JPH0697626B2 - 放電型サージ吸収素子 - Google Patents

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0.1mm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。

［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、導電体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、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、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
極間へと移転する。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、更に沿面放電が方線電極間を飛び石
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、粉粒状の導電物質の至
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。

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、上記粉粒状の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、粉粒状の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。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
物資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5
b,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、混合物質の焼成を、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、酸化モリブデ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。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、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3,3′と封止キャップ5
b,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てペレット状の混合物を形成
したが、この例に限定されるものではない。例えば、粉
粒状の導電物質と粉粒状の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、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、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、絶縁物質を多孔質物質とした場合には、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。 １…放電型サージ吸収素子、２…混合物、2a…導電物
質、2b…絶縁物質、2c…微小空間、3,3′…放電電極、
４…放電間隙、５…気密容器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
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、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】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. 【請求項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。