JP4930053B2

JP4930053B2 - サージアブソーバ

Info

Publication number: JP4930053B2
Application number: JP2006356115A
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: 2006-12-28
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP2007294392A

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。

昨今の電子機器等における高密度実装化の流れで、この通信線や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）。
このようなサージアブソーバにおいて、電極材料、封止ガス、封止ガス圧を変えずに放電開始電圧を調整するためには電極間の距離を変化させる必要がある。
しかしながら、特許文献１記載のサージアブソーバでは、電極間の距離を変化させるためには放電電極の長さを変化させる必要があり、そのたびに金型を製作するなどの製造経費がかかるという問題があった。
特開２００５−６３７２１号公報

本発明は放電電極の長さを変化させずに放電電極間の距離を容易に変化させることが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、この発明は、サージアブソーバであって、両端に開口部を有し、絶縁性を有する絶縁性管と、前記絶縁性管の前記開口部をそれぞれ塞いで固定された、導電性を有し、前記絶縁性管と接続されている一対の端子電極部材と、前記絶縁性管の内側に封入されたガスと、前記絶縁性管の内側において、各端子電極部材の内表面にそれぞれ固着された、導電性を有する一対の突出電極とを具備し、前記一対の突出電極が互いに相対する位置からずれて配置され、前記一対の突出電極は、該一対の突出電極を含むように前記絶縁性管の軸線に沿う断面で切断した際の当該切断面において、該一対の突出電極の断面形状が前記絶縁性管の中心に対して点対称となるように配置されていることを特徴とする。

絶縁性管の内側かつ軸方向に突出するように一対の端子電極部材の内表面に固着された一対の突出電極が互いに相対する位置からずれるように配置されていると、このずれの距離を変えることによって突出電極の長さを変えることなしに突出電極間の距離を変化させることができる。

一対の突出電極の間に形成されるトリガーギャップは絶縁性管の中央付近に形成されるので、放電開始電圧を安定化することができる。

本発明に係るサージアブソーバにおいて、前記一対の突出電極は、先端から基端までの距離が前記一対の電極部材の間の距離の半分に等しい、もしくは半分以下であることを特徴とする。

一対の突出電極を、先端から基端までの距離が前記一対の電極部材の間の距離の半分に等しい、もしくは半分以下であるようにすると、寿命特性を向上させることができる。

本発明に係るサージアブソーバにおいて、前記一対の突出電極はらせん状に形成されていることを特徴とする。
一対の突出電極の形状をらせん状に形成すると、突出電極の基端から先端までの長さを大きくとれるので、突出電極を端子電極部材に固着する際に固着材が表面張力によって突出電極の先端まで上がり、電極材料の特性が変化するのを防止することができる。

さらに、本発明に係るサージアブソーバにおいて、前記突出電極の外表面に、銀を含む被膜が形成されている構成とすることにより、応答性を大きく向上させることができ、特に急峻なサージが印加された場合でも放電開始電圧の上昇が抑えられ、安定した放電開始電圧を得ることができる。

また、前記突出電極は、前記端子電極部材に形成した穴内に基端部がかしめにより固定されている構成としてもよい。
突出電極がかしめにより端子電極部材に強固に固定されていると、繰り返し放電などの熱衝撃や外部からの振動などの衝撃により突出電極が曲がったり、端子電極部材から固定された突出電極が外れることがなく、放電距離が変化することを防ぐことができる。

本発明に係るサージアブソーバは、放電電極の長さを変化させずに放電電極間の距離を容易に変化させることができる。

本発明の第１の実施形態について、図１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、トリガーギャップを使用した放電型サージアブソーバである。このサージアブソーバ１は全体としては直方体であって、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）等のガスで封止された絶縁性のセラミックス碍子管４と、端子電極部材２、３にそれぞれ設けられた突出電極５、６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アロイ等からなり、長方形状の平板に形成されている。
一方セラミックス碍子管４はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等のセラミックスからなり、外周が端子電極部材２、３の外周に一致する長方形の枠状横断面となっている。このセラミックス碍子管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７が備えられている。そして、セラミックス碍子管４はメタライズ層７を備えた端面で銀（Ａｇ）銅（Ｃｕ）系の枠状のロウ材８を介して一対の端子電極部材２、３により閉塞されており、内部にアルゴンガスが封止されている。

一対の端子電極部材２、３の内表面にはそれぞれ突出電極５、６が、端子電極部材２、３の中心から少しずれ、かつ、セラミックス碍子管４の中心に対して点対称な位置から、セラミックス碍子管４の内方でかつ軸方向に突出している。すなわち、図１に示すように、突出電極５，６は、該突出電極を含むようにセラミック碍子管４の軸線に沿う断面で切断した際の当該切断面において、突出電極５、６の断面形状がセラミック硝子管４の中心に対して点対称となるように配置されている。これらの突出電極５、６は、長さが一対の端子電極部材２、３の間の距離の半分より少し長く形成されている。また、これらの突出電極５、６はチタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ni）又はニッケル（Ｎｉ）と鉄（Ｆｅ）の合金等からなり、端子電極部材２、３に溶接で固着されている。そしてこれら突出電極５と突出電極６との間がトリガーギャップ５１とされている。

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および突出電極５、６を成形する。そして、端子電極部材２の、端子電極部材２の中央から少しずらした位置に突出電極５を溶接で固着する。
また、端子電極部材２に固着された突出電極５に対してセラミックス碍子管４の中心に対して点対称の位置にくるように、突出電極６を端子電極部材３に溶接によって固着する。
ここで、突出電極５と突出電極６とは所望の放電開始電圧が得られるような距離となるように配置する。

次にセラミックス碍子管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、枠状のロウ材８との濡れ性を向上させるためのメタライズ層７を形成する。
そして、突出電極５が固着された端子電極部材２上に固形のロウ材８を設置し、端子電極部材２の周縁部上にセラミックス碍子管４を設置する。さらに、セラミックス碍子管４の上にロウ材８を載置し、その上に突出電極６が固着された端子電極部材３を載置して仮組みする。

このように仮組みした状態で十分に真空引きした後封止ガス雰囲気で加熱し、枠状のロウ材８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して固定され、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、まずサージアブソーバ１のトリガーギャップ５１で放電が起こり、このトリガーギャップ５１における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、一対の突出電極５、６の長さを変えなくても、一対の端子電極部材２、３に固着する一対の突出電極５、６の位置を変えることでトリガーギャップ５１の距離を変化させることができる。よって、同じ電極材料、封止ガス、封止ガス圧のもとで放電開始電圧を変化させることができる。

次に、本発明に係る第２の実施形態のサージアブソーバ１１について、図２を参照して説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態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２に示すように、一対の突出電極５、６の長さが一対の端子電極部材２、３の間の距離の半分より少し短く形成されている点である。

このサージアブソーバ１１によれば、一対の突出電極５、６の長さを変えなくても、一対の端子電極部材２、３に固着する位置を変えることでトリガーギャップ５２の距離を変化させることができるので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、これら突出電極５と突出電極６とをセラミックス碍子管の軸１０１に接近させることにより、一対の突出電極５、６の間のトリガーギャップ５２の距離を極端に短くとったとしても、放電時に一対の突出電極５、６の間に生じる引力によって突出電極５と突出電極６とが接触してしまう危険性がない。

上記の実施態様１および２においては、一対の突出電極５、６の長さはサージアブソーバ１では一対の端子電極部材２、３の間の距離の半分より長く、サージアブソーバ１１では一対の端子電極部材２、３の間の距離の半分より短く形成されていたが、図３に示すように一対の端子電極部材２、３の間の距離のちょうど半分の長さに形成しても良い。図３に示したサージアブソーバ２１の場合でも、一対の突出電極５、６の長さを変えなくても、一対の突出電極５、６を一対の端子電極部材２、３に固着する位置を変えることでトリガーギャップ５３の距離を変えることができ、また、トリガーギャップ５３の距離を極端に短くとったとしても、放電時に両方の突出電極５、６の間に生じる引力によって突出電極５と突出電極６とが接触してしまう危険性は少ないので、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明に係る第３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、上記第１および第２の実施形態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３１が上記第１または第２の実施形態と異なる点は、図４に示すように、一対の突出電極５、６がらせん状に形成されている点である。

このサージアブソーバ３１では、一対の端子電極部材２、３の内表面に、他方の端子電極部材３、２に向かってらせん状に伸びる突出電極５、６がセラミックス碍子管４の中心に対して点対称となるように固着されている。そして突出電極５の先端部と突出電極６の先端部とが放電部３２とされ、これらの放電部３２の間がトリガーギャップ５４とされている。

本実施形態のサージアブソーバ３１は第１の実施形態のサージアブソーバ１と同様の手順で製造される。
ここで、突出電極５と突出電極６とはそれぞれの放電部３２の間の距離が所望の放電開始電圧が得られるような距離となるように配置される。

このサージアブソーバ３１によれば、らせん状の一対の突出電極５、６の先端部から基端部までの距離を変えなくても、端子電極部材に固着する位置を変えることでトリガーギャップ５４の距離を変化させることができるので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、このサージアブソーバ３１によれば、封止材料のロウ材８などがらせん状の突出電極５、６の根元まで流れてしまったとしても、らせん状の突出電極５、６の根元から放電部分３２までの距離を大幅に長くとれるので、ロウ材８が表面張力によって放電部分３２まで達してしまい放電部分３２の材質が変わり、放電開始電圧が変化することを防止することができる。

なお、以上に示した実施形態において、一対の突出電極５、６はセラミックス碍子管４の中心に対して点対称となるように一対の端子電極部材２、３に固着されているが、一対の突出電極５、６の点対称の中心はセラミックス碍子管４の中心に限られず、軸１０１に垂直でセラミックス碍子管４の中心を含む面上にあればセラミックス碍子管４の中心からずれていても良い。

また、一対の突出電極５、６は細い円柱、角柱などの柱状やらせん状のみに限られず、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も良く、さらに打ち抜き加工で作製した金属平板を円周状に丸めた、図５に示すような形状でも良い。図５に示した突出電極４１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４２を円周状に丸めた後、Ｔ字型の縦棒にあたる縦部分４３を、円周状に丸めた横部分４２の中心方向に押し曲げして形成している。この場合、円周状に丸めた横部分４２の端部を端子電極部材２および端子電極部材３に溶接などで固着して使用する。この突出電極４１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４１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。

また、以上に示した実施形態において突出電極５、６は一対の端子電極部材２、３に溶接で固着されているが、溶接に限られず、図６（ａ）に示すように、端子電極部材２、３（図６では端子電極部材３）に小さい穴７１を空け、図６（ｂ）に示すように、前記穴７１に突出電極５、６（図６では突出電極６）の基端部を圧入した後ロウ材で固着しても良い。また、突出電極６の圧入も、図６（ｃ）に示すように、端子電極部材３を突き抜けるように圧入し、その後、図６（ｄ）に示すように、端子電極部材３から突き抜けた突出電極６の端部７２をプレスする事で端子電極部材３に固着、又は、端子電極部材３から突き抜けた突出電極６の端部７２のみをプレスし、その後、図６（ｅ）に示すように、端子電極部材３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３と突出電極６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３と突出電極６をより一層安定して固定する事が出来る。

また、端子電極部材２、３に突出電極５、６を固定する方法としては、図７に示すかしめによる方法としてもよい。すなわち、図７（ａ）に示すように端子電極部材２、３の穴７１内に突出電極５、６（図７には端子電極部材３及び突出電極６のみ示す）の基端部を圧入した後、突出電極６よりも内径が大きい筒状のパンチＰを使用し、端子電極部材３の穴７１の周囲をプレスして図７（ｂ）に示すようにパンチＰを端子電極部材３に食い込ませる。このパンチＰをプレスすることによって、そのプレス箇所から内側における端子電極部材３の肉が図７（ｂ）の矢印で示すように半径内方に押し寄せられることにより、その肉寄せ部７３が穴７１を縮径しつつ図７（ｃ）に示すように突出電極６を端子電極部材３に強固に固定するのである。
このように、突出電極５、６がかしめにより端子電極部材２、３に強固に固定されていると、繰り返し放電などの熱衝撃や外部からの振動などの衝撃により突出電極５、６が曲がったり、端子電極部材２、３から固定された突出電極５、６が外れることがなく、放電距離が変化することを防ぐことができる。

突出電極はＴｉ，Ｎｉ，Ｆｅ−Ｎｉ合金の他にＦｅ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｗ、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｐｔまたは、これら2種以上の合金でもよい。また、前述の突出電極表面に、ＳｎＯ_２、ＳｉＣ、ＩＴＯ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＢａＡｌ_４や前述の金属や合金の導電性被膜をスパッタリング等により形成してもよい。

この場合、突出電極の外表面を銀（Ａｇ）を含む金属で形成すると、応答性をさらに向上させることができる。
図８は、突出電極の外表面に銀を含む導電性被膜を形成したサージアブソーバを示している。このサージアブソーバ８１において、突出電極５、６に形成される導電性被膜８２は、絶縁性管４と端子電極部材２、３とを固着するロウ材８によって構成されており、このロウ材８として銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）系ロウ材を使用し、このロウ材８を溶融させたときに、表面張力によって突出電極５、６に這い上がらせるようにすることにより、該突出電極５、６の外表面に導電性被覆８２を形成したものである。
このサージアブソーバ８１を製造する場合、端子電極部材２、３に突出電極５、６の基端部を圧入し、この突出電極５、６を挿通させる孔を開けたロウ材シート（図示略）を突出電極５、６を貫通させて端子電極部材５、６に被せた状態とした後、その上に絶縁性管４を配置して、該絶縁性管４の両端にロウ材シートを介して両端子電極部材２、３を配置する。そして、これらを組み立て状態で加熱してロウ材８を溶融させると、絶縁性管４と端子電極部材２、３との間を固着するとともに、表面張力によって端子電極部材２、３表面のロウ材が突出電極５、６を這い上がって該突出電極５、６の外表面を被覆し、導電性被覆８２となるのである。

このように構成したサージアブソーバ８１と、このような導電性被覆８２を有しないサージアブソーバとの応答特性を比較するために、１．２マイクロ秒で最大値の１０ＫＶとなり、５０マイクロ秒でその半値となるインパルス電圧を印加した際の応答電圧（放電開始電圧）を測定した。図９に示すように、導電性被覆を有するサージアブソーバの方が応答電圧が低く、かつ応答電圧のばらつきも小さくなっており、応答特性に優れることがわかる。
このように突出電極５、６の外表面を銀を含む導電性被覆８２で覆うことにより、応答性を大きく向上させることができ、特に急峻なサージが印加された場合でも放電開始電圧の上昇が抑えられ、安定した放電開始電圧を得ることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の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、一対の端子電極部材２、３は、ＣｕやＮｉ系の合金でもよい。
また、セラミックス碍子管４の両端面のメタライズ層７は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｍｏ-Ｍｎでも良く、また、メタライズ層７を用いずに活性金属からなるロウ材８だけで封止してもよい。
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。
また、突出電極に導電性被覆を形成する場合、前述のロウ材による方法以外にも、めっき、印刷、スパッタ等の方法を採用することができる。

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。本発明の第２の実施形態に係るサージアブソーバ１１を示す軸方向断面図である。突出電極の長さが端子電極部材間の距離の半分に等しい、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２１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。突出電極の他の固定方法を工程順に示す縦断面図である。突出電極に導電性被覆を形成したサージアブソーバを示す軸方向断面図である。突出電極に導電性被覆を形成したものと、形成しないものとの応答電圧を測定したグラフである。

符号の説明

１、１１、２１、３１、８１…サージアブソーバ、２、３…端子電極部材、４…セラミックス碍子管（絶縁性管）、５、６…突出電極、７…メタライズ層、８…ロウ材、３２…放電部、５１、５２、５３、５４…トリガーギャップ、７１…穴、７２…端部、８２…導電性被覆、１０１…軸

Claims

両端に開口部を有し、絶縁性を有する絶縁性管と、
前記絶縁性管の前記開口部をそれぞれ塞いで固定された、導電性を有し、前記絶縁性管と接続されている一対の端子電極部材と、
前記絶縁性管の内側に封入されたガスと、
前記絶縁性管の内側において、各端子電極部材の内表面にそれぞれ固着された、導電性を有する一対の突出電極とを具備し、
前記一対の突出電極が互いに相対する位置からずれて配置され、
前記一対の突出電極は、該一対の突出電極を含むように前記絶縁性管の軸線に沿う断面で切断した際の当該切断面において、該一対の突出電極の断面形状が前記絶縁性管の中心に対して点対称となるように配置されていることを特徴とするサージアブソーバ。
前記一対の突出電極は、先端から基端までの距離が前記一対の電極部材の間の距離の半分に等しい、もしくは半分以下であ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。
前記突出電極はらせん状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサージアブソーバ。
前記突出電極の外表面に、銀を含む被膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のサージアブソーバ。
前記突出電極は、前記端子電極部材に形成した穴内に基端部がかしめにより固定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のサージアブソーバ。