JPH07183076A

JPH07183076A - 放電型サージアブソーバ

Info

Publication number: JPH07183076A
Application number: JP32421293A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Tanaka; 芳幸田中; Mikio Harada; 三喜男原田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1993-12-22
Publication date: 1995-07-21

Abstract

(57)【要約】【目的】放電電極の異なる部分にゲッタ材と電子放出
材を別々に設けても小型化できる。放電特性が安定しか
つ放電開始電圧及びインパルス応答電圧が低下する。【構成】放電型サージアブソーバ１０は、柱状のセラ
ミック素体１１の両端に一対のキャップ電極１２ａ，１
３ａを有するサージ吸収素子１５と、この素子１５を不
活性ガスとともに封止する絶縁管１４とを備える。サー
ジ吸収素子がセラミック素体の表面に形成されたゲッタ
材からなる第１薄層１１ａと、この薄層の上に形成され
た電子放出材からなる第２薄層１１ｂと、第２薄層を部
分的に除去して素体１１の表面に第１薄層が露出して形
成されたゲッタ部１１ｄと、素体１１の周面に第１及び
第２薄層を除去して形成されたマイクロギャップとを有
し、かつ一対のキャップ電極が素体１１の両端に第２薄
層を介して設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子機器等の電源ライン
間又は電源ラインとアース間、或いは通信ライン間又は
通信ラインとアース間などのような電子機器と外部との
接触部に使用され、外部から侵入してくる異常電圧によ
り電子機器が破壊しないように保護するサージアブソー
バに関する。更に詳しくは、マイクロギャップを有する
サージ吸収素子或いはギャップを形成した一対の対向電
極を不活性ガスとともに絶縁管に封入した放電型サージ
アブソーバに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】放電型サージアブソーバとして、対向電
極型のサージアブソーバと絶縁管内部にマイクロギャッ
プを有するマイクロギャップ式のサージアブソーバ（例
えば、特開昭５５−１２８２８３）が知られている。対
向電極型サージアブソーバには、絶縁管の両端に互いに
対向する一対の電極を数ｍｍ間隔をあけて設け、これら
の電極間にエア又は不活性ガスを充填し封入したもの
や、或いは金属製の一対の円柱状電極を数ｍｍ間隔で互
いに対向させ、絶縁管により不活性ガスを充填し封入し
たものがある。

【０００３】マイクロギャップ式のサージアブソーバは
導電性皮膜で被包した円柱状のセラミック素体の中央に
円周方向にマイクロギャップを形成し、このセラミック
素体の両端に一対のキャップ電極を冠着した後、セラミ
ック素体を絶縁管内に収容してセラミック素体の両端に
一対の対向電極を配置し、これらの対向電極をキャップ
電極に電気的に接続し同時に絶縁管内部に不活性ガスを
封入して作られる。上記放電型サージアブソーバでは、
不活性ガスを封入する際に微量のＯ₂やＮ₂等の混入が避
けられない。これらの不純なガスが微量であっても不活
性ガス中に混入すると放電型サージアブソーバの放電特
性は不安定になり、しかも電極材料によっては所望の低
い放電開始電圧が得られない不具合があった。

【０００４】従来、この低い放電開始電圧を実現するた
めに、仕事関数のより低いアルカリ金属、アルカリ土類
金属及びこれらの三元炭酸塩を含む電子放出材を予め放
電電極に塗布していた。また絶縁管内に混入した微量の
Ｏ₂やＮ₂等を除去するためにＴｉ等のゲッタ(getter)材
を電極塗布していた。微量のＯ₂やＮ₂等は絶縁管の封着
時の熱によりゲッタ材に吸着されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このゲッタ材
を放電電極に塗布する場合には電子放出材とは別の部分
に塗布する必要があった。即ち、電子放出材の表面上に
ゲッタ材を塗布した場合には電子放出材による低電圧効
果が期待できず、その反対にゲッタ材の表面上に電子放
出材を塗布した場合にはゲッタ材による封入ガス中の不
純物の除去効果が低い問題点があった。またゲッタ材と
電子放出材を放電電極の異なる部分に塗布する場合に
は、非常に多くの手間を要し、実質的に量産することが
できない。またこの場合には、放電電極が大型化し、小
型化が要求される低電圧サージアブソーバが得られなく
なる。

【０００６】本発明の目的は、放電電極の異なる部分に
ゲッタ材と電子放出材を別々に設けても小型化でき、放
電特性が安定しかつ放電開始電圧及びインパルス応答電
圧を低下し得る放電型サージアブソーバを提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１〜図４に示すよう
に、本発明の第１の放電型サージアブソーバ１０は、柱
状のセラミック素体１１の両端に一対のキャップ電極１
２ａ，１３ａを有するサージ吸収素子１５と、このサー
ジ吸収素子１５を不活性ガスとともに封止する絶縁管１
４とを備える。その特徴ある構成は、サージ吸収素子１
５がセラミック素体１１の表面に形成されたゲッタ材か
らなる第１薄層１１ａと、この第１薄層１１ａの上に形
成された電子放出材からなる第２薄層１１ｂと、第２薄
層１１ｂを部分的に除去してセラミック素体１１の表面
に第１薄層１１ａが露出して形成されたゲッタ部１１ｄ
と、セラミック素体１１の周面に第１及び第２薄層１１
ａ，１１ｂを除去して形成されたマイクロギャップ１１
ｃとを有し、かつ一対のキャップ電極１２ａ，１３ａが
セラミック素体１１の両端に第２薄層１１ｂを介して設
けられたことにある。図５に示すように、この第１の放
電型サージアブソーバ１０’では、絶縁管１４’内のサ
ージ吸収素子１５の一対のキャップ電極１２ａ，１３ａ
に一対の対向電極１２ｂ，１３ｂを当接して、サージ吸
収素子１５を挟持した状態で対向電極１２ｂ，１３ｂが
絶縁管１４’の両端に封着される。

【０００８】図６〜図８に示すように、本発明の第２の
放電型サージアブソーバ２０は、絶縁管２４と、この絶
縁管２４の両端に相対向して封着された一対の対向電極
２２，２３とを備え、対向電極２２，２３と絶縁管２４
とにより形成される空間に不活性ガスが封入される。そ
の特徴ある構成は、対向電極２２，２３が電極表面に形
成されたゲッタ材からなる第１薄層２２ａ，２３ａと、
これらの第１薄層２２ａ，２３ａの上に形成された電子
放出材からなる第２薄層２２ｂ，２３ｂと、これらの第
２薄層２２ｂ，２３ｂを部分的に除去して対向電極２
２，２３の表面に第１薄層２２ａ，２３ａが露出して形
成されたゲッタ部２２ｄ，２３ｄとを有することにあ
る。

【０００９】以下、本発明を詳述する。本発明の絶縁管
はガラス管、セラミック管等である。ガラス管はホウケ
イ酸ガラスのような硬質ガラス、又は鉛ガラス、ソーダ
石灰ガラスのような軟質ガラスから作られる。セラミッ
ク管はＰＬＺＴ、透明アルミナのような可視光線を透過
するセラミック焼結体から作られたもののみならず、他
の絶縁性のあるセラミック管であればよい。またサージ
吸収素子のセラミック素体は、絶縁性材料であれば特に
制限されないが、アルミナ、ムライト、ジルコニア、ス
テアタイト、フォルステライト又はベリリアのような体
積固有抵抗率が１０¹⁴Ωｃｍ以上の絶縁性の高いセラミ
ックが好ましい。セラミック素体は円柱状、角柱状に形
成される。円柱状がマイクロギャップの加工性が良く好
ましい。

【００１０】ゲッタ材からなる第１薄層は、第１の放電
型サージアブソーバではセラミック素体の全面に、また
第２の放電型サージアブソーバでは一対の対向電極の相
対向する放電面にスパッタリング法、蒸着法、イオンプ
レーティング法、めっき法、ＣＶＤ法等の薄膜形成法に
より、それぞれ形成される。形成されたゲッタ材の第１
薄層の上に電子放出材からなる第２薄層が同様の方法で
形成される。ゲッタ材からなる第１薄層はＴｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及びＴａからなる群より選ばれた１種又
は２種以上の金属薄膜により構成され、電子放出材から
なる第２薄層はアルカリ金属、アルカリ土類金属及びこ
れらの三元炭酸塩からなる群より選ばれた１種又は２種
以上の金属薄膜により構成されることがそれぞれ好まし
い。電子放出材を構成する金属はゲッタ材を構成する金
属よりも、より低い仕事関数を有する。

【００１１】第１の放電型サージアブソーバでは、この
状態で柱状のセラミック素体の両端に一対のキャップ電
極を圧入してキャップ電極が冠着される。圧入によりキ
ャップ電極は第２薄層に電気的に接続される。続いてセ
ラミック素体上の第２薄層を部分的にダイヤモンドカッ
タ等により下層の第１薄層が露出するように切削除去し
て、ゲッタ部が形成される。ゲッタ部は図示するように
セラミック素体の中央部にセラミック素体の長手方向に
形成することがゲッタ効果がより一層高くなり、好まし
い。次いでセラミック素体のほぼ中央の周面にマイクロ
ギャップがレーザ光線により第２薄層及びゲッタ部を分
割するように形成される。マイクロギャップはレーザ光
線の焦点深度及び第１及び第２薄層の厚さから１０〜２
００μｍの幅にかつセラミック素体の表面の一部を切削
するように形成される。放電時に飛散した薄層構成粒子
がマイクロギャップに入り込んだときに分割した第１及
び第２薄層のマイクロギャップによる絶縁性を劣化させ
ないためである。

【００１２】図５に示す第１の放電型サージアブソーバ
では、絶縁管に収容されたサージ吸収素子は一対の対向
電極を絶縁管の両端に封着するときに対向電極により固
定される。

【００１３】図６及び図７に示す第２の放電型サージア
ブソーバでは、対向電極上の第２薄膜２２ｂ及び２３ｂ
を第１の放電型サージアブソーバと同様に切削除去し、
ゲッタ部２２ｄ及び２３ｄを形成する。ゲッタ部１１
ｄ，２２ｄ及び２３ｄは、第２薄層の全体の面積又は第
２薄層の切削幅等に応じて、一条又は複数条等間隔に形
成される。

【００１４】図５に示す第１の放電型サージアブソーバ
１０’の対向電極１２ｂ，１３ｂ及び第２の放電型サー
ジアブソーバ２０の対向電極２２，２３は、封着時の絶
縁管の熱収縮によるクラックの発生を防止するために絶
縁管と熱膨張係数のほぼ等しい金属を用いる。従って対
向電極は絶縁管の種類より材質を選定する。絶縁管が軟
質ガラス管である場合には、対向電極にジュメット線
（Dumet wire）、鉄５２ｗｔ％−ニッケル４２ｗｔ％−
クロム６ｗｔ％合金等が用いられ、絶縁管が硬質ガラス
管である場合には、鉄５８ｗｔ％−ニッケル４２ｗｔ％
合金（以下、４２合金という）、４２合金と銅のクラッ
ド材等が用いられる。絶縁管がセラミック管である場合
には、対向電極にコバール（Kovar）等が用いられ、対
向電極はろう付け等により封着される。ジュメット線は
輪切りにして対向電極にする。４２合金と銅のクラッド
材は４２合金の板材の片面又は両面に銅薄膜を密着さ
せ、高温で機械的に圧延するクラッド法（cladding）に
より作られる。クラッド材の銅薄膜を酸化させて銅表面
を亜酸化銅にすると封着時にガラスとのなじみが良くな
り好ましい。このクラッド材を円板に打抜いた後、絞り
加工して対向電極にする。

【００１５】図６に示すように、第２の放電型サージア
ブソーバ２０の場合には、数ｍｍの間隙をあけて一対の
対向電極２２，２３が絶縁管２４の両端に封着される。
図１に示されるサージアブソーバ１０は一対のキャップ
電極１２ａ，１３ａの外端面に、また図５に示されるサ
ージアブソーバ１０’は一対の対向電極１２ｂ，１３ｂ
の外端面にリード線１６，１７がそれぞれ溶着される。
図６に示されるサージアブソーバ２０は一対の対向電極
２２，２３の外端面にリード線２６，２７がそれぞれ溶
着される。

【００１６】第１及び第２の放電型サージアブソーバ
も、絶縁管にリード線又は対向電極を封着するときには
絶縁管の内部にアルゴンガス、ネオンガス、窒素ガス
等の不活性ガスを充填する。絶縁管がガラス管である場
合には、一対のリード線又は対向電極の封着時にガラス
管の融点より２５０〜１００℃低い温度で２〜３分間保
持した後、ガラス管の融点で約１分間加熱すると、保持
されている間にゲッタ材がＯ₂やＮ₂などの微量の不純ガ
スをより確実に吸着するため好ましい。融点が７４０℃
のガラス管であれば、ゲッタ効果を発揮させるための保
持温度は５００〜６００℃程度が好ましい。

【００１７】

【作用】本発明のサージアブソーバでは、第１薄層が露
出したゲッタ部が絶縁管の封着時の加熱により絶縁管内
部のＯ₂やＮ₂などの微量の不純ガスを吸着し、放電特性
を安定にする。また第２薄層の電子放出材が異常電圧印
加時に放電のトリガーとなる初期電子を供給する。ゲッ
タ部と電子放出材により、サージアブソーバの放電開始
電圧及びインパルス応答電圧を低下することができる。

【００１８】特にゲッタ部と電子放出材からなる第２薄
層とを限られたサージ吸収素子１５の周面又は対向電極
２２，２３の表面に簡単な方法により共存させることが
できるので、サージアブソーバを小型化できる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。＜実施例１＞図１〜図４に示すように、マイクロギャッ
プ式の放電型サージアブソーバ１０を次の方法により製
造した。直径１．０ｍｍ、長さ３．０ｍｍの円柱状のセ
ラミック素体１１の表面にゲッタ材として作用するＴｉ
薄層１１ａをスパッタリング法により形成した。次にこ
のＴｉ薄層１１ａの表面に更に電子放出材であるＢａと
Ａｌの合金薄層１１ｂをスパッタリング法により形成
し、このセラミック素体１１の両端に一対のキャップ電
極１２ａ，１３ａを圧入した。

【００２０】次いでダイヤモンドカッタを用いて、素体
１１のＢａとＡｌの合金薄層１１ｂを素体１１の長手方
向に部分的に除去し、下地の第１薄層１１ａを露出させ
て複数条のゲッタ部１１ｄを形成した。また素体１１の
中央部にレーザ光線を用いてマイクロギャップ１１ｃを
形成し、サージ吸収素子１５を得た。このサージ吸収素
子１５のキャップ電極１２ａ，１３ａの外端面に一対の
リード線１６，１７を溶着した後、このサージ吸収素子
１５をガラス管１４に収容した。サージ吸収素子１５を
入れたガラス管内部の空気を抜いた後、代わりに２４０
Ｔｏｒｒの圧力でガラス管内部にこのアルゴンガスを導
入した。この状態でガラス管１４を７４０℃、１分間加
熱することによりアルゴンガスを満たした状態で封着
し、サージアブソーバ１０を得た。

【００２１】＜比較例１＞ゲッタ部１１ｄを設けなかっ
た以外は実施例１と同様にしてサージアブソーバを得
た。

【００２２】＜実施例２＞図６〜図８に示すように、一
対のコバール製対向電極２２，２３の相対向する放電面
にスパッタリング法によりゲッタ材として作用するＴｉ
薄層２２ａ，２３ａを形成し、このＴｉ薄層２２ａ，２
３ａの表面に更に電子放出材であるＢａとＡｌの合金薄
層２２ｂ，２３ｂをスパッタリング法により形成した。

【００２３】次いでダイヤモンドカッタを用いて、Ｂａ
とＡｌの合金薄層２２ｂ，２３ｂを部分的に除去し、下
地層の第１薄層２２ａ，２３ａを露出させて複数条のゲ
ッタ部２２ｄ，２３ｄを形成した。このように作製した
一対の対向電極２２，２３をセラミック絶縁管２４の両
端に当接し、絶縁管２４の内部にアルゴンガスを満たし
た状態で絶縁管２４を対向電極２２，２３で封止した。

【００２４】＜比較例２＞ゲッタ部２２ｄ，２３ｄを設
けなかった以外は実施例１と同様にしてサージアブソー
バを得た。

【００２５】実施例１、比較例１、実施例２及び比較例
２の各サージアブソーバの放電開始電圧及びインパルス
応答電圧等の電気的特性を調べた。その結果を表１に示
す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１から明かなように、実施例１及び実施
例２のサージアブソーバは比較例１及び比較例２のサー
ジアブソーバと比べてより低い放電開始電圧及びインパ
ルス応答電圧を示した。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、サ
ージ吸収素子１５の周面又は対向電極２２，２３の表面
である放電面をゲッタ材からなる第１薄層と電子放出材
からなる第２薄層の二層構造にし、上層である電子放出
材の第２薄層の一部を除去することにより下地層の第１
薄層を露出させてゲッタ部を設けたので、これらの放電
面に簡単な方法でゲッタ部と電子放出材の第２薄層とを
共存させることができ、結果としてサージアブソーバを
小型化してかつ量産化を図ることができる。第１薄層が
露出したゲッタ部が絶縁管の封着時の加熱により絶縁管
内部のＯ₂やＮ₂などの微量の不純ガスを吸着するので、
サージアブソーバの放電特性は安定し、しかも第２薄層
の電子放出材が異常電圧印加時に放電のトリガーとなる
初期電子を供給し、結果として、サージアブソーバの放
電開始電圧及びインパルス応答電圧をそれぞれ低下する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の放電型サージアブソーバの中央
縦断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線要部拡大断面図。

【図３】図１のＢ−Ｂ線要部拡大断面図。

【図４】そのセラミック素体の要部拡大斜視図。

【図５】本発明の別の第１の放電型サージアブソーバの
中央縦断面図。

【図６】本発明の第２の放電型サージアブソーバの中央
縦断面図。

【図７】その斜視図。

【図８】図６のＣ−Ｃ線断面図。

【符号の説明】

１０，１０’，２０放電型サージアブソーバ１１セラミック素体１１ａ，２２ａ，２３ａゲッタ材からなる第１薄層１１ｂ，２２ｂ，２３ｂ電子放出材からなる第２薄層１１ｃマイクロギャップ１１ｄ，２２ｄ，２３ｄゲッタ部１２ａ，１３ａキャップ電極１２ｂ，１３ｂ，２２，２３対向電極１４，１４’，２４絶縁管１５サージ吸収素子１６，１７，２６，２７リード線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柱状のセラミック素体(11)の両端に一対
のキャップ電極(12a,13a)を有するサージ吸収素子(15)
と、前記サージ吸収素子(15)を不活性ガスとともに封止
する絶縁管(14)とを備えた放電型サージアブソーバ(10,
10')において、前記サージ吸収素子(15)は、前記セラミック素体(11)の
表面に形成されたゲッタ材からなる第１薄層(11a)と、
前記第１薄層(11a)の上に形成された電子放出材からな
る第２薄層(11b)と、前記第２薄層(11b)を部分的に除去
してセラミック素体(11)の表面に第１薄層(11a)が露出
して形成されたゲッタ部(11d)と、前記セラミック素体
(11)の周面に前記第１及び第２薄層(11a,11b)を除去し
て形成されたマイクロギャップ(11c)とを有し、前記一対のキャップ電極(12a,13a)は前記セラミック素
体(11)の両端に前記第２薄層(11b)を介して設けられた
ことを特徴とする放電型サージアブソーバ。
【請求項２】ゲッタ材からなる第１薄層(11a)がＴ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及びＴａからなる群より選ば
れた１種又は２種以上の金属薄膜により構成された請求
項１記載の放電型サージアブソーバ。
【請求項３】電子放出材からなる第２薄層(11b)がア
ルカリ金属、アルカリ土類金属及びこれらの三元炭酸塩
からなる群より選ばれた１種又は２種以上の金属薄膜に
より構成された請求項１記載の放電型サージアブソー
バ。
【請求項４】絶縁管(24)と、前記絶縁管(24)の両端に
相対向して封着された一対の対向電極(22,23)とを備
え、前記対向電極(22,23)と前記絶縁管(24)とにより形
成される空間に不活性ガスが封入された放電型サージア
ブソーバ(20)において、前記対向電極(22,23)は、電極表面に形成されたゲッタ
材からなる第１薄層(22a,23a)と、前記第１薄層(22a,23
a)の上に形成された電子放出材からなる第２薄層(22b,2
3b)と、前記第２薄層(22b,23b)を部分的に除去して対向
電極(22,23)の表面に第１薄層(22a,23a)が露出して形成
されたゲッタ部(22d,23d)とを有することを特徴とする
放電型サージアブソーバ。
【請求項５】ゲッタ材からなる第１薄層(22a,23a)が
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ及びＴａからなる群より選
ばれた１種又は２種以上の金属薄膜により構成された請
求項４記載の放電型サージアブソーバ。
【請求項６】電子放出材からなる第２薄層(22b,23b)
がアルカリ金属、アルカリ土類金属及びこれらの三元炭
酸塩からなる群より選ばれた１種又は２種以上の金属薄
膜により構成された請求項４記載の放電型サージアブソ
ーバ。