JP5003889B2

JP5003889B2 - サージアブソーバ

Info

Publication number: JP5003889B2
Application number: JP2007227151A
Authority: JP
Inventors: 芳幸田中; 卓栗原
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2027-08-31
Also published as: JP2009059634A

Description

本発明は、落雷等で発生するサージから様々な機器を保護し、事故を未然に防ぐのに使用す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の接続する部分、電源線、アンテナ或いは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。

従来、応答性の良好なサージアブソーバとして、例えば特許文献１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サージアブソーバが提案されている。このサージアブソーバは、導電性皮膜で被包した円柱状の絶縁性部材であるセラミックス部材の周面に、いわゆるマイクロギャップが形成され、セラミックス部材の両端に一対のキャップ電極を有するサージ吸収素子が放電制御ガスと共にガラス管内に収容され、円筒状のガラス管の両端にリード線を有する封止電極が高温加熱で封着された放電型サージアブソーバである。

特開２００３−２８２２１６号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
特許文献１に示すようなサージアブソーバでは、通常のセラミックス製絶縁性部材を封入素子として用いた場合、金属キャップ電極を両端部に圧入しないと、熱膨張率がガラス管と合わず、封入後にガラス管割れが生じてしまう問題があった。
また、従来、円柱状の封入素子を用いているが、これをガラス管内に投入する際、封入素子の長さに対する太さによって、組立作業性が異なる。すなわち、封入素子が太いと封入素子そのものが自立して作業がし易いが、封入状態では放電空間が小さく、放電制御ガスの封入量も少なくなってサージ耐量が確保できないという不都合があった。また、サージ耐量を確保するために封入素子を細くすると、作業時に封入素子がガラス管内に倒れてしまって不良品が多発してしまう問題がある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、金属キャップ電極を用いずともガラス管内に絶縁性部材を封止することができ、さらには組立作業性に優れているサージアブソーバを提供することを目的とする。

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、柱状又は筒状の絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端部に対向配置されて該両端部に接触する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前記絶縁性部材を内部に放電制御ガスと共に封止するガラス製の絶縁性管と、を備え、前記絶縁性部材が、多孔質セラミックスで形成されていることを特徴とする。

すなわち、このサージアブソーバでは、絶縁性部材が、多孔質セラミックスで形成されているので、通常のセラミックス材料に比べて比表面積が増大しかつ低強度である多孔質（ポーラス）セラミックスであるため、熱膨張率差により絶縁性管に引っ張り応力が発生した場合、多孔質セラミックス自体が変形することにより、金属キャップ電極を用いずともガラス製絶縁性管の破損を防ぎ、絶縁性部材を封止することができる。また、多孔質化により抵抗値も下がり、沿面放電の速度が上がって応答性が向上する。

また、本発明のサージアブソーバは、前記絶縁性部材が、軸線に直交する断面形状が多角形状とされていることを特徴とする。すなわち、このサージアブソーバでは、断面形状が星型やコの字型等の多角形状とされた絶縁性部材を採用するので、従来の円柱型に比べて見かけ上の外形よりも断面積が小さく、周囲の放電空間を大きく確保することができる。これにより、放電制御ガスの封入量を増大させて、さらに大きな電流を放電させることができる。また、外形が大きくなるため、絶縁性管内に投入した際に絶縁性部材が直立し易く、組立作業性も向上する。

また、本発明のサージアブソーバは、前記絶縁性部材の両端部に、前記端子電極部材に接触する接触部から前記端子電極部材に対して漸次離間するように傾斜して半径方向に延在するテーパー面が形成されていることを特徴とする。すなわち、このサージアブソーバでは、絶縁性部材の両端部にテーパー面が形成されているので、テーパー面と端子電極部材との間に断面Ｖ字状の溝が形成され、この溝でサージ発生時にトリガー放電が行われる。したがって、溝によるトリガー放電によって高速応答性を得ることができる。さらに、テーパー面と端子電極部材との間の角度（溝の角度）をサージに応じた角度に適宜設定することで、応答性を向上させることも可能である。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るサージアブソーバによれば、絶縁性部材が、多孔質セラミックスで形成されているので、熱膨張率差により絶縁性管に引っ張り応力が発生した場合、多孔質セラミックス自体が変形することにより、金属キャップ電極を用いずともガラス製絶縁性管の破損を防ぎ、絶縁性部材を封止することができる。さらに、この絶縁性部材を断面形状多角形とすることにより、放電空間を大きく確保可能であると共に絶縁性管への投入時に絶縁性部材が倒れ難く組立作業性を向上させることができる。

以下、本発明に係るサージアブソーバの第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態のサージアブソーバ１は、図１に示すように、多孔質セラミックス製の柱状の絶縁性部材２と、該絶縁性部材２の両端部に対向配置されて該両端部に接触する一対の端子電極部材３と、一対の端子電極部材３を両端に配して絶縁性部材２を内部に放電制御ガス（図示略）と共に封止するガラス製の絶縁性管４と、一対の端子電極部材３の外端面に基端が固定された一対のリード線５と、を備えている。

上記絶縁性部材２は、図２に示すように、多孔質セラミックスで形成され、比誘電率が５〜１００、好ましくは８．５〜４０の碍子であって、ガラス製の絶縁性管４よりも比誘電率が大きく、ジルコニア程度の比誘電率を有するものである。この絶縁性部材２は、例えばアルミナ系又はジルコニア系等の酸化物系セラミックスにカーボン等の炭素源を混ぜて還元雰囲気中で焼成し、さらに酸化雰囲気で焼成して炭素源を焼き飛ばすことで空隙を形成してポーラス状にしたものである。なお、絶縁性部材２を構成する多孔質セラミックスのＳＥＭ写真を図２に示す。また、比較として従来のセラミックス（アルミナ）のＳＥＭ写真を図３に示す。

この絶縁性部材２の両端部には、端子電極部材３に接触する中心の接触部から外周面まで端子電極部材３に対して漸次離間するように傾斜して半径方向に延在するテーパー面２ａが形成されている。すなわち、このテーパー面２ａと端子電極部材３との間に溝が形成されている。このテーパー面２ａは、一定の角度で端子電極部材３に接触している。このテーパー面２ａと端子電極部材３との角度は、１〜６０°の範囲内に設定されている。

また、絶縁性部材２の外周部に、軸線部分から半径方向外方に放射状に突出すると共に軸線に沿って延在し両端部を結ぶ複数の突条部２ｂが形成されている。そして、絶縁性部材２の外周部には、隣接する突条部２ｂの間に、軸線に沿って延在し両端部を結ぶ複数の放電空間用溝２ｃが形成されている。
なお、絶縁性部材２は、４つの突条部２ｂが軸線から放射状に突出し、軸線に直交する断面形状が十字型の多角形状になっている。

上記端子電極部材３は、放電電極であって、高温加熱で絶縁性管４の両端に封着されており、絶縁性部材２の中心軸が絶縁性管４の中心軸に一致するように封止される。
上記絶縁性管４は、鉛ガラス等のガラス管で形成されている。
上記放電制御ガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、ＳＦ_６、ＣＯ_２、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｈ_２及びこれらの混合ガス等の不活性ガスである。

このサージアブソーバ１を作製するには、まず絶縁性部材２を一対の端子電極部材３で挟んで保持し、この状態で絶縁性管４内に投入する。そして、絶縁性管４内の空気を所定の放電制御ガス（例えば、Ａｒ）で置換した後に、絶縁性管４の両端を加熱して溶かすことで端子電極部材３と密着させて封止を行う。これにより、絶縁性部材２を絶縁性管４内に封入したサージアブソーバ１が得られる。

このサージアブソーバ１では、過電圧又は過電流が侵入すると、まずテーパー面２ａと端子電極部材３との間の溝でトリガー放電が行われ、さらに放電が進展して絶縁性部材２の放電空間用溝２ｃ内で沿面放電が行われることでサージが吸収される。

このように本実施形態のサージアブソーバ１では、絶縁性部材２が、多孔質セラミックスで形成されているので、通常のセラミックス材料に比べて比表面積が増大しかつ低強度である多孔質（ポーラス）セラミックスであるため、熱膨張率差により絶縁性管４に引っ張り応力が発生した場合、多孔質セラミックス自体が変形することにより、金属キャップ電極を用いずともガラス製の絶縁性管４の破損を防ぎ、絶縁性部材２を封止することができる。また、多孔質化により抵抗値も下がり、沿面放電の速度が上がって応答性が向上する。

また、断面形状が十字型の多角形状とされた絶縁性部材２を採用するので、従来の円柱型に比べて見かけ上の外形よりも断面積が小さく、周囲の放電空間を大きく確保することができる。これにより、放電制御ガスの封入量を増大させて、さらに大きな電流を放電させることができる。また、外形が大きくなるため、絶縁性管４内に投入した際に絶縁性部材２が直立し易く、組立作業性も向上する。

また、絶縁性部材２の両端部に、端子電極部材３に接触する接触部から端子電極部材３に対して漸次離間するように傾斜して半径方向に延在するテーパー面２ａが形成されているので、テーパー面２ａと端子電極部材３との間に断面Ｖ字状の溝が形成され、この溝でサージ発生時にトリガー放電が行われる。したがって、テーパー面２ａでのトリガー放電によって高速応答性を得ることができる。さらに、テーパー面２ａと端子電極部材３との間の角度（溝の角度）をサージに応じた角度に適宜設定することで、応答性を向上させることも可能である。

さらに、絶縁性部材２の外周部に、軸線に沿って延在し両端部を結ぶ放電空間用溝２ｃが形成されているので、テーパー面２ａと端子電極部材３との間の微小空間（溝）でトリガーされた微小放電が、電界方向とは異なる半径方向外方に進展せず、電界方向に沿った放電空間用溝２ｃを沿面放電して短距離で進展するので、インパルスに対してより高い応答性を得ることができる。

次に、本発明に係るサージアブソーバの第２実施形態について、図４を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、断面形状が十字型の絶縁性部材２を採用しているのに対し、第２実施形態のサージアブソーバ２１では、図４に示すように、軸線に直交する断面形状がコの字状に形成された絶縁性部材２２を採用している点である。すなわち、第２実施形態のサージアブソーバ２１では、外形は大きな略四角形状とされて組立作業性が向上すると共に、断面コ字状であるため軸線に沿った凹部により大きく放電空間が得られる。

次に、本発明に係るサージアブソーバを、実際に作製した実施例により評価した結果を具体的に説明する。

本発明に係るサージアブソーバの実施例としては、第１実施形態及び第２実施形態のサージアブソーバ１，２１と同じ形態（断面形状十字型及び断面形状コ字状のもの）のものを実施例１，２として作製した。なお、これら実施例１，２の絶縁性部材２，２２は、多孔質セラミックスで形成され、見かけ上の外径が１．６ｍｍである。また、実施例１の絶縁性部材２の断面積は１．１２ｍｍ^２であり、実施例２の絶縁性部材２２の断面積は１．０４ｍｍ^２である。さらに、絶縁性管４の直径は３．８ｍｍとした。

なお、比較例１，２として、図５に示すように、通常の緻密なセラミックス材料（ムライト）で形成され断面円形状の絶縁性部材３２，４２を用い、絶縁性部材３２，４２の両端部に金属キャップ電極７を付けたものも同様に作製した。なお、比較例１の絶縁性部材３２は、その直径が１．６ｍｍであり、比較例２の絶縁性部材４２は、その直径が１．０ｍｍである。また、比較例１の絶縁性部材２の断面積は２．０１ｍｍ^２であり、比較例２の絶縁性部材２２の断面積は０．７９ｍｍ^２である。

これら実施例１，２及び比較例１，２について、サージ耐量を測定した。なお、サージ耐量は、８／２０μＳのインパルス電流を３回印加して破壊しない最大の電流値とした。また、絶縁性管４内に絶縁性部材２，２２，３２，４２を挿入した際に、絶縁性部材の倒れに関する良品率についても実施例１，２及び比較例１，２について評価した。これらの結果を表１に示す（なお、表中、絶縁性部材を素子と称している）。

表１からわかるように、比較例１ではサージ耐量が２０００Ａであったのに対し、実施例１，２及び比較例２はいずれもサージ耐量が３５００Ａと高い値である。また、比較例２ではサージ耐量が３５００Ａと高いにもかかわらず、絶縁性部材４２の挿入時良品が５０％であり、絶縁性管４内への挿入時に半数が倒れてしまっているのに対し、実施例１，２及び比較例１では、良品が１００％と倒れは皆無であった。このように、実施例１，２では、サージ耐量が高いと共に挿入時の倒れが生じず組立作業性が良好であった。

また、封止した際のガラス製絶縁性管４の割れ比率についても、評価した。この評価では、本発明に係る実施例として、多孔質セラミックスで形成された長さ３ｍｍの絶縁性部材２をガラス製の絶縁性管４に挿入して３０個封止した際に、絶縁性管４に割れが生じた数を調べた。また、比較例として通常のセラミックス（アルミナ）で形成された長さ３ｍｍの絶縁性部材を同様に封止した場合についても同様に調べた。この結果、比較例では、３０個中１個に割れが発生したのに対し、本実施例では、３０個中０個と割れの発生はなかった。

なお、本発明の技術範囲は上記各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。

本発明に係るサージアブソーバの第１実施形態において、サージアブソーバの分解斜視図、絶縁性管及び端子電極部材を破断して絶縁性部材を露出させた側面図並びに組立後の斜視図である。本発明に係るサージアブソーバの第１実施形態において、絶縁性部材を構成する多孔質セラミックスのＳＥＭ写真である。本発明に係るサージアブソーバの従来例において、絶縁性部材を構成するセラミックス（アルミナ）のＳＥＭ写真である。本発明に係るサージアブソーバの第２実施形態において、サージアブソーバを示す斜視図である。本発明に係るサージアブソーバの比較例１において、サージアブソーバを示す斜視図である。本発明に係るサージアブソーバの比較例２において、サージアブソーバを示す斜視図である。

符号の説明

１，２１…サージアブソーバ、２，２２，３２，４２…絶縁性部材、２ａ…テーパー面、２ｂ…突条部、２ｃ…放電空間用溝、３…端子電極部材、４…絶縁性管、５…リード線

Claims

柱状又は筒状の絶縁性部材と、
該絶縁性部材の両端部に対向配置されて該両端部に接触する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前記絶縁性部材を内部に放電制御ガスと共に封止するガラス製の絶縁性管と、を備え、
前記絶縁性部材が、多孔質セラミックスで形成されていると共に、軸線に直交する断面形状が多角形状とされ、軸線に沿って延在し両端部を結ぶ放電空間用溝を有していることを特徴とするサージアブソーバ。
請求項１に記載のサージアブソーバにおいて、
前記絶縁性部材が、軸線に直交する断面形状が十字型の多角形状とされていることを特徴とするサージアブソーバ。
請求項１に記載のサージアブソーバにおいて、
前記絶縁性部材が、軸線に直交する断面形状がコ字状の多角形状とされていることを特徴とするサージアブソーバ。