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技術 サージ防護素子

出願人 三菱マテリアル株式会社
発明者 黛良享酒井信智杉本良市
出願日 2015年12月8日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2015-239107
公開日 2017年6月15日 (3年6ヶ月経過) 公開番号 2017-107678
状態 特許登録済
技術分野 避雷器
主要キーワード 絶縁性管 サージ防護素子 サージ耐性 保証範囲 再生エネルギー 封止電極 イオン源材料 アレスタ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

放電補助部の昇華消失を抑制することができ、耐久性の向上が可能なサージ防護素子を提供すること。

解決手段

絶縁性管2と、絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガス封止する一対の封止電極と、絶縁性管の内周面イオン源材料を含有した材料で形成された放電補助部4とを備え、一対の封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、放電補助部が、イオン源材料で形成された核粒子8aと、絶縁性材料で形成され核粒子を被覆する被覆膜8bとで構成される複数の複合体8を有している。

概要

背景

電話機ファクシミリモデム等の通信機器用電子機器通信線との接続する部分、電源線アンテナ或いはCRT液晶テレビおよびプラズマテレビ等の画像表示駆動回路等、雷サージ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熱的損傷又は発火等による破壊を防止するために、サージ防護素子が接続されている。

従来、例えば特許文献1に示すように、一対の封止電極から対向状態に突出した一対の突出電極部を備え、絶縁性管内面放電補助部が形成されたアレスタ型のサージ防護素子が記載されている。通常、このようなサージ防護素子では、炭素材で形成された放電補助部が、一対の突出電極部の間にある中間領域に対向する絶縁性管の内面に形成されている。このような放電補助部は、一般的にはグラファイト等の導電性イオン源材料で形成され、初期放電を助長するためのイオン源となっている。

概要

放電補助部の昇華消失を抑制することができ、耐久性の向上が可能なサージ防護素子を提供すること。絶縁性管2と、絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガス封止する一対の封止電極と、絶縁性管の内周面にイオン源材料を含有した材料で形成された放電補助部4とを備え、一対の封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、放電補助部が、イオン源材料で形成された核粒子8aと、絶縁性材料で形成され核粒子を被覆する被覆膜8bとで構成される複数の複合体8を有している。

目的

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、放電補助部の昇華消失による動作の不安定化を抑制することが可能なサージ防護素子を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

絶縁性管と、前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガス封止する一対の封止電極と、前記絶縁性管の内周面イオン源材料を含有した材料で形成された放電補助部とを備え、一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、前記放電補助部が、前記イオン源材料で形成された核粒子と、絶縁性材料で形成され前記核粒子を被覆する被覆膜とで構成される複数の複合体を有し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に記載のサージ防護素子において、前記放電補助部が、前記被覆膜で被覆されていない複数の前記核粒子を有し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、前記被覆膜が、前記絶縁性管と同じ絶縁性材料で形成されてい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、前記放電補助部が、互いに異なる厚さに設定された前記被覆膜を有する少なくとも2種類の前記複合体を有していることを特徴とするサージ防護素子。

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電子機器通信線との接続する部分、電源線アンテナ或いはCRT液晶テレビおよびプラズマテレビ等の画像表示駆動回路等、雷サージ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熱的損傷又は発火等による破壊を防止するために、サージ防護素子が接続されている。

0003

従来、例えば特許文献1に示すように、一対の封止電極から対向状態に突出した一対の突出電極部を備え、絶縁性管内面放電補助部が形成されたアレスタ型のサージ防護素子が記載されている。通常、このようなサージ防護素子では、炭素材で形成された放電補助部が、一対の突出電極部の間にある中間領域に対向する絶縁性管の内面に形成されている。このような放電補助部は、一般的にはグラファイト等の導電性イオン源材料で形成され、初期放電を助長するためのイオン源となっている。

先行技術

0004

実用新案登録第3151069号公報

発明が解決しようとする課題

0005

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の構造では、一対の突出電極部間で生じるアーク放電時の熱及び膨張エネルギーにより放電補助部の一部が昇華消失してしまい、繰り返し放電時の放電電圧が不安定(放電電圧が上昇する)になるという問題があった。
特に、大電流の放電では、放電補助部の昇華消失が顕著になる傾向がある。また、放電電流保証範囲を大幅に超えてしまうと、電極の設計を変更することが要求されると共に、安定した動作のために、サイズを大型化する、又は並列に接続するなどの対応が必要になる不都合があった。

0006

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、放電補助部の昇華消失による動作の不安定化を抑制することが可能な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

0007

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、絶縁性管と、前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガス封止する一対の封止電極と、前記絶縁性管の内周面にイオン源材料を含有した材料で形成された放電補助部とを備え、一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、前記放電補助部が、前記イオン源材料で形成された核粒子と、絶縁性材料で形成され前記核粒子を被覆する被覆膜とで構成される複数の複合体を有していることを特徴とする。

0008

本発明のサージ防護素子では、放電補助部が、イオン源材料で形成された核粒子と、絶縁性材料で形成され核粒子を被覆する被覆膜とで構成される複数の複合体を有しているので、被覆膜によってイオン源材料の核粒子が保護されていることで、放電によるイオン源材料の昇華消失を抑制することができ、放電補助機能を維持することができる。

0009

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、前記放電補助部が、前記被覆膜で被覆されていない複数の前記核粒子を有し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、放電補助部が、被覆膜で被覆されていない複数の核粒子を有しているので、イオン源材料が表面に露出した核粒子も混合されていることで、複合体だけの放電補助部に比べてイオンをより発生させることができ、放電補助機能を向上させることができる。

0010

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、前記被覆膜が、前記絶縁性管と同じ絶縁性材料で形成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、被覆膜が、絶縁性管と同じ絶縁性材料で形成されているので、絶縁性管に対する複合体の密着性が向上する。

0011

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、前記放電補助部が、互いに異なる厚さに設定された前記被覆膜を有する少なくとも2種類の前記複合体を有し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、放電補助部が、互いに異なる厚さに設定された被覆膜を有する少なくとも2種類の複合体を有しているので、放電アークエネルギーによって特定の厚さの被覆膜を有する複合体が消失しても、他の厚さの被覆膜を有した複合体が残存していることで、放電補助機能を維持することができる。

発明の効果

0012

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、放電補助部が、イオン源材料で形成された核粒子と、絶縁性材料で形成され核粒子を被覆する被覆膜とで構成される複数の複合体を有しているので、放電によるイオン源材料の昇華消失を被覆膜によって抑制することができ、放電補助機能を維持することができる。
したがって、サージ電流放電回数が増えてもサージ防護素子性能を良好に維持することが可能になる。特に、本発明に係るサージ防護素子は、大電流サージ耐性が要求されるインフラ用(鉄道関連、再生エネルギー関連(太陽電池風力発電等))の電源及び通信設備に好適である。

図面の簡単な説明

0013

本発明に係るサージ防護素子の第1実施形態において、絶縁性管の一部を破断して示す要部の斜視図である。
第1実施形態において、サージ防護素子を示す軸方向の断面図である。
第1実施形態において、複合体を示す概略的な断面図である。
本発明に係るサージ防護素子の第2実施形態において、3種類の複合体を示す断面図である。

実施例

0014

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から図3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。

0015

本実施形態のサージ防護素子1は、図1及び図2に示すように、絶縁性管2と、絶縁性管2の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極3と、絶縁性管2の内周面にイオン源材料を含有した材料で形成された放電補助部4とを備えている。
一対の封止電極3が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部5を有している。
上記放電補助部4は、図3に示すように、イオン源材料で形成された核粒子8aと、絶縁性材料で形成され核粒子8aを被覆する被覆膜8bとで構成される複数の複合体8を有している。

0016

また、放電補助部4は、被覆膜8bで被覆されていない複数の核粒子8aも有している。すなわち、放電補助部4は、複数の複合体8と複数の核粒子8aとの混合で構成されている。
上記核粒子8aは、例えば棒状、球状又は多角形状の粒子であるグラファイト等の炭素材で形成されている。
なお、核粒子8aのイオン源材料は、導電性材料であって、例えば炭素材、金属及び合金のうち一種若しくはこれらの複合物が採用可能である。

0017

また、上記被覆膜8bは、絶縁性管2と同じ絶縁性材料で形成されている。例えば、絶縁性管2が、アルミナ(Al2O3)の絶縁性材料で形成されている場合、被覆膜8bもアルミナで形成されている。
なお、絶縁性管2は、SiO2を含有する鉛ガラス等のガラス管で形成した場合、被覆膜8bも、SiO2で形成することが好ましい。
また、絶縁性管2は、円筒状に形成されている。

0018

なお、被覆膜8bが厚すぎると、内部の核粒子8aからのイオン発生が抑制され過ぎて放電空間に暴露され難くなるため好ましくない。したがって、被覆膜8bの膜厚Rcは、核粒子8aの半径をRとすると、以下の関係式で設定する範囲とすることが好ましい。
R×0.05<Rc<R×0.5

0019

なお、複合体8を作製する場合、例えばゾルゲル法を用いて核粒子8aの表面に被覆膜8bを被覆する。
例えば、カーボン粒子の核粒子8aをシリカ(SiO2)の被覆膜8bで被覆する場合、核粒子8aを加熱や硝酸等の酸化処理によって表面処理し、この後、ケイ酸液等のシリカ原料に接触させる。すなわち、表面処理した核粒子8aの水分散液とケイ酸液とを混合する。これにより、核粒子8aの表面にいわゆるヘテロ凝集によりシリカが吸着され、核粒子8aがシリカの被覆膜8bで覆われて複合体8となる粒子が形成される。このように形成された粒子を乾燥、加熱硬化させることで、粉末状の複合体8が作製される。

0020

また、上記絶縁性管2を作製するには、まず絶縁性材料の原料粉バインダー等とを所定割合で混合し、粉砕工程、乾燥工程等を経た後、円筒形状に成形し、焼成工程にて焼結させることで、絶縁性管2が得られる。
なお、上記作製した複合体8を絶縁性管2の内周面に形成する場合、まず上記焼成工程前において複合体8の粉末を上記成形後の絶縁性管2の内周面に付着させる。さらに、焼成工程で絶縁性管2の焼結と共に絶縁性管2の内周面で複合体8を焼結させる。

0021

例えば、核粒子8aのイオン源材料としてグラファイトを採用すると共に、絶縁性管2及び被覆膜8bの絶縁性材料としてアルミナを採用する場合、焼成工程における不活性ガス中の焼結温度を1200℃とする。すなわち、Al2O3(アルミナ)とグラファイトとの反応温度が1280℃であるので、焼成は1200℃を上限とする。なお、絶縁性材料としてSiO2を採用する場合も、SiO2とグラファイトとの反応温度が1250℃であるため、焼成は1200℃を上限とする。

0022

また、Al2O3又はSiO2の絶縁性材料を採用する場合、イオン源材料として1200℃以下の融点を持つ金属、合金は採用できない。したがって、イオン源材料として、Au,Ag,Zn等は採用できず、Ni,Ti,Mo,W等は採用可能である。
なお、絶縁性材料としては、他にマグネシアジルコニア窒化アルミニウム窒化ケイ素炭化ケイ素等が採用可能である。

0023

上記封止電極3は、例えば42アロイ(Fe:58wt%、Ni:42wt%)やCu等で構成されている。
封止電極3は、絶縁性管2の両端開口部に導電性融着材(図示略)により加熱処理によって密着状態に固定されている円板状のフランジ部7を有している。このフランジ部7の内側に、内方に突出していると共に絶縁性管2の内径よりも外径の小さな円柱状の突出電極部5が一体に設けられている。

0024

上記導電性融着材は、例えばAgを含むろう材としてAg−Cuろう材で形成されている。
上記絶縁性管2内に封入される放電制御ガスは、不活性ガス等であって、例えばHe,Ar,Ne,Xe,Kr,SF6,CO2,C3F8,C2F6,CF4,H2,大気等及び これらの混合ガスが採用される。

0025

このサージ防護素子1では、過電圧又は過電流侵入すると、まず露出している核粒子8a又は複合体8内の核粒子8aと突出電極部5との間で初期放電が行われ、この初期放電をきっかけに、さらに放電が進展して一対のフランジ部7間又は突出電極部5間で放電が行われる。

0026

このように本実施形態のサージ防護素子1では、放電補助部4が、イオン源材料で形成された核粒子8aと、絶縁性材料で形成され核粒子8aを被覆する被覆膜8bとで構成される複数の複合体8を有しているので、被覆膜8bによってイオン源材料の核粒子8aが保護されていることで、放電によるイオン源材料の昇華消失を抑制することができ、放電補助機能を維持することができる。

0027

また、放電補助部4が、被覆膜8bで被覆されていない複数の核粒子8aを有しているので、イオン源材料が表面に露出した核粒子8aも混合されていることで、複合体8だけの放電補助部に比べてイオンをより発生させることができ、放電補助機能を向上させることができる。
さらに、被覆膜8bが、絶縁性管2と同じ絶縁性材料で形成されているので、絶縁性管2に対する複合体8の密着性が向上する。

0028

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4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。

0029

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、被覆膜8bの厚さが同一に設定されているのに対し、第2実施形態のサージ防護素子では、図4に示すように、放電補助部が、互いに異なる厚さに設定された被覆膜28b,28c,28dを有する少なくとも2種類の複合体28A,28B,28Cを有している点である。

0030

すなわち、第2実施形態では、例えば図4の(a)に示すように、薄い被覆膜28bで被膜された複合体28Aと、図4の(b)に示すように、被覆膜28bよりも厚い被覆膜28cで被膜された複合体28Bと、図4の(c)に示すように、被覆膜28cよりも厚い被覆膜28dで被膜された複合体28Cとで放電補助部が構成されている。

0031

このように第2実施形態のサージ防護素子では、放電補助部が、互いに異なる厚さに設定された被覆膜28b,28c,28dを有する少なくとも2種類の複合体28A,28B,28Cを有しているので、放電アークエネルギーによって特定の厚さの被覆膜(例えば被覆膜28b)を有する複合体(例えば複合体28A)が消失しても、他の厚さの被覆膜(例えば被覆膜28c,28d)を有した複合体(例えば28B,28C)が残存していることで、放電補助機能を維持することができる。

0032

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。

0033

1…サージ防護素子、2…絶縁性管、3…封止電極、4…放電補助部、5…突出電極部、8,28A,28B,28C…複合体、8a…核粒子、8b,28b,28c,28d…被覆膜

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