JP2003338353A - サージアブソーバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サージ耐量が大きく、寿命特性に優れ小型で
低コストなサージアブソーバを提供する。 【解決手段】 ガラス管５内にサージ吸収素子３をスラ
グリード６Ａ，６Ｂで封入したサージアブソーバにおい
て、サージ吸収素子３の端部とスラグリード６Ｂとの間
に高融点金属製の導電性緩衝部材１０を介在させる。金
属キャップを省略してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電話機、モデムな
どの電子機器が通信線と接続する部分、或いはＣＲＴ駆
動回路などの雷サージや静電気等の異常電圧による電撃
を受けやすい部分に接続することで、異常電圧によって
電子機器が破壊されるのを防ぐために使用される放電型
成型のサージアブソーバに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５（ａ）は、従来のマイクロギャップ
式サージアブソーバを示す断面図である。このサージア
ブソーバは、円柱状（多角柱状であっても良い。）のセ
ラミック素体１の表面にマイクロギャップ２Ａを設けて
ＳｎＯ_２等の導電性皮膜２を形成したマイクロギャップ
式サージ吸収素子３の両端に、金属製のキャップ電極４
Ａ，４Ｂを被着したものを、鉛ガラスからなるガラス管
５内に不活性ガスと共に挿入し、端子電極（スラグリー
ド：リード線付き封止電極）６Ａ，６Ｂで鋏持して固
定、封止することにより作製される。

【０００３】このようなサージアブソーバに要求される
特性に、放電開始電圧、絶縁抵抗、寿命特性及びサージ
耐量がある。このうち、サージ耐量は、異常電圧によっ
てサージアブソーバ内でアーク放電が発生した際に、セ
ラミック素体１とガラス管５の熱容量と熱伝導性の差に
よってサージアブソーバが破壊に至る現像に対する耐久
性の程度であり、サージアブソーバの形状により決定さ
れる特性である。このサージ耐量を増大させるために、 図５（ｂ）に示す如く、ガラス管として内径の大き
いガラス管５Ａを用いる； 図５（ｃ）に示す如く、ガラス管として、肉厚の厚
いガラス管５Ｂを用いる；ことが行われている。

【０００４】即ち、異常電圧によってサージアブソーバ
内でアーク放電が発生したとき、アーク放電の熱はセラ
ミック素体１よりなるサージ吸収素子３及びガラス管５
に伝導し、それぞれが過熱される。この時、セラミック
素体１は熱容量が小さく熱伝導度が大きいが、ガラス管
５は熱容量が大きくかつ熱伝導度が小さいため、ガラス
管５に比べてセラミック素体１の方が大きく熱膨張す
る。このため、大電流が流れたときにガラス管５内には
引張応力が発生し、応力の集中する端子電極（スラグリ
ード６Ａ，６Ｂ）とガラス管５との接触点でクラックが
発生し、破壊に至る。

【０００５】上記では、このクラック発生を、内径の
大きいガラス管５Ａを用いることにより、セラミック素
体１の熱膨張の影響を緩和して防止する。また、上記
では、肉厚が厚く、耐クラック性に優れたガラス管５Ｂ
を用いることにより、クラック発生を防止する。

【０００６】また、アーク放電によりギャップ電極が蒸
発しマイクロギャップの特性が劣化してサージ吸収素子
の特性が劣化することもある。これを防止するために、 金属キャップ電極４Ａ，４Ｂを設けないサージ吸収
素子を用いる；ことも行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記，のサージ耐
量の増大方法では、次のような問題があった。

【０００８】図５（ｂ）に示す如く、内径の大きいガラ
ス管５Ａを用いると、当然、作製されたサージアブソー
バ自体が大型化し、自動実装に必要な５ｍｍピッチのア
キシャルテーピングが不可能となる。また、ガラス管５
Ａの内径が大きくなった分、封止に使用する封止材（ス
ラグリード６Ａ’，６Ｂ’）の直径が大型化し、市販品
で入手することが非常に困難になる。このように直径の
大きな封止材を使用することなく、通常の封止材を用い
て封止することができるように、図５（ｄ）に示す如
く、スラグリード６Ａ，６Ｂとガラス管５Ａとの間にガ
ラスビーズ７Ａ，７Ｂを介在させることが考えられる
が、この場合には、別途ガラスビーズ７Ａ，７Ｂが必要
となるため、コストアップにつながる。

【０００９】図５（ｃ）に示す如く、肉厚のガラス管５
Ｂを用いる場合にも、サージアブソーバが大型化すると
共に、封止に使用するガラス量が増大する。また、ガラ
ス管自体のコストアップにつながる。

【００１０】上記のキャップ電極なしのサージ吸収素
子をガラス管内に入れる場合にあっては、封止後のガラ
ス管にクラックが発生し易い。

【００１１】本発明は上記従来の問題点を解決し、サー
ジ耐量が大きく、長寿命であり、小型で低コストなサー
ジアブソーバを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１）のサ
ージアブソーバは、ガラス管と、該ガラス管内に挿入さ
れたサージ吸収素子と、該ガラス管の両端に設けられ
た、該サージ吸収素子を鋏持して固定すると共に該ガラ
ス管を封止する封止電極とを有するサージアブソーバに
おいて、該サージ吸収素子の少なくとも一方の端部と封
止電極との間に、少なくとも表面が導電性材料で構成さ
れた緩衝部材を介在させたことを特徴とする。

【００１３】本発明（請求項２）のサージアブソーバ
は、ガラス管と、該ガラス管内に挿入されたサージ吸収
素子と、該ガラス管の両端に設けられた封止電極とを有
する放電型成型のサージアブソーバにおいて、該サージ
吸収素子の端部と封止電極との間に、高融点金属よりな
る緩衝部材が介在しており、該緩衝部材を主放電電極と
したことを特徴とするものである。

【００１４】本発明（請求項１，２）のサージアブソー
バでは、異常電圧を受けた際のセラミック素体の瞬間的
な熱膨張を緩衝部材の変形により吸収し、ガラス管に引
張応力が発生するのを防止することで、サージ耐量を増
大させることができる。

【００１５】本発明（請求項２）では、サージ吸収素子
が金属キャップ電極を有しておらず、従って金属キャッ
プ電極からの放電による蒸発が無く、これに伴う素子劣
化も無い。

【００１６】本発明（請求項２）では、緩衝部材を主放
電電極としてあり、従来に比べこの放電電極がサージ吸
収素子のマイクロギャップから遠ざかっているので、主
放電電極の蒸発の影響が小さい。この主放電電極は高融
点金属よりなるものであるための蒸発がきわめて少な
い。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。

【００１８】＜請求項１の発明の実施の形態＞図１は本
発明（請求項１）のサージアブソーバの実施の形態を示
す断面図である。図１に示すサージアブソーバは、サー
ジ吸収素子３の一端とスラグリード６Ｂとの間に緩衝部
材１０を介在させた点が図５（ａ）に示す従来のサージ
アブソーバと異なり、その他の構成は同様の構成とされ
ている。図１において図５（ａ）と同一機能を奏する部
材には同一符号を付してある。

【００１９】図１に示す緩衝部材１０は、図２（ａ）
（平面図），（ｂ）（側面図）に示す如く、金属板を円
形に切り抜いたものを中央で好ましくはθ＝約９０〜１
７８°とくに好ましくは１５０〜１７５°程度に折り曲
げたものである。この緩衝部材１０は、矢印Ｘ方向に弾
性変形するので、セラミック素体１の熱膨張が吸収され
る。

【００２０】この緩衝部材１０の直径はガラス管５の内
径よりも若干小さい程度とし、その厚さは０．１〜１ｍ
ｍ程度とするのが適当である。この厚さが０．１ｍｍ未
満では弾性係数（バネ強さ）が小さすぎ、１ｍｍ超では
弾性係数が大きすぎる場合がある。

【００２１】この金属板の材料としては、Ｆｅ，Ｎｉ，
Ｃｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｗの単体或いはこれら
の２種以上の合金を用いることができる。

【００２２】このような金属板よりなる緩衝部材は、円
形に切り抜いた金属板を折り曲げ加工する他、多角形に
切り抜いた金属板を折り曲げ加工することにより作製す
ることもできる。

【００２３】緩衝部材は、図３（ａ）に示す如く線対称
形状に金属板を切り抜いたものを、対象軸（点線で示
す）で図３（ｂ）に示す如く好ましくはθ＝約２〜６０
°とくに好ましくは５〜３０°程度に折り曲げたカスタ
ネット形状の緩衝部材１０Ａであっても良い。この緩衝
部材１０Ａも、応力の負荷又は解除により、矢印Ｘ方向
に弾性的に変形する。

【００２４】また、本発明で用いる緩衝部材は、アルミ
ナ、ムライト等のセラミック或いはポリイミド等の樹脂
などの絶縁性材料よりなる本体部分に、Ｔｉ，ＴｉＮ，
Ｗ，Ａｌ，ＳｎＯ_２，ＳｉＣ，Ｎｂの単体又は２種以上
の合金、或いはＢａ−Ａｌ合金等のＢａ含有率５０〜６
０重量％程度のＢａ合金のような導電性皮膜を形成し
て、表面を導電性としたものであっても良い。

【００２５】このような緩衝部材としては、具体的に
は、図４（ａ）（平面図），図４（ｂ）（側面図）に示
すような時計皿形状の緩衝部材１０Ｂが挙げられる。こ
の緩衝部材１０Ｂにおいて、絶縁性材料の本体部分の直
径は、ガラス管の直径よりも若干小さく、肉厚は１μｍ
〜１ｍｍ、例えば１０μｍ程度であることが好ましく、
このような本体部分に対して、蒸着等の手段で容易に導
電性皮膜を形成することができる。この緩衝部材１０Ｂ
であっても、応力の負荷及び解除により容易に矢印Ｘ方
向に可逆的に変形することで、セラミック素体の熱膨張
分を吸収することができる。

【００２６】なお、本発明に係る緩衝部材は図4
（ａ），（ｂ）に示すような形状に前述のような金属材
料を成形したものであっても良い。

【００２７】本発明において、このような緩衝部材は、
サージ吸収素子の両端に設けても良いが、一般的には、
一方の端部にのみ設ければ、十分にセラミック素体の熱
膨張分を吸収してサージ耐量を高めることができる。

【００２８】本発明のサージアブソーバは、サージ吸収
素子と共に緩衝部材をガラス管内に封止することによ
り、容易に作製することができる。

【００２９】＜請求項２の発明の実施の形態＞図６は本
発明（請求項２）のサージアブソーバの実施の形態を示
す断面図である。図６に示すサージアブソーバは、サー
ジ吸収素子３がキャップ電極４Ａ，４Ｂを有していない
点、及び、サージ吸収素子３とスラグリード６Ａ，６Ｂ
との間に緩衝部材１０Ｂを介在させた点が図５（ａ）に
示す従来のサージアブソーバと異なり、その他の構成は
同様の構成とされている。図６において図５（ａ）と同
一機能を奏する部材には同一符号を付してある。

【００３０】図６に示す緩衝部材１０Ｂは、図４の通
り、円形の金属板を時計皿状に湾曲させた形状のもので
ある。この緩衝部材１０は、矢印Ｘ方向に弾性変形する
ので、セラミック素体１の熱膨張が吸収される。

【００３１】この緩衝部材１０Ｂの直径はガラス管５の
内径よりも若干小さい程度とし、その厚さは０．１〜１
ｍｍ程度とするのが適当である。この厚さが０．１ｍｍ
未満では弾性係数（バネ強さ）が小さすぎ、１ｍｍ超で
は弾性係数が大きすぎる場合がある。

【００３２】この金属板の材料としては、２０００℃以
上の融点を有したＣｒ，Ｍｏ，Ｗの単体或いはこれらの
２種以上の合金を用いることができる。

【００３３】このような金属板よりなる緩衝部材は、図
２（ａ）（平面図），（ｂ）（側面図）に示す如く、金
属板を円形に切り抜いたものを中央で好ましくはθ＝約
９０〜１７８°とくに好ましくは１５０〜１７５°程度
に折り曲げた緩衝部材であってもよい。また、図７
（ａ），（ｂ）のように方形に切り抜いた金属板の四隅
を約３０〜９０°折り曲げ加工すると共に板央部を時計
皿状に湾曲加工することにより作製した緩衝部材１０Ｃ
であってもよい。

【００３４】本発明のサージアブソーバも、サージ吸収
素子と共に緩衝部材をガラス管内に封止することによ
り、容易に作製することができる。

【００３５】

【実施例】＜請求項１の発明の実施例及び比較例＞以下
に実施例及び比較例を挙げて本発明（請求項１）をより
具体的に説明する。

【００３６】実施例１ ポリイミド製本体（直径１．６ｍｍ，厚さ１０μｍ）に
タングステン導電性皮膜を２μｍの厚さに形成して、図
４に示す緩衝部材１０Ｂを作製し、緩衝部材としてこの
緩衝部材１０Ｂを用いて、図１に示すような本発明のサ
ージアブソーバを作製した。

【００３７】円柱状セラミック素体（直径１ｍｍ，長さ
３ｍｍ，コランダムムライト製）１に、厚さ２μｍのＳ
ｎＯ_２導電性皮膜２を形成し、両端にキャップ電極（Ｓ
ＵＳ製，肉厚０．１ｍｍ）４Ａ，４Ｂを圧入し、導電性
皮膜２の中央部に周方向にマイクロギャップ２Ａ（幅５
０μｍ）を形成して、サージ吸収素子３を作製した。

【００３８】これをガラス管（外径３ｍｍ，内径１．８
ｍｍ，長さ７．３ｍｍ）５に挿入し、次いで上記緩衝部
材１０Ｂを挿入した。このガラス管５の端部をスラグリ
ード（封止部の直径１．７ｍｍ，長さ１．８ｍｍ）でガ
ラス管５の端部を閉じた後、ガラス管５内を封止ガス
（Ａｒガス，８００Ｔｏｒｒ）雰囲気に置換し、その後
加熱して封止した。

【００３９】このサージアブソーバについて、サージ耐
量（波形８／２０μｓｅｃのインパルス電流を３回印加
したときにガラス管にクラックが発生する電流値）を調
べると共に、５ｍｍピッチのアキシャルテーピングの可
否を調べ、結果を表１に示した。

【００４０】比較例１ 実施例１において、緩衝部材１０Ｂを用いなかったこと
以外は同様にして、図５（ａ）に示すサージアブソーバ
を作製し、同様にサージ耐量及びテーピングの可否を調
べ、結果を表１に示した。

【００４１】比較例２ ガラス管として外径５．３ｍｍ，内径１．８ｍｍ，長さ
７．３ｍｍのものを用いたこと以外は比較例１と同様に
して、図３（ｃ）に示すサージアブソーバを作製し、同
様にサージ耐量及びテーピングの可否を調べ、結果を表
１に示した。

【００４２】比較例３ ガラス管として外径５．３ｍｍ，内径３．３ｍｍ，長さ
７．３ｍｍのものを用い、外径３．１ｍｍ，内径１．８
ｍｍ，長さ１．８ｍｍのガラスビーズを介してスラグリ
ードを取り付けたこと以外は比較例１と同様にして図５
（ｄ）に示すサージアブソーバを作製し、同様にサージ
耐量及びテーピングの可否を調べ、結果を表１に示し
た。

【００４３】比較例４ 比較例３において、ガラスビーズを用いず、封止部の直
径が３．３ｍｍのスラグリードを用いたこと以外は同様
にして図３（ｂ）に示すサージアブソーバを作製し、同
様にサージ耐量及びテーピングの可否を調べ、結果を表
１に示した。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１より、本発明（請求項１）のサージア
ブソーバは、小型でしかもサージ耐量が大きいことが明
らかである。

【００４６】なお、実施例１において、緩衝部材とし
て、図２（ａ），（ｂ）に示す如く、ＳＵＳ製金属板
（厚さ０．１ｍｍ）を直径１．６ｍｍの円板に切り抜
き、これを中央でθ＝１５０°に折り曲げた緩衝部材１
０を用いた場合においても、また、同様の金属板を図３
（ａ）に示す如く、直径１．６ｍｍの円が２つ部分的に
重なった形状に切り抜き、これを図３（ｂ）に示す如
く、θ＝３０°に折り曲げた緩衝部材１０Ａを用いた場
合においても、また、図４（ａ），（ｂ）に示す形状に
ＳＵＳを成形した緩衝部材を用いた場合においても、同
寸法で同サージ耐量のサージアブソーバを作製すること
ができた。

【００４７】＜請求項２の発明の実施例及び比較例＞ 実施例２ 厚さ０．１ｍｍのタングステン板よりなる直径１．６ｍ
ｍの図４に示す形状の緩衝部材１０Ｂを用いて、図６に
示す本発明（請求項２）のサージアブソーバを作製し
た。

【００４８】サージ吸収素子３としては、円柱状セラミ
ック素体（直径１ｍｍ，長さ３ｍｍ，コランダムムライ
ト製）１に、厚さ２μｍのＳｎＯ_２導電性皮膜２を形成
し、導電性皮膜２の中央部に周方向にマイクロギャップ
２Ａ（幅５０μｍ）を形成したものを用いた。

【００４９】これをガラス管（外径３ｍｍ，内径１．８
ｍｍ，長さ７．３ｍｍ）５に挿入し、次いで上記緩衝部
材１０を挿入した。このガラス管５の端部をスラグリー
ド（封止部の直径１．７ｍｍ，長さ１．８ｍｍ）でガラ
ス管５の端部を閉じた後、ガラス管５内を封止ガス（Ａ
ｒガス，１３００Ｔｏｒｒ）雰囲気に置換し、その後加
熱して封止した。

【００５０】このサージアブソーバについて、寿命特性
を次のようにして測定した。即ち、波形８／２０μｓｅ
ｃ−１００Ａのインパルス電流を３００回印加したとき
の放電開始電圧の変化率を測定し、この変化率が３０％
以下のものを寿命範囲内とし、３０％超のものを寿命と
判定し、５ｍｍピッチのアキシャルテーピング及び封着
の可否を調べ、結果を表１に示した。

【００５１】比較例５ サージ吸収素子３に対しキャップ電極（ＳＵＳ製、肉厚
０．１ｍｍ）を圧入し、マイクロギャップの本数を５本
とした。また、緩衝部材１０Ｂを用いなかった。これら
以外は実施例２と同様にして、図５（ａ）に示す如きサ
ージアブソーバ（ただし、マイクロギャップの本数は５
本）を作製し、同様にサージ耐量及びテーピングの可否
並びに封着の可否を調べ、結果を表１に示した。

【００５２】実施例３，４ 緩衝部材１０Ｂの代わりに図２に示す緩衝部材１０（実
施例２）又は図７に示す緩衝部材１０Ｃ（実施例３）を
用いた。なお、緩衝部材１０は直径１．６ｍｍであり角
度θ＝３０°である。緩衝部材１０Ｃは一辺１．２５ｍ
ｍの正方形板を加工したものであり、４隅の曲げ角度は
元の板面に対し３０°である。これらのこと以外は実施
例１と同様にしてサージアブソーバを作製し、同様にサ
ージ耐量及びテーピングの可否並びに封着の可否を調
べ、結果を表１に示した。

【００５３】比較例６ 図５（ｄ）に示すサージアブソーバを作製するに当り、
ガラス管として外径５．３ｍｍ，内径３．３ｍｍ，長さ
７．３ｍｍのものを用い、外径３．１ｍｍ，内径１．８
ｍｍ，長さ１．８ｍｍのガラスビーズ７Ａ，７Ｂを介し
てスラグリード６Ａ，６Ｂを取り付けた。また、サージ
吸収素子としてはマイクロギャップを１本だけ設けたも
のを用いた。これら以外は比較例５と同様にして図５
（ｄ）に示すサージアブソーバを作製し、同様にサージ
耐量及びテーピングの可否並びに封着の可否を調べ、結
果を表１に示した。

【００５４】比較例７ 実施例２において緩衝部材１０Ｂを用いなかったこと以
外は同様にして図６に示すサージアブソーバを作製し、
同様にサージ耐量及びテーピングの可否並びに封着の可
否を調べ、結果を表２に示した。

【００５５】

【表２】

【００５６】表２より、本発明（請求項２）のサージア
ブソーバは、小型でしかも寿命特性に優れ、テーピング
特性、封着特性にも優れることが明らかである。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のサージアブ
ソーバは、サージ耐量が大きく、寿命特性に優れ、しか
も、ガラス管の内径や肉厚を大きくする必要がないた
め、小型で、自動実装に必要な５ｍｍピッチのテーピン
グが可能であると共に、市販品で入手が容易な通常の封
止材で封着することができる。また、ガラスビーズが不
要で、ガラス管自体のコストアップの問題がないため、
安価に作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明（請求項１）のサージアブソーバの実施
の形態を示す断面図である。

【図２】図２（ａ）は緩衝部材の実施例を示す平面図、
図２（ｂ）は同側面図である。

【図３】図３（ａ）は緩衝部材の別の実施例を示す折り
曲げ前の平面図、図３（ｂ）は同折り曲げ後の斜視図で
ある。

【図４】図４（ａ）は緩衝部材の他の実施例を示す平面
図、図４（ｂ）は同側面図である。

【図５】従来のサージアブソーバを示す断面図である。

【図６】本発明（請求項２）のサージアブソーバの実施
の形態を示す断面図である。

【図７】図７（ａ）は緩衝部材の別の実施例を示す正面
図、図７（ｂ）は側面図である。

【符号の説明】

１ セラミック素体 ２ 導電性皮膜 ２Ａ マイクロギャップ ３ サージ吸収素子 ４Ａ，４Ｂ キャップ電極 ５，５Ａ，５Ｂ ガラス管 ６Ａ，６Ｂ スラグリード １０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 緩衝部材

───────────────────────────────────────────────────── 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 菱マテリアル株式会社電子技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス管と、該ガラス管内に挿入された
   サージ吸収素子と、該ガラス管の両端に設けられた、該
   サージ吸収素子を鋏持して固定すると共に該ガラス管を
   封止する封止電極とを有するサージアブソーバにおい
   て、 該サージ吸収素子の少なくとも一方の端部と封止電極と
   の間に、少なくとも表面が導電性材料で構成された緩衝
   部材を介在させたことを特徴とするサージアブソーバ。
2. 【請求項２】 ガラス管と、該ガラス管内に挿入された
   サージ吸収素子と、該ガラス管の両端に設けられた封止
   電極とを有する放電型成型のサージアブソーバにおい
   て、 該サージ吸収素子の端部と封止電極との間に、高融点金
   属よりなる緩衝部材が介在しており、該緩衝部材を主放
   電電極としたことを特徴とするサージアブソーバ。