JP4407287B2

JP4407287B2 - サージアブソーバ

Info

Publication number: JP4407287B2
Application number: JP2004004314A
Authority: JP
Inventors: 稔晃植田; 美紀足立; 康弘社藤; 剛尾木; 卓栗原; 成圭李
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: JP2005197170A

Description

本発明は、サージから様々な機器を保護し、事故を未然に防ぐために使用されるサージアブソーバに関する。

電話機、ファクシミリ、モデム等の通信機器用の電子機器が通信線との接続する部分、電源線、アンテナ或いはＣＲＴ駆動回路等、雷サージや静電気等の異常電流（サージ電流）や異常電圧（サージ電圧）による電撃を受けやすい部分には、異常電圧によって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等による破壊を防止するために、サージアブソーバが接続されている。

従来、例えばマイクロギャップを有するサージ吸収素子を用いたサージアブソーバが提案されている。このサージアブソーバは、導電性被膜で被覆した円柱状セラミックス部材の周面に、いわゆるマイクロギャップが形成され、セラミックス部材の両端に一対のキャップ電極を有するサージ吸収素子が封止ガスと共にガラス管内に収容され、円筒状のガラス管の両端にリード線を有する封止電極が高温加熱で封止された放電型サージアブソーバである（例えば、特許文献１参照）。

近年、機器の小型化に伴いこのような放電型サージアブソーバにおいても、表面実装化が進んでいる。上記サージアブソーバに適応した例としては、面実装型（メルフ型）として、封止電極にリード線がなく、実装するときは封止電極と基板側とを半田付けで接続して固定するものがある。
特開２００２−１１０３１１号公報（図１）

しかしながら、上記従来のサージアブソーバには、以下の課題が残されている。すなわち、通信線や電源線等をはじめとする高サージ耐量を必要とする用途に対し、更に十分に対応可能な特性が要望されており、また、面実装型は実装時にガラス管が破損する可能性があるために、上記サージアブソーバで用いられていたガラス管をセラミックス管にすることが考えられている。

従来のガラス管を用いたサージアブソーバでは、ガラス管内に円柱状セラミックスを入れてガラス管の両端に封止電極を配した状態で高温炉でガラス管を溶融させて封止電極に密着固定する封止工程を有している。
この封止から冷却工程では、ガラス管が円柱状セラミックスとの熱膨張係数差により圧縮方向の残留応力を発生させるために、封止電極と円柱状セラミックスの導電性被膜とが十分なオーミックコンタクトを得ることができている。しかしながら、ガラス管の代わりにセラミックス管を用いた場合、セラミックス管と円柱状セラミックスとの熱膨張係数差が上述と比較して小さいために封止から冷却工程で発生する残留応力は小さく、封止電極と円柱状セラミックスの導電性被膜とのオーミックコンタクトが十分に得られないことがあり、放電開始電圧等の電気特性が安定しないという不都合が生じてしまう。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、安定した電気特性が得られるサージアブソーバを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のサージアブソーバは、周面に中央の放電ギャップを介して導電性被膜が分割形成された柱状の絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の端子電極部材と、該一対の端子電極部材を両端に配して前記絶縁性部材を内部に封止ガスと共に封止する絶縁性管とを備えたサージアブソーバであって、前記端子電極部材が、前記絶縁性管の端面とロウ材で接着される周縁部を備え、前記端子電極部材と前記絶縁性部材とが、導電性の接着剤を介して接着されており、前記端子電極部材から前記絶縁性管の内側かつ軸方向に突出して形成され、前記絶縁性部材を保持する保持部材を備え、前記保持部材が、当該保持部材を形成する材料を溶融、冷却することによって形成されていることを特徴とする。

この発明にかかるサージアブソーバでは、端子電極部材と絶縁性部材とが、導電性の接着剤によって接着している。これにより、端子電極部材と導電性被膜との十分なオーミックコンタクトを得ることができ、サージアブソーバの放電開始電圧などの電気特性が安定する。また、絶縁性部材が、端子電極部材の中央付近またその周辺部に固定されることによって、放電開始電圧を安定させてサージアブソーバの長寿命化を図ることができる。
また、絶縁性部材が、保持部材で保持されることによってより確実に端子電極部材の中央付近またその周辺部に配置することができる。

また、本発明にかかるサージアブソーバは、周面に中央の放電ギャップを介して導電性被膜が分割形成された柱状の絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の端子電極部材と、該一対の端子電極部材を両端に配して前記絶縁性部材を内部に封止ガスと共に封止する絶縁性管とを備えたサージアブソーバであって、前記導電性被膜と前記端子電極部材との間に、金属部材が配設され、前記端子電極部材が、前記絶縁性管の端面とロウ材で接着される周縁部を備え、前記端子電極部材と前記金属部材とが、導電性の接着剤を介して接着されており、前記端子電極部材から前記絶縁性管の内側かつ軸方向に突出して形成され、前記絶縁性部材及び前記金属部材を保持する保持部材を備え、前記保持部材が、当該保持部材を形成する材料を溶融、冷却することによって形成されていることを特徴とする。

この発明にかかるサージアブソーバでは、端子電極部材と金属部材とが、導電性の接着剤によって接着している。これにより、端子電極部材と金属部材との十分なオーミックコンタクトを得ることができ、サージアブソーバの放電開始電圧などの電気特性が安定する。また、絶縁性部材が、端子電極部材の中央付近またその周辺部に固定されることによって、放電開始電圧を安定させてサージアブソーバの長寿命化を図ることができる。
また、絶縁性部材及び金属部材が、保持部材で保持されることによってより確実に端子電極部材の中央付近またその周辺部に配置することができる。

また、本発明にかかるサージアブソーバは、前記一対の金属部材の互いに対向する面である主放電面に、酸化処理による酸化膜が形成されていることが好ましい。
この発明にかかるサージアブソーバでは、外部から侵入したサージ等の異常電流及び異常電圧は、マイクロギャップでの放電をトリガとし、一対の金属部材の互いに対向する面である主放電面間で主放電を行うことによってサージを吸収する。ここで、主放電面に酸化膜が形成されることによって、高温領域で化学的安定性に優れた主放電面とすることができる。したがって、主放電時に主放電面の電極成分が飛散しマイクロギャップや絶縁性管内壁等に付着することを抑制し、サージアブソーバの長寿命化が図れる。
また、この酸化膜は主放電面との付着力の優れているために、酸化膜の特性を発揮することができる。
また、高温領域で化学的安定性に優れる高価な金属を金属部材として使用する必要がないため、本発明では金属部材に安価な金属材料を用いることができる。

また、本発明にかかるサージアブソーバは、前記酸化膜の平均膜厚が、０．０１μｍ以上であることが好ましい。
この発明にかかるサージアブソーバでは、酸化膜の平均膜厚が０．０１μｍ以上であることで、主放電による金属部材の電極成分の飛散を十分に抑制することができる。

また、本発明にかかるサージアブソーバは、前記ロウ材と前記接着剤とが異なる材料で形成されていることが好ましい。
この発明にかかるサージアブソーバでは、ロウ材と接着剤とがそれぞれ異なる材料で形成されることによって、端子電極部材及び絶縁性部材あるいは端子電極部材及び金属部材と、端子電極部材及び絶縁性管とで最適な接着強度を有する材料を選択して用いることができる。

また、本発明にかかるサージアブソーバは、前記保持部材が、前記ロウ材と同じであって、前記接着剤と異なる材料で形成されていることが好ましい。
また、本発明にかかるサージアブソーバは、前記保持部材が、前記接着剤と同じであって、前記ロウ材と異なる材料で形成されていることが好ましい。
この発明にかかるサージアブソーバでは、保持部材と、ロウ材あるいは接着剤とが同じ材料で形成されることで、部品点数を削減して容易にサージアブソーバを製造することができる。

また、本発明にかかるサージアブソーバは、前記保持部材が、前記接着剤及び前記ロウ材と異なる材料で形成されていることが好ましい。
この発明にかかるサージアブソーバでは、保持部材として導電性被膜あるいは金属部材と、端子電極部材と、接着剤と、ロウ材とに対してぬれにくい材料を用いることにより、封止から冷却工程において、保持部材の盛り上がり高さが高くなる。したがって、絶縁性部材をより安定して固定させることができる。

また、本発明にかかるサージアブソーバは、前記封止ガスの圧力が、負圧であることが好ましい。
この発明にかかるサージアブソーバでは、封止ガスの圧力を負圧にすることで、封止から冷却工程において、封止ガスより圧力の高い雰囲気ガスによって端子電極部材に対して圧縮方向の力が発生する。この圧縮方向の力によって絶縁性部材と端子電極部材とを接触させることにより、接着剤による接着効果が増大し、より確実なオーミックコンタクトを得ることができる。

本発明のサージアブソーバによれば、端子電極部材と絶縁性部材とが導電性を有する接着剤によって接着されている。これにより、端子電極部材と導電性被膜との十分なオーミックコンタクトを得ることができ、サージアブソーバの放電開始電圧などの電気特性が安定する。

本実施形態によるサージアブソーバ１は、図１に示されるように、いわゆるマイクロギャップを使用した放電型サージアブソーバであって、周面に中央の放電ギャップ２を介して導電性被膜３が分割形成された円柱状セラミックス（絶縁性部材）４と、この円柱状セラミックス４の両端に対向配置されて導電性被膜３に接触する一対の端子電極部材５と、これら一対の端子電極部材５を両端に配して、円柱状セラミックス４を内部に所望の電気特性を得るために組成等を調整された、例えば、Ａｒ（アルゴン）等の封止ガス６と共に封止する筒型セラミックス（絶縁性管）７とを備えている。

円柱状セラミックス４は、ムライト焼結体等のセラミックス材料からなり、表面に導電性被膜３として物理蒸着（ＰＶＤ）法、化学蒸着（ＣＶＤ）法等の薄膜形成技術によるＴｉＮ（窒化チタン）等の薄膜が形成されている。
放電ギャップ２は、レーザカット、ダイシング、エッチング等の加工によって０．０１から１．５ｍｍの幅で１から１００本形成されるが、本実施形態では、１５０μｍのものを１本形成している。

一対の端子電極部材５は、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）の合金で形成されており、それぞれ筒型セラミックス７の端面７ＡとＡｇ（銀）−Ｃｕ（銅）で構成されたロウ材８で接着される周縁部５Ａを有している。
また、一対の端子電極部材５と円柱状セラミックス４とは、Ａｇ（銀）−Ｃｕ（銅）−Ｔｉ（チタン）で構成された導電性の接着剤である活性銀ロウ９によってそれぞれ接着されている。
そして、円柱状セラミックス４の両端で円柱状セラミックス４の外周面は、導電性被膜３、端子電極部材５、ロウ材８及び活性銀ロウ９に対してぬれにくいガラス材（保持部材）１０によって保持されている。
なお、このガラス材１０の盛り上がり高さｈは、端子電極部材５の端面から盛り上がり最上部までの寸法であり、円柱状セラミックス４を固定するために十分であるようにロウ材８の平均厚み以上となっている。

筒型セラミックス７は、断面長方形を有し、両端面外形が端子電極部材５の外周寸法と一致している。この筒型セラミックス７は、例えばＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）等の絶縁性セラミックスからなり、両端面には、例えばＭｏ（モリブデン）−Ｗ（タングステン）のメタライズ処理を施した後、Ｎｉ（ニッケル）メッキによってメタライズ層が形成されている。

次に、以上の構成からなる本実施形態のチップ型サージアブソーバ１の製造方法について説明する。
先ず、端子電極部材５の中央領域に活性銀ロウ９を塗布し、この中央領域上に円柱状セラミックス４を載置して端子電極部材５と円柱状セラミックス４とを接触させる。次に、中央領域の周辺部にガラス材１０を塗布する。さらに、外縁部５Ａにロウ材８を塗布し、この外縁部５Ａ上に筒型セラミックス７の端面を載置する。
さらに、筒型セラミックス７のもう一方の端面にロウ材８を搭置し、その上に同様に活性銀ロウ９、ガラス材１０及びロウ材８を塗布したもう一方の端子電極部材５を載置することで仮組みの状態とする。

続いて、一対の端子電極部材５と、筒型セラミックス７とによって円柱状セラミックス４をＡｒガスと共に内部に封止する封止工程について説明する。
上述のように仮組した状態の素子をＡｒ雰囲気中で加熱処理することで、ロウ材８、活性銀ロウ９及びガラス材料１０が溶融する。ロウ材８が溶融することで、端子電極部材５と筒型セラミックス７とが接着する。また、活性銀ロウ９が溶融することで、端子電極部材５と円柱状セラミックス４とが接着する。そして、ガラス材料１０が溶融することで、ガラス材料１０により形成された盛り上がり部が、円柱状セラミックス４の両端部を埋め込むようにして保持する。
ここで、封止ガス６の圧力は、冷却工程によって１Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの範囲内であるように構成されている。これにより、冷却工程において端子電極部材５に対して圧縮方向の力が発生する。
その後、Ｎｉ、Ｓｎメッキを施すことでチップ型サージアブソーバ１が製造される。

このようにして製造したサージアブソーバ１を、例えば、図２に示すように、プリント基板等の基板Ｂ上に筒型セラミックス７の一側面である実装面７Ｂを基板Ｂ上に載置し、基板Ｂと一対の端子電極部材５の外面とを半田Ｓによって接着固定して使用する。

上記の構成によれば、端子電極部材５と円柱状セラミックス４とを活性銀ロウ９で接着することにより、端子電極部材５と円柱状セラミックス４とが確実に接触する。これにより、端子電極部材５と導電性被膜３との十分なオーミックコンタクトを得ることができ、サージアブソーバ１の放電開始電圧などの電気特性が安定する。
また、円柱状セラミックス４がガラス材１０によって端子電極部材５の中央付近またその周辺部に固定されることで、放電開始電圧が安定し、サージアブソーバ１の長寿命化を図ることができる。ここで、ガラス材１０が導電性被膜３、端子電極部材５、ロウ材８及び活性銀ロウ９に対してぬれにくいために、円柱状セラミックス４が確実に固定される。
また、一対の端子電極部材５と筒型セラミックス７との間に封入される封止ガス６の圧力が、１Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒであることによって、端子電極部材５に対して圧縮方向の力が発生し、端子電極部材５と導電性被膜３とのより確実なオーミックコンタクトが得られると共に、冷却工程終了後、端子電極部材５と絶縁性管４との間から大気が流入するスローリークを回避できる。

なお、本実施形態において、円柱状セラミックス４を保持する保持部材は、ロウ材８あるいは活性銀ロウ９と同じ材料であってもよい。このとき、盛り上がり高さｈは、この最上部が主放電部となるために、所定の寿命特性によって規定される。

次に、第２の実施形態について、図３を参照しながら説明する。
なお、ここで説明する実施形態はその基本的構成が上述した第１の実施形態と同様であり、上述の第１の実施形態に別の要素を付加したものである。したがって、図３においては、図１と同一構成要素に同一符号をし、この説明を省略する。

第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第１の実施形態におけるサージアブソーバ１では、円柱状セラミックス４が直接端子電極部材５と接触する構成であるのに対して、第２の実施形態におけるサージアブソーバ２０では、円柱状セラミックス４が、円柱状セラミックス４が椀状に形成された一対のキャップ電極（金属部材）２１を介して端子電極部材５と接触する構成とした点である。

一対のキャップ電極２１は、円柱状セラミックス４よりも硬度が低く、塑性変形できる、例えばステンレス等の金属からなり、外周部が断面略Ｕ字状に形成されている。
そして、一対のキャップ電極２１の表面には、酸化処理を行うことにより平均膜厚０．０１μｍ以上の酸化膜２２が形成されている。また、キャップ電極２１の互いに対向する面が、主放電面２１Ａとなっている。
なお、このガラス材１０の高さｈは、上述した第１の実施形態と同様に、円柱状セラミックス４及びキャップ電極２１を固定するために十分であるようにロウ材８の平均厚み以上となっている。

次に、以上の構成からなる本実施形態のサージアブソーバ２０の製造方法について説明する。
まず、一対のキャップ電極２１の表面に、例えば、大気中で５００℃、３０分間酸化処理を行うことにより平均膜厚０．０１μｍ以上の酸化膜２１Ａを形成する。
その後、一対のキャップ電極２１を円柱状セラミックス４の両端に係合させ、第1の実施形態と同様の方法でサージアブソーバ２０を製造する。

このサージアブソーバ２０は、上述した第１の実施形態に係るサージアブソーバ１と同様の作用、効果を有するが、キャップ電極２１を酸化処理により平均膜厚０．０１μｍ以上の酸化膜２２が形成されることによって、主放電面２１Ａが高温領域で化学的（熱力学的）に安定した特性とすることができる。また、この酸化膜２２は、キャップ電極２１との付着力が優れているため、酸化膜２２の特性を発揮することができる。このため、主放電時にキャップ電極２１が高温になっても、キャップ電極２１の金属成分がマイクロギャップ２や筒型セラミックス７の内壁などへの飛散を十分に抑制することができる。これにより、サージアブソーバが長寿命となる。

なお、本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、円柱状セラミックス４を保持する保持部材が、ロウ材８あるいは活性銀ロウ９と同じ材料であってもよい。このとき、盛り上がり高さｈは、主放電面２１Ａが主放電部となるようにキャップ電極２１の高さよりも低く形成される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、接着剤は、導電性を有すると共に円柱状セラミックス及び端子電極部材あるいはキャップ電極及び端子電極部材を接着可能なものであれば、活性銀ロウに限らない。
また、導電性被膜は、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ合金、ＳｎＯ_２、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、ＳｉＣ、ＢａＡｌ、Ｃ、Ａｇ／Ｐｔ合金、ＴｉＯ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮなどでもよい。
また、端子電極部材は、ＣｕやＮｉ系の合金でもよく、例えば、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）及びＣｏ（コバルト）の合金であるコバール（登録商標）を用いてもよい。
筒型セラミックス両端面のメタライズ層は、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどでもよい。
また、封止ガスは、所望の電気特性を得るために組成等を調整され、例えば、大気（空気）でもよく、Ａｒ、Ｎ_２、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｈ_２、ＳＦ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＯ_２など、及びこれらの混合ガスでもよい。

本発明にかかる第１の実施形態におけるサージアブソーバを示すもので、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は端子電極部材と円柱状セラミックスとの接触部分の拡大図である。本発明にかかる第１の実施形態におけるサージアブソーバを基板上に実装したときの断面図である。本発明にかかる第２の実施形態におけるサージアブソーバを示すもので、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は端子電極部材と円柱状セラミックスとの接触部分の拡大図である。

符号の説明

１、２０サージアブソーバ
２マイクロギャップ
３導電性被膜
４円柱状セラミックス（絶縁性部材）
５端子電極部材
５Ａ周縁部
６封止ガス
７筒型セラミックス（絶縁性管）
８ロウ材
９活性銀ロウ（接着剤）
１０ガラス材（保持部材）
２１キャップ電極（金属部材）
２２酸化膜

Claims

周面に中央の放電ギャップを介して導電性被膜が分割形成された柱状の絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の端子電極部材と、該一対の端子電極部材を両端に配して前記絶縁性部材を内部に封止ガスと共に封止する絶縁性管とを備えたサージアブソーバであって、
前記端子電極部材が、前記絶縁性管の端面とロウ材で接着される周縁部を備え、
前記端子電極部材と前記絶縁性部材とが、導電性の接着剤を介して接着されており、
前記端子電極部材から前記絶縁性管の内側かつ軸方向に突出して形成され、前記絶縁性部材を保持する保持部材を備え、
前記保持部材が、当該保持部材を形成する材料を溶融、冷却することによって形成されていることを特徴とするサージアブソーバ。
周面に中央の放電ギャップを介して導電性被膜が分割形成された柱状の絶縁性部材と、該絶縁性部材の両端に対向配置され前記導電性被膜に接触する一対の端子電極部材と、該一対の端子電極部材を両端に配して前記絶縁性部材を内部に封止ガスと共に封止する絶縁性管とを備えたサージアブソーバであって、
前記導電性被膜と前記端子電極部材との間に、金属部材が配設され、
前記端子電極部材が、前記絶縁性管の端面とロウ材で接着される周縁部を備え、
前記端子電極部材と前記金属部材とが、導電性の接着剤を介して接着されており、
前記端子電極部材から前記絶縁性管の内側かつ軸方向に突出して形成され、前記絶縁性部材及び前記金属部材を保持する保持部材を備え、
前記保持部材が、当該保持部材を形成する材料を溶融、冷却することによって形成されていることを特徴とするサージアブソーバ。
前記一対の金属部材の互いに対向する面である主放電面に、酸化処理による酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のサージアブソーバ。
前記酸化膜の平均膜厚が、０．０１μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載のサージアブソーバ。
前記ロウ材と前記接着剤とが異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のサージアブソーバ。
前記保持部材が、前記ロウ材と同じであって、前記接着剤と異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のサージアブソーバ。
前記保持部材が、前記接着剤と同じであって、前記ロウ材と異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のサージアブソーバ。
前記保持部材が、前記接着剤及び前記ロウ材と異なる材料で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のサージアブソーバ。
前記封止ガスの圧力が、負圧であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のサージアブソーバ。