JP6199444B1 - 放電素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超小型化に適し、簡易な構造でありながら電気特性のバラツキや不良の発生が少ない放電素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】放電素子において、基台は、主表面に形成された複数の第１凹部と、複数の第１凹部の内表面に形成された複数の放電電極と、複数の放電電極の間において、主表面と略同一面上にある基台の露出面上に形成されているスパークギャップと、複数の第１凹部のうち両端に位置する第１凹部のそれぞれから２つの側面のそれぞれにかけて形成されるとともに、内表面に導電性膜からなる外部電極が形成された２つの第１溝と、を有し、基台の主表面側を覆う蓋は、基台と対向する対向面に形成され、放電室を複数の第１凹部とともに形成する第２凹部と、対向面に、第２凹部から蓋の外周面まで延伸するように形成された第２溝と、を有し、基台と蓋とを接合する接合材は、枠板形状を有し、外気に対して放電室を密閉する閉塞部を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、放電素子およびその製造方法に関するものである。

電話機を含めた通信機器等には、落雷等により生じたサージ電圧、電流が侵入することがある。サージ電圧、電流が通信機器に侵入すると、通信機器を破壊したり、動作不良を発生させたりすることがある。そこで、通信機器には、サージ電圧、電流からの保護のために、放電によってサージ電圧、電流を逃がすための放電素子（サージアブソーバとも呼ばれる）が取り付けられている。

放電素子の一種であるギャップ型の放電素子は、サージ電圧、電流が侵入したときは、スパークギャップに放電電流が流れる。これによって、サージ電圧、電流は放電素子を経由して流れるので、通信機器へのサージ電圧、電流の侵入が防止される。

この種の放電素子として、特許文献１に記載のサージ吸収素子がある。このサージ吸収素子は、電極基板の平坦な表面にスパークギャップを構成する放電電極が形成され、かつ放電電極が、電極基板の側面の溝内に形成された導電性薄膜材を通じて裏面側の端子電極に電気的に接続している構造を有する。また、電極基板の表面には、凹部を有する蓋基板が取り付けられている。そして、スパークギャップは、蓋基板の凹部の内表面と電極基板の表面とが形成する放電室に収容されている。また、放電室には放電開始電圧調整用のガスが封入されている。また、特許文献１に記載の技術では、電極基板に多数のサージ吸収素子を形成し、これを個々の素子に切り分けることで、多数のサージ吸収素子を得ることができる。

特開２００２−２７０３３１号公報

従来のギャップ型の放電素子は、スクリーン印刷、マスクパターンを用いたエッチング等の電極形成技術を用いて平坦な基板表面に放電電極を形成している。この場合、上記の電極形成技術の電極形成精度に依存して、放電電極やスパークギャップの寸法が、個々の放電素子や放電素子のロット毎にばらつく場合があった。このように放電電極やスパークギャップの寸法にバラツキがあると、放電素子の電気特性（特に放電特性）もばらつくこととなる。さらには、上記の電極形成技術では、形成した放電電極の周囲に電極材料の滲みが発生したり、電極材料または不純物（マスク材料等）が残存したりする場合がある。このような滲みや残存は、放電素子の放電不良や放電電圧のバラツキの要因となるだけでなく、絶縁抵抗値が維持できない絶縁不良の要因ともなる。これらの問題は、所望の電気特性を有する放電素子の安定した製造や、製造歩留まりの点から好ましくない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、超小型化に適し、簡易な構造でありながら電気特性のバラツキや不良の発生が少ない放電素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る放電素子は、主表面と、前記主表面と接続する２つの側面と、を少なくとも有する、絶縁性材料からなる基台と、前記基台の前記主表面側を覆うように前記基台に取り付けられる、絶縁性材料からなる蓋と、前記基台と前記蓋との間に介在し、加熱により変形するとともに前記基台と前記蓋とを接合する材料からなる接合材と、を備え、前記基台は、前記主表面に形成された複数の第１凹部と、前記複数の第１凹部の内表面に形成された複数の放電電極と、前記複数の放電電極の間において、前記主表面と略同一面上にある前記基台の露出面上に形成されているスパークギャップと、前記複数の第１凹部のうち両端に位置する第１凹部のそれぞれから前記２つの側面のそれぞれにかけて形成されるとともに、内表面に導電性膜からなる外部電極が形成された２つの第１溝と、を有し、前記蓋は、前記基台と対向する対向面に形成され、前記複数の放電電極と前記スパークギャップとを収容する放電室を前記複数の第１凹部とともに形成する第２凹部と、前記対向面に、前記第２凹部から前記蓋の外周面まで延伸するように形成された第２溝と、を有し、前記接合材は、前記基台の前記複数の第１凹部と前記蓋の前記第２凹部とを連通する開口が形成された枠板形状を有し、外気に対して前記放電室を密閉する閉塞部を有することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る放電素子は、前記蓋の第２凹部の内表面にはトリガ電極が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る放電素子は、前記基台の前記第１凹部はＶ字状の溝であり、前記スパークギャップは前記第１凹部の延伸方向と同一方向に延伸していることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る放電素子は、前記基台は、前記主表面の反対側に位置し、前記２つの側面と接続する他の主表面である裏面を有し、前記裏面と前記２つの側面のそれぞれとが成す角部には切り欠き部が形成されており、前記２つの側面のうち同一の側面に対して形成されている前記切り欠き部と前記第１溝とは繋がっており、前記切り欠き部の内表面には、前記第１溝の内表面に形成された前記外部電極と繋がっている導電性膜が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る放電素子の製造方法は、主表面と、前記主表面と接続する２つの側面と、を少なくとも有する、絶縁性材料からなる基台であって、前記主表面に形成された複数の第１凹部と、前記複数の第１凹部の間に位置する突出部と、前記複数の第１凹部のうち両端に位置する第１凹部のそれぞれから前記２つの側面のそれぞれにかけて形成された２つの第１溝と、を有する基台を準備する工程と、前記基台の主表面、前記複数の第１凹部の内表面、前記突出部の表面および前記第１溝の内表面に導電性膜を形成する工程と、前記主表面および前記突出部の先端部を所定の研削ラインまで研削する工程と、枠板形状を有する接合材を介在させて、第２凹部が形成された対向面を有する蓋を、該対向面を前記基台の研削した面と対向させて前記基台に取り付ける工程と、前記蓋の対向面に形成され前記第２凹部から前記蓋の外周面まで延伸する第２溝、または前記基台の前記第１溝と前記接合材との間に形成された間隙から、前記複数の第１凹部と前記第２凹部とが形成する放電室内にガスを導入する工程と、前記接合材を加熱して、前記基台と前記蓋とを接合するとともに、前記接合材を変形させて前記第２溝および前記間隙を閉塞し、外気に対して前記放電室を密閉する工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る放電素子の製造方法は、前記基台を準備する工程において、前記準備する基台は、前記主表面の反対側に位置し、前記２つの側面と接続する他の主表面である裏面を有し、前記裏面と前記２つの側面のそれぞれとが成す角部には切り欠き部が形成されており、前記２つの側面のうち同一の側面に対して形成されている前記切り欠き部と前記第１溝とは繋がっており、前記導電性膜を形成する工程では、前記第１溝の内表面から前記切り欠き部の内表面にわたって導電性膜を形成することを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る放電素子の製造方法は、主表面と、前記主表面の反対側に位置する他の主表面である裏面と、を少なくとも有し、絶縁性材料からなる基台であって、前記主表面に形成された複数の第１凹部と、前記複数の第１凹部の間に位置する突出部と、前記複数の第１凹部のうち両端に位置する第１凹部のそれぞれから前記主表面に沿って延伸し、さらに前記主表面側から前記裏面側に延伸する第１溝と、を有する基台が１次元的または２次元的に配列されてなる基板を準備する工程と、前記基台の主表面、前記複数の第１凹部の内表面、、前記突出部の表面および前記第１溝の内表面に導電性膜を形成する工程と、前記主表面および前記突出部の先端部を所定の研削ラインまで研削する工程と、枠板形状を有する接合材が１次元的または２次元的に配列されてなる接合材基板を介在させて、第２凹部が形成された対向面を有する蓋が１次元的または２次元的に配列されてなる蓋基板を、該対向面を前記基台の研削した面と対向させて前記基台に取り付ける工程と、前記蓋の対向面に形成され前記第２凹部から前記蓋基板の外周面まで延伸する第２溝、または前記基台の前記第１溝と前記接合材との間に形成された間隙から、前記複数の第１凹部と前記第２凹部とが形成する放電室内にガスを導入する工程と、前記接合材を加熱して、前記基台と前記蓋とを接合するとともに、前記接合材を変形させて前記第２溝および前記間隙を閉塞し、外気に対して前記放電室を密閉する工程と、前記基板を個々の放電素子に切り分ける工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る放電素子の製造方法は、前記基板を準備する工程において、前記第１溝と繋がっている第３溝が前記裏面に形成された基板を準備し、前記導電性膜を形成する工程では、前記第１溝の内表面から前記第３溝の内表面にわたって導電性膜を形成し、前記基板を切り分ける工程では、前記第３溝を２つの切り欠き部に分けるように切り分けを行うことを特徴とする。

本発明によれば、超小型化に適し、簡易な構造でありながら電気特性のバラツキや不良の発生が少ない放電素子を実現できるという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る放電素子の模式図である。 図２は、図１に示す放電素子の基台を説明する模式図である。 図３は、図１に示す放電素子の蓋を説明する図である。 図４は、図１に示す放電素子の製造方法の一例のフローチャートである。 図５は、電極膜を形成する工程を説明する図である。 図６は、基台および電極膜を研削する工程を説明する模式図である。 図７は、蓋、接合材を取り付ける工程を説明する模式図である。 図８は、実施形態２に係る放電素子を説明する模式図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る放電素子およびその製造方法の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る放電素子の模式図である。図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。放電素子１００は、基台１０と、蓋２０と、接合材３０と、を備えている。

図２は、放電素子１００の基台１０を説明する模式図である。図２（ａ）は斜視図であり、図２（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。基台１０は、直方体状であり、主表面１１ａと、主表面１１ａと接続する２つの側面１２ａ、１２ｂと、主表面１１ａの反対側に位置し、２つの側面１２ａ、１２ｂと接続する他の主表面である裏面１１ｂとを有している。
基台１０は、セラミックス、樹脂、ガラス等の絶縁性材料からなる。基台１０の構成材料は、絶縁性材料であれば特に限定されないが、放電素子１００の使用環境における耐熱性、耐候性などを考慮して適宜選択すればよい。

さらに、基台１０は、主表面１１ａの略中央部に形成された複数の第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの内表面に形成された複数の放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃの間に位置するスパークギャップ１５ａ、１５ｂと、２つの第１溝１６ａ、１６ｂとを有する。

第１凹部１３ａは側面１２ａ側に位置し、Ｂ−Ｂ線断面がＶ字状の溝である。第１凹部１３ｃは側面１２ｂ側に位置し、Ｂ−Ｂ線断面がＶ字状の溝である。第１凹部１３ｂは第１凹部１３ａと第１凹部１３ｃの間に位置し、Ｂ−Ｂ線断面がＶ字状の溝である。第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃは側面１２ａ、１２ｂと略平行に延伸している。放電電極１４ａは第１凹部１３ａの内表面に、放電電極１４ｂは第１凹部１３ｂの内表面に、放電電極１４ｃは第１凹部１３ｃの内表面に、それぞれ形成された導電性膜により構成されている。スパークギャップ１５ａは放電電極１４ａと放電電極１４ｂとの間に位置し、スパークギャップ１５ｂは放電電極１４ｂと放電電極１４ｃとの間に位置する。スパークギャップ１５ａ、１５ｂは、いずれも、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの延伸方向と同一方向に延伸している、平面視で略長方形状のものであり、基台１０の露出面１０ａ、１０ｂ（導電性膜で覆われてない面）上に形成されている。この露出面１０ａ、１０ｂは主表面１１ａと略同一面上にある。スパークギャップ１５ａ、１５ｂの幅（ギャップ長）はたとえば０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度である。
なお、本実施形態１では、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、いずれもＢ−Ｂ線断面がＶ字状の溝であるが、矩形状やＵ字状などの溝でもよい。また、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、いずれも、Ｂ−Ｂ線と直交する方向における断面が矩形状の溝であるが、Ｕ字状やＶ字状などの溝でもよい。また、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃは同じ形状でもよいし、互いに違う形状でもよい。すなわち、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの形状は、スパークギャップ１５ａ、１５ｂが形成される形状であれば特に限定はされない。

第１溝１６ａは、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの両端のうち一端に位置する第１凹部１３ａから側面１２ａにかけて形成されるとともに、内表面に導電性膜からなる外部電極１７ａが形成されている。第１溝１６ｂは、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの両端のうち他の一端に位置する第１凹部１３ｃから側面１２ｂにかけて形成されるとともに、内表面に導電性膜からなる外部電極１７ｂが形成されている。外部電極１７ａは放電電極１４ａと電気的に接続しており、外部電極１７ｂは放電電極１４ｃと電気的に接続している。なお、第１溝１６ａ、１６ｂは断面が矩形状の溝であるが、溝の断面形状は特に限定されず、Ｕ字状やＶ字状などでもよい。
放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび外部電極１７ａ、１７ｂは、たとえばタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、等の高融点の金属あるいはこれらの合金の膜、ニッケル、コバール（登録商標）、金、銀、銅などの高導電性の金属、または導電性ペーストからなるが、導電性膜であれば特に限定はされない。

蓋２０は、基台１０の主表面１１ａ側を覆うように基台１０に取り付けられている。図３は、蓋２０を説明する図である。図３（ａ）は模式的な正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ矢視図である。

蓋２０は、直方体状であり、基台１０に取り付けられている状態で基台１０と対向する対向面２１と、対向面２１に形成された第２凹部２２とを有する。第２凹部２２は、基台１０に取り付けられている状態で、基台１０の第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃとともに、放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃとスパークギャップ１５ａ、１５ｂとを収容する放電室ＤＣを形成する（図１（ｂ）参照）。また、蓋２０は、対向面２１に、第２凹部２２から蓋２０の外周面２３ａ、２３ｂのそれぞれまで延伸するように形成された２つの第２溝２４ａ、２４ｂを有する。第２溝２４ａ、２４ｂは対向する側面にそれぞれ形成されている。なお、第２溝２４ａ、２４ｂは断面が矩形状の溝であるが、溝の断面形状は特に限定されず、Ｕ字状やＶ字状などでもよい。
蓋２０の第２凹部２２の内底面には、たとえばカーボンからなるトリガ電極２５が形成されている。
蓋２０は、セラミックス、樹脂、ガラス等の絶縁性材料からなる。蓋２０の構成材料は、絶縁性材料であれば特に限定されないが、放電素子１００の使用環境における耐熱性、耐候性などを考慮して適宜選択すればよい。

接合材３０は、基台１０と蓋２０との間に介在して、基台１０と蓋２０とを接合するものである。接合材３０は、基台１０と蓋２０とを接合でき、かつ加熱により軟化・変形する、樹脂やガラス等の接着性の材料からなる。なお、基台１０や蓋２０が樹脂やガラスからなる場合は、接合材３０は、その軟化温度が基台１０や蓋２０の軟化温度より低い材料からなる。接合材３０は、後述するように、基台１０の第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃと蓋２０の第２凹部２２とを連通する開口が形成された枠板形状を有している。また、接合材３０は、複数の閉塞部を有する。複数の閉塞部は、外気に対して、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃと第２凹部２２とが形成する放電室ＤＣを、外気に対して密閉するように突起した部分である。具体的には、複数の閉塞部は、第２溝２４ａを閉塞する閉塞部３１ａと、閉塞部３１ａと同様にして第２溝２４ｂを閉塞する閉塞部３１ｂと、第１溝１６ａのうち主表面１１ａに形成された部分を閉塞する閉塞部３２ａ（図１（ｂ）参照）と、閉塞部３２ａと同様にして第１溝１６ｂのうち主表面１１ａに形成された部分を閉塞する閉塞部３２ｂ（図１（ｂ）参照）と、を含む。これらの閉塞部により放電室ＤＣは密閉される。なお、放電室ＤＣにはＡｒ等の希ガス、Ｎ_２、ＣＯ_２等の不活性ガスを主成分とする放電開始電圧調整用ガスが封入されている。

つぎに、放電素子１００の使用方法および動作について説明する。放電素子１００を通信機器に取り付ける。放電素子１００は、放電素子１００を回路基板に載置し、外部電極１７ａ、１７ｂを所定の端子に半田等で接合することにより、簡単に基板実装できる。

通常の通信機器の使用時には放電素子１００には電圧、電流は流れない。しかし、通信機器に所定値以上の電圧を有するサージ電圧、電流が侵入したときは、まず放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃとトリガ電極２５との間にトリガ放電電流が流れ、これをきっかけとして、放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃを介してスパークギャップ１５ａ、１５ｂに放電電流が流れ、サージ電圧、電流は放電素子１００を経由して流れる。その結果、通信機器はサージ電圧、電流から保護される。

ここで、スパークギャップ１５ａ、１５ｂに放電電流が流れるときの放電電極１４ａと放電電極１４ｃとの間の最小の電圧を放電開始電圧とすると、放電開始電圧は、放電室に充填されている放電開始電圧調整用ガスの種類および圧力と、スパークギャップ１５ａ、１５ｂの幅（ギャップ長）と、トリガ電極２５の特性により定まる。ここで、トリガ電極２５は放電開始電圧の低減と放電の安定化を実現する。

（製造方法）
つぎに、放電素子１００の製造方法の一例について説明する。図４は、放電素子１００の製造方法の一例のフローチャートである。図３に示すように、本製造方法では、はじめに、基台を準備する（ステップＳ１０１）。つづいて、基台に導電性膜を形成する（ステップＳ１０２）。つづいて、基台および導電性膜の一部を研削する（ステップＳ１０３）。つづいて、基台に蓋と接合材とを取り付ける（ステップＳ１０４）。つづいて、放電開始電圧調整用ガスを放電室に導入する（ステップＳ１０５）。つづいて、接合材を加熱して放電室を密封する(ステップＳ１０６)。その後、工程を終了する。

以下、具体的に説明する。まず、ステップＳ１０１では、基台１０´を準備する。基台１０´は、図５（ａ）に示すように、後に基台１０となるものであって、主表面１１´ａと、２つの側面１２ａ、１２ｂと、裏面１１ｂとを少なくとも有する。また、基台１０´は、主表面１１´ａに形成された第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、第１凹部１３ａと１３ｂとの間に位置し、主表面１１´ａ側に向けて主表面１１´ａと略同一面に突出している突出部Ｐａと、第１凹部１３ｂと１３ｃとの間に位置し、主表面１１´ａと略同一面に突出している突出部Ｐｂと、第１凹部１３ａ、１３ｃのそれぞれから側面１２ａ、１２ｂのそれぞれにかけて形成された２つの第１溝１６ａ、１６ｂと、を有する。突出部Ｐａ、Ｐｂは、第１凹部１３ａ、１３ｃの間に三角柱状の凸部として形成されている。なお、本実施形態では、突出部Ｐａ、Ｐｂの先端部は角状となっているが、面取りされた角状となっていてもよい。また、本実施形態では、突出部Ｐａは主表面１１´ａと略同一面に突出しているが、主表面１１´ａよりも突出していてもよいし、主表面１１´ａよりも突出していなくてもよい。
基台１０´は、たとえば金型を用いた加圧成型や射出成型等の公知の方法により準備することができる。なお、金型の寸法精度は０．０１ｍｍ〜０．００１ｍｍ（１０μｍ〜１μｍ）と高精度にすることができるので、基台１０´の寸法精度も同程度とすることができる。

さらには、基台１０´を準備する際に、特許文献１の場合と同様に、複数の基台１０´が１次元的または２次元的に配列されてなる基板を準備してもよい。この場合、隣接する基台１０´同士が連結しているため側面１２ａ、１２ｂが存在しない場合がある。また、隣接する基台１０´の第１溝１６ａ、１６ｂ同士が組み合わさり、第１溝１６ａ、１６ｂはまず主表面１１´ａに沿って延伸し、さらに主表面１１´ａ側から裏面１１ｂ側に延伸する穴状となっている場合がある。

つづいて、ステップＳ１０２では、図５（ｂ）に示すように、基台１０´の主表面１１´ａ、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの内表面、突出部Ｐａ、Ｐｂの表面および第１溝１６ａ、１６ｂの内表面の全面に導電性膜Ｆを形成する。この導電性膜Ｆは後に放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、および外部電極１７ａ、１７ｂとなるものである。導電性膜Ｆは蒸着、スクリーン印刷、鍍金などの公知の方法で厚さが均一かつ滲み等のない膜を形成することができる。

つづいて、ステップＳ１０３では、図５（ｂ）のＤ−Ｄ線断面図である図６（ａ）に示すように、基台１０´の主表面１１ａ´を一点鎖線で示す研削ラインＬまで平面的に研削する。主表面１１ａ´に対する研削ラインＬの深さ（研削する厚さ）はたとえば０．１５ｍｍである。これにより、主表面１１ａ´および突出部Ｐａ、Ｐｂの先端部、ならびに主表面１１ａ´および突出部Ｐａ、Ｐｂの先端部に形成された導電性膜Ｆが研削除去される。その結果、基台１０が形成される。すなわち、図６（ｂ）に示すように、突出部Ｐａ、Ｐｂの先端部だった部分では基台１０が露出し、その露出面１０ａ、１０ｂ上ではスパークギャップ１５ａ、１５ｂが形成されるとともに、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの内表面に形成された導電性膜Ｆは、スパークギャップ１５ａ、１５ｂにより分離して放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃとなる。また、第１溝１６ａ、１６ｂの内表面に形成された導電性膜Ｆは、それぞれ外部電極１７ａ、１７ｂとなる。その後洗浄液等を用いて基台１０を洗浄し、研削により生じた基台１０´および導電性膜Ｆの粉を除去する。

なお、導電性膜Ｆは、たとえば厚さ０．１ｍｍ程度の金属箔なので、上記研削によりこの金属箔を除去するために、研削精度の良い方法が用いられる。さらには、研削面を鏡面とすることが放電には適しているために、研削に際しては微粒子の研削粉が流動砥粒として用いられる。また、研削に用いる装置としては平面研削盤（平面ラップ盤とも称される）が一般的である。また、上記洗浄の際には、微粒子砥粒を洗浄するために、３槽構造の超音波洗浄装置などを用いるのが好ましいが、電気絶縁や放電電圧などの電気特性に影響がなければその他の簡易な方法を用いても良い。

突出部Ｐａ、Ｐｂは三角柱状の凸部となっているため、ステップＳ１０３において、主表面１１ａ´からの研削ラインＬの深さを調整することで、スパークギャップ１５ａ、１５ｂのギャップ長を調整することができる。さらに、研削ラインＬの深さは、約０．００１ｍｍ（１μｍ）単位で調整可能なので、基台１０´の寸法精度の高さと相まって、スパークギャップ１５ａ、１５ｂのギャップ長を微調整し、たとえば０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍ程度にできるとともに、ギャップ長の精度を高めることができる。ギャップ長の精度を高めるためには、具体的には、精密平面ラップ盤を用いることが好ましい。この装置は、自動的に流動砥粒を供給し、上部定盤と下部定盤との間に研削対象を装着し、上部定盤と下部定盤とが回転しながら研削対象を研削（研磨）するものである。このような装置では、回転速度、回転数、研削時間などを任意に設定し自動プログラム運転ができる。このために均一に１／１０００の寸法公差が容易に可能となる。また、微細調整が可能な研削によりスパークギャップ１５ａ、１５ｂの形成を行っているので、電極材料の滲みや電極材料または不純物の残存を防止できる。その結果、放電開始電圧を微細かつ高精度かつ安定して所望の値が得られるように調整することができ、電気特性のバラツキや不良の発生を少なくできる。また、このように放電開始電圧を微細かつ高精度かつ安定して調整できるため、放電素子１００は超小型化にも適するものである。

つづいて、ステップＳ１０４では、基台１０に蓋２０と接合材３０´とを取り付ける。ここで、接合材３０´は、後に接合材３０となるものであり、図７に示すように、接合材３０´は、基台１０の第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃと蓋２０の第２凹部２２とを連通する開口３３´が形成された枠板形状を有している。基台１０に蓋２０と接合材３０´を取り付ける際は、基台１０の主表面１１ａと蓋２０の対向面２１とを対向させ、基台１０と蓋２０との間に接合材３０´を介在させるようにする。なお、この段階では、蓋２０に形成された第２溝２４ａ、２４ｂは第２凹部２２と連通しており、第１溝１６ａ、１６ｂと接合材３０´との間には間隙Ｇが存在しているので、放電室ＤＣは外気に対して解放されている。

なお、複数の基台１０´が１次元的または２次元的に配列されてなる基板を用いる場合には、蓋２０と接合材３０´とについても、複数の蓋２０が１次元的または２次元的に配列されてなる蓋基板、および複数の接合材３０´が１次元的または２次元的に配列されてなる接合材基板を用いてもよい。

つづいて、ステップＳ１０５では、蓋２０と接合材３０´とを取り付けた基台１０をチャンバー内に導入し、チャンバー内に放電開始電圧調整用ガスを充填して放電室ＤＣに導入する。放電開始電圧調整用ガスの導入は、第２溝２４ａ、２４ｂ、および／または間隙Ｇから導入する。なお、放電室ＤＣへの放電開始電圧調整用ガスの導入は、真空ベーキングなどにより放電室ＤＣを所定の真空度まで減圧してから行うことが好ましい。

つづいて、ステップＳ１０６では、上記チャンバー内でのガス導入と連続して、チャンバー内の温度を昇温し、接合材３０´を加熱する。加熱温度は接合材３０´の材質にもよるが、たとえば１５０℃〜２００℃である。すると、加熱した接合材３０´は軟化、変形して第２溝２４ａ、２４ｂ、および間隙Ｇを閉塞する。なお、第２溝２４ａ、２４ｂおよび間隙Ｇを深さが０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度とすると、容易に閉塞することができる。その後降温すると接合材３０´は硬化するとともに基台１０と蓋２０とを一体に接合する。これより接合材３０´は閉塞部３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂを含む複数の閉塞部を有する接合材３０となり、放電室ＤＣは気密に密封封止される。接合材３０´の厚さは、第２溝２４ａ、２４ｂ、および間隙Ｇを閉塞でき、かつ基台１０と蓋２０とを一体に接合できるように設計されている。これにより放電素子１００が完成する。

なお、複数の基台１０´が１次元的または２次元的に配列されてなる基板を用いる場合には、密封封止後に基板を個々の放電素子１００のチップに切り分ける。個々のチップに切り分けることにより、側面１２ａ、１２ｂが形成されたり、穴が第１溝１６ａ、１６ｂに分割されたりする。

以上のように製造された放電素子１００は、簡易な構造でありながら、電気特性のバラツキや不良の発生が少なく、超小型化にも適するものである。たとえば、放電素子１００は、高さ１．２ｍｍ、幅１．２５ｍｍ、長さ２．０ｍｍ程度のサイズとすることができる。また、複数の基台１０´が１次元的または２次元的に配列されてなる基板を用いる場合には、放電素子１００を一度に多数製造することができる。

なお、実施形態１の実施例として、上記で説明した製造方法において、１００個の基台が２次元的に配列されてなる基板を用いて放電素子を製造した。同一基板から切り分けた１００個の放電素子を１ロットとして５ロット製造したところ、ロット内およびロット間での放電開始電圧のバラツキは５％〜１０％以内であり、絶縁不良が発生したものはなかった。一方、比較例として、特許文献１の製造方法を用い、同一基板から切り分けた１００個の放電素子を１ロットとして５ロット製造したところ、ロット内およびロット間での放電開始電圧のバラツキは３０％程度であり、絶縁不良が発生したものも数個あった。

（実施形態２）
図８は、実施形態２に係る放電素子を説明する模式図である。図８（ａ）は斜視図であり、図８（ｂ）は基板を裏面側から見た図であり、図８（ｃ）は図２（ｂ）に対応する断面図である。

放電素子１００Ａは、基台１０Ａと、蓋２０と、接合材３０と、を備えている。蓋２０と接合材３０とは実施形態１に係る放電素子１００の蓋２０、接合材３０と同様のものなので、説明を省略し、以下では基台１０Ａについて詳述する。

基台１０Ａは、基台１０と同様に、直方体状であり、主表面１１ａと、主表面１１ａと接続する２つの側面１２ａ、１２ｂと、主表面１１ａの反対側に位置し、２つの側面１２ａ、１２ｂと接続する他の主表面である裏面１１ｂとを有している。基台１０Ａは、セラミックス、樹脂、ガラス等の絶縁性材料からなる。

さらに、基台１０Ａは、基台１０と同様に、主表面１１ａに形成された複数の第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、第１凹部１３ａ、１３ｂ、１３ｃの内表面に形成された複数の放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃの間に位置するスパークギャップ１５ａ、１５ｂと、内表面にそれぞれ導電性膜からなる外部電極１７ａ、１７ｂが形成された２つの第１溝１６ａ、１６ｂとを有する。

さらに、基台１０Ａは、裏面１１ｂと２つの側面１２ａ、１２ｂのそれぞれとが成す角部に切り欠き部１８ａ、１８ｂが形成されている。側面１２ａに対して形成されている切り欠き部１８ａと第１溝１６ａとは繋がっており、側面１２ｂに対して形成されている切り欠き部１８ｂと第１溝１６ｂとは繋がっている。また、切り欠き部１８ａの内表面には、外部電極１７ａと繋がっている導電性膜からなる固着電極１９ａが形成されており、切り欠き部１８ｂの内表面には、外部電極１７ｂと繋がっている導電性膜からなる固着電極１９ｂが形成されている。

固着電極１９ａ、１９ｂは、放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび外部電極１７ａ、１７ｂと同一の導電性材料からなり、放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび外部電極１７ａ、１７ｂと一体的に繋がって電気的に接続している。

この放電素子１００Ａでは、固着電極１９ａ、１９ｂを、放電素子１００Ａを回路基板に面実装する際の固着電極（実装電極）として用いることができる。すなわち、放電素子１００Ａを回路基板に面実装する場合には、放電素子１００Ａを裏面１１ｂ側で回路基板に搭載し、回路基板の電極パターンと固着電極１９ａ、１９ｂとを、半田や導電性ペースト（銀ペースト等）を用いて固着することで、面実装を行うことができる。

放電素子１００Ａは放電素子１００と同様の製造方法で製造することができる。ただし、基台１０´に代えて、基台１０´に切り欠き部１８ａ、１８ｂが形成された構造の基台を準備する。さらに、導電性膜Ｆを形成する際には、第１溝１６ａ、１６ｂの内表面から切り欠き部１８ａ、１８ｂの内表面にわたって導電性膜Ｆを形成する。切り欠き部１８ａ、１８ｂの内表面に形成した導電性膜Ｆが固着電極１９ａ、１９ｂとなる。また、放電素子１００Ａを製造する場合にも、複数の基台が１次元的または２次元的に配列されてなる基板を用いてもよい。この場合、隣接する基台の切り欠き部１８ａ、１８ｂが組み合わさり、第３溝としての溝となっている場合がある。溝となっている場合、切り欠き部となっている場合よりもチッピングやマイクロクラックや破損等の発生を抑制することができ、製造歩留まりを向上させることができる。このような抑制効果は、放電素子１００Ａを小型にする場合にその効果が顕著である。そして、密封封止後に基板から放電素子１００Ａのチップに切り分ける際に、溝を２つの切り欠き部１８ａ、１８ｂに分けるように切り分けを行い、側面１２ａ、１２ｂや切り欠き部１８ａ、１８ｂなどが形成される。

放電素子１００Ａでは、放電電極１４ａと外部電極１７ａと固着電極１９ａとは同位電極として機能し、電極間の結合不良などが無くなる。同様に、放電電極１４ｃと外部電極１７ｂと固着電極１９ｂとは同位電極として機能し、電極間の結合不良などが無くなる。その結果、安定した電気的結合が得られ、放電素子１００Ａの信頼性が高いことに寄与する。

なお、固着電極１９ａ、１９ｂと放電電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃおよび外部電極１７ａ、１７ｂとは異なる導電性材料からなっていてもよいし、固着電極１９ａ、１９ｂを別工程にて、たとえばスクリーン印刷、手塗加工、スプレー式塗装、刷毛塗装などを用いて形成してもよい。

また、上記実施形態では、第１凹部はいずれもＶ字状の溝であるが、本発明はこれに限らず、多角形状や半円形状の溝などでもよい。また、上記実施形態では、第１凹部、放電電極は３つあり、スパークギャップは２つあるが、本発明はこれらの数に限られない。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

以上のように、本発明に係る放電素子およびその製造方法は、通信機器等に取り付ける放電素子に適用して好適なものであり、高精度の微小放電素子を容易に大量に製造できることから、安価で高信頼性、高品質な放電素子を安価で供給でき、電子電機、情報機器類などの産業界に大いに貢献できるものである。

１０、１０Ａ、１０´ 基台
１０ａ、１０ｂ 露出面
１１ａ、１１ａ´ 主表面
１１ｂ 裏面
１２ａ、１２ｂ 側面
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 第１凹部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 放電電極
１５ａ、１５ｂ スパークギャップ
１６ａ、１６ｂ 第１溝
１７ａ、１７ｂ 外部電極
１８ａ、１８ｂ 切り欠き部
１９ａ、１９ｂ 固着電極
２０ 蓋
２１ 対向面
２２ 第２凹部
２３ａ、２３ｂ 外周面
２４ａ、２４ｂ 第２溝
２５ トリガ電極
３０、３０´ 接合材
３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ 閉塞部
３３´ 開口
１００、１００Ａ 放電素子
ＤＣ 放電室
Ｆ 導電性膜
Ｇ 間隙
Ｌ 研削ライン
Ｐａ、Ｐｂ 突出部

Claims (8)

1. 主表面と、前記主表面と接続する２つの側面と、を少なくとも有する、絶縁性材料からなる基台と、
   前記基台の前記主表面側を覆うように前記基台に取り付けられる、絶縁性材料からなる蓋と、
   前記基台と前記蓋との間に介在し、加熱により変形するとともに前記基台と前記蓋とを接合する材料からなる接合材と、
   を備え、
   前記基台は、
   前記主表面に形成された複数の第１凹部と、
   前記複数の第１凹部の内表面に形成された複数の放電電極と、
   前記複数の放電電極の間において、前記主表面と略同一面上にある前記基台の露出面上に形成されているスパークギャップと、
   前記複数の第１凹部のうち両端に位置する第１凹部のそれぞれから前記２つの側面のそれぞれにかけて形成されるとともに、内表面に導電性膜からなる外部電極が形成された２つの第１溝と、
   を有し、
   前記蓋は、
   前記基台と対向する対向面に形成され、前記複数の放電電極と前記スパークギャップとを収容する放電室を前記複数の第１凹部とともに形成する第２凹部と、
   前記対向面に、前記第２凹部から前記蓋の外周面まで延伸するように形成された第２溝と、
   を有し、
   前記接合材は、前記基台の前記複数の第１凹部と前記蓋の前記第２凹部とを連通する開口が形成された枠板形状を有し、外気に対して前記放電室を密閉する閉塞部を有する
   ことを特徴とする放電素子。
2. 前記蓋の第２凹部の内表面にはトリガ電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電素子。
3. 前記基台の前記第１凹部はＶ字状の溝であり、前記スパークギャップは前記第１凹部の延伸方向と同一方向に延伸していることを特徴とする請求項１または２に記載の放電素子。
4. 前記基台は、前記主表面の反対側に位置し、前記２つの側面と接続する他の主表面である裏面を有し、前記裏面と前記２つの側面のそれぞれとが成す角部には切り欠き部が形成されており、前記２つの側面のうち同一の側面に対して形成されている前記切り欠き部と前記第１溝とは繋がっており、前記切り欠き部の内表面には、前記第１溝の内表面に形成された前記外部電極と繋がっている導電性膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の放電素子。
5. 主表面と、前記主表面と接続する２つの側面と、を少なくとも有する、絶縁性材料からなる基台であって、前記主表面に形成された複数の第１凹部と、前記複数の第１凹部の間に位置する突出部と、前記複数の第１凹部のうち両端に位置する第１凹部のそれぞれから前記２つの側面のそれぞれにかけて形成された２つの第１溝と、を有する基台を準備する工程と、
   前記基台の主表面、前記複数の第１凹部の内表面、前記突出部の表面および前記第１溝の内表面に導電性膜を形成する工程と、
   前記主表面および前記突出部の先端部を所定の研削ラインまで研削する工程と、
   枠板形状を有する接合材を介在させて、第２凹部が形成された対向面を有する蓋を、該対向面を前記基台の研削した面と対向させて前記基台に取り付ける工程と、
   前記蓋の対向面に形成され前記第２凹部から前記蓋の外周面まで延伸する第２溝、または前記基台の前記第１溝と前記接合材との間に形成された間隙から、前記複数の第１凹部と前記第２凹部とが形成する放電室内にガスを導入する工程と、
   前記接合材を加熱して、前記基台と前記蓋とを接合するとともに、前記接合材を変形させて前記第２溝および前記間隙を閉塞し、外気に対して前記放電室を密閉する工程と、
   を含むことを特徴とする放電素子の製造方法。
6. 前記基台を準備する工程において、前記準備する基台は、前記主表面の反対側に位置し、前記２つの側面と接続する他の主表面である裏面を有し、前記裏面と前記２つの側面のそれぞれとが成す角部には切り欠き部が形成されており、前記２つの側面のうち同一の側面に対して形成されている前記切り欠き部と前記第１溝とは繋がっており、
   前記導電性膜を形成する工程では、前記第１溝の内表面から前記切り欠き部の内表面にわたって導電性膜を形成することを特徴とする請求項５に記載の放電素子の製造方法。
7. 主表面と、前記主表面の反対側に位置する他の主表面である裏面と、を少なくとも有し、絶縁性材料からなる基台であって、前記主表面に形成された複数の第１凹部と、前記複数の第１凹部の間に位置する突出部と、前記複数の第１凹部のうち両端に位置する第１凹部のそれぞれから前記主表面に沿って延伸し、さらに前記主表面側から前記裏面側に延伸する第１溝と、を有する基台が１次元的または２次元的に配列されてなる基板を準備する工程と、
   前記基台の主表面、前記複数の第１凹部の内表面、前記突出部の表面および前記第１溝の内表面に導電性膜を形成する工程と、
   前記主表面および前記突出部の先端部を所定の研削ラインまで研削する工程と、
   枠板形状を有する接合材が１次元的または２次元的に配列されてなる接合材基板を介在させて、第２凹部が形成された対向面を有する蓋が１次元的または２次元的に配列されてなる蓋基板を、該対向面を前記基台の研削した面と対向させて前記基台に取り付ける工程と、
   前記蓋の対向面に形成され前記第２凹部から前記蓋基板の外周面まで延伸する第２溝、または前記基台の前記第１溝と前記接合材との間に形成された間隙から、前記複数の第１凹部と前記第２凹部とが形成する放電室内にガスを導入する工程と、
   前記接合材を加熱して、前記基台と前記蓋とを接合するとともに、前記接合材を変形させて前記第２溝および前記間隙を閉塞し、外気に対して前記放電室を密閉する工程と、
   前記基板を個々の放電素子に切り分ける工程と、
   を含むことを特徴とする放電素子の製造方法。
8. 前記基板を準備する工程において、前記第１溝と繋がっている第３溝が前記裏面に形成された基板を準備し、
   前記導電性膜を形成する工程では、前記第１溝の内表面から前記第３溝の内表面にわたって導電性膜を形成し、
   前記基板を切り分ける工程では、前記第３溝を２つの切り欠き部に分けるように切り分けを行うことを特徴とする請求項７に記載の放電素子の製造方法。

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