JP2007188754A

JP2007188754A - サージアブソーバの製造方法

Info

Publication number: JP2007188754A
Application number: JP2006005825A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Abe; 政利阿部
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】製造が容易なサージアブソーバの製造方法を提供すること。
【解決手段】表面に導電性被膜３が形成された円柱状セラミックス４を、該円柱状セラミックス４の両端に前記導電性被膜３と電気的に接続される一対の封止電極６を配置した状態で、ガラス管８内に封止ガス７と共に封入する封入工程と、前記ガラス管８の外側から、前記導電性被膜３に対してレーザ光を照射することで、該導電性被膜３を分断すると共に放電ギャップ２を形成する分断工程とを備える。
【選択図】図１

Description

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の製造方法に関する。

電話機、ファクシミリ、モデムなど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、アンテナあるいはＣＲＴ駆動回路など、雷サージや静電気などの異常電流（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または発火など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。

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材料の周面に、いわゆるマイクロギャップが形成され、円柱状セラミックスの両端に一対の金属キャップ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）。

このサージアブソーバは、以下のような手順によって製造される。まず、円柱状セラミックス部材の周面に導電性被膜を形成し、導電性被膜にレーザ光を照射してマイクロギャップを形成する。そして、円柱状セラミックスの両端に一対の金属キャップを係合させることでサージ吸収素子を構成する。その後、サージ吸収素子を封止ガスと共にガラス管内に封入することで製造される。
そして、放電ギャップによって導電性被膜が確実に分割されていることを確認するために、製造されたサージアブソーバに電圧を印加してサージアブソーバの抵抗値を測定するＩＲチェック試験を行っている。このＩＲチェック試験では、測定した抵抗値が所定の値よりも大きいときに、導電性被膜が放電ギャップによって分割されて一対の封止電極間でオープン状態になっていると判定している。また、測定した抵抗値が所定の値よりも小さいときには、放電ギャップ内に例えば異物が存在することによって一対の封止電極間でショート状態になっていると判定している。
特開昭６２−２６８１０４号公報

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、導電性被膜に放電ギャップを形成するギャップカット工程を行った後で円柱状セラミックスをガラス管内に封入するので、導電性被膜が外気にさらされる。そのため、放電ギャップ内に異物などが付着して一対の封止電極間でショート状態となったり、放電ギャップの近傍における導電性被膜の酸化や導電性被膜の変質が発生したりすることがあり、サージアブソーバの特性にバラツキが生じることがある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、製造が容易なサージアブソーバの製造方法を提供することを目的とする。

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、本発明のサージアブソーバの製造方法は、表面に導電性被膜が形成された絶縁性部材を、該絶縁性部材の両端に前記導電性被膜と電気的に接続される一対の封止電極を配置した状態で、絶縁性管内に封止ガスと共に封入する封入工程と、前記絶縁性管の外側から、前記導電性被膜に対してレーザ光を照射することで、該導電性被膜を分断すると共に放電ギャップを形成する分断工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、外部から進入したサージなどの異常電流及び異常電圧を、放電ギャップでの放電をトリガとして主放電を行うことで吸収する。この際、導電性被膜が形成された絶縁性部材を絶縁性管内に封入した後で導電性被膜に対してレーザ光を照射することで放電ギャップを形成している。これにより、放電ギャップの形成後に導電性被膜が外気にさらされることを抑制し、放電ギャップ内に異物などが付着して一対の封止電極間でショート状態となることや、放電ギャップの近傍における導電性被膜の酸化や導電性被膜の変質が発生することを防止する。したがって、放電開始電圧などの電気特性を安定化させることができる。
また、上述したＩＲチェック試験などを行う電気特性の測定工程中に、放電ギャップを形成する分断工程を行うことができるので、サージアブソーバの製造工程を簡略化することができる。

また、本発明のサージアブソーバの製造方法は、前記封入工程が、前記絶縁性部材の両端に、前記絶縁性部材よりも硬度の低い材料によって形成された一対の金属キャップを係合させた状態で、前記一対の封止電極を配置することが好ましい。
この発明によれば、絶縁性部材の両端に絶縁性部材よりも硬度の低い金属キャップを係合させた状態で封止電極を配置しているので、導電性被膜と金属キャップとの電気的接触が良好になる。これにより、金属キャップと封止電極との電気的接触が良好となる。したがって、絶縁性部材の両端に封止電極を配置することと比較して、導電性被膜と封止電極との導電性が安定する。

また、本発明のサージアブソーバの製造方法は、前記分断工程で、ＹＡＧレーザまたは紫外線レーザを照射することが好ましい。
この発明によれば、分断工程において、絶縁性管を透過可能なＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザまたは紫外線レーザを導電性被膜に照射して放電ギャップを形成する。

本発明のサージアブソーバの製造方法によれば、封入後に導電性被膜に対してレーザを照射して放電ギャップを形成するので、導電性被膜の分割後に導電性被膜が外気にさらされない。これにより、放電ギャップ間における異物の付着による封止電極間のショートの発生や、放電ギャップの近傍における導電性被膜の酸化や変質の発生が抑制される。また、電気特性の測定工程中に分断工程を行うことができるので、サージアブソーバの製造工程を簡略化することができる。

以下、本発明にかかるサージアブソーバ及び製造方法の一実施形態を、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に示すように、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て導電性被膜３に接触する一対の金属キャップ５と、一対の金属キャップ５を介して導電性被膜３と電気的に接続される一対の封止電極６と、一対の封止電極６を両端に配置して封止ガス７と共に封止するガラス管（絶縁性管）８とを備えている。

円柱状セラミックス４は、ムライト焼結体など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）法や化学蒸着（ＣＶＤ）法などの薄膜形成技術によるＴｉＮ（窒化チタン）が形成されている。
放電ギャップ２は、導電性被膜３の中央に、円柱状セラミックス４の周面に沿ってＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザからのレーザ光を照射し、導電性被膜３を分断することによって形成される。
一対の金属キャップ５は、円柱状セラミックス４よりも硬度が低く、塑性変形できる、例えば、ステンレスなどの金属からなり、断面ほぼＵ字状に形成されている。また、一対の金属キャップ５は、円柱状セラミックス４の両端にそれぞれ係合されており、互いに対向する面が主放電面５Ａとなっている。

封止電極６は、Ｆｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）合金の表面を酸化銅で被覆した金属で形成され、円板状となっている。そして、封止電極６の一方の面が金属キャップ５と接触しており、他方の面にリード線９が溶接されている。このリード線９は、銅覆鋼線（以下、ＣＰ線と称する）で形成されている。

ガラス管８は、ＹＡＧレーザから出射されたレーザ光を透過する封止用ガラスあるいは例えば鉛ガラスやソーダ石灰ガラスのような軟質ガラスで構成されており、円筒状となっている。また、ガラス管８の両端近傍において封止電極６の外周面がガラス管８の内周面と溶着されている。ここで、封止電極６の表面が酸化銅で被覆されているため、ガラス管８とのぬれ性が良好となっている。したがって、後述する封入工程においてガラス管８の内周面と封止電極６の外周面との溶着が強固になり、より確実に封止することができる。
封止ガス７は、放電開始電圧などの電気特性が所望の値となるように組成などを調整されたガスであって、例えばＡｒ（アルゴン）によって構成されている。

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。
本実施形態におけるサージアブソーバの製造方法は、サージ吸収素子形成工程と、封入工程と、分断工程とを備えている。
最初に、サージ吸収素子形成工程を行う。このサージ吸収素子形成工程は、まず、円柱状セラミックス４の表面に物理蒸着法や化学蒸着法などの薄膜形成技術を用いてＴｉＮ薄膜を形成し、導電性被膜３を構成する。そして、一対の金属キャップ５を円柱状セラミックス４の両端に係合させる。ここで、金属キャップ５は、円柱状セラミックス４よりも硬度が低いので、金属キャップ５の内周面と導電性被膜３との電気的接触が良好となる。すなわち、導電性被膜３と金属キャップ５との導電性が安定している。

次に、封入工程を行う。この封入工程は、封止ガス７の雰囲気内において、カーボンヒータ１０を用いてガラス管８と一対の封止電極６とを溶着する。このカーボンヒータ１０は、図２（ａ）に示すように、カーボンで構成された上治具１１及び下治具１２によって構成されている。この上治具１１及び下治具１２には、ガラス管８、円柱状セラミックス４及び一対の封止電極６を収容するためのワーク穴１１Ａ、１２Ａがそれぞれ形成されている。まず、ワーク穴１２Ａ内にガラス管８を載置し、続いて一方の封止電極６をガラス管８に挿通するように載置する。そして、封止電極６上に金属キャップ５が係合された円柱状セラミックス４を載置する。次に、他方の封止電極６を金属キャップ５の上に載置する。この状態で、封止ガス７の雰囲気内において、上治具１１及び下治具１２を加熱すると、封止電極６の外周面とガラス管８の両端近傍の内周面とが溶着する。これにより、円柱状セラミックス４及び一対の封止電極６がガラス管８内に封止ガス７と共に封入される。

最後に、分断工程を行う。この分断工程は、図２（ｂ）に示すように、ＹＡＧレーザ１３を用いて、導電性被膜３の中央にレーザ光を照射する。ＹＡＧレーザ１３からのレーザ光は、その波長が１０６４ｎｍであり、ガラス管８を透過可能であると共に導電性被膜３で吸収されるので、導電性被膜３を分断して放電ギャップ２を形成する。ここで、円柱状セラミックス４を封入したガラス管を軸回りで回転させながらレーザ光を照射することで、円柱状セラミックス４の周面に沿って放電ギャップ２を形成する。以上のようにして、サージアブソーバ１を製造する。
このようにして製造したサージアブソーバ１は、例えば、プリント基板と一対のリード線９とをハンダによって接着固定して使用する。そして、外部から進入したサージなどの異常電流や異常電圧を、放電ギャップ２での放電をトリガとして一対の金属キャップ５の主放電面５Ａ間で主放電を行うことで吸収する。

上記のサージアブソーバの製造方法によれば、円柱状セラミックス４をガラス管８内に封入した後でレーザ光を導電性被膜３に照射して分断しているので、導電性被膜３の分割後に導電性被膜３が外気にさらさることを防止する。これにより、放電ギャップ２間において異物の付着による封止電極６間のショートが発生することや、放電ギャップ２の近傍における導電性被膜３の酸化や変質の発生が抑制される。したがって、放電開始電圧などの電気特性のバラツキを抑制して安定化させることができる。また、電気特性の測定工程中に、分断工程を行うことができるので、サージアブソーバの製造工程を簡略化することができる。
また、導電性被膜３が金属キャップ５を介して封止電極６と電気的に接続されているので、円柱状セラミックス４の両端に封止電極６を直接配置することと比較して、導電性被膜３と封止電極６との電気的接触が良好となり、導電性被膜３と封止電極６との導電性が安定する。

次に、本発明にかかるサージアブソーバを、実施例により具体的に説明する。
まず、上述した一実施形態のサージアブソーバと、ガラス管８による封入前に導電性被膜３の中央にレーザを照射して放電ギャップ２を形成した２つのサージアブソーバとを製造し、それぞれ実施例、比較例１、２とした。そして、それぞれのサージアブソーバにおいてサージ電圧の印加回数に対する放電開始電圧を測定した。この結果を、図４に示す。なお、実施例、比較例１、２共に放電開始電圧が３００Ｖとなるように放電ギャップ２の幅や封止ガス７などが調整されている。

図４より、ガラス管８への封止後に放電ギャップ２を形成することで、放電ギャップ２の近傍における導電性被膜３の酸化や変質が抑制されるので、印加回数が少なくても放電開始電圧のバラツキが小さく、安定していることを確認した。

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できる。
例えば、上記実施形態では、円柱状セラミックスの両端に金属キャップを係合させているが、図３に示すような構成のサージアブソーバ２０であってもよい。このサージアブソーバ２０は、円柱状セラミックス４の両端に金属キャップを係合させず、導電性被膜３と封止電極６とが直接接続される構成となっている。ここで、封止電極６の互いに対向する面が主放電面となる。このような構成であっても、上述と同様の作用、効果を有することができる。
また、主放電電極の他方の面にリード線が溶接されているが、リード線を設けない構成であってもよい。このような構成であっても、上述と同様の作用、効果を有することができる。

また、封止ガスとしてＡｒを用いているが、サージアブソーバの放電特性に応じて他のガスを適宜用いてもよい。ここで、適用可能な封止ガスとしては、例えば、Ｎ_２やＮｅ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｈ_２、ＳＦ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＯ_２があげられる。また、これらにＡｒを加えた中で適宜選択した混合ガスを用いてもよい。
また、導電性被膜は、Ａｇ（銀）、Ａｇ（銀）／Ｐｄ（パラジウム）合金、ＳｎＯ_２（酸化スズ）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、ＳｉＣ（炭化シリコン）、Ｂａ（バリウム）あるいはＢａ化合物、Ｃ（炭素）、Ａｇ（銀）／Ｐｔ（白金）合金、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）などでもよい。
また、絶縁性管として、軟質ガラスで構成されたガラス管を用いているが、導電性被膜を分断可能なレーザを透過可能な材料によって構成されていればよい。例えば、硬質ガラスを用いたガラス管によって構成されてもよく、ＰＬＺＴ（ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛）や透明アルミナなどのセラミックス材料からなるセラミックス管によって構成されてもよい。
また、封止電極として鉄ニッケル銅線を用い、リード線としてＣＰ線を用いているが、他の材料を用いてもよい。
また、金属キャップとしてステンレスを用いているが、絶縁性部材に用いられているセラミックス材料よりも硬度の低い材料であればよい。
また、分断工程において、ＹＡＧレーザからレーザ光を照射することで放電ギャップを形成しているが、絶縁性管に用いられる材料を透過可能であると共に導電性被膜に用いられる材料で吸収される波長のレーザ光を照射するものであればよく、例えば、紫外線レーザなど他のレーザであってもよい。

本発明の一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１のサージアブソーバの製造工程を示す説明図である。本発明を適用可能な、他のサージアブソーバを示す軸方向断面図である。実施例１におけるサージアブソーバの放電回数と放電開始電圧との関係を示すグラフである。

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金属キャップ
６封止電極
７封止ガス
８ガラス管（絶縁性管）
１３ＹＡＧレーザ

Claims

表面に導電性被膜が形成された絶縁性部材を、該絶縁性部材の両端に前記導電性被膜と電気的に接続される一対の封止電極を配置した状態で、絶縁性管内に封止ガスと共に封入する封入工程と、
前記絶縁性管の外側から、前記導電性被膜に対してレーザ光を照射することで、該導電性被膜を分断すると共に放電ギャップを形成する分断工程とを備えることを特徴とするサージアブソーバの製造方法。
前記封入工程が、前記絶縁性部材の両端に、前記絶縁性部材よりも硬度の低い材料によって形成された一対の金属キャップを係合させた状態で、前記一対の封止電極を配置す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の製造方法。
前記分断工程で、ＹＡＧレーザまたは紫外線レーザを照射することを特徴とする請求項１または２に記載のサージアブソーバの製造方法。