JP2007173313A - Current-voltage nonlinear resistor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current-voltage nonlinear resistor contributive to miniaturization of a lightning arrester in which the resistance, nonlinear resistance characteristics and thermal stability can be enhanced by specifying the composition range of subcomponents. <P>SOLUTION: The current-voltage nonlinear resistor principally comprises zinc oxide (ZnO) and contains bismuth (Bi), cobalt (Co), manganese (Mn), antimony (Sb), nickel (Ni), gallium (Ga), and rare earth element (R), as subcomponents, in the range of 0.3-1.5 mol% in terms of Bi<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, 0.3-2.0 mol% in terms of Co<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, 0.4-3 mol% in terms of MnO, 0.5-4 mol% in terms of Sb<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, 0.5-4 mol% in terms of NiO, 0.0005-0.02 mol% in terms of Ga<SP>3+</SP>, and 0.05-1.0 mol% in terms of R<SB>2</SB>O<SB>3</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、主成分を酸化亜鉛(ZnO)とした電流−電圧非直線抵抗体に係り、特に、主成分に含有される副成分の成分構成に改良を加えた電流−電圧非直線抵抗体に関するものである。   The present invention relates to a current-voltage non-linear resistor whose main component is zinc oxide (ZnO), and more particularly to a current-voltage non-linear resistor in which the component configuration of subcomponents contained in the main component is improved. Is.

一般に、電力系統や電子機器回路には避雷器やサージアブソーバといった過電圧保護装置が組み込まれている。これは、正常な電圧に重畳される過電圧を除去して、電力系統や電子機器回路を保護するための装置である。このような過電圧保護装置には電流−電圧非直線抵抗体が多用されている。電流−電圧非直線抵抗体とは正常な電圧ではほぼ絶縁特性を示し、過電圧が印加されると低抵抗値となる性質を有する抵抗体である。   Generally, overvoltage protection devices such as lightning arresters and surge absorbers are incorporated in power systems and electronic equipment circuits. This is a device for removing an overvoltage superimposed on a normal voltage and protecting a power system and an electronic device circuit. Such overvoltage protection devices often use current-voltage non-linear resistors. A current-voltage non-linear resistor is a resistor that has a property of substantially exhibiting insulation characteristics at a normal voltage and having a low resistance value when an overvoltage is applied.

電流−電圧非直線抵抗体は酸化亜鉛(ZnO)を主成分としたセラミック素子であり、そこに要求される特性には次のようなものがある。すなわち、電圧の変化により大きく抵抗値が変化する非直線抵抗特性は勿論のこと、長期に電圧が印加され続けても劣化が生じない寿命特性や、雷サージや開閉サージを印加されても破壊せずにこれを吸収できるエネルギー耐量特性などである。また、電流−電圧非直線抵抗体には、温度が高くなると抵抗値が低下する性質がみられる。このため、高温に対する熱安定性も求められている。   The current-voltage non-linear resistor is a ceramic element mainly composed of zinc oxide (ZnO), and the characteristics required there are as follows. That is, not only the non-linear resistance characteristics, whose resistance value changes greatly with voltage changes, but also life characteristics that do not deteriorate even if voltage is applied for a long period of time, and they can be destroyed even if lightning surge or switching surge is applied. Energy withstand characteristics that can be absorbed. Further, the current-voltage nonlinear resistor has a property that the resistance value decreases as the temperature increases. For this reason, the thermal stability with respect to high temperature is also calculated | required.

ここで、電流−電圧非直線抵抗体の作製手順について説明する(特許文献1参照)。電流−電圧非直線抵抗体は、酸化亜鉛(ZnO)を主成分として、副成分としてBi、Co、MnO、Sb、NiOが添加されたものを原料としている。これらの原料は水およびバインダーと共に十分混合した後、スプレードライヤーなどで造粒し、成形および焼結により焼結体を得る。この後、焼結体の側面に沿面閃絡を防止するための絶縁物質を塗布し、熱処理により側面絶縁層を形成する。そして、焼結体の両端面を研磨して電極を取り付けることにより、電流−電圧非直線抵抗体を作製している。 Here, a manufacturing procedure of the current-voltage nonlinear resistor will be described (see Patent Document 1). The current-voltage nonlinear resistor is made of zinc oxide (ZnO) as a main component and Bi 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO, Sb 2 O 3 , and NiO added as subcomponents. These raw materials are sufficiently mixed with water and a binder, and then granulated with a spray dryer or the like, and a sintered body is obtained by molding and sintering. Thereafter, an insulating material for preventing creeping flash is applied to the side surface of the sintered body, and a side surface insulating layer is formed by heat treatment. And the current-voltage nonlinear resistor is produced by grind | polishing the both end surfaces of a sintered compact, and attaching an electrode.

ところで、近年の電力需要の増大や安定化要求に伴い、送変電機器の小型縮小化は急務となっている。酸化亜鉛(ZnO)を主成分とした電流−電圧非直線抵抗体は、その優れた非直線抵抗特性により、過電圧保護装置である避雷器に用いられているが、その抵抗値が向上すれば、避雷器に積層される電流−電圧非直線抵抗体の枚数が低減することになる。つまり、電流−電圧非直線抵抗体の抵抗値向上は、避雷器の小型縮小化の達成に不可欠な技術的な要素である。また、電流−電圧非直線抵抗体の非直線抵抗特性を向上させることは、送変電系統の絶縁レベルを下げることになるので、送変電機器の小型縮小化につながるものである。   By the way, along with the recent increase in power demand and demand for stabilization, there is an urgent need to reduce the size of power transmission and transformation equipment. Current-voltage nonlinear resistors mainly composed of zinc oxide (ZnO) are used in lightning arresters that are overvoltage protection devices due to their excellent nonlinear resistance characteristics. This reduces the number of current-voltage non-linear resistors stacked on the substrate. In other words, improvement of the resistance value of the current-voltage nonlinear resistor is an indispensable technical element for achieving miniaturization and reduction of the lightning arrester. Further, improving the non-linear resistance characteristics of the current-voltage non-linear resistor lowers the insulation level of the transmission / transformation system, leading to a reduction in size and size of the transmission / transformation equipment.

このような状況を背景として、非直線抵抗特性の向上を図った電流−電圧非直線抵抗体が各種提案されている。例えば、特許文献2に開示された電流−電圧非直線抵抗体は、副成分であるBi、Co、MnO、Sb、NiOなどの含有量を限定し、さらに、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とした焼結体に含まれるBiの結晶相を限定したものであり、抵抗値を高め、かつ、優れた非直線抵抗特性を発揮することができる。 Against this background, various current-voltage nonlinear resistors that have improved nonlinear resistance characteristics have been proposed. For example, the current-voltage nonlinear resistor disclosed in Patent Document 2 limits the contents of subcomponents such as Bi 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO, Sb 2 O 3 , NiO, etc. The crystal phase of Bi 2 O 3 contained in the sintered body containing zinc oxide (ZnO) as a main component is limited, the resistance value can be increased, and excellent non-linear resistance characteristics can be exhibited.

また、特許文献3〜5に開示された技術は、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、Bi、Co、MnO、Sbなどを副成分とした電流−電圧非直線抵抗体において、希土類酸化物を添加することにより、抵抗値を高めて特性の向上を図っている。 In addition, the techniques disclosed in Patent Documents 3 to 5 are based on current-voltage non-consumption, which includes zinc oxide (ZnO) as a main component and Bi 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO, Sb 2 O 3 and the like as subcomponents. In the linear resistor, by adding a rare earth oxide, the resistance value is increased to improve the characteristics.

特公平4−25681号公報Japanese Patent Publication No. 4-25681 特開2001−307909号公報JP 2001-307909 A 特許第2933881号公報Japanese Patent No. 2933881 特許第2940486号公報Japanese Patent No. 2940486 特許第3165410号公報Japanese Patent No. 3165410

しかしながら、変電所の大容量化や地下変電所の需要増大が進む現在、送変電機器の小型縮小化に対する要請は厳しさを増す傾向にある。このため、電流−電圧非直線抵抗体に対する要求特性には益々高いレベルが求められており、前述した従来の技術では、現状の要求特性を満足することが困難となっていた。具体的には、課電率(電流−電圧非直線抵抗体に通常印加される電圧)を高く設定した場合に、従来の電流−電圧非直線抵抗体では劣化が激しく、十分な寿命特性を得られない場合があった。   However, as the capacity of substations increases and the demand for underground substations increases, the demand for downsizing of transmission and substation equipment tends to increase. For this reason, an increasingly higher level is required for the required characteristics for the current-voltage nonlinear resistor, and it has been difficult for the above-described conventional technology to satisfy the current required characteristics. Specifically, when the electrical charge rate (the voltage normally applied to the current-voltage nonlinear resistor) is set high, the conventional current-voltage nonlinear resistor is severely deteriorated, and sufficient life characteristics are obtained. There were cases where it was not possible.

また、送変電機器の小型縮小化は当然ながら避雷器の小型化にも及んでいるが、避雷器の小型化に伴って電流−電圧非直線抵抗体を高抵抗化した場合に、次のような問題点が指摘されている。すなわち、電流−電圧非直線抵抗体の高抵抗化に比例して、サージエネルギーの吸収量は高くなるため、サージエネルギーを吸収したときに電流−電圧非直線抵抗体のジュール発熱による発熱温度も高くなる。   In addition, downsizing of power transmission and substation equipment has of course extended to miniaturization of lightning arresters, but when current-voltage nonlinear resistors are increased in resistance with the miniaturization of lightning arresters, the following problems occur: A point has been pointed out. That is, the amount of surge energy absorbed increases in proportion to the increase in resistance of the current-voltage non-linear resistor, so that when the surge energy is absorbed, the heat generation temperature due to Joule heating of the current-voltage non-linear resistor also increases. Become.

前述したように、電流−電圧非直線抵抗体は温度が高くなると抵抗値が低下するという性質を持つので、温度が高くなり過ぎると、抵抗値の低下が起こって、漏れ電流が大きくなる。つまり、高抵抗化した電流−電圧非直線抵抗体では温度上昇したときに抵抗値の低下度合いが大きくなるので、熱安定性に問題があることが指摘されていた。   As described above, the current-voltage nonlinear resistor has a property that the resistance value decreases when the temperature increases. Therefore, when the temperature becomes too high, the resistance value decreases and the leakage current increases. That is, it has been pointed out that the current-voltage nonlinear resistor with high resistance has a problem in thermal stability because the degree of decrease in resistance value increases as the temperature rises.

この結果、サージエネルギー吸収後の商用周波電流によって熱暴走して、電流−電圧非直線抵抗体において発熱の不均一さが増してしまう。これは、熱応力の増大を招き、電流−電圧非直線抵抗体の破壊に至るおそれがあった。したがって、優れた熱安定性を確保した上でないと、電流−電圧非直線抵抗体を十分に高抵抗化することができず、避雷器の小型化に対処することが難しくなっていた。   As a result, thermal runaway occurs due to the commercial frequency current after absorption of surge energy, and non-uniform heat generation increases in the current-voltage nonlinear resistor. This causes an increase in thermal stress, which may lead to destruction of the current-voltage nonlinear resistor. Therefore, unless the excellent thermal stability is ensured, the current-voltage nonlinear resistor cannot be sufficiently increased in resistance, and it is difficult to cope with the miniaturization of the lightning arrester.

本発明は上記の点を考慮して提案されたものであり、その目的は、副成分の組成範囲を規定することにより、抵抗値、非直線抵抗特性、および熱安定性を高めることができ、避雷器の小型化に寄与することが可能な電流−電圧非直線抵抗体を提供することにある。   The present invention has been proposed in view of the above points, and its purpose is to increase the resistance value, nonlinear resistance characteristics, and thermal stability by defining the composition range of the subcomponents, An object of the present invention is to provide a current-voltage nonlinear resistor that can contribute to miniaturization of a lightning arrester.

本発明は、上記の目的を達成するために提案されたものであり、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、副成分としてビスマス(Bi)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、アンチモン(Sb)、ニッケル(Ni)、ガリウム(Ga)、希土類元素(R)をそれぞれ、Bi、Co、MnO、Sb、NiO、Ga3+、Rに換算して、Biを0.3〜1.5mol%、Coを0.3〜2.0mol%、MnOを0.4〜3mol%、Sbを0.5〜4mol%、NiOを0.5〜4mol%、Ga3+を0.0005〜0.02mol%、Rを0.05〜1.0mol%の範囲で含むことを特徴としている。 The present invention has been proposed in order to achieve the above-described object, and has zinc oxide (ZnO) as a main component and bismuth (Bi), cobalt (Co), manganese (Mn), antimony (Sb) as subcomponents. ), Nickel (Ni), gallium (Ga), and rare earth element (R) converted to Bi 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO, Sb 2 O 3 , NiO, Ga 3+ , and R 2 O 3 , respectively. , Bi 2 O 3 to 0.3~1.5mol%, Co 2 O 3 and 0.3~2.0mol%, 0.4~3mol% of MnO, 0.5~4mol% of Sb 2 O 3, NiO and 0.5~4mol%, 0.0005~0.02mol% of Ga 3+, is characterized in that it comprises R 2 O 3 in the range of 0.05~1.0mol%.

本発明では、副成分を以上の組成範囲に規定したが、これは、本発明者が上記の目的を達成すべく、電流−電圧非直線抵抗体の成分組成について、種々の研究を重ねた結果、上記の組成範囲内に収めると良好な抵抗値、非直線抵抗特性および熱安定性を得ることができ、反対に上記の組成範囲を外れると前記の特性が悪化するといった知見を得たからである。すなわち、副成分の組成成分を上記組成範囲内に収めることにより、高抵抗値を確保すると共に非直線抵抗特性および熱安定性の向上を図り、もって、現時点で要請される高いレベルの要求特性に応えることができる。   In the present invention, the subcomponents are defined in the above composition range. This is the result of the inventor's various studies on the component composition of the current-voltage nonlinear resistor in order to achieve the above-described object. This is because good resistance, non-linear resistance characteristics and thermal stability can be obtained when the composition is within the above composition range, and conversely, the above characteristics are deteriorated when the composition range is exceeded. . That is, by keeping the composition component of the subcomponent within the above composition range, a high resistance value is ensured and the non-linear resistance characteristic and the thermal stability are improved, thereby achieving a high level required characteristic required at present. I can respond.

本発明は、副成分であるビスマス(Bi)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、アンチモン(Sb)、ニッケル(Ni)、ガリウム(Ga)、希土類元素(R)を、上記の成分組成範囲内で含むことによって、優れた抵抗値、非直線抵抗特性および熱安定性を得ることができ、これにより避雷器の小型化に貢献することが可能な電流−電圧非直線抵抗体を提供することができる。   In the present invention, subcomponents such as bismuth (Bi), cobalt (Co), manganese (Mn), antimony (Sb), nickel (Ni), gallium (Ga), and rare earth elements (R) It is possible to provide a current-voltage nonlinear resistor that can obtain excellent resistance value, nonlinear resistance characteristics, and thermal stability, and can contribute to miniaturization of a lightning arrester. it can.

以下、本発明に係る実施形態について、図1、図2および表1〜5を参照して、具体的に説明する。なお、表1〜5は副成分の含有量を種々変えて作製した電流−電圧非直線抵抗体の含有量および評価の指標を示した一覧表である。各表に示した試料番号のうち、*印をつけたものは本発明に係る組成範囲から外れた副成分を有するものであり、比較を行うために作製した比較試料である。一方、*印をつけていないものが本発明に該当する組成範囲内の副成分を有するものである。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be specifically described with reference to FIGS. 1 and 2 and Tables 1 to 5. FIG. Tables 1 to 5 are lists showing the contents of current-voltage nonlinear resistors produced by changing the contents of the subcomponents in various ways and evaluation indices. Among the sample numbers shown in each table, those marked with * have subcomponents outside the composition range according to the present invention, and are comparative samples prepared for comparison. On the other hand, those not marked with * have subcomponents within the composition range corresponding to the present invention.

(1)第1の実施形態
本発明に係る第1の実施形態について、図1、表1および表2を参照して説明する。図1は本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体の断面図を示している。
(1) 1st Embodiment 1st Embodiment which concerns on this invention is described with reference to FIG. 1, Table 1, and Table 2. FIG. FIG. 1 shows a cross-sectional view of a current-voltage nonlinear resistor according to this embodiment.

(構成)
本実施形態では、主成分として酸化亜鉛(ZnO)を用いている。また、副成分としては、ビスマス(Bi)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、アンチモン(Sb)、ニッケル(Ni)を用いており、その最終的な含有量として、前記副成分をそれぞれBi、Co、MnO、Sb、NiOに換算して、次の範囲で含んだものである。
(Constitution)
In this embodiment, zinc oxide (ZnO) is used as the main component. Further, as subcomponents, bismuth (Bi), cobalt (Co), manganese (Mn), antimony (Sb), nickel (Ni) are used, and the subcomponents are defined as Bi. In terms of 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO, Sb 2 O 3 , and NiO, they are included in the following ranges.

すなわち、Biを0.3〜1.5mol%、Coを0.3〜2.0mol%、MnOを0.4〜3.0mol%、Sbを0.5〜4.0mol%、NiOを0.5〜4.0mol%、Ga3+を0.0005〜0.02mol%含んでいる。 That, Bi 2 O 3 to 0.3~1.5mol%, Co 2 O 3 and 0.3~2.0mol%, 0.4~3.0mol% of MnO, the Sb 2 O 3 0.5 to It contains 4.0 mol%, NiO 0.5-4.0 mol%, and Ga3 + 0.0005-0.02 mol%.

さらに、ジスプロシウム(Dy)、ユウロピウム(Eu)、エリビウム(Er)、ツリウム(Tm)、ガドリニウム(Gd)、イットリウム(Y)、ホルミウム(Ho)、イッテリビウム(Yb)のうち少なくとも一種の希土類元素(R)の酸化物を、それぞれRに換算して0.05〜1.0mol%含んでいるものである。 Further, at least one rare earth element (R) among dysprosium (Dy), europium (Eu), erbium (Er), thulium (Tm), gadolinium (Gd), yttrium (Y), holmium (Ho), and ytterbium (Yb). )) In an amount of 0.05 to 1.0 mol% in terms of R 2 O 3 .

(作製手順)
ここで、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体および比較試料の作製手順について具体的に説明する。最終的に得られる電流−電圧非直線抵抗体の成分含有量が、表1、表2に示す試料番号1から試料番号44の値となるように、主成分としてのZnOに対して副成分としてのBi、Co、MnO、Sb、NiO、DyおよびGa3+またはAl3+を所定量秤量し、この原料を水と有機バインダー類とともに混合装置に入れ混合して、均一なスラリーをそれぞれ、調整した。なお、ここではGa3+またはAl3+は、硝酸塩水溶液として添加するものとする。
(Production procedure)
Here, a procedure for producing the current-voltage nonlinear resistor and the comparative sample according to the present embodiment will be specifically described. As a subcomponent with respect to ZnO as the main component, the component content of the current-voltage nonlinear resistor finally obtained is the value of sample number 1 to sample number 44 shown in Tables 1 and 2. Bi 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO, Sb 2 O 3 , NiO, Dy 2 O 3 and Ga 3+ or Al 3+ are weighed in predetermined amounts, and this raw material is mixed with water and organic binders in a mixing device. Then, each uniform slurry was prepared. Here, Ga 3+ or Al 3+ is added as an aqueous nitrate solution.

次に、得られた各スラリーをスプレードライヤーで噴霧造粒することにより粒径100μm程度の造粒粉を作製した。得られた造粒粉を金型に入れて加圧し、直径125mm、厚さ30mmの円板に成形して、成形体を500℃に加熱することにより、添加した有機バインダー類を除去した。   Next, each obtained slurry was spray-granulated with a spray dryer to prepare granulated powder having a particle size of about 100 μm. The obtained granulated powder was put into a mold and pressurized, formed into a disk having a diameter of 125 mm and a thickness of 30 mm, and the molded body was heated to 500 ° C., thereby removing the added organic binders.

その後、さらに、1100℃で2時間、焼成して、図1に示すような焼結体1を得た。さらに、焼結体1の側面に無機絶縁物を塗布、熱処理して側面絶縁層2を形成した。最後に、側面絶縁層2を設けた焼結体1の上下両端面を所定厚さに研磨した後、焼結体1の研磨面に電極3を溶射することにより、電流−電圧非直線抵抗体を作製した。   Thereafter, the sintered body 1 was further fired at 1100 ° C. for 2 hours to obtain a sintered body 1 as shown in FIG. Further, an inorganic insulating material was applied to the side surface of the sintered body 1 and heat-treated to form the side surface insulating layer 2. Finally, the upper and lower end surfaces of the sintered body 1 provided with the side surface insulating layer 2 are polished to a predetermined thickness, and then the electrode 3 is sprayed on the polished surface of the sintered body 1, whereby a current-voltage non-linear resistor. Was made.

(抵抗値の評価)
上記の手順で作製した種々の電流−電圧非直線抵抗体の特性に関して、次のようにして評価を行った。まず、電流−電圧非直線抵抗体の抵抗値については、電流−電圧非直線抵抗体の動作開始電圧(1mAの交流電流を流した時の電圧、V1mA)を測定した。動作開始電圧は値が高いほど、避雷器に積層する電流−電圧非直線抵抗体枚数の低減させることができるので、避雷器の小型化の度合いを把握するための指標として有効である。
(Evaluation of resistance value)
The characteristics of various current-voltage non-linear resistors produced by the above procedure were evaluated as follows. First, for the resistance value of the current-voltage non-linear resistor, the operation start voltage of the current-voltage non-linear resistor (voltage when an alternating current of 1 mA was applied, V 1 mA ) was measured. As the operation start voltage is higher, the number of current-voltage non-linear resistors stacked on the lightning arrester can be reduced, which is effective as an index for grasping the degree of miniaturization of the lightning arrester.

(非直線抵抗特性の評価)
さらに、10kAの8×20μsインパルス電流を流した時の電圧(V10kA)を測定し、動作開始電圧(V1mA)との比(V10kA/V1mA)を非直線性係数として、評価した。この非直線性係数の値が小さいほど、非直線抵抗特性が優れていることになる。
(Evaluation of non-linear resistance characteristics)
Furthermore, the voltage (V 10 kA ) when an 8 × 20 μs impulse current of 10 kA was passed was measured, and the ratio (V 10 kA / V 1 mA ) to the operation start voltage (V 1 mA ) was evaluated as a non-linearity coefficient. The smaller the value of this nonlinearity coefficient, the better the nonlinear resistance characteristic.

(熱安定性の評価)
電流−電圧非直線抵抗体における熱安定性評価としては、200℃の恒温槽にて動作開始電圧の90%の交流電圧を印加したときの抵抗分漏れ電流を測定し、評価した。すなわち、この200℃における高温漏れ電流が小さいほど、熱安定性に優れていることを示している。なお、添加成分組成の異なる素子はそれぞれの組成で10pずつ測定し、その平均値をその組成の値とした。測定結果を表1、表2に示している。
(Evaluation of thermal stability)
As thermal stability evaluation in the current-voltage non-linear resistor, resistance leakage current was measured and evaluated when an AC voltage of 90% of the operation start voltage was applied in a 200 ° C. thermostat. That is, the smaller the high-temperature leakage current at 200 ° C., the better the thermal stability. In addition, the element from which an additive component composition differs measured 10p at each composition, and made the average value the value of the composition. The measurement results are shown in Tables 1 and 2.

Figure 2007173313
Figure 2007173313

Figure 2007173313
Figure 2007173313

(作用効果)
上述したように、表1、表2に示した*印をつけた試料番号の電流−電圧非直線抵抗体は、本発明の請求範囲外の組成を有するものであり、比較を行うために作製した試料である。表1、表2に示した結果から明らかなように、比較試料における特性は、以下に既定した優れた電流−電圧非直線抵抗体の条件を満足していないことを示している。
動作開始電圧(V1mA) > 400V/mm
非直線性係数(V10kA/V1mA)< 1.50
高温漏れ電流(200℃)< 15mA
(Function and effect)
As described above, the current-voltage non-linear resistors with sample numbers marked with * shown in Tables 1 and 2 have compositions outside the scope of claims of the present invention, and are prepared for comparison. This is a sample. As is clear from the results shown in Tables 1 and 2, the characteristics of the comparative sample indicate that the conditions of the excellent current-voltage nonlinear resistor specified below are not satisfied.
Operation start voltage (V 1 mA )> 400 V / mm
Non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) <1.50
High temperature leakage current (200 ° C) <15 mA

これに対して、表1、表2に示した*印をつけていない試料番号の電流−電圧非直線抵抗体は、本発明の請求範囲内の組成範囲を規定することにより、動作開始電圧、非直線性係数、高温漏れ電流について、いずれも優れていることを示している。すなわち、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体は、抵抗値が高く、非直線抵抗特性および熱安定性にも優れていると言える。   On the other hand, the current-voltage non-linear resistors of the sample numbers not marked with * shown in Tables 1 and 2 define the operation start voltage by defining the composition range within the claims of the present invention. It shows that both the non-linearity coefficient and the high temperature leakage current are excellent. That is, it can be said that the current-voltage nonlinear resistor according to the present embodiment has a high resistance value and is excellent in nonlinear resistance characteristics and thermal stability.

続いて、本実施形態に含まれる上記各副成分の働きについて述べ、併せて比較試料では本実施形態の特性に及ばないことについて言及する。   Subsequently, the function of each of the subcomponents included in this embodiment will be described, and it will be mentioned that the comparative sample does not reach the characteristics of this embodiment.

(Biの働き)…表1参照
Biは焼結体の主成分である酸化亜鉛(ZnO)の粒界に存在して非直線抵抗特性を発現させる成分であって、ZnO結晶の粒成長を促進させる働きがある。ここで、試料番号1〜6を比較すると、Bi量が0.3mol%未満(試料番号1)では、焼結時に液相となり、焼結性を高めるBi量が不十分である。
(Function of Bi 2 O 3 ) ... See Table 1 Bi 2 O 3 is a component that exists at the grain boundary of zinc oxide (ZnO), which is the main component of the sintered body, and exhibits nonlinear resistance characteristics. It works to promote crystal grain growth. Here, when sample numbers 1 to 6 are compared, if the amount of Bi 2 O 3 is less than 0.3 mol% (sample number 1), the amount of Bi 2 O 3 that becomes a liquid phase at the time of sintering and increases the sinterability is insufficient. It is.

このため、非直線性、高温漏れ電流において優れた特性が得られていない。また、Bi量が1.5mol%より多くなると(試料番号6)、焼結時におけるZnO粒子の粒成長が進みすぎてしまうため、十分に高い動作開始電圧を得ることができない。 For this reason, excellent characteristics in non-linearity and high-temperature leakage current are not obtained. If the amount of Bi 2 O 3 exceeds 1.5 mol% (Sample No. 6), the ZnO particles grow too much during sintering, so that a sufficiently high operation starting voltage cannot be obtained.

(Sbの働き)…表1参照
Sbは酸化亜鉛(ZnO)と共にスピネル(Zn7Sb212)粒子を形成して焼結中のZnO粒子の粒成長を制御、均一化する成分であり、非直線抵抗特性を向上させると同時に、ZnO結晶の粒成長を抑制する働きがある。
(Function of Sb 2 O 3 ) ... Refer to Table 1 Sb 2 O 3 forms spinel (Zn 7 Sb 2 O 12 ) particles together with zinc oxide (ZnO) to control the growth of ZnO particles during sintering, and is uniform It is a component to improve the non-linear resistance characteristic and at the same time has a function of suppressing grain growth of ZnO crystal.

試料番号3および7〜12を比較すると、Sb量が0.5mol%未満(試料番号7)では、焼結時に粒成長を抑制できるスピネル粒子量がすくな過ぎるため、動作開始電圧、非直線性において、優れた特性を得ることができていない。また、Sb量が4mol%より多くなると(試料番号12)、焼結体中で絶縁成分として働く、スピネル粒子が多すぎてしまうため、非直線性、高温漏れ電流において、優れた特性を得ることができないことになる。 Comparing Sample Nos. 3 and 7 to 12, when the amount of Sb 2 O 3 is less than 0.5 mol% (Sample No. 7), the amount of spinel particles that can suppress grain growth during sintering is too short, so the operation start voltage, non- In the linearity, an excellent characteristic cannot be obtained. Further, when the amount of Sb 2 O 3 exceeds 4 mol% (Sample No. 12), since there are too many spinel particles acting as an insulating component in the sintered body, excellent characteristics in non-linearity and high-temperature leakage current Will not be able to get.

(MnOの働き)…表1参照
MnOは主にスピネル粒子に固溶して、非直線抵抗特性を向上させる成分である。試料番号3および13〜18を比較すると、MnO量が0.4mol%未満(試料番号13)では、ZnO粒界の電気特性が不安定となるため、優れた非直線性を得ることができない。また、MnO量が3mol%よりも多くなった場合も(試料番号18)、同様に優れた非直線性特性を得ることができなくなる。
(Function of MnO) ... see Table 1 MnO is a component that is mainly dissolved in spinel particles to improve nonlinear resistance characteristics. Comparing sample numbers 3 and 13 to 18, when the amount of MnO is less than 0.4 mol% (sample number 13), the electrical characteristics of the ZnO grain boundary become unstable, so that excellent non-linearity cannot be obtained. In addition, when the amount of MnO exceeds 3 mol% (sample number 18), it is impossible to obtain excellent non-linear characteristics.

(NiOの働き)…表1参照
NiOも、MnOと同様、主にスピネル粒子に固溶して、非直線抵抗特性を向上させる成分である。試料番号3および19〜24を比較すると、NiO量が0.5mol%未満では(試料番号19)、スピネル粒子に固溶するNiO量が少なくなるため、優れた動作開始電圧、非直線性をえることができない。また、NiO量が4mol%よりも多くなると(試料番号24)、ZnO粒界の電気特性が不安定となるため優れた非直線性特性、高温漏れ電流特性を得ることができない。
(Function of NiO) ... See Table 1 NiO is also a component that improves the non-linear resistance characteristics by being mainly dissolved in spinel particles, like MnO. Comparing sample numbers 3 and 19 to 24, when the amount of NiO is less than 0.5 mol% (sample number 19), the amount of NiO dissolved in the spinel particles decreases, so that excellent operation start voltage and nonlinearity are obtained. I can't. On the other hand, when the amount of NiO exceeds 4 mol% (sample number 24), the electrical characteristics of the ZnO grain boundary become unstable, so that excellent non-linear characteristics and high-temperature leakage current characteristics cannot be obtained.

(Coの働き)…表2参照
またCoも主にスピネル粒子に固溶して、非直線抵抗特性を向上させる成分である。試料番号3および25〜30を比較すると、Co量が0.3mol%未満では(試料番号25)、ZnO粒界の電気特性が不安定となるため優れた非直線性を得ることができず、Co量が2mol%よりも多くなれば(試料番号30)、ZnO粒界の電気特性が不安定となるため、やはり優れた非直線性特性、高温漏れ電流特性を得ることができない。
(Function of Co 2 O 3 ) ... Refer to Table 2 Co 2 O 3 is also a component that is mainly dissolved in spinel particles to improve the non-linear resistance characteristics. Comparing sample numbers 3 and 25-30, when the amount of Co 2 O 3 is less than 0.3 mol% (sample number 25), the electrical characteristics of the ZnO grain boundary become unstable, and thus excellent nonlinearity can be obtained. If the amount of Co 2 O 3 exceeds 2 mol% (Sample No. 30), the electrical characteristics of the ZnO grain boundary become unstable, so that excellent non-linear characteristics and high-temperature leakage current characteristics can be obtained. I can't.

(Ga3+の働き)…表2参照
Ga3+はZnO粒子中に固溶し、ZnO粒子の電気抵抗を低下させることで非直線抵抗特性を高める働きをしている。同様の働きをする成分として従来技術ではアルミニウム(Al)が多用されているが、AlよりもGaを添加して非直線抵抗特性を向上させた方が熱安定性に優れた電流−電圧非直線抵抗体が得られる。
(Functions of Ga 3+) ... see Table 2 Ga 3+ is dissolved in ZnO particles, and serve to enhance the non-linear resistance characteristics by reducing the electrical resistance of the ZnO particles. Aluminum (Al) is widely used in the prior art as a component that performs the same function, but current-voltage nonlinearity with superior thermal stability is achieved by adding Ga rather than Al to improve nonlinear resistance characteristics. A resistor is obtained.

試料番号3および31〜38を比較すると、Ga3+量が0.0005mol%未満(試料番号31)では、焼結体中のZnO粒子へ固溶するGa3+量が十分でないために、ZnO粒子の電気抵抗が高くなり、優れた非直線性を得ることができない。 Comparing sample numbers 3 and 31 to 38, when the amount of Ga 3+ is less than 0.0005 mol% (sample number 31), the amount of Ga 3+ dissolved in the ZnO particles in the sintered body is not sufficient. The electrical resistance becomes high and excellent non-linearity cannot be obtained.

また、Ga3+量が0.02mol%より多くなると(試料番号37)、Ga3+がZnO粒界へ析出し、ZnO粒界の電気特性を悪化させるために、優れた非直線性を得ることができない。さらには、Al3+を添加した場合(試料番号38)に比べて、Ga3+を添加した時の方が、優れた高温漏れ電流特性を得ることができる。 Further, when the amount of Ga 3+ is more than 0.02 mol% (sample number 37), Ga 3+ precipitates at the ZnO grain boundary and deteriorates the electrical characteristics of the ZnO grain boundary, so that excellent non-linearity can be obtained. Can not. Furthermore, superior high-temperature leakage current characteristics can be obtained when Ga 3+ is added as compared with the case where Al 3+ is added (Sample No. 38).

(Dyの働き)…表2参照
ところで、電流−電圧非直線抵抗体を高抵抗化するために、上記のSb、Co、NiO、MnOの添加物量を徒に多くすると、抵抗値の温度依存性が大きくなるので熱安定性が低下する。
(Function of Dy 2 O 3 ) ... See Table 2 By the way, in order to increase the resistance of the current-voltage nonlinear resistor, the amount of the additive of Sb 2 O 3 , Co 2 O 3 , NiO, and MnO is arbitrarily set. If the number is increased, the temperature dependence of the resistance value increases, and the thermal stability decreases.

そこで、本実施形態では、高抵抗化効果を有する希土類酸化物Dyの添加により高抵抗化を実現し、Sb、Co、NiO、MnOの添加物量を相対的に低減させることで抵抗値の温度依存性を抑え、電流−電圧非直線抵抗体の熱安定性の向上を図っている。 Therefore, in the present embodiment, the resistance is increased by adding the rare earth oxide Dy 2 O 3 having the effect of increasing the resistance, and the additive amounts of Sb 2 O 3 , Co 2 O 3 , NiO, and MnO are relatively increased. By reducing the temperature dependence of the resistance value, the thermal stability of the current-voltage nonlinear resistor is improved.

試料番号3および39〜44を比較すると、Dy量が0.3mol%未満(試料番号39)では、粒成長を抑制する効果が有するDy量が不十分であるため、優れた動作開始電圧、非直線性を得ることができない。また、Dy量が1.0mol%より多くなると(試料番号44)、ZnO粒界の電気特性が不安定となり、非直線性や高温漏れ電流において、優れた特性を得ることができない。 Comparing sample numbers 3 and 39 to 44, when the amount of Dy 2 O 3 is less than 0.3 mol% (sample number 39), the amount of Dy 2 O 3 having an effect of suppressing grain growth is insufficient, and thus excellent. The operation start voltage and non-linearity cannot be obtained. On the other hand, when the amount of Dy 2 O 3 exceeds 1.0 mol% (sample number 44), the electrical characteristics of the ZnO grain boundary become unstable, and excellent characteristics cannot be obtained in terms of nonlinearity and high-temperature leakage current.

なお、本実施形態では、希土類酸化物としてジスプロシウム(Dy)の酸化物を用いて示しているが、その他の希土類元素として、ユウロピウム(Er)、エリビウム(Er)、ツリウム(Tm)、ガドリニウム(Gd)、イットリウム(Y)、ホルミウム(Ho)、イッテリビウム(Yb)の酸化物を用いても、ジスプロシウム(Dy)の酸化物と同様な効果が得られる。また、各希土類酸化物の含有量は最終的に0.05〜1.0mol%の範囲に収まるのであれば、その組み合わせは適宜選択自在である。   In this embodiment, dysprosium (Dy) oxide is used as the rare earth oxide, but other rare earth elements include europium (Er), erbium (Er), thulium (Tm), and gadolinium (Gd). ), Yttrium (Y), holmium (Ho), and ytterbium (Yb) oxide, the same effect as that of dysprosium (Dy) oxide can be obtained. Moreover, if the content of each rare earth oxide finally falls in the range of 0.05 to 1.0 mol%, the combination can be selected as appropriate.

以上説明したように、本実施形態では、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、最終的な副成分含有量を上記の範囲としたことにより、高い抵抗値を有し、優れた熱安定性および非直線抵抗特性を持つ電流−電圧非直線抵抗体を得ることができる。このため、電流−電圧非直線抵抗体の積層枚数の低減を、高い信頼性のもとで実現可能であり、避雷器の小型化に寄与することができる。   As described above, in the present embodiment, zinc oxide (ZnO) is the main component, and the final subcomponent content is in the above range, thereby having a high resistance value, excellent thermal stability and A current-voltage non-linear resistor having non-linear resistance characteristics can be obtained. For this reason, a reduction in the number of stacked current-voltage nonlinear resistors can be realized with high reliability, which can contribute to miniaturization of the lightning arrester.

(2)第2の実施形態
(構成および作製手順)
次に、本発明に係る第2の実施形態について、表3を参照して説明する。本実施形態では、銀(Ag)をAgOに換算して、0.005〜0.05wt%含む焼結体からなることを特徴としている。
(2) Second embodiment (configuration and manufacturing procedure)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to Table 3. The present embodiment is characterized by comprising a sintered body containing 0.005 to 0.05 wt% of silver (Ag) in terms of Ag 2 O.

すなわち、主成分としてのZnOに対して最終的に副成分としてのBiを0.5mol%、Co、MnOをそれぞれ、1.0mol%、Sb、NiOをそれぞれ、2mol%、Dyを0.5mol%、Ga3+を硝酸塩水溶液として0.003mol%となるように秤量し、それぞれ添加する。さらに、この基本組成に対し、AgOを0.001〜0.1wt%含有するように添加し、前記第1の実施形態に示した方法で、表3に示す試料番号45から試料番号50となる電流−電圧非直線抵抗体を作製した。 That is, with respect to ZnO as the main component, Bi 2 O 3 as the subcomponent is finally 0.5 mol%, Co 2 O 3 and MnO are respectively 1.0 mol%, Sb 2 O 3 and NiO, respectively. 2 mol%, Dy 2 O 3 is 0.5 mol%, and Ga 3+ is nitrate aqueous solution and weighed to 0.003 mol% and added. Further, Ag 2 O was added to the basic composition so as to contain 0.001 to 0.1 wt%, and the sample number 45 to sample number 50 shown in Table 3 were used by the method shown in the first embodiment. A current-voltage non-linear resistor was produced.

(寿命特性の評価)
これらの電流−電圧非直線抵抗体について寿命特性を評価した。寿命特性の評価では1mAの電流を流れたときの電圧(V1mA)を大気中、120℃の雰囲気で3000h印加し続け、その前後のV1mAを印加したとき漏れ電流(I)の変化率を測定し、表3に示した。
(Evaluation of life characteristics)
The life characteristics of these current-voltage nonlinear resistors were evaluated. In the evaluation of the life characteristics, the voltage (V 1 mA ) when a current of 1 mA flows was continuously applied for 3000 h in the atmosphere at 120 ° C., and the change rate of the leakage current (I r ) when V 1 mA before and after that was applied. And are shown in Table 3.

ここで変化率は、
(I(3000h後)―I(初期値))/I(初期値)×100
の式で表され、この漏れ電流変化率の値が負の値であれば、電流−電圧非直線抵抗体の寿命特性が優れていることを表している。
Where the rate of change is
(I r (after 3000 h) −I r (initial value)) / I r (initial value) × 100
If the value of this leakage current change rate is a negative value, it indicates that the life characteristics of the current-voltage nonlinear resistor are excellent.

Figure 2007173313
Figure 2007173313

(作用効果)
表3に示した*印をつけた試料番号45、50の電流−電圧非直線抵抗体は、本発明の請求範囲外の組成を有するものである。表3に示した結果から明らかなように、比較試料における特性は、漏れ電流の変化率が正の値となり、寿命特性が低いことを示している。つまり、Agの添加量がAgOに換算して、0.005wt%未満の場合には寿命特性を向上させる効果が得られないことになる。また、0.05wt%より多くなると、逆に寿命特性を劣化させてしまうことになる。
(Function and effect)
The current-voltage nonlinear resistors of sample numbers 45 and 50 marked with * in Table 3 have compositions outside the scope of the present invention. As is apparent from the results shown in Table 3, the characteristics of the comparative sample indicate that the rate of change in leakage current is a positive value and the life characteristics are low. That is, when the added amount of Ag is less than 0.005 wt% in terms of Ag 2 O, the effect of improving the life characteristics cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.05 wt%, the life characteristics will be deteriorated.

これに対して、AgOの含有量を0.005〜0.05wt%にした本実施形態(資料番号46〜49)では、漏れ電流の変化率が負の値となり(表3参照)、優れた寿命特性の電流−電圧非直線抵抗体が得られることは明らかである。 In contrast, in the present embodiment that the content of Ag 2 O to 0.005 to 0.05% (article No. 46 to 49), the rate of change of the leakage current is a negative value (see Table 3), It is clear that current-voltage nonlinear resistors with excellent lifetime characteristics can be obtained.

すなわち、本実施形態によれば、AgをAgOに換算して0.005〜0.05wt%添加することにより、漏れ電流の経時変化を少なくし、寿命特性を高めることができる。なお、本実施形態においては前記構成および作製手順にて示した基本組成についてのみ、Agの寿命特性への添加効果を述べたが、請求項1に記載した基本組成の範囲であれば、同様な効果が得られる。 That is, according to the present embodiment, by adding 0.005 to 0.05 wt% of Ag in terms of Ag 2 O, the change in leakage current with time can be reduced and the life characteristics can be improved. In the present embodiment, the effect of addition of Ag on the life characteristics was described only for the basic composition shown in the configuration and the manufacturing procedure. An effect is obtained.

(3)第3の実施形態
(構成および作製手順)
続いて、本発明に係る第3の実施形態について、表4を用いて説明する。本実施形態では、ホウ素(B)をBに換算して、0.005〜0.05wt%含む焼結体からなることを特徴としている。
(3) Third embodiment (configuration and manufacturing procedure)
Subsequently, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to Table 4. This embodiment is characterized in that it is made of a sintered body containing 0.005 to 0.05 wt% of boron (B) in terms of B 2 O 3 .

すなわち、主成分としてのZnOに対して最終的に副成分としてのBiを0.5mol%、Co、MnOをそれぞれ、1.0mol%、Sb、NiOをそれぞれ、2mol%、Dyを0.5mol%、Ga3+を硝酸塩水溶液として0.003mol%となるように秤量しそれぞれ添加する。ここまでは前記第2の実施形態と同様である。 That is, with respect to ZnO as the main component, Bi 2 O 3 as the subcomponent is finally 0.5 mol%, Co 2 O 3 and MnO are respectively 1.0 mol%, Sb 2 O 3 and NiO, respectively. 2 mol%, Dy 2 O 3 0.5 mol%, and Ga 3+ as a nitrate aqueous solution are weighed to 0.003 mol% and added. The steps so far are the same as in the second embodiment.

さらに、この基本組成に対し、Bを0.001〜0.1wt%含有するように添加して、前記第1の実施の形態に示した方法で、表4に示す試料番号51から試料番号56となる電流−電圧非直線抵抗体を作製した。つまり、第3の実施形態では、上記第2の実施形態におけるAgOに代えて、Bを0.001〜0.1wt%の範囲で含有させたものである。 Furthermore, B 2 O 3 was added to the basic composition so as to contain 0.001 to 0.1 wt%, and the sample number 51 shown in Table 4 was used by the method shown in the first embodiment. A current-voltage nonlinear resistor serving as sample number 56 was produced. That is, in the third embodiment, B 2 O 3 is contained in the range of 0.001 to 0.1 wt% in place of Ag 2 O in the second embodiment.

(寿命特性の評価)
これらの電流−電圧非直線抵抗体ついて前記第2の実施形態に示した方法と同じ方法で寿命特性を評価した。表4は、第3の実施形態における漏れ電流変化率を示している。
(Evaluation of life characteristics)
The life characteristics of these current-voltage nonlinear resistors were evaluated by the same method as that shown in the second embodiment. Table 4 shows the leakage current change rate in the third embodiment.

Figure 2007173313
Figure 2007173313

(作用効果)
表4に示した*印をつけた試料番号51、56の電流−電圧非直線抵抗体は、本発明の請求範囲外の組成を有するものであって、表4に示したように、比較試料における特性は、漏れ電流の変化率が正の値となり、寿命特性が低いことを示している。
(Function and effect)
The current-voltage nonlinear resistors of sample numbers 51 and 56 marked with * shown in Table 4 have compositions outside the scope of claims of the present invention, and as shown in Table 4, comparative samples The characteristics in (2) indicate that the rate of change in leakage current is a positive value and the life characteristics are low.

つまり、Bの添加量がBに換算して、0.005wt%未満の場合および0.05wt%より多い場合には、寿命特性が低い。これに対して、Bの含有量を0.005〜0.05wt%にした本実施形態(資料番号52〜55)では、漏れ電流の変化率が負の値となり(表4参照)、優れた寿命特性の電流−電圧非直線抵抗体が得られたことになる。 That is, when the addition amount of B is converted to B 2 O 3 and less than 0.005 wt% and more than 0.05 wt%, the life characteristics are low. On the other hand, in this embodiment (material numbers 52 to 55) in which the content of B 2 O 3 is 0.005 to 0.05 wt%, the change rate of the leakage current is a negative value (see Table 4). Thus, a current-voltage nonlinear resistor having excellent life characteristics is obtained.

すなわち、本実施形態によれば、BをBに換算して0.005〜0.05wt%添加することにより、前記第2の実施形態と同じく、寿命特性を高めることができる。なお、本実施形態においては前記基本組成についてのみBの寿命特性への添加効果を示したが、請求項1記載の基本組成範囲であれば同様な効果が得ることができる。さらにはAg、Bをそれぞれ単独ではなく、0.005〜0.05wt%の範囲であれば、両者を同時に添加してもよい。 That is, according to the present embodiment, life characteristics can be improved by adding 0.005 to 0.05 wt% of B in terms of B 2 O 3 as in the second embodiment. In the present embodiment, only the basic composition has an effect of adding to the life characteristics of B. However, the same effect can be obtained within the basic composition range of claim 1. Furthermore, Ag and B may be added at the same time as long as they are not in the range of 0.005 to 0.05 wt%.

(4)第4の実施形態
(構成および作製手順)
本発明に係る第4の実施形態に関して説明する。本実施形態では、主成分としてのZnOに対して最終的に副成分としてのBiを0.5mol%、Co、MnOをそれぞれ、1.0mol%、Sb、NiOをそれぞれ、2mol%、Dyを0.5mol%、Ga3+を0.003mol%となるように秤量し、それぞれ添加して、前記第1の実施形態に示した方法で、電流−電圧非直線抵抗体を作製した。ここで、本実施形態ではGa3+を硝酸塩水溶液として添加したことを特徴としている。
(4) Fourth embodiment (configuration and fabrication procedure)
A fourth embodiment according to the present invention will be described. In this embodiment, with respect to ZnO as a main component, Bi 2 O 3 as subcomponents is finally added at 0.5 mol%, Co 2 O 3 and MnO are respectively 1.0 mol%, Sb 2 O 3 and NiO. 2 mol%, Dy 2 O 3 0.5 mol%, and Ga 3+ 0.003 mol%, respectively, and added, respectively, by the method shown in the first embodiment, the current-voltage A non-linear resistor was produced. Here, this embodiment is characterized in that Ga 3+ is added as an aqueous nitrate solution.

(抵抗値安定性の評価)
第4の実施形態においては、抵抗値の安定性に関して評価する。すなわち、Ga3+を硝酸塩水溶液にて添加した電流−電圧非直線抵抗体各100pについて動作開始電圧(V1mA)を測定し、その動作開始電圧の標準偏差を算出した。また、比較例として、これらのGa3+を、水溶液ではなく、酸化物にて添加した電流−電圧非直線抵抗体各100pについて動作開始電圧(V1mA)を測定し、その動作開始電圧の標準偏差を算出した。
(Evaluation of resistance value stability)
In the fourth embodiment, the stability of the resistance value is evaluated. That is, the operation start voltage (V 1 mA ) was measured for each current-voltage nonlinear resistor 100p to which Ga 3+ was added in an aqueous nitrate solution, and the standard deviation of the operation start voltage was calculated. Further, as a comparative example, the operation start voltage (V 1 mA ) is measured for each of the current-voltage nonlinear resistors 100p in which these Ga 3+ are added as oxides instead of an aqueous solution, and the standard deviation of the operation start voltage is measured. Was calculated.

(作用効果)
本実施形態および比較例に関して、標準偏差を算出した結果、Ga3+を硝酸塩水溶液にて添加した場合のV1mAの標準偏差は585であり、Ga3+を酸化物にて添加した場合のV1mAの標準偏差は2406であった。すなわち、顕著に硝酸塩水溶液にて添加した場合の方が、特性にバラツキが少ない電流−電圧非直線抵抗体を得ることができた。
(Function and effect)
As a result of calculating the standard deviation regarding this embodiment and the comparative example, the standard deviation of V1 mA when Ga 3+ is added in an aqueous nitrate solution is 585, and the standard deviation of V1 mA when Ga 3+ is added as an oxide. Was 2406. That is, a current-voltage non-linear resistor with less variation in characteristics can be obtained when it is added remarkably in a nitrate aqueous solution.

ガリウム(Ga)の添加量は非常に微量であるため、例えばガリウム(Ga)の酸化物である酸化ガリウム(Ga)で添加した場合には、他の原料との均一に混合することが難しく、特性のバラツキが大きくなる。これに対して、例えば水溶性のガリウム原料である硝酸ガリウム(Ga(NO)にて添加した場合、ガリウムイオンとして他の原料と混合されるため、良好な特性安定性が得られると考えられる。 Since the addition amount of gallium (Ga) is very small, for example, when gallium oxide (Ga 2 O 3 ), which is an oxide of gallium (Ga), is added, it is uniformly mixed with other raw materials. Is difficult, and variation in characteristics increases. On the other hand, for example, when gallium nitrate (Ga (NO 3 ) 3 ), which is a water-soluble gallium raw material, is added, it is mixed with other raw materials as gallium ions, so that good characteristic stability can be obtained. Conceivable.

(5)第5の実施形態
(構成および作製手順)
本発明に係る第5の実施形態について、表5を参照して説明する。本実施形態では、主成分としてのZnOに対して最終的に副成分としてのBiを0.5mol%、Co、MnOをそれぞれ、1.0mol%、Sb、NiOをそれぞれ、2mol%、Dyを0.5mol%となるように秤量しそれぞれ添加する。
(5) Fifth embodiment (configuration and manufacturing procedure)
A fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to Table 5. In this embodiment, with respect to ZnO as a main component, Bi 2 O 3 as subcomponents is finally added at 0.5 mol%, Co 2 O 3 and MnO are respectively 1.0 mol%, Sb 2 O 3 and NiO. Are respectively weighed to 2 mol% and Dy 2 O 3 to 0.5 mol% and added.

さらに、Ga3+を硝酸塩として、添加量を変化させて、前記第1の実施形態に示した方法で、表5に示す試料番号57から試料番号71となる電流−電圧非直線抵抗体を作製した。但し、ここで、電流−電圧非直線抵抗体の円盤直径が35mm、60mm、100mmとなるようにして、それぞれの円盤直径において、Ga3+添加量を変化させた。 Furthermore, a current-voltage non-linear resistor having sample numbers 57 to 71 shown in Table 5 was fabricated by the method shown in the first embodiment, using Ga 3+ as nitrate and changing the addition amount. . However, here, the disk diameter of the current-voltage nonlinear resistor was set to 35 mm, 60 mm, and 100 mm, and the Ga 3+ addition amount was changed in each disk diameter.

これらの電流−電圧非直線抵抗体ついて前記第1の実施の形態に示した方法で非直線性(V10kA/V1mA)を評価し、表5に示した。表5における係数Aは以下のGa3+添加量と関係式における係数である。 These current-voltage nonlinear resistors were evaluated for nonlinearity (V 10 kA / V 1 mA ) by the method shown in the first embodiment, and are shown in Table 5. The coefficient A in Table 5 is a coefficient in the following Ga 3+ addition amount and a relational expression.

本実施形態は、前記係数Aが5〜14の範囲であることに特徴がある。
Ga3+添加量(mol%)=(A−0.042×D)/1000
(A:係数、D=円盤直径(mm))
This embodiment is characterized in that the coefficient A is in the range of 5-14.
Ga 3+ addition amount (mol%) = (A−0.042 × D) / 1000
(A: coefficient, D = disk diameter (mm))

Figure 2007173313
Figure 2007173313

(作用効果)
図2は上記係数Aと非直線性の関係を示している。この図2に示すように、ガリウム(Ga)の添加量の違いにより、非直線性が変化することは明白である。この際、円盤形状の場合に電流−電圧非直線抵抗体では、その円盤直径により、非直線性が良好となるガリウム添加量は異なる。これは、円盤直径により電流−電圧非直線抵抗体における電流密度が変化することが原因であり、その最適なガリウム添加量が前記の関係式の範囲内である。
(Function and effect)
FIG. 2 shows the relationship between the coefficient A and nonlinearity. As shown in FIG. 2, it is clear that the nonlinearity changes depending on the difference in the amount of gallium (Ga) added. At this time, in the case of a disk shape, in the current-voltage nonlinear resistor, the amount of gallium added for improving the nonlinearity varies depending on the disk diameter. This is because the current density in the current-voltage nonlinear resistor changes depending on the disc diameter, and the optimum gallium addition amount is within the range of the relational expression.

つまり、図2から明らかなように、前記係数Aが5〜14の範囲であれば、電流−電圧非直線抵抗体の円盤直径に係わらず、優れた非直線性が得られるための最適領域であることがわかる。係数Aが5〜14となるGa3+添加量を有する本実施形態は、非常に優れた非直線抵抗特性を獲得することができる。 That is, as apparent from FIG. 2, when the coefficient A is in the range of 5 to 14, it is an optimum region for obtaining excellent nonlinearity regardless of the disk diameter of the current-voltage nonlinear resistor. I know that there is. The present embodiment having a Ga 3+ addition amount with a coefficient A of 5 to 14 can obtain very excellent non-linear resistance characteristics.

(6)他の実施形態
なお、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、ビスマス(Bi)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、アンチモン(Sb)、ニッケル(Ni)、ガリウム(Ga)、希土類元素(R)といった副成分、および銀(Ag)やホウ素(B)に関しては、請求項にて示した組成範囲内であれば、いずれも変更可能である。
(6) Other Embodiments The present invention is not limited to the above embodiment, and bismuth (Bi), cobalt (Co), manganese (Mn), antimony (Sb), nickel (Ni), gallium. With respect to subcomponents such as (Ga) and rare earth elements (R), and silver (Ag) and boron (B), all can be changed as long as they are within the composition range indicated in the claims.

本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体の断面図。Sectional drawing of the current-voltage nonlinear resistor which concerns on this invention. Ga3+添加量係数Aと非直線性の関係図。The relationship figure of Ga3 + addition amount coefficient A and nonlinearity.

符号の説明Explanation of symbols

1…焼結体
2…側面絶縁層
3…電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sintered body 2 ... Side surface insulating layer 3 ... Electrode

Claims (6)

酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、ビスマス(Bi)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、アンチモン(Sb)、ニッケル(Ni)、ガリウム(Ga)、希土類元素(R)を副成分とした電流−電圧非直線抵抗体であり、
前記副成分を、それぞれ、Bi、Co、MnO、Sb、NiO、Ga3+、Rに換算して、
Biを0.3〜1.5mol%、
Coを0.3〜2.0mol%、
MnOを0.4〜3.0mol%、
Sbを0.5〜4.0mol%、
NiOを0.5〜4.0mol%、
Ga3+を0.0005〜0.02mol%、
を0.05〜1.0mol%、
の範囲で含むことを特徴とする電流−電圧非直線抵抗体。
Main component is zinc oxide (ZnO), and bismuth (Bi), cobalt (Co), manganese (Mn), antimony (Sb), nickel (Ni), gallium (Ga), and rare earth elements (R) are subcomponents. Current-voltage nonlinear resistor,
Said subcomponent, respectively, Bi 2 O 3, Co 2 O 3, MnO, Sb 2 O 3, NiO, Ga 3+, in terms of R 2 O 3,
0.3~1.5mol% of Bi 2 O 3,
0.3~2.0Mol% of Co 2 O 3,
0.4 to 3.0 mol% of MnO,
0.5~4.0mol% of Sb 2 O 3,
NiO 0.5-4.0 mol%,
Ga 3+ is 0.0005 to 0.02 mol%,
0.05~1.0mol% of the R 2 O 3,
A current-voltage non-linear resistor comprising:
前記希土類元素(R)として、ジスプロシウム(Dy)、ユウロピウム(Eu)、エリビウム(Er)、ツリウム(Tm)、ガドリニウム(Gd)、イットリウム(Y)、ホルミウム(Ho)、イッテリビウム(Yb)のうち少なくとも一種を含んだことを特徴とする請求項1に記載の電流−電圧非直線抵抗体。   The rare earth element (R) includes at least one of dysprosium (Dy), europium (Eu), erbium (Er), thulium (Tm), gadolinium (Gd), yttrium (Y), holmium (Ho), and ytterbium (Yb). The current-voltage nonlinear resistor according to claim 1, wherein the current-voltage nonlinear resistor is included. 銀(Ag)をAgOに換算して、0.005〜0.05wt%含む焼結体からなることを特徴とする請求項1または2に記載の電流−電圧非直線抵抗体。 3. The current-voltage nonlinear resistor according to claim 1, comprising a sintered body containing 0.005 to 0.05 wt% of silver (Ag) in terms of Ag 2 O. 4. ホウ素(B)をBに換算して、0.005〜0.05wt%含む焼結体からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電流−電圧非直線抵抗体。 In terms of boron (B) to the B 2 O 3, the current according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a sintered body containing 0.005 to 0.05% - Voltage Non Linear resistor. ガリウム(Ga)の添加原料として、水溶性原料を用いたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電流−電圧非直線抵抗体。   The current-voltage nonlinear resistor according to any one of claims 1 to 4, wherein a water-soluble raw material is used as an additive raw material for gallium (Ga). 電流−電圧非直線抵抗体を円盤形状とし、
Ga3+の添加量と前記円盤の直径との関係を、
Ga3+添加量(mol%)≦(A−0.042×D)/1000
(A=5〜14、D=円盤直径(mm))
としたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電流−電圧非直線抵抗体。
The current-voltage nonlinear resistor is shaped like a disk,
The relationship between the additive amount of Ga 3+ and the diameter of the disc is
Ga 3+ addition amount (mol%) ≦ (A−0.042 × D) / 1000
(A = 5-14, D = disk diameter (mm))
The current-voltage nonlinear resistor according to any one of claims 1 to 4, wherein
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