JPH071750Y2 - 放電型サージ吸収素子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、気密容器に収容した放電間隙における放電現
象を利用した放電型サージ吸収素子に係り、特にサージ
吸収の応答性および寿命特性に優れるとともに、サージ
吸収特性の安定化を図った放電型サージ吸収素子に関す
る。

［従来の技術］ 従来、電子回路に加わる誘導雷等のサージから電子回路
を保護するためのサージ吸収素子として、電圧非直線特
性を有する高抵抗体素子より成るバリスタや、放電間隙
を気密容器に収容したアレスタ等が広く使用されてい
る。

しかし、上記バリスタは、サージ吸収の応答性に優れる
ものの、単位断面積当たりの電流耐量が比較的小さく、
したがって大きなサージ電流を効率よく吸収することが
困難であった。また、上記アレスタは、その放電間隙に
アーク放電を生成することにより電流耐量を大きくする
ことができるのであるが、サージの印加からアーク放電
までに要する時間が上記バリスタと比較して遅く、その
応答性に問題を有していた。

そこで、上記アレスタにおけるサージ吸収の応答性を改
善すべく、略円柱上の絶縁体の表面に導電性薄膜を被着
させた上で、この導電性薄膜に幅が0.1mm程度のマイク
ロギャップを１本または複数本周回状に形成して導電性
薄膜を複数個に分割するとともに、上記絶縁体の両端に
放電電極を形成したサージ吸収素子が提案されている。

このマイクロギャップを有するサージ吸収素子にサージ
が印加された場合、まずマイクロギャップを介した導電
性薄膜間に電位差が生じ、これによりマイクロギャップ
に電子が放出されて沿面放電が発生する。次いで、この
沿面放電に伴って発生する電子のプライミング効果によ
り放電電極間に沿間放電が起こる。そして、この沿面放
電がサージ電流の増加によってアーク放電に移行し、こ
のアーク放電によりサージを吸収するものである。この
ように、マイクロギャップを有するサージ吸収素子は、
元来応答速度の速い沿面放電を利用するものであるた
め、上記バリスタと比較して略同等の優れた応答性を有
するとともに、電流耐量も大きく優れたものである。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の如きマイクロギャップを有するサ
ージ吸収素子にあっては、サージ吸収を繰り返すうち
に、導電性薄膜間に形成される沿面放電によりマイクロ
ギャップの電気的絶縁性が劣化し、ひいては絶縁不良状
態となりマイクロギャップとしての作用を発揮しなくな
るという欠点があった。また、絶縁体の外周面の近傍に
おけるサージ吸収のアーク放電による熱で、絶縁体に被
着させた導電性薄膜が高温となって不純ガスを発生し、
この不純ガスが放電ガスと混合してガスの組成が変化す
ることにより、サージ吸収素子の放電開始電圧が変化し
てサージ吸収特性が不安定になるという問題もあった。

そこで、本考案は上述の如き問題点を解決し、更にサー
ジ吸収の応答性に優れ、サージ吸収を繰り返しても絶縁
性が劣化せずに長寿命が得られるとともに、サージ吸収
特性の安定した放電型サージ吸収素子の実現を目的とす
る。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するため、本考案の放電型サージ吸収
素子は、放電間隙を隔てて相対向させた放電電極を、放
電ガスを封入した気密容器に収容した放電型サージ吸収
素子において、上記放電電極の相対向する面にそれぞれ
凹部を形成するとともに、粉粒状の導電物質と粉粒状の
絶縁物質とを混合し上記粉粒状の導電物質間に微小空間
を設けた状態にて焼成した混合物を、上記放電電極の凹
部間に介在させたことを特徴とするものである。

また、粉粒状の導電物質と粉粒状の絶縁物質とを混合し
焼成した混合物の両端を放電電極の凹部底面にそれぞれ
挿入すると好適である。

［作用］ 本考案の放電型サージ吸収素子は、上述の如き構成であ
るので、上記サージ吸収素子にサージが印加されると、
微小空間を介した粉粒状の導電物質間に電位差が生じ、
これが所定の値を超えると、直ちに上記導電物質から電
子が放出され、導電物質間の絶縁物質表面において沿面
放電が生成する。上記沿面放電は、放電に伴って電子を
発生させ、この電子のプライミング効果によって放電電
極間へと転移する。この場合、上記放電電極間における
沿面放電は、まず、放電電極とこの電極に近接した導電
物質との間に形成され、これが、更に近接した導電物質
を足掛りにして飛び石的に伸長し、放電電極間に放電経
路を形成するものである。この沿面放電は、その伸展に
伴って放電電極間の電圧降下を増大させ、遂には放電電
極間における気相放電へと移行する。このため、放電間
隙にグロー放電が生成し、これが、サージ電流の増大に
よってアーク放電へと移行し、アーク放電の大電流を通
じてサージが吸収される。

固相と気相の狭間に発生する沿面放電は、元来、気相放
電にくらべて放電時間遅れが極めて小さい放電現象であ
り、しかも本考案においては、沿面放電が発生する微小
空間が多数存在し、更に沿面放電が放電電極間を飛び石
的に伸長するので、放電電極間の放電経路が短時間に形
成される。このため、サージが印加されてから放電電極
間に気相放電が形成されるまでの時間が極めて短くな
り、その応答特性が向上するものである。

また、上記粉粒状の導電物質間の微小空間（平面的でな
く立体的に存在している）は、従来のサージ吸収素子に
おけるマイクロギャップに相当するものであり、その数
は従来の溝状のマイクロギャップと比較するまでもない
程に膨大なものである。これにより、放電型サージ吸収
素子にサージが印加された場合、導電物質の至るところ
で電子が放出され、微小空間における沿面放電を生起し
易くする。更に、サージ吸収が繰り返し行われた場合、
沿面放電によって導電物質がスパッタして絶縁物質上に
被着しても、その微小空間全てに亘って絶縁劣化に至る
ことは容易に起こり得ない。したがって、従来の平面的
なマイクロギャップを有するサージ吸収素子と比較し
て、マイクロギャップの絶縁劣化によってもたらされる
短寿命化を防止し、サージ吸収素子の寿命特性を向上さ
せることが可能となるものである。

そして、放電電極の相対向する面に凹部を形成し、この
凹部間に、粉粒状の導電物質と粉粒状の絶縁物質の混合
物を介在させたことで、サージ吸収におけるアーク放電
は、混合物から離れて生成するため、混合物に対するア
ーク放電の熱影響が少なくなる。また、放電電極の相対
向する面に凹部を形成して混合物および放電電極の表面
積を増大させたことにより、サージ吸収におけるアーク
放電によって混合物および放電電極に蓄積される熱は、
放電ガスを介して外部に伝達され易くなる。これらのこ
とから、上記混合物は高温状態とはならず、不純ガスを
ほとんど発生することがないため、サージ吸収を繰り返
しても気密容器内の放電ガスの組成がさほど変化せず、
安定したサージ吸収特性を維持することができる。

更に、上記混合物の両端を放電電極の凹部底面にそれぞ
れ挿入すれば、混合物と放電電極との接触面積が増大す
ることで、混合物に蓄積した熱は放電電極に伝達し易く
なり、混合物の温度を更に下げることが可能となる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本考案の実施例について説明す
る。

第１図は、本考案の一実施例に係る放電型サージ吸収素
子の概略断面図、第２図は本考案の一実施例に用いられ
る混合物の構造説明図である。図において、放電型サー
ジ吸収素子１は、ニッケル、鉄あるいはこれらの合金
等、放電特性の良好な物質から成る一対の放電電極2,
2′のそれぞれの対向面に凹部2a,2a′を形成し、粉粒状
の導電物質3aと粉粒状の絶縁物質3bとから成る混合物３
の両端を、上記凹部2a,2a′の底面の略中央に予め穿設
された穴部2b,2b′に挿入して、放電電極2,2′の対向す
る外縁部間に放電間隙４を形成し、これを、ガラス管よ
り成る外囲体5aの両端にデュメット線より成る封止キャ
ップ5b,5b′を封着して形成した気密容器５に収容し、
上記放電電極2,2′と封止キャップ5b,5b′とをそれぞれ
接続した構造を有している。更に、上記気密容器５中に
は、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを主体とし
た不活性ガスより成る放電ガスが封入され、封止キャッ
プ5b,5b′の外面にそれぞれ外部端子6,6′が接続され
る。

上記混合物３は、粉粒状の金属、例えばニッケル、亜鉛
あるいはモリブデン等から成る導電物質3aと、活性アル
ミナ、ゼオライトあるいは粘土等の多孔質物質やガラス
等より成る粉粒状の絶縁物質3bとを適宜な比率で混合
し、これを棒状に焼き固めたものであり、その微細構造
は、第２図に示す如く、粉粒状の導電物質3aの間に粉粒
状の絶縁物質3bが略均質に分散して導電物質3a間に微小
空間3cが形成され、導電物質3a同士が長く連接すること
を防いでいる。

上記導電物質3aは、混合物３の焼成を、脱酸素雰囲気中
で行えば良導体となり、酸化雰囲気中で行えば金属の表
面に薄い酸化膜が形成されて半導体となる。半導体の場
合には、その材質にもよるが、サージ印加時における電
子放出が容易になる傾向がある。尚、導電物質3aを半導
体で構成する場合には、はじめから、酸化ニッケル、酸
化亜鉛、酸化モリブラン等の金属酸化物を主体とした半
導体材料や炭化珪素等の金属酸化物以外の半導体材料を
使用してもよいことは言うまでもない。また、上記絶縁
物質3bを多孔質物質で構成すれば、沿面放電によって導
電物質3aがスパッタしても、絶縁物質3bの有する極めて
多くの細孔全てに導電性物質3aが被着することはなく、
導電物質3a間の絶縁劣化を防ぎ、更に寿命特性を向上さ
せ得る。しかも、放電によって炭酸ガス、酸素、窒素酸
化物等、極性やイオン性の大きい不純ガスが放出されて
も、多孔質構造から生ずる広い比表面積を有する絶縁物
質3bがそのゲッタ作用によって吸着して、放電開始電圧
を一定に保ち、サージ吸収素子の放電動作を更に安定化
させ得るものである。

また、放電電極2,2′の凹部2a,2a′の深さ、および混合
物３における凹部2a,2a′間の露出部分の長さは、本考
案の放電型サージ吸収素子に対して要求される放電開始
電圧等の機能規格によって適宜な値に設定するものであ
る。

本実施例の放電型サージ吸収素子１について、その製造
工程を以下に詳述する。

まず、放電電極2,2′のそれぞれの対向面に形成した凹
部2a,2a′底面の略中央部分の穴部2b,2b′に、混合物３
の両端をそれぞれ挿入して、放電電極2,2′の対向する
外縁部間に放電間隙４を形成する。次に、銅被覆鋼から
成る外部端子６をハンダ付け等により接続したデュメッ
ト線から成る略円柱状の封止キャップ5bを、ガラス管よ
り成る外囲体5aの一端に嵌挿する。そして、放電電極2,
2′を接続した混合物３を外囲体5aの開口炭から挿入し
たうえで、外部端子６′を接続した封止キャップ5b′を
外囲体5aの開口端に嵌挿する。このようにして組み上げ
た後、槽内で外囲体5aの内部を真空排気するとともに、
ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガスを主体とした不
活性ガスより成る放電ガスを外囲体5a内に封入する。更
に、これを加熱して外囲体5aと封止キャップ5b,5b′と
を封着し、気密容器５を形成する。この加熱作用によ
り、ガラス管より成る外囲体5aは収縮し、これにより放
電電極2,2′と封止キャップ5b,5b′とが圧着されて確実
に接続される。

尚、上述した実施例においては、粉粒状の導電物質と粉
粒状の絶縁物質とを混合した棒状の混合物を用いたが、
この例に限定されるものではなく、例えば、導電物質と
絶縁物質との混合物を、絶縁体を支持体としてその表面
に層状に付着させた物を用いてもよい。また、本実施例
にあっては、外部端子6,6′を設けた放電型サージ吸収
素子１について説明したが、外部端子を設けないチップ
タイプの放電型サージ吸収素子であっても、勿論構わな
いものである。

［考案の効果］ 以上詳述した如く、本考案によれば、粉粒状の導電物質
と粉粒状の絶縁物質とを混合し上記粉粒状の導電物質間
に微小空間を設けた状態にて焼成した混合物を放電電極
の凹部間に介在させたことにより、沿面放電が発生する
微小空間が放電電極間の至るところに存在し、しかも、
沿面放電が導電物質を足掛かりにして飛び石的に伸長す
ることから、沿面放電からアーク放電への移行時間が短
縮されて応答性に優れるとともに、上記微小空間の数が
膨大なものとなることから、スパッタした導電物質の被
着により、全ての微小空間が絶縁劣化することは容易に
起こり得ず、従来のマイクロギャップを有するサージ吸
収素子と比較して長寿命な放電型サージ吸収素子を実現
できるものである。

そして、放電電極の相対向する面に凹部を形成し、この
凹部間に、粉粒状の導電物質と粉粒状の絶縁物質の混合
物を介在させたことで、サージ吸収におけるアーク放電
は、混合物から離れて生成するため、混合物に対するア
ーク放電の熱影響が少なくなるとともに、放電電極の相
対向する面に凹部を形成して混合物および放電電極の表
面積を増大させたことにより、サージ吸収におけるアー
ク放電によって混合物および放電電極に蓄積される熱
は、放電ガスを介して外部に伝達され易くなる。これら
のことから、上記混合物とほとんど不純ガスを発生する
ことがないため、サージ吸収を繰り返しても気密容器内
の放電ガスの組成がさほど変化せず、安定したサージ吸
収特性を有する放電型サージ吸収素子を実現できる。

更に、上記混合物の両端を放電電極の凹部底面にそれぞ
れ挿入すれば、混合物と放電電極との接触面積が増大す
ることで、混合物に蓄積した熱は放電電極に伝達し易く
なり、これにより混合物の温度上昇を抑え、不純ガスを
発生することなく安定したサージ吸収特性の放電型サー
ジ吸収素子を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例に係る放電型サージ吸収素
子の概略断面図、第２図は本考案の放電型サージ吸収素
子に用いられる混合物の構造説明図である。 １……放電型サージ吸収素子、2,2′……放電電極、2a,
2a′……凹部、３……混合物、3a……導電物質、3b……
絶縁物質、3c……微小空間、４……放電間隙、５……気
密容器

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】放電間隙を隔てて相対向させた放電電極
   を、放電ガスを封入した気密容器に収容した放電型サー
   ジ吸収素子において、上記放電電極の相対向する面にそ
   れぞれ凹部を形成するとともに、粉粒状の導電物質と粉
   粒状の絶縁物質とを混合し上記粉粒状の導電物質間に微
   小空間を設けた状態にて焼成した混合物を、上記放電電
   極の凹部間に介在させたことを特徴とする放電型サージ
   吸収素子。
2. 【請求項２】粉粒状の導電物質と粉粒状の絶縁物質とを
   混合し焼成した混合物の両端を放電電極の凹部底面にそ
   れぞれ挿入したことを特徴とする請求項１記載の放電型
   サージ吸収素子。