JP3265874B2 - サージアブソーバ - Google Patents

サージアブソーバ

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    • HELECTRICITY
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    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電話機、ファクシミリ、
電話交換機、モデム等の通信機器用の電子機器に印加さ
れるサージ電圧の吸収機能に加えて、継続的な過電圧又
は過電流の電子機器への侵入時に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を防止するサ
ージアブソーバに関する。更に詳しくは、ギャップを有
するサージ吸収素子を不活性ガスとともに絶縁性を保つ
管に封止(hermetic seal)した放電型のサージアブソ
ーバに関するものである。本明細書で、過電圧又は過電
流とは、サージアブソーバの放電開始電圧を上回る異常
電圧とこれに伴う異常電流をいう。
【0002】
【従来の技術】従来、ハーメチックシールしたギャップ
式サージアブソーバとして、図及び図に示すような
サージアブソーバ9a及び9bが知られている。2つの
サージアブソーバ9a及び9bに内蔵されるギャップ式
サージ吸収素子1は、SnO2のような導電性皮膜1a
で被包した円柱状のセラミック素体1bの中央に円周方
向に皮膜1aを2分割する幅数10μmのマイクロギャ
ップ1cを形成し、このセラミック素体1bの両端に一
対のキャップ電極1d,1eを冠着して作られる。マイ
クロギャップ1cにより2分割した皮膜間に電気的絶縁
が図られる。図に示すように、サージアブソーバ9a
は、サージ吸収素子1を絶縁性を保つ管4内に収容して
サージ吸収素子1の両端に一対の封止電極2,3を配置
し、これらの封止電極2,3をキャップ電極1d,1e
に電気的に接続し同時に管4の内部にArガスのような
不活性ガス5を封入して作られる。封止電極2,3には
それぞれリード線6,7が接続される。
【0003】図に示すように、サージアブソーバ9b
は、ギャップ式サージ吸収素子1をその両端のキャップ
電極1d,1eに接続したリード線6,7とともにガラ
ス管8で封止して作られる。ガラス管8にはArガスの
ような不活性ガス5が封入される。上記サージアブソー
バ9a又は9bでは雷サージ等に起因してリード線6,
7に異常電圧が印加すると、最初に円柱状のセラミック
素体1bを被包する導電性皮膜1aに沿ってグロー放電
が起こり、最終的に一対のキャップ電極1d,1e間で
のアーク放電に移行してサージ電圧を吸収する。
【0004】上記サージアブソーバ9a又は9bは、電
子機器の一対の入力線路にこの電子機器に並列に接続さ
れ、電子機器の使用電圧より高い電圧で動作するように
構成される。即ち、上記サージアブソーバはその放電開
始電圧より低い電圧では抵抗値の高い抵抗体であるが、
印加電圧がその放電開始電圧以上のときには数10Ω以
下の抵抗値の低い抵抗体になる。電子機器に雷サージ等
の数kV〜数10kVのサージ電圧が瞬間的に印加され
ると、上記サージアブソーバが放電し、このサージ電圧
を吸収して電子機器を保護するようになっている。
【0005】しかし、電子機器を含む回路に過電圧又は
過電流(例えばAC600Vで300mA)が何らかの
原因により継続して加わると、上記サージアブソーバに
電流が流れ続ける。この結果、サージアブソーバが発熱
し周辺の電子機器の発火の原因となる。通常、このよう
な過電圧又は過電流が回路に継続して侵入することは考
えられないが、不慮の事故を想定して最大限の安全対策
を施していく考えが広まってきている。例えば、米国の
UL(Underwriter's Laboratories Inc.)では、この
ような継続的な過電圧又は過電流の侵入時にサージアブ
ソーバが通信機器に火災や電撃の危険を与えてはならな
いように、サージアブソーバに対して所定の安全規格を
制定している。
【0006】従来、こうした安全規格に適合し、継続的
な過電圧又は過電流に起因した電子機器の発火を防止し
得る別のサージアブソーバとして、図に示すように低
融点金属線10を図に示したサージアブソーバ9aの
管4の表面に密着させたサージアブソーバ9cが知られ
ている。このサージアブソーバ9cは低融点金属線10
とサージアブソーバ9aを基板10aとカバー10bに
より密封し、低融点金属線10の端子10c,10d
と、リード線6,7の端子10e,10fとを基板10
aからそれぞれ別々に突設している。このサージアブソ
ーバ9cは、継続的な過電圧又は過電流(例えばAC6
00Vで300mA)の侵入があると低融点金属線10
が直ちに溶断して、サージアブソーバ9aの異常発熱の
みならず、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、発火等を防止できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、サージアブソ
ーバ9cは、上記特長がある反面、高いサージ電流が侵
入すると、低融点金属線10が容易に溶断するためサー
ジ耐量が比較的低い欠点があった。また上記サージアブ
ソーバ9cは部品点数が多く構造が複雑で、小型化しに
くく、製造コストを低減することは至難であった。
【0008】本発明の目的は、雷サージのような瞬間的
なサージ電圧を吸収することに加えて、継続的な過電圧
又は過電流の侵入があった場合にはサージアブソーバの
異常発熱のみならず、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、発火等を防止することができ、
しかも高いサージ耐量を有するサージアブソーバを提供
することにある。本発明の別の目的は、部品点数が少な
くて済み、製造が簡単で、小型化し易く量産性に優れた
サージアブソーバを提供することにある。本発明の更に
別の目的は、サージインパルスに対して応答性が良く、
放電開始電圧を高くし得るサージアブソーバを提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、図1に示すように、本発明の第1のサージアブソー
バ15は、導電性皮膜21で被包した円柱状のセラミッ
ク素体22の周面に皮膜21を分割するギャップ23が
形成され、セラミック素体22の両端に一対のキャップ
電極24,25を有するサージ吸収素子20が不活性ガ
ス14とともに絶縁性を保つ管11内に収容され、この
絶縁性を保つ管11の両端に一対の封止電極12,13
が相対向して封着され、一対の封止電極12,13が封
着状態でサージ吸収素子20を固定し、かつ一対のキャ
ップ電極24,25に電気的に接続される。その特徴あ
る構成は、導電性皮膜21がMnO 2 よりなり、不活性
ガス14がCO2ガスだけであるか、或いはCO2ガスと
He,Ne,Ar,Kr,Xe又はN2ガスの混合ガス
であることにある。第1のサージアブソーバでは、図示
しないが図1の一対のキャップ電極24,25を省略し
て、一対の封止電極を導電性皮膜に電気的に直接接続し
てもよい。
【0010】また図2に示すように、本発明の第2のサ
ージアブソーバ35は、上記サージ吸収素子20のキャ
ップ電極24,25に一対のリード線26,27が接続
され、このサージ吸収素子20が不活性ガス14ととも
に絶縁性を保つ管16により封止され、かつ一対のリー
ド線26,27が管16から突出して形成される。その
特徴ある構成は、導電性皮膜21がMnO 2 よりなり
不活性ガス14がCO2ガスだけであるか、或いはCO2
ガスとHe,Ne,Ar,Kr,Xe又はN2ガスの混
合ガスであることにある。
【0011】以下、本発明を詳述する。図1及び図2に
示すように、ギャップ式サージアブソーバ15及び35
は絶縁性を保つ管11及び28の内部にサージ吸収素子
20がそれぞれ収容される。サージ吸収素子20は導電
性皮膜21で被包した円柱状のセラミック素体22の両
端に一対のキャップ電極24,25を冠着した後、セラ
ミック素体22の中央に円周方向にギャップ23を形成
して作られる。前述したようにサージアブソーバ15で
はキャップ電極24,25を省略してもよい。導電性皮
膜21はスパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティ
ング法、めっき法、CVD法等の薄膜形成法によりセラ
ミック素体22を被包するようにセラミック素体22の
表面に形成される。本発明の導電性皮膜21はMnO 2
である。
【0012】ギャップ23はレーザ光又はダイヤモンド
ブレードにより導電性皮膜21を分割するように形成さ
れる。この分割は多いほど放電開始電圧が向上し、寿命
を長くできる。ギャップ23が1本のときには、導電性
皮膜21は2分割され、複数本形成されれば、導電性皮
膜21は3つ以上に分割される。ギャップはレーザ光線
の焦点深度及び導電性皮膜の厚さから1本当り高々10
00μmの幅に形成される。ギャップ幅が広い程、放電
開始電圧を高くすることができる。このギャップ幅は1
本当り200〜1000μmが好ましく、500〜10
00μmが更に好ましい。1000μmを越えるとサー
ジインパルスに対する応答性が劣るようになり好ましく
ない。ギャップ23は導電性皮膜21のみを除去するこ
とにより、或いは導電性皮膜21と皮膜下のセラミック
素体22の表面を除去することにより形成される。
【0013】サージアブソーバ15はこのサージ吸収素
子20を絶縁性を保つ管11内に収容してセラミック素
体22の両端に一対の封止電極12,13を配置し、こ
れらの封止電極12,13をキャップ電極24,25に
電気的に接続するか、或いはキャップ電極24,25を
設けずに直接導電性皮膜21に電気的に接続し同時に絶
縁性を保つ管11内部に不活性ガス14を封入して作ら
れる。収容されたサージ吸収素子20は一対の封止電極
12,13を管11の両端に封着するときに封止電極1
2,13により固定される。一方、サージアブソーバ3
5はサージ吸収素子20のキャップ電極24,25の外
面にリード線26,27をそれぞれ接続した後、これを
絶縁性を保つ管28の中に収容し、不活性ガス14とと
もに封止する。リード線26,27は絶縁性を保つ管2
8から突出する。
【0014】本発明ではサージアブソーバ15及び35
とも不活性ガス14はCO2ガス単独であるか、或いは
CO2ガスとHe,Ne,Ar,Kr,Xe又はN2ガス
の混合ガスである。その混合割合はCO2ガスが少なく
とも70容積%であって、残部がHe,Ne,Ar,K
r,Xe又はN2ガスであることが好ましい。この混合
割合はCO2ガスが少なくとも50容積%でも、或いは
少なくとも30容積%でもよい。CO2ガスは放電時に
電子を吸着して負イオンになり放電開始電圧を高める負
性の封入ガスであって、800℃で封入しても分解する
ことがない特長がある。このCO2ガス又はCO2ガスと
He等の混合ガスの封入ガス圧は300〜1300To
rrが好ましく、800〜1300Torrが更に好ま
しい。封入ガス圧が300Torr未満ではCO2ガス
の封入効果に乏しく、1300Torrを越えると封入
機の耐久性に問題を生じ易い。放電開始電圧はパッシェ
ンの法則(Paschen's law)から上述したギャップ幅と
封入ガス圧の積(以下、pd値という)の関数であるた
め、封入ガス圧はギャップ幅に応じて設定される。本発
明の絶縁性を保つ管はガラス管、セラミック管等であ
る。ガラス管はホウケイ酸ガラスのような硬質ガラス、
又は鉛ガラス、ソーダ石灰ガラスのような軟質ガラスか
ら作られる。セラミック管はPLZT、透明アルミナの
ような可視光線を透過するセラミック焼結体から作られ
たもののみならず、他の絶縁性のあるセラミック管であ
ればよい。また本発明の絶縁性を保つ管は図2に示すサ
ージアブソーバ35のリード線26又は27に接触する
部分が絶縁性材料で作られ、その他の部分は導電性材料
からなる管も含む。
【0015】
【作用】本発明のサージアブソーバ15又は35が接続
された線路に継続して過電圧又は過電流が侵入するとサ
ージアブソーバ15又は35は放電を生じる。封入ガス
としてCO2ガス又はCO2ガスを含む混合ガスを用いる
と従来のArガスと比べて、この放電の発熱による導電
性皮膜21の損傷程度がより一層甚だしくなり、ギャッ
プ間隔が広がる。この結果、サージアブソーバ15又は
35の致命的な熱損傷になり得る前にその抵抗値は高ま
って放電開始電圧及び放電維持電圧が過電圧より高くな
り、放電は停止する。また封入ガスにCO2ガス又はC
2ガスを含む混合ガスを用いることにより、ギャップ
幅が200〜1000μmの比較的広い範囲にあっても
サージインパルスに対する応答遅れが少なく、また80
0℃程度の封入温度でも封入ガスであるCO2ガスが分
解しない。
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、雷
サージのような瞬間的なサージ電圧を吸収することに加
えて、継続的な過電圧又は過電流の侵入があった場合に
は導電性セラミック薄膜の導電性皮膜が熱損傷して、ギ
ャップ間隔が広がることにより放電開始電圧及び放電維
持電圧が上昇し、サージアブソーバの異常発熱のみなら
ず、電子機器及びこの機器を搭載するプリント基板の熱
的損傷、発火等を防止することができる。また本発明の
サージアブソーバは従来のような低融点金属線を用いな
いため、部品点数を減少してコストを削減でき、占有ス
ペースが僅かで済み、組立が簡便で量産性に優れる。更
にギャップ幅を200〜1000μmにすることによ
り、少ないギャップ本数でもpd値を大きくすることが
でき、容易にサージアブソーバの放電開始電圧を高くで
き、しかもギャップ形成時間を短縮することができる。
特に封入ガスにCO2ガス又はCO2ガスを含む混合ガス
を用いることにより、ギャップ幅が200〜1000μ
mの比較的広い範囲にあってもサージインパルスに対す
る応答遅れが少なく、また800℃程度の封入温度でも
封入ガスであるCO2ガスが熱的に安定なため、800
℃までの封入が可能となり、封入方法が限定されず、生
産性が向上する利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のギャップ式サージアブソーバの中央縦
断面図。
【図2】本発明の別のギャップ式サージアブソーバの縦
断面図。
【図3】従来例の低融点金属線付きサージアブソーバの
斜視図。
【図4】従来例のギャップ式サージアブソーバの図1に
対応する断面図。
【図5】従来例のギャップ式サージアブソーバの図2に
対応する断面図。
【符号の説明】
15,35 サージアブソーバ 11,28 絶縁性を保つ管(ガラス管) 12,13 封止電極 14 不活性ガス 16,17,26,27 リード線 20 サージ吸収素子 21 導電性皮膜 22 セラミック素体 23 ギャップ 24,25 キャップ電極
フロントページの続き (72)発明者 松沢 功先 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三菱マテリアル株式会社 電子技術研究 所内 (72)発明者 伊藤 隆明 東京都千代田区大手町1丁目5番1号 三菱マテリアル株式会社内 (72)発明者 阿部 政利 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三菱マテリアル株式会社 電子技術研究 所内 (72)発明者 原田 三喜男 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三菱マテリアル株式会社 セラミックス 工場内 (56)参考文献 特開 平5−242950(JP,A) 特開 昭58−198884(JP,A) 特開 昭59−157981(JP,A) 特開 昭55−104092(JP,A) 実公 平2−16553(JP,Y2) 実公 平2−3271(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01T 1/00 - 4/20

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性皮膜(21)で被包した円柱状のセラ
    ミック素体(22)の周面に前記皮膜(21)を分割するギャッ
    プ(23)が形成され、前記セラミック素体(22)の両端に一
    対のキャップ電極(24,25)を有するか又は有しないサー
    ジ吸収素子(20)が不活性ガス(14)とともに絶縁性を保つ
    管(11)内に収容され、前記管(11)の両端に一対の封止電
    極(12,13)が相対向して封着され、前記一対の封止電極
    (12,13)が封着状態で前記サージ吸収素子(20)を固定
    し、かつ前記一対のキャップ電極(24,25)又は前記導電
    性皮膜(21)に電気的に接続されたサージアブソーバにお
    いて、 前記導電性皮膜(21)がMnO 2 よりなり、前記不活性ガ
    ス(14)がCO2ガスであることを特徴とするサージアブ
    ソーバ。
  2. 【請求項2】 導電性皮膜(21)で被包した円柱状のセラ
    ミック素体(22)の周面に前記皮膜(21)を分割するギャッ
    プ(23)が形成され、前記セラミック素体(22)の両端に一
    対のキャップ電極(24,25)を有するか又は有しないサー
    ジ吸収素子(20)が不活性ガス(14)とともに絶縁性を保つ
    管(11)内に収容され、前記管(11)の両端に一対の封止電
    極(12,13)が相対向して封着され、前記一対の封止電極
    (12,13)が封着状態で前記サージ吸収素子(20)を固定
    し、かつ前記一対のキャップ電極(24,25)又は前記導電
    性皮膜(21)に電気的に接続されたサージアブソーバにお
    いて、 前記導電性皮膜(21)がMnO 2 よりなり、前記不活性ガ
    ス(14)がCO2ガスと、He,Ne,Ar,Kr,Xe
    又はN2ガスの混合ガスであることを特徴とするサージ
    アブソーバ。
  3. 【請求項3】 導電性皮膜(21)で被包した円柱状のセラ
    ミック素体(22)の周面に前記皮膜(21)を分割するギャッ
    プ(23)が形成され、前記セラミック素体(22)の両端に一
    対のキャップ電極(24,25)を有し、前記キャップ電極(2
    4,25)に一対のリード線(26,27)が接続されたサージ吸収
    素子(20)が不活性ガス(14)とともに絶縁性を保つ管(28)
    により封止され、かつ前記一対のリード線(26,27)が前
    記管(28)から突出したサージアブソーバにおいて、 前記導電性皮膜(21)がMnO 2 よりなり、前記不活性ガ
    ス(14)がCO2ガスであることを特徴とするサージアブ
    ソーバ。
  4. 【請求項4】 導電性皮膜(21)で被包した円柱状のセラ
    ミック素体(22)の周面に前記皮膜(21)を分割するギャッ
    プ(23)が形成され、前記セラミック素体(22)の両端に一
    対のキャップ電極(24,25)を有し、前記キャップ電極(2
    4,25)に一対のリード線(26,27)が接続されたサージ吸収
    素子(20)が不活性ガス(14)とともに絶縁性を保つ管(28)
    により封止され、かつ前記一対のリード線(26,27)が前
    記管(28)から突出したサージアブソーバにおいて、 前記導電性皮膜(21)がMnO 2 よりなり、前記不活性ガ
    ス(14)がCO2ガスと、He,Ne,Ar,Kr,Xe
    又はN2ガスの混合ガスであることを特徴とするサージ
    アブソーバ。
  5. 【請求項5】 不活性ガスが少なくとも70容積%のC
    2ガスと、He,Ne,Ar,Kr,Xe又はN2ガス
    とを混合してなる請求項2又は4記載のサージアブソー
    バ。
  6. 【請求項6】 不活性ガスが少なくとも50容積%のC
    2ガスと、He,Ne,Ar,Kr,Xe又はN2ガス
    とを混合してなる請求項2又は4記載のサージアブソー
    バ。
  7. 【請求項7】 不活性ガスが少なくとも30容積%のC
    2ガスと、He,Ne,Ar,Kr,Xe又はN2ガス
    とを混合してなる請求項2又は4記載のサージアブソー
    バ。
  8. 【請求項8】 ギャップ(23)の幅が200μm〜100
    0μmである請求項1ないしいずれか記載のサージア
    ブソーバ。
  9. 【請求項9】 ギャップ(23)の幅が200μm〜500
    μmである請求項記載のサージアブソーバ。
  10. 【請求項10】 ギャップ(23)が導電性皮膜(21)を2分
    割するようにセラミック素体(22)の周面に1本形成され
    た請求項1ないしいずれか記載のサージアブソーバ。
  11. 【請求項11】 ギャップ(23)が導電性皮膜(21)を3つ
    以上に分割するようにセラミック素体(22)の周面に複数
    本形成された請求項1ないし10いずれか記載のサージ
    アブソーバ。
JP30051494A 1994-02-21 1994-12-05 サージアブソーバ Expired - Fee Related JP3265874B2 (ja)

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