(57)【要約】【課題】放電補助部の昇華消失を抑制することができ、耐久性の向上が可能なサージ防護素子を提供すること。【解決手段】  絶縁性管２と、絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極と、絶縁性管の内周面に形成された放電補助部４とを備え、一対の封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、放電補助部が、絶縁性材料で形成された絶縁性層８と、絶縁性層の上下にそれぞれイオン源材料で形成されたイオン源層９との積層で構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性管と、
前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極と、
前記絶縁性管の内周面に形成された放電補助部とを備え、
一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、
前記放電補助部が、絶縁性材料で形成された絶縁性層と、
前記絶縁性層の上下にそれぞれイオン源材料で形成されたイオン源層との積層で構成されていることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項２】
請求項１に記載のサージ防護素子において、
前記放電補助部が、前記イオン源層と前記絶縁性層とが交互に積層され少なくとも２層以上の前記絶縁性層と３層以上の前記イオン源層とを有していることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のサージ防護素子において、
前記絶縁性層が、酸化ケイ素で形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のサージ防護素子において、
前記放電補助部が、前記絶縁性管の内周面の周方向に複数形成されており、
複数の前記放電補助部のうち少なくとも一つが、他と異なる厚さに設定された前記絶縁性層を有していることを特徴とするサージ防護素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、落雷等で発生するサージから様々な機器を保護し、事故を未然に防ぐのに使用するサージ防護素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電話機、ファクシミリ、モデム等の通信機器用の電子機器が通信線との接続する部分、電源線、アンテナ或いはＣＲＴ、液晶テレビおよびプラズマテレビ等の画像表示駆動回路等、雷サージや静電気等の異常電圧（サージ電圧）による電撃を受けやすい部分には、異常電圧によって電子機器やこの機器を搭載するプリント基板の熱的損傷又は発火等による破壊を防止するために、サージ防護素子が接続されている。
【０００３】
従来、例えば特許文献１に示すように、一対の封止電極から対向状態に突出した一対の突出電極部を備え、絶縁性管の内面に放電補助部が形成されたアレスタ型のサージ防護素子が記載されている。通常、このようなサージ防護素子では、炭素材で形成された放電補助部が、一対の突出電極部の間にある中間領域に対向する絶縁性管の内面に形成されている。このような放電補助部は、一般的にはグラファイト等の導電性のイオン源材料で形成され、初期放電を助長するためのイオン源となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第３１５１０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の構造では、一対の突出電極部間で生じるアーク放電時の熱及び膨張エネルギーにより放電補助部の一部が昇華消失してしまい、繰り返し放電時の放電電圧が不安定（放電電圧が上昇する）になるという問題があった。
特に、大電流の放電では、放電補助部の昇華消失が顕著になる傾向がある。また、放電電流が保証範囲を大幅に超えてしまうと、電極の設計を変更することが要求されると共に、安定した動作のために、サイズを大型化する、又は並列に接続するなどの対応が必要になる不都合があった。
なお、放電補助部の昇華消失を抑えるために放電補助部を単に厚くすることも考えられるが、放電時に放電補助部が絶縁性管との密着面から消失してしまうため、十分な抑制効果が得られない。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、放電補助部の昇華消失による動作の不安定化を抑制することが可能なサージ防護素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るサージ防護素子は、絶縁性管と、前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極と、前記絶縁性管の内周面に形成された放電補助部とを備え、一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、前記放電補助部が、絶縁性材料で形成された絶縁性層と、前記絶縁性層の上下にそれぞれイオン源材料で形成されたイオン源層との積層で構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のサージ防護素子では、放電補助部が、絶縁性材料で形成された絶縁性層と、絶縁性層の上下にそれぞれイオン源材料で形成されたイオン源層との積層で構成されているので、表面に露出しているイオン源層が放電によって昇華消失しても、表面のイオン源層と共にその下の絶縁性層も同時に昇華消失して次のイオン源層が露出することで、放電補助機能を維持することができる。
【０００９】
第２の発明に係るサージ防護素子は、第１の発明において、前記放電補助部が、前記イオン源層と前記絶縁性層とが交互に積層され少なくとも２層以上の前記絶縁性層と３層以上の前記イオン源層とを有していることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、放電補助部が、イオン源層と絶縁性層とが交互に積層され少なくとも２層以上の絶縁性層と３層以上のイオン源層とを有しているので、イオン源層が昇華消失に伴って少なくとも３回以上繰り返し露出することで、繰り返し放電時でも安定した動作を得ることができる。
【００１０】
第３の発明に係るサージ防護素子は、第１又は第２の発明において、前記絶縁性層が、酸化ケイ素で形成されていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、絶縁性層が、酸化ケイ素で形成されているので、アーク放電時の熱エネルギーにより昇華消失し易く、次のイオン源層を露出させることができる。
【００１１】
第４の発明に係るサージ防護素子は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記放電補助部が、前記絶縁性管の内周面の周方向に複数形成されており、複数の前記放電補助部のうち少なくとも一つが、他と異なる厚さに設定された前記絶縁性層を有していることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、絶縁性管の内周面の周方向に複数形成された放電補助部のうち少なくとも一つが、他と異なる厚さに設定された絶縁性層を有しているので、放電アークエネルギーによって特定の厚さの絶縁性層を有する放電補助部が１つ消失しても、他の厚さの絶縁性層を有した放電補助部が残存していることで、放電補助機能を維持することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るサージ防護素子によれば、放電補助部が、絶縁性材料で形成された絶縁性層と、絶縁性層の上下にそれぞれイオン源材料で形成されたイオン源層との積層で構成されているので、表面に露出しているイオン源層が放電によって昇華消失しても、表面のイオン源層と共にその下の絶縁性層も同時に昇華消失して次のイオン源層が露出することで、放電補助機能を維持することができる。
したがって、サージ電流や放電回数が増えてもサージ防護素子性能を良好に維持することが可能になる。特に、本発明に係るサージ防護素子は、大電流サージ耐性が要求されるインフラ用（鉄道関連、再生エネルギー関連（太陽電池、風力発電等））の電源及び通信設備に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態を示す要部の拡大断面図である。
【図２】第１実施形態において、サージ防護素子を示す軸方向の断面図である。
【図３】本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態において、絶縁性管の一部を破断して示す要部の斜視図である。
【図４】第２実施形態において、各放電補助部を示す要部の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るサージ防護素子の第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１５】
本実施形態のサージ防護素子１は、図１及び図２に示すように、絶縁性管２と、絶縁性管２の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極３と、絶縁性管２の内周面に形成された放電補助部４とを備えている。
上記一対の封止電極３は、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部５を有している。
【００１６】
また、上記放電補助部４は、絶縁性材料で形成された絶縁性層８と、絶縁性層８の上下にそれぞれイオン源材料で形成されたイオン源層９との積層で構成されている。
さらに、放電補助部４は、イオン源層９と絶縁性層８とが交互に積層され少なくとも２層以上の絶縁性層８と３層以上のイオン源層９とを有している。すなわち、放電補助部４は、イオン源層９／絶縁性層８／イオン源層９・・・のように絶縁性管２の内周面に繰り返し積層された構造を有し、絶縁性管２側の最下層と最表面である最上層とがイオン源層９になっている。なお、本実施形態では、４層のイオン源層９と３層の絶縁性層８との積層で構成された放電補助部４としている。
【００１７】
放電補助部４は、突出電極部５の軸線Ｃに沿って絶縁性管２の内周面に直線状に形成されている。
上記イオン源層９は、導電性材料であって、例えば炭素材で形成された放電補助部である。
上記絶縁性層８は、絶縁性管２と同じ材料又は絶縁性管２に含有されている材料で形成されている。例えば、絶縁性管２がＳｉＯ２等の酸化ケイ素を含有するアルミナなどの結晶性セラミックス材で形成されている場合、絶縁性層８はＳｉＯ２等の酸化ケイ素（シリカ）を含むセラミックス材で形成されている。
【００１８】
なお、絶縁性層８としては、他にマグネシア、ジルコニア等のセラミックス材料等の絶縁性材料が採用可能である。また、絶縁性層８を、イオン源層９を被覆するように形成しているが、イオン源層９よりも広い面積で形成し、一部を絶縁性管２の内周面に直接形成しても構わない。
【００１９】
上記イオン源層９と絶縁性層８との積層方法としては、例えば絶縁性層８となる原料粉末および有機バインダを混合し、スラリー状にする。次に、このスラリーを用いて薄いシートを形成するためにロールコータを用いてグリーンシートを作製する。さらに、このグリーンシートを切断し、イオン源となるグラファイトを塗布する。次に、グラファイトを挟むようにグリーンシートを積層することで積層体を作製する。そして、絶縁性管２を焼成する際に、積層体を絶縁性管２の内部に貼り付け、絶縁性管２と共に焼成することで、イオン源層９と絶縁性層８との積層を得ることができる。
例えば、イオン源層９の単層の厚さは、１０μｍに設定され、絶縁性層８の単層の厚さは、１００μｍに設定されている。
【００２０】
上記封止電極３は、例えば４２アロイ（Ｆｅ：５８ｗｔ％、Ｎｉ：４２ｗｔ％）やＣｕ等で構成されている。
封止電極３は、絶縁性管２の両端開口部に導電性融着材（図示略）により加熱処理によって密着状態に固定されている円板状のフランジ部７を有している。このフランジ部７の内側に、内方に突出していると共に絶縁性管２の内径よりも外径の小さな円柱状の突出電極部５が一体に設けられている。
【００２１】
上記絶縁性管２は、アルミナなどの結晶性セラミックス材である。なお、絶縁性管２は、鉛ガラス等のガラス管で形成しても構わない。
上記導電性融着材は、例えばＡｇを含むろう材としてＡｇ−Ｃｕろう材で形成されている。
上記絶縁性管２内に封入される放電制御ガスは、不活性ガス等であって、例えばＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ，ＳＦ６，ＣＯ２，Ｃ３Ｆ８，Ｃ２Ｆ６，ＣＦ４，Ｈ２，大気等及び  これらの混合ガスが採用される。
【００２２】
このサージ防護素子１では、過電圧又は過電流が侵入すると、まず放電補助部４と突出電極部５との間で初期放電が行われ、この初期放電をきっかけに、さらに放電が進展して一対のフランジ部７間又は突出電極部５間で放電が行われる。
【００２３】
このように本実施形態のサージ防護素子１では、放電補助部４が、絶縁性材料で形成された絶縁性層８と、絶縁性層８の上下にそれぞれイオン源材料で形成されたイオン源層９との積層で構成されているので、表面に露出しているイオン源層９が放電によって昇華消失しても、表面のイオン源層９と共にその下の絶縁性層８も同時に昇華消失して次のイオン源層９が露出することで、放電補助機能を維持することができる。
【００２４】
また、放電補助部４が、イオン源層９と絶縁性層８とが交互に積層され少なくとも２層以上の絶縁性層８と３層以上のイオン源層９とを有しているので、イオン源層９が昇華消失に伴って少なくとも３回以上繰り返し露出することで、繰り返し放電時でも安定した動作を得ることができる。
さらに、絶縁性層８が、酸化ケイ素で形成されているので、アーク放電時の熱エネルギーにより昇華消失し易く、容易に次のイオン源層９を露出させることができる。
【００２５】
次に、本発明に係るサージ防護素子の第２実施形態について、図３及び図４を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２６】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、絶縁性管２の内周面に１つの放電補助部４が形成されているのに対し、第２実施形態のサージ防護素子では、図３及び図４に示すように、絶縁性管２の内周面に複数の放電補助部２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃが互いに周方向に間隔を空けて形成されている点である。
また、第２実施形態では、複数の放電補助部２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのうち少なくとも一つが、他と異なる厚さに設定された絶縁性層を有している。
【００２７】
すなわち、第２実施形態では、放電補助部２４Ａの絶縁性層８ａよりも、放電補助部２４Ｂの絶縁性層８ｂの方が厚く形成され、放電補助部２４Ｂの絶縁性層８ｂよりも、放電補助部２４Ｃの絶縁性層８ｃの方が厚く形成されている。
例えば、放電補助部２４Ａの絶縁性層８ａの厚さは、１００μｍに設定され、放電補助部２４Ｂの絶縁性層８ｂの厚さは、１５０μｍに設定され、放電補助部２４Ｃの絶縁性層８ｃの厚さは、２００μｍに設定されている。
【００２８】
このように第２実施形態のサージ防護素子では、絶縁性管２の内周面の周方向に複数形成された放電補助部２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのうち少なくとも一つが、他と異なる厚さに設定された絶縁性層を有しているので、放電アークエネルギーによって特定の厚さの絶縁性層を有する放電補助部（例えば放電補助部２４Ａ）が１つ消失しても、他の厚さの絶縁性層を有した放電補助部（例えば、放電補助部２４Ｂ，２４Ｃ）が残存していることで、放電補助機能を維持することができる。
【００２９】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、放電補助部４を直線状に形成したが、点線状や複数の点状等の他の形状で形成しても構わないと共に、これらを組み合わせて複数形成しても構わない。
【符号の説明】
【００３０】
１…サージ防護素子、２…絶縁性管、３…封止電極、４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ…放電補助部、５…突出電極部、８，８ａ，８ｂ，８ｃ…絶縁性層、９…イオン源層、Ｃ…絶縁性管の軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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