JPH01149401A - 電圧非直線抵抗体 - Google Patents

電圧非直線抵抗体

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JPH01149401A
JPH01149401A JP62307722A JP30772287A JPH01149401A JP H01149401 A JPH01149401 A JP H01149401A JP 62307722 A JP62307722 A JP 62307722A JP 30772287 A JP30772287 A JP 30772287A JP H01149401 A JPH01149401 A JP H01149401A
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宏 根本
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    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
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    • H01C7/108Metal oxide
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体に関
し、さらに詳しくは、避電器などの過電圧保護装置に使
用される電圧非直線抵抗体に関するものである。
(従来の技術) 酸化亜鉛を主成分とする電−正非直線抵抗体は、そのす
ぐれた非直線電圧−電流特性から、電圧安定化あるいは
サージ吸収を目的とした避雷器やサージアブソーバに広
く利用されている。この電圧非直線抵抗体は、主成分の
酸化亜鉛に少量のビスマス、アンチモン、コバルト、マ
ンガン等の酸化物を添加し、混合、造粒、成形したのち
焼成し、その焼結体に電極を取り付けて構成されるもの
である。
焼結体は酸化亜鉛粒子とその周囲を取り巻く添加物から
形成される粒界層から成り、そのすぐれた非直線電圧−
電流特性は酸化亜鉛粒子と粒界層との界面に起因すると
考えられている。そして、電圧非直線抵抗体の制限電圧
は電極間に存在する粒界層の数で決まるため、単位厚さ
で考えれば、焼結体を構成する酸化亜鉛粒子の大きさに
依存する。制限電圧とは、ある一定電流を流したときに
電圧非直線抵抗体に現れる電圧をいい、通常1mA/c
m”の電流に対する単位厚さ(1mm)あたりの制限電
圧を考えている。
電圧非直線抵抗体の制限電圧を高くするには、焼結体を
構成する酸化亜鉛粒子の粒成長を抑制すれば良く、従来
、粒成長を抑制する方法として、焼結温度を低(する方
法、あるいは粒成長抑制剤たとえば酸化珪素を添加する
方法などが行われていた。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、焼結温度を低くする方法は、液相を形成
し焼結を助ける添加物が周辺に十分ゆきわたらないため
緻密に焼結せず、またその他の添加物も拡散が十分でな
いため良好な非直線電圧−電流特性を示さなくなるとい
う欠点があった。このため、この方法で得られる制限電
圧は実用上300V/mm程度が限度であった。また酸
化珪素を添加する方法、例えば特公昭55−13124
号公報、特公昭59−12001号公報においては、酸
化珪素の含有量が通常製造される素子よりかなり多いも
のであった。
酸化珪素は珪酸亜鉛として粒界に析出し粒成長を抑制す
るが、同時に、電気的には極めて良い絶縁物であるので
電流の通路を妨げる。従って、酸化珪素の含有量が多い
と粒界に析出する量が多くなり、電流分布が乱れて不均
一となる。電圧非直線抵抗体は抵抗の温度係数が負であ
るので、電流分布が乱れて不均一となると電流の局部集
中を招きやすい。すなわち、ある部分に電流が集中する
とその部分はジュール熱による温度上昇が他の部分より
大きいため抵抗が低下する。そうすると電流集中がさら
に進んで、電流に対する実効の流路面積が減少すること
となる。その結果、電圧非直線抵抗体の一部で電流を処
理することになる。このため、大きなサージ電流を処理
する必要がある避雷器などには適用できない欠点があっ
た。
本発明の目的は上述した不具合を解消して、電力用避雷
器特に500 kV用さらに将来のIJHV用等の高電
圧用避雷器に使用可能で、しかも避雷器の小型化を可能
とするような単位厚さあたりの制限電圧の高い酸化亜鉛
電圧非直線抵抗体を提供しようとするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、酸化亜鉛を主成分とし、電圧非直線性を発現
する添加物および酸化珪素を副成分として含有し、酸化
珪素の含有量がSiO□に換算して0.3〜4.0モル
%である混合物を加熱し反応させて形成される焼結体で
あって、焼結体を構成する酸化亜鉛の結晶粒子の大きさ
が平均粒子径で6μm以下であり、また該焼結体の電流
密度1m^/cm”における単位厚さあたりの制限電圧
が500ν/mm以上であることを特徴とする。
(作 用) 本発明の電圧非直線抵抗体は、主成分の酸化亜鉛に、電
圧非直線性を発現する添加物として例えば酸化コバルト
1.酸化マンガン、酸化クロム、酸化ニッケルのうちの
少なくとも1種以上と酸化ビスマス、酸化アンチモンお
よび酸化珪素を所定の割合で混合し、造粒し、所定の形
状に、成形したのち、1050℃以下の温度でホットプ
レス装置あるいは熱間静水圧プレス装置により、−軸性
あるいは等方性の圧力を加えながら焼結して得られる。
直線抵抗体は、酸化珪素の含有量がSiO□に換算して
0.3〜4.0モル%であって、前記酸化亜鉛結晶粒子
の大きさが平均粒子径で6μm以下であることから、前
記制限電圧が500 V/mm以上となる。
電圧非直線抵抗体の単位厚さあたりの制限電圧は、単位
厚さに存在する粒界の数すなわち酸化亜鉛粒子の大きさ
と一つの粒界あたりの制限電圧に依存する。一つの粒界
あたりの制限電圧は化学組成に、また酸化亜鉛粒子の大
きさは化学組成と焼成温度にそれぞれ依存するから、電
圧非直線抵抗体の制限電圧は化学組成だけでは決められ
ず、本発明のように、焼結体の化学組成と焼結体を構成
する酸化亜鉛粒子の大きさとにより決められるものであ
る。
(実施例) 以下、実際の例について説明する。
尖施汎土 ZnOを主成分とし、これに少量のBfzOi+ 5b
20s。
Cozy、 CrzO=、 Mn0z+ NiO+ s
io、、 All!xOi+ BzOsを水、バインダ
、分散剤とともに添加混合し、スプレードライヤーで造
粒し、直径43mm、厚さ40IIlfflの円筒状に
成形した。次いでこの成形体をバインダ、分散剤の除去
のために約500℃で加熱したのち、ホットプレス装置
を用いて大気中で温度900℃、圧力200 kg/c
m”にて1時間焼結した。なお、ホットプレス条件とし
ては、温度850〜1000℃、圧力100〜300 
kg/cm” 、時間0.5〜2時間が好ましい範囲で
ある。この範囲より以下では焼結体の緻密化が充分でな
く、この範囲を超えるとZnO粒子径が6μmを超える
ようになり、いずれも好ましくない。加圧は昇温過程の
700℃から開始し、降温過程の800°Cで終了した
。その後、焼結体の両端面を研磨してアルミニウムの溶
射電極を設け、電圧非直線抵抗体を形成した。このよう
にして得た電圧非直線抵抗体について、電流1mA/c
m2における単位厚さあたりの制限電圧、非直線指数α
および2ms矩形波電流印加によるサージ耐量を測定し
た。その後、電圧非直線抵抗体から板状試料を切り出し
て鏡面研磨しエツチングして、焼結体を構成する酸化亜
鉛粒子の大きさを測定した。その結果を第1表に示す。
第1表には、Si0g量が本発明の範囲外のものおよび
ホットプレス装置によらず大気圧下で通常のように焼結
したものを比較例として示した。第1表にはZn0O量
は示していないが、実施例1におけるZnOの量は10
0モル%から添加物総量の占めるモル%を引いた量であ
り、以下の実施例2においても同様である。
なお、電圧非直線指数αは、電流0.1 mA/cm2
と1mA/cm”における制限電圧Vo、 +mA/c
m2+ V、mA/cm”から式a= 1/log+o
 (V+mA/cm”/Vo、、mA/cm”)により
算出した。また焼結体を構成する酸化亜鉛粒子の大きさ
は、上記のようにして作製した焼結体のエツチング面を
走査型電子顕微鏡で観察し、観察面について平均粒子径
と粒径の標準偏差を画像解析装置により測定して求めた
第1表に示されるように、本発明の実施例1〜19は焼
結体を構成する酸化亜鉛粒子が羊均粒子径で6μm以下
と小さく、粒径の標準偏差も3μm以下で均一であった
。電流1mA/cm”における制限電圧は500 V/
mm以上であり、サージ耐量が大きかった。
5tO2が0.3モル%未満の場合は、比較例1に示す
ように焼結体を構成する酸化亜鉛粒子が平均粒子径で6
μmを越え、粒径の標準偏差も4μmと大きかった。ま
た制限電圧は従来知られている値と同程度の400 V
/mm以下であった。SiO□が4モル%を越える場合
は、比較例2に示すように酸化亜鉛粒子の平均粒子径、
制限電圧ともに本発明の実施例と同程度であるが、サー
ジ耐量が実施例より低かった。
災施開呈 実施例1と同様にして、成形体を作製し、バインダ、分
散剤の除去のために熱処理した。次いで、この成形体を
ステンレス(例えばSOS 304)製のカプセル内に
ジルコニア粉末に埋め込んだ状態で真空排気しな、がら
封入したのち、カプセルを熱間静水圧プレス装置により
アルゴン中で温度1000°C1圧力600 kg/c
m”で約1時間焼結した。なお、焼結条件は温度800
〜1100℃、圧力300〜1200kg/cm”以上
、時間0.5〜2時間が好ましい。この限定理由は、実
施例1の場合と同じである。カプセルを除去して焼結体
を取り出し、大気中で温度約900°Cで5時間加熱し
た。この900°Cの加熱は焼結体を酸化処理すること
によって電圧非直線性を発現させるために必要とされる
。熱処理後、実施例1と同様にして焼結体を電圧非直線
抵抗体に形成し、同様の測定を実施した。その結果を第
2表に示す。第2表にはSiO□が本発明の範囲外のも
のおよび熱間静水圧装置によらず大気圧下で通常のよう
に焼結したものを比較例として示した。
第2表にみられるように、実施例2においてもsto、
itが0.3〜4.0モル%の範囲で、酸化亜鉛粒子が
平均粒子径で6μm以下であり、電流1mA/an”に
おける制限電圧が500 V/mm以上であって、サー
ジ耐量がすぐれている。
第1.2表において比較例で示したように、焼結を通常
の大気中常圧下で行った場合は実施例と同じ温度では十
分に焼結しない。このため緻密な焼結体が得られず、サ
ージ耐量が低いものとなった。
なお、5i02量が0.3〜4.0モル%をはずれた場
合の特性変化は、第1表および第2表において一つの組
成に対して比較例に示したが、本発明の実施例に示した
他の組成にも同様にあてはまるものである。
(発明の効果) 以上詳細に説明したところから明らかなように、本発明
の電圧非直線抵抗体は、酸化珪素の含有量を多くするこ
となく、焼結体を構成する酸化亜鉛粒子の大きさを小さ
くすることができ、制限電圧の高い電圧非直線抵抗体を
得ることができるから、避雷器の小型化が可能となり、
500 kV用さらには将来のUHV用等の高電圧用避
雷器に有用である。
また、酸化珪素の含有量が少ないこと、焼結体を構成す
る酸化亜鉛粒子の大きさが比較的そろっていることから
、電流分布の均一性が良く、避雷器等の用途に好適であ
る。
特許出願人  日本碍子株式会社

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.酸化亜鉛を主成分とし、電圧非直線性を発現する添
    加物および酸化珪素を副成分として含有し、酸化珪素の
    含有量がSiO_2に換算して0.3〜4.0モル%で
    ある混合物を加熱し反応させて形成される焼結体であっ
    て、焼結体を構成する酸化亜鉛の結晶粒子の大きさが平
    均粒子径で6μm以下であることを特徴とする電圧非直
    線抵抗体。
  2. 2.前記焼結体において、電流密度1mA/cm^2に
    おける単位厚さあたりの制限電圧が500V/mm以上
    である特許請求の範囲第1項記載の電圧非直線抵抗体。
  3. 3.前記混合物に一軸性または等方性の圧力を加えて焼
    結させる特許請求の範囲第1項記載の電圧非直線抵抗体
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