JPH0878133A

JPH0878133A - サージアブソーバ

Info

Publication number: JPH0878133A
Application number: JP21104494A
Authority: JP
Inventors: Fujio Ikeda; 富士男池田; Yasuyuki Ogata; 康行緒方
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1994-09-05
Filing date: 1994-09-05
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】過電流又は過電圧が印加されたときに迅速に
放電を停止して電子機器等の過熱又は発火を防止する。
部品点数が少なくて済み、小型で、簡単に製造でき、量
産性に優れる。【構成】サージアブソーバ１５は、サージ吸収素子２
０が不活性ガス１４とともにガラス管１１内に収容され
る。サージ吸収素子２０は導電性皮膜２１で被包した円
柱状のセラミック素体２２の周面にマイクロギャップ２
３が形成され、セラミック素体２３の両端に一対のキャ
ップ電極２４，２５を有する。ガラス管１１の両端に一
対の封止電極１２，１３が相対向して封着され、一対の
封止電極１２，１３が封着状態でサージ吸収素子２０を
固定し、かつ一対のキャップ電極２４，２５に電気的に
接続される。ガラス管１１の周面にサージ吸収素子２０
の発熱により亀裂を生じさせる浅い溝１９が形成された
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電話機、ファクシミリ、
電話交換機、モデム等の通信機器用の電子機器に印加さ
れるサージ電圧の吸収機能に加えて、継続的な過電圧又
は過電流の電子機器への侵入時に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を防止するサ
ージアブソーバに関する。更に詳しくは、マイクロギャ
ップを有するサージ吸収素子を不活性ガスとともにガラ
ス管に封止（hermetic seal）した放電型のサージアブ
ソーバに関するものである。本明細書で、過電圧又は過
電流とは、サージアブソーバの放電開始電圧を上回る異
常電圧とこれに伴う異常電流をいう。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハーメチックシールしたマイクロ
ギャップ式のサージアブソーバとして、図５及び図６に
示すようなサージアブソーバ９ａ及び９ｂが知られてい
る。２つのサージアブソーバ９ａ及び９ｂに内蔵される
マイクロギャップ式サージ吸収素子１は、チタンのよう
な導電性皮膜１ａで被包した円柱状のセラミック素体１
ｂの中央に円周方向に幅数１０μｍのマイクロギャップ
１ｃを形成し、このセラミック素体１ｂの両端に一対の
キャップ電極１ｄ，１ｅを冠着して作られる。図５に示
すように、サージアブソーバ９ａは、サージ吸収素子１
をガラス管４内に収容してサージ吸収素子１の両端に一
対の封止電極２，３を配置し、これらの封止電極２，３
をキャップ電極１ｄ，１ｅに電気的に接続し同時にガラ
ス管４内部にアルゴンガスのような不活性ガス５を封入
して作られる。封止電極２，３にはそれぞれリード線
６，７が接続される。

【０００３】図６に示すように、サージアブソーバ９ｂ
は、マイクロギャップ式サージ吸収素子１をその両端の
キャップ電極１ｄ，１ｅに接続したリード線６，７とと
もにガラス管８で封止して作られる。ガラス管８にはア
ルゴンガスのような不活性ガス５が封入される。上記サ
ージアブソーバ９ａ又は９ｂでは雷サージ等に起因して
リード線６，７に異常電圧が印加すると、最初に円柱状
のセラミック素体１ｂを被包する導電性皮膜１ａに沿っ
てグロー放電が起こり、最終的に一対のキャップ電極１
ｄ，１ｅ間でのアーク放電に移行してサージ電圧を吸収
する。

【０００４】上記サージアブソーバ９ａ又は９ｂは、電
子機器の一対の入力線路にこの電子機器に並列に接続さ
れ、電子機器の使用電圧より高い電圧で動作するように
構成される。即ち、上記サージアブソーバはその放電開
始電圧より低い電圧では抵抗値の高い抵抗体であるが、
印加電圧がその放電開始電圧以上のときには数１０Ω以
下の抵抗値の低い抵抗体になる。電子機器に雷サージ等
の数ｋＶ〜数１０ｋＶのサージ電圧が瞬間的に印加され
ると、上記サージアブソーバが放電し、このサージ電圧
を吸収して電子機器を保護するようになっている。

【０００５】しかし、電子機器を含む回路に過電圧又は
過電流（例えばＡＣ６００Ｖで３００ｍＡ）が不慮の事
故等により継続して加わると、上記サージアブソーバに
電流が流れ続ける。この結果、サージアブソーバが発熱
し周辺の電子機器の発火の原因となる。通常、このよう
な過電圧又は過電流が回路に継続して侵入することは考
えられないが、不慮の事故を想定して最大限の安全対策
を施していく考えが広まってきている。例えば、米国の
ＵＬ（Underwriter's Laboratories Inc.）では、この
ような継続的な過電圧又は過電流の侵入時にサージアブ
ソーバが通信機器に火災や電撃の危険を与えてはならな
いように、サージアブソーバに対して所定の安全規格を
制定している。

【０００６】従来、こうした安全規格に適合し、継続的
な過電圧又は過電流に起因した電子機器の発火を防止し
得るサージアブソーバとして、図３に示すように低融点
金属線１０を図５に示したサージアブソーバ９ａのガラ
ス管４の表面に密着させたサージアブソーバ９ｃが知ら
れている。このサージアブソーバ９ｃは低融点金属線１
０とサージアブソーバ９ａを基板１０ａとカバー１０ｂ
により密封し、低融点金属線１０の端子１０ｃ，１０ｄ
と、リード線６，７の端子１０ｅ，１０ｆとを基板１０
ａからそれぞれ別々に突設している。このサージアブソ
ーバ９ｃは、継続的な過電圧又は過電流（例えばＡＣ６
００Ｖで３００ｍＡ）の侵入があると低融点金属線１０
が直ちに溶断して、サージアブソーバ９ａの異常発熱の
みならず、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、発火等を防止できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記サージア
ブソーバ９ｃは、上記特長がある反面、高いサージ電流
が侵入すると、低融点金属線１０が容易に溶断するため
サージ耐量が比較的低い欠点があった。また上記サージ
アブソーバ９ｃは部品点数が多く構造が複雑で、小型化
しにくく、製造コストを低減することは至難であった。
本発明の目的は、雷サージのような瞬間的なサージ電圧
を吸収することに加えて、継続的な過電圧又は過電流の
侵入があった場合にはサージアブソーバの異常発熱のみ
ならず、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、発火等を防止することができ、しかも高いサ
ージ耐量を有するサージアブソーバを提供することにあ
る。

【０００８】本発明の別の目的は、部品点数が少なくて
済み、製造が簡単で、小型化し易く量産性に優れたサー
ジアブソーバを提供することにある。

【０００９】

【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のサージアブソー
バ１５は、導電性皮膜２１で被包した円柱状のセラミッ
ク素体２２の周面にマイクロギャップ２３が形成され、
セラミック素体２３の両端に一対のキャップ電極２４，
２５を有するサージ吸収素子２０が不活性ガス１４とと
もにガラス管１１内に収容され、このガラス管１１の両
端に一対の封止電極１２，１３が相対向して封着され、
一対の封止電極１２，１３が封着状態でサージ吸収素子
２０を固定し、かつ一対のキャップ電極２４，２５に電
気的に接続される。その特徴ある構成は、ガラス管１１
の周面にサージ吸収素子２０の発熱により亀裂を生じさ
せる浅い溝１９が形成されたことにある。

【００１０】また図２に示すように、本発明の第２のサ
ージアブソーバ３５は、上記サージ吸収素子２０のキャ
ップ電極２４，２５に一対のリード線２６，２７が接続
され、このサージ吸収素子２０が不活性ガス１４ととも
にガラス管２８により封止され、かつ一対のリード線２
６，２７がガラス管２８から突出して形成される。その
特徴ある構成は、ガラス管２８の周面にサージ吸収素子
２０の発熱により亀裂を生じさせる浅い溝２９が形成さ
れたことにある。

【００１１】以下、本発明を詳述する。図１及び図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１
５及び３５はガラス管１１及び２８の内部にサージ吸収
素子２０がそれぞれ収容される。サージ吸収素子２０は
導電性皮膜２１で被包した円柱状のセラミック素体２２
の両端に一対のキャップ電極２４，２５を冠着した後、
セラミック素体２２の中央に円周方向にマイクロギャッ
プ２３を形成して作られる。導電性皮膜２１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２２
を被包するようにセラミック素体２２の表面に形成され
る。この導電性皮膜２１はＴｉ，ＴｉＮ，Ｗ，ＳｎＯ₂
などからなる。マイクロギャップ２３はレーザにより導
電性皮膜２１を分割するように形成される。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１０〜２００μｍの幅に形成される。

【００１２】サージアブソーバ１５はこのサージ吸収素
子２０をガラス管１１内に収容してセラミック素体２２
の両端に一対の封止電極１２，１３を配置し、これらの
封止電極１２，１３をキャップ電極２４，２５に電気的
に接続し同時にガラス管１１内部にＡｒ，Ｎｅ，Ｈｅ，
Ｎ₂，ＣＯ₂などの不活性ガス１４を封入して作られる。
収容されたサージ吸収素子２０は一対の封止電極１２，
１３をガラス管１１の両端に封着するときに封止電極１
２，１３により固定される。一方、サージアブソーバ３
５はサージ吸収素子２０のキャップ電極２４，２５の外
面にリード線２６，２７をそれぞれ接続した後、これを
ガラス管２８の中に収容し、不活性ガス１４とともに封
止する。リード線２６，２７はガラス管２８から突出す
る。

【００１３】本発明のガラス管１１及び２８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。ガラス管１
１及び２８の周面にはサージ吸収素子２０の発熱により
亀裂を生じさせる浅い溝１９及び２９がそれぞれ形成さ
れる。サージ吸収素子２０がガラス管１１及び２８の中
央部にそれぞれ位置し、マイクロギャップ２３がサージ
吸収素子２０の中央部に位置するときには、浅い溝１９
及び２９もガラス管の中央部に形成される。ここでサー
ジ吸収素子２０の発熱とは、サージアブソーバに継続的
な過電圧又は過電流（例えばＡＣ６００Ｖで３００ｍ
Ａ）の侵入があったときに、サージ吸収素子２０の発生
する５００〜８００℃程度の発熱をいう。浅い溝１９及
び２９はガラス管の厚さをｔとするとき、（１／１００
０）ｔ〜（１０／１０００）ｔの深さで、ガラス管の全
周をｓとするとき、（１／４）ｓ〜（１／３）ｓの長さ
を有する。深さが（１／１０００）ｔ未満か、又は長さ
が（１／４）ｓ未満ではサージ吸収素子２０の発熱によ
り亀裂を生じさせるには不十分であり、また深さが（１
／１０００）ｔを越えるか、又は長さが（１／３）ｓを
越えると、サージアブソーバの通常の取扱い中に亀裂や
割れを生じて本来のサージ吸収機能を失う恐れがある。
浅い溝１９及び２９はガラス管の内周面でも外周面でも
よいが、加工の容易性を考慮すると外周面が好ましい。
浅い溝１９及び２９はガラス管の長手方向、周方向又は
この中間の斜め方向に形成される。加工の容易性を考慮
すると周方向が好ましい。

【００１４】

【作用】本発明のサージアブソーバ１５又は３５が接続
された線路に継続して過電圧又は過電流が侵入すると、
サージ吸収素子２０の導電性皮膜２１がマイクロギャッ
プ２３付近で放電が始まり、これによりマイクロギャッ
プ２３付近が熱損傷し、発熱する。この発熱により浅い
溝１９又は２９から亀裂を生じる。この亀裂を通して不
活性ガス１４で満たされていたガラス管１１又は２８内
に空気が流入する。ガラス管１１又は２８の内部に空気
が入ると、放電維持電圧が通常の過電圧より高くなり放
電が停止する。

【００１５】

【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に示すマイクロギャップ式のサージアブ
ソーバ１５を次の方法により製造した。先ずガラス管１
１内に収容されるサージ吸収素子２０を用意した。この
サージ吸収素子２０の円柱状のセラミック素体２２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
りチタン（Ｔｉ）からなる導電性皮膜２１で被包され
る。このセラミック素体２２の両端にステンレス製のキ
ャップ電極２４と２５が冠着される。セラミック素体２
２の中央部にレーザビームを照射して導電性皮膜２１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２３が形成され、サージ吸収素子２０が作製され
る。

【００１６】ガラス管１１として低融点の鉛ガラス管を
用意し、このガラス管１１をカーボンヒータを設けた封
着室（図示せず）に配置した。ガラス管１１の内部にサ
ージ吸収素子２０を入れ、封止電極１２及び１３をガラ
ス管１１内に挿入し、ガラス管が中央に位置するように
サージ吸収素２０を挟持した。封止電極１２がキャップ
電極２４に、また封止電極１３がキャップ電極２５に電
気的にそれぞれ接続された。

【００１７】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（Ａｒ）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１４を導入した。この状態でカーボン
ヒータによりガラス管１１及び封止電極１２，１３を７
４０℃、１分間加熱した。封止電極１２，１３がガラス
管１１に封着した。このガラス管１１は長さ７．０ｍ
ｍ、内径１．５ｍｍ、外径２．６ｍｍの寸法を有した。
このガラス管１１の外周面に深さが数μｍで、長さが全
周の約１／４の周方向の浅い溝１９を市販のガラス切り
を用いて形成した。

【００１８】＜比較例１＞図５に示すマイクロギャップ
式のサージアブソーバ９ａを比較例１とした。このサー
ジアブソーバ９ａは、ガラス管１１の外周面に浅い溝１
９を形成しない以外は実施例と同一条件でサージアブソ
ーバ９ａを製造した。

【００１９】＜比較例２＞図３に示すサージアブソーバ
９ｃを比較例２とした。このサージアブソーバ９ｃは、
比較例１のサージアブソーバ９ａのガラス管４の外面に
（８×２０）μｓｅｃ−５００Ａで初めて溶断する低融
点金属線１０を巡らせ、その両端を基板１０ａを貫通す
る端子１０ｃ，１０ｄに接続した。またサージアブソー
バ９ａのリード線６，７に基板１０ａを貫通する端子１
０ｅ，１０ｆに接続した。これらのサージアブソーバ９
ａ及び低融点金属線１０をカバー１０ｂにより密封し
た。カバー１０ｂは、たて１．８ｃｍ、よこ０．９ｃ
ｍ、高さ１．０５ｃｍの寸法を有する。

【００２０】＜比較試験と評価＞実施例と比較例１と比
較例２のサージアブソーバについて、それぞれ放電開
始電圧、絶縁抵抗及び静電容量を測定し、過電圧
・過電流の印加試験及びサージ耐量試験を行った。た
だし、比較例２のサージアブソーバ９ｃは図４に示すよ
うに端子１０ｄ及び端子１０ｅを接続してサージアブソ
ーバ９ａと低融点金属線１０とを直列に接続することに
より、端子１０ｃ及び端子１０ｆにて測定又は試験し
た。過電圧・過電流の印加試験はＡＣ６００Ｖ−０．
２５ｍＡの過電圧・過電流を３０分間印加した。また
サージ耐量試験は（８×２０）μｓｅｃサージにて耐え
うる電流値を測定した。その結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１から明らかなように、比較例１のサー
ジアブソーバ９ａは過電圧・過電流の印加試験で放電
を持続する欠点があり、比較例２のサージアブソーバ９
ｃはサージ耐量が５００Ａと低かった。これに対して
実施例のサージアブソーバ１５は過電圧・過電流の印
加試験で放電は約１秒で停止し、サージ耐量は１００
０Ａと高かった。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、雷
サージのような瞬間的なサージ電圧を吸収することに加
えて、継続的な過電圧又は過電流の侵入があった場合に
はサージ吸収素子の発熱により浅い溝から亀裂が生じ
て、ガラス管内に空気が流入するため、これにより放電
維持電圧が上昇し、サージアブソーバの異常発熱のみな
らず、電子機器及びこの機器を搭載するプリント基板の
熱的損傷、発火等を防止することができる。また本発明
のサージアブソーバは従来のような低融点金属線を用い
ないため、部品点数を減少してコストを削減でき、占有
スペースが僅かで済み、製造が簡便で量産性に優れる。
特に継続的な過電圧又は過電流により放電維持電圧が上
昇した後では、サージに対する応答性は低下するが、次
に到来するサージ電圧を吸収するサージアブソーバ本来
の機能を依然として有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】本発明の別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。

【図３】従来例の低融点金属線付きサージアブソーバの
斜視図。

【図４】比較試験時の図３のサージアブソーバの回路構
成図。

【図５】従来例のマイクロギャップ式のサージアブソー
バの図１に対応する断面図。

【図６】従来例のマイクロギャップ式のサージアブソー
バの図２に対応する断面図。

【符号の説明】

１５，３５サージアブソーバ１１，２８ガラス管１２，１３封止電極１４不活性ガス１６，１７，２６，２７リード線１９，２９浅い溝２０サージ吸収素子２１導電性皮膜２２セラミック素体２３マイクロギャップ２４，２５キャップ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性皮膜(21)で被包した円柱状のセラ
ミック素体(22)の周面にマイクロギャップ(23)が形成さ
れ、前記セラミック素体(22)の両端に一対のキャップ電
極(24,25)を有するサージ吸収素子(20)が不活性ガス(1
4)とともにガラス管(11)内に収容され、前記ガラス管(1
1)の両端に一対の封止電極(12,13)が相対向して封着さ
れ、前記一対の封止電極(12,13)が封着状態で前記サー
ジ吸収素子(20)を固定し、かつ前記一対のキャップ電極
(24,25)に電気的に接続されたサージアブソーバにおい
て、前記ガラス管(11)の周面に前記サージ吸収素子(20)の発
熱により亀裂を生じさせる浅い溝(19)が形成されたこと
を特徴とするサージアブソーバ。
【請求項２】導電性皮膜(21)で被包した円柱状のセラ
ミック素体(22)の周面にマイクロギャップ(23)が形成さ
れ、前記セラミック素体(22)の両端に一対のキャップ電
極(24,25)を有し、前記キャップ電極(24,25)に一対のリ
ード線(26,27)が接続されたサージ吸収素子(20)が不活
性ガス(14)とともにガラス管(28)により封止され、かつ
前記一対のリード線(26,27)がガラス管(28)から突出し
たサージアブソーバにおいて、前記ガラス管(28)の周面に前記
サージ吸収素子(20)の発熱により亀裂を生じさせる浅い
溝(29)が形成されたことを特徴とするサージアブソー
バ。