JP4407259B2 - サージアブソーバ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、サージから様々な機器を保護し、事故を未然に防ぐために使用されるサージアブソーバ及びその製造方法に関する。

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の接続する部分、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。

このようなサージアブソーバには、たとえば図５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、導電性被膜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）

また、たとえば下記の特許文献２に記載されているように、ガラス管内に配置され、両端部に端子電極が設けられてなる素子と、ガラス管の両端から挿入するようにして対向する端子電極にそれぞれ接続され、一端に外部回路と接続するためのリード線が接続されたジュメット線と、該ジュメット線の外周面に環装して外接し、かつガラス管の内周面には内接する円筒形端部を溶着封止したサージアブソーバが提案されている。
この場合、封止電極部（ジュメット線）とトリガ電極基板を挟んでいる端子電極（支持金具）との接触が不安定になるため、直流放電電圧（Ｖｓ）にばらつきが生じやすい。また、端子電極の面積が大きくなるので、材料費の増加によりコスト面でも不利になる。
特開２００２−１３４２４７号公報（段落番号００１１〜００１４及び図１） 特開平９−１７１８８１号公報（段落番号００１７〜００２３及び図１）

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、サージ吸収素子及びガラス管と端子電極との寸法精度が問題となり、特に、サージ吸収素子と端子電極との間に隙間を生じるようなことがなく、両電極間を確実に接触させて封入することが極めて重要な技術課題となる。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、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。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明のサージアブソーバは、周面に放電ギャップを介して導電性被膜分割形成された柱状または板状の絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の封止電極と、前記一対の封止電極を両端に配して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備えたサージアブソーバであって、前記絶縁性部材の端面と前記封止電極との間に、導電性のクッション部材が配設され、該クッション部材は、前記筒状碍子と前記封止電極との間に挟持されていることを特徴とするものである。

このようなサージアブソーバによれば、絶縁性部材の端面と封止電極との間に導電性のクッション部材が配設されているので、クッション部材を圧縮することによって寸法公差を吸収し、絶縁性部材の端面と封止電極との間を確実に接触させることができる。
上述したクッション部材の配設は、筒状碍子の両端面に電極を固着する構成としたサージアブソーバに特に適している。

請求項１記載のサージアブソーバにおいて、前記クッション部材としては、金属板や金属箔、発泡金属、繊維金属またはろう材のいずれを採用してもよい。

請求項１または２に記載のサージアブソーバにおいて、前記クッション部材に前記絶縁性部材の両端外周面を保持する盛り上がり部が設けられていることが好ましく、これにより、絶縁性部材が確実に固定されるため、直流放電電圧（Ｖｓ）を安定化させることができる。

また、本発明のサージアブソーバの製造方法は、請求項１記載のサージアブソーバの製造方法であって、前記筒状碍子の内部に挿入した前記絶縁性部材の端面と前記封止電極との間に導電性のクッション部材を、前記筒状碍子と前記封止電極との間に挟持させて配設し、前記封止電極を前記筒状碍子の両端に接着して封止することを特徴とするものである。

このようなサージアブソーバの製造方法を採用すれば、筒状碍子の内部に挿入した絶縁性部材の端面と封止電極との間に導電性のクッション部材を配設し、封止電極を筒状碍子の両端に接着して封止するので、クッション部材が圧縮されて寸法公差を吸収し、絶縁性部材の端面と封止電極との間を確実に接触させることができる。

本発明のサージアブソーバによれば、サージ吸収素子（絶縁性部材）の端面と封止電極との間に導電性のクッション部材を配設したので、クッション部材を圧縮することによって寸法公差を吸収することができ、サージ吸収素子の端面と封止電極との間に隙間が形成されるようなことはない。従って、サージ吸収素子と封止電極との間を確実に接触させてサージ電流を流すことができるので、安定した放電性能が得られる安価で高品質のサージアブソーバを得ることができる。
また、クッション部材に絶縁性部材の両端外周面を保持する盛り上がり部を設けることにより、絶縁性部材が確実に固定されて直流放電電圧（Ｖｓ）を安定化することができるので、たとえば振動の影響を受けるような使用環境であっても、確実でより一層安定した放電性能を維持できる製品が得られる。

また、本発明のサージアブソーバの製造方法によれば、筒状碍子の内部に挿入した絶縁性部材の端面と封止電極との間に導電性のクッション部材を配設し、封止電極を筒状碍子の両端に接着して封止するようにしたので、クッション部材が封止電極の押圧を受けて圧縮されることにより寸法公差を吸収し、サージ吸収素子（絶縁性部材）の端面と封止電極との間を確実に接触させることができる。従って、サージ吸収素子と封止電極との間は導電性のクッション材を介してサージ電流を流すことができるので、厳密な寸法公差の管理を行わなくても安定した放電性能が得られる安価で高品質のサージアブソーバを容易に製造することができる。

以下、本発明に係るサージアブソーバ及びその製造方法の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、図１（ａ）は本発明の前提となる参考例の断面図、図２は図１（ａ）の分解斜視図である。
参考例のサージアブソーバ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。

筒状碍子１５は、たとえばセラミックスや鉛ガラスのような絶縁性部材を中空の四角柱に成形したものである。この中空部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、両端面１５ａに活性金属ろう材またはガラスを使用することも可能である。

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、ガラスセラミック、窒化ケイ素、窒化アルミ、炭化ケイ素等の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，ＳＦ６，ＣＯ２，Ｃ３Ｆ８，Ｃ２Ｆ６，ＣＦ４，Ｈ２などの１種または２種以上の混合ガスが好ましい。

サージ吸収素子１１は、円柱状のセラミックス部材（絶縁性部材）１３が全表面にわたってＴｉ等の薄膜である導電性被膜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。
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。

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ＳｎＯ２ ，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。

上述した構成のサージ吸収素子１１は、筒状碍子１５の中空部１５ｂに挿入された後、封止電極１６を両端面１５ａに接着して不活性ガスＧと共に封入されるが、この時、サージ吸収素子１１の端面１１ａと封止電極１６との間には、導電性のクッション部材１７が配設される。ここでのクッション部材１７は、固定材、支持材及び変形しやすい材料を包含するものであり、以下の説明ではこれらを総称して「クッション部材」と呼ぶ。
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の接着には、ろう付けやガラス等が用いられる。

クッション部材１７は、適度な弾性を有する導電性の部材であり、たとえば金属板や金属箔、発泡金属、繊維金属またはろう材のいずれかを使用すればよい。
ここで、金属板や金属箔の具体例をあげると、Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｓｂ，Ｚｎ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｉ，ステンレス（ＳＵＳ）材及び前記金属を含んだ２種以上の合金などがある。
また、発泡金属は、多孔質状態の金属であり、筒状碍子１５と封止電極１６とを接着する際、マイクロギャップＭを形成してあるセラミックス部材１３により押されて変形するという性質のものであればよい。具体的な発泡金属としては、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｌ，ＳＵＳ材，Ｆｅ，炭素鋼，Ｍｇ，Ｃｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｂｅ，Ｔｉ，Ａｕ，Ａｇ，鉄合金，Ｎｉ合金などが知られているが、上記金属板や金属箔で用いる金属または２種以上の合金が発泡状態となった金属を用いることも可能である。

また、繊維金属は、糸状に形成された金属がクッション性を有するように編まれており、筒状碍子１５と封止電極１６とを接着する際、マイクロギャップＭを形成してあるセラミックス部材１３により押されて変形するという性質のものであればよい。具体的な繊維金属としては、Ｔｉ，ＳＵＳ，Ａｌ，炭素等の繊維金属が知られているが、上記金属板や金属箔で用いる金属または２種以上の合金の繊維金属を用いることもできる。
また、クッション部材１７として好適なろう材には、たとえばＡｇＣｕ，ＡｇＣｕＩｎ，ＡｇＣｕＩｎＴｉ，ＡｇＣｕＴｉ，ＡｇＣｕＳｎなどがある。

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の端面１１ａと封止電極１６との間は、クッション部材１７を圧縮した状態で封止することにより、隙間ができることなく確実に接触して通電可能となる。すなわち、サージ吸収素子１１と筒状碍子１５との寸法誤差をクッション部材１７の変形により吸収することができるので、導電性被膜１２が形成された端面１１ａと封止電極１６との間に隙間が生じるようなことはない。
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が大幅に減少し、さらに、サージ吸収素子１１及び筒状碍子１５の寸法公差も緩和されるので、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。

また、上述した図１（ａ）の参考例では、サージ吸収素子１１とクッション部材１７とが直接接触する構成としたが、図１（ｂ）に示す第１実施形態や図１（ｃ）に示す第２実施形態の構成としてもよい。
図１（ｂ）に示す第１実施形態のサージアブソーバ１０′では、クッション部材１７が周方向へ広げられ、筒状碍子１５の端面１５ａと封止電極１６との間に挟持されるように配設されている。
図１（ｃ）に示す第２実施形態のサージアブソーバ１０″では、上述した第１変形例において、サージ吸収素子１１の両端にキャップ電極１８を圧入形成したものが採用されている。

続いて、上述したクッション部材１７を配設する他の参考例を図３に基づいて説明する。なお、上述した参考例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、この参考例では、別体のクッション部材１７に代えて、サージ吸収素子１１Ａの両端面にクッション部材１７Ａを一体化して配設してある。このクッション部材１７Ａは、上述した参考例と同様に製造したサージ吸収素子１１Ａの両端面に接着等を行って一体化したものである。

このような構成とすれば、筒状碍子１５の中空部１５ａにサージ吸収素子１１Ａを挿入し、封止電極１６で不活性ガスＧと共に封止するというサージアブソーバ１０の組立作業は、別体の部品点数が減少したことで容易になる。
また、クッション部材１７Ａが存在するので、封止電極１６との接触が確実になって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。

続いて、上述したクッション部材１７を配設する本発明の第３実施形態を図４に基づいて説明する。なお、上述した参考例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。
この実施形態では、サージ吸収素子１１の両端にキャップ電極１８が圧入形成されている。そして、キャップ電極１８と封止電極１６との間には、クッション部材１７Ｂが配設されている。このクッション部材１７Ｂには、サージ吸収素子１１の両端でキャップ電極１８の外周面を保持するように、高さｈの盛り上がり部１９が設けられている。換言すれば、サージ吸収素子１１の両端部（この場合はキャップ電極１８）が、溶融により盛り上がり部１９を形成したクッション部材１７Ｂに埋め込まれるようにして保持されている。
なお、盛り上がり部１９の高さｈは、封止電極１６の端面から盛り上がり最上部までの寸法である。

また、クッション材１７Ｂをろう材とすれば、筒状部材１５の端面１５ａと封止電極１６との接着も同時に、かつ、一体的に行うことができる。なお、キャップ電極１８のないサージ吸収素子１１（図１参照）を採用する場合についても、両端の外周面を保持するようにして高さｈの盛り上がり部１９を設けることができる。
このようにして、サージ吸収素子１１の両端を盛り上がり部１９で保持する構成とすれば、上述したクッション材としての作用に加えて、サージ吸収素子１１の確実な固定が可能となる。このため、サージ吸収素子１１と封止電極１６とは、クッション材１７Ｂを介して、より一層確実で安定した接触をするようになるので、直流放電電圧（Ｖｓ）は安定したものとなる。

さて、クッション部材１７Ｂがろう材の場合について、円柱形状としたサージ吸収素子にマイクロギャップＭを形成せず、両端でショートするようにしたサージアブソーバを作製して端子電極間の抵抗値を調べた。この実験結果では、ろう材がない場合に端子電極間の抵抗値は１０ｋΩ〜１００ＭΩと非常に接触が不安定であり、ろう材がある場合は５Ωと接触が確実に行えることを確認できた。

また、振動試験によりサージ吸収素子１１の移動の有無を確認したところ、ろう材がない場合には、移動が生じることを確認できた。しかし、ろう材による盛り上がり部１９を設け、その高さｈを０．０１ｍｍ（１０μｍ）、０．０５ｍｍ（５０μｍ）、０．１ｍｍ（１００μｍ）の３段階に変化させて実験したところ、いずれの場合も移動が生じないことを確認できた。すなわち、ろう材により少なくとも高さｈが０．０１ｍｍ以上の盛り上がり部１９を設けることにより、振動が生じるような使用環境であっても、サージ吸収素子の確実な固定が可能であることを実験により確認できた。

これまで説明したサージアブソーバ１０は、筒状碍子１５が筒型の四角柱であったが、本発明はこれに限定されることはなく、たとえば筒型とした円柱、三角柱及び多角柱であってもよい。また、セラミックス部材１３をベースとするサージ吸収素子１１についても、円柱形状に限定されることはなく、たとえば四角柱などの各種柱状や板状にするなど、筒状碍子１５の形状と共に適宜選択すればよい。
なお、本発明の構成は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえばサージ吸収素子の両端に圧入形成したキャップ電極と封止電極との間にクッション部材を配設するなど、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

本発明の前提となるサージアブソーバの参考例を示す断面図であり、（ａ）は一の参考例を示す断面図、（ｂ）は本発明の第１実施形態を示す断面図、（ｃ）は本発明の第２実施形態を示す断面図である。 図１（ａ）に示したサージアブソーバの分解斜視図である。 本発明の前提となるサージアブソーバのさらに他の参考例を示す図で、（ａ）はサージ吸収素子を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の部分断面図である。 本発明に係るサージアブソーバの本発明の第３実施形態を示す断面図である。 本発明に係るサージアブソーバの従来例を示す断面図である。

１０，１０′，１０″サージアブソーバ
１１，１１Ａサージ吸収素子
１２導電性被膜
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
１７，１７Ａ，１７Ｂクッション部材
１８キャップ電極
１９盛り上がり部
Ｍマイクロギャップ（放電ギャップ）
Ｇ不活性ガス

Claims (4)

1. 周面に放電ギャップを介して導電性被膜が分割形成された柱状または板状の絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の封止電極と、前記一対の封止電極を両端に配して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備えたサージアブソーバであって、
   前記絶縁性部材の端面と前記封止電極との間に、導電性のクッション部材が配設され、
   該クッション部材は、前記筒状碍子と前記封止電極との間に挟持されていることを特徴とするサージアブソーバ。
2. 請求項１に記載のサージアブソーバにおいて、前記クッション部材が、金属板や金属箔、発泡金属、繊維金属またはろう材のいずれかであることを特徴とするサージアブソーバ。
3. 請求項１または２に記載のサージアブソーバにおいて、前記クッション部材に前記絶縁性部材の両端外周面を保持する盛り上がり部が設けられていることを特徴とするサージアブソーバ。
4. 請求項１記載のサージアブソーバの製造方法であって、
   前記筒状碍子の内部に挿入した前記絶縁性部材の端面と前記封止電極との間に導電性のクッション部材を、前記筒状碍子と前記封止電極との間に挟持させて配設し、前記封止電極を前記筒状碍子の両端に接着して封止することを特徴とするサージアブソーバの製造方法。

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