JP2594861B2

JP2594861B2 - 保安機構付サージ吸収素子

Info

Publication number: JP2594861B2
Application number: JP4058960A
Authority: JP
Inventors: 良人河西
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-02-12
Filing date: 1992-02-12
Publication date: 1997-03-26
Anticipated expiration: 2012-03-26
Also published as: JPH05226060A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電話回線等に印加さ
れる誘導雷等のサージを吸収し、電子機器が損傷するこ
とを防止するための、放電間隙と電圧非直線抵抗体との
並列接続構造を備えたサージ吸収素子に係り、特に、素
子を偏平化すると共に、連続した過電流の通電を確実に
遮断することのできる保安機構付サージ吸収素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器の電子回路に通じる電源
ライン或いは通信ライン等を構成する線路間に種々のサ
ージ吸収素子を接続し、サージなどの過電圧から電子回
路を保護することが行われている。図４は、かかるサー
ジ吸収素子の一例を示すものである。このサージ吸収素
子７２は、電圧非直線抵抗体７４の両端に一対の放電電
極７６，７６を接続し、該放電電極７６，７６間に放電
間隙７８を形成することによって、電圧非直線抵抗体７
４と放電間隙７８との並列接続構造を実現し、これらを
放電ガスと共に両端が開口した外囲器８０内に収納し、
上記放電電極７６，７６に接続されたキャップ部材８
２，８２によって上記外囲器８０の開口部を気密に封止
し、該キャップ部材８２，８２からリード線８４，８４
を導出した構造を有してなる。このサージ吸収素子７２
は、上記線路間に、被保護電子回路に対して並列接続さ
れる。

【０００３】しかして、上記線路に、上記サージ吸収素
子７２の定格電圧以上のサージが瞬間的に印加された場
合には、直ちに上記電圧非直線抵抗体７４を通して電流
が流れてサージ吸収が開始される。この電流は、サージ
吸収動作の進展に伴って増加し、電流による電圧非直線
抵抗体７４の電圧降下が放電間隙７８の放電開始電圧以
上となると、上記放電間隙７８にグロー放電を経てアー
ク放電が生成し、該アーク放電の大電流を通じてサージ
が吸収される。

【０００４】このサージ吸収素子７２は、放電間隙７８
（ガスアレスタ）と電圧非直線抵抗体７４（バリスタ）
とを並列接続して一体化した構成を有するため、放電遅
れ時間が大きいというガスアレスタの欠点と、電流耐量
が小さいというバリスタの欠点とを相補い、即応性と大
電流耐量性とを併せ持つ、優れたサージ吸収特性を発揮
し得るものである。

【発明が解決しようとする課題】

【０００５】しかしながら、この従来のサージ吸収素子
７２は、図示の通り、その外囲器８０が嵩張る略円筒形
状をなしているため、各種電子機器内部に実装する際に
相当のスペースを確保する必要があり、近年における電
子機器の小型化の要請に反するものであった。

【０００６】また、電力線との接触事故や、このような
事態を想定したＵＬやＣＳＡ等の安全規格による過電圧
試験によって、上記サージ吸収素子７２の定格電圧以上
の過電圧が連続して印加された場合には、放電間隙７８
に生ずる放電による過電流の通電が持続状態となる。そ
して、この過電流の連続した通電に伴う発熱によって外
囲器８０が溶融し、サージ吸収素子７２が組み込まれた
回路基板を焼損させることとなり、その結果、上記過電
圧試験の合格基準を充足し得ないのは勿論のこと、実際
の使用状況下においては火災の原因となるおそれもあっ
た。

【０００７】本発明は、上記従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、外形がコンパクトに納まると共に、過
電流の連続した通電を遮断することで焼損事故を未然に
防止し、各種安全規格に適合する保安機構付サージ吸収
素子を実現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る保安機構付サージ吸収素子は、絶縁基
板と、該絶縁基板の表面を気密に覆い、該表面との間に
放電ガスが充填される放電空間を形成する蓋部材と、上
記絶縁基板の表面に被着形成される電圧非直線抵抗膜
と、上記絶縁基板の表面に放電間隙を隔てて対向するよ
う被着形成され、上記電圧非直線抵抗膜の両端に電気的
に接続される第１及び第２の放電電極膜と、上記絶縁基
板の表面に被着形成され、上記第１及び第２の放電電極
膜の少なくとも一方に接続される発熱抵抗膜とを有して
なり、上記発熱抵抗膜の初期抵抗値を０．１Ω乃至５Ω
の範囲に設定すると共に、該発熱抵抗膜の抵抗温度係数
を２５００ｐｐｍ／°Ｃ乃至４０００ｐｐｍ／°Ｃの範
囲に設定し、また、上記絶縁基板の裏面における相対向
する両側端縁に脚部を突設した。

【０００９】また、絶縁基板と、該絶縁基板の表面を気
密に覆い、該表面との間に放電ガスが充填される放電空
間を形成する蓋部材と、上記絶縁基板の表面に被着形成
される電圧非直線抵抗膜と、上記絶縁基板の表面に放電
間隙を隔てて対向するよう被着形成され、上記電圧非直
線抵抗膜の両端に電気的に接続される第１及び第２の放
電電極膜とを有してなり、上記第１及び第２の放電電極
膜の少なくとも一方と上記電圧非直線抵抗膜とを、上記
絶縁基板の表面に被着形成された発熱抵抗膜を介して電
気的に接続し、また、該発熱抵抗膜の初期抵抗値を０．
１Ω乃至５Ωの範囲に設定すると共に、該発熱抵抗膜の
抵抗温度係数を２５００ｐｐｍ／゜Ｃ乃至４０００ｐｐ
ｍ／゜Ｃの範囲に設定し、さらに、上記絶縁基板の裏面
における相対向する両側端縁に脚部を突設した。

【００１０】なお、上記「連続した過電流」における
「連続した」という表現は、「一定時間継続した」を意
味するものであり、「連続した過電流」には、直流電流
のみならず、時間の経過と共に電流値が変化する交流電
流も当然に含まれるものである。以下においても同様で
ある。

【００１１】

【作用】絶縁基板の表面に、電圧非直線抵抗膜、放電電
極膜及び発熱抵抗膜とを被着形成するよう構成したの
で、保安機構付サージ吸収素子の形状は全体的に偏平化
し、小型化することが容易となる。

【００１２】上記保安機構付サージ吸収素子は、電子機
器の電子回路に通じる電源ライン或いは通信ラインを構
成する線路間に、該電子回路に対して並列に接続され
る。そして、該線路に保安機構付サージ吸収素子の定格
電圧（保安機構付サージ吸収素子の動作電圧のことであ
り、具体的には電圧非直線抵抗膜の「バリスタ電圧」）
以上のサージが印加されると、まず電圧非直線抵抗膜の
いわゆるバリスタ動作により、１０^−９秒程度の応答速
度で直ちにサージ吸収が開始され、上記電圧非直線抵抗
膜の抵抗値とサージ電流値との積による電圧降下によっ
て、上記電圧非直線抵抗膜の両端に制限電圧が現れる。
続いて、電流量が増加するのに伴ってこの制限電圧も上
昇し、これが放電電極膜間の放電開始電圧を越えると、
放電電極膜間における電圧非直線抵抗膜の近傍領域で励
起放電が生じ、その付勢によって瞬時に放電間隙に放電
が転移し、グロー放電を経てアーク放電が生成する。そ
して、かかるアレスタ動作によって、大きなサージが吸
収される。

【００１３】また、電力線との接触事故や、このような
事態を想定した過電圧試験によって、上記保安機構付サ
ージ吸収素子の定格電圧以上の過電圧が連続して印加さ
れた場合には、上記放電間隙で放電が持続し、この放電
を通じて連続した過電流が発熱抵抗膜に流れることとな
る。この連続した過電流の通電によって上記発熱抵抗膜
が発熱し、この自己発熱を契機としてその抵抗値が急激
に上昇し、その発熱量も相乗的に増加するため、最終的
に上記絶縁基板は熱歪みによって砕裂する。この結果、
放電空間内の放電ガスに空気が流入し、放電が消失して
過電流の通電が遮断されるので、上記保安機構付サージ
吸収素子の溶融や、これを組み込んだ回路基板の焼損等
を防止することができる。

【００１４】上記発熱抵抗膜の抵抗温度係数は、その初
期抵抗値（連続した過電流の通電によって発熱抵抗膜が
発熱する前の、平常時における抵抗値）、予想される過
電流の電流値、或いは絶縁基板の割れ易さ等を基に、実
験を通じて具体的に決定される。例えば、発熱抵抗膜の
初期抵抗値を比較的に高く設定してもよい場合には、そ
の抵抗温度係数をそれほど高く設定しなくとも、当初か
ら十分な発熱量が得られるため、絶縁基板を砕裂し得
る。ところが、この種のサージ吸収素子は、後述のよう
に、保護すべき電子回路に対して並列に接続されるた
め、初期抵抗値が高いとサージ印加時の残留電圧が大き
くなり、その分大きな電圧が電子回路側に印加されるこ
ととなる。したがって、その初期抵抗値はできるだけ小
さくすべきとの要請がある。

【００１５】そこで、上記保安機構付サージ吸収素子
は、発熱抵抗膜の初期抵抗値を０．１Ω乃至５Ωという
低い範囲に設定すると共に、その抵抗温度係数を２５０
０ｐｐｍ／°Ｃ乃至４０００ｐｐｍ／°Ｃという非常に
高い範囲に設定することにより、通常の瞬間的なサージ
の印加に対しては低い抵抗値を維持できると共に、過電
流が連続的に流れた場合には、その抵抗値が急激に上昇
して絶縁基板を砕裂することができる。なお、一般的な
抵抗体の抵抗温度係数は２００ｐｐｍ／°Ｃ程度と低い
ため、発熱してもその抵抗値はほとんど変化しない。し
たがって、これによって上記発熱抵抗膜を形成した場合
には、初期抵抗値を５Ω乃至１００Ωという高い範囲で
設定する必要がある。

【００１６】なお、上記絶縁基板の裏面における相対向
する両側端縁に脚部を突設することにより、素子を回路
基板等に実装した際に、上記脚部によって上記絶縁基板
の中心部分が浮いた状態で支持される。そのため、絶縁
基板の砕裂が極めて容易となるのみならず、砕裂した部
分が下方に陥没して通電路が完全に遮断されるため、確
実に過電流の通電を遮断することができる。

【００１７】

【実施例】以下に本発明を、図示の実施例に基づいて説
明する。図１及び図１のＡ−Ａ断面図である図２に示す
ように、本実施例に係る第１の保安機構付サージ吸収素
子２は、厚さ０．４〜１．０ｍｍのアルミナ等のセラミ
ックからなる絶縁基板４と、該絶縁基板４の表面６を覆
う蓋部材８と、上記表面６の略中央部に被着形成された
第１の電圧非直線抵抗膜１０と、該第１の電圧非直線抵
抗膜１０の両端に接続される第１の放電電極膜１２及び
第２の放電電極膜１４とを有してなる。該第１及び第２
の放電電極膜１２，１４間には、幅０．２〜１０ｍｍの
第１の放電間隙１６が形成され、この結果、第１の電圧
非直線抵抗膜１０と第１の放電間隙１６との並列接続構
造が実現する。また、上記第１の放電電極膜１２には、
第１の発熱抵抗膜１８が接続される。さらに、上記絶縁
基板４の裏面２２における左側端縁及び右側端縁には、
裏面２２に対して略垂直方向に突出し、上記第１及び第
２の放電電極膜１２，１４の通電方向と略直交する方向
に延びる脚部２４，２４が、上記絶縁基板４と一体的に
形成される。上記絶縁基板４の表面６から脚部２４，２
４の側面２６，２６にかけては、第１の外部端子薄膜２
８及び第２の外部端子薄膜３０が被着形成されており、
第１の外部端子薄膜２８は上記第１の発熱抵抗膜１８
に、また、第２の外部端子薄膜３０は上記第２の放電電
極膜１４にそれぞれ接続される。

【００１８】上記第１の電圧非直線抵抗膜１０は、酸化
亜鉛（ＺｎＯ）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）等
の金属酸化物によって構成される。上記第１及び第２の
放電電極膜１２，１４は、タングステン（Ｗ），モリブ
デン（Ｍｏ），六硼化ランタン（ＬａＢ_６），ニケイ化
モリブデン（ＭｏＳｉ_２），二酸化チタン（ＴｉＯ_２）
等の耐スパッタ性を有する導電物質や、４２−６合金，
４２合金等の金属薄板によって形成される。上記第１及
び第２の外部端子薄膜２８，３０は、銀・パラジウム
（Ａｇ・Ｐｄ）やニッケル（Ｎｉ）系ペースト等の電気
的良導体によって形成される。

【００１９】上記第１の発熱抵抗膜１８は、ルテニウム
（Ｒｕ）系ペースト等によって形成され、その膜厚は１
０〜２５μｍ程度に設定される。この第１の発熱抵抗膜
１８の抵抗温度係数及び初期抵抗値は、上記ルテニウム
（Ｒｕ）系ペーストに所定の貴金属材料を所定量混入す
ることによって適宜設定することが可能であり、ここで
は抵抗温度係数が２５００ｐｐｍ／°Ｃ〜４０００ｐｐ
ｍ／°Ｃの範囲に、また初期抵抗値が０．１Ω〜５Ωの
範囲に設定されている。

【００２０】上記蓋部材８は、ガラスやセラミック等の
絶縁物質からなり、該蓋部材８の各側面３１は３〜１０
ｍｍ程度の高さを有している。該側面３１と絶縁基板４
の表面６とを低融点ガラス等からなる封着材３２によっ
て固着することにより、絶縁基板４の表面６と蓋部材８
との間に、上記側面３１の高さに相応した高さを有す
る、気密の放電空間３４が形成される。該放電空間３４
内には、ヘリウム（Ｈｅ），ネオン（Ｎｅ），アルゴン
（Ａｒ），キセノン（Ｘｅ）等の希ガスの単体もしくは
混合物を主体とする放電ガスが封入される。なお、上記
のように側面３１を有する蓋部材８を用いる代わりに、
平板状の蓋部材を用い、絶縁基板４との間にスペーサー
等を配して放電空間を形成するよう構成してもよい。

【００２１】上記構成を有する第１の保安機構付サージ
吸収素子２を電子機器のプリント回路基板等に実装した
状態で、上記第１及び第２の外部端子薄膜２８，３０を
介して、外部から第１の保安機構付サージ吸収素子２の
定格電圧以上のサージを印加すると、まず上記第１の電
圧非直線抵抗膜１０によって直ちにサージ吸収が開始さ
れ、ついでサージ電流量の増加に伴い、第１の電圧非直
線抵抗膜１０の電圧降下が上記第１及び第２の放電電極
膜１２，１４間の放電開始電圧を越えると、上記第１の
放電間隙１６にグロー放電を経て主放電たるアーク放電
が生成し、大きなサージが吸収される。

【００２２】電力線との接触事故や、このような事態を
想定した過電圧試験によって、第１の保安機構付サージ
吸収素子２の定格電圧以上の過電圧が連続して印加され
た場合には、上記第１の放電間隙１６で放電が持続し、
該放電を通じて連続した過電流が上記第１の発熱抵抗膜
１８に流れることとなる。この連続した過電流の通電に
よって第１の発熱抵抗膜１８が発熱し、該自己発熱を契
機としてその抵抗値が急激に上昇する。このため、その
発熱量も相乗的に増加し、最終的に上記絶縁基板４は熱
歪みを起こし、上記脚部２４，２４と平行する方向に砕
裂する。この結果、放電空間３４内の放電ガスに空気が
流入し、放電が消失して過電流の通電が遮断される。

【００２３】上記のように、第１の発熱抵抗膜１８の初
期抵抗値を０．１Ω乃至５Ωと比較的低く設定したた
め、瞬間的なサージ印加による残留電圧を低く抑えるこ
とができる。また、その抵抗温度係数を２５００ｐｐｍ
／°Ｃ乃至４０００ｐｐｍ／°Ｃと高く設定したため、
初期抵抗値を上記のように低く設定しても、過電圧が連
続して印加された場合には、その抵抗値が急激に上昇し
て十分な発熱量が得られるので、絶縁基板４を確実に砕
裂し得る。

【００２４】絶縁基板４の裏面２２には脚部２４，２４
が形成されているため、回路基板等に実装した場合に、
絶縁基板４の裏面２２が回路基板の表面に密着すること
なく、その中央付近が回路基板から浮いた状態で支持さ
れるため、絶縁基板４の砕裂が容易となる。また、砕裂
した部分が下方に陥没するので、通電路が寸断され、過
電流の通電をより確実に遮断できる。

【００２５】なお、上記実施例においては、第１の放電
電極膜１２にのみ第１の発熱抵抗膜１８を接続したが、
これに限られるものではなく、第１及び第２の放電電極
膜１２，１４のそれぞれに発熱抵抗膜を接続するよう構
成しても良い。

【００２６】図３は、本発明に係る他の実施例である、
第２の保安機構付サージ吸収素子５２を示すものであ
る。この第２の保安機構付サージ吸収素子５２は、絶縁
基板４と、該絶縁基板４の表面６を覆う蓋部材８と、上
記表面６に被着形成された第２の電圧非直線抵抗膜５４
と、同表面６に被着形成された第２の発熱抵抗膜５６及
び第３の発熱抵抗膜５８と、同表面６に被着形成された
第３の放電電極膜６０及び第４の放電電極膜６２とを有
してなる。上記第３及び第４の放電電極膜６０，６２
は、それぞれ第２及び第３の発熱抵抗膜５６，５８を介
して上記第２の電圧非直線抵抗膜５４の両端に接続され
る。また、この第３及び第４の放電電極膜６０，６２間
には、第２の放電間隙６４が形成される。この結果、第
２の電圧非直線抵抗膜５４と第２の放電間隙６４との並
列接続構造が実現される。上記絶縁基板４の裏面２２に
おける左側端縁及び右側端縁には、脚部２４，２４が上
記絶縁基板４と一体的に形成される。そして、上記絶縁
基板４の表面６から脚部２４，２４の側面２６，２６に
かけては、第３の外部端子薄膜６６及び第４の外部端子
薄膜６８が被着形成されており、該第３及び第４の外部
端子薄膜６６，６８は、上記第３及び第４の放電電極膜
６０，６２にそれぞれ接続される。

【００２７】しかして、上記第２の保安機構付サージ吸
収素子５２に定格電圧以上の過電圧が連続して印加され
た場合には、連続した過電流が上記第２及び第３の発熱
抵抗膜５６，５８に流れることとなる。この連続した過
電流の通電によって第２及び第３の発熱抵抗膜５６，５
８が発熱し、該自己発熱を契機としてその抵抗値が急激
に上昇する。このため、その発熱量も相乗的に増加し、
最終的に上記絶縁基板４は熱歪みを起こし、上記脚部２
４，２４と平行する方向に２箇所で砕裂する。

【００２８】なお、上記においては、発熱抵抗膜として
第２及び第３の発熱抵抗膜５６，５８を用いるよう構成
したが、これに限られるものではない。例えば、第３の
放電電極膜６０と第２の電圧非直線抵抗膜５４の一端と
を、第２の発熱抵抗膜５６を介して電気的に接続すると
共に、第４の放電電極膜６２と第２の電圧非直線抵抗膜
５４の他端とを、第３の発熱抵抗膜５８を用いることな
く直接に接続するよう構成してもよい。絶縁基板４が、
少なくとも１箇所で砕裂すれば、過電流の通電を遮断で
きるからである。

【００２９】

【発明の効果】上記のように、本発明に係る保安機構付
サージ吸収素子は、絶縁基板と、該絶縁基板を覆う蓋部
材と、上記絶縁基板の表面に被着形成される電圧非直線
抵抗膜、放電電極膜及び発熱抵抗膜とからなるよう構成
したので、その外形を偏平化することができる。その結
果、部品収容スペースの少ない小型の機器内に収容する
ことが可能になる等、保安機構付サージ吸収素子の使用
用途を拡大し、その利用価値を高めることができる。

【００３０】また、発熱抵抗膜の初期抵抗値を０．１Ω
乃至５Ωという低い範囲に設定すると共に、その抵抗温
度係数を２５００ｐｐｍ／°Ｃ乃至４０００ｐｐｍ／°
Ｃという高い範囲に設定することにより、通常の瞬間的
なサージの印加に対しては低い抵抗値を維持できると共
に、電力線との接触事故や各種過電圧試験によって保安
機構付サージ吸収素子の定格電圧以上の過電圧が連続し
て印加され、該過電圧による過電流が連続的に流れた場
合には、その抵抗値が急激に上昇して絶縁基板を砕裂す
ることができる。その結果、放電空間内の放電ガスに空
気が流入し、これにより放電が消失して過電流の通電が
確実に遮断されるので、保安機構付サージ吸収素子の溶
融やこれを組み込んだ回路基板の焼損等を防止すること
ができる。

【００３１】さらに、絶縁基板の裏面における相対向す
る両側端縁に脚部を突設したことにより、本発明に係る
保安機構付サージ吸収素子を回路基板等に実装した際
に、上記脚部によって上記絶縁基板の中心部分を浮いた
状態で支持できるので、絶縁基板の砕裂が極めて容易と
なるのみならず、砕裂した部分が下方に陥没して通電路
が完全に遮断されるため、確実に過電流の通電を遮断す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の保安機構付サージ吸収素子
を示す分解斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】第２の保安機構付サージ吸収素子を示す分解斜
視図である。

【図４】従来のサージ吸収素子の概略断面図である。

【符号の説明】

２第１の保安機構付サージ吸収素子４絶縁基板６絶縁基板の表面８蓋部材１０第１の電圧非直線抵抗膜１２第１の放電電極膜１４第２の放電電極膜１６第１の放電間隙１８第１の発熱抵抗膜２４脚部３４放電空間５２第２の保安機構付サージ吸収素子５４第２の電圧非直線抵抗膜５６第２の発熱抵抗膜５８第３の発熱抵抗膜６０第３の放電電極膜６２第４の放電電極膜６４第２の放電間隙

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板と、該絶縁基板の表面を気密に
覆い、該表面との間に放電ガスが充填される放電空間を
形成する蓋部材と、上記絶縁基板の表面に被着形成され
る電圧非直線抵抗膜と、上記絶縁基板の表面に放電間隙
を隔てて対向するよう被着形成され、上記電圧非直線抵
抗膜の両端に電気的に接続される第１及び第２の放電電
極膜と、上記絶縁基板の表面に被着形成され、上記第１
及び第２の放電電極膜の少なくとも一方に接続される発
熱抵抗膜とを有してなり、上記発熱抵抗膜の初期抵抗値
を０．１Ω乃至５Ωの範囲に設定すると共に、該発熱低
抗膜の抵抗温度係数を２５００ｐｐｍ／°Ｃ乃至４００
０ｐｐｍ／°Ｃの範囲に設定し、また、上記絶縁基板の
裏面における相対向する両側端縁に脚部を突設したこと
を特徴とする保安機構付サージ吸収素子。
【請求項２】絶縁基板と、該絶縁基板の表面を気密に
覆い、該表面との間に放電ガスが充填される放電空間を
形成する蓋部材と、上記絶縁基板の表面に被着形成され
る電圧非直線抵抗膜と、上記絶縁基板の表面に放電間隙
を隔てて対向するよう被着形成され、上記電圧非直線抵
抗膜の両端に電気的に接続される第１及び第２の放電電
極膜とを有してなり、上記第１及び第２の放電電極膜の
少なくとも一方と上記電圧非直線抵抗膜とを、上記絶縁
基板の表面に被着形成された発熱抵抗膜を介して電気的
に接続し、また、該発熱抵抗膜の初期抵抗値を０．１Ω
乃至５Ωの範囲に設定すると共に、該発熱抵抗膜の抵抗
温度係数を２５００ｐｐｍ／°Ｃ乃至４０００ｐｐｍ／
°Ｃの範囲に設定し、さらに、上記絶縁基板の裏面にお
ける相対向する両側端縁に脚部を突設したことを特徴と
する保安機構付サージ吸収素子。