JP4066704B2 - サージアブソーバ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路を雷サージや静電気等の過渡電圧から保護するサージアブソーバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
チップ型サージアブソーバは、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、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され、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ている。
【０００３】
従来のチップ型サージアブソーバ１は、図６に示すように、アルミナ等の絶縁材からなる絶縁基板３の板面に放電電極５、７を対向して形成し、その放電電極５と放電電極７との間に、マイクロギャップと称される放電間隙９を設けている。放電電極５と放電電極７とは、電極材料をスクリーン印刷することによって放電間隙９を隔てて対向する一体の印刷パターンとして形成することができる。
【０００４】
これら放電電極５、７の上方には、内部空間１１を形成するよう、箱状をなす絶縁物からなる蓋体１３が絶縁基板３上に被着され、その内部空間１１内は放電に好適な種類のガス雰囲気とされている。蓋体１３は、絶縁基板３の周囲に塗布された接着剤１５によって被着され、放電電極５、７の外端が外部にはみ出すようになっている。蓋体１３と絶縁基板３の両端部には端子電極１７、１９がメッキ等によって形成され、端子電極１７、１９は各放電電極５、７に接続される。
【０００５】
このような構成となるサージアブソーバ１は、放電電極５、７に放電開始電圧を越える大きなサージ電圧が加えられると、放電電極５、７の先端側間で放電間隙９を介してグロー放電ａがトリガされ、この放電が矢印ｂに示すように、内部空間１１内を沿面放電の形態で両放電電極５、７の外端側まで次第に伸展し、更にｃのように、両放電電極５、７の外端側の間でアーク放電し、これによって回路間に発生したサージ電圧を吸収できるように作動する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のサージアブソーバは、グロー放電を開始する放電電極の先端側間（トリガー電極）と、アーク放電する両放電電極の外端側の間（主放電電極）とが一直線上に存在していたため、放電がトリガー電極上に形成されることになり、熱影響を受けることから寿命特性が劣化し易かった。
また、上記した従来のサージアブソーバは、放電電極の金属材料に、低仕事関数のアルカリ土類金属（例えばセシウム、ナトリウム、バリウム等）或いはこれらの２種以上の混合物を用いることによって、放電開始電圧をコントロールして低電圧化を実現させていた。しかしながら、上記した金属材料は、大気中において不安定であり（非常に酸化し易く）、特にナトリウムの場合には酸化によって爆発的に燃焼する。このため、これら金属材料は、大気中での焼成ができず、アルゴンガス等の不活性ガス中での焼成が必要となり、取り扱いが非常に困難である問題があった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その第一の目的は、寿命特性を向上させることのできるサージアブソーバを得ることにある。
また、その第二の目的は、特殊ガスを使用することなく、放電電極の大気中での焼成が可能となるサージアブソーバを得ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載のサージアブソーバは、絶縁基板上に間隔を隔てて形成した一対の主放電電極と、前記一対の主放電電極に沿うように前記絶縁基板上に形成され該一対の主放電電極の少なくともいずれか一方の主放電電極との間に放電間隙を有するトリガー電極とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
このサージアブソーバでは、絶縁基板上で、一対の主放電電極に沿うようにトリガー電極が形成され、トリガー電極が主放電電極上から外れた位置となり、主放電電極と同一直線上にトリガー電極を形成する場合に比べて、トリガー電極への熱影響が少なくなる。
【０００９】
請求項２記載のサージアブソーバは、請求項１記載のサージアブソーバにおいて、前記トリガー電極は、カーボンナノチューブを含む導電性ペーストを焼成して形成され、且つ該カーボンナノチューブが前記放電間隙に表出していることを特徴とする。
【００１０】
このサージアブソーバでは、トリガー電極が、カーボンナノチューブを含む導電性ペーストを焼成して形成され、トリガー電極を従来のアルカリ土類金属で形成した場合に比べ、低電圧での電子放出が可能になる。これに加えて、トリガー電極は、機械的強度も高まり、化学的にも安定する。また、化学的にも安定したカーボンナノチューブを用いるので、特殊ガスを使用することなく大気中での焼成が可能になり、取り扱いが容易になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るサージアブソーバの好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るサージアブソーバの分解斜視図、図２は図１に示したサージアブソーバの外観斜視図、図３は図１に示したサージアブソーバの要部平面図である。
【００１２】
この実施の形態によるサージアブソーバ２１は、絶縁基板２３上に所定の間隔２５を隔てて対向する一対の放電電極（主放電電極）２７、２９を形成している。ここで、所定の間隔２５とは、後述する放電間隙より大きい距離の間隔を言う。この間隔２５は、２０μｍ〜３ｍｍ程度に形成される。本実施の形態では、主放電電極２７、２９は、この所定の間隔２５を隔てて直線状に配設されている。主放電電極２７、２９は、例えばＡｇ，Ｆｅ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｎｉの材質からなる。主放電電極２７、２９は、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、又はスクリーン印刷法によって形成される。
【００１３】
絶縁基板２３上には、この一対の主放電電極２７、２９に沿うように、トリガー電極３１を形成している。本実施の形態において、トリガー電極３１は、主放電電極２７、２９の間隔２５を挟むように、主放電電極２７、２９の両側（主放電電極２７、２９の延在方向に直交方向の両側）に二つ設けられている。このトリガー電極３１、３１のそれぞれは、一対の主放電電極２７、２９の少なくともいずれか一方の主放電電極との間に放電間隙３３を有している。本実施の形態においては、図３に示すように、一つのトリガー電極３１が、一対の主放電電極２７、２９のそれぞれとの間に、二つの放電間隙３３、３３を有している。従って、絶縁基板２３上には、合計四つの放電間隙３３、３３、３３、３３が形成されている。この放電間隙３３は、１〜２００μｍ程度に形成される。本実施の形態において、トリガー電極３１は、例えばＡｇ，Ｆｅ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｎｉの材質からなり、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、又はスクリーン印刷法によって形成される。
【００１４】
主放電電極２７、２９の外端は、絶縁基板２３の左右端面に表出している。絶縁基板２３の上面周縁には、後述の蓋体を絶縁基板２３に接着するための接着剤３５を四角枠形状に塗布している。絶縁基板２３の上面には、箱状となった絶縁物からなる蓋体３６を、上記の接着剤３５によって被着している。蓋体３６によって密閉した内部空間には、放電に好適な雰囲気を形成する不活性ガス（例えばＡｒガス）を封入している。蓋体３６と絶縁基板２３の左右端面には図２に示す端子電極３７、３９をメッキ等によって形成してあり、端子電極３７、３９は左右端面に表出した主放電電極２７、２９の外端に電気的に接続している。
【００１５】
このような構成となるサージアブソーバ２１は、主放電電極２７、２９に放電開始電圧を越える大きなサージ電圧が加えられると、放電間隙３３、３３、３３、３３でグロー放電がトリガされる。この放電が内部空間内を沿面放電の形態で主放電電極２７、２９の両外端側まで次第に伸展し、主放電電極２７、２９上の間でアーク放電し、これによって回路間に発生したサージ電圧を吸収できるように作動する。
【００１６】
このサージアブソーバ２１によれば、絶縁基板２３上で、一対の主放電電極２７、２９に沿うようにトリガー電極３１が形成され、トリガー電極３１が主放電電極２７、２９上から外れた位置となるので、従来構造のように、主放電電極２７、２９と同一直線上にトリガー電極３１を形成する場合に比べて、トリガー電極３１への熱影響を少なくすることができる。この結果、サージアブソーバ２１の寿命特性を改善することができる。
【００１７】
次に、本発明に係るサージアブソーバの他の実施の形態を説明する。
本実施の形態に係るサージアブソーバは、外観上、上記のサージアブソーバ２１と同様となっている。従って、図示は省略する。一方、このサージアブソーバは、トリガー電極が、カーボンナノチューブを含む導電性ペーストを焼成して形成され、且つこのカーボンナノチューブが上記の放電間隙３３に表出している。この他の構成は、上記のサージアブソーバ２１と同様となっている。
【００１８】
このトリガー電極は、カーボンナノチューブを主材にした導電性ペースト（例えば銀ペースト）をスクリーン印刷して、乾燥、焼成して形成される。ここで、「主材」とは主成分を意味するものとする。従って、導電性ペーストのバインダー成分は、最少量を含有していればよい。カーボンナノチューブは、炭素原子のみからなる円筒の端が例えばフラーレンの半球で閉じた配列となり、その立体構造から理想的な機械的強度を有し、化学的にも安定で、且つ外径が１〜数十ｎｍと微細で、形状的には低電圧で電子放出を行わせるのに十分な構造形態を持つ。このカーボンナノチューブは、例えば、ヘリウムガス中で一対の炭素電極間にアーク放電を起こしたときの陰極側の炭素電極先端に凝集した堆積物中に形成される。
【００１９】
このトリガー電極は、絶縁基板２３上に、カーボンナノチューブを含んだ導電性ペースト（例えば銀ペースト）をスクリーン印刷し、その後に焼成する。次いで、焼成した電極の少なくとも放電間隙に対向する部分を、レーザ光線若しくはダイシングで切断し、或いは印刷時に間隙を形成し、表面処理（通電）することによってカーボンナノチューブを放電間隙に表出させる。
【００２０】
このサージアブソーバでは、主放電電極に放電開始電圧を越える大きなサージ電圧が流れると、放電間隙でグロー放電がトリガされる。電子放出部は、鋭利な先端を持つほど、電子放出部に印加される電界強度が高くなることが知られている。このような電子放出部となる放電間隙に、カーボンナノチューブが表出していることで、カーボンナノチューブの先端に高電界が集中して電子が引き出される。即ち、仕事関数を低くして、低電圧で電子が放出されるようになる。この放電が内部空間内を沿面放電の形態で主放電電極の両外端側まで次第に伸展し、銀ペースト等を主材とする主放電電極上の間でアーク放電し、これによって回路間に発生したサージ電圧を吸収できるように作動する。
【００２１】
この他の実施の形態によるサージアブソーバによれば、トリガー電極が、カーボンナノチューブを含む導電性ペーストを焼成して形成され、トリガー電極を従来のアルカリ土類金属で形成した場合に比べ、低電圧での電子放出が可能になる。これに加えて、トリガー電極は、機械的強度も高まり、化学的にも安定する。また、化学的にも安定したカーボンナノチューブを用いるので、特殊ガスを使用することなく大気中での焼成が可能になり、取り扱いが容易になる。
【００２２】
次に、本発明に係るサージアブソーバの変形例を説明する。
図４は放電間隙が２箇所に形成された本発明に係る変形例１の要部平面図、図５は放電間隙が２箇所に形成された本発明に係る変形例２の要部平面図である。
【００２３】
図４に示すサージアブソーバは、一方の主放電電極２７に、上側（図４の上側）のトリガー電極３１ａの基端が重なり、このトリガー電極３１ａの先端部と他方の主放電電極２９との間に放電間隙３３が形成されている。また、他方の主放電電極２９に、下側（図４の下側）のトリガー電極３１ｂの基端が重なり、このトリガー電極３１ｂの先端部と一方の主放電電極２７との間に放電間隙３３が形成されている。つまり、対角線上に一対の放電間隙３３、３３が形成されている。なお、トリガー電極３１ａ，３１ｂは、Ａｇ，Ｆｅ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｎｉの材質からなるものであっても、或いはカーボンナノチューブを含む導電性ペーストを焼成して形成されるもののいずれであってもよい。他の構成は、上記したサージアブソーバ２１と同様となっている。
この変形例によるサージアブソーバによれば、トリガー電極３１ａ，３１ｂの延在方向一端が主放電電極２７又は主放電電極２９に接続されるので、放電開始電圧の低電圧化が可能となる。
【００２４】
図５に示すサージアブソーバは、一方の主放電電極２７より他方の主放電電極２９が幅（主放電電極延在方向に直交する方向の幅）狭に形成されている。そして、一方の主放電電極２７に、上側のトリガー電極３１ａと、下側のトリガー電極３１ｂとの基端が重なり、これら一対のトリガー電極３１ａ、３１ｂの先端と他方の主放電電極２９との間に放電間隙３３、３３が形成されている。つまり、他方の主放電電極２９とトリガー電極３１ａ、３１ｂとの間に、一対の放電間隙３３、３３が形成されている。この場合においても、トリガー電極３１は、Ａｇ，Ｆｅ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｒｕ，Ｔｉ，Ｎｉの材質からなるものであっても、或いはカーボンナノチューブを含む導電性ペーストを焼成して形成されるもののいずれであってもよい。他の構成は、上記したサージアブソーバ２１と同様となっている。
この変形例によるサージアブソーバによれば、トリガー電極３１の延在方向一端が主放電電極２７に接続されるので、放電開始電圧の低電圧化が可能となる。これに加え、矩形状となった一対のトリガー電極３１ａ，３１ｂを平行に形成して、平行な放電間隙３３、３３を形成することができる。
【００２５】
なお、上記の各実施の形態では、主放電電極２７、２９を挟んで一対のトリガー電極３１、３１、又はトリガー電極３１ａ，３１ｂを設けたが、これらトリガー電極は、一対ではなく、一つのものであっても上記と同様の作用、効果を奏するものであることは言うまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る請求項１記載のサージアブソーバによれば、絶縁基板上に間隔を隔てて一対の主放電電極を形成し、この一対の主放電電極に沿うようにトリガー電極を形成し、且つこのトリガー電極が、一対の主放電電極の少なくともいずれか一方との間に放電間隙を有するので、トリガー電極が主放電電極上から外れた位置となり、主放電電極と同一直線上にトリガー電極を形成する場合に比べて、トリガー電極への熱影響を少なくし、寿命特性を改善することができる。
【００２７】
請求項２記載のサージアブソーバによれば、請求項１記載の構成において、トリガー電極が、カーボンナノチューブを含む導電性ペーストを焼成して形成されるので、トリガー電極を従来のアルカリ土類金属で形成した場合に比べ、低電圧での電子放出が可能になり、これに加えて機械的強度も高まり、しかも、化学的にも安定し、寿命特性を向上させることができる。そして、化学的にも安定したカーボンナノチューブを用いるので、特殊ガスを使用することなく大気中での焼成を可能にし、取り扱いを容易にして、生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るサージアブソーバの分解斜視図である。
【図２】 図１に示したサージアブソーバの外観斜視図である。
【図３】 図１に示したサージアブソーバの要部平面図である。
【図４】 放電間隙が２箇所に形成された本発明に係る変形例１の要部平面図である。
【図５】 放電間隙が２箇所に形成された本発明に係る変形例２の要部平面図である。
【図６】 従来のサージアブソーバの縦断面図である。
【符号の説明】
２１…サージアブソーバ
２３…絶縁基板
２５…間隔
２７、２９…主放電電極
３３…放電間隙
３１、３１ａ，３１ｂ…トリガー電極

Claims (2)

1. 絶縁基板上に間隔を隔てて形成した一対の主放電電極と、
   前記一対の主放電電極に沿うように前記絶縁基板上に形成され該一対の主放電電極の少なくともいずれか一方の主放電電極との間に放電間隙を有するトリガー電極と
   を具備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、
   前記トリガー電極は、カーボンナノチューブを含む導電性ペーストを焼成して形成され、且つ該カーボンナノチューブが前記放電間隙に表出していることを特徴とするサージアブソーバ。

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