JPH10321409A - セラミック素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】良好で安定した放電耐量特性を備える、優れた
非直線特性を示すセラミック素子を提供する。 【解決手段】非直線抵抗材料からなる基体１と、この基
体１の一方向の側面に設けられた電極２と、前記基体１
の電極配置面と異なる側面に設けられた一定以上の耐電
圧特性を有する高抵抗層３とを備え、前記高抵抗層３
は、無機高分子構造を有するセラミックコーティング膜
からなる内層３ａと、この内層３ａの表面に設けられた
非晶質セラミックコーティング膜からなる外層３ｂとに
より構成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、避雷器などの各種
抵抗体に使用されるセラミック素子に係り、特に非直線
抵抗体として好適なセラミック素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、異常電圧から電力系統を保護
する電気回路において、各種抵抗体が使用されている。
このような抵抗体の一例として、非直線抵抗体が挙げら
れる。一般にはバリスタと呼ばれ、バリスタは電圧の変
化に敏感な抵抗体であり、ある臨界電圧以下では抵抗値
が高くほとんど電流は流れないが、その臨界電圧（バリ
スタ電圧）を超えると急激に抵抗値が低くなり電流を流
すという非直線特性を有する。前記特性を有するバリス
タは、主に避雷器の抵抗体として用いられている。

【０００３】上記各種の抵抗体は、各種特性を有する基
体と、絶縁を目的として前記基体の側面を覆っている高
抵抗層と、電極とから構成されている。今日において
は、非直線抵抗体としてとくにセラミック素子が用いら
れている。

【０００４】セラミック素子は、セラミックスの粉末を
成形し、焼成あるいはホットプレスなど熱処理を施して
得られる焼結体を使用したものであり、焼結体の粒界、
気孔または各粒子の半導性、磁性、誘電性などの特性変
化の組合わせを利用した非直線抵抗体である。

【０００５】一般的に、非直線抵抗体の基体として、セ
ラミック材料である酸化亜鉛（ＺｎＯ）系材料が用いら
れている。具体的には、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分と
し、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、コバルト
（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロ
ム（Ｃｒ）、ケイ素（Ｓｉ）の酸化物等からなる副成分
と水及び有機バインダーを加えて十分混合した後、スプ
レードライヤーなどで造粒、成形して焼結した焼結体を
基体としている。

【０００６】一方、非直線抵抗体の高抵抗層は、例えば
酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）などの無水酸化物を水及び有機
バインダーとともに混合した後、ＺｎＯ基体の側面に塗
布し、１３００〜１５００℃で焼成することによりＺｎ
Ｏ基体の側面に形成される。高抵抗層に関して、他の例
が特開平２−７４０１に開示されている。この例では、
無機高分子もしくは有機金属化合物を主成分とした物質
を前記焼結の側面に塗布した後、５２０Ｋで脱水縮合、
加水分解し、さらに重縮合あるいは熱分解することによ
り放電耐量特性を高めたものが知られている。このよう
な高抵抗層は、例えば、送電線網において、落雷などに
よって送電線網のある個所が影響を受けるときに生じる
サージ（瞬間的な大電圧）が原因で発生する抵抗体の電
極間の沿面閃絡を防止している。

【０００７】ところで、近年においては、電力系統の送
電コスト低減のために電力系統の大容量化および高電圧
化が進んでいる。この高電圧化傾向に伴い、５００ｋＶ
用の避雷器が実用化されており、さらに、近い将来に１
０００ｋＶの超高電圧（ＵＨＶ）用の避雷器の使用が計
画されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た非直線抵抗体であるセラミック素子を、通常の避雷器
として使用するならば抵抗体としての特性は優れている
ものの、高電圧用の避雷器としてセラミック素子を使用
する場合には、放電耐量特性などの要求特性を十分に満
たさないという欠点を有していた。

【０００９】上記のように、５００ｋＶ用の避雷器など
の高電圧用避雷器には、極めて大きなサージ処理能力が
要求される。サージ処理能力を高める方法には、非直線
抵抗体の並列接続枚数を増加するという方法あるいは非
直線抵抗体を大容量化するという方法がある。

【００１０】しかし、非直線抵抗体の並列接続枚数を増
加するという方法は、電流分担のアンバランスを招き易
いという欠点を有する。また、非直線抵抗体を大容量化
するという方法においても、避雷器の制限電圧や焼結時
の変形及び経済性を考慮すると、５００ｋＶでの使用に
適する非直線抵抗体は、素子径φが１００〜１２０ｍ
ｍ、厚みｔが２０〜４５ｍｍと、大型なものになってし
まう。大型の非直線抵抗体について焼結作業を行う際
に、基体を形成する適正な焼成温度と、高抵抗層を形成
するための適正な焼成温度が合致しない場合が多い。こ
のように基体と高抵抗層の焼成温度が合致しないことか
ら、非直線抵抗体の電気特性にばらつきが生じて基体の
非直線特性が低下して、放電耐量特性が悪化したりする
という問題が生じていた。つまり、依然として大型で安
定した機能を有する非直線抵抗体を工業的に量産製造す
るための一定の基準が確立されていなかった。

【００１１】一方、高抵抗層の主成分を無機高分子もし
くは有機金属化合物として放電耐量特性を高めた非直線
抵抗体の場合においても、基体に印加されるサージ印加
量が過大になると、発熱に伴う基体の急激な熱膨張に耐
えきれずに、沿面閃絡や亀裂、さらには破壊を起こすと
いう問題を有していた。

【００１２】本発明は上述した事情を考慮してなされた
ものであり、良好で安定した放電耐量特性を備える優れ
た非直線特性を示すセラミック素子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】本発明者らは、良好で安
定した放電耐量特性を備える優れた非直線特性を示すセ
ラミック素子を開発すべく研究を行った結果、本発明に
至ったものである。

【００１４】即ち、請求項１記載の発明は、非直線抵抗
材料からなる基体と、この基体の一方向の側面に設けら
れた電極と、前記基体の電極配置面と異なる側面に設け
られた一定以上の耐電圧特性を有する高抵抗層とを備え
たことを特徴とする。

【００１５】本発明において、一定以上の耐電圧特性を
有する高抵抗層の耐電圧特性は、望ましくは２ｋＶ／ｍ
ｍもしくは３ｋＶ／ｍｍ以上である。このように、高抵
抗層が一定以上の耐電圧特性を有すれば、耐電エネルギ
ーが基体に印加された時、基体の端子電圧の上昇に対し
ての耐電圧特性が大きいことから、高抵抗層よりも外側
に閃絡電流が流れ難くなり放電耐量特性を向上させるこ
とができる。

【００１６】請求項２記載の発明は、基体がＺｎＯを主
成分とすることを特徴とする。

【００１７】本発明において、基体の主成分はＺｎＯで
あり、副成分としてＢｉ_２Ｏ_３、ＭｎＯをそれぞれ０．
５〜２．０モル％、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＮｉＯを
それぞれ０．６〜２．５モル％含有させることが望まし
い。

【００１８】上記組成を有する基体によれば、粒子がＺ
ｎＯにより形成され、粒界層がＢｉ_２Ｏ_３、ＭｎＯなど
の副成分により形成されるという微細構造をもった焼結
体を得ることができる。そして、副成分が種々含有され
ることにより、従来よりも非直線特性が向上した抵抗体
を得ることができ、基体が良好な放電耐量特性を示すも
のとなる。

【００１９】なお、非直線抵抗体の基体は以下の方法で
製造するのが好適である。すなわち、上記の組成を有す
る原料粉末を水、分散剤および有機バインダー等ととも
に混合し、この混合物を噴霧造粒し、粒径を調節する。
調節した造粒粉を金型に入れ加圧成形した後、添加した
有機バインダーを除くため焼成を行う。そしてさらに、
空気中で再度焼成する。

【００２０】請求項３記載の発明は、基体がＺｎＯを主
成分とし、２５０Ｖ／ｍｍ〜６５０Ｖ／ｍｍの抵抗値を
有することを特徴とする。

【００２１】本発明において、基体の主成分はＺｎＯで
あり、副成分としてＢｉ_２Ｏ_３を０．３〜０．８モル
％、ＭｎＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３をそれぞれ０．５〜２．０モル
％、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＮｉＯをそれぞれ１．５〜４．５モル
％含有させることが望ましい。

【００２２】上記組成を有する基体によれば、粒子がＺ
ｎＯにより形成され、粒界層がＢｉ_２Ｏ_３、ＭｎＯなど
の副成分により形成されるという微細構造をもった焼結
体を得ることができる。そして、副成分が種々含有され
ることにより、従来よりも非直線特性が向上した抵抗体
を得ることができ、基体が良好な放電耐量特性を示すも
のとなる。

【００２３】なお、非直線抵抗体の基体は請求項２記載
の方法と同様な方法により製造される。

【００２４】基体が、２５０Ｖ／ｍｍ〜６５０Ｖ／ｍｍ
の抵抗値を有することとした理由は、抵抗値が２５０Ｖ
／ｍｍ未満の場合には非直線特性が低下し、また、抵抗
値が６５０Ｖ／ｍｍを超える場合には焼結性が悪いなど
の問題点を有するためである。ただし、ここで抵抗値と
は非直線抵抗体に１ｍＡの電流を流したときに生じる端
子電圧とする。

【００２５】請求項４記載の発明は、基体がＺｎＯを主
成分として１ｃｍ^２換算でＶ１２０Ａ／Ｖ１２μＡ値が
１．６以下の非直線特性を有することを特徴とする。

【００２６】請求項５記載の発明は、基体がＺｎＯを主
成分とし、１ｃｍ^２換算でＶ１２０Ａ／Ｖ１２μＡ値が
１．５５以下の非直線特性を有することを特徴とする。

【００２７】請求項６記載の発明は、高抵抗層が無機高
分子構造を有するセラミックコーティング膜からなる内
層と、この内層の表面に設けられた非晶質セラミックコ
ーティング膜からなる外層とにより構成されていること
を特徴とする。

【００２８】本発明において高抵抗層を２層構造とした
理由は、基体を覆っている無機高分子構造を有するセラ
ミックコーティング膜において、ポア、ピンホールなど
の欠陥部分が生じた場合に、さらにその外側に非晶質セ
ラミックコーティング膜を拡散させて硬化、強化するこ
とにより放電耐量特性の向上を図ることを意図したもの
である。

【００２９】請求項７記載の発明は、高抵抗層が無機高
分子構造を有するセラミックコーティング膜の成分がＳ
ｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の一
種、もしくは二種以上の組合わせであることを特徴とす
る。

【００３０】一般に、材料の浸食には化学的な腐食と物
理的な浸食があり、材料は使用される環境によって様々
な形で浸食を受ける。上述したセラミック素子も、高電
圧下に曝されるために、何らかの形で浸食を受けること
は避けられない。

【００３１】本発明におけるＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２
Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３などのセラミック材料は、酸
性あるいは塩基性環境下において耐久性を有し、特に、
ＳｉＯ_２は酸性に耐久性を有し、ＭｇＯは塩基性に耐久
性を有する。従って、セラミック材料を酸性下、あるい
は塩基性下などの使用する環境によって一種、もしくは
二種以上の組合わせとすることにより、良好な放電耐量
特性を示す高抵抗層を得ることができる。

【００３２】請求項８記載の発明は、高抵抗層が非晶質
セラミックコーティング膜の成分がＳｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ
_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の一種、もしくは
二種以上の組合わせであることを特徴とする。

【００３３】本発明においても、上述した酸性あるいは
塩基性環境下において耐久性を有するセラミック材料で
あるＳｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｙ
_２Ｏ_３の一種、もしくは二種以上の組合せとすることに
より、良好な放電耐量特性を示す高抵抗層を得ることが
できる。

【００３４】また、高抵抗層は、ＺｎＯを主成分とする
基体の側面に上記の組成を有する原料をスプレーガン等
で塗布し、その後焼付けることにより形成される。

【００３５】請求項９記載の発明は、高抵抗層の耐電圧
特性が２ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とする。

【００３６】また、請求項１０記載の発明は、高抵抗層
の耐電圧特性が３ｋＶ／ｍｍ以上であることを特徴とす
る。

【００３７】請求項９、１０記載の発明において、２ｋ
Ｖ／ｍｍ以上もしくは３ｋＶ／ｍｍ以上と規定すること
は、請求項１における基体の電極配置面と異なる側面に
設けられた一定以上の耐電圧特性を有する高抵抗層につ
いて具体的に規定したものである。

【００３８】本発明において、高抵抗層の耐電圧特性を
２ｋＶ／ｍｍ以上もしくは３ｋＶ／ｍｍ以上と規定する
理由は、セラミック素子の放電耐量特性を材料に依存す
ることなく一定に保つために、高抵抗層の耐電圧特性を
制御する必要があるからである。このように規定するこ
とにより、素体に耐電エネルギーが印加された時、素体
の端子電圧の上昇に対しての耐電圧特性が大きいことか
ら高抵抗層よりも外側に閃絡電流が流れ難くなり放電耐
量特性を向上させることができる。

【００３９】請求項１１記載の発明は、高抵抗層の表面
粗さがＲｍａｘ値で２０μｍ以下であることを特徴とす
る。

【００４０】一般に、固体の表面は固体内部における原
子配列の連続性が断たれる部分であり、特に表面加工が
なされていない場合には表面に凹凸が生じる。この固体
表面の微視的凹凸が表面粗さであるが、本発明における
セラミック素子の場合、セラミック素子の外層表面にお
ける激しい凹凸が、セラミック素子の破壊や亀裂の原因
となっている。

【００４１】そこで、表面粗さを表示する方法である最
大高さ（Ｒｍａｘ）を用い、セラミック素子の高抵抗層
において、最大高さ（Ｒｍａｘ）の値を２０μｍ以下と
定めることにより、表面の激しい凹凸を無くし、セラミ
ック素子の破壊や亀裂の防止を図ることができる。

【００４２】請求項１２記載の発明は、高抵抗層の膜厚
が５０〜２００μｍの範囲であることを特徴とする。

【００４３】本発明において、高抵抗層の膜厚を５０〜
２００μｍの範囲とした理由は、膜厚が５０μｍ未満と
薄い場合には基体に耐電エネルギーが印加された時に、
基体の端子電圧の上昇に対する耐電圧特性が小さく、こ
のために、閃絡電流が流れ易くなってしまい放電耐量特
性が低下してしまう。一方、膜厚が２００μｍを超える
場合には、基体に耐量エネルギーが印加されたとき、基
体と高抵抗層の僅かな熱膨張係数の差異により剥離が生
じてしまい、基体と高抵抗層における剥離により放電耐
量特性が悪化するという問題を有するためである。

【００４４】請求項１３記載の発明は、基体と高抵抗層
の接着強度が１５０ＭＰａ以上であることを特徴とす
る。

【００４５】また、請求項１４記載の発明は、基体と高
抵抗層の接着強度が２００ＭＰａ以上であることを特徴
とする。

【００４６】請求項１３、１４記載の発明によれば、基
体と高抵抗層との接着強度が一定値以上をとるように設
定することにより、高抵抗層の剥離による破壊の原因を
解消し、放電耐量特性を向上させることができる。

【００４７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００４８】第１実施形態（図１〜５） 第１実施形態では、セラミック素子の基体がＺｎＯを主
成分とする非直線抵抗体であり、高抵抗層の耐電圧特性
が２ｋＶ／ｍｍ以上であるセラミック素子について説明
する。

【００４９】図１は、本実施形態によるセラミック素子
の断面図である。図１に示すように基体１を円板状と
し、この基体１の一方向の側面（図１の上下面）に電極
２を設けた。また、基体１の電極配置面と異なる側面
（図１の周側面）に一定以上の耐電圧特性を有する高抵
抗層３を設けた。高抵抗層３は、無機高分子構造を有す
るセラミックコーティング膜からなる内層３ａと、この
内層３ａの表面に形成した非晶質セラミックコーティン
グ膜からなる外層３ｂとにより構成した。

【００５０】セラミック素子の基体１は、酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）を主成分とし、これに所定量の各種の副成分をそ
れぞれ混合した。所定量の各種の副成分には、酸化ビス
マス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、酸化マンガン（ＭｎＯ）をそれぞ
れ１．０モル％、酸化コバルト（Ｃｏ_２Ｏ_３）、酸化ア
ンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）をそ
れぞれ１．５モル％用いた。

【００５１】高抵抗層３において、内層３ａの成分はＳ
ｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の一
種、もしくは二種以上の組合わせとし、外層３ｂの成分
はＳｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｙ_２
Ｏ_３の一種、もしくは二種以上の組合わせとした。

【００５２】次に、セラミック素子の基体１と高抵抗層
３ａ、３ｂの製造方法について説明する。

【００５３】基体１は、ＺｎＯを主成分として、副成分
としてＢｉ_２Ｏ_３、ＭｎＯをそれぞれ１．０モル％、Ｃ
ｏ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＮｉＯをそれぞれ１．５モル％
用いた材料に、水、分散剤及び有機バインダーを添加し
て混合装置により混合した。上記混合物をスプレードラ
イヤーで粒径が１００ミクロンになるように噴霧造粒し
た。これらの造粒粉を金型に入れて加圧し、直径１２５
ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板に成形した。その後、添加し
た有機バインダーを除くために空気中で７５０Ｋで焼成
を行った。さらに、空気中において１３００Ｋで焼成す
ることにより基体１を得た。

【００５４】この基体１の電極配置面と異なる側面にＳ
ｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の一
種、もしくは二種以上の組合わせ、もしくは、Ｓｉ
Ｏ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の
一種、もしくは二種以上の組合わせ材料をスプレーガン
等で塗布し、焼付けて高抵抗層３を形成した。そして、
基体１の電極配置面の側面を研磨し、電極２としてアル
ミニウムを溶射させ、素子径がφ１００、厚みがｔ２２
であるセラミック素子を形成した。

【００５５】上述のように高抵抗層３の成分を種々変化
させたセラミック素子は、いずれにおいても２００Ｖ／
ｍｍの抵抗を示し、非直線特性は１ｃｍ^２換算でＶ１２
０Ａ／Ｖ１２μＡ値が１．５６であった。ここで１ｃｍ
^２換算でＶ１２０Ａは８×２０μｓのインパルス波形
で、またＶ１２μＡはＡＣで測定したものである。

【００５６】図２は、高抵抗層３の耐電圧特性と放電耐
量特性との関係を示すグラフである。ここでは、高抵抗
層３の成分を変えることにより高抵抗層３の耐電圧特性
を変えた。すなわち、内層３ａの成分として、酸化金属
塩系コーティング剤の金属をＳｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｒ、
Ｙの一種、もしくは二種以上の組合わせとし、外層３ｂ
の成分として、Ｓｉの金属アルコキシドコーティング剤
とすることにより高抵抗層３の耐電圧特性を変えた。

【００５７】これより、高抵抗層３の耐電圧特性はいず
れの成分においても２ｋＶ／ｍｍ以上のものが良好な放
電耐量特性を示すことが分かった。

【００５８】図３は、高抵抗層３の表面粗さと放電耐量
特性との関係を示すグラフである。ここでも、高抵抗層
３の成分を変えることにより高抵抗層３の表面粗さを変
えた。すなわち、内層３ａの成分として、Ｓｉの酸性金
属塩系コーティング剤とし、外層３ｂの成分として、Ｓ
ｉ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｙの一種、もしくは二種以上の
組合わせとすることにより高抵抗層３の表面粗さを変え
た。表面粗さとは、固体表面の微視的凹凸であり、表示
方法として最大高さ（Ｒｍａｘ）を用いた。

【００５９】これより、高抵抗層３の表面粗さはＲｍａ
ｘ値で２０μｍ以下のものが良好な放電耐量特性を示す
ことが分かった。

【００６０】図４は、高抵抗層３の膜厚と放電耐量特性
との関係を示すグラフである。

【００６１】ここでは、内層３ａの成分として、Ｓｉ、
Ａｌの酸性金属塩系コーティング剤の塗布量を変えるこ
とにより高抵抗層３の膜厚を変えた。

【００６２】これより、高抵抗層３の膜厚は５０〜２０
０μｍのものが良好な放電耐量特性を示すことが分かっ
た。

【００６３】図５は、基体１と高抵抗層３についての接
着強度と放電耐量特性との関係を示すグラフである。こ
こでは、内層３ａの成分として、Ｓｉ、Ａｌの酸性金属
塩系コーティング剤のＺｒの焼き付け温度を５００Ｋ〜
８００Ｋの範囲で変えることにより、基体１と高抵抗層
３の接着強度を変えた。

【００６４】これより、基体１と高抵抗層３の接着強度
は１５０ＭＰａ以上で良好な放電耐量特性を示すことが
分かった。

【００６５】第２実施形態（図１、図６〜１０） 第２実施形態では、セラミック素子の基体がＺｎＯを主
成分とし、２５０Ｖ／ｍｍ〜６５０Ｖ／ｍｍの抵抗値を
有する非直線抵抗体であり、高抵抗層の耐電圧特性が３
ｋＶ／ｍｍ以上であるセラミック素子について説明す
る。

【００６６】本実施形態におけるセラミック素子の構成
は、第１実施形態と同様であるから、図１をそのまま参
照する。

【００６７】セラミック素子の基体１は、酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）を主成分とし、これに、所定量の各種の副成分を
それぞれ混合した。所定量の各種の副成分には、酸化ビ
スマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）を０．５モル％、酸化マンガン
（ＭｎＯ）、酸化コバルト（Ｃｏ_２Ｏ_３）をそれぞれ
１．０モル％用い、酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）、酸
化ニッケル（ＮｉＯ）をそれぞれ３．０モル％用いた。

【００６８】高抵抗層３において、無機高分子構造を有
するセラミックコーティング膜である内層３ａの成分は
ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の
一種、もしくは二種以上の組合わせを用い、この内層３
ａの表面に設けられた非晶質セラミックコーティング膜
である外層３ｂの成分はＳｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２
Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の一種、もしくは二種以上の
組合わせとした。

【００６９】次に、セラミック素子の基体１と高抵抗層
３ａ、３ｂの製造方法について説明する。

【００７０】まず、基体１はＺｎＯを主成分として、副
成分としてＢｉ_２Ｏ_３を０．５モル％、ＭｎＯ、Ｃｏ_２
Ｏ_３をそれぞれ１．０モル％、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＮｉＯをそ
れぞれ３．０モル％用いた材料に、水、分散剤及び有機
バインダーを添加して混合装置により混合した。上記混
合物をスプレードライヤーで粒径が１００ミクロンにな
るように噴霧造粒した。これらの造粒粉を金型に入れて
加圧し、直径１２５ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板に成形し
た。その後、添加した有機バインダーを除くために空気
中で７５０Ｋで焼成を行った。さらに、空気中において
１３００Ｋで焼成して基体１を得た。

【００７１】この基体１の電極配置面と異なる側面にＳ
ｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の一
種、もしくは二種以上の組合わせ、もしくは、Ｓｉ
Ｏ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の
一種、もしくは二種以上の組合わせ材料をスプレーガン
等で塗布し、焼付けて高抵抗層３を形成した。そして、
基体１の電極配置面の側面を研磨し、電極２としてアル
ミニウムを溶射させ、素子径φが１００ｍｍ、厚みｔが
２２ｍｍであるセラミック素子を形成した。

【００７２】上記製造方法により、組成、焼成温度を変
えて、さまざまな抵抗値を示すセラミック素子を得た
が、抵抗値が２５０Ｖ／ｍｍ未満のものは非直線特性が
悪く、また抵抗値が６５０Ｖ／ｍｍを超えるものは焼結
性が悪いために、本実施形態では除外した。

【００７３】本実施形態で得られたセラミック素子は、
いずれにおいても４５０Ｖ／ｍｍの抵抗を示し、非直線
特性は１ｃｍ^２換算でＶ１２０Ａ／Ｖ１２μＡ値が１．
５２であった。本実施形態では、第１実施形態と同様な
条件下で測定した。

【００７４】図６は、高抵抗層３の耐電圧特性と放電耐
量特性との関係を示すグラフである。これより、高抵抗
層３の耐電圧特性は３ｋＶ／ｍｍ以上のものが良好な放
電耐量特性を示すことが分かった。

【００７５】図７は、高抵抗層３の表面粗さと放電耐量
特性との関係を示すグラフである。これより、高抵抗層
３の表面粗さはＲｍａｘ値で２０μｍ以下のものが良好
な放電耐量特性を示すことが分かった。

【００７６】図８は、高抵抗層３の膜厚と放電耐量特性
との関係を示すグラフである。

【００７７】これより、高抵抗層３の膜厚は、５０〜２
００μｍのものが良好な放電耐量特性を示すことが分か
った。

【００７８】図９は、基体１と高抵抗層３についての接
着強度と放電耐量特性との関係を示した。

【００７９】これより、基体１と高抵抗層３の接着強度
は、２００ＭＰａ以上で良好な放電耐量特性を示すこと
が分かった。

【００８０】図１０は、素子の抵抗値（Ｖ１ｍＡ／ｍ
ｍ）と非直線特性との関係を示すグラフである。

【００８１】これより、２５０Ｖ／ｍｍより６５０Ｖ／
ｍｍまで良好な非直線特性を示すことが分かった。

【００８２】以上、第１、第２実施形態においては、放
電耐量特性を向上させるための一定の基準として、高抵
抗層３に関する条件を各種設けた。また、セラミック素
子の基体１は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする焼結体
であり、第１、第２実施形態における二種の非直線抵抗
体について、上記各種の特性に関し具体的な適性値を与
えて定義した。これより、非直線特性及び放電耐量特性
に優れ、信頼性の高いセラミック素子をより実用可能な
形で提供することができた。

【００８３】その他の実施形態 なお、本発明は本実施形態に限られたものではなく、適
宜大要を変えて幅広く適用できるものである。

【００８４】例えば、本実施形態では、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）を主成分とする基体１である非直線抵抗体を有する
セラミック素子について述べたが、本発明の絶縁部材で
ある高抵抗層３を、非直線抵抗体以外の各種抵抗体へ適
用することが可能であることが分かった。その場合に
は、各種抵抗体に対して、本実施形態に述べたような放
電耐量特性に関する検査を行い、各種抵抗体の基体１の
特性に従って、高抵抗層３に関する各種条件の適性値を
設定し直せばよい。

【００８５】さらに、本実施形態においては、高抵抗層
３を形成する材料としてコーティング剤を用いたが、前
記各種の条件に適合するものであれば他の材料を用いて
も同様の結果を得ることができた。

【００８６】また、本実施例においては非直線抵抗体の
添加物として酸化物原料を用いたが、酸化物以外であっ
ても焼成して酸化物になるものでも良い。さらに、上記
実施形態で示した原料以外の添加物を添加しても良い。
従って、上記以外の成分を加えることにより非直線特性
が向上する場合には、他の成分も添加物として許容され
ることが分かった。

【００８７】最後に、本実施形態では素子径φが１００
ｍｍ、厚みｔが２２ｍｍの大容量の非直線抵抗体につい
て言及したが、容量の小さな非直線抵抗体についても、
本発明によって同様の効果が得られることが確認され
た。

【００８８】

【発明の効果】以上で説明したように、本発明により高
抵抗層に所定の適性値で定義された各種の特性を持たせ
ることにより、優れた非直線特性及び放電耐量特性を有
し、信頼性の高いセラミック素子を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１、第２実施形態における非直線抵
抗体の構成を示す断面図。

【図２】本発明の第１実施形態における高抵抗層の耐電
圧特性と放電耐量特性との関係を示すグラフ。

【図３】本発明の第１実施形態における高抵抗層の表面
粗さと放電耐量特性との関係を示すグラフ。

【図４】本発明の第１実施形態における高抵抗層の膜厚
と放電耐量特性との関係を示すグラフ。

【図５】本発明の第１実施形態における基体と高抵抗層
の接着強度と放電耐量特性との関係を示すグラフ。

【図６】本発明の第２実施形態における高抵抗層の耐電
圧特性と放電耐量特性との関係を示すグラフ。

【図７】本発明の第２実施形態における高抵抗層の表面
粗さと放電耐量特性との関係を示すグラフ。

【図８】本発明の第２実施形態における高抵抗層の膜厚
と放電耐量特性との関係を示すグラフ。

【図９】本発明の第２実施形態における基体と高抵抗層
の接着強度と放電耐量特性との関係を示すグラフ。

【図１０】本発明の第２実施形態における非直線抵抗体
の抵抗値と非直線特性との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１ 基体 ２ 電極 ３ 高抵抗層 ３ａ 内層 ３ｂ 外層

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非直線抵抗材料からなる基体と、この基
   体の一方向の側面に設けられた電極と、前記基体の電極
   配置面と異なる側面に設けられた一定以上の耐電圧特性
   を有する高抵抗層とを備えたことを特徴とするセラミッ
   ク素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載のセラミック素子におい
   て、基体はＺｎＯを主成分とすることを特徴とするセラ
   ミック素子。
3. 【請求項３】 請求項１記載のセラミック素子におい
   て、基体はＺｎＯを主成分とし、２５０Ｖ／ｍｍ〜６５
   ０Ｖ／ｍｍの抵抗値を有することを特徴とするセラミッ
   ク素子。
4. 【請求項４】 請求項１記載のセラミック素子におい
   て、基体はＺｎＯを主成分とし、１ｃｍ^２換算でＶ１２
   ０Ａ／Ｖ１２μＡ値が１．６以下であることを特徴とす
   るセラミック素子。
5. 【請求項５】 請求項１記載のセラミック素子におい
   て、基体はＺｎＯを主成分とし、１ｃｍ^２換算でＶ１２
   ０Ａ／Ｖ１２μＡ値が１．５５以下であることを特徴と
   するセラミック素子。
6. 【請求項６】 請求項１記載のセラミック素子におい
   て、高抵抗層は無機高分子構造を有するセラミックコー
   ティング膜からなる内層と、この内層の表面に設けられ
   た非晶質セラミックコーティング膜からなる外層とによ
   り構成されていることを特徴とするセラミック素子。
7. 【請求項７】 請求項１記載のセラミック素子におい
   て、高抵抗層は無機高分子構造を有するセラミックコー
   ティング膜の成分がＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｚ
   ｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３の一種、もしくは二種以上の組合わせ
   であることを特徴とするセラミック素子。
8. 【請求項８】 請求項１記載のセラミック素子におい
   て、高抵抗層は非晶質セラミックコーティング膜の成分
   がＳｉＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、Ｙ_２
   Ｏ_３の一種、もしくは二種以上の組合わせであることを
   特徴とするセラミック素子。
9. 【請求項９】 請求項２記載のセラミック素子におい
   て、高抵抗層の耐電圧特性が２ｋＶ／ｍｍ以上であるこ
   とを特徴とするセラミック素子。
10. 【請求項１０】 請求項３記載のセラミック素子におい
    て、高抵抗層の耐電圧特性が３ｋＶ／ｍｍ以上であるこ
    とを特徴とするセラミック素子。
11. 【請求項１１】 請求項１記載のセラミック素子におい
    て、高抵抗層の表面粗さがＲｍａｘ値で２０μｍ以下で
    あることを特徴とするセラミック素子。
12. 【請求項１２】 請求項１記載のセラミック素子におい
    て、高抵抗層の膜厚が５０〜２００μｍの範囲であるこ
    とを特徴とするセラミック素子。
13. 【請求項１３】 請求項２記載のセラミック素子におい
    て、素体と高抵抗層の接着強度が１５０ＭＰａ以上であ
    ることを特徴とするセラミック素子。
14. 【請求項１４】 請求項３記載のセラミック素子におい
    て、素体と高抵抗層の接着強度が２００ＭＰａ以上であ
    ることを特徴とするセラミック素子。