JPH02100280A - サージ吸収素子及びその製造方法 - 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、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、特に構造
を簡単にすることにより、小型化及び生産性の向上を図
ったサージ吸収素子及びその製造方法に関する。

［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、第２図に示
す如く、気密容器６に封入した放電電極２，２間の放電
間隙４に於ける放電現象を利用したガスアレスタや、第
３図に示す如く、電圧非直線抵抗体５°より成るバリス
タ等、種々のサージ吸収素子１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（
特開昭５９−１５７９８１、実開昭６０−３２７８３等
）しており、このサージ吸収素子は第４図に示す如き構
造を有している。即ち、上記サージ吸収素子１は、電圧
非直線抵抗体５′の両端に一対の放電電極２，２を接続
し、画電極２．２間に放電間隙４を形成することによっ
て、上記電圧非直線抵抗体５°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６に封入し
てリード線３．３を導出した構造となっている。

上記サージ吸収素子１に、該素子１のクリップ電圧以上
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５゛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５゛の電圧降下が
放電間隙４の放電開始電圧になると、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、連応性と大電
流耐量性とを併せ持つ優れたサージ吸収特性を有するも
のである。

［発明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っては、第２図に示
したガスアレスタに比べ、構成部品点数が多くなること
から形状が大型化し、その組立作業も煩雑になるという
問題がある。

本発明は、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サージ吸収素子の
有する優れた特性を損なうことな（、小型で製造容易な
サージ吸収素子及びその製遣方法を実現することを目的
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種々検討の結果、従来のサー
ジ吸収素子であるガスアレスタの構造に改良を加え、層
状の電圧非直線抵抗体を上記ガスアレスタの放電間隙に
並列接続することによって本発明の完成に至ったもので
ある。

従って、本発明のサージ吸収素子は、放電ガスで満たさ
れた気密容器内に放電電極を対向配置して、上記放電電
極間に放電間隙を形成し、上記放電電極にリード線を接
続して、該リード線を上記気密容器に固定すると共に該
気密容器を貫通させて外部へ導出し、更に、上記気密容
器内面の少なくとも上記リード線間に電圧非直線抵抗体
層を形成して、上記放電間隙と電圧非直線抵抗体層とを
並列接続したものである。

上記電圧非直線抵抗体層の主成分及びこれに混入される
添加成分は、これらの組み合わせにより電圧非直線特性
が得られるものであれば特に限定はない、−例として、
酸化ニッケルを主成分とし、銅、ニッケル又はバリウム
もしくはこれらの中の二種以上の金属を添加成分とした
ものが好適である。

また、上記電圧非直線抵抗体層の主成分及び添加成分は
、放電電極やリード線等、気密容器内に収容されている
部材を構成している金属の酸化物及び上記部材を構成し
ている金属を材料としてそれぞれ形成することが製造上
有利である。

しかして、上記サージ吸収素子の製造方法のうち、放電
電極を構成している金属の酸化物を材料として電圧非直
線抵抗体層の主成分を形成したサージ吸収素子の製造方
法としては、表面を予め酸化させた放電電極を減圧雰囲
気中で加熱して、その表面を溶融させて飛散させ、これ
を気密容器内面に被着させて電圧非直線抵抗体層の主成
分を形成する製造方法や、減圧した酸化雰囲気中で放電
電極を加熱して、その表面を溶融させて飛散させると共
に酸化させ、これを気密容器内面に被着させて電圧非直
線抵抗体層の主成分を形成する製造方法がある。また、
上記サージ吸収素子の製造に際し、放電電極の表面にエ
ミッタ材料を付着させ、これを減圧雰囲気中で加熱、分
解してエミッタ層を形成する工程がある場合には、この
エミッタ層形成工程に於ける減圧雰囲気中での加熱によ
って、放電電極の表面を溶融、飛散させて電圧非直線抵
抗体層の主成分を形成し得る。

更に、気密容器内に収容されている放電電極やリード線
等の部材を構成している金属を材料として電圧非直線抵
抗体層の添加成分を形成したサージ吸収素子の製造方法
としては、気密容器内に収容されるべき部材を減圧雰囲
気中で加熱して、その表面を溶融させて飛散させ、これ
を電圧非直線抵抗体層の主成分に混入させて添加成分と
する製造方法がある。また、上記サージ吸収素子の製造
に際し、放電電極の表面にエミッタ材料を付着させ、こ
れを減圧雰囲気中で加熱、分解してエミッタ層を形成す
る工程がある場合には、このエミッタ層形成工程に於け
る減圧雰囲気中での加熱によって、上記気密容器内に収
容されるべき部材の表面を溶融、飛散させて電圧非直線
抵抗体層の添加成分を形成し得る。

〔作用〕

上述の如く構成されたサージ吸収素子に上記素子のクリ
ッ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、リード線間の電圧非直線抵抗体層を通してサー
ジ電流が流れてサージ吸収が開始され、放電電極間に、
上記リード線間の電圧非直線抵抗体層の抵抗値とサージ
電流値との積に相当する電圧降下が生じる。この電圧降
下は、サージ吸収動作の進行に伴って増大し、この値が
放電間隙の放電開始電圧値を超えると、サージ吸収動作
が放電現象へ移行し、上記放電間隙にグロー放電が生成
し、これが更にアーク放電へ移行して大電流のサージが
吸収される。

本発明のサージ吸収素子は、その製造に際し、従来のガ
スアレスタの気密容器内面に電圧非直線抵抗体層を形成
するだけであるので、ガスアレスタに比べ外形が大型化
することがなく、しかも製造工数は然程増えることがな
い。

また、上記電圧非直線抵抗体層の主成分を、気密容器内
に収容されている部材を構成している金属の酸化物を材
料として形成すれば、上記主成分のための材料を別途用
意する必要がない。この場合、上記主成分として、優れ
た電圧非直線特性が得られる酸化ニッケルを選定した場
合には、放電特性が良好なニッケルを用いて放電電極を
形成することにより、このニッケルの酸化物を材料とし
て電圧非直線抵抗体層の主成分を形成できる。

更に、上記電圧非直線抵抗体層の添加成分を、気密容器
内に収容されている部材を構成している金属を材料とし
て形成すれば、上記添加成分のための材料を別途用意し
なくても済む。この場合、上記添加成分として、酸化ニ
ッケルと混合して優れた電圧非直線特性が得られる銅や
ニッケルあるいはバリウムを選定した場合には、この種
のリード線として広く用いられるデエメット線や放電特
性が良好なニッケル製の放電電極、あるいは放電特性改
善のためのバリウムを含むエミッタ層を構成している金
属を材料として電圧非直線抵抗体層の添加成分を形成し
得る。

しかして、上記サージ吸収素子の製造方法のうち、放電
電極を構成している金属の酸化物を材料として電圧非直
線抵抗体層の主成分を形成する製造方法にあっては、表
面を予め酸化させた放電電極を減圧雰囲気中で加熱して
、放電電極の表面を溶融させて飛散させたり、減圧した
酸化雰囲気中で放電電極を加熱して、その表面を溶融さ
せて飛散させると共に酸化させたりすれば、気密容器内
面に金属酸化物が被着して電圧非直線抵抗体層の主成分
が形成される。

また、上記サージ吸収素子の製造方法のうち、気密容器
内に収容されている部材を構成している金属を材料とし
て電圧非直線抵抗体層の添加成分を形成する製造方法に
あっては、上記部材を減圧雰囲気中で加熱すれば、その
表面が溶融して飛散し、この部材を構成している金属が
電圧非直線抵抗体層の主成分に混入して添加成分となり
、電圧非直線抵抗体層が得られるものである。

更に、上記サージ吸収素子の製造に際し、放電電極の表
面に付着させたエミッタ材料を減圧雰囲気中で加熱、分
解してエミッタ層を形成する工程がある場合には、減圧
速度や加熱温度等の製造条件及び放電電極やリード線等
、気密容器内に収容されている部材の材質を適宜選定す
ることによって、上記エミッタ層の形成と同時に電圧非
直線抵抗体層をも形成可能となる。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るサージ吸収素子を示
す断面図である。図に於いてサージ吸収素子１は、ニッ
ケルや銅あるいはアルミニウム等、放電特性の良好な金
属材料を棒状や板状の電極基体２ｂ、２ｂに加工し、そ
の表面に酸化バリウムや六硼化ランタン等のエミッタ物
質より成るエミッタ層２ａ、　　２ａを被着して一対の
放電電極２゜２を形成し、その一端にデュメット線（銅
被覆鉄ニツケル合金線）や４２−６合金線等より成るリ
ード線３，３の一端を接続している。更に、上記リード
線３．３を同一方向に揃え、上記放電電極２．２を略平
行に対向配置して上記放電電極２゜２間に放電間隙４を
形成し、該放電間隙４に電圧非直線抵抗体層５を並列接
続して、これを気密容器６に封入し、上記リード線３，
３の中途部を気密容器６の一端に固定すると共に該気密
容器６の一端を貫通させて上記リード線３．３の他端を
外部へ導出している。上記気密容器６は、ガラス管より
成る外囲体を封止して形成したものであり、その中には
、希ガスや窒素ガスあるいは六弗化硫黄ガス等より成る
放電ガスが封入される。

上記電圧非直線抵抗体層５は、酸化ニッケルや酸化亜鉛
あるいは炭化珪素等を主成分とし、これに銅、ニッケル
、バリウム、ビスマスあるいは鉄等、上記主成分と適合
する添加成分を加えて電圧非直線特性を付与し、蒸着、
溶射、塗布等によって気密容器６の内面に被着形成した
ものであり、リード線３．３を介して放電電極２，２と
接続して放電間隙４と並列接続している。

次に、上述したサージ吸収素子の製造方法の一実施例に
ついて説明する。

この製造方法にあっては、まず、デュメット線より成る
リード線３，３を接続したニッケルより成る棒状の電極
基体２ｂ、２ｂの表面に、該電極基体２ｂ、２ｂ表面の
一部が露出するように炭酸バリウムより成るエミッタ材
料を付着させる。そして、上記リード線３，３を同一方
向に揃えて整列治具によって保持して、電極基体２ｂ、
２ｂを所定間隔で対向させ、これを両端が開口されたガ
ラス管より成る外囲体内に挿入して、上記リード線３，
３の端部が外囲体の一端から外部へ突出するように収容
する。更に、外囲体の一端をガス炎によって加熱して溶
融させ、溶融部分をピンチャ−によって内方向へ圧潰し
て封着し、リード線３゜３の中途部を外囲体の一端に固
定すると共に、上記リード線３．３を外囲体外へ導出す
る。この場合、上記外囲体の加熱を空気中で行うことに
より、外囲体内に収容されている電極基体２ｂ、２ｂ表
面の露出部分が酸化されて酸化ニッケルが形成される。

次いで、外囲体の他端に排気装置を接続し、外囲体を高
周波コイル内に配置して、高周波加熱すると共に外囲体
内を排気すれば、エミッタ材料の炭酸バリウムが熱分解
して酸化バリウムとなり、電極基体２ｂ、２ｂの表面に
酸化バリウムより成るエミッタ層２ａ、２ａが生成して
放電電極２゜２が形成される。更に加熱温度を上げるこ
とにより電極基体２ｂ、２ｂ表面の露出部分が溶融して
、排気に伴う外囲体内の減圧によって飛散を開始する。

排気工程当初に於いては、外囲体内の残留空気濃度が高
いため、放電電極２，２の電極基体２ｂ、２ｂを構成す
るニッケルが飛散中に酸化されて酸化ニッケルとなり、
前工程で電極基体２ｂ２ｂの表面に形成されていた酸化
ニッケルと共に外囲体の内面に被着する。同時にリード
線３．３表面の銅も溶融して飛散する。

飛散当初は銅も酸化されるが、排気作業の進行に伴って
外囲体内の残留空気濃度が低下し、遂には飛散した銅が
酸化されない状態で酸化ニッケルに混入する。その後、
設定した電圧非直線特性が得られた時点でこの操作を終
了すれば、酸化ニッケルを主成分とし、銅を添加成分と
した電圧非直線抵抗体層５が形成される。この場合、加
熱温度や加熱時間あるいは排気速度等の製造条件を調節
して、放電電極２．２の電極基体２ｂ、２ｂやエミッタ
層２ａ、２ａの表面が飛散するように条件設定すれば、
これらを構成する金属であるニッケルやバリウムによっ
て電圧非直線抵抗体層５の添加成分が形成される。

最後に、上記排気作業によって、残留空気、炭酸バリウ
ム分解による二酸化炭素並びに外囲体及び外囲体内に収
容された部材から放出される不純ガスを除去して外囲体
内を高真空状態とした後、放電ガスを充填し、更に上記
外囲体の他端を加熱、溶融させて封じ切って気密容器６
を形成すれば、サージ吸収素子ｌが完成する。

尚、本実施例の製造方法にあっては、加熱温度や加熱時
間あるいは排気速度等の製造条件及び各部材を構成する
材料の溶融温度や分解温度あるいは酸化速度等を適宜選
定し、最適条件を設定する必要がある。

本実施例の場合、電圧非直線抵抗体層５を形成するため
の材料や工程を別途用意する必要がなく、製造の簡易化
が図れるものである。

［発明の効果］ 以上詳述の如く、本発明のサージ吸収素子は、放電間隙
と電圧非直線抵抗体層とを並列接続しているので、その
サージ吸収特性は、ガスアレスタの大電流耐量性とバリ
スタの連応性とを併せ持つ優れたものとなる。しかも、
従来のガスアレスタの気密容器内面に電圧非直線抵抗体
層を形成しただけの簡単な構造であるため、小型になる
と共にその製造が容易なものとなる。

また、電圧非直線抵抗体層の主成分や添加成分を、気密
容器内に収容されている部材を構成している金属の酸化
物や該部材を構成している金属を材料として形成するこ
とにより、上記電圧非直線抵抗体層の主成分や添加成分
を形成するための材料を別途用意する必要がなく、製造
の簡易化が図れるものである。

また、サージ吸収素子の製造に際し、エミ・２り材料を
減圧雰囲気中で加熱、分解してエミッタ層を形成する工
程がある場合には、その工程条件を適宜選定することに
より、減圧雰囲気中での加熱を利用して気密容器内に収
容されるべき部材の表面を溶融、飛散させて電圧非直線
抵抗体層を形成することができ、電圧非直線抵抗体層形
成のための材料及び工程を別途必要とせず、製造が更に
容易となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す断面図であり、第２
図乃至第４図は、従来例の断面図である。 ｌ・・・サージ吸収素子、２・・・放電電極、２ａ・・
・エミッタ層、２ｂ・・・電極基体、３・・・リード線
、４・・・放電間隙、５・・・電圧非直線抵抗体層、６
・・・気密容器。 特許出願人　岡谷電機産業株式会社

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. （１）、放電ガスで満たされた気密容器内に放電電極を
   対向配置して、上記放電電極間に放電間隙を形成し、上
   記放電電極にリード線を接続して、該リード線を上記気
   密容器に固定すると共に該気密容器を貫通させて外部へ
   導出し、更に、上記気密容器内面の少なくとも上記リー
   ド線間に電圧非直線抵抗体層を形成して、上記放電間隙
   と電圧非直線抵抗体層とを並列接続したことを特徴とす
   るサージ吸収素子。
2. （２）、電圧非直線抵抗体層の主成分を酸化ニッケルに
   よって形成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. （３）、電圧非直線抵抗体層の添加成分を、銅、ニッケ
   ル又はバリウムもしくはこれらの中の二種以上の金属に
   よって形成したことを特徴とする請求項２に記載のサー
   ジ吸収素子。
4. （４）、電圧非直線抵抗体層の主成分を、気密容器内に
   収容されている部材を構成している金属の酸化物を材料
   として形成したことを特徴とする請求項１、２又は３に
   記載のサージ吸収素子。
5. （５）、電圧非直線抵抗体層の主成分を、放電電極を構
   成している金属の酸化物を材料として形成したことを特
   徴とする請求項４に記載のサージ吸収素子。
6. （６）、電圧非直線抵抗体層の添加成分を、気密容器内
   に収容されている部材を構成している金属を材料として
   形成したことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記
   載のサージ吸収素子。
7. （７）、電圧非直線抵抗体層の添加成分を、リード線を
   構成している金属を材料として形成したことを特徴とす
   る請求項６に記載のサージ吸収素子。
8. （８）、電圧非直線抵抗体層の添加成分を、放電電極を
   構成している金属を材料として形成したことを特徴とす
   る請求項６に記載のサージ吸収素子。
9. （９）、放電電極の表面を予め酸化させ、該放電電極を
   減圧雰囲気中で加熱して、その表面を溶融させて飛散さ
   せ、これを気密容器内面に被着させて電圧非直線抵抗体
   層の主成分とすることを特徴とする請求項５に記載のサ
   ージ吸収素子の製造方法。
10. （１０）、減圧した酸化雰囲気中で放電電極を加熱して
    、上記放電電極の表面を溶融、飛散させると共に酸化さ
    せ、これを気密容器内面に被着させて電圧非直線抵抗体
    層の主成分とすることを特徴とする請求項５に記載のサ
    ージ吸収素子の製造方法。
11. （１１）、放電電極の表面に、該電極表面の一部が露出
    するようにエミッタ材料を付着させ、これを減圧雰囲気
    中で加熱することによって上記エミッタ材料を分解して
    エミッタ層を形成し、この時の減圧雰囲気中での加熱に
    よって上記放電電極の表面を溶融させて飛散させること
    を特徴とする請求項９又は１０に記載のサージ吸収素子
    の製造方法。
12. （１２）、気密容器内に収容されるべき部材を減圧雰囲
    気中で加熱して、その表面を溶融させて該部材を構成し
    ている金属を飛散させ、これを電圧非直線抵抗体層の主
    成分に混入させて電圧非直線抵抗体層の添加成分とする
    ことを特徴とする請求項６に記載のサージ吸収素子の製
    造方法。
13. （１３）、放電電極の表面に、該電極表面の一部が露出
    するようにエミッタ材料を付着させ、これを減圧雰囲気
    中で加熱することによって上記エミッタ材料を分解して
    エミッタ層を形成し、この時の減圧雰囲気中での加熱に
    よって、気密容器内に収容されるべき部材の表面を溶融
    させて飛散させることを特徴とする請求項１２に記載の
    サージ吸収素子の製造方法。