JPH0355784A - 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、サージ電圧を吸収するサージ吸収素子に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、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が開発され実用化されている。

この種従来のサージ吸収素子の中には、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、これらをケ
ース内に収納し、且つケース内に所定のガスを封入した
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周
囲のガスに衝突し、ガスをイオン化する。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、気体放電が両電極間で行なわれた場合、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、気体放電が何度
も繰り返されると、この線条部分への原子・分子の付着
量が増え、この線条によって分割されている導電性薄膜
の間隔がさらに狭まり、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辻なく、その寿
命も著しく向上できる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サージ吸収素子を、
棒状の絶縁体の表面に導電性材料からなる薄膜を付着し
、前記絶縁体の両端に前記薄膜に接しないように金属製
の電極を被せ、該両電極のそれぞれが向かい合う側の部
分には前記薄膜から所定距離離れるようにその内径を拡
大した大径部を設け、該両電極にはリード線を取り付け
、さらにこの絶縁体を絶縁製のケース内に収納せしめて
構成した。

〔作用〕

上記の如く、薄膜と電極の間を接続せず、電極に大径部
を設け、第１段の放電は薄膜と大径部の間で行ない、第
２段の気体放電は両電極間で行なうこととした。

このとき両電極はそれぞれが向かい合う側の部分に大径
部を設けた構造なので、第２段の気体放電によって主と
してスバッタされるのは、マイナスの電極の大径部の先
端部近傍である。このためこの大径部の内側の奥の方の
部分にはスバツタ物質が入り込みにくく、従って該大径
部の内側の奥の方の部分に対向する絶縁体表面にはスバ
ッタ物質が付着しにくい。

またプラスの電極付近には、全くスパッタ物質が付着せ
ず、この電極と絶縁体表面の薄膜が短絡することはない
。

このためサージ吸収素子に何度も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。

〔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）は側断面図（但し
絶縁体１１と薄膜１２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、棒状の絶縁体１１の表面に導電性材料からなる薄
膜１２を付着し、また絶縁体１１の両端に薄膜１２に接
しないように金属製の電極１３．１３を被せて固定し、
該両電極１３．１３の向かい合う側の部分には薄膜１２
から所定距離離れるように大径部１３ａ，１３ａを設け
、また該両電極１３．１３の反対側にはリード線１４，
１４を取り付け、さらにこの絶縁体１１を内部にガスを
充填した絶縁製のケース１５内に内蔵させて構成されて
いる。

以下各構成部分を詳細に説明する。

絶縁体１１はこの実施例においては、アルミナ磁器の丸
棒によって構成されている。

なお絶縁体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、フ才ルステ
ライト磁器、ステアタイト磁器等を用いてもよい。また
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。

薄膜１２はこの実施例においては、カーボンの薄膜によ
って構成され、前記絶縁体１１の表面の略中央部の円周
方向に帯状に付着して構成されている。

このとき薄膜１２は電極１３と接しておらず、また大径
部１３ａから所定の距離を隔てている。

なおこの薄膜１２の材質はカーボン以外に、金属でもよ
く、また例えば酸化錫（ＳｎＯ．）、酸化二才プ（Ｎｂ
．Ｏｓ　）、酸化モリブデン（　Ｍ　ｏＯ３）、酸化タ
ングステン（ＷＯ．）、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
。

電極１３はこの実施例においては、金属（例えばＳＵＳ
，ＮｆＦｅ）を使用している。この電極１３は絶縁体１
１の両端に被せるように取り付けるためにキャップ状と
なっている。そしてこの両電極１３．１３のそれぞれ向
かい合う側の部分には、電極１３の絶縁体１１に取り付
けられる部分に比べてその内径を大きくして構成された
大径部１３ａ，１３ａが形成されている。この電極１３
と前記薄膜１２は前述のように接しておらず、また大径
部１３ａと薄膜１２は両者間で放電が行なわれるように
、所定の距離隔てられている。

ケース１５は絶縁性の材料で構成され、その内部には薄
膜１２や電極１３．１３を取り付けた絶縁体１１が内蔵
されている。またこのケース１５の内部にはアルゴン（
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。

つぎにこのサージ吸収素子１の作用を説明する。

両電極１３．１３間にサージ電圧が印加された場合は、
まず最初に薄膜１２の端部と大径部１３ａ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。即ち薄
膜１２と電極１３間は接続されておらず、また薄膜１２
と大径部１３ａとは両者間に放電が生ずるように所定距
離隔てて配置されているので、該薄膜１２と大径部１３
ａ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。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段の放電として両電極１３．１３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
に衝突し、該マイナスの電極から金属原子・分子からな
るスパッタ物質がスバツタされる。そしてこのスパッタ
物質はマイナス電極の周辺の薄膜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、その電
極１３に大径部１３ａを設けているので、第２段の気体
放電によって主としてスパツタされるのは、このマイナ
スの電極１３の大径部１３ａの先端部近傍である。この
ためこの大径部１３ａの内側１７の奥の方の部分にはス
バッタ物質が入り込みにくく、従って該大径部１３ａの
内側１７の奥の方の部分に対向する絶縁体１１表面には
スバッタ物質が付着しにくい。

従って薄膜１２とマイナスの電極１３間が短絡する方向
に進むことはなく、サージ吸収素子１の放電開始電圧が
降下しにくい。

またスパッタリングはイオン化さ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
突はプラス側の電極１３においては生じない。ここで本
発明においては、プラス側、マイナス側のいずれにおい
ても電極１３，１３と薄膜１２の間を接続していないの
で、プラス側の電極１３がスパッタされることはなく、
短絡状態となるおそれは全くないのである。

第２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Ｐ）
は（８Ｘ２０Ｐ）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Ｖｇ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１０００
０回以上では放電開始電圧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
ち上げ速さに対する放電の応答特性の一例を第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
／μｓｅｃ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＝
Ｆ０．３μｓｅｃであり、放電を開始したときの放電開
始電圧ｖｂはＶｂ＝Ｆ３２００ｖ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／　μ
ｓｅｃ，５００Ｖ／μｓｅｃ，　１　０　０　Ｖ／μｓ
ｅｃ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更に対して、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。

こ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３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。

サージ吸収素子１は同図（ａ）に示すように、薄膜１２
の幅を小さくして大径部１３ａの両端部にまで至るよう
な長さとしてもよい。

また同図（ｂ）に示すように、薄膜１２の幅をさらに小
さくして大径部１３ａ端部から離れるようにしてもよい
。

また同図（ｃ）に示すように、薄膜１２をその中央部に
おいて所定幅をもった分割線１６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、薄膜１２を２本の分割線
１６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、
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。なおこの薄膜１２は絶縁体１１の両側
面に対称に２本付着されている。

絶縁体１１に付着する薄膜１２と電極１３と大径部１３
ａの配置関係は以上のように種々の変更が可能であるが
、本発明はこれらに限定されるものではなく種々の変更
が可能であり、要は、２つの電極を絶縁体の両端に薄膜
に接しないように被せて固定し、該両電極のそれぞれが
向かい合う側の部分に前記薄膜から所定距離離れるよう
にその内径を拡大した大径部を設けた構造であればどの
ような構造であってもよいのである。

〔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、薄膜１２と電極１３間を接続せず、電極１
３に大径部１３ａを設け、第１段の放電は薄膜１２と大
径部１３ａの間で行ない、第２段の気体放電は両電極間
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。

【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、第３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、第４図はサージ吸収素子
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の電圧立ち上げ速さに対する放電の応答特性
を示す図である。 図中、１・・・サージ吸収素子、１１・・・絶縁体、１
２・・・薄膜、１３・・・電極、１３ａ・・・大径部、
１４・・・ノード線、１５・・・ケース、１６・・・分
割線、である。 第１ 図 第２ 図 第４ 図 （ａ） １ｂ （ｃ） 第３ 図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）棒状の絶縁体の表面に導電性材料からなる薄膜を
   付着し、前記絶縁体の両端に前記薄膜に接しないように
   金属製の電極を被せ、該両電極のそれぞれが向かい合う
   側の部分には前記薄膜から所定距離離れるようにその内
   径を拡大した大径部を設け、また該両電極にはリード線
   を取り付け、さらにこの絶縁体を絶縁製のケース内に収
   納せしめて構成したことを特徴とするサージ吸収素子。
2. （２）前記薄膜を構成する導電性材料は、カーボン又は
   金属又は金属化合物であ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）前記絶縁体は磁器であ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）前記導電性材料からなる薄膜は、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）、（２）又は（３）記載のサージ
   吸収素子。
5. （５）前記請求項（４）記載の帯状の導電性材料からな
   る薄膜は所定幅の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。
6. （６）前記導電性材料からなる薄膜は、前記絶縁体の表
   面を軸方向に直線状に付着して構成されていることを特
   徴とする請求項（１）、（２）又は（３）記載のサージ
   吸収素子。