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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167367
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】サージ防護素子及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01T 4/12 20060101AFI20221027BHJP
H01T 21/00 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
H01T4/12 F
H01T21/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021073119
(22)【出願日】2021-04-23
(71)【出願人】
【識別番号】000006264
【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100120396
【弁理士】
【氏名又は名称】杉浦 秀幸
(72)【発明者】
【氏名】酒井 信智
(72)【発明者】
【氏名】藤原 和崇
(57)【要約】
【課題】封止電極との良好な接合性と、放電時の破壊に対する破壊強度の向上との両方を得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】 ガラス管２と、ガラス管の両端部に接合された一対の環状ガラス部材３と、一対の環状ガラス部材に接合されガラス管の両端開口部を自身で又は環状ガラス部材と共に閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極４とを備え、封止電極の環状ガラス部材との接合面に亜酸化銅膜４ｃが形成され、環状ガラス部材が、ＰｂＯを含有する第１のガラス材料で形成され、ガラス管が、ＰｂＯを含有しない第２のガラス材料で形成されている。
【選択図】図１
【解決手段】 ガラス管２と、ガラス管の両端部に接合された一対の環状ガラス部材３と、一対の環状ガラス部材に接合されガラス管の両端開口部を自身で又は環状ガラス部材と共に閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極４とを備え、封止電極の環状ガラス部材との接合面に亜酸化銅膜４ｃが形成され、環状ガラス部材が、ＰｂＯを含有する第１のガラス材料で形成され、ガラス管が、ＰｂＯを含有しない第２のガラス材料で形成されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガラス管と、
前記ガラス管の両端部に接合された一対の環状ガラス部材と、
前記一対の環状ガラス部材に接合され前記ガラス管の両端開口部を自身で又は前記環状ガラス部材と共に閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極とを備え、
前記封止電極の前記環状ガラス部材との接合面に亜酸化銅膜が形成され、
前記環状ガラス部材が、ＰｂＯを含有する第１のガラス材料で形成され、
前記ガラス管が、ＰｂＯを含有しない第２のガラス材料で形成されていることを特徴とするサージ防護素子。
前記ガラス管の両端部に接合された一対の環状ガラス部材と、
前記一対の環状ガラス部材に接合され前記ガラス管の両端開口部を自身で又は前記環状ガラス部材と共に閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極とを備え、
前記封止電極の前記環状ガラス部材との接合面に亜酸化銅膜が形成され、
前記環状ガラス部材が、ＰｂＯを含有する第１のガラス材料で形成され、
前記ガラス管が、ＰｂＯを含有しない第２のガラス材料で形成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において、
両端側に前記一対の封止電極を配して前記ガラス管内に収納されセラミックスで形成された碍子を備え、
前記第１のガラス材料が、前記第２のガラス材料よりも熱膨張係数が小さいことを特徴とするサージ防護素子。
両端側に前記一対の封止電極を配して前記ガラス管内に収納されセラミックスで形成された碍子を備え、
前記第１のガラス材料が、前記第２のガラス材料よりも熱膨張係数が小さい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、
前記第２のガラス材料が、前記第１のガラス材料よりも軟化点が高いガラス材料であることを特徴とするサージ防護素子。
前記第２のガラス材料が、前記第１のガラス材料よりも軟化点が高いガラス材料であ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、
前記一対の環状ガラス部材が、前記ガラス管の両端面に接合されていることを特徴とするサージ防護素子。
前記一対の環状ガラス部材が、前記ガラス管の両端面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5】
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、
前記一対の環状ガラス部材が、前記ガラス管の両端部の内周面に接合されていることを特徴とするサージ防護素子。
前記一対の環状ガラス部材が、前記ガラス管の両端部の内周面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6】
請求項５に記載のサージ防護素子において、
前記ガラス管が、両端部の内周面に接合された環状の中間ガラス部材を備え、
前記中間ガラス部材の内周面に前記環状ガラス部材が接合されていることを特徴とするサージ防護素子。
前記ガラス管が、両端部の内周面に接合された環状の中間ガラス部材を備え、
前記中間ガラス部材の内周面に前記環状ガラス部材が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7】
請求項５又は６に記載のサージ防護素子において、
前記封止電極が、接合された前記環状ガラス部材よりも軸方向内方に突出していることを特徴とするサージ防護素子。
前記封止電極が、接合された前記環状ガラス部材よりも軸方向内方に突出していることを特徴とするサージ防護素子。
【請求項8】
請求項１から７のいずれか一項にサージ防護素子の製造方法であって、
外周面に亜酸化銅膜を形成した一対の封止電極のうち一方の外周面に一対の環状ガラス部材のうち一方を接合させる下部電極側接合工程と、
前記一方の環状ガラス部材にガラス管の下端部を接合させるガラス管下端部接合工程と、
前記一対の環状ガラス部材のうち他方に前記一対の封止電極のうち他方を接合させる上部電極側接合工程と、
前記ガラス管の上端部に前記他方の環状ガラス部材を接合させるガラス部材上端側接合工程とを有し、
前記環状ガラス部材を、第１のガラス材料で形成し、
前記ガラス管を、前記第１のガラス材料よりも軟化点が高い第２のガラス材料で形成することを特徴とするサージ防護素子の製造方法。
外周面に亜酸化銅膜を形成した一対の封止電極のうち一方の外周面に一対の環状ガラス部材のうち一方を接合させる下部電極側接合工程と、
前記一方の環状ガラス部材にガラス管の下端部を接合させるガラス管下端部接合工程と、
前記一対の環状ガラス部材のうち他方に前記一対の封止電極のうち他方を接合させる上部電極側接合工程と、
前記ガラス管の上端部に前記他方の環状ガラス部材を接合させるガラス部材上端側接合工程とを有し、
前記環状ガラス部材を、第１のガラス材料で形成し、
前記ガラス管を、前記第１のガラス材料よりも軟化点が高い第２のガラス材料で形成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、サージ防護素子として、例えば特許文献１には、中央部が膨らんだ構造をもつガラス管の内部にセラミックス素子を内包し、そのセラミックス素子の表面に導電性トリガ膜を形成した構造のサージアブソーバが記載されている。
また、特許文献２には、ガラス管と、ガラス管内に挿入された碍子であるサージ吸収素子と、ガラス管の両端に設けられガラス管を封止する封止電極とを有するサージアブソーバが記載されている。
また、特許文献２には、ガラス管と、ガラス管内に挿入された碍子であるサージ吸収素子と、ガラス管の両端に設けられガラス管を封止する封止電極とを有するサージアブソーバが記載されている。
【0004】
特許文献２に記載のサージアブソーバでは、放電時の熱による熱膨張係数差による破壊を抑制するために放電空間内に導電性材料の緩衝部材を介在させている。
これらのサージアブソーバは、円筒状のガラス管の両端にリード線を有する封止電極が高温加熱で封着された放電型サージ防護素子である。
これらのサージアブソーバは、円筒状のガラス管の両端にリード線を有する封止電極が高温加熱で封着された放電型サージ防護素子である。
【0005】
さらに、特許文献３では、封止電極と封止電極の外周に嵌合させたガラスビーズとを溶着させた封止体でガラス管の両端を封止したサージアブソーバが記載されている。なお、特許文献３では、ガラス管はガラスビーズよりも軟化点が高いものが好ましいとの記載があるが、ガラス管とガラスビーズとはどちらも鉛ガラスを使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】意匠登録第１４０８２１５号公報
【特許文献2】特開２００３－３３８３５３号公報
【特許文献3】特開平１１－１５４５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来のサージ防護素子では、ジュメット材料を封止電極として用いているが、このジュメット材料の封止電極との親和性（濡れ性や熱膨張係数の整合性）を重視したガラス材料でガラス管を選定している。しかしながら、上記理由で選定したガラス材料のガラス管では、放電時の破壊に対する破壊強度が十分でない場合があり、また封止電極や碍子（サージ吸収素子）との熱膨張係数の整合性が十分でない場合があった。例えば、導電性材料の緩衝部材を用いない場合、必ずしも内部の碍子（サージ吸収素子）の熱膨張係数との整合性が十分ではない場合があった。
従来のサージ防護素子では、ジュメット材料を封止電極として用いているが、このジュメット材料の封止電極との親和性（濡れ性や熱膨張係数の整合性）を重視したガラス材料でガラス管を選定している。しかしながら、上記理由で選定したガラス材料のガラス管では、放電時の破壊に対する破壊強度が十分でない場合があり、また封止電極や碍子（サージ吸収素子）との熱膨張係数の整合性が十分でない場合があった。例えば、導電性材料の緩衝部材を用いない場合、必ずしも内部の碍子（サージ吸収素子）の熱膨張係数との整合性が十分ではない場合があった。
【0008】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、封止電極との良好な接合性と、放電時の破壊に対する破壊強度の向上との両方を得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】
【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の発明のサージ防護素子は、ガラス管と、前記ガラス管の両端部に接合された一対の環状ガラス部材と、前記一対の環状ガラス部材に接合され前記ガラス管の両端開口部を自身で又は前記環状ガラス部材と共に閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極とを備え、前記封止電極の前記環状ガラス部材との接合面に亜酸化銅膜が形成され、前記環状ガラス部材が、ＰｂＯを含有する第１のガラス材料で形成され、前記ガラス管が、ＰｂＯを含有しない第２のガラス材料で形成されていることを特徴とする。
【0010】
このサージ防護素子では、環状ガラス部材が、ＰｂＯを含有する第１のガラス材料で形成され、ガラス管が、ＰｂＯを含有しない第２のガラス材料で形成されているので、ＰｂＯを含有することで環状ガラス部材と封止電極の亜酸化銅膜との親和性及び接合性が高くなると共に、ＰｂＯを含有しないことでガラス管が放電時の高い破壊強度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、両端側に前記一対の封止電極を配して前記ガラス管内に収納されセラミックスで形成された碍子を備え、前記第１のガラス材料が、前記第２のガラス材料よりも熱膨張係数が小さいことを特徴とする。
すなわち、このサージ防護素子では、第２のガラス材料が、第１のガラス材料よりも熱膨張係数が大きいので、熱膨張係数が大きいセラミックスの碍子とガラス管との熱膨張係数の差が小さくなり、また熱膨張係数が小さい封止電極と環状ガラス部材との熱膨張係数の差が小さくなることで、部材間の熱応力が緩和され、全体の熱膨張係数の整合性が高くなって融着時の加熱処理の熱に起因する熱膨張係数の差による破壊を抑制することができる。
すなわち、このサージ防護素子では、第２のガラス材料が、第１のガラス材料よりも熱膨張係数が大きいので、熱膨張係数が大きいセラミックスの碍子とガラス管との熱膨張係数の差が小さくなり、また熱膨張係数が小さい封止電極と環状ガラス部材との熱膨張係数の差が小さくなることで、部材間の熱応力が緩和され、全体の熱膨張係数の整合性が高くなって融着時の加熱処理の熱に起因する熱膨張係数の差による破壊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、前記第２のガラス材料が、前記第１のガラス材料よりも軟化点が高いガラス材料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、第２のガラス材料が、第１のガラス材料よりも軟化点が高いガラス材料であるので、軟化点が高いガラス管により放電時の優れた破壊強度を得ることができると共に、軟化点が低い環状ガラス部材により封止電極との良好な接合性を得ることができる。
すなわち、このサージ防護素子では、第２のガラス材料が、第１のガラス材料よりも軟化点が高いガラス材料であるので、軟化点が高いガラス管により放電時の優れた破壊強度を得ることができると共に、軟化点が低い環状ガラス部材により封止電極との良好な接合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、前記一対の環状ガラス部材が、前記ガラス管の両端面に接合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では、一対の環状ガラス部材が、ガラス管の両端面に接合されているので、ガラス管の内径を封止電極の外径と同じに設定でき、環状ガラス部材を間に介在させていても全体として細くすることができる。
すなわち、このサージ防護素子では、一対の環状ガラス部材が、ガラス管の両端面に接合されているので、ガラス管の内径を封止電極の外径と同じに設定でき、環状ガラス部材を間に介在させていても全体として細くすることができる。
【0014】
第５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、前記一対の環状ガラス部材が、前記ガラス管の両端部の内周面に接合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では、一対の環状ガラス部材が、ガラス管の両端部の内周面に接合されているので、封止電極の外径よりもガラス管の内径を大きく設定でき、放電空間を広くすることが可能になる。
すなわち、このサージ防護素子では、一対の環状ガラス部材が、ガラス管の両端部の内周面に接合されているので、封止電極の外径よりもガラス管の内径を大きく設定でき、放電空間を広くすることが可能になる。
【0015】
第６の発明に係るサージ防護素子は、第５の発明において、前記ガラス管が、両端部の内周面に接合された環状の中間ガラス部材を備え、前記中間ガラス部材の内周面に前記環状ガラス部材が接合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では、ガラス管が、両端部の内周面に接合された環状の中間ガラス部材を備え、中間ガラス部材の内周面に環状ガラス部材が接合されているので、さらにガラス管の内径を大きく設定でき、放電空間をより広くすることが可能になる。
すなわち、このサージ防護素子では、ガラス管が、両端部の内周面に接合された環状の中間ガラス部材を備え、中間ガラス部材の内周面に環状ガラス部材が接合されているので、さらにガラス管の内径を大きく設定でき、放電空間をより広くすることが可能になる。
【0016】
第７の発明に係るサージ防護素子は、第５又は第６の発明において、前記封止電極が、接合された前記環状ガラス部材よりも軸方向内方に突出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、封止電極が、接合された環状ガラス部材よりも軸方向内方に突出しているので、封止電極の内端部の角部が内方に突出することで、電界が集中し応答性が向上する。また、環状ガラス部材と封止電極との間にも空間が得られることで、放電空間が大きくなり、サージ耐量が向上する。
すなわち、このサージ防護素子では、封止電極が、接合された環状ガラス部材よりも軸方向内方に突出しているので、封止電極の内端部の角部が内方に突出することで、電界が集中し応答性が向上する。また、環状ガラス部材と封止電極との間にも空間が得られることで、放電空間が大きくなり、サージ耐量が向上する。
【0017】
第８の発明に係るサージ防護素子の製造方法は、第１から第７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、外周面に亜酸化銅膜を形成した一対の封止電極のうち一方の外周面に一対の環状ガラス部材のうち一方を接合させる下部電極側接合工程と、前記一方の環状ガラス部材にガラス管の下端部を接合させるガラス管下端部接合工程と、前記一対の環状ガラス部材のうち他方に前記一対の封止電極のうち他方を接合させる上部電極側接合工程と、前記ガラス管の上端部に前記他方の環状ガラス部材を接合させるガラス部材上端側接合工程とを有し、前記環状ガラス部材を、第１のガラス材料で形成し、前記ガラス管を、前記第１のガラス材料よりも軟化点が高い第２のガラス材料で形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
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、環状ガラス部材が、ＰｂＯを含有する第１のガラス材料で形成され、ガラス管が、ＰｂＯを含有しない第２のガラス材料で形成されるので、ＰｂＯを含有することで環状ガラス部材と封止電極の亜酸化銅膜との親和性及び接合性が高くなると共に、ＰｂＯを含有しないことでガラス管が放電時の高い破壊強度を得ることができる。
したがって、本発明のサージ防護素子及びその製造方法では、ガラス管と環状ガラス部材とを、互いにＰｂＯ含有の有無について異なる２種類のガラス材料で形成することで、封止電極との接合性と、放電時のガラス破壊に対する強度とを得られ、双方の効果によってサージ破壊耐量を向上させることができる。
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、環状ガラス部材が、ＰｂＯを含有する第１のガラス材料で形成され、ガラス管が、ＰｂＯを含有しない第２のガラス材料で形成されるので、ＰｂＯを含有することで環状ガラス部材と封止電極の亜酸化銅膜との親和性及び接合性が高くなると共に、ＰｂＯを含有しないことでガラス管が放電時の高い破壊強度を得ることができる。
したがって、本発明のサージ防護素子及びその製造方法では、ガラス管と環状ガラス部材とを、互いにＰｂＯ含有の有無について異なる２種類のガラス材料で形成することで、封止電極との接合性と、放電時のガラス破壊に対する強度とを得られ、双方の効果によってサージ破壊耐量を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【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、サージ防護素子を示す断面図である。
【図2】第１実施形態において、サージ防護素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【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２実施形態において、サージ防護素子を示す断面図である。
【図4】第２実施形態において、サージ防護素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図5】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、サージ防護素子を示す断面図である。
【図6】第３実施形態において、ガラス管が膨らんだ状態のサージ防護素子を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
【0021】
本実施形態のサージ防護素子１は、図１及び図２に示すように、ガラス管２と、ガラス管２の両端部に接合された一対の環状ガラス部材３と、一対の環状ガラス部材３に接合されガラス管２の両端開口部を自身で閉塞して内部に放電ガスを封止する一対の封止電極４とを備えている。
上記封止電極４の環状ガラス部材３との接合面には、亜酸化銅膜４ｃが形成されている。
本実施形態では、封止電極４の外周面に、亜酸化銅膜４ｃが形成されている。
上記封止電極４の環状ガラス部材３との接合面には、亜酸化銅膜４ｃが形成されている。
本実施形態では、封止電極４の外周面に、亜酸化銅膜４ｃが形成されている。
【0022】
上記環状ガラス部材３は、ＰｂＯを含有する第１のガラス材料で形成され、ガラス管２は、ＰｂＯを含有しない第２のガラス材料で形成されている。
例えば、第１のガラス材料は、Ｎａ２Ｏ・Ｋ２Ｏ・ＰｂＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２であり、第２のガラス材料は、ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・Ｂ２Ｏ３・Ｎａ２Ｏ・Ｌｉ２Ｏ・Ｋ２Ｏ・ＲＯである。
また、本実施形態のサージ防護素子１は、両端側に一対の封止電極４を配してガラス管２内に収納されセラミックスで形成された碍子５を備えている。
上記第１のガラス材料は、第２のガラス材料よりも熱膨張係数が小さい材料である。
また、第２のガラス材料は、第１のガラス材料よりも軟化点が高いガラス材料である。
例えば、第１のガラス材料は、Ｎａ２Ｏ・Ｋ２Ｏ・ＰｂＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＳｉＯ２であり、第２のガラス材料は、ＳｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・Ｂ２Ｏ３・Ｎａ２Ｏ・Ｌｉ２Ｏ・Ｋ２Ｏ・ＲＯである。
また、本実施形態のサージ防護素子１は、両端側に一対の封止電極４を配してガラス管２内に収納されセラミックスで形成された碍子５を備えている。
上記第１のガラス材料は、第２のガラス材料よりも熱膨張係数が小さい材料である。
また、第２のガラス材料は、第１のガラス材料よりも軟化点が高いガラス材料である。
【0023】
本実施形態では、上記一対の環状ガラス部材３は、ガラス管２の両端面に接合され、一対の封止電極４は、一対の環状ガラス部材３の内周面に接合されている。
上記封止電極４は、円柱状の電極部４ａと、該電極部４ａに一端が埋め込まれたリード線４ｂとで構成されたスラグリードである。
上記電極部４ａは、上述したように、少なくとも外周面が亜酸化銅膜４ｃで形成され内部がＦｅＮｉ等のニッケル合金で形成されたジュメット線（ジュメット材料）を切断して使用したものである。
上記封止電極４は、円柱状の電極部４ａと、該電極部４ａに一端が埋め込まれたリード線４ｂとで構成されたスラグリードである。
上記電極部４ａは、上述したように、少なくとも外周面が亜酸化銅膜４ｃで形成され内部がＦｅＮｉ等のニッケル合金で形成されたジュメット線（ジュメット材料）を切断して使用したものである。
【0024】
なお、環状ガラス部材３は、電極部４ａの外径よりも若干大きい内径に設定されている。
また、ガラス管２は、環状ガラス部材３と同じ外径及び内径に設定されている。
上記ガラス管２内に封入される放電ガスは、不活性ガス等であって、例えばＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ，ＳＦ６，ＣＯ２，Ｃ３Ｆ８，Ｃ２Ｆ６，ＣＦ４，Ｈ２，Ｎ２，大気等及びこれらの混合ガスが採用される。
また、ガラス管２は、環状ガラス部材３と同じ外径及び内径に設定されている。
上記ガラス管２内に封入される放電ガスは、不活性ガス等であって、例えばＨｅ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ，Ｋｒ，ＳＦ６，ＣＯ２，Ｃ３Ｆ８，Ｃ２Ｆ６，ＣＦ４，Ｈ２，Ｎ２，大気等及びこれらの混合ガスが採用される。
【0025】
上記碍子５は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）等のセラミックス材料で薄板状に形成された放電素子である。
さらに、碍子５の表裏面の中間部には、カーボン等の導電性材料で形成されたトリガ部５ａが設けられている。このトリガ部５ａは、必要に応じて形成される。
上記ガラス管２は、略円筒状に形成されているが、環状ガラス部材３との融着時の加熱処理によって中央部が、半径方向外側に膨らんでいても構わない。
さらに、碍子５の表裏面の中間部には、カーボン等の導電性材料で形成されたトリガ部５ａが設けられている。このトリガ部５ａは、必要に応じて形成される。
上記ガラス管２は、略円筒状に形成されているが、環状ガラス部材３との融着時の加熱処理によって中央部が、半径方向外側に膨らんでいても構わない。
【0026】
上記環状ガラス部材３を形成する第１のガラス材料（ＰｂＯを含有するガラス材料）と上記ガラス管２を形成する第２のガラス材料（ＰｂＯを含有しないガラス材料）とは、それぞれ例えば表１に示す組成及び特性の材料で形成されている。なお、表１に示すように、同じ元素を用いたガラス材料でも、各元素の割合の違い等によって、熱膨張係数が異なる場合があるが、本実施形態では、第１のガラス材料として、第２のガラス材料よりも熱膨張係数が小さい材料を用いた。
また、本実施形態の碍子５は、表２に示す材質のフォルステライトで形成されており、ガラス管２との熱膨張係数の差が小さく、部材間の熱応力が緩和され、全体の熱膨張係数の整合性が高くなって融着時の加熱処理の熱に起因する熱膨張係数の差による破壊を抑制することができるため好適である。
また、本実施形態の碍子５は、表２に示す材質のフォルステライトで形成されており、ガラス管２との熱膨張係数の差が小さく、部材間の熱応力が緩和され、全体の熱膨張係数の整合性が高くなって融着時の加熱処理の熱に起因する熱膨張係数の差による破壊を抑制することができるため好適である。
【0027】
【表1】
【表2】
【0028】
次に、本実施形態のサージ防護素子１の製造方法について説明する。
【0029】
本実施形態のサージ防護素子１の製造方法は、図２に示すように、外周面に亜酸化銅膜４ｃを形成した一対の封止電極４のうち一方の外周面に、一対の環状ガラス部材３のうち一方を接合させる下部電極側接合工程と、一方の環状ガラス部材３にガラス管２の下端部を接合させるガラス管下端部接合工程と、一対の環状ガラス部材３のうち他方に一対の封止電極４のうち他方を接合させる上部電極側接合工程と、ガラス管２の上端部に他方の環状ガラス部材３を接合させるガラス部材上端側接合工程とを有している。
【0030】
下部電極側接合工程では、図２の（ａ）に示すように、まず一方の封止電極４の電極部４ａの外周面に、封着に用いる環状ガラス部材３を被せ、熱処理により互いに溶着させる。なお、環状ガラス部材３を、上記第１のガラス材料で形成しておく。
次に、ガラス管下端部接合工程で、図２の（ｂ）に示すように、溶着した環状ガラス部材３にガラス管２を載置し、図２の（ｃ）に示すように、その状態で内部に碍子５を振り込む。なお、ガラス管２を、上記第１のガラス材料よりも軟化点が高い上記第２のガラス材料で形成しておく。
次に、ガラス管下端部接合工程で、図２の（ｂ）に示すように、溶着した環状ガラス部材３にガラス管２を載置し、図２の（ｃ）に示すように、その状態で内部に碍子５を振り込む。なお、ガラス管２を、上記第１のガラス材料よりも軟化点が高い上記第２のガラス材料で形成しておく。
【0031】
この後、上部電極側接合工程で、下部電極側接合工程と同様に他方の封止電極４の電極部４ａに環状ガラス部材３を熱処理により溶着させたものを、図１に示すように、ガラス部材上端側接合工程で、ガラス管２上に載せて、不活性ガス（放電ガス）雰囲気下で８５０℃により熱処理してガラス管２の下端部及び上端部にそれぞれ環状ガラス部材３を溶着・封着させることで、サージ防護素子１が作製される。
なお、第１実施形態においては、下部電極側接合工程および／またはガラス管下端部接合工程をガラス部材上端側接合工程と同時に行っても良い。
なお、第１実施形態においては、下部電極側接合工程および／またはガラス管下端部接合工程をガラス部材上端側接合工程と同時に行っても良い。
【0032】
このサージ防護素子１では、過電圧が侵入すると、まず碍子５のトリガ部５ａと封止電極４との間でトリガ放電が行われ、このトリガ放電をきっかけに、さらに放電が進展して一対の封止電極４間で放電が行われることでサージが吸収される。
【0033】
このように第１実施形態のサージ防護素子１では、環状ガラス部材３が、ＰｂＯを含有する第１のガラス材料で形成され、ガラス管２が、ＰｂＯを含有しない第２のガラス材料で形成されているので、ＰｂＯを含有することで環状ガラス部材３と封止電極４の亜酸化銅膜４ｃとの親和性及び接合性が高くなると共に、ＰｂＯを含有しないことでガラス管２が放電時の高い破壊強度を得ることができる。
【0034】
また、第２のガラス材料が、第１のガラス材料よりも熱膨張係数が大きいので、熱膨張係数が大きいセラミックスの碍子５とガラス管２との熱膨張係数の差が小さくなり、また熱膨張係数が小さい封止電極４と環状ガラス部材３との熱膨張係数の差が小さくなることで、部材間の熱応力が緩和され、全体の熱膨張係数の整合性が高くなって融着時の加熱処理の熱に起因する熱膨張係数の差による破壊を抑制することができる。
さらに、一対の環状ガラス部材３が、ガラス管２の両端面に接合されているので、ガラス管２の内径を封止電極４の外径と同じに設定でき、環状ガラス部材３を間に介在させていても全体として細くすることができる。
さらに、一対の環状ガラス部材３が、ガラス管２の両端面に接合されているので、ガラス管２の内径を封止電極４の外径と同じに設定でき、環状ガラス部材３を間に介在させていても全体として細くすることができる。
【0035】
次に、本発明に係るサージ防護素子及びその製造方法の第２及び第３実施形態について、図３から図６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。
【0036】
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、一対の環状ガラス部材３が、ガラス管２の両端面に接合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３及び図４に示すように、一対の環状ガラス部材２３が、ガラス管２２の両端部の内周面に接合されている点である。
【0037】
なお、第２実施形態では、一対の封止電極２４Ａ，２４Ｂのうち一方（封止電極２４Ａ）の電極部２４ａの内面側には、碍子５の下部が載置される凹部２４ｃが形成されている。
第２実施形態のサージ防護素子２１の製造方法は、下部電極側接合工程で、図３の（ａ）に示すように、まず一方の封止電極２４Ａの外周面に、封着に用いる環状ガラス部材２３を被せ、熱処理により互いに溶着させる。なお、環状ガラス部材２３を、第１実施形態と同様に、上記第１のガラス材料で形成しておく。
第２実施形態のサージ防護素子２１の製造方法は、下部電極側接合工程で、図３の（ａ）に示すように、まず一方の封止電極２４Ａの外周面に、封着に用いる環状ガラス部材２３を被せ、熱処理により互いに溶着させる。なお、環状ガラス部材２３を、第１実施形態と同様に、上記第１のガラス材料で形成しておく。
【0038】
次に、ガラス管下端部接合工程で、図３の（ｂ）に示すように、溶着した環状ガラス部材２３をガラス管２２の下部開口部に挿入し、図３の（ｃ）に示すように、その状態で内部に碍子５を振り込む。このとき、碍子５の下部を封止電極２４Ａの凹部２４ｃ内に挿入する。
なお、ガラス管２２は、環状ガラス部材２３の外径よりも若干大きい内径に設定されている。
また、ガラス管２２を、第１実施形態と同様に、上記第１のガラス材料よりも軟化点が高い上記第２のガラス材料で形成しておく。
なお、ガラス管２２は、環状ガラス部材２３の外径よりも若干大きい内径に設定されている。
また、ガラス管２２を、第１実施形態と同様に、上記第１のガラス材料よりも軟化点が高い上記第２のガラス材料で形成しておく。
【0039】
この後、上部電極側接合工程で、下部電極側接合工程と同様に他方の封止電極２４Ｂの電極部２４ａに環状ガラス部材２３を熱処理により溶着させたものを、図１に示すように、ガラス管２２の上部開口部に挿入させ、不活性ガス（放電ガス）雰囲気下で８５０℃により熱処理してガラス管２２の下部内周面及び上部内周面にそれぞれ環状ガラス部材２３を溶着・封着させることで、サージ防護素子２１が作製される。
なお、第２実施形態においては、下部電極側接合工程および／またはガラス管下端部接合工程をガラス部材上端側接合工程と同時に行っても良い。
なお、第２実施形態においては、下部電極側接合工程および／またはガラス管下端部接合工程をガラス部材上端側接合工程と同時に行っても良い。
【0040】
このように第２実施形態のサージ防護素子２１では、一対の環状ガラス部材２３が、ガラス管２２の両端部の内周面に接合され、一対の封止電極２４Ａ，２４Ｂが、一対の環状ガラス部材２３の内周面に接合されているので、封止電極２４Ａ，２４Ｂの外径よりもガラス管２２の内径を大きく設定でき、放電空間を広くすることが可能になる。
【0041】
次に、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、ガラス管２２の内周面が、一対の環状ガラス部材２３に接合され、一対の環状ガラス部材２３が対応する一対の封止電極２４Ａ，２４Ｂに接合されているのに対し、第３実施形態のサージ防護素子３１では、図５及び図６に示すように、ガラス管３２が、両端部の内周面に接合された一対の環状の中間ガラス部材３３を備え、一対の中間ガラス部材３３の内周面に一対の環状ガラス部材２３が接合されている点である。
【0042】
すなわち、第３実施形態では、ガラス管３２と同じ第２のガラス材料で形成された中間ガラス部材３３内に環状ガラス部材２３に嵌め込み、さらにガラス管３２内に中間ガラス部材３３を嵌め込んだ状態で、熱処理によりこれらを互いに溶着、封着している。なお、中間ガラス部材３３は、軟化点が第１のガラス材料よりも高く、第２のガラス材料以下のガラス材料であってもよい。
また、第３実施形態では、一対の封止電極３４Ａ，３４Ｂ（電極部３４ａ，３４ｂ）が、接合された一対の環状ガラス部材２３よりも軸方向内方に突出している。
また、第３実施形態では、一対の封止電極３４Ａ，３４Ｂ（電極部３４ａ，３４ｂ）が、接合された一対の環状ガラス部材２３よりも軸方向内方に突出している。
【0043】
なお、第３実施形態では、図６に示すように、上記組み立て状態のままでガラス管３２の軟化点以上に加熱してガラス管３２を軟化状態とすると共にガラス管３２の内圧よりも外圧を低くして軟化したガラス管３２の中間部を外側に膨出させている（膨出工程）。すなわち、ガラス管３２の外部を減圧することで負圧状態を作り出し、このガラス管３２の内部と外部との圧力差によって軟化状態のガラス管３２を半径方向外方に膨らんだ状態とする。
【0044】
なお、上記膨出工程の際、碍子５の中間部が絞られた形状とされているので、碍子５の中間部がガラス管３２の内面に接触しておらず、ガラス管３２の膨出を妨げない。
この後、冷却することで、ガラス管３２の中間部が膨出した状態で硬化されると共に上記溶着・封着が行われサージ防護素子３１が作製される。
この後、冷却することで、ガラス管３２の中間部が膨出した状態で硬化されると共に上記溶着・封着が行われサージ防護素子３１が作製される。
【0045】
このように第３実施形態のサージ防護素子３１では、ガラス管３２が、両端部の内周面に接合された環状の中間ガラス部材３３を備え、中間ガラス部材３３の内周面に環状ガラス部材２３が接合されているので、さらにガラス管３２の内径を大きく設定でき、放電空間をより広くすることが可能になる。
また、封止電極３４Ａ，３４Ｂ（電極部３４ａ，３４ｂ）が、接合された環状ガラス部材２３よりも軸方向内方に突出しているので、封止電極３４Ａ，３４Ｂ（電極部３４ａ，３４ｂ）の内端部の角部が内方に突出することで、電界が集中し応答性が向上する。また、中間ガラス部材３３と封止電極３４Ａ，３４Ｂ（電極部３４ａ，３４ｂ）との間にも空間が得られることで、放電空間が大きくなり、サージ耐量が向上する。
また、封止電極３４Ａ，３４Ｂ（電極部３４ａ，３４ｂ）が、接合された環状ガラス部材２３よりも軸方向内方に突出しているので、封止電極３４Ａ，３４Ｂ（電極部３４ａ，３４ｂ）の内端部の角部が内方に突出することで、電界が集中し応答性が向上する。また、中間ガラス部材３３と封止電極３４Ａ，３４Ｂ（電極部３４ａ，３４ｂ）との間にも空間が得られることで、放電空間が大きくなり、サージ耐量が向上する。
【0046】
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】
【0047】
１，２１，３１…サージ防護素子、２，２２，３２…ガラス管、３，２３…環状ガラス部材、４，２４Ａ，２４Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ…封止電極、４ｃ…亜酸化銅膜、５…碍子、３３…中間ガラス部材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】