JPS62141702A - 電圧非直線抵抗体の製造方法 - Google Patents

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】 〔発明の属する技術分野〕 ゛　　本発明はＺｎＯを主成分とし、これに微量の副成
分を添加した電圧非直線抵抗体、さらに詳しくは言サー
ジあるいは開閉サージを抑制するＺｎＯ型避雷器の製造
方法に関する。

〔従来技術とその問題点〕

ＺｎＯを主成分とし、これに副成分としてＰｒ、Ｃｏ。

Ｋ　、　Ｃｒ　、　Ｍｇ　、Ｃａなどをイビ合物の形で
添加し、混合、成形、焼成によって製造された焼結体は
優れた電圧非直線性を示すことが知られている。

上記添加物にさらにＡＩ、Ｂを添加するとサージ耐量な
どの特性が向上することを本発明者らは特開昭５９−８
２７０２号ないし同５９−８２７０４号公報で開示して
いる。この組成の焼結体は、直径が３２＋＋＋ｓ以下の
大きさでは通常の乾式成形方法で、サージ耐曖、高温課
電特性ともに満足する値を有している。例えば、方形波
インパルス放電電流（以下開閉サージ）耐量試験では７
０Ａ／−１大電流イン・々ルス放電電流耐量試験では１
００ＯＯＡ　／−の特性を有している。また高温課電試
験においては、周囲温度１５０℃２課電率９５％の条件
にて８０００時間経過後でもバリスタ電圧Ｖ１ｍＡの資
化は一１％程度であり、浸れた信頼性を有している。し
かし、このように優れた特性を有する組成であるにもか
かわらず、焼結体の直径が大きくなるＫつれて単位面積
当シの開閉サージ耐量が低下したり、あるいは高温課電
寿命が短くなったりすることが問題として浮び上がって
きた。

またさらに、近年ＺｎＯ型避雷器に対する要求は非常に
厳しくなってきており、例えば、従来交流　。

課電で課電率６０％が一般的であったものが、直流課電
でしかも課電率８５Ｘにも達する要求もなされるように
なってきた。本発明者らが実施した加速寿命試験による
と、課電率８５Ｘの直流課電で２０年以上の寿命を保証
するには、直径４８鯉の素子でＶＩＯμＡ／ｖ１ｍＡが
０．８０以上でなければならないことが判明した。ただ
しＶＩＯμＡ／Ｖ１ｍＡは低電流領域での電圧非直線性
を示すパラメータで、焼結体の両端面に付けた電極間に
ｌＯμＡの直流電流を流したときの電極間電圧ＶＩＯμ
Ａと、同じ（１ｍＡの電流を流したときの電極間電圧Ｖ
　１　ｍＡ　（バリスタ電圧と呼ぶ）の比である。

ところで、本発明者らは直径４８電の焼結体を用いて焼
結密度と開閉サージ耐量およびＶＩＯμＡ／Ｖ１ｍＡの
関係を調べ第６図に示す関係を得た。第６図にオイ−ｃ
、曲線６１はＶ１ｏμＡ／ｖ１ｍＡ１曲？ｆｓ６２は開
閉サージ合格率を示し、焼結密度が高くなるＫつれてｖ
１０μＡ　／　ＶｌｍＡは向上するが、開閉サージ１０
　ｋＪを印加したときの合格率は焼結密度が５．３５〜
５．４５　ｇ　／　ｔｍの範囲になければ８０％以上の
値が得られないことを示している。従って、■１０μＡ
／Ｖ１ｍＡを０．８０以上の高水準に保ったｉまで、し
かも開閉サージ耐ｔｌｏｋＪを８０％以上の合格率に保
つためＫは第６図から焼結密度は５．４０〜５．４５ｇ
／ａｄの範囲に管理しなけれがならないことが分る。と
ころが焼結密度は造粒粉末の特性、成形条件、焼成条件
などによって左右されるため５．４０〜５．４５ｇ／−
の狭い範囲に入れるのは非常に難しいという問題点があ
った。

高焼成密度領域におけるサージ耐量低下の原因究明の一
環として、焼結密度と開閉サージ耐量の関係を以下に示
す方法にて詳細に検討した。

素子の均一性を調べるために、直径４８■の焼結体の両
端面を研摩し、一方の端値上に１ｍｌ＋角の微小電極を
１−間隔で同心円状に設け、もう一方の端面には直径４
３胃の電極を設けた素子を作製した。

この微小電極にＩＯＡのパルス電流を流しそのときの電
極間電圧ＶＩＯＡを測定し、径方向の抵抗分布を調べ丸
。第７図は上記方法にて測定した端子間電圧ＶＩＱＡを
、素子の中心から外周部へかけてプロットした結果を示
したものである。プロットした点は同心円上の微小電極
での値の平均値で示しである。図から明らかなように外
周５〜８ｔｔｒｍの部分からＶＩＯＡの低下が認められ
た。この傾向は焼結体の径には無関係で、はぼ外周から
３〜１０ｍの範囲でＶＩＯＡの低下が認められた。外周
部での電圧の低下は・焼結密度が高いほど大きかった。

以上の結果から高焼成密度での開閉サージ耐量低下の原
因をまず次のように推定した。すなわちＶＩＯμＡ／Ｖ
１ｍＡを良くしようとして焼結密度を高くするためには
、成型圧力を高くし成型密度を高くしなければならない
。しかし、成型圧力を高くするほど成形金型外周部へ圧
力が集中し、このため成形密度が不均一になり、焼結体
外周部の抵抗が中央部に比べ低くなる。このため焼結体
外周部に電流集中が生じ、その結果開閉サージ耐量が低
下する。

上述の推定を確認するため成形体の密度分布を調べた。

その結果、成形体の密度は成形体端面の外周部が最も高
く、この部分を除く外周部の密度は先述の推定とは逆に
中央部より低いという密度分布であった。成形密度の不
均一さは成形圧力を高くし成形密度を高くするほど大き
かった。素子を構成する際は成形体を焼成した後、素子
厚さの調整を行う丸めに端面を研摩する。従って最も焼
成密度の高い素子端面の外周部は研摩によシ取シ除かれ
ているので厚さ方向の平均焼成密度は中央部に比べて外
周部が低いという傾向であることがわかった。次に焼成
密度と抵抗の関係を直径１４＋ｍの素子で調べた。その
結果を第８図に示す。第８図の縦軸は素子厚さ１ｍ当シ
のバリスタ電圧Ｖ１ｍＡ（以下、ｖ１ｒｒＬＡ／ｌ）で
示しである。第８図かられかるように焼成密度が低いほ
どＶｌｍＡ　／　ｔ　すなわち抵抗が低くなる傾向であ
る。

以上よシ、素子の焼成密度を高くするほど開閉サージ耐
量が低下する原因は、素子の焼成密度が高いほど外周部
の焼成密度が中央部に比べて低下する傾向にあり、そし
て焼成密度が低いほど抵抗が低下することによると結論
した。

〔発明の目的〕

本発明はかかる状況に基づき考案されたもので、ＺｎＯ
電圧非直線抵抗体を製造する際に、ｖ１０μＡ／Ｖ１ｍ
Ａを高水準に保ったままで、開閉サージ耐量を向上させ
ることで、高性能１Ｚｎｏ型避雷器を安定して供給しよ
うとするものである。

〔発明の要点〕

本発明によると、乾式プレスによシ円板状成形体を製造
する際に、加圧用金型として粉末と接する面の外周部の
形状が凸状であるものを用いることにより、成形体外周
部の成形密度を中央部より低下させないようにし、もっ
て成形密度を高くし焼成密度を上げても素子外周部の抵
抗の低下が生じない素子を製造することができる。その
結果、ＶＩＯμＡ　／　ＶｌｍＡ　、開閉サージ耐量と
もに満足することのできる高性能なＺｎＯ型避雷器を提
供することが可能となる。

〔発明の実施例〕

以下実施例に基づｈて説明する。

ＺｎＯを主成分とし、これに副成分としてＰｒ　、　Ｃ
ｏ。

Ｋ　、　Ｃｒ　、　Ｍｇ　、　Ｃａ　、　Ｂ　、　ＡＩ
などを所定１添１加し、これに有機バインダを加えボー
ルミルによシ湿式混合シ、スラリー化した。このスラリ
ーをスプレードライヤを用いて噴霧乾燥し、球状の造粒
粉末を作製した。この粉末を直径６０ｗｍの金型に充填
した。粉末を金型に充填し加圧前の状態の垂直断面を第
１図に示す。第１図において１が直径６０層の充填金型
、２が金型台、３が充填された粉末である。粉末３を金
型１，２に充填したのち、焼成後に種々の焼成密度が得
られるように成形圧力を変化させながら加圧用金型４で
加圧成形し、垂直断面が第２図に示す形状の成形体５を
多数作製した。

ここで、第１図の加圧用金型４は加圧面の形状が次のよ
うなものである。

すなわち外周部を凸状にし、加圧成形中の粉末の外周部
の移動距離を大きくした。これにより成形体５の外周部
の密度が内部に比べて低くならないようＫした。第１図
の加圧用金型４の加圧面の外周部と中央部との段差は種
々のものを揃え成形圧力が高いときは段差の大きいもの
を使うというように使い分けた。又、外周部の凸部の面
積は最外周から加圧面中心へ向かう距離で１０ｍの広さ
とした。得られた成形体５は１１００℃〜１３５０℃の
範囲で大気中で５時間焼成した。得られた焼結体の凸部
外を研摩して取り除き更に両湖面を研摩し電極を両端面
に付は素子特性を評価した。また１ｍ角の電極を研摩し
た片方の面に約５００９付け、もう一方の面には通常の
直径４３ｍの電極を付けた素子も同時に作表し、これを
抵抗分布の評価用素子とした。

第３図、第４図は各々得られた素子の焼結密度図から明
らかなように本発明の方法では成形圧力を高くシ、これ
によって焼結密度を高くしても開閉サージ耐量は高いレ
ベルを維持することができる。このためｖ１０μＡ　／
　ＶｌｍＡも０．８０以上の特性を巾広い焼結密度の範
囲に渡って得ることができる。

第５図は１順角の微小電極に電流１０λのインパルスを
流しだときの電圧ＶＩＯＡを素子の中心から外周方向ヘ
プロソトした結果を示す。横軸は中心からの距離で、縦
軸は中心部のＶＩＱＡを基準としがあったが、本発明方
法では外周部での抵抗の低下はなく、むしろ抵抗の上昇
がある。これによう外周部への電流集中が緩和され、開
閉サージ耐着が向上するという本発明の優れた有効性が
認められる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、Ｚｎ０ｍ避雷器用素子を乾式プレスに
より成形する際に用いる加圧用金型の外周部を凸状にす
ることによう、高焼成密度領域まで外周部の抵抗が低下
しないような素子を製造できるので、低電流域での電圧
−電流特性２課電寿命特性が良好で、しかも開閉サージ
耐量も満足することのできる素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施しつつある状態を例示する
断面図、第２図は得られた成形体の断面図、第３図ない
し第５図は本発明の効果を確認するために行った実験の
結果を示す線図、第６図は焼結密度とＶＩＯμＡ　／　
ＶｌｍＡおよび開閉サージ耐量との関係を示す線図、第
７図はＶＩＯＡの分布を示す線図、第８図は焼成密度と
ＶｌｍＡ　／　ｔの関係を示す線図である。 １・・・充填用金型、２・・・金型台、３・・・粉末、
４・・・加圧用金型、５・・・成形体。 第１図 第２図 ソ克へ聾６刀球（ｇ／ｃｍり 第４図 第５図 燻残乞度（ｇ／ｃｆｎす ２　　　　　　　　篤６０ 東Ｕｎ１６の距離（ｆＩ桁） 第７区 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ＺｎＯを主成分とし、これに微量の副成分を添加、混
   合、成形、焼成して成る電圧非直線抵抗体の製造にあた
   り、乾式プレスにより円板状成形体を製造するための加
   圧用金型として粉末と接する面の外周部の形状が凸状で
   あるものを用いることを特徴とする電圧非直線抵抗体の
   製造方法。