JP4650622B2

JP4650622B2 - 電圧非直線性抵抗器

Info

Publication number: JP4650622B2
Application number: JP2005105387A
Authority: JP
Inventors: 清松田; 昭仁近藤; 修渡部
Original assignee: Nippon Chemi Con Corp
Current assignee: Nippon Chemi Con Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006286986A

Description

本発明は不燃性材料を外装材料に用いて不燃化した電圧非直線性抵抗器に関する。

近年電子機器や電気機器は、その筐体も含め、軽量化のためにプラスチックが多用され、しかも、部品の実装は小型化の要請のために高密度化が進んでいる。このような機器において、プラスチックの多用化や部品の高密度化は、電子部品の焼損が機器自体の燃焼の原因となる場合がある。

電圧非直線性抵抗器、すなわちバリスタは外来または内来サージより電子部品や機器を保護するために使用されるが、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た場合に破損して短絡状態となり、その外装材が燃焼するおそれがある。バリスタの外装材は一般的には無機フィラー成分及びエポキシ樹脂成分により形成されているが、外装材の燃焼はエポキシ樹脂成分の燃焼により発生する。

このためバリスタの外装材は難燃性材料が使用されており、この難燃性材料には、例えば難燃化剤であるブロム又はアンチモンを含むエポキシ樹脂が使用されている。しかし、エポキシ樹脂は難燃性ではあるが不燃性ではない。そのため、バリスタが発熱しその発熱が維続することにより、一旦バリスタの外装材の燃焼が生じると、外装材中の可燃性成分が消失するまで燃焼が継続するおそれがある。

そこで外装材の不燃化を目的としたものとしては、ブロム、アンチモンの難燃化剤を添加することが知られているが、この難燃化剤を増加させると、樹脂自体の加熱流れ率（流動性）が低下し、外装膜の形成が困難になるという問題がある。また、外装材中の可燃成分を燃焼限界量以下に減少させることで、外装材の不燃化が可能になるが、粉体樹脂塗装では樹脂量３０ｗｔ％以下になると、外装膜の形成が困難になることが知られている。

この外装技術ないし不燃化技術には、次のような特許文献１〜４が存在している。

特開２００２−９３６０２号公報特開平８−９７００８号公報特開２００１−２８４１０３号公報特開平６−２１５９１０号公報

特許文献１には、無機フィラーを主成分とする外装材を用いた電子部品に関し、その外装材の改良技術について開示されている。特許文献２には、バリスタの不燃化技術が開示されている。特許文献３には、電子部品の外装被覆の難燃性および防爆性の関する技術が記載されている。また特許文献４には、保護コートに有機不燃性塗料を用いたバリスタが開示されている。

ところで、バリスタを不燃化には外装材より可燃性成分（樹胎成分）を滅少させ、無機不燃成分を増加すれば良い。即ち、バリスタが発熱した場合でも外装材が燃焼しないように、可燃性樹脂分限界量を設定する必要がある。また樹脂成分を減少しても外装を形成でき、且つ外装強度を保持することが必要である。

このような樹脂成分を減少させ外装を形成する方法としては、溶剤に樹脂成分，無機フィラー成分、その他必要成分を分散させた液中にディップコートする方法があるが、可燃樹脂成分を５％以下に抑制すると、外装材の不燃化は実現できるが、樹脂成分の低下のため、外装強度が低下し、搬送時や実装時に外装に割れや欠けを生じさせるおそれがあり、製品の信頼性を低下させる。

そこで、外装強度を向上する方法として、外装にケイ素を主成分とする液状アルコキシランを含浸させ、無機フィラーをガラスで接合することにより強度の向上を図ることができる。なお、この様にして不燃性と強度を両立出来る樹脂成分は外装重量中１％以上、５％未満の量となる。

しかしながら、バリスタに定格電圧を越える過電圧が印加された場合には、バリスタが瞬時に破壊し、セラミック素子自体に貫通孔が発生する場合がある。そして、破壊時の衝撃により、バリスタの構成する外装樹脂やバリスタ素子に用いられているはんだが飛散する場合も考えられる。

この際、バリスタの外装の樹脂成分を減少することにより、バリスタの燃焼は防止できているものの、高温状態となった飛散物によって、周囲の可燃物を燃焼させるおそれも出てくる。

バリスタの破壊時における飛散防止のため、難燃性の優れたコーティング材料として、シリコーンゴムを用いることも知られており、シリコーンゴムの場合にはゴム自体が柔軟性を有するため、バリスタに定格電圧を越える通電圧が印加され、瞬時に破壊する場合でも、外装樹脂の飛散をある程度抑制する効果は期待できる。しかしながら、柔軟性のあるシリコーン樹脂であっても、内容物の飛散を完全に防止することは困難である。

そこでこの発明では、バリスタの破壊時に、外装材の不燃性を図るとともに、外装材の飛散による周囲の可燃物の延焼を防止することのできるバリスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、リード線を有する素子を難燃性のシリコーンゴムよりなる外装材で被覆した外装を有する電圧非直線性抵抗器において、素子のリード線導出部位側である上端面部の外装厚さと下端面部での外装厚さの比を０．８５以下としてリード線導出部位側で薄く形成し、外装のリード線導出部位を機械的に脆弱としたことを特徴とする。

シリコーンゴムは、硬化前は液状であるため、種々の添加剤、ここでは燃焼防止剤を混合添加することができる。そこで、高温時に熱分解し、可燃部から酸素を遮断する作用のある水酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３・３Ｈ_２０）を添加しておくことにより、電子部品、特にバリスタの外装材としてのシリコーンゴムの不燃化を図ることができる。

そして、シリコーンゴムは前述したようにゴム弾性を有するものであるため、バリスタの過電圧印加による破壊時においても、セラミックの内容物はシリコーンゴムの外装を破って外部に飛散することを抑制することができる。

また、シリコーンゴムからなる外装は、リード線導出部が脆弱部となっている。したがって、シリコーンゴムを破断するような内圧の上昇があった場合には、リード線導出部が破断して、内圧の開放を行うとともに飛散物の飛散する方向もリード線導出方向とすることができる。

以上に説明した通り、本発明によれば、過電圧印加により電圧非直線性抵抗器が破壊した場合でも、内容物の飛散を防止することができるとともに、外装材自体の燃焼も防止することができる。また、外装によっても飛散物の飛散が防止できない場合でも、飛散物の飛散する方向をリード線導出側とすることができ、電圧非直線性抵抗器が破壊した場合においても、周辺の機器等への類焼を防止することができる。

図１は本発明の実施の形態に係る電圧非直線性抵抗器、すなわちバリスタを示している。

このバリスタを構成するため、素子１０として例えば、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直径１０ｍｍの焼結体１１の両面に直径８ｍｍの電極１２、１２を印刷されて焼成され、各電極の表面に直径８ｍｍのリード線１３，１３をはんだ付けしたものを用いる。そして、図２（ａ）に示すように、各リード線１３，１３がはんだ付けされた素子１０を液状のシリコーンゴム２０にディップする。さらに図２（ｂ）に示すように、液状のシリコーンゴム２０より素子１０を引き上げた後、リード線１３，１３を上向きにして所定時間保持する。さらに、２００℃で４５秒間放置して、樹脂の仮硬化を行い、その後に１００℃で６０分間放置して、本硬化を行い、外装１４を形成する。

液状のシリコーンゴムは重力によって垂下するため、素子１０の下方に位置する部分がより厚くなる。この状態でシリコーンゴムを硬化すると、外装の厚さは電子部品のリード線導出側が薄く、その反対側が厚くなるように傾斜を持って形成されるようになる。この傾斜の程度は仮硬化を行うまでの放置時間によって調整することができる。

ここで用いたシリコーンゴムは２液付加反応ゴムで、液状の本体と硬化剤を混合、加熱することにより硬化して、ゴム弾性が得られるものである。このシリコーンゴムには平均粒径が３０μｍ以上１００μｍ以下の水酸化アルミニウムが、シリコーン樹脂重量部１００に対して８０重量部以上１４０重量部以下の範囲で添加してある。８０重量部未満では、完全な不燃性が得られない。また１４０重量部を超えると、硬化前のシリコーンゴムの粘性が高くなり、外装形成が困難になる。

この発明の実施例として、素子を液状シリコーンゴムに浸漬し、引き上げた後の放置時間を調整し、得られるバリスタの外装の傾斜を変化させた。そして、外装の傾斜の程度によって過電圧試験における飛散物の飛散する方向がどのように変化するかの調査をおこなった。

外装の傾斜の評価としては、図１に示すように、バリスタ素子の上端面部の外装の厚さＡと下端面部での外装の厚さＢを比を変化させたバリスタを作成した。

また、過電圧試験は課電率（ＡＣ実効電圧／バリスタ電圧Ｖ_１ｍＡ）＝０．８７になるようにＡＣ電圧を印加した。試験ＡＣ電源出力側には２０ＫＶＡのブレーカを備えた。試験個数は各条件ともｎ＝２０で実施した。

なお、過電圧破壊時の飛散性の判断基準として、飛散物の飛散方向について調べ、飛散物がリード線導出方向にのみ飛散したものを動作良好とし、リード線導出方向以外への飛散物の飛散があったものを動作不良とした。

試験結果を次の表１に示す。

表１に示す結果から判るように、バリスタ素子の上端面部の外装の厚さＢと下端面部での外装の厚さＡの比を変化させて過電圧試験を行った場合、Ｂ／Ａが０．８５以下であった場合には、バリスタのリード線導出部が外装の脆弱部となり、この脆弱部のみが破断することで、飛散物がリード線方向にのみ飛散することが確認された。

バリスタの内部構造を示す断面図である。バリスタの製造工程を示す図面で、（ａ）〜（ｂ）は各工程を表す。

符号の説明

１０素子
１１焼結体
１２電極
１３リード線
１４外装
２０シリコーンゴム

Claims

リード線を有する素子を難燃性のシリコーンゴムよりなる外装材で被覆した外装を有する電圧非直線性抵抗器において、素子のリード線導出部位側である上端面部の外装厚さと下端面部での外装厚さの比を０．８５以下としてリード線導出部位側で薄く形成し、外装のリード線導出部位を機械的に脆弱としたことを特徴とする電圧非直線性抵抗器。