专利名称：无芯片过压吸收器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子元件、尤其是过压吸收器。
即使在浪涌电压中，漂游波、杂波、静电干扰等对最新电子设备也有很大的不良影响，尤其是高压脉冲波会造成电子设备的半导体器件的误动作，甚至损伤半导体或设备本身。采用过压吸收器可以解决这样的问题。
过去的过压吸收器是制作出一种具有绝缘性微小间隙的放电芯片或放电芯子(コア)、并将其密封在玻璃外壳内。例如，三菱材料(マテリアル)株式会社制造的微间隙过压吸收器，是在陶瓷芯子上生长导电性薄膜，在该芯子的两端安装金属帽型电极，然后用激光去除上述导电性薄膜表面形成窄缝即微小间隙。并且把这样形成的放电芯片(放电芯子)安装密封在玻璃管内。所以，这种过去的芯片型过压吸收器能根据上述微间隙(细缝状沟槽)来决定放电电压。
并且，过去已知的过压吸收器是利用由微小沟槽分隔的导电薄膜来构成的。这种过压吸收器的工作电压很难自由选择。其适用范围很有限。为了克服这种缺点，美国专利第4,727,350号公报公开了这样一种过压吸收器，它具有由导电膜覆盖的园筒形管芯，该导电膜具有交叉的微小沟槽，该管芯被密封在玻璃容器内。
本专利申请人在特开平8-306467中提出了解决上述原有缺点的过压吸收器。该过压吸收器是把管芯置于被封装在外壳内的一对电极棒之间，在其周围的空气室内充入惰性气体，因此，能够吸收过去不能解决的高工作电压。
然而，上述过去的过压吸收器，都是采用这样的结构，即为了规定放电特性，首先要制作放电芯片或放电芯子(管芯)，然后将该芯片或芯子密封到外壳内，所以其结构复杂，并且制造工序多，因此不能降低制造成本，尤其近几年来为了保护电子设备内部的元器件或适应电源电压变动，必须安装许多过压吸收器。在此情况下，出现的问题是由于大量使用过压吸收器，造成设备整体成本提高。
并且，若采用过去提出的过压吸收器则出现以下问题即因为放电电流通过管芯流动，所以，不能适应1万伏等高工作电压，并且，在吸收过压时大能量的过电压不能完全被吸收，其剩余电压使电路内产生持续电流(由于剩余电压而使被保护的电子设备中流过的电流)。另外，还出现这样的问题，即在过去的过压吸收器中由于管芯技术指标不同而使工作电压产生误差。
本发明是针对上述存在的问题而提出的，其目的在于提供一种结构很简单，容易大量生产，而且能适应于宽范围的过电压，能承受大过压能量的过压吸收器。
并且，本发明还在于能提供这样一种改进的过压吸收器；它能按宽范围的工作电压来吸收过电压，而且，通过大幅度降低吸收过压时的抗阻，而在瞬间吸收巨大能量，彻底消除过去在吸收过压后所剩余的电压、以及由该剩余电压而产生的持续电流，进一步通过任意设计过压吸收器的各个部分，能够对放电电压，放电速度和耐过压能量(浪涌电流)进行微调。
为达到上述目的，本发明采取以下技术方案一种无芯片过压吸收器，其特征在于把具有引线端子的一对放电电极按规定间隔面对面地布置在外壳内，一边保持该规定间隔一边熔化外壳，把外壳的两端熔焊到电极或引线端子上。
一种无芯片过压吸收器，其特征在于具有外壳；在该外壳内互相面对面地布置、分别与引线或端子相连接的一对放电电极；以及设置在上述两个放电电极之间的空气室。
在上述空气室内充入清洁干燥空气、或者清洁干燥空气和惰性气体或氮气的混合气体。
所述的无芯片过压吸收器，其特征在于充入到空气室内的清洁干燥空气，其湿度为5％以下，其清洁度为99.99％(0.5μmDOP)，比过滤了普通空气的清洁度好。
所述的无芯片过压吸收器，其特征在于在上述一对放电电极中至少有一个放电电极形成与空气室相接触的平放电面。
所述的无芯片过压吸收器，其特征在于在一对放电电极中至少在一个放电电极上设置了能诱发向与空气室相接触的面上放电的凸部。
本发明的特征在于在外壳内按照规定间隔面对面地布置带有引线端子的一对放电电极，一边保持该规定间隔，一边熔化外壳，把外壳的两端熔焊到电极或引线端子上。
所以，若采用本发明，则能使一对放电电极在外壳内准确地按规定间隔保持对向状态，一边保持这种对向状态，一边对外壳加热，利用该外壳来熔焊密封电极或引线端子，这样即可任意选择两个放电电极之间的间隔，并且能很容易地正确调整间隔。
过去的无芯片过压吸收器的类型，例如石冢电子株式会社制造的气体管式放电器。这种老式结构是利用玻璃等绝缘体来使电极保持规定间隔，按对向进行布置。然而，在这种气体管式放电器中，对向电极之间的间隔由绝缘管的长度来决定，绝缘管和电极被焊接在一起。但是，在采用这种结构时，为了获得不同种类，即不同间隔的对向电极，必须准备多种长度的绝缘管。实际上，要获得适用于大范围放电电压和大的浪涌电流能量的无芯片过压吸收器是不可能的。并且，电极间隔取决于绝缘管长度，所以，即使在由玻璃来形成绝缘管的情况下，若通过加热来熔敷焊接绝缘管和电极，则关键的电极间隔发生变化，因而不能采用加热熔敷焊接方法，而不得不采用绝缘管和电极面对面熔(焊)接的方法。因此，其缺点是在焊接时产生的助焊剂等造成空气室内严重污染，实际上严重影响放电性能。
另一方面，若采用本发明，则因为两个对向电极是在不接触外壳，精密地保持两者之间的位置的情况下对外壳加热进行熔敷焊接的，所以，其优点是简单准确而且容易获得多种电极间隔。
再者，本发明的特征在于其结构包括外壳、在该外壳内互相对向布置并分别与引线或端子相连接的一对放电电极、以及设置在上述两个放电电极之间的空气室，在上述空气室内充入清洁干燥空气、或者清洁干燥空气和惰性气体或氮气的混合气体。
所以，若采用本发明，则能使一对放电电极保持预定的空气间隙封入外壳内，向该空气室内充入清洁干燥空气、或者该清洁干燥空气和惰性气体或氮气的混合气体。因此，其结构非常简单，对高范围的工作电压的浪涌也能完全适应。并且，空气室内绝缘放电时的气体电阻显著降低，因此在浪涌电压对气体击穿时能提供极低的动作电阻，从而高工作电压的浪涌电流也能在瞬间被吸收，能有效地防止发生像过去那样的剩余电压。过去，单纯地在电极之间设置空气间隙的过压吸收器是上述众所周知的气体管式放电器。本发明是把十分清洁而且干燥的空气充入空气室内，在面对面的电极之间以稳定的状态来击穿空气室内的绝缘气体，因此能稳定地提供极为有用的过电压吸收路径。
再者，本发明的特征在于所述的无芯片过压吸收器中，充入空气室内的清洁干燥空气，其湿度为5％以下，其清洁度为99.99％(0.5μmDOP)，是比对普通空气进行过滤后的清洁度好。
另外，所述的无芯片过压吸收器，其特征在于在上述一对放电电极中至少有一个放电电极形成与空气间隙相接触的平滑放电面。
本发明的无芯片过压吸收器的外壳是利用玻璃或塑料密封的容器。
充入本发明的空气室内的空气如上所述不是通常的空气，而是清洁干燥的空气，其清洁度为99.99％(0.5μmDOP)，是比过滤了通常空气的清洁度好，并且，干燥度为5％以下的湿度，最好是3％以下。必要时例如，为了调整浪涌工作电压，可以在充入空气室内的空气中混入其他惰性气体等。这种混合惰性气体以采用氩、氖为宜。当然也可以采用氮气来代替这种惰性气体。
上述无芯片过压吸收器也能广泛应用于像大容量高速度计算机复位用的重要构成部分这样非常复杂的电子线路中。所以能有效地消除计算机显示器或其他电子设备的频繁开关操作所产生的电涌峰值的影响。
另外，本发明的无芯片过压吸收器也能应用于电话机、收音机、传真机、调制解调器、程控电话交换机等、与电话线相连接的装置、或者放大器、收录音机、汽车用无线电设备、无线电收发两用机、传感器信号线等、与天线、或信号线相连接的装置、以及显示器、监视器等需要防止静电的装置、家用电器、由计算机控制的电子设备等。并且，也可以作为防止过电压装置使用。也就是说，可以说本发明的无芯片过压吸收器是消除静电有害影响的有效电子元件。
本发明的积极效果如上所述，若采用本发明，则以简单的结构把清洁干燥空气、或者以该清洁干燥空气为主的混合气体充入到外壳内的对面放电电极之间的空气室内，这样，即可提供寿命长、承受电流大，能广泛用于各种电气设备内的过压吸收器。
以下参照附图，详细说明
具体实施例方式
图1是涉及本发明的过压吸收器的基本结构图。
图2是在本发明的放电电极上设置端子，并在放电电极表面上设置凸部的另一实施形态。
图3表示在一个放电电极上设置凸部的另一实施形态。
图4是在一个放电电极上设置园锥形凸部的图。
图5是表示一个放电电极整体呈园锥形状的图。
图6是在两个放电电极的表面上分别设置园锥形凸部的图。
图7是在两个放电电极的表面上设置对向的园锥状凸部的图。
图8是两个放电电极分别整体呈园锥形状的实施形态图。
图9是两个放电电极都具有园锥状凹部的实施形态图。
图10是表示两个电极具有不同形状的本发明实施形态图。
图11是表示为了能简单地实现本发明把绝缘体粘附在引线电极周围的状态的图。
图12是表示在图11的绝缘体上制作一个切口，去除引线电极的一部分，形成空气室的状态的图。
图13是表示按图12制成的具有空气室的绝缘体被密封后的状态的本发明的另一过压吸收器实施形态14是表示设置了多个空气室的图13所示实施形态的变形例的图。
图15是表示本发明所用原浪涌波形的图。
图16是利用本发明吸收了图15的浪涌电压的状态的特性图。
图1表示本发明的无芯片过压吸收器的良好实施形态。该无芯片过压吸收器由外壳1(通常是玻璃容器)、放电电极2(例如杜美丝(dumet)电极)、分别与上述放电电极2相连接的2根引线3、或者2根无引线端子3(参见图2)、以及上述放电电极之间的空气室4构成。本发明利用通过把电能变换成光能而消耗吸收电能的原理。它涉及能有效吸收高压漂移波和浪涌脉冲的二极管。该过压吸收器的反应特性从本质上看不同于从高亮度到光消失徐徐减弱光线的LED(发光二极管)和放电管的发光现象。
如上所述，若采用图1所示的实施形态，则涉及本发明的无芯片过压吸收器是在外壳1内互相对面布置的放电电极2之间形成空气室，当在两个放电电极2之间施加浪涌电压时，空气室4的绝缘被击穿，能吸收该浪涌电压能量。
本发明的特征从图1中可以看出没有过去的放电芯片或放电芯子。如上所述，本发明的无芯片过压吸收器单是在外壳1内对向布置一对放电电极2。实际上，为实现这种结构，本发明是在外壳1的内部面对面地布置一对放电电极2。在通常情况下，一个放电电极2被插入到设置在下侧夹具上的孔内，同时外壳落入该孔内。根据本发明，在此状态下选择放电电极2的外径使其比外壳1的内径稍大一点点，对于把放电电极2插入外壳1内没有任何影响。实际上，在下模内一个放电电极2和外壳1是直立的。然后，把另一个放电电极2插入设置在上模上的孔内，这样由上模和下模定位紧密结合。在此状态下另一个放电电极2的外径也比外壳1的内径稍小一点。因此，在上下模密接的状态下保持在上模内的另一个放电电极2沿垂直方向落下在与另一个电极表面相接触的状态下定位。然后，把置于上模内的另一放电电极2向上拉，使二者达到规定的间隔，保持这一位置。该上拉固定保持机构可采用任意机构，但根据要求的精度应当精密控制向上拉的距离。当这样准备完毕后，两个放电电极2之间的间隔就被准确地调整到预先要求的数值。然后，把上下模置于高温中，或者预先在高温中进行上述装配准备作业，放电电极2和外壳1与上下模一起被加热。通常，在600℃的加热状态下使外壳1熔化，其两端如图1所示和两个放电电极2牢固地熔焊固定。当然，这时根据需要外壳1的两端也可以不是与放电电极2而是与引线端子3焊接。总之，根据本发明经过高温加热状态然后冷却时上下的放电电极2在夹具内被准确地定位，这样在保持电极间隔的状态下由外壳1进行焊接，所以，可以理解若采用本发明，则如图1所示可以达到非常准确的放电电极间隔。并且，若采用本发明，则通过任意调节上下支承的放电电极的保持间隔，可以将该间隔调整到任一大小。它和过去的气体管式放电器不同，能够非常容易而且准确地制作出宽范围的无芯片过压吸收器。
本发明另一特征在于充入上述空气室4内的气体是清洁干燥空气、或者该清洁干燥空气和惰性气体或氮气的混合气体。
空气的清洁度，适宜的是通常清洁度为99.99％(0.5μmDOP)，其是比将通常空气进行过滤后的清洁度好，并且其干燥度保持在5％以下的湿度即可，最好能达到3％以下。
而且，在本实施形态中，使用的空气是利用日本无机株式会社制造的空气超净ULPA过滤器对通常的空气进行过滤，能滤除0.05μm微粒子的99.9999％以上。利用这种清洁干燥空气能使空气室4的绝缘击穿电压非常稳定。也就是说，本发明绝缘击穿是在两个放电电极2之间所加的浪涌电压超过规定工作电压时，在图1中与空气室4相接触的表面5的一部分上产生微小的绝缘击穿的原因，该绝缘击穿瞬间即发展到整个空气室4。其结果，若采用本发明，则清洁干燥空气的绝缘在极短的时间内即被均匀地击穿，结果在两个放电电极之间能流过大的绝缘电流。
如上所述，本发明的无芯片过压吸收器是在空气室4内布置对向放电电极，在放电电极之间没有任何绝缘体，所以，能够消除过去在放电时产生的铜分子附着在绝缘体表面上，使实际放电电极间隔减小等不利现象，能够提供稳定而寿命长的过压吸收器。
若采用本发明，则这种工作电压、绝缘电流(浪涌电流)以及工作速度，主要取决于空气室4的体积、放电电极2之间的间隙长度、充入气体的种类以及压力，通过改变其中的某些因素，即可获得任意宽度的浪涌工作电压的过压吸收器。在上述图1所示的实施形态中能够根据上述各种因素来选择约50～13000伏的工作电压。下表表示本发明的放电电极间隔和工作电压的几个代表例子。
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<p>本发明的特殊效果是利用清洁干燥空气能显著提高绝缘击穿时空气室内的允许电流密度，这表示清洁干燥空气在绝缘击穿时的电阻低。
所以，若采用本发明，则可在瞬间就击穿绝缘，而且，在放电电极2之间能允许的放电电流很大，因此，即使有大的浪涌电压，也能在瞬间吸收其能量，能够完全克服过去那种产生剩余电压并因而出现一定持续电流等缺点。在本发明中，形成外壳1的容器宜采用例如内径0.66mm的国际标准DO-34型玻璃二极管容器，为适应该内径，将两个放电电极2插入容器两端内，该放电电极2采用杜美丝(デユメツト)电极，在上述组合状态下进行加热，这样能牢固地密封外壳1和放电电极2。该密封作业在清洁干燥空气室内进行，其结果使清洁干燥空气充入空气室4内。当然，上述外壳1也可采用其他塑料或收缩塑料。
上述外壳，也可以采用国际标准DO-35型(内径0.76mm)、DO-41型(内径1.53mm)。另外，大容量过压吸收器还可以采用外径3.1mm的玻璃二极管容器。而且，充入空气室4内的清洁干燥空气中可以混入氩气、氖气、氦气、氮气，通过适当调整这些气体的混合比例，能任意调整浪涌电压、浪涌电流或反应速度。
若采用本发明，则如上所述，在空气室4内充入清洁干燥空气，因此，在通过上述数种因素条件的组合来改变浪涌特性时，例如一方面能从50伏到15000伏任意选择浪涌电压，另一方面能精密地控制和调整在各设定电压下的动作精度，其误差为10伏左右。这表明由于采用清洁干燥空气，空气室4内的空气构成分子分布极为均匀，所以，按照预定的空气室4的体积、充入气体的种类或压力，即可使一旦设定的浪涌电压极为稳定。
再者，若采用本发明，则由于采用清洁干燥空气，所以其绝缘时的电阻极低，其结果，可以增大在空气室4绝缘击穿时的允许浪涌电流，即使出现大的浪涌电压也能够在瞬间吸收浪涌能量。例如，上述原来的特开平8-306467号公报所述，在浪涌电压为6000伏的情况下，当加上10500伏时，过压吸收器中能流过1050安的浪涌电流。在浪涌电流被吸收后也还剩余4500伏的剩余电压，其结果，电路内产生450安的持续电流。在同样条件下，若采用本发明的过压吸收器，则能使剩余电压和持续电流几乎达到零。
图2表示本发明的第2实施形态。如上所述，该实施形态的特征在于在放电电极2的面向外部的端部上不是设置引线，而设置端子3。
并且，若采用第2实施形态(图2)，则在两个放电电极2面向空气室4的表面5上分别设置了凸部6，当加上浪涌电压时采用该凸部6很容易引起空气室4内的绝缘击穿。与该工作电压不同，绝缘击穿时的浪涌电流不应当取决于这一对凸部6，如上所述当然是主要取决于空气室4的体积(特别是放电电极的面积)、充入气体的种类和压力。
图3是与图2类似的实施形态，其详细说明从略。在图3中，特点是凸部6仅设置在一个放电电极2的表面5上。若采用本实施形态，则仅利用一侧的凸部6也能使空气室4内的绝缘击穿，能设定稳定的浪涌电压。
再者，因为由上述凸部6引起空气室4内的绝缘击穿，所以，能根据该凸部6的形状或与另一个放电电极2的距离来决定工作电压。并且，由一个电极吸收浪涌电流时的浪涌电流(承受量)取决于空气室4的体积。与图1所示的实施形态不同，在图2的实施形态中在浪涌工作电压较低的情况下也能提供充够大的浪容电流。
图4表示图3的变形例，在图3中从一个放电电极2中突出了园柱形状的凸部6，在图4中突出了园锥形状的凸部6。
图5表示另一种不同形状的凸部6，一个放电电极2与空气室相接触的表面5本身整体呈园锥形状，其顶点形成与另一电极最接近的凸部6。若采用这种实施形态，则在使凸部6的尖端接近另一侧的放电电极2的情况下也能充分增大空气室4内的体积。其结果，优点是能增大浪涌电流。并且在图5的实施形态中，不同于图2、3、4，还有一个优点，那就是凸部6容易加工。图6、7的实施形态是把上述图3、4的单侧凸部用于两侧放电电极的实施形态，其结果，一边充分增大空气室4的体积，一边缩小两个凸部6的对面间隙长度，这样能获得低的浪涌工作电压。
图8所示的实施形态表示把上述图5的实施形态中的单侧园锥形放电电极2布置在两侧的结构。若采用本实施形态，则优点是通过使两个放电电极2的园锥形顶点相接近，能降低浪涌工作电压，同时通过增大空气室4的体积，能减小过压吸收器的静电电容，并且能增大浪涌电流。
图9所示的实施形态是两个放电电极2分别具有园锥形凹部，其结果，具有使空气室4几乎与外部形成光学屏蔽的效果。也就是说，若采用图9的实施形态，则这种形状能够消除因外部光而使过压吸收器浪涌电压发生变化的所谓明暗光变效应。一般来说，外部光强时过压吸收器的浪涌电压呈上升趋势，若采用本实施形态，则因为从外部射入空气室4中的光较少，所以，外部光强时也能明显减小过去的明暗光变效应。
图10表示上述图5的变形例，若采用该变形例，则两个放电电极2中有一个电极具有凸起的表面形状，另一个电极具有与此相对应的凹陷表面形状。通过这样选择两个放电电极2的表面形状，就能够任意选择引起放电的间隙长度和决定浪涌耐压的空气室4的体积。
图11、12、13表示其他实施形态，它能使涉及本发明的过压吸收器制造简单。首先，在图11中，把绝缘体22覆盖在使引线和电极一体化的引线20的周围。该绝缘体22宜由塑料和石英粉的混合体形成，其结果，如图11所示，绝缘体22被缠绕固定在引线20的周围。在图12中用切刀24切入上述绝缘体22的大体中央部位，形成26。其结果，如图12的断面图所示，绝缘体22的一部分在包括引线20的状态下被切割，在引线20的两端部分分别形成电极部分28，由上述切刀24切入的部分形成本发明的空气室30。所以，如图13所示，用收缩塑料32来对已形成空气室30的绝缘体22的周围进行密封，这样即可使上述空气室30完全密封，该密封作业在清洁干燥空气内进行，从而把作为本发明特征的清洁干燥空气密封到上述空气室30内。所以利用极简单的工序即可很容易地制成无芯片过压吸收器。
图13的无芯片过压吸收器，上述引线的直径选择0.8mm,绝缘体22的外径选择4.5mm。
在上述图13中把收缩塑料用于密封空气室30，在本发明中也可把绝缘体22压入硬质塑料管内进行密封，以取代收缩塑料。
图14是上述图13的几种不同的变形例，在该实施形态中，在绝缘体22上设置两个切口、即空气室30，而且把切入方向设定为相对于轴线呈相反方向。
其结果，能增加绝缘体22的强度，同时通过设定2个空气室30能提高浪涌工作电压。
当然，在本发明中，在绝缘体22上形成的切口、即空气室30的个数能设定为2以上的任意数，这样，能制成对数万伏的高浪涌电压也能有效工作的过压吸收器。
图15表示采用图1所示的本发明的良好实施形态时的原浪涌波形，其浪涌电压为11120伏。另外，图16表示在图1本发明的5000伏过压吸收器上施加图14所示的浪涌电压时的放电电压，在5280伏时启动浪涌电压吸收作用，约经过70毫秒电压大体降到300伏，几乎没有剩余电压，并且不产生持续电流。
权利要求
1．一种无芯片过压吸收器，其特征在于把具有引线端子的一对放电电极按规定间隔面对面地布置在外壳内，一边保持该规定间隔一边熔化外壳，把外壳的两端熔焊到电极或引线端子上。
2．一种无芯片过压吸收器，其特征在于具有外壳；在该外壳内互相面对面地布置、分别与引线或端子相连接的一对放电电极；以及设置在上述两个放电电极之间的空气室，在上述空气室内充入清洁干燥空气、或者清洁干燥空气和惰性气体或氮气的混合气体。
3．如权利要求2所述的无芯片过压吸收器，其特征在于充入到空气室内的清洁干燥空气，其湿度为5％以下，其清洁度为99.99％(0.5μmDOP)，是比过滤了普通空气的清洁度要好。
4．如权利要求2或3所述的无芯片过压吸收器，其特征在于在上述一对放电电极中至少有一个放电电极形成与空气室相接触的平放电面。
5．如权利要求2或3所述的无芯片过压吸收器，其特征在于在一对放电电极中至少在一个放电电极上设置了能诱发向与空气室相接触的面上放电的凸部。
全文摘要
本发明公开一种结构简单、浪涌工作电压范围宽而且浪涌工作电压稳定的无芯片过压吸收器,该无芯片过压吸收器是一边保持在外壳内面对面布置的两个放电电极之间的间隔,一边用外壳熔焊固定放电电极而制成的,向空气室内充入清洁而干燥的空气、或者以该空气为主的混合气体。
文档编号H01C7/12GK1233870SQ9811711
公开日1999年11月3日 申请日期1998年7月31日 优先权日1998年4月27日
发明者杨炳霖 申请人:杨炳霖