(57)【要約】【課題】  非常に狭いギャップを低コストで作製可能であるサージ防護素子の製造方法を提供すること。【解決手段】  一対の封止電極３の互いの対向面にヒューズ部材４の両端を固定してヒューズ部材で一対の封止電極を繋げるヒューズ部材取付工程と、ヒューズ部材で繋がった一対の封止電極を、ヒューズ部材に張力を加えた状態で一対の封止電極を絶縁性管２内に挿入する電極挿入工程と、ヒューズ部材で繋がった状態の一対の封止電極で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絶縁性管と一対の封止電極とを接合させる電極接合工程と、前記電極接合工程後にヒューズ部材を加熱してヒューズ部材を溶断させるヒューズ部材溶断工程とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の封止電極の互いの対向面にヒューズ部材の両端を固定して前記ヒューズ部材で一対の前記封止電極を繋げるヒューズ部材取付工程と、
前記ヒューズ部材で繋がった一対の前記封止電極を、前記ヒューズ部材に張力を加えた状態で一対の前記封止電極を絶縁性管内に挿入する電極挿入工程と、
前記ヒューズ部材で繋がった状態の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と共に前記絶縁性管と一対の前記封止電極とを接合させる電極接合工程と、
前記電極接合工程後に前記ヒューズ部材を加熱して前記ヒューズ部材を溶断させるヒューズ部材溶断工程とを有していることを特徴とするサージ防護素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のサージ防護素子の製造方法において、
前記ヒューズ部材が、導電性材料で形成され、
前記ヒューズ部材溶断工程が、一対の前記封止電極間に電流を流して前記ヒューズ部材を前記電流による抵抗加熱で溶断させる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１又は２に記載のサージ防護素子の製造方法において、
一対の前記封止電極の対向面のうち少なくとも一方に、凹部が形成されていることを特徴とするサージ防護素子の製造方法。
【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の製造方法において、
前記ヒューズ部材が、前記封止電極の材料よりも電子放出能が高いイオン源材料を含有してい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。特に、静電気対策に用いる場合では上記マイクロギャップのような非常に狭い間隔で対向する電極を互いに離間させる必要があり、高精度にギャップを設定することが困難であった。
さらに、アーク放電により電極部を構成する金属が溶融飛散し、金属成分が絶縁性管の内面に付着することで、一対の封止電極間の絶縁性を悪化させてしまう問題があった。特に、大量の金属成分が絶縁性管の内面に付着すると、絶縁性管の内周面に通電回路が形成されてショートしてしまう場合も有り、その場合はサージ防護素子の寿命と判断されてしまう不都合があった。なお、特許文献２に記載のサージ防護素子では、リング状スペーサが介在しているため、絶縁性管の内周面に金属成分が付着しないが、リング状スペーサの内周面に金属成分が付着して、やはりショートが発生するおそれがあった。また、リング状スペーサを別部材として作製し封止電極間に設置しなければならず、非常に狭いギャップを得ることが困難であった。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、非常に狭いギャップを低コストで作製可能であるサージ防護素子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、一対の封止電極の互いの対向面にヒューズ部材の両端を固定して前記ヒューズ部材で一対の前記封止電極を繋げるヒューズ部材取付工程と、前記ヒューズ部材で繋がった一対の前記封止電極を、前記ヒューズ部材に張力を加えた状態で一対の前記封止電極を絶縁性管内に挿入する電極挿入工程と、前記ヒューズ部材で繋がった状態の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と共に前記絶縁性管と一対の前記封止電極とを接合させる電極接合工程と、前記電極接合工程後に前記ヒューズ部材を加熱して前記ヒューズ部材を溶断させるヒューズ部材溶断工程とを有していることを特徴とする。
【００１０】
このサージ防護素子の製造方法では、電極接合工程後にヒューズ部材を加熱してヒューズ部材を溶断させるヒューズ部材溶断工程を有しているので、封止電極固定後にヒューズ部材を溶断させて一対の封止電極を完全に離間させギャップを形成することができると共に、ヒューズ部材の長さに応じて一対の封止電極の間隔を容易にかつ高精度に設定可能である。
【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、前記ヒューズ部材が、導電性材料で形成され、前記ヒューズ部材溶断工程が、一対の前記封止電極間に電流を流して前記ヒューズ部材を前記電流による抵抗加熱で溶断させ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、ヒューズ部材溶断工程が、一対の封止電極間に電流を流してヒューズ部材を電流による抵抗加熱で溶断させるので、ヒューズ部材の材料と電流値との設定により容易にヒューズ部材を溶断させることが可能になる。そのため、ヒューズ部だけを加熱することが可能になり、外部からレーザ光等を照射して加熱する方法に比べて絶縁性管への影響を抑制することができる。
【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、一対の前記封止電極の対向面のうち少なくとも一方に、凹部が形成さ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の製造方法では、一対の封止電極の対向面のうち少なくとも一方に、凹部が形成されているので、溶断したヒューズ部材が凹部内に入ることで、対向面を平坦化し易くなり、安定したサージ特性を得ることができる。
【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、前記ヒューズ部材が、前記封止電極の材料よりも電子放出能が高いイオン源材料を含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の製造方法では、ヒューズ部材が、封止電極の材料よりも電子放出能が高いイオン源材料を含有しているので、ヒューズ部材中のイオン源材料の導電性粒子により、溶けたヒューズ部材（溶融体）自体がアーク放電のトリガとしての放電補助機能等を有することとなる。
【発明の効果】
【００１４】
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の製造方法によれば、ヒューズ部材を加熱してヒューズ部材を溶断させるヒューズ部材溶断工程を有しているので、一対の封止電極の間隔を容易にかつ高精度に設定可能であると共に、ヒューズ部材の長さに応じて一対の封止電極の間隔を容易にかつ高精度に設定可能である。
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】
【００１５】
【図１】本発明に係るサージ防護素子の製造方法の第１実施形態において、ヒューズ部材溶断工程前のサージ防護素子を示す軸線方向の断面図である。
【図２】第１実施形態において、ヒューズ部材溶断工程前のサージ防護素子を示す分解斜視図である。
【図３】第１実施形態において、溶融したヒューズ部材（溶融体）が一対の封止電極の対向面両方に付着したサージ防護素子を示す軸線方向の断面図である。
【図４】本発明に係るサージ防護素子の製造方法の第２実施形態において、ヒューズ部材溶断工程前のサージ防護素子を示す軸線方向の断面図である。
【図５】第２実施形態において、封止電極を示す斜視図である。
【図６】第２実施形態において、溶融したヒューズ部材（溶融体）が一対の封止電極の対向面両方に付着した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】
【００１６】
以下、本発明に係るサージ防護素子の製造方法の第１実施形態を、図１から図３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。
【００１７】
本実施形態のサージ防護素子１は、図３に示すように、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一対の封止電極３とを備えている。
一対の封止電極３の対向面の少なくとも一方には、後述するヒューズ部材４の溶融体１４が付着している。
なお、本実施形態のサージ防護素子１は、図３に示すように、一対の封止電極３の対向面の両方に溶融体１４が付着しているが、一対の封止電極３の対向面の一方だけに溶融体１４が付着しても構わない。
【００１８】
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。なお、絶縁性管２は、安価で封止性等に優れたガラス管で形成することが好ましいが、アルミナなどの結晶性セラミックス材で形成しても構わない。
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。
【００１９】
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等で円柱状に形成されている。
なお、本実施形態では、一対の封止電極３が絶縁性管２の内側に入り込んで両端開口部を閉塞している。
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。
上記溶融体１４は、例えばＮｉ系，Ｆｅ系，Ｃｕ系合金等の導電性材料である。
【００２０】
本実施形態のサージ防護素子１の製造方法は、図１及び図２に示すように、一対の封止電極３の互いの対向面にヒューズ部材４の両端を固定してヒューズ部材４で一対の封止電極３を繋げるヒューズ部材取付工程と、ヒューズ部材４で繋がった一対の封止電極３を、ヒューズ部材４に張力を加えた状態で一対の封止電極３を電極挿入工程と、ヒューズ部材４で繋がった状態の一対の封止電極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と共に絶縁性管２と一対の封止電極３とを接合させる電極接合工程と、図３に示すように、電極接合工程後にヒューズ部材４を加熱してヒューズ部材４を溶断させるヒューズ部材溶断工程とを有している。
【００２１】
上記ヒューズ部材４は、導電性材料で形成されている。
また、上記ヒューズ部材溶断工程では、一対の封止電極３間に電流を流してヒューズ部材４を前記電流による抵抗加熱で溶断させる。
【００２２】
上記ヒューズ部材取付工程では、ヒューズ部材４は、線状又はブロック状であり、封止電極３の対向面に溶接等により端部を接着させる。本実施形態では、導線状のヒューズ部材４を採用している。
上記電極挿入工程では、例えば一対の封止電極３の一方を上方にして他方を吊り下げ状態としてヒューズ部材４に張力を加え、絶縁性管２内に挿入する。
この場合、下方の封止電極３がヒューズ部材４を介して上方の封止電極３に吊される状態となり、封止後に一対のリード線５及び封止電極３に電流を印加し、ヒューズ部材４をジュール熱により溶断流動させる。
【００２３】
ヒューズ部材４は、絶縁性管２と封止電極３との接合温度より５０℃以上高い材質が好ましく、Ｎｉ系，Ｆｅ系，Ｃｕ系合金等が使用可能である。なお、ＺｎやＳｎ単体では融点が低く、ヒューズ部材４としては不適である。
また、ヒューズ部材４の破断電流を調節するために、ヒューズ部材４の材料にＢｉ，Ａｇ，Ｓｂ，Ｉｎ等を添加した合金としてもよい。
上記ヒューズ部材４は、ジュール熱で加熱され溶融すると封止電極３の対向面上に膜状に拡がり、加熱終了後に冷えて固化され上記溶融体１４となる。
【００２４】
このように本実施形態のサージ防護素子１の製造方法では、電極接合工程後にヒューズ部材４を加熱してヒューズ部材４を溶断させるヒューズ部材溶断工程を有しているので、封止電極３固定後にヒューズ部材４を溶断させて一対の封止電極３を完全に離間させギャップを形成することができると共に、ヒューズ部材４の長さに応じて一対の封止電極３の間隔を容易にかつ高精度に設定可能である。
【００２５】
また、ヒューズ部材溶断工程が、一対の封止電極３間に電流を流してヒューズ部材４を電流による抵抗加熱で溶断させるので、ヒューズ部材４の材料と電流値との設定により容易にヒューズ部材４を溶断させることが可能になる。そのため、ヒューズ部材４だけを加熱することが可能になり、外部からレーザ光等を照射して加熱する方法に比べて絶縁性管２への影響を抑制することができる。
【００２６】
次に、本発明に係るサージ防護素子の製造方法の第２実施形態について、図４から図６を参照して以下に説明する。なお、以下の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、封止電極３の対向面が平坦であるのに対し、第２実施形態のサージ防護素子２１の製造方法では、図４から図６に示すように、一対の封止電極２３の対向面のうち少なくとも一方に、凹部２３ａが形成されている。
なお、第２実施形態では、一対の封止電極２３の対向面の両方に凹部２３ａが円環状に形成されている。
【００２８】
また、第２実施形態では、ヒューズ部材４及び溶融体１４が、封止電極２３の材料よりも電子放出能が高いイオン源材料を含有している。
例えば、ヒューズ部材４及び溶融体１４には、イオン源材料として炭素粉等の電子放出能が封止電極２３よりも高い材料が含有されている。
上記凹部２３ａは、断面半円状に形成されているが、断面Ｖ字状等の凹部であっても構わない。また、円環状の１つの凹部２３ａが形成されているが、複数の凹部２３ａを形成しても構わない。
【００２９】
上記ヒューズ部材４は、円環状の凹部２３ａの中央に設置され、溶融時に溶融体１４が対向面上を拡がって周りの凹部２３ａ内に入り易くなっている。また、円環状の凹部２３ａにより、凹部２３ａよりも半径方向外方に溶融体１４が拡がることを抑制可能である。
【００３０】
本実施形態では、一対の封止電極２３の両方の対向面に凹部２３ａを形成したが、一方の対向面だけに凹部２３ａを形成しても構わない。
なお、接合時に一対の封止電極２３を水平に保持する場合は、一対の封止電極２３の両方の対向面に凹部２３ａを形成することが好ましい。
一対の封止電極２３を垂直に保持する場合でも、上方の対向面にも凹部２３ａを形成し、ヒューズ部材４の粘性や凹部２３ａの大きさにより溶融体１４の表面張力により上方の対向面の凹部２３ａ内に溶融体１４が入り込むことができる。また、両方の対向面に凹部２３ａを形成しておくことで、一方の対向面を覆う溶融体１４の面積が少なくなり、より放電面積の減少を抑制して高サージ大量化を図ることが可能になる。
【００３１】
このように第２実施形態のサージ防護素子２１の製造方法では、一対の封止電極２３の対向面のうち少なくとも一方に、凹部２３ａが形成されているので、溶けたヒューズ部材４の溶融体１４が凹部２３ａ内に入ることで、対向面を平坦化し易くなり、安定したサージ特性を得ることができる。また、凹部２３ａ内に溶融体１４が入り込み、少なくとも一部が収納されることで、対向面を覆う溶融体１４の面積が少なくでき、放電面積の減少を抑制して高サージ大量化を図ることが可能になる。
また、ヒューズ部材４が、封止電極３の材料よりも電子放出能が高いイオン源材料を含有しているので、溶融体１４がアーク放電のトリガとしての放電補助機能を有することができる。
【００３２】
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。
例えば、上記第１実施形態では、溶融体１４は膜状に拡がっているが、封止電極３の一対の対向面を多孔質状にすることで、溶融体１４を封止電極３内に染み込ませてもよい。また、膜状に拡がった溶融体１４が封止電極３と合金化してもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１，２１…サージ防護素子、２…絶縁性管、３，２３…封止電極、４…ヒューズ部材、１４…溶融体、２３ａ…凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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