JP2012231091A - Current-voltage nonlinear resistor - Google Patents

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総一郎 佐々木
Yasunobu Kasuga
靖宣 春日
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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a current-voltage nonlinear resistor excellent in nonlinear resistance characteristics, energy resistance characteristics and temperature characteristics under high temperature.SOLUTION: A current-voltage nonlinear resistor 10 includes a sintered body 20 of a mixture including zinc oxide as main components and bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide and nickel oxide, as accessory components. Bismuth oxide particle and antimony oxide particles in the mixture have an average particle size of 1,000 nm or less, and a standard deviation based on particle size distribution of zinc oxide crystal particles in the sintered body is less than 25% of an average particle size of the zinc oxide crystal particles.

Description

本発明の実施の形態は、電流−電圧非直線抵抗体およびその製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a current-voltage nonlinear resistor and a method for manufacturing the same.

一般に電力系統や電子機器回路には、異常な電圧から電力系統や電子機器を保護するため、避雷器やサージアブソーバ等の過電圧保護装置が設置されている。この過電圧保護装置には、通常電圧ではほぼ絶縁特性を示し、過電圧では低抵抗値を示す電流−電圧非直線抵抗体が多用されている。   In general, an overvoltage protection device such as a lightning arrester or a surge absorber is installed in a power system or electronic device circuit in order to protect the power system or electronic device from an abnormal voltage. In this overvoltage protection device, a current-voltage non-linear resistor that exhibits substantially insulation characteristics at a normal voltage and exhibits a low resistance value at an overvoltage is frequently used.

この電流−電圧非直線抵抗体には、電圧の変化により電流値が大きく変化する非直線抵抗特性、長期に電圧を印加し続けても劣化が生じ難い寿命特性、雷サージや開閉サージ印加時に破壊されずにサージのエネルギを吸収するエネルギ耐量特性などが要求される。   This current-voltage non-linear resistor has a non-linear resistance characteristic in which the current value changes greatly due to a change in voltage, a life characteristic that does not easily deteriorate even if voltage is applied for a long period of time, and breakdown when a lightning surge or switching surge is applied In addition, an energy withstand characteristic that absorbs the energy of the surge is required.

電流−電圧非直線抵抗体の焼結体は、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、これに副成分として、酸化ビスマス(Bi)、酸化コバルト(Co)、酸化マンガン(MnO)、酸化アンチモン(Sb)、酸化ニッケル(NiO)が添加されたものを原料としている。焼結体は、これらの原料を水およびバインダとともに十分に混合し、スプレードライヤなどで造粒し、成形および焼結して作製される。そして、この焼結体の側面に、フラッシュオーバを防止するための絶縁物質が塗布され、熱処理されて絶縁層が形成される。また、焼結体の両端面を研磨して電極を取り付けて、電流−電圧非直線抵抗体が得られる。 The sintered body of the current-voltage non-linear resistor is composed mainly of zinc oxide (ZnO), and subcomponents thereof include bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), cobalt oxide (Co 2 O 3 ), manganese oxide ( MnO), antimony oxide (Sb 2 O 3 ), and nickel oxide (NiO) are used as raw materials. The sintered body is produced by sufficiently mixing these raw materials together with water and a binder, granulating with a spray dryer or the like, molding and sintering. Then, an insulating material for preventing flashover is applied to the side surface of the sintered body, and heat treatment is performed to form an insulating layer. Moreover, the both ends of a sintered compact are grind | polished and an electrode is attached, and a current-voltage nonlinear resistor is obtained.

近年、製造コストの削減や環境調和を目的に、変電機器の小型化が求められている。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、避雷器に用いられている。その電流−電圧非直線抵抗体の抵抗値を向上させると、避雷器に積層される電流−電圧非直線抵抗体の枚数を削減することができ、避雷器の小型化を図ることができる。   In recent years, there has been a demand for miniaturization of transformers for the purpose of reducing manufacturing costs and environmental harmony. Current-voltage nonlinear resistors are used in lightning arresters because of their excellent nonlinear resistance characteristics. When the resistance value of the current-voltage non-linear resistor is improved, the number of current-voltage non-linear resistors stacked on the lightning arrester can be reduced, and the lightning arrester can be downsized.

避雷器を小型化した場合、サージエネルギ吸収時のエネルギ密度が高くなるため、吸収できるエネルギ量を高める必要がある。また、サージエネルギの吸収時に電流−電圧非直線抵抗体は発熱し、温度上昇に伴い漏れ電流が増加するため、サージエネルギ吸収後の商用周波電流により避雷器が熱暴走することがある。そのため、高温下での温度特性を向上させ、漏れ電流を抑制する必要がある。   When the lightning arrester is downsized, the energy density at the time of surge energy absorption becomes high, so it is necessary to increase the amount of energy that can be absorbed. In addition, the current-voltage nonlinear resistor generates heat when absorbing the surge energy, and the leakage current increases as the temperature rises. Therefore, the lightning arrester may run away due to the commercial frequency current after absorbing the surge energy. Therefore, it is necessary to improve temperature characteristics at high temperatures and suppress leakage current.

従来、電流−電圧非直線抵抗体の焼結体中のスピネル粒子の割合や平均粒径を制御することにより、エネルギ耐量を向上させる試みがなされている。また、従来、電流−電圧非直線抵抗体に使用するすべての原料を細かく粉砕することで、焼結体の微細構造を均一化し、エネルギ耐量を向上させる試みがなされている。   Conventionally, attempts have been made to improve the energy resistance by controlling the proportion of spinel particles in the sintered body of the current-voltage nonlinear resistor and the average particle size. Conventionally, attempts have been made to make the fine structure of the sintered body uniform and improve the energy resistance by finely pulverizing all the raw materials used for the current-voltage nonlinear resistor.

特開2002−217006号公報JP 2002-217006 A 特開2010−103440号公報JP 2010-103440 A

しかしながら、電流−電圧非直線抵抗体に使用するすべての原料を細かく粉砕する場合、造粒粉が高密度化して硬くなり、成形時に粗大な気孔を形成しやすくなる。そのため、十分なエネルギ耐量を得られない可能性がある。このように、従来の電流−電圧非直線抵抗体では、非直線抵抗特性、エネルギ耐量特性および高温下での温度特性のすべてにおいて優れた特性を備えることは困難であった。   However, when all the raw materials used for the current-voltage nonlinear resistor are finely pulverized, the granulated powder is densified and hardened, and coarse pores are easily formed during molding. Therefore, there is a possibility that sufficient energy withstand capability cannot be obtained. Thus, it has been difficult for conventional current-voltage non-linear resistors to have excellent characteristics in all of non-linear resistance characteristics, energy withstand characteristics, and temperature characteristics at high temperatures.

本発明が解決しようとする課題は、非直線抵抗特性、エネルギ耐量特性および高温下での温度特性に優れた電流−電圧非直線抵抗体を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a current-voltage non-linear resistor excellent in non-linear resistance characteristics, energy tolerance characteristics, and temperature characteristics at high temperatures.

実施形態の電流−電圧非直線抵抗体は、酸化亜鉛を主成分とし、副成分として、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルトおよび酸化ニッケルを含んだ混合物の焼結体を備える。そして、前記混合物における酸化ビスマス粒子および酸化アンチモン粒子の平均粒径が1000nm以下であり、前記焼結体中の酸化亜鉛結晶粒子の粒度分布に基づく標準偏差が前記酸化亜鉛結晶粒子の平均粒径の25%未満である。   The current-voltage nonlinear resistor of the embodiment includes a sintered body of a mixture containing zinc oxide as a main component and bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide, and nickel oxide as subcomponents. The average particle size of bismuth oxide particles and antimony oxide particles in the mixture is 1000 nm or less, and the standard deviation based on the particle size distribution of the zinc oxide crystal particles in the sintered body is the average particle size of the zinc oxide crystal particles. Less than 25%.

本発明に係る実施の形態の電流−電圧非直線抵抗体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 of embodiment which concerns on this invention. 混合物中のZnO粒子の平均粒径の異なる場合における限界吸収エネルギの測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the limit absorption energy in the case where the average particle diameter of ZnO particle | grains in a mixture differs.

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、本発明に係る実施の形態の電流−電圧非直線抵抗体10の断面を示す図である。   FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a current-voltage nonlinear resistor 10 according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、電流−電圧非直線抵抗体10は、酸化亜鉛を主成分とし、副成分として、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルトおよび酸化ニッケルを含んだ混合物の焼結体20を備えている。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。   As shown in FIG. 1, a current-voltage nonlinear resistor 10 is a sintered body of a mixture containing zinc oxide as a main component and bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide and nickel oxide as subcomponents. 20 is provided. 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.

混合物における酸化ビスマス粒子および酸化アンチモン粒子の平均粒径は、1000nm以下であり、焼結体20中の酸化亜鉛結晶粒子の粒度分布に基づく標準偏差は、酸化亜鉛結晶粒子の平均粒径の25%未満であることが好ましい。   The average particle size of the bismuth oxide particles and antimony oxide particles in the mixture is 1000 nm or less, and the standard deviation based on the particle size distribution of the zinc oxide crystal particles in the sintered body 20 is 25% of the average particle size of the zinc oxide crystal particles. It is preferable that it is less than.

酸化ビスマス粒子および酸化アンチモン粒子の平均粒径を1000nm以下とすることで、酸化ビスマスおよび酸化アンチモンの粒子が均一に分散するため、焼結体20中のビスマス相やスピネル粒子が均一に分散する。ビスマス相は、酸化亜鉛結晶粒子の粒成長を促進させ、スピネル粒子は、酸化亜鉛結晶粒子の粒成長を抑制する特徴を有している。そのため、それぞれが均一に分散することで酸化亜鉛結晶粒子の粒成長が均一になり、電流集中がなくなるため、エネルギ耐量が向上する。なお、酸化ビスマス粒子および酸化アンチモン粒子の平均粒径の下限値は、原料の微細化に伴って、スラリー内で原料粒子が凝集しやすくなり、分散性が悪化するため、100〜200nm程度となる。   By setting the average particle diameter of the bismuth oxide particles and antimony oxide particles to 1000 nm or less, the particles of bismuth oxide and antimony oxide are uniformly dispersed, so that the bismuth phase and spinel particles in the sintered body 20 are uniformly dispersed. The bismuth phase promotes the grain growth of zinc oxide crystal particles, and the spinel particles have the characteristic of suppressing the grain growth of zinc oxide crystal particles. For this reason, by uniformly dispersing each of them, the grain growth of the zinc oxide crystal particles becomes uniform and the current concentration is eliminated, so that the energy resistance is improved. Note that the lower limit of the average particle diameter of the bismuth oxide particles and antimony oxide particles is about 100 to 200 nm because the raw material particles easily aggregate in the slurry and the dispersibility deteriorates as the raw material becomes finer. .

ここで、酸化ビスマス粒子の粒度分布に基づく標準偏差は、酸化ビスマスの粒径の均一化を図るため、酸化ビスマス粒子の平均粒径の50%以下であることが好ましい。酸化アンチモン粒子の粒度分布に基づく標準偏差は、酸化アンチモンの粒径の均一化を図るため、酸化ビスマス粒子の平均粒径の50%以下であることが好ましい。   Here, the standard deviation based on the particle size distribution of the bismuth oxide particles is preferably 50% or less of the average particle diameter of the bismuth oxide particles in order to make the particle diameter of the bismuth oxide uniform. The standard deviation based on the particle size distribution of the antimony oxide particles is preferably 50% or less of the average particle size of the bismuth oxide particles in order to make the particle size of the antimony oxide uniform.

焼結体20中の酸化亜鉛結晶粒子の粒度分布に基づく標準偏差を酸化亜鉛結晶粒子の平均粒径の25%未満とすることで、酸化亜鉛結晶粒子の粒径が均一化され、局所的な導電パスの偏りがなくなる。   By setting the standard deviation based on the particle size distribution of the zinc oxide crystal particles in the sintered body 20 to be less than 25% of the average particle size of the zinc oxide crystal particles, the particle size of the zinc oxide crystal particles is made uniform and localized. The bias of the conductive path is eliminated.

混合物における酸化ニッケル粒子の平均粒径は、600nm以下であることが好ましい。酸化ニッケル粒子の平均粒径を600nm以下とすることで、酸化亜鉛粒子、ビスマス相、スピネル粒子、それぞれへの酸化ニッケルの固溶形態が変化し、酸化亜鉛粒子間に存在する粒界の特性が影響を受ける。これによって、非直線抵抗特性を向上させることができる。なお、酸化ニッケル粒子の平均粒径の下限値は、原料の微細化に伴って、スラリー内で原料粒子が凝集しやすくなり、分散性が悪化するため、100〜200nm程度となる。   The average particle diameter of the nickel oxide particles in the mixture is preferably 600 nm or less. By setting the average particle diameter of nickel oxide particles to 600 nm or less, the solid solution form of nickel oxide in zinc oxide particles, bismuth phase, and spinel particles changes, and the characteristics of grain boundaries existing between the zinc oxide particles are changed. to be influenced. Thereby, the nonlinear resistance characteristic can be improved. The lower limit of the average particle diameter of the nickel oxide particles is about 100 to 200 nm because the raw material particles easily aggregate in the slurry and the dispersibility deteriorates as the raw material is refined.

混合物における酸化コバルト粒子の平均粒径は、750nm以下であることが好ましい。酸化コバルト粒子の平均粒径を750nm以下とすることで、酸化亜鉛粒子、ビスマス相、スピネル粒子、それぞれへの酸化コバルトの固溶形態が変化し、酸化亜鉛粒子間に存在する粒界の特性が影響を受ける。これによって、温度特性を向上させることができる。なお、酸化コバルト粒子の平均粒径の下限値は、原料の微細化に伴って、スラリー内で原料粒子が凝集しやすくなり、分散性が悪化するため、100〜200nm程度となる。   The average particle diameter of the cobalt oxide particles in the mixture is preferably 750 nm or less. By setting the average particle size of the cobalt oxide particles to 750 nm or less, the solid solution form of cobalt oxide in the zinc oxide particles, bismuth phase, and spinel particles changes, and the characteristics of the grain boundaries existing between the zinc oxide particles are changed. to be influenced. Thereby, temperature characteristics can be improved. Note that the lower limit of the average particle diameter of the cobalt oxide particles is about 100 to 200 nm because the raw material particles easily aggregate in the slurry and the dispersibility deteriorates as the raw material is refined.

混合物における酸化マンガン粒子の平均粒径は、800nm以下であることが好ましい。酸化マンガン粒子の平均粒径を800nm以下とすることで、酸化亜鉛粒子、ビスマス相、スピネル粒子、それぞれへの酸化マンガンの固溶形態が変化し、酸化亜鉛粒子間に存在する粒界の特性が影響を受ける。これによって、温度特性を向上させることができる。なお、酸化マンガン粒子の平均粒径の下限値は、原料の微細化に伴って、スラリー内で原料粒子が凝集しやすくなり、分散性が悪化するため、100〜200nm程度となる。   The average particle size of the manganese oxide particles in the mixture is preferably 800 nm or less. By setting the average particle size of manganese oxide particles to 800 nm or less, the solid solution form of manganese oxide in each of zinc oxide particles, bismuth phase, and spinel particles changes, and the characteristics of grain boundaries existing between the zinc oxide particles are changed. to be influenced. Thereby, temperature characteristics can be improved. Note that the lower limit of the average particle size of the manganese oxide particles is about 100 to 200 nm because the raw material particles easily aggregate in the slurry and the dispersibility deteriorates as the raw material is refined.

混合物における酸化亜鉛粒子の平均粒径は、500nm以上であることが好ましい。主成分である酸化亜鉛や、副成分である酸化ビスマス、酸化アンチモンを粉砕し微細化することで、焼結時の粒成長が均一になり微細構造が均一になりやすい。その結果、エネルギ耐量が向上する可能性がある。しかしながらその一方で、主成分である酸化亜鉛粒子の粒径が微細化するほど造粒粉が高密度化する。造粒粉を金型に充填し、所定の成形密度にする場合、造粒粉が高密度化するほど造粒粉は硬く、つぶれ難くなるため、造粒分間の隙間が大きくなりやすい。その結果、破壊の起点となる、焼結体20中の気孔が大きくなり、エネルギ耐量が低下する。   The average particle diameter of the zinc oxide particles in the mixture is preferably 500 nm or more. By pulverizing and refining zinc oxide, which is the main component, bismuth oxide, and antimony oxide, which are the subcomponents, the grain growth at the time of sintering becomes uniform and the fine structure tends to be uniform. As a result, energy tolerance may be improved. However, on the other hand, the granulated powder becomes denser as the particle size of the zinc oxide particles as the main component becomes finer. When the granulated powder is filled in a mold to obtain a predetermined molding density, the granulated powder becomes harder and more difficult to be crushed as the granulated powder becomes higher in density, so that the gap between the granulated particles tends to increase. As a result, the pores in the sintered body 20 that become the starting point of destruction increase, and the energy resistance decreases.

そこで、前述したように副成分である、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化マンガンを微細化して微細構造の均一化を図り、かつ酸化亜鉛粒子の平均粒径を500nm以上とすることで、造粒粉の高密度化および粗大な気孔の形成を抑制することができる。これによって、優れたエネルギ耐量特性を得ることができる。なお、混合物における酸化亜鉛粒子の平均粒径の上限値は、酸化亜鉛粒子が大きくなると、焼結反応が不均一になり、微細構造が不均一になるため、1500〜2000nm程度となる。   Therefore, as described above, subcomponents such as bismuth oxide, antimony oxide, nickel oxide, cobalt oxide, and manganese oxide are refined to achieve a uniform microstructure, and the average particle diameter of zinc oxide particles is set to 500 nm or more. Thereby, densification of granulated powder and formation of coarse pores can be suppressed. Thereby, an excellent energy withstand characteristic can be obtained. The upper limit of the average particle diameter of the zinc oxide particles in the mixture is about 1500 to 2000 nm because the sintering reaction becomes nonuniform and the fine structure becomes nonuniform when the zinc oxide particles become large.

酸化ニッケル粒子、酸化コバルト粒子、酸化マンガン粒子それぞれの粒度分布に基づく標準偏差も、酸化ビスマスおよび酸化アンチモンと同様に、それぞれの平均粒径の50%以下であることが好ましい。また、酸化亜鉛粒子の粒度分布に基づく標準偏差も同様に、平均粒径の50%以下であることが好ましい。このような範囲とすることで、粒度分布の広がりが小さく、それぞれの原料における粒径の均一化を図ることができる。   The standard deviation based on the particle size distribution of each of the nickel oxide particles, the cobalt oxide particles, and the manganese oxide particles is also preferably 50% or less of the average particle size, as in the case of bismuth oxide and antimony oxide. Similarly, the standard deviation based on the particle size distribution of the zinc oxide particles is preferably 50% or less of the average particle size. By setting it as such a range, the spread of a particle size distribution is small and it can aim at equalization of the particle size in each raw material.

ここで、混合物の混合粉砕、特に、副成分の原料の混合粉砕は、混合粉砕装置において同じ条件でなされるが、例えば、各原料粒子の初期の粒径の大きさや硬さなどの違いによって、上記したように平均粒径が異なるものが形成される。   Here, the mixing and grinding of the mixture, in particular, the mixing and grinding of the raw materials of the subcomponents are performed under the same conditions in the mixing and grinding apparatus. As described above, those having different average particle diameters are formed.

上記した混合物における各原料粒子の平均粒径は、次のように算出される。   The average particle diameter of each raw material particle in the above mixture is calculated as follows.

まず、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、反射電子像を観察し、観察写真の色合いとエネルギ分散型X線分析(EDX)のマッピングにより、各原料粒子を識別する。   First, a backscattered electron image is observed using a scanning electron microscope (SEM), and each raw material particle is identified by mapping of the observation photograph and energy dispersive X-ray analysis (EDX).

続いて、各原料粒子について、1条件の被観察試験体について異なる視野10箇所のSEM写真を10000倍の倍率で撮り、10000倍の視野で100個以上の原料成分粒子における面積を画像解析に求める。画像解析により求められた面積と同じ面積を持つ円の直径に換算し、粒径とする。そして、各原料成分粒子毎に、算出された粒径を算術平均して平均粒径とする。   Subsequently, for each raw material particle, SEM photographs of 10 different visual fields for one specimen to be observed are taken at a magnification of 10,000 times, and an area of 100 or more raw material component particles is obtained by image analysis with a visual field of 10,000 times. . It is converted into the diameter of a circle having the same area as that obtained by image analysis, and the particle diameter is obtained. For each raw material component particle, the calculated particle diameter is arithmetically averaged to obtain an average particle diameter.

上記した焼結体20中の酸化亜鉛結晶粒子の平均粒径は、次のように算出される。   The average particle diameter of the zinc oxide crystal particles in the sintered body 20 is calculated as follows.

まず、複数の試料を切り出し、観察面を鏡面研磨し、研磨面を0.5%塩酸溶液でエッチング処理をする。このエッチング処理により観察面に微小な凹凸面をつけ、酸化亜鉛結晶粒子を容易に識別することができる。   First, a plurality of samples are cut out, the observation surface is mirror-polished, and the polished surface is etched with a 0.5% hydrochloric acid solution. By this etching treatment, a minute uneven surface is formed on the observation surface, and the zinc oxide crystal particles can be easily identified.

続いて、SEMを用いて反射電子像を観察し、観察写真の色合いにより、酸化亜鉛結晶粒子を識別する。1条件の被観察試験体について異なる視野10箇所のSEM写真を10000倍の倍率で撮り、10000倍の視野で100個以上の酸化亜鉛結晶粒子における面積を画像解析に求める。画像解析により求められた面積と同じ面積を持つ円の直径に換算し、粒径とする。算出された粒径から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中の酸化亜鉛結晶粒子の粒度分布に基づいて算出される。   Subsequently, the backscattered electron image is observed using SEM, and the zinc oxide crystal particles are identified by the shade of the observation photograph. SEM photographs of 10 different visual fields for one specimen to be observed are taken at a magnification of 10,000 times, and areas of 100 or more zinc oxide crystal particles are obtained by image analysis with a visual field of 10,000 times. It is converted into the diameter of a circle having the same area as that obtained by image analysis, and the particle diameter is obtained. The average particle diameter can be obtained from the calculated particle diameter. In addition, as described above, the standard deviation is calculated based on the particle size distribution of the zinc oxide crystal particles in the sintered body 20 obtained from the measured average particle diameter.

次に、焼結体20を構成するための混合物を構成する各原料成分組成について説明する。   Next, each raw material component composition which comprises the mixture for comprising the sintered compact 20 is demonstrated.

焼結体20を構成するための混合物は、酸化ビスマスをBiに換算して0.1〜2mol%、酸化アンチモンをSbに換算して0.1〜5mol%、酸化コバルトをCoに換算して0.1〜5mol%、酸化マンガンをMnOに換算して0.1〜5mol%、酸化ニッケルをNiOに換算して0.1〜5mol%を含んでいる。なお、混合物には、主成分である酸化亜鉛をZnOに換算して75mol%以上含むことが好ましい。 The mixture for constituting the sintered body 20 is bismuth oxide in terms of Bi 2 O 3 , 0.1 to 2 mol%, antimony oxide in terms of Sb 2 O 3 , 0.1 to 5 mol%, cobalt oxide Is converted to Co 2 O 3 and contains 0.1 to 5 mol%, manganese oxide converts to MnO and contains 0.1 to 5 mol%, and nickel oxide converts to NiO and contains 0.1 to 5 mol%. In addition, it is preferable that 75 mol% or more of zinc oxide which is a main component is converted into ZnO in a mixture.

酸化ビスマスの含有量をBiに換算して0.1〜2mol%としたのは、酸化ビスマスは、主成分である酸化亜鉛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るため、含有量が0.1mol%未満の場合には、この非直線抵抗特性を発現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、焼結時の酸化亜鉛結晶粒子の粒成長が進行しすぎて、抵抗値の高い電流−電圧非直線抵抗体が得られないからである。 The content of bismuth oxide in terms of Bi 2 O 3 is 0.1 to 2 mol% because bismuth oxide is present at the grain boundaries of zinc oxide, which is the main component, and exhibits nonlinear resistance characteristics. Therefore, when the content is less than 0.1 mol%, the effect of developing this non-linear resistance characteristic cannot be obtained sufficiently. Further, when the content exceeds 2 mol%, the growth of zinc oxide crystal particles during sintering proceeds excessively, and a current-voltage nonlinear resistor having a high resistance value cannot be obtained.

酸化アンチモンの含有量をSbに換算して0.1〜5mol%としたのは、酸化アンチモンは、酸化亜鉛とスピネル粒子を形成して焼結中の酸化亜鉛結晶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0.1mol%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、エネルギ耐量が低下するからである。 The content of antimony oxide was converted to Sb 2 O 3 to 0.1 to 5 mol% because antimony oxide formed spinel particles with zinc oxide and caused the growth of zinc oxide crystal particles during sintering. Since it is a component that has the effect of suppressing and equalizing, and the effect of improving the non-linear resistance characteristic, when the content is less than 0.1 mol%, the effect of improving this non-linear resistance characteristic It is because it cannot get enough. Moreover, when content exceeds 5 mol%, it is because the insulation component in the inside of the sintered compact 20 increases, and energy tolerance falls.

酸化コバルトの含有量をCoに換算して0.1〜5mol%としたのは、酸化コバルトは、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%未満の場合には、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、エネルギ耐量が低下するからである。 The reason why the content of cobalt oxide is 0.1 to 5 mol% in terms of Co 2 O 3 is that cobalt oxide is mainly dissolved in spinel particles to effectively improve the non-linear resistance characteristics. This is because if the content is less than 0.1 mol%, the effect of improving the non-linear resistance characteristics cannot be sufficiently obtained. Moreover, when content exceeds 5 mol%, it is because the insulation component in the inside of the sintered compact 20 increases, and energy tolerance falls.

酸化マンガンの含有量をMnOに換算して0.1〜5mol%としたのは、酸化マンガンは、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%未満の場合には、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、エネルギ耐量が低下するからである。   The content of manganese oxide in terms of MnO is 0.1 to 5 mol%. Manganese oxide is an effective component for greatly improving the non-linear resistance characteristics by mainly dissolving in spinel particles. For this reason, when the content is less than 0.1 mol%, the effect of improving the non-linear resistance characteristic cannot be sufficiently obtained. Moreover, when content exceeds 5 mol%, it is because the insulation component in the inside of the sintered compact 20 increases, and energy tolerance falls.

酸化ニッケルの含有量をNiOに換算して0.1〜5mol%としたのは、酸化ニッケルは、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%未満の場合には、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、エネルギ耐量が低下するからである。   The content of nickel oxide is 0.1 to 5 mol% in terms of NiO. Nickel oxide is an effective component for greatly improving the non-linear resistance characteristic by mainly dissolving in spinel particles. For this reason, when the content is less than 0.1 mol%, the effect of improving the non-linear resistance characteristic cannot be sufficiently obtained. Moreover, when content exceeds 5 mol%, it is because the insulation component in the inside of the sintered compact 20 increases, and energy tolerance falls.

主成分である酸化亜鉛の含有量をZnOに換算して75mol%以上としたのは、酸化亜鉛の含有量が75mol%未満の場合には、焼結体20の内部における絶縁成分が多くなり、エネルギ耐量が低下するからである。   The reason why the content of zinc oxide as the main component is 75 mol% or more in terms of ZnO is that when the content of zinc oxide is less than 75 mol%, the insulating component inside the sintered body 20 increases. This is because the energy resistance is reduced.

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、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 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.

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、酸化ビスマスをBiに換算して0.1〜2mol%、酸化アンチモンをSbに換算して0.1〜5mol%、酸化コバルトをCoに換算して0.1〜5mol%、酸化マンガンをMnOに換算して0.1〜5mol%、酸化ニッケルをNiOに換算して0.1〜5mol%を含み、残部が酸化亜鉛となるようにそれぞれ秤量する。なお、この際、主成分である酸化亜鉛はZnOに換算して75mol%以上含有するように調整されている。 First, 0.1 to 2 mol% in terms of bismuth oxide Bi 2 O 3, in terms 0.1 to 5 mol% in terms of antimony oxide Sb 2 O 3, cobalt oxide to Co 2 O 3 0 0.1 to 5 mol%, manganese oxide is converted to MnO, 0.1 to 5 mol%, nickel oxide is converted to NiO and 0.1 to 5 mol% is contained, and the remainder is weighed so as to be zinc oxide. At this time, zinc oxide as a main component is adjusted to contain 75 mol% or more in terms of ZnO.

続いて、秤量された酸化亜鉛を除く他の原料(酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル)、およびこの原料の固形分濃度を10〜30質量%とするための水を混合粉砕装置に投入する。そして、所定時間、混合および粉砕を行う。   Subsequently, other raw materials (bismuth oxide, antimony oxide, cobalt oxide, manganese oxide, nickel oxide) excluding the weighed zinc oxide and water for adjusting the solid content concentration of this raw material to 10 to 30% by mass are mixed. Put into the crusher. Then, mixing and grinding are performed for a predetermined time.

所定時間経過後、混合粉砕装置に、秤量された酸化亜鉛、有機溶剤を加え、さらに固形分濃度が30〜60質量%となるように水を加え、所定時間、混合および粉砕を行う。有機溶剤として、例えば、ポリビニルアルコールなどが使用される。   After a predetermined time has passed, weighed zinc oxide and an organic solvent are added to a mixing and pulverizing apparatus, water is further added so that the solid content concentration is 30 to 60% by mass, and mixing and pulverization are performed for a predetermined time. For example, polyvinyl alcohol is used as the organic solvent.

ここで、混合粉砕装置に投入される初期原料の平均粒径は、酸化亜鉛粒子においては1000〜3000nm、酸化ビスマス粒子においては6000〜8000nm、酸化アンチモン粒子においては2000〜4000nm、酸化マンガン粒子においては4000〜 6000nm、酸化コバルト粒子においては2000〜4000nm、酸化ニッケル粒子においては1000〜3000nmである。   Here, the average particle diameter of the initial raw material charged into the mixing and grinding apparatus is 1000 to 3000 nm for zinc oxide particles, 6000 to 8000 nm for bismuth oxide particles, 2000 to 4000 nm for antimony oxide particles, and for manganese oxide particles. It is 4000 to 6000 nm, 2000 to 4000 nm for cobalt oxide particles, and 1000 to 3000 nm for nickel oxide particles.

ここで、混合粉砕装置として、例えば、直径が0.05〜3mm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、混合粉砕装置におけるベッセル内のビーズ充填率を、例えば35〜95%とし、攪拌用ロータの周速を、例えば500〜1500rpm、循環流量を、例えば5〜50L/minの条件で作動させることができる。   Here, as the mixing and grinding device, for example, a circulation type device using zirconia beads having a diameter of 0.05 to 3 mm is used. Further, the bead filling rate in the vessel in the mixing and pulverizing apparatus is set to 35 to 95%, for example, the peripheral speed of the stirring rotor is set to 500 to 1500 rpm, and the circulating flow rate is set to 5 to 50 L / min, for example. Can do.

所定時間後における混合および粉砕された混合物中の各原料の平均粒径は、それぞれ前述した、混合物における各原料粒子の平均粒径の範囲となる。なお、酸化亜鉛を投入した後の所定時間は、混合物中の各原料の平均粒径が前述した範囲となるまでの時間に設定されている。所定時間後における混合物はスラリー状となる。   The average particle diameter of each raw material in the mixed and pulverized mixture after a predetermined time is within the range of the average particle diameter of each raw material particle in the mixture described above. In addition, the predetermined time after throwing in zinc oxide is set to the time until the average particle diameter of each raw material in a mixture becomes the range mentioned above. The mixture after a predetermined time becomes a slurry.

ここで、酸化亜鉛を除く他の原料は、同じ条件で混合粉砕されているが、混合粉砕装置に投入される初期原料の平均粒径や各原料の硬さなどの違いによって、上記したように平均粒径が異なるものが形成される。   Here, the other raw materials excluding zinc oxide are mixed and pulverized under the same conditions. However, as described above, depending on the difference in the average particle diameter of the initial raw materials and the hardness of each raw material that are put into the mixing and pulverizing apparatus. Those having different average particle diameters are formed.

続いて、作製されたスラリーを、例えば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、造粒粉の粒径は、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, for example, a rotating disk method or a pressurized nozzle method to produce a granulated powder. Here, the particle size of the granulated powder is preferably 70 to 130 μm. The particle size of the granulated powder is measured using a 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などによって、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 using, for example, a hydraulic press molding machine to produce a molded body.

続いて、この成形体を、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脱脂する。   Subsequently, the molded body is heated to a temperature of 350 to 500 ° C., and maintained at this temperature for 1 to 3 hours, for example, to degrease the organic solvent.

続いて、成形体を、1000〜1200℃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、脱脂する温度から焼成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 1000 to 1200 ° C., 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 the degreasing temperature to the firing temperature is 50 to 200 ° C./hour from the viewpoint of temperature uniformity in the firing object and firing process lead time.

焼成後、焼成された成形体を室温となるまで冷却する。この冷却工程では、優れた非直線特性、熱安定性などを得るために、成形体の冷却速度を100〜200℃/時とすることが好ましい。この冷却工程を経て、焼結体20が得られる。   After firing, the fired molded body is cooled to room temperature. In this cooling step, in order to obtain excellent non-linear characteristics, thermal stability, etc., it is preferable that the cooling rate of the molded body is 100 to 200 ° C./hour. Through this cooling step, the sintered body 20 is obtained.

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 onto the side surface of the sintered body 20 cooled to room temperature.

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、実施の形態の電流−電圧非直線抵抗体10によれば、焼結体20を形成するための混合物を構成する副成分(酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル)を微細化することにより微細構造が均一化し、酸化亜鉛の平均粒径を所定値以上とすることで、造粒粉の高密度化や、焼結体20における粗大な気孔の形成を抑制することができる。これによって、非直線抵抗特性、エネルギ耐量特性および高温下での温度特性に優れた電流−電圧非直線抵抗体10を得ることができる。   As described above, according to the current-voltage nonlinear resistor 10 of the embodiment, the subcomponents (bismuth oxide, antimony oxide, cobalt oxide, manganese oxide, oxidation) constituting the mixture for forming the sintered body 20 are described. By making the nickel fine, the microstructure becomes uniform, and the average particle diameter of zinc oxide is set to a predetermined value or more, thereby suppressing the densification of the granulated powder and the formation of coarse pores in the sintered body 20. can do. As a result, it is possible to obtain the current-voltage nonlinear resistor 10 having excellent nonlinear resistance characteristics, energy withstand characteristics, and temperature characteristics at high temperatures.

(非直線抵抗特性、エネルギ耐量特性および高温下での温度特性の評価)
次に、実施の形態の電流−電圧非直線抵抗体10が、非直線抵抗特性、エネルギ耐量特性および高温下での温度特性に優れていることを以下に具体的に説明する。
(Evaluation of non-linear resistance characteristics, energy tolerance characteristics, and temperature characteristics at high temperatures)
Next, it will be specifically described below that the current-voltage nonlinear resistor 10 of the embodiment is excellent in nonlinear resistance characteristics, energy withstand characteristics, and temperature characteristics at high temperatures.

まず、主成分としてZnOを用いた。副成分として、Biを0.6mol%、MnO、Coをそれぞれ1.5mol%、NiO、Sbをそれぞれ2.5mol%含み、残部がZnOとなるようにそれぞれ秤量した。なお、この際、主成分であるZnOは75mol%以上含有するように調整した。 First, ZnO was used as a main component. As subcomponents, Bi 2 O 3 is weighed so that it contains 0.6 mol%, MnO and Co 2 O 3 each contain 1.5 mol%, NiO and Sb 2 O 3 each contain 2.5 mol%, and the balance is ZnO. did. At this time, the main component ZnO was adjusted to contain 75 mol% or more.

続いて、秤量されたZnOを除く他の原料、およびこの原料の固形分濃度を10〜30質量%とするための水を混合粉砕装置に投入した。さらに、アルミニウムを水酸化アルミニウム(Al)水溶液にし、混合粉砕装置にその水溶液を0.005mol%投入した。そして、所定時間、混合および粉砕を行った。 Subsequently, other raw materials excluding the weighed ZnO and water for setting the solid content concentration of the raw materials to 10 to 30% by mass were charged into the mixing and pulverizing apparatus. Furthermore, aluminum was made into an aluminum hydroxide (Al 2 O 3 ) aqueous solution, and 0.005 mol% of the aqueous solution was charged into a mixing and grinding apparatus. Then, mixing and pulverization were performed for a predetermined time.

一定時間経過後、混合粉砕装置に、秤量されたZnO、適量のポリビニルアルコールを加え、さらに固形分濃度が30〜60質量%となるように水を加え、所定時間、混合および粉砕を行った。   After a lapse of a certain time, weighed ZnO and an appropriate amount of polyvinyl alcohol were added to a mixing and pulverizing apparatus, and water was further added so that the solid concentration was 30 to 60% by mass, followed by mixing and pulverizing for a predetermined time.

ここで、混合粉砕装置に投入される初期原料の平均粒径は、酸化亜鉛粒子においては2000nm、酸化ビスマス粒子においては6500nm、酸化アンチモン粒子においては3000nm、酸化マンガン粒子においては5000nm、酸化コバルト粒子においては3000nm、酸化ニッケル粒子においては1500nmとした。   Here, the average particle diameter of the initial raw material charged into the mixing and grinding apparatus is 2000 nm for zinc oxide particles, 6500 nm for bismuth oxide particles, 3000 nm for antimony oxide particles, 5000 nm for manganese oxide particles, and 5000 nm for cobalt oxide particles. Was set to 3000 nm, and nickel oxide particles were set to 1500 nm.

ここで、混合粉砕装置として、直径が0.05〜3mmのジルコニアビーズを用いた循環方式の装置を使用して、混合物をスラリー状とした。また、混合粉砕装置における、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、混合時間を変化させて、副成分の平均粒径が異なる8種類のスラリーを作製した。   Here, as a mixing and pulverizing apparatus, a circulating apparatus using zirconia beads having a diameter of 0.05 to 3 mm was used, and the mixture was made into a slurry. Further, eight kinds of slurries with different average particle diameters of subcomponents were prepared by changing the bead filling rate in the vessel, the peripheral speed of the stirring rotor, the circulation flow rate, and the mixing time in the mixing and grinding apparatus.

8種類のスラリーにおける各原料の平均粒径を測定した。なお、平均粒径の測定方法は、前述したとおりである。なお、スラリー作製後におけるZnO粒子の平均粒径は、いずれのスラリーにおいても600nmであった。   The average particle diameter of each raw material in 8 types of slurries was measured. In addition, the measuring method of an average particle diameter is as having mentioned above. In addition, the average particle diameter of the ZnO particle | grains after slurry preparation was 600 nm in any slurry.

続いて、作製されたスラリーを噴霧して造粒し、粒径が100μm程度の造粒粉を作製した。   Subsequently, the produced slurry was sprayed and granulated to produce a granulated powder having a particle size of about 100 μm.

得られた各スラリーの造粒粉を油圧式のプレス成形機によって、直径が40mm、厚さが18mmの円柱状に成形し、8種類の成形体を作製した。   The obtained granulated powder of each slurry was formed into a cylindrical shape having a diameter of 40 mm and a thickness of 18 mm by a hydraulic press molding machine, thereby preparing 8 types of molded bodies.

続いて、この成形体を400℃の温度に加熱し、この温度に1時間維持して有機溶剤である有機バインダなどを脱脂した。   Subsequently, the compact was heated to a temperature of 400 ° C. and maintained at this temperature for 1 hour to degrease an organic binder as an organic solvent.

続いて、成形体を、1100℃の温度で2時間以上加熱し、焼成した。焼成後、焼成された成形体を室温となるまで、冷却速度100℃/時で冷却し、焼結体20を得た。   Subsequently, the compact was heated at a temperature of 1100 ° C. for 2 hours or more and fired. After firing, the fired molded body was cooled at a cooling rate of 100 ° C./hour until it reached room temperature to obtain a sintered body 20.

室温まで冷却された焼結体20の側面に、無機絶縁物を塗布して絶縁層30を形成した。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溶射して、電極40を形成した。このようにして、8種類の試料(試料1〜試料8)を作製した。   An insulating layer 30 was formed by applying an inorganic insulator to the side surface of the sintered body 20 cooled to room temperature. Furthermore, the upper and lower end surfaces of the sintered body 20 were polished, and the conductive material described above was sprayed on the polished surface to form the electrode 40. In this way, eight types of samples (Sample 1 to Sample 8) were produced.

各試料に対して非直線抵抗特性、エネルギ耐量特性および高温下での温度特性の評価を行った。   Each sample was evaluated for non-linear resistance characteristics, energy tolerance characteristics, and temperature characteristics at high temperatures.

非直線抵抗特性は、各試料において、バリスタ電圧(V1mA)と、8×20μsインパルス電流を2.5kA流したときの電圧(V2.5kA)とを測定し、これらの比(V2.5kA/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。なお、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。 The non-linear resistance characteristic was measured for each sample by measuring the varistor voltage (V 1 mA ) and the voltage (V 2.5 kA ) when an 8 × 20 μs impulse current passed through 2.5 kA, and the ratio (V 2. 5 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. 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.

エネルギ耐量特性は、限界吸収エネルギ耐量試験結果に基づいて評価した。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400J/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とした。この限界吸収エネルギが大きいほどエネルギ耐量に優れていることを示す。   The energy resistance characteristic was evaluated based on the limit absorption energy resistance test result. In the limit absorbed energy tolerance test, lightning impulse energy with 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 400 J / cc. did. Then, the absorbed energy immediately before the destruction is defined as the limit absorption energy. It shows that it is excellent in energy tolerance, so that this limit absorption energy is large.

高温下での温度特性は、試料を200℃に加熱し、バリスタ電圧(V1mA)の95%の電圧を印加し漏れ電流を測定した。漏れ電流が小さいほど高温下での温度特性が優れていることを示す。 As for the temperature characteristics under high temperature, the sample was heated to 200 ° C., a voltage of 95% of the varistor voltage (V 1 mA ) was applied, and the leakage current was measured. The smaller the leakage current, the better the temperature characteristics at high temperatures.

なお、上記した各評価試験では、各試料を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した。   In each of the above-described evaluation tests, 10 pieces of each sample were produced, tested for 10 pieces, and evaluated using the average value.

また、各試料を構成する焼結体20について、前述した方法で、焼結体20中の酸化亜鉛結晶粒子の平均粒径を算出し、それに基づいて、焼結体20中の酸化亜鉛結晶粒子の粒度分布に基づく標準偏差の、酸化亜鉛結晶粒子の平均粒径に対する割合を求めた。   Further, for the sintered body 20 constituting each sample, the average particle diameter of the zinc oxide crystal particles in the sintered body 20 is calculated by the method described above, and based on the average particle diameter, the zinc oxide crystal particles in the sintered body 20 are calculated. The ratio of the standard deviation based on the particle size distribution to the average particle size of the zinc oxide crystal particles was determined.

表1は、各試料における、混合物中の副成分原料の平均粒径の測定結果および各評価試験の結果を示している。なお、上記したように、各試料においても、混合物中のZnO粒子の平均粒径は600nmであった。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 measurement results of the average particle diameter of the subcomponent raw materials in the mixture and the results of the respective evaluation tests in each sample. As described above, also in each sample, the average particle diameter of ZnO particles in the mixture was 600 nm. In Table 1, * marks are comparative examples showing samples that are outside the scope of the present invention.

Figure 2012231091
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表1に示すように、試料1〜試料5では、試料6〜試料8に比べて、非直線性係数が小さく、限界吸収エネルギが高く、さらに漏れ電流が小さいことがわかった。さらに、試料1〜試料5では、試料6〜試料8に比べて、焼結体20中の酸化亜鉛結晶粒子の粒度分布に基づく標準偏差の、酸化亜鉛結晶粒子の平均粒径に対する割合が小さく、いずれも25%を下回っていることがわかった。   As shown in Table 1, Sample 1 to Sample 5 were found to have a smaller nonlinearity coefficient, a higher limit absorption energy, and a smaller leakage current than Samples 6 to 8. Furthermore, in Sample 1 to Sample 5, the ratio of the standard deviation based on the particle size distribution of the zinc oxide crystal particles in the sintered body 20 to the average particle size of the zinc oxide crystal particles is smaller than in Samples 6 to 8. Both were found to be below 25%.

上記結果から、試料1〜試料5では、非直線抵抗特性、エネルギ耐量特性および高温下での温度特性に優れていることがわかった。   From the above results, it was found that Sample 1 to Sample 5 were excellent in non-linear resistance characteristics, energy withstand characteristics, and temperature characteristics at high temperatures.

(混合物における酸化亜鉛粒子の平均粒径の影響)
ここでは、表1の試料3を作製する際、秤量されたZnOを混合粉砕装置に投入する時期を変化させて、混合物中のZnO粒子の平均粒径の異なる6種類のスラリーを作製した。なお、混合物中の各副成分原料(酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニッケル)の平均粒径は、試料3で示した値と同じである。
(Influence of average particle size of zinc oxide particles in the mixture)
Here, when preparing the sample 3 of Table 1, the timing at which the weighed ZnO was charged into the mixing and pulverizing apparatus was changed to prepare six types of slurries having different average particle diameters of ZnO particles in the mixture. The average particle size of each subcomponent material (bismuth oxide, antimony oxide, cobalt oxide, manganese oxide, nickel oxide) in the mixture is the same as the value shown in Sample 3.

6種類のスラリーを用いて、前述した方法と同様の方法で焼結体20、絶縁層30、電極40を形成し、試料9〜試料14を作製した。なお、試料12は、前述した試料3に相当するものである。   Using the six types of slurry, the sintered body 20, the insulating layer 30, and the electrode 40 were formed by the same method as described above, and Samples 9 to 14 were produced. Sample 12 corresponds to sample 3 described above.

図2は、混合物中のZnO粒子の平均粒径の異なる場合における限界吸収エネルギの測定結果を示す図である。なお、限界吸収エネルギの測定方法は、前述した方法と同じである。また、試料を10ピース作製し、10ピースについて試験を行った。   FIG. 2 is a diagram showing the measurement results of the limit absorption energy when the average particle diameters of ZnO particles in the mixture are different. The method for measuring the limit absorption energy is the same as the method described above. Moreover, 10 pieces of samples were produced and tested for 10 pieces.

図2に示すように、混合物中のZnO粒子の平均粒径が500nm以上の場合(試料11〜試料14)には、限界吸収エネルギが500J/ccを超え、エネルギ耐量特性に優れていることがわかった。なお、混合物中のZnO粒子の平均粒径が500nm以上の場合(試料11〜試料14)には、図示していないが、非直線抵抗特性および高温下での温度特性にも優れていた。   As shown in FIG. 2, when the average particle diameter of ZnO particles in the mixture is 500 nm or more (samples 11 to 14), the limit absorption energy exceeds 500 J / cc, and the energy withstand characteristics are excellent. all right. When the average particle diameter of ZnO particles in the mixture was 500 nm or more (samples 11 to 14), although not shown, the non-linear resistance characteristics and the temperature characteristics at high temperatures were excellent.

以上説明した実施形態によれば、優れた、非直線抵抗特性、エネルギ耐量特性および高温下での温度特性を得ることが可能となる。   According to the embodiment described above, it is possible to obtain excellent non-linear resistance characteristics, energy withstand characteristics, and temperature characteristics at high temperatures.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes 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 (4)

酸化亜鉛を主成分とし、副成分として、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルトおよび酸化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、
前記混合物における酸化ビスマス粒子および酸化アンチモン粒子の平均粒径が1000nm以下であり、
前記焼結体中の酸化亜鉛結晶粒子の粒度分布に基づく標準偏差が前記酸化亜鉛結晶粒子の平均粒径の25%未満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 subcomponents including bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide and nickel oxide,
The average particle size of bismuth oxide particles and antimony oxide particles in the mixture is 1000 nm or less,
The current-voltage nonlinear resistor, wherein a standard deviation based on a particle size distribution of the zinc oxide crystal particles in the sintered body is less than 25% of an average particle size of the zinc oxide crystal particles.
前記混合物における酸化ニッケル粒子の平均粒径が600nm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。   2. The current-voltage nonlinear resistor according to claim 1, wherein an average particle diameter of nickel oxide particles in the mixture is 600 nm or less. 前記混合物における酸化コバルト粒子の平均粒径が750nm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。   The current-voltage nonlinear resistor according to claim 1 or 2, wherein the average particle diameter of the cobalt oxide particles in the mixture is 750 nm or less. 前記混合物における酸化マンガン粒子の平均粒径が800nm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。   The current-voltage nonlinear resistor according to any one of claims 1 to 3, wherein an average particle diameter of the manganese oxide particles in the mixture is 800 nm or less.
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