アーク放電によって内側キャップ７Ａ，７Ｂの一部が溶融した際、電離電圧の高いガスが外側キャップ４内に放出されて、外側キャップ４内の放電電圧を上げ、続流を遮断することが可能になる。
【００３２】
特に、内側キャップ７Ａ，７Ｂ内に封入されたガスを、ＳＦ６とし、外側キャップ４内に封入されたガスを、Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２のうち１種又はこれらの混合ガスとすることで、アーク放電によって内側キャップ７Ａ，７Ｂの一部が溶融した際、電離電圧の高いＳＦ６が外側キャップ４内に放出して、Ａｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，Ｈ２，ＣＯ２，Ｎ２のうち１種又はこれらの混合ガスと混ざることにより、外側キャップ４内の放電電圧を上げて続流を遮断することができる。
【００３３】
次に、本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態について、図３を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３４】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、内側キャップ７Ａ，７Ｂが上部が閉塞され外周面に凹凸の無い円筒形状であるのに対し、第２実施形態のサージ防護素子２１は、図３に示すように、隣接する一対の内側キャップ２７Ａ，２７Ｂのうち少なくとも一方が、他方に対向する外周面に突起部２７ｃを有している点である。
第２実施形態では、隣接する一対の内側キャップ２７Ａ，２７Ｂの両方に、互いに対向して突出した突起部２７ｃが設けられている。
【００３５】
なお、本実施形態では、両方の内側キャップ２７Ａ，２７Ｂに突起部２７ｃを設けているが、内側キャップ２７Ａ，２７Ｂの一方だけに突起部２７ｃを設ける場合は、マイナス側の内側キャップ２７Ａに設けることが好ましい。
このように第２実施形態のサージ防護素子２１では、隣接する一対の内側キャップ２７Ａ，２７Ｂのうち少なくとも一方が、他方に対向する外周面に突起部２７ｃを有しているので、アーク放電が突起部２７ｃから生じ易く、この部分で溶融させることが可能になる。
【００３６】
なお、本発明の技術範囲は上記各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。
例えば、上記各実施形態のサージ防護素子では、２つの内側電極部を内蔵しているが、３以上の内側電極部を備えても構わない。
【符号の説明】
【００３７】
１，２１…サージ防護素子、２…外側ステム部材、３Ａ，３Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ…内側電極部、４…外側キャップ、５Ａ，５Ｂ…内側ステム部材、７Ａ，７Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ…内側キャップ、２７ｃ…突起部、Ｇ…封着ガラス
【図１】
0006610893.tif 000002
【図２】
0006610893.tif 000003
【図３】
0006610893.tif 000004