JPH03194878A - 放電型サージ吸収素子 - 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
吸収の応答性に優れるとともに、寿命の長期化を図った
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体薄膜を被着
させた上で、この導電体薄膜に幅が０．１閣程度のマイ
クロギャップを１本または複数本円周状に形成して導電
体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
体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
り放電電極間に沿面放電が起こる。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路間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。

［発明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、マイクロギャップにおける沿面
放電から放電電極間における沿面放電への転移に多少時
間を要するという問題もあった。

そこで１本発明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るとともに、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、本発明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、導電物質と絶縁物質とを混在させて上記
導電物質間に微小空間を形成し、これを上記放電電極間
に介在させたことを特徴とするものである。

上記導電物質は半導体を含むものであり、また上記絶縁
物質は多孔質物質より構成すると好適である。

［作用］ 本発明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。

固相と気相の挟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、しかも本発明においては、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ＩＩ！、＃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。

更に、上記導電物質を半導体で構成すれば、サージ印加
時の電子放出が容易となり、微小空間における沿面放電
の生成が更に迅速となる。

また、上記絶縁物質を多孔質物質より構成することによ
り、沿面放電によって導電物質がスパッタしても、絶縁
物質の有する極めて多くの細孔全てに導電物質が被着す
ることはなく、導電物質間の絶縁劣化に起因する寿命劣
化を防ぎ、更に寿命特性を向上させ得る。しかも、放電
のイオン衝撃によって気密容器内に放出される炭酸ガス
、酸素、窒素酸化物等、極性やイオン性の大きい不純ガ
スを、多孔質構造から生ずる広い比表面積を有する絶縁
物質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安定化させ
得るものである。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の実施例について説明する
。

第１図は、本発明の一実施例に係る放電型サージ吸収素
子の概略断面図、第２図は本発明に用いられる混合物の
構造説明図である０図において、放電型サージ吸収素子
１は、導電物質２ａと絶縁物質２ｂとの混合物２の両端
にニッケル、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３，３′を接続して、
該放電電極３，３′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３，３
′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５　ｂ、
５　ｂ’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２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２ａ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２ｂとを適宜な比率で混
合し、これを所望の形状に焼き固めてペレット状とした
ものである。

上記導電物質２ａは、混合物の焼成を、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２ａ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。

この混合物２内部の微細構造は、第２図に示す如くであ
り、粉粒状の導電物質２ａの間に粉粒状の絶縁物質２ｂ
が略均質に分散して導電物質２ａ間に微小空間２Ｃが形
成され、導電物質２ａ同士が長く連接することを防いで
いる。

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、上記導電物質２ａと絶縁物質２ｂとの混合物２の
両端に、放電電極３，３′を、放電間隙４を隔てて相対
向させて嵌着する０次に、銅被覆鋼から成る外部端子６
をハンダ付は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、電極３，３′を接続し
た混合物２を外囲体５ａの開口端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５
ａ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１体５ａと封止キャップ５ｂ、５ｂ
’とを封着し、づ密容器５を形成する。この加熱作用に
より、ガ１ス管より成る外囲体５ａは収縮し、これによ
り方電電極３，３′と封止キャップ５　ｂ、５　ｂ’と
が圧１されて確実に接続される。

尚、上述した実施例においては、導電物質と１縁物質と
を混在させる手段として、これらを混イしてペレット状
の混合物を形成したが、この例し：限定されるものでは
ない。例えば、導電物質と軒縁物質との混合物を、絶縁
体を支持体としてそＣ表面に層状に付着させたり、ある
いは絶縁体の基面に導電物質のみを吹き付け、導電物質
同士が長く連ならない程度に薄く付着させたりしてもよ
いまた、本実施例にあっては、外部端子６，６′を数け
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１であ
っても、勿論構わないものである［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明によれば、放電電極間に、導
電物質と絶縁物質とを混在させて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５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、放電型サージ吸収素子が
元来有する大電流耐量性に加え、応答性に優れた放電型
サージ吸収素子を実現できるものである。

また、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とすることができる。

そして、上記導電物質を半導体で構成することにより、
微小空間における電子放電が容易となって応答特性が更
に向上する。また、上記絶縁物質を多孔質物質とするこ
とにより、この絶縁物質は多くの細孔により極めて大き
な比表面積を有しているので、スパッタした導電物質に
よる絶縁劣化が更に起こり難くなり、寿命特性が更に向
上するものである。

更に、多孔質物質は、そのゲッタ作用によりサージ吸収
時に発生する不純ガスを吸着することから、放電開始電
圧を上昇させず、放電型サージ吸収素子の放電特性を安
定化させ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る放電型サージ吸収素
子の概略断面図、第２図は本発明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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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、導電物質と絶縁物質とを混在させて上記導
   電物質間に微小空間を形成し、これを上記放電電極間に
   介在させたことを特徴とする放電型サージ吸収素子。
2. （２）導電物質が半導体から成る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。
3. （３）絶縁物質が多孔質物質から成ることを特徴とする
   請求項１または２記載のサージ吸収素子。