CN1046600C - 放电式过电压吸收元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种放电式过电压吸收元件及其制造方法。其结构包括：在气密容器内充入放电气体，将接有引线的多个放电电极平行或对顶放置，形成放电间隙；在容器的内表面上形成沿面放电性能良好的层体，经过加热等方式进行密封，制成元件。其特征为：在上述引线与层体之间，经过热处理加工，形成微隙，或采用激光照射的方式等，除去容器内表面上的一部分层体，形成缺口，并在与缺口相对应的位置处做出微凹口，借以提高元件的放电响应性能。

Description

放电式过电压吸收元件及其制造方法

本发明涉及利用与放电气体同时封入气密容器内的放电间隙中的放电现象吸收过电压的放电式过电压吸收元件，特别是有关对放电间隙中的主放电采取适当的触发手段以提高其响应性能的放电式过电压吸收元件。另外还涉及这类放电式过电压吸收元件的制造方法。

过去，为保护电子电路元件不受沿信号线路或电源线路侵入电子仪器的瞬态异常电压或感应雷电的损坏，都是采用利用封入气密容器内的放电间隙中的放电现象吸收过电压的放电式过电压吸收元件。这种放电式过电压吸收元件由于是利用作为主放电的电弧放电来吸收过电压，因而一方面具有电流容量大的优点，而另一方面则存在着响应性能恶劣的缺点。为此，提出了在放电电极之间配置用沿面放电特性良好的电介质构成的层体，借以提高其响应性能的技术(日本专利公报平成5-7835号、5-8736号)。

这种放电式过电压吸收元件60的结构如图14所示，在由具有良好放电特性的镍等金属材料构成的电极基体62a的表面上粘附氧化钡等构成的发射层后制成的棒状放电电极62、62，按规定的放电间隙64的间距平行设置，并将其与放电气体一起封入由玻璃管加工制成的气密容器66内，两个放电电极62、62所连接的，由杜美丝等构成的引线68、68引出到气密容器66之外，同时在上述气密容器66的内表面上，至少在导线68、68之间，附着由放电特性良好的氧化镍等电介质构成的层体70(在图14所示的例子中，在气密容器66的内表面上几乎全部都形成了层体70)。

这种放电式过电压吸收元件60通过上述引线68、68与图中省略了的作为保护对象的电子电路并联连接。当通过引线68、68对这种放电式过电压吸收元件60施加超过额定值的过电压时，在导线68、68之间的层体70表面上立即产生表面电晕放电并开始吸收过电压。而这种表面电晕放电通过其放电过程中放出的电子和离子的引动作用向放电电极62、62的放电间隙64过渡，经过辉光放电最终产生作为主放电的电弧放电，并通过其大电流来吸收过电压。亦即这种放电式过电压吸收元件60试图以响应性优良的表面电晕放电作为放电间隙64中主放电的触发手段，借以提高对过电压的响应性能。如与没有附着上述层体70的情况相比，确实能提高其响应性能，但因由表面电晕放电放出的电子和离子的数量不够多，所以上述放电式过电压吸收元件60的响应性能仍停止在不甚满意的水平。

因此，提出一种方案，即如图15中导线68、68与气密容器66连接部分的放大图所示，在层体70的表面上以点状分布的方式配置多个由镍等导电材料构成的颗粒状或块状辅助放电电极72，由此在导线68和辅助放电电极72之间、及各辅助放电电极72、72之间形成多处比上述放电间隙64更为狭小的辅助放电间隙74。简言之，就是通过在层体70表面上的表面电晕放电与放电间隙64中主放电之间存在的辅助放电间隙74的气体放电，使放电间隙64中主放电的产生更为顺利。的确，各辅助放电间隙74的间隙宽度与放电间隙64相比非常狭小、而与层体70的距离也短，所以辅助放电间隙74的气体放电可以在更短的时间发生。而且，这种气体放电能够比表面电晕放电放出更多的电子和离子，因而使放电间隙64中主放电的产生更为迅速。

以下举例说明上述放电式过电压吸收元件60的制造方法。首先在接有引线68、68的镍制电极基体62a、62a的表面上粘附由碳酸钡构成的发射材料，并使该电极基体62a、62a的表面露出一部分。

接着用定位夹具将上述引线68、68夹正，使其保持同一方向，并将电极基体62a、62a按规定间隔平行配置，将其从两端敞口的玻璃管的下端敞口插入管内。这时，不要把上述引线68、68全部装入管内，而应保持将其下端部分从玻璃管的下端敞口向外部引出的状态。

再将玻璃管的下端敞口部分用煤气火焰加热熔融，并用夹钳将该熔融部分向内压挤，把玻璃管的下端敞口部分封死。这样便使引线68、68的中间部分固定在玻璃管的上述封口处，同时使该引线68、68的下端部分保持引出到玻璃管外部的状态。由于上述玻璃管的加热是在空气中进行的，所以电极基体62a、62a的表面露出部分(图中省略)被氧化形成氧化镍。随后在玻璃管的上端敞口上连接排气装置，开始排出管内的气体。在排气操作过程中，将接有排气装置的玻璃管装在高频线圈内，在排气操作的同时进行高频加热。通过这种加热处理，作为发射材料的碳酸钡经过热分解并在电极基体62a、62a的表面上形成氧化钡结构的发射层62b、62b，从而制成了放电电极62、62。同时，通过这种加热处理也使电极基体62a、62a的表面露出部分熔融，随着上述排气过程的进行，因管内的减压作用而使该熔融物质开始逸散。

这时，因在排气工序的初期，玻璃管内残留的空气浓度高，因而构成熔融了的电极基体62a、62a的镍在逸散过程中被氧化形成氧化镍，与前一工序在电极基体62a、62a的表面上形成的氧化镍一并成层粘附在玻璃管的内表面，形成上述层体70。而构成发射层62b、62b的氧化钡的一部分也发生逸散，并混入上述层体70内。

当上述加热继续进行时，随着排气过程的进行，玻璃管内残留的空气浓度降低，因而最后使逸散的镍在逸散过程中不会再被氧化。因此，如在这种不被氧化的镍以分散的点状物附着在上述层体70的表面上时，结束加热操作，则如图15所示，将在层体70的表面配置上多个具有导电性的颗粒状或块状辅助放电电极72。

通过上述排气处理，将残留空气、由碳酸钡分解产生的二氧化碳、以及玻璃管本身或玻璃管内所装的构件放出的不纯气体完全除去，并使玻璃管内成高真空状态之后，充入放电气体，再将玻璃管的上端敞口加热使其熔融，经过封口，制成气密容器66。

如采用这种制造方法，只要选择适当加热部位、加热温度和加热时间或排气速度等条件、以及放电电极62、62结构材料的熔融温度和分解温度或氧化速度等，并将其设定为最佳条件，即可不必准备特殊的材料和工序就能形成层体70和辅助放电电极72，因而具有制造过程简单的优点。

但是，因为对于构成电极基体62a的金属(镍)的熔融、逸散工序难于进行精密控制，所以原来仅应分布在层体70表面的金属颗粒76的一部分不可避免的会埋入、混进层体70的内部，其结果是使层体70本身的绝缘电阻降低。这样如在层体70绝缘电阻降低的情况下施加过电压，在引线68、68之间的表面电晕放电将会持续进行，因而就有可能不会过渡为放电间隙64中的主放电。而表面电晕放电的这种持续，严重时会剥离层体70，并因发热而部分的熔融、逸散，在下一次施加过电压时就不会产生作为触发手段的表面电晕放电，因而有造成延迟放电间隙64放电的危险。

当然，如仅混入极微量的金属颗粒76还不成问题，但为了实现辅助放电间隙74的气体放电，辅助放电电极72必需以某种程度以上的分布密度分布在层体70的表面上，结果就会有数量不可忽视的金属颗粒76埋入、混进层体70的内部。

本发明的目的是实现能够解决上述以往放电式过电压吸收元件存在问题的放电式过电压吸收元件。

为达到上述目的，本发明涉及的放电式过电压吸收元件，是在充入放电气体的气密容器内将接有引线的多个放电电极相对设置，在各放电电极之间形成放电间隙，并将各放电电极的引线穿过上述气密容器引到外部，同时在上述气密容器内表面上至少在引线68、68之间配置用构成上述放电电极的物质为材料形成的沿面放电特性良好的层体，并在上述引线与上述层体的端部之间形成微隙。

如通过引线对这种放电式过电压吸收元件施加过电压，引线与层体端部之间的电场强度增高，则在微隙中将放出远比由表面电晕放电的释放量多很多的电子和离子。而与只以表面电晕放电作为触发手段的情况相比，借助于这些大量的电子或离子的触发作用，将能更为迅速地在放电间隙中产生作为主放电的电弧放电。

这样一来，通过在引线与层体端部之间设置微隙，使响应速度得以提高，所以就没有必要像以往示例那样特意在层体表面配置多个辅助放电电极并形成辅助放电间隙了。但是，为使响应性能得到更进一步的提高，仍可在层体表面上以构成放电电极的物质为材料以点状分布的方式配置多个具有导电性的辅助放电电极。在这种情况下，由于在引线与层体端部之间因微隙的存在而保持绝缘性，所以即使在辅助放电电极制作过程中会有导电性物质(金属颗粒)埋入、混进层体的内部，但也不会产生像以往示例中存在的当施加过电压时在导线之间表面持续进行电晕放电的现象、导致在放电间隙中不能产生主放电的问题。

这种微隙可以用简单的方法形成，例如将放电电极在减压的氧化气氛中加热，并使构成该放电电极的物质在熔融、逸散的过程中被氧化，在这种氧化物附着在上述气密容器的内表面形成上述层体时，上述气密容器的内表面上与上述导线接触的部分同时被熔融，因而可防止上述氧化物粘附在该接触部分的表面上。

为了取代在层体端部与导线之间设置微隙的办法，也可将上述气密容器内表面上，至少在导线之间，除去一部分层体，形成缺口。例如，这种缺口可在上述引线之间横向切除宽度为50～300μm的带状缺口而形成。同时，在气密容器内表面上与该缺口对应的部分最好形成凹口。

这种缺口具有与上述微隙实质上相同的功能。亦即当施加过电压时，在该缺口处将释放出远比由表面电晕放电量多得多的电子和离子，借助于其引动作用，能够更迅速地在放电间隙中产生主放电。而在层体表面上以构成放电电极的物质为材料按点状分布的方式配置的多个具有导电性的辅助放电电极时，即使会因为有导电性的物质被埋入、混进层体内部，而使层体本身绝缘电阻降低，但由于层体在引线之间被缺口隔断，结果使引线之间仍能确保绝缘性能，所以在引线之间的表面不会产生持续的电晕放电。

这种缺口可以用简单的方法形成，例如，当使用玻璃制气密容器时，当在该气密容器内表面上形成层体之后，可用激光从气密容器外部进行照射，将气密容器内表面上形成的层体蒸发掉一部分。

为了降低放电电极的起始放电电压、提高放电电极的耐飞溅性能，当在电极基体表面形成发射层并制成放电电极时，最好仅在接有引线的多个棒状电极基体的前端部分的一段上粘附发射材料，该发射材料经过热分解后在电极基体表面的前端部分的一段上形成发射层，同时将电极基体表面上与引线连接部分的一段做成无发射层的露出部分，借助于该露出部分表面的熔融、逸散来形成上述层体和辅助放电电极。按照这种制造方法，不是在电极基体的全部内表面上形成发射层，而是在电极基体的下端留出无发射层的露出部，并由该露出部提供形成层体和辅助放电电极所用的材料，因而可以在引线之间形成具有足够厚度的层体。同时，能够将辅助放电电极以足够的分布密度配置在层体上。上述露出部分的长度最好占电极基体整体长度的三分之一以上。

上述电极基体和辅助放电电极，例如可用镍构成。而上述层体，例如可以氧化镍为主体构成。各放电电极的本体，例如以相距放电间隙的间隔平行设置。这时，各自的引线沿同一方向引出到气密容器之外。或者，将各放电电极以各自的顶端相距放电间隙的间距相对设置。在这种情况下，各自的引线沿相反方向引出到气密容器之外。

本发明并不限于如上所述类型的将接有引线的放电电极封入气密容器内的放电式过电压吸收元件。例如，也可构成这样的放电式过电压吸收元件，即将兼作端盖之用的放电电极装在两端敞口的壳体上形成气密容器，在该气密容器内于上述放电电极顶端之间形成放电间隙，同时在该气密容器内充入放电气体，并在上述壳体的内表面上形成具有良好沿面放电特性的层体，亦可在上述放电电极与上述层体的端部之间形成微隙。

图1为表示本发明涉及的第1种放电式过电压吸收元件的断面图。

图2为表示第1种放电式过电压吸收元件的引线与气密容器内表面连接部分的断面放大图。

图3为表示第1种放电式过电压吸收元件的引线与气密容器内表面连接部分的改型示例的放大断面图。

图4为表示本发明涉及的第2种放电式过电压吸收元件的断面图。

图5为表示本发明涉及的第3种放电式过电压吸收元件的断面图。

图6为表示第3种放电式过电压吸收元件的微隙周边的断面图。

图7为表示本发明涉及的第4种放电式过电压吸收元件的断面图。

图8为图7的A-A断面图。

图9为表示第4种放电式过电压吸收元件的引线与气密容器内表面连接部分的放大断面图。

图10为表示本发明涉及的第5种放电式过电压吸收元件的断面图。

图11为表示本发明涉及的第6种放电式过电压吸收元件的断面图。

图12为表示第6种放电式过电压吸收元件的导线与气密容器内表面连接部分的放大断面图。

图13为表示本发明涉及的第7种放电式过电压吸收元件的断面图。

图14为表示以往的放电式过电压吸收元件的断面图。

图15为表示以往的放电式过电压吸收元件的引线与气密容器内表面连接部分的放大断面图。

下面根据附图说明本发明的实施例。图1为表示在本发明的一个实施例中涉及的第1种放电式过电压吸收元件10的纵断面图。该第1种放电式过电压吸收元件10的制作方法为，将一端接有引线12、12的一对放电电极14、14的基体按规定距离的间隔平行设置，在两个放电电极14、14之间形成放电间隙16，同时将其封入用玻璃管加工制成的气密容器18内，并将各放电电极14的引线12引出到气密容器18之外。在该气密容器18内封入稀有气体和氮气或六氟化硫气体等组成的放电气体。上述放电电极14是在采用镍等放电特性良好的金属材料、经过加工制成细长的棒状或板状电极基体14a的表面上粘附氧化钡制成的发射层14b制成的。上述引线12是由杜美丝(铜被铁镍合金丝)等构成的。

在该气密容器18的内表面上，粘附一层由氧化镍等具有良好的沿面放电特性的电介质构成的层体20。从图2所示的引线12与气密容器18内表面接触部分的放大图可以明显看出，在引线12、12之间配置的层体20的端面20a与引线12之间形成宽度为10～300μm的微隙21，通过该微隙21将两者隔断。

以下说明该第1种放电式过电压吸收元件10的制造方法的一个示例。首先在连接着引线12、12的镍制电极基体14a、14a的表面上粘附由碳酸钡构成的发射材料，并使该电极基体14a、14a的表面有一部分外露。用定位夹具将上述导线12、12夹紧，使其保持同一方向，并将电极基体14a、14a按规定间距相对平行配置，将其插入两端敞口的玻璃管内，插入时应使上述引线12、12的下端部分从玻璃管的下端敞口处外伸。再将玻璃管的下端敞口部分用煤气火焰加热熔融，用夹钳将熔融部分向内挤压封死，并将引线12、12的中间部分固定在玻璃管的下端封口处，并使该导线12、12导线的下端部分伸向玻璃管的外部。这时，由于上述玻璃管的加热是在空气中进行的，所以电极基体14a、14a的表面露出部分(图中省略)经过氧化形成氧化镍。

随后在玻璃管的上端敞口处连接排气装置开始由管内向外排气。在排气工序中，将接有排气装置的玻璃管装在高频线圈内，并在排出玻璃管内气体的同时进行高频加热，从而使作为发射材料的碳酸钡产生热分解，于是在电极基体14a、14a的表面上形成由氧化钡构成的发射层14b、14b，由此制成放电电极14、14。与此同时，电极基体14a、14a表面的露出部分也开始熔融，随着排气的进行，因管内减压而逸散。在排气工序的初期，因玻璃管内残留的空气浓度高，从而使构成电极基体14a、14a的镍在逸散过程中被氧化形成氧化镍，在与前一工序在电极基体14a、14a表面上形成的氧化镍的同时在玻璃管的内表面形成一层粘附层，从而形成由具有良好沿面放电特性的氧化镍构成的层体20。

当加热上述电极基体14a、14a时，引线12、12也一并被高频加热，因而引线12、12也处于高温状态，使气密容器18内表面与该引线12、12的接触部分熔融。因此，在此熔融的部分也有氧化镍从上述电极基体14a、14a逸出，并立即埋入到内部，而不是附着在其表面上(玻璃的熔融、软化温度要比电极基体14a、14a的镍和氧化镍熔融、逸散的温度低，因此，在其逸散结束后，玻璃仍会继续保持熔融状态，所以氧化镍不会粘附在其表面上)。如上所述，由于玻璃管内处于减压状态，因而使熔融的玻璃沿着引线12、12向电极基体14a、14a的方向隆起，当上述加热工序结束并经过冷却之后，就会在引线12与层体20的端面20a之间形成上述的微隙。

通过上述排气工序，将残留空气、碳酸钡分解产生的二氧化碳、以及玻璃管本身或玻璃管内容纳的构件放出的杂质气体完全除去，并使玻璃管内形成高真空状态之后，充入放电气体，再将玻璃管的上端敞口加热，使其熔融封口，制成气密容器18。

如采用这种制造方法，只要选定适当的加热部位、加热温度和加热时间或排气速度等条件、以及放电电极62、62构成材料的熔融温度和分解温度或氧化速度等，并且据此设定最佳条件，即可不必准备特殊的材料和工序就能形成层体20和微隙21，从而简化了制造过程。

当通过引线12、12向该第1种放电式过电压吸收元件10施加超过额定值的过电压时，在引线12、12之间的层体20表面上立即产生表面电晕放电，并开始吸收过电压。与此同时，因引线12与层体端面20a之间的电场强度提高，在微隙21中将放出大量的电子和离子，而借助于这些电子和离子的引动作用，上述表面电晕放电在极短的时间内就过渡到放电间隙16。在该放电间隙16中，通过辉光放电而产生作为主放电的电弧放电，实现正规的过电压吸收。

这样，通过在引线12与层体端面20a之间形成微隙21，与只利用表面电晕放电放出的电子和离子作为主放电触发手段的情况相比，可以放出更大量的电子和离子，所以在一定程度上提高了对过电压的响应性能。不过，当上述层体20为理想绝缘物质时，在这样的微隙21中是不会放出电子和离子的，但如上所述，该层体20是由作为导体的镍在逸散过程中被氧化而形成的，所以构成具有一定导电性的高电阻体，因此，当施加过电压时，在微隙21中可以放出大量的电子和离子。

如在上述层体20已经形成的阶段并不立即结束对电极基体14a、14a的加热，而是继续加热片刻，随着排气操作的进行，由于玻璃管内残留的空气浓度降低，最终会使逸散的镍成为不再被氧化的状态。因此，如在这种不被氧化的镍形成分散的点状物附着在上述层体20的表面上的时刻结束加热操作，则如图3所示，将会形成由多个具有导电性的颗粒状或块状辅助放电电极22。在引线12和辅助放电电极22之间、及辅助放电电极22相互之间形成多处辅助放电间隙24。该辅助放电间隙24与放电电极14、14间的放电间隙16相比非常狭小、而与层体20表面的距离也短，所以当施加过电压时，在该辅助放电间隙24中将在极短时间内发生气体放电，这种气体放电增强了电子、离子的引动作用，因而可使放电间隙16中更为迅速地产生主放电现象。

在这种情况下，当形成辅助放电电极22时，虽然构成辅助放电电极22材料的金属颗粒26会不可避免地埋入、混进层体20以内，但如上所述，在导线12与层体端面20a之间形成了微隙21，从而确保了两者之间的绝缘性，所以当施加过电压时，不会发生以往例子中存在的、在引线12、12之间的表面形成的持续电晕放电的现象、结果导致在放电间隙16中不能产生电弧放电的问题。

在上述第1种放电式过电压吸收元件10中，其一对放电电极14、14的基体保持同一方向、相隔放电间隙16的间隔互相平行设置，但本发明并不限于这种型式的放电式过电压吸收元件。亦即如图4所示的第2种放电式过电压吸收元件27，其特征是将一对放电电极14、14以其顶端14c、14c相隔放电间隙16的间隔相对设置，并将其与放电气体在两端敞口的玻璃管中进行气密密封形成的气密容器28内，各放电电极14、14的引线12、12分别从相反方向引出到气密容器28之外。其他结构实质上与第1种放电式过电压吸收元件10相同。即在气密容器28的内表面上粘附一层由氧化镍等具有良好沿面放电特性的电介质构成的层体20。而在导线12与层体端面20a之间形成宽度为10～300μm的微隙21。除此以外，虽图中省略但也可在该层体20的表面上以点状分布的方式由多个由镍等导电材料构成的颗粒状辅助放电电极，并在引线12和辅助放电电极之间及各辅助放电电极之间形成辅助放电间隙。

图5所示为本发明涉及的第3种放电式过电压吸收元件30。该第3种放电式过电压吸收元件30的制作方法为：在采用由镍和铁或其合金等放电特性良好的金属材料构成的、兼作端盖之用的帽形放电电极32，将由陶瓷等绝缘体构成的两端敞口的圆筒形壳体34的两端敞口封闭，形成气密容器36，并且使相对设置的上述放电电极32、32的顶端部分32a、32a之间形成放电间隙37，并在上述壳体34的内表面上形成层体20。该层体20采用与上述实施例相同的物质(即以氧化镍为主体的沿面放电特性良好的物质)通过蒸镀、喷镀、涂布等手段在壳体34的内表面上粘附成膜。在上述气密容器36内封入稀有气体和氮气或六氟化硫气体等构成的放电气体，并在放电电极32的外表面上连接引线40。

另外，在放电电极32的端缘部分32b的内表面与层体20端面20a之间，形成10～300μm的微隙21。因此，与上述实施例相同，当施加过电压时，放电电极32的端缘部分32b内表面与层体端面20a之间的电场强度增高，于是在微隙21中放出大量的电子和离子，因而在放电间隙37中可以更为迅速地实现主放电现象。该微隙21可在壳体34的内表面全部形成层体20之后用切削、研磨、激光照射等方法将层体20的端部切掉必要的宽度的方式形成。

除此以外，虽图中省略但也可在上述层体20的表面上以点状分布的方式由多个具有导电性的颗粒状或块状辅助放电电极，并在辅助放电电极与放电电极32端缘部分32b的内表面之间、或辅助放电电极相互之间形成远比放电间隙37狭小的辅助放电间隙。

图7为表示本发明涉及的第4种放电式过电压吸收元件42的纵断面图。图8为其A-A断面图。该第4种放电式过电压吸收元件42的基本结构与上述的第1种放电式过电压吸收元件10相同。即其一端接有引线12、12的一对放电电极14、14按隔规定间距平行设置，两放电电极14、14之间形成放电间隙16，并且将其封入用玻璃管加工制成的气密容器18内，并将各放电电极14的引线12引出到气密容器18之外。上述放电电极14是在由镍等放电特性良好的金属材料经过加工制成的棒状或板状电极基体14a的表面上粘附氧化钡构成的发射层14b构成的。上述引线12则是由杜美丝(铜被铁镍合金丝)等构成。

在上述气密容器18内封入稀有气体和氮气或六氟化硫气体等构成的放电气体。在气密容器28的内表面上粘附由氧化镍等制成的、沿面放电特性良好的层体20。在该层体20的表面上如图9所示至少在引线12、12之间以点状分布的方式由多个由镍等放电特性良好的金属颗粒或块状物构成的辅助放电电极22。在各引线12和辅助放电电极22之间、及辅助放电电极相互之间形成远比上述放电电极14、14之间的放电间隙16狭小的辅助放电间隙24。

该第4种放电式过电压吸收元件42的特征是：不像第1种放电式过电压吸收元件10那样是在引线12与层体20的端面之间形成微隙21，而是将上述层体20切去一部分形成缺口44。这种缺口44经过加工形成宽度为50～300μm左右的带沟，如图9所示，利用该缺口44将配置在两条引线12、12之间的层体20在接近中间的部位断开。同时，在气密容器18内表面上与该缺口44相对应的部分形成深20μm以下的微凹口46。

上述缺口44可在气密容器18内表面形成层体20和辅助放电电极22之后，从气密容器18外部用钇铝石榴石(YAG)激光照射形成。即激光透过气密容器18的玻璃、到达气密容器18的内表面上的层体20，使其蒸发。将激光的照射位置沿规定的图形移动，即可形成带状的缺口44。当激光本身透过玻璃时虽然不会直接使玻璃熔融，但却会使其因吸收激光而发热，并使层体20熔融，受其影响，气密容器18的内表面会因熔融凹陷，其结果是几乎同时在气密容器18内表面与上述缺口44相对应的部位上形成与上述缺口44的形状相对应的凹口46。

这样，由于缺口是在玻璃管被封闭并形成气密容器18之后从外部照射激光，从而使在上述气密容器18内表面上形成的层体20的一部分蒸发形成的，所以上述缺口44可以非常容易地形成，特别是对旧有的放电式过电压吸收元件也有可能形成这种缺口44，因而有助于库存成品的充分利用。

该缺口实质上是形成的微隙，与上述实施例相同，可以提高对过电压的响应性能。即当施加过电压时，缺口44(微隙)的电场强度极度增高，放出大量的电子和离子。由于其具有作为触发手段的功能，所以可使辅助放电间隙24提前发生气体放电，进而可以提前产生放电间隙16中的电弧放电。另外，气密容器18内表面上与该缺口44相对应的部分形成的凹口46，在一定程度上加长了引线12、12之间的沿面距离，因而提高了对反复施加的过电压的耐用寿命。

在上述第4种放电式过电压吸收元件42中，当形成上述辅助放电电极22时，虽然构成辅助放电电极22材料的金属颗粒26也不可避免地要埋入、混进层体20内，但如上所述由于在引线12、12之间横向切割形成缺口44，因而能够确保引线12、12之间的绝缘性。因此，可以有效地解决以往技术中存在的，当施加过电压时在引线12、12之间因层体20绝缘电阻降低而使表面电晕放电持续进行、导致在放电间隙16中不能产生电弧放电的问题。

图10所示为本发明涉及的第5种放电式过电压吸收元件48。其特征是：将一对放电电极14、14以其顶端14c、14c相隔放电间隙16的间隔相对设置，并将其与放电气体一起封入把玻璃管两端敞口进行气密密封而形成的气密容器28内，各放电电极14、14的引线12、12分别以相反方向引出到气密容器28之外。其他结构实质上与第4种放电式过电压吸收元件10相同。即在气密容器28的内表面上附着形成由氧化镍等具有良好沿面放电特性的电介质构成的层体20。同时，虽图中省略，但在该层体20的表面上以点状分布的方式由多个由镍等导电材料构成的颗粒状辅助放电电极，并在引线12和辅助放电电极之间及各辅助放电电极之间形成辅助放电间隙。再从气密容器18外部用钇铝石榴石(YAG)激光沿着外周表面照射，像在气密容器18的内周面上画圆一样在上述层体20上形成宽度为50～300μm左右的缺口44。通过该缺口44将两导线12、12之间将层体20隔断。同时，在气密容器18内表面上与该缺口44相对应的部分形成深20μm以下的微凹口46。

在上述第1种放电式过电压吸收元件10、第2种放电式过电压吸收元件27、第4种放电式过电压吸收元件42及第5种放电式过电压吸收元件48中所述的示例是在电极基体14a的表面上除了极小的一部分以外几乎全部粘附发射材料所形成的、几乎覆盖全部电极基体14a的发射层14b，但本发明并不受此限。例如，也可构成图11所示的第6种放电式过电压吸收元件50，即仅在一对电极基体前端部分14c、14c的一段表面上形成粘附发射层14b、14b，制成放电电极14、14，并在露出的电极基体的底端14d、14d连接由杜美丝等构成的导线12、12。

在制作该第6种放电式过电压吸收元件50时，仅在电极基体前端部分14c的一段粘附碳酸钡等发射材料，将电极基体的底端部分14d一边露出(粘附发射材料的具体范围，从前端14c算起最好在电极基体14a总长度的三分之二以内)。将仅在其前端部分14c的一段粘附发射材料的一对电极基体14a、14a按前述同样的方式从玻璃管下端敞口插入内部，在将该敞口部分压封，并将导线12、12的中间部分固定之后，进行加热处理和排气处理，使作为发射材料的碳酸钡经过热分解并在电极基体14a、14a的前端部分14c、14c一段上形成发射层14b、14b。在气密容器18内表面上形成氧化镍等为主成分的层体20的同时，如图12所示，在上述层体20上配置由镍等构成的颗粒状辅助放电电极22，并在引线12、12之间形成辅助放电间隙24。

上述第6种放电式过电压吸收元件50的结构，不是几乎在电极基体14a的全部表面上形成发射层14b，而是在电极基体14a下端留出无发射层14b的露出部分14e，并由该露出部分14e提供形成层体20和辅助放电电极22所用的材料，所以在气密容器18内表面的下段，即两导线12、12之间可以形成具有足够厚度的层体20。同时也能够以足够的分布密度将辅助放电电极22配置在层体20上。

另外，在图11中为了强调在气密容器18内表面的下段形成的层体20，没有绘出在上段形成的层体20，但实际上在气密容器18的上段也有层体20形成。

由于仅在电极基体14a的前端部分14c的一段上形成发射层14b，所以不但可以因节省价格较高的发射材料而使制造成本降低，而且可以达到提高对过电压响应性能的目的。亦即在采用细长的棒状电极基体14a、并在该电极基体14a的底端14d连接引线12的情况下，电极基体前端部分14c、14c之间的电场强度因边缘效应而达到最强，使两者之间极易产生放电。因此，由于仅在电极基体前端部分14c形成的发射层14b的功函数较小、并能显著降低开始放电电压，所以与未加考虑地在电极基体14a的整个表面上形成发射层14b的情况相比，更能促进电极基体前端部分14c、14c之间开始放电。

图13所示为本发明涉及的第7种放电式过电压吸收元件52。其特征是将一对放电电极14、14以其顶端14c、14c相隔放电间隙16的间隔相对设置，并将其与放电气体一并在两端敞口的玻璃管中经过气密密封形成的气密容器28内，各放电电极14、14的引线12分别从相反方向引出到气密容器28之外。其他结构实质上与第6种放电式过电压吸收元件50相同。即仅在一对电极基体前端部分14c、14c一段的表面上粘附形成发射层14b、14b，制成放电电极14、14，并在露出的电极基体的底端14d连接由杜美丝等构成的引线12。在形成以氧化镍为电介质的层体20的同时，在该层体20的表面上以点状分布的方式配置多个辅助放电电极(图中省略)。

在上述第1种放电式过电压吸收元件10、第2种放电式过电压吸收元件27、第4种放电式过电压吸收元件42及第5种放电式过电压吸收元件48中，电极基体14a的表面只不过是露出极小部分，实际上发射材料的涂敷不匀和发射层14b的碎纹部分这些极微细的露出部分都可以作为向层体20和辅助放电电极22提供材料的来源。

但是，虽然图中省略，但在第1种放电式过电压吸收元件、第2种放电式过电压吸收元件27、第4种放电式过电压吸收元件42及第5种放电式过电压吸收元件48的结构中，当然也可以采用仅在电极基体14a前端部分14c的一段上形成发射层14b、而使底端部分14d一段成为露出部分14e的放电电极14，从而确保为形成层体20和辅助放电电极22提供足够的材料的来源。

在上述第6种放电式过电压吸收元件50和第7种放电式过电压吸收元件52中，在其制造过程中也可以通过设定各种条件，以使作为层体20主原料的氧化镍半导体化(已经知道氧化镍在其制造过程中有时通过对温度等的调整改变晶体结构，即可使其具有半导体性能)。在这种情况下，在制造过程中，通过设定各种条件，同样可望在上述层体20中混入较多量的、构成发射层14b的氧化钡。

如采用这种方法，则因构成上述气密容器18、28的玻璃的介电常数与层体20中所含有的氧化钡的介电常数不同，所以在两种电介质之间易于保持电荷，又因氧化钡可发挥高的光电效果，所以在上述层体20与气密容器18、28内表面之间会蓄积大量电荷。因此，当通过上述引线12、12对第6种放电式过电压吸收元件50或第7种放电式过电压吸收元件52施加超过额定值的过电压时，上述电荷因隧道效应会立即通过层体20中的半导体化的氧化钡，从一侧的引线12移动到另一侧的引线12，因而在两根引线12、12之间流过电流，并开始吸收过电压(在第6种放电式过电压吸收元件50和第7种放电式过电压吸收元件52中，虽然在引线12、12之间配置了层体20，但因没有被上述微隙21或缺口44隔断，所以在层体20内可以实现电荷的移动)。

在上述层体20的表面上同时发生表面电晕放电，并通过该表面电晕放电也进行对过电压的吸收。通过上述层体20内电荷的移动、以及层体20表面上的表面电晕放电在气密容器18、28内放出电子和离子，借助于这些电子和离子的引动作用，上述表面电晕放电在短时间内过渡到辅助放电间隙24并产生气体放电，该气体放电向放电间隙16转移，并最终通过电弧放电的大电流吸收过电压。

Claims (14)

1．一种放电式过电压吸收元件，其中，在气密容器内充入放电气体，将接有引线的多个放电电极相对设置，在各放电电极之间形成放电间隙，并将各放电电极的引线穿过上述气密容器引到外部，同时在上述气密容器内的表面上、至少在上述引线之间、以构成上述放电电极的物质为材料，形成沿面放电特性良好的层体，其特征为：在上述引线与上述层体的端部之间形成微隙。

2．一种放电式过电压吸收元件，其中，在气密容器内充入放电气体，将接有引线的多个放电电极相对设置，在各放电电极之间形成放电间隙，并将各放电电极的引线穿过上述气密容器引到外部，同时在上述气密容器内的表面上，至少在上述导线之间，以构成上述放电电极的物质为材料，形成沿面放电特性良好的层体，其特征为：在上述气密容器的内表面上，至少介于上述引线之间，将上述层体除去一部分，形成缺口。

3．权利要求2中记载的放电式过电压吸收元件，其特征为：在上述气密容器内表面上与上述缺口相对应的部分处形成凹口。

4．权利要求2或3中记载的放电式过电压吸收元件，其特征为：上述缺口是在上述导线之间横向切除宽度为50～300μm的带沟。

5．权利要求1～3中任何一项记载的放电式过电压吸收元件，其特征为：在上述层体的表面上，以构成上述放电电极的物质为材料、以点状分布的配置方式形成多个导电性辅助放电电极，从而在上述导线之间形成比上述放电间隙狭小得多的辅助放电间隙。

6．权利要求1～3中任何一项记载的放电式过电压吸收元件，其特征为：上述放电电极是在接有引线的棒状电极基体的表面上形成发射层制成的，而且该发射层在上述电极基体表面前端部分的一段上形成，在该电极基体表面上与引线连接部分的一段上为无上述发射层的露出部分。

7．权利要求6中记载的放电式过电压吸收元件，其特征为：上述露出部分的长度占电极基体整体长度的三分之一以上。

8．权利要求1～3中任何一项记载的放电式过电压吸收元件，其特征为：在用镍制成上述电极基体和辅助放电电极的同时，形成以氧化镍为主体的上述层体。

9．权利要求1～3中任何一项记载的放电式过电压吸收元件，其特征为：各放电电极的本体以相距放电间隙的间隔平行设置，同时各自的引线沿同一方向引出到气密容器之外。

10．权利要求1～3中任何一项记载的放电式过电压吸收元件，其特征为：各放电电极的顶端以相距放电间隙的间隔相对设置，同时各自的引线沿相反的方向引出到气密容器之外。

11．一种放电式过电压吸收元件，其中，将兼作端盖之用的放电电极装在两端敞口壳体的敞口处形成气密容器，并在该气密容器内于上述放电电极顶端之间形成放电间隙，同时在该气密容器内充入放电气体，并在上述壳体的内表面上形成具有良好沿面放电特性的层体，其特征为：在上述放电电极与上述层体的端部之间形成微隙。

12．一种放电式过电压吸收元件的制造方法，其特征为：在充入放电气体的气密容器内将接有引线的多个放电电极相对设置，在各放电电极之间形成放电间隙，并将各电极的引线穿过上述气密容器引到外部，同时在上述气密容器内的表面上，至少在上述导线之间，配置沿面放电特性良好的层体，并且在上述引线与上述层体的端部之间形成微隙，将放电电极在减压的氧化气氛中加热，并使构成该放电电极的物质在熔融、逸散的过程中被氧化，在这种氧化物粘附在上述气密容器的内表面上形成上述层体时，上述气密容器的内表面与上述引线接触的部分同时被熔融，因而可以防止上述氧化物粘附在该接触部分的表面上，并借此形成上述的微隙。

13．一种放电式过电压吸收元件的制造方法，其特征为：在充入放电气体的玻璃制气密容器内将接有导线的多个放电电极相对设置，在各放电电极之间，形成放电间隙，并将各电极的导线穿过上述气密容器引到外部，同时在上述气密容器内表面上，至少在上述导线之间，配置沿面放电特性良好的层体，并且在上述气密容器内表面上，至少介于上述导线之间，将上述层体除去一部分，形成缺口，将放电电极在减压的氧化气氛中加热，并使构成该放电电极的物质在熔融、逸散的过程中被氧化，在这种氧化物粘附在上述气密容器的内表面形成上述层体之后，从气密容器外部用激光照射，使气密容器的内表面上形成的层体被蒸发掉一部分，形成上述缺口。

14．一种放电式过电压吸收元件的制造方法，其特征为：在接有引线的多个棒状电极基体的表面上涂布发射材料，并将各电极基体装在容器内相距放电间隙的间隔保持相对设置的状态，将各引线的中间部分固定在该容器上，同时将其端部引到外部，将其整体一边进行加热处理、一边进行排气处理，通过上述加热处理，发射材料经过热分解在电极基体表面上形成发射层，与此同时，使上述电极基体的表面熔融，通过上述排气处理，使上述电极基体的结构物质因减压作用而向周围逸散，在逸散过程中该逸出的电极基体结构物质中被氧化的部分粘附在容器的内表面上，因而在容器内表面上，至少在上述引线之间，形成层体，而在逸散过程中未被氧化的电极基体结构物质就原样按点状分散的方式粘附在上述层体的表面上，形成多个颗粒状或块状的辅助放电电极，并由这些辅助放电电极在上述引线之间形成比上述放电间隙更为狭小的辅助放电间隙，然后在气密容器内充入放电气体并将该容器气密密封，在将上述发射材料粘附在电极基体表面前端部分的一段形成发射层，同时使电极基体表面上与引线连接的一段成为无发射层的露出部分，通过上述加热及排气处理，使该露出部分熔融、逸散，以形成上述层体和辅助放电电极。

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