JP2011171665A - Current-voltage nonlinear resistor, and method of manufacturing the same - Google Patents

Current-voltage nonlinear resistor, and method of manufacturing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current-voltage nonlinear resistor capable of reducing resistance and excelling in a nonlinear resistance characteristic, surge current withstand capability and a charge life characteristic, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: This current-voltage nonlinear resistor 10 includes a sintered body of a mixture containing zinc oxide as a main constituent, wherein the mixture contains 0.2-0.8 mol% of antimony in terms of Sb<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, 0.2-1.5 mol% of cobalt in terms of Co<SB>2</SB>O<SB>3</SB>, 0.1-1 mol% of manganese in terms of MnO, and 0.3-2 mol% of nickel in terms of NiO, and contains bismuth so that a mol% relative ratio of bismuth to antimony satisfies a relationship of 1.5≤Bi<SB>2</SB>O<SB>3</SB>/Sb<SB>2</SB>O<SB>3</SB>≤4.5 in terms of the respective oxides; the average particle size of zinc oxide particles in the sintered body 20 is ≥25 μm; and standard deviation based on a particle size distribution of zinc oxide particles in the sintered body 20 is ≤20% of the average particle size of the zinc oxide particles. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、サージプロテクトデバイス(SPD)や低電圧系統避雷器に適用する酸化亜鉛(ZnO)を主成分とする電流−電圧非直線抵抗体およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a current-voltage non-linear resistor mainly composed of zinc oxide (ZnO) applied to a surge protect device (SPD) and a low voltage system lightning arrester, and a method for manufacturing the same.

一般に、電力系統を異常電圧から保護するために、避雷器やサージアブソーバなどの過電圧保護装置が用いられている。この避雷器やサージアブソーバは、正常な電圧下において絶縁特性を示す一方、異常電圧が印加されたときに低抵抗特性を示す非直線抵抗体を有しており、過電圧の抑制に有効である。この電流−電圧非直線抵抗体は、例えば、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、これに副成分として、Bi、Co、MnO、Sb、NiOが添加されたものを原料とし、混合、造粒、成形し、焼結されたセラミック体である(例えば、特許文献1参照。)。この焼結体の側面には、サージ吸収時に側面からのフラッシュ・オーバを防止するために、電気絶縁材料による絶縁層が形成されている。 In general, an overvoltage protection device such as a lightning arrester or a surge absorber is used to protect the power system from abnormal voltage. The lightning arrester and surge absorber have a non-linear resistor that exhibits insulation characteristics under normal voltage and low resistance when an abnormal voltage is applied, and is effective in suppressing overvoltage. This current-voltage non-linear resistor has, for example, 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 thereto. A ceramic body obtained by mixing, granulating, forming and sintering a raw material (see, for example, Patent Document 1). An insulating layer made of an electrically insulating material is formed on the side surface of the sintered body in order to prevent flashover from the side surface during surge absorption.

また、最近における、例えばパーソナルコンピュータなどの電子機器においては、高機能化および高集積化に伴って、サージ耐量が低下する傾向にある。そのため、これらの電子機器において、雷サージ被害が増加しており、電力や通信網に大きな影響を与えている。このような中、サージプロテクトデバイス(SPD)などの低電圧系統のサージ吸収装置の需要が年々増加している。この低電圧系統のサージ吸収装置においても、その優れた非直線抵抗特性により、酸化亜鉛を主成分とする電流−電圧非直線抵抗体が用いられている。   Also, in recent electronic devices such as personal computers, surge resistance tends to decrease with higher functionality and higher integration. Therefore, in these electronic devices, lightning surge damage is increasing, which has a great influence on power and communication networks. Under such circumstances, demand for surge absorbers of low voltage systems such as surge protect devices (SPD) is increasing year by year. Also in this low voltage system surge absorber, a current-voltage nonlinear resistor mainly composed of zinc oxide is used due to its excellent nonlinear resistance characteristics.

サージプロテクトデバイスには、誘導雷(8/20μs)のみでなく、直撃雷(10/350μs)のような長波尾の大電流を吸収する性能が要求される。そのため、電流−電圧非直線抵抗体において、高いサージ耐量特性が求められる。サージ耐量特性を向上させるためには、電流−電圧非直線抵抗体の単位体積当たりの抵抗値を低くすることが有効である。しかしながら、例えば100Vクラスの低電圧系統に200V/mmクラスの電流−電圧非直線抵抗体を用いると、厚さを1〜3mm程度まで薄くしなければならない。そのため、機械的強度が低下し、製造が困難となることに加えて、サージ耐量特性が低下する。そこで、電流−電圧非直線抵抗体の低抵抗化が要求される。   Surge protection devices are required not only to induce lightning (8/20 μs) but also to absorb large currents with a long wave tail such as direct lightning (10/350 μs). Therefore, high surge withstand characteristics are required for current-voltage nonlinear resistors. In order to improve the surge withstand characteristics, it is effective to lower the resistance value per unit volume of the current-voltage nonlinear resistor. However, for example, when a current-voltage nonlinear resistor of 200 V / mm class is used for a low voltage system of 100 V class, the thickness must be reduced to about 1 to 3 mm. For this reason, the mechanical strength is lowered and the manufacture becomes difficult, and the surge withstand characteristics are lowered. Therefore, it is required to reduce the resistance of the current-voltage nonlinear resistor.

電流−電圧非直線抵抗体を低抵抗化するために、例えば、酸化亜鉛を主成分として、Bi、TiO、Co、MnO、NiO、TeOなどの副成分の含有量が限定された電流−電圧非直線抵抗体が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。この電流−電圧非直線抵抗体では、抵抗値が低く、かつ優れたサージ耐量特性が得られる。 In order to reduce the resistance of the current-voltage non-linear resistor, for example, the content of subcomponents such as Bi 2 O 3 , TiO 2 , Co 2 O 3 , MnO, NiO, TeO 2 with zinc oxide as the main component Has been disclosed (for example, see Patent Document 2). This current-voltage non-linear resistor has a low resistance value and an excellent surge resistance characteristic.

また、酸化亜鉛を主成分として、Bi、TiO、Sbが添加された電流−電圧非直線抵抗体において、焼成工程の一定温度における昇温速度範囲を限定することにより、抵抗値が低く、動作開始電圧のバラツキが小さい電流−電圧非直線抵抗体が得られる技術が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。 Further, in the current-voltage nonlinear resistor to which zinc oxide is the main component and Bi 2 O 3 , TiO 2 , Sb 2 O 3 is added, by limiting the temperature increase rate range at a constant temperature in the firing step, A technique for obtaining a current-voltage nonlinear resistor having a low resistance value and a small variation in operation start voltage is disclosed (for example, see Patent Document 3).

また、サージ吸収装置の長期信頼性を得るために、電流−電圧非直線抵抗体においては、サージ耐量特性の向上が求められるとともに、優れた寿命特性が求められている。   In addition, in order to obtain long-term reliability of the surge absorber, the current-voltage nonlinear resistor is required to have improved surge withstand characteristics and excellent life characteristics.

特公平4−25681号公報Japanese Patent Publication No. 4-25681 特開2003−109806号公報JP 2003-109806 A 特許第3251134号公報Japanese Patent No. 3251134

しかしながら、電流−電圧非直線抵抗体を低抵抗化するために、上記した従来の電流−電圧非直線抵抗体ように、TiOなどの酸化亜鉛粒子の粒成長を促進させる成分を添加したり、または焼成パターンを制御したりすることによって、酸化亜鉛粒子の異常な粒成長などを生じることがある。そのため、焼結体中の結晶粒径が大きくばらつき、十分なサージ耐量特性を得ることは困難であった。また、結晶粒径がばらつくことにより、寿命特性や非直線特性も劣化してしまう。 However, in order to reduce the resistance of the current-voltage nonlinear resistor, a component for promoting grain growth of zinc oxide particles such as TiO 2 is added as in the conventional current-voltage nonlinear resistor described above, Or, by controlling the firing pattern, abnormal grain growth of zinc oxide particles may occur. Therefore, the crystal grain size in the sintered body varies widely, and it is difficult to obtain sufficient surge resistance characteristics. In addition, when the crystal grain size varies, the life characteristics and non-linear characteristics also deteriorate.

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、低抵抗化が図れるとともに、非直線抵抗特性、サージ耐量および課電寿命特性に優れた電流−電圧非直線抵抗体およびその製造方法を提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to reduce the resistance, as well as a current-voltage nonlinear resistor excellent in non-linear resistance characteristics, surge withstand capability, and electric charging life characteristics, and the same. An object is to provide a manufacturing method.

上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、酸化亜鉛を主成分とし、副成分として、ビスマス、アンチモン、マンガン、コバルト、ニッケルを含んだ混合物の焼結体を備える電流−電圧非直線抵抗体において、前記混合物が、アンチモンをSbに換算して0.2〜0.8mol%、コバルトをCoに換算して0.2〜1.5mol%、マンガンをMnOに換算して0.1〜1mol%、ニッケルをNiOに換算して0.3〜2mol%を含み、かつビスマスを、ビスマスのアンチモンに対するmol%相対比が、それぞれの酸化物に換算して、1.5≦Bi/Sb≦4.5の関係を満たすように含み、前記焼結体中の酸化亜鉛粒子の平均粒径が25μm以上であり、かつ前記焼結体中の酸化亜鉛粒子の粒度分布に基づく標準偏差が前記酸化亜鉛粒子の平均粒径の20%以下であることを特徴とする電流−電圧非直線抵抗体が提供される。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a current-voltage comprising a sintered body of a mixture containing zinc oxide as a main component and bismuth, antimony, manganese, cobalt, and nickel as subcomponents. in the non-linear resistor, wherein the mixture, 0.2~0.8Mol% in terms of antimony Sb 2 O 3, 0.2~1.5mol% in terms of cobalt to Co 2 O 3, a manganese 0.1 to 1 mol% in terms of MnO, 0.3 to 2 mol% in terms of nickel to NiO, and bismuth in terms of mol% relative ratio of bismuth to antimony in terms of the respective oxides 1.5 ≦ Bi 2 O 3 / Sb 2 O 3 ≦ 4.5, the zinc oxide particles in the sintered body have an average particle size of 25 μm or more, and the sintered body Zinc oxide in A current-voltage nonlinear resistor is provided, wherein a standard deviation based on a particle size distribution of the particles is 20% or less of an average particle size of the zinc oxide particles.

また、本発明の一態様によれば、酸化亜鉛を主成分とし、副成分として、ビスマス、アンチモン、マンガン、コバルト、ニッケルを含んだ混合物の焼結体を備える電流−電圧非直線抵抗体の製造方法において、アンチモンをSbに換算して0.2〜0.8mol%、コバルトをCoに換算して0.2〜1.5mol%、マンガンをMnOに換算して0.1〜1mol%、ニッケルをNiOに換算して0.3〜2mol%を含み、かつビスマスを、ビスマスのアンチモンに対するmol%相対比が、それぞれの酸化物に換算して、1.5≦Bi/Sb≦4.5の関係を満たすように含む前記混合物、および前記混合物の含有率が30〜60重量%となるように有機溶剤を湿式粉砕装置に投入し、前記混合物の平均粒径が0.5μm以下となるように前記混合物を粉砕しながら混合し、スラリーを作製する粉砕工程と、前記スラリーを噴霧して、粒径が70〜130μmの造粒粉を形成する造粒粉形成工程と、前記造粒粉に所定の圧力を負荷して所定の形状を有する成形体を形成する成形工程と、前記成形体を350〜500℃の第1の温度に加熱し、所定時間前記第1の温度を維持して前記有機溶剤を除去する第1の加熱工程と、前記有機溶剤が除去された成形体を900〜1300℃の第2の温度に加熱し、所定時間前記第2の温度を維持して焼成する第2の加熱工程と、前記焼成された成形体を冷却し、前記成形体の温度が750℃以下における冷却速度を25〜100℃/時で冷却する冷却工程とを具備することを特徴とする電流−電圧非直線抵抗体の製造方法が提供される。 Moreover, according to one aspect of the present invention, a current-voltage nonlinear resistor including a sintered body of a mixture containing zinc oxide as a main component and bismuth, antimony, manganese, cobalt, and nickel as subcomponents is manufactured. In the method, 0.2 to 0.8 mol% of antimony converted to Sb 2 O 3 , 0.2 to 1.5 mol% of cobalt converted to Co 2 O 3 , and 0.2 to 1.5 mol% of manganese converted to MnO 1 to 1 mol%, containing 0.3 to 2 mol% of nickel converted to NiO, and the mol% relative ratio of bismuth to antimony converted to each oxide is 1.5 ≦ Bi 2. O 3 / Sb 2 O 3 ≦ 4.5 wherein mixtures comprising so as to satisfy the relation, and the organic solvent so that the contents of the mixture is 30 to 60% by weight was charged into a wet pulverizing device, said mixture The mixture is mixed while being pulverized so that the average particle size is 0.5 μm or less, and a pulverizing step for producing a slurry, and the slurry is sprayed to form a granulated powder having a particle size of 70 to 130 μm. A granule powder forming step, a molding step in which a predetermined pressure is applied to the granulated powder to form a molded body having a predetermined shape, and the molded body is heated to a first temperature of 350 to 500 ° C. A first heating step of removing the organic solvent while maintaining the first temperature for a period of time; and heating the molded body from which the organic solvent has been removed to a second temperature of 900 to 1300 ° C. A second heating step for firing while maintaining the temperature of 2, and a cooling step for cooling the fired molded body and cooling at a cooling rate of 25 to 100 ° C./hour when the temperature of the molded body is 750 ° C. or lower. Current-voltage non-linearity A method of manufacturing a resistance element is provided.

本発明によれば、低抵抗化が図れるとともに、非直線抵抗特性、サージ耐量および課電寿命特性に優れた電流−電圧非直線抵抗体およびその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a current-voltage non-linear resistor excellent in non-linear resistance characteristics, surge withstand capability, and electric charge life characteristics, and a method for manufacturing the same, while reducing resistance.

本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体10の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of the current-voltage nonlinear resistor 10 which concerns on this invention.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体10の断面を示す図である。
図1に示すように、本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体10は、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、副成分としてビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)を含んだ混合物の焼結体20を備えている。また、焼結体20を構成するための混合物は、アンチモンをSbに換算して0.2〜0.8mol%、コバルトをCoに換算して0.2〜1.5mol%、マンガンをMnOに換算して0.1〜1mol%、ニッケルをNiOに換算して0.3〜2mol%を含み、かつビスマスを、ビスマスのアンチモンに対するmol%相対比が、それぞれの酸化物に換算して、1.5≦Bi/Sb≦4.5の関係を満たすように含んでいる。
FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a current-voltage nonlinear resistor 10 according to the present invention.
As shown in FIG. 1, a current-voltage non-linear resistor 10 according to the present invention has zinc oxide (ZnO) as a main component and bismuth (Bi), antimony (Sb), manganese (Mn), cobalt as subcomponents. A sintered body 20 of a mixture containing (Co) and nickel (Ni) is provided. Moreover, the mixture for constituting the sintered body 20 is 0.2 to 0.8 mol% in terms of antimony converted to Sb 2 O 3 and 0.2 to 1.5 mol in terms of cobalt converted to Co 2 O 3. %, Manganese is 0.1 to 1 mol% in terms of MnO, nickel is in the range of 0.3 to 2 mol% in terms of NiO, and bismuth is a mol% relative ratio of antimony to bismuth. In terms of 1.5 ≦ Bi 2 O 3 / Sb 2 O 3 ≦ 4.5.

さらに、焼結体20中の酸化亜鉛粒子の平均粒径は、25μm以上であり、かつ焼結体20中の酸化亜鉛粒子の粒度分布に基づく標準偏差は、酸化亜鉛粒子の平均粒径の20%以下である。   Furthermore, the average particle diameter of the zinc oxide particles in the sintered body 20 is 25 μm or more, and the standard deviation based on the particle size distribution of the zinc oxide particles in the sintered body 20 is 20 of the average particle diameter of the zinc oxide particles. % Or less.

また、電流−電圧非直線抵抗体10は、焼結体20の側面を被覆する絶縁層30と、焼結体20の上下面に形成された電極40を備えている。   The current-voltage nonlinear resistor 10 includes an insulating layer 30 that covers the side surface of the sintered body 20 and electrodes 40 formed on the upper and lower surfaces of the sintered body 20.

コバルトの含有量をCoに換算して0.2〜1.5mol%としたのは、Coは、主にスピネル粒子中に固溶して非直線抵抗特性を大きく向上させるために有効な成分であるため、含有量が0.2mol%よりも少ない場合には、この非直線抵抗特性を向上させる効果を十分に得ることができないからである。また、含有量が1.5mol%を超える場合には、焼結体20の内部における絶縁成分が多くなり、エネルギ耐量が悪化するからである。 The reason why the content of cobalt is 0.2 to 1.5 mol% in terms of Co 2 O 3 is that Co 2 O 3 is mainly dissolved in spinel particles to greatly improve nonlinear resistance characteristics. This is because it is an effective component, and when the content is less than 0.2 mol%, the effect of improving this non-linear resistance characteristic cannot be sufficiently obtained. Moreover, when content exceeds 1.5 mol%, it is because the insulation component in the inside of the sintered compact 20 will increase, and energy tolerance will deteriorate.

マンガンの含有量をMnOに換算して0.1〜1mol%としたのは、MnOは、主にスピネル粒子中に固溶して非直線抵抗特性を大きく向上させるために有効な成分であるため、含有量が0.1mol%よりも少ない場合には、この非直線抵抗特性を向上させる効果を十分に得ることができないからである。また、含有量が1mol%を超える場合には、焼結体20の内部における絶縁成分が多くなり、熱安定性が悪化するからである。   The reason why the content of manganese is 0.1-1 mol% in terms of MnO is that MnO is an effective component for greatly improving the non-linear resistance characteristics by mainly dissolving in spinel particles. This is because when the content is less than 0.1 mol%, the effect of improving this non-linear resistance characteristic cannot be obtained sufficiently. Moreover, when content exceeds 1 mol%, it is because the insulation component in the inside of the sintered compact 20 will increase, and thermal stability will deteriorate.

ニッケルの含有量をNiOに換算して0.3〜2mol%としたのは、NiOは、主にスピネル粒子中に固溶して非直線抵抗特性を大きく向上させるために有効な成分であるため、含有量が0.3mol%よりも少ない場合には、この非直線抵抗特性を向上させる効果を十分に得ることができないからである。また、含有量が2mol%を超える場合には、焼結体20の内部における絶縁成分が多くなり、エネルギ耐量が悪化するからである。   The reason why the content of nickel is 0.3 to 2 mol% in terms of NiO is that NiO is an effective component for largely improving the non-linear resistance characteristic by solid solution mainly in spinel particles. This is because when the content is less than 0.3 mol%, the effect of improving the non-linear resistance characteristic cannot be obtained sufficiently. Moreover, when content exceeds 2 mol%, it is because the insulation component in the inside of the sintered compact 20 will increase, and energy tolerance will deteriorate.

アンチモンの含有量をSbに換算して0.2〜0.8mol%としたのは、Sbは、酸化亜鉛とスピネル粒子を形成して焼結中の酸化亜鉛粒子の粒成長を抑制し、均一化する働きを有し、非直線抵抗特性を向上させる効果を有する成分であるため、含有量が0.2mol%よりも少ない場合には、この非直線抵抗特性を向上させる効果を十分に得ることができないからである。また、含有量が0.8mol%を超える場合には、焼結体20の内部における絶縁成分が多くなり、高抵抗化され、かつサージ耐量特性が悪化するからである。 The reason why the content of antimony is 0.2 to 0.8 mol% in terms of Sb 2 O 3 is that Sb 2 O 3 forms spinel particles with zinc oxide to form particles of zinc oxide particles during sintering. Since it is a component that has the effect of suppressing and uniforming growth and improving the non-linear resistance characteristic, when the content is less than 0.2 mol%, the non-linear resistance characteristic is improved. This is because the effect cannot be obtained sufficiently. In addition, when the content exceeds 0.8 mol%, the insulating component inside the sintered body 20 increases, the resistance is increased, and the surge withstand characteristics are deteriorated.

ビスマスのアンチモンに対するmol%相対比を、それぞれの酸化物に換算して、1.5≦Bi/Sb≦4.5の関係を満たすようにビスマスを含有することで、焼結体20中の酸化亜鉛粒子の粒成長を促進する効果を有するビスマスを、粒成長を抑制する効果を有するアンチモンより多く含有することができる。そのため、非直線抵抗体の焼結性が向上し、電流−電圧非直線抵抗体10を低抵抗化することができる。このビスマスのアンチモンに対するmol%相対比(Bi/Sb)が1.5より小さい場合には、十分な低抵抗化ができず、4.5を超える場合には、酸化亜鉛粒子の異常な粒成長が生じ、優れた非直線特性およびサージ耐量特性を得ることができない。 By converting the mol% relative ratio of bismuth to antimony into each oxide and containing bismuth so as to satisfy the relationship of 1.5 ≦ Bi 2 O 3 / Sb 2 O 3 ≦ 4.5, More bismuth having the effect of promoting grain growth of the zinc oxide particles in the bonded body 20 can be contained than antimony having the effect of suppressing grain growth. Therefore, the sinterability of the nonlinear resistor is improved, and the resistance of the current-voltage nonlinear resistor 10 can be reduced. When the mol% relative ratio of bismuth to antimony (Bi 2 O 3 / Sb 2 O 3 ) is less than 1.5, the resistance cannot be sufficiently lowered, and when it exceeds 4.5, zinc oxide Abnormal grain growth of the grains occurs, and excellent non-linear characteristics and surge resistance characteristics cannot be obtained.

なお、混合物における上記した副成分以外の残部は、酸化亜鉛(ZnO)で構成される。   In addition, the remainder other than the above-mentioned subcomponent in a mixture is comprised with a zinc oxide (ZnO).

また、電流−電圧非直線抵抗体10を構成する焼結体20中の酸化亜鉛粒子の平均粒径は、25μm以上にすることで、十分に低抵抗化される。なお、酸化亜鉛粒子の平均粒径が大きくなり過ぎると、非直線性が悪化し、かつ製造が困難となる理由から、酸化亜鉛粒子の平均粒径の上限値を40〜50μm程度とすることが好ましい。   Moreover, the average particle diameter of the zinc oxide particles in the sintered body 20 constituting the current-voltage nonlinear resistor 10 is sufficiently reduced by setting it to 25 μm or more. In addition, when the average particle diameter of the zinc oxide particles becomes too large, the upper limit of the average particle diameter of the zinc oxide particles may be about 40 to 50 μm because the nonlinearity deteriorates and the manufacture becomes difficult. preferable.

また、電流−電圧非直線抵抗体10を構成する焼結体20中の酸化亜鉛粒子の粒度分布に基づく標準偏差を酸化亜鉛粒子の平均粒径の20%以下にすることで、酸化亜鉛の粒子径が均一化されるため、焼結体20中の微細構造が均質化される。そのため、局所的な導電パスの偏りがなくなり、優れた非直線抵抗特性、サージ耐量および課電寿命特性を得ることができる。   Further, by making the standard deviation based on the particle size distribution of the zinc oxide particles in the sintered body 20 constituting the current-voltage nonlinear resistor 10 to be 20% or less of the average particle diameter of the zinc oxide particles, the zinc oxide particles Since the diameter is uniform, the fine structure in the sintered body 20 is homogenized. For this reason, local bias of the conductive path is eliminated, and excellent non-linear resistance characteristics, surge withstand characteristics, and electric charge life characteristics can be obtained.

ここで、焼結体20中の酸化亜鉛粒子の平均粒径は、焼結体20の内部を切り出し、その切り出した試料を鏡面研摩し、走査型電子顕微鏡(SEM)で反射電子像を観察して求められる。具体的には、複数の試料を切り出し、各試料について、異なる視野で数箇所のSEM写真を、例えば1000倍の倍率で撮り、例えば500〜1000個の酸化亜鉛粒子の粒径を測定することで、焼結体20中の酸化亜鉛粒子の平均粒径を求めることができる。また、標準偏差は、上記したように、測定された平均粒径から得られる焼結体20中の酸化亜鉛粒子の粒度分布に基づいて算出される。なお、例えば、酸化亜鉛粒子、スピネル粒子、酸化ビスマス層、気孔などは、反射電子像における観察写真の色あいにより識別することができる。   Here, the average particle diameter of the zinc oxide particles in the sintered body 20 is determined by cutting the inside of the sintered body 20, polishing the cut sample, and observing the reflected electron image with a scanning electron microscope (SEM). Is required. Specifically, by cutting out a plurality of samples, and taking several SEM photographs with different fields of view for each sample, for example, at a magnification of 1000 times, for example, measuring the particle size of 500 to 1000 zinc oxide particles The average particle diameter of the zinc oxide particles in the sintered body 20 can be determined. Further, as described above, the standard deviation is calculated based on the particle size distribution of the zinc oxide particles in the sintered body 20 obtained from the measured average particle diameter. In addition, for example, zinc oxide particles, spinel particles, bismuth oxide layers, pores, and the like can be identified by the color of an observation photograph in a reflected electron image.

また、酸化亜鉛、ビスマス、アンチモン、マンガン、コバルト、ニッケルを含んだ混合物の平均粒径は、0.5μm以下とすることが好ましい。混合物の平均粒径を0.5μm以下にすることで、原料が均一に分散し、焼結体20中の酸化亜鉛粒子の粒成長を抑制する効果を有するスピネル粒子やその他の原料が微細構造全体に均一に分散される。そのため、焼成過程において酸化亜鉛粒子の粒成長が均一に進むために、局所的な通電パスの偏りがなくなり、優れた非直線抵抗特性およびサージ耐量を有する電流−電圧非直線抵抗体10が得られる。一方、混合物の平均粒径が0.5μmを超えると、酸化亜鉛粒子の異常な粒成長による局所的な通電パスの偏りが生じやすくなる。なお、混合物の平均粒径は、小さいほど好ましいが、混合物を粉砕する際の作製上の限界により、混合物の平均粒径の下限値は、0.05μm程度となる。   The average particle size of the mixture containing zinc oxide, bismuth, antimony, manganese, cobalt, and nickel is preferably 0.5 μm or less. By making the average particle size of the mixture 0.5 μm or less, the raw material is uniformly dispersed, and the spinel particles and other raw materials having the effect of suppressing the grain growth of the zinc oxide particles in the sintered body 20 include the entire microstructure. Uniformly distributed. Therefore, since the grain growth of the zinc oxide particles proceeds uniformly in the firing process, there is no local bias of the conduction path, and the current-voltage nonlinear resistor 10 having excellent nonlinear resistance characteristics and surge resistance can be obtained. . On the other hand, when the average particle diameter of the mixture exceeds 0.5 μm, local bias of the current path due to abnormal grain growth of the zinc oxide particles tends to occur. In addition, although the average particle diameter of a mixture is so preferable that it is small, the minimum value of the average particle diameter of a mixture will be about 0.05 micrometer by the limit on preparation at the time of grind | pulverizing a mixture.

ここで、混合物の平均粒径は、例えば、湿式のレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いて測定される。また、上記した平均粒径は、メディアン径における平均粒径である。   Here, the average particle diameter of the mixture is measured using, for example, a wet laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus. The above average particle diameter is an average particle diameter in the median diameter.

また、混合物の粒度分布に基づく標準偏差は、混合物の平均粒径の75%以下であることが好ましい。混合物の粒度分布に基づく標準偏差を混合物の平均粒径の75%以下にすることで、原料が均一に分散し、焼成過程における酸化亜鉛粒子の粒成長が均一に進み、焼結体20中の酸化亜鉛粒子の粒径が均一化される。これによって、優れた、非直線抵抗特性およびサージ耐量を有する電流−電圧非直線抵抗体10を得ることができる。一方、混合物の粒度分布に基づく標準偏差が混合物の平均粒径の75%を超えると、焼結体20中の酸化亜鉛粒子の粒径が均一化され難くなり、局所的な通電パスの偏りが生じやすくなる。ここで、標準偏差は、上記した粒度分布測定装置で測定された混合物の粒度分布に基づいて求められる。   The standard deviation based on the particle size distribution of the mixture is preferably 75% or less of the average particle size of the mixture. By setting the standard deviation based on the particle size distribution of the mixture to 75% or less of the average particle size of the mixture, the raw materials are uniformly dispersed, and the growth of zinc oxide particles in the firing process proceeds uniformly. The particle size of the zinc oxide particles is made uniform. As a result, it is possible to obtain the current-voltage nonlinear resistor 10 having excellent nonlinear resistance characteristics and surge resistance. On the other hand, when the standard deviation based on the particle size distribution of the mixture exceeds 75% of the average particle size of the mixture, the particle size of the zinc oxide particles in the sintered body 20 becomes difficult to be uniformed, and local biasing of the current path occurs. It tends to occur. Here, a standard deviation is calculated | required based on the particle size distribution of the mixture measured with the above-mentioned particle size distribution measuring apparatus.

焼結体20の側面を被覆する絶縁層30は、例えば、電気絶縁材料であるガラスフリットなどの無機絶縁物などで構成される。この絶縁層30は、焼結体20の側面に、例えば、上記した電気絶縁材料を塗布または吹き付けし、熱処理を施すことで形成される。なお、絶縁層30の厚さは、絶縁性能および機械的強度の観点から、0.05〜0.2mm程度に形成されることが好ましい。   The insulating layer 30 covering the side surface of the sintered body 20 is made of, for example, an inorganic insulating material such as a glass frit that is an electrically insulating material. The insulating layer 30 is formed by, for example, applying or spraying the above-described electrical insulating material to the side surface of the sintered body 20 and performing heat treatment. The insulating layer 30 is preferably formed to have a thickness of about 0.05 to 0.2 mm from the viewpoint of insulating performance and mechanical strength.

焼結体20の上下面に形成された電極40は、例えば、電気導電性を有する、アルミニウムや銀などの材料で構成される。電極40は、焼結体20の上下面に、例えば、上記した導電性材料を溶射などすることで形成される。なお、電極40の厚さは、焼結体との接着性の観点から、0.05〜0.15mm程度に形成されることが好ましい。   The electrodes 40 formed on the upper and lower surfaces of the sintered body 20 are made of, for example, a material such as aluminum or silver having electrical conductivity. The electrode 40 is formed on the upper and lower surfaces of the sintered body 20 by, for example, spraying the above-described conductive material. The thickness of the electrode 40 is preferably about 0.05 to 0.15 mm from the viewpoint of adhesion to the sintered body.

ここで、本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体10は、例えば、直径が20〜150mm、厚さが1〜50mmの円柱状の形状を有している。なお、電流−電圧非直線抵抗体10の形状は、これに限られるものではない。   Here, the current-voltage nonlinear resistor 10 according to the present invention has, for example, a cylindrical shape having a diameter of 20 to 150 mm and a thickness of 1 to 50 mm. The shape of the current-voltage nonlinear resistor 10 is not limited to this.

また、本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体10においては、1mAの商用周波の電流を通電したときの電圧であるバリスタ電圧(V1mA)が100V/mm以下とすることができる。 Further, in the current-voltage nonlinear resistor 10 according to the present invention, the varistor voltage (V 1 mA ), which is a voltage when a current of 1 mA commercial frequency is applied, can be set to 100 V / mm or less.

次に、本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体10の製造方法について説明する。   Next, a method for manufacturing the current-voltage nonlinear resistor 10 according to the present invention will be described.

まず、アンチモンをSbに換算して0.2〜0.8mol%、コバルトをCoに換算して0.2〜1.5mol%、マンガンをMnOに換算して0.1〜1mol%、ニッケルをNiOに換算して0.3〜2mol%を含み、かつビスマスを、ビスマスのアンチモンに対するmol%相対比が、それぞれの酸化物に換算して、1.5≦Bi/Sb≦4.5の関係を満たすように含み、残部が酸化亜鉛(ZnO)となるように秤量し、混合物を作製する。 First, 0.2~0.8mol% in terms of antimony Sb 2 O 3, 0.2~1.5mol% in terms of cobalt to Co 2 O 3, in terms of manganese to MnO 0.1 to 1 mol%, it comprises 0.3~2Mol% in terms of nickel in NiO, and bismuth, mol% relative ratio of antimony bismuth, in terms of respective oxides, 1.5 ≦ Bi 2 O 3 / Sb 2 O 3 ≦ 4.5 so as to satisfy the relationship, the balance is weighed so as to be zinc oxide (ZnO), and a mixture is prepared.

続いて、作製された混合物、およびこの混合物の含有率が30〜60重量%となるように調整された有機溶剤を湿式粉砕装置に投入する。そして、混合物の平均粒径が0.5μm以下となるように混合物を粉砕しながら混合し、スラリーを作製する。有機溶剤として、例えば、水とポリビニルアルコールなどの有機バインダを混合したものなどが用いられる。   Subsequently, the prepared mixture and the organic solvent adjusted so that the content of the mixture is 30 to 60% by weight are charged into a wet pulverizer. And it mixes, grind | pulverizing a mixture so that the average particle diameter of a mixture may be 0.5 micrometer or less, and produces a slurry. As the organic solvent, for example, a mixture of water and an organic binder such as polyvinyl alcohol is used.

ここで、湿式粉砕装置として、例えば、直径が0.05〜0.3mmのジルコニアビーズを用いた循環方式の装置などが用いられる。また、湿式粉砕装置におけるベッセル内のビーズ充填率を35〜95%とし、攪拌用ロータの周速を500〜1500rpm、循環流量を5〜50L/minの条件で作動させることができる。   Here, as the wet pulverization apparatus, for example, a circulation type apparatus using zirconia beads having a diameter of 0.05 to 0.3 mm is used. Further, the bead filling rate in the vessel in the wet pulverization apparatus can be 35 to 95%, the peripheral speed of the stirring rotor can be 500 to 1500 rpm, and the circulation flow rate can be operated at 5 to 50 L / min.

続いて、作製されたスラリーを回転円盤方式または加圧ノズル方式により、噴霧して造粒して造粒粉を作製する。ここで、造粒粉の粒径は70〜130μmとすることが好ましい。なお、この際の粒径は、前述したレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置などを用いて測定される。ここで、造粒粉の粒径を70〜130μmとするのが好ましいのは、成形性がよく、緻密な成形体を得ることができるからである。   Subsequently, the produced slurry is sprayed and granulated by a rotating disk method or a pressure nozzle method to produce a granulated powder. Here, the particle size of the granulated powder is preferably 70 to 130 μm. The particle size at this time is measured using the above-mentioned laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device or the like. Here, the reason why the particle size of the granulated powder is preferably 70 to 130 μm is that moldability is good and a dense molded body can be obtained.

得られた造粒粉を、例えば油圧式のプレス成形機によって、円柱状に成形し、成形体を作製する。   The obtained granulated powder is molded into a columnar shape by, for example, a hydraulic press molding machine to produce a molded body.

続いて、この成形体を、第1の温度である、350〜500℃の温度に加熱し、この温度に、例えば、1〜3時間維持して有機溶剤を除去する。   Subsequently, the molded body is heated to a first temperature of 350 to 500 ° C., and maintained at this temperature for 1 to 3 hours, for example, to remove the organic solvent.

続いて、成形体を、第2の温度である、900〜1300℃の温度に加熱し、この温度に、例えば、2時間以上維持して焼成する。なお、焼成は、例えば、トンネル式の連続炉を使用して、アルミナやムライトなどの耐火物容器に成形体を設置して行われる。また、第1の温度から第2の温度までの加熱速度は、被焼成物内の温度均一性と焼成プロセスリードタイムの観点から、50〜200℃/時であることが好ましい。   Subsequently, the molded body is heated to a temperature of 900 to 1300 ° C., which is the second temperature, and is fired at this temperature, for example, for 2 hours or more. The firing is performed, for example, by using a tunnel-type continuous furnace and placing the compact in a refractory container such as alumina or mullite. Moreover, it is preferable that the heating rate from 1st temperature to 2nd temperature is 50-200 degreeC / hour from a viewpoint of the temperature uniformity in a to-be-baked thing, and a baking process lead time.

第2の温度の維持時間経過後、焼成された成形体を室温となるまで冷却する。この冷却工程において、成形体の温度が750℃以下における冷却速度を25〜100℃/時とすることが好ましい。成形体の温度が750℃以下における冷却速度を25〜100℃/時とすることで、より優れた、非直線特性および課電寿命特性を有する電流−電圧非直線抵抗体10を得ることができる。一方、冷却速度が、25℃/時より遅くなると、非直線特性が低下する傾向にあり、100℃/時より速くなると、課電寿命特性が低下する傾向にある。この冷却工程を経て、焼結体20が得られる。   After the maintenance time of the second temperature has elapsed, the fired molded body is cooled to room temperature. In this cooling step, it is preferable that the cooling rate when the temperature of the molded body is 750 ° C. or lower is 25 to 100 ° C./hour. By setting the cooling rate at 25 to 100 ° C./hour when the temperature of the molded body is 750 ° C. or less, it is possible to obtain the current-voltage nonlinear resistor 10 having more excellent non-linear characteristics and electric charging life characteristics. . On the other hand, when the cooling rate is slower than 25 ° C./hour, the non-linear characteristic tends to be lowered, and when it is faster than 100 ° C./hour, the electric charging life characteristic tends to be lowered. Through this cooling step, the sintered body 20 is obtained.

ここで、上記した冷却工程において室温まで冷却された焼結体20を、第3の温度である、350〜700℃の温度で、10〜40時間加熱することが好ましい。この加熱工程を経ることで、より優れたエネルギ耐量特性を有する電流−電圧非直線抵抗体10を得ることができる。一方、加熱温度が350℃より低くい場合には、エネルギ耐量特性の向上が得られず、加熱温度が700℃を超える場合には、課電寿命特性が悪化する。また、加熱時間が10時間より短い場合には、エネルギ耐量特性の向上が得られず、加熱時間が40時間を超える場合には、課電寿命特性およびエネルギ耐量特性が悪化する。   Here, it is preferable to heat the sintered compact 20 cooled to room temperature in the above-described cooling step at a temperature of 350 to 700 ° C., which is a third temperature, for 10 to 40 hours. By passing through this heating step, the current-voltage nonlinear resistor 10 having more excellent energy withstand characteristics can be obtained. On the other hand, when the heating temperature is lower than 350 ° C., the improvement in energy withstand characteristics cannot be obtained, and when the heating temperature exceeds 700 ° C., the charging life characteristic is deteriorated. In addition, when the heating time is shorter than 10 hours, the improvement of the energy withstand characteristics cannot be obtained, and when the heating time exceeds 40 hours, the charging life characteristics and the energy withstand characteristics are deteriorated.

第3の温度の維持時間経過後、加熱された焼結体を室温となるまで冷却する。この冷却工程における冷却速度は、特に限定されない。   After the maintenance time of the third temperature has elapsed, the heated sintered body is cooled to room temperature. The cooling rate in this cooling process is not particularly limited.

上記加熱工程を経て、室温まで冷却された焼結体20の側面に、前述した無機絶縁物を塗布または吹き付け、300〜500℃の温度で、1〜5時間熱処理して、絶縁層30を形成する。   The insulating layer 30 is formed by applying or spraying the above-described inorganic insulator to the side surface of the sintered body 20 that has been cooled to room temperature through the above heating process, and heat-treating at a temperature of 300 to 500 ° C. for 1 to 5 hours. To do.

さらに、焼結体20の上下両端面を研磨し、この研磨面に、前述した導電性材料を、例えば溶射などして、電極40を形成する。   Further, the upper and lower end surfaces of the sintered body 20 are polished, and the electrode 40 is formed on the polished surface by, for example, spraying the above-described conductive material.

なお、絶縁層30を形成する工程および電極40を形成する工程を行う順番は、特に限定されるものではなく、いずれを先に行ってもよい。   In addition, the order which performs the process of forming the insulating layer 30, and the process of forming the electrode 40 is not specifically limited, Any may be performed first.

このように、上記した工程を経ることで、電流−電圧非直線抵抗体10が作製される。   Thus, the current-voltage nonlinear resistor 10 is produced through the above-described steps.

上記したように、本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体10およびその製造方法によれば、焼結体20中の酸化亜鉛粒子の粒成長を促進する効果を有するビスマスが、粒成長を抑制する効果を有するアンチモンより多く含有されるため、非直線抵抗体の焼結性が向上し、低抵抗化を図ることができる。さらに、本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体10およびその製造方法によれば、焼成過程(第2の温度による加熱工程)において、酸化亜鉛粒子の粒成長が均一に進むため、酸化亜鉛粒子の異常な粒成長による局所的な通電パスの偏りがなくなり、優れた、非直線抵抗特性、サージ耐量および課電寿命特性を得ることができる。   As described above, according to the current-voltage nonlinear resistor 10 and the manufacturing method thereof according to the present invention, bismuth having an effect of promoting the grain growth of the zinc oxide particles in the sintered body 20 suppresses the grain growth. Therefore, the non-linear resistance body can be improved in sinterability and low resistance can be achieved. Furthermore, according to the current-voltage nonlinear resistor 10 and the method for manufacturing the same according to the present invention, the zinc oxide particles grow uniformly in the firing process (heating step at the second temperature). Thus, local bias of the energization path due to abnormal grain growth is eliminated, and excellent non-linear resistance characteristics, surge withstand characteristics, and electrical charging life characteristics can be obtained.

次に、本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体10が優れた特性を有することを以下に具体的に説明する。   Next, it will be specifically described below that the current-voltage nonlinear resistor 10 according to the present invention has excellent characteristics.

(混合物におけるビスマスおよびアンチモンの組成比の影響)
ここでは、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、副成分としてビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)を含んだ混合物における、ビスマスのアンチモンに対するmol%相対比が、電流−電圧非直線抵抗体の特性に及ぼす影響について説明する。
(Influence of the composition ratio of bismuth and antimony in the mixture)
Here, bismuth against antimony in a mixture containing zinc oxide (ZnO) as a main component and bismuth (Bi), antimony (Sb), manganese (Mn), cobalt (Co), and nickel (Ni) as subcomponents. The influence of the mol% relative ratio on the characteristics of the current-voltage nonlinear resistor will be described.

表1には、試料1〜試料11の電流−電圧非直線抵抗体における、混合物を構成する各成分を酸化物に換算した含有量(mol%)、ビスマスおよびアンチモンの酸化物のmol%相対比(Bi/Sb)、混合物の平均粒径、バリスタ電圧(V1mA)、非直線性係数(V10kA/V1mA)、課電寿命係数(K)および限界吸収エネルギを示す。なお、表1において、*印は本発明の範囲外である試料を示す比較例である。 Table 1 shows the content (mol%) of each component constituting the mixture in terms of oxide in the current-voltage nonlinear resistors of Sample 1 to Sample 11, and the mol% relative ratio of the oxides of bismuth and antimony. (Bi 2 O 3 / Sb 2 O 3 ), average particle size of the mixture, varistor voltage (V 1 mA ), non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ), electrical life factor (K) and limit absorption energy . In Table 1, * marks are comparative examples showing samples that are outside the scope of the present invention.

Figure 2011171665
Figure 2011171665

まず、主成分として酸化亜鉛(ZnO)を用いた。副成分として、酸化マンガン(MnO)、酸化ニッケル(NiO)をそれぞれ0.5mol%、酸化コバルト(Co)を1mol%、アルミニウムを水酸化アルミニウム(Al)水溶液にし、0.005mol%とし、酸化ビスマス(Bi)と三酸化アンチモン(Sb)を表1に示す試料1〜試料11の値となるように調整した。なお、残部は、酸化亜鉛である。 First, zinc oxide (ZnO) was used as a main component. As subcomponents, manganese oxide (MnO) and nickel oxide (NiO) are each 0.5 mol%, cobalt oxide (Co 2 O 3 ) is 1 mol%, and aluminum is an aluminum hydroxide (Al 2 O 3 ) aqueous solution. 005 mol%, and bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) and antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) were adjusted to the values of Sample 1 to Sample 11 shown in Table 1. The balance is zinc oxide.

上記したように調整した混合物、およびこの混合物の含有率が40重量%となるように調整された、水および有機バインダを循環方式の湿式粉砕装置に投入した。また、湿式粉砕装置において、ジルコニアビーズの粒径、ベッセル内のビーズ充填率、攪拌用ロータの周速、循環流量、混合時間を調整して、混合物の平均粒径が、0.4μmとなるように粉砕を行った。この湿式粉砕装置における粉砕および混合処理によって、均一に混合されたスラリーを得た。   The mixture prepared as described above, and water and an organic binder adjusted so that the content of the mixture was 40% by weight were put into a circulation type wet pulverizer. In the wet pulverizer, the average particle size of the mixture is adjusted to 0.4 μm by adjusting the particle size of the zirconia beads, the bead filling rate in the vessel, the peripheral speed of the stirring rotor, the circulation flow rate, and the mixing time. Was crushed. A uniformly mixed slurry was obtained by pulverization and mixing in the wet pulverizer.

ここで、混合物の平均粒径は、湿式粉砕装置から採取された混合物を、湿式のレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いて測定した。また、この平均粒径は、メディアン径における平均粒径である。   Here, the average particle size of the mixture was measured using a wet laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device for the mixture collected from the wet pulverizer. Moreover, this average particle diameter is an average particle diameter in a median diameter.

続いて、このスラリーをスプレードライヤで、粒径が80μmとなるように噴霧造粒した。得られた造粒粉を、油圧式のプレス成形機によって、直径が100mm、厚さが40mmの円柱状の成形体とした。   Subsequently, this slurry was spray-granulated with a spray dryer so that the particle size became 80 μm. The obtained granulated powder was formed into a cylindrical shaped body having a diameter of 100 mm and a thickness of 40 mm by a hydraulic press molding machine.

続いて、この成形体を500℃の温度に加熱し、この温度に2時間維持して有機溶剤である有機バインダなどを除去した。   Subsequently, the compact was heated to a temperature of 500 ° C. and maintained at this temperature for 2 hours to remove an organic binder or the like as an organic solvent.

次に、成形体を、1150℃の温度に加熱し、この温度に3時間維持して焼成した。なお、焼成は、トンネル式の連続炉を使用して、ムライトの耐火物容器に成形体を設置して行った。また、500℃から1150℃の各焼成温度にするまでの加熱速度を100℃/時とした。   Next, the compact was heated to a temperature of 1150 ° C. and maintained at this temperature for 3 hours and fired. The firing was performed by using a tunnel-type continuous furnace and placing the compact in a mullite refractory container. Moreover, the heating rate until it became each baking temperature of 500 to 1150 degreeC was 100 degreeC / hour.

焼成温度の維持時間経過後、焼成された成形体を冷却した。ここで、成形体の温度が750℃以下における冷却速度を100℃/時とした。この冷却工程を経て、焼結体を得た。   After the elapse of the maintenance time of the firing temperature, the fired molded body was cooled. Here, the cooling rate when the temperature of the molded body was 750 ° C. or lower was set to 100 ° C./hour. Through this cooling process, a sintered body was obtained.

続いて、冷却された成形体である焼結体の側面に、ガラスフリットを塗布し、500℃の温度で、2時間熱処理して、絶縁層を形成した。さらに、焼結体の上下両端面を研磨し、この研磨面に、アルミニウムを溶射して電極を形成し、電流−電圧非直線抵抗体を得た。   Subsequently, glass frit was applied to the side surface of the sintered body, which was a cooled molded body, and heat-treated at a temperature of 500 ° C. for 2 hours to form an insulating layer. Furthermore, the upper and lower end surfaces of the sintered body were polished, and aluminum was sprayed on the polished surface to form an electrode to obtain a current-voltage nonlinear resistor.

得られた試料1〜試料11の電流−電圧非直線抵抗体について、バリスタ電圧(V1mA)、非直線抵抗特性、課電寿命特性およびサージ耐量を評価した。 With respect to the obtained current-voltage nonlinear resistors of Sample 1 to Sample 11, the varistor voltage (V 1 mA ), the nonlinear resistance characteristics, the electric charging life characteristics, and the surge resistance were evaluated.

バリスタ電圧(V1mA)は、1mAの商用周波の電流を通電したときの電圧であり、JEC0202−1994に準じて各試料におけるバリスタ電圧(V1mA)を測定した。このバリスタ電圧(V1mA)の値が小さいほど、低抵抗化が図れていることを示す。 The varistor voltage (V 1 mA ) is a voltage when a current of 1 mA commercial frequency is applied, and the varistor voltage (V 1 mA ) in each sample was measured according to JEC0202-1994. The smaller the value of this varistor voltage (V 1 mA ), the lower the resistance.

非直線抵抗特性の評価では、各試料において、上記したバリスタ電圧(V1mA)と、8×20μsインパルス電流を10kA流したときの電圧(V10kA)とを測定し、これらの比(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を示す。 In the evaluation of the non-linear resistance characteristic, in each sample, the varistor voltage (V 1 mA ) described above and the voltage (V 10 kA ) when an 8 × 20 μs impulse current was applied at 10 kA were measured, and the ratio (V 10 kA / V 1 mA ) was evaluated as a nonlinear coefficient. It shows that the nonlinear resistance characteristic is excellent, so that the value of this nonlinear coefficient is small.

課電寿命特性の評価では、各試料において、上記したバリスタ電圧(V1mA)を、大気中で、かつ温度が120℃の雰囲気下で3000時間印加し、印加前後における、バリスタ電圧(V1mA)を印加したときの漏れ電流(IR)の変化率を測定した。そして、3000時間印加前における漏れ電流(IR0h)に対する3000時間印加後における漏れ電流(IR3000h)の比((IR3000h)/(IR0h))を課電寿命係数(K)として評価した。この課電寿命係数が1より小さい場合に、電流−電圧非直線抵抗体の課電寿命特性が優れていることを示す。 In the evaluation of the charging lifetime characteristics, the varistor voltage (V 1 mA ) described above was applied to each sample for 3000 hours in the atmosphere and at an atmosphere of 120 ° C., and the varistor voltage (V 1 mA ) before and after the application. The rate of change in leakage current (IR) when was applied was measured. Then, the ratio ((IR 3000h ) / (IR 0h )) of the leakage current (IR 3000h ) after application for 3000 hours to the leakage current (IR 0h ) before application for 3000 hours was evaluated as an applied lifetime coefficient (K). When this applied life coefficient is smaller than 1, it shows that the applied life characteristic of the current-voltage nonlinear resistor is excellent.

サージ耐量の評価では、各試料において、限界吸収エネルギ耐量試験を行った。限界吸収エネルギ耐量試験では、各試料に対して、4×10μsの波形の雷インパルスエネルギを500J/ccから放電エネルギ量を20J/ccずつ増加させながら、電気的に破壊するまで10分間隔で印加した。そして、破壊する直前の吸収されたエネルギを限界吸収エネルギ(J/cc)とした。この限界吸収エネルギ(J/cc)が大きいほどサージ耐量に優れていることを示す。   In the evaluation of surge resistance, a limit absorption energy resistance test was performed on each sample. In the limit absorption energy tolerance test, lightning impulse energy having a waveform of 4 × 10 μs is applied to each sample at intervals of 10 minutes until it is electrically destroyed while increasing the discharge energy amount by 20 J / cc from 500 J / cc. did. Then, the absorbed energy immediately before the destruction was defined as the limit absorption energy (J / cc). It shows that it is excellent in surge tolerance, so that this limit absorption energy (J / cc) is large.

なお、上記した各評価試験では、各電流−電圧非直線抵抗体を10ピース作製し、10ピースについて試験を行い、その平均値を用いて評価を行った。   In each evaluation test described above, 10 pieces of each current-voltage non-linear resistor were produced, tested for 10 pieces, and evaluated using the average value.

表1に示すように、本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体である試料1〜試料5では、いずれの試料も、バリスタ電圧(V1mA)が100V/mm以下であり、低抵抗化が図れていることがわかった。また、試料1〜試料5は、優れた、非直線抵抗特性および課電寿命特性を有するとともに、試料6〜試料11に比べて、限界吸収エネルギが高く、優れたサージ耐量を有することがわかった。
(焼結体中の酸化亜鉛粒子の平均粒径等の影響)
ここでは、焼結体中の酸化亜鉛粒子の平均粒径および焼結体中の酸化亜鉛粒子の粒度分布に基づく標準偏差が、電流−電圧非直線抵抗体の特性に及ぼす影響について説明する。
As shown in Table 1, in Samples 1 to 5 which are current-voltage non-linear resistors according to the present invention, all the samples have a varistor voltage (V 1 mA ) of 100 V / mm or less, and low resistance is achieved. I understood that it was planned. Samples 1 to 5 have excellent non-linear resistance characteristics and electrical charging life characteristics, and have a higher limit absorption energy and superior surge resistance compared to samples 6 to 11. .
(Effect of average particle size of zinc oxide particles in sintered body)
Here, the influence of the standard deviation based on the average particle diameter of the zinc oxide particles in the sintered body and the particle size distribution of the zinc oxide particles in the sintered body on the characteristics of the current-voltage nonlinear resistor will be described.

表2には、本発明に基づく電流−電圧非直線抵抗体における、酸化亜鉛粒子の粒径条件、バリスタ電圧(V1mA)、非直線性係数(V10kA/V1mA)、課電寿命係数(K)および限界吸収エネルギを示す。ここでは、上記した試料1〜試料11を用いて各評価を行った。 Table 2 shows the zinc oxide particle size conditions, the varistor voltage (V 1 mA ), the nonlinearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ), and the chargeable life factor (in the current-voltage nonlinear resistor according to the present invention). K) and the limit absorption energy. Here, each evaluation was performed using Sample 1 to Sample 11 described above.

Figure 2011171665
Figure 2011171665

試料1〜試料11の電流−電圧非直線抵抗体について、焼結体中の酸化亜鉛粒子の平均粒径(μ)および焼結体中の酸化亜鉛粒子の粒度分布に基づく標準偏差(σ)を測定した。   For the current-voltage non-linear resistors of Sample 1 to Sample 11, the average particle size (μ) of the zinc oxide particles in the sintered body and the standard deviation (σ) based on the particle size distribution of the zinc oxide particles in the sintered body are It was measured.

ここで、焼結体中の酸化亜鉛粒子の平均粒径は、焼結体の内部を切り出し、その切り出した試料を鏡面研摩し、走査型電子顕微鏡(SEM)で反射電子像を観察して求めた。具体的には、各試料について、3つの試料を切り出し、この切り出した各試料について、異なる視野で5箇所のSEM写真を、1000倍の倍率で撮り、酸化亜鉛粒子の断面内において引ける最も長い辺を粒径として、約500個の酸化亜鉛粒子について測定し、平均粒径を求めた。また、標準偏差は、測定された平均粒径から得られる焼結体中の酸化亜鉛粒子の粒度分布に基づいて算出した。   Here, the average particle diameter of the zinc oxide particles in the sintered body is obtained by cutting out the inside of the sintered body, mirror-polishing the cut out sample, and observing the reflected electron image with a scanning electron microscope (SEM). It was. Specifically, for each sample, three samples were cut out, and for each cut out sample, five SEM photographs were taken at different magnifications at a magnification of 1000 times, and the longest side that could be drawn in the cross section of the zinc oxide particles Was measured for about 500 zinc oxide particles, and the average particle size was determined. The standard deviation was calculated based on the particle size distribution of the zinc oxide particles in the sintered body obtained from the measured average particle size.

表2に示すように、本発明に係る電流−電圧非直線抵抗体である試料1〜試料5においては、焼結体中の酸化亜鉛粒子の平均粒径が25μm以上で、かつ焼結体中の酸化亜鉛粒子の粒度分布に基づく標準偏差が酸化亜鉛粒子の平均粒径の20%以下となっていた。また、これらの試料1〜試料5においては、上記したように、低抵抗化が図れ、優れた、非直線抵抗特性および課電寿命特性を有するとともに、試料6〜試料11に比べて、限界吸収エネルギが高く、優れたサージ耐量を有することがわかった。   As shown in Table 2, in samples 1 to 5 which are current-voltage nonlinear resistors according to the present invention, the average particle diameter of zinc oxide particles in the sintered body is 25 μm or more, and in the sintered body The standard deviation based on the particle size distribution of the zinc oxide particles was 20% or less of the average particle size of the zinc oxide particles. In addition, as described above, these samples 1 to 5 have low resistance, excellent non-linear resistance characteristics and electric charging lifetime characteristics, and limit absorption as compared with samples 6 to 11. It was found that the energy was high and the surge resistance was excellent.

(混合物の平均粒径の影響)
ここでは、電流−電圧非直線抵抗体の焼結体を構成するための、混合物の平均粒径が、電流−電圧非直線抵抗体の特性に及ぼす影響について説明する。
(Influence of the average particle size of the mixture)
Here, the influence of the average particle size of the mixture for constituting the current-voltage nonlinear resistor sintered body on the characteristics of the current-voltage nonlinear resistor will be described.

前述した試料2を作製するために用いた同様の組成成分を有する混合物、およびこの混合物の含有率が40重量%となるように調整された、水および有機バインダを循環方式の湿式粉砕装置に投入し、粉砕および混合を行った。また、湿式粉砕装置において、ジルコニアビーズの粒径、ベッセル内のビーズ充填率、攪拌用ロータの周速、循環流量、混合時間を異ならせることにより、4種類のスラリーを得た。   A mixture having the same composition component used for preparing the sample 2 described above, and water and an organic binder adjusted so that the content of the mixture is 40% by weight are put into a circulation type wet pulverization apparatus. And pulverized and mixed. Further, four kinds of slurries were obtained by varying the particle diameter of zirconia beads, the bead filling rate in the vessel, the peripheral speed of the stirring rotor, the circulation flow rate, and the mixing time in a wet pulverizer.

ここで、4種類のスラリー中の混合物の平均粒径は、それぞれ0.3μm、0.5μm、0.6μm、0.7μmであった。平均粒径は、湿式のレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いて測定した。また、この平均粒径は、メディアン粒径における平均粒径である。   Here, the average particle diameters of the mixtures in the four types of slurries were 0.3 μm, 0.5 μm, 0.6 μm, and 0.7 μm, respectively. The average particle size was measured using a wet laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus. Moreover, this average particle diameter is an average particle diameter in a median particle diameter.

続いて、各スラリーを用いて、前述した試料2を作製する工程と同じ工程を経て、4種類の焼結体を得た。   Then, 4 types of sintered compacts were obtained through the same process as the process of producing the sample 2 mentioned above using each slurry.

続いて、前述した試料2を作製する工程と同じ工程を経て、各焼結体の側面に絶縁層を形成し、各焼結体の上下両端面に電極を形成し、4種類の電流−電圧非直線抵抗体を得た。ここで、得られた4種類の電流−電圧非直線抵抗体をそれぞれ試料12〜試料15とする。   Subsequently, an insulating layer is formed on the side surface of each sintered body through the same process as that for manufacturing the sample 2 described above, electrodes are formed on both upper and lower end surfaces of each sintered body, and four types of current-voltage are formed. A non-linear resistor was obtained. Here, the obtained four types of current-voltage nonlinear resistors are referred to as Sample 12 to Sample 15, respectively.

次に、試料2、試料12〜試料15について、バリスタ電圧(V1mA)および非直線抵抗特性を評価した。なお、これらの評価における実験条件や実験方法は、試料2について行った実験条件や実験方法と同じとした。なお、上記した各評価試験では、各電流−電圧非直線抵抗体を10ピース作製し、10ピースについて試験を行い、その平均値を用いて評価を行った。 Next, Sample 2, Sample 12 to Sample 15 were evaluated for varistor voltage (V 1 mA ) and nonlinear resistance characteristics. Note that the experimental conditions and experimental methods in these evaluations were the same as the experimental conditions and experimental methods performed for the sample 2. In each evaluation test described above, 10 pieces of each current-voltage non-linear resistor were produced, tested for 10 pieces, and evaluated using the average value.

表3は、試料2、試料12〜試料15の混合物の平均粒径、バリスタ電圧(V1mA)、非直線性係数(V10kA/V1mA)および限界吸収エネルギを示す。 Table 3 shows the average particle size, varistor voltage (V 1 mA ), non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ), and critical absorption energy of the mixture of Sample 2 and Sample 12 to Sample 15.

Figure 2011171665
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表3に示すように、混合物の平均粒径が小さくなるに伴い、非直線係数(V10kA/V1mA)が小さくなることがわかった。また、特に、混合物の平均粒径が0.5μm以下となる条件では、低抵抗化が図られるとともに、非直線性係数(V10kA/V1mA)が小さくなり、優れた非直線抵抗特性を有する電流−電圧非直線抵抗体が得られることがわかった。 As shown in Table 3, it was found that the nonlinear coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) decreased as the average particle size of the mixture decreased. Particularly, when the average particle size of the mixture is 0.5 μm or less, the resistance is reduced and the non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) is reduced, and excellent non-linear resistance characteristics are obtained. It has been found that a current-voltage nonlinear resistor can be obtained.

(混合物の粒度分布に基づく標準偏差の影響)
ここでは、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、副成分としてビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)を含んだ混合物の粒度分布に基づく標準偏差が、電流−電圧非直線抵抗体の特性に及ぼす影響について説明する。
(Effect of standard deviation based on the particle size distribution of the mixture)
Here, a standard based on the particle size distribution of a mixture containing zinc oxide (ZnO) as a main component and bismuth (Bi), antimony (Sb), manganese (Mn), cobalt (Co), and nickel (Ni) as subcomponents. The influence of the deviation on the characteristics of the current-voltage nonlinear resistor will be described.

上述した試料2を作製するために用いた同様の成分を有する混合物、およびこの混合物の含有率が40重量%となるように調整された、水および有機バインダを循環方式の湿式粉砕装置に投入し、粉砕および混合を行った。また、湿式粉砕装置において、ジルコニアビーズの粒径、ベッセル内のビーズ充填率、攪拌用ロータの周速、循環流量、混合時間を異ならせることにより、混合物の平均粒径が、0.4μmとなるように粉砕を行うとともに、混合物の粒度分布に基づく標準偏差(σ)の混合物の平均粒径(μ)に対する割合(σ/μ)の異なる7種類の均一に混合されたスラリーを得た。   A mixture having the same components used for preparing the sample 2 described above, and water and an organic binder adjusted so that the content of the mixture is 40% by weight are introduced into a circulation type wet pulverizer. , Pulverized and mixed. In the wet pulverizer, the average particle size of the mixture becomes 0.4 μm by changing the particle size of the zirconia beads, the bead filling rate in the vessel, the peripheral speed of the stirring rotor, the circulation flow rate, and the mixing time. In this way, seven types of uniformly mixed slurries having different ratios (σ / μ) of the standard deviation (σ) based on the particle size distribution of the mixture to the average particle size (μ) of the mixture were obtained.

ここで、混合物の平均粒径は、湿式のレーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いて測定した。また、この平均粒径は、メディアン粒径における平均粒径である。また、標準偏差は、上記した粒度分布測定装置で測定された混合物の粒度分布に基づいて求めた。   Here, the average particle diameter of the mixture was measured using a wet laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus. Moreover, this average particle diameter is an average particle diameter in a median particle diameter. Moreover, the standard deviation was calculated | required based on the particle size distribution of the mixture measured with the above-mentioned particle size distribution measuring apparatus.

以後の電流−電圧非直線抵抗体を作製する工程は、各スラリーを用いて、前述した試料2を作製する工程と同じ工程を経て、7種類の焼結体を得た。   Subsequent steps for producing a current-voltage non-linear resistor were performed through the same steps as those for producing the sample 2 described above, using each slurry, thereby obtaining seven types of sintered bodies.

続いて、前述した試料2を作製する工程と同じ工程を経て、各焼結体の側面に絶縁層を形成し、各焼結体の上下両端面に電極を形成し、7種類の電流−電圧非直線抵抗体を得た。ここで、得られた7種類の電流−電圧非直線抵抗体をそれぞれ試料16〜試料22とする。   Subsequently, through the same process as the sample 2 described above, an insulating layer is formed on the side surface of each sintered body, electrodes are formed on the upper and lower end faces of each sintered body, and seven types of current-voltage are formed. A non-linear resistor was obtained. Here, the obtained seven types of current-voltage nonlinear resistors are referred to as Sample 16 to Sample 22, respectively.

得られた試料16〜試料22の電流−電圧非直線抵抗体について、バリスタ電圧(V1mA)および非直線抵抗特性を評価した。なお、バリスタ電圧(V1mA)および非直線抵抗特性の評価における実験条件や実験方法は、前述した試料2について行った実験条件や実験方法と同じとした。なお、上記した各評価試験では、各電流−電圧非直線抵抗体を10ピース作製し、10ピースについて試験を行い、その平均値を用いて評価を行った。 With respect to the obtained current-voltage nonlinear resistors of Sample 16 to Sample 22, the varistor voltage (V 1 mA ) and nonlinear resistance characteristics were evaluated. Note that the experimental conditions and experimental methods in the evaluation of the varistor voltage (V 1 mA ) and the non-linear resistance characteristics were the same as the experimental conditions and experimental methods performed for the sample 2 described above. In each evaluation test described above, 10 pieces of each current-voltage non-linear resistor were produced, tested for 10 pieces, and evaluated using the average value.

表4には、試料16〜試料22の電流−電圧非直線抵抗体における、混合物の条件(混合物の平均粒径(μ)、標準偏差(σ)および(σ/μ))、バリスタ電圧(V1mA)および非直線性係数(V10kA/V1mA)を示す。 Table 4 shows the conditions of the mixture (average particle diameter (μ), standard deviation (σ) and (σ / μ)) of the current-voltage nonlinear resistors of Samples 16 to 22, and the varistor voltage (V 1 mA ) and nonlinearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ).

Figure 2011171665
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表4に示すように、混合物の粒度分布に基づく標準偏差(σ)の混合物の平均粒径(μ)に対する割合(σ/μ)が小さくなるに伴い、非直線性係数(V10kA/V1mA)が小さくなることがわかった。特に、(σ/μ)が75%以下となる試料では、低抵抗化が図られるとともに、非直線性係数(V10kA/V1mA)が小さくなり、優れた非直線抵抗特性を有する電流−電圧非直線抵抗体が得られることがわかった。これは、混合物の粒度分布に基づく標準偏差(σ)の混合物の平均粒径(μ)に対する割合(σ/μ)を75%以下とすることで、原料が均一に分散し、焼結体中の酸化亜鉛粒子の粒径が均一化されたために得られた結果であると考えられる。 As shown in Table 4, as the ratio (σ / μ) of the standard deviation (σ) based on the particle size distribution of the mixture to the average particle size (μ) of the mixture decreases, the nonlinearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA). ) Became smaller. In particular, in a sample in which (σ / μ) is 75% or less, the resistance is reduced, the nonlinearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) is reduced, and current-voltage having excellent nonlinear resistance characteristics It was found that a non-linear resistor was obtained. This is because when the ratio (σ / μ) of the standard deviation (σ) based on the particle size distribution of the mixture to the average particle size (μ) of the mixture is 75% or less, the raw materials are uniformly dispersed in the sintered body. This is considered to be a result obtained because the particle size of the zinc oxide particles was made uniform.

(焼成後の冷却工程における冷却速度の影響)
ここでは、冷却工程において、成形体の温度が750℃以下における冷却速度が、電流−電圧非直線抵抗体の特性に及ぼす影響について説明する。
(Effect of cooling rate in the cooling process after firing)
Here, the influence of the cooling rate when the temperature of the molded body is 750 ° C. or less on the characteristics of the current-voltage nonlinear resistor in the cooling step will be described.

上述した試料2を作製した同様の方法で、直径が100mm、厚さが40mmの円柱状の成形体を作製した。   A cylindrical shaped body having a diameter of 100 mm and a thickness of 40 mm was produced by the same method as that for producing Sample 2 described above.

続いて、この成形体を500℃の温度に加熱し、この温度に2時間維持して有機溶剤である有機バインダなどを除去した。   Subsequently, the compact was heated to a temperature of 500 ° C. and maintained at this temperature for 2 hours to remove an organic binder or the like as an organic solvent.

次に、成形体を、1150℃の温度に加熱し、この温度に3時間維持して焼成した。焼成温度の維持時間経過後、焼成された成形体を冷却する過程において、成形体の温度が750℃以下における冷却速度を、10℃/時、25℃/時、50℃/時、100℃/時、120℃/時、200℃/時とし、6種類の焼結体を作製した。なお、冷却速度を100℃/時としたものが、前述した試料2に相当する。   Next, the compact was heated to a temperature of 1150 ° C. and maintained at this temperature for 3 hours and fired. In the process of cooling the fired molded article after the calcination temperature maintenance time has elapsed, the cooling rate when the temperature of the molded article is 750 ° C. or lower is 10 ° C./hour, 25 ° C./hour, 50 ° C./hour, 100 ° C./hour. 6 types of sintered bodies were produced at 120 ° C./hour and 200 ° C./hour. Note that the cooling rate of 100 ° C./hour corresponds to the sample 2 described above.

続いて、前述した試料2を作製する工程と同じ工程を経て、各焼結体の側面に絶縁層を形成し、各焼結体の上下両端面に電極を形成し、6種類の電流−電圧非直線抵抗体を得た。ここで、得られた6種類の電流−電圧非直線抵抗体のうち、試料2以外の試料をそれぞれ試料23〜試料27とする。   Subsequently, through the same process as the sample 2 described above, an insulating layer is formed on the side surface of each sintered body, electrodes are formed on the upper and lower end surfaces of each sintered body, and six types of current-voltage are formed. A non-linear resistor was obtained. Here, among the obtained six types of current-voltage nonlinear resistors, samples other than sample 2 are referred to as sample 23 to sample 27, respectively.

次に、試料2、試料23〜試料27について、非直線抵抗特性および課電寿命特性の評価試験を行った。なお、非直線抵抗特性および課電寿命特性の評価における実験条件や実験方法は、上述した試料2について行った実験条件や実験方法と同じとした。なお、上記した各評価試験では、各電流−電圧非直線抵抗体を10ピース作製し、10ピースについて試験を行い、その平均値を用いて評価を行った。   Next, for the sample 2 and the sample 23 to the sample 27, the evaluation test of the non-linear resistance characteristic and the electric charging life characteristic was performed. Note that the experimental conditions and the experimental methods in the evaluation of the non-linear resistance characteristics and the charging lifetime characteristics were the same as the experimental conditions and the experimental methods performed for the sample 2 described above. In each evaluation test described above, 10 pieces of each current-voltage non-linear resistor were produced, tested for 10 pieces, and evaluated using the average value.

表5には、試料2、試料23〜試料27の電流−電圧非直線抵抗体における、焼成された成形体を冷却する過程での成形体の温度が750℃以下における冷却速度、混合物の非直線性係数(V10kA/V1mA)および課電寿命係数(K)を示す。 Table 5 shows the cooling rate when the temperature of the molded body in the process of cooling the fired molded body in the current-voltage nonlinear resistors of Sample 2 and Sample 23 to Sample 27 is 750 ° C. or less, and the nonlinearity of the mixture 3 shows a sex coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) and an applied lifetime coefficient (K).

Figure 2011171665
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表5に示すように、750℃以下における冷却速度を速くすると、非直線性係数(V10kA/V1mA)が小さくなる傾向にあるが、課電寿命係数が増加することがわかった。特に、750℃以下における冷却速度が、25〜100℃/時の範囲で、優れた、非直線抵抗特性および課電寿命特性が得られることがわかった。 As shown in Table 5, it was found that when the cooling rate at 750 ° C. or lower was increased, the nonlinearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) tended to decrease, but the electrification life coefficient increased. In particular, it was found that excellent non-linear resistance characteristics and electrical charging life characteristics can be obtained when the cooling rate at 750 ° C. or lower is in the range of 25 to 100 ° C./hour.

(冷却工程後の熱処理の影響)
ここでは、焼成された成形体を冷却工程で冷却して形成された焼結体の加熱処理が、電流−電圧非直線抵抗体の特性に及ぼす影響について説明する。
(Effect of heat treatment after cooling process)
Here, the effect of the heat treatment of the sintered body formed by cooling the fired molded body in the cooling step on the characteristics of the current-voltage nonlinear resistor will be described.

上述した試料2を作製した同様の方法で、直径が100mm、厚さが40mmの円柱状の成形体を作製した。   A cylindrical shaped body having a diameter of 100 mm and a thickness of 40 mm was produced by the same method as that for producing Sample 2 described above.

続いて、この成形体を500℃の温度に加熱し、この温度に2時間維持して有機溶剤である有機バインダなどを除去した。   Subsequently, the compact was heated to a temperature of 500 ° C. and maintained at this temperature for 2 hours to remove an organic binder or the like as an organic solvent.

次に、成形体を、1150℃の温度に加熱し、この温度に3時間維持して焼成した。焼成温度の維持時間経過後、焼成された成形体を冷却する過程において、成形体の温度が750℃以下における冷却速度を100℃/時で室温まで冷却した。   Next, the compact was heated to a temperature of 1150 ° C. and maintained at this temperature for 3 hours and fired. In the process of cooling the fired molded article after the calcination temperature maintenance time had elapsed, the temperature of the molded article was cooled to room temperature at a cooling rate of 100 ° C./hour.

続いて、冷却された焼結体を10の加熱条件(加熱温度(第3の温度)、加熱時間)において加熱した。   Subsequently, the cooled sintered body was heated under 10 heating conditions (heating temperature (third temperature), heating time).

各加熱条件で加熱された焼結体を室温まで冷却した。そして、前述した試料2を作製する工程と同じ工程を経て、各焼結体の側面に絶縁層を形成し、各焼結体の上下両端面に電極を形成し、10種類の電流−電圧非直線抵抗体を得た。ここで、得られた10種類の電流−電圧非直線抵抗体をそれぞれ試料28〜試料37とする。   The sintered body heated under each heating condition was cooled to room temperature. And through the same process as the process of producing the sample 2 described above, an insulating layer is formed on the side surface of each sintered body, electrodes are formed on the upper and lower end faces of each sintered body, and 10 types of current-voltage non- A linear resistor was obtained. Here, the obtained ten types of current-voltage nonlinear resistors are referred to as Sample 28 to Sample 37, respectively.

表6には、試料2および試料28〜試料37の電流−電圧非直線抵抗体における、加熱条件、混合物の課電寿命係数(K)および限界吸収エネルギを示す。なお、試料2は、上述したとおり、焼成後の熱処理は行われていない。   Table 6 shows the heating conditions, the applied lifetime coefficient (K) of the mixture, and the limit absorption energy in the current-voltage nonlinear resistors of Sample 2 and Samples 28 to 37. Note that Sample 2 was not subjected to heat treatment after firing, as described above.

Figure 2011171665
Figure 2011171665

表6に示すように、加熱時間を一定の25時間とした場合、加熱温度が350〜700℃の間で、優れた課電寿命特性を維持しつつ、優れたサージ耐量特性が得られることがわかった。また、加熱温度を一定の550℃とした場合、加熱時間が10〜40時間の間で、優れた課電寿命特性を維持しつつ、優れたサージ耐量特性が得られることがわかった。   As shown in Table 6, when the heating time is set to a constant 25 hours, an excellent surge withstand characteristic can be obtained while maintaining an excellent electric charging life characteristic at a heating temperature of 350 to 700 ° C. all right. Moreover, when heating temperature was fixed 550 degreeC, it turned out that the outstanding surge tolerance characteristic is acquired, maintaining the electrical charging lifetime characteristic between heating time for 10 to 40 hours.

以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。   Although the present invention has been specifically described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

10…電流−電圧非直線抵抗体、20…焼結体、30…絶縁層、40…電極。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Current-voltage nonlinear resistor, 20 ... Sintered body, 30 ... Insulating layer, 40 ... Electrode.

Claims (7)

酸化亜鉛を主成分とし、副成分として、ビスマス、アンチモン、マンガン、コバルト、ニッケルを含んだ混合物の焼結体を備える電流−電圧非直線抵抗体において、
前記混合物が、アンチモンをSbに換算して0.2〜0.8mol%、コバルトをCoに換算して0.2〜1.5mol%、マンガンをMnOに換算して0.1〜1mol%、ニッケルをNiOに換算して0.3〜2mol%を含み、かつビスマスを、ビスマスのアンチモンに対するmol%相対比が、それぞれの酸化物に換算して、1.5≦Bi/Sb≦4.5の関係を満たすように含み、
前記焼結体中の酸化亜鉛粒子の平均粒径が25μm以上であり、かつ前記焼結体中の酸化亜鉛粒子の粒度分布に基づく標準偏差が前記酸化亜鉛粒子の平均粒径の20%以下であることを特徴とする電流−電圧非直線抵抗体。
In a current-voltage nonlinear resistor comprising a sintered body of a mixture containing zinc oxide as a main component and bismuth, antimony, manganese, cobalt and nickel as subcomponents,
Wherein said mixture, 0.2~0.8mol% in terms of antimony Sb 2 O 3, 0.2~1.5mol% in terms of cobalt to Co 2 O 3, in terms of manganese to MnO 0 0.1 to 1 mol%, containing 0.3 to 2 mol% in terms of nickel converted to NiO, and bismuth in terms of mol% relative ratio of bismuth to antimony is 1.5 ≦ Bi in terms of the respective oxides. 2 O 3 / Sb 2 O 3 ≦ 4.5 so as to satisfy the relationship,
The average particle diameter of the zinc oxide particles in the sintered body is 25 μm or more, and the standard deviation based on the particle size distribution of the zinc oxide particles in the sintered body is 20% or less of the average particle diameter of the zinc oxide particles. A current-voltage non-linear resistor characterized by being.
前記混合物の平均粒径が0.5μm以下であることを特徴とする請求項1記載の電流−電圧非直線抵抗体。   The current-voltage nonlinear resistor according to claim 1, wherein the mixture has an average particle size of 0.5 μm or less. 前記混合物の粒度分布に基づく標準偏差が前記混合物の平均粒径の75%以下であることを特徴とする請求項1または2記載の電流−電圧非直線抵抗体。   3. The current-voltage nonlinear resistor according to claim 1, wherein a standard deviation based on a particle size distribution of the mixture is 75% or less of an average particle size of the mixture. 1mAの商用周波の電流を通電したときの電圧であるバリスタ電圧(V1mA)が100V/mm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の電流−電圧非直線抵抗体。 4. The current-voltage nonlinear resistance according to claim 1, wherein a varistor voltage (V 1mA ), which is a voltage when a current of 1 mA of commercial frequency is applied, is 100 V / mm or less. 5. body. 酸化亜鉛を主成分とし、副成分として、ビスマス、アンチモン、マンガン、コバルト、ニッケルを含んだ混合物の焼結体を備える電流−電圧非直線抵抗体の製造方法において、
アンチモンをSbに換算して0.2〜0.8mol%、コバルトをCoに換算して0.2〜1.5mol%、マンガンをMnOに換算して0.1〜1mol%、ニッケルをNiOに換算して0.3〜2mol%を含み、かつビスマスを、ビスマスのアンチモンに対するmol%相対比が、それぞれの酸化物に換算して、1.5≦Bi/Sb≦4.5の関係を満たすように含む前記混合物、および前記混合物の含有率が30〜60重量%となるように有機溶剤を湿式粉砕装置に投入し、前記混合物の平均粒径が0.5μm以下となるように前記混合物を粉砕しながら混合し、スラリーを作製する粉砕工程と、
前記スラリーを噴霧して、粒径が70〜130μmの造粒粉を形成する造粒粉形成工程と、
前記造粒粉に所定の圧力を負荷して所定の形状を有する成形体を形成する成形工程と、
前記成形体を350〜500℃の第1の温度に加熱し、所定時間前記第1の温度を維持して前記有機溶剤を除去する第1の加熱工程と、
前記有機溶剤が除去された成形体を900〜1300℃の第2の温度に加熱し、所定時間前記第2の温度を維持して焼成する第2の加熱工程と、
前記焼成された成形体を冷却し、前記成形体の温度が750℃以下における冷却速度を25〜100℃/時で冷却する冷却工程と
を具備することを特徴とする電流−電圧非直線抵抗体の製造方法。
In a method for producing a current-voltage nonlinear resistor comprising a sintered body of a mixture containing zinc oxide as a main component and bismuth, antimony, manganese, cobalt and nickel as subcomponents,
Antimony converted to Sb 2 O 3 is 0.2 to 0.8 mol%, cobalt is converted to Co 2 O 3 and 0.2 to 1.5 mol%, manganese is converted to MnO and 0.1 to 1 mol%. %, Containing 0.3 to 2 mol% of nickel in terms of NiO, and bismuth in terms of mol% relative ratio of bismuth to antimony in terms of the respective oxides, 1.5 ≦ Bi 2 O 3 / The mixture containing Sb 2 O 3 ≦ 4.5, and the organic solvent is charged into a wet pulverizer so that the content of the mixture is 30 to 60% by weight, and the average particle size of the mixture Pulverizing step of mixing the mixture so as to be 0.5 μm or less and preparing a slurry,
Spraying the slurry to form a granulated powder having a particle size of 70 to 130 μm; and
A molding step of applying a predetermined pressure to the granulated powder to form a molded body having a predetermined shape;
Heating the molded body to a first temperature of 350 to 500 ° C., maintaining the first temperature for a predetermined time to remove the organic solvent; and
A second heating step of heating the molded body from which the organic solvent has been removed to a second temperature of 900 to 1300 ° C. and maintaining the second temperature for a predetermined time;
A cooling step of cooling the fired molded body and cooling the molded body at a cooling rate of 25 to 100 ° C / hour when the temperature of the molded body is 750 ° C or lower. Manufacturing method.
前記焼成された成形体を前記冷却工程で冷却して形成された焼結体を350〜700℃の第3の温度に加熱し、10〜40時間の間、前記第3の温度を維持して加熱する第3の加熱工程をさらに具備することを特徴とする請求項5記載の電流−電圧非直線抵抗体の製造方法。   The sintered body formed by cooling the fired molded body in the cooling step is heated to a third temperature of 350 to 700 ° C., and the third temperature is maintained for 10 to 40 hours. 6. The method of manufacturing a current-voltage nonlinear resistor according to claim 5, further comprising a third heating step of heating. 前記混合物の粒度分布に基づく標準偏差が前記混合物の平均粒径の75%以下であることを特徴とする請求項5または6記載の電流−電圧非直線抵抗体の製造方法。   The method for producing a current-voltage nonlinear resistor according to claim 5 or 6, wherein a standard deviation based on a particle size distribution of the mixture is 75% or less of an average particle diameter of the mixture.
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