JPH0246680A - サージ吸収素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、放電間隙と電圧非直線抵抗体とを並列接続し
て気密容器に封入したサージ吸収素子に係り、特に電圧
非直線抵抗体から放電間隙の気中放電へのサージ吸収動
作の移行に際し、沿面放電を作用させて移行速度を速め
ることにより、寿命特性の向上及び小型化を図つたサー
ジ吸収素子に関する。

［従来の技術］ 従来、電子機器に侵入する過渡的な異常電圧や誘導雷等
のサージから電子回路部品を保護するため、気密容器に
封入した放電現象を利用したガスアレスタや電圧非直線
抵抗体より成るバリスタ等、種々のサージ吸収素子が用
いられている。

本出願人は、先に、放電間隙と電圧非直線抵抗体とを並
列接続して気密容器に封入したサージ吸収素子を提案（
特開昭５９−１５７９８１、実開昭６０−３２７８３等
）しており、このサージ吸収素子は第５図に示す如き構
成を有している。即ち、上記サージ吸収素子１は、電圧
非直線抵抗体２の両端に一対の放電電極３．３を接続し
、画電極３．３間に放電間隙４を形成することによって
、上記電圧非直線抵抗体２と放電間隙４とを並列接続し
、これを放電ガスで満たされた気密容器６に封入して外
部端子７．７を導出した構造となっている。

上記サージ吸収素子１に、該素子ｌのクリップ電圧以上
の電圧値を有するサージが印加されると、直ちに、電圧
非直線抵抗体２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２の電圧降下が放電
間隙４の放電開始電圧以上になると、上記放電間Ｒ４に
気中放電、即ちグロー放電を経てアーク放電が生成し、
アーク放電の大電流を通じてサージが吸収される。

上述の如く、上記サージ吸収素子は、ガスアレスタとバ
リスタとを並列接続して一体化した構成により、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、連応性と大電
流耐量性とを併せ持つ優れたサージ吸収特性を有するも
のである。

［発明が解決しようとする課ａ］ ところが、上記サージ吸収素子にあっては、放電開始に
際して初期電子の存在が不可欠であり、例えば、暗黒中
に数百時間放置される等、極端な初期電子不足の環境下
では放電遅れ時間が大きくなる。また、上記放電遅れ時
間は、サージ電圧が低くなるほど増大する傾向がある。

従って、上記サージ吸収素子が、暗黒中でしかも低電圧
サージの印加頻度が大きい状況で用いられる場合には、
放電開始が遅れて電圧非直線抵抗体によるサージ吸収時
間が長くなり、上記抵抗体のエネルギー負荷が増大して
劣化が生じ、寿命が短（なる恐れがある。この対策とし
ては、電圧非直線抵抗体の通電面積を広（してエネルギ
ー耐量を太き（することも考えられるが、この場合には
、電圧非直線抵抗体が大きくなってサージ吸収素子が大
型化するという問題が生じる。

本発明は、上述の点に鑑み案出されたもので、放電間隙
と電圧非直線抵抗体との並列接続構造を持つサージ吸収
素子が有する優れたサージ吸収特性を損なうことなく、
初期電子が著しく不足する状況で使用され、且つ印加さ
れるサージ電圧が低い場合でも、サージ吸収動作が直ち
に放電現象へ移行して電圧非直線抵抗体のエネルギー負
荷を軽減させることにより、小型で寿命特性を向上させ
たサージ吸収素子を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段Ｊ 上述の目的を達成するため種々検討の結果、沿面放電の
放電遅れ時間が極めて小さいことに着目し、電圧非直線
抵抗体によるサージ吸収動作と放電間隙の気中放電によ
るサージ吸収動作との間に、沿面放電によるサージ吸収
動作を介在させる構成とすることにより本考案の完成に
至ったものである。

従って、本発明のサージ吸収素子は、電圧非直線抵抗体
の両端に一対の放電電極を接続して該放電電極間に放電
間隙を形成し、上記放電間隙と電圧非直線抵抗体とを並
列接続すると共に、上記放電間隙と電圧非直線抵抗体と
に沿面放電特性が良好な誘電体層を並列接続し、これを
放電ガスで満たされた気密容器に封入したものである。

上記誘電体層は、沿面放電特性が良好な誘電材料より成
り、例えば、酸化ニッケルを主成分として形成したもの
が好適である。

また、上記誘電体層を形成する位置は、気密容器内の任
意の箇所とすることが回部であり、例えば、電圧非直線
抵抗体上や気密容器の内面に形成し得る。電圧非直線抵
抗体上に形成する場合には、上記抵抗体表面を耐熱性及
び耐還元性に優れた第１の誘電体層で被覆し、その上に
沿面放電特性が良好な第２の誘電体層を形成した構成と
してもよい。

更に、上記誘電体層の少なくとも表面に補助放電型−極
を設け、補助放電電極と放電電極との間に形成される補
助放電間隙を放電電極間の放電間隙よりも幅狭くした構
成としてもよい。

［作用］ 上述の如く構成されたサージ吸収素子に、該素子のクリ
ップ電圧以上の電圧値を有するサージが印加されると、
直ちに電圧非直線抵抗体を通して電流が流れてサージ吸
収が開始され、放電電極間に、上記電流値と電圧非直線
抵抗体の抵抗値との積に相当する電圧降下が生じる。こ
の電圧降下はサージ吸収動作の進行に伴って増大し、こ
れが放電電極間の沿面放電開始電圧を超えると、上記放
電電極間の誘電体層表面に於いて沿面コロナ放電が生成
する。上記沿面コロナ放電は、放電に伴うて電子及びイ
オンを発生させ、そのブライミング効果によって、放電
電極間の放電間隙に於ける気中放電へと移行する。この
ため、放電間隙にグロー放電を経てアーク放電が生成し
、アーク放電の大電流を通じてサージが吸収される。上
記沿面放電は、気中放電に（らべ、放電遅れ時間が極め
て小さいため、電圧非直線抵抗体によるサージ吸収から
放電現象によるサージ吸収へのサージ吸収動作の移行時
間が短縮される。特に、酸化ニッケルを主成分とする誘
電体層を形成した場合は、沿面放電特性が非常に良好と
なって沿面放電が容易に生成し、サージ吸収動作の移行
時間が非常に短いものとなる。

また、誘電体層を電圧非直線抵抗体上や気密容器の内面
に形成すれば、誘電体層を支持する部材を別途用意する
必要がない、特に、電圧非直線抵抗体上に形成した場合
には、沿面コロナ放電の放電経路が最短となる。この場
合、電圧非直線抵抗体の表面を耐熱・耐還元性に優れた
第１の誘電体層で被覆し、その上に沿面放電特性が良好
な第２の誘電体層を形成すれば、サージ吸収時の放電現
象や製造中の環境等によって生じる恐れのある電圧非直
線抵抗体の還元を防止し得る。

更に、誘電体層の表面に補助放電電極を設けて補助放電
間隙を形成した場合には、上記誘電体層の表面で発生し
た沿面コロナ放電は、まず幅の狭い補助放電間隙に於け
る気中放電へと移行し、更に、この気中放電は放電電極
間の放電間隙へ転移する。この場合、上記沿面放電から
補助放電間隙の気中放電への移行時間は、補助放電間隙
が放電電極間の放電間隙よりも幅が狭いので、補助放電
電極が存在しないときに於ける沿面放電から上記放電間
隙の気中放電への移行時間より非常に短いものとなる。

しかも、上記補助放電間隙から放電間隙への気中放電の
転移は、補助放電間隙に於ける気中放電が沿面放電にく
らべて多量の電子及びイオンを発生させるので、そのプ
ライミング効果によって極めて短時間に行われる。従っ
て、上記沿面放電から放電間隙の気中放電への移行時間
が短縮される。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説明する。

［実施例１］ 第１図は、本発明の一実施例に係るサージ吸収素子を示
す断面図である０図に於いてサージ吸収素子１は、Ｚｎ
ＯやＳｉＣあるいはこれらの混合物を主成分とし、これ
に少量の不純物を添加して焼結させた電圧非直線抵抗体
２の両端に、鉄やニッケルあるいはこれらの合金等、放
電特性の良好な金属材料より成る一対の放電電極３，３
を導電性接着剤（図示せず、）によって接着し、上記放
電電極３．３間に放電間隙４を形成して該放電間隙４と
電圧非直線抵抗体２とを並列接続している。

更に、上記電圧非直線抵抗体２の表面に沿面放電特性が
良好な誘電体層５を形成し、これを、セラミックやガラ
ス等の絶縁物より成る外囲体６ａの両端に一対の封止キ
ャップ６ｂ、６ｂを封着して形成した気密容器６内に封
入した構造を有している。上記気密容器６中には、希ガ
スや窒素ガスあるいは六弗化硫黄ガス等より成る放電ガ
スが封入され、封止キャップ６ｂ、６ｂの外面に外部端
子７．７が接続される。

上記誘電体層５は、酸化ニッケル等、沿面放電特性が良
好な誘電材料を主成分とし、これを、蒸着、溶射、塗布
等の手段で電圧非直線抵抗体２の表面へ付着させて形成
したものであり、その両端部をそれぞれ放電電極３，３
と接続することによって放電間隙４及び電圧非直線抵抗
体２と並列接続している。この場合、上記誘電体層５は
、電圧非直線抵抗体２の表面全域を被覆する様に形成す
る他、電圧非直線抵抗体２の表面の一部に例えば線状に
形成してもよい。

また、上記誘電体層５は、耐熱性及び耐還元性にも優れ
ていることが望ましい、これは、サージ吸収素子ｌの製
造に際し、放電特性を安定させるため真空ベーキング、
即ち加熱しながら気密容器６内を真空排気して構成部材
の脱ガスを行うことがあり、その条件如何によっては電
圧非直線抵抗体２が還元される恐れがあり、また、サー
ジ吸収による放電によっても電圧非直線抵抗体２が還元
されてバリスタ電圧が変動することがあり、これらを防
止するためである。耐熱・耐還元性に優れた材料として
は、ビスマスガラスやホウケイ酸鉛ガラス等があるが、
これらは酸化ニッケルよりは沿面放電特性が劣る。従っ
て、これらの材料をそのまま用いてもよいが、第２図に
示す如く、例えばビスマスガラスを主成分とする第１の
誘電体層５ａによって電圧非直線抵抗体２の表面を被覆
し、更にこの上に、例えば酸化ニッケルを主成分とする
第２の誘電体層５ｂを形成すれば、沿面放電特性及び耐
熱・耐還元性の両面に於いて優れたものとなる。

［実施例２］ 第３図は、本発明の他の実施例に係るサージ吸収素子の
断面図である０本実施例のサージ吸収素子１は、気密容
器６の内面に、沿面放電特性が良好な誘電体層５を形成
したものである。該誘電体Ｎ５は、その両端が封止キャ
ップ６ｂ、６ｂを介して放電電極３．３に接続されて、
放電間ｐＪ４及び電圧非直線抵抗体２に並列接続されて
いる。尚該電圧非直線抵抗体２は、耐熱・耐還元性に優
れた絶縁体層８によって被覆されている０本実施例の他
の構成は、実施例１と同様である０本実施例の場合、誘
電体層５が電圧非直線抵抗体２と接触していないため、
電圧非直線抵抗体２との反応等を考慮せずに誘電体層５
の材料を選定し得る。

［実施例３］ 第４図は、本発明の更に他の実施例に係るサージ吸収素
子の要部拡大断面図である８本実施例のサージ吸収素子
ｌは、誘電体層５の表面に補助放電電極９を設け、上記
補助放電電極９と放電電極３との間に補助放電間隙ｌＯ
を形成したものである０本実施例の他の構成は、実施例
１又は２と同様である。

上記補助放電電極９は、上記補助放電間隙１０の幅ｄが
放電電極３．３間の放電間隙４０幅りよりも狭くなる位
置に設ける必要がある。これは、ニッケル、鋼あるいは
アルミニウム等、放電特性が良好な金属材料を、溶射や
スパッタ等の手段によって誘電体層５の表面に疎らに付
着させることによって容易に形成し得る。この場合、上
記補助放電電極９は、粒子状や粒子が集合した塊状とな
る。

［発明の効果コ 以上詳述の如く、本発明のサージ吸収素子は、沿面放電
特性が良好な誘電体層を、放電間隙と電圧非直線抵抗体
とに並列接続しているので、サージが印加された場合、
電圧非直線抵抗体によってサージ吸収が開始され、これ
が誘電体層表面に於ける沿面放電へ移行し、更に放電間
隙の気中放電、即ちグロー放電を経てアーク放電へと移
行する。

上記沿面放電は、初期電子が少な（、且つ印加電圧が低
い場合でも放電開始遅れ時間が非常に少ないので、電圧
非直線抵抗体から沿面放電及び気中放電へのサージ吸収
動作の移行時間が短くなって電圧非直線抵抗体のエネル
ギー負荷が軽減され、その劣化が防止されて寿命特性が
向上する。また、エネルギー負荷が軽減されるので、電
圧非直線抵抗体のエネルギー耐量を小さくすることがで
き、形状を小型にすることが可能となる。しかも、電圧
非直線抵抗体による連応性とアーク放電による大電流耐
量性は何ら損なわれることなく、そのまま保持されるも
のである。この場合、酸化ニッケルを主成分とする材料
で誘電体層を形成すれば、酸化ニッケルの沿面放電特性
が非常に優れていることから、サージ吸収動作の移行時
間短縮効果が特に大きなものとなる。

また、誘電体層を電圧非直線抵抗体上や気密容器の内面
に形成することによって、支持部材を別途必要とせず製
造が簡単なものとなる。特に電圧非直線抵抗体上に形成
すれば、沿面放電経路が最短となって沿面放電から気中
放電への移行時間が短縮されて寿命特性が向上する。こ
の場合、電圧非直線抵抗体の表面を耐熱・耐還元性に優
れた第１の誘電体層で被覆し、更にその上に、沿面放電
特性が良好な第２の誘電体層を形成することにより、上
述したサージ吸収動作の迅速化と電圧非直線抵抗体の還
元防止効果とが得られるものである。

更に、誘電体層の表面に補助放電電極を設けて放電電極
間の放電間隙より幅の狭い補助放電間隙を形成すること
によって、沿面コロナ放電は、補助放電間隙に於ける気
中放電へ移行し、更に放電電極間の放電間隙へ転移する
。この場合、上記放電の移行及び転移時間が、補助放電
間隙が狭いことと、補助放電間隙の気中放電によるプラ
イミング効果が大きいことによって短縮されるため、誘
電体層に於ける放電時間が短いものとなる。従って、沿
面放電に起因する誘電体層の劣化が防止され、寿命特性
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の断面図、第２図は、誘電
体層の構成例を示す拡大断面図、第３図は、本発明の他
の実施例の断面図、第４図は、本発明の更に他の実施例
の要部拡大断面図であり、第５図は、従来例の断面図で
ある。 ｌ・・・サージ吸収素子、２・・・電圧非直線抵抗体、
３・・・放電電極、４・・・放電間隙、５・・・誘電体
層、５ａ・・・第１の誘電体層、５ｂ・・・第２の誘電
体層、６・・・気密容器、９・・・補助放電電極、ｌＯ
・・・補助放電間隙。 特許出願人　岡谷電機産業株式会社

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）電圧非直線抵抗体の両端に一対の放電電極を接続
   して上記放電電極間に放電間隙を形成し、上記放電間隙
   と電圧非直線抵抗体とを並列接続して、これを放電ガス
   で満たされた気密容器に封入したサージ吸収素子に於い
   て、上記放電間隙及び電圧非直線抵抗体に、沿面放電特
   性が良好な誘電体層を並列接続して上記気密容器に封入
   したことを特徴とするサージ吸収素子。
2. （２）誘電体層を、酸化ニッケルを主成分とする材料に
   よって形成したことを特徴とする請求項１に記載のサー
   ジ吸収素子。
3. （３）誘電体層を電圧非直線抵抗体上に形成したことを
   特徴とする請求項１または２に記載のサージ吸収素子。
4. （４）電圧非直線抵抗体の表面を耐熱性及び耐還元性に
   優れた第１の誘電体層で被覆し、該第１の誘電体層上に
   沿面放電特性が良好な第２の誘電体層を形成したことを
   特徴とする請求項３に記載のサージ吸収素子。
5. （５）誘電体層を気密容器の内面に形成したことを特徴
   とする請求項１又は２に記載のサージ吸収素子。
6. （６）誘電体層の少なくとも表面に補助放電電極を設け
   て、上記補助放電電極と放電電極との間に、上記放電電
   極間の放電間隙よりも幅の狭い補助放電間隙を形成した
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のサー
   ジ吸収素子。