JPH0246679A - 放電型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、気密容器に封入した放電間隙に於ける放電現
象を利用した放電型サージ吸収素子及びその製造方法に
係り、特に、気中放電に対するトリガ手段として沿面放
電を用いることにより、応答特性の向上を図った放電型
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、電圧非直線
抵抗体より成るバリスタや気密容器に封入した放電間隙
の放電現象を利用したガスアレスタ等、種々のサージ吸
収素子が用いられている。

上記従来のサージ吸収素子のうち、放電型サージ吸収素
子の一種であるガスアレスタ１は、第３図に示す如く、
表面にエミッタ層２ａ、２ａを形成した棒状の放電電極
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、これを、ガラス管より成る外囲
体を封着して形成した気密容器６内に放電ガスと共に封
入し、上記放電電極２，２に接続されたリード線３，３
を、上記気密容器６に固定すると共に、上記容器６を貫
通させて外部へ導出した構造を有している。

上記放電型サージ吸収素子１にサージが印加されると、
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。

また、上記放電型サージ吸収素子ｌの製造に際しては、
まず、リード線３．３が接続された放電電極２．２の表
面にエミッタ材料を付着させ、これを両端が開口された
外囲体内に挿入して、上記リード線３．３の端部が外囲
体の一端から外へ突出するように配置する０次いで、外
囲体の一端を加熱して溶融させ、更に圧潰して封着し、
リード線３，３を固定する。その後、外囲体を高周波コ
イル内へ配置し、外囲体の他端から排気しながらエミッ
タ材料が熱分解する程度の温度で高周波加熱を行い、エ
ミッタ材料を分解してエミッタ層２ａ、２ａを形成する
。更に、外囲体内の空気、エミッタ材料の分解によるガ
ス及び各部材から放出されるガスを排気後、外囲体内に
放電ガスを封入し、外囲体を加熱溶融させて封じ切って
気密容器６を形成する。

［発明が解決しようとする課ａ］ 上述の如く、放電型サージ吸収素子は、気中放電によっ
てサージを吸収するものであるため、大きな電流耐量を
有する反面、放電遅れ時間が大きく、急峻な立ち上がり
特性を有するサージに対しては、残留サージが発生して
サージ防護を十分に行い得ないという問題がある。

本発明は、上述の点に鑑み案出されたもので、気中放電
を利用したサージ吸収素子の長所を生かし、且つ短所を
改良することにより、電流耐量が大きく、しかも放電遅
れ時間が小さくて、急激に立ち上がるサージに対しても
十分な防護機能を発揮し得る放電型サージ吸収素子の実
現を目的としており、更に、上記放電型サージ吸収素子
を簡単に製造できる製造方法を得ることを目的とするも
のである。

［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、沿面放電の
放電遅れ時間が極めて小さいことに着目し、これを気中
放電に対するトリガ手段として用い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、本発明の放電型サージ吸収素子は、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沿面放電特
性が良好な誘電体層を形成して、上記放電間隙と誘電体
層とを並列接続したものである。上記誘電体層は、酸化
ニッケルを主成分として形成したものが好適である。ま
た、上記誘電体層は、放電電極を構成している金属の酸
化物を主成分として形成することが製造上有利である。

更に、上記誘電体層の少なくとも表面に補助放電電極を
設け、補助放電電極と放電電極又はリード線との間に形
成される補助放電間隙を放電電極間の放電間隙よりも幅
狭くした構成としてもよい。

上記補助放電電極の材料としては、放電特性が良好なも
のであれば特に限定はないが、気密容器内に収納されて
いる部材、例えばリード線や放電電極を構成している金
属を用いれば製造上有利である。

しかして、上記放電型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主成分として
誘電体層を形成した放電型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誘電体層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誘電体層を形成する製造方法がある
。また、上記放電型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
て誘電体層を形成し得る。

更に、気密容器内に収納されているリード線や放電電極
等の部材を構成している金属を材料として補助放電電極
を形成した放電型サージ吸収素子の製造方法としては、
気密容器内に収納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、これを誘電体層
の少なくとも表面に付着させて補助放電電極を形成する
製造方法がある。また、上記放電型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、上記リード線や放
電電極等の部材表面を溶融、飛散させて補助放電電極を
形成し得る。

［作用］ 上述の如く構成された放電型サージ吸収素子にサージが
印加されると、直ち・に、リード線間の誘電体層表面に
於いて沿面コロナ放電が発生してサージ吸収が開始され
る。上記沿面コロナ放電は、トリガ放電として作用し、
放電に伴う電子及びイオンのプライミング効果によって
、放電間隙に於ける気中放電へと移行する。このため、
放電間隙に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。この場合
、酸化ニッケルを主成分として上記誘電体層を形成すれ
ば、酸化ニッケルの沿面放電特性が特に優れていること
から沿面放電の形成に要する時間が非常に短かくなり、
大きなトリガー効果が得られる。また、放電電極を構成
している金属の酸化物を主成分として上記誘電体層を形
成した場合には、誘電体層を形成するための材料を別途
用意する必要がない。

更に、誘電体層の表面に補助放電電極を設けて補助放電
間隙を形成した場合には、誘電体層の表面で発生した沿
面コロナ放電は、・まず幅の狭い補助放電間隙に於ける
気中放電へと移行し、次いで、この気中放電は放電電極
間の放電間隙へ転移する。

この場合、上記沿面放電から補助放電間隙の気中放電へ
の移行時間は、補助放電間隙が放電電極間の放電間隙よ
り幅狭なので、補助放電電極が存在しないときに於ける
沿面放電から上記放電間隙の気中放電への移行時間より
非常に短いものとなる。

しかも、上記補助放電間隙から放電間隙への気中放電の
転移は、補助放電間隙に於ける気中放電が沿面放電にく
らべて多量の電子及びイオンを発生させるので、そのプ
ライミング効果によって極めて短時間に行われる。従っ
て、上記沿面放電から放電間隙の気中放電への移行時間
が短縮される。

この場合、上記補助放電電極を、気密容器内に収納され
ている部材を構成する金属を材料として形成すれば、補
助放電電極のための材料を別途用意しなくても済む。

しかして、上記放電型サージ吸収素子の製造方法のうち
、放電電極を構成する金属の酸化物を材料として誘電体
層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
共に酸化させれば、気密容器内面に金属酸化物が被着す
る。

従って、この操作を、上記金属酸化物が層状となるまで
続ければ誘電体層が形成される。

また、上記放電型サージ吸収素子の製造方法のうち、気
密容器内に収納されているリード線や放電電極等の部材
を構成している金属を材料として補助放電電極を形成す
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、部材表面が溶融して飛散し、この金属が粒子状
あるいは粒子が集合した塊状となって気密容器内面の誘
電体層に付着する。従って、上記金属粒子が誘電体層表
面に疎らに付着した状態で上記操作を終了すれば補助放
電電極が得られるものである。

更に、上記放電型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
ド線等の部材の材質を適宜選定することによって、上述
した誘電体層及び補助放電電極をも同時に形成可能とな
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放電型サージ吸収素
子を示す断面図である０図に於いて放電型サージ吸収素
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に加工し、その表面に
酸化バリウムや六価化ランタン等のエミッタ物質より成
るエミγり層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に沿面放電特性が良好な誘電体層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。

上記誘電体層５は、酸化ニッケル等、沿面放電特性が良
好な誘電材料を主成分とし、これを、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を介して放電型８ｉ２．２と接続して
放電間隙４と並列接続している。

また、第２図に示す如く、上記沿面放電特性が良好な誘
電体層５の少なくとも表面に補助放電電極７を形成すれ
ばトリガ効果が増大する。上記補助放電電極７は、銅や
ニッケルあるいはアルミニウム等、放電特性の良好な金
属がその材質として通しており、上記補助放電電極７と
放電電極２゜２又はリード線３．３との間に形成される
補助放電間隙８のＩ［ｄが、上記放電電極２．２間の放
電間隙４の幅りよりも狭くなるような位置に形成する必
要がある。これは、金属材料を蒸着や溶射等によって、
粒子状あるいは粒子が集合した塊状に誘電体層５の表面
に疎らに被着することによって容易に形成できる。

次に、上述した放電型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放電電極２
．２の表面に、該電極２．２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、放電電極２．２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納する。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、放電電極２．２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
して放電電極２．２の表面に酸化バリウムより成るエミ
ッタ層２ａ、　　２ａが形成され、更に、放電電極２．
２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、前工程で放電電極２，２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し、沿面放電特
性が良好な誘電体層５が形成される。

その後、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、遂には飛散したニッケルが酸化されない状
態となる。従って、このニッケルが、上記誘電体層５０
表面に疎らに付着した時点でこの操作を終了すれば補助
放電電極７が形成される。上記補助放電型＠７は、リー
ド線３．３やエミッタ層２ａ、２ａを構成する金属であ
る銅やバリウムを飛散させて誘電体１ｉｊ５の表面に疎
らに付着させることによっても形成できる。尚、上述の
補助放電電極７の形成に際し、ニッケル、銅又はバリウ
ム等、補助放電電極７の材料となる金属が誘電体層５中
に多少混入するが、導電性を生じさせない程度の混入量
に抑えれば何ら支障は生じない。

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
納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、放電型サージ吸収素子１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、誘電体層５や補助放電電極７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、本発明の放電型サージ吸収素子は、沿
面放電特性が良好な誘電体層と放電間隙とを並列接続し
ているので、サージが印加されると直ちに誘電体層の表
面に於いて沿面コロナ放電が発生し、これがトリガとな
って、上記沿面放電は、放電間隙に於ける気中放電、即
ち、グロー放電を経てアーク放電へと移行する。従って
、本発明の放電型サージ吸収素子は、そのサージ吸収特
性が沿面放電の連応性とアーク放電の大電流耐量性とを
併せ持つものとなり、急峻なサージに対し、十分な防護
機能を発揮し得るものとなる。この場合酸化ニッケルを
主成分として誘電体層を形成すれば、酸化ニッケルの沿
面放電特性が優れていることから、トリガ効果が特に大
きなものとなる。

また、誘電体層の表面に補助放電電極を設けて放電電極
間に放電間隙より幅の狭い補助放電間隙を形成すること
によって、沿面コロナ放電は、補助放電間隙に於ける気
中放電へ移行し、更に放電電極間の放電間隙へ転移する
。この場合、上記放電の移行時間が、補助放電間隙が狭
いことと、補助放電間隙の気中放電によるプライミング
効果が大きいことによって短縮されるため、誘電体層に
於ける放電時間が短いものとなる。従って、沿面放電に
よる誘電体層の劣化が防止され、寿命特性が向上する。

更に、誘電体層を、放電電極を構成している金属の酸化
物を主成分として形成したり、補助放電電極を、気密容
器内に収納されている部材を構成する金属を材料として
形成することにより、上記誘電体層や補助放電電極のた
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、放電型サージ吸収素子の製造に際し、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、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に
収納されている部材の表面を溶融、飛散させて誘電体層
や補助放電電極を形成することができ、誘電体層や補助
放電電極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、第２図は、
補助放電電極を設けた場合の要部断面図であり、第３図
は、従来例の断面図である。 ｌ・・・放電型サージ吸収素子、２・・・放電電極、２
ａ・・・エミッタ層、３・・・リード線、４・・・放電
間隙、５・・・誘電体層、６・気密容器、７・・・補助
放電電極、８・・・補助放電間隙。 第１図 特許出願人　岡谷電機産業株式会社

Claims (12)

【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
   導出した放電型サージ吸収素子に於いて、上記気密容器
   内面の少なくとも上記リード線間に沿面放電特性が良好
   な誘電体層を形成して、上記放電間隙と誘電体層とを並
   列接続したことを特徴とする放電型サージ吸収素子。
2. （２）、誘電体層を、酸化ニッケルを主成分として形成
   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）、誘電体層を、放電電極を構成している金属の酸
   化物を主成分として形成したことを特徴とする請求項１
   又は２に記載の放電型サージ吸収素子。
4. （４）、誘電体層の少なくとも表面に補助放電電極を設
   けて、該補助放電電極と放電電極又はリード線との間に
   、上記放電電極間の放電間隙よりも幅の狭い補助放電間
   隙を形成したことを特徴とする請求項１、２又は３に記
   載の放電型サージ吸収素子。
5. （５）、補助放電電極を、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４に記載の放電型サージ吸収素子。
6. （６）、補助放電電極を、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５に記載
   の放電型サージ吸収素子。
7. （７）、補助放電電極を、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５に記載
   の放電型サージ吸収素子。
8. （８）、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誘電体層を形成す
   ることを特徴とする請求項３に記載の放電型サージ吸収
   素子の製造方法。
9. （９）、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誘電体層を形成する
   ことを特徴とする請求項３に記載の放電型サージ吸収素
   子の製造方法。
10. （１０）、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８又は９に記載の放電型サージ吸収
    素子の製造方法。
11. （１１）、気密容器内に収納されるべき、部材を減圧雰
    囲気中で加熱して、上記部材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、これを誘電体層の少な
    くとも表面に付着させて補助放電電極を形成することを
    特徴とする請求項５に記載の放電型サージ吸収素子の製
    造方法。
12. （１２）、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、気密容器内に収納されるべき
    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１１に記載の放電型サージ吸収素子の製造方法。