JPH054232Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、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なるバリスタ
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
収素子を提案しており（特開昭59−157981、実開
昭60−32783等）、このサージ吸収素子は第６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、両電極３，３間に放電間
隙４を形成することによつて、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７に封入して外部端子
８，８を導出した構造となつている。

上記サージ吸収素子１に、該素子１のクリツプ
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を有して電流が
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つて増加し、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、上記放電間隙４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、速応性と大電流耐量性とを併せ持
つ優れたサージ吸収素子を有するものである。

［考案が解決しようとする課題］ ところが、上記サージ吸収素子にあつては、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。

従つて、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
短くなる恐れがある。この対策としては、電圧非
直線抵抗体の通電面積を広くしてエネルギー耐量
を大きく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つてサージ吸収
素子が大型化するという問題が生じる。

本考案は、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］ 以上の目的を達成するため、本考案に係るサー
ジ吸収素子は、電圧非直線抵抗体の両端に一対の
放電電極を接続して該放電電極間に主放電間隙を
形成し、該主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おいて、上記電圧
非直線抵抗体の少なくとも表面に補助電極を接続
して、該補助電極と上記放電電極との間に補助放
電間隙を形成し、上記各電極間に露出した電圧非
直線抵抗体の表面に、各電極間を接続する誘電体
層を形成するよう構成した。

上記補助電極は、電圧非直線抵抗体の少なくと
も表面に接続されていれば、どのような形状であ
つてもよい。例えば、環状に形成して電圧非直線
抵抗体の外周に嵌着したり、粒子状や塊状に形成
して電圧非直線抵抗体の表面に付着させてもよ
い。また、複数の電圧非直線抵抗体チツプを積み
重ねて電圧非直線抵抗体を形成し、上記電圧非直
線抵抗体チツプ間に補助電極を挟持させることも
できる。

上記誘電体層は、沿面放電特性が良好であるこ
とが好ましく、例えば酸化ニツケルを主成分とす
るものが好適である。また、上記誘電体層を、例
えばビスマスガラスを主成分として、耐熱性及び
耐還元性に優れたものとし、これによつて、電圧
非直線抵抗体の表面を被覆した構成としてもよ
い。更に、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、その
上に沿面放電特性が良好な第２の誘電体層を形成
した構成とすれば、より効果的である。

［作用］ 上述の如く構成されたサージ吸収素子にサージ
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、上記電圧
非直線抵抗体に、サージによる電流値と電圧非直
線抵抗体の抵抗値の積に相当する電圧降下が生じ
る。この電圧降下は、電圧非直線抵抗体に接続さ
れている各電極間にも現れ、その値は、サージ吸
収動作の進行に伴つて増大する。

上記放電電極と補助電極との間に形成される補
助放電間隙は、放電電極間に形成される主放電間
隙よりも間隔が狭いため放電が形成されやすく、
上記電圧降下がある一定の値を越えると、一方の
放電電極と補助電極との間の誘電体層表面におい
て沿面コロナ放電が生成する。この沿面コロナ放
電は、上記補助電極を中継点として更に進展し、
他方の放電電極に到達する。

上記沿面コロナ放電は、放電に伴つて電子及び
イオンを発生させ、そのプライミング効果によつ
て、一方の放電電極と補助電極との間の補助放電
間隙における気中放電へと移行する。更にこの気
中放電は、補助電極を中継点として他方の放電電
極に達し、そのプライミング効果によつて、遂に
は、放電電極間の主放電間隙における連続した放
電へと転移する。

このため、上記主放電間隙にグロー放電を経て
主放電たる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。

尚、上記補助電極が複数の場合には、一方の放
電電極と補助電極との間に生じた沿面コロナ放電
は、上記補助電極を中継点としてステツプ状に
次々に進展するためその速度が速くなり、短時間
で放電電極間に形成されるようになる。また、放
電電極と補助電極との間の補助放電間隙における
気中放電は、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ため、そのプライミング効果
はより大きなものとなり、放電電極間の主放電間
隙における連続した気中放電への転移時間が極め
て短いものとなる。

また、環状の補助電極を電圧非直線抵抗体の外
周に嵌着させる場合には、補助電極を嵌め込むだ
けで電圧非直線抵抗体に接続することができ、粒
子状や塊状の補助電極を電圧非直線抵抗体の表面
に付着させる場合には、補助電極材料を溶射した
り、スパツタさせたりすることにより、電圧非直
線抵抗体の表面へ接続し得る。

更に、積み重ねた電圧非直線抵抗体チツプ間に
補助電極を挟持させる場合には、上記チツプの重
積数に応じたクリツプ電圧を有するサージ吸収素
子を形成し得る。

上記誘電体層を、例えば主として酸化ニツケル
で形成し、沿面放電特性が良好なものとした場合
には、沿面放電が生成しやすくなり、電圧非直線
抵抗体から気中放電へのサージ吸収動作の移行
が、より迅速に行われる。また、誘電体層を、例
えば主としてビスマスガラスより形成し、耐熱性
及び耐還元性に優れたものとして電圧非直線抵抗
体の表面を被覆した場合には、サージ吸収時の放
電現象や製造中の環境等によつて生じる恐れのあ
る、電圧非直線抵抗体の還元を防止し得る。更
に、耐熱性及び耐還元性に優れた第１の誘電体層
で電圧非直線抵抗体の表面を被覆し、更にその上
に沿面放電特性が良好な第２の誘電体層を形成し
た場合には、サージ吸収動作移行のより一層の迅
速化と電圧非直線抵抗体の還元防止とを図り得
る。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本考案の一実施例を説明
する。

［実施例 １］ 第１図は、本考案の一実施例に係るサージ吸収
素子を示す断面図である。図においてサージ吸収
素子１は、ZNOやSiCあるいはこれらの混合物を
主成分とし、これに小量の不純物を添加して焼結
させて形成した円柱状の電圧非直線抵抗体２の両
端に、鉄やニツ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なる一対の放電電極
３，３を図示しない導電性接着剤によつて接続
し、上記放電電極３，３間に主放電間隙４を形成
して、上記主放電間隙４と電圧非直線抵抗体２と
を並列接続すると共に、上記電圧非直線抵抗体２
の外周に、ニツケル、アルミニウムあるいは銅等
の金属材料よりなる環状の補助電極５，５を一定
間隔で嵌着して接続している。この結果、上記放
電電極３，３と補助電極５，５との間には、上記
主放電間隙４よりも間隔の狭い補助放電間隙９，
９が形成される。さらに、上記各電極間、即ち上
記放電電極３，３と補助電極５，５との間、及び
補助電極５，５間に露出した電圧非直線抵抗体２
の表面に誘電体層６，６，６を形成し、これを、
セラミツクやガラス等の絶縁物よりなる外囲器７
ａの両端に一対の封止キヤツプ７ｂ，７ｂを取付
けて形成した気密容器７に封入した構造を有して
いる。上記気密容器７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なる放電ガスが封
入され、上記封止キヤツプ７ｂ，７ｂの外面に外
部端子８，８が接続される。

上記誘電体層６，６，６は、それぞれの両端部
を、放電電極３と補助電極５、補助電極５と５及
び補助電極５と放電電極３に接続させており、上
記電極間に露出した電圧非直線抵抗体２の表面全
域を被覆するように形成する他、電圧非直線抵抗
体２の表面の一部に、例えば線状に被着してもよ
い。また、上記誘電体層６，６，６は、沿面放電
特性が良好であることが望ましく、この場合には
放電電極３と補助電極５との間において、沿面放
電が生成しやすくなる。更に、上記誘電体層６，
６，６は、優れた耐熱性及び耐還元性を有するこ
とが望ましい。これは、サージ吸収素子１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７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
如何によつ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つ
ても電圧非直線抵抗体２が還元されてクリツプ電
圧が変動することがあるためである。沿面放電特
性が良好な材料としては、例えば酸化ニツケルが
あり、これより沿面放電特性は劣るものの耐熱性
及び耐還元性に優れた材料としては、ビスマスガ
ラスやホウケイ酸沿ガラス等がある。従つて、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６ａによつて電圧非直線抵
抗体２の表面を被覆し、更にこの上に、例えば酸
化ニツケルを主成分とする第２の誘電体層６ｂを
形成すれば、沿面放電特性と耐熱性及び耐還元性
の両面において優れたものとなる。

また、上記補助電極５は、金属材料を、溶射や
スパツタ等の手段によつて、電圧非直線抵抗体２
の表面に疎らに付着させることによつても容易に
形成できるものである。この場合、上記補助電極
５は、第３図に示す如く、粒子状や粒子が集合し
た塊状に形成される。

［実施例 ２］ 第４図は、本考案の他の実施例に係るサージ吸
収素子の断面図である。本実施例のサージ吸収素
子１は、外周面が誘電体層６，６，６，６で被覆
された円板状の電圧非直線抵抗体チツプ２ａ，２
ａ，２ａ，２ａを積み重ねて電圧非直線抵抗体２
を形成しており、上記電圧非直線抵抗体チツプ２
ａ，２ａ，２ａ，２ａ間に円板状の補助電極５，
５，５を挟持させ、図示しない導電性接着剤で接
続した構造を有している。上記補助電極５，５，
５は、円形の断面積が、上記電圧非直線抵抗体チ
ツプ２ａ，２ａ，２ａ，２ａの断面積よりも、広
く形成されており、その周縁部が電圧非直線抵抗
体２の外周面から突出するように配置されてい
る。また、上記電圧非直線抵抗体２の両端に接続
された放電電極３，３の外面には、外部端子８，
８が接続されており、この外部端子８，８は、ガ
ラス管を加熱封着して形成した気密容器７の外壁
にその中途部が固定されると共に、これを貫通し
て外部へ導出されている。本実施例の他の構成
は、実施例１と同様である。

通常、電圧非直線抵抗体は、厚さ方向の寸法が
径方向の寸法より小さい方が製造容易である。ま
た、そのクリツプ電圧の値は、厚さに略比例す
る。従つて、本実施例の如く、複数のチツプを積
み重ねて電圧非直線抵抗体を構成する場合には、
チツプの数を多くするだけで、大きなクリツプ電
圧値を有するサージ吸収素子を容易に製造でき
る。また、チツプ数を変えれば、それに応じたク
リツプ電圧値のサージ吸収素子が得られる。

第５図は、本考案のサージ吸収素子と従来のサ
ージ吸収素子におけるＶ−Ｔ特性を示すグラフで
ある。即ち、直流放電開始電圧1.5［kV］のサー
ジ吸収素子に、電圧波形1.2×50［μS］のサージを
印加し、電圧非直線抵抗体から主放電間隙のアー
ク放電へのサージ吸収動作の移行時の電圧Ｖと移
行に要する時間（電圧非直線抵抗体によるサージ
吸収開始時からアーク放電によるサージ吸収開始
時までの時間）Ｔとを測定して、その関係を示し
たものである。図中、曲線Ａ及びＢは、本考案に
係るサージ吸収素子の特性で、曲線Ａが酸化ニツ
ケルを主成分とする誘電体層、曲線Ｂがビスマス
ガラスを主成分とする誘電体層を形成した場合で
あり、曲線Ｃは従来品の特性を示す。移行時間が
100［nS］のとき、従来品の移行時の電圧が約3.5
［kV］であるのに対し、本考案に係るサージ吸収
素子の移行時電圧は、約２［kV］及び2.5［kV］
と低いものとなつている。また、移行時の電圧が
２［kV］のとき、従来品の移行時間が１［mS］で
あるのに対し、本考案のサージ吸収素子の移行時
間は、約100［nS］及び10［μS］の短いものとなつ
ている。

［考案の効果］ 以上詳述の如く、本考案のサージ吸収素子は、
主放電間隙を形成するように電圧非直線抵抗体の
両端に放電電極を接続すると共に、電圧非直線抵
抗体の少なくとも表面に補助電極を形成して放電
電極との間に補助放電間隙を形成し、さらに、各
電極間に露出した電圧非直線抵抗体の表面に誘電
体層を形成しているので、サージが印加された場
合、電圧非直線抵抗体によつてサージ吸収が開始
され、これが誘電体層表面における沿面放電へ移
行し、更に補助放電間隙における気中放電を経
て、主放電間隙における気中放電、すなわち、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、初期電子が少なく、且つ印加電圧が低
い場合でも放電開始遅れ時間が少ないものであ
り、また、上記補助放電間隙における気中放電
は、沿面放電に比べて多量の電子及びイオンを発
生させるため、そのプライミング効果は大きなも
のとなり、主放電間隙における連続した気中放電
への転移時間が極めて短いものとなる。その結
果、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速応性とアーク放電
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。

また、補助電極を環状に形成することによつ
て、補助電極を嵌め込むだけで電圧非直線抵抗体
に接続することができ、粒子状や塊状に形成する
ことによつて、材料を溶射やスパツタさせたりす
るだけで、補助電極を電圧非直線抵抗体へ接続す
ることが可能となり、製造が簡単なものとなる。

更に、電圧非直線抵抗体チツプを積み重ねて電
圧非直線抵抗体を形成し、チツプ間に補助電極を
挟持させることによつて、上記チツプの重積数に
応じたクリツプ電圧が得られ、種々のクリツプ電
圧を有するサージ吸収素子を容易に製造できるも
のである。

上記誘電体層を、例えば酸化ニツケルを主成分
とする沿面放電特性の良好なものとすることによ
つて、沿面放電がより容易に形成されるようにな
り、サージ吸収動作の移行が極短時間で行われ、
サージ吸収素子の寿命特性が更に向上する。ま
た、誘電体層を、例えばビスマスガラスを主成分
とする耐熱性及び耐還元性に優れたものとするこ
とにより、電圧非直線抵抗体の還元に起因するク
リツプ電圧の変動を防止し得る。更に、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、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移行の迅速化と還元
防止効果とが得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るサージ吸収素
子の断面図、第２図は誘電体層の構成例を示す拡
大断面図、第３図は補助電極の形状例を示す拡大
断面図、第４図は本考案の他の実施例の断面図、
第５図はサージ動作移行時の電圧と移行時間との
関係を示すグラフであり、第６図は従来例の断面
図である。 １……サージ吸収素子、２……電圧非直線抵抗
体、２ａ……電圧非直線抵抗体チツプ、３……放
電電極、４……主放電間隙、５……補助電極、６
……誘電体層、６ａ……第１の誘電体層、６ｂ…
…第２の誘電体層、７……気密容器、９……補助
放電間隙。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 電圧非直線抵抗体の両端に一対の放電電極を
   接続して該放電電極間に主放電間〓を形成し、
   該主放電間〓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おいて、上記電圧非
   直線抵抗体の少なくとも表面に補助電極を接続
   して、該補助電極と上記放電電極との間に補助
   放電間〓を形成し、上記各電極間に露出した電
   圧非直線抵抗体の表面に、各電極間を接続する
   誘電体層を形成したことを特徴とするサージ吸
   収素子。 (2) 補助電極を環状に形成して電圧非直線抵抗体
   の外周に嵌着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) 補助電極を粒子状又は塊状に形成して電圧非
   直線抵抗体の表面に付着させたことを特徴とす
   る請求項１に記載のサージ吸収素子。 (4) 複数の電圧非直線抵抗体チツプを積み重ねて
   電圧非直線抵抗体を形成し、上記電圧非直線抵
   抗体チツプ間に補助電極を挟持させたことを特
   徴とする請求項１に記載のサージ吸収素子。 (5) 各電極間に露出した電圧非直線抵抗体の表面
   に、沿面放電特性が良好な誘電体層を形成した
   ことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記
   載のサージ吸収素子。 (6) 誘電体層が、酸化ニツケルを主成分とするこ
   とを特徴とする請求項５に記載のサージ吸収素
   子。 (7) 各電極間に露出した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誘電体層で被覆
   したことを特徴とする請求項１，２，３又は４
   に記載のサージ吸収素子。 (8) 誘電体層が、ビスマスガラスを主成分とする
   ことを特徴とする請求項７に記載のサージ吸収
   素子。 (9) 各電極間に露出した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１，２，３又は４に記載のサー
   ジ吸収素子。