JP2005038667A - サージアブソーバ - Google Patents

Abstract

【課題】放電開始電圧等の電気特性が安定であるサージアブソーバを提供すること。
【解決手段】周面に中央の放電ギャップ２を介して導電性被膜３が分割形成された柱状の円柱状セラミックス４と、円柱状セラミックス４の両端に対向配置され導電性被膜３に接触する一対の端子電極部材５と、一対の端子電極部材５を両端に配して円柱状セラミックス４を内部に封止ガス６と共に封止する筒型セラミックス７とを備えたサージアブソーバ１であって、端子電極部材５が、周縁部５Ａと突出支持部９とを備え、突出支持部９に円柱状セラミックス４を圧入又は嵌合させることによって突出支持部９と導電性被膜３との間の接触面１０が形成されていると共に、端子電極部材５のビッカース硬さＨｖが、１００＜Ｈｖ＜２００を満足する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サージ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】
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の接続する部分、電源線、アンテナ或いはＣＲＴ駆動回路等、雷サージや静電気等の異常電流（サージ電流）や異常電圧（サージ電圧）による電撃を受けやすい部分には、異常電圧によって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又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。
【０００３】
従来、例えばマイクロギャップを有するサージ吸収素子を用いたサージアブソーバが提案されている。このサージアブソーバは、導電性被膜で被覆した円柱状のセラミックス部材の周面に、いわゆるマイクロギャップが形成され、セラミックス部材の両端に一対のキャップ電極を有するサージ吸収素子が封止ガスと共にガラス管内に収容され、円筒状のガラス管の両端にリード線を有する封止電極が高温加熱で封止された放電型サージアブソーバである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
近年、機器の小型化に伴いこのような放電型サージアブソーバにおいても、表面実装化が進んでいる。上記サージアブソーバに適応した例としては、面実装型（メルフ型）として、封止電極にリード線がなく、実装するときは封止電極と基板側とを半田付けで接続して固定するものがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１１０３１１号公報 （第３−４頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のサージアブソーバには、以下の課題が残されている。すなわち、通信線や電源線等をはじめとする高サージ耐量を必要とする用途に対し、更に十分に対応可能な特性が要望されており、また、面実装型は実装時にガラス管が破損する可能性があるために、上記サージアブソーバで用いられていたガラス管をセラミックス管にすることが考えられている。
【０００７】
従来のガラス管を用いたサージアブソーバでは、ガラス管内に円柱状セラミックスを入れてガラス管の両端に封止電極を配した状態で高温炉でガラス管を溶融させて封止電極に密着固定する封止工程を有している。
この封止から冷却工程では、ガラス管が円柱状セラミックスとの熱膨張係数差により圧縮方向の残留応力を発生させるために、封止電極と円柱状セラミックスの導電性被膜とが十分なオーミックコンタクトを得ることができている。しかしながら、ガラス管の代わりにセラミックス管を用いた場合、セラミックス管と円柱状セラミックスとの熱膨張係数差が上述と比較して小さいために封止から冷却工程で発生する残留応力は小さく、封止電極と円柱状セラミックスの導電性被膜とのオーミックコンタクトが十分に得られないことがあり、放電開始電圧等の電気特性が安定しないという不都合が生じてしまう。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、放電開始電圧等の電気特性が安定であるサージアブソーバを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明に係るサージアブソーバは、周面に中央の放電ギャップを介して導電性被膜が分割形成された柱状の絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の端子電極部材と、セラミックス材料で形成され前記一対の端子電極部材を両端に配して前記絶縁性部材を内部に、封止ガスと共に封止する絶縁性管とを備えたサージアブソーバであって、前記端子電極部材が、前記絶縁性管の端面とロウ材で接着される周縁部と、径方向内側面で前記絶縁性部材を支持する支持凹部とを備え、該支持凹部に前記絶縁性部材を圧入又は嵌合させることによって前記支持凹部と前記導電性被膜との間の接触面が形成されていると共に、前記端子電極部材のビッカース硬さＨｖが、１００＜Ｈｖ＜２００を満足することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、支持凹部に絶縁性部材を圧入又は嵌合させることにより支持凹部と導電性被膜との間に円周上の帯状接触面が形成されることで、接触面の増大と確実な接触により十分なオーミックコンタクトを得ることができ、サージアブソーバの放電開始電圧等の電気特性が安定する。
また、端子電極部材が好適な硬度を有しているため、圧入させた際の絶縁性部材の破損や組立時の絶縁性部材と端子電極部材との接触不良を防止すると共に、一方の端子電極部材に絶縁性部材の入り込み過ぎにより他方の端子電極部材と絶縁性部材との接触不良を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明に係るサージアブソーバは、前記端子電極部材及び前記絶縁性管の常温付近における平均熱膨張係数差の絶対値δ（１／℃）が、δ＜１０×１０^−６を満足することが好ましい。
ロウ付けから冷却工程で、端子電極部材と絶縁性管との熱膨張係数の差から絶縁性管と端子電極部材との接合部分に大きな残留応力が発生してしまい、絶縁性管の破損や封止不良による気密性不良が生じるおそれがある。
この発明によれば、端子電極部材と絶縁性管との熱膨張係数の平均値の差が好適であるため、ロウ付けから冷却工程で熱膨張係数の差による残留応力の発生を抑制し、絶縁性管の破損や封止不良による気密不良を防止することができる。
【００１２】
また、本発明に係るサージアブソーバは、前記端子電極部材が、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）及びＣｏ（コバルト）の合金であるコバール（ＫＯＶＡＲ：登録商標）によって形成されていることが好ましい。
また、本発明に係るサージアブソーバは、前記端子電極部材が、焼鈍処理を施したコバールであることが好ましい。
この発明によれば、焼鈍処理を施すことにより通常のコバールよりも硬度が低く、上記条件を満足する端子電極部材とすることができる。
【００１３】
また、本発明に係るサージアブソーバは、前記導電性被膜と前記支持凹部とが、前記絶縁性部材よりも硬度の低い金属部材を介して接触していることが好ましい。
この発明によれば、絶縁性部材と支持凹部とが絶縁性部材よりも硬度の低い金属部材を介して接触しているので、絶縁性部材を圧入又は嵌合させた際に、低硬度金属部材が絶縁性部材と支持凹部とを両面に密着してより良好な接触面が形成できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るサージアブソーバの第１の実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
本実施形態によるサージアブソーバ１は、図１に示されるように、いわゆるマイクロギャップを使用した放電型サージアブソーバであって、周面に中央の放電ギャップ２を介して導電性被膜３が分割形成された円柱状セラミックス（絶縁性部材）４と、この円柱状セラミックス４の両端に対向配置され、円柱状セラミックス４を圧入することにより導電性被膜３に接触する一対の端子電極部材５と、これら一対の端子電極部材５を両端に配して、円柱状セラミックス４を内部に所望の電気特性を得るために組成等を調整された、例えば、Ａｒ（アルゴン）等の封止ガス６と共に封止する筒型セラミックス（絶縁性管）７とを備えている。
【００１５】
円柱状セラミックス４は、ムライト焼結体等のセラミックス材料からなり、表面に導電性被膜３として物理蒸着（ＰＶＤ）法、化学蒸着（ＣＶＤ）法等の薄膜形成技術によるＴｉＮ（窒化チタン）等の薄膜が形成されている。
放電ギャップ２は、レーザカット、ダイシング、エッチング等の加工によって０．０１から１．５ｍｍの幅で１から１００本形成されるが、本実施形態では、７０μｍのものを１本形成している。
【００１６】
一対の端子電極部材５は、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）及びＣｏ（コバルト）の合金であるコバールで構成されており、水素雰囲気中にて３０分間９００℃で加熱する焼鈍処理が施されている。
この一対の端子電極部材５は、図２に示されるように、それぞれ筒型セラミックス７の端面とロウ材８で接着される縦横比が１以下とされた長方形状の周縁部５Ａと、筒型セラミックス７の内側且つ軸方向に突出すると共に円柱状セラミックス４を支持する突出支持部（支持凹部）９とを備え、突出支持部９に囲まれて円柱状セラミックス４の端部に対向する位置には中央領域５Ｂが形成されている。突出支持部９は、径方向内側面と円柱状セラミックス４の端部とを圧入又は嵌合させやすいように、径方向内側面がわずかにテーパ形状を有することが望ましい。また、突出支持部９の先端の互いに対向する面が主放電面とされている。
一対の突出支持部９は、内周面で円柱状セラミックス４を突出支持部９に圧入又は嵌合させることによって接触面１０を形成し、導電性被膜３との十分なオーミックコンタクトを得ている。
【００１７】
筒型セラミックス７は、例えばＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の絶縁性セラミックスからなり、断面長方形を有し、両端面外形が周縁部５Ａの外周寸法とほぼ一致している。
このような構成において、端子電極部材５及び筒型セラミックス７の平均熱膨張係数差の絶対値δと、端子電極部材５のビッカース硬さＨｖとは、δ＜１０×１０^−６、１００＜Ｈｖ＜２００の両条件を同時に満足するように形成されている。
【００１８】
次に、以上の構成からなる本実施形態のサージアブソーバ１の製造方法について説明する。
まず、一対の端子電極部材５に対し、例えば、水素雰囲気中にて３０分間９００℃で加熱する焼鈍処理を施した後、抜き打ち加工によって所望の形状に一体成形する。
【００１９】
続いて、筒型セラミックス７の両端面に、ロウ材８とのぬれ性を向上させるために、例えば、モリブデン（Ｍｏ）−タングステン（Ｗ）層とＮｉ層とを各１層ずつ備えるメタライズ層を形成する。
そして、一方の端子電極部材５の中央領域５Ｂ上に、円柱状セラミックス４を突出支持部９に圧入又は嵌合させることによって円柱状セラミックス４を載置して径方向内側面と円柱状セラミックス４の端面とを接触させる。このときに、接触面１０が形成される。また、周縁部５Ａと筒型セラミックス７の端面との間にロウ材８を挟んだ状態で、筒型セラミックス７を他方の端子電極部材５の周縁部５Ａ上に載置する。
さらに円柱状セラミックス４の上方が中央領域５Ｂと対向するように端子電極部材５を載置して径方向内側面と端子電極部材５とを接触させる。そして、周縁部５Ａと筒型セラミックス７の端面との間にロウ材８を挟んだ状態とする。
【００２０】
上述のように仮組した状態で十分に真空引き後封止ガス雰囲気としてロウ材８が溶融するまで過熱し、ロウ材８の溶融により円柱状セラミックス４を封止し、その後急速に冷却を行い、サージアブソーバ１が製造される。
このようにして製造したサージアブソーバ１を、例えば、図３に示すように、プリント基板等の基板Ｂ上に筒型セラミックス７の一側面である実装面７Ａを基板Ｂ上に載置し、基板Ｂと一対の端子電極部材５の外面とを半田Ｓによって接着固定して使用する。
【００２１】
上記の構成によれば、円柱状セラミックス４を突出支持部９に圧入又は嵌合させることにより導電性被膜３と突出支持部９との間で帯状の接触面１０が形成され、良好なオーミックコンタクトが得られることで、サージアブソーバ１の放電開始電圧等の電気特性が安定する。また、端子電極部材５が焼鈍処理を施したコバールとなっていることで、端子電極部材５のビッカース硬さＨｖと端子電極部材５及び筒型セラミックス７の平均熱膨張係数差の絶対値δとが好適な値となる。したがって、圧入又は嵌合させた際の円柱状セラミックス４の破損や組立時の接触不良を防止し、一方の端子電極部材５に導電性被膜３の入り過ぎによる接触不良を抑制することができる。また、ロウ付けから冷却工程で、端子電極部材５と筒型セラミックス７との熱膨張係数の差による残留応力の発生を抑制し、筒型セラミックス７の破損や封止不良による機密不良を防止できる。
【００２２】
次に、第２の実施形態について、図４を参照しながら説明する。
なお、ここで説明する実施形態はその基本的構成が上述した第１の実施形態と同様であり、上述の第１の実施形態に別の要素を付加したものである。したがって、図４においては、図１と同一構成要素に同一符号をし、この説明を省略する。
【００２３】
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態では円柱状セラミックス４が直接突出支持部９に圧入又は嵌合された構成であるのに対して、第２の実施形態におけるサージアブソーバ２０は、円柱状セラミックス４が椀状に形成された一対のキャップ電極（金属部材）２１を介して突出支持部９に圧入されているとした点である。
一対のキャップ電極２１は、円柱状セラミックス４よりも硬度の低い、例えばステンレス等の金属からなり、外周部が端子電極部材５の突出支持部９の先端よりも軸方向内方に延びて断面略Ｕ字状に形成され、主放電面とされている。
【００２４】
次に、以上の構成からなる本実施形態のサージアブソーバ２０の製造方法について説明する。
まず、一対の端子電極部材５に対し焼鈍処理を施した後、抜き打ち加工によって一体成形する。
その後、一対のキャップ電極２１を円柱状セラミックス４の両端に係合させ、第１の実施形態と同様の方法でサージアブソーバ２０を製造する。
【００２５】
上記の構成によれば、円柱状セラミックス４よりも硬度の低く、塑性変形できるキャップ電極２１が設けられていることによって、キャップ電極２１が円柱状セラミックス４と突出支持部９とを両面に密着してより良好な接触面が形成できる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、より絶縁性部材の破損や過度の圧入による接触不良を防止するため、ビッカース硬さＨｖは、１４０＜Ｈｖ＜１８０を満足することが好ましい。
また、より残留応力を低減するため、平均熱膨張係数差の絶対値δは、δ＜８×１０^−６を満足することが好ましい。
【００２７】
また、導電性被膜は、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ合金、ＳｎＯ_２、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、ＳｉＣ、ＢａＡｌ、Ｃ、Ａｇ／Ｐｔ合金、ＴｉＯ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ等でもよい。
また、筒型セラミックス両端面のメタライズ層は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕでもよく、また、メタライズ層を用いず活性金属ロウ材だけで封止してもよい。
また、封止ガスは、所望の電気特性を売るために組成等を調整された、例えば、大気（空気）でもよく、Ａｒ、Ｎ_２、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｈ_２、ＳＦ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＯ_２等、及びこれらの混合ガスでもよい。
【００２８】
【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、接触面積の増大と確実な接触により導電性被膜と支持凹部との良好なオーミックコンタクトを得ることができる。したがって、放電開始電圧等の電気特性を長期にわたって安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態におけるサージアブソーバを示す軸方向断面図である。
【図２】本発明に係る第１の実施形態における端子電極部材を示すもので、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図３】本発明に係る第１の実施形態におけるサージアブソーバを基板上に実装したときの断面図である。
【図４】本発明に係る第２の実施形態におけるサージアブソーバを示す軸方向断面図である。
【符号の説明】
１、２０ サージアブソーバ
２ 放電ギャップ
３ 導電性被膜
４ 円柱状セラミックス（絶縁性部材）
５ 端子電極部材
５Ａ 周縁部
６ 封止ガス
７ 筒型セラミックス（絶縁性管）
８ ロウ材
９ 突出支持部（支持凹部）
１０ 接触面
２１ キャップ電極（金属部材）

Claims (5)

1. 周面に中央の放電ギャップを介して導電性被膜が分割形成された柱状の絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の端子電極部材と、セラミックス材料で形成され前記一対の端子電極部材を両端に配して前記絶縁性部材を内部に、封止ガスと共に封止する絶縁性管とを備えたサージアブソーバであって、
   前記端子電極部材が、前記絶縁性管の端面とロウ材で接着される周縁部と、
   径方向内側面で前記絶縁性部材を支持する支持凹部とを備え、
   該支持凹部に前記絶縁性部材を圧入又は嵌合させることによって前記支持凹部と前記導電性被膜との間の接触面が形成されていると共に、
   前記端子電極部材のビッカース硬さＨｖが、１００＜Ｈｖ＜２００を満足することを特徴とするサージアブソーバ。
2. 請求項１に記載のサージアブソーバにおいて、
   前記端子電極部材及び前記絶縁性管の常温付近における平均熱膨張係数差の絶対値δ（１／℃）が、δ＜１０×１０^−６を満足することを特徴とするサージアブソーバ。
3. 請求項１又は２に記載のサージアブソーバにおいて、
   前記端子電極部材が、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）及びＣｏ（コバルト）を備える合金によって形成されていることを特徴とするサージアブソーバ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のサージアブソーバにおいて、
   前記端子電極部材が、焼鈍処理を施したコバール（登録商標）であることを特徴とするサージアブソーバ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のサージアブソーバにおいて、
   前記導電性被膜と前記支持凹部とが、前記絶縁性部材よりも硬度の低い金属部材を介して接触していることを特徴とするサージアブソーバ。

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