JPH0519275B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電圧非直線抵抗体と、放電電極間に
形成した放電間隙との並列接続構造を有するサー
ジ吸収素子に係り、特に、３個の素子を同一空間
内でデルタ接続して一体化することにより、２線
式回路の接地用及び線間用として、或いは３線式
回路の線間用として好適に使用し得る複合型サー
ジ吸収素子に関する。

［従来の技術］ 従来、電子機器に加わる過渡的な異常電圧や誘
電雷等のサージから電子回路素子を保護するた
め、電圧非直線抵抗体よりなるバリスタや、気密
容器中に封入した放電間隙の放電現象を利用する
アレスタ等のサージ吸収素子が広く使用されてお
り、本出願人も既にバリスタとアレスタとの並列
接続構造を有するサージ吸収素子を提案（特開昭
59−157981、実開昭60−32783等）している。

上記サージ吸収素子８は、第５図に示す如く、
電圧非直線抵抗体２の両端に、放電間隙５を隔て
て相対向させて一対の放電電極４，４を接続し、
これを放電ガスと共に、気密容器７中に封入して
外部端子６，６を導出した構造を有している。上
述の構成としたサージ吸収素子８に、上記素子の
クリツプ電圧以上の電圧を有するサージが印加さ
れると、まずバリスタ動作によつて直ちに電圧非
直線抵抗体２を通じて電流が流れてサージ吸収が
開始され、上記抵抗体２の抵抗値とサージ電流値
との積による電圧降下が上記抵抗体２の両端間に
生じる。電流量が増加するのに伴つてこの電圧降
下も増大し、これが上記放電電極４，４間の放電
開始電圧を越えると、放電電極４，４間の電圧非
直線抵抗体２に近い領域で励起放電が生じ、その
付勢によつて瞬時に、放電電極４，４間の外側の
領域に放電が移転して大電流を通ずる主放電が生
成し、このアレスタ動作によつてサージが吸収さ
れる。このように、上記サージ吸収素子８は、バ
リスタの即応性とアレスタの大電流耐量性とを合
わせもつ優れたサージ吸収特性を有するものであ
る。

ところで、上記サージ吸収素子の使用に際して
は、電源線或いは信号線の各線それぞれとアース
との間に単一素子を個々に接続して回路に組み込
んで、線・アース間より侵入してくるコモンモー
ドサージを吸収させ、更に必要により、各線間に
も単一素子を個々に接続して、線間より侵入して
くるノルマルモードサージを吸収させている。例
えば、単層電源回路等の２線式回路の場合には、
第６図Ａに示す如く、線ａ，ｂそれぞれとアース
との間及び必要により線ａ，ｂ間に各１個、合計
３個のサージ吸収素子８を接続し、また三層電源
回路の場合には、第６図ｂに示す如く、線ａ，
ｂ，ｃそれぞれとアースとの間及び必要により線
ａ，ｂ，ｃ間に各１個、合計６個のサージ吸収素
子８を接続している。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが上述の如く、単一素子を個々に接続す
る方法にあつては、多くの素子が必要とされるた
め、広い組み込みスペースを要する上にサージ対
策費用がかさみ、しかも接続作業が煩雑になると
いう問題がある。

本発明は上記の点に鑑み案出されたもので、２
線式回路の線・アース間及び線間並びに３線式回
路の線間への接続が簡単であり、しかも小型で多
相回路への組み込みスペースが少なくて済む上
に、サージ対策費用を削減できる複合型サージ吸
収素子を実現することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 以上の目的を達成するため本発明は、断面略矩
形状の円形環状体となされた電圧非直線抵抗体の
表面に、３個のバリスタ電極を所定の間隔をおい
て形成すると共に、該バリスタ電極にそれぞれ放
電電極を接続して該放電電極間にそれぞれ放電間
隙を形成し、これらを放電ガスと共に気密容器内
に封入してなる複合型サージ吸収素子であつて、
上記各バリスタ電極は、上記電圧非直線抵抗体を
取り巻くようにその上面、内周面、下面及び外周
面に環状に被着されると共に、各バリスタ電極間
の沿面距離が各バリスタ電極間における電圧非直
線抵抗体の少なくとも内周面側と外周面側におい
て等しく形成され、上記各放電電極は、断面略コ
の字形状に成形した一対の部材を、上記電圧非直
線抵抗体の一方向及びこれと対向する方向から上
記各バリスタ電極を覆うよう被せ、それぞれの先
端同士を接合させてなり、各放電電極の側端間に
電圧非直線抵抗体の上面側、内周面側、下面側及
び外周面側にわたる放電間隙を形成し、もつて上
記電圧非直線抵抗体における上記バリスタ電極間
に位置する各部分と、上記放電電極間に形成され
た各放電間隙との並列接続構造を備えた３個のサ
ージ吸収素子を、同一空間内においてデルタ接続
により一体化してなるよう構成した。

［作用］ 上記複合型サージ吸収素子を構成する各サージ
吸収素子は、バリスタの即応性とアレスタの大電
流耐量性とを合わせもつ、優れたサージ吸収特性
を有する。すなわち、各サージ吸収素子に、各素
子のクリツプ電圧以上の電圧を有するサージが印
加されると、まずバリスタ動作によつて直ちに電
圧非直線抵抗体を通じて電流が流れてサージ吸収
が開始され、上記抵抗体の抵抗値とサージ電流値
との積による電圧降下が上記抵抗体の両端間に生
じる。電流量が増加するのに伴つてこの電圧降下
も増大し、これが上記放電電極間の放電開始電圧
を越えると、放電電極間の電圧非直線抵抗体に近
い領域で励起放電が生じ、その付勢によつて瞬時
に、放電電極間の外側の領域に放電が転移して大
電流を通ずる主放電たるアーク放電が生成し、こ
のアレスタ動作によつてサージが吸収される。

本発明に係る複合型サージ吸収素子を回路に実
装するには、２線式回路の場合には上記各電極を
各線とアースにそれぞれ接続すれば、線・アース
間及び線間にそれぞれサージ吸収素子が組み込ま
れ、また、３線式回路の場合には上記各電極を各
線に接続すれば、線間にサージ吸収素子が組み込
まれる。

上記複合型サージ吸収素子に連続サージが印加
された場合には、最初のサージ印加による素子の
放電によつてイオンが発生し、各素子が同一空間
内に存在することから、イオンのプライミング効
果によつて素子の応答速度が速くなり、次のサー
ジがどの素子に印加されても、瞬時に放電が開始
され、サージが吸収される。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。

［実施例 １］ 第１図乃至第３図は本発明の一実施例に係る複
合型サージ吸収素子を示すもので、第１図Ａは一
部を破断した要部斜視図、第１図Ｂは要部拡大断
面図、第１図Ｃは要部平面図、第２図は斜視図、
第３図は等価回路図である。図において複合型サ
ージ吸収素子１は、例えば、ZnO，BaTiO₃，
SiC等の金属酸化物を主成分とした材料よりなる
断面略矩形状となされた円形環状の電圧非直線抵
抗体２の表面に、該抵抗体２を取り巻く様に３個
のバリスタ電極３ａ，３ｂ，３ｃを等間隔に形成
すると共に、上記各バリスタ電極３ａ，３ｂ，３
ｃにそれぞれ放電電極４ａ，４ｂ，４ｃを接続し
て、上記各放電電極４ａ，４ｂ，４ｃ間にそれぞ
れ放電間隙５ab，５bc，５caを形成している。
更に上記各放電電極４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ
外部端子６ａ，６ｂ，６ｃを接続し、これを第２
図に示す如く、セラミツクやガラス等の絶縁物よ
りなる気密容器７中に、希ガス（He，Ne，Ar
等）や窒素ガス等の不活性ガスを主体とした放電
ガスと共に封入し、上記外部端子６ａ，６ｂ，６
ｃを気密容器７から外部へ導出している。

上記バリスタ電極３ａ，３ｂ，３ｃは銀やアル
ミニウム等の金属材料を焼付、溶射、蒸着等によ
つて、電圧非直線抵抗体２を取り巻く用ようにそ
の上面、下面、内周面及び外周面に環状に被着し
てオーミツク接続したものであり、第１図ｃに示
す如く、上記バリスタ電極３ａ，３ｂ，３ｃ間そ
れぞれにおいて、バリスタ電極３ａ，３ｂ，３ｃ
間の電圧非直線抵抗体２ab，２bc，２caそれぞ
れの内周面側の沿面距離L₁と外周面側の沿面距
離L₂とが等しくなる様に形成されている。

また、上記放電電極４ａ，４ｂ，４ｃは、ニツ
ケルや鉄或いはそれらの合金等、放電特性の良好
な金属板をプレス加工等によつて断面略コの字形
状に成形した一対の部材４１ａと４２ａ，４１ｂ
と４２ｂ，４１ｃと４２ｃより構成されている。
そして、上記放電電極４ａ，４ｂ，４ｃの形成に
際しては、上記一方の部材４１ａ，４１ｂ，４１
ｃ及び他方の部材４２ａ，４２ｂ，４２ｃをそれ
ぞれ、電圧非直線抵抗体２の上面方向及び下面方
向から上記抵抗体２に被せてバリスタ電極３ａ，
３ｂ，３ｃを覆い、先端同士を当接させて先端の
突起部を溶接して接合している。この結果、放電
間隙５ab，５bc，５caは、上記放電電極４ａ，
４ｂ，４ｃの側端間に同一長さで形成され、しか
も、それぞれ電圧非直線抵抗体２の上面側、内周
面側、下面側及び外周面側に形成されることとな
る。

かくして、バリスタ電極３ａ，３ｂ，３ｃ間の
電圧非直線抵抗体２ab，２bc，２caと放電間隙
５ab，５bc，５caとによつてバリスタとアレス
タとの並列接続構造を有するサージ吸収素子がそ
れぞれ形成され、第３図に示す如く、３個の素子
が同一空間内においてデルタ接続された状態で一
体化される。

従つて、本実施例の複合型サージ吸収素子１を
単相回路に実装するには、各外部端子６ａ，６
ｂ，６ｃを回路の各線及びアースに接続すれば、
回路の線・アース間及び線間にそれぞれサージ吸
収素子が組み込まれ、コモンモードサージ及びノ
ルマルモードサージの吸収が可能となる。三相回
路の場合には、各外部端子６ａ，６ｂ，６ｃを回
路の各線に接続すれば、回路の線間にサージ吸収
素子が組み込まれ、ノルマルモードサージの吸収
が可能となる。

また、上記複合型サージ吸収素子１に連続サー
ジが印加された場合には、最初のサージ印加によ
る素子の放電によつてイオンが発生し、各素子が
同一空間内に存在することから、イオンのプライ
ミング効果によつて素子の応答速度が速くなり、
次のサージがどの素子に印加されても、サージは
瞬時に吸収される。

さらに、各バリスタ電極３ａ，３ｂ，３ｃ間の
沿面距離が、電圧非直線抵抗体２ab，２bc，２
caそれぞれの内周面側と外周面側において等し
くなる様に設定されているので、上記抵抗体２
ab，２bc，２caそれぞれの表面における電流密
度が均一化され、電圧非直線抵抗体の部分劣化の
発生が防止されると共に、電流耐量が大きくな
る。

そのうえ、上記放電電極４ａ，４ｂ，４ｃの側
端間に形成される放電間隙５ab，５bc，５caが、
電圧非直線抵抗体２の上面側、内周面側、下面側
及び外周面側にわたるものであるため、放電間隙
５ab，５bc，５caの部分劣化の発生が防止され
ると共に、電流耐量が大きくなる。

尚、上記複合型サージ吸収素子１のクリツプ電
圧は、バリスタ電極３ａ，３ｂ，３ｃ間の電圧非
直線抵抗体２ab，２bc，２caの長さを調整する
ことにより、また放電開始電圧は、放電間隙５
ab，５bc，５caの長さを調整することにより所
望の値に設定できる。従つて、本実施例の様に、
各素子の特性を同一のものとしたり、例えば、一
つの素子のクリツプ電圧を他の二つの素子のクリ
ツプ電圧よりも小さい値に設定する等、必要に応
じて各素子の特性が異なるものを形成することも
可能である。

［実施例 ２］ 第４図は、本発明の他の実施例を示すもので、
第４図ａは要部斜視図、第４図Ｂは要部拡大断面
図である。本実施例は、バリスタ電極３ａ，３
ｂ，３ｃ間における電圧非直線抵抗体２ab，２
bc，２caの表面を凹凸面とし、第４図Ｂに示す
如く、バリスタ電極３ａ，３ｂ，３ｃ間それぞれ
における沿面距離L₃とバリスタ電極３ａ，３ｂ，
３ｃ間の電圧非直線抵抗体２ab，２bc，２caそ
れぞれの中心を通る距離L₄とを等しくしたもの
であり、他の構成は実施例１と実質的に同一であ
る。

従つて、本実施例の場合、バリスタ電極３ａ，
３ｂ，３ｃ間の電圧非直線抵抗体２ab，２bc，
２caそれぞれにおける表面と中心部を流れる電
流の密度が均一化され、サージ電流の表面集中に
起因する電圧非直線抵抗体の劣化を回避でき、し
かも、電流耐量を更に増大させることができる。

［発明の効果］ 以上詳述の如く、本発明の複合型サージ吸収素
子は、３個のサージ吸収素子が一体化されている
ので、サージ対策費用を大幅に削減できると共
に、小型で回路への組み込みスペースが少なくて
済み、回路への組み込み作業も容易なものとな
る。

しかも、上記各サージ吸収素子は、それぞれ電
圧非直線抵抗体と放電間隙との並列接続構造を有
しているため、バリスタの即応性とアレスタの大
電流耐量性とを合わせもつ、優れたサージ吸収特
性を発揮し得る。

また、各サージ吸収素子が同一空間内に存在し
ているため、上記複合型サージ吸収素子に連続サ
ージが印加された場合には、最初のサージ印加に
よる素子の放電によつてイオンが発生し、イオン
のプライミング効果によつて素子の応答速度が速
くなり、次のサージがどの素子に印加されても、
瞬時に放電が開始され、サージが吸収される。し
たがつて、各素子の放電遅れを有効に防止するこ
とができる。

さらに、各バリスタ電極が、電圧非直線抵抗体
を取り巻く用ようにその上面、内周面、下面及び
外周面に環状に被着されると共に、各バリスタ電
極間の沿面距離が、該バリスタ電極間における電
圧非直線抵抗体の少なくとも内周面側と外周面側
において等しくなるよう形成したので、電圧非直
線抵抗体の部分劣化の発生が防止されると共に、
電流耐量が大きくなる。

そのうえ、各放電電極の側端間に形成される放
電間隙が、電圧非直線抵抗体の上面側、内周面
側、下面側及び外周面側にわたるものであるた
め、放電間隙の部分劣化の発生が防止されると共
に、電流耐量が大きくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は、本発明の一実施例を示
し、第１図Ａは一部破断要部斜視図、第１図Ｂは
要部拡大断面図、第１図Ｃは要部平面図、第２図
は斜視図、第３図は等価回路図、第４図は本発明
の他の実施例を示し、第４図Ａは要部斜視図、第
４図Ｂは要部拡大断面図であり、第５図は、従来
例の概略断面図、第６図Ａ及びＢは、従来例の接
続状態を示す回路図である。 １……複合型サージ吸収素子、２……電圧非直
線抵抗体、２ab，２bc，２ca……バリスタ電極
間の電圧非直線抵抗体、３ａ，３ｂ，３ｃ……バ
リスタ電極、４ａ，４ｂ，４ｃ……放電電極、４
１ａ，４１ｂ，４１ｃ……一方の放電電極構成部
材、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ……他方の放電電極
構成部材、５ab，５bc，５ca……放電間隙、７
……気密容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 断面略矩形状の円形環状体となされた電圧非
   直線抵抗体の表面に、３個のバリスタ電極を所定
   の間隔をおいて形成すると共に、該バリスタ電極
   にそれぞれ放電電極を接続して該放電電極間にそ
   れぞれ放電間隙を形成し、これらを放電ガスと共
   に気密容器内に封入してなる複合型サージ吸収素
   子であつて、上記各バリスタ電極は、上記電圧非
   直線抵抗体を取り巻くようにその上面、内周面、
   下面及び外周面に環状に被着されると共に、各バ
   リスタ電極間の沿面距離が各バリスタ電極間にお
   ける電圧非直線抵抗体の少なくとも内周面側と外
   周面側において等しく形成され、上記各放電電極
   は、断面略コの字形状に成形した一対の部材を、
   上記電圧非直線抵抗体の一方向及びこれと対向す
   る方向から上記各バリスタ電極を覆うよう被せ、
   それぞれの先端同士を接合させてなり、各放電電
   極の側端間に電圧非直線抵抗体の上面側、内周面
   側、下面側及び外周面側にわたる放電間隙を形成
   し、もつて上記電圧非直線抵抗体における上記バ
   リスタ電極間に位置する各部分と、上記放電電極
   間に形成された各放電間隙との並列接続構造を備
   えた３個のサージ吸収素子を、同一空間内におい
   てデルタ接続により一体化してなることを特徴と
   する複合型サージ吸収素子。 ２ 上記バリスタ電極間における沿面距離と該バ
   リスタ電極間の電圧非直線抵抗体中心部を通る距
   離とが等しいことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の複合型サージ吸収素子。 ３ 上記バリスタ電極間に露出した電圧非直線抵
   抗体の表面が、凹凸面であることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項に記載の複合型サージ吸収素
   子。