JPH0729666A

JPH0729666A - 封止電極及びこれを用いたサージアブソーバ

Info

Publication number: JPH0729666A
Application number: JP24570592A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Tanaka; 芳幸田中; Masatoshi Abe; 政利阿部; Takaaki Ito; 隆明伊藤
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1992-08-21
Filing date: 1992-08-21
Publication date: 1995-01-31
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JP2910006B2

Abstract

(57)【要約】【目的】不活性ガス雰囲気中で封着でき、ガラス管
への封着性が良く、しかも電子放射促進作用があって、
リード線を容易にはんだ付けできる封止電極を得る。ま
たクラッド材の表裏の区別がつき製造の効率化ができ
る。更にこの封止電極を用いて、封着時及びアーク放電
時の導電性皮膜及びマイクロギャップが劣化しにくく、
サージ耐量が高く、寿命の長いサージアブソーバを得
る。【構成】ガラス管１０にサージ吸収素子１３を入
れ、不活性ガス１４を入れた状態で封止電極１１，１２
によりガラス管を封着してサージアブソーバ２０が作ら
れる。封止電極は鉄及びニッケルを含む合金からなる電
極素体１１ａと、電極素体の両面にクラッド法により密
着して圧延された所定の厚さの銅薄膜１１ｂと、銅薄膜
の表面に形成されたＣｕ₂Ｏ膜１１ｃとにより構成され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガラス管に封着される封
止電極及びこれを用いたサージアブソーバに関する。更
に詳しくはマイクロギャップ式サージ吸収素子をガラス
管内にハーメチックシール（hermetic seal）したサー
ジアブソーバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種のサージアブソーバは、電話機、
ファクシミリ、電話交換機、モデム等の通信機器の電子
部品を雷サージから保護するために使用される。このサ
ージアブソーバは、マイクロギャップ式サージ吸収素子
を収容したガラス管の両端に封止電極を取付け、ガラス
管内に希ガス、窒素ガス等の不活性ガスを封入した後、
カーボンヒータのような加熱装置で高温度で加熱して封
止電極をガラス管に封着して作られる。一般に封止電極
は、封着時のガラス管の熱収縮によるクラックの発生を
防止するためにその素体にガラスと熱膨張係数のほぼ等
しい金属を用い、しかも封着時のガラスに対する濡れ性
を良くするためにガラス管と接触する部分の素体表面に
酸化膜を設けている。封止電極を高温で加熱すると電極
素体である金属が酸化膜を介してガラスになじみ、封止
電極が封着されてガラス管内を気密にする。従来、軟質
ガラスに対する封止電極の素体には鉄−ニッケル−クロ
ム合金、ジュメット線（Dumet wire）等が多用されてい
る。特開昭５５−１２８２８３号公報では、絶縁性被覆
材として気密性の面から軟質ガラスを用いているため、
ガラス封入線としてジュメット線を用いている。また、
硬質ガラスやセラミックスに対してはコバールや鉄−ニ
ッケル合金が使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】鉄−ニッケル合金は比
較的容易に酸化されるため、予め酸化膜を形成してから
封着した場合には封着時の酸化作用も加わって膜厚が大
きくなり、酸化膜の鉄−ニッケル合金に対する付着強度
が低下し易く、酸化膜が地金から剥れ易い。これを回避
するため鉄−ニッケル合金を封止電極の素体にする場合
には、素体のままガラス管に取付け、ガスバーナの炎等
により酸化膜を形成しながら封止電極を封着している。
この結果、鉄−ニッケル合金は不活性ガス雰囲気中のカ
ーボンヒータの加熱により封着されるサージアブソーバ
の封止電極には適しない。コバールも鉄−ニッケル合金
の場合と同様の不具合がある。鉄−ニッケル−クロム合
金は鉄−ニッケル合金と異なり、予め酸化膜を形成して
から封着しても適度の膜厚になるため、合金に対するそ
の付着強度は低下しない。しかしこの酸化膜中のＣｒ₂
Ｏ₃はガラスに対する濡れ性に劣るため、封着温度を非
常に高くしないと良好な封着効果が得られず、この高温
処理に起因してガラス管が軟化して変形を生じる問題点
がある。ジュメット線は鉄−ニッケル合金の表面を銅で
被覆した線であるため、サージアブソーバの封止電極、
特に内径が２ｍｍ以上になるガラスの封止電極に適した
形状に加工することが困難である上、低仕事関数の電子
放射促進物質をガラス管内部に向けて設けることが極め
て難しい。またガラス管に封着した後で、これらの材料
で作られた封止電極の外面にリード線を接続する場合、
酸化膜を塩酸で除去してからはんだ付けを行っている
が、従来の酸化膜は塩酸で容易に除去することができな
い。更に、封止電極を成形する際に素体の片面にクラッ
ド法により酸化膜を形成した場合、ガラス管の内部に面
する側を酸化膜被覆側にする必要があることから、素体
の表裏を間違えないようにしなければならず、封止電極
成形時に表裏のチェック工程を要する。

【０００４】一方、従来のマイクロギャップ式サージ吸
収素子をガラス管内に気密に収容したサージアブソーバ
では、封止電極に電子放射促進作用がないため、動作時
のアーク放電がセラミックス素体表面の導電性皮膜及び
マイクロギャップ上を通過した後、封止電極まで達しに
くい。このためマイクロギャップの近傍でアーク放電が
形成される時間が長くなり、アーク放電により導電性皮
膜及びマイクロギャップが劣化して、サージアブソーバ
の寿命特性やサージ耐量等の特性に悪影響を与えてい
る。

【０００５】本発明の目的は、不活性ガス雰囲気中にお
いて比較的低い温度で封着でき、ガラス管への封着性が
良く、しかも電子放射促進作用のある封止電極を提供す
ることにある。本発明の別の目的は、リード線を容易に
はんだ付けできる封止電極を提供することにある。本発
明の更に別の目的は、クラッド材の表裏の区別が付き易
く、効率的に製造することが可能な封止電極を提供する
ことにある。また本発明の更に別の目的は、封着時及び
アーク放電時の導電性皮膜及びマイクロギャップが劣化
しにくく、サージ耐量が高く、寿命の長いサージアブソ
ーバを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のガラス管に封着される封止電極は、図１に
示すように、鉄及びニッケルを含む合金からなる電極素
体１１ａと、電極素体１１ａの両面に密着して圧延され
た所定の厚さの銅薄膜１１ｂとを備えたものである。ま
た本発明のサージアブソーバは、ガラス管１０と、この
ガラス管１０内に収容され、導電性皮膜１３ａで被包し
た円柱状のセラミックス素体１３ｂの周面にマイクロギ
ャップ１３ｃが形成され、セラミックス素体１３ｂの両
端に一対のキャップ電極１３ｄを有するサージ吸収素子
１３と、このガラス管１０の両端に封着した状態でサー
ジ吸収素子１３を固定し、かつ一対のキャップ電極１３
ｄに電気的に接続された封止電極１１，１２と、これら
の封止電極１１，１２とガラス管１０とにより形成され
る空間に封入された不活性ガス１４とを備え、封止電極
１１，１２の各銅薄膜１１ｂの表面にはＣｕ₂Ｏ膜１１
ｃが形成されたものである。

【０００７】本発明のガラス管は、ホウケイ酸ガラスの
ような硬質ガラス、又は鉛ガラス、ソーダ石灰ガラスの
ような軟質ガラスから作られる。硬質ガラスより熱膨張
係数の大きな軟質ガラスにも適用することができる。ま
た電極素体は、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−クロ
ム合金、鉄−ニッケル−コバルト合金等の鉄とニッケル
を含む熱膨張係数がガラスより低い合金からなる。電極
素体は所定の形状に成形して作られる。電極素体の熱膨
張係数とガラス管の熱膨張係数とを整合させるために熱
膨張係数の大きな銅薄膜で電極素体を被包する。即ち、
電極素体の熱膨張係数とガラス管の熱膨張係数との差が
大きいときには銅薄膜の厚さを大きくし、その差が小さ
いときには銅薄膜の厚さを小さくする。

【０００８】本発明の銅薄膜の電極素体への被着はクラ
ッド法（cladding）により行われる。先ず電極素体であ
る鉄とニッケルを含む合金の板材の両面に銅薄膜を密着
させ高温で機械的に圧延する。次いでクラッド法により
銅薄膜が設けられた板材を円板に打抜いた後、ガラス管
に接触する部分が銅薄膜になるように絞り加工される。
封止電極をサージアブソーバに用いる場合には、打抜か
れた円板を絞り加工によりハット状に成形する。ガラス
管に接触する部分のみならずガラス管の内部に面する部
分が銅薄膜となるように絞り加工される。この銅薄膜の
表面にはガラスに対する濡れ性を良くし、かつ電子放射
を促進する仕事関数の小さいＣｕ₂Ｏ膜が形成される。
この銅薄膜の表面にはガラスに対する濡れ性を良くし、
かつ電子放射を促進する仕事関数の小さいＣｕ₂Ｏ膜が
形成される。このＣｕ₂Ｏ膜は銅薄膜を酸化することに
より容易に形成することができる。

【０００９】鉄−ニッケル合金と銅薄膜との合計の厚さ
に対する銅薄膜の厚さの比率は、４０〜８０％が好まし
い。比率が４０％未満ではガラスの熱膨張係数よりも極
めて小さくなり、一方８０％を超えるとガラスの熱膨張
係数よりも極めて大きくなり好ましくない。また、鉄−
ニッケル合金中のニッケルの比率は３５〜５５％が好ま
しい。

【００１０】

【作用】熱膨張係数が鉄及びニッケルを含む合金より大
きな銅をこの合金とガラスとの間に所定の厚さで介在さ
せることにより、鉄及びニッケルを含む合金の熱膨張係
数がガラスの熱膨張係数に近づき、封着時にガラス管の
熱収縮によるクラックの発生がなくなる。また、封止電
極の表面に銅薄膜とＣｕ₂Ｏ膜の２つの層が形成される
ため、第一に封着時のガラスに対する濡れ性が良くなり
ジュメット線と同様の比較的低温でしかも不活性ガス雰
囲気中で封着でき、熱ストレスによる導電性皮膜及びマ
イクロギャップの劣化が起きにくい。第二にＣｕ₂Ｏは
仕事関数が小さいため、その電子放射促進作用によりア
ーク放電がサージ吸収素子の導電性皮膜から離れた封止
電極間に容易に移行し、放電による導電性皮膜の熱損傷
を解消する。更に、鉄及びニッケルを含む合金の両面に
銅を圧延したクラッド材を用いているので、封着後封止
電極の外面にリード線を接続するために、封止電極外面
を塩酸で洗浄すると、封着により形成された銅薄膜上の
酸化膜（Ｃｕ₂Ｏ膜）は簡単に除去されリード線を容易
にはんだ付けできる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。＜実施例＞図１及び図２に示すように、円筒形のガラス
管１０の両端に封止電極１１，１２が封着される。図で
は上端の封止電極１１を詳細に示す。この例では、ガラ
ス管１０は軟質ガラスの一種の鉛ガラスである。また封
止電極１１は、鉄４２％とニッケル５８％の合金からな
る電極素体１１ａと、電極素体１１ａの両面に密着して
圧延された所定の厚さの銅薄膜１１ｂと、銅薄膜１１ｂ
の表面に形成されたＣｕ₂Ｏ膜１１ｃとにより構成され
る。

【００１２】この封止電極１１は具体的に次の方法によ
り作られる。先ず前述したクラッド法により鉄−ニッケ
ル合金の板材の両面に銅薄膜を機械的に圧着する。次い
でこの板材を所定の直径の円板に打抜いた後、この円板
をハット状に絞り加工する。次にハット状の成形体を高
温の酸素雰囲気下に置き、その後急冷して銅薄膜１１ｂ
表面にＣｕ₂Ｏ膜１１ｃを形成する。ガラス管１０内に
はマイクロギャップ式のサージ吸収素子１３が収容され
る。このサージ吸収素子１３は導電性皮膜１３ａで被包
した長さ５．５ｍｍ、直径１．７ｍｍの円柱状のセラミ
ックス素体１３ｂの周面に数１０μｍのマイクロギャッ
プ１３ｃをレーザにより形成させた後、セラミックス素
体の両端に厚さ０．２ｍｍのキャップ電極１３ｄを圧入
して作られる。

【００１３】またサージアブソーバ２０は次の方法によ
り作られる。先ずガラス管１０内にサージ吸収素子１３
を入れ、ガラス管１０の一端に封止電極１１を取付け
る。封止電極１１の凹部１１ｄをサージ吸収素子１３の
キャップ電極１３ｄに嵌合させる。次いでガラス管１０
の他端に封止電極１１と同一構造の封止電極１２を同様
に取付ける。これによりサージ吸収素子１３の一対のキ
ャップ電極１３ｄが封止電極１１，１２と電気的に接続
される。次にこの組立体をカーボンヒータを設けた封着
室（図示せず）に入れ、封着室を負圧にすることにより
ガラス管内部の空気を抜いた後、代わりに不活性ガス、
例えばアルゴンガスを封着室に供給してガラス管内にこ
のアルゴンガスを導入する。この状態でカーボンヒータ
によりガラス管１０及び封止電極１１，１２を加熱す
る。Ｃｕ₂Ｏ膜を介して銅薄膜付き電極素体１１ａの周
縁がガラス管１０になじみ、封止電極１１がガラス管１
０に封着される。これによりアルゴンガス１４が封入さ
れたサージアブソーバ２０が作られる。Ｃｕ₂Ｏ膜の存
在によりこの封止電極１１，１２は約７００℃の低温で
封着される。

【００１４】ガラス管１０の両端に封着された封止電極
１１及び１２の各外面にリード１５及び１６がはんだ付
けされる。はんだ付け性を良くするために封止電極の外
面を塩酸で洗浄して、封着時に封止電極の外面に形成さ
れた銅薄膜上の酸化膜（Ｃｕ ₂Ｏ膜）を除去する。この
酸化膜は容易に除去され、リード線１５及び１６が容易
にはんだ付けされる。

【００１５】銅薄膜１１ｂによる電極素体１１ａとガラ
ス管１０との熱膨張係数の調整度を調べるため、電極素
体１１ａ（鉄−ニッケル合金）の厚さ(Ａ)と銅薄膜１１
ｂの厚さ(Ｂ，Ｃ)の比率を変えてクラッド材の０〜４０
０℃における熱膨張係数を測定した。具体的には、封止
電極全体の厚さ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）に対する銅薄膜の厚さ
(Ｂ＋Ｃ)の比率(Ｐ)が０％、３０％、４０％、５０％、
６０％、７０％、８０％、９０％、及び１００％になる
ように、銅薄膜の厚さ(Ｂ，Ｃ)及び鉄−ニッケル合金の
厚さ(Ａ)を変えた。その結果を表１に示す。表１の結果
より、封止電極に使用するクラッド材の全厚に対する銅
薄膜１１ｂの厚さはクラッド材全体の厚さの４０〜８０
％が適していることが判明した。

【００１６】

【表１】

【００１７】＜比較例＞電極素体にニッケル４２％−ク
ロム６％−鉄５２％の合金を用い、電極素体にＣｒ₂Ｏ₃
を形成して封止電極とした。この封止電極と実施例と同
じガラス管及びサージ吸収素子を用いてアルゴンガス入
りサージアブソーバを作製した。このときの封着温度は
８１０℃であった。この比較例のサージアブソーバと、
上述した比率(Ｐ)が６０％の実施例のサージアブソーバ
のサージ耐量を測定した。更に比較例と実施例の封止電
極をそれぞれ１００個ずつ同一のガラス管に封着し、そ
の封着率を調べた。その結果を表２に示す。サージ耐量
はＪＥＣ−２１２（電気学会、電気規格調査会標準規
格）に規定される（８×２０）μ秒のサージ電流を用い
て測定した。表２より比較例のサージアブソーバより実
施例のサージアブソーバは封着温度が１００℃以上低
く、しかもサージ耐量が大きいことが判明した。また比
較例と比べて実施例の封着率は極めて良好であった。

【００１８】

【表２】

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
の効果を奏する。銅薄膜による熱膨張係数の調整により、鉄及びニッ
ケルを含む合金の熱膨張係数がガラスの熱膨張係数に近
づくため、封着時のガラス管のクラック発生を防止する
ことができる。また、クラッド材の両面に銅薄膜を密着
して圧延しているので、上面と下面の区別をする必要が
なく、製造の効率化を計ることができる。従来、鉄−ニッケル合金では酸化膜が厚くなりす
ぎ、ガスバーナの炎を必要とし、不活性ガス雰囲気中で
は封着できなかったものが、本発明では鉄−ニッケル合
金であっても銅薄膜上のＣｕ₂Ｏ膜の存在により不活性
ガス雰囲気中でカーボンヒータで封着することができ
る。本発明の封止電極の素体が鉄−ニッケル合金の場
合、銅薄膜上のＣｕ₂Ｏ膜の存在により封止電極とガラ
スの濡れ性が非常に良いので、従来の鉄−ニッケル−ク
ロム合金の封止電極より約１００℃低い温度で封着する
ことができ、これによりガラス軟化による変形が非常に
小さくなり、更にガラス管内部のマイクロギャップ式サ
ージ吸収素子の導電性皮膜の熱ストレスが緩和される。
また、大口径の放電管型サージアブソーバを封止するこ
とが可能となる。本発明の封止電極の内面のＣｕ₂Ｏ膜は電子放射促
進作用があるため、サージ電圧の印加時にはマイクロギ
ャップ付近で開始されたアーク放電がマイクロギャップ
及び導電性皮膜から離れた封止電極間で容易に行われる
ようになる。上記及びにより、導電性皮膜の熱損傷
がなくなりサージアブソーバのサージ耐量を大きくでき
るとともに、寿命を長くすることができる。封着後封止電極の外面にリード線を接続するため
に、封止電極外面を塩酸で洗浄すると、封着により形成
された銅薄膜上の酸化膜（Ｃｕ₂Ｏ膜）は簡単に除去さ
れリード線を容易にはんだ付けできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例のサージアブソーバの要部断面
図。

【図２】その外観斜視図。

【符号の説明】

１０ガラス管１１，１２封止電極１１ａ電極素体１１ｂ銅薄膜１１ｃＣｕ₂Ｏ膜１３サージ吸収素子１３ａ導電性皮膜１３ｂセラミックス素体１３ｃマイクロギャップ１３ｄキャップ電極１４アルゴンガス（不活性ガス）１５，１６リード線２０サージアブソーバ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。＜実施例＞図１及び図２に示すように、円筒形のガラス
管１０の両端に封止電極１１，１２が封着される。図で
は上端の封止電極１１を詳細に示す。この例では、ガラ
ス管１０は軟質ガラスの一種の鉛ガラスである。また封
止電極１１は、鉄５８％とニッケル４２％の合金からな
る電極素体１１ａと、電極素体１１ａの両面に密着して
圧延された所定の厚さの銅薄膜１１ｂと、銅薄膜１１ｂ
の表面に形成されたＣｕ₂Ｏ膜１１ｃとにより構成され
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】

【表２】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年３月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者伊藤隆明埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱マテリアル株式会社セラミックス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガラス管(10)に封着される封止電極(11,
12)において、鉄及びニッケルを含む合金からなる電極素体(11a)と、前記電極素体(11a)の両面に密着して圧延された所定の
厚さの銅薄膜(11b)とを備えたことを特徴とする封止電
極。
【請求項２】ガラス管(10)が硬質又は軟質ガラスから
なり、電極素体(11a)が鉄−ニッケル合金からなり、前
記電極素体(11a)の厚さと銅薄膜(11b)の厚さの合計値に
対する銅薄膜の厚さの比率が４０〜８０％である請求項
１記載の封止電極。
【請求項３】鉄−ニッケル合金のニッケルの比率が３
５〜５５重量％である請求項２記載の封止電極。
【請求項４】銅薄膜(11b)の表面にＣｕ₂Ｏ膜(11c)が
形成された請求項１記載の封止電極。
【請求項５】Ｃｕ₂Ｏ膜(11c)が銅薄膜(11b)を酸化さ
せることにより形成された請求項４記載の封止電極。
【請求項６】ガラス管(10)と、前記ガラス管(10)内に収容され、導電性皮膜(13a)で被
包した円柱状のセラミックス素体(13b)の周面にマイク
ロギャップ(13c)が形成され、前記セラミックス素体(13
b)の両端に一対のキャップ電極(13d)を有するサージ吸
収素子(13)と、前記ガラス管(10)の両端に封着した状態で前記サージ吸
収素子(13)を固定し、かつ前記一対のキャップ電極(13
d)に電気的に接続された請求項４記載の封止電極(11,1
2)と、前記封止電極(11,12)と前記ガラス管(10)とにより形成
される空間に封入された不活性ガス(14)とを備えたサー
ジアブソーバ。