JP2520915B2 - サ―ジ吸収素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は火花放電現象を利用したサージ吸収素子に
関する。

〔背景技術〕 一般的にサージ吸収素子は第９図に示すような構造と
なっている。第９図において、サージ吸収素子50は、一
対のカーボン製電極51、51を備えていて、これら電極5
1、51は所定距離の空間を隔てて対峙している。電極5
1、51間には、所定空隙をもたせるために電気絶縁性の
スペーサ52が介設されている。これら電極51、51および
スペーサ52は絶縁性の円筒体53内に収容されている。円
筒体53の両端開口部を塞ぐようにして金属板54、54が円
筒体53端部に取着されている。金属板54、54は電極51、
51のそれぞれに接触し電気的に導通している。

このサージ吸収素子50は、例えば、第９図に一点鎖線
で示すように負荷Ｌに並列に接続されていて、異常サー
ジ電圧が加わった場合、電極51、51間に火花放電を発生
させサージを吸収して負荷Ｌを保護するのである。

ところで、このサージ吸収素子50では、放電の際、電
極51、51からその形成材料、すなわちカーボンが蒸発し
スペーサ内側面52aの全面に付着する。スペーサ内側面5
2aに付着した導電性カーボンは、両電極51、51の抵抗値
を低下させる。そのため、両電極51、51間の絶縁性が劣
化して、漏れ電流の異常増加や放電開始電圧の低下等を
招くという問題がある。

〔発明の目的〕

この発明は、上記の事情に鑑み、火花放電に伴って蒸
発する電極形成材料による電極間の絶縁性の劣化を阻止
することができるサージ吸収素子を提供することを目的
とする。

〔発明の開示〕

前記目的を達成するため、この発明は、電気絶縁性の
スペーサを介在させることにより所定距離の空間を隔て
て対峙する一対の電極を備え、両電極間に生ずる火花放
電現象でもってサージ吸収を行うサージ吸収素子におい
て、前記スペーサは、複数の電気絶縁性部材が積層され
てなり、前記両電極間に臨むスペーサの側面が不連続面
を構成するサージ吸収素子を要旨とする。

また、本発明では、多数の電気絶縁性の薄層が積み重
なった層状材料でスペーサを構成し、両電極間に臨むス
ペーサの側面が不連続面を構成するサージ吸収素子を提
供する。

以下、この発明にかかるサージ吸収素子を、その実施
例をあらわす図面を参照しながら詳しく説明する。

第１図は、この発明にかかるサージ吸収素子の第１実
施例の断面構成をあらわす。第２図は、このサージ吸収
素子を分解してあらわす。

サージ吸収素子１は、一対の円板状電極２、２′を備
えている。これらの電極２、２′は、カーボン（グラフ
ァイト）あるいは金属からなる。両電極２、２′間には
電気絶縁性を有するリング状スペーサ３が介在してい
る。スペーサ３は、２個のスペーサ部材31、32が積層さ
れて構成されており、これらの部材31、32は、例えば、
セラミック等の電気絶縁性材料で形成されている。電極
２の内面中央には、両電極２、２′の間の空間に向かう
凸状部2aが設けられている。凸状部2aは、その頂部がサ
ージ吸収素子の性能上必要な所定距離の空間を隔てて他
方の電極２′に臨む電極面となっている。このような所
定距離の空間はスペーサ３の厚みと凸状部2aの厚みによ
り定められる。

これらの電極２、２′とスペーサ３は円筒体４内に収
容されている。円筒体４はセラミックあるいはガラス等
の電気絶縁材料で形成されている。円筒体４の両端開口
部を塞ぐようにして金属板５、５′が同円筒体４端部に
取着されている。金属板５、５′は、銅あるいはニッケ
ル等の金属材料で形成されている。金属板５、５′は電
極２、２′のそれぞれに接触し電気的な導通が図られて
いる。つまり、金属板５、５′が引出用電極となってい
るのである。

このサージ吸収素子１では、円筒体４内が少し負圧に
なっていて、金属板５、５′が内側へ押され電極２、
２′に圧接している。そのため、金属板・電極間の電気
的導通や電極２、２′とスペーサ３の組み付けが確かな
ものとなる。

このサージ吸収素子１は、例えば、負荷に並列に接続
され、異常サージ電圧が加わった場合、電極２、２′間
に火花放電を生じ、サージ電流を負荷を通さずに電極
２、２′を通してアース側へ流すようにするとともに、
負荷に加わるサージ電圧を放電開始電圧に抑える。

ところで、このサージ吸収素子１では、以下に述べる
ように、放電に伴って電極表面から飛散する電極形成材
料による絶縁性の劣化が阻止できるようになっている。

スペーサ３を構成するスペーサ部材31は、その内面側
に全周にわたる切欠き31′が形成されており、この切欠
き31′により、電極２、２′間に臨むスペーサ３の内側
面に凹凸が付けられることとなる。つまり、スペーサ３
の内側面は、面31a、31b、31c、32a、32bから構成され
ているが、切欠き31′における面31b、31c、32bにおい
て凹んでおり、不連続面を構成している。したがって、
火花放電Ａに伴って電極形成材料が蒸発しスペーサ３の
内側面の方に飛散した場合、第３図にみるように、面31
a、32aには導電性層Ｃが形成されるが、面31b、31c、32
bには蒸発した電極形成材料が到達せず導電性層Ｃが殆
ど形成されない。このようにスペーサ３の内側面の一部
には導電性層Ｃが形成されるが、これは切欠き31′の個
所で途切れており、電極２、２′間に連続してわたるよ
うなことはない。そのため、電極２、２′間の絶縁性の
劣化が阻止できることとなる。

電極２、２′をカーボンとした第１実施例と、スペー
サに切欠きがない点でのみ異なるサージ吸収素子（図示
省略）を第１比較例として、所定の絶縁性が維持できな
くなるまでの火花放電の回数を測定した。第１実施例の
サージ吸収素子１は37回であり、第１比較例のサージ吸
収素子の８回と比べて絶縁性が劣化するまでの回数が著
しく多い。したがって、第１実施例のサージ吸収素子は
絶縁性劣化阻止の向上効果が著しいことが分かる。

続いて、サージ吸収素子１の各部の寸法の具体例を挙
げる。

円筒体４は、外径約７〜8mm、高さ約２〜4mmである。
凸状部2aの頂部と電極２′間の間隔、すなわち所定距離
は、火花放電開始電圧に応じて定められるのであるが、
例えば、20〜200μｍ（ミクロン）程度である。電極２
の凸序部2aの厚みは、例えば、520〜800μｍ程度まで厚
くすることが可能である。スペーサ部材31は、厚みが例
えば約0.3〜0.5mmに選定され、切欠き31′は、厚み方向
に約0.05〜0.2mm、径方向に約0.3〜0.7mmといった程度
の大きさに選定される。スペーサ部材32は、厚みが例え
ば約0.3〜0.5mm程度に選定される。

このサージ吸収素子１の組立は、例えば、つぎのよう
にしてなされる。

円筒体４に電極２、２′およびスペーサ３を収容す
る。そして、金属板５、５′を円筒体４の端部へろう付
けし気密封止する。この時、ろう付けは不活性ガス雰囲
気（例えば、He、あるいは、Arガス20〜760Torr）中、
約800℃の温度下でなされる。減圧下でろう付けがなさ
れた場合、大気中では円筒体４内空間が負圧になるの
で、前述したように、金属板５、５′が内側に押され電
極２、２′と金属板５、５′との電気的導通が強められ
る。この場合、円筒体４内部には不活性ガスが封入され
る。

第４図は、この発明にかかるサージ吸収素子の第２実
施例の断面構成をあらわす。

この第２実施例のサージ吸収素子１″は、スペーサ
３′がふたつのスペーサ部材31、31からなる。つまり、
第１実施例におけるスペーサ部材32がスペーサ部材31に
変わっている点で第１実施例と異なる。このサージ吸収
素子１″では、切欠き31′、31′が２個所に付けられ、
スペーサ３′の内側面がより複雑な不連続面を構成して
おり、電極２、２′間の絶縁性劣化が阻止される。

なお、上記第１および第２実施例のサージ吸収素子
は、以下に述べるように、スペーサの側面には蒸発した
電極形成材料による導電性層がもともと形成されにくい
という構造を備えている。

第１および第２実施例のサージ吸収素子では、電極２
に凸状部2aが設けられており、凸状部２の頂部が電極
２′に対峙し、凸状部2aの側面がスペーサ側面に臨んで
いる。火花放電は、実質的に凸状部2aの頂部のみで生ず
る。凸状部2aの頂部−電極２′間が、電極２、２′にお
ける最短距離となっていて、この個所を中心として火花
放電が発生し、凸状部2aの側面では実質的に火花放電が
起きないのである。したがって、スペーサ側面のうち凸
状部2aの影になる個所にはもともと飛散してくる電極形
状材料の量が少ないのである。したがって、第１および
第２実施例のサージ吸収素子では、電極形成材料の付着
による絶縁性の劣化が非常に効果的に阻止されることと
なる。

第５図は、この発明にかかるサージ吸収素子の第３実
施例の断面構成をあらわす。第６図は、この第３実施例
のサージ吸収素子を分解してあらわす。

サージ吸収素子11は、一対の円板状電極12、12′を備
えている。これらの電極12、12′は、カーボン（グラフ
ァイト）あるいは銅やニッケル等の金属からなる。両電
極12、12′間には電気絶縁性を有するリング状スペーサ
13が介在している。スペーサ13はマイカ（雲母）のよう
な薄層が積み重なった層状材料で構成される。電極12、
12′はスペーサ13により所定距離の空間を隔てて互いに
他方の電極に臨むようになっている。電極12、12′の距
離はスペーサ13の高さにより定められる。

これらの電極12、12′とスペーサ13は円筒体14内に収
容されている。円筒体14はセラミックあるいはガラス等
の電気絶縁材料で形成されている。円筒体14の両端開口
部を塞ぐようにして金属板15、15′が同円筒体14端部に
取着されている。金属板15は、銅あるいはニッケル等の
材料で形成されている。金属板15、15′は電極12、12′
のそれぞれに接触し電気的な導通が図られている。つま
り、金属板15、15′が引出用電極となっているのであ
る。

このサージ吸収素子11でも、以下に述べるように、放
電に伴って飛散する電極形成材料による絶縁性の劣化が
阻止される。

サージ吸収素子11では、スペーサ13は多数の薄層が積
み重なった層状材料であるマイカから構成されている。
そして、その層状面がスペーサ13側面とされている。そ
のため、スペーサ13の内側面13aおよび外側面13bは平滑
な面にはなっておらず、第７図にみるように、各薄層13
1、132、133、134…の端の位置が様々に変化し、これに
よりスペーサ13の側面は不連続面を構成する。したがっ
て、火花放電Ａに伴って電極形状材料が蒸発しスペーサ
３の内側面の方に飛散した場合、第７図にみるように、
端が突出した位置にある薄層131、133には導電性層Ｃ′
が形成されるが、端が引っ込んだ位置にある薄層132、1
34の端近傍には、薄層131、133の端が蒸発した粒子を遮
るため、導電性層Ｃ′が殆ど形成されない。したがっ
て、電極12、12′が導電性層Ｃ′によって短絡させられ
ることはない。そのため、電極12、12′間の絶縁性の劣
化を阻止することができるので、漏れ電流の異常増加や
放電開始電圧の低下が起きない。

電極12、12′をニッケルとした第３実施例と、スペー
サが側面に凹凸が付けられていないアルミナセラミック
である点でのみ第３実施例のものと異なるサージ吸収素
子（図示省略）を第２比較例として、所定の絶縁性が維
持できなくなるまでの火花放電の回数を測定した。な
お、両例ともスペーサの厚みは100μｍである。第３実
施例のサージ吸収素子11は45回であり、第２比較例のサ
ージ吸収素子の２回と比べて著しい向上効果が認められ
る。

続いて、サージ吸収素子11の各部の寸法の具体例を挙
げる。

円筒体14は、外径約７〜8mm、高さ約２〜4mmである。
電極12、12′は、直径約３〜5mm、高さ約0.5〜1.5mmで
ある。スペーサ13は、外径が電極12の外径に略等しく、
約３〜5mmであり、内径は約２〜3mmである。このスペー
サ13の厚みは、約0.02〜0.3mm程度である。

このサージ吸収素子11は、例えば、第１実施例の場合
と同様にして組み立てられる。

第８図は、この発明にかかるサージ吸収素子の第４実
施例の断面構成をあらわす。

この第４実施例のサージ吸収素子11′は、スペーサが
つぎのようなものである点で、第３実施例のサージ吸収
素子11と異なる。

このサージ吸収素子11′のスペーサ13′は、所定の直
径を有する絶縁性円板213、213、…と、この円板213よ
りも少し小さい直径の絶縁性円板214、214、…とが交互
に積み重ねられたものである。したがって、スペーサ1
3′の内側面と外側面では、径の大きさ円板213の端は突
出した位置に、径の小さな円板214の端は引っ込んだ位
置にと変化している。これにより、スペーサ13′の内外
側面が不連続面を構成する。

この発明は、上記の実施例に限らない。例えば、凹凸
がスペーサの側面を粗化することにより付けられていて
もよい。筒状スペーサの内側面あるいは外側面に全周に
わたる溝を切ることにより凹凸を付けてもよい。両電極
がそれぞれ凸状部を備えてもよい。スペーサが複数の穴
があいた板状体のものであって、板状体側面や穴側面に
凹凸が付けられているものでもよい。円筒体内が負圧で
なく、大気圧、あるいは、大気圧以上であってもよい。
不活性ガスが封入されていなくてもよい。電極が金属板
を押し上げるようなかたちで電極と金属板の接触が図ら
れるような構成となっていてもよい。

〔発明の効果〕

この発明にかかるサージ吸収素子は、以上に述べたよ
うな構成となっている。そのため、複数の電気絶縁性部
材が積層されたスペーサの側面を、任意の形状とするこ
とができ、電極間の放電に伴う電極材料成分が付着しに
くい不連続面を容易に形成できる。

例えば、スペーサの複数の電気絶縁性部材のうち少な
くとも１つの側面に全周にわたる切欠きを形成した場合
には、この切欠き部分に火花放電による電極成分が付着
せず、電極間の電気絶縁性の劣化が阻止できるので、漏
れ電流の異常増加や放電開始電圧の低下が起きない。

また、スペーサとして、径が異なるリング状または円
板状の電気絶縁性の薄板を積み重ねて形成し、スペーサ
側面における薄板の端部位置がその径に応じて変化する
ように構成した場合には、スペーサ側面を不連続面とす
ることが容易であり、電極成分が付着しにくく、両電極
間の電気絶縁性の劣化を防止できる。

更に、スペーサとして、多数の電気絶縁性の薄層が積
み重なった層状材料からなり、スペーサ側面が不連続面
を構成する場合には、このスペーサ側面に電極成分が付
着しにくく、両電極間の電気絶縁性の劣化を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にかかるサージ吸収素子の第１実施
例をあらわす断面図、第２図は、このサージ吸収素子の
分解斜視図、第３図は、上記サージ吸収素子のスペーサ
側面まわりをあらわす部分断面図、第４図は、この発明
にかかるサージ吸収素子の第２実施例をあらわす断面
図、第５図はこの発明にかかるサージ吸収素子の第３実
施例をあらわす断面図、第６図は、このサージ吸収素子
の分解斜視図、第７図は、上記サージ吸収素子のスペー
サ側面まわりをあらわす部分断面図、第８図は、この発
明にかかるサージ吸収素子の第４実施例をあらわす断面
図、第９図は、従来のサージ吸収素子を表す断面図であ
る。 １、１′、１″、11、11′……サージ吸収素子、２、
２′、12、12′……電極、３、３′、13、13′……スペ
ーサ、Ａ……火花放電

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気絶縁性のスペーサを介在させることに
   より所定距離の空間を隔てて対峙する１対の電極を備
   え、両電極間に生ずる火花放電現象でもってサージ吸収
   を行うサージ吸収素子において、前記スペーサは、複数
   の電気絶縁性部材が積層されてなり、前記両電極間に臨
   む前記スペーサの側面が不連続面を構成するサージ吸収
   素子。
2. 【請求項２】前記スペーサの複数の電気絶縁性部材のう
   ち少なくとも１つは側面に全周にわたる切欠きが形成さ
   れている特許請求の範囲第１項記載のサージ吸収素子。
3. 【請求項３】前記スペーサは、径が異なるリング状又は
   円板状の電気絶縁性の薄板が積み重ねられて形成されて
   おり、前記スペーサ側面において、前記薄板の端部位置
   がその径に応じて変化する特許請求の範囲第１項記載の
   サージ吸収素子。
4. 【請求項４】電気絶縁性のスペーサを介在させることに
   より所定距離の空間を隔てて対峙する１対の電極を備
   え、両電極間に生ずる火花放電現象でもってサージ吸収
   を行うサージ吸収素子において、前記スペーサは、多数
   の電気絶縁性の薄層が積み重なった層状材料から構成さ
   れ、前記両電極間に臨む前記スペーサの側面が不連続面
   を構成するサージ吸収素子。
5. 【請求項５】前記層状材料がマイカである特許請求の範
   囲第４項記載のサージ吸収素子。