(57)【要約】【課題】第１の信号端子及び第２の信号端子並びに接地端子を有する保安器の過電圧保護を行う過電圧保護装置に関し、高速、高耐圧で、かつ、生産性が良好な過電圧保護装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、入力端子と接地端子との間に接続され、入力端子が過電圧状態となったときに入力端子と接地端子とを接続して過電圧状態から入力端子に接続された機器を保護する過電圧保護装置において、入力端子と接地端子との間に接続され、入力端子の電圧が所定の電圧より大きくなったときにオンする半導体素子と、入力端子と接地端子との間に接続され、入力端子の電圧が所定の電圧より大きくなったときにオンする放電素子と、半導体素子と放電素子とが搭載されるとともに、入力端子及び接地端子が接続されており、半導体素子及び放電素子を入力端子と接地端子との間に接続する配線パターンが形成された回路基板とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2007300736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子と接地端子との間に接続され、前記入力端子が過電圧状態となったときに前記入力端子と前記接地端子とを接続して過電圧状態から前記入力端子に接続された機器を保護する過電圧保護装置において、
前記入力端子と前記接地端子との間に接続され、前記入力端子の電圧が所定の電圧より大きくなったときにオンする半導体素子と、
前記入力端子と前記接地端子との間に接続され、前記入力端子の電圧が所定の電圧より大きくなったときにオンする放電素子と、
前記半導体素子と前記放電素子とが搭載されるとともに、前記入力端子及び前記接地端子が接続されており、前記半導体素子及び前記放電素子を前記入力端子と前記接地端子との間に接続する配線パターンが形成された回路基板とを有することを特徴とする過電圧保護装置。
【請求項２】
前記回路基板を収納するとともに、前記入力端子及び前記接地端子を保持するケースを有することを特徴とする請求項１記載の過電圧保護装置。
【請求項３】
前記半導体素子は、サイリスタ素子であることを特徴とする請求項１又は２記載の過電圧保護装置。
【請求項４】
前記回路基板に搭載され、前記半導体素子と前記入力端子又は前記接地端子との間に接続され、前記半導体素子に流れる電流を抑制する抵抗を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の過電圧保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は過電圧保護装置に係り、特に、第１の信号端子及び第２の信号端子並びに接地端子を有する保安器の過電圧保護を行う過電圧保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より信号ケーブルと通信機器との間には、過電流やサージから通信機器を保護するために保安器が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は従来の保安器の一例の構成図を示す。
【０００４】
保安器４００は、主に、避雷器弾器４１１及び過電流制限器４１２、及び、過電圧保護装置４１３から構成されている。
【０００５】
避雷器弾器４１１は、接地板４２１、第１の信号端子部材４２２、第２の信号端子部材４２３、可動部材４２４、接地端子部材４２５、絶縁部材４２６、ボルト４２７、ナット４２８から構成されている。
【０００６】
接地板４２１には、接地端子部材４２５が保持されている。また、接地板４２１には、第１の信号端子部材４２２及び第２の信号端子部材４２３が絶縁部材４２６を挟んでボルト４２７及びナット４２８により固定されている。さらに、可動部材４２４は、第２の信号端子部材４２３に可動状態で保持されている。
【０００７】
過電流制限器４１２は、ケースに固定された心棒にヒートコイルがケースから突出した状態で半田付けされた構成とされている。過電流制限器４１２は、図８（Ａ）に示すように第１の信号端子部材４２２にケースが係合し、第２の信号端子部材４４３にヒートコイルが係合した状態で第１の信号端子部材４２２と第２の信号端子部材４２３との間に挿入されている。
【０００８】
このとき、ヒートコイルを介して第２の信号部材４２３から第１の信号端子部材４４２に電流が流れるように構成されている。
【０００９】
ヒートコイルに流れる電流が過電流状態となると、ヒートコイルが発熱して、心棒とヒートコイルとを固着している半田が溶融する。ヒートコイルと心棒とを固着している半田が溶融することによって、ヒートコイルが心棒の軸方向に変位可能な状態となる。ヒートコイルが変位可能な状態となることによって、第１の信号端子部材４２２の弾性復元力によってケース内に押圧される。
【００１０】
これにより心棒が第２の信号端子部材４２２から可動部材４２４方向に突出する。第２の信号端子部材４２２から可動部材４２４方向に心棒が突出することにより、心棒により可動部材４２４が接地端子部材４２５方向に押圧され、図８（Ｂ）に示すように可動部材４２４が接地端子部材４２５に接触する。可動部材４２４が接地端子部材４２５に接触することにより、第１の信号端子部材４２２及び第２の信号端子部材４２３が接地端子部材４２４に接続される。これによって、電流を接地に逃がし、過電流状態を解消している。
【００１１】
また、過電圧保護装置４１３は、高耐圧が要求されるため、例えば、セラミックガスアレスタから構成されており、第２の信号端子部材４２２と接地端子部材４２５との間に装着されており、サージ発生時に第２の信号端子部材４２２と接地端子部材４２５とを短絡させることにより電流を接地に逃がし、サージなどを吸収する構成とされていた（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２１１５４４号公報
【特許文献２】特開２００３−７０１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかるに、従来保安器に装着される過電圧保護装置４１３は、耐圧が要求されることから通常、セラミックガスアレスタから構成されているが、耐圧に加えて、効率よくサージなどを吸収するために高速動作が求められた。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、高速、高耐圧で、かつ、生産性が良好な過電圧保護装置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】
【００１４】
本発明は、入力端子と接地端子との間に接続され、入力端子が過電圧状態となったときに入力端子と接地端子とを接続して過電圧状態から入力端子に接続された機器を保護する過電圧保護装置において、入力端子と接地端子との間に接続され、入力端子の電圧が所定の電圧より大きくなったときにオンする半導体素子と、入力端子と接地端子との間に接続され、入力端子の電圧が所定の電圧より大きくなったときにオンする放電素子と、半導体素子と放電素子とが搭載されるとともに、入力端子及び接地端子が接続されており、半導体素子及び放電素子を入力端子と接地端子との間に接続する配線パターンが形成された回路基板とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、回路基板を収納するとともに、入力端子及び接地端子を保持するケースを有することを特徴とする。
【００１６】
さらに、半導体素子は、サイリスタ素子であることを特徴とする。
【００１７】
また、回路基板に搭載され、半導体素子と入力端子又は接地端子との間に接続され、半導体素子に流れる電流を抑制する抵抗を有すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、過電圧保護装置を入力端子と接地端子との間に接続され、入力端子の電圧が所定の電圧より大きくなったときにオンする半導体素子と、入力端子と接地端子との間に接続され、入力端子の電圧が所定の電圧より大きくなったときにオンする放電素子と、半導体素子と放電素子とが搭載されるとともに、入力端子及び接地端子が接続されており、半導体素子及び放電素子を入力端子と接地端子との間に接続する配線パターンが形成された回路基板とから構成することにより、サージなどの過電圧に対して半導体素子が高速にスイッチングして過電圧を吸収でき、また、放電素子により高耐圧の電圧に対応することができる。よって、高速かつ高耐圧の電圧を吸収することができる。
【００１９】
また、本発明によれば、回路基板に半導体素子、及び、放電素子を搭載することにより、生産効率を向上させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は本発明の過電圧保護装置の一実施例の分解斜視図、図２は本発明の過電圧保護装置の一実施例の組立時の斜視図を示す。
【００２１】
過電圧保護装置１００は、回路基板１１１、入力端子部材１１２、１１３、接地端子部材１１４、ケース１１５から構成されている。
【００２２】
回路基板１１１には、プリント配線板から構成されており、入力端子部材１１２、１１３、及び、接地端子部材１１４が半田付けされるとともに、セラミックガスアレスタ１２１及びサイリスタ素子１２２、１２３、並びに抵抗１２４、１２５が半田付けされている。回路基板１１１には入力端子部材１１２と接地端子部材１１４との間に抵抗１２４とサイリスタ素子１２２との直列回路が接続され、入力端子部材１１３と接地端子部材１１４との間に抵抗１２５とサイリスタ素子１２３との直列回路が接続されるような配線パターンが形成されている。
【００２３】
回路基板１１１は、ケース１１５に形成される収納部１３０に収納される。ケース１１５は、ケース半体１３１、１３２を回路基板１１１及び入力端子部材１１２、１１３接地端子部材１１４を挟んで付き合わせることにより、回路基板１１１を収納部１４１に収納するとともに、入力端子部材１１２を保持部１４２に、また、入力端子部材１１３を保持部１４３に、さらに、接地端子部材１１４を保持部１４４に保持する。なお、ケース半体１３１，１３２は、同一の形状であり、共通の部品を共用できる。
【００２４】
入力端子部材１１２、１１３は、金属板を打ち抜き、折曲して、成型されており、接続部１５１、端子部１５２を有する構成とされている。接続部１５１は、その先端が回路基板１１１の一方の面から他方の面の側に貫通して、回路基板１１１に半田付けされる。端子部１５２は、ケース１１５の側面に延出され、外部回路に接続される。なお、入力端子部材１１２、１１３は、同一の形状とされており、共通の部品を共用できる。
【００２５】
接地端子部材１１４は、金属板を打ち抜き、折曲して、成型されており、略Ｕ字状をなし、接地端子部１１４ａ、１１４ｂと接地端子部１１４ａ、１１４ｂを接続する接続部１１４ｃから構成されている。接地端子部１１４ａ、１１４ｂは、接地端子に接続される。また、接続部１１４ｃは、回路基板１１１に半田付けされる。
【００２６】
〔適用例〕
次に、上記過電圧保護装置１００が装着される保安器２００の構成について説明する。
【００２７】
図３は過電圧保護装置１００の適用例の構成図を示す。
【００２８】
本適用例は、過電流制限器１００を保安器２００に装着した例を示している。
【００２９】
保安器２００は、避雷器弾器２１１に過電圧保護装置１００及び過電流制限器３００を装着した構成とされている。
【００３０】
避雷器弾器２１１は、接地板２２１に接地端子部材２２２を装着するとともに、第１の信号端子部材２２３、２２４及び第２の信号端子部材２２５、２２６をボルト２２７及びナット２２８により絶縁部材２２９を介して締め付けることにより接地板２２１に固定した構成とされている。
【００３１】
第２の信号端子部材２２５、２２６には、可動部材２３０、２３１が矢印Ｃ１、Ｃ２方向に弾性変形可能に固定されている。また、第１の信号端子部材２２３、２２４及び第２の信号端子部材２２５、２２６は、矢印Ｂ１、Ｂ２方向に弾性変形可能な構成とされている。
【００３２】
過電圧保護装置１００は、避雷器弾器２１１の端部に溝部１４５が係合し、避雷器弾器２１１の両面をまたいで装着される。過電圧保護装置１００が避雷器弾器２１１に装着されることにより、入力端子部材１１２が第２の信号端子部材２２５に接触し、入力端子部材１１３が第２の信号端子部材２２６に接触し、接地端子部材１１４の端子部１１４ａ、１１４ｂが接地端子部材２２２に接触する。
【００３３】
また、過電圧保護装置１００が避雷器弾器２１１に装着されると、第２の信号端子部材２２５が矢印Ｂ１方向に弾性変形し、第２の信号端子部材２２６が矢印Ｂ２方向に弾性変形する。第２の信号端子部材２２５、２２６が矢印Ｂ１、Ｂ２方向に弾性変形することにより、第２の信号端子部材２２５、２２６に固定された可動部材２３０、２３１が接地端子部材２２２から離間する。
【００３４】
過電流制限器３００は、第１の信号端子部材２２３と第２の信号端子部材２２５との間、及び、第１の信号端子部材２２４と第２の信号端子部材２２６との間に装着される。
【００３５】
図４は本発明の過電流制限器の一実施例の分解斜視図、図５は本発明の過電流制限器の一実施例の組立時の斜視図を示す。
【００３６】
本実施例の過電流制限器３００は、スイッチ素子３１１、第１の端子部材３１２、第２の端子部材３１３、ケース３１４から構成されている。
【００３７】
スイッチ素子３１１は、過電流状態になると略絶縁状態となるスイッチ素子であり、例えば、サーミスタ素子から構成されている。サーミスタ素子としては、例えば、略板状に成型されたポリマ系樹脂の固まりからなる、ポリマ系のＰＣＴサーミスタ素子（Positive Temperature Coefficient）が考えられる。ポリマ系のＰＴＣサーミスタ素子は、正の温度係数を持ち、素子の温度が所定の温度を超えると、急激に抵抗値が増加し、略絶縁状態となるデバイスである。また、ポリマ系のＰＴＣサーミスタ素子の抵抗値変化は、可逆性であり、電源をいったんオフにすることにより、素子温度が下がり、元の抵抗値に戻り、導通可能となる。このため、ヒューズのように交換する必要がない。
【００３８】
スイッチ素子３１１は、一面が第１の端子部材３１２に半田付け、反対側の面が第２の端子部材３１３に半田付けされる。
【００３９】
ケース３１４は、ケース半体３１４ａ、３１４ｂからなり、ケース半体３１４ａとケース半体３１４ｂとを組み合わせることにより略円筒形状となるように構成されている。ケース３１４は、第１の端子部材３１２及び第２の端子部材３１３をスイッチ素子３１１に半田付けした後に、両端面が第１の端子部材３１２と第２の端子部材３１３との間に挟持されるように取り付けられる。
【００４０】
ケース３１４を取り付けることによって図５に示すようにスイッチ素子３１１及び第１の端子部材３１２及び第２の端子部材３１３の接続部１２１がケース３１４の内部に収納される。
【００４１】
過電流制限器３００は、図３に示すように過電流時に第１の信号端子部材と第２の信号端子部材との間を絶縁状態とすることにより第１の信号端子部材及び第２の信号端子部材を過電流状態から保護している。
【００４２】
過電流制限器３００は、第１の信号端子部材２２３を矢印Ｂ１方向に弾性変形させつつ、第１の信号端子部材２２３と第２の信号端子部材２２５との間に装着され、第１の信号端子部材２２３の弾性復帰力によって、第２の信号端子部材２２５に押しつけられ、第１の信号端子部材２２３と第２の信号端子部材２２５との間に保持される。また、過電流制限器３００は、第１の信号端子部材２２４を矢印Ｂ２方向に弾性変形させつつ、第１の信号端子部材２２４と第２の信号端子部材２２６との間に装着され、第１の信号端子部材２２４の弾性復帰力によって、第２の信号端子部材２２６に押しつけられ、第１の信号端子部材２２４と第２の信号端子部材２２６との間に保持される。
【００４３】
図６は保安器２００の等価回路図を示す。
【００４４】
保安器２００は、第１の信号端子部材１４１と接地端子部材２２２との間に上記サージ吸収装置３００が配置され、第１の信号端子部材１４１と第２の信号端子部材１５１との間に上記過電流制限器１００が接続されることにより、図７に示すような回路を構成する。
【００４５】
過電流時には、過電流制限器１００が絶縁状態となることによって第１の信号端子部材１４１と第２の信号端子部材１５１とが切断され、例えば、第２の信号端子部材１５１側から第１の信号端子部材１４１側に過電流が流れることを阻止できる。
【００４６】
図７は過電圧保護装置１００の電圧に対する電流の特性を示す図である。
【００４７】
サージ電圧発生時には、まず、過電圧保護装置１００のサイリスタ１２２，１２３がオンして、電流を接地端子部材３２２から接地に流し、サージ電圧を吸収する。さらに、遅れてセラミックガスアレスタ１２１がオンして、電流を接地端子部材３２２から接地に流し、サージ電圧を吸収する。
【００４８】
このため、図７に実線で示すような特性となり、図７に斜線で示す少ない部分にだけ電流が流れる。よって、過電圧保護装置１００で消費される電力が少なく、効率よく過電圧を吸収できる。
【００４９】
このとき、サイリスタ１２２、１２３は、半導体素子であり、サージ電圧に対して高速に応答できる。また、セラミックガスアレスタ１２１は高い耐圧を持っており、サージ電圧を確実に吸収させることが可能となる。
【００５０】
したがって、本適用例の過電圧保護装置１００を用いることにより、サージ電圧に対して高速に応答でき、かつ、高サージ電圧に対応できる。
【００５１】
なお、抵抗１２４、１２５は、サイリスタ１２２、１２３に直列に接続されており、サイリスタ１２２、１２３に流れる電流を制限している。
【００５２】
なお、本実施例では、半導体素子としてサイリスタを適用した例について説明したが、半導体素子は入力端子の電圧が所定の電圧より大きくなったときにオンする半導体素子であれば、サイリスタに限定されるものではない。
【００５３】
また、本実施例では、放電素子として、セラミックガスアレスタを適用した例について説明したが、放電素子は入力端子の電圧が所定の電圧より大きくなったときにオンする放電素子であれば、セラミックガスアレスタに限定されるものではない。
【００５４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形例が考えられることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の過電圧保護装置の一実施例の分解斜視図である。
【図２】本発明の過電圧保護装置の一実施例の組立時の斜視図である。
【図３】過電圧保護装置１００の適用例の構成図である。
【図４】過電流制限器３００の分解斜視図である。
【図５】過電流制限器３００の組立時の斜視図である。
【図６】保安器２００の等価回路図である。
【図７】過電圧保護装置１００の電圧に対する電流の特性を示す図である。
【図８】従来の保安器の一例の構成図である。
【符号の説明】
【００５６】
１００  過電圧保護装置
１１１  回路基板、１１２〜１１４  端子部材、１１５  ケース
１２１  セラミックガスアレスタ、１２２、１２３  サイリスタ
１２４、１２５  抵抗
３３１、３３２  ケース半体
３４１  溝部
１２１  接続部、１２２  溝部、１２３  鍔部、１２４  係合部
１２４ａ  第１係合部、１２４ｂ  第２係合部
１３１  凸部
１４１  第１の信号端子部材、１５１  第２の信号端子部材、１６１  可動部材
２００  保安器
２１１  避雷器弾器
２２１  接地板、２２２  接地端子部材、２２３、２２４  第１の信号端子部材
２２５、２２６  第２の信号端子部材、２２７  絶縁部材、２２８  ボルト
２２９  ナット、２３０、２３１  可動部
３００  過電流制限器
３１１  スイッチ素子、３１２  第１の端子部材、３１３  第２の端子部材
３１４  ケース、３１４ａ、３１４ｂ  ケース半体
【図１】
2007300736.tif 000003
【図２】
2007300736.tif 000004
【図３】
2007300736.tif 000005
【図４】
2007300736.tif 000006
【図５】
2007300736.tif 000007
【図６】
2007300736.tif 000008
【図７】
2007300736.tif 000009
【図８】
2007300736.tif 000010