JP3508565B2 - チップ型サージアブソーバ及びその製造方法 - Google Patents

チップ型サージアブソーバ及びその製造方法

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JP3508565B2 JP25683898A JP25683898A JP3508565B2 JP 3508565 B2 JP3508565 B2 JP 3508565B2 JP 25683898 A JP25683898 A JP 25683898A JP 25683898 A JP25683898 A JP 25683898A JP 3508565 B2 JP3508565 B2 JP 3508565B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、サージ電圧を吸収
するサージアブソーバ及びその製造方法に係るものであ
り、詳しくは絶縁性基板で囲まれた放電室に臨むよう
に、放電間隙をあけて1対の放電電極が設けられたチッ
プ型サージアブソーバ及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び先行技術】電話機、モデムなど電子機
器が通信線と接続する部分、或いはCRT駆動回路な
ど、雷サージや静電気等の異常電圧による電撃を受けや
すい部分に接続し、異常電圧によって電子機器が破壊さ
れるのを防ぐために使用されるサージアブソーバとして
は、次のようなものがある。
【0003】 図4に示す如く、円柱形碍子41の表
面に、マイクロギャップ42Aを有する導電性皮膜42
を形成したアブソーバ素子の両端にキャップ電極43を
かぶせたものをスラグリード45を用いてガラス管46
内に封入ガスで封止したガラス管封止型マイクロギャッ
プ式サージアブソーバ。 図5に示す如く、放電間隙をあけて1対の放電電極
51A,51Bを板面に形成したアルミナ基板51と、
放電室形成用の開孔52Aが板央部に形成されたアルミ
ナ基板52と開孔のないアルミナ基板53とを(図5
(a))、この順で、ガラスペーストを用いて積層一体
化すると共に放電室内を封入ガス雰囲気としてサージア
ブソーバ素子54とし、その両端面に端子電極55A,
55Bを形成したチップ型サージアブソーバ(図5
(b))。 図6に示す如く、板面に放電電極61Aを形成した
アルミナ基板61と、板面に放電電極63Aを形成した
アルミナ基板63とを、放電室形成用の開孔62Aが板
央部に形成されたアルミナ基板62を介して(図6
(a))、ガラスペーストを用いて積層一体化すると共
に放電室内を封入ガス雰囲気としてサージアブソーバ素
体64とし、その両端面に端子電極65A,65Bを形
成したチップ型サージアブソーバ(図6(b))。 図7に示す如く、アルミナ基板71の一方の板面に
放電電極71A,71Bと端子電極72A,72Bを形
成し、大気中で放電させるチップ型サージアブソーバ。
【0004】上記〜のサージアブソーバでは、それ
ぞれ次のような問題がある。
【0005】のガラス管封止型マイクロギャップ式サ
ージアブソーバでは、マイクロギャップで放電をトリガ
するために放電遅れがなく、しかも主放電をキャップ電
極間に形成するためにマイクロギャップの傷みが少なく
なり寿命特性に優れるという長所を有する反面、ガラス
管内にアブソーバ素子と封入ガスを封入して作製するた
め、製品形状は円筒状で、表面実装には不向きである。
また、このようにガラス管内に素子を封入するもので
は、小型化が図れず、長さ3mm以下のものを作製する
ことは非常に困難である。
【0006】のチップ型サージアブソーバのように、
開孔を有する基板を用いて放電室を形成する場合、基板
に開孔を形成するための金型作製にコストが非常にかか
り、また開孔の大きさを変更するにも金型を作製し直さ
ねばならず、形状変更に大きなコストが必要となる。ま
た、3枚の基板を重ねるため、封着後の基板の重なり具
合にずれが生じ、外形寸法のバラツキが大きなものとな
る傾向がある。更には、構造上、主放電もマイクロギャ
ップ上で形成されることとなるため、マイクロギャップ
の傷みが激しく、寿命特性の面で問題がある。
【0007】のチップ型サージアブソーバでは、放電
空間に臨むように対向する放電電極をただ配置しただけ
であるため、電界電子放出などによる放電をトリガする
機構がない。その結果、インパルスに対する放電遅れが
十分に小さくならず、サージ吸収性能がマイクロギャッ
プ式サージアブソーバに比べて劣る。しかも、3枚の基
板を重ねるため、のチップ型サージアブソーバと同
様、外形寸法のバラツキの問題がある。
【0008】のチップ型サージアブソーバでは、外形
寸法のバラツキは小さいが、大気中で放電するため、大
気の湿度、圧力、塵埃の影響を受けて放電開始電圧が安
定しない。
【0009】このような問題点を解決し、封入ガス雰囲
気の放電室を有するチップ型サージアブソーバであっ
て、製品寸法のバラツキを防止して、容易に封止を行う
ことができ、しかも、放電をトリガするマイクロギャッ
プとは別に、主放電を行う主放電電極を形成することが
でき、寿命特性を向上させることができるチップ型サー
ジアブソーバを提供するべく、本出願人は先に、図3に
示す如く、積層配置された第1及び第2の絶縁性基板3
1,32と、第1の絶縁性基板31の板面のうち、第2
の絶縁性基板32に対面する板面に、放電間隙33Aを
あけて設けられた1対の放電電極33と、第2の絶縁性
基板32の板面のうち第1の絶縁性基板31に対面する
板面に、放電間隙33Aに臨むように設けられた放電室
形成用の溝34と、第1及び第2の絶縁性基板31,3
2の積層体の対向する1対の端面に、溝34を封止する
ように設けられた端子電極35,55とを備えてなるチ
ップ型サージアブソーバを提案した(特願平10−16
5314号。以下「先願」という)。
【0010】このチップ型サージアブソーバでは、第2
の絶縁性基板33に形成した溝34により放電室を形成
することができる。しかも、チップ形状でありながらマ
イクロギャップ(第1の絶縁性基板31の放電間隙33
A)で放電をトリガし、沿面放電の形態で放電を封止電
極(端子電極)35,35まで伸展させ、封止電極(端
子電極)35,35間でアーク放電を形成する2段階放
電を行うことができるため、放電遅れが小さく、しかも
マイクロギャップの劣化を防止して寿命特性を向上させ
ることができる。
【0011】この先願のチップ型サージアブソーバは、
薄板状の第1の絶縁性基板の一方の板面に放電電極形成
用の導電性膜及び放電間隙用のマイクロギャップを形成
する工程、薄板状の第2の絶縁性基板の一方の板面にガ
ラス系接着剤層を形成すると共に、放電室形成用の複数
の溝を並列して形成する工程、該第1の絶縁性基板と第
2の絶縁性基板とを、該導電性膜形成面と溝形成面とを
対面させて接着して積層体とする工程、該積層体を前記
溝と直交する方向に短冊状に切断して角柱体を得る工
程、該角柱体をその長手方向と直交する方向に切断して
チップを得る工程、並びに該チップの前記溝が露出した
面に端子電極を形成する工程により製造される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記先願のチップ型サ
ージアブソーバでは、その製造工程において、第1の絶
縁性基板と第2の絶縁性基板とをガラス系の接着剤層を
用いて加熱接着する際に、アルミナ等の絶縁性基板と接
着剤層のガラスとの熱膨張係数の差に起因してガラス系
接着剤層にクラックが入ってしまうために、封止が困難
であるという欠点がある。また、焼結体よりなる絶縁性
基板の積層体をチップ状に切断する作業が困難であると
いう欠点もある。
【0013】本発明は上記先願の問題点を解決し、放電
室を有するマイクロギャップ式チップ型サージアブソー
バを、接着用ガラスを用いることなく、従って熱膨張差
に起因するクラックによる封止不良を防止して、また、
焼結体の切断加工を必要とすることなく製造することを
目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のチップ型サージ
アブソーバは、積層配置された第1、第2及び第3の絶
縁性基板と、該第1の絶縁性基板の板面のうち、該第2
の絶縁性基板に対面する板面に、放電間隙をあけて設け
られた1対の放電電極と、該第1、第2及び第3の絶縁
性基板の積層体の対向する1対の端面に設けられた端子
電極とを備えてなるチップ型サージアブソーバであっ
て、該第2の絶縁性基板は、該第1及び第3の絶縁性基
板の両側辺に沿ってそれぞれ配置され、これらの第1、
第2及び第3の絶縁性基板に囲まれることにより放電室
が形成され、前記放電間隙は該放電室に臨んでおり、こ
れらの第1、第2及び第3の絶縁性基板は焼結により一
体化されており、前記端子電極は前記放電電極に導通す
ると共に、該放電室の両端面を封止するように設けられ
ており、かつ、該放電室内が封入ガス雰囲気とされてい
ることを特徴とする。
【0015】本発明のチップ型サージアブソーバの製造
方法は、複数枚のセラミックグリーンシートを薄板状に
積層して各々、第1、第2、第3の積層シートを得る工
程、第1の積層シートの一方の板面に放電電極形成用の
導電性膜及び放電間隙用のマイクロギャップを形成する
工程、第2の積層シートに放電室形成用の複数の長孔を
並列して形成する工程、第1の積層シート、第2の積層
シート及び第3の積層シートを、この順で、かつ、前記
導電性膜形成面が第2の積層シートに対面するように積
層して積層体とする工程、積層体を、前記長孔と直交す
る方向と、隣接する長孔同士の間で長孔と平行方向とに
それぞれ切断してチップを得る工程、並びに該チップを
脱脂及び焼成する工程、及び焼成されたチップの前記孔
が露出した面に封入ガス中で端子電極を形成する工程を
備えることを特徴とする。
【0016】かかるチップ型サージアブソーバであれ
ば、ガラス系接着剤を用いることなく、積層したセラミ
ックグリーンシートを焼結により一体化するため、前述
のような絶縁性基板とガラスとの熱膨張差に起因するク
ラック発生の問題はない。
【0017】しかも、その製造に当っては、セラミック
グリーンシートの積層シートを積層してなる積層体をチ
ップ状に切断した後焼結するため、切断作業を容易に行
える。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
【0019】図1は本発明のチップ型サージアブソーバ
の実施の形態を示す図であって、(a)図は断面図、
(b)図は(a)図のB−B線に沿う断面図である。
【0020】図1のチップ型サージアブソーバ10にお
いて、1は第1の絶縁性基板に相当するアルミナ基板で
あり、一方の板面に放電間隙2Aをあけて導電性膜より
なる放電電極2が形成されている。3,3は、第2の絶
縁性基板に相当するアルミナ基板であり、第3の絶縁性
基板に相当するアルミナ基板5及び第1の絶縁性基板で
あるアルミナ基板1の間において、これらアルミナ基板
1,5の両側辺に沿って配置されており、これらのアル
ミナ基板1,3,3,5で囲まれる空間が放電室4とさ
れている。
【0021】そして、アルミナ基板1,3,5の積層体
6の両端面に、放電電極2に導通するように、かつ、放
電室4の両端面を封止するように端子電極7,7が形成
されている。
【0022】なお、図示の如く、放電電極2の放電間隙
2Aは放電室4に臨むように設けられており、また、放
電室4内は封入ガス雰囲気とされている。
【0023】次に、本発明のチップ型サージアブソーバ
の製造方法の実施の形態を図2を参照して説明する。
【0024】まず、セラミックグリーンシート11を複
数枚積層して50〜90℃,1〜5t/cm2で圧着
し、薄板状の積層シート12とする(図2(a),
(b))。ここで、セラミックグリーンシートは、例え
ば、アルミナ粉末とSiO2等の焼結助材とからなる原
料粉末を有機ビヒクル(有機バインダと溶剤、分散剤、
可塑剤等の混合物)と混合して調製したスラリーをドク
ターブレード法でシート化するなどして、常法により容
易に製造することができる。このセラミックグリーンシ
ートは厚さ20〜80μm程度とし、5〜24枚を積
層、圧着して積層シートとするのが好ましい。
【0025】次いで、この積層シート12のうちの1枚
12Cに、放電室形成用の長方形状の長孔13を複数本
並行に形成する(図2(c))。また、別の積層シート
12Aに上記長孔13と対応するように帯状の電極膜1
4を形成し、この電極膜14にマイクロギャップ14A
を形成する(図3(d))。
【0026】そして、電極膜14を形成した積層シート
12A、長孔13を形成した積層シート12B及び積層
シート11を積層、圧着したのみの積層シート12Cを
この順で積層し、50〜90℃,1〜5t/cm2で圧
着して積層体15とする(図2(e),(f))。この
圧着には、押え板として、長孔13を形成した積層シー
ト12Bと平面視形状が同形状の押え板を用いるのが好
ましい。
【0027】次いで、この積層体15を、前記長孔13
の延在方向と直交する方向に前記マイクロギャップ14
Aの中間の位置で切断して角柱体16とし(図2
(g))、この角柱体16をその長手方向と直交する方
向に、隣接する長孔3,3同士の間の位置で切断してチ
ップ状素体17を得る(図2(h))。この切断順序は
逆であっても良い。即ち、先に、長孔とを平行方向に切
断しても良い。
【0028】そして、このチップ状素体17を脱脂し、
次いで、大気中又はN2,Ar等の不活性ガス中におい
て800〜1100℃で0.5〜3時間焼成して焼結さ
せた後、封入ガス中で開口17Aが露出した面に端子電
極18,18を形成してチップ型サージアブソーバ10
を得る(図2(i))。
【0029】なお、本発明において、絶縁性基板として
は、絶縁性で気密性の高いものであれば良く、アルミナ
基板の他、コランダム、ムライト、コランダムムライ
ト、アクリル、ベークライト等の基板を用いることがで
きる。従って、その製造に当っては、各々のセラミック
グリーンシートを用いることができる。
【0030】また、図2に示す方法において、長孔13
は幅0.1〜1.0mm程度のものを0.1〜3mm程
度のピッチで形成するのが好ましく、放電電極用の電極
膜14は、幅0.1〜1.0mm程度のものを、長孔1
3と同等のピッチで形成するのが好ましい。
【0031】この放電電極用の電極膜14は、Ti,T
iN,Ta,W,SiC,SnO2,BaAl,Nb,
Si,C、Au,Ag,Pt,Pd,La或いはこれら
の2種以上の混合物等で、スパッタ法、蒸着法、イオン
プレーティング法、印刷法、焼付法等により、膜厚0.
1〜20μm程度に形成するのが好ましい。
【0032】また、マイクロギャップ14Aは、レーザ
ーカット、スクリーンマスク、エッチング等で形成する
ことができ、通常、0.1μm〜2.8mmの幅に、電
極膜14の1本当り、1〜100本形成される。
【0033】端子電極を導電性ペーストの塗布により形
成する場合は、Ag,Pt,Au,Pd,Pb,Sn,
Ni,Fe,Cr,Al,C,Ru,Rh或いはこれら
の2種以上の混合物よりなる導電性ペーストを塗布し、
Ar,He,N2等の封入ガス中(Ag,Pt,Au,
Pd,Sn,Ni,Cr,Al,C,Ru,Rhの場
合)で加熱すれば良い。なお、このときの加熱は、トン
ネル炉、バッチ炉のいずれでも良いが、封入時に密閉状
態になり、チップ内の圧力が温度上昇とともに上昇して
も炉内の圧力も同様に上昇する炉が好適である。
【0034】一方、端子電極をキャップ電極で形成する
場合には、金属製のキャップ電極をチップにかぶせて加
熱接着すれば良い。具体的には、まず、Ag,Ag/P
d,Ag/Pt,Cu等の導電性ペーストを塗布した
後、大気中又はN2等の不活性ガス中で焼成して1層目
の電極層を形成し、次いで、上記導電性ペーストにPb
O−B23−SiO2系ガラス粉末等を混合した導電性
ガラスペーストを塗布した後、大気中又はN2等の不活
性ガス中で焼成して第2層目の接着性を有する電極層を
形成し、これに金属製のキャップ電極をかぶせて封入ガ
ス雰囲気で加熱接着すれば良い。この場合の焼成用の加
熱炉としても、上記と同様のものを用いることができ
る。
【0035】なお、封入ガスとしては、He,N2,A
r,Ne,Xe,SF6,CO2,H2等の1種を単独
で、或いは2種以上を混合して使用することができる。
また、この封入ガスの圧力は、通常の場合、100〜1
000Torr程度とされる。これらの封入ガスの代り
に空気を用いることも可能であるが、放電安定性の面か
らは封入ガス雰囲気とするのが好ましい。
【0036】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に
説明する。
【0037】実施例1 図2に示す方法で本発明のチップ型サージアブソーバを
製造した。
【0038】出発原料としてAl23及びSiO2粉末
を4:6の重量比となるように秤量し、有機バインダ、
溶剤、分散剤、可塑剤を添加し、ボールミルで24時間
混合してスラリーを調製した。このスラリーを用いて、
ドクターブレード法により厚さ50μmのセラミックグ
リーンシートを作製した。
【0039】このセラミックグリーンシートを10枚重
ね、温度70℃,圧力2t/cm2で圧着して第1の積
層シートとし、この積層シートの一方の板面にAg/P
dペーストを印刷、乾燥して、幅0.3mmで厚さ3μ
mの電極膜を帯状に形成し、その後、YAGレーザーで
幅100μmのマイクロギャップ溝を3mmピッチで形
成した。
【0040】別に、上記セラミックグリーンシート8枚
を重ねて温度70℃,圧力2t/cm2で圧着して第2
の積層シートとし、この積層シートに、上記電極膜と対
応する位置に幅0.5mmで長さ60cmの長方形状の
長孔を形成した。
【0041】別に、上記セラミックグリーンシート8枚
を重ねて温度70℃,圧力2t/cm2で圧着して第3
の積層シートとした。
【0042】なお、いずれも圧着後の積層シートの大き
さは80mm×70mmである。
【0043】これら3枚の積層シートを重ねて、第2の
積層シートの長孔と同位置に開口を有し、各積層シート
と同一寸法の金属板を押え板として用い、温度70℃,
圧力2t/cm2で圧着して積層体を得た。
【0044】この積層体をチップ状に切断し、脱脂処理
した後、大気中にて900℃で2時間焼成してチップ状
焼結体を得た。
【0045】このチップ状焼結体の開口が露出した端面
に、Ag/Pd導電性ペーストを塗布して大気中にて8
50℃で焼成して第1層目の電極層を形成した。次い
で、ガラスペーストを塗布し、700℃で焼成してキャ
ップ電極と接着性を有する層を形成した。この接着層形
成面にキャップ電極をかぶせArガス(800Tor
r)中で加熱することにより封止すると共に端子電極を
形成して、3.2mm×1.6mm×1.4mm厚さの
チップ型サージアブソーバを製造した。
【0046】なお、キャップ電極には、Fe−Ni合金
をCuで挟んだ厚み0.1mmのクラッド材の表面にC
2O酸化膜を形成した板をコ字形に加工したものを用
いた。
【0047】得られたチップ型サージアブソーバの直流
放電開始電圧(Vs)(DC電圧を印加し放電電流が1
mAになった時点の電圧)を調べ、結果を表1に示し
た。
【0048】実施例2 実施例1において、マイクロギャップ幅を50μmとし
たこと以外は同様にしてチップ型サージアブソーバを製
造し、同様に評価を行って、結果を表1に示した。
【0049】
【表1】
【0050】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、放
電室を有するマイクロギャップ式チップ型サージアブソ
ーバを、接着用ガラスを用いることなく、従って熱膨張
差に起因するクラックによる封止不良を防止して、ま
た、焼結体の切断加工を必要とすることなく容易に製造
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のチップ型サージアブソーバの実施の形
態を示す図であって、(a)図は断面図、(b)図は
(a)図のB−B線に沿う断面図である。
【図2】本発明のチップ型サージアブソーバの製造方法
の実施の形態を示す斜視図である。
【図3】先願のチップ型サージアブソーバの実施の形態
を示す図であって、(a)図は斜視図、(b)図は分解
斜視図、(c)図は(a)図のC−C線に沿う断面図で
ある。
【図4】先行技術に係るサージアブソーバを示す断面図
である。
【図5】先行技術に係るチップ型サージアブソーバを示
す斜視図である。
【図6】先行技術に係るチップ型サージアブソーバを示
す斜視図である。
【図7】先行技術に係るチップ型サージアブソーバを示
す斜視図である。
【符号の説明】
1,3,5 アルミナ基板 2 放電電極 2A 放電間隙 4 放電室 6 積層体 7 端子電極 10 チップ型サージアブソーバ 11 セラミックグリーンシート 12,12A,12B,12C 積層シート 13 長孔 14 電極膜 14A マイクロギャップ 15 積層体 16 角柱体 17 チップ状素体 18 端子電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中元 隆裕 埼玉県大宮市北袋町1丁目297番地 三 菱マテリアル株式会社 総合研究所内 (56)参考文献 特開 平9−266053(JP,A) 特開 平1−175191(JP,A) 特開 昭57−101366(JP,A) 特開 平10−229028(JP,A) 特開 平10−144560(JP,A) 特開 平10−64704(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01T 4/10 H01T 4/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 積層配置された第1、第2及び第3の絶
    縁性基板と、 該第1の絶縁性基板の板面のうち、該第2の絶縁性基板
    に対面する板面に、放電間隙をあけて設けられた1対の
    放電電極と、 該第1、第2及び第3の絶縁性基板の積層体の対向する
    1対の端面に設けられた端子電極とを備えてなるチップ
    型サージアブソーバであって、 該第2の絶縁性基板は、該第1及び第3の絶縁性基板の
    両側辺に沿ってそれぞれ配置され、これらの第1、第2
    及び第3の絶縁性基板に囲まれることにより放電室が形
    成され、前記放電間隙は該放電室に臨んでおり、 これらの第1、第2及び第3の絶縁性基板は焼結により
    一体化されており、 前記端子電極は前記放電電極に導通すると共に、該放電
    室の両端面を封止するように設けられており、 かつ、該放電室内が封入ガス雰囲気とされていることを
    特徴とするチップ型サージアブソーバ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のチップ型サージアブソ
    ーバを製造する方法であって、 複数枚のセラミックグリーンシートを薄板状に積層して
    各々、第1、第2、第3の積層シートを得る工程、 第1の積層シートの一方の板面に放電電極形成用の導電
    性膜及び放電間隙用のマイクロギャップを形成する工
    程、 第2の積層シートに放電室形成用の複数の長孔を並列し
    て形成する工程、 第1の積層シート、第2の積層シート及び第3の積層シ
    ートを、この順で、かつ、前記導電性膜形成面が第2の
    積層シートに対面するように積層して積層体とする工
    程、 積層体を、前記長孔と直交する方向と、隣接する長孔同
    士の間で長孔と平行方向とにそれぞれ切断してチップを
    得る工程、 該チップを脱脂及び焼成する工程、 並びに焼成されたチップの前記孔が露出した面に封入ガ
    ス中で端子電極を形成する工程を備えるチップ型サージ
    アブソーバの製造方法。
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