JP2534958B2

JP2534958B2 - チップ型サ―ジ吸収素子

Info

Publication number: JP2534958B2
Application number: JP4308182A
Authority: JP
Inventors: 良人河西
Original assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Okaya Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JPH06140122A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電話回線等に印加さ
れる誘導雷等のサージを吸収して電子機器が損傷するこ
とを防止するサージ吸収素子に係り、特に、素子の一面
を平面化することにより、回路基板への装着具合を向上
させたチップ型サージ吸収素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、誘導雷等のサージから電子機器の
電子回路を保護するためのサージ吸収素子として、電圧
非直線特性を有する高抵抗体素子よりなるバリスタや、
放電間隙を気密容器内に収容したアレスタなど、種々の
サージ吸収素子が使用されている。そして、かかるサー
ジ吸収素子の中、回路基板へ装着し易くするために素子
の一面を平面化させた、チップ型サージ吸収素子が多く
用いられている。

【０００３】図９は、かかるチップ型サージ吸収素子の
一例を示す断面図である。このチップ型サージ吸収素子
50は、フォルステライト等よりなる絶縁基板52の上面に
一対の放電電極54，54を所定の放電間隙56を隔てて対向
配置し、該放電電極54，54を覆うように絶縁基板52の上
面にフォルステライト等よりなるキャップ58を被せ、該
キャップ58の内部空間60に所定の放電ガスを充填してな
る。上記放電電極54，54は、４２６合金等によって構成
される。上記キャップ58と絶縁基板52とは、封着材62を
介して気密に接合される。なお、放電電極54，54の一端
が絶縁基板52の側面から下面にかけて導出されて外部端
子54ａ，54ａを構成している。したがって、上記キャッ
プ58の下端と外部端子54ａ，54ａとが接触し、該外部端
子54ａ，54ａの厚さに相当する隙間がキャップ58の下端
と絶縁基板52の上面との間に形成されるが、上記封着材
62によってその隙間は埋められるため、内部空間60の気
密性は保たれる。このチップ型サージ吸収素子50に、外
部端子54ａ，54ａを介してサージが印加されると、その
放電間隙56にグロー放電を経て主放電たるアーク放電が
生成し、該放電を通じてサージが吸収される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記チップ型サージ吸
収素子50は、絶縁基板52が平面形状をなしているため、
回路基板への装着具合が良好で、外部端子54ａ，54ａを
ハンダ付けすることによって、容易に回路基板へ実装可
能である。また、放電間隙56における放電現象を利用し
てサージを吸収するため、大きな電流耐量を実現でき
る。

【０００５】ところで、上記外部端子54ａ，54ａを構成
する４２６合金等は、そのままでは上記封着材62と馴染
みにくいため、内部空間60の気密性が十分に保たれない
おそれがある。そこで、上記キャップ58と外部端子54
ａ，54ａを封着材62を介して接合する際には、予め外部
端子54ａ，54ａを酸化処理して表面に酸化膜を形成し、
封着材62との馴染みを良くすることが行われる。したが
って、本来は外部端子54ａ，54ａの表面のうち、上記キ
ャップ58の下端と接触する部分のみ酸化処理すれば足り
るのであるが、一部分のみ酸化処理するのは非常に煩雑
であるため、実際には上記接触部分のみならず、放電電
極54，54の略全体が酸化処理されており、この結果、チ
ップ型サージ吸収素子50の放電特性が低下するという問
題が生じていた。この問題を解決するには、放電電極5
4，54の酸化処理後、該放電電極54，54の中で放電に係
る部分を研磨等して上記酸化膜を除去することも考えら
れるが、それには大変な手間がかかる上に、放電電極5
4，54の形状が複雑であるため、完全に除去することは
困難であった。

【０００６】本発明は、上記従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、放電特性の低下を招くことなく、内部
空間の気密性を十分に確保することが可能なチップ型サ
ージ吸収素子を実現することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るチップ型サージ吸収素子は、絶縁基板
の表面に、少なくとも一対の外部端子を所定の間隙を隔
てて対向配置してなる基板部と、内側に空間部を備えて
なるキャップ部と、上記キャップ部の空間部内におい
て、所定の放電間隙を隔てて相対向するよう配置された
一対の放電電極とを有してなり、上記空間部内に放電ガ
スを充填したキャップ部を上記基板部の表面に被せ、封
着材を介して上記空間部を気密封止すると共に、上記空
間部内において、上記外部端子と放電電極の一端を電気
的に接続するよう構成した。上記キャップ部の空間部内
に、上記放電電極を所定の位置に配置する位置決め手段
を形成することが望ましい。上記外部端子と放電電極の
一端との接続は、例えば、上記外部端子の表面に上記放
電電極の一端を押圧せしめ、接続材を介して両者を固定
することによって実現される。

【０００８】上記絶縁基板の表面における外部端子間の
間隙に一対の発熱抵抗体を配置し、各外部端子の先端部
と各発熱抵抗体の一端とをそれぞれ接続すると共に、発
熱抵抗体の他端間に微小放電間隙を形成するよう構成し
てもよい。あるいは、上記絶縁基板の表面における外部
端子間の間隙に電圧非直線抵抗体を配置し、該電圧非直
線抵抗体の両端と各外部端子の先端部とを接続するよう
構成してもよい。また、上記絶縁基板の表面における外
部端子間の間隙に、第１の補助放電電極線を形成し、該
第１の補助放電電極線の両端と各外部端子の先端部との
間に、それぞれ第１の補助放電間隙を形成するよう構成
してもよい。さらに、上記絶縁基板の表面に複数の第２
の補助放電電極線を形成し、該第２の補助放電電極線の
一端を上記外部端子にそれぞれ接続すると共に、該第２
の補助放電電極線の他端間に第２の補助放電間隙を形成
するよう構成してもよい。

【０００９】

【作用】上記のように、放電電極と外部端子とを別個の
部材によって構成し、キャップ部の空間部内において両
者を接続するため、従来例のように放電電極の一部をキ
ャップ部の空間部外に導出して外部端子を構成する必要
がない。したがって、予め酸化処理した外部端子を用い
たり、あるいは封着材との馴染みの良い材質で構成した
外部端子を用いることができ、封着材との馴染みを良く
するために外部端子を酸化処理する際に放電電極全体が
酸化処理されてしまうという問題は全く生じない。

【００１０】上記キャップ部の空間部内に、上記放電電
極を所定の位置に配置する位置決め手段を形成すること
により、放電電極間に形成される放電間隙を一定の間隙
幅に容易に規定できる。この結果、チップ型サージ吸収
素子の放電開始電圧を、安定的に設定することが可能と
なる。

【００１１】上記外部端子の先端部表面に上記放電電極
の一端を押圧せしめ、接続材を介して両者を固定するこ
とにより、外部端子と放電電極は容易かつ確実に電気的
に接続される。このため、両者間の接触不良に基づく接
触抵抗の増大を有効に防止できる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明に係るチップ型サージ吸収素子
を、添付図面に基づいて説明する。図１はチップ型サー
ジ吸収素子10の外観を示す斜視図であり、該チップ型サ
ージ吸収素子10は、基板部12と、該基板部12上に載置さ
れたキャップ部14とに大別される。また、図２は基板部
12を示す斜視図であり、図３はキャップ部14と基板部12
を示す分解断面図である。

【００１３】上記基板部12は、絶縁基板16と、該絶縁基
板16の上面16ａから側面16ｂ及び下面16ｃにかけて被着
形成された一対の外部端子18，18と、各外部端子18，18
の先端部18ａ，18ａに接続された発熱抵抗膜20，20とを
有してなり、各発熱抵抗膜20，20間には幅１０μｍ〜１
００μｍの微小放電間隙22が形成されている（図３）。
また、絶縁基板16における上記微小放電間隙22に対応す
る箇所には、溝24が形成されている。さらに、上記外部
端子18，18と発熱抵抗膜20，20との接続部上には、上記
外部端子18，18の沿面放電を防止するためのクロスオー
バガラス26，26が被覆されている。上記絶縁基板16は、
アルミナやフォルステライト、ステアタイト等で構成さ
れ、厚さは０．４mm〜１．０mmに設定されている。上記
外部端子18，18は、銀・パラジウム（Ａｇ・Ｐｄ）ペー
スト等で構成されている。上記発熱抵抗膜20，20は、ル
テニウム（Ｒｕ）系ペースト等で構成され、その抵抗値
は６Ω以下に設定されている。

【００１４】上記キャップ部14はアルミナやフォルステ
ライト等のセラミックで形成され、図３に示すように、
内部に空間部28を備えている。該空間部28内には、一対
の放電電極30，30が対向配置されている。この放電電極
30，30は、ニッケルや４２６合金など放電特性の良好な
物質によって形成され、図４の斜視図に示すように、第
１の先端部30ａと第２の先端部30ｂ、及び両先端部間を
結ぶ谷部30ｃを有する断面略Ｍ字形状をなしている。ま
た、放電電極30，30の表面には、ＢａＯ，ＬａＢ₆ ，Ｍ
ｏＳｉ₂ ，ＴｉＯ₂ などのエミッタ材が被覆されてい
る。そして、各放電電極の第１の先端部30ａ，30ａ間に
第１の放電間隙32が、また第２の先端部30ｂ，30ｂ間に
第２の放電間隙34がそれぞれ形成される。

【００１５】各放電電極30，30は、キャップ部14の空間
部壁面に形成された位置決め手段たる突起部36によっ
て、所定の位置に配置される。すなわち、キャップ部14
を下面（基板部12との接合面）からみた平面図である図
５に示すように、上記突起部36は空間部壁面に４個形成
されており、それぞれ空間部壁面の略上端から略下端に
亘る長さを有している（図３）。そして、各放電電極の
第１の先端部30ａ、谷部30ｃ及び第２の先端部30ｂは、
それぞれの両側辺を上記突起部36によって挟まれてい
る。また、各放電電極の上端縁30ｄの左端30ｅ及び右端
30ｆは、上記突起部36に当接するため、放電電極30，30
間の距離が一定に保たれる。なお、放電電極30，30をキ
ャップ部14に係合した状態においては、各放電電極の下
端部30ｇ，30ｇが、キャップ部14の下端面14ａよりわず
かに（０．０５mm〜２mm程度）外部に突出するよう配置
される。

【００１６】上記キャップ部14と基板部12との接続は、
以下のように行われる。すなわち、絶縁基板の上面16ａ
に、上記キャップ部の下端面14ａに対応する形にフリッ
トガラス等の封着材38を被着させると共に、各放電電極
の下端部30ｇ，30ｇに対応する形に銀ペースト等の接続
材40，40を被着させておく。つぎに、上記キャップ部14
の空間部28に、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｘｅ等の希ガスや窒
素ガス等の不活性ガスを主体とした放電ガスを充填させ
る。さらに、キャップ部14の下端面14ａが上記封着材38
に接すると共に、各放電電極30，30の下端部30ｇ，30ｇ
が上記接続材40，40に接するようにキャップ部14を絶縁
基板16上に載置し、全体を加熱する。この結果、上記封
着材38が溶融し、キャップ部14と基板部12が気密に接合
され、キャップ部14の空間部28が放電ガスを充填した放
電空間となる。また、上記接続材40，40も溶融し、上記
放電電極30，30と外部端子18，18とが、空間部28内にお
いて電気的に接続される。

【００１７】各放電電極の下端部30ｇ，30ｇがキャップ
部14の下端面14ａから外部に突出しているため、キャッ
プ部14と基板部12との接合に際して、各放電電極の下端
部30ｇ，30ｇが外部端子18，18の表面を押圧することと
なる。この結果、両者間の接触不良は回避され、当該箇
所の接触抵抗を最小限に抑えることができる。なお、放
電電極の下端部30ｇ，30ｇが突出している分、キャップ
部14の下端面14ａと絶縁基板16の上面16ａとの間には隙
間が生じるが、該隙間には上記封着材38が満遍なく充填
されるため、上記空間部28の気密性に悪影響を及ぼすこ
とはない。

【００１８】上記チップ型サージ吸収素子10は、図示は
省略するが、電子機器の回路基板上に載置され、外部端
子18，18をハンダ付け等することによって、回路基板に
装着される。そして、上記外部端子18，18を介して、被
保護回路に通じる電源ラインや通信ライン等の線路間に
接続される。

【００１９】しかして、該線路にサージが印加された場
合には、上記発熱抵抗膜20，20間の微小放電間隙22に電
子が放出されて、トリガ放電としての沿面放電が生成す
る。ついで、この沿面放電は、電子のプライミング効果
によってグロー放電へと移行する。そして、このグロー
放電が上記第２の放電間隙34及び第１の放電間隙32へと
順に転移し、主放電たるアーク放電に移行してサージを
吸収する。また、電源誤接続や過電圧試験の実施等によ
り、上記線路にチップ型サージ吸収素子10の定格電圧以
上の過電圧が連続して印加された場合には、過電圧によ
る過電流の通電によって、上記発熱抵抗膜20，20が発熱
し、絶縁基板の上面16ａを加熱する。その結果、絶縁基
板16が熱歪みを起こし、上記溝24に沿って絶縁基板16が
砕裂する。この絶縁基板16の砕裂によって、上記空間部
28内に空気が流入するため、第１の放電間隙32及び第２
の放電間隙34における放電が消失する。したがって、過
電圧の連続印加によるアーク放電の持続によって、チッ
プ型サージ吸収素子10が焼損することを有効に防止でき
る。

【００２０】上記実施例は、絶縁基板の上面16ａに一対
の発熱抵抗膜20，20を被着形成した基板部12を備えてな
るが、本発明はかかる構成に限られるものではない。例
えば、図６に示すように、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等で形成
され電圧非直線特性を備えたチップ型のバリスタ42を、
絶縁基板の上面16ａにおける外部端子18，18間の間隙に
固着し、該バリスタ42の両端に各外部端子の先端部18
ａ，18ａを接続してなる基板部12を採用してもよい。こ
の場合、バリスタ42と外部端子18，18との接続部近傍に
接続材40，40を塗布し、該接続材40，40を介して外部端
子18，18と上記放電電極の下端部30ｇ，30ｇとを接続さ
せることにより、上記第１の放電間隙32及び第２の放電
間隙34とバリスタ42との並列接続構造が実現でき、ガス
アレスタの大電流耐量性とバリスタの即応性を備えた優
れたサージ吸収特性を実現できる。なお、図示は省略し
たが、バリスタ42を絶縁基板の上面16ａに配置する代わ
りに、各放電電極の谷部30ｃ，30ｃ間にバリスタを介装
させるよう構成しても同様の効果を奏することができ
る。

【００２１】また、図７に示すように、絶縁基板の上面
16ａにおける外部端子18，18間の間隙に、カーボンを主
成分とする導電体よりなる第１の補助放電電極線44を形
成してなる基板部12を採用してもよい。この第１の補助
放電極線44の両端と各外部端子の先端部18ａ，18ａとの
間には、第１の補助放電間隙46，46が形成されている。
このため、サージが印加された場合には、まず間隙幅の
狭い第１の補助放電間隙46，46において沿面放電が生成
し、該沿面放電によって放出された電子のプライミング
効果により、極めて短時間のうちに第２の放電間隙34及
び第１の放電間隙32において主放電が生成される。な
お、上記第１の補助放電電極線44の数は３本に限られる
ものではなく、２本以下あるいは４本以上であってもよ
い。また、図示は省略したが、この第１の補助放電電極
線44と同様の補助放電電極線を、上記キャップ部14の内
面における天井部分に形成し、該補助放電電極線の両端
と各放電電極の上端縁30ｄ，30ｄとの間に、補助放電間
隙を形成するよう構成してもよい。

【００２２】さらに、図８に示すように、図２及び図３
に示した基板部12における絶縁基板の上面16ａに、カー
ボンを主成分とする導電体よりなる第２の補助放電電極
線48を形成するよう構成してもよい。この第２の補助放
電電極線48は、発熱抵抗膜20，20の両側辺に対して略平
行に配置され、それぞれの一端が接続材40を介して上記
外部端子18に接続されると共に、他端は溝24まで達して
いる。そして、第２の補助放電電極線48の他端間には、
溝24の幅に対応する第２の補助放電間隙49が形成され
る。しかして、サージが印加された場合には、まず第２
の補助放電間隙において沿面放電が生成する。つぎに、
この沿面放電が発熱抵抗膜20，20間に転移し、微小放電
間隙22における沿面放電を生成する。そして、これらの
沿面放電による電子のプライミング効果によって、上記
第２の放電間隙34及び第１の放電間隙32において、極め
て短時間の中に主放電たるアーク放電が生成し得る。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係るチップ型サージ吸収素子
は、上記のように、放電電極と外部端子とを別個の部材
によって構成し、キャップ部の空間部内において両者を
接続するため、従来例のように放電電極の一部をキャッ
プ部の空間部外に導出して外部端子を構成する必要がな
い。したがって、予め酸化処理した外部端子を用いた
り、あるいは封着材との馴染みの良い材質で構成した外
部端子を用いることができ、封着材との馴染みを良くす
るために外部端子を酸化処理する際に放電電極全体が酸
化処理されてしまうという問題は全く生じない。

【００２４】上記キャップ部の空間部内に、上記放電電
極を所定の位置に配置する位置決め手段を形成すること
により、放電電極間に形成される放電間隙を一定の間隙
幅に容易に規定できる。この結果、チップ型サージ吸収
素子の放電開始電圧を、安定的に設定することが可能と
なる。

【００２５】上記外部端子の表面に上記放電電極の一端
を押圧せしめ、接続材を介して両者を固定することによ
り、外部端子と放電電極は容易かつ確実に電気的に接続
される。このため、両者間の接触不良に基づく接触抵抗
の増大を有効に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るチップ型サージ吸収素子の一実施
例を示す斜視図である。

【図２】上記実施例に係る基板部を示す斜視図である。

【図３】上記実施例を示す分解断面図である。

【図４】上記実施例に係る放電電極を示す斜視図であ
る。

【図５】上記実施例に係るキャップ部を下面（基板部と
の接合面）からみた平面図である。

【図６】他の実施例に係る基板部を示す斜視図である。

【図７】他の実施例に係る基板部を示す斜視図である。

【図８】他の実施例に係る基板部を示す斜視図である。

【図９】従来のチップ型サージ吸収素子を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

10 チップ型サージ吸収素子 12 基板部 14 キャップ部 16 絶縁基板 16ａ絶縁基板の上面 18 外部端子 18ａ外部端子の先端部 20 発熱抵抗膜 22 微小放電間隙 28 空間部 30 放電電極 32 第１の放電間隙 34 第２の放電間隙 36 突起部 38 封着材 40 接続材 42 バリスタ 44 第１の補助放電電極線 46 第１の補助放電間隙 48 第２の補助放電電極線 49 第２の補助放電間隙

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板の表面に、少なくとも一対の外
部端子を所定の間隙を隔てて対向配置してなる基板部
と、内側に空間部を備えてなるキャップ部と、上記キャ
ップ部の空間部内において、所定の放電間隙を隔てて相
対向するよう配置された一対の放電電極とを有してな
り、上記空間部内に放電ガスを充填したキャップ部を上
記基板部の表面に被せ、封着材を介して上記空間部を気
密封止すると共に、上記空間部内において、上記外部端
子と放電電極の一端を電気的に接続するよう構成したチ
ップ型サージ吸収素子。
【請求項２】上記キャップ部の空間部内に、上記放電
電極を所定の位置に配置する位置決め手段を形成したこ
とを特徴とする請求項１に記載のチップ型サージ吸収素
子。
【請求項３】上記外部端子の表面に上記放電電極の一
端を押圧せしめ、接続材を介して両者を固定したことを
特徴とする請求項１または２に記載のチップ型サージ吸
収素子。
【請求項４】上記絶縁基板の表面における外部端子間
の間隙に一対の発熱抵抗体を配置し、各外部端子の先端
部と各発熱抵抗体の一端とをそれぞれ接続すると共に、
発熱抵抗体の他端間に微小放電間隙を形成したことを特
徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のチップ型サー
ジ吸収素子。
【請求項５】上記絶縁基板の表面における外部端子間
の間隙に電圧非直線抵抗体を配置し、該電圧非直線抵抗
体の両端と各外部端子の先端部とを接続したことを特徴
とする請求項１乃至３の何れかに記載のチップ型サージ
吸収素子。
【請求項６】上記絶縁基板の表面における外部端子間
の間隙に、第１の補助放電電極線を形成し、該第１の補
助放電電極線の両端と各外部端子の先端部との間に、そ
れぞれ第１の補助放電間隙を形成したことを特徴とする
請求項１乃至３の何れかに記載のチップ型サージ吸収素
子。
【請求項７】上記絶縁基板の表面に複数の第２の補助
放電電極線を形成し、該第２の補助放電電極線の一端を
上記外部端子にそれぞれ接続すると共に、該第２の補助
放電電極線の他端間に第２の補助放電間隙を形成したこ
とを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のチップ
型サージ吸収素子。