(57)【要約】【課題】  低コストで作製可能であると共に、小型化が可能な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２ａに挿入され互いに間隔を空けて先端部を対向させた一対のリード線３とを備え、前記両端開口部が、一対のリード線に密着して絶縁性管を閉塞し絶縁性管の内部に放電制御ガスを封止しており、リード線の先端部が、絶縁性管の内周面に沿ってリード線の線径よりも大きな外径に曲げられ絶縁性管の内周面に接触した拡径部３ａを有している。【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に挿入され互いに間隔を空けて先端部を対向させた一対のリード線とを備え、
前記両端開口部が、一対の前記リード線に密着して前記絶縁性管を閉塞し前記絶縁性管の内部に放電制御ガスを封止しており、
前記リード線の先端部が、前記絶縁性管の内周面に沿って前記リード線の線径よりも大きな外径に曲げられ前記絶縁性管の内周面に接触した拡径部を有し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において、
前記リード線が、表面にＣｕ２Ｏ膜が形成されたジュメット線であることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のサージ防護素子において、
一対の前記リード線のうち少なくとも一方が、前記拡径部から前記対向する方向に突出した突出先端部を有していることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のサージ防護素子において、
前記拡径部が、前記絶縁性管の軸線方向に軸線を有する螺旋状に曲げられていることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のサージ防護素子の製造方法であって、
一対のリード線をガラス製の絶縁性管の両端開口部に挿入させ互いに間隔を空けて先端部を対向させるリード線挿入工程と、
一対の前記リード線を前記対向させた状態で前記絶縁性管を加熱して軟化させ、前記両端開口部を変形させると共に一対の前記リード線に密着させて前記絶縁性管を閉塞し前記絶縁性管の内部に放電制御ガスを封止する封止工程とを有し、
前記リード線挿入工程前に、前記リード線の先端部に予め前記絶縁性管の内周面に沿って前記リード線の直径よりも大きな外径に曲げられた拡径部を形成し、
前記封止工程で、前記絶縁性管の内周面を前記拡径部に接触させ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及び２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。
なお、特許文献２に記載の技術では、封止電極に銅覆鋼線等のリード線を溶接した、いわゆるスラグリードを採用している。
また、特許文献３には、電極間の空隙に絶縁板を挟んだアレスタと呼ばれるサージ防護素子が記載されている。
【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２０１３−１０１８３９号公報
【特許文献３】実開平２−１８９１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、サージ耐量が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と共に部材コストが高くなるという不都合があった。さらに、封止電極とリード線とを溶接したスラグリードを採用した場合、溶接工程が必要になって、やはり部材コストが高くなってしまう不都合がある。
【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、アレスタ型サージ防護素子は、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。
た。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、低コストで作製可能であると共に、小型化が可能な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】
【０００９】
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に挿入され互いに間隔を空けて先端部を対向させた一対のリード線とを備え、前記両端開口部が、一対の前記リード線に密着して前記絶縁性管を閉塞し前記絶縁性管の内部に放電制御ガスを封止しており、前記リード線の先端部が、前記絶縁性管の内周面に沿って前記リード線の線径よりも大きな外径に曲げられ前記絶縁性管の内周面に接触した拡径部を有していることを特徴とする。
【００１０】
このサージ防護素子では、リード線の先端部が、絶縁性管の内周面に沿ってリード線の線径よりも大きな外径に曲げられ絶縁性管の内周面に接触した拡径部を有しているので、拡径部の内側に放電空間を確保することができると共に、従来のスラグリードのような封止電極が無いことで全体を小型化したり、低コスト化したりすることが可能になる。
さらに、一対のリード線自体がアレスタ型の対向電極となることで、小型でありながら高耐量・高信頼性を得ることができる。
【００１１】
第２の発明に係るサージ防護素子は、第１の発明において、前記リード線が、表面にＣｕ２Ｏ膜が形成されたジュメット線であることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、リード線が、表面にＣｕ２Ｏ膜が形成されたジュメット線であるので、電子放出能のあるＣｕ２Ｏ膜が放電補助部となって放電をトリガし易くなる。また、ガラス製の絶縁性管の内周面は非常に滑らかであるためカーボン等のトリガ線を描くことは難しいが、本発明ではＣｕ２Ｏ膜が放電補助部となるので、絶縁性管の内周面にトリガ線を描く必要が無い。
【００１２】
第３の発明に係るサージ防護素子は、第１又は第２の発明において、一対の前記リード線のうち少なくとも一方が、前記拡径部から前記対向する方向に突出した突出先端部を有していることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、一対のリード線のうち少なくとも一方が、拡径部から前記対向する方向に突出した突出先端部を有しているので、突出先端部に電界が集中することで放電し易くなり、放電開始電圧を下げることができる。
【００１３】
第４の発明に係るサージ防護素子は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記拡径部が、前記絶縁性管の軸線方向に軸線を有する螺旋状に曲げられていることを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、拡径部が、絶縁性管の軸線方向に軸線を有する螺旋状に曲げられているので、螺旋状の拡径部によって、より広い放電空間を確保することができる。
【００１４】
第５の発明に係るサージ防護素子の製造方法は、第１から第４の発明のいずれかのサージ防護素子の製造方法であって、一対のリード線をガラス製の絶縁性管の両端開口部に挿入させ互いに間隔を空けて先端部を対向させるリード線挿入工程と、一対の前記リード線を前記対向させた状態で前記絶縁性管を加熱して軟化させ、前記両端開口部を変形させると共に一対の前記リード線に密着させて前記絶縁性管を閉塞し前記絶縁性管の内部に放電制御ガスを封止する封止工程とを有し、前記リード線挿入工程前に、前記リード線の先端部に予め前記絶縁性管の内周面に沿って前記リード線の直径よりも大きな外径に曲げられた拡径部を形成し、前記封止工程で、前記絶縁性管の内周面を前記拡径部に接触させることを特徴とする。
このサージ防護素子の製造方法では、リード線挿入工程前に、リード線の先端部に予め絶縁性管の内周面に沿ってリード線の直径よりも大きな外径に曲げられた拡径部を形成し、封止工程で、絶縁性管の内周面を拡径部に接触させるので、軟化した絶縁性管が拡径部に接触することで、拡径部よりも潰れてしまうことが防止でき、リード線との確実な密着及び封止を得ると共に、拡径部内に放電空間を確保することができる。
【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、リード線の先端部が、絶縁性管の内周面に沿ってリード線の線径よりも大きな外径に曲げられ絶縁性管の内周面に接触した拡径部を有するので、拡径部の内側に放電空間を確保することができると共に、従来のスラグリードのような封止電極が無いことで全体を小型化したり、低コスト化したりすることが可能になる。
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第１実施形態において、リード線の斜視図（ａ）及び製法を工程順に示す正面図（ｂ）（ｃ）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第２実施形態において、リード線の斜視図（ａ）及び製法を工程順に示す正面図（ｂ）（ｃ）である。
【図３】本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法の第３実施形態において、リード線の斜視図（ａ）及び製法を工程順に示す正面図（ｂ）（ｃ）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。
【００１８】
本実施形態のサージ防護素子１は、図１の（ｃ）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２ａに挿入され互いに間隔を空けて先端部を対向させた一対のリード線３とを備えている。
上記両端開口部２ａは、一対のリード線３に密着して絶縁性管２を閉塞し絶縁性管２の内部に放電制御ガスを封止している。
上記リード線３の先端部は、絶縁性管２の内周面に沿ってリード線３の線径よりも大きな外径に曲げられ絶縁性管２の内周面に接触した拡径部３ａを有している。
【００１９】
すなわち、リード線３は、図１の（ａ）に示すように、絶縁性管２の軸線方向外方に突出する直線部３ｂと、直線部３ｂの先端から絶縁性管２の半径方向外方に曲げられ延在した支持部３ｃと、支持部３ｃの先端から円環状に曲げられた拡径部３ａとで構成されている。
上記拡径部３ａは、絶縁性管２の軸線方向中央部の内径とほぼ同じ外径に形成されている。
このリード線３は、表面にＣｕ２Ｏ膜が形成されたジュメット(Dumet)線（銅被覆鉄ニッケル合金線）である。
【００２０】
封止前の上記絶縁性管２は、図１の（ｂ）に示すように、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。
【００２１】
本実施形態のサージ防護素子１の製造方法は、図１の（ｂ）に示すように、一対のリード線３をガラス製の絶縁性管２の両端開口部２ａに挿入させ互いに間隔を空けて先端部を対向させるリード線挿入工程と、図１の（ｃ）に示すように、一対のリード線３を前記対向させた状態で絶縁性管２を加熱して軟化させ、両端開口部２ａを変形させると共に一対のリード線３に密着させて絶縁性管２を閉塞し絶縁性管２の内部に放電制御ガスを封止する封止工程とを有している。
【００２２】
なお、リード線挿入工程前に、図１の（ａ）に示すように、リード線３の先端部に予め絶縁性管２の内周面に沿ってリード線３の直径よりも大きな外径に曲げられた拡径部３ａを形成しておく。
上記封止工程では、軟化した絶縁性管２の内周面を拡径部３ａに接触させる。
この封止工程では、絶縁性管２内のガスをＡｒ等に置換し、その後、絶縁性管２全体をバーナー等によって加熱して両端開口部２ａを収縮させリード線３の直線部３ｂに封着させる。このとき、絶縁性管２の軸方向中央部では、内側に一対の拡径部３ａがあるため、それ以上に収縮できず、一対の拡径部３ａ間に放電空間Ｓが確保される。
【００２３】
このように本実施形態のサージ防護素子１では、リード線３の先端部が、絶縁性管２の内周面に沿ってリード線３の線径よりも大きな外径に曲げられ絶縁性管２の内周面に接触した拡径部３ａを有しているので、拡径部３ａの内側に放電空間Ｓを確保することができると共に、従来のスラグリードのような封止電極が無いことで全体を小型化したり、低コスト化したりすることが可能になる。
さらに、一対のリード線３自体がアレスタ型の対向電極となることで、小型でありながら高耐量・高信頼性を得ることができる。
【００２４】
また、リード線３が、表面にＣｕ２Ｏ膜が形成されたジュメット線であるので、電子放出能のあるＣｕ２Ｏ膜が放電補助部となって放電をトリガし易くなる。また、ガラス製の絶縁性管２の内周面は非常に滑らかであるためカーボン等のトリガ線を描くことは難しいが、本実施形態ではＣｕ２Ｏ膜が放電補助部となるので、絶縁性管２の内周面にトリガ線を描く必要が無い。
【００２５】
また、本実施形態のサージ防護素子１の製造方法では、リード線挿入工程前に、リード線３の先端部に予め絶縁性管２の内周面に沿ってリード線３の直径よりも大きな外径に曲げられた拡径部３ａを形成し、封止工程で、絶縁性管２の内周面を拡径部３ａに接触させるので、軟化した絶縁性管２が拡径部３ａに接触することで、拡径部３ａよりも潰れてしまうことが防止でき、リード線３との確実な密着及び封止を得ると共に、拡径部３ａ内に放電空間Ｓを確保することができる。
【００２６】
次に、本発明に係るサージ防護素子の第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。
【００２７】
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、リード線３の先端部に支持部３ｃ及び拡径部３ａだけが形成されているのに対し、第２実施形態のサージ防護素子２１では、図２に示すように、リード線２３が、拡径部２３ａから前記対向する方向に突出した突出先端部２３ｄを有している点である。
【００２８】
すなわち、第２実施形態では、一対のリード線２３が、拡径部２３ａから半径方向内方に延在する突出用支持部２３ｅと、突出用支持部２３ｅの先端から前記対向する方向に向けて突出した突出先端部２３ｄとをさらに有している。
したがって、一対のリード線２３の突出先端部２３ｄは、互いに対向状態に突出している。なお、一対のリード線２３の両方に突出先端部２３ｄを設けることが好ましいが、一方のリード線２３にだけ突出先端部２３ｄを設けても構わない。
【００２９】
上記突出先端部２３ｄは、先端が尖っていることが好ましく、本実施形態では、先端が斜めに切断されて鋭利な針状に形成されている。
このように第２実施形態のサージ防護素子２１では、一対のリード線２３のうち少なくとも一方が、拡径部２３ａから前記対向する方向に突出した突出先端部２３ｄを有しているので、突出先端部２３ｄに電界が集中することで放電し易くなり、放電開始電圧を下げることができる。
【００３０】
次に、第３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、拡径部３ａが円環状に曲げられているのに対し、第３実施形態のサージ防護素子３１では、図３に示すように、拡径部３３ａが、絶縁性管２の軸線方向に軸線を有する螺旋状に曲げられている点である。
第３実施形態のリード線３３は、先端に向けて螺旋径が漸次大きく設定された螺旋状の拡径部３３ａを有している。
【００３１】
上記拡径部３３ａは、絶縁性管２の軸線方向中央部分の近傍に位置する先端の螺旋径が最も大きく、封止前の絶縁性管２の内径とほぼ同じに設定されている。したがって、図３の（ｃ）に示すように、封止工程後では、直線部３ｂの密着部分（開口部２ａ）から絶縁性管２の軸線方向中央部に向け、螺旋径の拡大に伴って拡径部３３ａの内側の放電空間Ｓも広くなっている。
【００３２】
このように第３実施形態のサージ防護素子３１では、拡径部３３ａが、絶縁性管２の軸線方向に軸線を有する螺旋状に曲げられているので、螺旋状の拡径部３３ａによって、より広い放電空間Ｓを確保することができる。
【実施例】
【００３３】
上記第１及び第２実施形態のサージ防護素子を作製し、放電特性を評価した。
なお、第１及び第２実施形態のサージ防護素子は、リード線（Dumet線）の線径を０．５ｍｍとし、拡径部の外径を２．５ｍｍとした。また、封止工程前の絶縁性管は、内径が２．６ｍｍであり、外径が４．１ｍｍである。したがって、リード線の挿入時の拡径部と絶縁性管との間隔は、０．５ｍｍとした。さらに、放電制御ガスとしてＡｒを絶縁性管内に封入した。
【００３４】
このように作製した第１実施形態のサージ防護素子は、放電空間が２．５ｍｍ３であった。
また、突出先端部を有した第２実施形態のサージ防護素子は、放電空間が７．４ｍｍ３であった。
【００３５】
上記のように作製した第１実施形態のサージ防護素子では、直流電圧を１００Ｖ／ｓで昇圧したときの放電開始電圧が５００Ｖ、１０ｋＶ／μｓで昇圧したときの放電開始電圧が８００Ｖであった。また、第２実施形態のサージ防護素子では、直流電圧を１００Ｖ／ｓで昇圧したときの放電開始電圧が５００Ｖ、１０ｋＶ／μｓで昇圧したときの放電開始電圧が７００Ｖであった。
このように第１及び第２実施形態のサージ防護素子では、いずれも十分な放電空間と良好な放電特性とが得られている。
【００３６】
なお、本発明の技術範囲は上記各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】
【００３７】
１，２１，３１…サージ防護素子、２…絶縁性管、２ａ…絶縁性管の両端開口部、３，２３，３３…リード線、３ａ，２３ａ，３３ａ…拡径部、２３ｄ…突出先端部
【図１】
2020013685.tif 000003
【図２】
2020013685.tif 000004
【図３】
2020013685.tif 000005