(57)【要約】【課題】絶縁劣化の発生を抑制することのできる長寿命なサージ吸収素子の実現。【解決手段】両端が開口した絶縁材よりなるケース部材１２の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材１４，１４で気密に閉塞することによって気密外囲器１６を形成すると共に、該気密外囲器１６内に放電ガスを封入し、また、気密外囲器１６内に配置される上記蓋部材１４，１４の放電電極部１８，１８間に所定の放電間隙２２を形成すると共に、ケース部材１２の内壁面２４に、その両端が、放電電極を兼ねた上記蓋部材１４，１４と微小放電間隙２６を隔てて対向配置された線状のトリガ放電膜２８を複数形成し、さらに、上記放電電極部１８の表面にアルカリヨウ化物が含有された絶縁性の被膜３０を形成した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が開口した絶縁材よりなるケース部材の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材で気密に封止することによって気密外囲器を形成すると共に、該気密外囲器内に放電ガスを封入し、また、気密外囲器内に配置される上記蓋部材の放電電極部間に放電間隙を形成すると共に、上記ケース部材の内壁面に、その両端が上記蓋部材と微小放電間隙を隔てて対向配置されたトリガ放電膜を形成し、さらに、上記放電電極部の表面に、アルカリヨウ化物が含有された被膜を形成したことを特徴とするサージ吸収素子。
【請求項２】
上記アルカリヨウ化物が、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、ヨウ化ルビジウム（ＲｂＩ）の単体又は混合物であることを特徴とする請求項１に記載のサージ吸収素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、気密外囲器内に封入した放電間隙における放電現象を利用して誘導雷等のサージを吸収することにより電子機器が損傷することを防止するサージ吸収素子に係り、特に、気中放電に対するトリガ手段として沿面コロナ放電を用いたサージ吸収素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導雷等のサージから電子機器の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なるバリスタや、放電間隙を気密容器内に収容したガスアレスタ等、種々のサージ吸収素子が使用されている。そして、かかるサージ吸収素子の中、高い応答性を実現するために沿面コロナ放電をトリガ放電としたサージ吸収素子が多く用いられている。
この種のサージ吸収素子（放電管）として、本出願人は、先に特開２００３−７４２０号を提案した。このサージ吸収素子（放電管）６０は、図４に示すように、両端が開口した絶縁材よりなる円筒状のケース部材６２の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材６４，６４で気密に閉塞することによって気密外囲器６６を形成し、該気密外囲器６６内に、所定の放電ガスを封入してなる。
【０００３】
上記蓋部材６４は、気密外囲器６６の中心に向けて大きく突き出た平面状の放電電極部６８と、ケース部材６２の端面に接する接合部７０を備えており、両蓋部材６４，６４の放電電極部６８，６８間には、所定の放電間隙７２が形成されている。
また、上記ケース部材６２の内壁面７４には、微小放電間隙７６を隔てて対向配置された一対のトリガ放電膜７８，７８が、複数組形成されている。一対のトリガ放電膜７８，７８の内、一方のトリガ放電膜７８は、一方の放電電極部６８と電気的に接続され、他方のトリガ放電膜７８は、他方の放電電極部６８と電気的に接続されている。
上記放電電極部６８の表面には、放電開始電圧の安定に効果的なアルカリヨウ化物が含有された絶縁性の被膜８０が形成されている。
上記気密外囲器６６内に封入する放電ガスとしては、例えば、アルゴン、ネオン、ヘリウム、キセノン等の希ガスあるいは窒素ガス等の不活性ガスの単体又は混合ガスが該当する。また、希ガスあるいは不活性ガスの単体又は混合ガスと、Ｈ２等の負極性ガスとの混合ガスが該当する。
【０００４】
而して、上記サージ吸収素子６０にサージが印加されると、トリガ放電膜７８，７８間の微小放電間隙７６に電界が集中し、これにより微小放電間隙７６に電子が放出されてトリガ放電としての沿面コロナ放電が発生する。次いで、この沿面コロナ放電は、電子のプライミング効果によってグロー放電へと移行する。そして、このグロー放電が放電電極部６８，６８間の放電間隙７２へと転移し、主放電としてのアーク放電に移行してサージの吸収が行われるのである。
【０００５】
上記従来のサージ吸収素子６０にあっては、放電電極部６８の表面に、放電開始電圧の安定に効果的なアルカリヨウ化物の含有された被膜８０を形成したことにより、立ち上がり時間の早いサージが印加された場合においても、安定した放電開始電圧を得ることができる。
また、上記放電管６０にあっては、放電回数が約２００万回となっても放電開始電圧に大きな変化はなく、放電管６０の長寿命化を図ることもできる。
【特許文献１】
特開２００３−７４２０号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記サージ吸収素子６０においては、トリガ放電膜７８，７８を、放電電極部６８，６８を備えた蓋部材６４，６４と電気的に接続すると共に、微小放電間隙７６を隔てて一対のトリガ放電膜７８，７８を対向配置させていることから、微小放電間隙７６における電界集中の度合が強く、電子が大量に放出されることから放電開始電圧の低下には寄与するものの、放電生成時に放電電極部６８がスパッタされて飛散する電極材料が、対向配置させた一対のトリガ放電膜７８，７８間の微小放電間隙７６に付着してトリガ放電膜７８，７８間の絶縁劣化を生じ易かった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、絶縁劣化の発生を抑制することのできる長寿命なサージ吸収素子の実現にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係るサージ吸収素子は、両端が開口した絶縁材よりなるケース部材の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材で気密に封止することによって気密外囲器を形成すると共に、該気密外囲器内に放電ガスを封入し、また、気密外囲器内に配置される上記蓋部材の放電電極部間に放電間隙を形成すると共に、上記ケース部材の内壁面に、その両端が上記蓋部材と微小放電間隙を隔てて対向配置されたトリガ放電膜を形成し、さらに、上記放電電極部の表面に、アルカリヨウ化物が含有された被膜を形成したことを特徴とする。
【０００９】
本発明のサージ吸収素子にあっては、トリガ放電膜の両端が、放電電極を兼ねた蓋部材と微小放電間隙を隔てて配置されているので、トリガ放電膜の両端に設けられた微小放電間隙の双方に、放電電極部がスパッタされて飛散する電極材料が付着しない限り絶縁劣化を生じることがない。このため、本発明のサージ吸収素子は、微小放電間隙７６を隔てて一対のトリガ放電膜７８，７８を対向配置して成る従来のサージ吸収素子６０に比べて、絶縁劣化の発生を抑制することができ、サージ吸収素子１０の長寿命化を図ることができる。
尚、本発明のサージ吸収素子は、トリガ放電膜が放電電極を兼ねた蓋部材と電気的に接続されていないため微小放電間隙における電子の放出量は抑制されるが、放電電極部の表面に、仕事関数が小さく電子放出特性に優れたアルカリヨウ化物が含有された被膜を形成しているので、高い応答性も確保できる。
【００１０】
上記アルカリヨウ化物としては、例えば、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、ヨウ化ルビジウム（ＲｂＩ）の単体又は混合物が該当する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るサージ吸収素子１０は、図１に示すように、両端が開口した絶縁材としてのセラミックよりなる円筒状のケース部材１２の両端開口部を、放電電極を兼ねた一対の蓋部材１４，１４で閉塞して気密に封止することによって気密外囲器１６を形成してなる。
【００１２】
上記蓋部材１４は、気密外囲器１６の中心に向けて大きく突き出た平面状の放電電極部１８と、ケース部材１２の端面に接する接合部２０を備えており、両蓋部材１４，１４の放電電極部１８，１８間には、所定の放電間隙２２が形成されている。
放電電極部１８と接合部２０を備えた上記蓋部材１４は、無酸素銅や、無酸素銅にジルコニウム（Ｚｒ）を含有させたジルコニウム銅で構成されている。
尚、ケース部材１２の端面と蓋部材１４の接合部２０とは、銀ろう等のシール材（図示せず）を介して気密封止されている。
【００１３】
また、上記ケース部材１２の内壁面２４には、その両端が、放電電極を兼ねた上記蓋部材１４，１４と微小放電間隙２６を隔てて対向配置された線状のトリガ放電膜２８が複数形成されている。該トリガ放電膜２８は、カーボン系材料等の導電性材料で構成されている。このトリガ放電膜２８は、例えば、カーボン系材料より成る芯材を擦り付けることにより形成することができる。
【００１４】
上記気密外囲器１６内には、所定の放電ガスが封入されている。この放電ガスとしては、例えば、アルゴン、ネオン、ヘリウム、キセノン等の希ガスあるいは窒素ガス等の不活性ガスの単体又は混合ガスが該当する。また、希ガスあるいは不活性ガスの単体又は混合ガスと、Ｈ２等の負極性ガスとの混合ガスが該当する。
【００１５】
上記放電電極部１８の表面には、放電開始電圧の安定に効果的なアルカリヨウ化物が含有された絶縁性の被膜３０が形成されている。この被膜３０は、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）、ヨウ化ルビジウム（ＲｂＩ）等のアルカリヨウ化物の単体又は混合物を、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダーに添加したものを、放電電極部１８表面に塗布することによって形成することができる。
この場合、アルカリヨウ化物の単体又は混合物が０．０１〜７０重量％、バインダーが９９．９９〜３０重量％の配合割合で混合される。また、バインダー中の珪酸ナトリウム溶液と純水との配合割合は、珪酸ナトリウム溶液が０．０１〜７０重量％、純水が９９．９９〜３０重量％となされる。
【００１６】
上記被膜３０中に、臭化セシウム（ＣｓＢｒ）、臭化ルビジウム（ＲｂＢｒ）、臭化ニッケル（ＮｉＢｒ２）、臭化インジウム（ＩｎＢｒ３）、臭化コバルト（ＣｏＢｒ２）、臭化鉄（ＦｅＢｒ２、ＦｅＢｒ３）等の臭化物の１種類以上を添加すると、より一層、サージ吸収素子１０の放電開始電圧の安定化を図ることができる。
尚、塩化バリウム（ＢａＣｌ）、フッ化バリウム（ＢａＦ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、塩化イットリウム（ＹＣｌ２）、フッ化イットリウム（ＹＦ３）、モリブデン酸カリウム（Ｋ２ＭｏＯ４）、タングステン酸カリウム（Ｋ２ＷＯ４）、クロム酸セシウム（Ｃｓ２ＣｒＯ４）、酸化プラセオジウム（Ｐｒ６Ｏ１１）、チタン酸カリウム（Ｋ２Ｔｉ４Ｏ９）の１種類以上を、上記臭化物と共に、或いは上記臭化物以外に、上記被膜３０中に添加しても、サージ吸収素子１０の放電開始電圧の安定化に寄与する。
これら物質は、上記アルカリヨウ化物の単体又は混合物とバインダーとの混合物中に、０．０１〜１０重量％の配合割合で添加される。
【００１７】
尚、アルカリヨウ化物が含有された絶縁性の上記被膜３０は、仕事関数が小さく電子放出特性に優れているため放電開始電圧を低下させる作用を有しており、特に、ヨウ化カリウム（ＫＩ）を珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダーに添加して被膜３０を形成した場合に、放電開始電圧の低下作用が顕著である。
図２は、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダー（珪酸ナトリウム溶液と純水の配合比は１：１）に添加するヨウ化カリウムの配合割合（重量％）と、サージ吸収素子１０の直流放電開始電圧との関係を示すグラフである。尚、このサージ吸収素子１０は、放電ガスとしてアルゴンをガス圧１２０ｋＰａで封入すると共に、放電電極部１８，１８間の放電間隙２２が０．５５ｍｍと成されているものを用いた。
図２のグラフから明らかな通り、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダー（珪酸ナトリウム溶液と純水の配合比は１：１）に添加するヨウ化カリウムの配合割合が大きくなるに従って、直流放電開始電圧が低下していく。
【００１８】
また、図３は、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダー（珪酸ナトリウム溶液と純水の配合比は１：１）に添加するヨウ化カリウムの配合割合（重量％）と、サージ吸収素子１０のインパルス放電開始電圧との関係を示すグラフである。このサージ吸収素子１０は、放電ガスとしてアルゴンをガス圧１２０ｋＰａで封入すると共に、放電電極部１８，１８間の放電間隙２２が０．５５ｍｍと成されているものを用い、１．２／５０μｓで２．５ｋＶのインパルス電圧を印加して測定した。
図３のグラフから明らかな通り、珪酸ナトリウム溶液と純水よりなるバインダー（珪酸ナトリウム溶液と純水の配合比は１：１）に添加するヨウ化カリウムの配合割合が大きくなるに従って、インパルス放電開始電圧が低下していく。
【００１９】
尚、バインダー（珪酸ナトリウム溶液と純水の配合比は１：１）に添加するヨウ化カリウムの配合割合が４０重量％を越えると、バインダーに対するヨウ化カリウムの溶解度が飽和となりそれ以上溶解されないため、ヨウ化カリウムの配合割合は、０．１重量％〜４０重量％の範囲と成すのが好ましく、ヨウ化カリウムの配合割合が４０重量％の場合に、放電開始電圧の低下作用が最も大きくなる。
【００２０】
本発明のサージ吸収素子１０に、放電電極を兼ねた上記蓋部材１４，１４を介してサージが印加されると、トリガ放電膜２８の両端と蓋部材１４，１４間の微小放電間隙２６に電界が集中し、これにより微小放電間隙２６に電子が放出されてトリガ放電としての沿面コロナ放電が発生する。次いで、この沿面コロナ放電は、電子のプライミング効果によってグロー放電へと移行する。そして、このグロー放電が放電電極部１８，１８間の放電間隙２２へと転移し、主放電としてのアーク放電に移行してサージの吸収が行われるのである。
【００２１】
而して、本発明のサージ吸収素子１０にあっては、各トリガ放電膜２８の両端が、放電電極を兼ねた上記蓋部材１４，１４と微小放電間隙２６を隔てて配置されているので、トリガ放電膜２８の両端に設けられた微小放電間隙２６の双方に、放電電極部１８がスパッタされて飛散する電極材料が付着しない限り絶縁劣化を生じることがない。このため、本発明のサージ吸収素子１０は、微小放電間隙７６を隔てて一対のトリガ放電膜７８，７８を対向配置して成る従来のサージ吸収素子６０に比べて、絶縁劣化の発生を抑制することができ、サージ吸収素子１０の長寿命化を図ることができる。
【００２２】
尚、トリガ放電膜２８が放電電極を兼ねた蓋部材１４，１４と電気的に接続されていないため微小放電間隙２６における電子の放出量は抑制されるが、放電電極部１８の表面に、仕事関数が小さく電子放出特性に優れているアルカリヨウ化物が含有された被膜３０を形成しているので、高い応答性も確保できる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のサージ吸収素子にあっては、トリガ放電膜の両端が、放電電極を兼ねた蓋部材と微小放電間隙を隔てて配置されているので、トリガ放電膜の両端に設けられた微小放電間隙の双方に、放電電極部がスパッタされて飛散する電極材料が付着しない限り絶縁劣化を生じることがない。このため、本発明のサージ吸収素子は、微小放電間隙７６を隔てて一対のトリガ放電膜７８，７８を対向配置して成る従来のサージ吸収素子６０に比べて、絶縁劣化の発生を抑制することができ、サージ吸収素子１０の長寿命化を図ることができる。
また、本発明のサージ吸収素子は、トリガ放電膜が放電電極を兼ねた蓋部材と電気的に接続されていないため微小放電間隙における電子の放出量は抑制されるが、放電電極部の表面に、仕事関数が小さく電子放出特性に優れたアルカリヨウ化物が含有された被膜を形成しているので、高い応答性も確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサージ吸収素子を示す断面図である。
【図２】ヨウ化カリウムの配合割合と直流放電開始電圧との関係を示すグラフである。
【図３】ヨウ化カリウムの配合割合とインパルス放電開始電圧との関係を示すグラフである。
【図４】従来のサージ吸収素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１０  サージ吸収素子
１２  ケース部材
１４  蓋部材
１６  気密外囲器
１８  放電電極部
２２  放電間隙
２６  微小放電間隙
２８  トリガ放電膜
３０  被膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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