JP4770550B2

JP4770550B2 - サージアブソーバ

Info

Publication number: JP4770550B2
Application number: JP2006090130A
Authority: JP
Inventors: 康弘社藤; 宏一郎原田; 剛尾木
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007265834A

Description

本発明は、異常電圧（サージ電圧）から様々な機器を保護し、事故を未然に防ぐのに使用されるサージアブソーバに関する。

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する部分、電子機器が電源線に接続される部分、アンテナ或いはＣＲＴ駆動回路等、雷サージや静電気等の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。

従来、通信線や電源ライン用には例えばアレスタと呼ばれるサージアブソーバが多く使用されている。このサージアブソーバでは、リード線を有する一対の封止電極が、側壁に1本または複数本のトリガー線が引かれたセラミックス管の両端に設けられ、その電極間に所望の電気特性を得るために組成を調整されたガス（以下、封止ガスとする。）が封止されている。この種のサージアブソーバはサージ耐量に優れるものが求められる。

一方、昨今の電子機器等における高密度実装化の流れで、この電源ライン用の放電型サージアブソーバにあっても小型化して表面実装部品とすることが求められており、このような要求を満たすために双方の封止電極を凸状に形成した、小型で表面実装が可能なサージアブソーバが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１記載のサージアブソーバでは、主放電電極間でサージ電圧によるアーク放電（以下、主放電とする。）が行われる際に、主放電により主放電電極が高温となり、主放電電極を構成する金属成分が電極表面から飛散する現象が起きる。このとき飛散した金属が絶縁性管の内壁に付着し堆積するとこの金属を伝って電流リークが発生し、ショートを引き起こす恐れがある。
特開２００５−６３７２１号公報

本発明は電流リークによる性能の劣化やショートの問題が生じにくい、十分なサージ寿命を有する小型で表面実装の可能なサージアブソーバを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供している。
本発明に係るサージアブソーバは、主放電間隙を介して対向配置された一対の端子電極部材と、前記一対の端子電極部材を両端に配して内部に封止ガスを封止する絶縁性管とを備えたサージアブソーバであって、前記一対の端子電極部材のうち少なくとも一方は、金属製の電極基体部と、この電極基体部から前記絶縁性管の内周面との間に間隙を開けて軸方向に突出する突出部とから構成されるとともに、前記突出部の中心領域に凹部を備えることを特徴とする。

このサージアブソーバは、少なくとも一方の端子電極部材が上記の構成を備えているので、主放電の際に飛散する金属は突出部が壁になって突出部の外側面と絶縁性管の内面との間に入り込みにくい。このため、この部分の絶縁性管の内壁には飛散した金属が付着しにくく、付着した金属を伝うことによって生じる一対の端子電極部材間の電流のリークやショートが起きにくい。この結果、サージアブソーバの寿命を長くすることができる。

また、本発明に係るサージアブソーバは、主放電間隙を介して対向配置された一対の端子電極部材と、前記一対の端子電極部材を両端に配して内部に封止ガスを封止する絶縁性管とを備えたサージアブソーバであって、前記一対の端子電極部材の双方が、金属製の電極基体部と、この電極基体部から前記絶縁性管の内周面との間に間隙を開けて内側かつ軸方向に突出する突出部とから構成されるとともに、前記突出部の中心領域に凹部を備えることを特徴とする。
一対の端子電極部材の双方を上記の構成とすれば、放電によって飛散した金属が付着しにくい領域を双方の端子電極部材に近接した絶縁性管の内壁に作ることができ、電流のリークやショートを生じる可能性をより減少させることができる。

また、本発明に係るサージアブソーバは、主放電間隙を介して対向配置された一対の端子電極部材と、前記一対の端子電極部材を両端に配して内部に封止ガスを封止する絶縁性管とを備えたサージアブソーバであって、前記一対の端子電極部材の一方が、金属製の電極基体部と、この電極基体部から前記絶縁性管の内周面との間に間隙を開けて内側かつ軸方向に突出する突出部とから構成されるとともに、前記突出部の中心領域に前記凹部を備え、他方の前記端子電極部材は、内表面に前記一方の端子電極部材に向けて延びるピン状電極が固着されていることを特徴とする。
このサージアブソーバは上記の構成を有しているので、ピン状電極と、このピン状電極に対向する端子電極部材との間にもトリガーギャップが形成される。そして、多くのトリガーギャップが形成されれば放電しやすくなり、放電開始電圧を安定化することができる。
また、ピン状電極の長さを変化させて端子電極部材との間隔を調節できるので、放電開始電圧を容易に調節することができる。

さらに、本発明のサージアブソーバは、前記突出部は先端方向に向かって断面積を減ずるように形成されていることを特徴とする。
このサージアブソーバでは、一方の端子電極部材に設けられた突出部の先端部と他方の端子電極部材との間が、主放電を誘発するためのトリガー放電を生じさせるトリガーギャップとなっている。このトリガーギャップにおける放電をしやすくするためには突出部の先端は広い面上であるよりも狭い面上のほうが好ましく、また、面上であるよりは頂部を有するほうが好ましい。このサージアブソーバは上記の構成を有するので、トリガー放電を生じやすくすることができ、放電開始電圧を安定させることができる。

また、本発明のサージアブソーバは、前記絶縁性管は内壁に１本または複数本のトリガー線を備えていることを特徴とする。
このサージアブソーバはトリガー線を絶縁性管の内壁に備えるので、このトリガー線と端子電極部材との間にもトリガーギャップを形成することができる。そして、トリガーギャップが増えることによって放電しやすくなり、放電開始電圧を安定化させることができる。

さらに、本発明のサージアブソーバは、前記一対の端子電極部材が前記絶縁性管の外周面より突出した外縁部を有することを特徴とする。
このサージアブソーバの主用途を電源ライン用とした場合、通信線用などに比べるとサージ電流が高くなる。端子電極部材の外縁部が絶縁性管の外周面より突出していると、このサージアブソーバを基板から浮かせた状態で実装することができ、高電流の放電が起きたときにサージアブソーバに発生する熱によって基板が焦げるなどの問題を防止することができる。

本発明によれば、電流リークによる性能の劣化やショートの問題が生じにくい、十分なサージ寿命を有する小型で表面実装の可能な電源ライン用のサージアブソーバを提供することができる。
また、一対の端子電極部材のうちの一方の端子電極部材にピン状電極を固着する、または絶縁性管の内壁にトリガー線を備える構成にすると、放電開始電圧が安定した、十分なサージ寿命を有する小型で表面実装の可能な電源ライン用のサージアブソーバを提供することができる。

本発明の第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。
本実施形態に係るサージアブソーバ１は全体としては直方体状であって、図１に示すように、一対の対向配置された端子電極部材２、３と、これら端子電極部材２、３を両端に配して内部がアルゴン（Ａｒ）等の封止ガスで封止された絶縁性のセラミクス碍子管４とから構成される。

一対の端子電極部材２、３は、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）の合金であるコバール（ＫＯＶＡＲ：登録商標）またはニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）の合金である４２アロイからなり、図２および図３に示すように、長方形板状の電極基体部７とこの電極基体部７からセラミクス碍子管４の内側かつ軸方向に突出する突出部８とから構成されている。電極基体部７はセラミクス碍子管４の端面にロウ材５を介して当接される周縁部６を備え、突出部８は逆円錐台状に形成された凹部９を中心領域に有する。そして、この突出部８の先端が互いに対向してトリガーギャップを形成している。

一方セラミクス碍子管４は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミクスからなり、両端面外周が端子電極部材２、３の周縁部６の外周寸法と一致している。このセラミクス碍子管４の両端面にはモリブデン（Ｍｏ）−タングステン（Ｗ）合金層とニッケル（Ｎｉ）層との２層構造からなるメタライズ層１０が備えられている。そして、セラミクス碍子管４のメタライズ層１０を備えた端面が銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）系のロウ材５を介して端子電極部材２、３の周縁部６に当接されて閉塞されており、内部をＡｒ等の封止ガスで封止されている。

次に、以上の構成からなる本実施形態のサージアブソーバ１の製造方法について説明する。
まず、一対の端子電極部材２、３を打ち抜き加工によって上記の形状に成形する。
続いて、セラミクス碍子管４の両端面に、モリブデン（Ｍｏ）−タングステン（Ｗ）層とＮｉ層とをこの順に形成し、ロウ材５とのぬれ性を向上させるためのメタライズ層１０を形成する。
そして、端子電極部材２の周縁部６上に枠状のロウ材５を載置しその上にセラミクス碍子管４を載置する。さらにセラミクス碍子管４の上部にもロウ材５を載置し、端子電極部材２の凹部９と端子電極部材３の凹部９とが互いに対向するように端子電極部材３を載置して仮組する。

上述のように仮組した状態で十分に真空引きした後、封止ガス雰囲気中で加熱しロウ材５を溶融して封止し、その後急速に冷却しサージアブソーバ１を製造する。
こうして製造されたサージアブソーバ1は、プリント基板等の上に形成されたランドとサージアブソーバ1の一対の端子電極部材２、３の外面とを半田付けにて固定され、使用される。

このような構成のサージアブソーバ１にサージ電圧が印加されると、まず互いに対向する突出部８の先端に形成されたトリガーギャップで放電が起こり、この放電でイオン化されたアルゴン（Ａｒ）によって主放電が誘起される。この主放電によってサージ電圧を逃がすことによってサージアブソーバ１が取り付けられている電子機器をサージ電圧によるダメージから守ることができる。

このサージアブソーバ１によれば、一対の端子電極部材２、３がともに凹部９を有する突出部８を備えているので、主放電の際に端子電極部材２、３から金属が飛散しても、突出部８が壁になって突出部８の外側面８ｂとセラミクス碍子管４の内壁との隙間１１に飛散する金属が入り込みにくい。このため主放電の際に飛散した金属がセラミクス碍子管４の内壁に付着し堆積したとしても、この隙間１１部分のセラミクス碍子管４の内壁には飛散した金属が付着せず絶縁性を保つので、一対の端子電極部材２、３間の電流のリークやショートが生じにくい。このためサージアブソーバ１の寿命を長くすることができる。

なお、この実施形態においては一対の端子電極部材をともに上記の構成としたが、どちらか一方のみをこのような構成として他方を平板の電極としてもよい。

次に、本発明に係る第２の実施形態について、図４を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態１において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第２の実施形態が上記第１の実施形態と異なる点は、図４に示すように、第１の実施形態における端子電極部材２がピン状電極２６を中央域に固着された板状の主放電電極板２４である点である。

主放電電極板２４は長方形状の板状に形成され、その外周寸法がセラミクス碍子管４の端面の外周寸法と一致している。また、ピン状電極２６は、厚みが主放電電極板２４より厚い長方形板状の基台部２３とこの基台部２３の中央から相対する端子電極部材３に向かって延びるピン状部２２とから構成されている。主放電電極板２４とピン状電極２６とはともにニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）の合金であるコバール（ＫＯＶＡＲ：登録商標）またはニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）の合金である４２アロイからなり、基台部２３は主放電電極板２４に銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）系のロウ材２５で固着されている。そしてこのピン状部２２の頂部と、端子電極部材３に設けられた凹部９の底面９ａおよび突出部８の内側面８ａとが複数のトリガーギャップを形成している。

次に、以上の構成からなる第２の実施形態のサージアブソーバ２１の製造方法について説明する。
まず、端子電極部材３、主放電電極板２４およびピン状電極２６を成形する。次にセラミクス碍子管４の両端面にモリブデン（Ｍｏ）−タングステン（Ｗ）合金層とニッケル（Ｎｉ）層とをこの順に成形し、ロウ材５、２５との濡れ性を向上させるためのメタライズ層１０を形成する。
そして、主放電電極板２４上に固形で平面状のロウ材２５を設置し、続いてその中央領域にピン状電極２６を設置し、主放電電極板２４の周縁部６の上にロウ材２５を介してセラミクス碍子管４を設置する。さらに、セラミクス碍子管４の上に枠状のロウ材５を載置し、その上に端子電極部材３を、ピン状電極２６のピン状部２２が凹部９の中心に配置されるように載置して仮組みする。この後、第１の実施形態のサージアブソーバ１と同様にしてサージアブソーバ２１を製造する。

このサージアブソーバ２１によれば、端子電極部材３が凹部９を有する突出部８を備えているので、主放電の際に端子電極部材３と主放電電極板２４およびピン状電極２６とから金属が飛散しても、突出部８が壁になって飛散する金属は突出部８の外側面８ｂとセラミクス碍子管４の内面との隙間１１に入り込みにくい。このため第１の実施形態のサージアブソーバ1と同様の効果を得ることができる。
また、このサージアブソーバ２１ではピン状部２２の先端部と凹部９の底面９ａおよび突出部８の内側面８ａとの間に複数のトリガーギャップが形成されるので、トリガー放電がされやすく放電開始電圧が安定する。

なお、本実施態様において、ピン状部２２を基台部２３に取り付けてピン状電極２６としたが、基台部２３を介せずに直接主放電電極板２４に取り付けても良い。
また、本実施態様ではピン状電極２６を細い円柱状としたが、三角錐状などの先端に向かって外周の内径を減ずる形状にして、ピン状電極２６の先端と対向する端子電極部材３との間のトリガー放電を生じやすくしてもよい。

また、打ち抜き加工で作製した金属平板を円周状に丸めた、図６に示すような形状でも良い。図６に示した突出電極５１は薄いチタン（Ｔｉ）などの金属板をＴ字型に打ち抜き、Ｔ字型の横棒にあたる横部分５２を円周状に丸めた後、Ｔ字型の縦棒にあたる縦部分５３を、円周状に丸めた横部分５２の中心方向に押し曲げし、さらにこの押し曲げられた縦棒部分をさらに前記丸められた横棒部分が形成する略円形状から略垂直方向に突出する方向に押し曲げて形成している。この場合、突出電極５１は、円周状に丸めた横部分５２の、縦棒部分が延在する方向とは逆側の端部において、端子電極部材２４の中央域に溶接などで固着して使用する。この突出電極５１では、金属板を打ち抜いた後、曲げ加工するだけで突出電極５１を作製できるので、柱状、錐状またはらせん状の電極に比べ安価に作製することができる。

さらに、ピン状電極２６を端子電極部材２４に固定する場合、図７（ａ）に示すように、端子電極部材２４に小さい穴７１を空け、図７（ｂ）に示すように、前記穴７１にピン状電極２６を圧入した後ロウ材で固着しても良い。また、ピン状電極２６の圧入も、図７（ｃ）に示すように、端子電極部材２４を突き抜けるように圧入し、その後、図７（ｄ）に示すように、端子電極部材２４から突き抜けたピン状電極２６の端部７２をプレスする事で端子電極部材２４に固着、又は、端子電極部材２４から突き抜けたピン状電極２６の端部７２のみをプレスし、その後、図７（ｅ）に示すように、端子電極部材２４に対して折り曲げるようにプレスすることで端子電極部材２４とピン状電極２６を固着一体化させても良い。この様にする事で、端子電極部材２４とピン状電極２６をより一層安定して固定する事が出来る。

次に、本発明に係る第３の実施形態について、図５を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態１において説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第３の実施形態のサージアブソーバ４１が前記第１の実施形態のサージアブソーバ１と異なる点は、図５に示すように、セラミクス碍子管４の内壁に1本のカーボントリガー線４２が設けられている点と、一対の端子電極部材２、３にセラミクス碍子管４の外周面より突出した外縁部４３が備えられている点とである。

カーボントリガー線４２はセラミクス碍子管４の内壁に、端子電極部材２に設けられた突出部８の外側面８ｂとセラミクス碍子管４の内壁との隙間１１ａから端子電極部材３に設けられた突出部８の外側面８ｂとセラミクス碍子管４の内壁との隙間１１ｂまで、軸方向に直線で引かれている。そしてこのカーボントリガー線４２と、突出部８の外側面８ｂとの間にトリガーギャップが形成されている。また、一対の端子電極部材２、３は、外縁部４３がセラミクス碍子管４の外周面より突出するように形成されている。

このサージアブソーバ４１によれば、第１の実施形態のサージアブソーバ1と同様に、一対の端子電極部材２、３がともに凹部９を有する突出部８を備えているので、第１の実施形態のサージアブソーバ1と同様の効果を得ることができる。
また、このサージアブソーバ４１ではカーボントリガー線４２と、突出部８の外側面８ｂとの間にトリガーギャップが形成されるので、トリガー放電がされやすく放電開始電圧が安定する。

さらに、このサージアブソーバ４１をプリント基板等に実装すると、端子電極部材２と端子電極部材３との外縁部４３がセラミクス碍子管４の外周面から突出している分だけ、セラミクス碍子管４をプリント基板等から浮いた状態にすることができる。そして、プリント基板等とセラミクス碍子管４との間に隙間があることによって、高電流の放電が起きた際にサージアブソーバ４１に発生する熱によって基板が焦げるなどの問題を防止することができる。

なお、以上に示した第１から第３の実施形態において、突出部８の上面８ｃは平面となっているが、先端に向かって断面積を減ずるように形成することによってトリガー放電を生じやすくしても良い。

また、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、端子電極部材２、３は、ＣｕやＮｉ系の合金でもよい。
また、セラミクス碍子管４の両端面のメタライズ層１０は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ−Ｍｎでも良く、また、メタライズ層１０を用いず活性金属のロウ材５、２５だけで封止しても構わない。
封止ガスは、所望の電気特性を得るために組成を調整された、例えば、大気（空気）でもよく、Ａｒ、Ｎ_２、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｈ_２、ＳＦ_６、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＯ_２等、及びこれらの混合ガスでもよい。

本発明の第１の実施形態に係るサージアブソーバ１を示す軸方向断面図である。端子電極部材２、３の平面図である。端子電極部材２、３の断面図である。本発明の第２の実施形態に係るサージアブソーバ２１を示す軸方向断面図である。本発明の第３の実施形態に係るサージアブソーバ４１を示す軸方向断面図である。突出電極の一例を示す斜視図である。突出電極の固定方法を示す縦断面図である。

符号の説明

１、２１、４１サージアブソーバ
２、３端子電極部材
４セラミクス碍子管（絶縁性管）
５、２５ロウ材
６周縁部
７電極基体部
８突出部
８ａ内側面
８ｂ外側面
８ｃ上面
９凹部
９ａ底面
１０メタライズ層
１１、１１ａ、１１ｂ隙間
２２ピン状部
２３基台部
２４主放電電極板
２６ピン状電極
４２カーボントリガー線（トリガー線）
４３外縁部
５１突出電極
５２横部分
５３縦部分
７１穴
７２端部

Claims

主放電間隙を介して対向配置された一対の端子電極部材と、前記一対の端子電極部材を両端に配して内部に封止ガスを封止する絶縁性管とを備えたサージアブソーバであって、
前記一対の端子電極部材の一方が、金属製の電極基体部と、この電極基体部から前記絶縁性管の内周面との間に間隙を開けて内側かつ軸方向に突出する突出部とから構成されるとともに、前記突出部の中心領域に前記凹部を備え、
他方の前記端子電極部材には、内表面に前記一方の端子電極部材に向けて延びるピン状電極が固着されたサージアブソーバにおいて、
前記ピン状電極は、打ち抜き加工によってＴ字型に作成された金属平板のＴ字の横棒部分を円周状に丸め、Ｔ字の縦棒にあたる縦棒部分を、円周状に丸めた前記横棒部分の中心方向に押し曲げ、さらに該押し曲げられた縦棒部分をさらに前記丸められた横棒部分が形成する略円形状から略垂直方向に突出する方向に押し曲げることによって形成され、
前記ピン状電極は、前記丸められた前記横棒部分の、前記縦棒部分が延在する方向とは逆側の端部において、前記他方の端子電極部材の中央域に固着されていることを特徴とするサージアブソーバ。
前記突出部は先端方向に向かって断面積を減ずるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサージアブソーバ。
前記絶縁性管は内壁に１本または複数本のトリガー線を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のサージアブソーバ。
前記一対の端子電極部材が前記絶縁性管の外周面より突出した外縁部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のサージアブソーバ。