JP2004039999A

JP2004039999A - バリスタ及びその製造方法

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Publication number: JP2004039999A
Application number: JP2002197960A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Matsuda; 松田　清; Akihito Kondo; 近藤　昭仁
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】サージ吸収等の動作時、破壊による樹脂やハンダ等の飛散を抑制したバリスタ及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】セラミック素体（２）にリード線（８、１０）を取り付けてなるバリスタであって、セラミック素体を覆う第１の被覆層（１４）と、この第１の被覆層をその一部に露出部（１８）を設けて覆う難燃性及び柔軟性を持つ第２の被覆層（１６）とを備えたことを特徴とするバリスタ及びその製造方法である。第１及び第２の被覆層により外装構造の多層化とともに、第２の被覆層の柔軟性によりサージ吸収等の動作時、破壊による樹脂やハンダ等の飛散を抑制できる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バリスタ及びその製造方法に係り、特に、外装構造の不燃化ないし難燃化に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器、電気機器の筐体等には、軽量化のため、プラスチックが多用されているが、筐体等に用いられているプラスチックは可燃性を持っている。また、小型化のため、電子部品等の高密度実装が進むと、電子部品の焼損が機器自体を燃焼させる危険性がある。
【０００３】
これら電子機器や電気機器に実装されるバリスタは、電子部品や機器を外来又は内来のサージより保護するために使用されている。バリスタが吸収エネルギの限界を超えるサージを吸収し、バリスタが破損して短絡状態になると、その外装材が高温化する。一般的に、バリスタは、バリスタ素子に無機フィラー成分とエポキシ樹脂成分よりなる外装が施されたものであり、この外装材には可燃性を持つエポキシ樹脂が使用されてきた。
【０００４】
このバリスタの外装材の燃焼を抑制する技術として、例えば、特開２００２−９３６０２号「電子部品」が提案されており、この電子部品では、外装材から可燃性成分を減少させ、無機不燃性成分を増加させて不燃性が高められている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、外装材から樹脂成分を減少させると、外装材の強度が低下し、脆くなる傾向がある。バリスタが破壊し、短絡状態となったとき、バリスタ素子に穿孔が生じ、スパークを起こすが、外装材が機械的強度の低下によって脆いと、スパーク発生時、その衝撃により、バリスタ素子から外装材が剥離する。剥離した外装材は破片化し、スパーク発生時に高温化して溶融したセラミックや、溶融したハンダとともにバリスタの周囲にその破片が飛散する。このため、バリスタの外装材自体の燃焼性を抑制しても、高温化した飛散物がバリスタの周囲に実装されている可燃物に引火する危険性があり、その飛散物に含まれるハンダは導電性物質であるため、付着した回路にショートを生じさせる等の危険性を回避できない。
【０００６】
そこで、本発明は、サージ吸収等の動作時、破壊による樹脂やハンダ等の飛散を抑制したバリスタ及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決した本発明のバリスタ及びその製造方法は、次の通りである。
【０００８】
請求項１に係る本発明のバリスタは、セラミック素体（２）にリード線（８、１０）を取り付けてなるバリスタであって、前記セラミック素体を覆う第１の被覆層（１４）と、この第１の被覆層をその一部に露出部（１８）を設けて覆う難燃性及び柔軟性を持つ第２の被覆層（１６）とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
第１の被覆層が難燃性及び柔軟性を持つ第２の被覆層で覆われているので、バリスタが破損、ショートした際にその衝撃を第１及び第２の被覆層による多層化と、第２の被覆層が持つ柔軟性とによって緩和でき、第１の被覆層の破損をも防止できるとともに、高温物質、導電性物質の飛散を抑制することができる。しかも、第２の被覆層が難燃性であることから第１の被覆層が可燃性である場合にも、バリスタを難燃化できる。
【００１０】
また、第２の被覆層は、第１の被覆層を完全に覆うのではなく、その一部に露出部を設けているので、第２の被覆層が完全な密閉空間を形成することがなく、バリスタの損傷、ショート時、第２の被覆層からなる空間内に発生ガスを閉じ込めることがない。その結果、そのガスを露出部側から放出でき、密閉空間における内圧上昇を生じさせることがないので、破裂による内容物の飛散を防止できる。
【００１１】
請求項２に係る本発明のバリスタは、前記第１の被覆層が無機フィラーを主成分とする外装材で形成されていることを特徴とする。第１の被覆層に無機フィラーを主成分とする外装材を用いれば、無機フィラーは不燃成分であるから、可燃成分である樹脂の含有量を低減でき、第１の被覆層の不燃化を高めることができ、第２の被覆層の難燃化と相俟って不燃化バリスタを構成できる。
【００１２】
請求項３に係る本発明のバリスタは、前記第２の被覆層が前記セラミック素体の少なくとも前記リード線の導出部を除いて形成されていることを特徴とする。即ち、リード線の導出部側に第１の被覆層の露出部を形成しているので、基盤側に向かう部分からガスや内容物が放出され、内容物の周囲への飛散を防止できる。
【００１３】
請求項４に係る本発明のバリスタの製造方法は、リード線（８、１０）を接続したセラミック素体（２）に無機フィラーを主成分とする液状外装材を付着させた後、該液状外装材を硬化させて前記セラミック素体に第１の被覆層（１４）を形成する処理と、前記第１の被覆層上に難燃性及び柔軟性を持つ液状樹脂を付着させて硬化させ、前記第１の被覆層上に第２の被覆層（１６）を形成する処理とを含むことを特徴とする。このような製造方法によれば、第１及び第２の被覆層を形成した安全性の高いバリスタを容易に製造することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の実施の形態に係るバリスタ及びその製造方法を示し、、図１はバリスタの外観形状、図２は図１に示すバリスタのリード線に沿う断面を示している。
【００１５】
セラミック素体２は、酸化亜鉛を主成分とし、酸化マグネシウム、酸化ビスマス、酸化コバルト等を加えた焼結体であって、この実施の形態では円盤状に形成されている。このセラミック素体２の両面には、導電性材料の印刷及び焼成によって電極４、６が形成され、各電極４、６にはリード線８、１０がハンダ１２により固着されて電気的に接続されている。
【００１６】
そして、セラミック素体２の外面部には、無機フィラーを主成分とする外装材からなる第１の被覆層１４が設置され、この被覆層１４はセラミック素体２上の電極４、６及びリード線８、１０、電極４、６の近傍におけるリード線８、１０の一部を覆って形成されている。
【００１７】
被覆層１４の外面部には、難燃性ないし不燃性を有するとともに柔軟性を有するシリコン樹脂等の合成樹脂からなる第２の被覆層１６が形成されている。この実施の形態では、リード線８、１０の導出部側の被覆層１４の一部を露出させる露出部１８を設けて形成されている。露出部１８は、被覆層１４の未コート部である。この場合、被覆層１６を全面的に形成した場合のバリスタ本体部分の仮想直径をＬ、被覆層１６によるオーバーコート部の幅をＡとすると、オーバーコート被覆率η_Ａを、
η_Ａ＝（Ａ／Ｌ）×１００％　　　　　　　　　　　　・・・（１）
とする。この実施の形態では、被覆層１６が電極４、６を全面的に覆う位置まで形成されており、この場合のオーバーコート被覆率η_Ａは９５％である。露出部１８を幅方向にＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆに変更した場合において、オーバーコート被覆率は、例えば、η_Ｂ｛＝（Ｂ／Ｌ）×１００％＝９０％｝、η_Ｃ｛＝（Ｃ／Ｌ）×１００％＝８０％｝、η_Ｄ｛＝（Ｄ／Ｌ）×１００％＝７０％｝、η_Ｅ｛＝（Ｅ／Ｌ）×１００％＝６０％｝、η_Ｆ｛＝（Ｆ／Ｌ）×１００％＝５０％｝等、任意の値を設定することができる。
【００１８】
このように、セラミック素体２を覆う被覆層１４上に電極４、６をほぼカバーする位置まで被覆層１６を形成したので、被覆層１４、１６の多層化された外装構造が構成され、被覆層１６が持つ柔軟性と相俟ってサージ吸収によるスパーク時の被覆層１４やハンダ１２の破片の飛散を防止できる。また、被覆層１６は、難燃性ないし不燃性を有することから、バリスタの不燃化に寄与している。しかも、露出部１８を設けているので、被覆層１６の密閉空間の形成がなく、その内圧上昇による内容物の飛散をも防止でき、動作時の安全性を高めることができる。
【００１９】
次に、このバリスタの製造方法について説明すると、このバリスタは、セラミック素体２の形成処理、リード線８、１０の接続処理、被覆層１４の形成処理及び被覆層１６の形成処理から製造される。
【００２０】
（１）　セラミック素体２の形成処理
セラミック素体２は、酸化亜鉛等を主成分とし、酸化マグネシウム、酸化ビスマス、酸化コバルト等を加えた素子材料を成形、焼結することにより焼結体として形成される。この焼結体は任意の形状に形成でき、この実施形態では、円盤状である。このセラミック素体２の表裏面には導電性材料の印刷及び焼成により、電極４、６が形成され、この結果、バリスタ素子が得られる。
【００２１】
（２）　リード線８、１０の接続処理
リード線８、１０には導線が使用され、セラミック素体２の表面に形成された各電極４、６に各リード線８、１０をハンダ１２によって固着し、電気的に接続する。
【００２２】
（３）　被覆層１４の形成処理
被覆層１４には、無機フィラーを主成分とする液状外装材が用いられ、この液状外装材中にセラミック素体２を浸漬し、このディップ処理により液状外装材層を形成し、常温乾燥の後、セラミック素体２の外面部に被覆層１４が形成される。この場合、セラミック素体２、電極４、６及び電極４、６上のリード線８、１０を液状外装材中に漬け、バリスタ本体部分の近傍のリード線８、１０にも液状外装材で被覆する。
【００２３】
また、この被覆層１４の形成処理は、セラミック素体２の液状外装材中への浸漬と、乾燥とを一回又は数回交互に行い、また、その浸漬時間、乾燥温度及び乾燥時間は任意に設定される。
【００２４】
（４）　樹脂層１６の形成処理
この被覆層１４上に被覆層１６を形成する。被覆層１６には、難燃性ないし不燃性を有するとともに柔軟性を有するシリコン樹脂等の液状合成樹脂が使用される。この場合、被覆層１４が形成されたバリスタ本体部分を、その一部に露出部１８を残して液状合成樹脂中に漬け込み、ディップ処理によって合成樹脂を付着させ、常温乾燥の後、難燃性ないし不燃性を有するとともに柔軟性を有する被覆層１６が形成される。
【００２５】
このような製造方法によれば、被覆層１４の上に露出部１８を設けて所望の範囲で難燃性ないし不燃性を有するとともに柔軟性を有するシリコン樹脂等の被覆層１６を容易に形成でき、信頼性の高いバリスタを製造することができる。この実施の形態では、露出部１８がリード線８、１０の導出部分側に形成されている。
【００２６】
【実施例】
本発明のバリスタ及びその製造方法の一実施例を説明する。
【００２７】
セラミック素体２には、酸化亜鉛を主成分とし、酸化マグネシウム、酸化ビスマス、酸化コバルト等を加えたφ１０ｍｍの円盤状焼結体を使用し、このセラミック素体２の両面にφ８ｍｍの電極４、６を印刷し、焼成した。この電極４、６にφ８ｍｍのリード線８、１０をハンダ付けした。
【００２８】
そして、無機フィラーを主成分とする液状外装材中に電極４、６及びリード線８、１０を備えたセラミック素体２を漬け込み、外装コーティング処理によって被覆層１４を形成する。その手順としては、例えば、第１のディップ処理（例えば、２秒間）→常温乾燥（例えば、５秒間）→第２のディップ処理（例えば、２秒間）→常温乾燥（例えば、２０秒間）→第３のディップ（例えば、２秒間）→常温乾燥（例えば、１２時間）→所定温度（例えば、１５０℃）下で硬化処理（例えば、１時間）を行う。この結果、被覆層１４が形成される。
【００２９】
このような処理によって被覆層１４が形成されたバリスタ本体部分をその一部に露出部１８を残して液状アルコキシラン中に所定時間（例えば、２０秒間）だけ漬け、このディップ処理の後、常温乾燥（例えば、１２時間の乾燥）を行い、所定温度（例えば、１５０℃）下で硬化処理（例えば、１０時間の硬化処理）を行うことにより、露出部１８とともに被覆層１６が形成される。
【００３０】
この実施例に係るバリスタの飛散防止効果を確認するため、従来の不燃性バリスタとともに過電圧を印加し、破壊時の飛散状態の試験結果を図３に示している。この場合、試験条件は、課電率＝印加電圧（ＡＣＶｒｍｓ）÷バリスタ電圧（Ｖ／１ｍＡ）＝０．８５であり、試料にはφ１０、定格電圧が２７０Ｖのバリスタを使用し、試験回数ｎ（回）は本発明品及び従来品に対して共にｎ＝２０とした。図３において、例えば、Ａ点：η_Ａ｛＝（Ａ／Ｌ）×１００％＝９５％｝、Ｂ点：η_Ｂ｛＝（Ｂ／Ｌ）×１００％＝９０％｝、Ｃ点：η_Ｃ｛＝（Ｃ／Ｌ）×１００％＝８０％｝、Ｄ点：η_Ｄ｛＝（Ｄ／Ｌ）×１００％＝７０％｝、Ｅ点：η_Ｅ｛＝（Ｅ／Ｌ）×１００％＝６０％｝、Ｆ点：η_Ｆ｛＝（Ｆ／Ｌ）×１００％＝５０％｝である。
【００３１】
このバリスタでは、図３に示すグラフから明らかなように、被覆層１６が被覆層１４の上部から２／３以上で、内容物の飛散防止効果が得られており、被覆層１６で完全被覆を施した場合には再び内容物の飛散が発生している。これは、少なくとも焼結体（セラミック素体２）に形成された電極４、６を被覆層１６で覆うことが必要であり、しかも、電極４、６を覆う位置まで柔軟性を持つ被覆層１６が存在しないと、内容物が飛散し、また、被覆層１６で完全被覆を施すと、内部の発生ガスの逃げ場が閉ざされ、その結果、被覆層１６が形成する空間の内圧が上昇し、内容物を飛散させることが確認されている。
【００３２】
なお、実施例では、被覆層１６にシリコン系樹脂を使用しているが、難燃性を持ち、柔軟性を有する材料であれば、何れのものでもよく、シリコン系樹脂に限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ　難燃性且つ柔軟性を有する第２の被覆層を以て一部に露出部を設けてオーバーコートしたので、バリスタが破損、ショートしたとき、この衝撃による高温物質及び導電性物質の飛散を抑制でき、バリスタ周辺部への類焼を防止でき、安全性の高いバリスタを提供できる。
ｂ　第１の被覆層上に形成する第２の被覆層には一部に第１の被覆層を露出させる露出部を設けたので、破壊ショート時の高温ガスをその露出部より放出させることができ、第２の被覆層の破壊を防止でき、また、高温ガスとともに高温物質及び導電性物質が噴出したとしても、周辺部への飛散を確実に防止でき、安全性の高いバリスタを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバリスタ及びその製造方法を示す実施の形態であって、バリスタを示す平面図である。
【図２】図１に示すバリスタをリード線に沿って切り欠いて示した断面図である。
【図３】本発明の実施例に係るバリスタの試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
２　セラミック素体
４、６　電極
８、１０　リード線
１４　第１の被覆層
１６　第２の被覆層
１８　露出部

Claims

セラミック素体にリード線を取り付けてなるバリスタであって、
前記セラミック素体を覆う第１の被覆層と、
この第１の被覆層をその一部に露出部を設けて覆う難燃性及び柔軟性を持つ第２の被覆層と、
を備えたことを特徴とするバリスタ。
前記第１の被覆層が、無機フィラーを主成分とする外装材で形成されていることを特徴とする請求項１記載のバリスタ。
前記第２の被覆層が、前記セラミック素体の少なくとも前記リード線の導出部を除いて形成されていることを特徴とする請求項１記載のバリスタ。
リード線を接続したセラミック素体に無機フィラーを主成分とする液状外装材を付着させた後、該液状外装材を硬化させて前記セラミック素体に第１の被覆層を形成する処理と、
前記第１の被覆層上に難燃性及び柔軟性を持つ液状樹脂を付着させて硬化させ、前記第１の被覆層上に第２の被覆層を形成する処理と、
を含むことを特徴とするバリスタの製造方法。