JPH0510803B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は酸化亜鉛を主成分とし、電圧非直線抵
抗特性を持つ焼結或いは成形された素体の側面
に、高抵抗層を形成して成る電圧非直線抵抗体に
関するものである。

［発明の技術的背景］ 電圧非直線抵抗体は、一般にはバリスタと呼ば
れ、その優れた非直線電圧−電流特性が利用され
て、電圧安定化或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。
代表的なものとして、近年開発された酸化亜鉛バ
リスタがある。これは酸化亜鉛を主成分とし、こ
れに少量のビスマス、アンチモン、コバルト、マ
ンガン、クロム等の酸化物を添加し、混合造粒、
成形した後、空気中で高温焼成し、その焼結体に
電極を取り付けて構成されるものである。その非
直線抵抗特性は非常に優れており、焼結体は酸化
亜鉛粒子とその周囲をとりまく添加物により形成
される粒界層から成り、優れた非直線抵抗特性は
酸化亜鉛粒子と粒界層との界面に起因すると考え
られており、電圧−電流特性をある程度任意に調
節し得る等多くの特長を備えている。

［背景技術の問題点］ ところで、これら酸化亜鉛系バリスタを電力用
避雷器として使用するには、次の様な欠点があつ
た。即ち、酸化亜鉛素子単体では、耐湿性が劣り
避雷器の様な苛酷な環境で使用するには好ましく
ない上、大電流パルスを印加した時の非直線抵抗
体の抵抗の変化率が大きく、従つて長期に亘つて
雷パルスや電圧サージパルスを受ける過電圧保護
装置には不適当である。そのため、長期間に亘つ
て安定した電気特性を持つ金属酸化物非直線抵抗
体が要望されていた。

こうした要求に対して、酸化亜鉛を主体とすお
る焼結素材の側面に、エポキシ樹脂コートを施し
たり、Zn₇Sb₂O₁₂、Zn₂SiO₄を中心とした高抵抗
層等を形成することが提案され実施されている。
しかし、エポキシ樹脂コートは耐電圧特性が悪
く、またZn₇Sb₂O₁₂、Zn₂SiO₄系によると耐湿特
性などは改良されたが、大電流パルスを印加した
時の抵抗の変化率が大きいという問題はまだ残つ
ていた。

［発明の目的］ 本発明は上記要望に鑑みなされたもので、長期
間に亘り繰り返し過電流パルスが印加されても、
電気特性の劣化の少ない金属酸化物非直線抵抗体
を提供することを目的とする。

［発明の概要］ かかる目的を達成するため、本発明の非直線抵
抗体においては、電圧非直線性を有する酸化亜鉛
を主成分とする素体の側面に、鉄を主成分とする
高抵抗層形成材料が拡散して前記酸化亜鉛と反応
して成る高抵抗層が形成され、この高抵抗層にお
いては、前記素体の側面の表面から深さ10μｍの
位置で鉄がFe₂O₃に換算して10モル％以上含まれ
ている。このような構成を有する本発明によれ
ば、高抵抗層と素体との一体性が向上し、繰り返
し過電流パルス印加に対する劣化を少なくした非
直線抵抗体の提供が可能となる。

［発明の実施例］ 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明による非直線抵抗体の断面図
で、図中符号１は酸化亜鉛を主成分とした焼結素
体、２はその両側面に形成された高抵抗層、３は
上下両面に設けられた電極である。

このような構成の非直線抵抗体を製造するに
は、一例として、次の様にする。

まず、酸化亜鉛（ZnO）の粉末に、酸化ビスマ
ス（Bi₂O₃）、酸化コバルト（Co₂O₃）、酸化マン
ガン（MnO）、酸化クロム（Cr₂O₃）を各々0.5モ
ル％、酸化アンチモン（Sb₂O₃）、酸化ニツケル
（NiO）の粉末を夫々1.0モル％の範囲で添加し、
これらの原料粉末を十分混合するために水、分散
剤、バインダー、潤骨剤と共に混合装置に入れて
混合した。この混合物スラリーを、スプレードラ
イヤーで例えば平均粒径120ミクロンになる様に
造粒し、この粉末をプレスにかけ直径50mm厚さ30
mmの円板に成形した。添加した分散材、バインダ
ー、潤骨剤を予め除く空気中で500℃で焼成後、
1020℃で仮称した素体に予め用意した高抵抗層形
成用スラリーをスプレーガンを用いて塗布した。

前記の高抵抗層形成用スラリーは、以下の様に
調製された。酸化ビスマス（Bi₂O₃）０〜100モ
ル％、酸化第二鉄（Fe₂O₃）100〜０モル％に、
重量比で１：１となる様に純水を加え適当なスラ
リーにした。この時、ポリビニルアルコールの様
な結合剤を0.1wt％程添加することにより、塗膜
の強度が増大した。この素体を空気雰囲気中で
1200℃の温度で焼成した。このようにして得た焼
結素体の両面を平行に研磨し厚さ20mmとした後、
アルミニウムの溶射により電極３を形成して、電
圧非直線抵抗体を得た。

この電圧非直線抵抗体に大電流パルスを印加し
た時の耐電圧特性（ここでは４×10マイクロ秒の
波形で２回印加により側面閃絡しない値を用い
た）を第２図に、８×20マイクロ秒の波形で
10KAの電流を20回印加後における印加方向と逆
方向のΔV10μAの変化率を第３図に示した。

第２図において、Fe₂O₃50モル％以上、
Bi₂O₃50モル％以下の組成比のものは、従来例と
して示したBi₂O₃、NiO₂、Sb₂O₃、ZnO等を含有
する組成系のものより、優れた耐電圧特性を有す
ることが確認された。また、第３図に８×20μ秒
の波形で20回印加した後の逆方向のΔV10μAの変
化率を示したが、この特性においても、Fe₂O₃50
モル％以上、Bi₂O₃50モル％以下の組成比のもの
が良好な特性が得られた。

次に、これらの素子の側面における成分の濃度
分布についてＸ線マイクロアナライザーを用いて
測定したところ、鉄の存在が確認された。その量
は、深さ10μｍの位置において、Fe₂O₃に換算し
て、本発明の非直線抵抗体では少なくとも10モル
％以上含まれていることがわかつた。酸化ビスマ
スの役割は融剤として働き、鉄の拡散或いは酸化
亜鉛との反応を促進するものと考えられている。
酸化ビスマスにより素体に拡散された鉄は、酸化
亜鉛等と反応して高抵抗層となり、耐電圧特性、
耐パルス特性を向上させている。

上記実施例によれば、本発明の非直線抵抗体
は、耐電圧特性に優れ、大電流パルスに対する変
化率も小さく、極めて優れた安定性を示すことが
わかる。このことは、素子を電力用避雷器等に使
用した場合において、非常に優れた信頼性を保証
するものであり、実用的見地から見て重要であ
る。

なお、本発明の実施例では、原料として酸化物
を用いたが、焼成して酸化物になるものであれば
何でも良く、例えば水酸化物、炭酸化物、シユウ
酸化物等であつても同じ効果が得られることはい
うまでもない。また、実施例に示した添加物以外
に、非直線抵抗体の特性を向上させる目的で他の
成分を加えてもよく、耐湿特性や耐電圧特性を更
に向上させる為に、当該非直線抵抗体の外側にガ
ラス成分等を焼付けることは望栄しいことであ
る。更に、本実施例では高抵抗層形成物質を仮焼
した素体に塗布したが、成形した素体に塗布して
も同様の効果が認められた。

［発明の効果］ 以上述べて来た様に、本発明によれば、酸化亜
鉛を主体とし電圧非直線性を有する焼結或いは成
形素体の側面に、鉄を主成分とする例えば、ビス
マス及び鉄を、Bi₂O₃、Fe₂O₃に換算して、その
合計量の50モル％以下、50モル％以上含む組成物
から成る高抵抗層を形成したことにより、耐電圧
特性、大電力パルス特性に優れた信頼性の高い電
圧非直線抵抗体を提供することができる。しか
も、本発明は、単に表皮層成分が拡散するだけで
はなく、素体成分である酸化亜鉛との間で反応を
生じて高抵抗層を形成するものであるため、高抵
抗層は素体側面に明瞭な境界面を形成することな
く形成され、高抵抗層と素体との一体性が優れて
いる。その結果、本発明によれば、引例では到底
不可能であつた繰り返し過電流パルス印加に対す
る耐久性向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る非直線抵抗体の構造を示
す断面図、第２図はFe₂O₃とBi₂O₃の配合比と耐
電圧特性を示すグラフ、第３図は同じく大電流パ
ルス印加後におけるΔV10μAの変化率を示すグラ
フである。 １……焼結素体、２……高抵抗層、３……電
極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電圧非直線性を有する酸化亜鉛を主成分とす
   る素体の側面に、鉄を主成分とする高抵抗層形成
   材料が拡散して前記酸化亜鉛と反応して成る高抵
   抗層が形成され、この高抵抗層においては、前記
   素体の側面の表面から深さ10μｍの位置で鉄が
   Fe₂O₃に換算して10モル％以上含まれていること
   を特徴とする非直線抵抗体。 ２ 高抵抗層が、ビスマス及び鉄を、Bi₂O₃、
   Fe₂O₃に換算して、その合計量の50モル％以下、
   50モル％以上含む組成物から成る高抵抗層である
   特許請求の範囲第１項記載の非直線抵抗体。 ３ 高抵抗層が、酸化亜鉛を主成分とする焼結素
   体の側面に、スラリー状となつた組成物を塗布し
   た後焼結することによつて形成されたものである
   特許請求の範囲第１項記載の非直線抵抗体。