JP2004031016A

JP2004031016A - サージアブソーバおよびそのマイクロギャップ形成方法

Info

Publication number: JP2004031016A
Application number: JP2002183001A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kato; 加藤　浩和; Hiroyuki Shiraishi; 白石　浩之; Takeshi Ogi; 尾木　剛; Hiroyuki Ikeda; 池田　宏幸
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-24
Also published as: JP4193426B2

Abstract

【課題】電子・電気機器を雷サージや静電気などの異常電圧から守るサージアブソーバ（過電流過電圧吸収素子）において、放電開始電圧の低電圧化、特性均一化および長寿命化を図るマイクロギャップ形成方法を提供する。
【解決手段】表面を導電性被膜３で被包して両端に一対の電極５、６を装着した円柱状のセラミック素体２に対して、その表面全周にわたって波長４００ｎｍ以下でエネルギー密度が５Ｊ／ｃｍ^２以上の紫外線レーザを照射して溝切り加工を施す。これにより、サージアブソーバ１の導電性被膜３およびセラミック素体２がアブレートされ、溝幅が小さくて溝深さが深く、放電電極への熱的影響が少ないマイクロギャップ７が形成される。その結果、サージアブソーバ１は放電開始電圧が低くなり、特性が均一化され、寿命が延びる。このガラス管封止型のサージアブソーバ１のほか、チップ型のサージアブソーバにも適用可能である。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雷サージや静電気などの異常電圧による電撃を受けやすい部分に設けられ、異常電圧によって電子・電気機器が破壊されるのを防止するガラス管封止型またはチップ型のサージアブソーバ（過電流過電圧吸収素子）のマイクロギャップ形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のサージアブソーバにおいてマイクロギャップを形成する際には、ＹＡＧレーザを照射して溝切り加工を施していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これでは、光エネルギーを吸収して熱に変換し、溶融した後、蒸発するという熱的加工となるため、次のような不都合があった。すなわち、溝幅を狭く加工することが困難であるため、サージアブソーバの放電開始電圧が高くなり、低電圧化が難しいことに加えて、加工精度が低いので、サージアブソーバの特性にバラツキが生じるとともに、サージアブソーバの寿命が短い。
【０００４】
また、溝深さの浅い加工では、両放電電極の端面部が放電による熱によって溶融し、この溶融物が放電間隙内に入り込んで放電電極間を短絡させ、これがために、放電の繰り返しとともに放電特性が劣化してしまう。繰り返し放電においても、放電電極間を短絡させずに放電特性を長期的に維持するためには、溝深さを十分に深くする必要がある。ところが、溝深さを深くすると、マイクロギャップ加工時に放電電極が熱的影響を多大に受けるので、放電特性に大きなバラツキが生じる。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、放電開始電圧の低電圧化、特性均一化および長寿命化を実現することが可能なサージアブソーバおよびそのマイクロギャップ形成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明のうち請求項１に係る発明は、円柱状のセラミック素体の表面を導電性被膜で被包し、前記セラミック素体の両端に一対の電極を装着し、前記セラミック素体の表面に幅３０μｍ以下で深さ５μｍ以上（好ましくは３０μｍ以上）のマイクロギャップを前記導電性被膜を分断する形で形成して構成される。
【０００７】
また、本発明のうち請求項２に係る発明は、絶縁性基板の表面を導電性被膜で被包し、前記絶縁性基板の表面に幅３０μｍ以下で深さ５μｍ以上のマイクロギャップを前記導電性被膜を分断する形で形成して構成される。
【０００８】
また、本発明のうち請求項３に係る発明は、表面を導電性被膜で被包して両端に一対の電極を装着した円柱状のセラミック素体に対し、その表面全周にわたって波長４００ｎｍ以下の紫外線レーザを照射して溝切り加工を施すことにより、当該セラミック素体の表面に幅３０μｍ以下で深さ５μｍ以上（好ましくは３０μｍ以上）のマイクロギャップを形成して構成される。
【０００９】
また、本発明のうち請求項４に係る発明は、表面を導電性被膜で被包した絶縁性基板に対し、その表面を波長４００ｎｍ以下の紫外線レーザを照射して溝切り加工を施すことにより、当該絶縁性基板の表面に幅３０μｍ以下で深さ５μｍ以上のマイクロギャップを形成して構成される。
【００１０】
また、本発明のうち請求項５に係る発明は、上記紫外線レーザとして４倍波紫外線レーザを用いて構成される。
【００１１】
また、本発明のうち請求項６に係る発明は、上記４倍波紫外線レーザとして、エネルギー密度が５Ｊ／ｃｍ^２以上のものを用いて構成される。ここで、４倍波紫外線レーザのエネルギー密度をこの範囲に限定したのは、これより低いエネルギー密度ではレーザ加工に要する時間が長くなりすぎて実用性に欠けるためである。
【００１２】
さらに、本発明のうち請求項７に係る発明は、上記紫外線レーザとして、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦまたはＮｄ：ＹＶＯ_４の３〜５倍波紫外線レーザを用いて構成される。
【００１３】
これらの構成を採用することにより、サージアブソーバの構成要素（導電性被膜およびセラミック素体、アブソーバ素子）を紫外線レーザがアブレートするように作用する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明に係るガラス管封止型のサージアブソーバの一例を示す図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその要部断面図、（ｃ）はマイクロギャップ近傍の拡大断面図である。
【００１６】
このガラス管封止型のサージアブソーバ１は、図１に示すように、円柱状のセラミック素体２を有しており、セラミック素体２の表面は、図１（ｂ）に示すように、Ａｇ／Ｐｄ、ＳｎＯ_２、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ｔａ、Ｗ、ＳｉＣ、ＢａＡｌ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ａｇ／Ｐｔ、ＩＴＯなどからなる導電性被膜３で被包されている。また、セラミック素体２の両端には、図１（ａ）に示すように、一対のキャップ電極５、６が嵌合しており、セラミック素体２の表面にはその全周にわたって幅３０μｍ以下で深さ５μｍ以上（好ましくは３０μｍ以上）のマイクロギャップ７が導電性被膜３を分断する形で形成されている。さらに、これらセラミック素体２、導電性被膜３およびキャップ電極５、６は、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、ＳＦ_６、ＣＯ_２、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｈ_２またはこれらの混合ガスなどの不活性ガスとともに円筒状のガラス管８内に収容されており、ガラス管８の両端には封止電極９、１０がそれぞれキャップ電極５、６に当接する形で嵌合している。
【００１７】
そして、このマイクロギャップ７を形成する際には、図１（ａ）に示すように、セラミック素体２を回転させつつ、波長が２６６ｎｍのレーザをエネルギー密度が５Ｊ／ｃｍ^２以上で所望の溝幅が得られるように集光した４倍波紫外線レーザをセラミック素体２の表面に照射する。すると、セラミック素体２の表面全周にわたって溝切り加工が行われるため、図１（ａ）、（ｃ）に示すように、マイクロギャップ７が形成されることになる。
【００１８】
このとき、４倍波紫外線レーザはサージアブソーバ１の構成要素（導電性被膜３、セラミック素体２）を局所的にアブレートする。その結果、溝幅が小さくて溝深さが深く、放電電極への熱的影響が少ないマイクロギャップ７を形成することができるので、サージアブソーバ１の放電開始電圧を低くするとともに、加工精度の向上によって特性のバラツキを抑制するとともに、繰り返し放電によっても劣化しにくくなって放電特性を長期的に維持することが可能となる。
【００１９】
なお、上述した実施形態においては、波長が２６６ｎｍでエネルギー密度が５Ｊ／ｃｍ^２以上の４倍波紫外線レーザを照射する場合について説明したが、４００ｎｍ以下の波長を有するレーザや、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦまたはＮｄ：ＹＶＯ_４などの３〜５倍波紫外線レーザ（３倍波紫外線レーザ、４倍波紫外線レーザまたは５倍波紫外線レーザ）で代用し、近い効果を得ることもできる。
【００２０】
また、上述の実施形態ではガラス管封止型のサージアブソーバ１について説明したが、チップ型のサージアブソーバに本発明を適用することも可能である。以下、第２の実施形態として、このチップ型のサージアブソーバについて説明する。
【００２１】
＜第２の実施形態＞
図２は本発明に係るチップ型のサージアブソーバの一例を示す図であって、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図、（ｃ）はマイクロギャップ近傍の拡大断面図である。
【００２２】
このチップ型のサージアブソーバ１１は、図２に示すように、アブソーバ素子１４を有しており、アブソーバ素子１４は絶縁性基板１２および導電性被膜１３から構成されている。すなわち、アブソーバ素子１４は平板状の絶縁性基板１２を有しており、絶縁性基板１２の表面は、図２（ｂ）に示すように、Ａｇ／Ｐｄ、ＳｎＯ_２、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ｔａ、Ｗ、ＳｉＣ、ＢａＡｌ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ａｇ／Ｐｔ、ＩＴＯなどからなる導電性被膜１３で被包されている。また、アブソーバ素子１４の表面には幅３０μｍ以下で深さ５μｍ以上（好ましくは３０μｍ以上）のマイクロギャップ１５が導電性被膜１３を分断する形で形成されており、アブソーバ素子１４の上側には蓋体１６が冠着されている。アブソーバ素子１４と蓋体１６との間の空間には、Ｈｅ、Ａｒなど各種の不活性ガスが封入されており、アブソーバ素子１４および蓋体１６の両端には一対の端子電極１７、１７がアブソーバ素子１４の各導電性被膜１３、１３に当接する形で嵌合している。
【００２３】
そして、このマイクロギャップ１５を形成する際には、アブソーバ素子１４を水平移動させつつ、波長が２６６ｎｍのレーザをエネルギー密度が５Ｊ／ｃｍ^２以上で所望の溝幅が得られるように集光した４倍波紫外線レーザをアブソーバ素子１４の表面に照射する。すると、アブソーバ素子１４の表面に溝切り加工が行われるため、図２（ａ）、（ｃ）に示すように、マイクロギャップ１５が形成されることになる。
【００２４】
このとき、４倍波紫外線レーザはサージアブソーバ１１の構成要素（アブソーバ素子１４）を局所的にアブレートする。その結果、溝幅が小さくて溝深さが深く、放電電極への熱的影響が少ないマイクロギャップ１５を形成することができるので、サージアブソーバ１１の放電開始電圧を低くするとともに、加工精度の向上によって特性のバラツキを抑制するとともに、繰り返し放電によっても劣化しにくくなって放電特性を長期的に維持することが可能となる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明に係るサージアブソーバの実施例および従来のサージアブソーバを挙げて説明する。
【００２６】
＜実施例１＞
４倍波紫外線レーザを用いて溝幅１０μｍ、溝深さ１０μｍのマイクロギャップを形成し、図１に示すサージアブソーバを製造した。
【００２７】
＜実施例２＞
４倍波紫外線レーザを用いて溝幅１０μｍ、溝深さ３０μｍのマイクロギャップを形成し、図１に示すサージアブソーバを製造した。
【００２８】
＜比較例１＞
ＹＡＧレーザを用いて溝幅３０μｍ、溝深さ１０μｍのマイクロギャップを形成し、図１に示すサージアブソーバを製造した。
【００２９】
＜比較例２＞
ＹＡＧレーザを用いて溝幅３０μｍ、溝深さ３０μｍのマイクロギャップを形成し、図１に示すサージアブソーバを製造した。
【００３０】
＜放電特性の比較＞
これら４種類のサージアブソーバについて、放電開始電圧、繰り返し放電における放電特性を調べ、その結果を表１および表２に示した。表２は繰り返し放電ごとに変化する放電開始電圧を示す表である。なお、マイクロギャップの形成方法、溝幅、溝深さ以外の条件はすべて同一である。
【表１】

【表２】

【００３１】
この結果から、４倍波紫外線レーザを使用し、溝幅を狭く、溝深さを深く加工することにより、低電圧化、特性均一化および長寿命化が図れることが明らかである。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係る発明によれば、放電開始電圧の低電圧化、特性均一化および長寿命化を実現することが可能なガラス管封止型のサージアブソーバを提供することができる。
【００３３】
また、本発明のうち請求項２に係る発明によれば、放電開始電圧の低電圧化、特性均一化および長寿命化を実現することが可能なチップ型のサージアブソーバを提供することができる。
【００３４】
また、本発明のうち請求項３〜７に係る発明によれば、サージアブソーバの構成要素である導電性被膜およびセラミック素体を紫外線レーザがアブレートすることから、放電開始電圧の低電圧化、特性均一化および長寿命化を実現することが可能なサージアブソーバのマイクロギャップ形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガラス管封止型のサージアブソーバの一例を示す図であって、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその要部断面図、（ｃ）はマイクロギャップ近傍の拡大断面図である。
【図２】本発明に係るチップ型のサージアブソーバの一例を示す図であって、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線による断面図、（ｃ）はマイクロギャップ近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
１……ガラス管封止型のサージアブソーバ
２……セラミック素体
３……導電性被膜
５、６……電極（キャップ電極）
７……マイクロギャップ
８……ガラス管
９、１０……封止電極
１１……チップ型のサージアブソーバ
１２……絶縁性基板
１３……導電性被膜
１４……アブソーバ素子
１５……マイクロギャップ
１６……蓋体
１７……端子電極

Claims

円柱状のセラミック素体の表面を導電性被膜で被包し、前記セラミック素体の両端に一対の電極を装着し、前記セラミック素体の表面に幅３０μｍ以下で深さ５μｍ以上のマイクロギャップを前記導電性被膜を分断する形で形成したことを特徴とするガラス管封止型のサージアブソーバ。
絶縁性基板の表面を導電性被膜で被包し、前記絶縁性基板の表面に幅３０μｍ以下で深さ５μｍ以上のマイクロギャップを前記導電性被膜を分断する形で形成したことを特徴とするチップ型のサージアブソーバ。
表面を導電性被膜で被包して両端に一対の電極を装着した円柱状のセラミック素体に対し、その表面全周にわたって波長４００ｎｍ以下の紫外線レーザを照射して溝切り加工を施すことにより、当該セラミック素体の表面に幅３０μｍ以下で深さ５μｍ以上のマイクロギャップを形成することを特徴とするガラス管封止型のサージアブソーバのマイクロギャップ形成方法。
表面を導電性被膜で被包した絶縁性基板に対し、その表面を波長４００ｎｍ以下の紫外線レーザを照射して溝切り加工を施すことにより、当該絶縁性基板の表面に幅３０μｍ以下で深さ５μｍ以上のマイクロギャップを形成することを特徴とするチップ型のサージアブソーバのマイクロギャップ形成方法。
前記紫外線レーザとして４倍波紫外線レーザを用いたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のサージアブソーバのマイクロギャップ形成方法。
前記４倍波紫外線レーザとして、エネルギー密度が５Ｊ／ｃｍ^２以上のものを用いたことを特徴とする請求項５に記載のサージアブソーバのマイクロギャップ形成方法。
前記紫外線レーザとして、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦまたはＮｄ：ＹＶＯ_４の３〜５倍波紫外線レーザを用いたことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のサージアブソーバのマイクロギャップ形成方法。