JPS62185301A

JPS62185301A - 電圧非直線抵抗体

Info

Publication number: JPS62185301A
Application number: JP61026001A
Authority: JP
Inventors: 中田　正美; 修今井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1987-08-13
Also published as: JPH0252403B2

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）本発明は電圧安定化素子、サージアブソーバ、アレスタ
等に広く利用される酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線
抵抗体に関する。

（従来の技術）酸化亜鉛を主成分としこれに酸化ビスマス、酸化マンガ
ン、酸化コバルＩ・、酸化アンチモン、酸化ニッケル、
酸化クロム、酸化ケイ素、酸化鉛、酸化マグネシウム、
酸化アルミニウムなどを加え、成形焼成した焼結体より
なる電圧非直線抵抗体は、通常は絶縁体であるが、落雷
等により過大電流が流れた時には導電体として作用する
特性を有している。この酸化亜鉛を主成分とする電圧非
直線抵抗体素子は表面、特に側面が化学的損傷を受は易
く且つ特性劣化をもたらす。例えば空気中の水分の吸着
にともない特性劣化をひきおこす。そのため素子全体を
ホウケイ酸鉛ガラス、ホウケイ酸鉛亜鉛ガラス等のガラ
スで被覆して耐湿性をもたせて水分の影響をうけなくす
るとともに表面を平滑にして汚損しにくくする必要があ
る。また、沿面フラッシュオーバー防止のためにもガラ
ス被覆が実施されている。そのためには固有抵抗が高く
、また酸化亜鉛との接着性が優れていることが必要であ
る。これらの目的に使用されるガラスの組成に関しては
、例えば特開昭５５−９８８０２号公報に開示された酸
化アンチモン及び酸化亜鉛を含有するホウケイ酸鉛ガラ
スの他、数多（の組成のガラスが知られている。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来知られている被覆ガラスを使用した
酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体素子を雷等の
落雷により発生する過大電流からの碍子の保護に使用す
る場合、素子とガラス層との密着強度が弱く、雷サージ
を加えると両者の間で、はく離やマイクロクランクが発
生するとともに沿面放電が生じるため雷サージ耐量特性
が低下するという欠点があった。従って、機械的特性お
よび電気的特性特に雷サージ耐量特性において未だ満足
のいく酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体素子を
得ることができなかった。

本発明の目的は上述した不具合を解消して、素子とガラ
ス層との高い接着強度と安定した電気的特性特に雷サー
ジ耐量特性を有する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）本発明の電圧非直線抵抗体は、酸化亜鉛を主成分とする
電圧非直線性焼結体素子の少なくとも側面に、ＰｂＯ：
　５０〜７０重量％（以下％と示す）、好ましくは５８
〜６５％、ＺｎＯ：１０〜３０％好ましくは２０〜２６
％、Ｂ２０．　：　５〜１５％好ましくは５〜１０％、
Ｓｉｎｇ：２〜１０％好ましくは４〜７％、Ａ１□ｏｉ
　：　０．５〜５％好ましくは０．５〜２％、及びＣａ
Ｏ＋　Ｂ１２Ｏ３＋＾ｇ２Ｏ＋　ＣｕＯ、Ｌｉ２Ｏのう
ち少なくとも１種：０．０１〜２％好ましくは０．０１
〜１％を含むガラス層を被覆してなることを特徴とする
ものである。

（作　　用）上述した組成を有するガラスを酸化亜鉛素子の被覆ガラ
スとして使用することにより、本発明の目的とする素子
とガラス層との高い接着強度と安定した電気的特性特に
雷サージ耐量特性を有する酸化亜鉛を主成分とする電圧
非直線抵抗体素子を得ることができる。以下、本発明に
おいて組成を限定した理由について説明する。

ＰｂＯはガラスの主成分であり、７０％を越えると熱膨
張係数が大となりガラスにキレツが入ると共に、５０％
未満であると熱膨張係数が小となりガラスにキレッが入
るため、５０〜７０％と限定したが好ましくは５８〜６
５％の範囲内が特によい。

ＺｎＯは結晶化ガラスにするための成分であり、３０％
を越えるとマイクロクランクが発生し１０％未満である
とガラスのキレツ防止の効果が充分でなく熱サイクルで
キレツが発生するため、１０〜３０％と限定したが好ま
しくは２０〜２６％の範囲内がよい。

Ｂ２０．はガラス溶融温度を調整する働きを有し、１５
％を越えるかおよび５％未満では熱サイクルでキレッが
発生するため、５〜１５％と限定したが５〜１０％の範
囲内が特に好ましいものである。

ＳｉＯ□はＰｂＯとともにガラスの主成分の１つであり
、１０％を越えると熱サイクルでキレツが発生し、２％
未満であるとガラスの耐湿性が悪化するため、２〜１０
％と限定したが好ましくは１１〜７％がよい。

Ａｌ２Ｏ２はガラスの機械的性質向上に関係する成分で
あり、５％を越えるとマイクロクランクが発生し０．５
％未満であるとガラスのキレッ防止の効果が充分でなく
熱サイクルでキレッが発生するため、０．５〜５％と限
定したが特に０．５〜２％がよい。

ＣａＯ＋　Ｂｉ２Ｏ＋　＋Ａｇ２Ｏ、ＣｕＯ＋　Ｌｉ２
Ｏはそれぞれ電気特性特に雷サージ耐量特性向上に関係
する成分であり、総量で２％を越えるかまたは０．０１
％未満ではその特性向上が発現されないため、０．０１
〜２％と限定したが０．０１〜１．０％の範囲内が好ま
しいものである。

また好ましくはガラス焼付は４５０〜５５０　’Ｃの範
囲内で行なったほうがよい。ガラス焼付温度が４５０℃
未満では素子側面の外観が平滑でないため汚損しやすく
なる。一方、ガラス焼付温度が５５０　”ｃを越えると
ガラス焼付後における電気特性、特にバリスタ電圧の変
動が大きくなり、安定した電気特性を有する素子が得ら
れない。

（実施例）次に酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体よりなる
酸化亜鉛素子を得るには、所定の粒度に調整した酸化亜
鉛原料にＢｉ２Ｏ３，Ｃｏ２０ｉ　、　Ｍｎ０ｚ　＋５
ｔｌ２Ｏ１＋　Ｃｒｚ（１３＋　５ｉＯｚ　＋　ＮｉＯ
＋　Ｂ２Ｏ３＋　ＰｂＯ＋　ＭｇＯ＋Ａｇ２Ｏ等よりな
る添加物の所定量と通常の有機質結合剤の所定量をボー
ルミルを用いて５０時間混合する。この原料粉末に対し
てポリビニルアルコール水溶液を所定量加えて造粒した
後、成形圧力８００ｋｇ／ａｍ”の下で所定の形状に成
形する。

その成形体を昇降温速度６０℃／ｈｒで９００℃保持時
間２時間という条件で仮焼成して結合剤を飛散除去する
。次に、仮焼成した成形体の側面に側面高抵抗層を形成
する。例えばＢｉ２Ｏ＊　＋　５ｂ２Ｏ３，５ｉＯ１等
に有機結合剤としてエチルセルロース、ブチルカルピト
ール、酢酸ｎブチル等を加えた酸化物ペーストを１００
〜２００μｍの厚さに塗布する。

次にこれを昇降温速度５０℃／ｈｒ　、１２００℃５時
間という条件で本焼成する。

その後ガラス粉末に有機結合剤としてエチルセルロース
、ブチルカルピトール、酢酸ｎブチル等を加えた酸化物
ペーストを１００〜２００μｍの厚さに塗布し、空気中
で昇降温速度１５０℃／ｈｒ、５００℃保持時間１時間
という条件で熱処理することによりガラス層を形成した
。そして最後に素子の両生面を平滑に研磨し、アルミニ
ウム電極を溶射して酸化亜鉛素子を得る。以下、実際に
本発明の組成範囲内および範囲外のガラスを使用して得
た酸化亜鉛素子について各種特性を測定した結果につい
て説明する。

大施桝土上述した方法で作成した３２龍φＸ３０朋１１の酸化亜
鉛素子を用い、後述する第１表に示す本発明の組成範囲
内のガラスを被覆した試料Ｎ［１１〜１１と本発明の組
成範囲外のガラスを被覆した比較例Ｎａ１〜１０および
参考例として従来公知組材のガラスを被覆したもの参考
例１．２をそれぞれ作製準備して、外観クラック発生状
況、熱サイクル特性および耐湿性の点で比較した。なお
りランク発生状況はガラス焼付後の外観により判断し、
外観上クラックが全く存在しないものをＯ１存在するも
のを×とした。熱サイクル特性は各試料に対して一２０
℃と８０℃との間の繰り返し熱負荷を１００回与えた後
、クラック発生もしくは雷サージ耐量の低下が認められ
なかったものを○、認められたものを×とした。また、
耐湿特性はガラス焼付後の素子を浸水放置することによ
りガラスの溶出もしくは雷サージ耐量の低下が認められ
なかったものをＯ１認められたものを×とした。結果を
第１表に示す。

第１表から明らかなように、本発明の組成範囲内のガラ
スを被覆した酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体
素子は素子とガラスとの高い接着性と安定した電気的特
性、特に雷サージ耐量を得ることができるのに対し、組
成範囲外のガラスを被覆した素子および従来公知の参考
例の素子は所定の接着強度と安定した電気的特性を得る
ことができなかった。

実施例２同様に、上述した方法で作成した３２１１φ×３Ｏ１■
ＩＩの酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線性抵抗素子を
用い、後述する第２表に示すＣａＯ、Ｂｉ２０１　、八
ｇ２０゜ＣｕＯ、Ｌｉ２Ｏの総量が本発明範囲内のガラ
スを被覆した試料１ＶｋＬ１〜１５と範囲外のガラスを
被覆した比較例Ｎ１１１〜６および参考例として従来公
知組成のガラスを被覆したちの参考例１，２をそれぞれ
作製準備し、電気的特性、特に雷サージ放電耐量を比較
した。ここで雷サージ放電耐量は４×１０μｓの電流波
形の衝撃電流にたいする耐量であり、各２回印加して沿
面放電しない最大電流値を示す。

結果を第２表に示す。

第２表から明らかなように、ＣａＯ＋　Ｂｉｚ（ｈ　＋
Ａｇ２Ｏ、ＣｕＯ、Ｌｉ２Ｏの総量が本発明範囲内のガ
ラスを被覆した酸化亜鉛素子は良好な雷サージ放電耐量
を有する。特に高電圧回路においては雷サージ放電耐量
が大きいということは大きな利点になる。

これに対し、比較例および参考例の素子は雷サージ放電
耐量が低いことが確認された。

大童世ユ同様に上述した方法で作製した３２ｍｍφｘ３Ｑｍｍｌ
ｌの酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体素子を用
い、ガラス焼付温度を変化させガラス焼付温度と素子外
観状態及び素子の電気特性との関係を測定した。結果を
第３表に示す。

素子の外観状態はガラス焼付後の外観によって判断し、
ガラス面が平滑になっているものを○、ガラス面がマン
ト状になり、凹凸の認められるものを×とした。また、
素子の電気特性はガラス焼付前後におけるバリスタ電圧
比を測定した。なお、バリスタ電圧は１ｍＡの電流が流
れるときの電圧を意味し、電圧比はガラス焼付前の値を
１００とじたときの比で示す。

ここでガラスは前記実施例１の第１表に記載された本発
明の隘２記載の組成を用い、空気中で昇降温速度１５０
　’Ｃ／ｈｒという条件で４００〜６００°Ｃ保持時間
１時間の熱処理を行ない、ガラス層を形成した。

第　　３　　表第３表から明らかなように４５０〜５５０°Ｃでガラス
焼付けを行なったものは素子側面の外観は平滑であると
ともに焼付前後におけるバリスタ特性の変動が小さい。

従って４５０〜５５０℃でガラス焼付を行なうことによ
り汚損しに＜＜、電気特性の変動の小さい素子を得るこ
とができる。

なお本発明はこれらの実施例に限定されるものでなく、
ガラス中に少量の添加物が含有されていてもよいことは
いうまでもない。

また、本発明の実施例では溶射したアルミニウム電極を
用いたが、金、銀、銅、亜鉛などの他の金属及びそれら
の合金などでも使用できる。電極形成法も溶射法だけで
なく、スクリーン印刷法、蒸着法などの他の電極形成法
で形成した電極を用いた電圧非直線抵抗体素子にも本発
明を適用できる。

（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
の酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体素子は抵抗
体の少なくとも側面に特定組成のガラスを被覆すること
により素子とガラスとの高い接着強度と安定した電気特
性特に雷サージ耐量特性を有する電圧非直線抵抗体を得
ることができる。

さらに、酸化亜鉛素子側面の被覆により水分吸着などに
よる特性劣化も大幅に改善され機械的強度も向上するた
め、高電圧の電力系統に挿入されるアレスタやサージア
ブソーバに用いられる電圧非直線性素子のような高信頼
性を要求される用途に本発明品は特に好適である。

Claims

【特許請求の範囲】１、酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線性焼結体素子の
少なくとも側面にＰｂＯ：５０〜７０重量％、ＺｎＯ：
１０〜３０重量％、Ｂ＿２Ｏ＿３：５〜１５重量％、Ｓ
ｉＯ＿２：２〜１０重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３：０．５〜
５重量％、およびＣａＯ、Ｂｉ＿２Ｏ＿３、Ａｇ＿２Ｏ
、ＣｕＯ、Ｌｉ＿２Ｏのうらの少なくとも１種：０．０
１〜２重量％を含むガラス層を被覆したことを特徴とす
る電圧非直線抵抗体。２、ＰｂＯ：５８〜６５重量％、ＺｎＯ：２０〜２６重
量％、Ｂ＿２Ｏ＿３：５〜１０重量％、ＳｉＯ＿２：４
〜７重量％、Ａｌ＿２Ｏ＿３：０．５〜２重量％、およ
びＣａＯ、Ｂｉ＿２Ｏ＿３Ａｇ＿２Ｏ、ＣｕＯ、Ｌｉ＿
２Ｏのうちの少なくとも１種：０．０１〜１．０重量％
である特許請求の範囲第１項記載の電圧非直線抵抗体。