JP5891829B2 - サージアブソーバ及びその製造方法 - Google Patents

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及びその製造方法に関する。

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、例えば特許文献１に示すように、互いに対向配置された一対の端子電極部材と、一対の端子電極部材を両端に配して内部に放電制御ガスを封止する絶縁性管とを備え、一対の端子電極部材の内表面に、中央部が盛り上がった膨出電極材が形成され、該膨出電極材に、前記端子電極部材よりも電子放出能の高い金属が含まれている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では、膨出電極材の盛り上がった中央部に電界が集中して容易に放電させることができ、波尾長の長いサージにも耐えることができる。また、膨出電極材に、端子電極部材よりも電子放出能の高い金属が含まれているので、放電助剤を塗布する必要が無く、放電開始電圧が安定するものである。

また、特許文献２には、一対の端子電極部材の間に放電空間を囲む絶縁性管がロウ付けによって固着されるとともに、一対の端子電極部材の内表面に、他方の端子電極部材に向けて突出する突出電極がそれぞれ固着され、該突出電極に、その放電開始面への溶融ロウ材の這い上がりを規制するロウ材ストッパ手段として凹部が形成されている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、ロウ付け時に溶融状態となったロウ材が端子電極部材の表面を這い上がって先端の放電開始面に付着し易く、電極部材としての材質がロウ材に変わってしまうことになるため、放電開始電圧が変化することを防ぐものである。すなわち、このサージアブソーバでは、ロウ付け時に突出電極の基端部まで溶融ロウ材が達したとしても、ロウ材ストッパ手段の凹部によって放電開始面への這い上がりが規制されているので、放電開始面自体は電極部材のまま維持することができるものである。

特開２０１０−１７０９１７号公報 特開２００７−３２９０２９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、従来の構造では、電極間距離を短くして放電開始電圧が低電圧のものを作製しようとした際に、放電ギャップを小さくする必要があるが、特許文献１の技術では、サージアブソーバ自体の大きさを小さく（短く）しなければならず、放電空間が小さくなってサージ耐量が低下してしまう不都合があった。また、放電電極を成形して突起を設けた突出電極を形成することで電極間距離を短くする方法もあるが、この方法では突出電極の表面に溶融したロウ材が不均一に這い上がって放電開始電圧が変化する場合があった。これに対して特許文献２の技術では、溶融したロウ材の這い上がりを途中で規制するロウ材ストッパ手段として凹部を突出電極の外表面に形成しているが、この場合、突出電極を構成する材料の電子放出能が低い場合、放電特性を向上させるには、電極の先端に別途、電子放出剤を塗布する必要があり、製造工程及び製造コストが増大してしまう問題があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、安定して低電圧の放電開始電圧を有し、低コストで作製可能な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、第１の発明に係るサージアブソーバは、絶縁性管と、該絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極と、前記一対の封止電極の一方に基端が導電性融着材で固着され先端が他方に向けて突出した突出電極部材とを備え、前記突出電極部材が、基端から先端まで形成された溝部又は孔部を有し、前記導電性融着材が、前記封止電極よりも電子放出能の高い金属を含有し、前記溝部内又は前記孔部内に基端から先端まで延在していることを特徴とする。

このサージアブソーバでは、導電性融着材が、封止電極よりも電子放出能の高い金属を含有し、突出電極部材の基端から先端まで形成された溝部内又は孔部内に基端から先端まで延在しているので、電子放出能が高い導電性融着材が放電開始面となる突出電極部材の先端まで達して延在していることで、電子放出剤を塗布する必要が無く安定して低い放電開始電圧が得られる。すなわち、上記特許文献２の技術では、突出電極の途中で這い上がったロウ材を規制してロウ材が放電開始面にならないように設定しているのに対し、本発明では、電子放出能の高い導電性融着材を積極的に突出電極部材の先端まで延在させているので、突出電極部材の先端から安定して低電圧で放電を開始させることが可能になる。

第２の発明に係るサージアブソーバは、第１の発明において、前記突出電極部材の先端に、前記導電性融着材の溜まり部が形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、突出電極部材の先端に、導電性融着材の溜まり部が形成されているので、電子放出能の高い金属が先端にまとまって存在することで、さらに安定して低電圧で放電を開始させることができる。

第３の発明に係るサージアブソーバは、第１又は第２の発明において、前記突出電極部材が、内部に前記孔部として貫通孔が形成された筒状部材であ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、突出電極部材が、内部に孔部として貫通孔が形成された筒状部材であるので、筒状部材の貫通孔内に延在して先端まで達している導電性融着材により放電させることができる。

第４の発明に係るサージアブソーバは、第１又は第２の発明において、前記突出電極部材が、側面に前記溝部が形成された柱部材であ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、突出電極部材が、側面に溝部が形成された柱部材であるので、溝部内に延在して先端まで達している導電性融着材により放電させることができる。

第５の発明に係るサージアブソーバは、第１又は第２の発明において、前記突出電極部材が、板材を折り曲げて隙間状の前記溝部が形成された金属板部材であ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、突出電極部材が、板材を折り曲げて隙間状の溝部が形成された金属板部材であるので、板材の隙間状の溝部内に延在して先端まで達している導電性融着材により放電させることができる。

第６の発明に係るサージアブソーバは、第１から第５のいずれかの発明において、前記突出電極部材が、Ｃｕで形成され、前記導電性融着材が、Ａｇを含有したロウ材であ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、突出電極部材が、Ｃｕで形成され、導電性融着材が、Ａｇを含有したロウ材であるので、Ｃｕよりも高い電子放出能を有するＡｇを含有したロウ材により放電させることができ、安価で安定した低い放電開始電圧を得ることができる。

第７の発明に係るサージアブソーバの製造方法は、第１から第６のいずれかの発明に係るサージアブソーバを製造する方法であって、内部に放電制御ガスと突出電極部材とを入れた状態で絶縁性管の両端開口部を一対の封止電極で閉塞する組み込み工程と、前記一対の封止電極の内面に設けた導電性融着材で前記一対の封止電極と前記絶縁性管とを固着させると共に前記一対の封止電極の一方と前記突出電極部材の基端とを固着させる固着工程とを有し、前記突出電極部材が、基端から先端まで形成された溝部又は孔部を有し、前記導電性融着材が、前記封止電極よりも電子放出能の高い金属を含有し、前記固着工程で、加熱溶融させた前記導電性融着材を毛細管現象により前記溝部内又は前記孔部内を前記突出電極部材の基端から先端まで延ばして延在させることを特徴とする。

すなわち、このサージアブソーバの製造方法では、固着工程で、加熱溶融させた導電性融着材を毛細管現象により溝部内又は孔部内を突出電極部材の基端から先端まで延ばして延在させるので、組み込み工程前に、別途、溝部内又は孔部内に導電性融着材を設けた突出電極部材を作製する必要が無く、固着工程で同時に導電性融着材を突出電極部材の先端まで延在させることができる。したがって、製造工程の削減及び製造コストの低減が可能になる。

第８の発明に係るサージアブソーバの製造方法は、第７の発明において、前記溝部又は前記孔部が、前記突出電極部材の基端から先端までの最短距離となる経路で形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の製造方法では、溝部又は孔部が、突出電極部材の基端から先端までの最短距離となる経路で形成されているので、固着工程で溶融した導電性融着材が毛細管現象により最短距離で先端まで這い上がることができ、確実に導電性融着材を基端から先端まで延在させることができる。

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及びその製造方法によれば、導電性融着材が、封止電極よりも電子放出能の高い金属を含有し、突出電極部材の基端から先端まで形成された溝部内又は孔部内に基端から先端まで延在するので、電子放出剤を塗布する必要が無く安定して低い放電開始電圧が得られる。
したがって、放電開始電圧の低電圧化と応答性の高速化とが可能になると共に、低コストで作製することが可能になる。

本発明に係るサージアブソーバ及びその製造方法の第１実施形態を示す斜視図（ａ）、分解斜視図（ｂ）及び突出電極部材の手前で切断した縦断面図（ｃ）である。 本発明に係るサージアブソーバ及びその製造方法の第２実施形態を示す斜視図（ａ）、分解斜視図（ｂ）及び突出電極部材の手前で切断した縦断面図（ｃ）である。 本発明に係るサージアブソーバ及びその製造方法の第３実施形態を示す斜視図（ａ）、分解斜視図（ｂ）及び突出電極部材の手前で切断した縦断面図（ｃ）である。 本発明に係るサージアブソーバ及びその製造方法の比較例１を示す斜視図（ａ）、分解斜視図（ｂ）及び縦断面図（ｃ）である。 本発明に係るサージアブソーバ及びその製造方法の比較例２を示す斜視図（ａ）、分解斜視図（ｂ）及び突出電極部材の手前で切断した縦断面図（ｃ）である。

以下、本発明に係るサージアブソーバ及びその製造方法の第１実施形態を、図１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に示すように、絶縁性管２と、該絶縁性管２の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極３と、一対の封止電極３の一方に基端が導電性融着材Ｈで固着され先端が他方に向けて突出した突出電極部材４とを備えている。

上記突出電極部材４は、基端から先端まで形成された孔部４ａを有している。本実施形態では、突出電極部材４が、内部に孔部４ａとして貫通孔が中心軸上に形成された円筒状部材であり、Ｃｕで構成されている。
上記導電性融着材Ｈは、封止電極３よりも電子放出能の高い金属を含有し、孔部４ａ内に基端から先端まで延在している。また、突出電極部材４の先端には、導電性融着材Ｈの溜まり部Ｈａが形成されている。この導電性融着材Ｈは、封止電極３よりも電子放出能の高い金属としてＡｇを含有したロウ材であって、例えばＡｇを含むロウ材としてＡｇ−Ｃｕロウ材で形成されている。

上記絶縁性管２は、セラミックス筐体であって、外形が角柱で中空な角筒形状のセラミックス材で形成されている。なお、絶縁性管２は、アルミナなどの結晶性セラミックス材が好ましいが、鉛ガラス等のガラス管を採用しても構わない。
また、絶縁性管２の内周面であって一対の封止電極３の中間部分には、導電性材料で形成されたトリガ部５が設けられている。該トリガ部５は、例えば炭素材で形成されたカーボントリガである。また、このトリガ部５は、図１のような楕円膜状以外に、点状や絶縁性管２の軸線方向又は周方向への線状に形成しても構わない。なお、このトリガ部５は、要望される特性に応じて形成しなくても構わない。

上記封止電極３は、四角板状の電極部であり、絶縁性管２の両端開口部に導電性融着材Ｈにより加熱処理によって密着状態に固定されている。
上記絶縁性管２内に封入される放電制御ガスは、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。

次に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。
このサージアブソーバ１の製造方法は、内部に放電制御ガスと突出電極部材４とを入れた状態で絶縁性管２の両端開口部を一対の封止電極３で閉塞する組み込み工程と、一対の封止電極３の内面に設けた導電性融着材Ｈで一対の封止電極３と絶縁性管２とを固着させると共に一対の封止電極３の一方と突出電極部材４の基端とを固着させる固着工程とを有している。

このサージアブソーバ１を作製するには、まず内面にトリガ部５が形成された絶縁性管２を用意すると共に、基端から先端まで形成された孔部４ａとして貫通孔が形成された円筒状の突出電極部材４を用意する。
次に、絶縁性管２の接合面及び封止電極３の内面に所定厚さの導電性融着材Ｈを配すると共に、突出電極部材４を一方の封止電極３の内面の導電性融着材Ｈ上に立てた状態で、絶縁性管２内の空気を所定の放電制御ガス（例えば、Ａｒ）で置換した後に、加熱処理により密着固定する。

すなわち、加熱ヒータの穴内に、一方の封止電極３、板状の導電性融着材Ｈ、絶縁性管２、突出電極部材４、板状の導電性融着材Ｈ及び他方の封止電極３の順番で挿入する。そして、この状態で絶縁性管２の空気を所定の放電制御ガス（例えばＡｒ）で置換した後、封止電極３を絶縁性管２の両端に加圧密着させて加熱する。

この際、加熱溶融された導電性融着材Ｈは、毛細管現象により孔部４ａ内を突出電極部材４の基端から先端まで延びて延在する。すなわち、突出電極部材４の孔部４ａが、溶融した導電性融着材Ｈが毛細管現象で先端まで這い上ることができる内径に設定されている。なお、導電性融着材Ｈは、突出電極部材４の先端でロウ材たまりを形成するまで這い上がらせることが好ましい。
これにより、導電性融着材Ｈで封止電極３と絶縁性管２とを密着させて封止を行うことで、放電制御ガスを絶縁性管２内に封入すると共に突出電極部材４を固着し、さらに導電性融着材Ｈを突出電極部材４の先端まで登らせることで、サージアブソーバ１が作製される。

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、まずトリガ部５と突出電極部材４の先端の導電性融着材Ｈ（溜まり部Ｈａ）との間でトリガ放電が行われ、このトリガ放電をきっかけに、さらに放電が進展して一対の封止電極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では、導電性融着材Ｈが、封止電極３よりも電子放出能の高い金属を含有し、突出電極部材４の基端から先端まで形成された孔部４ａ内に基端から先端まで延在しているので、電子放出能が高い導電性融着材Ｈが放電開始面となる突出電極部材４の先端まで達して延在していることで、電子放出剤を塗布する必要が無く安定して低い放電開始電圧が得られる。

すなわち、突出電極部材４が、内部に孔部４ａとして貫通孔が形成された筒状部材であるので、筒状部材の孔部４ａ内に延在して先端まで達している電子放出能の高い導電性融着材Ｈにより放電させることができる。
特に、突出電極部材４の先端に、導電性融着材Ｈの溜まり部Ｈａが形成されているので、電子放出能の高い金属が先端にまとまって存在することで、さらに安定して低電圧で放電を開始させることができる。

また、固着工程で、加熱溶融させた導電性融着材Ｈを毛細管現象により孔部４ａ内を突出電極部材４の基端から先端まで延ばして延在させるので、組み込み工程前に、別途、孔部４ａ内に導電性融着材Ｈを設けた突出電極部材４を作製する必要が無く、固着工程で同時に導電性融着材Ｈを突出電極部材４の先端まで延在させることができる。したがって、製造工程の削減及び製造コストの低減が可能になる。
さらに、孔部４ａが、突出電極部材４の基端から先端までの最短距離となる経路で形成されているので、固着工程で溶融した導電性融着材Ｈが毛細管現象により最短距離で先端まで這い上がることができ、確実に導電性融着材Ｈを基端から先端まで延在させることができる。

次に、本発明に係るサージアブソーバの第２及び第３実施形態について、図２及び図３を参照して以下に説明する。なお、以下の各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実施形態では、突出電極部材４が、内部に孔部４ａとして貫通孔が形成された筒状部材であるのに対し、第２実施形態のサージアブソーバ２１では、図２に示すように、突出電極部材２４が、側面に溝部２４ａが形成された柱部材である点である。すなわち、第２実施形態の突出電極部材２４は、円柱状に形成された部材の外周面に断面略Ｖ字状に切り込まれた溝部２４ａが中心軸に沿って形成され、該溝部２４ａ内に固着工程で溶融して毛細管現象で這い上がった導電性融着材Ｈが延在している。
したがって、第２実施形態のサージアブソーバ２１では、突出電極部材２４が、側面に溝部２４ａが形成された柱部材であるので、溝部２４ａ内に延在して先端まで達している電子放出能の高い導電性融着材Ｈにより放電させることができる。

第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、突出電極部材４が、内部に孔部４ａとして貫通孔が形成された筒状部材であるのに対し、第３実施形態のサージアブソーバ３１では、図３に示すように、突出電極部材３４が、板材を折り曲げて隙間状の溝部３４ａが形成された金属板部材である点である。

第３実施形態の突出電極部材３４は、長方形状のＣｕ板を、溶融した導電性融着材Ｈが毛細管現象で這い上がれる隙間状の溝部３４ａが得られるように、２箇所で折り曲げて形成されている。すなわち、山折りと谷折りとを行うことで折り返した段折りをしてＣｕ板を折り畳み、この状態でＣｕ板を立てることで、サージアブソーバ３１の軸線に沿った２つの折り目と溝部３４ａとを有する突出電極部材３４が得られる。なお、Ｃｕ板を折り曲げる際に、導電性融着材Ｈが毛細管現象で這い上がれる隙間状の溝部３４ａが少なくとも１つ得られるように曲げ角度を設定すると共に、突出電極部材３４が立設可能なように折り曲げる。

したがって、第３実施形態のサージアブソーバ３１では、突出電極部材３４が、板材を折り曲げて隙間状の溝部３４ａが形成された金属板部材であるので、板材の隙間状の溝部２４ａ内に延在して先端まで達している電子放出能の高い導電性融着材Ｈにより放電させることができる。

次に、本発明に係るサージアブソーバ及びその製造方法を、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。

代表的に上記第３実施形態のサージアブソーバ３１の実施例として、高さ２．８ｍｍの突出電極部材３４を、長さ３．３ｍｍ、断面寸法３．２ｍｍ×２．３ｍｍの絶縁性管２内に立設させた実施例１を作製した。なお、突出電極部材３４の先端から対向する導電性融着材Ｈまでの距離は、０．５ｍｍである。
この実施例１について、直流放電開始電圧Ｖ_ｓ（単位Ｖ）と、１．２／５０ ６ｋＶ印加時の放電開始電圧Ｖ_ｉｍｐ（単位Ｖ）とを測定し、さらに応答性の目安としてＶ_ｉｍｐ／Ｖ_ｓを求めた。なお、Ｖ_ｉｍｐ／Ｖ_ｓは、「１」に近いほど応答性に優れている。

また、比較のため、特許文献１に記載のサージアブソーバ１０１として、図４に示すように、封止電極３の内表面に、中央部が盛り上がった導電性融着材Ｈからなる膨出電極材が形成された比較例１を作製した。また、比較例２として、互いに対向状態に突出して一対の封止電極３の内面に内側電極１０６を介して立設した一対のＣｕの円柱状電極部材１０４を備え、これら円柱状電極部材１０４の表面に電子放出剤（セシウム化合物）を塗布したサージアブソーバ１２１も作製した。そして、これらの比較例についても、実施例１と同様の測定を行った。
なお、比較例１及び２の絶縁性管２の寸法は、実施例１と同様としている。また、比較例２の一対の円柱状電極部材１０４は、高さ１．４ｍｍ、直径１．０ｍｍであり、互いの間隔を０．５ｍｍとした。これらの結果を、表１に示す。

これらの結果からわかるように、突出電極部材４が無いだけで、ほぼ同じ構造である比較例１に比べて、本発明の実施例１は直流放電開始電圧Ｖ_ｓ及び６ｋＶ印加時の放電開始電圧Ｖ_ｉｍｐが大幅に低下している。また、本発明の実施例１と比較例２とを比べると、実施例１は直流放電開始電圧Ｖ_ｓが１００Ｖ程度高いのにかかわらず、６ｋＶ印加時の放電開始電圧Ｖ_ｉｍｐが低くなっており、応答性に優れ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および上記各実施例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。

１，２１，３１，１０１，１２１…サージアブソーバ、２…絶縁性管、３…封止電極、４，２１，３１…突出電極部材、４ａ…孔部、２４ａ，３４ａ…溝部、５…トリガ部、Ｈ…導電性融着材、Ｈａ…溜まり部

Claims (8)

1. 絶縁性管と、
   該絶縁性管の両端開口部を閉塞して内部に放電制御ガスを封止する一対の封止電極と、
   前記一対の封止電極の一方に基端が導電性融着材で固着され先端が他方に向けて突出した突出電極部材とを備え、
   前記突出電極部材が、基端から先端まで形成された溝部又は孔部を有し、
   前記導電性融着材が、前記封止電極よりも電子放出能の高い金属を含有し、前記溝部内又は前記孔部内に基端から先端まで延在していることを特徴とするサージアブソーバ。
2. 請求項１に記載のサージアブソーバにおいて、
   前記突出電極部材の先端に、前記導電性融着材の溜まり部が形成されていることを特徴とするサージアブソーバ。
3. 請求項１又は２に記載のサージアブソーバにおいて、
   前記突出電極部材が、内部に前記孔部として貫通孔が形成された筒状部材であることを特徴とするサージアブソーバ。
4. 請求項１又は２に記載のサージアブソーバにおいて、
   前記突出電極部材が、側面に前記溝部が形成された柱部材であることを特徴とするサージアブソーバ。
5. 請求項１又は２に記載のサージアブソーバにおいて、
   前記突出電極部材が、折れ曲がった板材により隙間状の前記溝部が形成された金属板部材であることを特徴とするサージアブソーバ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のサージアブソーバにおいて、
   前記突出電極部材が、Ｃｕで形成され、
   前記導電性融着材が、Ａｇを含有したロウ材であることを特徴とするサージアブソーバ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のサージアブソーバを製造する方法であって、
   内部に放電制御ガスと突出電極部材とを入れた状態で絶縁性管の両端開口部を一対の封止電極で閉塞する組み込み工程と、
   前記一対の封止電極の内面に設けた導電性融着材で前記一対の封止電極と前記絶縁性管とを固着させると共に前記一対の封止電極の一方と前記突出電極部材の基端とを固着させる固着工程とを有し、
   前記突出電極部材が、基端から先端まで形成された溝部又は孔部を有し、
   前記導電性融着材が、前記封止電極よりも電子放出能の高い金属を含有し、
   前記固着工程で、加熱溶融させた前記導電性融着材を毛細管現象により前記溝部内又は前記孔部内を前記突出電極部材の基端から先端まで延ばして延在させることを特徴とするサージアブソーバの製造方法。
8. 請求項７に記載のサージアブソーバの製造方法において、
   前記溝部又は前記孔部が、前記突出電極部材の基端から先端までの最短距離となる経路で形成されていることを特徴とするサージアブソーバの製造方法。

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