具有非歐姆特性的樹脂材料及其制造方法以及使用了該樹脂材料的非歐姆電阻器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種保護(hù)電氣設(shè)備遭受雷電或電路閉合等產(chǎn)生的沖擊電壓（surge voltage)沖擊的具備優(yōu)異的浪涌抗擾度的、具有非歐姆特性的樹脂材料及其制造方法以及 使用了該樹脂材料的非歐姆電阻器。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓敏變阻器（varistor)是一種具有伴隨電壓增大而電流急劇增大的非歐姆特性 的元件。壓敏電阻利用該種非歐姆特性以保護(hù)電路遭受沖擊電壓沖擊為目的而被使用。具 體來講，通過將壓敏電阻與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，在正常的電壓下，壓敏電阻相對接地保持絕 緣。而當(dāng)電路中產(chǎn)生沖擊電壓時(shí)，壓敏電壓能夠讓電流接地，而壓敏電阻兩端電壓不會(huì)上 升。因此能夠防止電路的電壓變成被保護(hù)設(shè)備的耐壓以上。
[0003] 作為壓敏變阻器的材料已知有現(xiàn)有的各種材料，作為其中一例可以舉出下述一種 材料：在作為主成分的ZnO(氧化鋅）中添加Bi、Sb、Co、Μη等金屬氧化物而進(jìn)行燒成的陶 瓷等。該材料是由作為主相的氧化鋅晶粒和以氧化鉍為主成分的晶界層構(gòu)成的多晶體。Ζη 和Sb構(gòu)成的尖晶石晶粒（spinel particle)具有在多晶體內(nèi)不規(guī)則散布的微結(jié)構(gòu)，Co、Mn 等過渡金屬氧化物則固溶于這些主相、晶界層以及尖晶石晶粒而存在。在該材料中，電流通 過氧化鋅晶粒與晶界層的界面而發(fā)現(xiàn)其非歐姆特性。然而，正因?yàn)樵摲N材料為陶瓷，其具有 成型的自由度低且因堅(jiān)硬易碎而使得耐沖擊性低的缺點(diǎn)。
[0004] 因此，人們研究通過對樹脂材料和壓敏電阻粉末進(jìn)行混煉，來制作成型自由度 高、耐沖擊性高且具有非歐姆特性的電阻器。在專利文獻(xiàn)1中記載有以環(huán)氧樹脂（epoxy resin)等聚合物為基質(zhì)（base)的絕緣基底以及含有被埋入于該基底中的粉末狀填充劑的 非歐姆電阻器。這里的填充劑使用下述一種材料：在將具有非歐姆特性的晶粒、即微壓敏 電阻粒子和導(dǎo)電晶?；旌系幕A(chǔ)上實(shí)施熱處理，由此使與微壓敏電阻粒子的表面接觸的導(dǎo) 電晶粒與該微壓敏電阻粒子結(jié)合后的材料。在專利文獻(xiàn)1中，使用由上述陶瓷構(gòu)成的近球 形的晶粒作為微壓敏電阻粒子。另外，使用比微壓敏電阻粒子尺寸小且導(dǎo)電性高（例如鎳 制）的晶粒、并且易于與微壓敏電阻粒子表面接觸的具有板狀、薄片狀、短纖維狀等縱橫比 (aspect ratio)高的形狀的晶粒作為導(dǎo)電晶粒。
[0005] 在該非歐姆電阻器中，作為形成電流路徑的方式，通過提高微壓敏電阻粒子的數(shù) 量，并使用粒徑不同的兩種微壓敏電阻粒子，使得粒徑較小一方的微壓敏電阻粒子進(jìn)入到 粒徑較大一方的微壓敏電阻粒徑的間隙中，由此來提高微壓敏電阻粒子的濃度。通過以這 種方式提高微壓敏電阻粒子的濃度，能夠增加微壓敏電阻彼此之間（經(jīng)由導(dǎo)電晶粒）的接 觸點(diǎn)的數(shù)量。其結(jié)果，形成電流路徑從而發(fā)揮非歐姆特性。
[0006] 由于該非歐姆電阻器含有以聚合物為基質(zhì)的基底，通過采用澆鑄法（casting method)在開關(guān)等電器設(shè)備零部件的表面上被覆該非歐姆電阻器、或在該表面上涂裝該非 歐姆電阻器，從而能夠?qū)⒃摿闩浼陨碜鳛閴好綦娮柽M(jìn)行使用。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利第4921623號公報(bào)
[0010] 非專利文獻(xiàn)
[0011] 非專利文獻(xiàn)1 :"導(dǎo)電復(fù)合材料的浸透現(xiàn)象的原理（第一講）"技術(shù)信息協(xié)會(huì)編，第 六頁。
[0012] 非專利文獻(xiàn)2 'percolation理論（浸透理論）'"online"，平成22年（2010年）8 月 8 日，[平成 25 年（2013 年）8 月 21 日檢索]網(wǎng)頁< URL ://d· hatena. ne. jp/miyubina makemono/20100808/1281142704 >

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的課題
[0014] 然而，使用專利文獻(xiàn)1中記載的非歐姆電阻器難以制造批量產(chǎn)品。這是因?yàn)槲?敏電阻粒子的比重比基底高，因此在制作時(shí)有可能使得微壓敏電阻粒子發(fā)生下沉而導(dǎo)致微 壓敏電阻粒子的濃度不均。因此，只要使用粘度高的基底降低沉降速度，對填充劑（微壓敏 電阻粒子及導(dǎo)電晶粒）進(jìn)行充分混煉使其分散，然后在短時(shí)間內(nèi)使其硬化，就能夠消除微 壓敏電阻粒子濃度不均的問題。但是，混煉過度會(huì)使得基底進(jìn)入到相鄰的微壓敏電阻粒子 之間，因此微壓敏電阻粒子之間的接觸電阻增大，導(dǎo)致相對大電流的耐沖擊性下降。而且， 若是將相對微壓敏電阻粒子的可濕性低的樹脂使用于基底，基底進(jìn)入到相鄰的微壓敏電阻 粒子之間的程度雖然得到減輕，但是由此在微壓敏電阻粒子的表面上形成不受基底覆蓋的 部分，導(dǎo)致無法獲得相對小電流良好的絕緣性。而且，不受基底覆蓋的部分形成空隙（氣 泡），從而構(gòu)成因放電而破壞絕緣的原因。
[0015] 另外，在專利文獻(xiàn)1中記載的非歐姆電阻器中，由于為了獲得電流路徑而提高了 微壓敏電阻粒子的濃度，因而固體成分的含量變高。因此，該非歐姆電阻器不僅難以應(yīng)用于 樹脂成型加工一般采用的注射成型法，而且耐沖擊性也下降。
[0016] 本發(fā)明要解決的課題是提供一種具有作為壓敏電阻的良好的特性且能夠?qū)嵤┳?射成型、成型自由度高且耐沖擊性高的、具有非歐姆特性的樹脂材料及其制造方法以及使 用了該樹脂材料的非歐姆電阻器。
[0017] 用于解決課題的方式
[0018] 用于解決上述課題而作出的本發(fā)明是一種伴隨電壓增加電流急劇增加的具有非 歐姆特性的樹脂材料，其特征在于具備：a.由第一樹脂材料構(gòu)成的絕緣基底；b.島狀導(dǎo)電 分散相，其與所述第一樹脂材料不相溶，并由導(dǎo)電的第二樹脂材料構(gòu)成，該第二樹脂材料相 對后述微壓敏電阻粒子的可濕性比相對所述第一樹脂材料的可濕性高，所述島狀導(dǎo)電分散 相在所述基底內(nèi)分散成島狀，該島狀導(dǎo)電分散相在整體樹脂材料中的體積率不足16% ;和， c.微壓敏電阻粒子，其為具有非歐姆特性的陶瓷制晶粒，在所述基底內(nèi)分散，該微壓敏電阻 粒子經(jīng)由所述島狀導(dǎo)電分散相彼此電接觸。
[0019] 這里，當(dāng)樹脂材料中的島狀導(dǎo)電分散相的體積率是16%以上時(shí)，理論上會(huì)產(chǎn)生浸 透，因而無法獲得作為壓敏電阻的特性。因此，在本發(fā)明中，島狀導(dǎo)電分散相的體積率設(shè)定 成不足16%。
[0020] 在對第一樹脂材料和第二樹脂材料進(jìn)行混煉時(shí)，由于第一樹脂材料和第二樹脂材 料互不相溶，在由第一樹脂材料構(gòu)成的"海"中形成由第二樹脂材料構(gòu)成的"島"。在本發(fā)明 中，將由第一樹脂材料構(gòu)成的"海"稱為"基底"，將由第二樹脂材料構(gòu)成的"島"稱為"島狀 導(dǎo)電分散相"。然后，在對該混煉物（共混聚合物）和微壓敏電阻粒子進(jìn)行混煉時(shí)，第二樹 脂材料相對微壓敏電阻粒子的可濕性比第一樹脂材料相對微壓敏電阻粒子的可濕性高，因 而能夠防止基底進(jìn)入到微壓敏電阻粒子和島狀導(dǎo)電分散相之間。因此，微壓敏電阻粒子之 間能夠經(jīng)由島狀導(dǎo)電分散相構(gòu)成電接觸，而不會(huì)被基底絕緣。所以，通過本發(fā)明的樹脂材料 能夠在相對大電流的耐沖擊性上具備優(yōu)異的特性。
[0021] 另外，只要滿足第二樹脂材料相對微壓敏電阻粒子的可濕性比第一樹脂材料相對 微壓敏電阻粒子的可濕性高這一條件，沒有必要將相對微壓敏電阻粒子的可濕性低的材料 用作第一樹脂材料，因而不會(huì)在微壓敏電阻粒子的表面上形成空隙（氣泡），能夠獲得微壓 敏電阻粒子表面良好的絕緣性的同時(shí)，能夠防止因放電而產(chǎn)生的絕緣破壞。
[0022] 使用該樹脂材料能夠獲得電子零配件、電氣設(shè)備的外殼、電路基板、電纜的護(hù)套 (sheath)及電線包覆等具有想要的形狀的非歐姆電阻器。這些物件的制作可以適當(dāng)?shù)夭捎?注射成型。
[0023] 為了微壓敏電阻粒子經(jīng)由島狀導(dǎo)電分散相彼此能夠?qū)崿F(xiàn)充分的電連接，需要控制 樹脂材料中的島狀導(dǎo)電分散相，其體積率理想的是1 %以上。
[0024] 理想的是使用熱塑性樹脂作為第一樹