JPH10270214A - 非直線抵抗体の積層接合体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 接合強度が高く、かつ、耐電圧特性に優れた
非直線抵抗体の積層接合体を提供する。 【解決手段】 酸化亜鉛を主成分とする素子１の上下面
に、含有率８０ｗｔ％〜９８ｗｔ％の銀もしくは金等の
導電性金属と、ケイ酸ガラス等のガラスとからなる接合
材２を塗布し、２００℃〜６００℃の範囲内で熱処理す
ることにより、素子１間を接合する。この接合体の側面
全体に、絶縁物を塗布して焼き付けることにより、絶縁
層３を形成する。このとき、電極径比、すなわち、接合
材２の直径Ｒ２／素子１の直径Ｒ１を、０．９＜Ｒ２／
Ｒ１≦１の範囲とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、避雷器、サージア
ブソーバ等に用いられる非直線抵抗体、すなわち、酸化
亜鉛を主成分とした焼結体からなる素子を積層してなる
非直線抵抗体の積層接合体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電力系統においては、正常な電
圧に重畳される過電圧を除去し、電力系統や電気機器を
保護するため、避雷器やサージアブソーバなどの過電圧
保護装置が用いられている。そして、この過電圧保護装
置には正常な電圧ではほぼ絶縁特性を示し、過電圧が印
加されると低抵抗値となる特性を有する非直線抵抗体が
多用されている。

【０００３】非直線抵抗体には、一般に、酸化亜鉛を主
成分とした素子が用いられる。この素子は、酸化亜鉛
に、非直線特性を得るために添加物として酸化ビスマ
ス、酸化アンチモン、二酸化マンガン、酸化ニッケル等
の少なくとも一種類以上の金属酸化物を加えて、混合、
造粒、及び成形して焼結した焼結体である。そして、一
般的には、個々の素子の側面に絶縁層、両端面にアーク
溶射等によりアルミニウムなどの電極が形成されて、非
直線抵抗体が構成されている。

【０００４】このような構成を有する非直線抵抗体は、
大型形状のものが製造されにくいため、系統電圧に応じ
た必要枚数だけ複数積層され、この積層状態で、避雷器
やサージアブソーバ等に使用される。しかしながら、非
直線抵抗体を多数積層する場合、それらを固定するため
に絶縁体からなる支持棒を用いる必要があるため、碍管
の径が大きくなり、コストがかかるという問題があっ
た。

【０００５】このため、非直線抵抗体の一体化が求めら
れており、導電接合技術が開発されている。例えば、電
極間を金属リングとエポキシ系の導電性接着剤を用いて
接合する技術が、特開平７−２１１５２０号公報に開示
されている。すなわち、この技術によれば、素子の両端
面にアルミニウム等の電極を設け、素子間、及び素子と
端子金属との間の接合材料として、エポキシ系導電性接
着剤及び接着剤はみ出し防止用の金属リングを用い、素
子と端子金属とを一体化して構成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平７−２１１５２０号公報に開示されている導電
接合技術を用いた積層接合体では、素子と電極との間で
接合強度が低く、かつ、接合部分の構造が複雑であるた
め、信頼性が低いという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、以上のような従来の課題
を解決し、接合強度が高く、かつ、耐電圧特性に優れた
非直線抵抗体の積層接合体を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
る非直線抵抗体の積層接合体は、酸化亜鉛を主成分とし
た焼結体からなる素子を積層してなる非直線抵抗体の積
層接合体において、前記素子と素子との間が一層の導電
接合材料によって接合され、前記導電接合材料による接
合時の熱処理温度が２００℃〜６００℃の範囲内である
ことを特徴としている。

【０００９】請求項１記載の発明によれば、素子間に溶
射電極を形成せずに導電接合材料によって一層の接合構
造とすることにより、接合強度を高くすることができ、
その接合温度を２００℃〜６００℃の範囲内とすること
により、接合強度を高くすると共に抵抗比を良好な値に
することができる。このため、接合強度が高く、かつ、
耐電圧特性に優れた非直線抵抗体の積層接合体が得られ
る。

【００１０】請求項２記載の発明による非直線抵抗体の
積層接合体は、請求項１記載の発明において、前記素子
及び前記導電接合材料からなる側面全体が、絶縁層によ
ってコーティングされていることを特徴としている。

【００１１】請求項２記載の発明によれば、素子のみで
なく導電接合材料の側面にも絶縁層が形成されているた
め、耐電圧特性を高めることができる。

【００１２】請求項３記載の発明による非直線抵抗体の
積層接合体は、請求項１または２記載の発明において、
前記導電接合材料が、金及び銀を含む導電金属材料から
選択された導電金属材料と、ガラス材料とから構成され
ており、前記導電金属材料の含有率が８０ｗｔ％〜９８
ｗｔ％の範囲内であることを特徴としている。

【００１３】請求項３記載の発明によれば、導電金属材
料の含有率が最適な値であるため、絶縁成分が多すぎる
ために抵抗比が上昇したり、ガラス成分が少なすぎるた
めに接合強度が低下したりすることがなく、優れた特性
の積層接合体が得られる。

【００１４】請求項４記載の発明による非直線抵抗体の
積層接合体は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発
明において、前記素子の直径をＲ１とし、前記導電接合
材料の直径をＲ２とした場合に、これらの比Ｒ２／Ｒ１
が、 ０．９＜Ｒ２／Ｒ１≦１ の範囲内にあることを特徴としている。

【００１５】請求項４記載の発明によれば、接着面積及
び通電面積が小さいために接合強度が低下し、かつ、抵
抗比が上昇したり、導電接合材料が素子をはみ出すこと
によってその部分が閃絡の起点となることにより、耐電
圧特性が低下したりすることがなく、優れた特性の積層
接合体が得られる。

【００１６】請求項５記載の発明による非直線抵抗体の
積層接合体は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の発
明において、端部に位置する前記素子に端子金属が導電
接合材料により接合されてなることを特徴としている。

【００１７】請求項５記載の発明によれば、積層接合体
の端部に端子金属を導電接合材料によって接合し、一体
化することにより、この非直線抵抗体を採用した避雷器
を小型縮小化することができると共に、信頼性の高い非
直線抵抗体が得られる。

【００１８】請求項６記載の発明による非直線抵抗体の
積層接合体は、請求項５記載の発明において、前記素子
と前記端子金属とを接合する前記導電接合材料の該素子
及び該端子金属の接合時の熱処理温度が、２００℃〜６
００℃の範囲内であることを特徴としている。

【００１９】請求項７記載の発明による非直線抵抗体の
積層接合体は、請求項５または６記載の発明において、
前記端子金属の材料が、アルミニウムまたは黄銅の中か
ら選択された材料であることを特徴としている。

【００２０】請求項８記載の発明による非直線抵抗体の
積層接合体は、請求項５乃至７のいずれか１項記載の発
明において、前記素子と前記端子金属とを接合する前記
導電接合材料が、ハンダを含むことを特徴としている。

【００２１】請求項６乃至８記載の発明によれば、いず
れも、素子と端子金属との接合強度を高くすることがで
きる。そのため、優れた特性の積層接合体が得られる。

【００２２】

【実施例】以下に、本発明による非直線抵抗体とその製
造方法を適用した具体的な複数の実施例について、図面
を参照して説明する。 ［１．第１の実施例］ ［１−１．構成］本発明による第１の実施例として、請
求項１〜請求項４記載の発明を適用した実施例を、図１
〜図３を参照して説明する。

【００２３】まず、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に、二酸化マン
ガン（ＭｎＯ₂ ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）、及び酸
化クロム（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）をそれぞれ０．５ｍｏｌ％添加
すると共に、酸化ビスマス（Ｂｉ₂ Ｏ₃ ）、酸化アンチ
モン（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ）、及び酸化ニッケル（ＮｉＯ）をそ
れぞれ１ｍｏｌ％添加して原料とした。次いで、この原
料を水と分散剤の有機バインダー類と共に混合装置に入
れ混合し、この混合物をスプレードライヤー等で噴霧造
粒した。そして、これらの造粒粉を金型に入れ加圧し、
直径４０ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板に成形した後、この
成形体を１２００℃で焼成した。

【００２４】次に、図１に示すように、焼結体である素
子１の上下面を研磨した後、研磨面に導電金属材料、例
えば銀（Ａｇ）もしくは金（Ａｕ）等の導電性金属と、
例えばケイ酸（ＳｉＯ₂ ）ガラス等のガラスとからなる
導電性の接合材２を塗布し、加圧しながら熱処理するこ
とによって素子１と素子１の間を接合した。そして、側
面全体に絶縁物を塗布して所定の温度で焼き付けること
により絶縁層３を形成し、非直線抵抗体の積層接合体を
作製した。

【００２５】また、図２に示すように、接合材２を塗布
する前に、素子１の研磨面に例えばアルミニウム製の溶
射電極４を形成して、非直線抵抗体の積層接合体を作製
した。

【００２６】更に、図３に示すように、素子１を接合す
る前に、各素子１の側面に絶縁物を塗布して所定の温度
で焼き付けることにより、絶縁層３を形成した。その
後、素子１間に接合材２を塗布し、加圧しながら焼き付
けを行い、非直線抵抗体の積層接合体を作製した。

【００２７】この場合、本実施例では、以上のような非
直線抵抗体の製造工程のうち、接合材２の金属量や接合
時の焼き付け温度、及び電極径比等の積層接合体の製造
条件を変化させることにより、複数種類の非直線抵抗体
を作製した。なお、電極径比は、図１に示す接合材２の
直径Ｒ２／素子１の直径Ｒ１で表す。また、ここでは、
接合材２の金属量は９５〜９９ｗｔ％の範囲で変化さ
せ、接合時の焼き付け温度は１００〜７００℃の範囲で
変化させた。

【００２８】［１−２．積層接合体の特性試験］以上の
ように作製した複数種類の非直線抵抗体に対して、積層
接合体の特性、すなわち接合強度、抵抗比、及び耐電圧
を求める試験を行った。

【００２９】各製造条件のもとで作製された非直線抵抗
体の積層接合体の全てに対し、一種類につき各１０個の
試料を用意する。ここで、接合強度は、接合体に剪断荷
重かけたときの剪断接合強度の平均値であり、抵抗比
は、素子１単体に１ｍＡの電流を流した時の抵抗率に対
する接合体に１ｍＡの電流を流した時の抵抗率の比の平
均値である。また、耐電圧は、接合体に、４×１０μｓ
のインパルス電流を約５ｋＶ／ｃｍから約１ｋＶ／ｃｍ
ずつ上げて印加した後冷却するという印加と冷却を繰り
返す試験を行い、その結果閃絡しなかった電界強度の最
大値の平均値である。

【００３０】表１に、各積層接合体（接合体Ｎｏ．１〜
Ｎｏ．１６）について、その製造条件と、接合強度、抵
抗比、及び耐電圧試験の結果を示す。すなわち、接合体
Ｎｏ．１、Ｎｏ．３〜Ｎｏ．７、及びＮｏ．９〜Ｎｏ．
１３は、図１に示すように、溶射電極が形成されておら
ず、絶縁層３が全体に形成されている接合体であり、接
合体Ｎｏ．３〜Ｎｏ．７はそれぞれ接合温度が異なって
おり、接合体Ｎｏ．９〜Ｎｏ．１３はそれぞれ金属量が
異なっている。また、接合体Ｎｏ．１４〜Ｎｏ．１６も
同様に、溶射電極が形成されておらず絶縁層３が全体に
形成されている接合体であるが、電極径比（Ｒ２／Ｒ
１）が他の接合体と異なって、素子１の直径Ｒ１より接
合材２の直径Ｒ１が小さい場合と大きい場合とが設定さ
れている。

【００３１】

【表１】 更に、接合体Ｎｏ．２は、図２に示すように、溶射電極
４が形成されている接合体であり、接合体Ｎｏ．８は、
図３に示すように、溶射電極４は形成されておらず、絶
縁層３が素子１毎に形成されている接合体である。

【００３２】表１の試験結果から、以下のことが明らか
となった。 （１）接合体Ｎｏ．１及びＮｏ．２の結果から、溶射電
極が形成された接合体の方が形成されていない接合体に
比べて接合強度が低いことが分かった。すなわち、溶射
電極４と素子１の接合強度が低いため、溶射電極４を形
成してから接合すると、積層接合体の接合強度が低下す
る。従って、溶射電極を形成せずに接合材２によって一
層の接合構造とすることにより、接合強度の高い積層接
合体が得られる。

【００３３】（２）接合体Ｎｏ．１及びＮｏ．３〜Ｎ
ｏ．７の結果から、接合材２の接合温度が高い程、接合
強度が高いことが分かった。この結果からは、接合温度
を２００℃以上とすることにより、優れた接合強度と抵
抗比とが得られることが分かった。なお、表１では示し
ていないが、素子１は６５０℃以上の熱処理が施される
ことにより、Ｖ−Ｉ非直線性が低下するという性質を有
している。従って、接合材２の接合温度を２００℃〜６
００℃とすることによって、優れた特性の積層接合体が
得られる。

【００３４】（３）接合体Ｎｏ．１及びＮｏ．８の結果
から、絶縁層３が素子１単体のみに形成されているより
も接合体全体に形成されている方が、耐電圧特性が高い
ことが分かった。接合材２は、耐電圧試験における閃絡
の起点となるため、絶縁層３に覆われている方が耐電圧
特性が高いためである。

【００３５】（４）接合体Ｎｏ．１及びＮｏ．９〜Ｎ
ｏ．１３の結果から、金属量が７０ｗｔ％の場合は、接
合材２中の絶縁成分が多くなり過ぎるため抵抗比が上昇
してしまい、９９ｗｔ％の場合は、ガラス成分が少なす
ぎるため接合強度が低下することが分かった。従って、
接合材２中の金属量を８０ｗｔ％〜９８ｗｔ％とし、ガ
ラス成分を２０ｗｔ％〜２ｗｔ％することにより、優れ
た特性の積層接合体が得られる。

【００３６】（５）接合体Ｎｏ．１及びＮｏ．１４〜Ｎ
ｏ．１６の結果から、電極径比（Ｒ２／Ｒ１）が０．８
の場合は、接着面積及び通電面積が小さいため接合強度
が低下し、かつ、抵抗比が上昇してしまい、電極径比が
１．０１の場合は、接合材２が素子１をはみ出している
ため、その部分が閃絡の起点となり易く、耐電圧特性が
低いことが分かった。従って、電極径比を０．９＜Ｒ２
／Ｒ１≦１の範囲とすることにより、優れた特性の積層
接合体が得られる。

【００３７】［１−３．作用・効果］以上のように、本
実施例により、溶射電極を形成せずに接合材２によって
一層の接合構造とし、接合材２の接合温度を２００℃〜
６００℃とし、積層接合体の全体を絶縁層３によって覆
い、接合材２の金属量を８０ｗｔ％〜９８ｗｔ％とし、
かつ、電極径比を０．９＜Ｒ２／Ｒ１≦１の範囲とする
ことにより、優れた特性の積層接合体を提供することが
できる。

【００３８】［２．第２の実施例］本発明による第２の
実施例として、請求項５〜請求項８記載の発明を適用し
た実施例を、図４を参照して説明する。非直線抵抗体の
積層接合体では、その端部に端子金属が形成されること
により、避雷器等をより小型縮小化することができる。
図４に示す積層接合体には、この端子金属６が設けられ
ている。

【００３９】まず、上述した第１の実施例と同様の方法
により、図１に示すような積層接合体を作製し、これ
に、端子金属６を接合した。ここでは、第１の実施例に
おいて素子１と素子１との間を接合したように、素子１
と端子金属６との間を接合材５により接合した。このよ
うにして、図４に示す端子金属６付きの積層接合体を作
製した。

【００４０】第２の実施例では、以上のような非直線抵
抗体の製造工程のうち、接合材５の接合温度、端子金属
６の材料、接合材５の材料といった製造条件を変化させ
ることにより、素子１と端子金属６との接合部分の接合
強度を求める試験を行った。表２に、各積層接合体（接
合体Ｎｏ．１７〜Ｎｏ．２５）について、その製造条件
と接合強度の試験の結果を示す。すなわち、接合体Ｎ
ｏ．１７〜Ｎｏ．２２は全て端子金属６の材料がアルミ
ニウムであり、かつ、接合材５の材料がハンダであっ
て、接合温度が１００℃〜６００℃の間でそれぞれ異な
っている。また、接合体Ｎｏ．２３及びＮｏ．２４は、
接合温度は同じく５００℃であって接合材５の材料がハ
ンダであるが、端子金属６が黄銅もしくはＳＵＳ４０３
である。更に、接合体Ｎｏ．２５は、端子金属６の材料
がアルミニウムであり、接合材５の材料が金属ガラス材
である。

【００４１】

【表２】 表２の試験結果から、以下のことが明らかとなった。す
なわち、接合体Ｎｏ．１７の結果から、接合材５の接合
温度が２００℃以上とすることにより、接合強度が高い
ことが分かった。また、第１の実施例と同様の理由によ
り、接合材５の接合温度を２００℃〜６００℃とするこ
とにより、優れた特性の積層接合体が得られる。

【００４２】また、接合体Ｎｏ．２４の結果から、端子
金属６の材料をＳＵＳ４０３とするよりもアルミニウム
もしくは黄銅とした方が、接合強度が高いことが分かっ
た。また、接合体Ｎｏ．２５の結果から、接合材５の材
料を金属ガラス材とするよりもハンダとした方が、接合
強度が高いことが分かった。

【００４３】なお、表２では示していないが、素子１と
端子金属６の接合材５は、ハンダのみでなくハンダを含
んだ多層構造としても、優れた特性の積層接合体が得ら
れることが確認されている。

【００４４】以上のように、本実施例により、素子１と
端子金属６とを接合する接合材５の接合温度を２００℃
〜６００℃とし、端子金属６の材料をアルミニウムもし
くは黄銅とし、かつ、接合材５の材料をハンダもしくは
ハンダを含んだ多層構造とすることにより、優れた特性
の積層接合体を提供することができる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、非直線
抵抗体の積層接合体の素子間を一層の導電接合材料によ
り接合し、その接合における熱処理温度を２００℃〜６
００℃の範囲内とし、積層接合体の側面全体を絶縁層で
コーティングし、導電接合材料の金属材料の含有率を８
０ｗｔ％〜９８ｗｔ％ととし、かつ、電極径比を０．９
＜Ｒ２／Ｒ１≦１の範囲とすることにより、接合強度が
高く、耐電圧特性に優れた非直線抵抗体の積層接合体を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による非直線抵抗体の積層接合体の一例
を示す断面図

【図２】本発明による非直線抵抗体の積層接合体の一例
を示す断面図

【図３】本発明による非直線抵抗体の積層接合体の一例
を示す断面図

【図４】本発明による非直線抵抗体の積層接合体の一例
を示す断面図

【符号の説明】

１…素子 ２…接合材 ３…絶縁層 ４…溶射電極 ５…接合材 ６…端子金属

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化亜鉛を主成分とした焼結体からなる
   素子を積層してなる非直線抵抗体の積層接合体におい
   て、 前記素子と素子との間が一層の導電接合材料によって接
   合され、前記導電接合材料による接合時の熱処理温度が
   ２００℃〜６００℃の範囲内であることを特徴とする非
   直線抵抗体の積層接合体。
2. 【請求項２】 前記素子及び前記導電接合材料からなる
   側面全体が、絶縁層によってコーティングされているこ
   とを特徴とする請求項１記載の非直線抵抗体の積層接合
   体。
3. 【請求項３】 前記導電接合材料が、金及び銀を含む導
   電金属材料から選択された導電金属材料と、ガラス材料
   とから構成されており、前記導電金属材料の含有率が８
   ０ｗｔ％〜９８ｗｔ％の範囲内であることを特徴とする
   請求項１または２記載の非直線抵抗体の積層接合体。
4. 【請求項４】 前記素子の直径をＲ１とし、前記導電接
   合材料の直径をＲ２とした場合に、これらの比Ｒ２／Ｒ
   １が、 ０．９＜Ｒ２／Ｒ１≦１ の範囲内にあることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れか１項記載の非直線抵抗体の積層接合体。
5. 【請求項５】 端部に位置する前記素子に端子金属が導
   電接合材料により接合されてなることを特徴とする請求
   項１乃至４のいずれか１項記載の非直線抵抗体の積層接
   合体。
6. 【請求項６】 前記素子と前記端子金属とを接合する前
   記導電接合材料の該素子及び該端子金属の接合時の熱処
   理温度が、２００℃〜６００℃の範囲内であることを特
   徴とする請求項５記載の非直線抵抗体の積層接合体。
7. 【請求項７】 前記端子金属の材料が、アルミニウムま
   たは黄銅の中から選択された材料であることを特徴とす
   る請求項５または６記載の非直線抵抗体の積層接合体。
8. 【請求項８】 前記素子と前記端子金属とを接合する前
   記導電接合材料が、ハンダを含むことを特徴とする請求
   項５乃至７のいずれか１項記載の非直線抵抗体の積層接
   合体。