JP2007048759A - サージアブソーバ - Google Patents

Abstract

【課題】放電電極の対面部の溶融を防止することにより、安定した性能が長期的に得られるようにするとともに、長寿命化を図る。
【解決手段】放電間隙７に面する放電電極４、４の端面、及びその端面に連続する放電間隙７近傍に位置する放電電極４、４の外表面を絶縁膜８で被覆する。
絶縁膜８は、放電電極４、４の端面を被覆する部分よりも放電電極４、４の外表面を被覆する部分の方が厚く形成される。更に放電電極４、４の端面を被覆する部分はポーラス状に形成される。放電電極４、４の端面間で絶縁膜８を介してグロー放電がトリガされ、この放電は放電電極４、４の外表面を被覆している絶縁膜８の部分を飛び越え、外表面に連続する放電電極４、４の部分に沿面放電の形態で伸展し、放電電極４、４の基端部間でアーク放電することになる。
【選択図】図１

Description

本発明は、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設けられ、異常電圧によって電子機器が破壊されるのを防止するサージアブソーバに関するものである。

電話機、ファクシミリ、モデム等の電子機器が通信線と接続する部分、ＣＲＴ駆動回路等、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はサージアブソーバが設けられ、異常電圧によって電子機器や電子機器を搭載するプリント基板等が破壊されるのを防止している。

この種のサージアブソーバには種々のタイプのものがあり、例えば、図８及び図９に示すようなタイプのサージアブソーバが一般に知られている。

すなわち、図８に示すサージアブソーバ４１は、所謂ガラス管封止型のサージアブソーバであって、円柱状のセラミックス部材４２の表面に放電間隙４７（マイクロギャップ）を介して放電電極４４、４４を対向配置してアブソーバ素子４３とし、このアブソーバ素子４３の両端部にそれぞれキャップ電極４９、４９を被嵌させ、これを不活性ガスと共に円筒状のガラス管５０内に収容し、ガラス管５０の両端開口部をそれぞれ封止電極５１、５１で封止し、封止電極５１、５１とキャップ電極４９、４９とを接続したものである。

また、図９に示すサージアブソーバ６１は、所謂チップ型のサージアブソーバであって、絶縁性基板６２の表面に放電間隙６７を介して放電電極６４、６４を対向配置してアブソーバ素子６３とし、このアブソーバ素子６３の放電電極６４、６４をガラス製の蓋体７０で被包し、蓋体７０と放電電極６４、６４との間に形成される空間内に不活性ガスを封入し、放電電極６４、６４の両端部にそれぞれ端子電極７１、７１を接続したものである。

そして、上記のような構成のサージアブソーバ４１、６１の放電電極４４−４４、６４−６４間に放電間隙４７、６７を介してサージ電圧が印加されると、放電間隙４７、６７を介して放電電極４４−４４、６４−６４間でグロー放電がトリガされ、この放電が空間内を沿面放電の形態で両放電電極４４、４４、６４、６４の基端側まで次第に伸展し、両放電電極４４、４４、６４、６４の基端側の間でアーク放電することにより、サージ電圧が吸収されることになる。

しかしながら、上記のような構成のサージアブソーバ４１、６１にあっては、図１０に示すように、放電間隙４７、６７に面する両放電電極４４、４４、６４、６４の端面部が放電による熱によって溶融し、この溶融物が放電間隙４７、６７内に入り込んで放電電極４４−４４、６４−６４間を短絡させたり、この溶融物が図１１に示すように飛び散って放電間隙４７、６７が広がってしまう等の問題があり、初期の性能を長期的に維持することができず、寿命が大幅に短縮されていた。

本発明は、上記のような問題に鑑みなされたものであって、放電電極の端面部が放電による熱によって溶融するのを防止し、これにより放電電極間を短絡させたり、放電間隙が広がったりするのを防止し、初期の性能を長期的に維持することができて、長寿命化を図ることのできるサージアブソーバを提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用している。
すなわち、本発明は、絶縁体の表面に、放電間隙を介して互いに対向配置される放電電極を備えてなるサージアブソーバにおいて、少なくとも前記放電間隙に面する前記放電電極の端面、及びその端面に連続する前記放電間隙近傍に位置する前記放電電極の外表面を絶縁膜で被覆したことを特徴とする。
この発明に係るサージアブソーバによれば、放電間隙に面する放電電極の端面、及びそれに連続する放電間隙近傍に位置する放電電極の外表面が絶縁膜で被覆されることになる。すなわち、グロー放電がトリガされる放電電極の部分が絶縁膜で被覆されることになるので、グロー放電がトリガされる放電電極の部分が放電による熱によって溶融するようなことはなくなる。

また、本発明のサージアブソーバにおいて、前記絶縁膜は、前記放電電極の端面を被覆する部分よりも前記放電電極の外表面を被覆する部分の方が厚く形成されてなることを特徴とする。
この発明に係るサージアブソーバによれば、放電電極の端面間で絶縁膜を介してグロー放電がトリガされ、この放電は放電間隙近傍に位置する絶縁膜によって被覆されている放電電極の外表面の部分を飛び越え、その外側の絶縁膜が設けられていない放電電極の部分に伸展し、更にその部分から放電電極の基端部まで伸展し、放電電極の基端部間においてアーク放電することになる。

さらに、このサージアブソーバにおいて、前記絶縁膜は、少なくとも前記放電電極の端面を被覆する部分がポーラス状に形成されてなることを特徴とする。
この発明に係るサージアブソーバによれば、ポーラス状に形成されている絶縁膜の部分を介して放電電極の端面間でグロー放電がトリガされ、この放電は放電間隙近傍に位置する絶縁膜によって被覆されている放電電極の外表面の部分を飛び越え、その外側の絶縁膜が設けられていない放電電極の部分に伸展し、更にその部分から放電電極の基端部まで伸展し、放電電極の基端部間においてアーク放電することになる。

本発明によれば、少なくとも放電間隙に面する放電電極の端面、及びその端面に連続する放電間隙近傍に位置する放電電極の外表面を絶縁膜で被覆したことにより、放電の熱によって放電電極の端面が溶融するのを防止できることになる。従って、溶融物が放電間隙内に入り込んで放電電極間を短絡させるようなことはなく、また溶融物が飛び散ることによって放電間隙が広くなるようなこともなくなり、放電間隙を長期に渡って初期の寸法に維持でき、初期の性能を長期的に維持することができるとともに、長寿命化を図ることができることになる。
また、絶縁膜は、放電電極の端面を被覆する部分よりも放電電極の外表面を被覆する部分の方が厚く形成されてなることにより、サージアブソーバに雷サージ等のサージ電圧が印加されると、放電間隙を介して放電電極の端面間で絶縁膜を介してグロー放電がトリガされ、この放電が絶縁膜によって被覆されている放電電極の外表面の部分を飛び越え、その外側に位置する絶縁膜が設けられていない放電電極の部分に伸展し、その部分から放電電極の基端部まで伸展し、放電電極の基端部間でアーク放電することになる。従って、放電の熱によって放電電極の端面が溶融するのを確実に防止できることになるので、溶融物が放電間隙内に入り込んで放電電極間を短絡させるようなことはなく、また溶融物が飛び散ることによって放電間隙が広くなるようなこともなくなり、放電間隙を長期に渡って初期の寸法に維持でき、初期の性能を長期的に維持することができるとともに、長寿命化を図ることができることになる。
さらに、少なくとも放電電極の端面を被覆する部分がポーラス状に形成されてなることにより、その部分に電界が集中しやすくなり、安定した性能が得られることになる。

以下、図面に示す本発明の実施の形態について説明する。
図１及び図２には、本発明によるサージアブソーバの一実施の形態が示されていて、図１は全体を示す概略断面図、図２は、図１の部分拡大図である。

すなわち、このサージアブソーバ１は、所謂ガラス管封止型のサージアブソーバであって、円柱状のムライト焼結体等のセラミックス部材からなる絶縁体２の周面に、放電間隙７を介して導電性皮膜からなる放電電極４、４を対向配置してアブソーバ素子３とし、このアブソーバ素子３の両端部にそれぞれキャップ電極９、９を被嵌させて各キャップ電極９を各放電電極４の端部に接続し、これをガラス管１０の内部に不活性ガスと共に収容し、ガラス管１０の両端開口部をそれぞれ封止電極１１、１１で封止し、各封止電極１１を各キャップ電極９に接続して構成したものである。

絶縁体２を構成するセラミックス部材としては、ムライト焼結体の他、アルミナ、ベリリア、ステアライト、フォルステライト、ジルコン、普通磁器、ガラスセラミックス、窒化ケイ素、窒化アルミ、炭化ケイ素等の絶縁性セラミックスが挙げられる。

放電電極４は、セラミックス部材からなる絶縁体２の周面に、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法、印刷法、焼付法、メッキ法、ＣＶＤ法等の薄膜形成法により導電性皮膜を形成することにより形成されるものである。

放電電極４を構成する導電性皮膜の素材としては、Ａｇ／Ｐｄ、ＳｎＯ2、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、Ｔａ、Ｗ、ＳｉＣ、ＢａＡｌ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｔ、ＩＴＯ等が挙げられる。

導電性皮膜の一部には、導電性皮膜を全周に渡ってレーザカット法等により除去することにより、１０〜２００μｍ程度の幅の放電間隙７が形成され、この放電間隙７により放電電極４は２つに分割され、この放電間隙７を介して互いに対向する一対の放電電極４、４が構成されるものである。

放電間隙７を構成する両放電電極４、４の端面５、及び放電間隙７の近傍に位置する両放電電極４、４の端面５に連続する外表面６には、図２に拡大図で示すように、所定の厚みの絶縁膜８が設けられるようになっている。絶縁膜８は、両放電電極４、４の端面５−５間、及びそれに連続する外表面６−６間を電気的に絶縁するためのものであって、両放電電極４、４の端面５、５側の厚みｔ１よりも両放電電極４、４の外表面側６、６の厚みｔ２方が厚く形成され、両放電電極４、４の外表面６、６側の絶縁膜８は、両放電電極４、４の端面５、５から遠ざかるほど漸次薄くなるように形成されるようになっている。

絶縁膜８は、例えばレーザカット法により導電性皮膜を除去して放電間隙７を形成する場合には、絶縁体２と同一のセラミックス部材からなる酸化膜によって構成される。具体的には、レーザ光によって導電性皮膜を切断する際に、導電性皮膜に接触する絶縁体２の部分を溶融させ、この溶融物をレーザ光の周囲から酸素を含む気体を吹き付けることにより導電性皮膜の切断面（放電電極４の端面５）及びその切断面に連続する導電性皮膜の外表面（放電電極４の外表面６）に付着させて構成される。この場合、放電電極４、４の端面５、５に形成される絶縁膜８の部分はポーラス状に形成される。なお、絶縁膜８を形成する部分以外の部分には適宜の方法によりマスキングを施しておく。

上記のように、絶縁体２の表面に放電間隙７を介して放電電極４、４を対向配置させることによりアブソーバ素子３が構成され、アブソーバ素子３の両端部にはそれぞれキャップ電極９、９が被嵌され、各キャップ電極９は各放電電極４の基端部に接続される。

アブソーバ素子３をガラス管１０内に収容する際、ガラス管１０内に一緒に封入される不活性ガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、ＳＦ₆、ＣＯ₂、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＦ₄、Ｈ₂ 及びこれらの混合ガス等の不活性ガスが挙げられる。

そして、ガラス管１０の両端開口部を封止電極１１、１１で封止し、各封止電極１１を各キャップ電極９に接続することで、この実施の形態によるサージアブソーバ１が構成されるものである。

そして、上記のように構成したサージアブソーバ１に雷サージ等のサージ電圧が印加されると、放電間隙７を介して放電電極４、４の端面５−５間で絶縁膜８、８を介してグロー放電がトリガされ、この放電が絶縁膜８、８によって被覆されている放電電極４、４の外表面６、６の部分を飛び越え、その外側に位置する絶縁膜８、８が設けられていない放電電極４、４の部分に伸展し、その部分から放電電極４、４の基端部まで伸展し、放電電極４、４の基端部間でアーク放電するものである。

この場合、放電間隙７に面する放電電極４、４の端面５、５、及びその端面５、５に連続する放電間隙７近傍に位置する放電電極４、４の外表面６、６には絶縁膜８が設けられているので、放電の熱によって放電電極４、４の端面５、５が溶融するのを防止できるので、溶融物が放電間隙７内に入り込んで放電電極４−４間を短絡させるようなことはなく、溶融物が飛び散ることによって放電間隙７が広くなるようなこともなくなる。従って、放電間隙７を初期の寸法に維持できるので、初期の性能を長期的に維持することができ、長寿命化を図ることができることになる。

さらに、放電電極４、４の端面５、５に設けられる絶縁膜８はポーラス状に形成されるので、その部分に電界が集中しやすくなり、安定した性能が得られることになる。

図３及び図２には、本発明によるサージアブソーバの他の実施の形態が示されていて、このサージアブソーバ２１は、所謂チップ型のサージアブソーバであって、ムライト焼結体等のセラミックス部材からなる板状の絶縁体２２の表面に、放電間隙２７を介して導電性皮膜からなる放電電極２４、２４を対向配置してアブソーバ素子２３とし、このアブソーバ素子２３の放電電極２４、２４をガラス製の蓋体３０で被包し、蓋体３０と放電電極２４、２４との間に形成される空間内に不活性ガスを封入し、放電電極２４、２４の両端部にそれぞれ端子電極３１、３１を接続したものである。

この場合、絶縁体２２、放電電極２４、２４、及び放電間隙２７の構成は、前記実施の形態に示すものと同一であるので、その詳細な説明は省略するものとする。また、この実施の形態においても、前記実施の形態に示すものと同様に、放電間隙２７を構成する両放電電極２４、２４の端面２５、２５、及び放電間隙２７の近傍に位置する両放電電極２４、２４の端面２５、２５に連続する外表面２６、２６に、図２に拡大図で示すように、所定の厚みの絶縁膜２８、２８が設けられる。この場合の絶縁膜２８、２８の構成は、前記実施の形態に示すものと同様であるので、その詳細な説明は省略するものとする。

そして、絶縁体２２の表面に放電間隙２７を介して放電電極１４、１４を対向配置させることによってアブソーバ素子２３が構成され、このアブソーバ素子２３の放電電極２４、２４はガラス製の蓋体３０で被包される。この場合、蓋体３０の周縁部を放電電極２４、２４の周縁部に接着剤等により接合することで、蓋体３０と放電電極２４、２４との間に密閉された空間が形成され、この空間内に前記実施の形態に示すものと同様の不活性ガスが封入される。放電電極２４、２４の基端部は蓋体３０の外端面まで延出し、その延出した部分に端子電極３１、３１が接続され、端子電極３１、３１は蓋体３０及び絶縁体２２の外端面に被嵌される。このようにして、この実施の形態によるサージアブソーバ２１が構成されるものである。

そして、上記のように構成したこの実施の形態によるサージアブソーバ２１にあっても、前記実施の形態に示すものと同様に、サージアブソーバ２１に雷サージ等のサージ電圧が印加されると、放電間隙２７を介して放電電極２４、２４の端面２５−２５間で絶縁膜２８を介してグロー放電がトリガされ、この放電が絶縁膜２８によって被覆されている放電電極２４、２４の外表面２６、２６の部分を飛び越え、その外側に位置する絶縁膜２８が設けられていない放電電極２４、２４の部分に伸展し、その部分から放電電極２４、２４の基端部まで伸展し、放電電極２４、２４の基端部間でアーク放電するものである。

この場合、放電間隙２７に面する放電電極２４、２４の端面２５、２５、及びその端面２５、２５に連続する放電間隙２７近傍に位置する放電電極２４、２４の外表面２６、２６には絶縁膜２２８、２２８が設けられているので、放電の熱によって放電電極２４、２４の端面２５、２５が溶融するのを防止できるので、溶融物が放電間隙２７内に入り込んで放電電極２４―２４間を短絡させるようなことはなく、溶融物が飛び散ることによって放電間隙２７が広くなるようなこともなくなる。従って、放電間隙２７を初期の寸法に維持できるので、初期の性能を長期的に維持することができ、長寿命化を図ることができることになる。

さらに、放電電極２４、２４の端面２５、２５に設けられる絶縁膜２８、２８はポーラス状に形成されるので、その部分に電界が集中しやすくなり、安定した性能が得られることになる。

以下に、本発明によるサージアブソーバの実施例を示す。
＜実施例1＞
（１）下部層（導電性膜）；ＴｉＣＮ層
被覆温度；１０００℃、圧力５０Ｔｏｒｒ、反応ガス；ＴｉＣｌ４；％、Ｎ２；３０％、ＣＨ４；４％、Ｈ２；残
層厚；３０分被覆で０．２μｍ程度
（２）最表面層（絶縁膜）；極薄Ａｌ２０３層
被覆温度；１０００℃、圧力；５０Ｔｏｒｒ、反応ガス；ＡｌＣｌ３；２％、ＣＯ２；６％、ＨＣｌ；２％、Ｈ２；残
層厚；３分被覆で０．０３〜０．０７μｍ程度
層長；１００〜４００μｍ程度
＜実施例２＞
（１）下部層（導電性膜）；ＴｉＣＮ層
被覆温度；１０００℃、圧力５０Ｔｏｒｒ、反応ガス；ＴｉＣｌ４；４％、Ｎ２；３０％、ＣＨ４；４％、Ｈ２；残
層厚；３０分被覆で０．２μｍ程度
（２）最表面層（絶縁膜）；極薄Ａｌ２０３層
Ａｌ２０３、ムライト等をターゲットとして用いたレーザスパッタリング法にて被覆
層厚；０．０３〜０．０７μｍ程度
層長；１００〜４００μｍ程度

上記のように、導電性皮膜の表面に絶縁膜を形成したことにより、放電による熱によって導電性皮膜の端面が溶融することがなくなり、導電性皮膜の端面間の寸法が長期に渡って初期の値に維持され、長寿命化を図ることができた。
即ち、図４〜図７は、上記の構成からなるサージアブソーバの実験結果を示す図である。図４、図５は、電圧印加ごとに変化する放電電極に印加される電圧Ｖｓに対する電圧変化分ΔＶｓを示す図であって、製作した３つのサージアブソーバ×□△について、実験を行った結果を示すものである。図４は、最表面層絶縁膜なしの場合を示し、図５は、最表面層絶縁膜有りの場合を示している（絶縁膜の有無以外の条件は同じ）。
これらの図に示すように、絶縁膜なしの場合は電圧の印加回数が増えるごとにΔＶｓ／Ｖｓが低下する傾向にあるが、絶縁膜有りの場合はΔＶｓ／Ｖｓが電圧印加初期に僅か低下するがそれ以後略一定である。
また、図６、図７は、電圧印加ごとに変化する放電電極間の抵抗値ＩＲを示す図であって、３つのサージアブソーバ×□Δについての実験結果を示す図である。図６は最表面層絶縁膜なしの場合、図７は最表面層絶縁膜有りの場合を示している。
これらの図に示すように、絶縁膜なしの場合は電圧印加ごとに抵抗値が減少する傾向があるが、絶縁膜有りの場合は抵抗値に変化はない。
上記の結果から、絶縁膜により長寿命化を図れることが明らである。

本発明によるサージアブソーバの一実施の形態を示した断面図である。 図１及び図３の部分拡大図である。 本発明によるサージアブソーバの他の実施の形態を示した断面図である。 本発明によるサージアブソーバの実験結果を示す図であって、最表面層絶縁膜なしの場合の電圧印加ごとに変化する放電電極に印加される電圧に対する電圧変化分を示すグラフである。 同実験結果を示す図であって、最表面層絶縁膜有りの場合の電圧印加ごとに変化する放電電極に印加される電圧に対する電圧変化分を示すグラフである。 同実験結果を示す図であって、最表面層絶縁膜なしの場合の電圧印加ごと変化する放電電極間の抵抗値を示すグラフである。 同実験結果を示す図であって、最表面層絶縁膜有りの場合の電圧印加ごと変化する放電電極間の抵抗値を示すグラフである。 従来のサージアブソーバの一例を示した断面図である。 従来のサージアブソーバの他の例を示した断面図である。 図８及び図９の部分拡大図であって、放電電極間が短絡した状態を示した説明図である。 図８及び図９の部分拡大図であって、放電間隙が広がった状態を示した説明図である。

符号の説明

１、２１ サージアブソーバ ２、２２ 絶縁体 ４、２４ 放電電極 ５、２５ 端面 ６、２６ 外表面 ７、２７ 放電間隙

Claims (3)

1. 絶縁体の表面に、放電間隙を介して互いに対向配置される放電電極を備えてなるサージアブソーバにおいて、
   少なくとも前記放電間隙に面する前記放電電極の端面、及びその端面に連続する前記放電間隙近傍に位置する前記放電電極の外表面を絶縁膜で被覆したことを特徴とするサージアブソーバ。
2. 請求項１記載のサージアブソーバにおいて、
   前記絶縁膜は、前記放電電極の端面を被覆する部分よりも、前記放電電極の外表面を被覆する部分の方が厚く形成されてなることを特徴とするサージアブソーバ。
3. 請求項２記載のサージアブソーバにおいて、
   前記絶縁膜は、少なくとも前記放電電極の端面を被覆する部分がポーラス状に形成されてなることを特徴とするサージアブソーバ。

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