JPH0513361B2

JPH0513361B2 -

Info

Publication number: JPH0513361B2
Application number: JP59216304A
Authority: JP
Inventors: Koji Tohata; Zenichi Tanno
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-10-17
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1993-02-22
Also published as: JPS6195501A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、特に電気系統における過電圧保護装
置に使用される焼結体自体が電圧非直線性をもつ
非直線抵抗体に関する。

〔発明の技術的背景と問題点〕

電気系統において、正常な電圧に重畳される過
電圧を除去し、電気系統や電気機器を保護するた
め、サージアブソーバ及び避雷器などの過電圧保
護装置が用いられる。

この過電圧保護装置には、正常な電圧ではほぼ
絶縁特性を示し、過電圧が印加されたときには比
較的低抵抗値になる非直線抵抗体が用いられる。

非直線抵抗体は酸化亜鉛（ZnO）に金属酸化物
を混合した素材をプレスして成形し、焼成して造
られる。

ZnO系の非直線抵抗体は、小電流域における非
直線特性が急峻で、かつ、大電流域に到るまで鋭
い立ち上りをもつため、従来使用されていたSiC
系の非直線抵抗体を用いた過電圧保護装置よりも
すぐれた過電圧保護装置を作ることができる。

このZnO系非直線抵抗体は、湿中において使用
すると、非直線抵抗体側面の抵抗値が減少する。
すなわち、非直線指数αが著しく損われるという
問題があり、従来は非直線抵抗体の側面に硅酸亜
鉛（Zn₂SiO₄）とアンチモン酸亜鉛（Zn₇Sb₂O₁₂）
を主成分とする高抵抗層を設けるか、または、さ
らにその上にガラス層を設けることにより、耐湿
性の向上だけでなく、沿面閃絡の防止も図つてい
た。

しかし、従来の非直線抵抗体は、大電流パルス
を印加した時の抵抗の変化率が大きく、また、ガ
ラスの種類によつては高抵抗層とガラス層の密着
性が悪いために、インパルス耐量が低下したりす
る欠点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は上記欠点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、
電気特性の劣化が少なく、しかもインパルス耐量
を向上させた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、本発明は、酸化亜
鉛を主体とする焼結体の少なくとも側面に、鉄を
Fe₂O₃に換算して50モル％以上、ビスマスを
Bi₂O₃に換算して50モル％以下含む組成物を酸化
亜鉛と反応させて形成した高抵抗層と該抵抗層上
に酸化鉛（PbO）を60〜95重量％、酸化硅素
（SiO₂）を0.5〜10重量％、酸化ホウ素（B₂O₃）
を３〜20重量％、および酸化アルミニウム
（Al₂O₃）を0.5〜10重量％含有するガラス被覆膜
を形成することによつて、大電流パルスが加わつ
た場合におけるパリスタ電圧の変化率が小さく、
しかもインパルス耐量が向上する非直線抵抗体を
得る様にしたものである。

〔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はその外周側面に形成された高抵抗層、３
は該高抵抗層上に形成されたガラス被覆膜、４は
上下両面に設けられた電極である。

この様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に混合するために水、分
散剤、バインダー、潤滑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
30mmの円板に成形した。添加した分散剤、バイン
ダー、潤滑剤を予め除くため空気中で500℃で焼
成後、1020℃で仮焼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）10モル％、
酸化第二鉄（Fe₂O₃）90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
0.1重量％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。

このようにして得られた焼結体の外周側面に、
ガラスフリツトと純水と結合剤を混合したスラリ
ーを塗布し、例えば500℃で焼成しガラス被覆膜
を形成させる。その後、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４を形成して、非直線抵抗体を得た。

このようにして得られた非直線抵抗体の電気特
性を第２図及び第８図に示す。

第２図は８×20マイクロ秒の波形の10KAの電
流を100回印加した時の印加方向と逆方向のV_1nA
の値の変化率（△Ｖ／V_1nA）を示す。

また、第３図は４×10マイクロ秒の波形のイン
パルス電流を印加した時の合格率を示す。

第２図において、実線Ａは従来のZn₂SiO₄及び
Zn₇Sb₂O₁₂を主成分として用いた高抵抗層が形成
された非直線抵抗体の特性を、破線Ｂは本発明の
Feを主成分とする高抵抗層が形成された非直線
抵抗体の特性をそれぞれ示す。

また、第３図において、実線ＣはFeを主成分
とする高抵抗層のみが形成された非直線抵抗体の
特性を、破線Ｄは本発明のFeを主成分とする高
抵抗層とその上にガラス被覆膜が形成された非直
線抵抗体の特性をそれぞれ示す。

第２図及び第３図から明らかなように本発明の
Feを主成分とする高抵抗層が形成された非直線
抵抗体は従来の非直線抵抗体に比べ大電流パルス
に対する変化率が小さく、さらにその上にガラス
被覆膜を形成することにより、インパルス耐量が
向上する。

本発明において使用されるガラスフリツトは酸
化（PbO）が60〜95重量％、酸化硅素（SiO₂）
が0.5〜10重量％、酸化ホウ素（B₂O₃）が８〜20
重量％および酸化アルミニウム（Al₂O₃）が0.5〜
10重量％の範囲内で含有されたものである。PbO
が60重量％よりも少なく、またSiO₂やAl₂O₃が10
重量％、B₂O₃が20重量％よりも多すぎると、ガ
ラスの軟化点及び作業温度が高くなりすぎ、非直
線性が悪くなるという欠点が生じる。その理由
は、焼付温度が高くなりすぎると、Bi₂O₃の融点
（約820℃）以上に温度を上げることになり、非直
線抵抗体中に含まれるBi₂O₃が再び変化を起こ
し、一度安定化した粒界層を乱すことになり、優
れた非直線性が得られない。一方PbOが95重量％
よりも多く、またSiO₂やAl₂O₃が0.5重量％、
B₂O₃が３重量％よりも少なすぎると、ガラスの
網目構造が崩れ、被覆膜に亀裂やはがれが生じ、
第３図に示すような優れたインパルス耐量が得ら
れない。

上記実施例によれば、本発明の非直線抵抗体
は、インパルス耐量特性に優れ、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、非直線抵抗体を電
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。

尚、本発明において鉄を主成分とする高抵抗層
を形成するのにBi₂O₃とFe₂O₃の混合物を用いた
が、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
る。高抵抗層はビスマス及び鉄を、Bi₂O₃、
Fe₂O₃に換算して、その合計量の50モル％以下、
50モル％以上含む組成物を焼結体の側面に塗布し
た後焼結することにより形成されたものであるこ
とが望ましい。

また、本発明の実施例では、原料として酸化物
を用いたが、焼結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
成分を加えてもよい。

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、成形した素体を塗布しても
同様の効果が認められた。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば、鉄をFe₂O₃
に換算して50モル％以上及びビスマスをBi₂O₃に
換算して50モル％以下含む組成物を酸化亜鉛と反
応させて焼結体の側面に高抵抗層に形成し、この
高抵抗層の上にガラス被覆膜を形成することによ
りインパルス耐量特性に優れ、大電流パルスに対
する変化率が小さい、優れた信頼性の高い非直線
抵抗体を提供することができる。

【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
す一実施例の断面図、第２図は本発明の一実施例
に係る大電流パルス印加後におけるV_1nAの変化
率を示す図、第３図はインパルス耐量特性線図で
ある。１……焼結素体、２……高抵抗層、３……ガラ
ス被覆膜、４……電極。

Claims

【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
る焼結体の側面に、高抵抗層を形成し、この高抵
抗層の上にガラス被覆膜を形成した非直線抵抗体
において、前記高抵抗層が鉄をFe₂O₃に換算して50モル％
以上及びビスマスをBi₂O₃に換算して50モル％以
下を含む組成物を前記酸化亜鉛と反応させて形成
した高抵抗層であり、前記ガラス被覆膜が酸化鉛
（PbO）を60〜95重量％、酸化硅素（SiO₂）を0.5
〜10重量％、酸化ホウ素（B₂O₃）を３〜20重量
％及び酸化アルミニウム（Al₂O₃）を0.5〜10重量
％含有するガラス被覆膜であることを特徴とする
非直線抵抗体。