JPH0740503B2 - サージ吸収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はサージ吸収装置に関し、さらに詳しくはギャッ
プ式サージ吸収素子とバリスタ電圧がライン電圧よりも
小さく、かつ該バリスタの電圧非直線係数の小さいバリ
スタとを電気的に直列に接続してなるサージ吸収装置に
関するものである。

［従来の技術］ ZnO系バリスタは電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性における非
直線性が極めて大きく、その電圧−電流特性をＩ＝kV^α
で表わしたときの電圧非直線係数αは25〜50、さらに50
を越えるものもあって、優れた非直線性を示すところか
ら、その特性を利用して従来サージ吸収等に使用されて
いる。しかしながら、このようなZnO系バリスタは、電
圧が印加されると漏れ電流が生じ、常時電圧が印加され
たまま長時間使用に供されると、次第に電圧−電流特性
の劣化が進行し、ついには破壊に至って短絡状態を生
じ、熱暴走する危険がある。

そこで、上記ZnO系バリスタ本来の優れたサージ応答特
性を保持しながら、前記漏れ電流の発生を最低減に抑え
てZnO系バリスタの劣化を防止し、ひいては前記の危険
を回避するために、ZnO系バリスタにネオン管やアレス
タのようなギャップ式サージ吸収素子を電気的に直列に
接続してなるサージ吸収装置が提案されている。しかし
ながら、この装置では、電圧非直線係数αの大きいZnO
系バリスタを使用していたために、ライン電圧よりも高
いバリスタ電圧を示すZnO系バリスタが選択されてい
た。

［従来技術の問題点］ このような従来のサージ吸収装置ではライン電圧よりも
高いバリスタ電圧を示すZnO系バリスタを使用していた
ために、サージ吸収装置としての放電開始電圧およびサ
ージ応答電圧が高くなり、それに伴なってサージ応答速
度も必然的に遅くなるところから、そのサージ吸収装置
の放電能力は小さく、したがって機器を保護するサージ
吸収装置の能力が十分でないという問題があった。

［研究に基づく知見事項］ そこで本発明者等は、上述のような状況に鑑みて種々研
究を重ねた結果、下記の知見を得た。

第１図のような等価回路で示されるギャップ式サージ吸
収素子２とバリスタ３とを電気的に直列に接続してなる
サージ吸収装置１において、そのバリスタ３の電圧−電
流（Ｖ−Ｉ）特性図を表している第２図について考察す
ると、α＝1/log₁₀（V_10mA／V_1mA）で表わされるバリス
タの電圧非直線係数αは第２図中の1mAから10mAに至る
Ｖ−Ｉ曲線の勾配に相当しており、このαが小さいバリ
スタのＶ−Ｉ曲線ａの勾配は、αが大きいバリスタのＶ
−Ｉ曲線ｂ′の勾配よりも大きく（急に）なっているこ
とがわかる。

ここで、1mA、10mAの電流値を用いたのは、バリスタの
基本特性である電圧非直線係数の定義がα＝1/log₁₀（V
_10mA／V_1mA）であるためであり、この意味は電流の変化
に対して如何に電流が変化しないかを数値化したもので
ある。（但し、V_1mAは1mAの電流が流れた時のバリスタ
電極間に現れた電圧を意味する。） 上記のようなサージ吸収装置１に組み込まれて使用され
るバリスタ３としては、ギャップ式サージ吸収素子の損
傷を避けなければならないところから、当然それに続流
が発生しないようなバリスタ電圧（V_1mA）を示すバリス
タを選定しなければならないが、そのためにはライン電
圧V_LとＶ−Ｉ曲線ｂ′とが交差する点のライン電流I_Lが
ギャップ式サージ吸収素子２のアーク維持電流L_Aよりも
小さく、すなわちI_L＜I_Aでなければならない。従来技術
において使用されていたZnO系バリスタは、Ｖ−Ｉ曲線
ｂのような特性を有するが、I_L＜I_Aであれば続流が発生
しないことから、ZnO系バリスタでもバリスタ電圧V_OをV
_O′まで下げ、曲線ｂ′のようなＶ−Ｉ特性のものを使
用することが可能である。

さらに、前記Ｖ−Ｉ曲線ｂ′よりも1mA〜10mA間で大き
な勾配を有するＶ−Ｉ曲線ａを示すバリスタ、すなわち
前記αの小さいバリスタについてみると、ライン電圧V_L
とＶ−Ｉ曲線ａとが交差する点の電流I_L′は、V_1mA〜V
_10mA間の電圧の変化が大きくなるため、I_Lよりも小さ
く、すなわちI_L′＜I_Lとなる。したがってＶ−Ｉ曲線ａ
を右側へ平行移動させてＶ−Ｉ曲線ａ′となるまで、換
言すればI_L′がI_L（I_L′＝I_L＜I_A）となるまで、Ｖ−Ｉ
曲線ａを示すバリスタのバリスタ電圧V_O′をV_O″まで低
くすることが可能になる。

本発明者等は、以上の点に着目して、I_L＜I_Aの条件下に
バリスタ電圧がライン電圧よりも小さく、かつ電圧非直
線係数αが１＜α＜20の範囲にあるバリスタを前記サー
ジ吸収装置１のバリスタ３として組み込むと、前記従来
のサージ吸収装置と同様に続流が防止されることは勿論
のこと放電開始電圧が低く、かつサージ応答電圧が低
く、その結果、サージ応答速度が速く、さらにサージ応
答後の残留電圧も低いサージ吸収装置、したがってサー
ジ吸収特性の優れたサージ吸収装置が得られること、 を見出した。

［発明の目的および発明の構成］ 本発明は、上記知見に基づいて発明されたもので、サー
ジ吸収特性、即ち続流が防止されると共にサージ応答電
圧及び残留電圧が低い優れたサージ吸収装置を提供する
ことを目的とし、 ギャップ式サージ吸収素子とバリスタとを電気的に直列
に接続してなるサージ吸収装置において、前記バリスタ
のバリスタ電圧がライン電圧よりも小さく、かつ前記バ
リスタの電圧非直線係数αが１＜α＜20の範囲にあり、
更に前記バリスタがTiO₂系、SrTiO₃系、SiC系又はSnO₂
系の中から選択されたバリスタであることを特徴とす
る、前記サージ吸収装置、 に係わるものである。

［発明の具体的な説明］ 本発明において使用されるギャップ式サージ吸収素子と
しては、低圧のネオンが微量のアルゴンとともに封入さ
れているガラス管球内に一対の電極が接近して設けられ
ているネオン管や、チューブ内に封入されたガス中で相
対する一対の電極が保護ギャップを形成しているガスチ
ューブアレスタのような、エネルギーの一部または残部
を放電させて異常電圧の波高値を低減させるためにギャ
ップが電極管に形成されている、従来のあらゆるギャッ
プ式サージ吸収素子を用いることができ、その放電開始
電圧は、その素子が組み込まれる回路の最大回路電圧よ
りも高ければよく、その回路の種類、特性等に応じて適
宜設定される。

本発明において使用されるバリスタは、そのバリスタ電
圧がライン電圧よりも小さく、かつその電圧非直線係数
αが１＜α＜20の範囲にあればどのような種類のバリス
タでも使用することができるが、好適にはT_iO₂系、S_rT_i
O₃系、S_iC系およびS_nO₂系のバリスタが使用され、また
上記αは通常５〜10であるのが好ましい。

本発明において、これらのバリスタの電圧非直線係数α
を１＜α＜20の範囲こ数値限定した理由は、通常、酸化
亜鉛等のバリスタのα値が50以上で続流を防止するため
に使用されているが、本発明で使用するバリスタの電圧
非直線係数αは、α値が直線抵抗（α＝１）より大き
く、かつ前記50より小さいα値を有するものを使用する
ことにより続流防止効果と共にサージ応答電圧及び残留
電圧を格段に低くすることができるという本発明の優れ
た効果が期待されます。しかし、本発明をより効果的に
実施するためには（即ちこれまで誰も省みなかったライ
ン電圧より低いバリスタ電圧を有するバリスタを使用す
るには）α値を50より数段小さくした時であり、このう
ち特にαを10、20の値とした時、ライン電圧より数段低
いバリスタ電圧のバリスタが使用可能となります。言い
換えれば電圧非直線係数αが20以上ではバリスタのV_1mA
とV_10mAに大きな差がないためにライン電圧より低いバ
リスタ電圧を有するバリスタを使用しても十分な効果を
得ることができず、またα値が１では直線抵抗であるた
めサージ耐量の大きなものがなくかつ残留電圧が高いも
のとなり、したがって本発明の効果が得られないため、
α値は１以上でなければならない。また実際に現存する
αの小さいバリスタのα値がこの範囲にあることから１
＜α＜20にしたが、実用上好ましくは５＜α＜10であ
る。

ギャップ式サージ吸収素子とバリスタとを接続するに
は、この両者が電気的に接続されればどのような手段に
よってもよいが、かしめ、はんだ付け、基板による配線
等を利用するのが好都合である。

本発明のサージ吸収装置を組み立てるに当っては、全体
の形状を安定させるため、一般に絶縁性のケースまたは
被覆材、あるいは熱収縮性チューブ等で被ったり、ある
いはそれらの被覆部材の内部にさらに充填材を充填する
のが好ましい。

本発明のサージ吸収装置は広範囲の電気的な装置および
機器の回路に組み込むことができ、特に電源ラインを有
する装置および機器のライン間、ライン−アース間にお
いて好都合に使用される。

［実施例］ ついで、実施例を参照しながら本発明を説明する。

実施例１ 第３図の縦断面図で示されるように、かしめ６によって
互いに電気的に直列に接続されているネオン管５とバリ
スタ４とを円筒状の絶縁性ベース７上に固定し、そして
そのベースの外側を熱収縮性チューブ８で被覆した構造
のサージ吸収装置に対してサージを印加して、実験を遂
行した。

使用したバリスタはα＝10、バリスタ電圧＝20VのS_rT_iO
₃系バリスタであり、また使用したサージ波形は（1.2×
50）μsec−5KVであった。

また比較のため、上記バリスタの代わりに、α＝60、バ
リスタ電圧＝220VのZnO系バリスタを使用して、上記と
同様な実験を繰り返した。

これらの実験の条件および結果をそれぞれ第１表および
第２表に示す。

第２表に示された結果から、実施例１では比較例１と比
べて、放電開始電圧、サージ応答電圧およびサージ残留
電圧がいずれも著しく低減していることがわかる。

実施例２ 第４図の縦断面図で示されるような、かしめ６によって
互いに電気的に直列に接続されているガスチューブアレ
スタ10とバリスタ９とを円筒状の絶縁ケース11内に収容
し、そしてそのケース11内に絶縁性充填材12を充填した
構造のサージ吸収装置について、実施例１と同様な実験
を遂行した。

使用したバリスタはα＝８、バリスタ電圧＝50VのTiO₂
系バリスタであり、また比較のため、上記バリスタの代
りに、α＝70、バリスタ電圧＝470VのZnO系バリスタを
使用して同様な実験を繰り返した。

これらの実験の条件および結果をそれぞれ第３表および
第４表に示す。

第４表に示された結果から、実施例２では比較例２と比
べて、放電開始電圧、サージ応答電圧およびサージ残留
電圧がいずれも著しく低減していることがわかる。

［発明の効果］ 以上述べた説明から明らかなように、本発明によると、
続流が防止されるばかりでなく、放電開始電圧、サージ
応答電圧および残留電圧がいずれも低く、したがって応
答速度が速い、サージ吸収能力の優れたサージ吸収装置
が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置を示す等価回路図、第２図は本発
明装置の特性を説明するためのグラフ、そして第３図お
よび第４図はそれぞれ本発明の実施例において採用した
サージ吸収装置の縦断面図である。図において ２……ギャップ式サージ吸収素子、3,4,9……バリス
タ、５……ネオン管、10……ガスチューブアレスタ、a,
a′,b,b′……電圧−電流曲線。

フロントページの続き (72)発明者 猿渡 暢也 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三 菱鉱業セメント株式会社セラミックス研究 所内 (72)発明者 伊藤 民治 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三 菱鉱業セメント株式会社セラミックス研究 所内 (56)参考文献 特開 昭55−88284（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−201490（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ギャップ式サージ吸収素子とバリスタとを
   電気的に直列に接続してなるサージ吸収装置において、
   前記バリスタのバリスタ電圧がライン電圧よりも小さ
   く、且つ前記バリスタの電圧非直線係数αが１＜α＜20
   の範囲にあり、更に前記バリスタがTiO₂系、SrTiO₃系、
   SiC系又はSnO₂系の中から選択されたバリスタであるこ
   とを特徴とするサージ吸収装置。