JPH11340009A - 非直線抵抗体 - Google Patents
非直線抵抗体Info
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- JPH11340009A JPH11340009A JP10143505A JP14350598A JPH11340009A JP H11340009 A JPH11340009 A JP H11340009A JP 10143505 A JP10143505 A JP 10143505A JP 14350598 A JP14350598 A JP 14350598A JP H11340009 A JPH11340009 A JP H11340009A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01C—RESISTORS
- H01C7/00—Non-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
- H01C7/10—Non-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
- H01C7/105—Varistor cores
- H01C7/108—Metal oxide
- H01C7/112—ZnO type
Abstract
圧特性を大幅に向上させることが可能な非直線抵抗体を
提供する。 【解決手段】酸化亜鉛を主成分とし、副成分として、ビ
スマス、コバルト、アンチモン、マンガン、ニッケルを
それぞれ、Bi2 O3 、Co2 O3 、Sb2 O3、Mn
O、NiOに換算して、Bi2 O3 0.05〜10.0
mol%、Co2O3 0.05〜10.0mol%、S
b2 O3 0.05〜10.0mol%、MnO0.05
〜10.0mol%、NiO0.05〜10.0mol
%含有し、上記NiOに対するBi2 O3 の含有量の比
がmol比で0.5以上1.5以下であり、Sb2 O3
に対するMnOの含有量の比がmol比で1.0以下で
ある焼結体から成ることを特徴とする非直線抵抗体であ
る。
Description
を主成分とする焼結体から成る非直線抵抗体に係り、特
に電流電圧非直線特性に優れ、また耐電圧特性を大幅に
向上させた非直線抵抗体に関する。
電圧(雷サージ)が発生した場合、また電子機器回路の
開閉操作により異常電圧(開閉サージ)が発生した場合
に、電力系統や電子機器を上記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が装備されている。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から構成されており、これら
避雷器等は、保護される機器の端子または電力系統の母
線と台地との間に接続される。そして、落雷などにより
一定値以上の異常電圧が発生すると、放電が開始され放
電電流が大地に流れて異常電圧が制限される。そして、
電圧が正常状態に復帰すると直ちに放電が停止し、元の
絶縁状態に戻る。
例えば特開昭59−117202号公報に示すように、
下記のような製造方法で製造されている。すなわち、主
成分として酸化亜鉛(ZnO)粉末に対して、副成分と
してのBi2 O3 、Sb2 O3 、Co2 O3 、MnO、
Cr2 O3 等の酸化物粉末を所定量配合して、原料混合
体を調製し、この原料混合体を水および有機バインダー
とともに混合した後に、スプレードライヤーなどを使用
して造粒粉を調製し、この造粒粉を所定形状に成形した
後に、脱脂・焼結して非直線抵抗体が製造される。
しての非直線抵抗体1の側面部に、沿面閃絡を防止する
ために高抵抗物質を塗布して再焼成して高抵抗層(側面
絶縁層)3を形成する一方、焼結体の両端面を研磨した
後に電極2をそれぞれ取り付けることにより、避雷器等
の要部素子が形成される。
系統において送電コストを低減するために送変電設備を
構成する機器構造の小型化および高性能化が進行してい
る。これらの送変電機器を小型高性能化するためには、
構成要素である非直線抵抗体の電流・電圧非直線特性を
改善し、避雷器の制限電圧を下げて送変電機器の絶縁耐
力に対する要求を低下させることが有効である。
電圧特性を上げる一方で、非直線抵抗体の高さを低減す
ることにより、避雷器の小型化を図る余地がある。しか
しながら、従来の組成を有する非直線抵抗体において
は、未だ電流・電圧非直線特性および耐電圧特性が不十
分であるという問題点があった。
になされたものであり、電流・電圧非直線特性に優れる
とともに、耐電圧特性を大幅に向上させることが可能な
非直線抵抗体を提供することを目的とする。
に本発明に係る非直線抵抗体は、酸化亜鉛を主成分と
し、副成分として、ビスマス、コバルト、アンチモン、
マンガン、ニッケルをそれぞれ、Bi2 O3 、Co2 O
3 、Sb2 O3 、MnO、NiOに換算して、Bi2 O
3 0.05〜10.0mol%、Co2 O3 0.05〜
10.0mol%、Sb2 O3 0.05〜10.0mo
l%、MnO0.05〜10.0mol%、NiO0.
05〜10.0mol%含有し、上記NiOに対するB
i2 O3 の含有量の比がmol比で0.5以上1.5以
下であり、Sb2 O3 に対するMnOの含有量の比がm
ol比で1.0以下である焼結体から成ることを特徴と
する。
3+に換算して0.5〜500ppm含有することが好ま
しい。さらに副成分として、ホウ素および銀の少なくと
も一方をB3+,Ag+ に換算してそれぞれ10〜100
0ppm含有することも好ましい。
ム,塩素,カルシウムの少なくとも1種をNa+ ,
K+ ,Cl+ ,Ca2+に換算してそれぞれ0.01〜1
000ppm含有させて構成してもよい。
副成分としてのビスマス(Bi),コバルト(Co),
アンチモン(Sb),マンガン(Mn)およびニッケル
(Ni)の含有量をそれぞれBi2 O3 、Co2 O3 、
Sb2 O3 、MnOおよびNiOに換算してそれぞれ
0.05〜10.0mol%の範囲とした理由は、上記
範囲を外れると非直線抵抗特性および寿命特性が劣化し
てしまうからである。
に存在して非直線抵抗性を発現させる成分であり、Co
2 O3 は、主成分となるZnOに固溶して非直線抵抗性
を大きく向上させるために有効であり、Sb2 O3 はス
ピネルを形成してバリスタ電圧,サージ電流耐量の向上
に寄与し、MnOはZnOおよびスピネル中に固溶して
非直線抵抗性を向上させる一方、NiOは非直線抵抗性
および寿命特性を向上させるために有効な成分である。
の比をmol比で0.5以上1.5以下とし、Sb2 O
3 に対するMnOの含有量の比をmol比で1.0以下
とすることにより、非直線抵抗特性および寿命特性を向
上させることが可能になるとともに、非直線抵抗体の耐
湿特性をも同時に改善することができ、長期間に亘って
安定したバリスタ特性が得られる。特にMnO/Sb2
O3 比は0.9以下であることが、より好ましい。
を大きく改善できる成分であり、本願発明では0.5〜
500ppmの範囲で含有される。含有量が500pp
mを超えると却って非直線抵抗性を劣化させてしまう。
このAl3+成分は、ごく微量で特性向上効果が得られる
ため、硝酸塩等の水に易溶な化合物の水溶液として原料
系に添加混合することが好ましい。
ホウ素(B)および銀(Ag)の少なくとも一方を、B
3+,Ag+ に換算してそれぞれ10〜1000ppm含
有させることにより、非直線抵抗性および寿命特性を向
上させることができるが、特に直流寿命が大幅に向上す
る。すなわち、基本組成分だけでは直流課電時に漏れ電
流が経時的に増加し、熱暴走を生じ、直流用として用い
ることは不可能であるが、BおよびAgの少なくとも一
方を、B3+,Ag+ に換算して10〜1000ppm含
有させることにより、漏れ電流の経時変化が少なくなる
ため、直流寿命特性が飛躍的に向上する。含有量が10
ppmより少ないと添加の効果が現われず、10ppm
以上加えることにより、特に直流寿命特性が向上する。
一方、含有量が1000ppmを超えると却って直流寿
命特性を劣化させるばかりか、交流寿命、非直線特性ま
で劣化させることになる。
トリウム(Na),カリウム(K),塩素(Cl)およ
びカルシウム(Ca)の少なくとも1種も非直線特性お
よび寿命特性を改善するために有効であり、それぞれ
0.01〜1000ppmの範囲で含有される。この含
有量が0.01ppm未満の場合では上記改善効果が少
なくなる一方、1000ppmを超える過量では却って
非直線特性を低下させる。
抗体によれば、主成分である酸化亜鉛(ZnO)結晶粒
の粒径を2〜5μmと極めて微細にすることができ、か
つZnO結晶粒の粒度分布を極めて均一にすることがで
きる上に、ZnO結晶粒の界面の幅を微細化できる。
当りの粒界数の逆数、すなわちZnO結晶粒の粒径によ
って決定されるため、本願発明のようにZnO結晶粒の
粒径を微細化することにより、非直線抵抗体の抵抗値、
すなわち耐電圧値を上昇させることができる。
nO結晶粒の界面において発現するが、本願発明によれ
ばZnO結晶粒の粒度分布が均一化され、界面の幅が微
細化されることにより、より均一な界面が形成されるた
め、電流電圧特性が改善されるものと考えられる。
以下の実施例および比較例を参照して、より具体的に説
明する。
表1〜表6に示す値となるように、主成分としてのZn
O粉末に対して副成分としてのBi2 O3 ,NiO,S
b2 O3 ,MnO,Co2 O3 を所定量秤量し混合して
各原料混合体を調製した。得られた各原料混合体に水お
よび分散剤,有機バインダーとしてのポリビニルアルコ
ール(PVA)を添加して混合装置にかけて均一なスラ
リーをそれぞれ調製した。次に得られた各スラリーをス
プレードライヤーにて噴霧造粒することにより粒径10
0μmの造粒粉を調製した。
成形して円板形状の成形体を、それぞれ形成した。さら
に、各成形体を空気中で500℃に加熱することにより
脱脂し、添加した有機バインダー等を除去した後に、さ
らに空気中にて温度1200℃で2時間焼成し、得られ
た焼結体の表面に研磨加工を施して直径20mm×厚さ2
mmの非直線抵抗体試料をそれぞれ調製した。
非直線抵抗体1の側面に熱硬化性樹脂から成る高抵抗絶
縁物を塗布した後に焼付けて高抵抗層(側面絶縁層)3
を形成し、さらに非直線抵抗体1の両側面を研磨し、こ
の両端面にアルミニウムを溶射してそれぞれ電極2を形
成することにより、非直線抵抗素子を形成した。
始電圧を測定するとともに、電圧電流非直線特性を評価
した。ここで動作開始電圧は1mAの電流通電時におけ
る放電開始電圧として測定する一方、電圧電流非直線特
性は下記(1)式に示す比の値で示した。
および非直線特性の測定結果を下記の表1〜表6に示
す。なお、表1〜表3においては、副成分としてのBi
2 O3,NiO,Sb2 O3 ,MnO,Co2 O3 の含
有量を変えた場合における動作開始電圧および電流電圧
非直線特性に及ぼす影響を示す一方、表4〜表6におい
ては、Bi2 O3 とNiOとの含有量の比を変えた場合
における動作開始電圧および非直線特性に及ぼす影響を
示す。また、表1〜表6において*印は本発明の請求範
囲外である従来例の試料を示している。
うに、本実施例に係る非直線抵抗体を使用した素子にお
いては、従来例と比較して、いずれも動作開始電圧が6
00V/mm以上と高くなり優れた耐電圧特性を有するこ
とが判明した。また、電流電圧非直線特性を示すV10KA
/V1mA 値も1.40以下と従来例と比較して優れた値
を示しており、サージ電流耐量を増加させることがで
き、特にサージ吸収体としての小型の避雷器にも有効に
使用できることが判明した。
l3+,B3+,Ag+ ,Na+ ,K+,Cl- ,Ca2+の
含有量の多少が、非直線抵抗体の動作開始電圧および非
直線特性に及ぼす影響について以下の第2実施例および
第3実施例に基づいて説明する。
mol%のCo2 O3と1.0mol%のSb2 O3 と
0.9mol%のMnOと0.4mol%のNiOとを
含有する基本組成を有するように、主成分としてのZn
O粉末に副成分としてのBi2 O3 ,Co2 O3 ,Sb
2 O3 ,MnO,NiOを所定量ずつ混合して原料混合
体を調製した。さらに、この原料混合体に水を混合して
均一なスラリーを調製した。
れるアルミニウムがAl3+換算でそれぞれ表7に示す含
有量となるように、上記スラリーに硝酸アルミニウム水
溶液を所定量ずつ添加し、さらに分散剤および有機バイ
ンダーを添加して混合装置にて混合して各種原料スラリ
ーを調製した。以下、得られた各種原料スラリーを、第
1実施例と同様な製造方法に従って、造粒,加圧成形,
脱脂,焼結処理を実施することにより、試料番号128
〜135の非直線抵抗体をそれぞれ調製した。
れるホウ素がB3+換算でそれぞれ表7に示す含有量とな
るように、上記スラリーにホウ酸水溶液を所定量ずつ添
加し、さらに分散剤および有機バインダーを添加して混
合装置にて混合して各種原料スラリーを調製した。以
下、得られた各種原料スラリーを、第1実施例と同様な
製造方法に従って、造粒,加圧成形,脱脂,焼結処理を
実施することにより、試料番号136〜142の非直線
抵抗体をそれぞれ調製した。
れる銀がAg+ 換算でそれぞれ表7に示す含有量となる
ように、上記スラリーに硝酸銀水溶液を所定量ずつ添加
し、さらに分散剤および有機バインダーを添加して混合
装置にて混合して各種原料スラリーを調製した。以下、
得られた各種原料スラリーを、第1実施例と同様な製造
方法に従って、造粒,加圧成形,脱脂,焼結処理を実施
することにより、試料番号143〜149の非直線抵抗
体をそれぞれ調製した。
49の非直線抵抗体を使用して、第1実施例と同様の測
定方法に従って動作開始電圧および非直線抵抗特性を測
定して下記表7に示す結果を得た。
Al3+,B3+,Ag+ を所定の範囲内で含有する各実施
例に係る非直線抵抗体は、上記範囲外の抵抗体と比較し
て、動作開始電圧は600V/mm以上と相対的に高い値
が得られており、優れた耐電圧特性を有することが確認
できた。また電流電圧非直線性を示すV10KA/V1mA値
も1.40以下となり相対的に良好であることが判明し
た。
mol%のCo2 O3と1.0mol%のSb2 O3 と
0.9mol%のMnOと0.4mol%のNiOとを
含有する基本組成を有するように、主成分としてのZn
O粉末に副成分としてのBi2 O3 ,Co2 O3 ,Sb
2 O3 ,MnO,NiOを所定量ずつ混合して原料混合
体を調製した。さらに、この原料混合体に水を混合して
均一なスラリーを調製した。
れるナトリウムがNa+ 換算でそれぞれ表8に示す含有
量となるように、上記スラリーに水酸化ナトリウム水溶
液を所定量ずつ添加し、さらに分散剤および有機バイン
ダーを添加して混合装置にて混合して各種原料スラリー
を調製した。以下、得られた各種原料スラリーを、第1
実施例と同様な製造方法に従って、造粒,加圧成形,脱
脂,焼結処理を実施することにより、試料番号150〜
157の非直線抵抗体をそれぞれ調製した。
れるカリウムがK+ 換算でそれぞれ表8に示す含有量と
なるように、上記スラリーに水酸化カリウム水溶液を所
定量ずつ添加し、さらに分散剤および有機バインダーを
添加して混合装置にて混合して各種原料スラリーを調製
した。以下、得られた各種原料スラリーを、第1実施例
と同様な製造方法に従って、造粒,加圧成形,脱脂,焼
結処理を実施することにより、試料番号158〜165
の非直線抵抗体をそれぞれ調製した。
れる塩素がCl- 換算でそれぞれ表8に示す含有量とな
るように、上記スラリーに希塩酸水溶液を所定量ずつ添
加し、さらに分散剤および有機バインダーを添加して混
合装置にて混合して各種原料スラリーを調製した。以
下、得られた各種原料スラリーを、第1実施例と同様な
製造方法に従って、造粒,加圧成形,脱脂,焼結処理を
実施することにより、試料番号166〜173の非直線
抵抗体をそれぞれ調製した。
れるカルシウムがCa2+換算でそれぞれ表8に示す含有
量となるように、上記スラリーに水酸化カルシウム水溶
液を所定量ずつ添加し、さらに分散剤および有機バイン
ダーを添加して混合装置にて混合して各種原料スラリー
を調製した。以下、得られた各種原料スラリーを、第1
実施例と同様な製造方法に従って、造粒,加圧成形,脱
脂,焼結処理を実施することにより、試料番号174〜
181の非直線抵抗体をそれぞれ調製した。
81の非直線抵抗体を使用して、第1実施例と同様の測
定方法に従って動作開始電圧および非直線抵抗特性を測
定して下記表8に示す結果を得た。
Na+ ,K+ ,Cl- ,Ca2+を所定の範囲内で含有す
る各実施例に係る非直線抵抗体は、上記範囲外の抵抗体
と比較して、動作開始電圧は600V/mm以上と相対的
に高い値が得られており、優れた耐電圧特性を有するこ
とが確認できた。また電流電圧非直線性を示すV10KA/
V1mA 値も1.40以下となり相対的に良好であること
が判明した。
おいては、0.6mol%のBi2O3 と1.0mol
%のCo2 O3 と1.0mol%のSb2 O3 と0.9
mol%のMnOと0.4mol%のNiOとを副成分
として含有するような基本組成を有する非直線抵抗体を
例にとって説明しているが、ビスマス、コバルト、アン
チモン、マンガン、ニッケルをそれぞれ、Bi2 O3 、
Co2 O3 、Sb2 O3 、MnO、NiOに換算して、
Bi2 O3 0.05〜10.0mol%、Co2 O
3 0.05〜10.0mol%、Sb2 O3 0.05〜
10.0mol%、MnO0.05〜10.0mol
%、NiO0.05〜10.0mol%含有し、NiO
に対するBi2 O3 の含有量の比がmol比で0.5以
上1.5以下であり、Sb2 O3 に対するMnOの含有
量の比がmol比で1.0以下である非直線抵抗体につ
いても、同様に非直線抵抗特性および耐電圧特性を改善
できる効果が得られることが確認されている。
抗体によれば、酸化亜鉛を主成分とし副成分としてビス
マス、コバルト、アンチモン、マンガン、ニッケルを含
有し、NiOに対するBi2 O3 含有量の比を0.5〜
1.5の範囲に規定する一方、Sb2 O3 に対するMn
Oの含有量の比を1.0以下に規定しているため、電流
電圧非直線抵抗特性に優れ、かつ耐電圧が高い非直線抵
抗体を提供することができる。
ホウ素,銀,ナトリウム,カリウム,塩素,カルシウム
を所定量含有させることにより、非直線抵抗特性および
耐電圧特性を、さらに改善することができる。
た抵抗素子を示す断面図。
Claims (8)
- 【請求項1】 酸化亜鉛を主成分とし、副成分として、
ビスマス、コバルト、アンチモン、マンガン、ニッケル
をそれぞれ、Bi2 O3 、Co2 O3 、Sb2 O3 、M
nO、NiOに換算して、Bi2 O3 0.05〜10.
0mol%、Co2 O3 0.05〜10.0mol%、
Sb2 O3 0.05〜10.0mol%、MnO0.0
5〜10.0mol%、NiO0.05〜10.0mo
l%含有し、上記NiOに対するBi2 O3 の含有量の
比がmol比で0.5以上1.5以下であり、Sb2 O
3 に対するMnOの含有量の比がmol比で1.0以下
である焼結体から成ることを特徴とする非直線抵抗体。 - 【請求項2】 副成分として、アルミニウムをAl3+に
換算して0.5〜500ppm含有することを特徴とす
る請求項1記載の非直線抵抗体。 - 【請求項3】 副成分として、ホウ素をB3+に換算して
10〜1000ppm含有することを特徴とする請求項
1または2記載の非直線抵抗体。 - 【請求項4】 副成分として、銀をAg3+に換算して1
0〜1000ppm含有することを特徴とする請求項1
ないし3のいずれかに記載の非直線抵抗体。 - 【請求項5】 副成分として、ナトリウムをNa+ に換
算して0.01〜1000ppm含有することを特徴と
する請求項1ないし4のいずれかに記載の非直線抵抗
体。 - 【請求項6】 副成分として、カリウムをK+ に換算し
て0.01〜1000ppm含有することを特徴とする
請求項1ないし5のいずれかに記載の非直線抵抗体。 - 【請求項7】 副成分として、塩素をCl- に換算して
0.01〜1000ppm含有することを特徴とする請
求項1ないし6のいずれかに記載の非直線抵抗体。 - 【請求項8】 副成分として、カルシウムをCa2+に換
算して0.01〜1000ppm含有することを特徴と
する請求項1ないし7のいずれかに記載の非直線抵抗
体。
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