JP2615221B2 - ガス入放電型避雷器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は雷等によって通信回路等に誘発される異常サ
ージから通信機器等や人体を保護するために用いられる
ガス入放電型避雷器に関するものである。

従来技術 現在汎用されているガス入放電型避雷器は放電開始電
圧の再現性向上のため、放電の極間の距離を大きくし、
電極放電面の材質や形状、放電電極間に介在する気体の
種類や圧力、電極放電面への低仕事関数の電子放射促進
物質、即ちエミッター剤の塗布被着、電極放電面への高
融点耐熱材料の塗布固着、外筒内面への誘電材料から成
る点弧条片の設置などの手段を講じている。

これに対し電圧非直線抵抗体により成るバリスタ等の
半導体素子は放電開始遅れが著しく小さい長所があるの
で、ガス入放電型避雷器に代って一部では使用されてい
る。

発明が解決しようとする問題点 ガス入放電型避雷器にはボタン形と称される形式のガ
ラス管又はセラミック管を外管として、両端開口部に金
属電極を封着し、内部にガス封止して成る構造のもの
と、ネオン管型と称される形式のガラス管内に複数電極
を対向させて配置し電極のリード線をガラス管を通して
外部へ導出し、内部にガス封止して成る構造のものがあ
る。

上記ガス入放電型避雷器はサージが印加されると電極
表面より初期電子やイオンがまず放出され、次に放電ガ
ス中における電極間でグロー放電になり、次にアーク放
電に転移して異常サージを吸収するという複段階の放電
機構であるため、設定値以上の電圧が印加されても、設
定値以上の電圧を残留させてしまう欠点があった。

具体的に言えば入力雷サージに対する放電の遅れが数
μｓ乃至10μｓと大きいため、立ち上り電圧が例えば1k
v/μｓとか5kv/μｓのように急峻に立ち上ると、この雷
サージに対する放電開始電圧は直流放電開始電圧の２倍
乃至15倍程度に上昇することになる。この僅かの瞬間に
生じる設定値以上の残留電圧は、近来のように高密度の
半導体素子を全面的に取り入れた電子化又は集積回路化
された端末機器側の耐圧能力を遥かに超えて、端末機器
を完全に保護できないことを意味するため、放電開始遅
れの短縮化は極めて重要な課題になっている。

避雷器にシリコンダイオードを並列に接続することに
より、放電開始遅れを短縮する回路もあるが、この場合
には素子数が多くなり、回路接続が複雑になる。

他方バリスタ等の半導体形の素子は流れる電流が大き
いときには、放電開始電圧に相当する動作電圧が上昇す
ることや、耐量のわりに形状が大きくなること、即ち動
作電圧×電流のエネルギーを素子が発生し、アーク放電
電圧×電流のエネルギーですむガス入放電型避雷器より
大きな体積を必要とするものであった。そのために必然
的に電極間静電容量も著しく大きくなって広域特性に悪
い影響を与えるという欠点があった。

本発明は上述の点に鑑み案出されたもので、その目的
とするところは、放電現象を利用したガス入放電型避雷
器、殊にネオン管型避雷器に関してその長所を生かし、
且つ欠点を改良することにより、電流耐量が大きく、し
かも放電開始遅れ時間が小さくて、急な立ち上り特性の
サージに対しても小型で高い保護性能を発揮し得るガス
入放電型避雷器を提供することにある。

問題点を解決するための手段 上記の目的を達成するため、種々の試行の結果として
電極表面における大きな電界歪により発生する沿面放電
が、放電開始遅れ時間の極めて小さいトリガー放電を形
成し、主放電であるアーク放電へと極めて短時間に転移
することを見出し、以下のネオン管型のガス入放電型避
雷器を創案するに至ったものである。

このネオン管型のガス入放電型避雷器は外管内に一対
の電極をその放電面を対向させて配置し、該放電面間に
放電間隙を形成し、各電極の下端に接続したリード線を
外管の下端より外部へ導出し、外管内に不活性ガスを封
入して成る基本構造を有する。

而して上記放電面には段差を存して間隙の大なる対向
放電面と間隙の小なる対向放電面とを並成し、該間隙の
大なる対向放電面を上記リード線を接続した電極下部に
配し、該リード線を接続した側と反対側の電極上部に間
隙の小なる対向放電面を形成する。

そして上記リード線接続側に配した間隙の大なる対向
放電面間に誘電体を介在して沿面放電路を形成すると共
に、上記リード線接続側と反対側の間隙の小なる対向放
電面間に主放電間隙を形成し、更に上記誘電体の正極
側、負極側の何れか一方の面を導電性接着剤を介し上記
間隙の大なる対向放電面の一方に接着する構成としたも
のである。

又実施態様例として、上記一対の電極間に中間電極を
配し、上記間隙の大なる対向放電面とこれと対向する上
記中間電極の放電面間に上記誘電体を夫々介在したガス
入放電型避雷器を構成したものである。

上記誘電体として外形が板状又は管状の誘電体を電極
間に設置し、この誘電体を導電性接着剤を介し電極に接
着する。導電性接着剤の場合には放電間隙が比較的大き
くなっても良く、更に誘電率も100以上の誘電体でよ
い。

作用 上述の如く放電用電極のリード線接続側に配した間隙
の大なる放電面間に誘電体を介在して沿面放電路を形成
すると共に、リード線の接続側とは反対側に配した間隙
の小なる放電面間にアーク放電間隙（主放電間隙）を形
成する如く配置したところ、誘電体の接点で大きな静電
界歪が発生し、電子放射が開始し易くなり、放電開始電
圧で誘電体と電極の接点で静電界歪の最も大きいポイン
トより速やかに沿面放電を開始すると共に、アーク放電
の電極間放電に瞬時に転移する。又アーク放電部分の放
電間隙が沿面放電の寸法より小さく、アーク放電即ち主
放電になると放電中の電圧が低下するために、沿面放電
は停止し、寿命を延長する。

再述すると、上記アーク放電（主放電）を生ずる対向
放電面間の寸法（主放電間隙の寸法）が、上記沿面放電
を生ずる対向放電面間の寸法（誘電体を介しての沿面放
電路の寸法）より充分小さくして隣接しているので、ア
ーク放電に転移すると沿面放電中の電圧が低下して速や
かにこの沿面放電を停止し、沿面放電時間の放電時間を
短縮して寿命を長くすると同時に、間隙の小さな主放電
間隙におけるアーク放電を確実に惹起させることができ
る。

又誘電体の接点で大きな静電界歪を発生させる方法と
して、種々試行した結果によれば、高誘電体表面に電極
が密着することが重要であり、導電性接着剤による接着
の方が好ましい。

実施例 以下図面に基いて本発明の実施例を説明する。

実施例１（第１図） 第１図は本発明に係るネオン管型の通信機器用ガス入
放電型避雷器の構造図である。1,2は電極、３は誘電
体、11は導電性接着剤、７は不活性ガス、８ガラス製の
外管、9,10はリード線で、電極の気中放電表面に放電促
進のためにエミッター材を塗布しても良い。

図示のように透明のガラス管から成る気密封着された
外管８内に電極1,2をその放電面12を対向して設置し、
放電面12間に放電間隙13を形成し、各電極1,2の下端に
接続したリード線9,10を外管８の下端より外部へ導出
し、外管８内に不活性ガス７を封入する。

上記電極1,2の各放電面12には段差15を介して間隙13b
の大きい対向放電面12bを形成すると共に、間隙13aの小
さい対向放電面12aを形成し、両者12a,12bを上下に並設
する。

即ち、リード線9,10を接続する電極1,2下部に間隙13b
の大なる対向放電面12bを形成すると共に、リード線の
接続側とは反対側の電極1,2上部に間隙13aの小なる対向
放電面12aを形成し、該間隙13bの大きい対向放電面12b
間に上記誘電体３を介在する。該誘電体３は正極側、負
極側を導電性接着剤11を介して電極1,2に接着する。

再述すると、上記放電面12に段差15を存してリード線
導出側に配した低位対向放電面12bとリード線導出側と
は反対側に配した高位対向放電面12aとを形成し、低位
対向放電面12bにて間隙の大なる放電間隙13bを形成する
と共に、高位対向放電面12aにて間隙の小なる主放電間
隙（アーク放電間隙）13aを形成し、上記低位対向放電
面12b間に前記誘電体３を介在して同放電面間に誘電体
３を介しての沿面放電路を形成して上記主放電間隙13a
と隣接させる。

又上記誘電体３はその一端を上記間隙の大きい対向放
電面からリード線導出側へ突出させ、介在する。

上記電極1,2はニッケル、アルミニウム、銅或は42−
６合金等の金属材料を棒状或は板状に形成し、棒状の場
合直径２〜3mmφ、板状の場合巾２〜4mm（本実施例の場
合、巾2mm、圧さ0.05mm、長さ8mmの板状）である。誘電
体３は電極が棒状の場合は管状又は半円管状が、電極が
板状の場合は板状の方が好ましい形状である。第１図は
板状の電極で構成した場合を示している。

上記導電性接着剤11による接着では封止前に両面接着
により組立てる方が好ましいが、片面接着にしても非接
着面に導電性接着剤を均一に塗布すれば略同じ性能を維
持できる。ガラス製の外管に８により形成される気密容
器内には不活性ガス７を封入し、放電条件を規定する。

リード線9,10は電極1,2の下端に夫々接続され、材料
はデュメット線や42−６合金線であり、気密容器を形成
するガラス製外管８自体との封着状態で、気密容器外へ
導出されている。

上記の棒状或は板状の電極1,2は、両電極1,2を平行に
対向させることや両電極1,2の放電間隙のバラツキを小
さくすること（本例の場合、0.6mm放電間隙）が放電電
圧の再現性向上に対して重要な点である。円管状の誘電
体３を使用する場合、棒状の電極と円管或は半円管状の
電極の組合せもあり得る。平板電極の場合、誘電体の厚
みが電極の厚みより大である方が好ましい。

下表に示す通り、誘電率を変更し、厚さ0.7mmの誘電
体３のチップを間隙に設置した直流開始電圧350Vの避雷
器について5kv/μｓの衝撃波による放電開始電圧VSSを
測定した。比較例として通常のネオン管型ガス入放電型
避雷器の値を示せば、同一条件で2000〜4000Vが平均的
数値である。

放電を繰り返した場合の寿命は300回以上で耐量は3KA
である。

実施例２（第２図） 第２図は本発明に係るネオン管型の避雷器の他の実施
例の構造図である。該実施例は第１図に示す主電極1,2
間に中間電極２′を配し３極構造とし、誘電体３を電極
１と中間電極２′間、及び電極２と中間電極２′間に互
いに対向して配し、ガラス製の外管８の上端管壁を貫通
して上記中間電極２′のリード線16を、下端管壁を貫通
して上記電極1,2のリード線9,10を外部に導出した構成
であり、他の構成は実施例１と同様である。

即ち、主電極1,2の放電面12には、リード線を接続す
る主電極1,2下部に間隙13bの大なる低位対向放電面12b
を、リード線9,10の接続側と反対側の主電極1,2上部に
間隙13aの小なる対向放電面12aを段差15を存して夫々形
成し、主電極１の放電面12bと中間電極２′の放電面12
a′間、及び主電極２の放電面12bと中間電極２′の放電
面12a′の間に誘電体３を夫々介在し導電性接着剤11に
て主電極1,2及び中間電極２′の一方又は双方に接着す
る。

この場合、主電極1,2の放電面12aと対向する中間電極
２′の放電面12aにて一対の主放電間隙13aを形成し、放
電面12bと中間電極２′の放電面12b′間に介在された一
対の誘電体３にて一対の沿面放電路を形成する。

上記の通り第１図の二電極構成と原理的に組合せと構
成が同じであるため、放電特性、寿命、耐量は同等であ
る。

本発明においては、平等電界を形成している電極間の
間隙の大なる対向放電面間の間隙に、誘電体を介在する
ことにより、両電極間での誘電体表面における沿面放電
路によるトリガー放電を形成させ、両電極間の主放電、
即ちアーク放電に移行させるように配置された要件を満
す。

発明の効果 上述の如く放電用電極のリード線接続側に配した間隙
の大なる放電面間に誘電体を介在して沿面放電路を形成
すると共に、リード線の接続側とは反対側に配した間隙
の小なる放電面間にアーク放電間隙（主放電間隙）を形
成する如く配置したことにより、上記誘電体を介しての
沿面放電路における沿面放電を速やかに開始できると共
に、主放電間隙におけるアーク放電に瞬時に転移するこ
とができる。

即ち、前記構成により上記沿面放電路における沿面放
電を先行して確実且つ速やかに惹起しつつ、隣接する小
間隙の主放電間隙における主放電を確実且つ速やかに惹
起させることができる。又アーク放電部分の放電間隙が
沿面放電の寸法より小さく、アーク放電即ち主放電にな
ると放電中の電圧が低下するために、沿面放電は速やか
に停止し、寿命を延長することができる。

又誘電体の接点で大きな静電界歪を発生させる方法と
して、誘電体表面に電極が電気的に密着することが重要
であるが導電性接着剤による接着によって、上記誘電体
をリード線側に介在した構成と相俟って上記沿面放電の
立上りをより鋭敏にし、加えて低い誘電率の誘電体でも
適用可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示し、ネオン管型の２極
型避雷器の断面図、第２図は第２実施例を示し、ネオン
管型の３極型避雷器の断面図である。 1,2……（主）電極、２′……中間電極、３……誘電
体、８……外管、７……不活性ガス、9,10,16……リー
ド線、11……導電性接着剤、12a……間隙の小なる対向
放電面、12b……間隙の大なる対向放電面、13a……主放
電間隙、13b……誘電体を介挿する間隙、15……段差。

フロントページの続き (72)発明者 廣川 一男 千葉県千葉市黒砂４丁目10番２号 (56)参考文献 特開 昭55−12625（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−124983（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−74984（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−46679（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−311585（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−295376（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−70392（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外管内に一対の電極をその放電面を対向さ
   せて配置し、該放電面間に放電間隙を形成し、各電極の
   下端に接続したリード線を外管の下端より外部へ導出
   し、外管内に不活性ガスを封入して成るガス入放電型避
   雷器において、上記放電面に段差を存して間隙の大なる
   対向放電面と間隙の小なる対向放電面とを並成し、該間
   隙の大なる対向放電面を上記リード線を接続した電極下
   部に配し、該リード線を接続した側と反対側の電極上部
   に上記間隙の小なる対向放電面を配置し、上記間隙の大
   なる対向放電面間に誘電体を介在して沿面放電路を形成
   すると共に、上記間隙の小なる対向放電面間に主放電間
   隙を形成し、上記誘電体の正極側、負極側の何れか一方
   の面を導電性接着剤を介し上記間隙の大なる対向放電面
   の一方に接着したことを特徴とするガス入放電型避雷
   器。
2. 【請求項２】上記一対の電極間に中間電極を配し、上記
   間隙の大なる対向放電面とこれと対向する上記中間電極
   の放電面間に上記誘電体を夫々介在したことを特徴とす
   る請求項１記載のガス入放電型避雷器。