JPH0729667A

JPH0729667A - 放電型サージアブソーバ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0729667A
Application number: JP16827593A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Furuse; 義樹古瀬; Masatoshi Abe; 政利阿部; Mikio Harada; 三喜男原田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1993-07-08
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】ゲッタ材を用いることにより小型で低電圧で
放電し、しかもゲッタ材を用いても絶縁抵抗値を低下さ
せず、封着時に絶縁管を熱変形させない。【構成】放電型サージアブソーバ１０は、絶縁管１１
の両端に相対向して一対の対向電極１２，１３が封着さ
れる。対向電極１２，１３と絶縁管１１とにより形成さ
れる空間には不活性ガス１４が封入される。絶縁管１１
の内面には対向電極１２，１３と電気的に絶縁されたゲ
ッタ材１５が被着される。ゲッタ材を絶縁管の内面に被
着したことにより、サージアブソーバを小型化でき、放
電時にゲッタ材が直接関与しなくなる。ゲッタ材の製造
において高い精度は不要となり、サージアブソーバを繰
返し使用しても放電時にゲッタ材の粒子は飛散せず、サ
ージアブソーバの絶縁抵抗が低下しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自然現象である外雷やス
イッチ等の開閉による内雷に起因する電線路の高電圧サ
ージを吸収して、電線路に接続した各種電気装置の誤動
作又は破壊を防止する放電型サージアブソーバ及びその
製造方法に関する。更に詳しくは管内部にギャップ又は
マイクロギャップを有する絶縁管の両端を一対の対向電
極で封止（hermetic seal）した放電型サージアブソー
バ及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】放電型サージアブソーバとして、対向電
極型のサージアブソーバと絶縁管内部にマイクロギャッ
プを有するマイクロギャップ式のサージアブソーバ（例
えば、特開昭５５−１２８２８３）が知られている。対
向電極型サージアブソーバには、絶縁管の両端に互いに
対向する一対の電極を数ｍｍ間隔をあけて設け、これら
の電極間にエア又は不活性ガスを充填し封入したもの
や、或いは金属製の一対の円柱状電極を数ｍｍ間隔で互
いに対向させ、絶縁管により不活性ガスを充填し封入し
たものがある。

【０００３】マイクロギャップ式のサージアブソーバは
導電性皮膜で被包した円柱状のセラミック素体の中央に
円周方向にマイクロギャップを形成し、このセラミック
素体の両端に一対のキャップ電極を冠着した後、セラミ
ック素体を絶縁管内に収容してセラミック素体の両端に
一対の対向電極を配置し、これらの対向電極をキャップ
電極に電気的に接続し同時に絶縁管内部に不活性ガスを
封入して作られる。上記放電型サージアブソーバでは、
不活性ガスを封入する際に微量のＯ₂やＮ₂等の混入が避
けられない。これらの不純なガスが微量であっても不活
性ガス中に混入すると放電型サージアブソーバの放電特
性は不安定になり、しかも電極材料によっては所望の低
い放電電圧が得られない不具合があった。

【０００４】この点を改善するために、低電圧放電管
のサージアブソーバとして、金属製リングにゲッタ(get
ter)材を入れたゲッタリングを一緒に封入して高周波加
熱等でゲッタ材を加熱し、絶縁管の内面にフラッシュさ
せたサージアブソーバが知られている。また別のサー
ジアブソーバとして、電極表面にゲッタ材を塗布し加熱
封入時の熱により絶縁管内部に含まれる微量のＯ₂やＮ₂
をゲッタ材に吸着させる効果（以下、ゲッタ効果とい
う）を利用したサージアブソーバが知られている。更
に別のサージアブソーバとして、絶縁体の表面に相対向
させて放電電極を設けて、これらの放電電極間に放電間
隙を形成するとともに、絶縁体の表面にゲッタ材を被着
させ、これを放電ガスとともに気密容器内に収容してな
る放電型サージアブソーバが提案されている（特開平３
−２５７７７９）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のサー
ジアブソーバはその形状が大型化するため、小型化の要
求が強い電子部品には使用できなかった。また上記の
サージアブソーバは加熱封入時にゲッタ材が放電ギャッ
プ間に飛散して絶縁不良を発生させる不具合があった。
また上記及びのサージアブソーバは十分なゲッタ効
果を上げるためにはゲッタ材被着時に高温を必要とし、
このため絶縁管にガラス管を用いた場合、管外形が著し
く変形する不具合があった。

【０００６】更に上記のサージアブソーバでは放電電
極間に設けた絶縁体の表面に導電性材料であるゲッタ材
を被着しているため、グロー放電時にはゲッタ材の表面
に沿って電流が流れる。この放電時の放電特性にゲッタ
材が関与するため、ゲッタ材の長さや厚みは高い精度が
要求される。また繰返しグロー放電すると、ゲッタ材の
飛散粒子が放電電極とゲッタ材の間に侵入して放電電極
とゲッタ材の絶縁性を劣化させることがあり、サージア
ブソーバの絶縁抵抗値を低下させる欠点があった。

【０００７】本発明の目的は、ゲッタ材を用いることに
より小型で低電圧で放電し、しかもゲッタ材を用いても
絶縁抵抗値を低下させず、封着時に絶縁管を熱変形させ
ない放電型サージアブソーバ及びその製造方法を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、図１に示すように、本発明の第１の放電型サージア
ブソーバ１０は、絶縁管１１と、この絶縁管１１の両端
に相対向して封着された一対の対向電極１２，１３と、
これらの対向電極１２，１３と絶縁管１１とにより形成
される空間に封入された不活性ガス１４とを備える。そ
の特徴ある構成は、絶縁管１１の内面に対向電極１２，
１３と電気的に絶縁されたゲッタ材１５が被着されたこ
とにある。対向電極１２の外面にはリード線１６が、対
向電極１３の外面にはリード線１７がそれぞれ接続され
る。

【０００９】図２に示すように、本発明の第２の放電型
サージアブソーバ２０は、絶縁管２１と、絶縁管２１内
に収容され、導電性皮膜３１で被包した円柱状のセラミ
ック素体３２の周面にマイクロギャップ３３が形成さ
れ、セラミック素体３２の両端に一対のキャップ電極３
４，３５を有するサージ吸収素子３０と、絶縁管２１の
両端に相対向して封着され、封着状態でサージ吸収素子
３０を固定し、かつ一対のキャップ電極３４，３５に電
気的に接続された一対の対向電極２２，２３と、対向電
極２２，２３と絶縁管２１とにより形成される空間に封
入された不活性ガス２４とを備える。その特徴ある構成
は、絶縁管２１の内面に対向電極２２，２３と電気的に
絶縁されたゲッタ材２５が被着されたことにある。対向
電極２２の外面にはリード線２６が、対向電極２３の外
面にはリード線２７がそれぞれ接続される。

【００１０】以下、本発明を詳述する。本発明の絶縁管
はガラス管、セラミック管等である。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。セラミッ
ク管はＰＬＺＴ、透明アルミナのような可視光線を透過
するセラミック焼結体から作られたもののみならず、他
の絶縁性のあるセラミック管であればよい。

【００１１】絶縁管の内外両面又は内面にはスパッタリ
ング法、蒸着法、イオンプレーティング法、めっき法、
ＣＶＤ法等の薄膜形成法によりゲッタ材の皮膜が形成さ
れ被着される。内面のみゲッタ材を被着させるときには
絶縁管の外面を予め遮蔽材で覆っておく。ゲッタ材は、
アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、
Ｖ、Ｎｂ及びＴａからなる群より選ばれた１種又は２種
以上の金属薄膜により構成される。

【００１２】絶縁管の内外両面又は内面にゲッタ材を被
着した後で、絶縁管の両端に被着した余分なゲッタ材は
希塩酸、希硝酸、希硫酸等の希鉱酸により溶解除去され
る。次に述べる対向電極と絶縁を図るためである。絶縁
管の両端を予め遮蔽材で覆っておけば希鉱酸で溶解除去
する必要はない。

【００１３】対向電極は封着時の絶縁管の熱収縮による
クラックの発生を防止するために絶縁管と熱膨張係数の
ほぼ等しい金属を用いる。従って対向電極は絶縁管の種
類より材質を選定する。絶縁管が軟質ガラス管である場
合には、対向電極にジュメット線（Dumet wire）、鉄５
２ｗｔ％−ニッケル４２ｗｔ％−クロム６ｗｔ％合金等
が用いられ、絶縁管が硬質ガラス管である場合には、鉄
５８ｗｔ％−ニッケル４２ｗｔ％合金（以下、４２合金
という）等が用いられる。絶縁管がセラミック管である
場合には、対向電極に４２合金と銅のクラッド材、コバ
ール（Kovar）等が用いられる。ジュメット線は輪切り
にして対向電極にする。４２合金と銅のクラッド材は４
２合金の板材の片面又は両面に銅薄膜を密着させ、高温
で機械的に圧延するクラッド法（cladding）により作ら
れる。クラッド材の銅薄膜を酸化させて銅表面を亜酸化
銅にすると封着時にガラスとのなじみが良くなり好まし
い。このクラッド材を円板に打抜いた後、絞り加工して
対向電極にする。

【００１４】図２に示すように、マイクロギャップ式の
サージアブソーバ２０の場合には、絶縁管２１内にサー
ジ吸収素子３０が収容される。このサージ吸収素子３０
は導電性皮膜３１で被包した円柱状のセラミック素体３
２の周面にマイクロギャップ３３が形成され、セラミッ
ク素体３２の両端に一対のキャップ電極３４，３５を有
する。導電性皮膜３１はスパッタリング法、蒸着法、イ
オンプレーティング法、めっき法、ＣＶＤ法等の薄膜形
成法によりセラミック素体３２を被包するようにセラミ
ック素体３２の表面に形成され、マイクロギャップ３３
はレーザにより導電性皮膜３１を分割するようにセラミ
ック素体３２のほぼ中央に形成される。マイクロギャッ
プはレーザ光線の焦点深度及び導電性皮膜の厚さから１
０〜２００μｍの幅にかつセラミック素体の表面の一部
を切削するように形成される。放電時に飛散した皮膜構
成粒子がマイクロギャップに入り込んだときに分割した
導電性皮膜のマイクロギャップによる絶縁性を劣化させ
ないためである。収容されたサージ吸収素子３０は一対
の対向電極２２，２３を絶縁管２１の両端に封着すると
きに対向電極２２，２３により固定される。図１に示す
ように、対向電極型のサージアブソーバ１０の場合に
は、数ｍｍの間隙をあけて一対の対向電極１２，１３が
絶縁管１１の両端に封着される。

【００１５】対向電極型のサージアブソーバもマイクロ
ギャップ式のサージアブソーバも対向電極を封着すると
きには絶縁管の内部にアルゴンガス、ネオンガス、窒
素ガス等の不活性ガスを充填する。前述したゲッタ材が
絶縁管外面に付着した場合には、このゲッタ材は対向電
極を絶縁管に封着後、希塩酸、希硝酸、希硫酸等の希鉱
酸により溶解除去することが好ましい。なお、対向電極
を封着する前に絶縁管の外面に被着したゲッタ材のみを
除去してもよい。

【００１６】絶縁管がガラス管である場合には、一対の
対向電極の封着時にガラス管の融点より２５０〜１００
℃低い温度で２〜３分間保持した後、ガラス管の融点で
約１分間加熱すると、保持されている間にゲッタ材がＯ
₂やＮ₂などの微量の不純ガスをより確実に吸着するため
好ましい。融点が７４０℃のガラス管であれば、ゲッタ
効果を発揮させるための保持温度は５００〜６００℃程
度が好ましい。

【００１７】

【作用】本発明のサージアブソーバは絶縁管の内面にゲ
ッタ材を被着したので、絶縁管の封着時にゲッタ材が不
活性ガスに含まれるＯ₂やＮ₂などの微量の不純ガスを吸
着する。絶縁管がガラス管の場合、封着時にガラス管の
融点より低い温度で所定時間保持することにより、より
確実にゲッタ効果が現れ、しかもガラス管の熱変形を回
避できる。これにより放電型サージアブソーバの放電特
性は安定し、所望の低い放電電圧が得られるようにな
る。特にゲッタ材を絶縁管の内面に被着したことによ
り、サージアブソーバを小型化でき、放電時にゲッタ材
が直接関与しなくなる。これによりゲッタ材の製造にお
いて高い精度は不要となり、サージアブソーバを繰返し
使用しても放電時にゲッタ材の粒子は飛散せず、サージ
アブソーバの絶縁抵抗を低下させない。

【００１８】

【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１＞図２に示すように、マイクロギャップ式の
サージアブソーバ２０を次の方法により製造した。絶縁
管２１として低融点の鉛ガラス管を用意し、このガラス
管２１の内面にゲッタ材２５としてＴｉ皮膜をバレルコ
ータを使用してスパッタリング法により被着した。Ｔｉ
皮膜２５が被着されたガラス管２１の両端を希塩酸水溶
液に浸漬し、対向電極が封着される部分のＴｉ皮膜を溶
解除去した後、水で洗浄して乾燥した。このガラス管２
１の内部にサージ吸収素子３０を収容した。

【００１９】サージ吸収素子３０の円柱状のセラミック
素体３２はムライト焼結体からなり、この表面はスパッ
タリングによりＴｉＮからなる導電性皮膜３１で被包さ
れる。セラミック素体３２の中央部にレーザビームを照
射して導電性皮膜３１を円周方向にトリミングして幅約
３０μｍのマイクロギャップ３３が形成される。ステン
レス製のキャップ電極３４と３５がセラミック素体３２
の両端に冠着され、サージ吸収素子３０が作製される。

【００２０】外面にリード線２６が溶着された対向電極
２２がキャップ電極３４に当接され、外面にリード線２
７が溶着された対向電極２３がキャップ電極３５に当接
される。対向電極２２及び２３はそれぞれジュメット線
を輪切りにしたものを用いた。サージ吸収素子２０、対
向電極２２，２３を配置したガラス管２１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
りにアルゴンガスを封着室に供給して２４０Ｔｏｒｒの
圧力でガラス管内にこのアルゴンガスを導入した。この
状態でカーボンヒータによりガラス管２１及び対向電極
２２，２３を７４０℃、１分間加熱した。対向電極２
２，２３がガラス管２１に封着した後、ガラス管２１を
希塩酸水溶液に浸漬し、ガラス管２１の外面に付着した
Ｔｉ皮膜を溶解除去した後、水で洗浄して乾燥し、サー
ジアブソーバ２０を得た。

【００２１】＜比較例１＞ガラス管の内面にゲッタ材を
被着させなかった以外は実施例１と同様にしてマイクロ
ギャップ式のサージアブソーバを製造した。実施例１と
比較例１のサージアブソーバの放電電圧と絶縁抵抗をそ
れぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１から明ら
かなように、ゲッタ材を被着した実施例１は、ゲッタ材
を被着しなかった比較例１と比べて放電電圧が低下し
た。また実施例１のサージアブソーバではガラス管内面
にゲッタ材を被着したため、ゲッタ材による絶縁抵抗の
低下はみられなかった。

【００２２】

【表１】

【００２３】＜実施例２＞サージ吸収素子３０の導電性
皮膜３１にＴｉを用い、対向電極２２，２３を封着する
ときの加熱を５５０℃で３分間保持した後、７４０℃で
１分間行った以外は、実施例１と同様にしてマイクロギ
ャップ式のサージアブソーバを製造した。

【００２４】＜比較例２＞対向電極２２，２３を封着す
るときの加熱を７４０℃で１分間行った以外は、実施例
２と同様にしてマイクロギャップ式のサージアブソーバ
を製造した。

【００２５】＜比較例３＞対向電極２２，２３を封着す
るときの加熱を７４０℃で３分間行った以外は、実施例
２と同様にしてマイクロギャップ式のサージアブソーバ
を製造した。

【００２６】実施例２、比較例２及び比較例３のサージ
アブソーバの放電電圧、絶縁抵抗及びガラス管の熱変形
の有無をそれぞれ調べた。その結果を表２に示す。表２
から明らかなように、ゲッタ材を被着した比較例２で
は、高温時の熱処理時間が短すぎたため、十分なゲッタ
効果が得られず放電電圧は、熱処理時間が十分確保され
た実施例２及び比較例３と比べて高い電圧であった。ま
た７４０℃の高温時間が長かった比較例３ではガラス管
が熱変形したのに対して、実施例２及び比較例２のガラ
ス管は熱変形しなかった。更に比較例３のサージアブソ
ーバはガラス管の熱変形に伴って軟化したガラスの一部
が導電性皮膜に接触したため、実施例２及び比較例２と
比べて絶縁抵抗が低下した。

【００２７】

【表２】

【００２８】なお、上記実施例では絶縁管の内外両面に
ゲッタ材を被着したが、絶縁管の内面のみゲッタ材を被
着してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように、金属製リングにゲッ
タ材を入れる従来の低電圧放電管のサージアブソーバと
比べて、本発明のサージアブソーバでは絶縁管の内面に
ゲッタ材を被着するため、小型化できるとともに、封着
時にゲッタ効果が現れて不純ガスが封入したガス中に含
まれなくなるため、低電圧で放電することができる。ま
た絶縁体の表面にゲッタ材を被着させる従来の放電型サ
ージアブソーバと比べて、本発明のサージアブソーバは
ゲッタ材が放電時に関与しないため、放電特性が安定す
るとともに、ゲッタ材の製造において高い精度が不要と
なり、サージアブソーバを繰返し使用しても放電時にゲ
ッタ材の粒子は飛散せず、サージアブソーバの絶縁抵抗
は低下しない。特に絶縁管がガラス管の場合、封着時に
ガラス管の融点より低い温度で所定時間保持することに
より、より確実にゲッタ効果が現れ、しかもガラス管の
熱変形を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対向電極型のサージアブソーバの中央
縦断面図。

【図２】本発明のマイクロギャップ式のサージアブソー
バの中央縦断面図。

【符号の説明】

１０対向電極型のサージアブソーバ１１，２１絶縁管（ガラス管）１２，１３，２２，２３対向電極１４，２４不活性ガス１５，２５ゲッタ材２０マイクロギャップ式のサージアブソーバ３０サージ吸収素子３１導電性皮膜３２セラミック素体３３マイクロギャップ３４，３５キャップ電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原田三喜男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】絶縁管(11)と、前記絶縁管(11)の両端に相対向して封着された一対の対
向電極(12,13)と、前記対向電極(12,13)と前記絶縁管(11)とにより形成さ
れる空間に封入された不活性ガス(14)とを備えた放電型
サージアブソーバ(10)において、前記絶縁管(11)の内面に前記対向電極(12,13)と電気的
に絶縁されたゲッタ材(15)が被着されたことを特徴とす
る放電型サージアブソーバ。
【請求項２】絶縁管(21)と、前記絶縁管(21)内に収容され、導電性皮膜(31)で被包し
た円柱状のセラミック素体(32)の周面にマイクロギャッ
プ(33)が形成され、前記セラミック素体(32)の両端に一
対のキャップ電極(34,35)を有するサージ吸収素子(30)
と、前記絶縁管(21)の両端に相対向して封着され、封着状態
で前記サージ吸収素子(30)を固定し、かつ前記一対のキ
ャップ電極(34,35)に電気的に接続された一対の対向電
極(22,23)と、前記対向電極(22,23)と前記絶縁管(21)とにより形成さ
れる空間に封入された不活性ガス(24)とを備えた放電型
サージアブソーバ(20)において、前記絶縁管(21)の内面に前記対向電極(22,23)と電気的
に絶縁されたゲッタ材(25)が被着されたことを特徴とす
る放電型サージアブソーバ。
【請求項３】ゲッタ材(15,25)がアルカリ金属、アル
カリ土類金属、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及びＴａか
らなる群より選ばれた１種又は２種以上の金属薄膜によ
り構成された請求項１又は２記載の放電型サージアブソ
ーバ。
【請求項４】絶縁管(11)の内外両面に前記絶縁管(11)
の両端部分を除いてゲッタ材(15)を被着し、不活性ガス雰囲気下で前記絶縁管(11)の両端に前記ゲッ
タ材(15)と電気的に絶縁して一対の対向電極(12,13)を
配置し、前記一対の対向電極(12,13)とともに前記絶縁管(11)を
加熱し冷却して前記絶縁管(11)に不活性ガス(14)を封入
して前記一対の対向電極(12,13)を封着し、前記一対の対向電極(12,13)を封着した絶縁管(11)の外
面のゲッタ材を除去する放電型サージアブソーバの製造
方法。
【請求項５】絶縁管(11)の内面に前記絶縁管(11)の両
端部分を除いてゲッタ材(15)を被着し、不活性ガス雰囲気下で前記絶縁管(11)の両端に前記ゲッ
タ材(15)と電気的に絶縁して一対の対向電極(12,13)を
配置し、前記一対の対向電極(12,13)とともに前記絶縁管(11)を
加熱し冷却して前記絶縁管(11)に不活性ガス(14)を封入
して前記一対の対向電極(12,13)を封着する放電型サー
ジアブソーバの製造方法。
【請求項６】絶縁管(21)の内外両面に前記絶縁管(21)
の両端部分を除いてゲッタ材(25)を被着し、導電性皮膜(31)で被包した円柱状のセラミック素体(32)
の周面にマイクロギャップ(33)が形成され、前記セラミ
ック素体(32)の両端に一対のキャップ電極(34,35)を有
するサージ吸収素子(30)を前記絶縁管(21)内に収容し、不活性ガス雰囲気下で前記絶縁管(21)の両端に前記ゲッ
タ材(25)と電気的に絶縁し、かつ前記キャップ電極(34,
35)と電気的に接続して一対の対向電極(22,23)を配置
し、前記サージ吸収素子(20)及び前記一対の対向電極(22,2
3)とともに前記絶縁管(21)を加熱し冷却して前記絶縁管
(21)に不活性ガス(24)を封入して前記一対の対向電極(2
2,23)を封着し、前記一対の対向電極(22,23)を封着した絶縁管(21)の外
面のゲッタ材を除去する放電型サージアブソーバの製造
方法。
【請求項７】絶縁管(21)の内面に前記絶縁管(21)の両
端部分を除いてゲッタ材(25)を被着し、導電性皮膜(31)で被包した円柱状のセラミック素体(32)
の周面にマイクロギャップ(33)が形成され、前記セラミ
ック素体(32)の両端に一対のキャップ電極(34,35)を有
するサージ吸収素子(30)を前記絶縁管(21)内に収容し、不活性ガス雰囲気下で前記絶縁管(21)の両端に前記ゲッ
タ材(25)と電気的に絶縁し、かつ前記キャップ電極(34,
35)と電気的に接続して一対の対向電極(22,23)を配置
し、前記一対の対向電極(22,23)とともに前記絶縁管(21)を
加熱し冷却して前記絶縁管(21)に不活性ガス(24)を封入
して前記一対の対向電極(22,23)を封着する放電型サー
ジアブソーバの製造方法。
【請求項８】絶縁管(11,21)がガラス管であって、一
対の対向電極(12,13,22,23)の封着時に前記ガラス管の
融点より２５０〜１００℃低い温度で２〜３分間保持し
た後、前記ガラス管の融点で約１分間加熱する請求項４
ないし７いずれか記載の放電型サージアブソーバの製造
方法。