JP4193426B2 - サージアブソーバおよびそのマイクロギャップ形成方法 - Google Patents

サージアブソーバおよびそのマイクロギャップ形成方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雷サージや静電気などの異常電圧による電撃を受けやすい部分に設けられ、異常電圧によって電子・電気機器が破壊されるのを防止するガラス管封止型またはチップ型のサージアブソーバ(過電流過電圧吸収素子)のマイクロギャップ形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のサージアブソーバにおいてマイクロギャップを形成する際には、YAGレーザを照射して溝切り加工を施していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これでは、光エネルギーを吸収して熱に変換し、溶融した後、蒸発するという熱的加工となるため、次のような不都合があった。すなわち、溝幅を狭く加工することが困難であるため、サージアブソーバの放電開始電圧が高くなり、低電圧化が難しいことに加えて、加工精度が低いので、サージアブソーバの特性にバラツキが生じるとともに、サージアブソーバの寿命が短い。
【0004】
また、溝深さの浅い加工では、両放電電極の端面部が放電による熱によって溶融し、この溶融物が放電間隙内に入り込んで放電電極間を短絡させ、これがために、放電の繰り返しとともに放電特性が劣化してしまう。繰り返し放電においても、放電電極間を短絡させずに放電特性を長期的に維持するためには、溝深さを十分に深くする必要がある。ところが、溝深さを深くすると、マイクロギャップ加工時に放電電極が熱的影響を多大に受けるので、放電特性に大きなバラツキが生じる。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑み、放電開始電圧の低電圧化、特性均一化および長寿命化を実現することが可能なサージアブソーバおよびそのマイクロギャップ形成方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
まず、本発明のうち請求項1に係る発明は、表面を導電性被膜で被包して両端に一対の電極を装着したガラス管封止型のサージアブソーバの円柱状のセラミック素体に対し、その表面全周にわたって、波長266nmであってエネルギー密度が5J/cm2の4倍波紫外線レーザを照射して溝切り加工を施すことにより、当該セラミック素体の表面に10μm以下で深さ30μm以上のマイクロギャップを前記導電性被膜を分断する形で形成することを特徴とするものである。
【0007】
また、本発明のうち請求項2に係る発明は、表面を導電性被膜で被包したチップ型のサージアブソーバの絶縁性基板に対し、その表面を、波長266nmであってエネルギー密度が5J/cm2の4倍波紫外線レーザを照射して溝切り加工を施すことにより、当該絶縁性基板の表面に10μm以下で深さ30μm以上のマイクロギャップを前記導電性被膜を分断する形で形成することを特徴とするものである。
【0008】
また、本発明のうち請求項3に係る発明は、円柱状のセラミック素体の表面を導電性被膜で被包し、前記セラミック素体の両端に一対の電極を装着してなるガラス封止型のサージアブソーバであって、請求項1に記載のマイクロギャップ形成方法によって、前記セラミック素体の表面に10μm以下で深さ30μm以上のマイクロギャップが前記導電性被膜を分断する形で形成されてなることを特徴とするものである。
【0009】
また、本発明のうち請求項4に係る発明は、絶縁性基板の表面を導電性被膜で被包してなるチップ型のサージアブソーバであって、請求項2に記載のマイクロギャップ形成方法によって、前記絶縁性基板の表面に10μm以下で深さ30μm以上のマイクロギャップが前記導電性被膜を分断する形で形成されてなることを特徴とするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0015】
<第1の実施形態>
図1は本発明に係るガラス管封止型のサージアブソーバの一例を示す図であって、(a)はその斜視図、(b)はその要部断面図、(c)はマイクロギャップ近傍の拡大断面図である。
【0016】
このガラス管封止型のサージアブソーバ1は、図1に示すように、円柱状のセラミック素体2を有しており、セラミック素体2の表面は、図1(b)に示すように、Ag/Pd、SnO2 、Al、Ni、Cu、Ti、TiN、TiCN、Ta、W、SiC、BaAl、Nb、Si、C、Ag/Pt、ITOなどからなる導電性被膜3で被包されている。また、セラミック素体2の両端には、図1(a)に示すように、一対のキャップ電極5、6が嵌合しており、セラミック素体2の表面にはその全周にわたって幅30μm以下で深さ5μm以上(好ましくは30μm以上)のマイクロギャップ7が導電性被膜3を分断する形で形成されている。さらに、これらセラミック素体2、導電性被膜3およびキャップ電極5、6は、He、Ar、Ne、Xe、SF6 、CO2 、C3 8 、C2 6 、CF4 、H2 またはこれらの混合ガスなどの不活性ガスとともに円筒状のガラス管8内に収容されており、ガラス管8の両端には封止電極9、10がそれぞれキャップ電極5、6に当接する形で嵌合している。
【0017】
そして、このマイクロギャップ7を形成する際には、図1(a)に示すように、セラミック素体2を回転させつつ、波長が266nmのレーザをエネルギー密度が5J/cm2 以上で所望の溝幅が得られるように集光した4倍波紫外線レーザをセラミック素体2の表面に照射する。すると、セラミック素体2の表面全周にわたって溝切り加工が行われるため、図1(a)、(c)に示すように、マイクロギャップ7が形成されることになる。
【0018】
このとき、4倍波紫外線レーザはサージアブソーバ1の構成要素(導電性被膜3、セラミック素体2)を局所的にアブレートする。その結果、溝幅が小さくて溝深さが深く、放電電極への熱的影響が少ないマイクロギャップ7を形成することができるので、サージアブソーバ1の放電開始電圧を低くするとともに、加工精度の向上によって特性のバラツキを抑制するとともに、繰り返し放電によっても劣化しにくくなって放電特性を長期的に維持することが可能となる。
【0020】
また、上述の実施形態ではガラス管封止型のサージアブソーバ1について説明したが、チップ型のサージアブソーバに本発明を適用することも可能である。以下、第2の実施形態として、このチップ型のサージアブソーバについて説明する。
【0021】
<第2の実施形態>
図2は本発明に係るチップ型のサージアブソーバの一例を示す図であって、(a)はその断面図、(b)は(a)のB−B線による断面図、(c)はマイクロギャップ近傍の拡大断面図である。
【0022】
このチップ型のサージアブソーバ11は、図2に示すように、アブソーバ素子14を有しており、アブソーバ素子14は絶縁性基板12および導電性被膜13から構成されている。すなわち、アブソーバ素子14は平板状の絶縁性基板12を有しており、絶縁性基板12の表面は、図2(b)に示すように、Ag/Pd、SnO2 、Al、Ni、Cu、Ti、TiN、TiCN、Ta、W、SiC、BaAl、Nb、Si、C、Ag/Pt、ITOなどからなる導電性被膜13で被包されている。また、アブソーバ素子14の表面には幅30μm以下で深さ5μm以上(好ましくは30μm以上)のマイクロギャップ15が導電性被膜13を分断する形で形成されており、アブソーバ素子14の上側には蓋体16が冠着されている。アブソーバ素子14と蓋体16との間の空間には、He、Arなど各種の不活性ガスが封入されており、アブソーバ素子14および蓋体16の両端には一対の端子電極17、17がアブソーバ素子14の各導電性被膜13、13に当接する形で嵌合している。
【0023】
そして、このマイクロギャップ15を形成する際には、アブソーバ素子14を水平移動させつつ、波長が266nmのレーザをエネルギー密度が5J/cm2 以上で所望の溝幅が得られるように集光した4倍波紫外線レーザをアブソーバ素子14の表面に照射する。すると、アブソーバ素子14の表面に溝切り加工が行われるため、図2(a)、(c)に示すように、マイクロギャップ15が形成されることになる。
【0024】
このとき、4倍波紫外線レーザはサージアブソーバ11の構成要素(アブソーバ素子14)を局所的にアブレートする。その結果、溝幅が小さくて溝深さが深く、放電電極への熱的影響が少ないマイクロギャップ15を形成することができるので、サージアブソーバ11の放電開始電圧を低くするとともに、加工精度の向上によって特性のバラツキを抑制するとともに、繰り返し放電によっても劣化しにくくなって放電特性を長期的に維持することが可能となる。
【0025】
【実施例】
以下、本発明に係るサージアブソーバの実施例および従来のサージアブソーバを挙げて説明する。
【0026】
比較例3
4倍波紫外線レーザを用いて溝幅10μm、溝深さ10μmのマイクロギャッ
プを形成し、図1に示すサージアブソーバを製造した。
【0027】
<実施例2>
4倍波紫外線レーザを用いて溝幅10μm、溝深さ30μmのマイクロギャップを形成し、図1に示すサージアブソーバを製造した。
【0028】
<比較例1>
YAGレーザを用いて溝幅30μm、溝深さ10μmのマイクロギャップを形成し、図1に示すサージアブソーバを製造した。
【0029】
<比較例2>
YAGレーザを用いて溝幅30μm、溝深さ30μmのマイクロギャップを形成し、図1に示すサージアブソーバを製造した。
【0030】
<放電特性の比較>
これら4種類のサージアブソーバについて、放電開始電圧、繰り返し放電における放電特性を調べ、その結果を表1および表2に示した。表2は繰り返し放電ごとに変化する放電開始電圧を示す表である。なお、マイクロギャップの形成方法、溝幅、溝深さ以外の条件はすべて同一である。
【表1】
Figure 0004193426
【表2】
Figure 0004193426
【0031】
この結果から、4倍波紫外線レーザを使用し、溝幅を狭く、溝深さを深く加工することにより、低電圧化、特性均一化および長寿命化が図れることが明らかである。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項1または2に係る発明によれば、サージアブソーバの構成要素である導電性被膜およびセラミック素体を紫外線レーザがアブレートすることから、放電開始電圧の低電圧化、特性均一化および長寿命化を実現することが可能になる
【0033】
また、本発明のうち請求項3または4に係る発明によれば、放電開始電圧の低電圧化、特性均一化および長寿命化を実現することが可能なガラス管封止型またはチップ型のサージアブソーバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガラス管封止型のサージアブソーバの一例を示す図であって、(a)はその斜視図、(b)はその要部断面図、(c)はマイクロギャップ近傍の拡大断面図である。
【図2】本発明に係るチップ型のサージアブソーバの一例を示す図であって、(a)はその断面図、(b)は(a)のB−B線による断面図、(c)はマイクロギャップ近傍の拡大断面図である。
【符号の説明】
1……ガラス管封止型のサージアブソーバ
2……セラミック素体
3……導電性被膜
5、6……電極(キャップ電極)
7……マイクロギャップ
8……ガラス管
9、10……封止電極
11……チップ型のサージアブソーバ
12……絶縁性基板
13……導電性被膜
14……アブソーバ素子
15……マイクロギャップ
16……蓋体
17……端子電極

Claims (4)

  1. 表面を導電性被膜で被包して両端に一対の電極を装着したガラス管封止型のサージアブソーバの円柱状のセラミック素体に対し、その表面全周にわたって、波長266nmであってエネルギー密度が5J/cm2の4倍波紫外線レーザを照射して溝切り加工を施すことにより、当該セラミック素体の表面に10μm以下で深さ30μm以上のマイクロギャップを前記導電性被膜を分断する形で形成することを特徴とするサージアブソーバのマイクロギャップ形成方法。
  2. 表面を導電性被膜で被包したチップ型のサージアブソーバの絶縁性基板に対し、その表面を、波長266nmであってエネルギー密度が5J/cm2の4倍波紫外線レーザを照射して溝切り加工を施すことにより、当該絶縁性基板の表面に10μm以下で深さ30μm以上のマイクロギャップを前記導電性被膜を分断する形で形成することを特徴とするサージアブソーバのマイクロギャップ形成方法。
  3. 円柱状のセラミック素体の表面を導電性被膜で被包し、前記セラミック素体の両端に一対の電極を装着してなるガラス封止型のサージアブソーバであって、
    請求項1に記載のマイクロギャップ形成方法によって、前記セラミック素体の表面に10μm以下で深さ30μm以上のマイクロギャップが前記導電性被膜を分断する形で形成されてなることを特徴とするサージアブソーバ。
  4. 絶縁性基板の表面を導電性被膜で被包してなるチップ型のサージアブソーバであって、
    請求項2に記載のマイクロギャップ形成方法によって、前記絶縁性基板の表面に10μm以下で深さ30μm以上のマイクロギャップが前記導電性被膜を分断する形で形成されてなることを特徴とするサージアブソーバ。
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