JP2000348846A

JP2000348846A - チップ型サージアブソーバ

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Publication number: JP2000348846A
Application number: JP11155464A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Nakamoto; 隆裕中元; Nobuya Saruwatari; 暢也猿渡; Yoshiyuki Tanaka; 芳幸田中; Koichiro Harada; 宏一郎原田; Yasuhiro Shiyatou; 康弘社藤; Hitoshi Inaba; 均稲葉
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【構成】絶縁性基体（１１）と、端子電極（１２）
と、放電室（１３）と、放電ギャップ（１４）と、放電
電極（１５）とによりに構成されたチップ型サージアブ
ソーバにおいて、放電ギャップと対面する絶縁性基体上
に中継電極を設けたことを特徴とするチップ型サージア
ブソーバ。【効果】アーク放電が、放電電極間だけではなく中継
電極と端子電極間でも起こるので、放電ギャップの損傷
が少なくなり、寿命が長く信頼性の高いチップ型サージ
アブソーバが実現できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、雷などのサージよ
り電子回路や通信機などを保護するチップ型サージアブ
ソーバに関し、詳しくは、放電ギャップに対面する放電
室内の絶縁性基体上に繰返しのサージより放電ギャップ
を保護する中継電極を設けたチップ型サージアブソーバ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】回路の内外から回路に作用するサージや
ノイズから電子回路や通信機を保護する目的で、従来か
ら種々のサージアブソーバが開発され、かつ有効に利用
されている。その中でも図４のマイクロギャップ型サー
ジアブソーバは、サージ応答性が良好で、かつ、寿命特
性に優れるために広く使用されている。

【０００３】マイクロギャップ型サージアブソーバは、
図４に示すように円柱型碍子４１の表面に、マイクロギ
ャップ４２Ａを有する導電性皮膜４２を形成したアブソ
ーバ素子の両端に、スラグリード４５を付したキャップ
電極４３を被せて、ガラス管４６で封止したものであ
る。

【０００４】マイクロギャップ型サージアブソーバは、
保護すべき回路若しくは機器に並列に設けられサージ発
生時にサージを流して回路や機器を保護するかあるいは
接地回路に設けられ同様にサージを流して回路などを保
護する。

【０００５】このサージアブソーバの作動原理を説明す
ると、回路が平常な状態で作動をしているときには、マ
イクロギャップ４２Ａが存在するので、サージアブソー
バに電流が流れることはない。しかし、回路に誘導雷な
どのサージが侵入すると、そのサージに対応した電圧が
マイクロギャップの両端にかかる。このサージ電圧が当
該サージアブソーバの放電開始電圧以上であると、マイ
クロギャップ間の絶縁が破壊され、マイクロギャップ間
にグロー放電が生じる。さらに、サージが継続すると、
放電ガスが高温となってイオン化し、グロー放電からア
ーク放電に移行するとともにキャップ電極間の放電とな
り、さらに大量のサージを流すことができる。この結
果、保護すべき回路や機器にサージが作用することはな
く、これらの回路や機器は損傷から免れる。

【０００６】なお、サージアブソーバは１回の放電によ
って破壊されるのではなく、条件によっては１０００回
程度の繰返しの使用が可能である。この点１回の使用で
破壊され再度設置する必要があるヒューズとは大きく異
なる。

【０００７】しかしながら、マイクロギャップ型サージ
アブソーバは、その構造から必然的にリード線を介して
外部回路と接続する必要があるので表面実装ができず、
また、ガラス管の内部に円柱形の碍子を封入する必要が
あるために小型化が困難である。したがって、電子回路
の小型化、高密度化という産業技術上の要求に応えるこ
とができなかった。

【０００８】そこで、従来型のマイクロギャップ型サー
ジアブソーバの性能を維持したまま上記の問題点を解決
したサージアブソーバとして、図３に示すチップ型のサ
ージアブソーバが提案された。

【０００９】図３に示されるチップ型サージアブソーバ
３０は、貫通された空洞を有する絶縁性基体３１と、該
絶縁性基体の両端に上記空洞を閉ざすように配置された
１対の端子電極３２と、該絶縁性基体と該端子電極とで
閉ざされた空洞であって放電ガスが封入された放電室３
３と、該放電室内の絶縁性基体上に放電ギャップ３４を
設けて配置された１対の放電電極３５とで構成されたサ
ージアブソーバであって、端子電極と放電電極とは導通
されている。

【００１０】チップ型サージアブソーバは、端子電極と
外部回路との間をハンダで電気的に接続することにより
表面実装が可能である。また、封入用のガラス管やキャ
ップ電極を必要としないので小型化が可能である。さら
に、基本的な構成及び作動原理は、マイクロギャップ型
サージアブソーバと異なるところがないので、サージア
ブソーバとしての性能は、マイクロギャップ型サージア
ブソーバと遜色がないものであった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】チップ型サージアブソ
ーバでは、サージが侵入し、これが長時間継続するとグ
ロー放電より端子電極間でのアーク放電に移行する。し
かし、アーク放電に移行すると、チップ型サージアブソ
ーバは構造上熱の放散が少ないので、内部温度は数１０
００℃にまで上昇する。放電電極は融点の高いセラミッ
クや金属できているために、１回や２回の放電で損傷す
ることはない。しかしサージが長く継続しやすい回路や
サージが頻繁に発生する回路では、繰返し放電の熱によ
って放電電極を形成する導電性膜が損傷を受け、放電ギ
ャップの間隔が拡大する。放電開始電圧は放電ギャップ
の間隔に依存するので、放電ギャップ間が拡大すると放
電開始電圧が高くなり、電子回路や通信機に不測の高電
圧がかかり破壊する事態が生じる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、このような課題
を解決して、寿命が長く信頼性の高いチップ型サージア
ブソーバを提供すべく検討を加えた結果、請求項１及び
請求項２の発明を成すに至った。

【００１３】上記課題を解決するための請求項1の発明
は、内部に貫通された空洞を有する直方体状の絶縁性基
体（１１）と、該絶縁性基体の両端に上記貫通された空
洞を閉ざすように配置された１対の端子電極（１２）
と、上記絶縁性基体と端子電極とで閉ざされた空洞であ
って放電ガスが封入された放電室（１３）と、該放電室
内の絶縁性基体上の一面に放電ギャップ（１４）を設け
て配置された１対の放電電極（１５）とを有し、かつ、
放電電極と端子電極とが電気的に導通されているチップ
型サージアブソーバにおいて、上記放電室内の絶縁性基
体上の他の面に、放電電極及び端子電極とは隔離された
アーク放電を中継する中継電極（１７）を設けたことを
特徴とするチップ型サージアブソーバ。

【００１４】上記のように、チップ型サージアブソーバ
に継続時間の長いサージが侵入すると、端子電極間のア
ーク放電により放電室内は高温となる。しかし本発明の
ように放電電極及び端子電極とは隔離された位置に中継
電極を形成すると、アーク放電時に放電の一部が中継電
極を経由し、中継電極と端子電極との間でアーク放電が
行われるようになる。したがって、放電電極間での放電
量が少なくなり、放電電極への熱負荷が大幅に抑制され
る。その結果、繰返しのサージの印加によっても放電ギ
ャップが損傷することが少なくなり、サージアブソーバ
の寿命が長くなる。

【００１５】また、上記課題を解決するための請求項2
の発明は、請求項1の発明において、放電室内の絶縁性
基体の内側端面部が、中継電極の端部と端子電極との間
において、内面に向かって切り欠かれ、放電空間が拡大
されていることを特徴とする。請求項２の発明におい
て、内側端面部の遊離電極の端部と端子電極との間の絶
縁性基体を、内面に向かって切り欠く理由は、放電空間
を拡大することにより中継電極と端子電極との間のアー
ク放電を容易にするとともに、アーク放電によって揮散
した金属蒸気が、絶縁性基体の端面に蒸着して、サージ
アブソーバ自体が短絡するのを防止するためである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のチップ型サージ
アブソーバを、その構成を説明することにより、さらに
詳細に説明する。

【００１７】本発明において絶縁性基体１１は、先に説
明したようにサージが侵入したときには高温に曝される
ことになるので、電気的な絶縁性とともに、耐熱性が要
求される。したがって、絶縁性基体としては耐熱性に優
れたセラミック類を好適に用いることができるが、その
中でも、アルミナやムライトは、絶縁性、耐熱性、強
度、価格などから総合的に判断して最適である。

【００１８】絶縁性基体１１は、直方体状であり内部に
貫通した空洞を持っている。この基体は、絶縁性材料を
くり抜くことによって、一体的に作製することができ
る。しかし、この方法では放電ギャップや中継電極など
の形成が困難なので、いずれか一方あるいは双方に溝が
形成された２個の板状体を、重ね合わせた上で接着して
作製する。

【００１９】端子電極１２は、金属製のキャップを絶縁
性基体の端面に被せ、これを加熱溶着することによって
形成する。金属製のキャップは、Ａｇ、Ａｇ／Ｐｄ、Ａ
ｇ／Ｐｔ、Ｃｕなどの貴金属を主体とした導電性ペース
トを加工して作製されている。端子電極をこのように
して形成することで、絶縁性基体内の空洞は閉ざされ
る。しかし、この空洞には内部に放電ガスが封入されて
いる必要があるため、この端子電極の形成は、放電ガス
の雰囲気下で行われる。放電ガスの封入後この空洞は、
放電室１３となる。

【００２０】なお、放電電極は薄くて端子電極との間で
導通をとることが困難なので、図１（４）のように絶縁
性基体の端部に、導通用の補助電極２０を形成すること
も可能である。

【００２１】放電電極１５は高度に耐熱性を要するの
で、導電性セラミックや金属で形成される。具体的に
は、ＲｕＯ ₂、Ｔｉ、ＴｉＯ、ＴｉＮ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｉ
Ｃ、ＳｎＯ₂、ＢａＡｌ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｃ、Ａｕ、Ａ
ｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｌａ若しくはこれらの２種以上の混合
物をスパッタリング法、蒸着法、イオンプレーテイング
法、印刷法、焼付法などで形成する。なお、膜厚は０．
１〜２０μｍ程度とする。

【００２２】また、放電ギャップ１４は、放電電極を一
体的に形成したのちにレーザやエッチングで切断する方
法で形成するか、あるいはスクリーンマスク法などで導
電性膜と同時に形成する。なお、放電ギャップは、1本
である必要はなく、複数本設けることができる。複数本
放電ギャップを設けたときは、その合計のギャップ幅に
応じて放電開始電圧が決まる。また、放電電極と中継電
極との最小間隔は、放電ギャップの合計のギャップ幅よ
り大きい必要がある。この間隔が、放電ギャップの合計
の幅より小さいと、最初の放電がこの間で開始されるか
らである。

【００２３】放電ガスとしては、高温でイオン化するガ
スであれば空気を含めて用いることができるが、ガスの
高温での安定性や放電開始電圧を考慮するとＨｅ、Ａ
ｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、ＳＦ₆、ＣＯ₂、Ｈ₂、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、ＣＦ
₄、Ｎ₂などの１種又は２種以上の混合物を用いることが
好適である。

【００２４】本発明の技術上特徴である中継電極１７の
材質は、放電電極と同様のものを用いる。中継電極は、
その趣旨からして溝の底部のみではなく側部にも形成で
きる。また、形状も放電電極や端子電極との間隔が、狭
くなり過ぎないかぎり自由にとり得る。中継電極の形成
には、印刷法、スパッタリング法など放電電極の形成と
同様の方法を用いることができる。

【００２５】請求項２の発明では、絶縁性基体を、中継
電極の端部と端子電極との間で内面に向かって切り欠い
て放電空間を拡大する。絶縁性基体の切り欠きは、レー
ザ若しくはダイシングによって行う。

【００２６】

【実施例１】以下に、請求項１のチップ型サージアブソ
ーバを図１に従って作製したので、これを説明する。な
お、本発明はその趣旨に反しない限り本実施例に拘束さ
れるものではない。なお、本実施例では絶縁性基体には
アルミナを、端子電極用にはＣｕを、放電電極及び中継
電極にはＲｕＯ₂を用いた。

【００２７】絶縁性基板に印刷法で放電電極１５を着
膜し、この放電電極にレーザで２０μm幅のギャップ入
れて放電ギャップ１４を形成し、放電基板１１ａを作製
した。放電基板１１ａの寸法は３．２ｍｍ×１．６ｍｍ
×０．５ｍｍで、放電電極は長さ１．６ｍｍ、幅０．５
ｍｍ、厚さ５μmである。

【００２８】放電室を確保するための幅０．５ｍｍ、
深さ０．２５ｍｍの溝２１を絶縁性基板に形成した。つ
いでこの溝の底部に、印刷法により幅０．４８ｍｍ、長
さ２．２ｍｍ、厚さ５μmの中継電極を形成して、カバ
ー基板１１ｂを作製した。カバー基板の寸法は、３．２
ｍｍ×１．６ｍｍ×０．５ｍｍである。

【００２９】放電基板１１ａと、カバー基板１１ｂと
をガラスペースト２２で接着したのち加熱し、絶縁性基
体１１を作製した。

【００３０】絶縁性基体の両端面に金属製のキャップ
を取付けた後、焼成し端子電極１２とした。この場合図
１（４）に示すように、放電電極１４と端子電極１２と
の導通を確実にするために、補助電極２０を形成した後
に端子電極を取付けることもできる。

【００３１】上記端子電極の取付け後の焼成は、７６
０ＴｏｏｒのＡｒ気流中で行い、端子電極の形成と同時
に放電ガスの封入をも行った。

【００３２】

【実施例２】次に請求項２のチップ型サージアブソーバ
について同様に説明する。請求項２のチップ型サージア
ブソーバの製造方法も基本的には請求項１のチップ型サ
ージアブソーバの製造方法と変わるところがない。した
がって、ここでは双方の異なるところのみを説明する。

【００３３】請求項２の発明は、絶縁性基体の内側端面
部を、中継電極の端部と端子電極の間で切り欠いて放電
空間を拡大したことを特徴とする。具体的には、実施例
１のにおいて、中継電極を形成した後に、レーザによ
り、中継電極の端部から溝の端部に向けて溝を深くする
（図２参照）。本実施例では、絶縁性基体の端部で、溝
２１の深さを０．１ｍｍ深くした。なお、補助電極２０
が形成されている場合には、補助電極も切り欠かれるこ
とがある。

【００３４】溝は、絶縁性基体の端部に向けて深くなる
のが望ましいが、放電空間が拡大されるのであれば、端
部が浅くても実用上支障はない。また、絶縁性基板を切
り欠くのは、中継電極を形成する前でもよい。

【００３５】

【比較例１】カバー基板に中継電極を形成しない以外
は、実施例１と同様にして、従来品と同様のチップ型サ
ージアブソーバを作製した。

【００３６】［実験例］実施例１，２及び比較例１で作
製したチップ型サージアブソーバの寿命特性を確認すべ
く、以下の試験を行った。なお、試験用のチップ型サー
ジアブソーバの放電ギャップの幅は２０μｍ、初期放電
開始電圧は３００Ｖ、放電ガスはＡｒ、ガスの充填圧は
７６０Ｔｏｏｒである。

【００３７】１５００ｐＦのコンデンサを１０ＫＶの電
圧で充電した後に、これを開放してサージアブソーバに
印加した。印加の回数は１５００回とし、途中５００回
ごとに放電開始電圧を測定した。なお、供試試料は実施
例、比較例ともに７個とし、７個の測定値を平均した。
測定結果を表１に示す。

【００３８】表１に示すように、比較例の従来のチップ
型サージアブソーバでは、サージの５００回印加で放電
開始電圧が上昇しているが、請求項１のチップ型サージ
アブソーバである実施例１では、１０００回、請求項２
の発明である実施例２では、１５００回のサージ印加で
も放電開始電圧が上昇していない。

【表１】

【００３９】

【発明の効果】本発明のチップ型サージアブソーバは、
放電ギャップの対面に中継電極を設けたので、アーク放
電時に放電の一部が中継電極に流れ、中継電極と端子電
極との間でアーク放電が行われて、放電電極の熱負担が
減少し、放電ギャップの熱損傷が少なくなり、チップ型
サージアブソーバの寿命が延長した。また、請求項２の
発明では、中継電極と端子電極との間で放電空間を拡大
したので、アーク放電が容易になってサージアブソーバ
の寿命が延びるとともに、アーク放電によって輝散した
金属蒸気が、絶縁性基体の端面で蒸着することによるサ
ージアブソーバ自体の短絡を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の製造過程を図示したもので
ある。（１）放電基板１１ａを図示したものである。（２）カバー基板１１ｂを図示したものである。（３）放電基板１１ａとカバー基板１１ｂを接合した
図である。（４）請求項１の発明の縦断面図である。

【図２】請求項２の発明の縦断面図である。

【図３】従来のチップ型サージアブソーバである。（ａ）従来のチップ型サージアブソーバの斜視図であ
る。（ｂ）図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図４】マイクロギャップ型サージアブソーバの縦断
面図である。

【符号の説明】

１０チップ型サージアブソーバ１１絶縁性基体１１ａ放電基板１１ｂカバー基板１２端子電極１３放電室１４放電ギャップ１５放電電極１７中継電極２０補助電極２１溝２２ガラスペースト２３切り欠き部

フロントページの続き (72)発明者田中芳幸埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱マテリアル株式会社セラミックス工場内 (72)発明者原田宏一郎埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱マテリアル株式会社セラミックス工場内 (72)発明者社藤康弘埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱マテリアル株式会社セラミックス工場内 (72)発明者稲葉均埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地三菱マテリアル株式会社セラミックス工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】内部に貫通された空洞を有する直方体状
の絶縁性基体（１１）と、該絶縁性基体の両端に上記貫
通された空洞を閉ざすように配置された１対の端子電極
（１２）と、上記絶縁性基体と端子電極とで閉ざされた
空洞であって放電ガスが封入された放電室（１３）と、
該放電室内の絶縁性基体上の一面に放電ギャップ（１
４）を設けて配置された１対の放電電極（１５）とを有
し、かつ、放電電極と端子電極とが電気的に導通されて
いるチップ型サージアブソーバにおいて、上記放電室内
の絶縁性基体上の他の面に、放電電極及び端子電極とは
離隔されたアーク放電を中継する中継電極（１７）を設
けたことを特徴とするチップ型サージアブソーバ。
【請求項２】上記絶縁性基体の内側端面部が、中継電
極の端部と端子電極との間において、内面に向かって切
り欠かれていることを特徴とする請求項１のチップ型サ
ージアブソーバ。
【請求項３】上記放電ギャップが、複数本あることを
特徴とする請求項1及び請求項2のチップ型サージアブソ
ーバ。