JP4123977B2 - チップ型サージアブソーバ及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サージから種々の電子機器等を保護し、事故を未然に防ぐために使用される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】
従来より、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接続される部分、あるいはＣＲＴ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、サージアブソーバが接続されている。
【０００３】
このようなサージアブソーバには、たとえば図３に示すように、マイクロギャップを有するサージ吸収素子を用いたものがある。
サージ吸収素子１は、導電性皮膜２で全面を被包した円柱状のセラミックス部材（絶縁性部材）３の周面に、いわゆるマイクロギャップＭが形成され、セラミックス部材３の両端には、一対のキャップ電極４，４が取り付けられている。このように構成されたサージ吸収素子１は、不活性ガスＧと共にガラス管５内に収容され、このガラス管５の両端を相対向する一対の封止電極６，６により高温加熱で封着することにより放電型のサージアブソーバとなる。
なお、このサージアブソーバは、面実装型（メルフ型）のサージアブソーバであり、封止電極６にリード線がなく、実装するときは封止電極６と基板側とを半田付けで接続して固定するものである。（たとえば、特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３４２４７号公報（段落番号００１１〜００１４及び図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のサージアブソーバにおいては、安定した性能及び品質に加えて、優れた耐久性を有する製品を安価に提供することが求められている。このため、ガラス管等の筒状部材内におけるサージ吸収素子の位置が問題となる。
【０００６】
すなわち、サージ吸収素子が偏ったり傾いたりすると、サージ吸収素子の中心軸がガラス管の中心軸に対してずれる（いわゆるセンターずれ）ことがある。このような場合、サージ吸収素子に形成されたマイクロギャップＭの位置も、筒状部材内の中心から位置ずれして封止されるので、たとえばマイクロギャップＭに近い側の壁面に溶融した導電性皮膜が飛散して導通部を形成しやすくなるなど、サージ寿命やサージ耐量が低下する場合があった。
従って、サージ吸収素子に形成されたマイクロギャップＭを筒状部材内の中心位置に配置することが極めて重要な技術課題となる。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、マイクロギャップの位置決めを容易にし、安定した性能及び品質と、優れた耐久性とを備えている安価なチップ型サージアブソーバ及びその製造方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載のチップ型サージアブソーバは、放電ギャップを介して導電性皮膜が分割形成された柱状または板状の絶縁性部材と、両端に配した一対の封止電極により前記絶縁性部材を内部に不活性ガスと共に封止する、ガラスを除くセラミックスからなる中空四角形状の筒状碍子とを具備し、前記導電性皮膜の両端角部付近がそれぞれ前記封止電極と接触するよう前記絶縁性部材を前記筒状碍子の対角方向に傾斜させて設置したことを特徴とするものである。
【０００９】
このようなチップ型サージアブソーバによれば、導電性皮膜の両端角部付近がそれぞれ電極と接触するように、絶縁性部材を筒状碍子の対角方向に傾斜させて設置したので、絶縁部材の軸方向中央付近にマイクロギャップを形成すれば、マイクロギャップから周囲壁面までの距離を略均一にすることができる。
なお、導電性皮膜の両端角部付近が電極と接触する部分は、ろう付け等により固着するのが好ましい。
【００１１】
請求項３記載のチップ型サージアブソーバの製造方法は、放電ギャップを介して導電性皮膜が分割形成された柱状または板状の絶縁性部材と、両端に配した一対の封止電極により前記絶縁性部材を内部に不活性ガスと共に封止する筒状碍子とを具備してなるチップ型サージアブソーバの製造方法であって、前記絶縁性部材を前記筒状碍子の中空部内に斜めに傾斜させて挿入した後、前記封止電極を前記筒状碍子に接着して前記絶縁性部材を不活性ガスと共に封入することを特徴とするものである。
【００１２】
このようなチップ型サージアブソーバの製造方法によれば、絶縁性部材を筒状碍子の中空部内に斜めに傾斜させて挿入した後、封止電極を筒状碍子に接着して絶縁性部材を不活性ガスと共に封入するので、絶縁性部材が中空部の対角線と略一致するように傾斜して導電性皮膜の両端角部付近がそれぞれ電極と接触するように位置決めされ、絶縁部材の軸方向中央付近にマイクロギャップを形成しておけば、マイクロギャップから周囲壁面までの距離が略均一になる。
なお、前記筒状碍子については、前記絶縁性部材の挿入時に中空部を上下方向へ開口させて設置するのが好ましく、これにより、特別な位置決め手段は不要となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るチップ型サージアブソーバ及びその製造方法の一実施形態を、図１の断面図を参照して説明する。
本実施形態のチップ型サージアブソーバ（以下では、「サージアブソーバ」と呼ぶ）１０は、いわゆるマイクロギャップを使用した放電型サージアブソーバであって、筒状碍子１５内にサージ吸収素子１１を不活性ガスＧと共に収納し、筒状碍子１５の両方の端面１５ａ，１５ａにそれぞれ封止電極１６，１６を固着して密閉したものである。
【００１４】
筒状碍子１５は、たとえばセラミックスからなる絶縁性部材を中空の四角柱に成形したものである。筒状碍子１５の中空部１５ｂは直方体形状とされ、同中空部１５ｂには、不活性ガスＧと共に後述するサージ吸収素子１１が収納され、筒状碍子１５の両端部１５ａが一対の封止電極１６により封止される。すなわち、中空部１５ｂは、サージ吸収素子１１及び不活性ガスＧを封入した気密室となる。
また、筒状碍子１５の両端面１５ａには、たとえばＭｏ−Ｍｎのメタライズ処理後、Ｎｉメッキを行う。なお、両端面１５ａのメタライズについては、Ｍｏ−Ｍｎに限定されることはなく、たとえばＭｏ−Ｗ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ等でもよいし、Ｎｉメッキを行わなくてもよい。あるいは、メタライズ層を形成する代わりに活性金属ろう材を使用することも可能である。
【００１５】
ここで、筒状碍子１５に使用可能な絶縁性部材の実例をあげると、たとえばアルミナ、ベリリア、ステアライト、フォルステライト、ジルコン、普通磁器、窒化ケイ素、窒化アルミ、炭化ケイ素等のガラスを除く絶縁性セラミックスがある。
また、不活性ガスＧについては、高温でイオン化する気体（ガス）であれば空気を含めて使用可能であるが、高温での安定性を考慮すると、たとえばＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，ＳＦ_６，ＣＯ_２，Ｃ_３Ｆ_８，Ｃ_２Ｆ_６，ＣＦ_４，Ｈ_２などの１種または２種以上の混合ガスが好ましい。
【００１６】
サージ吸収素子１１は、円柱や角柱のような柱状、あるいは板状のセラミックス部材（絶縁部材）１３が全表面にわたってＴｉ等の薄膜である導電性皮膜１２に覆われ、周面には放電ギャップとしてマイクロギャップＭが形成されたものである。なお、以下の説明では、サージ吸収素子１１が円柱形状のセラミックス部材１３をベースにした場合を説明する。
このマイクロギャップＭは、セラミックス部材１３の軸方向中央付近において円周方向に導電性被膜１２を除去し、周面にセラミックス部材１３を露出させた部分である。この結果、導電性被膜１２は、マイクロギャップＭにより二分割され、電気的に絶縁された状態となる。このような放電ギャップＭの形成は、レーザーカット、ダイシングまたはエッチング等の手法を用いて行うことができる。なお、放電ギャップＭは、おおよそ０．０１〜１．５ｍｍ程度の幅で、１〜１００本程度形成されている。
【００１７】
セラミックス部材１３は、たとえばムライト焼結体等よりなる絶縁性のセラミックス碍子であり、この他にも、たとえばアルミナ、ベリリア、ステアライト、フォルステライト、ジルコン、普通磁器、ガラスセラミック、窒化ケイ素、窒化アルミ、炭化ケイ素等を使用することができる。
また、導電性被膜１２の形成には、スパッタや蒸着等のＰＶＤ法、あるいは、ＣＶＤ法を採用することができる。なお、上述したＴｉ薄膜以外にも、たとえばＳｎＯ_２ ，ＴｉＣＮ，Ａｇ，Ａｇ／Ｐｄ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｕ，ＴｉＮ，Ｔａ，Ｗ，ＳｉＣ，ＢａＡｌ，Ｃ，Ａｇ／Ｐｔ，ＴＩＯ，ＴｉＣなどの導電性被膜１２を採用することができる。
【００１８】
上述した構成のサージ吸収素子１１は、上下方向に開口するよう設置した筒状碍子１５の中空部１５ｂ内に斜めに傾斜させて挿入した後、封止電極１６を両端面１５ａに接着して不活性ガスＧと共に封入される。この時、サージ吸収素子１１は、軸方向の断面形状が矩形となる中空部１５ｂ内で矩形断面の対角方向に傾斜させて挿入され、少なくとも封止電極１６との接触部がろう材１７を用いて通電可能に固定される。なお、サージ吸収素子１１は、必要に応じて筒状碍子１５の内面に対する接着を行って、より確実に固定してもよい。
この場合の対角方向は、矩形断面の対角線と一致または略一致するものを包含する。すなわち、矩形断面の縦横寸法及びサージ吸収素子１１の直径Ｄ（四角柱や板状の場合は厚さ）に応じて、対角線と一致するように挿入可能な場合もあるし、対角線と略一致するようにしか挿入できない場合もある。
【００１９】
この結果、サージ吸収素子１６は、特別な位置決め手段を用いることなしに、軸方向中心位置に形成されたマイクロギャップＭが密閉室となる中空部１５ｂの略中央位置に位置決めされる。なお、筒状碍子１５の中空部１５ｂが上下方向以外に開口する場合であっても、比較的簡単な位置決め手段によりサージ吸収素子１６の位置決めを行うことができる。
封止電極１６となる電極材には、たとえばコバールの他、Ｃｕ、Ｃｕ系及びＮｉ系の合金材などの使用が可能である。この封止電極１６は、サージから保護する回路等に接続されるサージアブソーバ１０の端子電極として機能する。なお、封止電極１６の接着部１７には、ろう付けやガラス等が用いられる。
【００２０】
上述した構成のサージアブソーバ１０とすれば、サージ吸収素子１１のマイクロギャップＭが筒状碍子１５内の略中央位置に容易に位置決めされてセンターずれを生じることはなく、従って、安定した放電が継続される。すなわち、センターずれによってマイクロギャップＭが筒状碍子１５の内壁面に必要以上に近づくようなことはなく、放電時の温度上昇で溶融した導電性被膜１２が飛散しても、内壁面に付着して導通部を形成しない距離を確実に確保することができる。
このため、製品間でばらつきのない安定した放電性能が得られ、耐久性や信頼性の面でも高品質のサージアブソーバ１０となる。また、ばらつきのない放電性能が得られることから不良品の発生率は大幅に減少するので、歩留まりの向上により製造コストが低減するという効果も得られる。
【００２１】
続いて、上述したサージ吸収素子１１を斜めに挿入する変形例を図２に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
さて、この変形例では、サージ吸収素子１１の両端角部を面取した電極接触面１８を形成してある。図示の例では、角部の全周にわたって面取が施され、封止電極１６と接触する領域が電極接触面１８とされ、筒状碍子１５の内周面と接触する領域が支持面１９とされる。このような構成としても、上述した実施形態と同様にセンターずれが生じることはなく、製品間でばらつきのない安定した放電性能が得られ、耐久性や信頼性の面でも高品質のサージアブソーバとなる。
なお、電極接触面１８及び支持面１９となる面取はセラミックス部材１３の段階で施されており、従って、その表面は導電性皮膜１２によって覆われている。
【００２２】
さらに、電極接触面１８を備えているので、封止電極１６との接触面積が増加して大きなサージ電流を流すことができる。なお、電極接触面１８と封止電極１６との間には、ろう材やガラス等を用いた接着部１７が形成されている。
また、支持面１９は、サージ吸収素子１１Ａを中空部１５ｂ内に挿入する際、所望の位置に容易に位置決めする機能を有している。すなわち、上下の支持面１９を互いに平行な面とすれば、中空部１５ｂの内壁に接して安定収納される位置が定まる。
また、上述した電極接触面１８及び支持面１９は、角部の全周にわたって面取した傾斜面を利用しているが、必要部分のみ面取した傾斜面としてもよく、この場合、電極接触面１８のみを設けてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明のチップ型サージアブソーバによれば、導電性皮膜の両端角部付近がそれぞれ電極と接触するように、絶縁性部材を筒状碍子の対角方向に傾斜させて設置したので、絶縁部材の軸方向中央付近にマイクロギャップを形成しておけば、マイクロギャップから周囲壁面までの距離を略均一にすることができる。このため、製品間でばらつきのない安定した放電性能が得られ、耐久性や信頼性の面でも高品質のチップ型サージアブソーバとなる。また、ばらつきのない放電性能が得られることから不良品の発生率は大幅に減少し、歩留まりの向上により製造コストが低減して安価な製品を提供することができる。
【００２５】
また、本発明のチップ型サージアブソーバの製造方法によれば、絶縁性部材を筒状碍子の中空部内に斜めに傾斜させて挿入した後、封止電極を筒状碍子に接着して絶縁性部材を不活性ガスと共に封入するので、絶縁性部材が中空部の対角線と略一致するように傾斜して導電性皮膜の両端角部付近がそれぞれ電極と接触するように位置決めされる。従って、絶縁部材の軸方向中央付近にマイクロギャップを形成しておけば、マイクロギャップから周囲壁面までの距離を略均一にすることが容易になり、製品の信頼性向上に加えて、製造工程の簡素化や生産効率の向上にも大きな効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るチップ型サージアブソーバの一実施形態を示す断面図である。
【図２】 本発明に係るチップ型サージアブソーバの変形例を示す要部の拡大断面図である。
【図３】 サージアブソーバの従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ チップ型サージアブソーバ
１１，１１Ａ サージ吸収素子
１２ 導電性皮膜
１３ セラミックス部材（絶縁性部材）
１５ 筒状碍子
１５ａ 端面
１５ｂ 中空部
１６ 封止電極
１７ 接着部
１８ 電極接触面
１９ 支持面
Ｍ マイクロギャップ（放電ギャップ）
Ｇ 不活性ガス

Claims (2)

1. 放電ギャップを介して導電性皮膜が分割形成された柱状または板状の絶縁性部材と、両端に配した一対の封止電極により前記絶縁性部材を内部に不活性ガスと共に封止する、ガラスを除くセラミックスからなる中空四角形状の筒状碍子とを具備し、
   前記導電性皮膜の両端角部付近がそれぞれ前記封止電極と接触するよう前記絶縁性部材を前記筒状碍子の対角方向に傾斜させて設置したことを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
2. 放電ギャップを介して導電性皮膜が分割形成された柱状または板状の絶縁性部材と、両端に配した一対の封止電極により前記絶縁性部材を内部に不活性ガスと共に封止する、ガラスを除くセラミックスからなる中空四角形状の筒状碍子とを具備してなるチップ型サージアブソーバの製造方法であって、
   前記絶縁性部材を前記筒状碍子の中空部内に斜めに傾斜させて挿入した後、前記封止電極を前記筒状碍子に接着して前記絶縁性部材を不活性ガスと共に封入することを特徴とするチップ型サージアブソーバの製造方法。

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