電壓非線性電阻體及其制造方法

專利名稱：電壓非線性電阻體及其制造方法
技術領域：
本發明涉及在過電壓保護裝置中所使用的電壓非線生電阻體及其制造方法，特別是涉及具有電極和側面高電阻層的電壓非線性電阻體及其制造方法。
一般，在電力系統中，為了除去疊加在正常電壓上的過電壓來保護電力系統，而使用所謂避雷器和浪涌吸收器的過電壓保護裝置。在該過電壓保護裝置中主要使用電壓非線性電阻體。其中，所謂電壓非線性電阻體是具有以下特性的電阻體在正常電壓下呈現大致絕緣特性，而在過電壓被施加時成為比較低的電阻。
這樣的電壓非線性電阻體包括燒結體。該燒結體這樣生成為了得到非線性電阻特性而在作為主要成分的氧化鋅(ZnO)中添加至少一種以上的金屬氧化物來作為添加物，對其進行混合、造粒、成型、燒結。而且，在燒結體的側面上形成側面高電阻層，用于在過電壓吸收時防止來自側面的閃絡。而且，在燒結體的上下面上設置電極，用于使燒結體中電流均勻地流通。
在上述非線性電阻體的電極中，為了容易避免高電流被施加時的閃絡，一般在非線性電阻體的圓周部上設有環狀的電極未形成部，以使電極端部不涉及燒結體端部。
作為設置電極未形成部的方法，例如，在日本專利公報特公平5-74921號公報和日本專利公開公報特開平8-195203號公報中揭示了這樣的方法在電極形成時，在電壓非線性電阻體上嵌入橡膠罩，由此，在非線性電阻體的圓周部設置環狀的電極未形成部。而且，在日本專利公開公報特開平11-186006號公報中揭示了這樣的方法在非線性電阻體的圓周部上設置燒結體端部與電極端部的距離為0．01～1．0mm的環狀的電極未形成部。
而且，在其他的很多專利公報和其他的各種技術文獻等中，揭示了在非線性電阻體的圓周部設置環狀的電極未形成部的方案。這樣，在非線性電阻體的圓周部設置環狀的電極未形成部的內容是很普遍采用的公知的技術。
可是，在電力需求的延伸和高度信息化社會的發展驚人的近些年中，強烈要求進行穩定的廉價電力供應。而且，由于在都市中因用地不足所引起的受變電設備的設置空間不足，也強烈要求輸變電設備的小型化。接受這樣的對電力系統的穩定電力供給和小型化的要求，在過電壓保護裝置中提高的對高可靠性和小型化的要求。
為了適應過電壓保護裝置中的這些要求，最近，增大了電壓非線性電阻體的每單位厚度的電壓值，而降低高度尺寸，而且，提高能量吸收能力，來謀求小型化，由此，推進了電壓非線性電阻體的小型化。而且，自然，在小型化的過電壓保護裝置中，要求長期使用中的穩定的運行狀態。
可是，如上述現有的電壓非線性電阻體那樣，為了避免高電流施加時的閃絡，而在非線性電阻體的圓周部設置環狀的電極未形成部，以使電極端部不涉及燒結體端部，在此情況下，由于該電極未形成部引起而發生熱應力，而存在燒結體直至破壞的可能性。
即，為了在圓周部設置環狀的電極未形成部，而在燒結體的上下面上形成電極，在這樣的非線性電阻體中，在施加電流時，在電極形成部中流過電流，而在非線性電阻體周圍部的環狀的電極未形成部中，沒有流過電流。因此，僅在電極形成部中溫度上升，與電極未形成部之間產生溫差，由此而發生熱應力，因此，在燒結體中會產生裂縫，直至破壞，其結果是存在使電壓非線性電阻體的過電壓保護能力降低的可能性。
因此，在非線性電阻體的圓周部設置環狀的電極未形成部這樣的現有方法中，當通過每單位厚度的電壓增大和小直徑化來使電壓非線性電阻體小型化時，確保對所要求的開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌有足夠的保護能力是困難的。
作為該問題的解決措施，考慮盡量擴大電極形成面積。
但是，在現有的電壓非線性電阻體中，當使電極形成至側面高電阻層部或者側面高電阻層的附近時，在過電壓浪涌施加時，會產生以側面高電阻層向燒結體的粘接力不足為原因的燒結體-側面高電阻層界面上的閃絡，或者，以側面電阻層的電氣絕緣性和耐熱性不足為原因而產生閃絡，或者，在正常電壓施加的通常運行狀態下，存在產生加電惡化的可能性。
因此，在現有的電壓非線性電阻體中，存在難于實現兼顧高的過電壓保護能力和穩定的加電壽命性能的電壓非線性電阻體。
本發明的目的是提供電壓非線性電阻體及其制造方法，在通常的使用狀態下實現穩定的加電壽命，并且大幅度提高對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的保護能力。
為了實現上述目的，本發明的電壓非線性電阻體，包括以氧化鋅為主要成分的燒結體；設在該燒結體的側面的側面高電阻層；設在上述燒結體的上下面上的一對電極，其中，通過特定的物質形成側面高電阻層，在此基礎上，選定電極的端部與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部的端部間距離，把電極的形成面積擴展到最大限度。
通過這樣的措施，能夠防止過電壓浪涌施加時的閃絡發生和在實際使用狀態下的電壓負荷所產生的加電惡化。
在本發明中，通過選定電極的處理和平均厚度、側面高電阻層的構成和厚度、或者電極的形成方法，能夠提高電極和側面高電阻層的緊密粘接力和電氣特性。
在上述課題和解決措施中，權利要求1的電壓非線性電阻體形成為電極的端部與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內，并且，側面高電阻層至少由以具有電氣絕緣性和耐熱性的無機高分子物質、非晶質無機高分子物質、玻璃化合物質、非晶質無機物質、結晶無機物質、有機高分子物質為主要成分的物質中的一個所形成。
在這樣的電壓非線性電阻體中，電極的端部與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內，由此，當施加過電壓浪涌時，由于燒結體全體流過電流，則在非線性電阻體上不會產生溫差。因此，能夠防止在非線性電阻體的圓周部設置環狀的電極未形成部時所產生的由溫差所引起的熱應力的發生，而能夠防止由熱應力所引起的燒結體的破壞現象。
而且，在該電壓非線性電阻體中，在圓周部不設置環狀的電極未形成部，通過使電極形成至側面高電阻層部或者側面高電阻層的附近，而最大限度地擴展了電極的形成面積，這樣雖最大限度地擴展了電極的形成面積，但卻存在這樣的可能性在燒結體與側面高電阻層與燒結體的界面上，在過電壓浪涌施加時，會產生閃絡，或者，由于側面高電阻層的電氣絕緣性和耐熱性不足，在過電壓浪涌施加時，會產生閃絡，或者，在實際使用狀態下的電壓負荷時，發生加電惡化。
與此相對，在本發明中，通過由以具有電氣絕緣性和耐熱性的無機高分子物質、非晶質無機高分子物質、玻璃化合物質、非晶質無機物質、結晶無機物質、有機高分子物質為主要成分的物質中的至少一個來形成側面高電阻層，不但最大限度地擴展電極的形成面積，也能防止在燒結體與側面高電阻層與燒結體的界面上的這樣的閃絡以及在電氣絕緣性和耐熱性不足情況下的過電壓浪涌施加時的閃絡和加電惡化的發生。
因此，本發明的電壓非線性電阻體能夠實現在通常的使用狀態下穩定的加電壽命，并且，能夠發揮對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的優良的保護能力。
特別是，當使電極的端部與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部的端部間距離為0時，與在電壓非線性電阻體的圓周部設置電極未形成部的情況相比，不需要用于設置電極未形成部的掩蔽，能夠簡化電極形成工序。
因此，在此情況下，在提高了上述加電壽命和保護能力的基礎上，還能夠實現制造工序的簡化和由此產生的成本的節減等。
權利要求2的電壓非線性電阻體，在權利要求1的電壓非線性電阻體中，其特征在于，上述非晶質無機高分子物質是作為無機高分子物質的磷酸鋁類無機粘接劑、非晶質二氧化硅、非晶質氧化鋁或者非晶質二氧化硅和有機硅酸鹽的復合物，上述玻璃化合物質是以鉛為主要成分的玻璃、以磷為主要成分的玻璃或以鉍為主要成分的玻璃，上述結晶無機物質是以Zn-Sb-O為構成成分的結晶無機物、以Zn-Si-O為構成成分的結晶無機物、以Zn-Sb-Fe-O為構成成分的結晶無機物、以Fe-Mn-Bi-Si-O為構成成分的結晶無機物、結晶二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、富鋁紅柱石(Al6Si2O13)、堇青石(コ-ディラィト)(Mg2Al4Si5O18)、氧化鈦(TiO2)或者氧化鋯(ZrO2)，上述有機高分子物質為環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、密胺(メラニン)樹脂、氟樹脂或者硅樹脂，同時，上述側面高電阻層，是把以下任一種以上的材料進行組合而形成的從它們中所選擇的材料和這些材料中的至少兩種以上的材料的復合物作為主要成分的材料。
該電壓非線性電阻體通過適當地選擇側面高電阻層的形成物質，能夠實現電氣絕緣性和耐熱性高并且把側面高電阻層向燒結體的粘接強度保持為一定以上的側面高電阻層。因此，通過使電極形成至側面高電阻層部或者側面高電阻層的附近，而最大限度地擴展了電極的形成面積，并且，也提高了側面高電阻層的電氣絕緣性、耐熱性及粘接強度，由此，能防止在燒結體與側面高電阻層與燒結體的界面上在過電壓浪涌施加時的閃絡、在由于電氣絕緣性和耐熱性不足所引起的閃絡以及在實際使用狀態下的電壓負荷時的加電惡化的發生。
因此，本發明的電壓非線性電阻體能夠實現在通常的使用狀態下穩定的加電壽命，并且，能夠發揮對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的優良的保護能力。
權利要求3的電壓非線性電阻體，在權利要求1或2任一項所述的電壓非線性電阻體中，其特征在于，側面高電阻層的厚度在1μm～2mm的范圍內。
在這樣的權利要求3的電壓非線性電阻體中，通過在1μm～2mm的適當范圍中選定使側面高電阻層的厚度，能夠實現粘接力高的側面高電阻層。因此，通過使電極形成至側面高電阻層部或者側面高電阻層的附近，而最大限度地擴展了電極的形成面積，并且，也提高了側面高電阻層的粘接力，由此，能防止在燒結體與側面高電阻層與燒結體的界面上在過電壓浪涌施加時的閃絡以及在實際使用狀態下的電壓負荷時的加電惡化的發生。
因此，該電壓非線性電阻體能夠實現在通常的使用狀態下穩定的加電壽命，并且，能夠發揮對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的優良的保護能力。
權利要求4的電壓非線性電阻體，在權利要求1至3任一項所述的電壓非線性電阻體中，其特征在于，通過重物落下試驗所測定的側面高電阻層對燒結體的沖擊粘接強度形成為40mm以上。
一般，該電壓非線性電阻體，在圓周部不設置環狀的電極未形成部，通過使電極形成至側面高電阻層部或者燒結體與側面高電阻層的界面附近，而最大限度地擴展了電極的形成面積。這樣雖最大限度地擴展了電極的形成面積，但卻存在這樣的可能性在燒結體與側面高電阻層與燒結體的界面上，在過電壓浪涌施加時，會產生閃絡，或者，在實際使用狀態下的電壓負荷時，發生加電惡化。
與此相對，在本發明中，通過在適當的范圍內選定側面高電阻層的粘接強度，不但最大限度地擴展了電極的形成面積，而且，能防止在燒結體與側面高電阻層與燒結體的界面上的這樣的閃絡以及在電氣絕緣性不足的情況下在過電壓浪涌施加時的閃絡和加電惡化的發生。
因此，根據這樣的權利要求4的電壓非線性電阻體，能夠實現在通常的使用狀態下穩定的加電壽命，并且，能夠發揮對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的優良的保護能力。
權利要求5的電壓非線性電阻體，在權利要求1至4任一項所述的電壓非線性電阻體中，其特征在于，電極材料是從鋁、銅、鋅、鎳、金、銀、鈦或它們的合金中所選擇的材料。
根據這樣的權利要求5的電壓非線性電阻體，通過適當地選定電極材料，能夠實現導電率高并且與燒結體的粘接力高的電極。因此，該電壓非線性電阻體能夠發揮對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的優良的保護能力。
權利要求6的電壓非線性電阻體，在權利要求1至5任一項所述的電壓非線性電阻體中，其特征在于，電極的平均厚度在5μm～500μm的范圍內。
根據這樣的權利要求6的電壓非線性電阻體，通過在5μm～500μm的適當的范圍內選定電極的平均厚度，能夠實現粘接強度高并且具有一定以上的熱容量的電極。因此，該電壓非線性電阻體能夠發揮對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的優良的保護能力。
權利要求7的制造方法，在以氧化鋅為主要成分的燒結體的側面上形成側面高電阻層，在上述燒結體的上下面上形成一對電極，由此來制造權利要求1～6任一項所述的電壓非線性電阻體，在電極的形成方法上具有特征。即，通過從等離子熔射、電弧熔射、高速氣焰熔射、絲網印刷、蒸鍍、轉印、濺射中所選擇的方法來形成電極。
根據該制造方法，通過適當地選定形成電極的方法，能夠實現粘接力高的電極。因此，由該制造方法所得到的電壓非線性電阻體能夠發揮對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的優良的保護能力。
本發明的這些和其他的目的、優點及特征將通過結合附圖對本發明的實施例的描述而得到進一步說明。在這些附圖中

圖1是表示按照本發明所制造的電壓非線性電阻體的截面圖；圖2是對于作為第一實施例所制造的電壓非線性電阻體，表示電極的端部和包含側面高電阻層的非線性電阻體端部的端部間距離μm(X軸)與表示過電壓保護能力的破壞電壓j／cm3(Y軸)的關系的曲線圖；圖3是對于作為第三實施例所制造的電壓非線性電阻體，表示側面高電阻層的厚度μm(X軸)與表示過電壓保護能力的破壞電壓j／cm3(Y軸)的關系的曲線圖；圖4是對于作為第三實施例所制造的電壓非線性電阻體，表示側面高電阻層的厚度μm(X軸)與表示加電壽命性能的系數1R1000h／1ROh(Y軸)的關系的曲線圖；圖5是對于作為第四實施例所制造的電壓非線性電阻體，表示代表通過重物落下試驗所測定的側面高電阻層的沖擊粘接強度的數值mm(X軸)與表示過電壓保護能力的破壞電壓j／cm3(Y軸)的關系的曲線圖；圖6是對于作為第四實施例所制造的電壓非線性電阻體，表示代表通過重物落下試驗所測定的側面高電阻層的沖擊粘接強度的數值mm(X軸)與表示加電壽命性能的系數1R1000h／1ROh(Y軸)的關系的曲線圖；圖7是對于作為第六實施例所制造的電壓非線性電阻體，表示電極的平均厚度μm(X軸)與表示過電壓保護能力的破壞電壓j／cm3(Y軸)的關系的曲線圖。
下面參照圖表來對使用本發明的電壓非線性電阻體及其制造方法的實施例進行具體說明。
首先，圖1是表示按照本發明所制造的電壓非線性電阻體的截面圖。該電壓非線性電阻體包括燒結體1、電極2和側面高電阻層3，在燒結體1的側面部形成側面高電阻層3，然后，把燒結體1的兩個平坦表面研磨成預定的厚度，在該研磨表面上形成電極2，由此來制作該電壓非線性電阻體。下面所述的各實施例，在電極2和側面高電阻層3上具有特征，但在其之前，首先對燒結體1的制造工序進行描述。燒結體的制造工序首先，相對于主要成分的ZnO(氧化鋅)，作為次要成分，分別添加0．5mol％的氧化鉍(Bi2O3)、氧化錳(MnO2)；分別添加1mol％的氧化鈷(Co2O3)、氧化鎳(NiO)、三氧化銻(Sb2O3)來制作原料。
接著，在混合裝置中把該原料與水和有機物粘合劑類一起進行進行混合，來制作混合漿料。
接著，用噴霧干燥機來對該混合漿料進行噴霧造粒，把預定重量的造粒粉放入金屬模中，以預定的壓力進行加壓，而成型為例如直徑60mm的圓板狀。
然后，為了預先除去添加的有機物粘合劑類，而在空氣中在400～500℃下進行熱處理，接著在1200℃下進行燒結，由此，得到燒結體1。第一實施例第一實施例涉及權利要求1所述的發明，在從預定材料選擇并形成側面高電阻層的電壓非線性電阻體中，為了呈現形成為電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內的電壓非線性電阻體的作用效果，把端部間距離不同的多種電壓非線性電阻體作為試料來進行制作，而進行各種試料的評價。而且，圖1表示電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0的情況，即表示端部4和端部5為相同位置的情況。端部間距離不同的試料的制作為了呈現使電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內的構成的作用效果，使電極2的形成面積變化，來制作電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離不同的多種電壓非線性電阻體。
首先，在任一種試料中，對于側面高電阻層3，形成以包含富鋁紅柱石(Al6Si2O13)的磷酸鋁類無機粘接劑為主要成分的厚度100μm的側面高電阻層3。
這樣，對于同等形成厚度100μm的側面高電阻層3的試料，使用以鋁作為主要成分的材料，分別形成面積不同的電極2，由此，來制作電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離分別為0、10、50、100、110、120、150μm的不同的共計7種的電壓非線性電阻體。端部間距離不同的試料的評價對于如上述那樣制作的各種試料，把2ms波長下具有預定能量的開關浪涌100J／cm3作為初始能量，以試料返回室溫的時間間隔來每次使施加能量增加50J／cm3地進行施加，通過各試料破壞的能量來進行各試料的過電壓保護能力的評價。其結果表示在圖2中。
如從圖2所看到的那樣，對應于本發明的試料，即電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍的試料(在本實施例中，端部間距離為0～110μm的試料)，在施加具有不足800J／cm3的能量的開關浪涌的時刻，都沒有發生破壞，發生破壞的情況是在施加的能量至少為800J／cm3以上的情況下。
與此相對，不是本發明的試料，即電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離超過(側面高電阻層厚度+0．01)mm的試料(在本實施例中，端部間距離超過110μm的試料)，在施加具有400J／cm3以下的能量的開關浪涌的時刻，都發生了破壞。
得到這樣的評價結果的理由可以解釋為以下這樣即，當電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離超過(側面高電阻層厚度+0．01)mm時，由于端部間距離過大，在施加開關浪涌時，在非線性電阻體周圍部中沒有流過電流的區域變大，而與電極形成部的流過電流的區域會產生溫差，因此而產生熱應力。而且，通過該熱應力，在燒結體1上產生裂縫，直至破壞，結果，使非線性電阻體的過電壓保護能力降低。
與此相對，如果電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離在0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內，在施加開關浪涌時，在非線性電阻體周圍部中不會產生沒有流過電流的區域或者即使產生也很小，因此，在非線性電阻體中不會產生溫差，而能夠防止由熱應力引起的燒結體1的破壞現象。
因此，在電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離超過(側面高電阻層厚度+0．01)mm的電壓非線性電阻體中，不能得到優良的過電壓保護能力，僅在端部間距離為(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內的電壓非線性電阻體中，才能得到優良的過電壓保護能力。由端部間距離選定所產生的效果如從以上評價結果所看到的那樣，根據本發明，選定預定的側面高電阻層3，并且，形成為電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內，由此，能夠實現在通常的使用狀態下穩定的加電壽命，并且，能夠大大提高對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的過電壓保護能力。第二實施例第二實施例涉及權利要求1和2所述的發明，形成為電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內，并且，側面高電阻層是從由具有電氣絕緣性和耐熱性的無機高分子所形成的側面高電阻層、由非晶質無機高分子所形成的側面高電阻層、由玻璃化合物所形成的側面高電阻層、由非晶質無機物所形成的側面高電阻層、由結晶無機物所形成的側面高電阻層、以有機高分子樹脂為主要成分的側面高電阻層中，至少對一種以上進行組合而形成的，特別是，從磷酸鋁類無機粘接劑(無機高分子)、非晶質二氧化硅、非晶質氧化鋁、非晶質二氧化硅和有機硅酸鹽、非晶質氧化鋁和有機硅酸鹽(以上為非晶質無機高分子)，以鉛為主要成分的玻璃、以磷為主要成分的玻璃、以鉍為主要成分的玻璃(以上為玻璃化合物)，以Zn-Sb-O為構成成分的結晶無機物、以Zn-Si-O為構成成分的結晶無機物、以Zn-Sb-Fe-O為構成成分的結晶無機物、以Fe-Mn-Bi-Si-O為構成成分的結晶無機物、結晶二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、富鋁紅柱石(Al6Si2O13)、堇青石(コ-ディラィト)(Mg2Al4Si5O18)、氧化鈦(TiO2)或者氧化鋯(ZrO2)(以上為結晶無機物)，環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、密胺(メラニン)樹脂、氟樹脂、硅樹脂(以上為有機高分子化合物)中所選擇的材料，或者，從以上材料中至少兩種以上的材料的復合物作為主要成分的材料中，任意組合一種以上來形成電壓非線性電阻體的側面高電阻層，為了呈現選定上述這樣的側面高電阻層的構成時的作用效果，把側面高電阻層的構成不同的多種電壓非線性電阻體作為試料來制作，以進行各試料的評價。側面高電阻層的構成不同的試料的評價首先，作為具有單層構造的側面高電阻層的電壓非線性電阻體，根據本發明，制作出具有由無機高分子所形成的側面高電阻層3的4種電壓非線性電阻體(第一～第四試料)、具有由非晶質無機高分子所形成的側面高電阻層3的4種電壓非線性電阻體(第五～第八試料)、具有由玻璃化合物所形成的側面高電阻層3的9種電壓非線性電阻體(第九～第十七試料)、具有由結晶無機物所形成的側面高電阻層3的12種電壓非線性電阻體(第十八～第二十九試料)、具有以電氣絕緣性和耐熱性的有機高分子樹脂為主要成分的側面高電阻層3的9種電壓非線性電阻體(第三十～第三十八試料)的共計38種電壓非線性電阻體(第一～第三十八試料)。這些第一～第三十八試料中的側面高電阻層3的詳細情況為以下這樣在第一～第四試料中，作為無機高分子所形成的側面高電阻層，分別形成以包含富鋁紅柱石(Al6Si2O13)的磷酸鋁類無機粘接劑為主要成分的側面高電阻層3、以包含氧化鋁(Al2O3)的磷酸鋁類無機粘接劑為主要成分的側面高電阻層3、以包含二氧化硅(SiO2)的磷酸鋁類無機粘接劑為主要成分的側面高電阻層3、以包含堇青石(コ-ディラィト)(Mg2Al4Si5O18)的磷酸鋁類無機粘接劑為主要成分的側面高電阻層3。
在第五～第八試料中，作為非晶質無機高分子所形成的側面高電阻層，分別形成以非晶質二氧化硅(SiO2)為主要成分的側面高電阻層3、以非晶質氧化鋁(Al2O3)為主要成分的側面高電阻層3、以非晶質二氧化硅(SiO2)為主要成分的側面高電阻層3、以非晶質二氧化硅(SiO2)和有機硅酸鹽(CH3SiO15)為主要成分的側面高電阻層3、以非晶質氧化鋁(Al2O3)和有機硅酸鹽(CH3SiO15)為主要成分的側面高電阻層3。
在第九～第十七試料中，作為非晶質無機物所形成的側面高電阻層，分別形成以Pb-B-Si玻璃為主要成分的側面高電阻層3、以Pb-Zn-B-Si玻璃為主要成分的側面高電阻層3、以P-Si-B玻璃為主要成分的側面高電阻層3、以P-Si-Zn玻璃為主要成分的側面高電阻層3、以P-Sn-Zn-Al-Si玻璃為主要成分的側面高電阻層3、以Bi-B-Si玻璃為主要成分的側面高電阻層3、以Bi-Zn-B-Si玻璃為主要成分的側面高電阻層3、以Bi-Zn-B-Si-Al玻璃為主要成分的側面高電阻層3、以Bi-Zn-B-Al玻璃為主要成分的側面高電阻層3。
在第十八～第二十九試料中，作為結晶無機物所形成的側面高電阻層，分別形成以Zn-Sb-O成分的結晶無機物為主要成分的側面高電阻層3、以Zn-Si-O成分的結晶無機物為主要成分的側面高電阻層3、以Zn-Si-O成分的結晶無機物和Zn-Sb-O成分的結晶無機物的復合物為主要成分的側面高電阻層3、以Zn-Si-O成分的結晶無機物和Fe-Zn-Sb-O成分的結晶無機物的復合物為主要成分的側面高電阻層3、以Fe-Mn-Bi-Si-O成分的結晶無機物為主要成分的側面高電阻層3、以Fe-Mn-Bi-Si-O成分的結晶無機物和Zn-Sb-O成分的結晶無機物的復合物為主要成分的側面高電阻層3、以結晶二氧化硅(SiO2)為主要成分的側面高電阻層3、以氧化鋁(Al2O3)為主要成分的側面高電阻層3、以富鋁紅柱石(Al6Si2O13)為主要成分的側面高電阻層3、以堇青石(コ-ディラィト)(Mg2Al4Si5O18)為主要成分的側面高電阻層3、以氧化鈦(TiO2)為主要成分的側面高電阻層3、以氧化鋯(ZrO2)為主要成分的側面高電阻層3。
在第三十～第三十八試料中，作為以具有電氣絕緣性和耐熱性的有機高分子樹脂為主要成分的側面高電阻層，分別形成以環氧樹脂為主要成分的側面高電阻層3、含有二氧化硅的的側面高電阻層3、含有氧化鋁的側面高電阻層3、含有二氧化硅和氧化鋁的側面高電阻層3、以聚酰亞胺樹脂為主要成分的側面高電阻層3、以酚醛樹脂為主要成分的側面高電阻層3、以密胺(メラニン)樹脂為主要成分的側面高電阻層3、以氟樹脂為主要成分的側面高電阻層3、以硅樹脂為主要成分的側面高電阻層3。
而且，為了比較，制作具有以電氣絕緣性和耐熱性低的有機高分子樹脂為主要成分的側面高電阻層的5種電壓非線性電阻體(第三十九～第四十三試料)。在這些第三十九～第四十三試料中，作為以電氣絕緣性和耐熱性低的有機高分子樹脂為主要成分的側面高電阻層，分別形成以聚四氟乙烯樹脂為主要成分的側面高電阻層3、以聚乙烯樹脂為主要成分的側面高電阻層3、以聚苯乙烯樹脂為主要成分的側面高電阻層3、以聚丙烯樹脂為主要成分的側面高電阻層3、以丙烯樹脂為主要成分的側面高電阻層3。
并且，制作具有以橡膠為主要成分的側面高電阻層的3種電壓非線性電阻體(第四十四～第四十六試料)。在這些第四十四～第四十六試料中，作為以橡膠為主要成分的側面高電阻層，分別形成以氟橡膠為主要成分的側面高電阻層3、以聚氨酯橡膠為主要成分的側面高電阻層3、以硅橡膠為主要成分的側面高電阻層3。
并且，作為具有兩層構造的側面高電阻層的電壓非線性電阻體，從本發明中選定的6種側面高電阻層中組合2種側面高電阻層，來制作12種電壓非線性電阻體(第四十七～第五十八試料)。這些第四十七～第五十八試料中的側面高電阻層3的詳細情況為以下這樣在第四十七試料中，在以包含富鋁紅柱石(Al6Si2O13)的磷酸鋁類無機粘接劑為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以非晶質二氧化硅(SiO2)和有機硅酸鹽(CH3SiO1．5)為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
在第四十八試料中，在以包含富鋁紅柱石(Al6Si2O13)的磷酸鋁類無機粘接劑為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以非晶質氧化鋁(Al2O3)和有機硅酸鹽(CH3SiO1．5)為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
在第四十九試料中，在以包含氧化鋁(Al2O3)的磷酸鋁類無機粘接劑為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以非晶質二氧化硅(SiO2)和有機硅酸鹽(CH3SiO1．5)為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3在第五十試料中，在以包含氧化鋁(Al2O3)的磷酸鋁類無機粘接劑為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以非晶質氧化鋁(Al2O3)和有機硅酸鹽(CH3SiO1．5)為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
在第五十一試料中，在以Zn-Si-O成分的結晶無機物和Zn-Sb-O成分的結晶無機物的復合物為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以非晶質二氧化硅(SiO2)和有機硅酸鹽(CH3SiO1．5)為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
在第五十二試料中，在以Zn-Si-O成分的結晶無機物和Zn-Sb-O成分的結晶無機物的復合物為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以Pb-B-Si玻璃為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
在第五十三試料中，在以Zn-Si-O成分的結晶無機物和Zn-Sb-O成分的結晶無機物的復合物為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以Pb-Zn-B-Si玻璃為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
在第五十四試料中，在以Zn-Si-O成分的結晶無機物和Zn-Sb-O成分的結晶無機物的復合物為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以Bi-B-Si玻璃為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
在第五十五試料中，在以Zn-Si-O成分的結晶無機物和Zn-Sb-O成分的結晶無機物的復合物為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以Bi-Zn-B-Si玻璃為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
在第五十六試料中，在以Zn-Si-O成分的結晶無機物和Zn-Sb-O成分的結晶無機物的復合物為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以環氧樹脂為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
在第五十七試料中，在以氧化鋁(Al2O3)為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以非晶質二氧化硅(SiO2)和有機硅酸鹽(CH3SiO1．5)為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
在第五十八試料中，在以富鋁紅柱石(Al6Si2O13)為主要成分的第一側面高電阻層上，形成以非晶質二氧化硅(SiO2)和有機硅酸鹽(CH3SiO1．5)為主要成分的第二側面高電阻層，作為兩層構造的側面高電阻層3。
而且，在任一種試料中，電極2使用以鋁為主要成分的材料，相等地形成，以使電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0mm。側面高電阻層的構成不同的試料的評價對于按以上那樣制作的各試料，把2ms波長下具有預定能量的開關浪涌100J／cm3作為初始能量，以試料返回室溫的時間間隔來每次使施加能量增加50J／cm3地進行施加，通過各試料破壞的能量來進行各試料的過電壓保護能力的評價。并且，在各試料中，對于115℃溫度下的電壓非線性電阻體，把在室溫下的電壓非線性電阻體中流過1mA的電阻分流IR的交流電壓加電1000小時，測定加電開始之后的電阻漏電流(IR(0h))和加電1000小時后的電阻分流(IR(1000h))，通過IR(1000h)／IR(0h)來進行加電壽命特性的評價。以上的評價結果表示在表1、表2中。
表1側面高電阻層材料和過電壓保護能力、加壓壽命性能的關系
表2側面高電阻層材料和過電壓保護能力、加壓壽命性能的關系
如從該表1、表2所看到的那樣，使用本發明的側面高電阻層的試料即第一～第三十八試料及第四十七～第五十八試料，在施加具有不足800J／cm3的能量的開關浪涌的時刻，都沒有發生破壞，發生破壞的情況是在施加的能量至少為800J／cm3以上的情況下。與此相對，不是本發明的試料即第三十九～第四十六的試料，在施加具有400J／cm3以下的能量的開關浪涌的時刻，都發生了破壞。
得到這樣的評價結果的理由可以解釋為以下這樣即，作為側面高電阻層3，使用本發明所對應的側面高電阻層3，由此，能夠容易地實現沖擊粘接力、電氣絕緣性和耐熱性高的側面高電阻層3，因此，能夠得到優良的過電壓保護能力。與此相對，作為側面高電阻層3，在未使用本發明所對應的側面高電阻層3時，難于實現沖擊粘接力、電氣絕緣性和耐熱性高的側面高電阻層3，在施加開關浪涌時，在側面高電阻層3與燒結體1的界面上容易產生閃絡，因此，不能得到優良的過電壓保護能力。
使用本發明的側面高電阻層的第一～第三十八試料及第四十七～第五十八試料，IR(1000h)／IR(0h)的值都為1以下，與此相對，未使用本發明的側面高電阻層第三十九～第四十六的試料，IR(1000h)／IR(0h)的值都大大超過1。
得到這樣的評價結果的理由可以解釋為以下這樣即，在通過使電極2形成至側面高電阻層部3或者燒結體1與側面高電阻層3的界面附近，而最大限度地擴展電極2的形成面積的情況下，當在側面高電阻層3中未使用本發明的側面高電阻層時，隨著長時間施加電壓，在側面高電阻層3與燒結體1的界面上流過的漏電流增加了。與此相對，即使在最大限度地擴展電極2的形成面積的情況下，如果使用本發明的側面高電阻層，即使長時間施加電壓，在側面高電阻層3與燒結體1的界面上流過的漏電流也不會增加。
因此，在未使用本發明的側面高電阻層的電壓非線性電阻體中，不能得到穩定的加電壽命性能，僅在使用了本發明的側面高電阻層的電壓非線性電阻體中，才能得到穩定的加電壽命性能。由側面高電阻層的構成的選定所產生的效果如從以上評價結果所看到的那樣，根據本發明，從由具有電氣絕緣性和耐熱性的無機高分子所形成的側面高電阻層、由非晶質無機高分子所形成的側面高電阻層、由玻璃化合物所形成的側面高電阻層、由非晶質無機物所形成的側面高電阻層、由結晶無機物所形成的側面高電阻層、以有機高分子樹脂為主要成分的側面高電阻層中，對任一種以上進行組合，來形成側面高電阻層，由此，能夠實現在通常的使用狀態下穩定的加電壽命，并且，能夠大幅度提高對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的過電壓保護能力。第三實施例第三實施例涉及權利要求3所述的發明，為了呈現下列情況下的作用效果在由上述第一實施例所示的側面高電阻層材料與端部間距離的選定的基礎上，進一步選定側面高電阻層的厚度，而制作側面高電阻層的厚度不同的多種電壓非線性電阻體來作為試料，進行各試料的評價。
即，本實施例的電壓非線性電阻體，首先，形成為電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內的一定值。接著，把該構成作為前提，根據權利要求3所述的發明，為了呈現把側面高電阻層3的厚度選定為1μm～2mm的范圍時的作用效果，而制作側面高電阻層3的厚度不同的多種電壓非線性電阻體來作為試料，進行各試料的評價。側面高電阻層的平均厚度不同的試料的制作首先，對于側面高電阻層3，制作以包含富鋁紅柱石(Al6Si2O13)的磷酸鋁類無機粘接劑為成分的側面高電阻層3的厚度分別為0．1、1、10、100μm，1、2、5mm的不同的7種電壓非線性電阻體。
并且，在任一種試料中，對于電極2，使用以鋁為主要成分的材料，相等地形成，以使電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0mm。側面高電阻層的厚度不同的試料的評價對于按以上那樣制作的各試料，把2ms波長下具有預定能量的開關浪涌100J／cm3作為初始能量，以試料返回室溫的時間間隔來每次使施加能量增加50J／cm3地進行施加，通過各試料破壞的能量來進行各試料的過電壓保護能力的評價。其結果表示在圖3中。
如從圖3所看到的那樣，本發明所對應的試料即側面高電阻層3的厚度為1μm～2mm的范圍的試料，在施加具有不足800J／cm3的能量的開關浪涌的時刻，都沒有發生破壞，發生破壞的情況是在施加的能量至少為800J／cm3以上的情況下。與此相對，不是本發明的試料即側面高電阻層3的厚度為0．5μm、5mm的試料，在施加具有400J／cm3以下的能量的開關浪涌的時刻，都發生了破壞。
得到這樣的評價結果的理由可以解釋為以下這樣即，當側面高電阻層3的厚度不足1μm時，過薄而不能得到適當的電氣絕緣性能，因此，不能得到優良的過電壓保護能力。反之，當側面高電阻層3的厚度超過2mm時，過厚而使側面高電阻層3對燒結體1的粘接強度降低，因此，不能得到優良的過電壓保護能力。與此相對，如果側面高電阻層3的厚度在1μm～2mm的范圍內，能夠確保一定以上的電氣絕緣性能，因此，能得到優良的過電壓保護能力。
并且，對于上述試料，對于115℃溫度下的電壓非線性電阻體，把在室溫下的電壓非線性電阻體中流過1mA的電阻分流IR的交流電壓加電1000小時，測定加電開始之后的電阻漏電流(IR(0h))和加電1000小時后的電阻分流(IR(1000h))，通過IR(1000h)／IR(0h)來進行加電壽命特性的評價。以上的評價結果表示在圖4中。
如從圖4所看到的那樣，本發明所對應的試料即側面高電阻層3的厚度為1μm～2mm的范圍內的試料，IR(1000h)／IR(0h)的值都為1以下，與此相對，不是與第五實施例相對應的試料即側面高電阻層3的厚度為0．1μm、5mm的試料，都大大超過IR(1000h)／IR(0h)的值。
得到這樣的評價結果的理由可以解釋為以下這樣即，在通過使電極2形成至側面高電阻層3或者燒結體1與側面高電阻層3的界面附近，而最大限度地擴展電極2的形成面積的情況下，當側面高電阻層3的厚度不足1μm而過薄時，在長時間施加電壓的情況下，在側面高電阻層3的表面流過的漏電流增加了，不能得到穩定的加電壽命性能。
反之，當側面高電阻層3的厚度超過2mm而過厚時，側面高電阻層3對燒結體1的粘接強度降低，因此，當長時間施加電壓時，在側面高電阻層3與燒結體1的界面上流過的漏電流增加了不能得到穩定的加電壽命性能。
與此相對，即使在最大限度地擴展電極2的形成面積的情況下，如果側面高電阻層3的厚度為1μm～2mm的范圍內，在側面高電阻層3的表面與燒結體1的界面上流過的漏電流也不會增加。
因此，在側面高電阻層的厚度不足1μm或者超過2mm的電壓非線性電阻體中，不能得到穩定的加電壽命性能，僅在側面高電阻層的厚度在1μm～2mm范圍內的電壓非線性電阻體中，才能得到穩定的加電壽命性能。由側面高電阻層的厚度的選定所產生的效果如從以上評價結果所看到的那樣，根據本發明，通過使側面高電阻層3的厚度為1μm～2mm，能夠確保一定以上的耐壓和適當的粘接強度兩者，因此，能夠實現在通常的使用狀態下穩定的加電壽命，并且，能夠大幅度提高對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的過電壓保護能力。第四實施例第四實施例涉及權利要求4所述的發明，為了呈現下列情況下的作用效果在由上述第一和第二實施例所示的預定的側面高電阻層材料與端部間距離的選定的基礎上，進一步選定側面高電阻層對燒結體的沖擊粘接強度，而制作側面高電阻層的沖擊粘接強度不同的多種電壓非線性電阻體來作為試料，進行各試料的評價。
即，本實施例的電壓非線性電阻體，首先，形成為電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內的一定值。接著，把該構成作為前提，根據權利要求4所述的發明，為了呈現把側面高電阻層3的沖擊粘接強度選定為40mm的范圍時的作用效果，而制作側面高電阻層3的沖擊粘接強度不同的多種電壓非線性電阻體來作為試料，進行各試料的評價。沖擊粘接強度不同的試料的制作首先，為了呈現使通過重物落下試驗所測定的側面高電阻層3對燒結體1的沖擊粘接強度為40mm以上的構成的作用效果，制作側面高電阻層3對燒結體1的沖擊粘接強度不同的多種電壓非線性電阻體。
其中，側面高電阻層3通過在燒結體1的側面上涂敷以包含富鋁紅柱石(Al6Si2O13)的磷酸鋁類無機粘接劑為主要成分的側面高電阻層形成用粘接劑并進行燒結而形成。此時，該以包含富鋁紅柱石(Al6Si2O13)的磷酸鋁類無機粘接劑為成分的側面高電阻層形成用粘接劑，利用通過涂敷前的溫度和濕度的控制來進行固化的現象，來制作出側面高電阻層3對燒結體1的沖擊粘接強度分別為5，10、20、30、40、50、100、200mm的不同的共計8種電壓非線性電阻體。
在此情況下，沖擊粘接強度為這樣的值使形成側面高電阻層3的非線性電阻體從水平面傾斜45度，使100g的重物從一定的高度落下而沖撞到側面高電阻層3所形成的電壓非線性電阻體的角部上，測定在此情況下的側面高電阻層3從燒結體1上剝離時的重物落下高度。
而且，在任一種試料中，電極2使用以鋁為主要成分的材料，相等地形成，以使電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0mm。沖擊粘接強度不同的試料的評價對于按以上那樣制作的各試料，把2ms波長下具有預定能量的開關浪涌100J／cm3作為初始能量，以試料返回室溫的時間間隔來每次使施加能量增加50J／cm3地進行施加，通過各試料破壞的能量來進行各試料的過電壓保護能力的評價。其結果表示在圖5中。
如從圖3所看到的那樣，本發明所對應的試料即側面高電阻層3對燒結體1的在重物落下試驗中測定的沖擊粘接強度為40mm以上的試料，在施加具有不足800J／cm3的能量的開關浪涌的時刻，都沒有發生破壞，發生破壞的情況是在施加的能量至少為800J／cm3以上的情況下。與止相對，不是本發明的試料即側面高電阻層3對燒結體1的在重物落下試驗中測定的沖擊粘接強度不足40mm的試料，在施加具有400J／cm3以下的能量的開關浪涌的時刻，都發生了破壞。
得到這樣的評價結果的理由可以解釋為以下這樣，即，在通過使電極2形成至側面高電阻層3或者燒結體1與側面高電阻層3的界面附近，而最大限度地擴展電極2的形成面積的情況下，當側面高電阻層3的在重物落下試驗中測定的沖擊粘接強度不足40mm時，由于沖擊粘接強度過小，在施加開關浪涌時，在側面高電阻層3與燒結體1的界面上容易發生閃絡。
與此相對，即使在最大限度地擴展電極2的形成面積的情況下，如果側面高電阻層3的在重物落下試驗中測定的沖擊粘接強度為40mm以上，在施加開關浪涌時，在側面高電阻層3與燒結體1的界面上難于發生閃絡。
因此，在沖擊粘接強度不足40mm的電壓非線性電阻體中，不能得到優良的過電壓保護能力，僅在沖擊粘接強度為40mm以上的電壓非線性電阻體中，能得到優良的過電壓保護能力。
并且，對于上述試料，對于115℃溫度下的電壓非線性電阻體，把在室溫下的電壓非線性電阻體中流過1mA的電阻分流IR的交流電壓加電1000小時，測定加電開始之后的電阻漏電流(IR(0h))和加電1000小時后的電阻分流(IR(1000h))，通過IR(1000h)／IR(0h)來進行加電壽命特性的評價。以上的評價結果表示在圖6中。
如從圖6所看到的那樣，本發明所對應的試料即側面高電阻層3對燒結體1的在重物落下試驗中測定的沖擊粘接強度為40mm以上的試料，IR(1000h)／IR(0h)的值都為1以下。即，電阻分電流相對于初始值沒有較大的變化，是穩定的，能夠評價為實際的運行狀態中的可靠性較高。與此相對，不是本發明的試料即側面高電阻層3對燒結體1的在重物落下試驗中測定的沖擊粘接強度不足40mm的試料，IR(1000h)／IR(0h)的值都大大超過1。即，電阻分電流相對于初始值增加了，當按原樣繼續運行時，電阻分電流增加，最終會有熱爆發的危險性，能夠評價為實際的運行狀態中的危險性較高。
得到這樣的評價結果的理由可以解釋為以下這樣即，在通過使電極2形成至側面高電阻層3或者燒結體1與側面高電阻層3的界而附近，而最大限度地擴展電極2的形成面積的情況下，當側面高電阻層3的在重物落下試驗中測定的沖擊粘接強度不足40mm而較小時，隨著長時間施加電壓，在側面高電阻層3和燒結體1的界面上流過的漏電流增加了。
與此相對，即使在最大限度地擴展電極2的形成面積的情況下，如果側面高電阻層3的在重物落下試驗中測定的沖擊粘接強度為40mm以上，即使長時間施加電壓，在側面高電阻層3和燒結體1的界面上流過的漏電流也沒有增加。
因此，在沖擊粘接強度不足40mm的電壓非線性電阻體中，不能得到穩定的加電壽命性能，僅在沖擊粘接強度為40mm以上的電壓非線性電阻體中，才能得到穩定的加電壽命性能。第五實施例第五實施例涉及權利要求5和7所述的發明，為了呈現下列情況下的作用效果在由上述第一實施例所示的沖擊粘接強度與端部間距離的選定的基礎上，進一步選定電極材料和電極的形成方法，而制作電極材料和電極的形成方法不同的多種電壓非線性電阻體來作為試料，進行各試料的評價。
即，本實施例的電壓非線性電阻體，首先，形成預定的側面高電阻層3，并且使電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內的一定值。
接著，把該構成作為前提，為了呈現下列情況下的作用效果根據權利要求5所述的發明，把電極材料選定為從鋁、銅、鋅、鎳、金、銀、鈦或它們的合金中所選擇的材料；以及，根據權利要求7所述的發明，把電極的形成方法選定為從等離子熔射、電弧熔射、高速氣焰熔射、絲網印刷、蒸鍍、轉印、濺射中所選擇的方法，而制作電極材料和電極的形成方法不同的多種電壓非線性電阻體來作為試料，進行各試料的評價。電極材料和電極的形成方法不同的試料的制作首先，在任一種試料中，對于側面高電阻層3，形成以包含富鋁紅柱石(Al6Si2O13)的磷酸鋁類無機粘接劑為成分的側面高電阻層3。
并且，對于電極2，使用以鋁為主要成分的材料，形成為電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0mm，另一方面，通過使電極2的材料和形成方法變化，來制作電極材料和電極的形成方法不同的共計18種電壓非線性電阻體。
即，作為電極材料，分別形成以鋁、銅、鋅、鎳、金、銀、鈦、銅和鋅的合金、鎳和鋁的合金、銀和銅的合金、碳鋼、13Cr類不銹鋼為主要成分的不同的電極2，由此，來制作電極材料不同的12種電壓非線性電阻體。其中，對于以鋁為主要成分的電極的形成，通過等離子熔射、電弧熔射、高速氣焰熔射、絲網印刷、蒸鍍、轉印、濺射這樣的不同方法，來分別形成電極2，由此，來制作電極的形成方法不同的7種電壓非線性電阻體。電極材料和電極的形成方法不同的試料的評價對于按以上那樣制作的各試料，把2ms波長下具有預定能量的開關浪涌100J／cm3作為初始能量，以試料返回室溫的時間間隔來每次使施加能量增加50J／cm3地進行施加，通過各試料破壞的能量來進行各試料的過電壓保護能力的評價。其結果表示在下表3中。
表3電壓非線性電阻體的電機材料、電極形成方法和過電壓保護能力的關系 如從該表3所看到的那樣，使用本發明的電極材料的試料即電極材料為鋁、銅、鋅、鎳、金、銀、鈦、銅和鋅的合金、鎳和鋁的合金的試料，在施加具有不足800J／cm3的能量的開關浪涌的時刻，都沒有發生破壞，發生破壞的情況是在施加的能量至少為800J／cm3以上的情況下。
而且，在形成鋁的電極時，使用本發明的電極形成方法的試料，即作為電極形成方法通過等離子熔射、電弧熔射、高速氣焰熔射、絲網印刷、蒸鍍、轉印、濺射的方法形成的試料，在施加具有不足800J／cm3的能量的開關浪涌的時刻，都沒有發生破壞，發生破壞的情況是在施加的能量至少為800J／cm3以上的情況下。
與此相對，不是使用本發明的電極材料的試料即在電極材料中使用碳鋼、13Cr不銹鋼的試料，在施加具有400J／cm3以下的能量的開關浪涌的時刻，都發生了破壞。
得到這樣的評價結果的理由可以解釋為以下這樣即，在電極材料中使用碳鋼和13Cr不銹鋼而形成電極的電壓非線性電阻體，由于燒結體1與電極2的粘接力較低，結果，在電流施加時，電流沒有流過的區域變大，而產生溫差，由于熱應力而發生燒結體1的破壞現象。
與此相對，使用本發明的電極材料的電壓非線性電阻體，由于燒結體1與電極2的粘接力較高，在電流施加時，不會產生電流沒有流過的區域，或者即使產生也很小，因此，在非線性電阻體中不會產生溫差，能夠防止由熱應力所引起的燒結體1的破壞現象。
因此，在沒有使用本發明的電極材料的電壓非線性電阻體中，不能得到優良的過電壓保護能力，而僅在使用了本發明的電極材料的電壓非線性電阻體中，能夠得到優良的過電壓保護能力。由電極材料和電極的形成方法的選定所產生的效果如從以上評價結果所看到的那樣，根據本發明，作為電極材料，使用從鋁、銅、鋅、鎳、金、銀、鈦或它們的合金中所選擇的材料，通過從等離子熔射、電弧熔射、高速氣焰熔射、絲網印刷、蒸鍍、轉印、濺射中所選擇的方法，來形成電極，由此，能夠大幅度提高對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的過電壓保護能力。第六實施例第六實施例涉及權利要求6所述的發明，為了呈現下列情況下的作用效果在由上述第一實施例所示的側面高電阻層與端部間距離的選定的基礎上，進一步選定電極的平均厚度，而制作電極的平均厚度不同的多種電壓非線性電阻體來作為試料，進行各試料的評價。
即，本實施例的電壓非線性電阻體，首先，形成預定的側面高電阻層3，并且使電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內的一定值。接著，把該構成作為前提，根據權利要求6所述的發明，為了呈現把電極2的平均厚度選定為5μm～500μm的范圍時的作用效果，而制作電極2的平均厚度不同的多種電壓非線性電阻體來作為試料，進行各試料的評價。電極的平均厚度不同的試料的制作首先，在任一種試料中，對于側面高電阻層3，形成以包含富鋁紅柱石(A16Si2O13)的磷酸鋁類無機粘接劑為成分的側面高電阻層3。
并且，對于電極2，使用以鋁為主要成分的材料，形成為電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0mm，另一方面，通過使電極2的平均厚度變化，來制作電極2的平均厚度分別為1、5、10、100、300、500、700、1000μm的不同的共計8種電壓非線性電阻體。電極的平均厚度不同的試料的評價對于按以上那樣制作的各試料，把2ms波長下具有預定能量的開關浪涌100J／cm3作為初始能量，以試料返回室溫的時間間隔來每次使施加能量增加50J／cm3地進行施加，通過各試料破壞的能量來進行各試料的過電壓保護能力的評價。其結果表示在圖7中。
如從圖7所看到的那樣，本發明所對應的試料即電極2的平均厚度為5μm～500μm的試料，在施加具有不足800J／cm3的能量的開關浪涌的時刻，都沒有發生破壞，發生破壞的情況是在施加的能量至少為800J／cm3以上的情況下。與此相對，不是使用本發明的試料即電極2的平均厚度為1、700、1000μm的試料，在施加具有400J／cm3以下的能量的開關浪涌的時刻，都發生了破壞。
得到這樣的評價結果的理由可以解釋為以下這樣即，當電極2的平均厚度不足5μm時，過薄，由于電極2的熱容量過小，不能得到優良的過電壓保護能力。相反，當電極2的平均厚度超過500μm時，過厚，電極2對燒結體1的粘接強度降低，因此，不能得到優良的過電壓保護能力。與此相對，根據電極2的平均厚度在5μm～500μm的范圍內，能夠確保電極2的熱容量在一定以上，并且，能夠確保電極2對燒結體1的粘接強度在一定以上，因此，能夠得到優良的過電壓保護能力。由電極的平均厚度的選定所產生的效果如從以上評價結果所看到的那樣，根據本發明，通過使電極2的平均厚度在5μm～500μm的范圍內，能夠確保一定以上的熱容量和適當的粘接強度兩者，因此，能夠大幅度提高對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的過電壓保護能力。其他實施例而且，本發明并不僅限于上述各個實施例，在本發明的范圍內能夠實施其他的多種多樣的變形利。例如，燒結體的具體尺寸、材料和制造工序等并不僅限于上述實施例的說明種所記載的內容，可以自由地繼續變更。即，本發明在電極和側面高電阻層的形成條件和構成上具有特征，因此，在能夠實現這些特征的情況下，能夠使用各種燒結體。
如以上那樣，根據本發明，能夠提供電壓非線性電阻體及其制造方法，用預定的物質來形成側面高電阻層，并且，使電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內，由此，在通常的使用狀態下實現穩定的加電壽命，并且，大幅度提高對開關浪涌、雷擊和過電壓等的浪涌的保護能力。
權利要求
1.一種電壓非線性電阻體，包括以氧化鋅為主要成分的燒結體，設在該燒結體的側面上的側面高電阻層和設在上述燒結體的上下面上的一對電極，其特征在于，上述電極的端部與包含上述側面高電阻層的非線生電阻體端部的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0．01)mm的范圍內，并且上述側面高電阻層至少由以具有電氣絕緣性和耐熱性的無機高分子物質、非晶質無機高分子物質、玻璃化合物質、非晶質無機物質、結晶無機物質、有機高分子物質為主要成分的物質中的一個所形成。
2.根據權利要求1所述的電壓非線性電阻體中，其特征在于，上述非晶質無機高分子物質是作為無機高分子物質的磷酸鋁類無機粘接劑、非晶質二氧化硅、非晶質氧化鋁或者非晶質二氧化硅和有機硅酸鹽的復合物，上述玻璃化合物質是以鉛為主要成分的玻璃、以磷為主要成分的玻璃或以鉍為主要成分的玻璃，上述結晶無機物質是以Zn-Sb-O為構成成分的結晶無機物、以Zn-Si-O為構成成分的結晶無機物、以Zn-Sb-Fe-O為構成成分的結晶無機物、以Fe-Mn-Bi-Si-O為構成成分的結晶無機物、結晶二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、富鋁紅柱石(Al6Si2O13)、堇青石(Mg2Al4Si5O18)、氧化鈦(TiO2)或者氧化鋯(ZrO2)，上述有機高分子物質為環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、酚醛樹脂、密胺樹脂、氟樹脂或者硅樹脂，同時，上述側面高電阻層，是把以下任一種以上的材料進行組合而形成的從它們中所選擇的材料和這些材料中的至少兩種以上的材料的復合物作為主要成分的材料。
3.根據權利要求1或2任一項所述的電壓非線性電阻體，其特征在于，上述側面高電阻層的厚度在1μm～2mm的范圍內。
4.根據權利要求1至3任一項所述的電壓非線性電阻體，其特征在于，把上述側面高電阻層粘接到上述燒結體上，以使上述側面高電阻層對燒結體的沖擊粘接強度形成為40mm以上。
5.根據權利要求1至4任一項所述的電壓非線性電阻體，其特征在于，上述電極材料是從鋁、銅、鋅、鎳、金、銀、鈦或它們的合金中所選擇的材料。
6.根據權利要求1至5任一項所述的電壓非線性電阻體，其特征在于，上述電極的平均厚度在5μm～500μm的范圍內。
7.一種電壓非線性電阻體的制造方法，其是在以氧化鋅為主要成分的燒結體的側面上形成側面高電阻層，在上述燒結體的上下面上形成一對電極，由此來制造權利要求1～6任一項所述的電壓非線性電阻體，其特征在于，通過從等離子熔射、電弧熔射、高速氣焰熔射、絲網印刷、蒸鍍、轉印、濺射中所選擇的方法來形成所述電極。
全文摘要
電壓非線性電阻體包括:以氧化鋅為主要成分的燒結體1、設在該燒結體1的側面上的側面高電阻層3、設在燒結體1的上下表面上的一對電極2。形成選定為特定的材料的側面高電阻層3。形成為使電極端部4與包含側面高電阻層的非線性電阻體端部5的端部間距離為0～(側面高電阻層厚度+0.01)mm的范圍內。
文檔編號H01C7/12GK1290943SQ0013384
公開日2001年4月11日 申請日期2000年10月8日 優先權日1999年10月4日
發明者今井俊哉, 安藤秀康, 兩脅進 申請人:株式會社東芝