JPH07307205A - 電圧非直線抵抗体及びその製造方法 - Google Patents

電圧非直線抵抗体及びその製造方法

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JPH07307205A
JPH07307205A JP6096808A JP9680894A JPH07307205A JP H07307205 A JPH07307205 A JP H07307205A JP 6096808 A JP6096808 A JP 6096808A JP 9680894 A JP9680894 A JP 9680894A JP H07307205 A JPH07307205 A JP H07307205A
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JP
Japan
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voltage non
paste
linear resistor
iron
nickel alloy
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Application number
JP6096808A
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English (en)
Inventor
Yukio Tagami
幸雄 田上
Noriaki Nakada
憲明 中田
Masanobu Hikosaka
正信 彦坂
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 抵抗体素子の積層を容易にするとともに、低
コストで特性に優れた電圧非直線抵抗体を提供する。 【構成】 酸化亜鉛を主成分として電圧非直線性を有す
る複数の素子を通電可能な状態で積層した電圧非直線抵
抗体を得るとともに、Ag粉末40〜85(wt%)、PbO
を含有するガラス粉末5〜40(wt%)、有機ビヒクル1
0〜40(wt%)をそれぞれ含有するAgペースト2を介
して前記各素子を積層する。好ましくは積層体の両端面
に前記Agペースト2を介して鉄・ニッケル合金を接合
し、この鉄・ニッケル合金の熱膨張率を3.0×10-6〜10.
0×10-6/℃とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電圧非直線性を有する電
圧非直線抵抗体及びその製造方法に関し、特に酸化亜鉛
型避雷器に組み込まれる電圧非直線抵抗体の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般に電圧非直線抵抗体はオームの法則
に従わず、電圧が高くなると抵抗が減少し、電流が著し
く増加するという電圧非直線的な電圧−電流特性を有す
るため、避雷器やサージアブソーバのような異常電圧の
吸収などの用途において大きな効果を発揮する。
【0003】このような電圧非直線抵抗体として例えば
酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子が挙げられる。一
般に、この酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体は
副添加物として酸化ビスマス、酸化珪素、酸化アンチモ
ン、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化クロム、酸化ニ
ッケル等を含有し、電圧非直線性が高く熱損失の小さい
組成配合となっている。
【0004】通常、上記のような酸化亜鉛を主成分とす
る電圧非直線抵抗体は以下のように製造される。
【0005】まず、上記副添加成分をボールミル等で予
備粉砕した後に有機バインダ及び酸化亜鉛と混合し、ス
プレードライヤーで乾燥を行って流動性の良い造粒粉を
得る。 次に、この造粒粉を金型成形プレスにより円板等の形
状に成形し、脱脂を行った後に1000(℃)〜1300(℃)で数
時間焼成を行い、更に側面に絶縁コーティングを施した
後に両平面を研磨し、アルミニウムの電極を溶射して電
圧非直線抵抗体素子を完成する。
【0006】以上のようにして得られた素子は、避雷器
の限流要素ユニットとして複数個を直列及び並列に積層
して組み込まれる。
【0007】特に、避雷器用の電圧非直線抵抗体は、一
般の弱電用サージ・アブソーバに比べると、吸収しうる
エネルギーが大きいため、大きな体積、または大口径サ
イズの素子が必要になる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】通常、ZnO素子は避
雷器に組み込む時に多数積層して使用するが、積層する
際に素子を固定するために絶縁体の支持棒を用いる。こ
のため碍管の径が大きくなりコストアップとなってしま
う。
【0009】また、ゴム、樹脂等の有機高分子材料によ
るモールドタイプの避雷器を設計、製造する場合、限流
要素ユニットの一体化が要求される。これらを解決する
ために、円盤状のZnO素子をハンダ付け、ロー付け等
により接着することが考えられるが、溶射電極は素体と
密着性が良くないので、接着時に素体と溶射電極が剥離
する事がある。
【0010】特に、アルミニウムの電極はハンダ付けが
不可能であり、銅の溶射電極を用いるとコストアップと
なってしまう。また、現状技術において端子金属とZn
O素子の接合は非常に困難であり、機械的接合強度、イ
ンパルス印可による接合保持能力等が要求される。
【0011】更に、ロー材等による接合時の製造条件に
よっては、ZnO素子の本来有する電圧−電流非直線特
性を著しく低下させてしまうこともある。
【0012】本発明は上記背景の下になされたものであ
り、抵抗体素子の積層を容易にするとともに、低コスト
で特性に優れた電圧非直線抵抗体を提供することを目的
とする。
【0013】
【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
するために、本発明は、酸化亜鉛を主成分として電圧非
直線性を有する複数の素子を通電可能な状態で積層した
電圧非直線抵抗体であって、Ag粉末40〜85(wt
%)、PbOを含有するガラス粉末5〜40(wt%)、有機
ビヒクル10〜40(wt%)をそれぞれ含有するAgペー
ストを介して前記各素子を積層したことを特徴とする電
圧非直線抵抗体を提供する。
【0014】好ましくは、前記積層体の両端面に前記A
gペーストを介して鉄・ニッケル合金を接合する。ま
た、好ましくは前記鉄・ニッケル合金の熱膨張率を3.0
×10-6〜10.0×10-6/℃とする。
【0015】更に、酸化亜鉛を主成分として電圧非直線
性を有する複数の素子を、Ag粉末40〜85(wt%)、
PbOを含有するガラス粉末5〜40(wt%)、有機ビヒ
クル10〜40(wt%)をそれぞれ含有するAgペースト
を介して積層し、これにより得られる積層体の両端面に
Agペーストを介して鉄・ニッケル合金を接合する電圧
非直線抵抗体の製造方法であって、前記素子及び鉄・ニ
ッケル合金の接合面にAgペーストをスクリーン印刷し
た後に、大気中又はN2雰囲気中にて各接合面同士を接
触させた状態で350〜700(℃)の熱処理を施して接
合処理を行うことを特徴とする電圧非直線抵抗体の製造
方法も提供される。
【0016】Agペーストを用いると、鉄・ニッケル合
金とZnO素子及びZnO素子間の接合状態が向上し、特
に素子と電極材料との密着性が向上する。
【0017】また、Agペーストの熱処理は、350〜
700℃の大気中又はN2中で行うことにより良好な接
合状態が得られる。
【0018】更に、金属端子として使用する鉄・ニッケ
ル合金の熱膨張率を3.0×10-6〜10.0×10-6/℃とし
て、ZnO素子の熱膨張率5.0×10-6〜8.0×10-6/℃に
対し±2.0×10-6/℃(0〜600℃)の範囲内とすること
で、金属端子と素子との接合性が高くされる。
【0019】尚、避雷器の限流要素・素子ユニットとし
てZnO素子を積層する場合、Agペーストによる電極
化、一体化を行うことにより、従来必要とされた素子を
支える支持棒(支持ボルト)が不要となる。
【0020】
【実施例】以下、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。
【0021】本実施例においては限流要素ユニットを一
体化するために、Ag粉末を含むペーストによってスク
リーン印刷・焼付けすることによる電極化、及び素子−
素子間、素子−端子金属間の接合を試みた。
【0022】以下に酸化亜鉛素子の製造工程及び素子−
素子間、素子−端子金属間の接合工程を示す。
【0023】まず、Bi23,Sb23,Co23,Cr2
3,MnO2,SiO2,NiO等の添加物原料を所定の配
合量となるように各々計量し、ボール・ミルによって混
合・粉砕を行い、添加物スラリーを得た。
【0024】次に、主原料であるZnOと所定量の添加
物スラリーとを、有機バインダー溶液(カチオン系分散
剤、PVA)に加え、ディスパー・ミルで十分混合し
た。得られた原料スラリーを十分に脱泡した後スプレー
・ドライヤーで噴霧乾燥し造粒粉を得た。
【0025】得られた造粒粉を乾式金型プレスφ40−
t30の大きさに成形し、脱脂後、側面にセラミック絶
縁粉末ペーストを塗布し、1000〜1300℃で10
時間焼成し、両端面を研磨してφ32−t20のサイズ
の焼結体とした。
【0026】この焼結体の研磨面にAgペースト(Aタ
イプ)をスクリーン印刷し、150℃で乾燥させたもの
を500〜700℃で熱処理を行った。得られた焼結体
の一部を所定の形状に切り出し、熱膨張率の測定を行っ
た。熱膨張率の測定結果と金属材料の熱膨張係数を表1
に示す。
【0027】
【表1】
【0028】更に、各端子金属種ごとに、上記のように
得られたZnO焼結体と端子金属材料とを金属端子−素
子−素子−端子の順に接合し、ZnO素子ユニットを製
造した。この際、接合材料としてAgペースト(Bタイ
プ)を用い、各接合面に接合材料をスクリーン印刷し、
350〜700℃の大気中及びN2中で接合を行った。
端子金属としては、SUS304、真鍮、アルミニウ
ム、鉄・ニッケル合金(42ALLOY)を用いた。
【0029】上記各素子ユニットの接合状態を図1に示
す。またその接合条件を表2に示す。尚、素子ユニット
試料1は比較例であり、従来と同様に素子の接合は行わ
ずに絶縁体の支持棒によって素子を積層し、試料2〜9
において素子の接合を行うようにした。
【0030】
【表2】
【0031】完成した各素子ユニットに対し電気特性試
験を実施し、その平均値を求めた。特性試験としては、
DC小電流試験、8/20μs制限電圧比試験、ワット
ロス試験、4/10μs放電耐量剥離試験を行った。
【0032】この際、素子サイズは直径32mm、高さ
20mmの円柱形状(φ32−t20)とし、ワットロスの測
定条件は温度115℃、課電率85%とした。
【0033】また、DC小電流試験では素子のα値(電
圧非直線係数)を以下の式に従って求めた。
【0034】
【数1】α=1/{log(V1mA)−(V0・1mA)} 4/10μs放電耐量剥離試験は、放電電流を40、5
0、60kAとしてその剥離率(NG)率を求めた。
【0035】上記各試験結果を表3に示す。
【0036】
【表3】
【0037】尚、上記抵抗体素子の製造工程及び素子−
素子間、素子−端子金属間の接合工程においては、使用
材料として以下のものを用いた。
【0038】Agペースト・Aタイプ 奥野製薬工業
(株)製 DS−2200 Agペースト・Bタイプ 奥野製薬工業(株)製 DS
−2250 鉄・ニッケル合金 住友特殊金属(株)製 D−
1 (ASTM F30 42ALLOY) 上記接合を行った結果、SUS304、アルミニウム及
び真鍮とZnO素子は、今回使用したAgペーストでは接
合不可能であった。これに対し、42ALLOYとZnO素子は
接合状態が良好であり、表3に示されるような良好な結
果が得られている。
【0039】4/10μs放電耐量剥離試験の結果よ
り、鉄・ニッケル合金(42ALLOY)とZnO素子とをAg
ペーストのスクリーン印刷・熱処理により接合・一体化
した素子ユニット8、9は60(kA)においても素子破壊
が認められず、良好な結果が得られている。
【0040】また、制限電圧比、ワットロス特性につい
ても従来例と遜色ない結果が得られており、特にワット
ロスに関しては素子と電極材料との密着性が向上し、従
来例よりも良好な結果が得られた。
【0041】尚、上記実施例で用いたAgペーストは、
Ag粉末を40〜85(wt%)、PbO等を含むガラス粉末
を5〜40(wt%)、有機ビヒクルを10〜40(wt%)含
有する組成よりなるものを用いた。Agペーストは従来
法で用いているコバール(KV−2,KV−4)に比較
して材料が安価であり、製品のコストダウンを図ること
が可能である。
【0042】また、Agペーストの熱処理は、350〜
700℃の大気中又はN2中で行うことが好ましい。
【0043】更に、金属端子として使用する鉄・ニッケ
ル合金の熱膨張率を3.0×10-6〜10.0×10-6/℃とし
て、ZnO素子の熱膨張率5.0×10-6〜8.0×10-6/℃に
対し±2.0×10-6/℃(0〜600℃)の範囲内とすること
で、金属端子と素子との接合性を高くすることが好まし
い。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
素体と電極材料との密着性が向上し、制限電圧比やワッ
トロス等の特性を向上することができる。
【0045】また、Agペーストを用いて接合を行うこ
とで、作業環境における安全性が高くなるとともに、粉
塵も発生しなくなる。更に、製造ラインの昼夜無人運転
等が可能となる。
【0046】特に、避雷器の限流要素・素子ユニットと
してZnO素子を積層する場合、Agペーストによる電極
化、一体化することにより、支持棒(支持ボルト)を必
要としない構造をとることができ、避雷器のコンパクト
化、ゴム(樹脂)モールド化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例に係る電圧非直線抵抗体の説
明図。
【符号の説明】 1…酸化亜鉛素子 2…Agペースト 3…端子金属

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化亜鉛を主成分として電圧非直線性を
    有する複数の素子を通電可能な状態で積層した電圧非直
    線抵抗体であって、 Ag粉末40〜85(wt%)、PbOを含有するガラス粉末
    5〜40(wt%)、有機ビヒクル10〜40(wt%)をそれ
    ぞれ含有するAgペーストを介して前記各素子を積層し
    たことを特徴とする電圧非直線抵抗体。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の電圧非直線抵抗体おい
    て、 前記積層体の両端面に前記Agペーストを介して鉄・ニ
    ッケル合金を接合したことを特徴とする電圧非直線抵抗
    体。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の電圧非直線抵抗体におい
    て、 前記鉄・ニッケル合金の熱膨張率を3.0×10-6〜10.0×1
    0-6/℃としたことを特徴とする電圧非直線抵抗体。
  4. 【請求項4】 酸化亜鉛を主成分として電圧非直線性を
    有する複数の素子を、Ag粉末40〜85(wt%)、PbO
    を含有するガラス粉末5〜40(wt%)、有機ビヒクル1
    0〜40(wt%)をそれぞれ含有するAgペーストを介し
    て積層し、これにより得られる積層体の両端面にAgペ
    ーストを介して鉄・ニッケル合金を接合する電圧非直線
    抵抗体の製造方法であって、 前記素子及び鉄・ニッケル合金の接合面にAgペースト
    をスクリーン印刷した後に、大気中又はN2雰囲気中に
    て各接合面同士を接触させた状態で350〜700(℃)
    の熱処理を施して接合処理を行うことを特徴とする電圧
    非直線抵抗体の製造方法。
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