(57)【要約】【課題】  気泡の発生を抑制でき、高い接合強度及び封止性が得られると共に、閉じ込める放電制御ガスの量を一定にすることができるサージ防護素子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  ガラス製の絶縁性管２と、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と共に互いの対向面３ａを離間させて対向配置した一対の封止電極３とを備え、一対の封止電極が、対向面である内側の端面が外側の端面３ｂよりも面積の広い断面台形状に形成され、絶縁性管が、封止電極の外周面３ｄ全体に接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製の絶縁性管と、
前記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と共に互いの対向面を離間させて対向配置した一対の封止電極とを備え、
一対の前記封止電極が、前記対向面である内側の端面が外側の端面よりも面積の広い断面台形状に形成され、
前記絶縁性管が、前記封止電極の外周面全体に接合されていることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項２】
請求項１に記載のサージ防護素子を製造する方法であって、
互いの対向面を離間させた状態で一対の封止電極をガラス製の絶縁性管内に挿入する封止電極挿入工程と、
前記封止電極挿入工程後に前記絶縁性管を加熱して軟化させ前記絶縁性管と一対の前記封止電極とを接合させると共に一対の前記封止電極で前記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電極接合工程とを有し、
一対の前記封止電極を、前記対向面である内側の端面が外側の端面よりも面積の広い断面台形状に形成しておくことを特徴とするサージ防護素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のサージ防護素子の製造方法において、
前記封止電極挿入工程で、前記絶縁性管の内周面と前記封止電極の外周面との角度を２〜３０°に設定することを特徴とするサージ防護素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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防護素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、液晶テレビおよびプラズマテレビ等の画像表示駆動回路等、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、サージ防護素子が接続されている。
【０００３】
従来、例えば特許文献１には、ガラス管内で対向する金属部材の間に導電被覆した部材を挟んだマイクロギャップ式サージ防護素子が記載されている。このマイクロギャップ式サージ防護素子では、導電被覆した部材の中央に数μｍ〜数十μｍのスリット（ギャップ）を設け、規定の電圧以下では対向する金属部材間に電流が流れない構造となっている。そして、設定した電圧を超えると、スリット間にアーク放電が発生し、対向する金属部材間に電流が流れるようになっている。
【０００４】
このサージ防護素子は、ガラス管のガラス軟化による形状変化能と、金属との接合特性とを利用したデバイスであり、量産性にも優れていることから幅広い分野で活用されている。
また、特許文献２には、セラミックス又はガラス等で形成された円筒体と、電気絶縁性のリング状スペーサを介在させることにより所定距離の空間を隔てて対峙する一対の電極とを備えたサージ防護素子が記載されている。このようなサージ防護素子のように、対向電極をアルミナ等のセラミックス製円筒体で封止したサージ防護素子はアレスタと呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭６３−５７９１８号公報
【特許文献２】特開昭６３−３１８０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、ガラス被覆型マイクロギャップ式サージ防護素子は、ガラスと金属部材との接合性が良好であり、ガスの封止性や、大気や水分の遮断性等の優れた信頼性を有しているが、マイクロギャップを構成するスリット幅が狭いと共に、マイクロギャップ周辺を形成している導電性被覆の厚さが数十μｍと薄いため、サージ耐量は１５００Ａ程度が限界であった。また、導電性被覆の成膜工程やマイクロギャップを形成するためのレーザ加工工程が必要であり、工程が複雑になると共に作製に時間が掛かり、高コスト化してしまう不都合があった。
【０００７】
一方、アレスタ型サージ防護素子は、直径５ｍｍの製品における耐量が２０００Ａであり、直径８ｍｍの製品における耐量が５０００Ａであり、ガラス被覆型マイクロギャップ式サージ防護素子よりも高いサージ耐量特性を有している。このようなアレスタ型サージ防護素子は、高信頼性が要求される大型家電、太陽光発電及び上下水道といったインフラ設備向け等に採用されている。なお、アレスタ型サージ防護素子は、金属とセラミックスとの接合において、高価な接合剤（銀系ロウ材）や、ガラス製円筒部材より高価なアルミナ製円筒部材が必要となる。さらに、セラミックスと金属部との接合には非常に高い技術が必要であると共に、電極内部に電極補助材（グラファイト等）を設けたり、電極保護及び放電助長の目的で対向電極表面に誘電材料を付与したりする必要があり、製造工程が複雑となっている。そのため、製造費用がガラス被覆型マイクロギャップ式サージ防護素子と比べて大幅に上昇する傾向にあった。
【０００８】
そのため、コスト的にガラス製円筒部材を用いることが要望されているが、図２に示すように、ガラス製の絶縁性管１０２内に互いに隙間を空けて一対の封止電極１０３を挿入した状態で、加熱し絶縁性管１０２と封止電極１０３とを接合させると、封止電極１０３の外周面と絶縁性管１０２との間に残存していた放電制御ガスが熱膨張して気泡Ｂとして閉じ込められてしまう場合がある。このように残った気泡Ｂの部分では、封止電極１０３と絶縁性管１０２とが接合されておらず、接合強度及び封止性が低下してしまう問題があった。また、放電制御ガスが封止電極１０３の外周面側に流れて一対の封止電極１０３の間の放電制御ガスが薄くなり、放電開始電圧Ｖｓが低下してしまうおそれもあった。
【０００９】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、気泡の発生を抑制でき、高い接合強度及び封止性が得られると共に、閉じ込める放電制御ガスの量を一定にすることができるサージ防護素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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防護素子は、ガラス製の絶縁性管と、前記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と共に互いの対向面を離間させて対向配置した一対の封止電極とを備え、一対の前記封止電極が、前記対向面である内側の端面が外側の端面よりも面積の広い断面台形状に形成され、前記絶縁性管が、前記封止電極の外周面全体に接合されていることを特徴とする。
【００１１】
このサージ防護素子では、一対の封止電極が、対向面である内側の端面が外側の端面よりも面積の広い断面台形状に形成され、絶縁性管が、封止電極の外周面全体に接合されているので、製作時の接合の際に、円柱状の封止電極に比べて封止電極の外周面と絶縁性管との間での気泡の発生を抑制でき、高い接合強度及び封止性が得られる。また、円柱状の封止電極に比べて封止電極の外周面と絶縁性管との接合面積が増えることで接合強度及び封止性が向上する。また、一対の封止電極が外側の端面に向けて外径が漸次小さくなるテーパ形状であるため、絶縁性管に対するアンカー効果によって一対の封止電極が互いに離間する方向への移動が制限され、一対の封止電極の隙間（ギャップ）が拡がることを防止できる。
【００１２】
第２の発明に係るサージ防護素子の製造方法は、第１の発明のサージ防護素子を製造する方法であって、互いの対向面を離間させた状態で一対の封止電極をガラス製の絶縁性管内に挿入する封止電極挿入工程と、前記封止電極挿入工程後に前記絶縁性管を加熱して軟化させ前記絶縁性管と一対の前記封止電極とを接合させると共に一対の前記封止電極で前記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電極接合工程とを有し、一対の前記封止電極を、前記対向面である内側の端面が外側の端面よりも面積の広い断面台形状に形成しておくことを特徴とする。
【００１３】
すなわち、このサージ防護素子の製造方法では、一対の封止電極を、対向面である内側の端面が外側の端面よりも面積の広い断面台形状に形成しておくので、接合が対向面側から外側の端面へと進行することで、絶縁性管と封止電極との接合面に放電制御ガスが残存し難く、気泡の発生を抑制することができる。
電極接合工程では、最初に絶縁性管と封止電極の対向面外縁との接触部分から接合が始まり、封止電極の外側の端面に向けて接合が進むと共に、絶縁性管と封止電極の外周面との間の放電制御ガスを外側の端面へと押し出すことで、絶縁性管と封止電極との接合面に放電制御ガスが残存し難くなる。また、最初に絶縁性管と封止電極の対向面外縁との接触部分から接合するため、一対の封止電極の間隙に閉じ込める放電制御ガスの量を一定にすることができる。
【００１４】
第３の発明に係るサージ防護素子は、第２の発明において、前記封止電極挿入工程で、前記絶縁性管の内周面と前記封止電極の外周面との角度を２〜３０°に設定することを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子の製造方法では、封止電極挿入工程で、絶縁性管の内周面と封止電極の外周面との角度を２〜３０°に設定するので、電極接合工程でガラス管の絶縁性管が軟化した際に絶縁性管と封止電極の外周面との接合が対向面側から外側の端面に向けてスムーズに進むことができ、良好に放電制御ガスを押し出すことができる。
なお、上記角度が２°未満であると、放電制御ガスの押出効果が不十分になる場合があると共に、３０°を越えると、外側の端部で絶縁性管と封止電極の外周面との隙間が大きくなり過ぎ、外側の端面での接合が不十分になるおそれがある。
【発明の効果】
【００１５】
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防護素子及びその製造方法によれば、一対の封止電極が、対向面である内側の端面が外側の端面よりも面積の広い断面台形状に形成され、絶縁性管が、封止電極の外周面全体に接合されているので、円柱状の封止電極に比べて封止電極の外周面と絶縁性管との接合面積が増えることで接合強度及び封止性が向上する。また、接合が対向面側から外側の端面へと進行することで、絶縁性管と封止電極との接合面に放電制御ガスが残存し難く、気泡の発生を抑制することができる。
したがって、本発明に係るサージ防護素子は、小型かつ安価で高信頼性の製品が要求される電気機器の電源回路部や通信回路部用などに好適である。特に、本発明のサージ防護素子は、基板実装用として静電気対策を含む幅広い用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法の一実施形態において、電極接合工程前（ａ）及び電極接合工程後（ｂ）のサージ防護素子を示す軸線方向の断面図である。
【図２】本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法の従来例において、サージ防護素子を示す軸線方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法の一実施形態を、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。
【００１８】
本実施形態のサージ防護素子１は、図１に示すように、ガラス製の絶縁性管２と、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と共に互いの対向面３ａを離間させて対向配置した一対の封止電極３とを備えている。
上記一対の封止電極３は、対向面３ａである内側の端面が外側の端面３ｂよりも面積の広い断面台形状に形成され、絶縁性管２が、封止電極３の外周面３ｄ全体に接合されている。
【００１９】
上記絶縁性管２は、例えば円筒状であり、鉛ガラス等のガラス管で形成されている。
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，ＳＦ６，ＣＯ２，Ｃ３Ｆ８，Ｃ２Ｆ６，ＣＦ４，Ｈ２，大気等及びこれらの混合ガスが採用される。
【００２０】
上記封止電極３は、例えばジュメット線，４２アロイ（Ｆｅ：５８ｗｔ％、Ｎｉ：４２ｗｔ％），Ｃｕ等で切頭円錐形状に形成されている。
各封止電極３には、外側に突出したリード線５の基端部が埋め込まれている。
また、封止電極３の外周面３ｄには、ガラスとの濡れ性を向上させるために亜酸化銅の膜が形成されている。
なお、封止電極３及びリード線５として、ジュメット線材で形成されたいわゆるスラグリードを採用しても構わない。
【００２１】
本実施形態のサージ防護素子１の製造方法は、図１の（ａ）に示すように、互いの対向面３ａを離間させた状態で一対の封止電極３をガラス製の絶縁性管２内に挿入する封止電極挿入工程と、図１の（ｂ）に示すように、封止電極挿入工程後に絶縁性管２を加熱して軟化させ絶縁性管２と一対の封止電極３とを接合させると共に一対の封止電極３で絶縁性管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電極接合工程とを有している。
【００２２】
一対の封止電極３は、対向面３ａである内側の端面が外側の端面３ｂよりも面積の広い断面台形状に形成しておく。
また、封止電極挿入工程で、絶縁性管２の内周面と封止電極３の外周面３ｄとの角度θを２〜３０°に設定する。
【００２３】
このように本実施形態のサージ防護素子１では、一対の封止電極３が、対向面３ａである内側の端面が外側の端面３ｂよりも面積の広い断面台形状に形成され、絶縁性管２が、封止電極３の外周面３ｄ全体に接合されているので、円柱状の封止電極３に比べて封止電極３の外周面３ｄと絶縁性管２との接合面積が増えることで接合強度及び封止性が向上する。また、一対の封止電極３が外側の端面３ｂに向けて外径が漸次小さくなるテーパ形状であるため、絶縁性管２に対するアンカー効果によって一対の封止電極３が互いに離間する方向への移動が制限され、一対の封止電極３の隙間（ギャップ）が拡がることを防止できる。
【００２４】
また、本実施形態のサージ防護素子１の製造方法では、一対の封止電極３を、対向面３ａである内側の端面が外側の端面３ｂよりも面積の広い断面台形状に形成しておくので、接合が対向面３ａ側から外側の端面３ｂへと進行することで、絶縁性管２と封止電極３との接合面に放電制御ガスが残存し難く、気泡の発生を抑制することができる。
【００２５】
すなわち、電極接合工程では、最初に絶縁性管２と封止電極３の対向面外縁３ｃとの接触部分から接合が始まり、封止電極３の外側の端面３ｂに向けて接合が進むと共に、絶縁性管２と封止電極３の外周面３ｄとの間の放電制御ガスを外側の端面３ｂへと（図中の矢印方向）押し出すことで、絶縁性管２と封止電極３との接合面に放電制御ガスが残存し難くなる。また、最初に絶縁性管２と封止電極３の対向面外縁３ｃとの接触部分から接合するため、一対の封止電極３の間隙に閉じ込める放電制御ガスの量を一定にすることができる。
【００２６】
また、封止電極挿入工程で、絶縁性管２の内周面と封止電極３の外周面３ｄとの角度θを２〜３０°に設定するので、電極接合工程でガラス管の絶縁性管２が軟化した際に絶縁性管２と封止電極３の外周面３ｄとの接合が対向面３ａ側から外側の端面３ｂに向けてスムーズに進むことができ、良好に放電制御ガスを押し出すことができる。
【００２７】
なお、本発明の技術範囲は上記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。
【符号の説明】
【００２８】
１…サージ防護素子、２…絶縁性管、３…封止電極、３ａ…（封止電極の）対向面、３ｂ…（封止電極の）外側の端面、３ｄ…（封止電極の）外周面
【図１】
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【図２】
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