JPS6330765B2 - - Google Patents
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- JPS6330765B2 JPS6330765B2 JP56151191A JP15119181A JPS6330765B2 JP S6330765 B2 JPS6330765 B2 JP S6330765B2 JP 56151191 A JP56151191 A JP 56151191A JP 15119181 A JP15119181 A JP 15119181A JP S6330765 B2 JPS6330765 B2 JP S6330765B2
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- aluminum
- zinc oxide
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗
体に関するものである。
体に関するものである。
周知の通り、電力機器を雷、開閉サージ等の異
常高電圧から保護するためにサージ・アブゾー
バ、避雷器等が使用されている。これには一般に
次の式で示される電圧−電流特性をもつ非直線抵
抗体が使われている。
常高電圧から保護するためにサージ・アブゾー
バ、避雷器等が使用されている。これには一般に
次の式で示される電圧−電流特性をもつ非直線抵
抗体が使われている。
Ｉ＝（Ｖ／Ｃ）〓
ここで、Ｖは印加電圧、Ｉは電流、Ｃは通常の
抵抗体の抵抗値に相当する量（非直線抵抗）、α
は非直線指数である。
抵抗体の抵抗値に相当する量（非直線抵抗）、α
は非直線指数である。
避雷器においては非直線指数（α）が大である
ことが望ましく、特性要素としては従来のSiC系
非直線抵抗体に代わつてZnO系非直線抵抗体が使
用される傾向にある。このZnO系非直線抵抗体
は、小電流領域における非直線特性が優れ、かつ
大電流領域に到るまで定電圧を保ち、ギヤツプが
不要なため、小形ですぐれた避雷器の製作が可能
となつている。
ことが望ましく、特性要素としては従来のSiC系
非直線抵抗体に代わつてZnO系非直線抵抗体が使
用される傾向にある。このZnO系非直線抵抗体
は、小電流領域における非直線特性が優れ、かつ
大電流領域に到るまで定電圧を保ち、ギヤツプが
不要なため、小形ですぐれた避雷器の製作が可能
となつている。
ところで、近年、電力系統は超高圧化の傾向に
あり、この超高圧化に伴つて機器の大形化が問題
になつている。
あり、この超高圧化に伴つて機器の大形化が問題
になつている。
機器の小形縮小化には高絶縁強度の絶縁材料を
用いて絶縁強化することが考えられるが、避雷器
により機器の保護レベルを下げることも一つの手
段である。即ち、安全率を大きく見込む必要がな
くなり、機器の小形化が図れる。それには、避雷
器に厳しい責務が要求され、特に大電流領域にお
ける電圧の上立りを低く抑える必要がある。換言
すれば、すぐれた制限電圧比（一般には１ｍＡが
流れた場合の非直線抵抗体の端子間電圧（V1ｍ
Ａ）と他の値の電流が流れた場合の同一非直線抵
抗体の端子間電圧の比で、大電流領域における電
圧の非直線性を示したもの）をもつ非直線抵抗体
が入用となる。
用いて絶縁強化することが考えられるが、避雷器
により機器の保護レベルを下げることも一つの手
段である。即ち、安全率を大きく見込む必要がな
くなり、機器の小形化が図れる。それには、避雷
器に厳しい責務が要求され、特に大電流領域にお
ける電圧の上立りを低く抑える必要がある。換言
すれば、すぐれた制限電圧比（一般には１ｍＡが
流れた場合の非直線抵抗体の端子間電圧（V1ｍ
Ａ）と他の値の電流が流れた場合の同一非直線抵
抗体の端子間電圧の比で、大電流領域における電
圧の非直線性を示したもの）をもつ非直線抵抗体
が入用となる。
本発明者等は上述の特性向上の要求に応えるた
めの研究に着手した。ZnO系非直線抵抗体におい
ては、制限電圧比特性を改善するためにZnO主原
料に対する添加成分の配合を変える方法、例えば
特定の成分を微量添加したり、配合量を増減した
りする方法がとられているが、まずZnO系非直線
抵抗体の構造及び特性について考察する。
めの研究に着手した。ZnO系非直線抵抗体におい
ては、制限電圧比特性を改善するためにZnO主原
料に対する添加成分の配合を変える方法、例えば
特定の成分を微量添加したり、配合量を増減した
りする方法がとられているが、まずZnO系非直線
抵抗体の構造及び特性について考察する。
ZnO系非直線抵抗体は、酸化亜鉛に酸化ビスマ
ス、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化アンチモ
ン、酸化クロム、２酸化けい素、酸化ニツケル等
を加え1000℃以上で焼結して得られる焼結体であ
り、その内部は酸化亜鉛を主成分とする結晶粒
子、その他の添加成分を含む粒界層及び各種成分
を含むスピネル層からなつている。この非直線抵
抗体の電圧非直線性は、主にZnO結晶粒子と粒界
層の界面における電気特性に基づくものであると
考えられ、これらの層に不純物としてどのような
原子（イオン）を含むかによつて非直線性は左右
される。
ス、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化アンチモ
ン、酸化クロム、２酸化けい素、酸化ニツケル等
を加え1000℃以上で焼結して得られる焼結体であ
り、その内部は酸化亜鉛を主成分とする結晶粒
子、その他の添加成分を含む粒界層及び各種成分
を含むスピネル層からなつている。この非直線抵
抗体の電圧非直線性は、主にZnO結晶粒子と粒界
層の界面における電気特性に基づくものであると
考えられ、これらの層に不純物としてどのような
原子（イオン）を含むかによつて非直線性は左右
される。
一方、大電流領域においては、この粒界層の界
面における非直線抵抗は次第に無視できるように
なり、ZnO粒子の固有抵抗により電圧の立上りが
見られるようになる。
面における非直線抵抗は次第に無視できるように
なり、ZnO粒子の固有抵抗により電圧の立上りが
見られるようになる。
この考察より、電圧の立上りを少なくするため
には、ZnO粒子の固有抵抗を下げる、即ちZnO粒
子中の自由電子密度を高くする必要があるとの結
論に達した。
には、ZnO粒子の固有抵抗を下げる、即ちZnO粒
子中の自由電子密度を高くする必要があるとの結
論に達した。
そこで、本発明では、ZnO粒子に選択的に固溶
して固有抵抗を下げる効果のあるAl3+イオンに
注目し、これを水溶液、塩または酸化物として所
要量添加混合することにより、すぐれた制限電圧
比特性を有する酸化亜鉛非直線抵抗体を提供しよ
うとするものである。
して固有抵抗を下げる効果のあるAl3+イオンに
注目し、これを水溶液、塩または酸化物として所
要量添加混合することにより、すぐれた制限電圧
比特性を有する酸化亜鉛非直線抵抗体を提供しよ
うとするものである。
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明す
る。
る。
実施例
純度99％以上のZnOを95.0モル％、、Bi2O3を
0.5モル％、Co2O3を0.5モル％、MnO2を0.5モル
％、Sb2O3を1.0モル％、Cr2O3を0.5モル％、SiO2
を1.0モル％、NiOを1.0モル％秤量し、これに硝
酸アルミニウムの水溶液を所定量加え、ボールミ
ルで混合してスラリーとした。この混合スラリー
を乾燥、造粒した後、円板に加圧成形し、1100〜
1300℃で焼成して焼結体（直径30mm）を得た。こ
れを厚さ５mmに研摩した後、直径27mmの銀電極を
焼き付けた。
0.5モル％、Co2O3を0.5モル％、MnO2を0.5モル
％、Sb2O3を1.0モル％、Cr2O3を0.5モル％、SiO2
を1.0モル％、NiOを1.0モル％秤量し、これに硝
酸アルミニウムの水溶液を所定量加え、ボールミ
ルで混合してスラリーとした。この混合スラリー
を乾燥、造粒した後、円板に加圧成形し、1100〜
1300℃で焼成して焼結体（直径30mm）を得た。こ
れを厚さ５mmに研摩した後、直径27mmの銀電極を
焼き付けた。
如上のZnO素子をアルミニウムの添加量を種々
変えて製造し、アルミニウム添加量に対する非直
線指数（α）の変化（第１図）、製限電圧比の変
化（第２図）、赤外線反射の測定より算出した
ZnO粒子内の自由電子密度の変化（第３図）をそ
れぞれ測定した。
変えて製造し、アルミニウム添加量に対する非直
線指数（α）の変化（第１図）、製限電圧比の変
化（第２図）、赤外線反射の測定より算出した
ZnO粒子内の自由電子密度の変化（第３図）をそ
れぞれ測定した。
非直線指数（α）は第１図に示すようにアルミ
ニウムの添加量に略反比列して低減しており、
50ppm以下でαは20以上となり、多量のアルミニ
ウム添加は非直線性を悪化させることになる。こ
れに対し、制限電圧比は第２図に示すようにアル
ミニウムの添加量が増大するほどその値が小さく
なつており、20ppm以上で制限電圧比は1.72以下
となり、特性が改善されることは明白である。こ
の特性改善はZnO粒子の固有抵抗の減少によるこ
とが第３図に示す自由電子密度の変化から裏付け
られる。即ち、アルミニウムの添加量が増加する
に伴つて自由電子密度が増大（自由電子密度の増
大は固有抵抗の減少を意味する）しているからで
ある。
ニウムの添加量に略反比列して低減しており、
50ppm以下でαは20以上となり、多量のアルミニ
ウム添加は非直線性を悪化させることになる。こ
れに対し、制限電圧比は第２図に示すようにアル
ミニウムの添加量が増大するほどその値が小さく
なつており、20ppm以上で制限電圧比は1.72以下
となり、特性が改善されることは明白である。こ
の特性改善はZnO粒子の固有抵抗の減少によるこ
とが第３図に示す自由電子密度の変化から裏付け
られる。即ち、アルミニウムの添加量が増加する
に伴つて自由電子密度が増大（自由電子密度の増
大は固有抵抗の減少を意味する）しているからで
ある。
このようにアルミニウムの添加は制限電圧比特
性の改善に大きな効果があるが、一面非直線指数
（α）を低減させる好ましくない面があり、両者
の兼合いが肝要となる。非直線指数（α）はその
値が小さいと常時電圧課電に対して漏洩電流が大
きくなり、素子温度を上昇させて素子寿命を縮め
る原因となるためα＞20が望ましく、また制限電
圧比はサージ侵入の際に装置を保護する立場から
2.0より小さいのが望ましい。この結果、アルミ
ニウムは重量比20〜50ppmの添加が適当である。
性の改善に大きな効果があるが、一面非直線指数
（α）を低減させる好ましくない面があり、両者
の兼合いが肝要となる。非直線指数（α）はその
値が小さいと常時電圧課電に対して漏洩電流が大
きくなり、素子温度を上昇させて素子寿命を縮め
る原因となるためα＞20が望ましく、また制限電
圧比はサージ侵入の際に装置を保護する立場から
2.0より小さいのが望ましい。この結果、アルミ
ニウムは重量比20〜50ppmの添加が適当である。
なお、上記説明ではアルミニウムを硝酸塩の水
溶液の形で添加したが、その他の塩、酸化物とし
ての添加でも効果は同様である。
溶液の形で添加したが、その他の塩、酸化物とし
ての添加でも効果は同様である。
以上のように本発明によれば、所定量のアルミ
ニウムを添加したことによつて、所要の非直線指
数（α）の値を維持しながら制限電圧比特性の改
善が図れた酸化亜鉛非直線抵抗体を提供できる。
ニウムを添加したことによつて、所要の非直線指
数（α）の値を維持しながら制限電圧比特性の改
善が図れた酸化亜鉛非直線抵抗体を提供できる。
図面は本発明に係る酸化亜鉛非直線抵抗体の添
加物（アルミニウム）の特性に及ぼす影響を説明
するためのもので、第１図はアルミニウムの添加
量に対する非直線指数（α）の変化を示す図、第
２図はアルミニウムの添加量に対する制限電圧比
の変化を示す図、第３図はアルミニウムの添加量
と赤外線反射の測定より算出したZnO粒子内の自
由電子密度との関係を示す図である。
加物（アルミニウム）の特性に及ぼす影響を説明
するためのもので、第１図はアルミニウムの添加
量に対する非直線指数（α）の変化を示す図、第
２図はアルミニウムの添加量に対する制限電圧比
の変化を示す図、第３図はアルミニウムの添加量
と赤外線反射の測定より算出したZnO粒子内の自
由電子密度との関係を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 酸化亜鉛を主成分とし、添加成分としてビス
マス、コバルト、マンガン、アンチモン、クロ
ム、けい素及びニツケルを、それぞれBi2O3、
Co2O3、MnO2、Sb2O3、Cr2O3、SiO2及びNiOの
形に換算して、それぞれ0.1〜3.0モル％、0.05〜
3.0モル％、0.05〜３モル％、0.1〜５モル％、
0.02〜3.0モル％、0.05〜５モル％及び0.1〜５モ
ル％配合した原料に対し、焼結体中に重量比で20
〜50ppm含む量のアルミニウムを酸化物、塩また
は水溶液として添加混合し、焼成してなる酸化亜
鉛非直線抵抗体。 ２ 前記焼成が1100〜1300℃で行われた特許請求
の範囲第１項記載の酸化亜鉛非直線抵抗体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56151191A JPS5852802A (ja) | 1981-09-24 | 1981-09-24 | 酸化亜鉛非直線抵抗体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56151191A JPS5852802A (ja) | 1981-09-24 | 1981-09-24 | 酸化亜鉛非直線抵抗体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5852802A JPS5852802A (ja) | 1983-03-29 |
| JPS6330765B2 true JPS6330765B2 (ja) | 1988-06-21 |
Family
ID=15513254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56151191A Granted JPS5852802A (ja) | 1981-09-24 | 1981-09-24 | 酸化亜鉛非直線抵抗体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5852802A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6265302A (ja) * | 1985-09-17 | 1987-03-24 | 株式会社東芝 | 非直線抵抗体 |
| JPH0314201A (ja) * | 1989-06-13 | 1991-01-22 | Meidensha Corp | 酸化亜鉛非直線性抵抗体 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5292398A (en) * | 1975-12-31 | 1977-08-03 | Gen Electric | Metal oxide varistor |
| JPS56158403A (en) * | 1980-05-12 | 1981-12-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method of manufacturing voltage nonlinear resistor |
-
1981
- 1981-09-24 JP JP56151191A patent/JPS5852802A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5292398A (en) * | 1975-12-31 | 1977-08-03 | Gen Electric | Metal oxide varistor |
| JPS56158403A (en) * | 1980-05-12 | 1981-12-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Method of manufacturing voltage nonlinear resistor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5852802A (ja) | 1983-03-29 |
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