JP2000208306A - 非直線抵抗体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な放電耐量特性と電流−電圧特性を示す
非直線抵抗体を提供する。 【解決手段】 このような非直線抵抗体を提供するた
め、酸化亜鉛を主成分として焼成し、良好な電流−電圧
特性と安定性のあるＢｉ_２Ｏ_３結晶α相を加える素体、
この素体の一方向の側面に電極を設け、電極配置面と異
なる側面に所定値以上の耐電圧特性と放電耐量特性を有
する高抵抗層を備える。この高抵抗層の構造は無機高分
子構造を有するセラミックコ−ティング膜からなる内層
とＰｂＯ−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−
ＡＩ_２Ｏ_３系ガラスと長石の混合物からなる外層です。
前記の構造と特定の焼付け手段により、優れた非直線抵
抗体を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、避雷器などに使用
される非直線抵抗体において、特に素体機能およびそれ
らに用いられる高抵抗層を改良した非直線抵抗体に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】異常電圧から電力系統を保護する電気回
路においては、非直線抵抗体が使用されている。この非
直線抵抗体は一般にバリスタと呼ばれ、正常な電圧では
絶縁性を示し、異常電圧が発生した時には低抵抗性を示
すという特性（非直線性）を有しており、主として、避
雷器に用いられている。

【０００３】従来の非直線抵抗体は、各種特性を有する
素体と絶縁の目的で前記素体の側面を覆う高抵抗層と、
この高抵抗層とは異なる側面に設けられた電極とから構
成されている。

【０００４】この場合、前記素体としては一般に、Ｚｎ
Ｏ素子が用いられる。ここで、ＺｎＯ素子とは、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）等
の酸化物等からなる副成分と水及び有機バインダ−とを
加えて十分混合し、スプレ−ドライヤ−等で造粒、成形
して焼結した焼結体である。

【０００５】一方、非直線抵抗体の側面を覆う高抵抗層
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−とともに混合し、これを前記焼結
体の側面に塗布して、１３００〜１５００Ｋで焼成す
る。更に、その表面に上層としてガラスフリット等を塗
布した後、約８００Ｋの温度で焼付処理していた。

【０００６】高抵抗層の他の例としては特開平２−７４
０１号公報に開示されているように、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体の側
面に塗布した後、５２０Ｋで脱水縮合して、加水分解
し、さらに重縮合あるいは熱分解して、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、サ
−ジが原因で発生する抵抗体の電極間の閃絡（沿面閃
絡）を防止できる。

【０００７】ところで、近年の電力系統においては、送
電コストを低減するため、大容量化及び高電圧化が進
み、これらに使用される避雷器にあっては極めて大きな
サ−ジ吸収能力が要求される。従って、避雷針のサ−ジ
吸収能力を高めるためには非直線抵抗体の使用枚数を増
やせば良い。しかし、このような避雷器では製造コスト
が高くなるため、得策ではない。従って、これらの避雷
器に使用する非直線抵抗体へのサ−ジ吸収能力向上の要
求は益々厳しくなってきており、従来の非直線性抵抗体
の特性ではこれらの厳しい要求に対処することが難しく
なってきている。

【０００８】

【発明が解決しょうとする課題】これらの要求に対処し
得る非直線性抵抗体として、酸化亜鉛を主成分とし、酸
化ビスマス等を含有する焼結体の側面に、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−
とともに混合したものを塗布した後、１３００〜１５０
０Ｋで焼成し、その表面に上層としてガラスフリット等
を塗布して、約８００Ｋの温度で焼付処理するようにし
たものがある。しかし、このような非直線性抵抗体で
は、素体を形成する適性な焼成温度と、高抵抗層を形成
するための適正な焼成温度が一致しないことが多いた
め、非直線抵抗体における電気特性にばらつきが生じ
て、素体の機能性としての非直線特性が低下したり、放
電耐量が悪化したりするという問題があった。

【０００９】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にして放電耐量特性を高めた非直線
抵抗体とした場合でも、機能性素体に印加されるサ−ジ
印加量が過大になると、発熱に伴う機能性素体の急激な
熱膨張に耐えきれずに、沿面閃絡や亀裂、破壊を起こす
という問題や、耐湿度特性が劣るという欠点を有してい
た。

【００１０】本発明は、上記のような問題に鑑みてなさ
れたものであり、優れた非直線特性を示し、良好で安定
した放電耐量特性を備え、かつ、耐湿度特性を改善した
非直線抵抗体を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、非直線特性を有する焼結体からなる素体と、この素
体の一方向の側面に設けられた電極と、前記素体の電極
配置面と異なる側面に設けられた所定値以上の耐電圧特
性を有する高抵抗層とを備えたものである。

【００１２】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の非直線抵抗体において、素体は酸化亜鉛を
主成分としてＢｉ_２Ｏ_３の結晶相がα相（斜方晶）とし
たものである。

【００１３】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の非直線抵抗体において、高抵抗層は７５０
Ｋ以下の温度で焼付処理されたものである。

【００１４】請求項４に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の非直線抵抗体において、高抵抗層はＰｂＯ
−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＡＩ_２Ｏ
_３系ガラスからなるものである。

【００１５】請求項５に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の非直線抵抗体において、高抵抗層は無機高
分子構造をゆうするセラミックコ−テイング膜からなる
内層と、この内層の表面に設けられたＰｂＯ−ＴｉＯ_２
−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＡＩ_２Ｏ_３系ガラス
からなる外層とにより構成されたものである。

【００１６】請求項６に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の非直線抵抗体において、高抵抗層はＰｂＯ
−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＡＩ_２Ｏ
_３系ガラスと長石との混合物からなるものである。

【００１７】請求項７に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の非直線抵抗体において、高抵抗層は無機高
分子構造を有するセラミックコ−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ＰｂＯ−ＴｉＯ_２−
Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ_２Ｏ _３−ＡＩ_２Ｏ_３系ガラスと
長石との混合物からなる外層とで構成されたものであ
る。

【００１８】請求項８に対応する発明は、請求項６又は
請求項７に対応する発明の非直線抵抗体において、Ｐｂ
Ｏ−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＡＩ_２
Ｏ_３系ガラスと長石との混合物は、長石の量が１０〜３
０重量％としたものである。

【００１９】請求項９に対応する発明は、請求項５又は
請求項７に対応する発明の非直線抵抗体において、無機
高分子構造を有するセラミックコ−ティング膜の主成分
がＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＡＩ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３
の一種、もしくは二種を組合せたものである。

【００２０】上記請求項１乃至９に対応する発明によれ
ば、優れた非直線特性、良好で安定した放電耐量特性及
び改善された耐湿度特性を備えた非直線抵抗体を提供す
ることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００２２】図１は本発明による非直線抵抗体の第１の
実施の形態を示す構成図である。図１において、素体１
は、酸化亜鉛を主成分とする例えば円板状の焼結体であ
り、電圧非直線性を有する機能性素体である。素体の上
下の端面には、電極2が設けられている。また、前記素
体１の周面には、絶縁部材としての高抵抗層３が形成さ
れている。

【００２３】上記非直線抵抗体の素体１は、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）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ものである。ここで、各種の副成
分としては、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、酸化マンガ
ン（ＭｇＯ）をそれぞれ０．５〜２．０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０．６〜
２．５モル％から成る。これらの原料を水や分散剤等の
有機バインダ−類とともに混合装置に入れ混合する。

【００２４】次に、上記混合物をスプレ−ドライヤ−
で、例えば粒径が１００ミクロンになるように噴霧造粒
する。これらの造粒粉を金形に入れて加圧し、直径１２
５ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板に成形する。

【００２５】次に、添加した有機バインダ−類を除くた
め空気中で８００Ｋを上限として焼成し、さらに、空気
中で１５００Ｋを上限として焼成することにより素体１
が形成される。

【００２６】一方、絶縁部材として設けられる高抵抗層
３は、前記素体１の周面に詳細を後述する所定の材料を
スプレ−ガン等で塗布した後、７５０Ｋ以下の温度で焼
付処理することにより形成される。この場合、燒結温度
を７５０Ｋ以下としているのは、素体１の成形時に、副
成分として混合されるＢｉ_２Ｏ_３の結晶相をα相（斜方
晶）にして、良好な電流―電圧特性を得るためである。
この温度を超えると、不安定相であるγ相が主相にな
り、電流―電圧特性が悪化する。上記高抵抗層３はＰｂ
Ｏ−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＡＩ_２
Ｏ_３系ガラスと１８％の長石との混合物からなる一層構
成となっている。

【００２７】また、素体1の両端面を研磨した後、アル
ミニウムを溶射して、電極２を形成することにより、非
直線抵抗体が構成される。

【００２８】このような構成の非直線抵抗体によれば、
次のような作用により、優れた特性を得ることができ
る。図2は本実施の形態の非直線抵抗体の電流−電圧特
性４と従来の非直線抵抗体の電流−電圧特性５を示すも
のである。この特性図からも明かなように、本実施の形
態の素体１に含まれているＢｉ_２Ｏ_３の結晶相がα相で
ある非直線抵抗体の方が８００Ｋで焼付処理した従来の
非直線抵抗体に比べて優れていることが判る。

【００２９】また、上記第１の実施の形態では、良好な
放電耐量特性を示すガラスに長石を加えて、高抵抗層を
形成するようにしているので、ガラス層の厚さを増すこ
とができる。このガラス層の厚みの制御が放電耐量特性
に重要な意味を持つ。すなわちガラス層が薄すぎると閃
絡し易く、又、厚すぎると素体との少しの熱膨張係数差
により、剥離を生じて良好な放電耐量特性を示さなくな
る。

【００３０】図３は第１の実施の形態の非直線抵抗体と
従来の無機高分子材料を焼付けした非直線抵抗体との放
電耐量試験の実施による特性を示している。図３におい
て、縦軸は度数、横軸は非直線抵抗体が耐えたエネルギ
の値をそれぞれ表している。本実験では完成した非直線
抵抗体に２．５ｍｓの矩形波電流を２０回印加して、放
電耐量の測定を行った。この特性図からも明かなよう
に、第１の実施の形態の非直線抵抗体の放電耐量特性４
は従来の非直線抵抗体の放電耐量特性５より優れている
ことが判る。

【００３１】なお、第１の実施の形態では上記ガラスに
長石を混合して、高抵抗層を形成したが、ガラスのみで
高抵抗層を形成してもよい。図４は高抵抗層としてガラ
スのみの非直線抵抗体と従来の無機高分子材料を焼付け
した非直線抵抗体との放電耐量特性の関係を示す。図４
において、縦軸は度数、横軸は非直線抵抗体が耐えたエ
ネルギの値をそれぞれ表している。本実験では完成した
非直線抵抗体に２．５ｍｓの矩形波電流を２０回印加し
て、放電耐量の測定を行った。この特性図からも明かな
ように、ガラスのみの高抵抗層を形成した非直線抵抗体
の放電耐量特性は従来例と比べて優れていることが判
る。

【００３２】図５は本発明による非直線抵抗体の第２の
実施の形態を示す構成図で、図１に示す第１の実施の形
態と同一部分には、同一符号を付して、その説明を省略
し、ここでは異なる部分について述べる。

【００３３】第２の実施の形態では、高抵抗層３を内層
部分３ａと外層部分３ｂの二層から形成するものであ
る。内層部分３ａは無機高分子構造のセラミックコーテ
ィング膜により形成されている。今回の非直線抵抗体は
塩基性気味の環境の中に使われるので、無機高分子構造
のセラミックコーティング膜は塩基性環境下において、
耐久性を有する例えばＭｇＯが使用されている。また、
外層部分３ｂはＰｂＯ−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−
Ｂｉ_２Ｏ_３−ＡＩ_２Ｏ_３系ガラスと１８％の長石との混
合物からなる。

【００３４】また、素体1の両端面を研磨した後、アル
ミニウムを溶射して、電極２を形成することにより、非
直線抵抗体が構成される。

【００３５】上記無機高分子構造のセラミックコーティ
ング膜としてはＭｇＯを使用したが、これに代えて、Ｓ
ｉＯ_２，ＡＩ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３の一種、もし
くはＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＡＩ_２Ｏ_３，ＺｒＯ_２，Ｙ_２Ｏ
_３の二種を組合せたものを使用してもよい。

【００３６】一般的に、材料の浸食には化学的な腐食と
物理的腐食があり、材料は使用される環境によって様様
な形で浸食を受ける。上述した非直線抵抗体も何らかの
形で浸食を受けることは避けられない。上記ＳｉＯ_２，
ＭｇＯ，ＡＩ_２Ｏ_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、セラミック材料は
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。

【００３７】このような構成の非直線抵抗体によれば、
次のような作用により優れた特性を得ることができる。

【００３８】図６は無機高分子構造を有するセラミック
コ−ティング材料からなる内層３ａと、ガラスに長石を
１８％混合した混合物からなる外層３ｂにより高抵抗層
を形成した非直線抵抗体と従来の非直線抵抗体との放電
耐量の試験を実施した特性の関係を示すものである。第
６図において、縦軸は度数、横軸は非直線抵抗体が耐え
たエネルギの値をそれぞれ表している。本実験では完成
した非直線抵抗体に２．５ｍｓの矩形波電流を２０回印
加して、放電耐量の測定を行った。この特性図からも明
かなように、第２の実施の形態の非直線抵抗体の放電耐
量特性４は従来の非直線抵抗体の放電耐量特性５より優
れていることが判る。。

【００３９】また、図７はガラスと長石の混合比と放電
耐量特性との関係を示すものである。試験は非直線抵抗
体に２．５ｍｓの矩形波電流を１０回印加して全数耐え
たエネルギ値で示している。図７からも明かなように、
長石の量が１０〜３０重量％の範囲で良好であることが
分かる。

【００４０】なお、第２の実施の形態では高抵抗層３の
外層部分３ｂをガラスと長石との混合物により形成した
が、ガラスのみで外層部分３ｂを形成してもよい。

【００４１】図８は無機高分子構造を有するセラミック
コ−ティング材料を内層にし、ガラスを外層したものと
従来例のものとの放電耐量特性の関係を示す。この特性
図からも明かなように、ガラスのみを外層部分とした場
合の放電耐量特性は従来例より優れているが、上記ガラ
スと長石とを混合した場合の方は放電耐量特性の改善効
果が大きい。

【００４２】また上記第１の実施の形態及び第２の実施
の形態の両方ともガラス層を使用しているのは次のよう
な理由によるものである。即ち、無機高分子構造を有す
るセラミックコ−ティング膜単体の層だけでは良好な放
電耐量特性が得られるが、その組織に（ポア）空孔が存
在することが避けられず、その結果として、耐湿特性が
悪く実用的ではないという無機高分子構造の欠点があ
る。これに対して、上記各実施の形態においては、ポア
のない、しかもそれ自体良好な放電耐量特性を示す低融
点のガラス層を用いることにより、放電耐量特性が強化
され、かつ、耐湿特性の良好な非直線抵抗体が得られ
る。

【００４３】図９は上記ガラス層の耐湿特性を確認する
ために、室温で相対湿度９５％の試験容器に素体を放置
し、１／１００００Ａの電流を流した時の端子電圧を測
定し初期値に対する変化率をプロットしたものである。
図９に示す結果から明らかなように、本発明のガラス付
与非直線抵抗体の耐湿特性４は従来のものより、格段に
改善されていることが判る。

【００４４】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものでは無く、適宜大要を変えて幅広く適用できるも
のである。本実施の形態においては、非直線抵抗体の添
加物として酸化物原料を用いたが、これに限定されるこ
となく焼成に別酸化物になるものであれば良い。さら
に、前記実施の形態で示した以外の添加物を添加しても
良い。例えば、非直線特性を向上させる目的で他の成分
を加えても良い。

【００４５】さらに、本発明による非直線抵抗体は小容
量であっても前述同様の効果を得ることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、、優
れた放電耐量特性、非直線特性、耐湿特性を有する、信
頼性の高い非直線抵抗体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の実施の形態を示す非直線抵抗体
の断面図。

【図２】本発明の実施の形態と従来例の電圧−電流特性
の関係を図。

【図３】本発明の第１実施の形態と従来例の放電耐量特
性の関係を表す図。

【図４】本発明の請求項４に対応するものと従来例の放
電耐量特性の関係を表す図。

【図５】本発明の第２の実施の形態を示す非直線抵抗体
の断面図。

【図６】本発明の第２の実施の形態と従来例の放電耐量
特性の関係を表す図。

【図７】本発明の請求項８におけるガラスと長石の混合
比と放電耐量特性との関係を表す図。

【図８】本発明の請求項５に対応するものと従来例の放
電耐量特性の関係を表す図。

【図９】本発明のガラス付与非直線抵抗体と従来例非直
線抵抗体の耐湿特性の関係を表す図。

【符号の説明】

１…素子 ２…電極 ３…高抵抗層（絶縁部材） ３ａ…高抵抗層の内層 ３ｂ…高抵抗層の外層 ４…本発明例の特性 ５…従来例の特性

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非直線特性を有する焼結体からなる素体
   と、この素体に設けられた電極と、前記素体の電極配置
   面と異なる面に設けられた所定値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非直線抵抗
   体。
2. 【請求項２】 請求項１記載の非直線抵抗体において、
   素体はＺｎＯを主成分とし、Ｂｉ_２Ｏ_３を副成分の一種
   として、Ｂｉ_２Ｏ_３の結晶相がα相（斜方晶）であるこ
   とを特徴とする非直線抵抗体。
3. 【請求項３】 請求項１記載の非直線抵抗体において、
   高抵抗層は７５０Ｋ以下の温度で焼付処理されたことを
   特徴とする非直線抵抗体。
4. 【請求項４】 請求項１記載の非直線抵抗体において、
   高抵抗層はＰｂＯ−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ
   _２Ｏ_３−ＡＩ_２Ｏ_３系ガラスからなることを特徴とする
   非直線抵抗体。
5. 【請求項５】 請求項１記載の非直線抵抗体において、
   高抵抗層は無機高分子構造を有するセラミックコ−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Ｐ
   ｂＯ−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＡＩ
   _２Ｏ_３系ガラスからなる外層とにより構成されているこ
   とを特徴とする非直線抵抗体。
6. 【請求項６】 請求項１記載の非直線抵抗体において、
   高抵抗層はＰｂＯ−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ
   _２Ｏ_３−ＡＩ_２Ｏ_３系ガラスと長石との混合物からなる
   ことを特徴とする非直線抵抗体。
7. 【請求項７】 請求項１記載の非直線抵抗体において、
   高抵抗層は無機高分子構造を有するセラミックコ−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Ｐ
   ｂＯ−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＡＩ
   _２Ｏ_３系ガラスと長石との混合物からなる外層とで構成
   されていることを特徴とする非直線抵抗体。
8. 【請求項８】 請求項６又は請求項７記載の非直線抵抗
   体において、ＰｂＯ−ＴｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂ
   ｉ_２Ｏ_３−ＡＩ_２Ｏ_３系ガラスと長石との混合物は長石
   の量が１０〜３０重量％としたことを特徴とする非直線
   抵抗体。
9. 【請求項９】 請求項５又は請求項７記載の非直線抵抗
   体において、無機高分子構造を有するセラミックコ−テ
   ィング膜の主成分はＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＡＩ _２Ｏ_３，Ｚ
   ｒＯ_２，Ｙ_２Ｏ_３の一種、もしくは二種を組合せたもの
   であることを特徴とする非直線抵抗体。