JPS589561B2 - バリスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は多結晶バリスタに関する。

更に詳しく云うと、この発明は、高電圧サージ保護用の
多結晶バリスタ素子の直列の積重ね体を通る電流の均一
性を改善するための多結晶バリスタの新規な電極配列に
関する。

抵抗特性が非直線的であり、且つ方程式 ■一（ｙ）Ｃｔにより表わされる物質が二三知られてい
る。

こ５で、■はこの物質を流れる電流、■はこの物質に印
加される電圧、Ｃは、物体の物理的寸法、その組成、及
びこの物体の製法のパラメータによって決まる定数、そ
して、αは、一定範囲の電流についての定数であり、こ
の物体の抵抗特性の非直線性の程度を表わす。

このようなバリスタ材料のうちで良く知られている一例
は炭化ケイ素である。

炭化ケイ素及びその他の非金属性バリスタ材料の特徴は
、６以下のアルファ指数を有することである。

１０を超えるアルファ指数を呈する１群の多結晶金属酸
化物のバリスタ材料が最近製造されている。

これらの新しいバリスタ材料は、酸化亜鉛結晶粒の焼結
体を含み、更に、酸化ベリリウム、酸化ビスマス、フツ
化ビスマス、又はフツ化コバルトのような、他の金属酸
化物及び／又はハロゲン化物の粒間層を含み、これにつ
いては、米国特許第３６８２８４１｝号及び米国特許第
３６８７８７１号に述べられている。

配電技術に於では配電回路網の種々の地点に高電圧サー
ジ保護器を備え付けて、例えば、落雷や過渡的負荷異常
により生じる高エネルギサージに・よる損傷から配電回
路の素子や電力消費者の装置を保護するのが普通である
。

この目的のために、火花ギャップや炭化ケイ素バリスタ
が過去に使用されている。

サージ保護のために使用される炭化ケイ素は、アルファ
指数の値が比較的低いので、火花ギャップと直列に接続
されるのが普通である新しい金属酸化物のバリスタ装置
は、バリスタとしての性能が優れているので、配電系統
用の過渡電圧抑制積重ね体に於て優れた性能を与えるこ
とが出来るものと理論上考えられる。

多結晶金属酸化物バリスタが現在製造されている状態で
は、上述のバリスタ材料を、１対の対向する主面を有す
るディスク（円板）形の本体に圧成してから、焼結して
、セミラック・バリスタ・ディスクを作り出す。

１対の電極が各ディスクの対向する主面に施こされる。

配電系統に於る保護用の高電圧積重ね体は、電極を施こ
したディスクを適当な数だけ直列に積重ねることによっ
て作られる。

高電圧サージ保護用の炭化ケイ素バリスタ積重ね体もこ
れと同様にして形成される。

しかし、多結晶金属酸化物バリスタの場合、極めて高い
値のアルファ指数が、優れたバリスク性能を与えるが、
高電圧高エネルギ積重ね体に於で１つの問題を生じる。

それは、ディスク内のバリスタ特性の不均一性の悪影響
が増大されて、望ましくない電流のチャンネリング（
ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ）が起ることである。

多結晶金属酸化物バリスク・ディスクではバリスタ電圧
の小さな変化により、ディスクを通る電流分布に非常に
大きな変化を引き起す。

ディスク内にこの電流のチャンネリングが生じると、デ
ィスクを横断して電極間を流れる電流の殆んどすべてが
、ディスクの非常に小さな断面積によって運ばれるので
、ディスク内部に熱応力が生じ、ディスクを破壊したり
、ディスクの早期破損の原因となる。

各ディスクの各主面に単一体の電極を有する複数のディ
スクから成る高電圧サージ抑制積重ね体の場合、電流の
チャンネリングは、各ディスクの最も弱い部分を通って
生じ上述の悪影響をもたらす。

従ってこの発明の目的は、高エネルギ配電サージ抑制積
重ね体の中に包合される多結晶金属酸化物バリスタ素子
を提供して、積重ね体の素子を通る電流の選択的なチャ
ンネリングを防ぎ、積重ね体の信頼性を増大することで
ある。

この発明の別の目的は、対向する主面に模様付けした不
連続性電極を有する多結晶バリスタ素子を提供し、積重
ね体の相次ぐディスクの間の界面？等電位面か形成され
るのを防ぐことにより、ディスクを通る選択的な電流の
チャンネリングを防ぐことである。

この発明の別の目的は、積重ね体内の電流分布の均一性
を改善した、高エネルギ高電圧サージ抑制積重ね体を提
供することである。

この発明の実施例に従って簡単に云うと、１対の対向す
る平坦面を有する多結晶バリスタ材料の本体か、対向し
た平坦面の各々に施こされた不連続性のいくつかの電極
を有する。

これらの電極は、多結晶バリスタ材料の体に電気的接触
を与えるが、不連続性であるので、バリスタ本体の表面
に等電位面が存在するのを防ぐ。

この発明のもう１つの実施例では、各々のバリスタ本体
の主面に不連続性の、ある模様をもって配列された電極
を有する複数のバリスタ本体が直列に積重ねられて、高
エネルギ高電圧サージ抑制積重ね体を形成しており、こ
の場合、積重ね体にかかる電圧がバリスタ電圧を超える
と、実質的に均一な電流分布が積重ね体ｉ内に生じる。

この均一な電流分布は、積重ね体の素子間に等電位面が
存在しない結果として生じるものであり、積重ね体全体
にわたる均一な電流分布により、信頼性と性能が改善さ
れる。

第１図は、対向する主面にそれぞれ電極１１及び１２，
２１及び２２ ，３１及び３２を有するバリスタ素子１
０，２０及び３０を含む先行技術の多結晶バリタス積重
ね体を例示する。

バリスタ素子１０，２０及び３０の材質が不均一性であ
るために、各素子はそれぞれ、その中に優先的な電流通
路１３，２３及び３３を有する。

電極１２と２１及び電極２２と３１は、バリスタ素子１
０と２０及び２０と３０の接合部に等電位面を与えるの
で、積重ね体全体を通じて優先的な電流通路が存在する
。

この結果、積重ね体のバリスタ電圧を超える電圧サージ
が起ると、積重ね体を流れる電流のうちほぼすべての電
流が、積重ね体の構成素子の優先的な電流通路１３，２
３及び３３より成る優先的な電流通路を通って流れる。

この結果、電流通路の付近が局部的に加熱され、積重ね
体の素子の）１つ又はそれ以上が破砕されて積重ね体が
破壊されたり、また、バリスタ素子やそれに施こされた
電極が電気化学的に損傷されて積重ね体の性能を低下す
ることがある。

この発明に従うと、高エネルギ高電圧サージ抑制積重ね
体内の電流のチャンネリングは、第２図に例示するよう
に、ある模様をもって配列された電極を積重ね体の素子
に施こすことによって防がれる。

第２図は、主面に施こされた電極手段を有する、高エネ
ルギ高電圧サージ抑制積重ね体の中に包含される多結晶
バリスタ素子４０の１つの主面を示す。

この発明に従ってバリスタ・ディスク４０の表面に施こ
された電極手段は、ディスク４０の表面に不連続性の模
様に施こされた導電性素子４１を含む。

この発明に従う電極手段の不連続性により、積重ね体の
素子間の界面に等電位面が存在せず、これによって、積
重ね体全体を通る電流のチャンネリングが防がれ、この
ようなチャンネリングの有害な作用が防がれる。

優先的な電流通路は、個々の多結晶バリスタ素子の中に
ランダムに位置しているので、この発明に従って電極を
模様付けして配列して、電流が積重ね体の各ディスクの
優先的な通路を求めて流れるのを防ぐことにより、積重
ね体全体の有効な均一性が非常に改善される。

第２図に示されている模様付けした電極の導電性素子４
１は正方形として例示されているが、この発明はこれに
限られず、他の模様を使用しても良い。

模様の幾何学的形状も設計上選択されうる事柄であるが
、たゾ導電性素子４１の間隔を大きくし過ぎて、利用し
得るバリスタ素子４０の有効体積を望ましくなく減少し
、また間隔を小さくし過ぎて、バリスタ素子４０の表面
の隣接する電極素子４１間に望ましくない導電路を生じ
させることがないようにすべきである。

この発明を実施する場合最適な方法としては、模様付き
電極の導電性素子４１がバリスタ素子４０の表面積の約
２／３を占めるようにすべきであり、非導電性領域４５
がバリスタ素子４０の表面積の約１／３を占めるように
すべきである。

導電性素子４１の各各はバリスタ素子４０の表面積の３
％以下を占めるようにすべきである。

第３図は、第２図に示される複数のバリスタ素子を含む
、この発明に従う高エネルギ高電圧サージ抑制積重ね体
の一部分の断面図である。

第３図は、対向する主面に模様付き電極を有するバリス
タ素子４０，５０及び６０を示す。

バリスタ素子４０は、その第１面に第２図に示された導
電性素子４１と、その反対側の面に導電性素子４２とを
備えている。

同様にして、バリスタ素子５０及び６０はそれぞれその
反対側の面に導電性素子５１と５２、及び６１と６２を
備えている。

第３図に例示される積重ね体のバリスタ電圧を超える電
圧サージが起ると、積重ね体のバリスタ素子４０，５０
及び６０を通る導電路が、各ディスクの反対側にある電
極の対向する対の間に存在する。

電極が模様をもって配列されているので、隣接するバリ
スタ素子の界面に沿って導電路は存在しない。

従って、第３図のバリスタ積重ね体を通って流れる電流
が、第１図に関して上述したように、積重ね体のディス
クを通って選択的にチャンネリングすることが防がれる
。

従って、積重ね体を構成するバリスタ素子４０ ，５０
及び６０を通じて、第３図の積重ね体内の電流分布が更
に均一にされる。

第４図はこの発明に従うバリスタ積重ね体のもう１つの
実施例であり、この場合変更されている点は、絶縁材が
、各バリスタ素子に関連する電極表面に、導電性素子の
模様に対し相補的な模様で含まれていることである。

第４図に於て、バリスタ素子７０ ．８０及び９０はそ
の対向する表面に模様を付けた電極を有し、それぞれ、
バリスク素子７０の第１主面で絶縁材７３により包囲さ
れた導電性素子７１と、バリスタ素子７０の第２主面で
稗縁材７４により包囲された導電性素子７２と、バリス
タ素子８０の対向する主面で絶縁材８３により包囲され
た導電性素子８１と、絶縁材８４により包囲された導電
性素子８２と、バリスタ素子９０の対向する主面で絶縁
材９３及び９４によりそれぞれ包囲された導電性素子９
１と９２とを含んでいる。

絶縁材を電極表面に含めることは、模様を付けた電極の
隣接する導電性素子間の電気的破壊強度を増大するのに
役立ち、又バリスタ積重ね体を周囲の汚染から保護する
のにも役立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高エネルギ高電圧サージ抑制積重ね体の一部
分の断面図であり、積重ね体を通る電流のチャンネリン
グの有害な効果を例示している。 第２図は、主面に模様を付けた電極を有する、こ・の発
明に従う高エネルギ高電圧サージ抑制積重ね体の中に包
含される１つの多結晶バリスタ素子の平面図である。 第３図は、この発明に従う高エネルギ高電圧サージ抑制
積重ね体の断面図である。 第４図は、この発明に従う高エネルギ高電圧サージ抑制
積重ね体の一部分の断面図であり、この場台、絶縁材が
、積重ね体の素子の主面に、電極に対し相補的な模様に
施こされている。 主な符号の説明、１０，２０，３０，４０，５０，６０
，７０，８０，９０：バリスク素子、１１ ，１２，２
１，２２，３１，３２：電極、４Ｌ４２，５Ｌ５２，６
１，６２，７１ ，７２，８１ ，８２，９１ ，９２
：導電性素子（電極）、７３，７４，８３，８４，９３
，９４：絶縁体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高電圧サージ保護用の多結晶バリスタ素子の直列の
   積重ね体に含まれるこのような多結晶バリスタ素子に於
   て、１対の対向する平坦面を持つ多結晶バリスタ材料の
   本体と、上記対向する平坦面の各々に施こされて上記本
   体に対する電気的接触を与える電極手段とを有し、該電
   極手段が上記面に等電位面が存在しないように模様を付
   けて配置されていることを特徴とする多結晶バリスタ素
   子２ 直列に積重ねられた複数個の多結晶バリスタ材料
   の本体を有する高エネルギ高電圧サージ抑制積重ね体に
   於で、各々の上記本体の１対の対向する表面の各表面上
   に所定の幾何学的模様に配置された複数個の導電性素子
   を有し、直列に積重ねられた上記本体を、介々の導電性
   素子が隣接する本体に配置された対応する導電性素子と
   夫々接触する様に揃えて配列して、上記本体間を電気的
   に直列に相互接続すると共に、隣り合う本体間の接合部
   に沿って等電位面が存在しないようにしたことを特徴と
   する高エネルギ高電圧サージ抑制積重ね体。