JPH1070012A - バリスタの製造方法 - Google Patents

バリスタの製造方法

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JPH1070012A
JPH1070012A JP9120603A JP12060397A JPH1070012A JP H1070012 A JPH1070012 A JP H1070012A JP 9120603 A JP9120603 A JP 9120603A JP 12060397 A JP12060397 A JP 12060397A JP H1070012 A JPH1070012 A JP H1070012A
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varistor
manufacturing
varistor element
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alkaline earth
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Yoshio Higashiya
美▲穂▼ 東谷
Yasuo Wakahata
康男 若畑
Hideaki Tokunaga
英晃 徳永
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01C17/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing resistors adapted for manufacturing resistors with envelope or housing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y10T29/49002Electrical device making
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    • Y10T29/49089Filling with powdered insulation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐メッキ性、耐湿性に優れたバリスタを提供
することを目的とする。 【解決手段】 酸化亜鉛を主成分とする原料を用いてセ
ラミックシート1aを作製した。次にこのセラミックシ
ート1aと内部電極2とを交互に積層し、内部電極2が
交互に相対向する端面に導出されるよう所定の大きさに
切断し、バリスタ素子1を得た。次いで、バリスタ素子
1の両端面に外部電極3を形成した後、熱処理してバリ
スタ素子1を焼結させる。その後、SiO2あるいはそ
の混合物5中にバリスタ素子1を埋設させ、空気中ある
いは酸素雰囲気中で熱処理して、バリスタ素子1表面上
に高抵抗層4a,4bを形成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、バリスタの製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、ZnOを主成分とするバリスタ素
子の表面に電極を形成した後、バリスタ素子表面にガラ
スよりなる高抵抗層を形成し、次いで電極の表面にメッ
キを行いバリスタを得ていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ガラスによる
高抵抗層は、選択的にバリスタ素子表面だけに形成する
ことができず、また均一な厚さにすることが困難であっ
た。このため、メッキを行う際にメッキ流れを起こして
ショートしたり、水分等がバリスタ素子内部に浸入して
バリスタの電気特性を劣化させたりするという問題点を
有していた。
【0004】そこで本発明は、緻密で均一な厚みを有
し、選択的にバリスタ素子表面に高抵抗層を形成するこ
とにより、耐メッキ性、耐湿性に優れたバリスタを提供
することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明のバリスタの製造方法は、ZnOを主成分と
するバリスタ素子の外表面に少なくとも2つの第1の電
極を所定間隔を設けて形成する第1の工程と、次いで前
記バリスタ素子を第1の熱処理を行う第2の工程と、そ
の後前記バリスタ素子外表面にSi粉末を配して第2の
熱処理を行う第3の工程とを備えたことを特徴とするも
のであり、この方法により上記目的が達成できる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、ZnOを主成分とするバリスタ素子の外表面に少な
くとも2つの第1の電極を所定間隔を設けて形成する第
1の工程と、次いで前記バリスタ素子を第1の熱処理を
行う第2の工程と、その後前記バリスタ素子外表面にS
i粉末を配して第2の熱処理を行う第3の工程とを備え
たことを特徴とするバリスタの製造方法であり、緻密で
均一な厚みを有する高抵抗層を形成できるので、耐湿
性、耐メッキ性に優れたバリスタを得ることができる。
【0007】請求項2に記載の発明は、第3の工程にお
いて、バリスタ素子とSi粉末とを回転させながら熱処
理を行うことを特徴とする請求項1に記載のバリスタの
製造方法であり、より均一な高抵抗層を有するバリスタ
を得ることができる。
【0008】請求項3に記載の発明は、第3の工程にお
いて、Si粉末に替えて、Siを主成分とし、副成分と
してPb、Fe、Sb、Ti、Al、B、Bi、Ag、
アルカリ金属、アルカリ土類金属の化合物、ガラスフリ
ットのうち少なくとも一種類以上(Pb、アルカリ金
属、アルカリ土類金属を単独で用いる場合を除く)を有
する混合物を用いることを特徴とする請求項1に記載の
バリスタの製造方法であり、緻密で均一な厚みを有する
高抵抗層を形成できるので、耐湿性、耐メッキ性に優れ
たバリスタを得ることができる。
【0009】請求項4に記載の発明は、第3の工程にお
いて、バリスタ素子と混合物とを回転させながら熱処理
を行うことを特徴とする請求項3に記載のバリスタの製
造方法であり、より均一な高抵抗層を有するバリスタを
得ることができる。
【0010】請求項5に記載の発明は、第3の工程後、
第1の電極上に第2の電極を形成することを特徴とする
請求項1に記載のバリスタの製造方法であり、表面に付
着物のない電極を有するバリスタを得ることができる。
【0011】請求項6に記載の発明は、第2の工程後、
バリスタ素子をSi、Pb、Fe、Sb、Ti、Al、
B、Bi、Ag、アルカリ金属、アルカリ土類金属の有
機金属化合物のうち少なくとも一種類以上を含む液体に
浸漬することを特徴とする請求項1に記載のバリスタの
製造方法であり、さらに緻密で均一な厚みを有する高抵
抗層を形成することができる。
【0012】請求項7に記載の発明は、ZnOを主成分
とするバリスタ素子の外表面に少なくとも2つの第1の
電極を所定の間隔を設けて形成する第1の工程と、次い
で前記バリスタ素子外表面にSiを主成分とし、副成分
としてPb、Fe、Sb、Ti、Al、アルカリ金属、
アルカリ土類金属の化合物、ガラスフリットのうち少な
くとも一種類以上(Si、Pb、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属を単独で用いる場合は除く)を有する混合物
を配して熱処理する第2の工程とを有することを特徴と
するバリスタの製造方法であり、緻密で均一な厚みを有
する高抵抗層を形成できるので、耐湿性、耐メッキ性に
優れたバリスタを得ることができる。
【0013】請求項8に記載の発明は、第2の工程後、
第1の電極上に第2の電極を形成することを特徴とする
請求項7に記載のバリスタの製造方法であり、表面に付
着物のない電極を有するバリスタを得ることができる。
【0014】請求項9に記載の発明は、第1の工程後、
バリスタ素子をSi、Pb、Fe、Sb、Ti、Al、
B、Bi、Ag、アルカリ金属、アルカリ土類金属の有
機金属化合物のうち少なくとも一種類以上を含む液体に
浸漬することを特徴とする請求項7に記載のバリスタの
製造方法であり、さらに緻密で均一な厚みを有する高抵
抗層を形成することができる。
【0015】請求項10に記載の発明は、第2の工程に
おいて、バリスタ素子と混合物とを回転させながら熱処
理を行うことを特徴とする請求項7に記載のバリスタの
製造方法であり、より均一な高抵抗層を有するバリスタ
を得ることができる。
【0016】請求項11に記載の発明は、ZnOを主成
分とするバリスタ素子表面にSiを主成分とし、副成分
としてPb、Fe、Sb、Ti、Al、B、Bi、A
g、アルカリ金属、アルカリ土類金属の化合物、ガラス
フリットのうち少なくとも一種類以上(Si、Pb、ア
ルカリ金属、アルカリ土類金属を単独で用いる場合は除
く)を有する混合物を配して熱処理する第1の工程と、
次に前記バリスタ素子外表面に少なくとも2つの電極を
形成する第2の工程とを有することを特徴とするバリス
タの製造方法であり、緻密で均一な厚みを有する高抵抗
層を形成できるので、耐湿性、耐メッキ性に優れたバリ
スタを得ることができる。
【0017】請求項12に記載の発明は、第1の工程の
前に、バリスタ素子を熱処理してから第1の工程を行う
ことを特徴とする請求項11に記載のバリスタの製造方
法であり、バリスタ素子の焼結反応と高抵抗層形成反応
とを個別に行うことによりさらにバリスタの電気特性、
磁器特性の安定性が向上する。
【0018】請求項13に記載の発明は、第1の工程の
前に、バリスタ素子をSi、Pb、Fe、Sb、Ti、
Al、B、Bi、Ag、アルカリ金属、アルカリ土類金
属の有機金属化合物のうち少なくとも一種類以上を含む
液体に浸漬することを特徴とする請求項11に記載のバ
リスタの製造方法であり、さらに緻密で均一な厚みを有
する高抵抗層を形成することができる。
【0019】請求項14に記載の発明は、第1の工程に
おいて、バリスタ素子と混合物とを回転させながら熱処
理を行うことを特徴とする請求項11に記載のバリスタ
の製造方法であり、より均一な高抵抗層を有するバリス
タを得ることができる。
【0020】以下本発明の一実施の形態について図面を
参照しながら説明する。 (実施の形態1)図1は本実施の形態におけるバリスタ
素子の断面図を示し、1はバリスタ素子で、その内部に
はAgを主成分とする内部電極2が複数設けられてい
る。これらの内部電極2は、交互にバリスタ素子1の両
端に引き出され、その両端において、外部電極3とそれ
ぞれ電気的に接続されている。また内部電極2間、及び
その外側に積層されたセラミックシート1aはZnOを
主成分とし、副成分としてBi23,Co23,MnO
2,Sb23等を含んでいる。4a,4bはそれぞれS
iO2あるいはその混合物5とともに焼成した際に形成
される高抵抗層を示している。図2は本発明の一実施の
形態における焼成工程の説明図であり、バリスタ素子1
表面に高抵抗層4a,4bを形成する際に、アルミナの
るつぼ6中でSiO2粉末あるいはSiO2を主成分と
し、副成分として少なくともFe23,Sb23,Ti
2,Al23,Bi23,B23,PbO,Na2CO
3,K2CO 3,MgO,CaCO3,AgOの中から一種
類以上を添加した粉末状の混合物(以下SiO2あるい
はその混合物5という)とともに熱処理する状態を示し
ている。
【0021】以下本実施の形態におけるバリスタの製造
方法について説明する。まず酸化亜鉛を主成分とする原
料と、可塑剤と、バインダーなどの混合、粉砕、スラリ
ー化、シート成形を行いセラミックシート1aを作製し
た。次にこのセラミックシート1aと、銀を主成分とす
る内部電極2とを交互に積層し、内部電極2が交互に相
対向する端面に導出されるよう所定の大きさに切断しバ
リスタ素子1を得た。次いで、バリスタ素子1を100
〜300℃で5分から10時間熱処理してバリスタ素子
1中の可塑剤を除去した後、バリスタ素子1表面の面取
を行った。次に、バリスタ素子1の両端面に外部電極3
となるAg電極ペーストを塗布し、600〜950℃で
5分〜10時間熱処理してバリスタ素子1を焼結させた
後、図2に示すようにアルミナ製のるつぼ6を用いて、
SiO2あるいはその混合物5中にバリスタ素子1を埋
設させ、空気中あるいは酸素雰囲気中、600〜950
℃で5分〜10時間熱処理した。この熱処理により、バ
リスタ素子1の主成分であるZnOとSiO2とが反応
して、主にZn2SiO4からなる高抵抗層4aがバリス
タ素子1表面上に形成される。また、バリスタ素子1に
副成分としてBi23を添加した場合、Bi23がZn
O,SiO2と反応してZn2SiO4の生成を促進する
とともに、主にBi4(SiO43からなる高抵抗層4
bが高抵抗層4aとバリスタ素子1の表面の間に形成さ
れる。これらは、バリスタの電気特性が発現しない部位
において反応、生成するため、バリスタの電気特性には
悪影響を与えず、バリスタとして極めて耐メッキ性およ
び耐湿性に優れたものが得られる。ここで重要なこと
は、図2に示すように個々のバリスタ素子1の外表面を
全てSiO2あるいはその混合物5に接触する形で埋設
させておくことである。そのために、まずアルミナ製の
るつぼ6に所定の厚さにSiO2あるいはその混合物5
を敷きつめ、その上に、バリスタ素子1同士が接触しな
いように所定の個数並べ、その状態でSiO2あるいは
その混合物5を覆いかぶせた後、熱処理を行う。なお、
SiO2あるいはその混合物5の組成によっては、外部
電極3上にアンカー効果でSiO2あるいはその混合物
5が接着する場合があるが、その場合には研磨等で除去
することで導通を確保する必要がある。さらにアンカー
効果の影響が大きく、研磨等で除去不可能な場合、また
は研磨によりバリスタ素子1表面の高抵抗層4a,4b
そのものが研磨される場合は、外部電極3上にさらに外
部電極ペーストを塗布、焼付けして外部電極を形成する
ことにより導通を確保する。その後、外部電極3の表面
に電解Niメッキ、電解半田メッキを行い、バリスタを
得た。得られたバリスタのメッキの厚みは、Niメッキ
が2μm、半田メッキが2μmであった。
【0022】(表1)にこのバリスタの耐メッキ性につ
いての結果を示す。
【0023】
【表1】
【0024】(表1)に示すように、高抵抗層4a,4
bを有していないバリスタ素子1にメッキを行うと、外
部電極3以外のバリスタ素子1の表面もメッキされてし
まう。またSiO2のみではなく、SiO2に副成分とし
てFe23,Sb23,TiO2,Al23,Bi
23,B23を含むガラスフリット等を添加したものを
用いた場合には、さらにメッキ流れが少なくなってお
り、より均一な高抵抗層4a,4bが形成できると思わ
れる。
【0025】次に(表2)にSiO2あるいはその混合
物5中にて焼成を行った後の(外1)を示す。
【0026】
【外1】
【0027】
【表2】
【0028】(表2)に示すように、SiO2粉末のみ
ではなく、SiO2を主成分とし、PbO,Na2
3,K2CO3,MgO,CaCO3,Ag2Oを添加し
た場合の方が電圧比が小さくなっており、低電流領域の
非直線性が向上している。これは、上記添加物を加える
ことによって、非直線性を大きく左右すると考えられる
粒界層を安定化させているためと考えられる。
【0029】本実施の形態のバリスタは、表面を高抵抗
化するとともに、緻密化も同時に行っているため、メッ
キ時のメッキ液の浸入を防ぐといった効果も同時に見ら
れるものである。
【0030】なお、本発明において重要と思われること
を以下に記載する。 (1)SiO2あるいはその混合物5にバリスタ素子1
を埋設させる場合、図2のように埋め込むだけでも高抵
抗層4a,4bは形成されるが、反応性を考えた場合、
図2におけるSiO2あるいはその混合物5上に重しな
どをして圧力をかけてSiO2あるいはその混合物5と
バリスタ素子1との緻密性を上げた方が効果的である。
【0031】(2)高抵抗層4a,4bを形成するため
の熱処理は、円筒形などのサヤに所定数のバリスタ素子
1とSiO2あるいはその混合物5とを入れて回転させ
ながら行うと、より均一な高抵抗層4a,4bを形成す
ることができる。また回転させながら熱処理を行うこと
により、るつぼ6を用いる場合よりも、少量のSiO 2
あるいはその混合物5で高抵抗層4a,4bを形成する
ことができるだけでなく、バリスタ素子1の温度バラツ
キが小さくなるのでバリスタ電圧をはじめとするバリス
タ特性のバラツキの小さいバリスタを得ることができ
る。
【0032】(3)バリスタ素子1をSi、Pb、F
e、Sb、Ti、Al、B、Bi、Ag、アルカリ金
属、アルカリ土類金属の有機金属化合物のうち少なくと
も一種類以上を含む液体に浸漬した後、SiO2あるい
はその混合物5に埋設して、熱処理を行うと、さらに均
一な厚みを有する緻密な高抵抗層4a,4bを形成する
ことが可能になる。
【0033】(4)本実施の形態では、バリスタ素子1
を熱処理して焼結させた後、SiO 2あるいはその混合
物5中で熱処理を行うことによって高抵抗層4a,4b
を形成したが、これはバリスタの電気特性、磁器特性の
安定性を考えた場合、焼結反応と高抵抗層形成反応とを
個別に行った方が良好な結果になるからである。しかし
ながらバリスタ素子1の焼結反応と高抵抗層形成反応と
を同時に行っても、高抵抗層4a,4bを形成すること
ができる。このときバリスタ素子1は外部電極3の形成
前でも形成後でもどちらでも構わないが、使用の際外部
と導通のとれるように外部電極3を形成することが必要
である。
【0034】(5)本実施の形態では、SiO2あるい
はその混合物5中の添加物は酸化物の形で添加したが反
応温度範囲(600〜950℃)で酸化物となるもので
あれば、酸化物にこだわらずどのような化合物を用いて
も構わない。
【0035】(6)SiO2あるいはその混合物5にお
いては主成分SiO2が80wt%以上となるようにす
ることにより、高抵抗層4a,4bの形成を容易に行う
ことができる。
【0036】(7)SiO2あるいはその混合物5にF
e、Sb、Ti、Al、Bi、B、ガラスフリットの化
合物を添加することにより、さらに高抵抗化の傾向が見
られ、Ag、Pb、アルカリ金属、アルカリ土類金属の
化合物を添加することにより、バリスタの非直線性の向
上が見られる。
【0037】(8)本実施の形態においては、SiO2
あるいはその混合物5にFe、Sb、Ti、Al、B
i、B、ガラスフリット、Ag、Pb、アルカリ金属、
アルカリ土類金属の酸化物をそれぞれ単独で添加した場
合についてのみ説明したが、これらの中から2種類以上
の化合物を添加したとしても上記と同様の効果が得られ
ることはいうまでもない。
【0038】(9)本実施の形態において用いたガラス
フリットはBi23 60wt%、B23 20wt
%、SiO2 10wt%、Ag2O 10wt%のもの
を用いたが、Bが含まれているガラスフリットであれば
軟化点が低いので、高抵抗層4a,4bの形成を行いや
すい。
【0039】(10)均一な高抵抗層4a,4bを形成
しようとするならば、SiO2あるいはその混合物5の
粒子径はできるだけそろえるようにすることが好まし
い。
【0040】(11)本実施の形態においては積層型バ
リスタについて説明したが、ディスク型など他の形状の
バリスタについても同様の効果が得られるものである。
【0041】
【発明の効果】以上のように本発明は、バリスタ素子表
面の電極に覆われていない部分に、主成分がZn2Si
4、Bi4(SiO43といったZn−Si−O系、B
i−Si−O系の高抵抗層を形成するものである。この
高抵抗層は緻密で均一な厚みを有するので不要な水分な
どがバリスタ素子内に浸入するのを防ぎ、バリスタ特性
を劣化させることがない。またメッキ時にバリスタ素子
表面の電極部分以外がメッキされてショートするといっ
た不良の発生を防ぐことができる。さらに積層バリスタ
の場合、無効層の厚みを従来よりも薄くすることができ
るので、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるバリスタの断面
【図2】本発明の一実施の形態における焼成工程の説明
【符号の説明】
1 バリスタ素子 3 外部電極 4a 高抵抗層 4b 高抵抗層 5 SiO2あるいはその混合物

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ZnOを主成分とするバリスタ素子の外
    表面に少なくとも2つの第1の電極を所定間隔を設けて
    形成する第1の工程と、次いで前記バリスタ素子を第1
    の熱処理を行う第2の工程と、その後前記バリスタ素子
    外表面にSi粉末を配して第2の熱処理を行う第3の工
    程とを備えたことを特徴とするバリスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 第3の工程において、バリスタ素子とS
    i粉末とを回転させながら熱処理を行うことを特徴とす
    る請求項1に記載のバリスタの製造方法。
  3. 【請求項3】 第3の工程において、Si粉末に替え
    て、Siを主成分とし、副成分としてPb、Fe、S
    b、Ti、Al、B、Bi、Ag、アルカリ金属、アル
    カリ土類金属の化合物、ガラスフリットのうち少なくと
    も一種類以上(Pb、アルカリ金属、アルカリ土類金属
    を単独で用いる場合を除く)を有する混合物を用いるこ
    とを特徴とする請求項1に記載のバリスタの製造方法。
  4. 【請求項4】 第3の工程において、バリスタ素子と混
    合物とを回転させながら熱処理を行うことを特徴とする
    請求項3に記載のバリスタの製造方法。
  5. 【請求項5】 第3の工程後、第1の電極上に第2の電
    極を形成することを特徴とする請求項1に記載のバリス
    タの製造方法。
  6. 【請求項6】 第2の工程後、バリスタ素子をSi、P
    b、Fe、Sb、Ti、Al、B、Bi、Ag、アルカ
    リ金属、アルカリ土類金属の有機金属化合物のうち少な
    くとも一種類以上を含む液体に浸漬することを特徴とす
    る請求項1に記載のバリスタの製造方法。
  7. 【請求項7】 ZnOを主成分とするバリスタ素子の外
    表面に少なくとも2つの第1の電極を所定の間隔を設け
    て形成する第1の工程と、次いで前記バリスタ素子外表
    面にSiを主成分とし、副成分としてPb、Fe、S
    b、Ti、Al、アルカリ金属、アルカリ土類金属の化
    合物、ガラスフリットのうち少なくとも一種類以上(S
    i、Pb、アルカリ金属、アルカリ土類金属を単独で用
    いる場合は除く)を有する混合物を配して熱処理する第
    2の工程とを有することを特徴とするバリスタの製造方
    法。
  8. 【請求項8】 第2の工程後、第1の電極上に第2の電
    極を形成することを特徴とする請求項7に記載のバリス
    タの製造方法。
  9. 【請求項9】 第1の工程後、バリスタ素子をSi、P
    b、Fe、Sb、Ti、Al、B、Bi、Ag、アルカ
    リ金属、アルカリ土類金属の有機金属化合物のうち少な
    くとも一種類以上を含む液体に浸漬することを特徴とす
    る請求項7に記載のバリスタの製造方法。
  10. 【請求項10】 第2の工程において、バリスタ素子と
    混合物とを回転させながら熱処理を行うことを特徴とす
    る請求項7に記載のバリスタの製造方法。
  11. 【請求項11】 ZnOを主成分とするバリスタ素子表
    面にSiを主成分とし、副成分としてPb、Fe、S
    b、Ti、Al、B、Bi、Ag、アルカリ金属、アル
    カリ土類金属の化合物、ガラスフリットのうち少なくと
    も一種類以上(Si、Pb、アルカリ金属、アルカリ土
    類金属を単独で用いる場合は除く)を有する混合物を配
    して熱処理する第1の工程と、次に前記バリスタ素子外
    表面に少なくとも2つの電極を形成する第2の工程とを
    有することを特徴とするバリスタの製造方法。
  12. 【請求項12】 第1の工程の前に、バリスタ素子を熱
    処理してから第1の工程を行うことを特徴とする請求項
    11に記載のバリスタの製造方法。
  13. 【請求項13】 第1の工程の前に、バリスタ素子をS
    i、Pb、Fe、Sb、Ti、Al、B、Bi、Ag、
    アルカリ金属、アルカリ土類金属の有機金属化合物のう
    ち少なくとも一種類以上を含む液体に浸漬することを特
    徴とする請求項11に記載のバリスタの製造方法。
  14. 【請求項14】 第1の工程において、バリスタ素子と
    混合物とを回転させながら熱処理を行うことを特徴とす
    る請求項11に記載のバリスタの製造方法。
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