JPH05207648A

JPH05207648A - サージ吸収素子

Info

Publication number: JPH05207648A
Application number: JP3262992A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Suzuki; 吉朗鈴木
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-01-23
Filing date: 1992-01-23
Publication date: 1993-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】特別な遮断手段や電流制限手段を用いること
なく、サージ吸収素子を過電圧から保護できると共に、
続流の発生を有効に防止できるサージ吸収素子を実現す
る。【構成】電圧非直線抵抗体４の両端に、一対の放電電
極６，６を、該放電電極６，６間に放電間隙18，18が形
成されるように接続し、これらを放電ガスと共に外囲器
10内に封入してなるサージ吸収素子２であって、放電電
極６，６の表面に、温度の上昇に伴ってその抵抗値が上
昇する正特性抵抗体８，８を被着した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、気密容器内に封入し
た放電間隙と電圧非直線抵抗体との並列接続構造を備え
たサージ吸収素子に係り、特に、サージ消滅後の続流を
有効に防止できると共に、定格電圧以上の過電圧が連続
して印加された場合に、アーク放電に伴う発熱の持続状
態を回避して素子の焼損等を防止できるサージ吸収素子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子機器の電子回路に通じる電源
ライン或いは通信ライン等を構成する線路間に種々のサ
ージ吸収素子を接続し、サージなどの過電圧から電子回
路を保護することが行われている。図３は、かかるサー
ジ吸収素子の一例を示すものである。このサージ吸収素
子52は、電圧非直線抵抗体54の両端に一対の放電電極5
6，56を接続し、該放電電極56，56間に放電間隙58，58
を形成することによって、電圧非直線抵抗体54と放電間
隙58，58との並列接続構造を実現し、これらを放電ガス
と共に両端が開口した外囲器60内に収納し、上記放電電
極56，56に接続されたキャップ部材62，62によって上記
外囲器60の開口部を気密に封止し、該キャップ部材62，
62からリード線64，64を導出した構造を有してなる。

【０００３】このようなサージ吸収素子52は、図４に示
すように、線路Ａ，Ａ’間に被保護回路66と並列に接続
される。なお、線路Ａの入力側には過電流遮断手段とし
てのヒューズ68が接続される。

【０００４】しかして、上記線路Ａ，Ａ’に入力側か
ら、上記サージ吸収素子52の定格電圧以上のサージが瞬
間的に印加された場合には、直ちに上記電圧非直線抵抗
体54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54の電圧降下が放電間隙58，58
の放電開始電圧以上となると、上記放電間隙58，58にグ
ロー放電を経てアーク放電が生成し、該アーク放電の大
電流を通じてサージが吸収される。

【０００５】また、電子機器をその定格電圧を上回る電
源に誤接続した場合や、通信ラインを電源に誤接続した
場合、或いはこれらの事態を想定した過電圧試験の実施
等により、線路Ａ，Ａ’間に上記サージ吸収素子52の定
格電圧以上の過電圧が連続して印加された場合には、該
過電圧による過電流によって上記ヒューズ68が溶断して
線路Ａを開放することにより、該過電圧の印加による過
電流の通電を遮断し、上記サージ吸収素子52の溶融短絡
や焼損を防止する。

【０００６】上記のように、このサージ吸収素子52は、
放電間隙58，58（ガスアレスタ）と電圧非直線抵抗体54
（バリスタ）とを並列接続して一体化した構成を有する
ため、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、即応性と大電流耐量性とを併せ持つ、優れたサージ
吸収特性を発揮し得るものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、サージ吸収素子52の他に、これを保護するため
のヒューズ68を線路Ａに接続することは、構成の複雑化
及び接続作業の煩雑化を招くこととなる。

【０００８】また、連続した過電圧からサージ吸収素子
52を保護するために、一旦ヒューズ68を溶断して線路Ａ
を開放すると、過電圧の印加状態が解除された後も線路
Ａは開放されたままであり、電子機器の使用を再開する
ためには、新たなヒューズを接続し直す必要があり、そ
の復旧作業に手間がかかる点で問題であった。

【０００９】さらに、上記サージ吸収素子52を電源ライ
ンに接続した場合には、上記アーク放電によってサージ
吸収素子52の両端間の電圧が電源ラインのピーク電圧以
下にまで急激に低下するため、サージが去った後にも電
源電圧によって持続放電が生じる。このいわゆる続流を
防止するためには、バリスタや抵抗器など電流制限機能
を備えた素子を別途接続する必要があり、構成の複雑化
の原因となっていた。

【００１０】本発明は、上記した従来例の問題点に鑑み
てなされたものであり、ヒューズなどの遮断手段を用い
ることなく、サージ吸収素子を過電圧から有効に保護で
き、したがってその復旧作業の必要がなく、また、電流
制限機能を備えた素子を別個に接続することなく、続流
の発生を有効に防止できるサージ吸収素子を実現するこ
とを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るサージ吸収素子は、電圧非直線抵抗体
の両端に、一対の放電電極を、該放電電極間に放電間隙
が形成されるように接続し、これらを放電ガスと共に気
密容器内に封入してなるサージ吸収素子であって、上記
一対の放電電極の少なくとも一方に、温度の上昇に伴っ
てその抵抗値が上昇する正特性抵抗体を被着するよう構
成した。上記正特性抵抗体は、正の温度−抵抗特性を有
する感熱抵抗体であり、電流の通電によって一定温度以
上に発熱すると、その自己の発熱によって抵抗値が急激
に上昇する性質を有している。

【００１２】上記正特性抵抗体は、その抵抗値が上昇を
開始する温度が７０゜Ｃ以上２００゜Ｃ以下であること
が望ましい。また、上記正特性抵抗体は、その抵抗値が
上昇を開始する前の初期抵抗値が１００Ω以下であるこ
とが望ましい。

【００１３】

【作用】上記サージ吸収素子は、電子機器の電子回路に
通じる電源ライン或いは通信ラインを構成する線路間
に、電子回路に対して並列に接続される。そして、該線
路にサージ吸収素子の定格電圧以上のサージが印加され
ると、まず電圧非直線抵抗体のいわゆるバリスタ動作に
より、１０^-9秒程度の応答速度で直ちにサージ吸収が開
始され、上記電圧非直線抵抗体の抵抗値とサージ電流値
との積による電圧降下によって、上記電圧非直線抵抗体
の両端に制限電圧が現れる。続いて、電流量が増加する
のに伴ってこの制限電圧も上昇し、これが放電電極間の
放電開始電圧を越えると、放電電極間における電圧非直
線抵抗体の近傍領域で励起放電が生じ、その付勢によっ
て瞬時に放電間隙に放電が転移し、グロー放電を経てア
ーク放電が生成し、このようなアレスタ動作によって大
きなサージが吸収される。

【００１４】この際に、上記サージ電流の通電によって
正特性抵抗体が発熱し、その抵抗値が急激に上昇して電
流を制限するため、サージ吸収素子の両端間の電圧が電
源電圧のピーク値以下にまで低下することがない。した
がって、サージ印加の終了後に続流が生じることを防止
できる。

【００１５】また、電子機器をその定格電圧を上回る電
源に誤接続した場合や、通信ラインを電源に誤接続した
場合、或いはこれらの事態を想定した過電圧試験の実施
等により、上記線路にサージ吸収素子の定格電圧以上の
過電圧が連続して印加された場合にも、上記過電圧によ
る過電流の連続的な通電によって上記正特性抵抗体が発
熱する。そして、該正特性抵抗体が所定温度以上にまで
発熱した時点で、その抵抗値が上昇して電流を制限する
ため、上記放電間隙におけるアーク放電が消失する。し
たがって、アーク放電に伴う発熱の持続による素子の溶
融短絡や焼損を防止できる。なお、過電圧の印加状態が
解除された場合には、上記正特性抵抗体の温度が次第に
低下し、その抵抗値も低下するために、元の状態に自動
的に復帰する。

【００１６】上記「サージ吸収素子の定格電圧以上の過
電圧が連続して印加された場合」における「定格電圧」
とは、上記サージ吸収素子の動作電圧のことであり、具
体的には、上記電圧非直線抵抗体の「バリスタ電圧」を
意味する。同じく、「連続して印加され」という表現
は、「一定時間印加され」という意味であり、「瞬間的
に印加され」の対立概念である。したがって、連続して
印加される「過電圧」には、時間の経過とともに電圧値
が変化する交流電圧も当然に含まれるものである。以下
においても同様である。

【００１７】

【実施例】以下に本発明を、図示の実施例に基づいて説
明する。図１は、本発明に係るサージ吸収素子の一実施
例を示す概略断面図である。本実施例に係るサージ吸収
素子２は、電圧非直線抵抗体４と、該電圧非直線抵抗体
４の両端に接続された一対の放電電極６，６と、該放電
電極６，６の表面を膜状に被覆する正特性抵抗体８，８
と、これらを収納する上下両端が開口した円筒状の外囲
器10と、上記放電電極６，６に接続され、上記外囲器10
の開口部を封止するキャップ部材12，12と、該キャップ
部材12，12から導出されたリード線14，14とを有してな
る。上記放電電極６，６の先端部16，16間には、放電間
隙18，18が形成され、この結果、該上記電圧非直線抵抗
体４と該放電間隙18，18との並列接続構造が実現する。

【００１８】上記電圧非直線抵抗体４は、ＺｎＯやＢａ
ＴｉＯ₃等の金属酸化物によって構成される。上記放電
電極６，６は、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｆｅ・Ｎｉなどの放電特性
の良好な金属によって構成される。これら放電電極６，
６と電圧非直線抵抗体４とは、導電性接着剤等によって
固着される。また、上記キャップ部材12，12も、Ｆｅ，
Ｎｉ，Ｆｅ・Ｎｉなどの導電材によって構成され、溶接
や導電性接着剤を用いた接着等によって上記放電電極
６，６に固着される。上記外囲器10は、セラミックチュ
ーブ等の絶縁材によって構成される。上記外囲器10内の
放電空間には、Ｈｅ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ａｒ等の希ガスや窒
素ガス等の不活性ガスを主体とした放電ガスが充填され
る。上記キャップ部材12，12と外囲器10とは、封着材2
0，20によって気密に接着される。

【００１９】上記正特性抵抗体８，８は、正の温度−抵
抗特性を有する感熱抵抗体であり、電流の通電によって
一定温度以上に発熱すると、その自己の発熱によって抵
抗値が急激に上昇する性質を有している。この正特性抵
抗体８，８は、具体的には、チタン酸バリウム（ＢａＴ
ｉＯ₃）に希土類元素を混合した材料によって構成さ
れ、プラズマ溶射によって上記放電電極６，６の表面に
被着される。あるいは、ペースト状の正特性抵抗体を、
放電電極６，６の表面に塗布することによって被着させ
ても良い。なお、図において、正特性抵抗体８，８は、
放電電極６，６の表面全域に被着されているが、少なく
とも放電に供する先端部16，16に正特性抵抗体８，８を
被着させれば足りる。また、図示は省略したが、上記正
特性抵抗体８，８の表面（特に先端部16，16付近）に
は、放電開始電圧を低下させると共に、耐スパッタ性能
を向上させるためのエミッタ材（ＬａＢ₆，ＢａＯ，Ｂ
ａＯ・Ａｌ₂Ｏ₃など）が塗布されている。

【００２０】上記サージ吸収素子２は、図２の回路図に
示すように、電子機器内の電子回路22に通じる線路Ａ及
びＡ’に、上記リード線14，14を接続することによっ
て、線路Ａ，Ａ’間に上記電子回路22に対して並列に接
続される。

【００２１】しかして、該線路Ａ，Ａ’にサージ吸収素
子２の定格電圧以上のサージが印加されると、まず上記
電圧非直線抵抗体４によって直ちにサージ吸収が開始さ
れ、サージ電流量の増加に伴い、電圧非直線抵抗体４に
よる電圧降下が上記放電電極６，６間の放電開始電圧を
越えると、上記放電間隙18，18にグロー放電を経て主放
電たるアーク放電が生成し、大きなサージが吸収され
る。

【００２２】この場合に、サージ電流の通電によって上
記正特性抵抗体８，８が発熱し、その抵抗値が急激に上
昇して電流を制限するため、サージ吸収素子２の両端間
の電圧が電源電圧のピーク値以下にまで低下することが
ない。したがって、サージ印加の終了後に続流が生じる
ことを防止できる。

【００２３】また、上記線路Ａ，Ａ’に、サージ吸収素
子２の定格電圧以上の過電圧が連続して印加された場合
には、該過電圧による過電流の連続的な通電によって、
上記正特性抵抗体８，８が発熱する。そして、該正特性
抵抗体８，８が所定温度以上にまで発熱した時点で、そ
の抵抗値が上昇して電流を制限するため、アーク放電が
消失する。この結果、アーク放電の持続による素子の溶
融短絡や焼損を回避できる。一方、過電圧の印加状態が
解除された場合には、上記正特性抵抗体８，８の温度が
次第に低下し、その抵抗値も低下するために、元の状態
に自動的に復帰する。

【００２４】なお、上記正特性抵抗体８，８としては、
その抵抗値が上昇を開始する温度が７０゜Ｃ以上２００
゜Ｃ以下であるものを用いる。これは、７０゜Ｃ未満の
温度で抵抗値が上昇を開始するよう設定されていると、
被保護機器の周囲の環境温度の変化によって正特性抵抗
体８，８が誤動作するおそれがあり、また、２００゜Ｃ
を超える温度となってもアーク放電が持続していると、
その高熱によってサージ吸収素子２を組み込んだ回路基
板等に悪影響を及ぼす可能性があるからである。この正
特性抵抗体８，８の抵抗値が上昇を開始する温度は、チ
タン酸バリウムに混合する希土類元素の種類や割合を適
宜調整することによって、所望の値に設定することがで
きる。

【００２５】また、上記正特性抵抗体８，８の抵抗値が
温度上昇に伴って上昇を開始する前の初期抵抗値は、そ
れぞれ１００Ω以下に設定するのが望ましく、数Ω以下
に抑えるのが理想的である。すなわち、正特性抵抗体
８，８の初期抵抗値が高いと、サージの印加によって電
流が流れた場合に、正特性抵抗体８，８の電圧降下が大
きなものとなり、その分高い電圧が電子機器の電子回路
22側に印加されることとなるからである。

【００２６】なお、上記においては、両方の放電電極
６，６の表面に正特性抵抗体８，８を被着したが、これ
に限られるものではなく、放電電極６，６のうち少なく
とも１つに正特性抵抗体８を被着する構成とすれば足り
る。いずれかの放電電極６が高抵抗状態となれば、アー
ク放電の持続や続流の発生を有効に回避できるからであ
る。

【００２７】

【発明の効果】本発明に係るサージ吸収素子は、放電電
極の少なくとも一方に、正特性抵抗体を被着するよう構
成したので、サージが印加された場合には、サージ電流
の通電によって該正特性抵抗体が発熱し、その抵抗値が
急激に上昇して電流を制限するため、サージ吸収素子の
両端間の電圧が、電源電圧のピーク値以下にまで低下す
ることがない。したがって、サージ消滅後における続流
の発生を防止できる。

【００２８】また、サージ吸収素子の定格電圧以上の過
電圧が連続して印加された場合にも、上記正特性抵抗体
の発熱によってその抵抗値が上昇し、電流の通電を制限
して放電間隙に生成したアーク放電を消失させるので、
アーク放電に伴う発熱の持続による素子の溶融短絡や焼
損を有効に防止できる。しかも、線路を切断しないの
で、過電圧の連続した印加状態が解除された場合には、
自動的に正常状態に復帰するため、復旧作業が不要とな
る。また、部品の交換も不要であるため、繰り返し使用
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るサージ吸収素子を示す
概略断面図である。

【図２】上記サージ吸収素子の使用例を示す回路図であ
る。

【図３】従来のサージ吸収素子を示す概略断面図であ
る。

【図４】従来のサージ吸収素子の使用例示す回路図であ
る。

【符号の説明】

２サージ吸収素子４電圧非直線抵抗体６放電電極８正特性抵抗体 10 外囲器 18 放電間隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電圧非直線抵抗体の両端に、一対の放電
電極を、該放電電極間に放電間隙が形成されるように接
続し、これらを放電ガスと共に気密容器内に封入してな
るサージ吸収素子であって、上記一対の放電電極の少な
くとも一方に、温度の上昇に伴ってその抵抗値が上昇す
る正特性抵抗体を被着したことを特徴とするサージ吸収
素子。
【請求項２】上記正特性抵抗体は、その抵抗値が上昇
を開始する温度が７０゜Ｃ以上２００゜Ｃ以下であるこ
とを特徴とする、請求項１に記載のサージ吸収素子。
【請求項３】上記正特性抵抗体は、その抵抗値が上昇
を開始する前の初期抵抗値が１００Ω以下であることを
特徴とする、請求項１または２に記載のサージ吸収素
子。