JP4449806B2 - サージアブソーバ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、サージから様々な機器を保護し、事故を未然に防ぐのに使用するサージアブソーバ及びその製造方法に関する。

電話機、ファクシミリ、モデムなど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、アンテナあるいはＣＲＴ駆動回路など、雷サージや静電気などの異常電流（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または発火など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の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。

このような放電タイプのサージアブソーバにおいても、部品点数を削減することで、製造コストを削減したサージアブソーバが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このサージアブソーバは、放電ギャップを介して分割形成された導電性被膜が内周面に設けられた絶縁性管と、絶縁性管の両端に設けられて導電性被膜と電気的に接続される封止電極とを備えている。
特開平７−２２１５２号公報

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、上記従来のサージアブソーバでは、絶縁性管の内周面に導電性被膜を形成した後で絶縁性管の外側から絶縁性管を透過するレーザ光を導電性被膜に照射することで放電ギャップを形成している。ここで、絶縁性管の内周面のみに導電性被膜を形成する方法としては、スパッタリング法などによって絶縁性管の内外周面に導電性被膜を形成し、希塩酸などを用いて絶縁性管の外周面に付着している導電性被膜を除去することによって行っている。したがって、製造が複雑であると共に製造コストが高くなるという問題がある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、使用する部品点数を削減して小型であると共に製造コストが削減可能であるサージアブソーバ及びその製造方法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、金属で形成され、先端が放電ギャップを介して対向配置された一対の線状のトリガ電極と、金属で形成され、該トリガ電極の基端にそれぞれ接続された一対の主放電電極と、内部に前記一対のトリガ電極及び前記一対の主放電電極の互いに対向する面である主放電面を封止ガスと共に封入する絶縁性管とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、外部から進入したサージなどの異常電流及び異常電圧を、放電ギャップでの放電をトリガとして一対の主放電電極の主放電面間で主放電を行うことで吸収する。この際、一対のトリガ電極が線状の電極であるので、トリガ電極を封入する絶縁性管の内部に形成される空間のうち、トリガ電極が占有する空間が小さくなる。これにより、主放電面間で行われる主放電のための放電空間を大きく設けることができる。したがって、サージアブソーバの小型化とサージ耐量（静電気耐量）の向上とを図ることができる。
また、一対の線状の電極によってトリガ電極を形成するため、使用する部品点数を低減し、製造コストを削減することができる。

また、本発明のサージアブソーバは、前記一対の主放電電極の外周面が前記絶縁性管の内周面に接触していることが好ましい。
この発明によれば、一対のトリガ電極及び主放電電極の絶縁性管に対する位置決めが容易となる。そして、主放電のための放電空間を十分に確保した状態でサージアブソーバのさらなる小型化を図ることができる。

また、本発明のサージアブソーバは、前記絶縁性管を、前記トリガ電極を分断可能なレーザが透過可能であることが好ましい。
この発明によれば、一対のトリガ電極が接続されたトリガ電極接続体を絶縁性管の内部に封入した後で絶縁性管の外側からトリガ電極接続体に対してレーザを照射して放電ギャップ及び一対のトリガ電極を形成する。

また、本発明のサージアブソーバの製造方法は、金属で形成され、両端に金属で形成された一対の主放電電極が接続された線状のトリガ電極接続体を、絶縁性管内に封止ガスと共に封入する封入工程と、前記絶縁性管の外側から前記トリガ電極接続体にレーザ光を照射して分断することにより、放電ギャップと、基端が前記一対の主放電電極のそれぞれに接続されると共に先端が前記放電ギャップを介して対向配置される一対のトリガ電極とを同時に形成する分断工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、両端に主放電電極が接続された線状のトリガ電極接続体を、絶縁性管に封止ガスと共に封入した後、レーザ光をトリガ電極接続体の所定位置に照射することで放電ギャップを形成する。これにより、基端が一対の主放電電極のそれぞれに接続されると共に先端が放電ギャップを介して対向配置された一対のトリガ電極を形成する。このようにすることで、あらかじめ分割形成された一対のトリガ電極を絶縁性管内に放電ギャップを介して対向配置した状態で封入することと比較して、絶縁性管内におけるトリガ電極の位置決めが容易となる。したがって、製造誤差の小さいサージアブソーバの製造が容易となる。また、上述と同様に、一対の線状の電極によってトリガ電極を形成するため、小型化が図れると共に、使用する部品点数を低減し、製造コストを削減することができる。

また、本発明のサージアブソーバの製造方法は、前記分断工程で、ＹＡＧレーザまたは紫外線レーザを照射することが好ましい。
この発明によれば、分断工程において、絶縁性管を透過可能なＹＡＧレーザまたは紫外線レーザをトリガ電極接続体に照射して放電ギャップを形成すると共に一対のトリガ電極を形成する。

本発明のサージアブソーバによれば、一対の線状の電極によってトリガ電極を形成するので、放電空間に対するトリガ電極の占有空間を小さくし、サージアブソーバの小型化とサージ耐量の向上とを図ることができる。また、使用する部品点数を削減して、製造コストを低減することができる。
また、本発明のサージアブソーバの製造方法によれば、トリガ電極接続体及び主放電電極をガラス管の内部に封入した後で放電ギャップを形成するので、トリガ電極の位置決めが容易となる。したがって、製造誤差の小さいサージアブソーバの製造が容易となる。

以下、本発明にかかるサージアブソーバ及び製造方法の一実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
本実施形態によるサージアブソーバ１は、図１に示すように、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、放電ギャップ２を介して対向配置された一対のトリガ電極３と、このトリガ電極３の両端に対向配置されてトリガ電極３に接触する一対の主放電電極４と、一対の主放電電極４を両端に配置して封止ガス５と共に封止するガラス管（絶縁性管）６とを備えている。

トリガ電極３は、銅覆鋼線（以下、ＣＰ線と称する）によって形成され、基端が主放電電極４に接続されている。そして、トリガ電極３の先端が放電ギャップ２を介して互いに対向配置されている。
主放電電極４は、ガラス管６との熱膨張係数を合わせるため、Ｆｅ（鉄）−Ｎｉ（ニッケル）合金線の表面を酸化銅で被覆した鉄ニッケル銅線で形成され、円板状となっている。そして、主放電電極４の一方の面にトリガ電極３が溶接されており、他方の面にリード線７が溶接されている。このリード線７は、トリガ電極３と同様に、ＣＰ線によって形成されている。なお、一対の主放電電極４の互いに対向する面は、主放電電極４間で主放電を行うための主放電面４Ａとなっている。
これら一対のトリガ電極３、一対の主放電電極４及び一対のリード線７は、図２に示すように、溶接することでそれぞれが一体化された一体型スラグリード８のトリガ電極接続体９の中央を分断して放電ギャップ２を設けることで形成されている。ここで、放電ギャップ２は、トリガ電極接続体９の中央に、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザからのレーザ光を照射してトリガ電極接続体９を分断することによって形成される。なお、レーザ光の照射位置は、トリガ電極接続体９の中央部に限らず、中央部近傍であってもよい。なお、トリガ電極３及びリード線７は、主放電電極４と同様に、鉄ニッケル銅線を用いてもよい。

ガラス管６は、ＹＡＧレーザからのレーザ光を透過する、Ｋ_２Ｏ・ＰｂＯ・ＳｉＯ_２系ガラスやＮａ_２Ｏ・Ｋ_２Ｏ・ＰｂＯ・ＳｉＯ_２系ガラスのようなダイオードガラスで構成されており、円筒状となっている。また、ガラス管６の両端近傍において主放電電極４の外周面がガラス管６の内周面と溶着されている。ここで、主放電電極４の表面が酸化銅で被覆されているため、ガラスとのぬれ性が良好となっている。したがって、後述する封入工程においてガラス管６の内周面と主放電電極４の外周面との溶着が強固となり、より確実に封止することができる。
封止ガス５は、放電開始電圧などの電気特性が所望の値となるように組成などを調整されたガスであって、例えばＡｒ（アルゴン）によって構成されている。

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１の製造方法について説明する。
本実施形態におけるサージアブソーバの製造方法は、一体型スラグリード形成工程と、封入工程と、分断工程とを備えている。
最初に、一体型スラグリード形成工程を行う。この一体型スラグリード形成工程は、まず、トリガ電極接続体９の両端をそれぞれ一対の主放電電極４の一方の面に溶接する。そして、一対のリード線７を一対の主放電電極４の他方の面にそれぞれ溶接する。これにより、トリガ電極接続体９、一対の主放電電極４及び一対のリード線７が一体化され、図２に示す一体型スラグリード８を構成する。

次に、封入工程を行う。この封入工程は、封止ガス５の雰囲気内において、カーボンヒータ１０を用いてガラス管６と一体型スラグリード８とを溶着する。このカーボンヒータ１０は、図３（ａ）に示すように、カーボンで構成された上治具１１及び下治具１２によって構成されている。この上治具１１及び下治具１２には、ガラス管６及び一体型スラグリード８を収容するためのワーク穴１１Ａ、１２Ａがそれぞれ形成されている。まず、ワーク穴１２Ａ内にガラス管６を載置し、続いて一体型スラグリード８をガラス管６に挿通するように載置する。そして、封止ガス５の雰囲気内において、上治具１１及び下治具１２を加熱することで、主放電電極４の外周面とガラス管６の両端近傍の内周面とを溶着する。これにより、トリガ電極接続体９及び一対の主放電電極４の主放電面がガラス管６内に封止ガス５と共に封入される。

最後に、分断工程を行う。この分断工程は、図３（ｂ）に示すように、ＹＡＧレーザ１３を用いて、トリガ電極接続体９の中央にレーザ光を照射する。ＹＡＧレーザ１３からのレーザ光は、その波長が１０６４ｎｍであり、ガラス管６を透過可能であると共にトリガ電極接続体９で吸収されるので、トリガ電極接続体９を分断して放電ギャップ２及び一対のトリガ電極３を形成する。ここで、トリガ電極接続体９に対してレーザ光を照射して分断するときにおいて、一体型スラグリード８を封入したガラス管６を軸回りで回転させながらレーザ光を照射してもよく、軸回りで回転させずにレーザ光を照射してもよい。以上のようにして、サージアブソーバ１を製造する。
このようにして製造したサージアブソーバ１は、例えば、プリント基板と一対のリード線７とをハンダによって接着固定して使用する。そして、外部から進入したサージなどの異常電圧を、放電ギャップ２での放電をトリガとして一対の主放電電極４の主放電面４Ａ間で主放電を行うことで吸収する。

このように構成されたサージアブソーバ１によれば、一対のトリガ電極３が線状の電極によって構成されているので、放電空間に対する一対のトリガ電極３の占有空間を小さくすることができる。これにより、サージアブソーバの小型化とサージ耐量の向上とを図ることができる。また、部品点数を少なくすることで、製造コストの削減が図れる。

また、上記のサージアブソーバの製造方法によれば、トリガ電極３及び主放電電極４をガラス管６の内部に封入した後で放電ギャップ２を形成するので、トリガ電極３の位置決めが容易となる。したがって、トリガ電極３の先端の対向位置がずれにくくなり、製造誤差の小さいサージアブソーバを安定して製造することができる。
ここで、一般に、製造されたサージアブソーバに対して、放電ギャップが確実に形成されて一対の主放電電極間で開放状態となっていることを確認するために、ＩＲチェック試験を行っている。このＩＲチェック試験は、一対の主放電電極間に電圧を印加し、その際にサージアブソーバに流れる電流量を測定する試験である。そして、測定した抵抗値が所定の値よりも大きいときには、導電性被膜が放電ギャップによって分割されて一対の封止電極間でオープン状態になっていると判定している。また、測定した抵抗値が所定の値よりも小さいときには、放電ギャップ内に例えば異物が存在することによって一対の封止電極間でショート状態になっていると判定している。本発明のサージアブソーバの製造方法では、トリガ電極接続体９に対してレーザ光を照射してトリガ電極接続体９を分断することで放電ギャップ２及び一対のトリガ電極３を形成している。このため、ＩＲチェック試験を省略することができ、サージアブソーバの製造手順を簡略化することができる。

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できる。
例えば、上記実施形態では主放電電極の周面とガラス管の内周面とを溶着しているが、図４に示すような構成のサージアブソーバ２０であってもよい。このサージアブソーバ１は、封入工程においてガラス管２１の両端の開口を、リード線７がガラス管２１の両端から突出するように溶着した構成となっている。
また、主放電電極の他方の面にリード線が溶接されているが、リード線を設けない構成であってもよい。

また、トリガ電極接続体、主放電電極及びリード線を一体化した一体型スラグリードのトリガ電極接続体に放電ギャップを形成することで製造しているが、トリガ電極が放電ギャップを介して対向配置されていればよい。すなわち、トリガ電極、主放電電極及びリード線を一体化したものを一対用い、放電ギャップを介してそれぞれのトリガ電極の先端が対向配置されるように位置決めした状態でガラス管内に封入することで製造してもよい。
また、封止ガスとしてＡｒを用いているが、サージアブソーバの放電特性に応じて他のガスを適宜用いてもよい。ここで、適用可能な封止ガスとしては、例えば、Ｎ_２やＮｅ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒ、Ｈ_２、ＳＦ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＯ_２があげられる。また、これらにＡｒを加えた中で適宜選択した混合ガスを用いてもよい。
また、絶縁性管として、ダイオードガラスで構成されたガラス管を用いているが、トリガ電極接続体を切断可能なレーザを透過可能な材料によって構成されていればよい。例えば、鉛ガラスや、ソーダ石灰ガラスのようなガラス材料を用いたガラス管によって構成されてもよい。さらに、ＰＬＺＴ（ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛）や透明アルミナなどのセラミックス材料によって構成されたセラミックス管によって構成されてもよい。
また、一体型スラグリードとして、ＣＰ線や鉄ニッケル銅線を用いているが、他の材料を用いてもよい。
また、分断工程において、ＹＡＧレーザからレーザ光を照射することで放電ギャップを形成しているが、絶縁性管に用いられる材料を透過可能であると共にトリガ電極に用いられる材料で吸収される波長のレーザ光を照射するものであればよく、例えば、紫外線レーザなど他のレーザであってもよい。

本発明の一実施形態におけるサージアブソーバを示す軸方向断面図である。 一体型スラグリードを示す軸方向断面図である。 図１のサージアブソーバの製造工程を示す説明図である。 本発明を適用可能な、他のサージアブソーバを示す軸方向断面図である。

符号の説明

１、２０ サージアブソーバ
２ 放電ギャップ
３ トリガ電極
４ 主放電電極
４Ａ 主放電面
５ 封止ガス
６、２１ ガラス管（絶縁性管）
９ トリガ電極接続体
１３ ＹＡＧレーザ

Claims (5)

1. 金属で形成され、先端が放電ギャップを介して対向配置された一対の線状のトリガ電極と、金属で形成され、該トリガ電極の基端にそれぞれ接続された一対の主放電電極と、内部に前記一対のトリガ電極及び前記一対の主放電電極の互いに対向する面である主放電面を封止ガスと共に封入する絶縁性管とを備えることを特徴とするサージアブソーバ。
2. 前記一対の主放電電極の外周面が前記絶縁性管の内周面に接触していることを特徴とする請求項１に記載のサージアブソーバ。
3. 前記絶縁性管を、前記トリガ電極を分断可能なレーザが透過可能であることを特徴とする請求項１または２に記載のサージアブソーバ。
4. 金属で形成され、両端に金属で形成された一対の主放電電極が接続された線状のトリガ電極接続体を、絶縁性管内に封止ガスと共に封入する封入工程と、
   前記絶縁性管の外側から前記トリガ電極接続体にレーザ光を照射して分断することにより、放電ギャップと、基端が前記一対の主放電電極のそれぞれに接続されると共に先端が前記放電ギャップを介して対向配置される一対のトリガ電極とを同時に形成する分断工程とを備えることを特徴とするサージアブソーバの製造方法。
5. 前記分断工程で、ＹＡＧレーザまたは紫外線レーザを照射することを特徴とする請求項４に記載のサージアブソーバの製造方法。

Images