JP4802772B2

JP4802772B2 - サージアブソーバ

Info

Publication number: JP4802772B2
Application number: JP2006062776A
Authority: JP
Inventors: 康弘社藤; 宏一郎原田; 剛尾木
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-03-08
Also published as: JP2007242403A

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す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圧（サージ電圧）による電撃を受けやすい部分には、この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、絶縁性基板の表面に、いわゆるマイクロギャップを介して対向配置され互いに絶縁性基板の異なる縁部まで形成された一対の放電電極と、この一対の放電電極の基端部を含む絶縁性基板の外周部上に周縁部を接着した蓋体と、絶縁性基板及び蓋体の両端に一対の放電電極と導通するように配された一対の端子電極とを備えた放電型サージアブソーバである。ここで、放電電極は、マイクロギャップを介して対向配置されたトリガ電極と、トリガ電極に接続されて絶縁性基板の縁部まで延在する主放電電極とを有している（例えば、特許文献１参照）。
近年、このようなサージアブソーバにおいても、より高いサージ耐量やサージ応答性を有すると共に、長寿命であることが望まれている。
特開２００２−１５８３２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、従来のサージアブソーバでは、トリガ電極から放電電極に向けて大きな電流を流すと、トリガ電極と放電電極との接合部においてトリガ電極が発熱、損傷することがある。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、トリガ電極の損傷を抑制することでより高いサージ耐量を有し、長寿命化した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、絶縁性基板と、該絶縁性基板の一面上に放電間隙を介して対向配置されて前記絶縁性基板のそれぞれ異なる縁部まで形成された一対の放電電極と、該一対の放電電極の基端部を含む前記絶縁性基板の外周部上に配置されて該絶縁性基板の上部に放電空間を形成する蓋体とを備え、前記放電電極が、先端が前記放電間隙に臨むトリガ電極と、該トリガ電極に接続されて前記絶縁性基板の前記縁部まで延在する主放電電極とを有し、前記トリガ電極は、前記主放電電極の少なくとも一部と重なり、該主放電電極と接触する接触部のうち前記主放電電極の端部近傍の断面積が先端部よりも大きく、前記主放電電極が、前記トリガ電極のうち前記主放電電極の端部と重なる部分における幅方向中央と前記絶縁性基板の前記縁部の両端とで囲まれた領域よりも平面視で大きく、その幅が前記トリガ電極から離間するにしたがって広くなるように形成されていることを特徴とする。

この発明では、トリガ電極のうち主放電電極の端部近傍における断面積を増大させることで、トリガ電極の破損を抑制して高いサージ耐量とすることができる。
すなわち、トリガ電極の先端部で発生したアーク放電による放電電流が主放電電極に向けて流れる際、接触部のうち主放電電極における端部近傍の断面積を大きくすることで、この端部近傍におけるトリガ電極と主放電電極との接合強度を向上させると共に端部近傍における発熱を抑制する。これにより、トリガ電極の破損を防止してサージ耐量を高め、長寿命化が図れる。
また、トリガ電極の先端部の断面積を小さくすることで、放電がトリガされやすくなり、放電開始電圧を安定化させることができる。
さらに、アーク放電時に主放電電極を電流が、主放電電極のトリガ電極側から端部に向けて主放電電極の平面内で十分に拡散して流れる。これにより、主放電電極の発熱を低減し、サージアブソーバの長寿命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、前記接触部のうち前記端部近傍の幅が、前記先端部よりも広いこととしてもよい。
この発明では、トリガ電極のうち上記端部近傍の幅を先端部よりも広くすることで、端部近傍における主放電電極との接触面積が増大し、トリガ電極と主放電電極との接合強度が向上する。これにより、トリガ電極の破損を防止してサージ耐量を高め、長寿命化が図れる。

また、本発明のサージアブソーバは、前記接触部のうち前記端部近傍の厚さが、前記トリガ電極よりも厚いこととしてもよい。
この発明では、トリガ電極のうち上記端部近傍の厚さを先端部よりも厚くすることで、トリガ電極の端部近傍における強度が向上する。これにより、トリガ電極の破損を防止してサージ耐量を高め、長寿命化が図れる。

また、本発明のサージアブソーバは、前記主放電電極の前記端部近傍に凹凸部が形成されていることが好ましい。
この発明では、主放電電極のうち端部近傍の表面積が増大し、トリガ電極と主放電電極との接触面積が増大する。これにより、トリガ電極と主放電電極との接合強度が向上し、サージ耐量をより高めて長寿命化が図れる。

また、本発明のサージアブソーバは、前記凹凸部の最大高低差である最大表面凹凸が、０．５μｍ以上であることが好ましい。
この発明では、最大表面凹凸を０．５μｍ以上とすることで主放電電極とトリガ電極との接触面積が十分に確保され、サージ耐量が高められる。

また、本発明のサージアブソーバは、前記トリガ電極が、前記主放電電極のうち前記放電空間に露出する領域を被覆することが好ましい。
この発明では、放電空間で露出する主放電電極を覆うことで、トリガ電極と主放電電極との接触面積が増大する。したがって、上述と同様に、サージ耐量がより高められて長寿命化が図れる。
また、本発明のサージアブソーバは、前記接触部のうち前記主放電電極の端部近傍の幅が、他の部分よりも広くてもよい。

本発明のサージアブソーバによれば、端部近傍におけるトリガ電極と主放電電極との接合強度を向上させると共にトリガ電極の発熱を抑制してトリガ電極の破損を防止するので、サージ耐量が高められると共に長寿命化が図れる。

以下、本発明にかかるサージアブソーバの第１の実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
本実施形態におけるサージアブソーバ１は、図１から図３に示すように、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、絶縁性基板１０と、絶縁性基板１０の一面１０Ａ上に放電間隙１１を介して対向配置された一対の放電電極１２、１３と、絶縁性基板１０の外周部上に固定されて絶縁性基板１０上に放電空間１４を形成する蓋体１５と、一対の放電電極１２、１３にそれぞれ接続される端子電極１６、１７とを備えている。

絶縁性基板１０は、例えばアルミナなどの絶縁性材料で構成されており、平面視で長方形となっている。
放電間隙１１は、絶縁性基板１０の一面１０Ａに形成された後述するトリガ電極２１、２２の中央にレーザを照射するレーザカットによって形成されている。

放電電極１２、１３は、それぞれ放電間隙１１を介して絶縁性基板１０の一対の端辺（縁部）１０ｂ、１０ｃまで形成されており、それぞれトリガ電極２１、２２と、主放電電極２３、２４とを有する。
トリガ電極２１は、放電間隙１１から絶縁性基板１０の端辺１０ｂに向けて形成されており、放電間隙１１を介してトリガ電極２２と対向配置されている。そして、このトリガ電極２１は、例えばＴｉのような導電性材料によって構成されてスパッタ法によって厚さが０．１μｍ〜２０μｍ（望ましくは０．５μｍ〜５μｍ）となっている。
また、トリガ電極２１は、一端が放電間隙１１に臨む先端部２１ａと、主放電電極２３の一部を被覆する接触部２１ｂとを有する。

先端部２１ａは、平面視で矩形状を有しており、その膜厚が一定となっている。
接触部２１ｂは、先端部２１ａと一体的に連続して形成されており、一部が絶縁性基板１０の一面１０Ａに形成されている。また、接触部２１ｂは、平面視で台形状を有しており、放電間隙１１から離間する方向に向かうにしたがって、その幅が漸次広くなっていると共にその膜厚が漸次厚くなっている。したがって、接触部２１ｂのうち主放電電極２３の端部近傍の断面積は、先端部２１ａの断面積よりも大きくなっている。
なお、接触部２１ｂのうち主放電電極２３に形成された後述する凹凸部２３ａと対応する領域には、この凹凸部２３ａの形状に合わせた凹凸が形成されている。

主放電電極２３は、トリガ電極２１の基端側から絶縁性基板１０の端辺１０ｂまで形成されている。そして、この主放電電極２３は、例えば銀を含有する導電性ペーストによって構成されており、スクリーン印刷法によって厚さが１μｍ〜５０μｍ（望ましくは３μｍ〜２０μｍ）となっている。
また、主放電電極２３は、その幅がトリガ電極２１から離間するにしたがって広くなっており、基端が絶縁性基板の端辺１０ｂの両端にわたって形成されている。
そして、主放電電極２３は、図３に示すように、トリガ電極２１の接触部２１ｂのうち主放電電極２３の端部と重なる部分における幅方向中央の点Ｐ１と、端辺１０ｂの両端の点Ｐ２、Ｐ３とで囲まれた領域よりも大きく形成されている。すなわち、主放電電極２３は、平面視において点Ｐ１〜Ｐ３で囲まれた三角形よりも大きくなるように形成されている。
また、主放電電極２３は、図２に示すように、トリガ電極２１の接触部２１ｂで被覆された領域に凹凸部２３ａが形成されている。この凹凸部２３ａは、凹部と凸部との最大高低差である最大表面凹凸が０．５μｍより大きくなるように形成されている。
一方、トリガ電極２２及び主放電電極２４は、トリガ電極２１や主放電電極２３と同様の構成となっている。すなわち、トリガ電極２２は先端部２２ａ及び接触部２２ｂを有しており、主放電電極２４には凹凸部２４ａが形成されている。

蓋体１５は、絶縁性基板１０と同様に、例えばアルミナなどの絶縁性材料で構成されている。そして、蓋体１５のうち絶縁性基板１０の一面１０Ａと対向する面には、放電空間１４を形成するための凹部１５ａが形成されている。そして、蓋体１５は、凹部１５ａの全周を囲むようにガラス材料を含有する接着剤２５を介して絶縁性基板１０の外周部と接触すると共に、これらの間に形成される放電空間１４を気密性よく封止している。
ここで、放電空間１４内には、トリガ電極２１、２２間での放電条件を一定にしてサージアブソーバ１の放電特性を安定させるために、例えばＡｒ（アルゴン）などの不活性ガスが封止されている。

端子電極１６、１７は、Ａｇなどの導電性材料で構成されており、絶縁性基板１０の縁部に露出した主放電電極２３、２４とそれぞれ接触している。また、端子電極１６、１７の表面には、メッキ処理が施されている。

以上のように構成された本発明のサージアブソーバ１について、以下にその製造方法を説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、アルミナ製の絶縁性基板１０の一面１０Ａ上に、スクリーン印刷法によって１μｍ〜５０μｍ（望ましくは３μｍ〜２０μｍ）の膜厚を有する一対の主放電電極２３、２４を形成する。そして、主放電電極２３、２４のうちトリガ電極２１、２２で被覆される領域に凹凸部２３ａ、２４ａをそれぞれ形成する。ここで、凹凸部２３ａ、２４ａは、最大表面凹凸が０．５μｍ以上となるように形成される。

次に、図４（ｂ）に示すように、所定の位置に開口が設けられたマスクＭを用いてスパッタ法により、図４（ｃ）に示すように、０．１μｍ〜２０μｍ（望ましくは０．５μｍ〜５μｍ）の膜厚を有するトリガ電極２１、２２をそれぞれ形成する。ここで、トリガ電極２１、２２は、例えばＴｉなどの導電性材料で形成されている。
このとき、マスクＭのうち接触部２１ｂ、２２ｂとなる幅広の開口が形成された領域では、スパッタ法によって飛来した導電性材料の回り込みが多くなるので厚膜となる。逆に、マスクＭのうち先端部２１ａ、２２ａとなる幅狭の開口が形成された領域では、導電性材料の回り込みが少なくなるので薄膜となる。このため、トリガ電極２１、２２の膜厚は、先端部２１ａ、２２ａで薄く、接触部２１ｂ、２２ｂで厚くなる。
この後、図４（ｄ）に示すように、トリガ電極２１、２２の中央に、レーザを照射することで放電間隙１１を形成する。

続いて、図４（ｅ）に示すように、絶縁性基板１０の周囲にガラス材料を含有する接着剤２５を印刷法にて形成する。その後、図４（ｆ）に示すように、例えばＡｒのような不活性ガスの雰囲気中において、絶縁性材料で構成された蓋体１５を、一対の放電電極１２、１３を覆うようにして絶縁性基板１０上に接着剤２５で接着する。このとき、形成された放電空間１４には、不活性ガスが封入される。

さらに、図４（ｇ）に示すように、絶縁性基板１０及び蓋体１５の両端に、絶縁性基板１０の端辺１０ｂ、１０ｃに露出された一対の主放電電極２３、２４と導通するように、ディップ法によって、例えばＡｇ（銀）とガラス材料とで構成されたペーストを付着させて端子電極１６、１７を形成する。最後に、端子電極１６、１７の表面に、メッキ処理を施す。以上のようにして、サージアブソーバ１を製造する。

以上のように構成されたサージアブソーバ１は、サージが端子電極１６、１７から侵入すると、放電間隙１１を介して対向配置されたトリガ電極２１、２２の間でグロー放電を行う。このグロー放電によって発生した電流は、トリガ電極２１、２２から主放電電極２３、２４に向けて流れる。ここで、トリガ電極２１、２２の接触部２１ｂ、２２ｂのうち主放電電極２３、２４の端部近傍における断面積が先端部２１ａ、２２ａと比較して大きいため、この端部近傍においてトリガ電極２１、２２の強度が高められていると共に発熱が抑制される。また、最大表面凹凸が０．５μｍ以上となるように凹凸部２３ａが形成されているため、主放電電極２３、２４とトリガ電極２１、２２との接触面積が十分に確保されており、主放電電極２３、２４とトリガ電極２１、２２との接合強度が高められる。

その後、トリガ電極２１、２２の間で発生するグロー放電から主放電電極２３、２４間で発生するアーク放電に遷移する。そして、このアーク放電によって発生した電流は、主放電電極２３、２４のそれぞれの先端から基端に向けて流れる。ここで、主放電電極２３がトリガ電極２１の接触部２１ｂのうち主放電電極２３の端部における幅方向中央と端辺１０ｂの両端とで囲まれた領域よりも大きく形成されているため、アーク放電によって発生した電流が拡散して流れる。同様に、主放電電極２４においても、同様に、アーク放電によって発生した電流が拡散して流れる。

このように構成されたサージアブソーバ１は、トリガ電極２１、２２の接触部２１ｂ、２２ｂのうち主放電電極２３、２４の端部近傍における断面積が先端部２１ａ、２２ａと比較して大きいため、トリガ電極２１、２２の破損を防止してサージアブソーバ１のサージ耐量を高めると共に、サージアブソーバ１の長寿命化が図れる。また、トリガ電極２１、２２の先端部２１ａ、２２ａの断面積が小さいので放電開始電圧を安定させることができる。

また、最大表面凹凸が０．５μｍより大きくなるように凹凸部２３ａが形成されており、主放電電極２３、２４とトリガ電極２１、２２との接合強度が高められているので、サージ耐量がより高められる。
そして、主放電電極２３が接触部２１ｂのうち主放電電極２３の端部と重なる部分における幅方向中央と端辺１０ｂの両端とで囲まれた領域よりも大きく形成されていると共に、主放電電極２４が接触部２２ｂのうち主放電電極２４の端部と重なる部分における幅方向中央と端辺１０ｃｂの両端とで囲まれた領域よりも大きく形成されている。したがって、さらにサージ耐量が高められる。

次に、第２の実施形態について、図５を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記実施形態で説明した構成要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、第２の実施形態におけるサージアブソーバ３０では、トリガ電極３１、３２が主放電電極２３、２４のうち放電空間内で露出する領域を被覆する接触部３１ｂ、３２ｂを有している点である。
すなわち、トリガ電極３１、３２は、それぞれ先端部３１ａ、３２ａと接触部３１ｂ、３２ｂとを有している。

このように構成されたサージアブソーバ３０によれば、上述と同様の作用、効果を奏するが、接触部３１ｂ、３２ｂが主放電電極２３、２４のうち放電空間内で露出する領域を被覆しているので、トリガ電極３１、３２と主放電電極２３、２４との接触面積が増大する。これにより、サージアブソーバ３０のサージ耐量がより高くなる。

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、トリガ電極の形状は、接触部のうち主放電電極の端部近傍の断面積が先端部よりも大きければよく、例えば図６（ａ）、（ｂ）に示すような形状の先端部４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ及び接触部４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂをそれぞれ有するトリガ電極４１、４２、４３、４４であってもよい。また、接触部のうち主放電電極の端部近傍の幅が先端部と同等であっても、膜厚を先端部よりも厚くすることによって断面積を先端部よりも大きくする構成としてもよい。
また、主放電電極の形状は、トリガ電極の接触部のうち主放電電極の端部における幅方向中央と一端辺の両端とで囲まれた領域よりも大きく形成されていればよく、例えば図６（ａ）、（ｂ）に示すような形状の主放電電極４５、４６、４７、４８であってもよい。

また、トリガ電極が主放電電極の一部を被覆しているが、トリガ電極と主放電電極とが重なる構成であれば、主放電電極がトリガ電極の一部を被覆する構成としてもよい。
また、主放電電極は、トリガ電極の接触部のうち主放電電極の端部における幅方向中央と一端辺の両端とで囲まれた領域よりも大きく形成されているが、この領域よりも小さくてもよい。
また、主放電電極に形成された凹凸部の最大表面凹凸を０．５μｍ以上となるように形成しているが、主放電電極とトリガ電極との接合強度が十分に確保されれば０．５μｍ未満であってもよい。さらに、主放電電極に凹凸部を形成しなくてもよい。
また、主放電電極が絶縁性基板の一端辺の両端にわたって形成されているが、主放電電極の基部が一端辺で露出していればよい。

また、放電電極に用いる導電性材料は、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ合金、ＳｎＯ_２、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔａ、Ｗ、ＳｉＣ、ＢａＡｌ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ａｇ／Ｐｔ合金、ＩＴＯ、Ｒｕなどの導電性材料、もしくはこれらの混合物、あるいはこれらにガラス材料などを加えた混合物によって構成されてもよい。
また、絶縁性基板及び蓋体に用いる絶縁性材料は、アルミナに限らず、コランダムや、ムライト、コランダムムライト、アクリル、ベークライトなどであってもよい。
また、封止する際の雰囲気、すなわち内部の不活性ガスは、放電特性に応じて決定され、例えば、Ｎ_２、Ｎｅ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｈ_２、ＳＦ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＯ_２及びこれらの混合ガスでもよい。
また、端子電極は、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｎｉなどの導電性金属、もしくはこれらの混合物にガラス材料や樹脂材料などを加えたものによって構成されてもよい。
また、トリガ電極をスパッタ法によって形成しているが、化学蒸着法（ＣＶＤ法）によって形成してもよい。このようにすることで、スパッタ法によってトリガ電極を形成することと比較して、より絶縁性基板への付着性のよく、高融点、高強度な特性を有するトリガ電極を形成することができる。

本発明の第１の実施形態におけるサージアブソーバを示す斜視図である。図１のサージアブソーバを示す断面図である。図１の絶縁性基板の平面図である。図１のサージアブソーバの製造工程を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態におけるサージアブソーバを示すもので、絶縁性基板の平面図である。本発明を適用可能な他のサージアブソーバを示すもので、絶縁性基板の平面図である。

符号の説明

１、３０サージアブソーバ
１０絶縁性基板
１０Ａ一面
１０ｂ、１０ｃ端辺（縁部）
１１放電間隙
１２、１３放電電極
１４放電空間
１５蓋体
２１、２２、３１、３２、４１、４２、４３、４４トリガ電極
２１ａ、２２ａ、３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ、４３ａ、４４ａ先端部
２１ｂ、２２ｂ、３１ｂ、３２ｂ、４１ｂ、４２ｂ、４３ｂ、４４ｂ接触部
２３、２４、４５、４６、４７、４８主放電電極

Claims

絶縁性基板と、該絶縁性基板の一面上に放電間隙を介して対向配置されて前記絶縁性基板のそれぞれ異なる縁部まで形成された一対の放電電極と、該一対の放電電極の基端部を含む前記絶縁性基板の外周部上に配置されて該絶縁性基板の上部に放電空間を形成する蓋体とを備え、
前記放電電極が、先端が前記放電間隙に臨むトリガ電極と、該トリガ電極に接続されて前記絶縁性基板の前記縁部まで延在する主放電電極とを有し、
前記トリガ電極は、前記主放電電極の少なくとも一部と重なり、該主放電電極と接触する接触部のうち前記主放電電極の端部近傍の断面積が先端部よりも大きく、
前記主放電電極が、前記トリガ電極のうち前記主放電電極の端部と重なる部分における幅方向中央と前記絶縁性基板の前記縁部の両端とで囲まれた領域よりも平面視で大きく、その幅が前記トリガ電極から離間するにしたがって広くなるように形成されていることを特徴とするサージアブソーバ。
前記接触部のうち前記端部近傍の幅が、前記先端部よりも広いことを特徴とする請求項１に記載のサージアブソーバ。
前記接触部のうち前記端部近傍の厚さが、前記トリガ電極よりも厚い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。
前記主放電電極の前記端部近傍に凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のサージアブソーバ。
前記凹凸部の最大高低差である最大表面凹凸が、０．５μｍ以上であ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。
前記トリガ電極が、前記主放電電極のうち前記放電空間に露出する領域を被覆す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。
前記接触部のうち前記主放電電極の端部近傍の幅が、他の部分よりも広い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。