JP2001287985A - 酸化亜鉛素子 - Google Patents
酸化亜鉛素子Info
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- JP2001287985A JP2001287985A JP2000100153A JP2000100153A JP2001287985A JP 2001287985 A JP2001287985 A JP 2001287985A JP 2000100153 A JP2000100153 A JP 2000100153A JP 2000100153 A JP2000100153 A JP 2000100153A JP 2001287985 A JP2001287985 A JP 2001287985A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 酸化亜鉛素子内の空孔によって、素子内に流
れる電流の電流集中が生じ、そのために放電耐量性能が
低下するという問題がある。本発明はこの問題を解決す
ることを目的とする。 【解決手段】 酸化亜鉛を主成分とする素子において、
所定の粒径範囲の大きい造粒粉と、この大きい造粒粉の
粒径範囲の最小値よりも２５μｍ以上粒径が小さな小さ
い造粒粉とを混合して作製するもので、素子内部の大き
な粒径の酸化亜鉛粒子４同士の間に小さな粒径の酸化亜
鉛粒子４を混在させ、空孔５の直径を５μｍ以下にす
る。
れる電流の電流集中が生じ、そのために放電耐量性能が
低下するという問題がある。本発明はこの問題を解決す
ることを目的とする。 【解決手段】 酸化亜鉛を主成分とする素子において、
所定の粒径範囲の大きい造粒粉と、この大きい造粒粉の
粒径範囲の最小値よりも２５μｍ以上粒径が小さな小さ
い造粒粉とを混合して作製するもので、素子内部の大き
な粒径の酸化亜鉛粒子４同士の間に小さな粒径の酸化亜
鉛粒子４を混在させ、空孔５の直径を５μｍ以下にす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、酸化亜鉛を主成
分とする焼結体からなり、例えば避雷器、サージアブソ
ーバなどに好適に使用し得る非直線抵抗特性を有する酸
化亜鉛素子に関するものである。
分とする焼結体からなり、例えば避雷器、サージアブソ
ーバなどに好適に使用し得る非直線抵抗特性を有する酸
化亜鉛素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来の酸化亜鉛素子の構造を示
す斜視図である。図において、１は酸化亜鉛素子、２は
金属アルミニウムを溶射するなどによって形成した電
極、３は素子の側面に形成した側面高抵抗層である。酸
化亜鉛素子１は、主成分の酸化亜鉛微粉末、酸化ビスマ
ス等の金属酸化物の微粉末を原料とし、この原料に水お
よび分散剤等の有機バインダを加えて混合し、この混合
物をスプレードライヤで噴霧造粒するなどの方法で造粒
粉を形成し、この造粒粉を成形した後、焼結して製造す
る。通常、造粒粉には、直径が１５０μｍ以下のものを
用いる。
す斜視図である。図において、１は酸化亜鉛素子、２は
金属アルミニウムを溶射するなどによって形成した電
極、３は素子の側面に形成した側面高抵抗層である。酸
化亜鉛素子１は、主成分の酸化亜鉛微粉末、酸化ビスマ
ス等の金属酸化物の微粉末を原料とし、この原料に水お
よび分散剤等の有機バインダを加えて混合し、この混合
物をスプレードライヤで噴霧造粒するなどの方法で造粒
粉を形成し、この造粒粉を成形した後、焼結して製造す
る。通常、造粒粉には、直径が１５０μｍ以下のものを
用いる。
【０００３】このような従来の酸化亜鉛素子１は、素子
内部に直径が５μｍを越える空孔ができ、特に直径１０
μｍ程度の大きさの空孔が多くできる。図２は、従来の
酸化亜鉛素子における素子の微細構造を模式的に示す結
晶組織図であり、図において、４は酸化亜鉛粒子、５は
空孔、６は電流の流れ、７は電流の集中である。図３に
示したように、素子に大電流が流れた場合、素子内部に
大きな空孔５があると空孔５を避けて電流が流れるため
に、電流の集中７が起こり、電流の集中７部分の温度が
上昇する。このように局所的に温度上昇した個所が多数
発生すると、それらを通って電流の流れ易い道ができ、
その結果、その道を通って大電流が流れ、閃絡に至ると
いう欠点があった。
内部に直径が５μｍを越える空孔ができ、特に直径１０
μｍ程度の大きさの空孔が多くできる。図２は、従来の
酸化亜鉛素子における素子の微細構造を模式的に示す結
晶組織図であり、図において、４は酸化亜鉛粒子、５は
空孔、６は電流の流れ、７は電流の集中である。図３に
示したように、素子に大電流が流れた場合、素子内部に
大きな空孔５があると空孔５を避けて電流が流れるため
に、電流の集中７が起こり、電流の集中７部分の温度が
上昇する。このように局所的に温度上昇した個所が多数
発生すると、それらを通って電流の流れ易い道ができ、
その結果、その道を通って大電流が流れ、閃絡に至ると
いう欠点があった。
【０００４】この欠点を解消し放電耐量性能を向上させ
るために、特開平３−１７４７０２号公報には、造粒工
程の後で一定の粒径以下の造粒粉と一定の粒径を越える
造粒粉に分別し、一定の粒径を越えた造粒粉について粉
砕して一定の粒径以下の造粒粉と混合する方法が記載さ
れている。
るために、特開平３−１７４７０２号公報には、造粒工
程の後で一定の粒径以下の造粒粉と一定の粒径を越える
造粒粉に分別し、一定の粒径を越えた造粒粉について粉
砕して一定の粒径以下の造粒粉と混合する方法が記載さ
れている。
【０００５】また、特開平５−３１０５号公報には、平
均粒径が３０〜１２０μｍの造粒粉で、１５０μｍ以上
の造粒粉の割合が５％以下とし、かつ造粒粉の嵩密度の
値が１．１０ｇ／ｃｍ3以上になるようする方法が記載
されている。
均粒径が３０〜１２０μｍの造粒粉で、１５０μｍ以上
の造粒粉の割合が５％以下とし、かつ造粒粉の嵩密度の
値が１．１０ｇ／ｃｍ3以上になるようする方法が記載
されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、素子内
部に大きな空孔が存在すると、電流集中のために局所的
な温度上昇部が多数発生し、大電流が流れた場合、局所
的な温度上昇部が起因して破壊に至るという問題があっ
た。
部に大きな空孔が存在すると、電流集中のために局所的
な温度上昇部が多数発生し、大電流が流れた場合、局所
的な温度上昇部が起因して破壊に至るという問題があっ
た。
【０００７】この問題を解決するために、上記各公報の
ように造粒粉の粒径を一定の粒径以下に調整する、ある
いは造粒粉の平均粒径を一定の範囲とし、大きな粒径の
造粒粉の割合を一定量以下にするという方法を採用して
も、なお十分な放電耐量性能が得られなかった。
ように造粒粉の粒径を一定の粒径以下に調整する、ある
いは造粒粉の平均粒径を一定の範囲とし、大きな粒径の
造粒粉の割合を一定量以下にするという方法を採用して
も、なお十分な放電耐量性能が得られなかった。
【０００８】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたもので、素子内部の電流集中を緩和し、放電
耐量性能を向上した酸化亜鉛素子を提供するものであ
る。
になされたもので、素子内部の電流集中を緩和し、放電
耐量性能を向上した酸化亜鉛素子を提供するものであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の酸化
亜鉛素子は、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子にお
いて、所定の粒径範囲の大きい造粒粉と、この大きい造
粒粉の粒径範囲の最小値よりも２５μｍ以上粒径が小さ
な小さい造粒粉とを混合して作製したものである。
亜鉛素子は、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子にお
いて、所定の粒径範囲の大きい造粒粉と、この大きい造
粒粉の粒径範囲の最小値よりも２５μｍ以上粒径が小さ
な小さい造粒粉とを混合して作製したものである。
【００１０】本発明に係る第２の酸化亜鉛素子は、上記
第１の酸化亜鉛素子において、小さな粒径の造粒粉の割
合が重量比で全体の５％以上、９５％以下を占めるもの
である。
第１の酸化亜鉛素子において、小さな粒径の造粒粉の割
合が重量比で全体の５％以上、９５％以下を占めるもの
である。
【００１１】本発明に係る第３の酸化亜鉛素子は、酸化
亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子において、大きな粒径
の酸化亜鉛結晶粒子同士の間に小さな粒径の酸化亜鉛結
晶粒子が混在するものである。
亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子において、大きな粒径
の酸化亜鉛結晶粒子同士の間に小さな粒径の酸化亜鉛結
晶粒子が混在するものである。
【００１２】本発明に係る第４の酸化亜鉛素子は、酸化
亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子において、この素子中
に存在する空孔の直径が５μｍ以下であるものである。
亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子において、この素子中
に存在する空孔の直径が５μｍ以下であるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の酸化亜鉛素子の製造方法
は、用いる造粒粉に特徴を有し、それ以外は酸化亜鉛
（ＺｎＯ）を主成分とする電圧非直線抵抗体の一般的な
製造方法による。即ち、平均粒径０．５μｍのＺｎＯを
９０〜９７ｍｏｌ％とする。添加物としては、酸化ビス
マス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）、酸化
コバルト（Ｃｏ3Ｏ4）、酸化マンガン（Ｍｎ3Ｏ4）、酸
化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）などから
選び、合計３〜１０ｍｏｌ％とする。これら添加物原料
の粒径は微細なものがよく、１０μｍ以下が望ましい。
これら添加物とＺｎＯの所定量の混合体に、水とバイン
ダ用ポリビニルアルコールを少量加えてよく混合しスラ
リーを作り、次にスプレードライヤで造粒する。このよ
うにして作製された造粒粉の粒径は１５０μｍ以下であ
る。
は、用いる造粒粉に特徴を有し、それ以外は酸化亜鉛
（ＺｎＯ）を主成分とする電圧非直線抵抗体の一般的な
製造方法による。即ち、平均粒径０．５μｍのＺｎＯを
９０〜９７ｍｏｌ％とする。添加物としては、酸化ビス
マス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）、酸化
コバルト（Ｃｏ3Ｏ4）、酸化マンガン（Ｍｎ3Ｏ4）、酸
化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）などから
選び、合計３〜１０ｍｏｌ％とする。これら添加物原料
の粒径は微細なものがよく、１０μｍ以下が望ましい。
これら添加物とＺｎＯの所定量の混合体に、水とバイン
ダ用ポリビニルアルコールを少量加えてよく混合しスラ
リーを作り、次にスプレードライヤで造粒する。このよ
うにして作製された造粒粉の粒径は１５０μｍ以下であ
る。
【００１４】作製された造粒粉を所定の粒径の粉末毎に
篩い分けする。篩い分けした造粒粉を２種類組み合わせ
てよく混ぜ合わせた後、その粉末を成形する。直径の大
きい造粒粉同士の間にできる隙間を直径の小さな造粒粉
が埋めることで、緻密な成形体ができる。造粒粉を所定
の形に成形した後、焼成する。焼成工程の中には、バイ
ンダを分解除去するするために４００〜９５０℃で処理
する工程、Ｂｉ、ＳｂおよびＳｉの酸化物からなる側面
高抵抗層を塗布する処理、側面高抵抗層を塗布した成形
体を例えば１２００℃の高温度で焼成し、焼き固める処
理が含まれる。焼成後、所定の厚さに研磨し洗浄した
後、アルミニウムなどの金属を用いたメタリコンによっ
て電極付けをして酸化亜鉛素子ができあがる。
篩い分けする。篩い分けした造粒粉を２種類組み合わせ
てよく混ぜ合わせた後、その粉末を成形する。直径の大
きい造粒粉同士の間にできる隙間を直径の小さな造粒粉
が埋めることで、緻密な成形体ができる。造粒粉を所定
の形に成形した後、焼成する。焼成工程の中には、バイ
ンダを分解除去するするために４００〜９５０℃で処理
する工程、Ｂｉ、ＳｂおよびＳｉの酸化物からなる側面
高抵抗層を塗布する処理、側面高抵抗層を塗布した成形
体を例えば１２００℃の高温度で焼成し、焼き固める処
理が含まれる。焼成後、所定の厚さに研磨し洗浄した
後、アルミニウムなどの金属を用いたメタリコンによっ
て電極付けをして酸化亜鉛素子ができあがる。
【００１５】造粒粉の篩い分けと２種類の造粒粉の組合
せは、以下のように行う。所定の粒径範囲に篩い分け
し、大きい造粒粉の粒径範囲に対して組み合わせる小さ
い造粒粉は、大きい造粒粉の粒径範囲の最小値よりも２
５μｍ以上粒径が小さな造粒粉を用いる。例えば、１５
０〜１２５μｍ、１２５〜１００μｍ、１００μｍ以下
のように篩い分け、１５０〜１２５μｍの造粒粉と、１
００μｍ以下の造粒粉とを組み合わせて混合する。
せは、以下のように行う。所定の粒径範囲に篩い分け
し、大きい造粒粉の粒径範囲に対して組み合わせる小さ
い造粒粉は、大きい造粒粉の粒径範囲の最小値よりも２
５μｍ以上粒径が小さな造粒粉を用いる。例えば、１５
０〜１２５μｍ、１２５〜１００μｍ、１００μｍ以下
のように篩い分け、１５０〜１２５μｍの造粒粉と、１
００μｍ以下の造粒粉とを組み合わせて混合する。
【００１６】図１に示すように、焼成された酸化亜鉛素
子の結晶構造を観察すると、大きな酸化亜鉛結晶粒子同
士の間に、小さな酸化亜鉛結晶粒が混在する。
子の結晶構造を観察すると、大きな酸化亜鉛結晶粒子同
士の間に、小さな酸化亜鉛結晶粒が混在する。
【００１７】また、図１に示したように、酸化亜鉛結晶
構造中に存在する空孔５は、その直径が約５μｍ以下に
なる。
構造中に存在する空孔５は、その直径が約５μｍ以下に
なる。
【００１８】その結果、図１に示したように、素子中に
流れる電流６は電流集中部がなくなり、あるいは電流集
中の程度が小さくなり、放電耐量性能を向上することが
できる。
流れる電流６は電流集中部がなくなり、あるいは電流集
中の程度が小さくなり、放電耐量性能を向上することが
できる。
【００１９】
【実施例】以下に、本発明の実施例を比較例とともに示
す。 実施例１〜１６．作製された造粒粉を篩い分けし、表１
に示すように造粒粉１〜１０の１０種類の造粒粉を得
た。
す。 実施例１〜１６．作製された造粒粉を篩い分けし、表１
に示すように造粒粉１〜１０の１０種類の造粒粉を得
た。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１に示した１０種類の造粒粉の内の粒径
が大きい造粒粉と小さい造粒粉を混合し、成形、焼成、
電極の形成を行って得られた酸化亜鉛素子の方形波耐量
試験を行った。方形波耐量試験時の波形は、電流が２ｍ
ｓの間一定である方形波を加えるものとし、エネルギー
は電流値を変えて調節し、相対的に１００，１２０，１
４０と変えて試験した。表２〜４は、方形波耐量試験結
果を比較例とともに示している。表２〜４には、各実施
例および比較例に対し各３個ずつの試料について試験し
た結果を示している。○は方形波試験後、素子に異常が
ないことを示し、×は方形波試験後、素子の一部が破壊
していることを示す。異常が認められない場合には同一
試料に対して５回試験を行った。なお、表に示した実施
例において、粒径の大きい造粒粉と粒径の小さい造粒粉
の重量比は１対１である。
が大きい造粒粉と小さい造粒粉を混合し、成形、焼成、
電極の形成を行って得られた酸化亜鉛素子の方形波耐量
試験を行った。方形波耐量試験時の波形は、電流が２ｍ
ｓの間一定である方形波を加えるものとし、エネルギー
は電流値を変えて調節し、相対的に１００，１２０，１
４０と変えて試験した。表２〜４は、方形波耐量試験結
果を比較例とともに示している。表２〜４には、各実施
例および比較例に対し各３個ずつの試料について試験し
た結果を示している。○は方形波試験後、素子に異常が
ないことを示し、×は方形波試験後、素子の一部が破壊
していることを示す。異常が認められない場合には同一
試料に対して５回試験を行った。なお、表に示した実施
例において、粒径の大きい造粒粉と粒径の小さい造粒粉
の重量比は１対１である。
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】上記表２〜４から、本実施例１〜１６は、
比較例１〜１６より、方形波耐量エネルギー値が増大し
ていることが分かる。本発明のように、造粒粉を大きい
ものと小さいものに篩い分けして、再度組み合わせるこ
とは耐量性能向上に望ましい。
比較例１〜１６より、方形波耐量エネルギー値が増大し
ていることが分かる。本発明のように、造粒粉を大きい
ものと小さいものに篩い分けして、再度組み合わせるこ
とは耐量性能向上に望ましい。
【００２６】実施例１７〜２２．表５は、実施例１にお
いて、粒径の大きい造粒粉と小さい造粒粉の重量の割合
を変えて作製された酸化亜鉛素子の方形波耐量試験結果
を示している。粒径の小さい造粒粉の割合は、全体の
３，５，１０，５０，９５，９８ｗｔ％と変化させた。
いて、粒径の大きい造粒粉と小さい造粒粉の重量の割合
を変えて作製された酸化亜鉛素子の方形波耐量試験結果
を示している。粒径の小さい造粒粉の割合は、全体の
３，５，１０，５０，９５，９８ｗｔ％と変化させた。
【００２７】
【表５】
【００２８】上記表５から、本発明品は、粒径の小さい
造粒粉の割合が全体の５ｗｔ％以上、９５ｗｔ％以下と
した場合に方形波耐量エネルギー値が大きくなることが
分かる。
造粒粉の割合が全体の５ｗｔ％以上、９５ｗｔ％以下と
した場合に方形波耐量エネルギー値が大きくなることが
分かる。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係る第１および第２の酸化亜鉛
素子によれば、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子に
おいて、所定の粒径範囲の大きい造粒粉と、この大きい
造粒粉の粒径範囲の最小値よりも２５μｍ以上粒径が小
さな小さい造粒粉とを混合して作製したものであるの
で、大きな造粒粉同士の間の空隙が小さな造粒粉で埋め
られ、焼成後の素子中の空孔の直径が小さくなり、電流
集中する部分がなくなり、あるいは電流集中の大きさが
小さくなり、放電耐量性能を著しく改善できる。
素子によれば、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子に
おいて、所定の粒径範囲の大きい造粒粉と、この大きい
造粒粉の粒径範囲の最小値よりも２５μｍ以上粒径が小
さな小さい造粒粉とを混合して作製したものであるの
で、大きな造粒粉同士の間の空隙が小さな造粒粉で埋め
られ、焼成後の素子中の空孔の直径が小さくなり、電流
集中する部分がなくなり、あるいは電流集中の大きさが
小さくなり、放電耐量性能を著しく改善できる。
【００３０】本発明に係る第３の酸化亜鉛素子によれ
ば、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子において、大
きな粒径の酸化亜鉛結晶粒子同士の間に小さな粒径の酸
化亜鉛結晶粒子が混在することによって、素子内部の空
孔の直径が小さくなり、電流集中する部分がなくなり、
あるいは電流集中の大きさが小さくなり、放電耐量性能
を著しく改善できる。
ば、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子において、大
きな粒径の酸化亜鉛結晶粒子同士の間に小さな粒径の酸
化亜鉛結晶粒子が混在することによって、素子内部の空
孔の直径が小さくなり、電流集中する部分がなくなり、
あるいは電流集中の大きさが小さくなり、放電耐量性能
を著しく改善できる。
【００３１】本発明に係る第４の酸化亜鉛素子によれ
ば、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子において、こ
の素子中に存在する空孔の直径が５μｍ以下であるの
で、電流集中する部分がなくなり、あるいは電流集中の
大きさが小さくなり、放電耐量性能を著しく改善でき
る。
ば、酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子において、こ
の素子中に存在する空孔の直径が５μｍ以下であるの
で、電流集中する部分がなくなり、あるいは電流集中の
大きさが小さくなり、放電耐量性能を著しく改善でき
る。
【図１】 この発明の実施の形態による酸化亜鉛素子の
微細構造を模式的に示す結晶組織図である。
微細構造を模式的に示す結晶組織図である。
【図２】 従来の酸化亜鉛素子の微細構造を模式的に示
す結晶組織図である。
す結晶組織図である。
【図３】 一般的な酸化亜鉛電圧非直線抵抗体の構造を
模式的に示す斜視図である。
模式的に示す斜視図である。
１ 酸化亜鉛素子、２ 電極、３ 側面高抵抗層、４
酸化亜鉛粒子、５ 空孔、６ 電流、７ 電流集中個
所。
酸化亜鉛粒子、５ 空孔、６ 電流、７ 電流集中個
所。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 進藤 紘二 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 4G030 AA25 AA28 AA29 AA32 AA37 AA42 AA43 BA04 GA09 5E034 CC05 DE04 EA07 EA08
Claims (4)
- 【請求項１】 酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子に
おいて、所定の粒径範囲の大きい造粒粉と、この大きい
造粒粉の粒径範囲の最小値よりも２５μｍ以上粒径が小
さな小さい造粒粉とを混合して作製したことを特徴とす
る酸化亜鉛素子。 - 【請求項２】 小さい造粒粉の割合が重量比で全体の５
％以上、９５％以下を占めることを特徴とする請求項１
記載の酸化亜鉛素子。 - 【請求項３】 酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子に
おいて、大きな粒径の酸化亜鉛結晶粒子同士の間に小さ
な粒径の酸化亜鉛結晶粒子が混在することを特徴とする
酸化亜鉛素子。 - 【請求項４】 酸化亜鉛を主成分とする酸化亜鉛素子に
おいて、この素子中に存在する空孔の直径が５μｍ以下
であることを特徴とする酸化亜鉛素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000100153A JP2001287985A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 酸化亜鉛素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000100153A JP2001287985A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 酸化亜鉛素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001287985A true JP2001287985A (ja) | 2001-10-16 |
Family
ID=18614395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000100153A Pending JP2001287985A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 酸化亜鉛素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001287985A (ja) |
-
2000
- 2000-04-03 JP JP2000100153A patent/JP2001287985A/ja active Pending
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