JP2018092754A - Surge protective element and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a surge protective element which can suppress expansion of an ion source material, and can achieve high adhesion and crystallinity; and a manufacturing method of the surge protective element.SOLUTION: A surge protective element comprises: an insulation tube 2; and a pair of sealing electrodes 3 which close openings on both ends of the insulation tube so as to internally seal discharge control gas. The pair of sealing electrodes have a pair of protruding electrode parts 5 which protrude inward so as to face each other. Facing faces 5a of the pair of protruding electrode parts are each provided with a porous metal layer 8. At the same time, a discharge active layer 9, which is made of a material having a superior electron emission characteristic to that of the sealing electrodes, is formed on the surface of the porous metal layer in such a manner that at least part thereof is embedded in the porous metal layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、落雷等で発生する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防護素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a surge protection element used for protecting various devices from surges caused by lightning strikes and preventing accidents, and a method for manufacturing the same.

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、液晶テレビおよびプラズマテレビ等の画像表示駆動回路等、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、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、サージ防護素子が接続されている。   Abnormal voltage such as lightning surge and static electricity, etc., such as parts where electronic devices for communication equipment such as telephones, facsimiles and modems are connected to communication lines, power lines, antennas or image display drive circuits such as CRTs, liquid crystal televisions and plasma televisions A surge protection element is connected to a portion that is easily subjected to electric shock due to (surge voltage) in order to prevent damage due to thermal damage or ignition of an electronic device or a printed circuit board on which the device is mounted due to abnormal voltage.

従来、例えば特許文献1に示すように、一対の封止電極から対向状態に突出した一対の突出電極部を備え、絶縁性管の内面に放電補助部が形成されたアレスタ型のサージ防護素子が記載されている。このサージ防護素子では、一対の突出電極部の対向面に略直方体状の多数の穴部が略マトリクス状に配置形成され、各穴部内面に、イオン源材料として五酸化バナジウム−酸化亜鉛−酸化バリウム−二酸化テルル系ガラスが含有された被膜が形成されている。   Conventionally, as shown in Patent Document 1, for example, an arrester-type surge protection element having a pair of protruding electrode portions protruding in a facing state from a pair of sealing electrodes and having a discharge auxiliary portion formed on the inner surface of an insulating tube is provided. Have been described. In this surge protection element, a large number of substantially rectangular parallelepiped holes are arranged and formed on the opposing surfaces of a pair of protruding electrode parts in a substantially matrix shape, and vanadium pentoxide-zinc oxide-oxide as an ion source material is formed on the inner surface of each hole part. A film containing barium-tellurium dioxide glass is formed.

このイオン源材料は、放電電圧の制御と電極保護の目的のために突出電極部の対向面に設けられている。また、上記多数の穴部は、イオン源材料の保持と塗布の均一化とを得るための凹凸として形成されている。すなわち、イオン源材料を突出電極部の対向面に形成した凹凸に付着させ、アンカー効果を利用して脱落を防止している。   This ion source material is provided on the opposing surface of the protruding electrode portion for the purpose of controlling the discharge voltage and protecting the electrode. Further, the numerous holes are formed as irregularities for obtaining retention of the ion source material and uniform application. That is, the ion source material is attached to the unevenness formed on the opposing surface of the protruding electrode portion, and the drop is prevented using the anchor effect.

実用新案登録第3151069号公報Utility Model Registration No. 3151069

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、イオン源材料を突出電極部の対向面の凹凸に付着させているが、アーク耐性を向上させるために、さらに高い付着力でイオン源材料を形成することが要求されている。また、イオン源材料は、結晶化及び電極への付着力向上の目的で熱処理を施す必要があり、熱処理時にイオン源材料の塊が大きいほど、熱処理時に熱分解による脱水反応により蒸気等のガスが発生し、イオン源材料の膨れが生じる。この膨れの影響により、イオン源材料の密度が低下し、結晶化度が低下してしまう問題があった。このように結晶化度が低い場合、繰り返しサージによるイオン源材料の脱落や飛散、及びアーク放電に対する耐性を低下させる原因になっていた。また、熱処理時の温度を高く設定するほど結晶化度は向上するが、一度膨れてしまうと、密度が低下してイオン源材料の結晶化を阻害してしまう不都合があった。
The following problems remain in the conventional technology.
That is, the ion source material is adhered to the unevenness of the opposing surface of the protruding electrode portion, but it is required to form the ion source material with a higher adhesion force in order to improve arc resistance. In addition, the ion source material needs to be heat-treated for the purpose of crystallization and improvement of adhesion to the electrode. The larger the lump of the ion source material during heat treatment, the more gas such as vapor is generated by dehydration reaction due to thermal decomposition during heat treatment. Occurs and swelling of the ion source material occurs. Due to the swelling, there is a problem that the density of the ion source material is lowered and the crystallinity is lowered. When the degree of crystallinity is low in this way, it has been a cause of lowering the resistance to ion source material dropping and scattering due to repeated surges and arc discharge. In addition, the higher the temperature during heat treatment, the higher the crystallinity, but once it swells, there is a disadvantage that the density decreases and hinders the crystallization of the ion source material.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、イオン源材料の膨れを抑制可能であり、高い付着力と結晶化度とを得ることができるサージ防護素子及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a surge protection element that can suppress swelling of an ion source material and can obtain high adhesion and crystallinity, and a method for manufacturing the same. With the goal.

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、第1の発明に係るサージ防護素子は、絶縁性管と、前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極とを備え、一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、一対の前記突出電極部の対向面に多孔質金属層が設けられていると共に、前記封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料で形成された放電活性層が、前記多孔質金属層内に少なくとも一部が入り込んだ状態で前記多孔質金属層の表面に設けられていることを特徴とする。   The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems. That is, the surge protection element according to the first aspect of the present invention includes an insulating tube and a pair of sealing electrodes that closes both end openings of the insulating tube and seals the discharge control gas inside. The sealing electrode has a pair of protruding electrode portions protruding inward and facing each other, and a porous metal layer is provided on the opposing surfaces of the pair of protruding electrode portions, and the sealing electrode material Further, the discharge active layer formed of a material having high electron emission characteristics is provided on the surface of the porous metal layer in a state where at least part of the discharge active layer enters the porous metal layer.

このサージ防護素子では、一対の突出電極部の対向面に多孔質金属層が設けられていると共に、封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料で形成された放電活性層が、多孔質金属層内に少なくとも一部が入り込んだ状態で多孔質金属層の表面に設けられているので、放電活性層が多孔質金属層中の空隙(気孔)に入り込んで従来より高い付着力が得られる。また、多孔質金属層に付着させたイオン源材料を熱処理して放電活性層を形成する際に、イオン源材料が多孔質金属層中の空隙内に均一的に微細分散しており、発生する蒸気等が空隙を介して外部に抜けるため、膨れの発生が抑制され、放電活性層の結晶化度が向上する。   In this surge protection element, a porous metal layer is provided on the opposing surfaces of the pair of protruding electrode portions, and a discharge active layer formed of a material having higher electron emission characteristics than the material of the sealing electrode is porous. Since it is provided on the surface of the porous metal layer with at least part of it entering the metal layer, the discharge active layer enters the voids (pores) in the porous metal layer, and higher adhesion can be obtained than before. . Further, when the ion source material attached to the porous metal layer is heat-treated to form the discharge active layer, the ion source material is uniformly finely dispersed in the voids in the porous metal layer and is generated. Since vapor or the like escapes to the outside through the gap, the occurrence of blistering is suppressed and the crystallinity of the discharge active layer is improved.

第2の発明に係るサージ防護素子は、第1の発明において、前記多孔質金属層が、タングステンで形成されていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、多孔質金属層が、タングステンで形成されているので、高融点金属であるタングステンによってアーク耐性がさらに向上する。
A surge protection element according to a second invention is characterized in that, in the first invention, the porous metal layer is made of tungsten.
That is, in this surge protection element, since the porous metal layer is formed of tungsten, arc resistance is further improved by tungsten, which is a refractory metal.

第3の発明に係るサージ防護素子は、第1又は第2の発明において、前記多孔質金属層が、前記突出電極部の外周面にも設けられていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、多孔質金属層が、突出電極部の外周面にも設けられているので、突出電極部の外周面が多孔質金属層で保護され、さらにアーク耐性が向上する。
A surge protection element according to a third invention is characterized in that, in the first or second invention, the porous metal layer is also provided on an outer peripheral surface of the protruding electrode portion.
That is, in this surge protection element, since the porous metal layer is also provided on the outer peripheral surface of the protruding electrode portion, the outer peripheral surface of the protruding electrode portion is protected by the porous metal layer, and arc resistance is further improved.

第4の発明に係るサージ防護素子は、第1から第3の発明のいずれかにおいて、前記多孔質金属層が、前記突出電極部に貼り付けられた多孔質金属板であることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、多孔質金属層が、突出電極部に貼り付けられた多孔質金属板であるので、多孔質金属板を別に作製して熱溶着やろう材等によって貼り付けるだけで容易に多孔質金属層を形成することができる。また、多孔質金属層の厚さや形状、及び空隙の気孔率等も任意に設定可能になる。
A surge protection element according to a fourth invention is characterized in that, in any one of the first to third inventions, the porous metal layer is a porous metal plate attached to the protruding electrode portion. .
That is, in this surge protection element, since the porous metal layer is a porous metal plate attached to the protruding electrode part, the porous metal plate is prepared separately and attached only by heat welding or brazing material. A porous metal layer can be easily formed. Further, the thickness and shape of the porous metal layer, the porosity of the voids, and the like can be arbitrarily set.

第5の発明に係るサージ防護素子は、第4の発明において、前記多孔質金属板が、発泡金属体で形成されていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、多孔質金属板が、発泡金属体で形成されているので、気孔を多数含んだ発泡金属体により高い気孔率の多孔質金属層が得られる。
A surge protection element according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the fourth aspect, the porous metal plate is formed of a foam metal body.
That is, in this surge protection element, since the porous metal plate is formed of a foam metal body, a porous metal layer having a high porosity can be obtained by the foam metal body including a large number of pores.

第6の発明に係るサージ防護素子は、第4の発明において、前記多孔質金属板が、金属繊維を焼結した金属繊維焼結体で形成されていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、多孔質金属板が、金属繊維を焼結した金属繊維焼結体で形成されているので、金属繊維間に多数の空隙を有した緻密な多孔質金属層が得られる。
According to a sixth aspect of the present invention, the surge protection element according to the fourth aspect is characterized in that the porous metal plate is formed of a metal fiber sintered body obtained by sintering metal fibers.
That is, in this surge protection element, since the porous metal plate is formed of a metal fiber sintered body obtained by sintering metal fibers, a dense porous metal layer having a large number of voids between the metal fibers is obtained. It is done.

第7の発明に係るサージ防護素子は、第4の発明において、前記多孔質金属板が、金属粉末を焼結した焼結体であって内部に複数の空隙を有した金属粉末焼結体で形成されていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、多孔質金属板が、金属粉末を焼結した焼結体であって内部に複数の空隙を有した金属粉末焼結体で形成されているので、金属粉末間に多数の空隙を有した多孔質金属層が得られる。
A surge protection element according to a seventh invention is the surge protection element according to the fourth invention, wherein the porous metal plate is a sintered body obtained by sintering metal powder and having a plurality of voids therein. It is formed.
That is, in this surge protection element, the porous metal plate is a sintered body obtained by sintering metal powder, and is formed by a metal powder sintered body having a plurality of voids inside. A porous metal layer having a large number of voids is obtained.

第8の発明に係るサージ防護素子の製造方法は、第1から第7の発明のいずれかのサージ防護素子を製造する方法であって、前記突出電極部の対向面に前記多孔質金属層を形成する多孔質金属層形成工程と、前記多孔質金属層の表面に前記放電活性層を形成する放電活性層形成工程とを有し、前記放電活性層形成工程で、イオン源材料を前記多孔質金属層に付着させる工程と、前記イオン源材料を熱処理して前記放電活性層を形成する工程とを有していることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子の製造方法では、放電活性層形成工程で、イオン源材料を多孔質金属層に付着させる工程と、前記封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料を含むイオン源材料を熱処理して放電活性層を形成する工程とを有しているので、イオン源材料が多孔質金属層中の空隙内に均一的に微細分散し、熱処理時に発生する蒸気等が空隙を介して外部に抜けるため、膨れの発生が抑制され、放電活性層の結晶化度が向上する。
A method for manufacturing a surge protection element according to an eighth invention is a method for manufacturing the surge protection element according to any one of the first to seventh inventions, wherein the porous metal layer is formed on the opposing surface of the protruding electrode portion. A porous metal layer forming step for forming, and a discharge active layer forming step for forming the discharge active layer on the surface of the porous metal layer, wherein the ion source material is the porous material in the discharge active layer forming step. It has the process of attaching to a metal layer, and the process of heat-processing the said ion source material, and forming the said discharge active layer, It is characterized by the above-mentioned.
That is, in this surge protection element manufacturing method, in the discharge active layer forming step, the ion source material is attached to the porous metal layer, and the ion source includes a material having higher electron emission characteristics than the material of the sealing electrode. And a step of forming a discharge active layer by heat-treating the material, so that the ion source material is uniformly finely dispersed in the voids in the porous metal layer, and the vapor generated during the heat treatment passes through the voids. Therefore, the occurrence of blistering is suppressed, and the crystallinity of the discharge active layer is improved.

第9の発明に係るサージ防護素子の製造方法は、第1から第3の発明のいずれかのサージ防護素子を製造する方法であって、前記突出電極部の対向面に前記多孔質金属層を形成する多孔質金属層形成工程と、前記多孔質金属層の表面に前記放電活性層を形成する放電活性層形成工程とを有し、前記放電活性層形成工程で、前記封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料を含むイオン源材料を前記多孔質金属層に付着させる工程と、前記イオン源材料を熱処理して前記放電活性層を形成する工程とを有し、前記多孔質金属層形成工程で、前記突出電極部の対向面に金属溶湯を溶射して前記多孔質金属層を形成することを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子の製造方法では、多孔質金属層形成工程で、突出電極部の対向面に金属溶湯を溶射して多孔質金属層を形成するので、溶射によって突出電極部の対向面に付着した金属内に多数の空隙(気孔)が生じることで、容易に多孔質金属層を得ることができる。
A method for manufacturing a surge protection element according to a ninth aspect of the invention is a method for manufacturing the surge protection element according to any one of the first to third aspects, wherein the porous metal layer is provided on the opposing surface of the protruding electrode portion. A porous metal layer forming step to be formed; and a discharge active layer forming step of forming the discharge active layer on the surface of the porous metal layer. In the discharge active layer forming step, from the material of the sealing electrode A step of adhering an ion source material containing a material having a high electron emission property to the porous metal layer; and a step of heat-treating the ion source material to form the discharge active layer. In the forming step, the porous metal layer is formed by spraying a molten metal on the opposing surface of the protruding electrode portion.
That is, in this method of manufacturing a surge protection element, in the porous metal layer forming step, the metal melt is sprayed on the opposing surface of the protruding electrode portion to form the porous metal layer. Since a large number of voids (pores) are generated in the deposited metal, a porous metal layer can be easily obtained.

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法によれば、一対の突出電極部の対向面に多孔質金属層が設けられると共に、封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料で形成された放電活性層が、多孔質金属層内に少なくとも一部が入り込んだ状態で多孔質金属層の表面に設けられているので、放電活性層の高い付着力及び結晶化度が得られると共に、熱処理時の膨れの発生が抑制される。
したがって、本発明に係るサージ防護素子では、アーク放電に対する耐性が向上し、サージ耐量特性が向上すると共に安定した放電が可能になる。その結果、放電開始電圧の変動幅を小さくできると共に、電極損傷が低減でき、素子の高寿命化(作動可能なサージ印加数の増大)に寄与することができる。
特に、本発明に係るサージ防護素子は、大電流サージ耐性が要求されるインフラ用(鉄道関連、再生エネルギー関連(太陽電池、風力発電等))の電源及び通信設備に好適である。また、サージ耐量が向上しているため、素子の小型化も可能になり、小型電子機器及び実装基板への応用も可能になる。
The present invention has the following effects.
That is, according to the surge protection element and the manufacturing method thereof according to the present invention, the porous metal layer is provided on the opposing surfaces of the pair of protruding electrode portions, and is formed of a material having higher electron emission characteristics than the material of the sealing electrode. Since the discharge active layer is provided on the surface of the porous metal layer in a state where at least part of the discharge active layer has entered the porous metal layer, high adhesion and crystallinity of the discharge active layer can be obtained, The occurrence of swelling during heat treatment is suppressed.
Therefore, in the surge protection device according to the present invention, resistance to arc discharge is improved, surge withstand characteristics are improved, and stable discharge is possible. As a result, the fluctuation range of the discharge start voltage can be reduced, electrode damage can be reduced, and the lifetime of the element (increased number of operable surges) can be contributed.
In particular, the surge protection element according to the present invention is suitable for power supplies and communication facilities for infrastructure (railway-related, renewable energy-related (solar cell, wind power generation, etc.)) that require high current surge resistance. In addition, since the surge resistance is improved, the element can be miniaturized and can be applied to a small electronic device and a mounting substrate.

本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法の第1実施形態を示す軸方向の断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an axial sectional view showing a first embodiment of a surge protection element and a method for manufacturing the same according to the present invention. 第1実施形態において、要部を示す拡大断面図である。In 1st Embodiment, it is an expanded sectional view which shows the principal part. 図1のA−A線矢視断面図である。It is AA arrow sectional drawing of FIG. 本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法の第2実施形態を示す軸方向の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction which shows 2nd Embodiment of the surge protection element which concerns on this invention, and its manufacturing method. 本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法の第3実施形態を示す軸方向の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction which shows 3rd Embodiment of the surge protection element which concerns on this invention, and its manufacturing method. 本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法の第4実施形態を示す軸方向の断面図である。It is sectional drawing of the axial direction which shows 4th Embodiment of the surge protection element which concerns on this invention, and its manufacturing method.

以下、本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法の第1実施形態を、図1から図3を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。   Hereinafter, a first embodiment of a surge protection element and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to FIGS. In each drawing used for the following description, the scale is appropriately changed in order to make each member recognizable or easily recognizable.

本実施形態のサージ防護素子1は、図1に示すように、絶縁性管2と、絶縁性管2の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極3とを備えている。
上記一対の封止電極3は、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部5を有している。
上記一対の突出電極部5の対向面5aには、図2に示すように、多孔質金属層8が設けられていると共に、封止電極3の材料よりも電子放出特性の高い材料で形成された放電活性層9が、多孔質金属層8内に少なくとも一部が入り込んだ状態で多孔質金属層8の表面に設けられている。すなわち、放電活性層9が、多孔質金属層8内の空隙に浸透した状態で形成されている。
As shown in FIG. 1, the surge protection element 1 of the present embodiment includes an insulating tube 2 and a pair of sealing electrodes 3 that closes both ends of the insulating tube 2 and seals the discharge control gas inside. And.
The pair of sealing electrodes 3 has a pair of protruding electrode portions 5 that protrude inward and face each other.
As shown in FIG. 2, a porous metal layer 8 is provided on the opposing surfaces 5 a of the pair of protruding electrode portions 5, and is formed of a material having higher electron emission characteristics than the material of the sealing electrode 3. The discharge active layer 9 is provided on the surface of the porous metal layer 8 in a state where at least part of the discharge active layer 9 enters the porous metal layer 8. That is, the discharge active layer 9 is formed in a state of penetrating into the voids in the porous metal layer 8.

上記多孔質金属層8は、例えばタングステンで形成されており、タングステンの金属溶湯を突出電極部5に溶射することによって形成されている。
また、多孔質金属層8は、突出電極部5の外周面にも設けられている。
なお、本実施形態のサージ防護素子1は、絶縁性管2の内周面にイオン源材料で形成された放電補助部4を備えている。
The porous metal layer 8 is formed of tungsten, for example, and is formed by spraying a molten metal of tungsten on the protruding electrode portion 5.
The porous metal layer 8 is also provided on the outer peripheral surface of the protruding electrode portion 5.
In addition, the surge protection element 1 of this embodiment is provided with the discharge auxiliary | assistant part 4 formed with the ion source material in the inner peripheral surface of the insulating tube 2. FIG.

上記放電活性層9は、イオン源材料として、例えばSi,Oを主成分元素とし、Na,Cs,Cのうちの少なくとも一つを含んでいる。この放電活性層9は、例えばケイ酸ナトリウム溶液に炭酸セシウム粉末を加えて前駆体を作製し、この前駆体を多孔質金属層8に塗布して付着させた後、前駆体に対してケイ酸ナトリウムが軟化する温度以上かつ炭酸セシウムが融解及び分解する温度以上の温度で熱処理を行うことで作製される。
なお、本実施形態では、放電活性層9を対向面5a上の多孔質金属層8における中央部に形成している。
The discharge active layer 9 includes, for example, Si and O as main component elements and at least one of Na, Cs, and C as an ion source material. The discharge active layer 9 is prepared, for example, by adding a cesium carbonate powder to a sodium silicate solution to apply a precursor to the porous metal layer 8 and then attaching the precursor to the porous metal layer 8. The heat treatment is performed at a temperature higher than the temperature at which sodium is softened and higher than the temperature at which cesium carbonate is melted and decomposed.
In the present embodiment, the discharge active layer 9 is formed at the center of the porous metal layer 8 on the facing surface 5a.

上記放電補助部4は、導電性材料であって、例えば炭素材で形成された放電補助部である。
なお、本実施形態では、放電補助部4は、絶縁性管2の内周面に軸線Cに沿って直線状に形成されている。
また、図1では、放電補助部4を軸線Cに沿った1本のみ図示しているが、周方向に互いに間隔を空けて複数本形成しても構わない。
The discharge auxiliary part 4 is a conductive material and is a discharge auxiliary part made of, for example, a carbon material.
In the present embodiment, the discharge auxiliary portion 4 is formed linearly along the axis C on the inner peripheral surface of the insulating tube 2.
Further, in FIG. 1, only one discharge assisting portion 4 along the axis C is shown, but a plurality of discharge assisting portions 4 may be formed at intervals in the circumferential direction.

上記封止電極3は、例えば42アロイ(Fe:58wt%、Ni:42wt%)やCu等で構成されている。
封止電極3は、絶縁性管2の両端開口部に導電性融着材(図示略)により加熱処理によって密着状態に固定されている円板状のフランジ部7を有している。このフランジ部7の内側に、内方に突出していると共に絶縁性管2の内径よりも外径の小さな円柱状の突出電極部5が一体に設けられている。
The sealing electrode 3 is made of, for example, 42 alloy (Fe: 58 wt%, Ni: 42 wt%), Cu, or the like.
The sealing electrode 3 has a disk-like flange portion 7 that is fixed in close contact by a heat treatment with a conductive adhesive (not shown) at both ends of the insulating tube 2. A cylindrical protruding electrode portion 5 that protrudes inward and has an outer diameter smaller than the inner diameter of the insulating tube 2 is integrally provided inside the flange portion 7.

上記絶縁性管2は、アルミナなどの結晶性セラミックス材である。なお、絶縁性管2は、鉛ガラス等のガラス管で形成しても構わない。
上記導電性融着材は、例えばAgを含むろう材としてAg−Cuろう材で形成されている。
上記絶縁性管2内に封入される放電制御ガスは、不活性ガス等であって、例えばHe,Ar,Ne,Xe,Kr,SF,CO,C,C,CF,H,大気等及びこれらの混合ガスが採用される。
The insulating tube 2 is a crystalline ceramic material such as alumina. The insulating tube 2 may be formed of a glass tube such as lead glass.
The conductive fusing material is formed of, for example, an Ag—Cu brazing material as a brazing material containing Ag.
The discharge control gas sealed in the insulating tube 2 is an inert gas or the like, for example, He, Ar, Ne, Xe, Kr, SF 6 , CO 2 , C 3 F 8 , C 2 F 6 , CF 4 , H 2 , the atmosphere, etc. and a mixed gas thereof are employed.

上記多孔質金属層8は、多数の空隙(気孔)を有したポーラスな金属層であり、例えば空隙間隔が100nm〜300μmとされる。また、多孔質金属層8の気孔率は、50〜98%とされる。
なお、上記気孔率が98%を超えると、構造体強度が低くなり、サージ(アーク放電)により表面が破損し易くなる。
The porous metal layer 8 is a porous metal layer having a large number of voids (pores). For example, the gap interval is 100 nm to 300 μm. Further, the porosity of the porous metal layer 8 is set to 50 to 98%.
In addition, when the porosity exceeds 98%, the structure strength is lowered, and the surface is easily damaged by a surge (arc discharge).

このサージ防護素子1を製造する方法は、突出電極部5の対向面5aに多孔質金属層8を形成する多孔質金属層形成工程と、多孔質金属層8の表面に放電活性層9を形成する放電活性層形成工程とを有している。
上記放電活性層形成工程では、封止電極3の材料よりも電子放出特性の高い材料を含むイオン源材料を多孔質金属層8に付着させる工程と、イオン源材料を熱処理して放電活性層9を形成する工程とを有している。
さらに、多孔質金属層形成工程において、突出電極部5の対向面5aに金属溶湯を溶射して多孔質金属層8を形成する。なお、溶射は、プラズマ溶射が採用され、金属溶湯としては、タングステンの溶湯が用いられる。
The method for manufacturing the surge protection element 1 includes a porous metal layer forming step for forming the porous metal layer 8 on the opposing surface 5 a of the protruding electrode portion 5, and a discharge active layer 9 formed on the surface of the porous metal layer 8. A discharge active layer forming step.
In the discharge active layer forming step, an ion source material including a material having electron emission characteristics higher than that of the material of the sealing electrode 3 is attached to the porous metal layer 8, and the ion source material is heat treated to discharge the active layer 9. Forming the step.
Further, in the porous metal layer forming step, the molten metal is sprayed on the facing surface 5 a of the protruding electrode portion 5 to form the porous metal layer 8. In addition, plasma spraying is employ | adopted for thermal spraying, and the molten metal of tungsten is used as a molten metal.

このように作製したサージ防護素子1では、過電圧又は過電流が侵入すると、まず放電補助部4と突出電極部5又は多孔質金属層8との間で初期放電が行われ、この初期放電をきっかけに、さらに放電が進展して、一方の突出電極部5の対向面5aの多孔質金属層8各所から他方の突出電極部5側へアーク放電が行われる。   In the surge protection element 1 manufactured in this way, when an overvoltage or overcurrent enters, first, an initial discharge is performed between the discharge auxiliary portion 4 and the protruding electrode portion 5 or the porous metal layer 8, and this initial discharge is triggered. Further, the discharge further progresses, and arc discharge is performed from the various portions of the porous metal layer 8 on the facing surface 5a of the one protruding electrode portion 5 to the other protruding electrode portion 5 side.

このように本実施形態のサージ防護素子1では、一対の突出電極部5の対向面5aに多孔質金属層8が設けられていると共に、封止電極3の材料よりも電子放出特性の高い材料で形成された放電活性層9が、多孔質金属層8内に少なくとも一部が入り込んだ状態で多孔質金属層8の表面に設けられているので、放電活性層9が多孔質金属層8中の空隙(気孔)に入り込んで従来より高い付着力が得られる。   As described above, in the surge protection device 1 of the present embodiment, the porous metal layer 8 is provided on the opposing surfaces 5 a of the pair of protruding electrode portions 5, and the material has higher electron emission characteristics than the material of the sealing electrode 3. Is formed on the surface of the porous metal layer 8 in a state where at least a part of the discharge active layer 9 is formed in the porous metal layer 8. The adhering force is higher than the conventional one.

特に、多孔質金属層8が、タングステンで形成されることで、高融点金属であるタングステンによってアーク耐性がさらに向上する。
また、多孔質金属層8が、突出電極部5の外周面にも設けられているので、突出電極部5の外周面が多孔質金属層8で保護され、さらにアーク耐性が向上する。
In particular, since the porous metal layer 8 is formed of tungsten, the arc resistance is further improved by tungsten, which is a refractory metal.
Moreover, since the porous metal layer 8 is also provided on the outer peripheral surface of the protruding electrode portion 5, the outer peripheral surface of the protruding electrode portion 5 is protected by the porous metal layer 8, and arc resistance is further improved.

また、このサージ防護素子1の製造方法では、放電活性層形成工程で、イオン源材料を多孔質金属層8に付着させる工程と、イオン源材料を熱処理して放電活性層9を形成する工程とを有しているので、イオン源材料が多孔質金属層8中の空隙内に均一的に微細分散し、熱処理時に発生する蒸気等が空隙を介して外部に抜けるため、膨れの発生が抑制され、放電活性層9の結晶化度が向上する。
さらに、多孔質金属層形成工程で、突出電極部5の対向面5aに金属溶湯を溶射して多孔質金属層8を形成するので、溶射によって突出電極部5の対向面5aに付着した金属内に多数の空隙(気孔)が生じることで、容易に多孔質金属層8を得ることができる。
Further, in the method of manufacturing the surge protection element 1, in the discharge active layer forming step, a step of attaching the ion source material to the porous metal layer 8, and a step of heat-treating the ion source material to form the discharge active layer 9 Therefore, the ion source material is uniformly and finely dispersed in the voids in the porous metal layer 8, and the vapor generated during the heat treatment escapes to the outside through the voids, so that the occurrence of swelling is suppressed. The crystallinity of the discharge active layer 9 is improved.
Further, in the porous metal layer forming step, the metal melt is sprayed on the facing surface 5a of the protruding electrode portion 5 to form the porous metal layer 8, so that the metal inner surface adhering to the facing surface 5a of the protruding electrode portion 5 by spraying can be reduced. Since a large number of voids (pores) are formed in the porous metal layer 8, the porous metal layer 8 can be easily obtained.

次に、本発明に係るサージ防護素子の第2及び第3実施形態について、図4及び図5を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。   Next, second and third embodiments of the surge protection element according to the present invention will be described below with reference to FIGS. In the following description of each embodiment, the same constituent elements described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第2実施形態と第1実施形態との異なる点は、第1実施形態では、多孔質金属層8を金属溶湯を溶射して形成しているが、第2実施形態のサージ防護素子21では、図4に示すように、多孔質金属層28が、突出電極部5に貼り付けられた多孔質金属板である点である。また、この多孔質金属板は、発泡金属体で形成されている。
すなわち、第2実施形態では、タングステン等の発泡金属体で形成された多孔質金属板を熱溶着又はろう材で突出電極部5に接着して多孔質金属層28としている。
なお、第2実施形態では、突出電極部5の外周面には、多孔質金属層28を形成していない。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that in the first embodiment, the porous metal layer 8 is formed by spraying a molten metal, but in the surge protection element 21 of the second embodiment, As shown in FIG. 4, the porous metal layer 28 is a porous metal plate attached to the protruding electrode portion 5. The porous metal plate is formed of a foam metal body.
That is, in the second embodiment, a porous metal layer 28 is formed by bonding a porous metal plate formed of a foam metal body such as tungsten to the protruding electrode portion 5 by heat welding or brazing material.
In the second embodiment, the porous metal layer 28 is not formed on the outer peripheral surface of the protruding electrode portion 5.

このように第2実施形態のサージ防護素子21では、多孔質金属層28が、突出電極部5に貼り付けられた多孔質金属板であるので、多孔質金属板を別に作製して熱溶着やろう材等によって貼り付けるだけで容易に多孔質金属層28を形成することができる。また、多孔質金属層28の厚さや形状、及び空隙の気孔率等も任意に設定可能になる。
特に、多孔質金属板が、発泡金属体で形成されているので、気孔を多数含んだ発泡金属体により高い気孔率の多孔質金属層28が得られる。
Thus, in the surge protection element 21 of the second embodiment, since the porous metal layer 28 is a porous metal plate attached to the protruding electrode portion 5, a porous metal plate is separately manufactured and subjected to thermal welding or the like. The porous metal layer 28 can be easily formed simply by pasting with a brazing material or the like. Further, the thickness and shape of the porous metal layer 28, the porosity of the voids, and the like can be arbitrarily set.
In particular, since the porous metal plate is formed of a foam metal body, the porous metal layer 28 having a high porosity can be obtained from the foam metal body including a large number of pores.

次に、第3実施形態と第2実施形態との異なる点は、第2実施形態では、多孔質金属板が、発泡金属体で形成されているのに対し、第3実施形態のサージ防護素子31では、図5に示すように、多孔質金属板が、金属繊維を焼結した金属繊維焼結体で形成されている点である。
すなわち、第3実施形態では、タングステン等の金属繊維を焼結した金属繊維焼結体を熱溶着又はろう材で突出電極部5に接着して多孔質金属層38を形成している。
このように第3実施形態のサージ防護素子31では、多孔質金属板が、金属繊維を焼結した金属繊維焼結体で形成されているので、金属繊維間に多数の空隙を有した緻密な多孔質金属層38が得られる。
Next, the difference between the third embodiment and the second embodiment is that, in the second embodiment, the porous metal plate is formed of a foam metal body, whereas the surge protection element of the third embodiment. In 31, as shown in FIG. 5, the porous metal plate is formed of a metal fiber sintered body obtained by sintering metal fibers.
That is, in the third embodiment, a porous metal layer 38 is formed by bonding a metal fiber sintered body obtained by sintering metal fibers such as tungsten to the protruding electrode portion 5 by heat welding or brazing.
As described above, in the surge protection element 31 according to the third embodiment, the porous metal plate is formed of a metal fiber sintered body obtained by sintering metal fibers, and thus has a dense structure having a large number of voids between the metal fibers. A porous metal layer 38 is obtained.

次に、第4実施形態と第2実施形態との異なる点は、第2実施形態では、多孔質金属板が、発泡金属体で形成されているのに対し、第4実施形態のサージ防護素子41では、図6に示すように、多孔質金属板が、金属粉末を焼結した焼結体であって内部に複数の空隙を有した金属粉末焼結体で形成されている点である。
すなわち、第4実施形態では、タングステン等の金属粉末を例えば気孔率が30〜90%となるように焼結した金属粉末焼結体を、熱溶着又はろう材で突出電極部5に接着して多孔質金属層48を形成している。
このように第4実施形態のサージ防護素子41では、多孔質金属板が、金属粉末を焼結した焼結体であって内部に複数の空隙を有した金属粉末焼結体で形成されているので、金属粉末間に多数の空隙を有した多孔質金属層48が得られる。
Next, the difference between the fourth embodiment and the second embodiment is that, in the second embodiment, the porous metal plate is formed of a foam metal body, whereas the surge protection element of the fourth embodiment. In 41, as shown in FIG. 6, the porous metal plate is a sintered body obtained by sintering metal powder, and is formed of a metal powder sintered body having a plurality of voids therein.
That is, in the fourth embodiment, a metal powder sintered body obtained by sintering metal powder such as tungsten so as to have a porosity of 30 to 90%, for example, is bonded to the protruding electrode portion 5 by heat welding or brazing material. A porous metal layer 48 is formed.
Thus, in the surge protection element 41 of the fourth embodiment, the porous metal plate is a sintered body obtained by sintering metal powder, and is formed of a metal powder sintered body having a plurality of voids therein. Therefore, the porous metal layer 48 having a large number of voids between the metal powders is obtained.

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態および上記各実施例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、上記各実施形態では、上述した液状のイオン源材料の前駆体を突出電極部の対向面に塗布して付着させているが、付着の方法としては、突出電極部の対向面をイオン源材料の前駆体に浸漬させることで、イオン源材料を前記対向面に付着させて構わない。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in each of the above embodiments, the precursor of the liquid ion source material described above is applied to and attached to the opposing surface of the protruding electrode portion. As an attachment method, the opposing surface of the protruding electrode portion is applied to the ion source. The ion source material may be attached to the facing surface by being immersed in a precursor of the material.

1,21,31,41…サージ防護素子、2…絶縁性管、3…封止電極、4…放電補助部、5…突出電極部、5a…突出電極部の対向面、9…放電活性層、28,38,48…多孔質金属層   Reference numerals 1, 21, 31, 41 ... surge protection element, 2 ... insulating tube, 3 ... sealing electrode, 4 ... discharge auxiliary part, 5 ... protruding electrode part, 5a ... opposite surface of protruding electrode part, 9 ... discharge active layer , 28, 38, 48 ... porous metal layer

Claims (9)

絶縁性管と、
前記絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極とを備え、
一対の前記封止電極が、内方に突出し互いに対向した一対の突出電極部を有し、
一対の前記突出電極部の対向面に多孔質金属層が設けられていると共に、前記封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料で形成された放電活性層が、前記多孔質金属層内に少なくとも一部が入り込んだ状態で前記多孔質金属層の表面に設けられていることを特徴とするサージ防護素子。
An insulating tube;
A pair of sealing electrodes for closing the opening at both ends of the insulating tube and sealing the discharge control gas inside;
The pair of sealing electrodes has a pair of protruding electrode portions protruding inward and facing each other,
A porous metal layer is provided on the opposing surfaces of the pair of protruding electrode portions, and a discharge active layer formed of a material having higher electron emission characteristics than the material of the sealing electrode is formed in the porous metal layer. A surge protection element characterized in that the surge protection element is provided on the surface of the porous metal layer in a state where at least a part of the metal layer enters.
請求項1に記載のサージ防護素子において、
前記多孔質金属層が、タングステンで形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
The surge protection element according to claim 1,
A surge protection element, wherein the porous metal layer is made of tungsten.
請求項1又は2に記載のサージ防護素子において、
前記多孔質金属層が、前記突出電極部の外周面にも設けられていることを特徴とするサージ防護素子。
The surge protection element according to claim 1 or 2,
The surge protection element according to claim 1, wherein the porous metal layer is also provided on an outer peripheral surface of the protruding electrode portion.
請求項1から3のいずれか一項に記載のサージ防護素子において、
前記多孔質金属層が、前記突出電極部に貼り付けられた多孔質金属板であることを特徴とするサージ防護素子。
In the surge protection element according to any one of claims 1 to 3,
The surge protection element according to claim 1, wherein the porous metal layer is a porous metal plate attached to the protruding electrode portion.
請求項4に記載のサージ防護素子において、
前記多孔質金属板が、発泡金属体で形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
The surge protection element according to claim 4,
A surge protection element, wherein the porous metal plate is formed of a foam metal body.
請求項4に記載のサージ防護素子において、
前記多孔質金属板が、金属繊維を焼結した金属繊維焼結体で形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
The surge protection element according to claim 4,
A surge protection element, wherein the porous metal plate is formed of a metal fiber sintered body obtained by sintering metal fibers.
請求項4に記載のサージ防護素子において、
前記多孔質金属板が、金属粉末を焼結した焼結体であって内部に複数の空隙を有した金属粉末焼結体で形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
The surge protection element according to claim 4,
A surge protection element, wherein the porous metal plate is a sintered body obtained by sintering a metal powder and has a plurality of voids therein.
請求項1から7のいずれか一項に記載のサージ防護素子を製造する方法であって、
前記突出電極部の対向面に前記多孔質金属層を形成する多孔質金属層形成工程と、
前記多孔質金属層の表面に前記放電活性層を形成する放電活性層形成工程とを有し、
前記放電活性層形成工程で、前記封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料を含むイオン源材料を前記多孔質金属層に付着させる工程と、
前記イオン源材料を熱処理して前記放電活性層を形成する工程とを有していることを特徴とするサージ防護素子の製造方法。
A method for manufacturing the surge protection element according to any one of claims 1 to 7,
A porous metal layer forming step of forming the porous metal layer on the opposing surface of the protruding electrode portion;
A discharge active layer forming step of forming the discharge active layer on the surface of the porous metal layer,
A step of attaching an ion source material containing a material having electron emission characteristics higher than that of the material of the sealing electrode to the porous metal layer in the discharge active layer forming step;
And a step of forming the discharge active layer by heat-treating the ion source material.
請求項1から3のいずれか一項に記載のサージ防護素子を製造する方法であって、
前記突出電極部の対向面に前記多孔質金属層を形成する多孔質金属層形成工程と、
前記多孔質金属層の表面に前記放電活性層を形成する放電活性層形成工程とを有し、
前記放電活性層形成工程で、前記封止電極の材料よりも電子放出特性の高い材料を含むイオン源材料を前記多孔質金属層に付着させる工程と、
前記イオン源材料を熱処理して前記放電活性層を形成する工程とを有し、
前記多孔質金属層形成工程で、前記突出電極部の対向面に金属溶湯を溶射して前記多孔質金属層を形成することを特徴とするサージ防護素子の製造方法。
A method for manufacturing the surge protection element according to any one of claims 1 to 3,
A porous metal layer forming step of forming the porous metal layer on the opposing surface of the protruding electrode portion;
A discharge active layer forming step of forming the discharge active layer on the surface of the porous metal layer,
A step of attaching an ion source material containing a material having electron emission characteristics higher than that of the material of the sealing electrode to the porous metal layer in the discharge active layer forming step;
And heat-treating the ion source material to form the discharge active layer,
In the said porous metal layer formation process, the molten metal is sprayed on the opposing surface of the said protruding electrode part, and the said porous metal layer is formed, The manufacturing method of the surge protection element characterized by the above-mentioned.
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