JP2003282216A

JP2003282216A - サージアブソーバ

Info

Publication number: JP2003282216A
Application number: JP2002086001A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ogi; 剛尾木; Hiroyuki Ikeda; 宏幸池田; Masanobu Asaumi; 雅伸浅海; Toshiaki Ueda; 稔晃植田; Takatoshi Oshika; 高歳大鹿; Akio Nishiyama; 昭雄西山
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】高速サージ電圧発生下の使用においてもすぐ
れた放電特性を安定して発揮することができる。【解決手段】放電ギャップを介して表面に導電性皮膜
が形成された絶縁性部材と、この絶縁性部材表面のうち
少なくとも前記導電性皮膜面を放電制御ガスとともに内
部に封止する密閉部材とを備えたサージアブソーバにお
いて、前記導電性皮膜の平均抵抗率ρを３０００μΩ・
ｃｍ以下に設定し、かつ、平均層厚０．５μｍ以下に設
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、落雷等で発生する
異常電流から様々な機器を保護し、事故を未然に防ぐの
に使用するサージアブソーバに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般に、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接続する部
分、あるいはＣＲＴ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、電子機器やこの機器を搭載するプリント基板の熱的
損傷または発火等による破壊を防止するために、サージ
アブソーバが接続されていることが知られている。

【０００３】上記のサージアブソーバとして、例えば、
図１に示すように、周面に放電ギャップ４を介して例え
ばＴｉＮなどの導電性皮膜３，３が分割形成されたＡ１
₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂セラミックスなどからなる絶縁性部材２
と、この絶縁性部材２の両端に対向配置され、導電性皮
膜３，３に接触する一対のキャップ電極５，５と、これ
らキャップ電極５，５の外側に対向配置された円柱状の
一対の封止電極６，６と、さらにこれらの封止電極６，
６を両端に配して絶縁性部材２を放電制御ガスとともに
内部に封止するガラス管７（密閉部材）とを備えたガラ
ス封止型サージアブソーバ１などが知られている。ま
た、導電性皮膜の形成法として、スパッタリング法、イ
オンプレーティング法などの物理蒸着法が知られてい
る。さらに、絶縁性部材の周面に形成された導電性皮膜
を周回状に分断し放電ギャップを形成する方法として、
レーザー照射法、あるいはブレード砥石切断法などが知
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一方、近年の情報通信
機器、電子デバイス機器等の高速通信化に伴い、これら
に搭載されるサージアブソーバに対しては極めて短時間
内における急激な立ち上がりを示す高速サージ電圧に対
しても安定した放電特性を示す高速応答性が強く要求さ
れているが、上記の従来サージアブソーバの場合、これ
を立ち上がりの遅いサージ電圧発生下において使用した
場合には問題はないが、これを高い衝撃を伴う高速サー
ジ電圧発生下で用いると、応答速度が不十分であるだけ
ではなく、特に導電性皮膜が高エネルギーの電気衝撃を
極めて短時間のうちに受けるようになるため、早期に導
電性皮膜が不健全化し、これが原因で短寿命に至るのが
現状である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、高速サージ電圧発生下の使用に
おいてもすぐれた放電特性を安定して発揮するサージア
ブソーバを開発すベく研究を行った結果、下記に示すよ
うな研究結果を得たのである。（１）高速サージ電圧発生下においては、放電時の電気
衝撃の程度が極めて高いため、ＴｉＮ等の本質的に脆い
物質を１μｍ以上の相対的に厚い層厚で被覆した導電性
皮膜では、放電時に放電衝撃が集中する部分において皮
膜が破壊されやすく、これがために放電の繰り返しとと
もに放電特性は劣化してしまう。高速サージ電圧発生下
においても皮膜破壊を発生させずに長寿命を発揮するサ
ージアブソーバを得るためには導電性皮膜の厚さを０．
５μｍ以下の極薄膜とする必要がある。しかし、導電性
皮膜が０．５μｍ以下の極薄膜になると、従来皮膜にお
いては電気伝導性が明らかに不十分となり、このような
場合にはサージ電圧が印加された場合に所定の応答電圧
において速やかに応答することができずに放電開始の遅
れが起こり、これがために電子機器を保護することがで
きなくなる。このような極薄膜においてもサージ電圧発
生時に迅速に応答させるためには抵抗率が３０００μΩ
・ｃｍ以下である導電性皮膜を設けなくてはならない。
ここで、導電性皮膜の抵抗率は、間隔１．２ｍｍのピン
を設置した抵抗計を用いて測定した抵抗値、および走査
型電子顕微鏡観察による皮膜の５点平均厚みを用いて計
算により求めた。（２）絶縁性部材に対して導電性皮膜を被覆し、放電ギ
ャップを設けた後に、部材表面の絶縁性皮膜部分を封止
する際に、特に封止温度が高い場合には皮膜表面は酸化
を被りやすく、これにより皮膜は表面変質を起こし抵抗
率が増加してしまう。この場合、抵抗率の増加度合いを
最小限に抑制するためには高温下においても化学的に十
分安定で表面酸化を起こしにくい皮膜を十分緻密に被覆
する必要がある。一方、従来、導電性皮膜の形成に用い
られてきたスパッタリング法、イオンプレーティング法
などの物理蒸着法で形成された導電性皮膜は、被覆温度
が５００℃以下であり、その被覆温度が物質の安定的結
晶化温度の目安である９００℃と比較して低温であるた
めに緻密化が十分進行しておらず、その結果、０．５μ
ｍ以下の極薄膜で形成させた場合にはその抵抗率を３０
００μΩ・ｃｍ以下にすることはできない。また、この
ように低温で形成された導電性皮膜は化学的に不安定な
ため、封入工程を経た状態ではその抵抗率は１００００
μΩ・ｃｍ以上になってしまう。これを用いたサージア
ブソーバは高速サージ電圧発生下の使用においては、応
答性、寿命ともに要求を全く満足できない。（３）導電性皮膜の抵抗率を３０００μΩ・ｃｍ以下に
下げるためには、被覆される物質の結晶化温度よりも高
い高温において導電性皮膜を被覆するのが好ましく、被
覆方法としては１０００℃以上の化学蒸着法を用いて被
覆するのが好ましく、さらに結晶性、緻密性を向上させ
るためには蒸着時の反応圧力を十分低下させ、反応ガス
中の水素濃度を９０％以上に設定することが望ましい。
さらに、導電性皮膜の抵抗率を低下させるために、被覆
した後、１０５０〜１２００℃の高温下、特に水素等の
還元性雰囲気中、１０分〜５時間保持することで結晶性
をさらに向上させることが望ましい。例えば、高温化学
蒸着法を用いて、１０００℃で炭窒化チタン層を０．２
μｍ被覆した後、１１００℃のＨ₂雰囲気中において１
時間高結晶化処理を施した導電性皮膜の抵抗率は１００
〜４００μΩ・ｃｍの抵抗率を示した。抵抗率は封入工
程以前の段階で１０００μΩ・ｃｍ以下であることが望
ましい。また、導電性皮膜としては、上記炭窒化チタン
の他、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭
酸化物、窒酸化物、炭窒酸化物の化合物のうちから選択
される１種を主体として構成されていてもよく、さらに
は、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸
化物、窒酸化物、炭窒酸化物のうちから選択される２種
以上の化合物の複層として構成されていてもよい。ま
た、４ａ族元素、５ａ族元素、６ａ族元素から選択され
る１種金属または２種以上の複合金属の炭化物、窒化
物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒酸化
物の化合物から選択される１種の単層、または２種以上
の複層でもよいが、１つの層における金属成分は少ない
方が抵抗率の低下を図りやすい。（４）導電性皮膜が同じ厚さで被覆された場合は、皮膜
の表面粗さが平滑になればなるほど抵抗率は低下するこ
とが明らかになり、このためには部材表面の粗さを０．
３μｍ以下に、さらに好ましくは０．１μｍ以下に調整
しておくことが望ましい。

【０００６】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、放電ギャップを介して表面に導電
性皮膜が形成された絶縁性部材と、この絶縁性部材表面
のうち少なくとも前記導電性皮膜面を放電制御ガスとと
もに内部に封止する密閉部材とを備えたサージアブソー
バにおいて、前記導電性皮膜が、平均抵抗率ρが３００
０μΩ・ｃｍ以下である電気伝導性のすぐれた皮膜を平
均層厚０．５μｍ以下の極薄膜として形成させたことを
特徴とする高速サージに対してすぐれた放電特性を有す
るサージアブソーバである。

【０００７】つぎに、この発明のサージアブソーバにお
いて、これを構成する導電性皮膜に関し、上記の通りに
数値限定した理由を説明する。（１）導電性皮膜の平均層厚皮膜の平均層厚が０．５μｍを越えると、サージアブソ
ーバに高い電気衝撃を伴う高速サージ電圧が印加された
場合に、皮膜自体が本質的に脆いものであるためにスパ
ッタリング現象により破壊されやすくなり、これにより
サージアブソーバの寿命特性が低下するようになること
から、平均層厚を０．５μｍ以下と定めた。

【０００８】（２）導電性皮膜の平均抵抗率皮膜の平均層厚が０．５μｍ以下の条件において、高速
サージが印加された状態でも十分な応答速度を発揮する
ためには皮膜の電気伝導性が極めて高い必要があり、皮
膜の平均抵抗率が３０００μΩ・ｃｍを越えたものでは
応答遅れが発生するために、平均抵抗率を３０００μΩ
・ｃｍ以下とした。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明のサージアブブ
ーバを実施例により具体的に説明する。本発明のサージ
アブソーバは、図１に示した従来のサージアブソーバと
ほぼ同様の構成をなすものであり、その相違点は、導電
性皮膜について存在するから、これについて説明するこ
ととする。表１に示される組成の絶縁性部材Ａ〜Ｃを、
アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で通常の化学
蒸着装置に装入し、表２に示される膜形成条件を用い
て、表３に示される組成および目標層厚の導電性皮膜を
蒸着形成し、さらにＨ₂雰囲気中において同じく表３に
示される温度、保持時間にて高結晶化処理することによ
り、実施例１〜８および比較例１〜２としてのサージア
ブソーバをそれぞれ製造した。

【００１０】

【表１】

【００１１】

【表２】

【００１２】

【表３】

【００１３】また、比較の目的で、同様に表１に示され
る組成の絶縁性部材Ａ〜Ｃを用い、表４に示される被覆
方法および条件により、同じく表４に示される組成およ
び目標層厚の導電性皮膜を蒸着形成することにより従来
例１〜１０としてのサージアブソーバをそれぞれ製造し
た。

【００１４】

【表４】

【００１５】この結巣得られた各種のサージアブソーバ
について、これを構成する各種導電性皮膜の組成および
層厚を、オージェ分光分析装置、さらに走査型電子顕微
鏡を用いて測定したところ、表３、４の目標組成および
目標層厚と実質的に同じ組成および平均層厚（任意５ヶ
所測定の平均値との比較）を示した。

【００１６】次に、実施例１〜８及び比較例１〜２、お
よび従来例１〜１０について、下記の表５の下部に示す
ような条件において、高速サージ印加試験を行い、初回
放電開始電圧及び応答電圧と３００回印加後の放電開始
電圧及び応答電圧を測定した。その結果を表５に示す。

【００１７】

【表５】

【００１８】表５に示されるように、本発明の一例であ
る実施例１〜１０は、その導電性皮膜の平均層厚が、
０．５μｍ以下に設定されるため、試験前および試験後
においても、放電特性の劣化が少ないということが分か
る。しかも、これら実施例１〜８については、導電性皮
膜を形成するのに化学蒸着法が用いられるとともに、高
結晶化処理が施されていることから、その平均抵抗率を
十分に下げることができているので、応答特性も優れて
いることが分かる。

【００１９】また、比較例１〜２は、その導電性皮膜の
層厚が、０．５μｍより大きく設定されるていたため、
放電特性の劣化が顕著になってしまった。さらに、従来
例１〜１０では、導電性皮膜を形成するのにスパッタリ
ング法が用いられるともに、高結晶化処理も施されてい
ないことから、平均抵抗率を下げることができず、応答
特性に劣っているものであり、また、放電特性の劣化も
顕著であった。

【００２０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のサージ
アブソーバによれば、導電性皮膜の平均層厚を０．５μ
ｍ以下に設定し、かつ、導電性皮膜の平均抵抗率を３０
００μΩ・ｃｍ以下に設定したことによって、高速サー
ジ電圧発生下の使用においてもすぐれた放電特性を安定
して発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のサージアブソーバを示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１サージアブソーバ２絶縁性部材３導電性皮膜４放電ギャップ５キャップ電極６封止電極７ガラス管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田宏幸埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱マテリアル株式会社セラミックス工場電子デバイス開発センター内 (72)発明者浅海雅伸埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱マテリアル株式会社セラミックス工場電子デバイス開発センター内 (72)発明者植田稔晃茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱マテリアル株式会社総合研究所那珂研究センター内 (72)発明者大鹿高歳茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱マテリアル株式会社総合研究所那珂研究センター内 (72)発明者西山昭雄茨城県那珂郡那珂町向山1002−14 三菱マテリアル株式会社総合研究所那珂研究センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電ギャップを介して表面に導電性皮
膜が形成された絶縁性部材と、この絶縁性部材表面のう
ち少なくとも前記導電性皮膜面を放電制御ガスとともに
内部に封止する密閉部材とを備えたサージアブソーバに
おいて、前記導電性皮膜は平均抵抗率ρが３０００μΩ・ｃｍ以
下の皮膜からなり、これを平均層厚０．５μｍ以下の膜
として形成させたことを特徴とするサージアブソーバ。
【請求項２】前記導電性皮膜の平均層厚が０．３μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のサージ
アブソーバ。
【請求項３】前記導電性皮膜の平均層厚が０．１μ
ｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のサージ
アブソーバ。
【請求項４】前記導電性皮膜の平均抵抗率ρが１０
００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１か
ら３のいずれかに記載のサージアブソーバ。
【請求項５】前記導電性皮膜が、４ａ、５ａ、６ａ
族金属から選択される１種、または２種以上の複合金属
の炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸
化物、炭窒酸化物のうちから選択される１種を主体とし
て構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれ
かに記載のサージアブソーバ。
【請求項６】前記導電性皮膜が、チタンの炭化物、
窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒
酸化物のうちから選択される１種を主体として構成され
ることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の
サージアブソーバ。
【請求項７】前記導電性皮膜が、４ａ、５ａ、６ａ
族金属から選択される１種、または２種以上の複合金属
の炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸
化物、炭窒酸化物のうちから選択される２種以上の複層
で構成されていることを特徴とする請求項１から４のい
ずれかに記載のサージアブソーバ。
【請求項８】前記導電性皮膜が、チタンの炭化物、
窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒
酸化物のうちから選択される２種以上の複層で構成され
ていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記
載のサージアブソーバ。
【請求項９】前記導電性皮膜が、化学蒸着法によっ
て形成されていることを特徴とする請求項１から８のい
ずれかに記載のサージアブソーバ。
【請求項１０】前記導電性皮膜が、皮膜形成後に高
温下において所定時間熱処理されることを特徴とする請
求項９に記載のサージアブソーバ。
【請求項１１】前記絶縁性部材の表面粗さＲａが
０．３μｍ以下であることを特徴とする請求項１から１
０のいずれかに記載のサージアブソーバ。
【請求項１２】前記絶縁性部材の表面粗さＲａが
０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から１
０のいずれかに記載のサージアブソーバ。