JP5218769B2

JP5218769B2 - サージアブソーバ

Info

Publication number: JP5218769B2
Application number: JP2009038713A
Authority: JP
Inventors: 芳幸田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2009-02-21
Filing date: 2009-02-21
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2029-02-21
Also published as: JP2010198737A

Description

本発明は、落雷等で発生する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、応答性の良好なサージアブソーバとして、例えば特許文献１に示すように、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、導電性皮膜で被包した円柱状の絶縁性部材である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放電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着された放電型サージアブソーバである。

一方、例えば特許文献２に示すように、棒状の放電基体よりなる複数の放電電極を放電間隙を隔てて対向配置し、これを放電ガスと共に気密容器内に封入し、電極基体の下端部に接続されたリード端子を気密容器外に導出した放電型サージ吸収素子において、気密容器内の誘電体基台表面にカーボン線のトリガ電極を各放電電極と微小間隙を開けて設けたカーボントリガ線式の放電型サージ吸収素子が提案されている。

特開２００３−２８２２１６号公報特許第２７４５３９３号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に示すようなマイクロギャップ式のサージアブソーバでは、サージ吸収素子を作製するために着膜などの工程が多数必要であり、高い精度が要求されるため、製造コストが増大すると共に、小型化が難しいという不都合があった。また、特許文献２に示すようなカーボントリガ線式のサージアブソーバでは、内部にカーボンの線を描かねばならず、さらに小型化の阻害要因になっていた。特に、１．６ｍｍ×０．８ｍｍのいわゆる１６０８サイズ以下の小型化が困難であった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、マイクロギャップやカーボントリガ線を形成することなく、応答性が良好で低コスト化及び小型化が可能な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、該絶縁性基板上に対向状態に形成された一対の主放電電極と、前記一対の主放電電極上に配置され前記一対の主放電電極間に架設されていると共に前記絶縁性基板以上の比誘電率の材料で形成されたアーチ形状のトリガ碍子と、前記絶縁性基板上に設置されて内部空間に前記トリガ碍子を配した状態で放電ガスを封止する箱状蓋体と、を備え、前記トリガ碍子の前記主放電電極に接触する電極接触部が、凸曲面形状とされていることを特徴とする。

このサージアブソーバでは、トリガ碍子の主放電電極に接触する電極接触部が、凸曲面形状とされているので、電極接触部が主放電電極にＲをもって接触することで、主放電電極と電極接触部との隙間で電界が集中してトリガ放電しやすくなり、高い応答性を得ることができる。したがって、マイクロギャップやカーボントリガ線を形成することなく、応答性が良好で低コスト化及び小型化が可能となる。また、絶縁性基板及び箱状蓋体によって全体がチップ状となり、表面実装が容易なチップ型サージアブソーバとすることができる。

また、本発明のサージアブソーバは、前記トリガ碍子が、前記箱状蓋体の一部で構成され前記箱状蓋体と一体化されていることを特徴とする。
すなわち、このサージアブソーバでは、トリガ碍子が、箱状蓋体の一部で構成され箱状蓋体と一体化されているので、絶縁性基板上に箱状蓋体を密着状態に接着するだけでトリガ碍子を主放電電極上に設置することができ、別体のトリガ碍子を箱状蓋体の内部空間に入れ込んで封止する場合に比べて容易に作製可能である。

さらに、本発明のサージアブソーバは、前記箱状蓋体が、絶縁性材料で形成された複数の板状部材とこれら板状部材に挟まれた板状の前記トリガ碍子とが積層されて構成されていることを特徴とする。
すなわち、このサージアブソーバでは、箱状蓋体が、絶縁性材料で形成された複数の板状部材とこれら板状部材に挟まれた板状のトリガ碍子とが積層されて構成されているので、板状の各部材を積層して接着するだけでトリガ碍子を有する箱状蓋体を容易に作製することができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るサージアブソーバによれば、トリガ碍子の主放電電極に接触する電極接触部が、凸曲面形状とされているので、マイクロギャップやカーボントリガ線を形成することなく、応答性が良好で低コスト化及び小型化が可能となる。また、絶縁性基板と箱状蓋体とによりチップ状となるため、表面実装が容易となる。したがって、応答性に優れかつ安価な１６０８サイズ以下の小型のチップ型サージアブソーバが可能である。

本発明に係るサージアブソーバの第１実施形態を示す斜視図である。第１実施形態において、サージアブソーバを示す分解斜視図である。第１実施形態において、端子電極が形成されたサージアブソーバを示す斜視図である。本発明に係るサージアブソーバの第２実施形態を示す斜視図である。第２実施形態において、サージアブソーバを示す分解斜視図である。第２実施形態において、端子電極が形成されたサージアブソーバを示す斜視図である。本発明に係るサージアブソーバの比較例１を示す斜視図である。本発明に係るサージアブソーバの比較例２を示す斜視図である。

以下、本発明に係るサージアブソーバの第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態のサージアブソーバ１は、図１から図３に示すように、絶縁性基板２と、該絶縁性基板２上に対向状態に形成された一対の主放電電極３と、一対の主放電電極３上に配置され一対の主放電電極３間に架設されていると共に絶縁性基板２以上の比誘電率の材料で形成されたアーチ形状のトリガ碍子４と、絶縁性基板２上に設置されて内部空間Ｓにトリガ碍子４を配した状態で放電ガスを封止する箱状蓋体５と、箱状蓋体５及び絶縁性基板２の両端に対向配置され主放電電極３の端部に接続された一対の端子電極６と、を備えている。

上記絶縁性基板２と箱状蓋体５とは、アルミナ、ムライト、コランダムムライト等のセラミックス材料で形成されていると共に、互いにガラス接着剤（ガラスペースト）で接着されている。なお、本実施形態の絶縁性基板２と箱状蓋体５とは、アルミナで作製されている。
上記内部空間Ｓ内に封入される放電ガスは、不活性ガス等であって、例えばＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ，ＳＦ_６，ＣＯ_２，Ｃ_３Ｆ_８，Ｃ_２Ｆ_６，ＣＦ_４，Ｈ_２，大気等及びこれらの混合ガスが採用される。

上記主放電電極３は、例えばＡｇペースト等の導電性ペーストを絶縁性基板２上にそれぞれ長方形状にスクリーン印刷して、乾燥、焼成して形成したものである。なお、主放電電極３の基端は、絶縁性基板２の端面まで形成されて端子電極６に電気的に接続されている。

上記一対の端子電極６は、Ａｇペースト等の導電性ペーストやＮｉめっきやはんだめっき等により形成される。例えば、互いに接合された状態の絶縁性基板２及び箱状蓋体５の両端面にＡｇペースト等の導電性ペーストを塗布して焼成することで、一対の端子電極６が形成される。

上記トリガ碍子４は、一対の主放電電極３に接触する一対の電極接触部４ａを有し、比誘電率（εｒ）が７〜４０００の材料で一対の主放電電極３間を橋絡されたアーチ状に形成されている。例えば、トリガ碍子４の比誘電率は、アルミナで形成された絶縁性基板２と同じでも構わないが、より高い比誘電率が良く、好ましくは２５〜８０が良い。
上記一対の電極接触部４ａは、それぞれ凸曲面形状とされている。なお、本実施形態では、電極接触部４ａが球面形状とされ、主放電電極３に点接触している。

このサージアブソーバ１では、過電圧又は過電流が侵入すると、まずトリガ碍子４の電極接触部４ａと主放電電極３との隙間でトリガ放電が行われる。すなわち、凸曲面形状の電極接触部４ａと主放電電極３の表面とがＲをもって点接触し、電極接触部４ａと主放電電極３との隙間が接触点に向けて漸次狭まっているために電界が集中することで、電極接触部４ａと主放電電極３との隙間でトリガ放電が発生する。このトリガ放電をきっかけに、さらに沿面放電が進展して一対の主放電電極３間で放電が行われることでサージが吸収される。

このように本実施形態のサージアブソーバ１は、トリガ碍子４の主放電電極３に接触する電極接触部４ａが、凸曲面形状とされているので、トリガ碍子４が主放電電極３とＲをもって点接触することで、主放電電極３と電極接触部４ａとの隙間で電界が集中してトリガ放電しやすくなり、高い応答性を得ることができる。
したがって、マイクロギャップやカーボントリガ線を形成することなく、応答性が良好で低コスト化及び小型化が可能となる。また、絶縁性基板２及び箱状蓋体５によって全体がチップ状となり、表面実装が容易なチップ型サージアブソーバとすることができる。

次に、本発明に係るサージアブソーバの第２実施形態を、図４から図６を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態のサージアブソーバ１では、トリガ碍子４が箱状蓋体５の内部空間Ｓ内に別体の部材として収納されているのに対し、第２実施形態のサージアブソーバ２１では、図４から図６に示すように、トリガ碍子２４が、箱状蓋体２５の一部で構成され箱状蓋体２５と一体化されている点である。
すなわち、第２実施形態では、箱状蓋体２５が、絶縁性材料で形成された第１の板状部材２５Ａ及び第２の板状部材２５Ｂ（複数の板状部材）とこれらに挟まれた薄板状のトリガ碍子２４とが積層されて構成されている。

上記第１の板状部材２５Ａは、箱状蓋体２５の一方の側面を構成する薄板状とされている。また、上記第２の板状部材２５Ｂは、箱状蓋体２５の他方の側面を構成すると共に第１の板状部材２５Ａよりも厚くブロック状に近い板状とされ、内側に積層時に内部空間Ｓとなる凹部が形成されている。なお、第１の板状部材２５Ａ、第２の板状部材２５Ｂ及びトリガ碍子２４とは、それぞれ互いにガラス接着剤（ガラスペースト）等で接着されている。
上記トリガ碍子２４の電極接触部２４ａは、主放電電極３に対してＲをもって線接触又は面接触する凸曲面とされている。

このように第２実施形態のサージアブソーバ２１では、トリガ碍子２４が、箱状蓋体２５の一部で構成され箱状蓋体２５と一体化されているので、絶縁性基板２上に箱状蓋体２５を密着状態に接着するだけでトリガ碍子２４を主放電電極３上に設置することができ、別体のトリガ碍子４を箱状蓋体５の内部空間Ｓに入れ込んで封止する場合に比べて容易に作製可能である。

特に、このサージアブソーバ２１では、箱状蓋体２５が、絶縁性材料で形成された第１の板状部材２５Ａと第２の板状部材２５Ｂとに挟まれた板状のトリガ碍子２４とが積層されて構成されているので、板状の各部材を積層して接着するだけでトリガ碍子２４を有する箱状蓋体２５を容易に作製することができる。

次に、本発明に係るサージアブソーバを、上記実施形態に基づいて実際に作製した実施例により評価した結果を具体的に説明する。

上記第１実施形態のサージアブソーバであって、トリガ碍子を比誘電率（εｒ）が８．５及び８０の材料で形成した実施例１及び実施例２について、衝撃比（「インパルス放電開始電圧」／「直流放電開始電圧」）を測定した。また、上記第２実施形態のサージアブソーバであって、トリガ碍子を比誘電率（εｒ）が８０の材料で形成した実施例３について、同様に衝撃比を測定した。なお、衝撃比は１に近いほど応答性がよい。また、上記インパルスは、電圧波形１．２／５０５ｋＶを印加した。これらの評価結果を以下の表１に記載する。

また、比較例１として、図７に示すように、絶縁性基板２上にマイクロギャップＧを介して対向配置された一対の放電電極３３を内部空間Ｓに配して封止した従来のマイクロギャップ式のサージアブソーバ３１を作製して、同様に評価した結果を表１に併せて記載する。
また、比較例２として、図８に示すように、一対の端子電極部材４６から対向状態に突出した一対の凸部電極部材４３を備え、絶縁性管４５の内面にカーボンで形成されたトリガ部４７が形成された従来のアレスタ型のサージアブソーバ４１を作製して、同様に評価した結果も表１に併せて記載する。

これら評価の結果、実施例１の衝撃比が２であり、実施例２，３の衝撃比がそれぞれ１．２であった。このように、実施例１よりもトリガ碍子の比誘電率が高い実施例２，３の方が、衝撃比が１に近く、応答性が良い。また、これら実施例に対して比較例１の衝撃比は１．５、比較例２の衝撃比は４であった。このように、本発明の実施例１〜３では、マイクロギャップ式の比較例１に比べて衝撃比が同等であって、特に実施例２，３はより１に近い値であり、高速応答性を有していることがわかる。

なお、本発明の技術範囲は上記各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。

１，２１，３１，４１…サージアブソーバ、２…絶縁性基板、３…主放電電極、４，２４…トリガ碍子、４ａ，２４ａ…電極接触部、５，２５…箱状蓋体、６…端子電極、２５Ａ…第１の板状部材、２５Ｂ…第２の板状部材、Ｓ…内部空間

Claims

絶縁性基板と、
該絶縁性基板上に対向状態に形成された一対の主放電電極と、
前記一対の主放電電極上に配置され前記一対の主放電電極間に架設されていると共に前記絶縁性基板以上の比誘電率の材料で形成されたアーチ形状のトリガ碍子と、
前記絶縁性基板上に設置されて内部空間に前記トリガ碍子を配した状態で放電ガスを封止する箱状蓋体と、を備え、
前記トリガ碍子の前記主放電電極に接触する電極接触部が、凸曲面形状とされていることを特徴とするサージアブソーバ。
請求項１に記載のサージアブソーバにおいて、
前記トリガ碍子が、前記箱状蓋体の一部で構成され前記箱状蓋体と一体化されていることを特徴とするサージアブソーバ。
請求項２に記載のサージアブソーバにおいて、
前記箱状蓋体が、絶縁性材料で形成された複数の板状部材とこれら板状部材に挟まれた板状の前記トリガ碍子とが積層されて構成されていることを特徴とするサージアブソーバ。