(57)【要約】【課題】  インパルス電流印加時に沿面閃絡が発生することを確実に防止し、大きな放電耐量を確保し得る電圧非直線抵抗体及びその製造方法を提供する。【解決手段】  酸化亜鉛を主成分とし、バリスタ特性を有する円柱状の焼結体１１と、その両端面に電極材の溶射により形成された電極層１３と、焼結体１１の側周面に形成された側面高抵抗層１２とを有する電圧非直線抵抗体において、焼結体１１の両端面の周縁部位に、その周縁部位への電極材の付着を阻止するための塗膜１４を形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛を主成分とし、バリスタ特性を有する円柱状の焼結体と、その両端面に電極材の溶射により形成された電極層と、前記焼結体の側周面に形成された側面高抵抗層とを有する電圧非直線抵抗体において、前記焼結体の前記両端面の周縁部位に、その周縁部位への電極材の付着を阻止するための塗膜を形成したことを特徴とする電圧非直線抵抗体。
【請求項２】
前記焼結体の両端面の周縁部位に形成された塗膜は、前記周縁部位に発生する欠陥部を被覆することが可能な最小幅で形成されている請求項１に記載の電圧非直線抵抗体。
【請求項３】
前記塗膜は、焼結体の両端面の周縁部位から側周面に跨るように延在している請求項１又は２に記載の電圧非直線抵抗体。
【請求項４】
前記塗膜が絶縁性塗膜である請求項１乃至３のいずれかに記載の電圧非直線抵抗体。
【請求項５】
酸化亜鉛を主成分とし、バリスタ特性を有する円柱状の焼結体の両端面に電極材の溶射により電極層を形成する電圧非直線抵抗体の製造方法において、前記焼結体の両端面の周縁部位に、その周縁部位への電極材の付着を阻止するための塗料を塗布して塗膜を形成した後、前記焼結体の両端面に電極材を溶射して電極層を形成することを特徴とする電圧非直線抵抗体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電圧非直線抵抗体及びその製造方法に関し、詳しくは、酸化亜鉛を主成分として印加電圧に応じて抵抗が変化する電圧非直線抵抗体、及び素子本体の端面に金属溶射により電極層を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にバリスタと称される電圧非直線抵抗体は、印加電圧に応じてその抵抗が変化する特性、つまり、閾値電圧以下の電圧が印加された時には極めて高抵抗であって実質的に絶縁性を示し、閾値電圧を越える電圧が印加された時には低抵抗を示す非線形性の電流電圧特性を具備する。このような特性を有するバリスタは、例えば、サージやノイズの吸収を目的とした避雷器やサージ吸収器、あるいは電圧安定化素子に広く利用されている。各種のバリスタの中でも、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛バリスタは、優れた非線形性の電流電圧特性とサージ・ノイズ吸収能力を有することが広く知られている。
【０００３】
図８に示す電圧非直線抵抗体（酸化亜鉛バリスタ）は、酸化亜鉛を主成分とし、その酸化亜鉛と基本添加物である酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化コバルトと、さらに性能向上のために添加される各種の酸化物とを含む酸化亜鉛原料粉末を所定形状に成形して焼結させることによって得られた円柱状の焼結体１からなり、その焼結体１の側面に沿面閃絡を防止するための側面高抵抗層２を形成し、焼結体１の上下端面に電極層３を形成した構造を具備する。この電極層３は、一般にアルミニウムを溶射することによって形成している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アルミニウム溶射により焼結体１の端面全域にアルミニウムを溶射すると、電極層３が端面の周縁部位にまで形成されることから、焼結体１の端面全域に亘る最大面積の電極が得られ、これにより、インパルス電流印加時の電流密度を最小化することができ、また、電極層３の端部における電界による応力集中を防止することができ、放電耐量性能の向上が図れる。
【０００５】
しかしながら、焼結体１の製造工程において、造粒粉の成形時や焼成時、さらに焼結体１の取り扱い時に、焼結体１の両端面の周縁部位に微小な欠けやクラック等が発生することがある（図９で欠けａを示す）。このように微小な欠けやクラック等が発生した焼結体１の両端面に電極層３を形成した場合、その周縁部位に存在する微小な欠けやクラックに電極３が付着していると、インパルス電流、例えば２ｍｓ矩形波インパルス電流の印加試験時に、かなりの頻度で沿面閃絡が発生するという問題があった。これは、インパルス電流の印加時に微小な欠け部分やクラック部分で放電が生じ、それによって沿面閃絡が発生するのではないかと考えられる。
【０００６】
そこで、前述した問題点を解消するため、これまで焼結体１の両端面に電極層３を形成するに際して、図１０（ａ）に示すように焼結体１の端面上にマスク４を装着し、そのマスク４を装着した状態で焼結体１の端面にアルミニウムを溶射するという方法が採られていた（例えば特開昭６１−２２９３０３号公報）。つまり、マスク４には、焼結体１の端面全体からその周縁部位を除いた電極形成予定部位と対応した形状および大きさの円形窓５を開口させた金属製または耐熱樹脂製のものを使用し、同図（ｂ）に示すようにこのマスク４を焼結体１の端面に位置合わせして載置し、端面の周縁部位を除く部位にアルミニウムを溶射して電極層３’を形成する（図１１参照）。
【０００７】
これにより、焼結体１の端面の周縁部位に微小な欠けやクラック（図１１で欠けａを示す）が存在していても、その周縁部位上に電極層３’が形成されていないので、インパルス電流、例えば２ｍｓ矩形波インパルス電流を印加しても沿面閃絡の発生する虞が解消される。
【０００８】
しかしながら、マスク４を焼結体１の端面に強い力で押し付けて圧接させたとしても、マスク自体の僅かな撓みなどの変形によりマスク４と焼結体１の端面との間に微小な間隙が形成され、ここに溶融したアルミニウムが入り込み、端面周縁部位に存在する微小な欠けやクラック上にアルミニウムが付着することがあり、インパルス電流印加時の沿面閃絡を確実に防止するのは困難なことであった。
【０００９】
そこで、本発明は、前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、インパルス電流印加時に沿面閃絡が発生することを確実に防止し、大きな放電耐量を確保し得る電圧非直線抵抗体及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を達成するための技術的手段として、本発明に係る電圧非直線抵抗体は、酸化亜鉛を主成分とし、バリスタ特性を有する円柱状の焼結体と、その両端面に電極材の溶射により形成された電極層と、焼結体の側周面に形成された側面高抵抗層とを有する電圧非直線抵抗体において、焼結体の両端面の周縁部位に、その周縁部位への電極材の付着を阻止するための塗膜を形成したことを特徴とする。
【００１１】
なお、上述の構成において、塗膜は、焼結体の両端面の周縁部位に発生する欠陥部を被覆することが可能な最小幅で形成されていることが望ましい。ここで、「欠陥部」とは、造粒粉の成形時や焼成時、焼結体の取り扱い時などに発生した欠けやクラック等を意味する。また、塗膜は、焼結体の両端面の周縁部位から側周面に跨るように延在するように形成することも可能である。そして、塗膜には、実質的に絶縁性の塗膜も使用することが、より望ましい。
【００１２】
また、本発明に係る電圧非直線抵抗体の製造方法は、酸化亜鉛を主成分とし、バリスタ特性を有する円柱状の焼結体の両端面に電極材の溶射により電極層を形成する電圧非直線抵抗体の製造方法において、焼結体の両端面の周縁部位に、その周縁部位への電極材の付着を阻止するための塗料を塗布して塗膜を形成した後、焼結体両端面に電極材を溶射して電極層を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電圧非直線抵抗体によれば、焼結体の両端面の周縁部位に、その周縁部位への電極材の付着を阻止するための塗膜を形成したことにより、焼結体の製造工程において、造粒粉の成形時や焼成時、焼結体の取り扱い時などに発生した欠陥部が、焼結体の端面の周縁部位に存在していても、その周縁部位に存在する欠陥部上に塗膜が形成されるだけで、電極層は形成されていないので、インパルス電流、例えば２ｍｓ矩形波インパルス電流や、短波尾長のインパルス電流の繰り返し印加によって沿面閃絡が発生することを確実に防止でき、大きな放電耐量を確保することができる。
【００１４】
また、本発明に係る電圧非直線抵抗体の製造方法によれば、焼結体の両端面の周縁部位に、その周縁部位への電極材の付着を阻止するための塗料を塗布して塗膜を形成することにより、焼結体の両端面全体に電極材を溶射しても、焼結体端面の周縁部位に存在する欠陥部への電極材の付着を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照ながら詳述する。
【００１６】
図１は実施形態の一例であって、同図に示す実施形態の電圧非直線抵抗体は、主成分の酸化亜鉛と添加成分とを含む原料粉末を円柱状に成形して焼結させることによって得られた焼結体１１からなる。なお、図２は以下に詳述する電圧非直線抵抗体を製造するための各工程を示すフローチャートである。
【００１７】
この焼結体１１は、以下の要領で製造することができる。高純度の酸化亜鉛（ＺｎＯ）と、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）、酸化コバルト（Ｃｏ3Ｏ4）、酸化マンガン（ＭｎＯ2）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、硝酸アルミニウム９水和物（Ａｌ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ）、および酸化ホウ素（Ｂ2Ｏ3）からなる添加物とを所定量ボールミル等に投入して湿式混合してスラリーを製作する。なお、酸化ホウ素の代わりに、酸化銀を含むホウケイ酸ビスマスガラスフリットを用いてもよい。そして、このスラリーに所定量のバインダ、例えばポリビニルアルコール（Ｐ．Ｖ．Ａ１２％）水溶液と分散剤、消泡剤なども加える。
【００１８】
前述した湿式混合により得られたスラリーをスプレードライヤー等の噴霧乾燥装置に供給して平均粒径２０〜１５０μｍ、含水率が０．１〜１．０ｗｔ%の造粒粉を製作する。この造粒粉を成形工程において、成形圧力１００〜５００ｋｇ／ｃｍ2の下で所定の形状、例えば直径４９．６ｍｍ、厚さ４６．６ｍｍの円柱状に成形し、その成形体を脱脂温度４００〜６００℃で脱脂し、焼結温度８７０〜１０５０℃で焼結させることにより、直径４０．７ｍｍ、厚さ３８ｍｍを有する図１の焼結体１１を得る。
【００１９】
この焼結体１１の厚みや平滑度を所定値に規定するなどの必要性から、焼結体１１の端面それぞれをダイヤモンド砥石などで例えば１ｍｍずつ研磨し、厚さ３６ｍｍの焼結体１１を製作する。そして、この焼結体１１の側周面に、例えばガラス材料などの絶縁材を塗布して焼き付けることにより閃絡防止用の側面高抵抗層１２を形成する。
【００２０】
この側面高抵抗層１２の形成は以下の要領でもって行われる。例えば二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、および酸化ホウ素などを含むガラス材料に、有機バインダとして例えばヒドロオキシプロピルセルロース・ポリエチレングリコール・２−（２−ブトキシエトキシエタノール）を純水に溶解させたものを加えて、粘度が５〜２０ｃｐとなるように調整したスラリーを焼結体１１の側周面に塗布する。次にこれを十分乾燥させた後、６４０℃以下の温度で焼き付けを実施する。
【００２１】
その後、焼結体１１の両端面それぞれの周縁部位に電極材の付着を阻止するための塗膜１４を形成する。この塗膜１４の形成は、以下の要領でもって行なうことができる。前述の焼結体１１の端面周縁部位に、塗料として、一般的に市販されているインク液（例えばキシレン７０ｗｔ％、アクリル樹脂１８ｗｔ％、カーボンブラック１２ｗｔ％の組成物）を塗布することにより、例えば０．５ｍｍの幅で塗膜１４を形成する。
【００２２】
具体的に、インク液を塗布する方法としては、例えば図３に示すように回転台１５上に焼結体１１を載置し、マーキング用ペンあるいはインク液を含浸させたフェルト布（図ではマーキング用ペン１６）を焼結体１１の端面周縁部位に押し当てた状態で、回転台１５上の焼結体１１を回転させることにより、ペン１６あるいは布からしみ出したインク液を焼結体１１の主として端面周縁部位に塗着して乾燥させることにより塗膜１４を形成する。
【００２３】
この塗膜１４の形成後、焼結体１１の両端面それぞれにアルミニウム溶射により電極１３を形成する。この電極層１３の形成は、以下の要領でもって行なうことができる。例えば図４に示すように焼結体１１を回転させながら、端面に対して１１０ｍｍの高さからアルミニウムの電極材を４°の角度でもって溶射ガン１７により吹き付ける。溶射ガン１７による吹き付け時に、焼結体１１側では、負圧によりエアを吸引する。
【００２４】
これにより、焼結体１１の端面の、塗膜１４が形成された周縁部位を除く部位に電極層１３を形成することができる。また、前述したように斜め方向からアルミニウム溶射を行なうことにより、焼結体１１の側周面に電極材が付着しないようにしている。
【００２５】
このように、焼結体１１の両端面の周縁部位に欠けやクラック（図１中のａ部分）が存在していても、周縁部位上に塗膜１４が形成されているので、電極材の付着が阻止され、インパルス電流が印加されても沿面閃絡が発生することを確実に防止できる。また、焼結体１１の両端面全域に電極材を吹き付けても、電極材の付着を阻止する塗料を塗布することによって、焼結体１１の端面の周縁部位に存在する欠けやクラックへの電極材の付着を確実に防止することができる。インク液による塗膜は、その形成後における視認検査を容易なものとする。
【００２６】
前述の実施形態では、インク液を用いて塗膜１４を形成した場合について説明したが、樹脂もしくは樹脂と有機溶剤を主成分とした塗料を使用することもできる。これら塗料としては、例えばアクリル樹脂、シリコン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、アルキド樹脂、セルロース等の樹脂や、これらの樹脂を含む塗料であってもよい。また、インク液は、染料または顔料を含み、塗膜状態で実質的に絶縁性を示すものであることが望ましい。
【００２７】
また、塗料に含まれる溶剤は、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、キシレン、トルエン等のように、樹脂を溶解し、焼結体１１の端面の周縁部位に塗布自然乾燥、あるいは塗布乾燥後熱硬化時に所定の幅の塗膜１４を形成させることができるものであればよい。
【００２８】
さらに、この塗膜１４は、樹脂を含む有機溶剤塗料だけではなく、油脂、金型用の離型材、撥水コート材、ワックス、ロウ等のように、電極材の溶射時に電極材の焼結体の端面への付着を防止し得る絶縁物質であれば、有機物、無機物を問わない。
【００２９】
前述の実施形態では、焼結体１１の上下端面の周縁部位に塗膜１４を形成した場合について説明したが、図５および図６に示すように塗膜１４’，１４''を焼結体１１の側周面まで延在させるように形成してもよい。なお、図５は、塗膜１４’を焼結体１１の側周面の一部まで延在させるように形成した場合で、図６、塗膜１４''を焼結体１１の側周面の全体に亘って形成した場合を例示する。
【００３０】
この場合、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂などの耐熱性と電気絶縁性を兼ね備えた樹脂を含む塗料を用いて塗膜１４’，１４''を形成すれば、焼結体１１の側周面を覆うように塗料を塗布しても、端面周縁部位の微小な欠けやクラックを確実に覆うことができ、その上に電極材が付着することを阻止できるばかりでなく、製品としての電圧非直線抵抗体の側周面の電気絶縁性を確保することができ、沿面閃絡をより一層確実に防止できる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
【００３２】
インク液を用いて幅０．５ｍｍの塗膜を焼結体の上下端面の周縁部位に形成した後、電極形成を行なった１８０個の電圧非直線抵抗体（本発明品）と、塗膜を形成せずに電極形成を行なった１８０個の電圧非直線抵抗体（従来品）について、２ｍｓインパルス電流を２分間隔で３回印加した時、火花放電および沿面閃絡の有無を調査した結果、塗膜を形成していない従来品では、非直線抵抗体１８０個中、火花放電および沿面閃絡が発生したものが１６個であったのに対して、塗膜を形成した本発明品では、非直線抵抗体１８０個中、火花放電および沿面閃絡が発生したものが０個であった。
（実施例２）
【００３３】
塗膜の幅を０ｍｍ（塗膜未形成）〜１．５ｍｍまで変更した焼結体を製作し、２ｍｓ矩形波インパルス電流２５０Ａを１分間隔で３回印加した後、室温まで冷却する過程を６サイクル繰り返し、その後、インパルス電流を３００Ａ、４００Ａ、５００Ａ、６００Ａと逓増させた場合の限界耐量の結果を図７に示す。図７において、横軸が塗膜の幅、縦軸がインパルス電流を１分間隔で３回印加することを６サイクル繰り返した場合でも、電圧非直線抵抗体が破壊することがなかった時のインパルス限界電流値である。
【００３４】
同図で明らかなように、幅が１．０ｍｍ以上の塗膜では、３００Ａが限界電流値であり、それ以上のインパルス電流で塗膜の端部において貫通破壊が発生した。これに対して、幅が０．３ｍｍ以下の塗膜では、６００Ａのインパルス電流でも、破壊することなく、高いインパルス電流に耐え得る電圧非直線抵抗体が得られた。
【００３５】
このことから、焼結体の上下端面の周縁部位に形成された塗膜が、０．３ｍｍ以下の幅であれば、極めて高耐量の電圧非直線抵抗体を得られることが明らかになった。なお、塗膜の幅が０の場合、限界電流値にばらつきがあるのは、試料としての焼結体に欠けやクラックがあるものとないものをランダムに選定していることから、欠けやクラックがないものについては、限界電流値が高く、欠けやクラックがあるものについては、限界電流値が低くなっていることに起因する。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明に係る電圧非直線抵抗体及びその製造方法は、例えば避雷器、サージ吸収素子、電圧安定化素子などに組み込まれ、それら避雷器、サージ吸収素子、電圧安定化素子などの製造に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る電圧非直線抵抗体の実施形態を示す上面図および断面図である。
【図２】本発明に係る電圧非直線抵抗体の製造工程を示すフローチャートである。
【図３】焼結体の端面の周縁部位に電極材の付着を阻止するための塗膜を形成する手法の一例を示す斜視図である。
【図４】焼結体の端面に電極層を形成する手法の一例を示す断面図である。
【図５】本発明に係る電圧非直線抵抗体の他の実施形態で、塗膜を焼結体の側周面の一部分にまで延在させた例を示す上面図および断面図である。
【図６】本発明に係る電圧非直線抵抗体の他の実施形態で、塗膜を焼結体の側周面の全体に亘って形成した例を示す上面図および断面図である。
【図７】本発明の実施例において、塗膜の幅に対するインパルス限界電流値の関係を示す特性図である。
【図８】電圧非直線抵抗体の従来例を示す上面図および断面図である。
【図９】従来の電圧非直線抵抗体で沿面閃絡が発生した状態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）（ｂ）はマスクを使用して焼結体の上下端面に電極を形成する要領を説明するための図である。
【図１１】マスクを使用して製作された電圧非直線抵抗体を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１  焼結体
１２  側面高抵抗層
１３  電極層
１４  電極材の付着を阻止するための塗膜
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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