JP3991182B2 - サージアブソーバの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、雷などのサージから電気機器を保護するサージアブソーバの製造方法に係り、特に、対サージ特性が良好で、製品不良率が低く、かつ、製造コストが低いサージアブソーバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電話機やファクシミリなどの通信機器やその他の電子回路に外部から侵入する雷などのサージを吸収したり、継続的な過電圧や過電流よってこれらの機器や回路が熱的損傷を受けるのを防止するために、サージアブソーバが多く用いられている。これらサージアブソーバの中でも、マイクロギャップ型のサージアブソーバは、放電開始電圧が安定し、かつ、サージ応答性が良好なので広く用いられている。
【０００３】
従来のマイクロギャップ型のサージアブソーバとしては、図３、図４、図５に示されるものが開示されている。
【０００４】
図５のマイクロギャップ型のサージアブソーバは、
放電ギャップ（２８）が設けられた導電性皮膜（２７）で被覆された円柱状の絶縁体（２６）と、絶縁体の両端に嵌着され絶縁体とともにアブソーバ素子（２１）を形成するキャップ電極（３０）と、上記アブソーバ素子が挿入されたガラス管（２２）と、ガラス管とともに放電ガスが封入された放電室（２５）を形成する１対の封止電極（２３）と、封止電極に付されるリード線（２９）とで構成されている。なお、放電ガスの封入は、当該ガスの雰囲気中で、ガラス管を加熱して軟化させ、封止電極と融着させることによって行われる。
【０００５】
図５のサージアブソーバが実装された回路に、雷などのサージが侵入すると、放電ギャップ（２８）間でグロー放電が起こりサージが流れる。また、継続的な過電流、過電圧が侵入したときは、放電の熱により放電ガスがイオン化し、グロー放電からアーク放電に移行して、サージが吸収される。従って、保護すべき回路には、サージが影響することはなく電子機器などは破損を免れる。
【０００６】
しかし、図５のサージアブソーバは、アブソーバ素子（２１）が放電室（２５）内で遊離した状態にあるので、アブソーバ素子がガラス管に接触または近接した状態で設置される可能性があり、実装後のサージ侵入時に、ガラスが異常に発熱し破損に至る可能性があった。
【０００７】
そこで、上記問題点を解決すべく提案されたのが、図４のサージアブソーバである。図４のサージアブソーバは、アブソーバ素子（２１）に嵌着されたキャップ電極（３０）に、安定した位置決めをするための突起部がついているので、アブソーバ素子がガラス管に接近することがなくなり、この点での破損はなくなった。
【０００８】
しかしながら、キャップ電極に突起部を付けると、その分サージアブソーバ自体が大きくなり、省資源、小型化という産業技術上の要請に反するという問題点があった。また、突起部の分、封止電極の直径を大きくする必要もある。封止電極は、ガラスと強固に接着する必要があるので、高温でガラスとの濡れが良いことが求められ、これに最適な材料としてジュメット線がよく用いられている。
ジュメット線は、規格品としてリード線付きで市販されている。しかし、線の直径が大きくなると特別に注文をする必要があるので、購入価格が高くなり、サージアブソーバのコストが上昇する原因となる。
【０００９】
そこで、この問題点を解決すべく提案されたのが、図３のサージアブソーバである。図３のサージアブソーバは、図４のサージアブソーバの封止電極とガラス管との間にスペーサーとしてガラスリング（２４）を挿入したものである。このサージアブソーバでは、封止電極とガラス管との間にガラスリングを挿入するので、その分封止電極の直径を小さくすることができた。
【００１０】
上記図３から図５までのサージアブソーバは、それぞれのアブソーバに必要な部材を、所定の手順でカーボンヒータ内に垂直に重ね入れて仮の組み立てを行ない、次いでカーボンヒータ内を放電ガスの雰囲気とした後、カーボンヒータを加温してガラスを軟化させ、ガラスとガラス管あるいはガラスと封止電極間を融着させて、アブソーバ素子及び放電ガスを封入することによって作製する。
【００１１】
以下に図７をもとに、図３のサージアブソーバのガラス管と、ガラスリングと、封止電極とを用いてアブソーバ素子及び放電ガスを封入する手順を説明する。なお、図７ではカーボンヒータは省略してある。
【００１２】
カーボンヒータには、個々のサージアブソーバを加熱するための室が設けられており、サージアブソーバの各部材は、下部から上部へと垂直方向に積み上げられる。
▲１▼ 封止電極（２３）が嵌入された下部のガラスリング（２４Ａ）を、リード線（２９）を下にしてカーボンヒータ内に挿入する。
▲２▼ ガラスリングに外接するようにガラス管（２２）をカーボンヒータ内に挿入する。
▲３▼ アブソーバ素子（２７）を下部の封止電極に当接するようにしてガラス管内に挿入する。
▲４▼ 封止電極が嵌入された上部のガラスリング（２４Ｂ）を、リード線（２９）を上にしてガラス管内に挿入する。その際、封止電極が、アブソーバ素子のキャップ電極に当接するように挿入する。
▲５▼ カーボンヒータ内を放電ガスの雰囲気にする。
▲６▼ カーボンヒータを加温してガラスを軟化させ、ガラス管とガラスリング間並びにガラスリングと封止電極間を融着させる。
▲７▼ サージアブソーバを、カーボンヒータ内より取出す。
図３の、サージアブソーバの封入方法は上記以外にも考えられるが、ガラス管内に正確にアブソーバ素子を入れる必要があるために、どの方法をとっても各部材は垂直方向に積み上げられ、その状態のままで加熱され封着される。
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、マイクロギャップ型サージアブソーバ自体が直径５ｍｍ、長さ７ｍｍと小さく、封着時に加熱時間を長くするとガラス全体が溶融してしまうので、加熱をごく短い時間で行う必要があり、ガラス全体を均一な温度にすることはできない。したがって、ヒータに直に熱せられる外部と、内部とでは相当の温度差が生じる。
【００１４】
図３のサージアブソーバは、ガラス管が露出し、ガラスリングはガラス管に内包されているので、加熱時ガラス管の温度がガラスリングの温度より高くなる。そこで、ガラスリングとガラス管との軟化の度合いを合わせてガラス管とガラスリングとの間を強固に融着させるために、ガラスリングに用いるガラスの軟化温度を、ガラス管に用いるガラスの軟化温度よりも低くする必要がある。即ち、高軟化点のガラスと低軟化点のガラスの２種類を使用する必要があった。
しかしながら、加熱温度が高過ぎたり、加熱時間が長すぎたり若しくは加熱むらが生じたりするとガラスリングが軟化しすぎ、ガラス管とガラスリングとの界面で滑り、ガラス管の端面部で凹凸が生じることがあり、後工程や使用時の破損の原因となっている（図６参照）。
なお、ガラスリングに用いるガラスの軟化温度を、ガラス管に用いるガラスの軟化温度と同等若しくは高くすると、封着時に加熱源に近いガラス管の方が先に温度が上昇するので、ガラス管が先に軟化溶融して腹部が膨張するという不都合が生じる。
【００１５】
また、ガラス面どうしを融着させるときに、ガラス管とガラスリングとの融着面を鉛直方向にせざるを得ないので、重力の作用を受けて軟化したガラスがより滑り易くなる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記課題を解決するために検討を加えた結果、加熱時にガラス管とガラスリングの融着面を、鉛直方向ではなく水平方向にすることによって、上記課題が解決できることが判明し、本発明の製造方法を成すに至った。
【００１７】
上記課題を解決する請求項１のサージアブソーバの製造方法は、
下方の封止電極（１３Ａ）が嵌入された下方のガラスリング（１４Ａ）をリード線（１９Ａ）を下にして加熱炉に挿入する工程と、
下端部が上記ガラスリングの端面の周縁部に接するようにして軟化点がガラスリングと実質同一のガラス管（１２）を加熱炉に挿入する工程と、
下方のキャップ電極（２０Ａ）が上記下方の封止電極に当接するようにアブソーバ素子（１１）をガラス管内に挿入する工程と、
上方の封止電極（１３Ｂ）を嵌入した上方のガラスリング（１４Ｂ）を、アブソーバ素子の上方のキャップ電極と該上方の封止電極とが当接するようにリード線（１９Ｂ）を上にしてガラス管に被せる工程と、
加熱炉内を放電ガスの雰囲気にする工程と、
加熱炉を昇温してガラスリングとガラス管を軟化させ、ガラスリングとガラス管との間及びガラスリングと封止電極との間を融着させ一体化させる工程とからなることを特徴とするサージアブソーバの製造方法である。
【００１８】
図３のサージアブソーバの製造方法では、ガラス管とガラスリングとが、ガラス管の内壁面とガラスリングの外壁面とで融着していたのに対し、本発明の製造方法では、ガラス管の端面とガラスリングの端面の周縁部との間で融着して、放電室を形成する（図１参照）。
即ち、図３のサージアブソーバでは、ガラスリングの外壁面がガラス管の内壁面と接触しており、加熱中は、その接触面を鉛直方向にするのに対し、本発明の製造方法ではガラスリングの端面が、ガラス管の端面に蓋状で接触し、その接触面を水平方向にして加熱する。
その結果、図３のサージアブソーバでは、ガラスリングは加熱温度が高くなって粘性が減じると、ガラス管の内壁面を滑り、ガラス管との間に凹凸が生じるが、本発明の製造方法では、ガラスリングは加熱温度が高くなってもガラス管の内壁面を伝って滑らないので、外面に凹凸が生じない。
【００１９】
また、本発明の製造方法では、ガラス管、ガラスリングともにカーボンヒータに直に面し、加熱中に両者間に温度差が生じないので、ガラス管に使用するガラスの軟化温度をガラスリングに使用するガラスと同様に低い軟化点にしても、ガラス管の腹部が変形するという問題は生じない。
したがって、本発明の製造方法では、ガラス管とガラスリングとを、軟化点の低い実質的に同一なガラスとすることができ、ガラス管の端面とガラスリングの端面とが融着され易く、欠陥のない製品が得られる。また、低軟化点のガラスを使用することができるので、製造コストが安くなる。
【００２０】
請求項２の発明は、アブソーバ素子が、円柱状絶縁性体の表面にマイクロギャップを設けた導電性皮膜を被覆したものの両端にキャップ電極を嵌着したものであることを特徴とする。
本発明において、アブソーバ素子とは、通常の状態では通電しないが、電気的なサージやノイズが印加されると放電して一定の目的を達するものを言う。
本発明において、キャップ電極は金属若しくは合金を用いて作製され、アブソーバ素子と封止電極との導通を確実にする。
【００２１】
本発明に用いる絶縁体（１６）は、サージ印加時の放電室の内部温度を考慮すると、熱的な安定性に優れたセラミックスであることが好ましい。その中でも、アルミナやムライト磁器は、融点が高く、入手が容易なので好適に用いられる。
【００２２】
本発明では、絶縁体の表面は導電性皮膜（１７）で被覆される。導電性皮膜は、サージ印加時の放電室内の温度を考慮すると、融点が高い金属若しくは導電性のセラミックであることが望ましく、ＳｎＯ₂、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＳｎＯ₂、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｖ、Ａｌ、Ｎｂなどが融点が高く、熱的に安定なので好適に用いられる。
【００２３】
導電性皮膜（１７）に設けられる放電ギャップ（１８）の幅は、サージアブソーバの放電開始電圧を決定する重要な要素であり、サージアブソーバの使用目的に応じて決定されるが、一般的には２０μｍ〜２０００μｍの範囲である。なお、放電ギャップは、１本とは限らず、複数本とすることができる。
【００２４】
本発明に用いるガラス管（１２）やガラスリング（１４）は、軟化温度、高温での安定性、ジュメット線との融着性、ガラス相互間の融着性などを考慮すると、鉛ガラス製であることが好ましく、軟化点としては５５０℃から７５０℃のものを好適に使用できる。また、ガラス管とガラスリングとは、実質的に同一の軟化点を有するガラスで作製されている。
【００２５】
本発明に用いる放電ガスには、高温でイオン化されるものであれば空気を含めて用いることができるが、腐食性や高温での安定性を考慮すると、希ガス、Ｎ₂、ＳＦ₆、ＣＯ_2,Ｈ_2,Ｃ₂Ｆ₆などが好適に用いられる。
【００２６】
本発明に用いる封止電極には、金属若しくは合金製のものを用いることができるが、その中でも特に、ＮｉとＦｅの合金の表面を亜酸化銅で処理したジュメット線は、ガラスとの濡れ性に優れ好適に用いることができる。封止電極には、リード線が付してあり、このリード線を通じて回路と電気的に繋がっている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の製造手順を、図２をもとに説明することによって、発明の実施の態様を説明する。しかし、本発明はここで説明する実施の態様によって拘束されるものではない。
【００２８】
本発明では、ガラスを軟化させてアブソーバ素子を封入するため、カーボンヒータ（図示せず）を用いる。
【００２９】
まず、本発明品のサージアブソーバの各構成物をカーボンヒータに収容する手順について図２をもとに説明し、その後に加熱方法について説明する。
▲１▼ ガラスリング（１４Ａ）をカーボンヒータに挿入する。
▲２▼ 封止電極（１３Ａ）を、リード線（１９Ａ）を下にして、ガラスリング（１４Ａ）の開口部に嵌入する。この場合、封止電極の外径は、第２のガラス管の内径よりやや小さい必要がある。なお、▲１▼と▲２▼の手順は逆にしても、特に支障はない。
▲３▼ 下端面部が、ガラスリング（１４Ａ）の端面の周縁部に全面的に接するように、ガラス管（１２）をカーボンヒータ内に挿入する。この場合、ガラス管の外径とガラスリングの外径とは略一致する必要がある。なお、ガラス管の内径とガラスリングの内径とでは、ガラス管の方が大きいのが通常である。
▲４▼ 下方のキャップ電極（２０Ａ）が、封止電極（１３Ａ）に当接するようにして両端にキャップ電極（２０Ａ、２０Ｂ）を嵌着したアブソーバ素子（１１）をガラス管（１２）内に挿入する。
▲５▼ アブソーバ素子（１１）の上方のキャップ電極（２０Ｂ）と封止電極（１３Ｂ）とが当接するようにして、予め封止電極（１３Ｂ）を嵌入したガラスリングを（１４Ｂ）を、リード線（１９Ｂ）を上にしてガラス管（１２）の上端面に被せる。この場合、ガラスリングをガラス管の上端面に被せた後に、封止電極を嵌入することもできる。
▲６▼ 加熱炉内を放電ガスの雰囲気にして、カーボンヒータを昇温する。
▲７▼ ガラス管及びガラスリングを軟化させ、ガラスリングと封止電極との間及びガラス管とガラスリングとの間をそれぞれ融着させて、全体を一体化する。
なお、加熱温度は５５０〜７５０℃、加熱時間は１〜３分である。
【００３０】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明する。
【００３１】
【実施例１】
上記の手順で、図１に示すサージアブソーバを作製した。用いた部品の寸法、品質などは以下に示すとおりである。なお、放電ガスはＣＯ₂、加熱温度６００℃で、加熱時間は１分間とした。
▲１▼アブソーバ素子
ムライト磁器（直径１ｍｍ、長さ３ｍｍ）よりなる絶縁体の表面に、ＳｎＯ₂よりなる導電性皮膜（厚さ１μｍ）を形成した。放電ギャップの幅は、３０μｍとした。なお、キャップ電極としては、フランジ状突起部付ステンレス製（直径１ｍｍ、フランジ部外径２．４ｍｍ、肉厚０．１５ｍｍ）を用いた。
▲２▼ ガラス管
鉛ガラス製、軟化温度５５０℃（外径５．１ｍｍ、内径２．７ｍｍ、長さ３．３ｍｍ）
▲３▼ ガラスリング
鉛ガラス製、軟化温度５５０℃（外径５．１ｍｍ、内径１．６ｍｍ、長さ１．８ｍｍ）
▲４▼ 封止電極
規格品ジュメット線（直径１．５ｍｍ、長さ１．８ｍｍ）
【００３２】
【比較例１】
下記の材料を用いて図３（特開平１０−２２０４２の発明）のサージアブソーバを作製した。なお、加熱温度は６４０℃、加熱時間は１分間である。
▲１▼ ガラス管
鉛ガラス製、軟化温度６９５℃（外径５．１ｍｍ、内径２．７ｍｍ、長さ７．０ｍｍ）
▲２▼ ガラスリング
鉛ガラス製、軟化温度５５０℃（９Ａ；外径２．６ｍｍ、内径１．６ｍｍ、長さ１．８ｍｍ ９Ｂ；外径２．６ｍｍ、内径１．６ｍｍ、長さ２．５ｍｍ）
▲３▼その他の材料は、実施例１と同様である。
【００３３】
［実験例１］
実施例１及び比較例１で作製したサージアブソーバを各１００個抽出して、光学顕微鏡（４倍）で外観検査を行い、ガラス管の端面部に０．３ｍｍを超える凹凸があるものの数を製品不良数として表１に示した。本発明製造方法で製造されたものの方が、製品不良数が少ないのがわかる。
【表１】

【００３４】
［実験例２］
実施例１及び比較例１で作製したサージアブソーバ各１００個について、模擬回路に実装した後、これを回収した。回収した試料の外観を肉眼で観察し、製品の角欠けの有無を調べた。角欠けのあったサージアブソーバの数を角欠け数として同じく表１に示した。
本発明品の方が、角欠け数が少ないのがわかる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の製造方法では、アブソーバ素子封入用ガラス管と封止用のガラスリングとを水平方向に融着させることとしたので、製品に凹凸などの欠陥が発生せず、製品の検査工程、出荷段階及び使用中において角欠けなどの不都合を生じない。
また、ガラス管とガラスリングに低軟化点で実質的に同一のガラスを使用することができるので、封着時の加熱温度が低くてすみ、低コストで高品質のサージアブソーバの製造ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の製造方法で作製されるサージアブソーバの１実施の態様を図示した断面図である。
【図２】 図２（１）から図２（４）は、本発明の製造方法の組立て方法を図示した断面図である。
【図３】 図３は、従来のサージアブソーバの断面図である。
【図４】 図４は、従来のサージアブソーバの断面図である。
【図５】 図５は、従来のサージアブソーバの断面図である。
【図６】 図６は、従来のサージアブソーバのガラス管端面部凹凸状態を示した斜視図である。
【図７】 図７（１）から図７（４）は、従来のサージアブソーバの製造手順を示した断面図である。
【符号の説明】
（１０） サージアブソーバ
（１１） アブソーバ素子
（１２） ガラス管
（１３Ａ，１３Ｂ） 封止電極
（１４Ａ，１４Ｂ） ガラスリング
（１５） 放電室
（１６） 絶縁体
（１７） 導電性皮膜
（１８） 放電ギャップ
（１９Ａ，１９Ｂ） リード線
（２０Ａ，２０Ｂ） キャップ電極
（２１） アブソーバ素子
（２２） ガラス管
（２３） 封止電極
（２４Ａ，２４Ｂ） ガラスリング
（２５） 放電室
（２６） 絶縁体
（２７） 導電性皮膜
（２８） 放電ギャップ
（２９） リード線
（３０） キャップ電極
（３１） 突起部
（３２） 凹部

Claims (2)

1. 下方の封止電極（１３Ａ）が嵌入された下方のガラスリング（１４Ａ）を、リード線（１９Ａ）を下にして加熱炉に挿入する工程と、
   下端部が上記ガラスリングの端面の周縁部に接するようにして軟化点がガラスリングと実質同一のガラス管（１２）を加熱炉に挿入する工程と、
   下方のキャップ電極（２０Ａ）が上記下方の封止電極に当接するようにアブソーバ素子（１１）をガラス管内に挿入する工程と、
   上方の封止電極（１３Ｂ）を嵌入した上方のガラスリング（１４Ｂ）を、アブソーバ素子の上方のキャップ電極と該上方の封止電極とが当接するようにリード線（１９Ｂ）を上にしてガラス管に被せる工程と、
   加熱炉内を放電ガスの雰囲気にする工程と、
   加熱炉を昇温してガラスリングとガラス管を軟化させ、ガラスリングとガラス管との間及びガラスリングと封止電極との間を融着させ一体化する工程とからなることを特徴とするサージアブソーバの製造方法。
2. 上記アブソーバ素子が、マイクロギャップを設けた導電性皮膜を被覆した円柱状絶縁体の両端にキャップ電極を嵌着したものであることを特徴とする請求項１のサージアブソーバの製造方法。

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