JPH03138882A - サージ吸収素子及びその製造方法 - 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、定常電圧を超えて瞬間的に発生するサージ電
圧を吸収するサージ吸収素子及びその製造方法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、サージ吸収素子の中にはいわゆる２段放電型サー
ジ吸収素子がある（例えば特開昭５２−６９５６号公報
に示すサージ吸収素子）。

この種の従来の２段放電型サージ吸収素子は、絶縁体の
表面に導電性薄膜を付着し、該絶縁体の両端に前記導電
性薄膜に接続するように金属製電極を固定し、さらに該
導電性薄膜を線条を介して２つ以上に分割し、これらを
ガスを封入したケース内に密封する構造であった。

このような構造のサージ吸収素子において、両電極間に
サージ電圧が印加された場合は、まず最初に導電性薄膜
の線条部分に電界が集中し、ここに第１段の放電が起こ
る。次いでこの第１段の放電により放出された電子がケ
ース内に密封したガスに衝突し、ガスをイオン化する。

このイオン化に伴いガスから飛び出した新たな電子は更
にガスをイオン化し、以下同様の現象が繰り返きれるた
め、このガスのイオン化は急激に進行し、最終的にはガ
スの絶縁性が破壊され、第２段の放電として両電極間に
直接気体放電が発生するのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上記従来の２段放電型サージ吸収素子にあって
は、両電極間の気体放電が行なわれた場合、前記イオン
化されたガスがマイナスの電極に衝突することにより、
該マイナスの電極から原子・分子がスパッタされてガス
中に叩き出され、その一部は前記導電性薄膜の線条部分
に付着する。

ここでこの線条の幅は非常に細いので、両電極間の気体
放電が何度も繰り返きれると、この線条部分への原子・
分子の付着量が増え、このため放電開始電圧が減少する
ばかりか、最終的には両者がつながってショートしてし
まう恐れがあるという問題点があった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、たとえ
放電が繰り返されてもショートすることはなく、その寿
命が著しく向上できるとともに、その製造が容易なサー
ジ吸収素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明は、棒状の絶縁体１１
と、該絶縁体１１表面の両端部近傍にそれぞれ付着され
る導電性材料からなる端子固定用薄膜１６と、該絶縁体
１１表面の端子固定用薄膜１６に接しない所定部分に付
着される導電性材料からなる放電用薄膜１２と、キャッ
プ状に構成され固定部１３１と該固定部１３１より大径
の電極部１３２を有する端子１３と、リード線１４と、
ケース１５とを備え、前記端子固定用薄膜１６を覆うよ
うに端子１３の固定部１３１を挿入して固定するととも
に、該端子１３にリード線１４を取り付け、その外周を
ケース１５で密封してサージ吸収素子１を構成した。

なお端子１３の固定部１３１を端子固定用薄膜１６上に
固定したとき、電極部１３２は前記放電用薄膜１２から
所定距離離れてこれに対向する位置に配置されるように
する。

〔作用〕

上記の如くサージ吸収素子を構成することにより、放電
用薄膜１２と端子１３の間は接続されず、該放電用薄膜
１２と端子１３の電極部１３２は所定距離離れて対向す
る位置に配置されることとなるので、第１段の放電は放
電用薄膜１２と電極部１３２の間で行なわれ、第２段の
気体放電は画電極部１３２，１３２間で行なわれること
となる。

ところで第２段の気体放電によって主としてスパッタさ
れるのは、マイナスの端子１３の電極部１３２の先端部
近傍となるが、この電極部１３２の内径は絶縁体１工の
外径よりも大きく構成きれているので、この電極部１３
２の内側の奥の方（固定部１３１側の方）の部分にはス
パッタ物質は入り込みにくい。従って該電極部１３２の
内側の奥の方の部分に対向する絶縁体１１表面にはスパ
ッタ物質は付着しにくく、従ってこのマイナスの端子１
３と放電用薄膜１２は短絡しにくい。

またプラスの端子１３付近には、全くスパッタ物質は付
着せず、この端子１３と放電用薄膜１２が短絡すること
はない。

このためサージ吸収素子１に何度サージ電圧が印加され
ても、放電開始電圧が降下しにくく、サージ吸収素子の
寿命が著しく延びるばかりか、最終的に短絡状態となる
ことはない。

また本発明にあっては、端子１３の固定部１３１は、絶
縁体１１上に形成した端子固定用薄膜１６上に固定され
る。ここでこの端子固定用薄膜１６は、その表面が滑ら
かで均一状態なので、該固定部１３１は容易且つ確実、
正確に絶縁体１１上に固定されることとなる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は本発明にかかるサージ吸収素子１を示す図であ
り、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は細断、面図（但
し絶縁体１１と放電用薄膜１２と端子固定用薄膜１６は
断面としていない）である。

同図に示すようにこの実施例にかかるサージ吸収素子１
は、円筒状の絶縁体１１と、該絶縁体１１の表面に付着
された放電用薄膜１２及び端子固定用薄膜１６．１６と
、該端子固定用薄膜１６゜１６上に取り付けられる金属
製の端子１３．１３と、該端子１３．１３に取り付けら
れるリード線１４．１４と、ケース１５とを具備して構
成されている。

以下このサージ吸収素子１の各構成部分とその組立て方
法を詳細に説明する。

ここで第２図はこのサージ吸収素子１を製造する方法を
示す図である。

まず同図（ａ）に示すように、アルミナ磁器の丸棒で構
成された絶縁体１１を用意する。

なおこの絶縁体１１の材質はアルミナ磁器に限定される
ものではなく、他の磁器、例えばムライト磁器、フォル
ステライト磁器、ステアタイト磁器等を用いてもよい。

さらにこの絶縁体１１の材質は磁器に限定されるもので
はなく、本発明の効果を有するものであれば、他のどの
ような絶縁体であってもよい。

次に同図（ｂ）に示すように、この絶縁体１１の表面全
体にカーボンの薄膜Ａを付着する。

なおこの薄膜Ａの材質はカーボンに限定されるものでは
なく、金属でもよく、また例えば酸化錫（Ｓｎｏｗ）、
酸化ニオブ（Ｎｂ１０Ｍ）、酸化モリブデン（Ｍ　ＯＯ
ｓ　）　、酸化タングステン（ＷＯ８）、窒化チタン（
ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）、等の金属化合物で
構成してもよい。なおこれらの材質を使った場合も、同
様の効果が得られた。

次に同図（Ｃ）に示すように、この薄膜Ａの左右対称な
位置２箇所５１．５３部分をリング状に切削して絶縁体
１１を露出させ、薄膜Ａを３つの部分に分割する。

ここでこの分割された薄膜Ａの内、両端部側の部分を端
子固定用薄膜１６．１６とし、中央部の部分を放電用薄
膜１２とする。

次に同図（ｄ）に示すように、この絶縁体１１の両端に
金属製（例えばＳＵＳ、Ｎ１Ｆｅ）の端子１３．１３を
取り付ける。ここでこの端子１３は、その断面形状が略
コ字状のキャップ状に構成され、その先端部側はその内
径を前記絶縁体１１の外径よりも所定寸法大きく構成し
て電極部１３２となっており、またその根本部側はその
内径を前記絶縁体１１の外径と略同一に形成して固定部
１３１となっている。

そしてこの端子１３の電極部１３２側を絶縁体１１側に
向けて該絶縁体１１の端部に端子１３を挿入し、該端子
１３の固定部１３１を端子固定用薄膜１６上に覆うよう
に取り付ける。

そしてこの固定部１３１の外周部分をかしめることによ
って、この端子１３を端子固定用薄膜１６上に固定する
。

このとき同図に示すように、電極部１３２の内周の先端
部近傍は放電用薄膜１２と所定の距離を隔てて対向して
いる。

なおここで端子１３の固定部１３１の固定位置に端子固
定用薄膜１６を付着しているのは、絶縁体１１上への端
子１３の固定を確実とするためである。

即ち、もし絶縁体１１上に付着した薄膜Ａを放電用薄膜
１２部分を残して全て切削して取り除いて、この切削さ
れた部分に端子１３を固定するとする。しかしながら、
この切削部分の表面は平らな均一な円筒状とはならない
ため、この切削部分と端子１３の固定部１３１との間に
はガタが生じ易く、このため、固定部１３１をかしめた
ときに端子１３の固定が不十分となったり、その取付位
置が傾いたりするなどの不都合が生じ易い。

従って本発明のようにこの端子１３の固定部１３１を取
り付ける絶縁体１１上に、端子固定用薄膜１６を付着し
ておくと、その表面が平らな均一な円筒状となり、端子
１３は確実に絶縁体１１上に固定きれることとなるので
ある。

次に同図（ｄ）に示すように、この端子１３゜１３の外
側面にリード線１４．１４を接続する。

そして最後に第１図に示すように、この絶縁体１１をガ
スを封入したケース１５内に密封する。

ここでケース１５は絶縁性の材料で構成されている。ま
たこのケース１５内には、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム
（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）等の不活性ガス又は窒素ガス
が封入されている。また場合によってはこのケース１５
内は真空としてもよい。

これによってこのサージ吸収素子１が完成する。

つぎにこのサージ吸収素子１の作用を説明する。

第１図に示すように、画電極１３．１３間にサージ電圧
が印加された場合は、まず最初に放電用薄膜１２の端部
と電極部１３２の先端部の間に電界が集中し、ここに第
１段の放電が起こる。即ち放電用薄膜１２と端子１３間
は接続されておらず、また放電用薄膜１２と電極部１３
２とは両者間に放電が生ずるように所定圧離隔てて配置
されているので、該放電用薄膜１２と電極部１３２の間
で第１段の放電が行なわれるのである。

次いでこの第１段の放電により放出された電子が周囲の
ガスに衝突し、ガスをイオン化する。このイオン化に伴
いガスから飛び出した新たな電子が更にガスをイオン化
し、以下同様の現象が繰り返されるため、このガスのイ
オン化は急激に進行する。そして最終的にはガスの絶縁
性が破壊され、第２段の放電として両型極部１３２，１
３２間に気体放電が行なわれるのである。

ここで本発明のサージ吸収素子１にあっても、第２段の
気体放電によってイオン化されたガスがマイナスの電極
部１３２に衝突し、該マイナスの電極部１３２から金属
原子・分子からなるスバ・／夕物質がスパッタされる。

そしてこのスパッタ物質はマイナスの電極部１３２０周
辺の放電用薄膜１２やケース１５に付着する。

しかしながらこのサージ吸収素子１にあっては、第２段
の気体放電によって主としてスパッタされるのは、この
マイナスの電極部１３２の先端部近傍である。このため
、電極部１３２の内側１７の奥の方の部分（固定部１３
１に近い方の部分）にはスパッタ物質が入り込みにくく
、従って該電極部１３２の内側１７の奥の方の部分に対
向して露出している絶縁体１１表面にはスパッタ物質が
付着しにくい。

従って放電用薄膜１２と端子１３間は上記スパッタ物質
によって短絡する方向に進みにくく、サージ吸収素子１
の放電開始電圧が降下しにくい。なおスパッタリングは
イオン化詐れた管中のプラスイオンがマイナスの電極に
衝突する現象であるため、この衝突はプラス側の端子１
３においては発生しない。ここで本発明においては、プ
ラス側の端子１３も放電用薄膜１２とは接続されていな
いが、上述のようにプラス側の端子１３の電極部１３２
はスパッタされることはないので、プラス側の端子１３
はスパッタ物質によって短絡状態となるおそれは全くな
い。

第３図はこのサージ吸収素子１に、第４図に示すサージ
電流を繰り返し印加したときの該サージ吸収素子１の放
電開始電圧Ｖｓを示す図である。

なおこのサージ吸収素子１に印加するサージ電流は第４
図に示すような波形であり、その波高値は１３０Ａであ
り、またその波形を示す（規約波頭長×規約波尾長）Ｉ
Ｉ　）は（８Ｘ２０ｕ＠）である。

同図に示すように、このサージ吸収素子１にあっては、
サージ電流印加回数ｔが増える毎に放電開始電圧Ｖｓが
徐々に降下するもののその降下の程度が低く、特に本発
明のサージ吸収素子１にあっては、印加回数がｔｏｏｏ
ｏ回以上では放電開始電圧Ｖｓが降下することはなく、
さらに印加回数ｔを増やしても最終的に短絡状態となる
ことはない。

次に上記第１図に示すサージ吸収素子１の印加電圧の立
ち上げ速きに対する放電の応答特性の１例を第５図に示
す。

同図に示すように、印加電圧の立ち上げ速さが１０ｋＶ
／μＳｅｅの電圧を印加したときは、本発明にかかるサ
ージ吸収素子１の放電が開始する放電開始時間ｔはｔ−
０，３μｓｅｃであり、放電を開始したときの放電開始
電圧ｖｂはｖｂ中３２００ｖであった。

また同図に示すように、本願発明者は印加電圧の立ち上
げ速さが５　ｋ　Ｖ／　μｓｅｃ　、　１　ｋ　Ｖ／　
μ９ｅｃ、５００Ｖ／μｓｅｃ、１００Ｖ／μｓｅｃの
場合についても測定した。同図に示すように、この印加
電圧の立ち上げ速さの変化に対して、放電開始電圧は安
定していた。また印加電圧を非常にゆっくり立ち上げた
場合の放電開始電圧（同図に示す点Ａ）の値に対して上
記各放電開始電圧の値はあまり変動せず安定していた。

以上のようにサージ吸収素子１の電圧立ち上げ速さに対
する放電の応答特性は良好であった。

第６図は本発明にかかるサージ吸収素子１の他の実施例
を示す図である。

いずれの実施例においても、端子１３の固定部１３１を
絶縁体１１に接続する部分には端子固定用薄膜１６が付
着きれている。以下各々について説明する。

サージ吸収素子１は同図（ａ）に示すように、放電用薄
膜１２の横幅（軸方向の幅）を小さくして（即ち切削に
よって露出する絶縁体１１の部分を大きくして）、その
両端部が端子１３の電極部１３２の端部に近接するよう
に構成してもよい。

また同図（ｂ）に示すように、放電用薄膜１２の横幅を
さらに小さくしてその両端部が端子１３の電極部１３２
の端部から離れるように構成してもよい。

また同図（ｃ）に示すように、放電用薄膜１２をその中
央部において所定幅をもった分割線１８で２つに分割し
てもよい。このように構成すれば、このサージ吸収素子
１の放電開始電圧を上昇させることができる。

また同図（ｄ）に示すように、放電用薄膜１２を２本の
分割線１８によって３つに分割してもよい。このように
構成すれば、このサージ吸収素子１の放電開始電圧をさ
らに上昇させることができる。

また同図（ｅ）に示すように、放電用薄膜１２を絶縁体
１１の軸方向へ向かうように直線状に付着してもよい。

なおこの放電用薄膜１２は絶縁体１１の両側面に対称に
２本行着されている。

なお絶縁体１１に付着する放電用薄膜１２と端子１３の
電極部１３２の配置関係は以上のように種々の変形が可
能であるが、本発明はこれらに限定されるものではなく
、さらに種々の変形が可能であることはいうまでもない
。

また上記各実施例においては、端子１３の固定部１３１
の横幅と、端子固定用薄膜１６の横幅を略同一としたが
、本発明はこれに限られず、両者の横幅は変化させても
よい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明に係るサージ吸収素
子によれば、放電用薄膜と端子の間を接続せず、端子に
絶縁体よりも大径に構成した電極部を設け、第１段の放
電は放電用薄膜と電極部の間で行ない、第２段の気体放
電は画電極部間で行なうこととしたので、サージ吸収素
子の寿命が著しく延びるばかりか、放電を何度行なって
も、サージ吸収素子が最終的に短絡状態となることはな
いので安全であるという優れた効果を有する。

また絶縁体表面の両端部近傍に端子固定用薄膜を設けて
おいてその表面を平らな均一状態とし、且つ該端子固定
用薄膜を覆うように端子の固定部を固定したので、該端
子は容易且つ確実、正確に絶縁体上に固定されることと
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるサージ吸収素子１を示す図であ
り、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は側断面図、第２
図はサージ吸収素子１を製造する方法を示す図、第３図
はサージ吸収素子１にサージ電流を繰り返し印加したと
きのサージ吸収素子１の放電開始電圧Ｖｓを示す図、第
４図はサージ吸収素子１に印加するサージ電流の波形を
示す図、第５図はサージ吸収素子１の電圧立ち上げ速き
に対する放電の応答特性を示す図、第６図は本発明にか
かるサージ吸収素子１の他の実施例を示す図である。 図中、１・・・サージ吸収素子、１１・・・絶縁体、１
２・・・放電用薄膜、１３・・・端子、１３１・・・固
定部、１３２・・・電極部、１４・・・リード線、１５
・・・ケー第１ 図 ６・・・端子固定用薄膜、 ８・・・分割線、 であ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）棒状の絶縁体と、該絶縁体表面の両端部近傍にそ
   れぞれ付着される導電性材料からなる端子固定用薄膜と
   、該絶縁体表面の端子固定用薄膜に接しない所定部分に
   付着される導電性材料からなる放電用薄膜と、前記端子
   固定用薄膜を覆うように該端子固定用薄膜上に固定され
   る固定部と前記放電用薄膜から所定距離離れるようにそ
   の内径を拡大した電極部とを有し前記絶縁体の両端に取
   り付けられる金属製の端子と、該端子のそれぞれに接続
   されるリード線と、該絶縁体を収納するケースとを具備
   することを特徴とするサージ吸収素子。
2. （２）前記端子固定用薄膜は、前記絶縁体の表面を周方
   向に囲むように帯状に付着されていることを特徴とする
   請求項（１）記載のサージ吸収素子。
3. （３）前記放電用薄膜は、前記絶縁体の表面を周方向に
   囲むように帯状に付着されていることを特徴とする請求
   項（１）記載のサージ吸収素子。
4. （４）前記請求項（３）記載の帯状に付着された放電用
   薄膜は、所定幅の１本以上の分割線によって２以上に分
   割されていることを特徴とするサージ吸収素子。
5. （５）前記放電用薄膜は、前記絶縁体の表面を軸方向に
   直線状に付着されていることを特徴とする請求項（１）
   記載のサージ吸収素子。
6. （６）丸棒状の絶縁体を具備し、該絶縁体の表面全体に
   導電性材料からなる薄膜を付着し、該薄膜の少なくとも
   ２箇所をリング状に切削して該絶縁体表面の両端部側の
   端子固定用薄膜と中央部の放電用薄膜を形成するととも
   に、その内径が前記絶縁体の外径と略同一の固定部と該
   絶縁体の外径よりも大径の電極部とを具備する金属製の
   ２つの端子を具備し、該２つの端子の固定部を前記絶縁
   体の端子固定用薄膜を覆うように該端子固定用薄膜上に
   固定して、前記電極部を前記絶縁体の放電用薄膜から所
   定距離離れる位置に対向せしめ、該両端子のそれぞれに
   リード線を接続し、さらに該絶縁体をケース内に密封し
   たことを特徴とするサージ吸収素子の製造方法。