JP4265277B2

JP4265277B2 - サージアブソーバ

Info

Publication number: JP4265277B2
Application number: JP2003140611A
Authority: JP
Inventors: 炳宣劉; 芳幸田中; 暢也猿渡
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: JP2003338353A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電話機、モデムなどの電子機器が通信線と接続する部分、或いはＣＲＴ駆動回路などの雷サージや静電気等の異常電圧による電撃を受けやすい部分に接続することで、異常電圧によって電子機器が破壊されるのを防ぐために使用される放電形成型のサージアブソーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）は、従来のマイクロギャップ式サージアブソーバを示す断面図である。このサージアブソーバは、円柱状（多角柱状であっても良い。）のセラミック素体１の表面にマイクロギャップ２Ａを設けてＳｎＯ_２等の導電性皮膜２を形成したマイクロギャップ式サージ吸収素子３の両端に、金属製のキャップ電極４Ａ，４Ｂを被着したものを、鉛ガラスからなるガラス管５内に不活性ガスと共に挿入し、端子電極（スラグリード：リード線付き封止電極）６Ａ，６Ｂで鋏持して固定、封止することにより作製される。
【０００３】
このようなサージアブソーバに要求される特性に、放電開始電圧、絶縁抵抗、寿命特性及びサージ耐量がある。このうち、サージ耐量は、異常電圧によってサージアブソーバ内でアーク放電が発生した際に、セラミック素体１とガラス管５の熱容量と熱伝導性の差によってサージアブソーバが破壊に至る現像に対する耐久性の程度であり、サージアブソーバの形状により決定される特性である。このサージ耐量を増大させるために、
(1) 図４（ｂ）に示す如く、ガラス管として内径の大きいガラス管５Ａを用い
る；
(2) 図４（ｃ）に示す如く、ガラス管として、肉厚の厚いガラス管５Ｂを用い
る；
ことが行われている。
【０００４】
即ち、異常電圧によってサージアブソーバ内でアーク放電が発生したとき、アーク放電の熱はセラミック素体１よりなるサージ吸収素子３及びガラス管５に伝導し、それぞれが過熱される。この時、セラミック素体１は熱容量が小さく熱伝導度が大きいが、ガラス管５は熱容量が大きくかつ熱伝導度が小さいため、ガラス管５に比べてセラミック素体１の方が大きく熱膨張する。このため、大電流が流れたときにガラス管５内には引張応力が発生し、応力の集中する端子電極（スラグリード６Ａ，６Ｂ）とガラス管５との接触点でクラックが発生し、破壊に至る。
【０００５】
上記(1)では、このクラック発生を、内径の大きいガラス管５Ａを用いることにより、セラミック素体１の熱膨張の影響を緩和して防止する。また、上記(2)では、肉厚が厚く、耐クラック性に優れたガラス管５Ｂを用いることにより、クラック発生を防止する。
【０００６】
また、アーク放電によりギャップ電極が蒸発しマイクロギャップの特性が劣化してサージ吸収素子の特性が劣化することもある。これを防止するために、
(3) 金属キャップ電極４Ａ，４Ｂを設けないサージ吸収素子を用いる；
ことも行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記(1)，(2)のサージ耐量の増大方法では、次のような問題があった。
【０００８】
図４（ｂ）に示す如く、内径の大きいガラス管５Ａを用いると、当然、作製されたサージアブソーバ自体が大型化し、自動実装に必要な５ｍｍピッチのアキシャルテーピングが不可能となる。また、ガラス管５Ａの内径が大きくなった分、封止に使用する封止材（スラグリード６Ａ’，６Ｂ’）の直径が大型化し、市販品で入手することが非常に困難になる。このように直径の大きな封止材を使用することなく、通常の封止材を用いて封止することができるように、図４（ｄ）に示す如く、スラグリード６Ａ，６Ｂとガラス管５Ａとの間にガラスビーズ７Ａ，７Ｂを介在させることが考えられるが、この場合には、別途ガラスビーズ７Ａ，７Ｂが必要となるため、コストアップにつながる。
【０００９】
図４（ｃ）に示す如く、肉厚のガラス管５Ｂを用いる場合にも、サージアブソーバが大型化すると共に、封止に使用するガラス量が増大する。また、ガラス管自体のコストアップにつながる。
【００１０】
上記(3)のキャップ電極なしのサージ吸収素子をガラス管内に入れる場合にあっては、封止後のガラス管にクラックが発生し易い。
【００１１】
本発明は上記従来の問題点を解決し、サージ耐量が大きく、長寿命であり、小型で低コストなサージアブソーバを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１）のサージアブソーバは、ガラス管と、該ガラス管内に挿入されたサージ吸収素子と、該ガラス管の両端に設けられた、該サージ吸収素子を鋏持して固定すると共に該ガラス管を封止する封止電極とを有するサージアブソーバにおいて、
該サージ吸収素子の少なくとも一方の端部と封止電極との間に、表面が導電性材料で構成された緩衝部材を介在させたサージアブソーバであって、該緩衝部材は、絶縁性材料よりなる本体部分の表面に導電性材料を形成したものであり、前記ガラス管の軸方向に弾性変形して、前記サージ吸収素子の該軸方向の熱膨張の影響を緩和するものであることを特徴とする。
【００１３】
本発明（請求項２）のサージアブソーバは、請求項１において、前記本体部分がポリイミドよりなることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明（請求項１，２）のサージアブソーバでは、異常電圧を受けた際のセラミック素体の瞬間的な熱膨張を緩衝部材の変形により吸収し、ガラス管に引張応力が発生するのを防止することで、サージ耐量を増大させることができる。
【００１５】
本発明では、サージ吸収素子が金属キャップ電極を有していなくてもよい。この場合、金属キャップ電極からの放電による蒸発が無く、これに伴う素子劣化も無い。
【００１６】
本発明では、緩衝部材を主放電電極としてもよい。この場合、従来に比べこの放電電極がサージ吸収素子のマイクロギャップから遠ざかっているので、主放電電極の蒸発の影響が小さい。この主放電電極は高融点金属よりなるものであるための蒸発がきわめて少ない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態及び参考例を詳細に説明する。
【００１８】
図１は参考例のサージアブソーバの断面図である。図１に示すサージアブソーバは、サージ吸収素子３の一端とスラグリード６Ｂとの間に緩衝部材１０を介在させた点が図４（ａ）に示す従来のサージアブソーバと異なり、その他の構成は同様の構成とされている。図１において図４（ａ）と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００１９】
図１に示す緩衝部材１０は、図２（ａ）（平面図），（ｂ）（側面図）に示す如く、金属板を円形に切り抜いたものを中央で好ましくはθ＝約９０〜１７８°とくに好ましくは１５０〜１７５°程度に折り曲げたものである。この緩衝部材１０は、矢印Ｘ方向に弾性変形するので、セラミック素体１の熱膨張が吸収される。
【００２０】
この緩衝部材１０の直径はガラス管５の内径よりも若干小さい程度とし、その厚さは０．１〜１ｍｍ程度とするのが適当である。この厚さが０．１ｍｍ未満では弾性係数（バネ強さ）が小さすぎ、１ｍｍ超では弾性係数が大きすぎる場合がある。
【００２１】
この金属板の材料としては、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｗの単体或いはこれらの２種以上の合金を用いることができる。
【００２２】
このような金属板よりなる緩衝部材は、円形に切り抜いた金属板を折り曲げ加工する他、多角形に切り抜いた金属板を折り曲げ加工することにより作製することもできる。
【００２３】
本発明で用いる緩衝部材は、アルミナ、ムライト等のセラミック或いはポリイミド等の樹脂などの絶縁性材料よりなる本体部分に、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ａｌ，ＳｎＯ_２，ＳｉＣ，Ｎｂの単体又は２種以上の合金、或いはＢａ−Ａｌ合金等のＢａ含有率５０〜６０重量％程度のＢａ合金のような導電性皮膜を形成して、表面を導電性としたものである。
【００２４】
このような緩衝部材としては、具体的には、図３（ａ）（平面図），図３（ｂ）（側面図）に示すような時計皿形状の緩衝部材１０Ｂが挙げられる。この緩衝部材１０Ｂにおいて、絶縁性材料の本体部分の直径は、ガラス管の直径よりも若干小さく、肉厚は１μｍ〜１ｍｍ、例えば１０μｍ程度であることが好ましく、このような本体部分に対して、蒸着等の手段で容易に導電性皮膜を形成することができる。この緩衝部材１０Ｂであっても、応力の負荷及び解除により容易に矢印Ｘ方向に可逆的に変形することで、セラミック素体の熱膨張分を吸収することができる。
【００２５】
本発明において、このような緩衝部材は、サージ吸収素子の両端に設けても良いが、一般的には、一方の端部にのみ設ければ、十分にセラミック素体の熱膨張分を吸収してサージ耐量を高めることができる。
【００２６】
本発明のサージアブソーバは、サージ吸収素子と共に緩衝部材をガラス管内に封止することにより、容易に作製することができる。
【００２７】
図５は本発明のサージアブソーバの実施の形態を示す断面図である。図５に示すサージアブソーバは、サージ吸収素子３がキャップ電極４Ａ，４Ｂを有していない点、及び、サージ吸収素子３とスラグリード６Ａ，６Ｂとの間に緩衝部材１０Ｂを介在させた点が図４（ａ）に示す従来のサージアブソーバと異なり、その他の構成は同様の構成とされている。図５において図４（ａ）と同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００２８】
この緩衝部材１０Ｂは、矢印Ｘ方向に弾性変形するので、セラミック素体１の熱膨張が吸収される。
【００２９】
本発明のサージアブソーバも、サージ吸収素子と共に緩衝部材をガラス管内に封止することにより、容易に作製することができる。
【００３０】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３１】
実施例１
ポリイミド製本体（直径１．６ｍｍ，厚さ１０μｍ）にタングステン導電性皮膜を２μｍの厚さに形成して、図３に示す緩衝部材１０Ｂを作製し、緩衝部材としてこの緩衝部材１０Ｂを用いて、図１に示すような本発明のサージアブソーバを作製した。
【００３２】
円柱状セラミック素体（直径１ｍｍ，長さ３ｍｍ，コランダムムライト製）１に、厚さ２μｍのＳｎＯ_２導電性皮膜２を形成し、両端にキャップ電極（ＳＵＳ製，肉厚０．１ｍｍ）４Ａ，４Ｂを圧入し、導電性皮膜２の中央部に周方向にマイクロギャップ２Ａ（幅５０μｍ）を形成して、サージ吸収素子３を作製した。
【００３３】
これをガラス管（外径３ｍｍ，内径１．８ｍｍ，長さ７．３ｍｍ）５に挿入し、次いで上記緩衝部材１０Ｂを挿入した。このガラス管５の端部をスラグリード（封止部の直径１．７ｍｍ，長さ１．８ｍｍ）でガラス管５の端部を閉じた後、ガラス管５内を封止ガス（Ａｒガス，８００Ｔｏｒｒ）雰囲気に置換し、その後加熱して封止した。
【００３４】
このサージアブソーバについて、サージ耐量（波形８／２０μｓｅｃのインパルス電流を３回印加したときにガラス管にクラックが発生する電流値）を調べると共に、５ｍｍピッチのアキシャルテーピングの可否を調べ、結果を表１に示した。
【００３５】
比較例１
実施例１において、緩衝部材１０Ｂを用いなかったこと以外は同様にして、図４（ａ）に示すサージアブソーバを作製し、同様にサージ耐量及びテーピングの可否を調べ、結果を表１に示した。
【００３６】
比較例２
ガラス管として外径５．３ｍｍ，内径１．８ｍｍ，長さ７．３ｍｍのものを用いたこと以外は比較例１と同様にして、図４（ｃ）に示すサージアブソーバを作製し、同様にサージ耐量及びテーピングの可否を調べ、結果を表１に示した。
【００３７】
比較例３
ガラス管として外径５．３ｍｍ，内径３．３ｍｍ，長さ７．３ｍｍのものを用い、外径３．１ｍｍ，内径１．８ｍｍ，長さ１．８ｍｍのガラスビーズを介してスラグリードを取り付けたこと以外は比較例１と同様にして図４（ｄ）に示すサージアブソーバを作製し、同様にサージ耐量及びテーピングの可否を調べ、結果を表１に示した。
【００３８】
比較例４
比較例３において、ガラスビーズを用いず、封止部の直径が３．３ｍｍのスラグリードを用いたこと以外は同様にして図４（ｂ）に示すサージアブソーバを作製し、同様にサージ耐量及びテーピングの可否を調べ、結果を表１に示した。
【００３９】
【表１】

【００４０】
表１より、本発明のサージアブソーバは、小型でしかもサージ耐量が大きいことが明らかである。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明のサージアブソーバは、サージ耐量が大きく、寿命特性に優れ、しかも、ガラス管の内径や肉厚を大きくする必要がないため、小型で、自動実装に必要な５ｍｍピッチのテーピングが可能であると共に、市販品で入手が容易な通常の封止材で封着することができる。また、ガラスビーズが不要で、ガラス管自体のコストアップの問題がないため、安価に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例のサージアブソーバの実施の形態を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は緩衝部材の参考例を示す平面図、図２（ｂ）は同側面図である。
【図３】図３（ａ）は緩衝部材の実施例を示す平面図、図３（ｂ）は同側面図である。
【図４】従来のサージアブソーバを示す断面図である。
【図５】本発明のサージアブソーバの実施の形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１セラミック素体
２導電性皮膜
２Ａマイクロギャップ
３サージ吸収素子
４Ａ，４Ｂキャップ電極
５，５Ａ，５Ｂガラス管
６Ａ，６Ｂスラグリード
１０，１０Ｂ緩衝部材

Claims

ガラス管と、該ガラス管内に挿入されたサージ吸収素子と、該ガラス管の両端に設けられた、該サージ吸収素子を鋏持して固定すると共に該ガラス管を封止する封止電極とを有するサージアブソーバにおいて、
該サージ吸収素子の少なくとも一方の端部と封止電極との間に、表面が導電性材料で構成された緩衝部材を介在させたサージアブソーバであって、
該緩衝部材は、絶縁性材料よりなる本体部分の表面に導電性材料を形成したものであり、前記ガラス管の軸方向に弾性変形して、前記サージ吸収素子の該軸方向の熱膨張の影響を緩和するものであることを特徴とするサージアブソーバ。
請求項１において、前記本体部分がポリイミドよりなることを特徴とするサージアブソーバ。