(57)【要約】【課題】低電圧で作動させつつ、非常に過酷な条件で過電圧を印加しても短絡や放電特性の極端な変化のない過電圧保護部品を提供するものである。【解決手段】本発明の過電圧保護部品は、セラミックからなる素体１と、素体１の内部に形成された過電圧保護部２と、過電圧保護部２を介して形成された第１の放電電極３および第２の放電電極４と、素体１の外部に形成され第１の放電電極３および第２の放電電極４とそれぞれ電気的に接続する第１の端子電極５および第２の端子電極６とを備え、過電圧保護部２は空孔と導体粉とが分散しているセラミックからなり、素体１は過電圧保護部２より緻密である構成を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックからなる素体と、
前記素体の内部に形成された過電圧保護部と、
前記過電圧保護部を介して形成された一対の放電電極と、
前記素体の外部に形成され前記一対の放電電極とそれぞれ電気的に接続する一対の端子電極とを備え、
前記過電圧保護部は空孔と導体粉とが分散しているセラミックからなり、
前記素体は前記過電圧保護部より緻密である過電圧保護部品。
【請求項２】
第１の未焼成セラミック部と、前記第１の未焼成セラミック上に位置する第１の導電層と、前記第１の未焼成セラミック部および前記第１の導電層上に位置し、中央部に開口部を有する第２の未焼成セラミック部と、前記第２の未焼成セラミック部の開口部に充填されている未焼成の過電圧保護材と、前記第２の未焼成セラミック部上および前記過電圧保護材の上方に位置する第２の導電層と、前記第２の未焼成セラミック部および前記第２の導電層上に位置する第３の未焼成セラミック部からなる積層体の焼成工程と、
前記焼成後の積層体の一方の端面に焼成後の前記第１の導電層と電気的に接続するように第１の端子電極を、および前記焼成後の積層体の他方の端面に焼成後の前記第２の導電層と電気的に接続するように第２の端子電極とをそれぞれ形成する端子電極形成工程とを備え、
前記積層体の焼成工程は、前記第１の未焼成セラミック部、前記第２の未焼成セラミック部および前記第３の未焼成セラミック部を焼成して焼結させる前に、前記未焼成の過電圧保護材を焼成して焼結させて空孔と導体粉とが分散されたセラミックからなる過電圧保護部を形成する工程である過電圧保護部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子機器を静電気やサージ等から保護する過電圧保護部品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高性能化が急速に進み、それに伴い電子機器に用いられる電子部品の小型化も急速に進んでいる。しかしながら、その反面、この小型化に伴って電子機器や電子部品の静電気やサージ等の過電圧に対する耐性は低下しており、その対策として過電圧保護部品が使用されている。過電圧保護部品は、過電圧から保護したい電子部品と電気的に並列に接続させ、通常時は電気を通さないが、過電圧印加時には電気を通すことで過電圧による電流が電子部品に流れることを防止するものである。
【０００３】
このような過電圧保護部品の一例として、セラミックの素体の内部に互いに対向する一対の放電電極を設け、この一対の放電電極間に連続した空孔を有するような多孔質セラミックを形成し、この連続した空孔による空間放電だけでなく空孔壁面での沿面放電を伴うことにより、比較的低い電圧でも作動させることができるという技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、セラミック素体の内部の一対の放電電極間に樹脂と金属粉との混合物を過渡電圧材として充填したものも知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−６９６１３号公報
【特許文献２】特開２００４−１７２２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電子部品の小型化による静電気等の過電圧に対する耐性の低下により、より低い過電圧に対しても作動する過電圧保護部品が望まれている。より低い電圧により作動させるためには、放電電極間の距離を短くすればよいが、放電電極間を短くすることにより、放電電極間で短絡が生じるおそれがある。即ち、通常の使用からの安全率を非常に大きくとった過酷な過電圧の印加試験において、放電電極がダメージを受け、溶融による再付着や、脱落等により、一方の放電電極が他方の放電電極に接触する恐れは、放電電極間が短い方が高い。このように、低い電圧により作動させつつ、短絡を防止するということを両立させることは重要である。
【０００７】
上記特許文献１に記載の過電圧保護部品は、放電電極間に形成した多孔質セラミックの空孔が一方の放電電極から他方の放電電極まで連続的に繋がっているものである。この連続した空孔による空間放電だけでなく空孔壁面での沿面放電を伴うことにより、比較的低い電圧でも作動させることが可能であるが、小型化に伴って静電気やサージ等の過電圧に対する耐性が低下した電子機器や電子部品を過電圧から保護できない恐れがあった。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載の過電圧保護部品は、一対の放電電極間に形成されているのが、樹脂と金属粉との混合物であるため、非常に高い過電圧や、極端に繰り返し回数の多い過電圧の印加などの、通常の使用状態に対する安全率を非常に高くした過酷な過電圧試験を行った際に、樹脂が絶縁破壊を起こしたり、あるいは物理的に破壊されてしまい、短絡や放電特性の極端な変化が生じるという恐れがあった。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、低電圧で作動させつつ、非常に過酷な条件で過電圧を印加しても短絡や放電特性の極端な変化のない過電圧保護部品を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための、本発明は以下の手段を有している。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、セラミックからなる素体と、前記素体の内部に形成された過電圧保護部と、前記過電圧保護部を介して形成された一対の放電電極と、前記素体の外部に形成され前記一対の放電電極とそれぞれ電気的に接続する一対の端子電極とを備え、前記過電圧保護部は空孔と導体粉とが分散しているセラミックからなり、前記素体は前記過電圧保護部より緻密である過電圧保護部品である。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、過電圧保護部に導体粉を分散させているので、実質的な放電電極間の距離を短くできるため、比較的低い電圧でも作動させることができる。また、空孔を分散させていることで、空孔を絶縁体として作用させて、導体粉が連続して接触して短絡が生じないようにしている。
【００１３】
さらに、請求項１に記載の発明は、一対の放電電極間に空孔と導体粉とが分散しているセラミックを備えているので、過酷な条件で過電圧が印加されても、一対の放電電極間で短絡を生じたり、極端な特性の変化が生じることを防止することができるという作用効果を有する。なぜならば、空孔は分散しているので、一対の放電電極間を連続的に繋がるようには形成されておらず、放電電極が溶融しても一対の放電電極間を電気的に接続するようなことは起きないからである。また、セラミックは耐熱性に優れるため、過電圧による絶縁破壊や物理的な破壊が極めて起き難いからである。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、第１の未焼成セラミック部と、前記第１の未焼成セラミック部上に位置する第１の導電層と、前記第１の未焼成セラミックおよび前記第１の導電層上に位置し、中央部に開口部を有する第２の未焼成セラミック部と、前記第２の未焼成セラミック部の開口部に充填されている未焼成の過電圧保護材と、前記第２の未焼成セラミック部上および前記過電圧保護材の上方に位置する第２の導電層と、前記第２の未焼成セラミック部および前記第２の導電層上に位置する第３の未焼成セラミック部からなる積層体の焼成工程と、前記焼成後の積層体の一方の端面に焼成後の前記第１の導電層と電気的に接続するように第１の端子電極を、および前記焼成後の積層体の他方の端面に焼成後の前記第２の導電層と電気的に接続するように第２の端子電極とをそれぞれ形成する端子電極形成工程とを備え、前記積層体の焼成工程は、前記第１の未焼成セラミック部、前記第２の未焼成セラミック部および前記第３の未焼成セラミック部を焼成して焼結させる前に、前記未焼成の過電圧保護材を焼成して焼結させて空孔と導体粉とが分散されたセラミックからなる過電圧保護部を形成する工程である過電圧保護部品の製造方法である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、上記の構成のように、未焼成の過電圧保護部を焼成により形成した後に、未焼成の第１の未焼成セラミック部、第２の未焼成セラミック部および第３の未焼成セラミック部を焼成して焼結させているので、製造工程における一対の放電電極間の距離の変動やバラツキを減少させることができ、これにより放電特性のバラツキを小さくすることができるという作用効果を有する。
【００１６】
この作用効果について、以下、説明をする。
【００１７】
放電特性を決定する要因には幾つかあるが、その主な要因の一つに、一対の放電電極間の距離がある。放電電極間の距離が短いと放電し易く、距離が長いと放電し難くなる。従って、放電電極間の距離を意図した寸法に、しかも量産時には個体ごとのバラツキを小さくして製造することは非常に重要である。ここで、セラミックは、焼成して焼結することにより、収縮してしまう。従って、この収縮を見越して製造すれば、放電電極間を所望の距離にすることができる。
【００１８】
ところが、焼成後に素体を構成する第１の未焼成セラミック部、第２の未焼成セラミック部および第３の未焼成セラミック部を焼成するときの収縮は、複雑である。なぜならば、内部に素体を構成しない過電圧保護部が存在し、素体としては内部に空洞部を有する構成となるからである。このように内部に空洞部を有する場合、この空洞部の内壁近傍を微視的にみると、内壁と平行な方向においては、収縮により内壁の長さを縮めることになり、また内壁と垂直な方向においては、収縮により空洞部の幅を広げることになる。そして、この内壁と垂直方向にある内壁においても同様のことが言える。従って、ある内壁においては、その部分の収縮により内壁の長さを縮めようとし、また、これとは垂直な方向の内壁の収縮により内壁の長さが伸びようとするので、これらのバランスによって焼成による形状が決定されることになる。ここで、焼結は、未焼成の各セラミックシートが一斉に、かつセラミックシート内でも同時に行われる、というものではなく、微視的にみれば、焼成は微小エリアごとに異なっており、そしてこの微小エリアごとの焼成のタイミングは、過電圧保護部品ごとにばらついている。よって、焼成後の寸法を予測することが困難になるのである。
【００１９】
これに対し、請求項２に記載の発明は、先に未焼成の過電圧保護部を焼成により形成するので、これにより一対の放電電極間の距離を確定させることができる。そして、未焼成の過電圧保護部はその内部に空洞を有してはいないので、個体ごとの焼成による寸法変化のバラツキが小さい。したがって、一対の放電電極間の距離のバラツキを小さくすることができるのである。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように本発明の過電圧保護部品は、低電圧において作動させることができ、さらに過酷な条件で過電圧が印加されても、一対の放電電極間で短絡を生じたり、極端な特性の変化が生じることを防止することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の正面断面図
【図２】同過電圧保護部品の製造方法を示す図
【図３】同過電圧保護部品の製造方法を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、一実施の形態を用いて、本発明について説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の正面断面図である。
【００２４】
素体１は絶縁体からなり、その外形は略直方体の形状であり、内部に空洞を有する構成である。素体１は内部で放電が生じても損傷がないことが求められ、耐熱、対熱衝撃に優れたセラミックを材料としている。
【００２５】
過電圧保護部２は素体１の内部に形成された略直方体の形状を有し、導体粉と空孔が分散されたセラミックからなる。過電圧保護部２を構成するセラミックについては素体１と同様に絶縁体からなるが、さらに低電圧で作動させるために例えば酸化亜鉛バリスタのような非直線性抵抗特性を持つセラミックでも良い。
【００２６】
導体粉としては、素体１や過電圧保護部２のセラミックと反応しにくいという点でＡｇ−Ｐｄ合金、Ａｕ、Ｐｔのような貴金属が好ましいが、これに限られるものではない。導体粉と空孔とは、過電圧保護部２中で偏って存在するのではなく、分散して存在している。
【００２７】
第１の放電電極３は、素体１の内部に設けられ、その一部が過電圧保護部２と接触している。また、第２の放電電極４も、素体１の内部に設けられ、その一部が過電圧保護部２と接触している。第１の放電電極３は過電圧保護部２の下面側に接しており、第２の放電電極４は、過電圧保護部２の上面側に接し、両者は互いに面方向で対向している。第１の放電電極３および第２の放電電極４は、金を用いている。第１の放電電極３および第２の放電電極４により一対の放電電極を構成する。
【００２８】
第１の端子電極５は素体１の外部に形成され、第１の放電電極３と電気的に接続しており、第２の端子電極６は素体１の外部に形成され、第２の放電電極４と電気的に接続している。第１の端子電極５および第２の端子電極６により一対の端子電極を構成する。
【００２９】
過電圧保護部品７は、以上の構成を有するものである。
【００３０】
次に、製造方法について図２および図３を用いて説明をする。図２および図３は本発明の一実施の形態における過電圧保護部品の製造方法を示す図であり、図２（ａ）〜図２（ｄ）、図３（ａ）〜図３（ｄ）はそれぞれその正面断面図、図２（ｅ）〜図２（ｈ）、図３（ｅ）〜図３（ｈ）はそれぞれの平面図である。
【００３１】
図２（ａ）、（ｅ）に示すように、先ず、未焼成のセラミックグリーンシートからなる第１の未焼成セラミック部１１を準備する。
【００３２】
次に、図２（ｂ）、（ｆ）に示すように、第１の未焼成セラミック部１１に金と樹脂の混合物を印刷して第１の導電層１２を形成する。
【００３３】
次に、図２（ｃ）、（ｇ）に示すように、第１の未焼成セラミック部１１上に、略中央部に長方形の開口部１４を有する未焼成のセラミックグリーンシートからなる第２の未焼成セラミック部１３を積層する。なお、第２の未焼成セラミック部１３はセラミックペーストの印刷により形成してもよい。
【００３４】
次に図２（ｄ）、（ｈ）に示すように、第２の未焼成セラミック部１３の略中央部の開口部１４に過電圧保護材１５を充填する。過電圧保護材１５は、導体粉と焼失粉とを混在させたセラミックペーストを用いることができる。導体粉としては、Ａｇ−Ｐｄ合金、Ａｕ、Ｐｔなどを用いることができる。また、焼失粉は後の焼成工程で分解等を起こして焼失するものを用いる。そのような焼失粉の一例としてはアクリルビーズが好適である。
【００３５】
次に、図３（ａ）、（ｅ）に示すように、第２の未焼成セラミック部１３および過電圧保護材１５の上面に金と樹脂の混合物を印刷して第２の導電層１６を形成する。
【００３６】
次に、図３（ｂ）、（ｆ）に示すように、第２の未焼成セラミック部１３、過電圧保護材１５および第２の導電層１６を覆うようにこれらの上面に第３の未焼成セラミック部１７を積層する。
【００３７】
次に、図３（ｂ）、（ｆ）の状態で、焼成を行う。これにより、図３（ｃ）、（ｇ）に示すように第１の未焼成セラミック部１１、第２の未焼成セラミック部１３および第３の未焼成セラミック部１７が一体化し、素体１になる。
【００３８】
また、第１の導電層１２は第１の放電電極３に、第２の導電層１６は第２の放電電極４になる。このとき、第１の導電層１２および第２の導電層１６に含まれていた樹脂が焼成により蒸発等を行い、第１の放電電極３および第２の放電電極４は金で形成されるものとなる。
【００３９】
このとき、過電圧保護材１５を第１の未焼成セラミック部１１、第２の未焼成セラミック部１３および第３の未焼成セラミック部１７より先に焼成させる。このためには、過電圧保護材１５の焼成温度が第１の未焼成セラミック部１１、第２の未焼成セラミック部１３および第３の未焼成セラミック部１７より低くなるようにこれらの組成を定めればよい。そのためには、これらに含有されているセラミックの材質や、その他の添加物により調整させることができる。添加物としては、例えば、ガラス粉が挙げられる。
【００４０】
次に、図３（ｄ）、（ｅ）に示すように、素体１の端面の内、第１の放電電極３が露出する端面に第１の端子電極５を、第２の放電電極４が露出する端面に第２の端子電極６をそれぞれ形成する。第１の端子電極５および第２の端子電極６は、銀ペーストを印刷し、これを焼成して得られる銀による層の表面にニッケルめっき層、さらにスズめっき層を形成することで得られる。
【００４１】
以上の工程により、過電圧保護部品７を得ることができる。
【００４２】
なお、量産性を考え、図３（ｃ）、（ｇ）に行う焼成の工程の前までは、大きな第１の未焼成セラミック部１１等を用い、一度に複数の過電圧保護部品をつくるように製造し、焼成の工程の直前に、個片の過電圧保護部品に分割して、以降の製造工程を行うようにしてもよい。
【００４３】
以上のように構成され、製造された過電圧保護部品７の動作について、以下、説明をする。
【００４４】
過電圧から保護したい電子部品に電圧を印加する側に第１の端子電極５を、そして、グランド側に第２の端子電極６を接続しておく。なお、接続は逆でも構わない。この状態において、通常の電圧が印加されているときには、過電圧保護部２により隔てられている第１の放電電極３と第２の放電電極４間に放電は生じず、電気は電子部品に流れる。
【００４５】
一方、過電圧が印加された場合には、第１の放電電極３と第２の放電電極４間に放電が生じ、このときには過電圧保護部品７を過電圧による電気が流れ、電子部品には過電圧による電流が流れないので、電子部品を過電圧から保護することができる。
【００４６】
以上のように本実施の形態の過電圧保護部品７は、セラミックからなる素体１と、素体１の内部に形成された過電圧保護部２と、過電圧保護部２を介して形成された第１の放電電極３および第２の放電電極４と、素体１の外部に形成され第１の放電電極３および第２の放電電極４とそれぞれ電気的に接続する第１の端子電極５および第２の端子電極６とを備え、過電圧保護部２は空孔と導体粉とが分散しているセラミックからなり、素体１は過電圧保護部２より緻密である構成を備えている。
【００４７】
過電圧保護部２に導体粉が分散されているので、低い電圧で作動させることができ、これにより、過電圧に弱い電子部品を保護することができる。また、過電圧保護部２に空孔が分散されているので、導体粉が連続して接触して短絡することを防ぐことができる。さらに、過電圧保護部２は空孔が分散されているものであるが、素体１は過電圧保護部２より緻密であるので外気からの湿気等の進入を抑えることができる。なお、ここでの緻密とは、きめの細かいことであり、細かく粒子が焼成されている状態を指している。
【００４８】
また、本実施の形態の過電圧保護部品の製造方法は、第１の未焼成セラミック部１１
と、第１の未焼成セラミック部１１上に位置する第１の導電層１２と、第１の未焼成セラミック部１１および第１の導電層１２上に位置し、中央部に開口部１４を有する第２の未焼成セラミック部１３と、第２の未焼成セラミック部１３の開口部１４に充填されている未焼成の過電圧保護材１５と、第２の未焼成セラミック部１３上および過電圧保護材１５の上方に位置する第２の導電層１６と、第２の未焼成セラミック部１３および第２の導電層１６上に位置する第３の未焼成セラミック部１７からなる積層体の焼成工程と、焼成後の積層体の一方の端面に焼成後の第１の導電層１２と電気的に接続するように第１の端子電極５を、および焼成後の積層体の他方の端面に焼成後の第２の導電層１６と電気的に接続するように第２の端子電極６とをそれぞれ形成する端子電極形成工程とを備え、積層体の焼成工程は、第１の未焼成セラミック部１１、第２の未焼成セラミック部１３および第３の未焼成セラミック部１７を焼成して焼結させる前に、過電圧保護材１５を焼成して焼結させて空孔と導体粉とが分散されたセラミックからなる過電圧保護部２を形成する工程であるものである。
【００４９】
第１の未焼成セラミック部１１、第２の未焼成セラミック部１３および第３の未焼成セラミック部１７を焼成して焼結させる前に、過電圧保護材１５を焼成して焼結させているので、個体ごとの第１の放電電極３と第２の放電電極４との距離のバラツキを小さくすることができ、これにより放電特性のばらつきも小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明にかかる過電圧保護部品は、より低い電圧で作動させることができ、さらに過酷な過電圧の条件によっても短絡が生じ難く、各種の電子機器等に適用して有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１  素体
２  過電圧保護部
３  第１の放電電極
４  第２の放電電極
５  第１の端子電極
６  第２の端子電極
７  過電圧保護部品
１１  第１の未焼成セラミック部
１２  第１の導電層
１３  第２の未焼成セラミック部
１４  開口部
１５  過電圧保護材
１６  第２の導電層
１７  第３の未焼成セラミック部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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