JPH09148044A

JPH09148044A - サージアブソーバ

Info

Publication number: JPH09148044A
Application number: JP30134595A
Authority: JP
Inventors: Taiichi Ono; 泰一小野
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1995-11-20
Filing date: 1995-11-20
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【目的】抵抗体層間にギャップが形成されたサージア
ブソーバにおいて、放電開始までの応答時間を短縮化す
る。【構成】平板状チップの基体１１の表面にギャップ１
３を挟んで抵抗体層１２ａと１２ｂが形成されている。
一方の抵抗体層１２ａは高抵抗の層（ａ）にて形成さ
れ、他方の抵抗体層１２ｂは高抵抗の層（ａ）に低抵抗
の層（ｂ）が積層された低抵抗に設定されている。抵抗
体層１２ｂが低抵抗であるため、この抵抗Ｒ２とギャッ
プ１３の容量Ｃとで決まる時定数が短くなり、ギャップ
１３への充電時間が短くなる。よって、主電極間で放電
が開始されるまでの応答時間を短くできる。さらに抵抗
体層１２ａ，１２ｂを電子放出材料層２１で覆うことに
より、さらに応答時間を短縮できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子回路や電子部品をサ
ージから保護するためのサージアブソーバに係り、特に
放電を開始するまでの応答速度を速め、また抵抗体層の
損傷やスパッタ現象によるギャップの短絡などを防止で
きるようにしたサージアブソーバに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は、従来のギャップ方式のサージ
アブソーバの構造を示す斜視図、図１３はサージアブソ
ーバのギャップ部分を拡大して示す拡大断面図である。
このサージアブソーバ１は、ガラス封止体２の内部に、
アルミナ（酸化アルミニウム；Ａｌ₂Ｏ₃）などにより形
成された丸棒状の基体３が設けられ、この基体３の表面
に、ギャップ７を介して対向する抵抗体層４ａ，４ｂが
形成されている。この抵抗体層４ａ，４ｂは酸化スズ
（ＳｎＯ₂）などの高抵抗材料により形成されている。
ギャップ７は基体３の円周方向全周に沿って形成されて
おり、図１３ではギャップ７の間隔（ギャップ長）をＧ
で示している。

【０００３】基体３の両端部には、それぞれの抵抗体層
４ａ，４ｂに導通する主電極５ａ，５ｂが設けられてい
る。この主電極５ａ，５ｂは抵抗値の低い金属材料によ
りキャップ状に形成されて、抵抗体層４ａ，４ｂの上か
ら基体３の両端部に嵌着されたものである。両主電極５
ａ，５ｂにはリード線６ａ，６ｂが接続され、このリー
ド線６ａ，６ｂがガラス封止体２の外部に延びている。
ガラス封止体２の内部はほぼ真空に近い低圧に設定さ
れ、この内部にはアルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈ
ｅ）、ネオン（Ｎｅ）などの不活性ガスが充填されてい
る。

【０００４】この従来のサージアブソーバでは、丸棒状
の基体３の外周全面に、厚さ２０μｍ程度の抵抗体層を
形成し、レーザ加工を用いて基体３の中央部にて円周に
沿って抵抗体層を削除することにより、ギャップ７が形
成される。レーザ加工の加工精度の限界から、ギャップ
長Ｇは数１０μｍ程度であり、実際のものは最小のギャ
ップ長で３０μｍ程度である。

【０００５】上記サージアブソーバの動作を説明するた
めの等価回路は例えば図１１のように表わすことができ
る。図１１においてＲ0，Ｒ0は、それぞれの抵抗体層４
ａ，４ｂの抵抗値、ＲａはギャップＧでの抵抗体層間の
絶縁抵抗、Ｒｂは抵抗体層４ａ，４ｂの間に放電が開始
されたときの放電抵抗であり、例えば１０〜１００Ω程
度である。またＣは、ギャップ７での静電容量である。

【０００６】主電極５ａ，５ｂ間にサージが印加されて
いない状態では、ギャップ７にて放電が行われず、よっ
て等価回路にて表現されているスイッチＳ2は絶縁抵抗
Ｒａ側に接続され、サージアブソーバは非常に高い電気
抵抗を有するものとなっている。

【０００７】主電極５ａ，５ｂ間にサージが印加された
時点で、等価回路にて表現されるスイッチＳ1が閉じた
ことになり、抵抗体層の抵抗Ｒ0を通してギャップ７に
充電され始める。ギャップ７（容量Ｃ）での放電開始電
圧は、ギャップ長Ｇやガラス封止体２内のガス圧などに
より決められる。容量Ｃでの充電電圧が放電開始電圧
（パッシェン最低電圧）に至ると、抵抗体層４ａ，４ｂ
間で放電が開始される。図１１の等価回路では、ギャッ
プ７の充電電圧が放電開始電圧に至ったときに、情報α
によりスイッチＳ2が放電抵抗Ｒｂに切換えられるもの
として表現されている。ギャップ７での放電は正放電ま
たは負放電であり、この放電は抵抗体層４ａ，４ｂの表
面を移動し、最終的には主電極５ａ，５ｂ間がアークで
橋絡される。主電極５ａと５ｂ間が放電によるアークで
橋絡された最終状態では、等価回路は、主電極５ａ，５
ｂ間が放電抵抗のみ（抵抗体層４ａ，４ｂの抵抗値Ｒ0
よりも低い抵抗）で接続されたものとして表現できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ここで、サージが印加
されてから主電極５ａ，５ｂ間がアークで橋絡されるま
でを応答時間（τ）とする。主電極５ａ，５ｂ間にアー
クが印加されてから（図１１のＳ1が閉になってから）
ギャップ部分での放電が開始されるまで（Ｓ2が閉にな
るまで）の時間を（τa）とし、ギャップ７にて正また
は負の放電が開始されてから、主電極５ａ，５ｂ間がア
ークで橋絡されるまでの時間を（τb）とすると、前記
応答時間（τ）は（τa＋τb）である。

【０００９】次に、サージが印加されＳ1が閉となった
後にギャップ７に充電されるときの時定数（τ0）は、
抵抗体層の抵抗値Ｒ0と容量Ｃとにより決められ、τ0＝
Ｃ・Ｒ0である。ここで、主電極５ａ，５ｂ間に印加さ
れるときのサージ電圧が、図９（Ａ）に示すようにステ
ップ的に上昇するもの、すなわち時刻ｔが初時刻ｔ0の
ときに印加電圧が０からＶiにステップするものと仮定
すると、ギャップ７での充電電圧は、以下の数１で表わ
される変化曲線を持つ（図９（Ｂ）参照）。

【００１０】

【数１】

【００１１】ギャップ７に充電が開始されてから、ギャ
ップ部分での放電が開始されるまでの時間（τa）は、
ほぼ（３×τ0）である。ここで、従来のサージアブソ
ーバでは、ギャップ長Ｇが最短で３０μｍ程度であり、
よって容量Ｃは１ｐＦ（ピコ・ファラッド）程度であ
る。また従来の抵抗体層４ａと４ｂの抵抗値Ｒ0はそれ
ぞれ１ｋ〜１００ｋΩ程度の高抵抗である。したがっ
て、放電開始に至るまでの時間（τa）はほぼ３〜３０
０ｎｓｅｃ（ナノ・秒）程度である。

【００１２】前記応答時間（τ＝τa＋τb）のうち（τ
b）は、主電極５ａ，５ｂ間の距離やガス圧などに関係
し、これはサージアブソーバの寸法によりほぼ一律的に
決められる。したがって、サージアブソーバの応答時間
（τ）はギャップ７での放電開始時間（τa）により決
められ、これはギャップ長Ｇおよび抵抗体層の抵抗値に
影響されるものとなる。

【００１３】しかし、従来のサージアブソーバでは、応
答時間（τ）の要因である（τa）が上記のように比較
的長くなっている。サージアブソーバにより電子回路や
電子部品をサージから有効に保護するためには前記応答
時間（τ）をさらに短くすることが好ましい。しかし、
従来のように抵抗体層をレーザ加工により削除してギャ
ップ７を形成する製造方法では、ギャップ長Ｇをいま以
上に短くするのは困難であり、よって応答時間（τ）を
短くするのに限界がある。

【００１４】次に、図１３に示すように、従来のサージ
アブソーバでは、ギャップ７の部分において、両側の抵
抗体層４ａと４ｂが露出した状態で対向したものとなっ
ている。ギャップ７で放電が開始されるのは、対向する
抵抗体層４ａと４ｂの最も間隔の短い部分である。また
通常は図１３にて符号（イ）で示す抵抗体層４ａ，４ｂ
のエッジ部分で放電が開始される。

【００１５】したがって抵抗体層４ａと４ｂ間で放電が
行われると、エッジ部分（イ）に電気力線が集中しこの
部分に損傷が生じやすくなる。この損傷が大きくまたサ
ージ印加ごとにこの損傷が複数箇所に生じると、ギャッ
プ７が正規のギャップ長Ｇを有するものとして機能しな
くなる。よって一般のサージアブソーバでは、サージ印
加回数に制限が設けられている。

【００１６】さらに、主電極５ａと５ｂ間にて放電が開
始されると、ガラス封止体２内に封入されている例えば
アルゴンガスのイオンやラジカルなイオン原子などが抵
抗体層４ａと４ｂの表面をたたき、抵抗体層４ａと４ｂ
の表面がターゲットとなったスパッタ現象が生じる。抵
抗体層４ａと４ｂの表面からスパッタされた抵抗物質が
ギャップ７の部分にて基体３の表面に再付着されると、
ギャップ７が埋められてしまう。この再付着物によりギ
ャップ７が短絡されると、サージアブソーバとして機能
できなくなる。この点からの従来のサージアブソーバで
は、抵抗体層４ａ，４ｂの寿命が短く、サージ印加回数
に制限が与えられるものとなる。

【００１７】本発明は、上記従来の課題を解決するもの
であり、サージが印加されてから主電極間での放電が開
始されるまでの時間を短縮して応答時間を短くしたサー
ジアブソーバを提供することを目的としている。

【００１８】また本発明は、基体表面に設けられた抵抗
体層の損傷を生じにくくして、使用寿命を長くすること
を目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】第１の本発明は、基体の
表面に形成された抵抗体層と、抵抗体層の両側に配置さ
れた主電極とを有し、前記抵抗体層に１つ以上のギャッ
プが形成されているサージアブソーバであって、前記抵
抗体層の上に電子放出材料層が設けられていることを特
徴とするものである。

【００２０】上記電子放出材料は、抵抗体層の表面のみ
に設けてもよいが、好ましくは、両抵抗体層のギャップ
に対向する部分およびギャップ内にも形成される。ギャ
ップ内に電子放出材料層が形成される場合、この電子放
出材料により抵抗体層間が橋絡される。よってこの場合
には、絶縁性のすなわち抵抗体層よりもインピーダンス
が充分に高い電子放出材料を使用することが必要であ
る。また、電子放出材料は、抵抗体層の上に積層して設
ける構造に限られず、電子放出材料を抵抗体層の材料内
に含ませても同様に効果を得ることができる。

【００２１】第２の本発明は、基体の表面に形成された
抵抗体層と、抵抗体層の両側に配置された主電極とを有
し、前記抵抗体層に１つ以上のギャップが形成されてい
るサージアブソーバであって、ギャップを介して対向す
る一方の抵抗体層と他方の抵抗体層とで抵抗値が相違す
ることを特徴とするものである。

【００２２】上記において、ギャップを介して対向する
それぞれの抵抗体層を別々の材料により形成することも
可能である。ただし、ギャップを介して対向する両抵抗
体層が、それぞれ高い抵抗値の第１の層を有し、一方の
抵抗体層を、前記第１の層の上にこれよりも抵抗値の小
さい第２の層が積層されている構造とすることが好まし
い。

【００２３】また、上記において、抵抗体層の表面に電
子放出材料層を設けることが好ましい。この場合も、電
子放出材料がギャップ内にて抵抗体層を橋絡するように
形成される場合には、絶縁性の電子放出材料が使用され
る。

【００２４】さらに上記第１の発明と第２の発明におい
て、基体を平板状チップとし、このチップの１つの面ま
たは複数の面に抵抗体層を設けることもできる。

【００２５】

【作用】上記第１の本発明では、ギャップを介して対向
する抵抗体層の上に電子放出材料層が設けられている。
よって両側の抵抗体層間に所定の電圧が印加されたとき
に、電子放出材料から電子が積極的に放出され、まず電
子放出材料の間にて放電が開始され、その後に抵抗体層
間の放電さらには主電極間の放電が開始されることにな
る。電子放出材料層を設けることにより放電が開始され
るまでの応答時間を短縮することが可能である。

【００２６】また、抵抗体層の上に電子放出材料層を設
け、好ましくはギャップ部分にこの電子放出材料層を設
けると、ギャップ部分にて抵抗体層間に直接的な放電が
発生しないため、電極層の放電による損傷を防止でき
る。また、ギャップ部分を電子放出材料により覆うこと
により、スパッタ現象により抵抗体層から出た抵抗物質
がギャップ部分に再付着することがなく、よって再付着
によるギャップの短絡などの問題が生じなくなる。

【００２７】上記のように抵抗体層の損傷が生じにくく
また、抵抗物質のギャップへの再付着が生じにくくなる
ため、ギャップ長を従来のものよりも短くすることが可
能になる。ギャップ長を短くできることにより、ギャッ
プの容量と抵抗体層の抵抗値とで決まる時定数（τ0）
を短くできるようになり、応答時間をさらに短絡化する
ことが可能になる。

【００２８】第２の本発明では、ギャップを介して対向
する一方の抵抗体層の抵抗値が高く他方の抵抗値がこれ
よりも低く設定されている。一方の抵抗体層の抵抗値が
小さいために、この小さい方の抵抗値とギャップ部分で
の静電容量とで決まる時定数（τ0）が短くなり、放電
開始までの応答時間を短縮できる。また他方の抵抗体層
の抵抗値が従来のものと同等に高抵抗に設定されている
ため、放電開始電圧は充分に高いものにできる。

【００２９】また、最初に両抵抗体層を抵抗値の高い第
１の層とし、次に両抵抗体層において第１の層の上にこ
れよりも抵抗値の低い第２の層を形成し、一方の抵抗体
層にて第２の層を除去することにより、ギャップを介し
て対向する抵抗体層の抵抗値を相違させることができ
る。この構造はエッチング工程を用いた薄膜形成技術に
より形成することが可能である。また薄膜形成技術を使
用することにより、ギャップ長を従来のものよりも短く
でき、またギャップ長の設定も高精度にできる。

【００３０】さらに、それぞれの抵抗体層において抵抗
値が相違するものとした場合に、抵抗体層の上に電子放
出材料層を設けることにより、放電を容易にして、さら
に放電開始までの応答時間を短縮することが可能にな
る。また電子放出材料層を設けることにより、抵抗体層
に損傷が生じるのを防止できるものとなる。

【００３１】さらに上記第１の発明と第２の発明におい
て、基体を平板状チップとし、このチップの１つの面ま
たは複数の面に抵抗体層を設ける構造にすると、薄膜形
成技術により、抵抗体層およびギャップを簡単な工程で
高精度に形成でき、量産に適したものとなる。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は、
本発明のサージアブソーバの全体構造を示す斜視図、図
２はその断面図である。このサージアブソーバ１０は、
平板状チップの基体１１を有している。この基体１１
は、比較的融点の高いガラスやＡｌ₂Ｏ₃などのセラミッ
ク材料などにより形成されている。基体１１の表面に
は、抵抗体層１２ａ，１２ｂが形成され、抵抗体層１２
ａと１２ｂとの間にギャップ長Ｇのギャップ１３が形成
されている。基体１１の両端部には、抵抗体層１２ａ，
１２ｂのそれぞれに導通する導電層１４ａ，１４ｂが設
けられ、この導電層１４ａ，１４ｂが主電極１５ａ，１
５ｂに接合されている。

【００３３】主電極１５ａ，１５ｂは、例えばジメット
（銅の表面に酸化銅膜が形成されているもの）により形
成されている。この主電極１５ａ，１５ｂにはリード線
１６ａ，１６ｂが接続されている。基体１１および主電
極１５ａ，１５ｂはガラス封止体１７の内部に収納さ
れ、リード線１６ａ，１６ｂは、ガラス封止体１７の外
部に突出している。ガラス封止体１７の内部は真空に近
い低圧であり、ガラス封止体１７の内部にはアルゴン、
ネオン、ヘリウムなどの不活性ガスが充填されている。

【００３４】また、サージアブソーバの全体構造は、図
３に示すものであってもよい。図３の構造では、ガラス
などの筒体１８が使用され、ジメット製の主電極１５
ａ，１５ｂの外周がこの筒体１８の内周面に接着され
て、筒体１８と主電極１５ａ，１５ｂとで封止体が形成
されている。

【００３５】図３に示すものでは、筒体１８内に基体１
１を挿入し、筒体１８内を真空引きしてアルゴンなどの
不活性ガスと置換し、主電極１５ａ，１５ｂの外周面を
筒体１８の内面に接着することにより組立てを完成す
る。ガラスなどの筒体１８の加熱冷却工程での収縮によ
り、主電極１５ａ，１５ｂは導電層１４ａ，１４ｂに密
着して導通される。この実施例では、主電極１５ａ，１
５ｂが封止体を兼ねているため、封止体の構造が簡単で
あり、また組立て作業も容易である。

【００３６】図４は、第１の本発明の実施例を示すもの
であり、同図（Ａ）ないし（Ｄ）は、基体１１を実施例
別に示す側面図である。図４（Ａ）に示す実施例では、
平板チップ状の基体１１の表面に抵抗体層１２ａと１２
ｂが形成され、両抵抗体層１２ａと１２ｂの間にギャッ
プ１３が形成されている。そして抵抗体層１２ａ，１２
ｂの表面からギャップ１３の部分にかけて、電子放出材
料層２１が積層されている。

【００３７】抵抗体層１２ａ，１２ｂは高抵抗材料によ
り形成されている。この抵抗材料は、基体１１の表面に
蒸着またはスパッタなどの工程で成膜できるものが使用
される。抵抗体層１２ａ，１２ｂを形成する高抵抗材料
としては、金属と酸化物とから成る例えばＴａＳｉ
Ｏ₂、ＣｒＳｉＯ₂、金属と酸化物の混合物であるＴａ−
ＨｆＯ₂、Ｃｒ−ＨｆＯ₂、炭化物または窒化物と酸化物
との混合物であるＳｉＣ−Ｔａ₂Ｏ₅、ＴｉＮ−Ｓｉ
Ｏ₂、ＨｆＮ−ＳｉＯ₂などが例示できる。これらの材料
はいずれも融点が高く、また比抵抗は１０^-2〜１０²Ω
・ｃｍの範囲で変えることができる。

【００３８】また、高抵抗材料としてＤＬＣ（ダイヤモ
ンドライクカーボン）などの非晶質カーボン、またはア
ルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、クロム
（Ｃｒ）が５〜４０ａｔ％含まれた非晶質カーボンを使
用することが好ましい。非晶質カーボンは比較的抵抗が
高く、またガラス封止体に充填されているアルゴンやネ
オンなどの不活性ガスに対する耐性が高いため、高抵抗
の抵抗体層１２ａ，１２ｂの材料として好適である。

【００３９】抵抗体層１２ａ，１２ｂの膜厚は５０〜１
０００ｎｍまたは２００〜５００ｎｍの範囲とすること
が好ましい。ギャップ１３は、基体１１の表面に上記高
抵抗材料の膜を形成した後に、この膜をギャップ長Ｇと
なる間隔で除去することにより形成できる。この工程は
ウエットエッチングまたはドライエッチングにより行わ
れる。高抵抗材料が非晶質カーボンの場合には、ＣＦ₄
＋Ｏ₂の混合ガスを用いたドライエッチングなどにより
ギャップ１３を加工することが可能である。

【００４０】電子放出材料層２１は、上記ギャップ１３
の加工の後に成膜される。図４（Ａ）では、ギャップ１
３の部分が電子放出材料層２１により覆われているた
め、電子放出材料層２１は絶縁性のもの、すなわち抵抗
体層１２ａ，１２ｂよりもインピーダンスが高い材料が
使用される。この材料はＲＦマグネトロンスパッタなど
の工程で成膜可能なものであり、例えばＭｇＯ、Ｂａ
Ｏ、ＳｒＯ、ＬａＢ₆などが使用される。この電子放出
材料層２１の膜厚は５〜３００ｎｍまたは３０〜１００
ｎｍの範囲とすることが好適である。なお図２または図
３に示す導電層１４ａ，１４ｂは、クロム（Ｃｒ）やチ
タン（Ｔｉ）を下地膜として銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎ
ｉ）が形成されたものである。

【００４１】図４（Ａ）に示すものでは、主電極１５ａ
と１５ｂにサージが印加されると、抵抗体層を経てギャ
ップ１３で構成されるコンデンサＣ（図１１参照）に充
電される。そしてギャップを挟む抵抗体層１２ａと１２
ｂ間で放電が開始されるが、抵抗体層１２ａ，１２ｂが
電子放出材料層２１に覆われているため、電子放出材料
層２１のエッジ（ロ）の部分にて積極的に電子が放出さ
れることになり、放電開始の応答時間（τ）を短くでき
る。

【００４２】このサージアブソーバの等価回路は図１１
にて表現できる。抵抗体層１２ａおよび１２ｂの抵抗値
をＲ0とすると、ギャップ１３（容量Ｃ）への充電は時
定数τ0＝Ｒ0・Ｃを持つが、電子放出材料層２１のエッ
ジ（ロ）間にて積極的に電子が放出されることにより、
サージの印加時からギャップ１３の部分で放電が開始さ
れるまでの時間τａを短縮でき、その結果応答時間τを
短くできる。ただし、抵抗体層１２ａと１２ｂの抵抗値
は従来と同様に１ｋ〜１００ｋΩと高抵抗となってお
り、また電子放出材料層２１は絶縁性材料であるため、
放電開始電圧は従来と同等に高いものにできる。

【００４３】図７は、横軸にギャップ長Ｇを対数軸とし
て示し、縦軸に応答時間（τ）を対数軸で示したもので
ある。図７にて（ｉ）は、電子放出材料層２１を設けな
かったもの、（ｉｉ）は電子放出材料層２１が設けられ
たもので図４（Ａ）に示す構造のものを示している。図
７に示すように、電子放出材料層２１を設けたもの（ｉ
ｉ）は、電子放出材料層２１を設けていないもの（ｉ）
に比較してギャップ長Ｇを短くしたときに応答時間
（τ）を短縮化する比率が高くなることが解る。

【００４４】次に、図８はギャップ長Ｇが２０μｍのも
のにおいて、電子放出材料層２１を形成したもの（図４
（Ａ）のもの）と、電子放出材料層２１を設けないもの
とで、絶縁抵抗の変化を示したものである。すなわち、
電子放出材料層２１が設けられたものと設けないものと
に対し、電流が５００アンペアのサージを主電極１５
ａ，１５ｂ間に３０秒間隔で２０μｓｅｃ印加した。図
８の横軸はサージ印加回数を示し、縦軸に主電極１５
ａ，１５ｂ間の絶縁抵抗を示している。電子放出材料層
２１が設けられたものは、１０⁴回サージを印加して
も、充分な絶縁抵抗を有していることが解る。

【００４５】すなわち、電子放出材料層２１が形成され
たものでは、放電の際に抵抗体層１２ａ，１２ｂが損傷
を受けにくく、したがってサージが繰返し印加され、放
電が繰返されても、絶縁抵抗の低下が防止できるものと
なっている。電子放出材料層２１が設けられていると抵
抗体層１２ａ，１２ｂの損傷、特にギャップを挟んで対
向している抵抗体層のエッジ（図１３での（イ））の部
分の損傷が少なく寿命が高くなる。ギャップ長Ｇを短く
しても抵抗体層１２ａ，１２ｂの損傷が少ないため、ギ
ャップ長Ｇを可能な限り短くできる。したがって、エッ
チング加工によりギャップ長Ｇを５μｍまたは１μｍあ
るいはさらに短くすることにより、図７に示すように応
答時間（τ）を非常に短くできる。

【００４６】また、図４（Ｂ）に示すように、ギャップ
１３の部分に電子放出材料層２１を設けず、抵抗体層１
２ａ，１２ｂの上にのみ電子放出材料層２１を形成して
もよい。また、図４（Ｃ）に示すように、ギャップ１３
の部分と、ギャップ１３の両側部分での抵抗体層１２
ａ，１２ｂの上にのみ電子放出材料層２１が形成されて
いてもよい。さらに図４（Ｄ）に示すように、図４
（Ｃ）のものにおいてギャップ部分の電子放出材料層２
１を除去したものとしてもよい。いずれも（ロ）のエッ
ジ部分にて放電が開始される。

【００４７】また、図４（Ｃ）（Ｄ）に示すように、ギ
ャップ１３の部分にのみ電子放出材料層２１が形成され
ている場合には、放電時の不活性ガスのイオンやラジカ
ルな原子により抵抗体層１２ａ，１２ｂの表面がスパッ
タされたときに、スパッタにて放出された物質がギャッ
プ１３にて抵抗体層１２ａと１２ｂの間に直接付着する
ことがなく、抵抗体層１２ａと１２ｂが短絡する現象を
防止できる。

【００４８】図５は第２の本発明の実施例を示してい
る。この実施例では、ギャップ１３を介して対向する抵
抗体層１２ａと抵抗体層１２ｂとで抵抗が相違してお
り、抵抗体層１２ａが高抵抗値Ｒ１で、抵抗体層１２ｂ
が低抵抗値Ｒ２である。高抵抗値Ｒ１は例えば１ｋ〜１
００ｋΩで、低抵抗値Ｒ２が１０〜１００Ω程度に設定
される。

【００４９】抵抗体層１２ａと抵抗体層１２ｂを、別々
の材料により形成してそれぞれ抵抗値を異ならせてもよ
いが、図５（Ａ）では、抵抗体層１２ｂが高抵抗材料の
第１の層（ａ）と低抵抗材料の第２の層（ｂ）とから構
成され、抵抗体層１２ａが高抵抗材料の第１の層（ａ）
でのみ形成されている。高抵抗材料の第１の層（ａ）
は、ＤＬＣなどの非晶質カーボン材料などにより形成さ
れる。低抵抗の第２の層（ｂ）は、ＴｉＮ、Ｔａ₂Ｎ、
ＣｒＮ、ｈ−ＢＮ（六方晶の窒化ボロン）などの窒化
物、またはＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴａＣなどの炭化物が使用
される。

【００５０】このサージアブソーバの動作に関する等価
回路を図１１に基づいて説明すると、主電極１５ａと１
５ｂ間にサージが印加され、図１１のスイッチＳ1が等
価回路の表現において閉になると、電荷が低抵抗Ｒ2の
抵抗体層１２ｂを通ってギャップ１３に充電される。充
電では前述のように、τ0＝Ｒ２・Ｃの時定数を持ち、
充電電圧が図９（Ｂ）に示したように、数１に示す曲線
により変化する。図９（Ｃ）は抵抗体層の抵抗Ｒと、ギ
ャップへの充電電圧Ｖの変化との関係を示しているが、
この図に示されるように、抵抗体層の抵抗値Ｒが小さく
なるほど充電が完了するまでの時間が短くなる。

【００５１】ここで、抵抗体層１２ｂは低抵抗でありそ
の抵抗値Ｒ２は１０〜１００Ω程度である。サージが印
加されてから抵抗体層１２ａと１２ｂ間で放電が開始さ
れるまでの時間（τa）はほぼ（３×τ0）であり、τa
＝１０〜１００ｐ・ｓｅｃ（ピコ・秒）となり非常に短
くなる。したがって（τa＋τb）で表わされる応答時間
（τ０）が従来のものに比べてきわめて短くなる。ただ
し、一方の抵抗体層１２ａは高抵抗Ｒ１の値に設定され
ているものであるため、放電開始電圧は従来のものと同
等に高くできる。

【００５２】図５（Ｂ）に示す実施例では、高抵抗の抵
抗体層１２ａと、低抵抗の抵抗体層１２ｂおよびギャッ
プ１３の部分が、絶縁性の電子放出材料層２１により覆
われている。電子放出材料層２１は、例えばＭｇＯ、Ｂ
ａＯ、ＳｒＯ、ＬａＢ₆などである。図４の実施例にお
いて説明したように、抵抗体層１２ａと１２ｂの間に電
圧が印加され、放電開始電圧に至ったときに、電子放出
材料層２１から積極的に電子が放出されるため、さらに
応答時間τを短縮化できる。

【００５３】図５（Ｃ）に示す実施例は、抵抗体層１２
ａと１２ｂの表面にのみ電子放出材料層２１が積層さ
れ、ギャップ１３の部分には電子放電材料層が形成され
ていないものと示している。この実施例においても、電
子放出材料層２１のエッジ（ロ）間で積極的な放電が行
われ、応答時間τを短縮することができる。

【００５４】図６（Ａ）から（Ｅ）は、基体１１に、抵
抗値の相違する抵抗体層１２ａ，１２ｂおよび電子放出
材料層２１さらに導電層１４ａ，１４ｂが形成される工
程の一例を示している。基体１１は、「＃７０５９」な
どの比較的融点の高いガラスにより形成された平板状チ
ップの基板である。この基体１１は広い面積のものであ
り、この上に複数個のサージアブソーバ分の抵抗体層や
ギャップなどが形成された後に個々に切断される。ただ
し、図６では１個分の基体１１のみを図示している。

【００５５】また基体１１の材料はアルミナ基板であっ
てもよい。またサージアブソーバとしての使用電力容量
が高いものである場合には、表面がホーロー仕上げされ
た鉄基板を用いることも可能である。

【００５６】まず上記図６（Ａ）に示すように、基体１
１の表面に高い抵抗値の第１の層（ａ）と抵抗値の低い
第２の層（ｂ）が連続して成膜される。高抵抗体の第１
の層（ａ）は非晶質カーボンなどで、低抵抗の第２の層
（ｂ）は前述の窒化物や炭化物である。それぞれの層
（ａ）と（ｂ）は広い基体表面の全面に成膜される。こ
の成膜は例えばＤＣマグネトロンスパッタなどにより行
われる。それぞれの層（ａ）（ｂ）の膜厚は、５０〜１
０００ｎｍ、好ましくは２００〜５００ｎｍである。

【００５７】次に、第２の層（ｂ）の上に感光性ポリイ
ミドなどのレジスト材料を塗布し、プリベークし、フォ
トマスクを用いて紫外線光による露光を行う。この露
光、さらには現像、リンス、乾燥およびポストベークに
より、ギャップ形成部分のレジスト材料を除去する。ギ
ャップ長Ｇが５μｍ程度までは、フォトマスクを用いた
密着露光により、ギャップ長Ｇの寸法に合わせて高精度
にレジスト材料を除去することが可能である。ただし、
ギャップ長Ｇが５μｍよりも短く、１μｍ程度まで短く
する場合には、ステッパーを用いて縮小透光露光を行う
ことにより、短ギャップ寸法に相当するレジスト材料除
去を高精度に行うことができる。

【００５８】次に、エッチングによりギャップ長Ｇの部
分にて前記第１の層（ａ）と第２の層（ｂ）を除去す
る。ギャップ長Ｇはエッチングにより１μｍまたはそれ
以下の寸法とすることが可能であるが、ギャップ長Ｇは
１〜３０μｍが好ましい。ギャップのエッチングは２つ
の層（ａ）（ｂ）について行うが、これはドライエッチ
ングまたはウエットエッチングにより可能である。

【００５９】高抵抗材料の第１の層（ａ）が、ＤＬＣな
どの非晶質カーボン材料などにより形成され、低抵抗の
第２の層（ｂ）が、ＴｉＮ、Ｔａ₂Ｎ、ＣｒＮ、ｈ−Ｂ
Ｎ（六方晶の窒化ボロン）などの窒化物、またはＳｉ
Ｃ、ＴｉＣ、ＴａＣなどの炭化物である場合、ＣＦ₄＋
Ｏ₂ガスを用いたドライエッチングにより、両層（ａ）
（ｂ）を除去することが可能である。このエッチング終
了後に、ギャップ形成用のレジスト材料を除去する。

【００６０】次に、一方の抵抗体層の第２の層（ｂ）を
除去するためのレジスト層を形成する。このレジスト形
成は、ギャップ形成時と同様にフォトマスクを使用した
露光および現像により行われる。そして一方の抵抗体層
の上の第２の層（ｂ）をエッチングにより除去する。低
抵抗の第２の層（ｂ）が、ＴｉＮ、Ｔａ₂Ｎ、ＣｒＮ、
ｈ−ＢＮ（六方晶の窒化ボロン）などの窒化物である場
合、ＨＦ＋ＨＮＯ₃の混合液を用いたウエットエッチン
グが可能であり、層（ｂ）がＳｉＣ、ＴｉＣ、ＴａＣな
どの炭化物である場合、ＨＦ＋ＫＩＯ₃の混合液を用い
たウエットエッチングが行われる。上記エッチングによ
り図６（Ｃ）に示すように、第１の層（ａ）のみによる
高抵抗の抵抗体層１２ａが形成される。

【００６１】次に図６（Ｄ）に示すように、導電層１４
ａ，１４ｂを形成する部分にレジスト層（ｃ）を形成
し、レジスト層（ｃ）、抵抗体層１２ａ，１２ｂおよび
ギャップ１３の部分に電子放出材料層２１を形成する。
電子放出材料層２１は、ＲＦマグネトロンスパッタなど
を用いて成膜し、膜厚は５〜３００ｎｍ、好ましくは３
０〜１００ｎｍとする。次に、アセトンなどを用いてレ
ジスト層（ｃ）を除去し、ダイサーを用いて個々のチッ
プごとに切断する。チップ形状の個々の基体１１の大き
さは、１．２×２．０ｍｍ²〜４．５×７ｍｍ²である。

【００６２】次に図６（Ｅ）に示すように、導電層１４
ａ，１４ｂを形成する。導電層１４ａ，１４ｂは、Ｃ
ｒ，Ｔｉを下地膜とし、Ｃｕ，Ｎｉを連続して成膜した
ものであり、膜厚は５０〜３００ｎｍ程度である。次
に、図２または図３に示すように基体１１を封止する。
ジメットによる主電極１５ａ，１５ｂは直径１〜３ｍｍ
で、厚さ０．３〜０．５ｍｍ程度の円板である。主電極
１５ａ，１５ｂにはリード線１６ａ，１６ｂを溶接によ
り接続しておく。

【００６３】切断した個々の基体１１を主電極１５ａ，
１５ｂで挟み、ガラス筒に挿入し、カーボンヒータに装
填する。約４５０℃で加熱し、真空ポンプで１０^-5ｔｏ
ｒｒ程度の低圧に設定し、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅなどのガス
を１〜５００ｔｏｒｒで充填する、約６００℃まで急激
に加熱すると、ガラスが溶け、図２に示すように封止さ
れる。室温まで冷却してサージサブソーバが完成する。

【００６４】なお、ギャップは１つ形成されているのに
限られず、複数形成してもよい。図１０は、ギャップが
複数形成されている場合である。図１０では、抵抗体層
１２ｂが層（ａ）と（ｂ）を有する低抵抗体であり、抵
抗体層１２ａと１２ｃが層（ａ）だけの高抵抗体であ
る。そして、各抵抗体層の間にギャップ１３ａと１３ｂ
が形成されている。そして、各抵抗体層とギャップの上
に電子放出材料層２１が形成されている。また、図４の
実施例でもギャップを複数形成することが可能である。
ギャップを複数設けることにより、放電開始電圧を高く
することが可能である。

【００６５】

【発明の効果】以上のように本発明では、抵抗体層に電
子放出材料層を形成し、またはギャップを介して対向す
る抵抗体層の抵抗値を変えることにより、放電開始まで
の応答時間を短縮化できる。

【００６６】また、基体を平板状のチップ形状にするこ
とにより、抵抗体層やギャップを薄膜形成技術やエッチ
ングにより容易に形成できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサージアブソーバの全体構造を示す斜
視図、

【図２】図１に示すサージアブソーバの断面図、

【図３】他の構造のサージアブソーバを示す断面図、

【図４】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は第１の本発明の実
施例に相当する基体の側面図、

【図５】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は第２の本発明の実施例に
相当する基体の側面図、

【図６】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、図５
（Ｂ）に示すものの製造方法を示す工程説明図、

【図７】第１の発明の応答時間の特性を示す線図、

【図８】第１の本発明のサージ印加回数と絶縁抵抗の関
係を示す線図、

【図９】（Ａ）はサージ印加電圧を示す線図、（Ｂ）は
時定数によるギャップでの充電電圧の変化を示す線図、
（Ｃ）は抵抗体層の抵抗値の変化と充電電圧の変化との
関係を示す線図、

【図１０】他の実施例を示す基板の側面図、

【図１１】サージアブソーバの動作を示す等価回路、

【図１２】従来のサージアブソーバの斜視図、

【図１３】図１２に示すサージアブソーバのギャップ部
分を示す拡大断面図、

【符号の説明】

１１基体１２ａ，１２ｂ抵抗体層１３ギャップ１４ａ，１４ｂ導電層１５ａ，１５ｂ主電極１６ａ，１６ｂリード線１７ガラス封止体２１電子放出材料層Ｇギャップ長

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体の表面に形成された抵抗体層と、抵
抗体層の両側に配置された主電極とを有し、前記抵抗体
層に１つ以上のギャップが形成されているサージアブソ
ーバであって、前記抵抗体層の上に電子放出材料層が設
けられていることを特徴とするサージアブソーバ。
【請求項２】基体の表面に形成された抵抗体層と、抵
抗体層の両側に配置された主電極とを有し、前記抵抗体
層に１つ以上のギャップが形成されているサージアブソ
ーバであって、ギャップを介して対向する一方の抵抗体
層と他方の抵抗体層とで抵抗値が相違することを特徴と
するサージアブソーバ。
【請求項３】ギャップを介して対向する両抵抗体層
が、それぞれ高い抵抗値の第１の層を有し、一方の抵抗
体層には、前記第１の層の上にこれよりも抵抗値の小さ
い第２の層が積層されている請求項２記載のサージアブ
ソーバ。
【請求項４】抵抗体層の表面に電子放出材料層が設け
られている請求項２または３記載のサージアブソーバ。
【請求項５】基体は平板状チップであり、このチップ
の１つの面または複数の面に抵抗体層が設けられている
請求項１ないし４のいずれかに記載のサージアブソー
バ。