JPWO2019146065A1 - Materials for current-voltage non-linear resistors, current-voltage non-linear resistors and their manufacturing methods - Google Patents
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Abstract
電流−電圧非直線抵抗体の製造方法は、酸化亜鉛を主成分原料とし、副成分原料として少なくとも、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、希土類元素R、ホウ素および銀を含む混合物を焼成する方法である。前記混合物における前記副成分原料の平均粒径(D50s)の前記酸化亜鉛の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60である。前記酸化亜鉛の平均粒径(D50z)が700nm以下である。前記混合物は、前記ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、前記銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含む。前記ホウ素の前記銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たす。
The method for producing a current-voltage non-linear resistor contains zinc oxide as a main component raw material and at least bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, rare earth element R, boron and silver as auxiliary component raw materials. This is a method of firing a mixture. The relative ratio of the average particle size (D50s) of the subcomponent raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide in the mixture is D50s / D50z ≦ 0.60. The average particle size (D50z) of zinc oxide is 700 nm or less. The mixture contains 0.005 to 0.04 wt% of the boron in terms of B 2 O 3 , and 0.005 to 0.04 wt% of the silver in terms of Ag 2 O. The relative ratio of boron to silver satisfies the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00.
Description
本発明の実施形態は、電流−電圧非直線抵抗体用材料、電流−電圧非直線抵抗体およびその製造方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to materials for current-voltage non-linear resistors, current-voltage non-linear resistors and methods for manufacturing them.
一般に、電力系統や電子機器回路を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などの過電圧保護装置が用いられている。これらのような過電圧保護装置は、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電流−電圧非直線抵抗体を有しており、過電圧の抑制に有効である。 Generally, an overvoltage protection device such as a lightning arrester or a surge absorber is used to protect a power system or an electronic device circuit from an abnormal voltage. Overvoltage protection devices such as these have current-voltage non-linear resistors that exhibit insulation characteristics under normal voltage, but exhibit low resistance characteristics when an abnormal voltage is applied, and are suitable for suppressing overvoltage. It is valid.
この電流−電圧非直線抵抗体は、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、電圧非直線抵抗特性(以下、非直線抵抗特性とも称する。)を得るために添加物として少なくとも一種類以上の金属酸化物が添加された混合物を、混合、造粒、成形し、焼結されたセラミック体(焼結体)を備えている。実際、過電圧保護装置に電流−電圧非直線抵抗体を適用する際は、この焼結体の側面には、サージ吸収時に側面からのフラッシュ・オーバを防止するために、電気絶縁材料による絶縁層が形成された上で用いられる。 This current-voltage non-linear resistor contains zinc oxide (ZnO) as a main component and at least one kind of metal oxidation as an additive in order to obtain voltage non-linear resistance characteristics (hereinafter, also referred to as non-linear resistance characteristics). A ceramic body (sintered body) obtained by mixing, granulating, molding, and sintering a mixture to which a substance has been added is provided. In fact, when applying a current-voltage non-linear resistor to an overvoltage protection device, the side surface of the sintered body is provided with an insulating layer of electrical insulating material to prevent flash over from the side surface during surge absorption. It is used after being formed.
また、近年の経済不況に伴い、電力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の小型化および高性能化が求められている。酸化亜鉛を主成分とする電流−電圧非直線抵抗体は、その優れた非直線抵抗特性により、避雷器に適用されており、具体的には、複数枚の電流−電圧非直線抵抗体が積層され避雷器を構成している。すなわち、この避雷器に適用されている電流−電圧非直線抵抗体を高抵抗化することができれば、避雷器に積層して備えられる電流−電圧非直線抵抗体の枚数を低減することができ、送変電設備の小型化を図ることができる。 Further, with the recent economic recession, in order to reduce the transmission cost in the electric power system, there is a demand for miniaturization and high performance of the equipment constituting the transmission / transformation facility. A current-voltage non-linear resistor containing zinc oxide as a main component is applied to a lightning arrester due to its excellent non-linear resistance characteristics. Specifically, a plurality of current-voltage non-linear resistors are laminated. It constitutes a lightning arrester. That is, if the current-voltage non-linear resistor applied to the arrester can be increased in resistance, the number of current-voltage non-linear resistors provided stacked on the arrester can be reduced, and power transmission / transformation can be performed. The equipment can be downsized.
電流−電圧非直線抵抗体を高抵抗化するために、例えば、Bi2O3、Co2O3、MnO、Sb2O3、NiOなどの副成分の含有量が限定され、さらに、ZnOを主成分とした焼結体に含まれるBi2O3の結晶相が限定された電流−電圧非直線抵抗体が知られている。この電流−電圧非直線抵抗体では、抵抗値が高く、かつ優れた非直線抵抗特性が得られる。In order to increase the resistance of the current-voltage non-linear resistor, the content of sub-components such as Bi 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO, Sb 2 O 3 , and NiO is limited, and ZnO is further added. A current-voltage non-linear resistor in which the crystal phase of Bi 2 O 3 contained in the sintered body as the main component is limited is known. In this current-voltage non-linear resistor, the resistance value is high and excellent non-linear resistance characteristics can be obtained.
また、酸化亜鉛を主成分として、Bi2O3、Co2O3、MnO、Sb2O3などが添加された電流−電圧非直線抵抗体において、さらに希土類酸化物を添加することにより、抵抗値が高く、優れた非直線抵抗特性が得られる電流−電圧非直線抵抗体も知られている。Further, in a current-voltage non-linear resistor in which zinc oxide is the main component and Bi 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO, Sb 2 O 3 and the like are added, resistance is further added by adding a rare earth oxide. Current-voltage non-linear resistors with high values and excellent non-linear resistance characteristics are also known.
また、従来の高性能タンク形避雷器に用いられる電流−電圧非直線抵抗体の1mAの商用周波の電流を通電したときの電圧であるバリスタ電圧(V1mA)は200V/mm〜600V/mm程度である。In addition, the varistor voltage (V 1mA ), which is the voltage when a current of 1mA of commercial frequency of the current-voltage non-linear resistor used in the conventional high-performance tank arrester is energized, is about 200V / mm to 600V / mm. is there.
ここで、近年、電流−電圧非直線抵抗体に求められる特性は益々厳しいものとなっており、送変電設備を構成する避雷器やサージアブソーバなどの機器の十分な小型化を図るために、電流−電圧非直線抵抗体においては、例えばバリスタ電圧を600V/mm以上とする更なる高抵抗化を求められている。 Here, in recent years, the characteristics required for current-voltage non-linear resistors have become more and more severe, and in order to sufficiently miniaturize equipment such as lightning arresters and surge absorbers that make up power transmission and transformation equipment, current-voltage In the voltage non-linear resistor, for example, a varistor voltage of 600 V / mm or more is required to be further increased.
しかし、上述したような従来の技術ではこれらの要求を十分に満足することができなかった。
例えば、電流−電圧非直線抵抗体のバリスタ電圧を600V/mm以上に高めるためには、主成分である酸化亜鉛粒子の粒成長をさらに抑制しなければならず、当該抑制効果を有するSb2O3や希土類元素等の副成分を更に添加する必要がある。しかし、これら副成分の添加量が多くなる程、高抵抗化を図ることができる一方、絶縁物であるZn7Sb2O12を主成分とするスピネル粒子量等も増加するため、電流−電圧非直線抵抗体全体において電流の流れが不均一となり、非直線抵抗特性が悪化する場合があった。However, the conventional techniques as described above have not been able to fully satisfy these requirements.
For example, in order to increase the varistor voltage of the current-voltage non-linear resistor to 600 V / mm or more, the grain growth of zinc oxide particles, which is the main component, must be further suppressed, and Sb 2 O having the suppressing effect. It is necessary to further add subcomponents such as 3 and rare earth elements. However, as the amount of these sub-components added increases, the resistance can be increased, while the amount of spinel particles containing Zn 7 Sb 2 O 12 as a main component, which is an insulator, also increases, so that the current-voltage is increased. In some cases, the current flow becomes non-uniform throughout the non-linear resistor, and the non-linear resistance characteristics deteriorate.
また、電流-電圧非直線抵抗体のエネルギ耐量においては、50〜60Hzの商用周波、msオーダーの開閉サージ、μsオーダーの雷インパルスサージを吸収する必要があり、電流-電圧非直線抵抗体を高抵抗化することで、サージエネルギ吸収時の単位体積あたりの発生エネルギが大きくなるため、それら種々のエネルギ耐量特性を向上する必要があった。 In addition, in the energy capacity of the current-voltage non-linear resistor, it is necessary to absorb a commercial frequency of 50 to 60 Hz, a switching surge on the order of ms, and a lightning impulse surge on the order of μs. Since the generated energy per unit volume at the time of absorbing surge energy increases due to the resistance, it is necessary to improve the various energy withstand characteristics.
本発明が解決しようとする課題は、高抵抗化が図れるとともに、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量に優れた電流−電圧非直線抵抗体用材料、電流−電圧非直線抵抗体およびその製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a material for a current-voltage non-linear resistor, a current-voltage non-linear resistor, and a method for manufacturing the same, which can achieve high resistance and have excellent non-linear resistance characteristics and energy capacity. It is to be.
実施形態の電流−電圧非直線抵抗体の製造方法は、酸化亜鉛を主成分原料とし、副成分原料として少なくとも、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、希土類元素R、3価元素、ホウ素および銀を含む混合物を焼成する。前記混合物における前記副成分原料の平均粒径(D50s)の前記酸化亜鉛の平均粒径(D50z)に対する相対比は、D50s/D50z≦0.60である。前記酸化亜鉛の平均粒径(D50z)は700nm以下である。前記混合物は、前記ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、前記銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含む。前記ホウ素の前記銀に対する相対比は、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たす。The method for producing a current-voltage non-linear resistor of the embodiment uses zinc oxide as a main component raw material, and at least bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, rare earth element R, and trivalent as auxiliary component raw materials. The mixture containing the element, boron and silver is fired. The relative ratio of the average particle size (D50s) of the subcomponent raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide in the mixture is D50s / D50z ≦ 0.60. The average particle size (D50z) of zinc oxide is 700 nm or less. The mixture contains 0.005 to 0.04 wt% of the boron in terms of B 2 O 3 , and 0.005 to 0.04 wt% of the silver in terms of Ag 2 O. The relative ratio of boron to silver satisfies the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00.
以下、実施形態の電流−電圧非直線抵抗体およびその製造方法、ならびに電流−電圧非直線抵抗体用材料について図面を参照して説明する。 Hereinafter, the current-voltage non-linear resistor of the embodiment, a method for manufacturing the same, and a material for the current-voltage non-linear resistor will be described with reference to the drawings.
図1は、実施形態の電流−電圧非直線抵抗体10の一例を示す断面図である。
図1に示すように、実施形態の電流−電圧非直線抵抗体10は、焼結体20と、焼結体20の側面を被覆する絶縁層30と、焼結体20の上下面に形成された電極40を備えている。
焼結体20は、酸化亜鉛を主成分原料とし、副成分原料として少なくとも、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、希土類元素R、3価元素、ホウ素および銀を含んだ混合物を焼成してなるものである。また、焼結体20は、ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たすものである。FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the current-voltage non-linear
As shown in FIG. 1, the current-voltage
The sintered
次に、実施形態の電流−電圧非直線抵抗体10用の材料(電流−電圧非直線抵抗体用材料)について説明する。
実施形態の電流−電圧非直線抵抗体10用の材料は、酸化亜鉛を主成分原料とし、副成分原料として少なくとも、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、希土類元素R、3価元素、ホウ素および銀を含んだ混合物からなる。また、前記混合物における副成分原料の平均粒径(D50s)の酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60であり、かつ酸化亜鉛原料の平均粒径が700nm以下である。また、ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たすものである。Next, the material for the current-voltage non-linear resistor 10 (material for the current-voltage non-linear resistor) of the embodiment will be described.
The material for the current-voltage
なお、実施形態の電流−電圧非直線抵抗体10用の材料において、混合物は酸化亜鉛を主成分原料とするものであるが、ここで「主成分」とは、混合物に占める割合が90mol%以上であることを意味する。
In the material for the current-voltage
前記混合物における副成分原料の平均粒径(D50s)の酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60であり、かつ酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)を700nm以下とする。 The relative ratio of the average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide raw material in the mixture is D50s / D50z ≦ 0.60, and the average particle size of the zinc oxide raw material (D50z). Is 700 nm or less.
副成分原料の平均粒径(D50s)を、主成分原料である酸化亜鉛(以下、酸化亜鉛原料、とも称する。)の平均粒径(D50z)よりも小さくする、すなわちD50s/D50zを小さくすることで、副成分原料を酸化亜鉛原料中に均一に分散させることができる。その結果、酸化亜鉛原料と副成分原料を混合した混合物を焼結体20とするための焼成過程において、酸化亜鉛粒子の粒成長が均一に進むとともに、酸化亜鉛粒子の粒成長を抑制する効果を有するSb2O3や希土類元素も効果的に働くため、副成分の添加量が少量でも、得られる電流−電圧非直線抵抗体10の高抵抗化を図ることができる。さらに、D50s/D50zを小さくすることで、微細構造が均一化され、焼結性も向上するため、焼結体20が高密度化し、焼結体20の気孔率が低減する。そのため、優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量を有する電流−電圧非直線抵抗体10が得られる。The average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material is made smaller than the average particle size (D50z) of zinc oxide (hereinafter, also referred to as zinc oxide raw material) which is the main component raw material, that is, D50s / D50z is made smaller. Therefore, the auxiliary component raw material can be uniformly dispersed in the zinc oxide raw material. As a result, in the firing process for forming the sintered
一方、D50s/D50z>0.60になると、添加物が効果的に働くことができず、逆に酸化亜鉛粒子の粒成長が妨げられ、焼結性が低下するため、非直線性およびエネルギ耐量は悪化する。また、酸化亜鉛原料の平均粒径を700nm以下とすることで、副成分原料と酸化亜鉛原料の反応が効率良く進むため、非直線抵抗特性は向上するが、700nmを超えると、非直線抵抗特性の向上が認められない。 On the other hand, when D50s / D50z> 0.60, the additive cannot work effectively, and conversely, the grain growth of zinc oxide particles is hindered and the sinterability is lowered, so that the non-linearity and the energy tolerance are reduced. Get worse. Further, by setting the average particle size of the zinc oxide raw material to 700 nm or less, the reaction between the auxiliary component raw material and the zinc oxide raw material proceeds efficiently, so that the non-linear resistance characteristic is improved, but when it exceeds 700 nm, the non-linear resistance characteristic is improved. No improvement is observed.
以上のことから、電流−電圧非直線抵抗体用材料において、副成分原料の平均粒径D50sの酸化亜鉛原料の平均粒径D50zに対する相対比D50s/D50zを0.60以下とし、かつ酸化亜鉛原料の平均粒径D50zを700nm以下とする。高抵抗化、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量の向上の観点から、D50s/D50zは0.50以下とすることが好ましく、酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)は600nm以下とすることが好ましい。
なお、D50s/D50zの下限は特に限定しないが、D50s/D50zが過度に小さくなる、すなわち、副成分原料の平均粒径D50sが酸化亜鉛原料の平均粒径D50zよりも過度に小さくなると副成分原料が凝集し、均一な分散が困難となるおそれがあるため、D50s/D50zは0.35以上とすることが好ましい。また、酸化亜鉛原料の平均粒径D50zの下限も特に限定しないが、酸化亜鉛原料の平均粒径D50zが過度に小さいと酸化亜鉛原料と副成分原料の均一分散が阻害され、焼結性が悪化するおそれがあるため、350nm以上とすることが好ましい。From the above, in the material for the current-voltage non-linear resistor, the relative ratio D50s / D50z of the average particle size D50s of the auxiliary component raw material to the average particle size D50z of the zinc oxide raw material is set to 0.60 or less, and the zinc oxide raw material The average particle size D50z of is 700 nm or less. From the viewpoint of high resistance, non-linear resistance characteristics and improvement of energy resistance, D50s / D50z is preferably 0.50 or less, and the average particle size (D50z) of the zinc oxide raw material is preferably 600 nm or less.
The lower limit of D50s / D50z is not particularly limited, but when D50s / D50z becomes excessively small, that is, when the average particle size D50s of the auxiliary component raw material becomes excessively smaller than the average particle size D50z of the zinc oxide raw material, the auxiliary component raw material D50s / D50z is preferably 0.35 or more because the particles may aggregate and it may be difficult to disperse uniformly. Further, the lower limit of the average particle size D50z of the zinc oxide raw material is not particularly limited, but if the average particle size D50z of the zinc oxide raw material is excessively small, the uniform dispersion of the zinc oxide raw material and the auxiliary component raw material is hindered, and the sinterability deteriorates. It is preferably 350 nm or more because there is a risk of zinc oxide.
また、混合物において、酸化亜鉛原料および副成分原料を含む全原料の平均粒径(D50t)は750nm以下であることが好ましい。全原料の平均粒径(D50t)を750nm以下とすることで、副成分原料と酸化亜鉛原料の反応が効率良く進み、非直線抵抗特性を向上させることができる。全原料の平均粒径(D50t)は650nm以下であることがより好ましい。 Further, in the mixture, the average particle size (D50t) of all the raw materials including the zinc oxide raw material and the auxiliary component raw material is preferably 750 nm or less. By setting the average particle size (D50t) of all the raw materials to 750 nm or less, the reaction between the auxiliary component raw material and the zinc oxide raw material proceeds efficiently, and the non-linear resistance characteristic can be improved. The average particle size (D50t) of all raw materials is more preferably 650 nm or less.
ここで、粉体である混合物中の副成分原料の平均粒径D50sや酸化亜鉛の平均粒径D50z、全原料の平均粒径D50tは、例えば、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いた粒度分布の測定(レーザ回折・散乱式粒度分布測定法)による算出することができる。レーザ回折・散乱式粒度分布装置としては、例えば日機装社製の「マイクロトラックMT3000IIシリーズ」を用いることができる。
なお、本実施形態でいう平均粒径(D50s、D50z、D50t)は、メディアン径と呼ばれるもので、前述の測定法で粒度分布を測定して、粒径の頻度の累積が50%となる粒径を平均粒径(D50s、D50z、D50t)とする。Here, for the average particle size D50s of the auxiliary component raw materials in the powder mixture, the average particle size D50z of zinc oxide, and the average particle size D50t of all the raw materials, for example, a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device is used. It can be calculated by measuring the particle size distribution (laser diffraction / scattering type particle size distribution measurement method). As the laser diffraction / scattering type particle size distribution device, for example, "Microtrack MT3000II series" manufactured by Nikkiso Co., Ltd. can be used.
The average particle size (D50s, D50z, D50t) referred to in this embodiment is called the median diameter, and the particle size distribution is measured by the above-mentioned measuring method, and the cumulative particle size frequency is 50%. The diameter is defined as the average particle size (D50s, D50z, D50t).
また、実施形態の電流−電圧非直線抵抗体10用の材料の副成分原料は、少なくとも、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、希土類元素R、ホウ素および銀を含む。
Further, the auxiliary component raw materials of the material for the current-
また、混合物の副成分であるホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たす。
ホウ素及び銀のそれぞれの含有量が所定の範囲内で、B2O3とAg2Oの相対比を、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00と満足することで、優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量が得られる。一方、ホウ素及び銀の含有量がこれらの範囲から外れると、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量の両方、もしくはどちらか一方が悪化する。
非直線抵抗特性およびエネルギ耐量の観点から、混合物中のホウ素の含有量は、B2O3に換算して0.006wt%以上が好ましく、0.03wt%以下が好ましい。同様に、混合物中の銀の含有量は、Ag2Oに換算して0.01wt%以上が好ましく、0.03wt%以下が好ましい。さらに、B2O3とAg2Oの相対比は、0.20≦B2O3/Ag2O≦1.00とすることが好ましい。In addition, boron, which is a sub-component of the mixture, is converted to B 2 O 3 and contains 0.005 to 0.04 wt%, and silver is converted to Ag 2 O and contains 0.005 to 0.04 wt%. The relative ratio of boron to silver satisfies the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00.
By satisfying the relative ratio of B 2 O 3 and Ag 2 O to 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00 while the respective contents of boron and silver are within a predetermined range. Excellent non-linear resistance characteristics and energy tolerance are obtained. On the other hand, if the boron and silver contents deviate from these ranges, both the non-linear resistance property and the energy tolerance, or one of them, deteriorates.
From the viewpoint of non-linear resistance characteristics and energy tolerance, the content of boron in the mixture is preferably 0.006 wt% or more, preferably 0.03 wt% or less in terms of B 2 O 3 . Similarly, the silver content in the mixture is preferably 0.01 wt% or more, preferably 0.03 wt% or less in terms of Ag 2 O. Further, the relative ratio of B 2 O 3 and Ag 2 O is preferably 0.20 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00.
また、混合物に含まれる副成分として、それぞれBi2O3、Sb2O3、Co2O3、MnO、NiOに換算して、Bi2O3を0.30〜0.80mol%、Sb2O3を01.50〜3.50mol%、MnOを0.50〜2.00mol%、Co2O3を0.30〜1.50mol%、NiOを1.50〜3.50mol%含むことが好ましい。In addition, as subcomponents contained in the mixture, Bi 2 O 3 was converted into Bi 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO, and NiO, respectively, and Bi 2 O 3 was 0.30 to 0.80 mol% and Sb 2 It may contain 01.50 to 3.50 mol% of O 3 , 0.5 to 2.00 mol% of MnO, 0.30 to 1.50 mol% of Co 2 O 3, and 1.50 to 3.50 mol% of NiO. preferable.
酸化ビスマスは、主成分である酸化亜鉛の粒界に存在して非直線抵抗特性を発現させる成分であるが、Bi2O3に換算した含有量が0.30mol%よりも小さい場合には、この非直線抵抗特性を発現させる効果を十分に得ることができず、エネルギ耐量も悪化するおそれがある。また、同含有量が0.80mol%よりも大きい場合には、非直線抵抗特性が悪化するおそれがある。これらのことから、酸化ビスマスの含有量はBi2O3に換算して0.30〜0.80mol%とすることが好ましい。Bismuth oxide is a component that exists at the grain boundary of zinc oxide, which is the main component, and exhibits non-linear resistance characteristics. However, when the content converted to Bi 2 O 3 is smaller than 0.30 mol%, The effect of exhibiting this non-linear resistance characteristic cannot be sufficiently obtained, and the energy tolerance may deteriorate. Further, when the content is larger than 0.80 mol%, the non-linear resistance characteristic may be deteriorated. From these facts, the content of bismuth oxide is preferably 0.30 to 0.80 mol% in terms of Bi 2 O 3 .
酸化アンチモンは、酸化亜鉛とスピネル粒子を形成して焼結中の酸化亜鉛粒子の粒成長を抑制し、均一化する働きを有し、非直線抵抗特性を向上させる効果を有する成分である。しかし、Sb2O3に換算した含有量が1.50mol%よりも小さい場合には、この非直線抵抗特性を向上させる効果を十分に得ることができず、エネルギ耐量も悪化するおそれがある。また、同含有量が3.50mol%よりも大きい場合には、焼結体内部の絶縁成分が多くなり、エネルギ耐量特性が悪化するおそれがある。これらのことから、酸化アンチモンの含有量はSb2O3に換算して1.50〜3.50mol%とすることが好ましい。Antimony oxide is a component that forms spinel particles with zinc oxide, suppresses grain growth of zinc oxide particles during sintering, has a function of homogenizing, and has an effect of improving non-linear resistance characteristics. However, when the content converted to Sb 2 O 3 is smaller than 1.50 mol%, the effect of improving the non-linear resistance characteristic cannot be sufficiently obtained, and the energy tolerance may deteriorate. Further, when the content is larger than 3.50 mol%, the insulating component inside the sintered body increases, and the energy withstand property characteristics may deteriorate. From these facts, the content of antimony oxide is preferably 1.50 to 3.50 mol% in terms of Sb 2 O 3 .
酸化マンガン、主にスピネル粒子中に固溶して非直線抵抗特性を大きく向上させるために有効な成分であるが、MnOに換算した含有量が0.50mol%よりも小さい場合には、この非直線抵抗特性を向上させる効果を十分に得ることができないおそれがある。また、同含有量が2.00mol%よりも大きい場合には、焼結体内部の絶縁成分が多くなり、エネルギ耐量が悪化するおそれがある。これらのことから、酸化マンガンの含有量がMnOに換算して0.50〜2.00mol%とすることが好ましい。 Manganese oxide is an effective component that dissolves mainly in spinel particles to greatly improve non-linear resistance characteristics, but when the content converted to MnO is smaller than 0.50 mol%, this non-linear resistance There is a possibility that the effect of improving the linear resistance characteristics cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the content is larger than 2.00 mol%, the insulating component inside the sintered body increases, and the energy tolerance may deteriorate. From these facts, it is preferable that the content of manganese oxide is 0.50 to 2.00 mol% in terms of MnO.
酸化コバルトは、主にスピネル粒子中に固溶して非直線抵抗特性を大きく向上させるために有効な成分であるが、Co2O3に換算した含有量が0.30mol%よりも小さい場合には、この非直線抵抗特性を向上させる効果を十分に得ることができないおそれがある。また、同含有量が1.50mol%よりも大きい場合には、焼結体内部の絶縁成分が多くなり、エネルギ耐量が悪化するおそれがある。これらのことから、酸化コバルトの含有量はCo2O3に換算して0.30〜1.50mol%とすることが好ましい。Cobalt oxide is an effective component mainly dissolved in spinel particles to greatly improve non-linear resistance characteristics, but when the content converted to Co 2 O 3 is smaller than 0.30 mol%. May not be able to sufficiently obtain the effect of improving this non-linear resistance characteristic. On the other hand, if the content is larger than 1.50 mol%, the insulating component inside the sintered body increases, and the energy withstand capacity may deteriorate. From these facts, the content of cobalt oxide is preferably 0.30 to 1.50 mol% in terms of Co 2 O 3 .
酸化ニッケルは、主にスピネル粒子中に固溶して非直線抵抗特性を大きく向上させるために有効な成分であるが、NiOに換算した含有量が1.50mol%よりも小さい場合には、この非直線抵抗特性を向上させる効果を十分に得ることができないおそれがある。また、同含有量が3.50mol%よりも大きい場合には、焼結体内部の絶縁成分が多くなり、エネルギ耐量が悪化するおそれがある。これらのことから、酸化ニッケルの含有量はNiOに換算して1.50〜3.50mol%とすることが好ましい。 Nickel oxide is an effective component mainly dissolved in spinel particles to greatly improve non-linear resistance characteristics, but when the content converted to NiO is smaller than 1.50 mol%, this is used. There is a possibility that the effect of improving the non-linear resistance characteristic cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the content is larger than 3.50 mol%, the insulating component inside the sintered body increases, and the energy tolerance may deteriorate. From these facts, it is preferable that the content of nickel oxide is 1.50 to 3.50 mol% in terms of NiO.
また、混合物において、副成分として希土類元素を含む。好ましくは、イットリウム(Y)、ユウロピウム(Eu)、エリビウム(Er)、ツリウム(Tm)、ガドリニウム(Gd)、ジスプロジウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、イッテリビウム(Yb)のうち少なくとも一種の希土類元素Rを含み、R2O3に換算して0.10〜0.50mol%含むことで、焼結体内部に絶縁成分を増やすことなく、優れた非直線抵抗特性とエネルギ耐量を得ることができる。ここで、希土類元素Rの含有量がR2O3に換算して0.10mol%よりも小さい場合には、非直線性が悪化し、一方0.50mol%よりも大きい場合には、エネルギ耐量が悪化するおそれがある。In addition, the mixture contains a rare earth element as a subcomponent. Preferably, at least one rare earth element among yttrium (Y), europium (Eu), elibium (Er), thulium (Tm), gadolinium (Gd), dysprodium (Dy), holmium (Ho), and itteribium (Yb). By including R and containing 0.10 to 0.50 mol% in terms of R 2 O 3 , excellent non-linear resistance characteristics and energy tolerance can be obtained without increasing the insulating component inside the sintered body. .. Here, when the content of the rare earth element R is smaller than 0.10 mol% in terms of R 2 O 3 , the non-linearity deteriorates, while when it is larger than 0.50 mol%, the energy tolerance May worsen.
また、混合物において、副成分として3価元素を含む。好ましくは、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)のうち少なくとも一種の3価元素を含み、それぞれAl3+、Ga3+、In3+に換算して、0.003〜0.010mol%含むことが好ましい。3価元素はZnO粒子中に固溶して非直線抵抗特性を大きく向上させるために有効な成分であるが、含有量が0.010mol%よりも大きい場合には逆に非直線抵抗特性が悪化するおそれがある。In addition, the mixture contains a trivalent element as a subcomponent. Preferably, it contains at least one trivalent element of aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In), and is 0.003 to 0.010 mol% in terms of Al 3+ , Ga 3+ , and In 3+ , respectively. It is preferable to include it. The trivalent element is an effective component for solid solution in ZnO particles to greatly improve the non-linear resistance characteristics, but when the content is larger than 0.010 mol%, the non-linear resistance characteristics deteriorate. There is a risk of
以上、実施形態の電流−電圧非直線抵抗体10用材料を説明してきたが、実施形態の電流−電圧非直線抵抗体10は、当該電流−電圧非直線抵抗体10用材料を焼成してなる焼結体20を備えるものである。
また焼結体20の機械強度の50%破壊強度は、140MPa以上であることが好ましい。
焼結体の機械強度は、JIS R1604に準拠して4点曲げ試験により測定することができる。焼結体の機械強度の50%破壊強度は、140MPa以上となることで、雷インパルスサージを吸収する優れたエネルギ耐量を得ることができる。The material for the current-
Further, the 50% fracture strength of the mechanical strength of the
The mechanical strength of the sintered body can be measured by a 4-point bending test in accordance with JIS R1604. When the 50% fracture strength of the mechanical strength of the sintered body is 140 MPa or more, an excellent energy withstand capacity for absorbing lightning impulse surge can be obtained.
また、本実施形態の電流−電圧非直線抵抗体10においては、1mAの商用周波の電流を通電したときの電圧であるバリスタ電圧(V1mA)が900V/mm以上とすることができる。Further, in the current-
次に、本実施形態の電流−電圧非直線抵抗体10の製造方法について説明する。
電流−電圧非直線抵抗体10の製造方法は、上述してきた、酸化亜鉛を主成分原料とし、副成分原料として少なくとも、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、希土類元素R、3価元素、ホウ素および銀を含む混合物(電流−電圧非直線抵抗体用材料)を焼成して焼結体20を作製する工程を含む方法である。
以下、具体的に説明する。Next, a method of manufacturing the current-
The method for producing the current-
Hereinafter, a specific description will be given.
まず、主成分原料である酸化亜鉛と、副成分原料として少なくとも、酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、希土類元素R、ホウ素および銀を含み、ホウ素をB2O3に換算して0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たすように秤量し混合物を作製する。
なお、副成分原料として酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、希土類元素Rおよび3価元素を含有させる場合、それぞれBi2O3、Sb2O3、Co2O3、MnO、NiO、R2O3、Ag2OおよびB2O3に換算して、Bi2O3を0.30〜0.80mol%、Sb2O3を1.50〜3.50mol%、MnOを0.50〜2.00mol%、Co2O3を0.30〜1.50mol%、NiOを1.50〜3.50mol%、R2O3を0.10〜0.50mol%含有させることが好ましい。3価元素を含有させる場合は、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)のうち少なくとも一種の3価元素を含み、それぞれAl3+、Ga3+、In3+に換算して、0.003〜0.010mol%含有させることが好ましい。First, zinc oxide, which is the main component raw material, and at least bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, rare earth element R, boron and silver are contained as auxiliary component raw materials, and boron is converted to B 2 O 3 . It contains 0.005 to 0.04 wt%, contains 0.005 to 0.04 wt% of silver in terms of Ag 2 O, and the relative ratio of boron to silver is 0.125 ≤ B 2 O 3 / Ag. 2 Weigh so as to satisfy the relationship of O ≦ 1.00 to prepare a mixture.
When bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, rare earth element R and trivalent element are contained as auxiliary component raw materials, Bi 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Co 2 O 3 and MnO, respectively. , NiO, R 2 O 3 , Ag 2 O and B 2 O 3 , Bi 2 O 3 0.30 to 0.80 mol%, Sb 2 O 3 1.50 to 3.50 mol%, MnO Is contained in an amount of 0.50 to 2.00 mol%, Co 2 O 3 is contained in an amount of 0.30 to 1.50 mol%, NiO is contained in an amount of 1.50 to 3.50 mol%, and R 2 O 3 is contained in an amount of 0.10 to 0.50 mol%. Is preferable. When a trivalent element is contained, at least one of aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In) is contained, which is converted into Al 3+ , Ga 3+ , and In 3+ , respectively. It is preferably contained in an amount of 003 to 0.010 mol%.
続いて、作製された混合物と、この混合物の含有率が30〜60重量%となるように調整されたバインダ溶液を湿式粉砕装置に投入し、酸化亜鉛原料の平均粒径が700nm以下となり、かつ副成分原料の平均粒径(D50s)の酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60となるように粉砕しながら混合し、スラリーを作製する。バインダ溶液として、例えば、水と、ポリビニルアルコールなどの有機バインダとを混合した水溶液などが用いられる。 Subsequently, the prepared mixture and a binder solution adjusted so that the content of the mixture was 30 to 60% by weight were put into a wet pulverizer, and the average particle size of the zinc oxide raw material was 700 nm or less and A slurry is prepared by mixing while pulverizing so that the relative ratio of the average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide raw material is D50s / D50z ≦ 0.60. As the binder solution, for example, an aqueous solution obtained by mixing water and an organic binder such as polyvinyl alcohol is used.
ここで、湿式粉砕装置として、例えば、直径が0.05〜0.3mmのジルコニアビーズを用いた循環方式の装置などが用いられる。また、湿式粉砕装置におけるベッセル内のビーズ充填率を35〜95%とし、攪拌用ロータの周速を500〜1500rpm、循環流量を5〜50L/minの条件で作動させることができる。 Here, as the wet pulverizing apparatus, for example, a circulation type apparatus using zirconia beads having a diameter of 0.05 to 0.3 mm is used. Further, the bead filling rate in the vessel in the wet pulverizer is 35 to 95%, the peripheral speed of the stirring rotor is 500 to 1500 rpm, and the circulation flow rate can be operated under the conditions of 5 to 50 L / min.
続いて、作製されたスラリーを回転円盤方式または加圧ノズル方式により、噴霧して造粒して、累積平均粒径(メディアン径D50)が45〜90μmとなる顆粒を作製する。 Subsequently, the prepared slurry is sprayed and granulated by a rotary disk method or a pressure nozzle method to prepare granules having a cumulative average particle size (median diameter D50) of 45 to 90 μm.
得られた顆粒を、例えば油圧式のプレス成形機によって、円柱状に成形し、成形体を作製する。 The obtained granules are molded into a columnar shape by, for example, a hydraulic press molding machine to prepare a molded product.
続いて、この成形体を、第1の温度である、350〜500℃の温度に加熱し、この温度に、例えば、1〜3時間維持してバインダ溶液を除去する。 Subsequently, the molded product is heated to a first temperature, 350 to 500 ° C., and maintained at this temperature for, for example, 1 to 3 hours to remove the binder solution.
次に、成形体を、第2の温度である、900〜1300℃の温度に加熱し、この温度に、例えば、2時間以上維持して焼成する。なお、焼成は、例えば、トンネル式の連続炉を使用して、アルミナやムライトなどの耐火物容器に成形体を設置して行われる。また、第1の温度から第2の温度までの加熱速度は、被焼成物内の温度均一性と焼成プロセスリードタイムの観点から、25〜100℃/時であることが好ましい。 Next, the molded product is heated to a second temperature of 900 to 1300 ° C., and the compact is fired while being maintained at this temperature for, for example, 2 hours or more. The firing is performed by, for example, using a tunnel-type continuous furnace and installing the molded body in a refractory container such as alumina or mullite. The heating rate from the first temperature to the second temperature is preferably 25 to 100 ° C./hour from the viewpoint of temperature uniformity in the object to be fired and the lead time of the firing process.
第2の温度の維持時間経過後、焼成された成形体を冷却する。なお、冷却方法は特に限定しないが、冷却する際の冷却速度は、被焼成物内の温度均一性と焼成プロセスリードタイムの観点から、100〜200℃/時であることが好ましい。
この冷却工程を経て、焼結体20が得られる。After the lapse of the maintenance time of the second temperature, the fired compact is cooled. Although the cooling method is not particularly limited, the cooling rate at the time of cooling is preferably 100 to 200 ° C./hour from the viewpoint of temperature uniformity in the object to be fired and the lead time of the firing process.
Through this cooling step, the
次に、冷却された円柱状の焼結体20の側面に、例えば、電気絶縁材料であるガラスフリットなどの無機絶縁物を塗布または吹き付け、300〜500℃の温度で、1〜5時間熱処理して、絶縁層30を形成する。
さらに、焼結体20の上下両端面を研磨し、この研磨面に、前述した導電性材料を、例えば溶射などして、電極40を形成する。
なお、絶縁層30を形成する工程および電極40を形成する工程を行う順番は、特に限定されるものではなく、いずれを先に行ってもよい。Next, an inorganic insulating material such as glass frit, which is an electrically insulating material, is applied or sprayed on the side surface of the cooled columnar sintered
Further, both upper and lower end surfaces of the
The order in which the step of forming the insulating
このように、上記した工程を経ることで、電流−電圧非直線抵抗体10が作製される。
In this way, the current-
上記したように、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体10およびその製造方法によれば、電流−電圧非直線抵抗体10を構成する焼結体20の原料において、主成分である酸化亜鉛原料の平均粒径が700nm以下であり、かつ副成分原料の平均粒径(D50s)の酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.6となることで、焼結体20中の酸化亜鉛粒子の粒成長抑制効果のあるスピネル粒子やその他の原料が微細構造全体に均一に分散されるため、それらの副成分原料が効果的に働き、微細構造が均一化される。さらに、スピネル粒子やその他の副成分原料の均一分散化によって焼結性も向上するため、焼結体20が高密度化し、焼結体20中の酸化亜鉛粒子を微細化することができる。これらの結果、焼結体20を有する電流−電圧非直線抵抗体10のバリスタ電圧(V1mA)を900V/mm以上と高抵抗化することができる。加えて、副成分原料であるホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00となるように、成分比を限定することによって、電流−電圧非直線抵抗体10において優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量を享受できる。As described above, according to the current-
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、酸化亜鉛の平均粒径D50zおよびD50s/D50zを規定し、かつホウ素および銀の添加量を調整することにより、高抵抗化が図れるとともに、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量に優れた電流−電圧非直線抵抗体を得ることができる。 According to at least one embodiment described above, by defining the average particle diameters D50z and D50s / D50z of zinc oxide and adjusting the addition amounts of boron and silver, high resistance can be achieved and non-linear resistance can be achieved. A current-voltage non-linear resistor with excellent characteristics and energy withstand capability can be obtained.
次に、本実施形態の電流−電圧非直線抵抗体が持つ各特性について以下に具体的に説明する。 Next, each characteristic of the current-voltage non-linear resistor of the present embodiment will be specifically described below.
(実施例1)
実施例1では、焼結体を作製する際の混合物において、酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)および、副成分の平均粒径(D50s)の酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)に対する相対比D50s/D50zが、電流−電圧非直線抵抗体のバリスタ電圧(V1mA)、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量特性に及ぼす影響について説明する。(Example 1)
In Example 1, in the mixture for producing the sintered body, the average particle size of the zinc oxide raw material (D50z) and the average particle size of the subcomponents (D50s) are relative to the average particle size (D50z) of the zinc oxide raw material. The effect of the ratio D50s / D50z on the varistor voltage (V 1mA ), non-linear resistance characteristic and energy withstand characteristic of the current-voltage non-linear resistor will be described.
まず、電流−電圧非直線抵抗体を製造するにあたり、焼結体の原料の主成分として酸化亜鉛(ZnO)を用いた。副成分原料としては、酸化ビスマス(Bi2O3)を0.50mol%、三酸化アンチモン(Sb2O3)を2.00mol%、酸化マンガン(MnO)を0.50mol%、酸化コバルト(Co2O3)を1.00mol%、酸化ニッケル(NiO)を2.00mol%、希土類元素として酸化イットリウム(Y2O3)を0.30mol%、ホウ素(B2O3)を0.02wt%、銀(Ag2O)を0.02wt%、および3価元素としてアルミニウムを水酸化アルミニウム(Al2O3)水溶液にし、0.005mol%添加するように調整し、酸化亜鉛原料とこれら副成分原料からなる混合物を作製した。なお、残部は、酸化亜鉛である。First, in producing the current-voltage non-linear resistor, zinc oxide (ZnO) was used as the main component of the raw material of the sintered body. Bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) is 0.50 mol%, antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) is 2.00 mol%, manganese oxide (MnO) is 0.50 mol%, and cobalt oxide (Co) is used as an auxiliary component raw material. 2 O 3 ) is 1.00 mol%, nickel oxide (NiO) is 2.00 mol%, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is 0.30 mol% as a rare earth element, and boron (B 2 O 3 ) is 0.02 wt%. , Silver (Ag 2 O) 0.02 wt%, and Aluminum as a trivalent element in an aqueous solution of aluminum hydroxide (Al 2 O 3 ), adjusted to add 0.005 mol%, zinc oxide raw material and these subcomponents. A mixture of raw materials was prepared. The balance is zinc oxide.
上記したように調整した混合物と、この混合物の含有率が40重量%となるように調整された、水および有機バインダからなるバインダ溶液を循環方式の湿式粉砕装置に投入した。また、湿式粉砕装置において、ジルコニアビーズの粒径、ベッセル内のビーズ充填率、攪拌用ロータの周速、循環流量、混合時間を調整することにより、主成分である酸化亜鉛の平均粒径(D50z)、全副成分の平均粒径(D50s)、および酸化亜鉛原料と副成分原料を含む全原料の平均粒径(D50t)が、表1に示す値となるように粉砕を制御した。この湿式粉砕装置における粉砕および混合処理によって、均一に混合されたスラリーを得た。
ここで、酸化亜鉛の平均粒径(D50z)と、全副成分の平均粒径(D50s)は、湿式粉砕装置から採取されたスラリーを、レーザ回折・散乱式の粒度分布測定装置(日機装社製の「マイクロトラックMT3000IIシリーズ」)を用いて測定した。また、この平均粒径は、メディアン径における平均粒径である。The mixture adjusted as described above and a binder solution composed of water and an organic binder adjusted so that the content of the mixture was 40% by weight were put into a circulation type wet pulverizer. Further, in the wet pulverizer, the average particle size of zinc oxide (D50z), which is the main component, is adjusted by adjusting the particle size of the zirconia beads, the bead filling rate in the vessel, the peripheral speed of the stirring rotor, the circulation flow rate, and the mixing time. ), The average particle size of all the subcomponents (D50s), and the average particle size of all the raw materials including the zinc oxide raw material and the subcomponent raw materials (D50t) were controlled to be the values shown in Table 1. By pulverization and mixing treatment in this wet pulverizer, a uniformly mixed slurry was obtained.
Here, the average particle size (D50z) of zinc oxide and the average particle size (D50s) of all subcomponents are obtained by using a slurry collected from a wet pulverizer with a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). It was measured using "Microtrack MT3000II series"). Moreover, this average particle diameter is an average particle diameter in the median diameter.
続いて、このスラリーをスプレードライヤで、累積平均粒径が45〜90μmとなるように噴霧造粒した。得られた造粒粉を、油圧式のプレス成形機によって、直径が125mm、厚さが30mmの円柱状の成形体とした。 Subsequently, this slurry was spray-granulated with a spray dryer so that the cumulative average particle size was 45 to 90 μm. The obtained granulated powder was made into a columnar molded body having a diameter of 125 mm and a thickness of 30 mm by a hydraulic press molding machine.
続いて、この成形体を第1の温度である500℃に加熱し、この温度に2時間維持して有機バインダなどを除去した。
次に、成形体を、第2の温度である1050℃に加熱し、この温度に3時間維持して焼成した。なお、焼成は、トンネル式の連続炉を使用して、ムライトの耐火物容器に成形体を設置して行った。また、第1の温度である500℃から第2の温度である1050℃の各焼成温度にするまでの加熱速度を100℃/時とした。Subsequently, the molded product was heated to a first temperature of 500 ° C. and maintained at this temperature for 2 hours to remove organic binders and the like.
Next, the molded product was heated to a second temperature of 1050 ° C., maintained at this temperature for 3 hours, and fired. In addition, firing was carried out by installing a molded body in a refractory container of mullite using a tunnel type continuous furnace. Further, the heating rate from the first temperature of 500 ° C. to each firing temperature of the second temperature of 1050 ° C. was set to 100 ° C./hour.
第2の温度の維持時間経過後、焼成された成形体を750℃以下まで冷却した。なお、750℃以下の温度まで冷却する際の冷却速度を、100℃/時とした。この冷却工程を経て、焼結体を得た。 After the lapse of the maintenance time of the second temperature, the fired molded product was cooled to 750 ° C. or lower. The cooling rate for cooling to a temperature of 750 ° C. or lower was set to 100 ° C./hour. Through this cooling step, a sintered body was obtained.
続いて、冷却された成形体である焼結体の側面に、ガラスフリットを塗布し、500℃の温度で、2時間熱処理して、絶縁層を形成した。さらに、焼結体の上下両端面を研磨し、この研磨面に、アルミニウムを溶射して電極を形成し、電流−電圧非直線抵抗体を得た。 Subsequently, a glass frit was applied to the side surface of the sintered body, which was a cooled molded product, and heat-treated at a temperature of 500 ° C. for 2 hours to form an insulating layer. Further, the upper and lower end surfaces of the sintered body were polished, and aluminum was sprayed onto the polished surfaces to form electrodes to obtain a current-voltage non-linear resistor.
得られた試料番号1〜試料番号12の電流−電圧非直線抵抗体について、バリスタ電圧(V1mA)、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量を評価した。The varistor voltage (V 1 mA ), non-linear resistance characteristics, and energy withstand capacity were evaluated for the obtained current-voltage non-linear resistors of sample numbers 1 to 12.
1mAの商用周波の電流を通電したときの電圧であるバリスタ電圧(V1mA)をJEC0202−1994に準じて測定した。このバリスタ電圧(V1mA)の値が900V/mm以上であることを確認した。The varistor voltage (V 1 mA ), which is the voltage when a current of a commercial frequency of 1 mA was applied, was measured according to JEC0202-1994. It was confirmed that the value of this varistor voltage (V 1 mA ) was 900 V / mm or more.
非直線抵抗特性の評価において、上記したバリスタ電圧(V1mA)と、8×20μsインパルス電流を10kA流したときの電圧(V10kA)とを測定し、これらの比(V10kA/V1mA)を非直線性係数として評価した。この非直線性係数の値が小さいほど、非直線抵抗特性が優れていることを示しており、本実施例1では非直線性係数が1.300以下のものを良好であると評価した。In the evaluation of the non-linear resistance characteristic, the above-mentioned varistor voltage (V 1 mA ) and the voltage (V 10 kA ) when an 8 × 20 μs impulse current was passed 10 kA were measured, and the ratio (V 10 kA / V 1 mA ) was measured. It was evaluated as a non-linearity coefficient. The smaller the value of the non-linearity coefficient, the better the non-linear resistance characteristic. In Example 1, the non-linearity coefficient of 1.300 or less was evaluated as good.
エネルギ耐量の評価において、バリスタ電圧(V1mA)の1.3倍の商用周波電圧(50Hz)を印加し続け、電流−電圧非直線抵抗体が破壊するまでに吸収したエネルギ値(J/cc)を測定し、このエネルギ値(J/cc)に基づいて、エネルギ耐量を評価した。ここで、「破壊するまで」とは、AE検出器により電流−電圧非直線抵抗体に亀裂が発生したことが検出されるまでをいう。このエネルギ値(J/cc)の値が大きいほどエネルギ耐量に優れていることを示しており、本実施例ではエネルギ耐量が400J/cc以上のものを良好であると評価した。
なお、上記した各評価試験では、試料番号1〜12の各電流−電圧非直線抵抗体を10ピース作製し、10ピースについて試験を行いそれらの平均でもって評価した。In the evaluation of energy withstand, the energy value (J / cc) absorbed by the current-voltage non-linear resistor by continuously applying a commercial frequency voltage (50 Hz) 1.3 times the varistor voltage (V 1 mA ). Was measured, and the energy withstand capacity was evaluated based on this energy value (J / cc). Here, "until destruction" means until the AE detector detects that a crack has occurred in the current-voltage non-linear resistor. It is shown that the larger the value of this energy value (J / cc) is, the more excellent the energy withstand is. In this example, the one having an energy withstand of 400 J / cc or more was evaluated as good.
In each of the above evaluation tests, 10 pieces of each current-voltage non-linear resistor of sample numbers 1 to 12 were prepared, 10 pieces were tested, and the average of them was used for evaluation.
表1には、試料番号1〜12の電流−電圧非直線抵抗体における、酸化亜鉛原料と副成分原料を含む全原料の平均粒径(D50t)、酸化亜鉛の平均粒径(D50z)、D50s/D50z、バリスタ電圧(V1mA)、非直線性係数(V10kA/V1mA)およびエネルギ耐量を示す。なお、表1において、*印は本実施形態の範囲外である試料を示す比較例である。
また、図2は、試料番号1〜12ついて、D50s/D50zと非直線性係数(V10kA/V1mA)との関係を示した図である。Table 1 shows the average particle size (D50t) of all the raw materials including the zinc oxide raw material and the auxiliary component raw materials, the average particle size of zinc oxide (D50z), and D50s in the current-voltage non-linear resistors of sample numbers 1 to 12. It shows / D50z, varistor voltage (V 1mA ), non-linearity coefficient (V 10kA / V 1mA ) and energy withstand. In Table 1, * marks are comparative examples showing samples that are outside the scope of this embodiment.
Further, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between D50s / D50z and the non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) for sample numbers 1 to 12.
表1に示すように、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体においては、いずれも、バリスタ電圧(V1mA)が900V/mm以上、非直線性係数(V10kA/V1mA)が1.300より小さく、エネルギ耐量が400J/ccよりも大きくなることがわかった。また、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体は、比較例と比較して、高抵抗化が図れ、優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量を有することがわかった。As shown in Table 1, in each of the current-voltage non-linear resistors according to the present embodiment, the varistor voltage (V 1 mA ) is 900 V / mm or more, and the non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) is 1. It was found that it was smaller than .300 and the energy withstand capacity was larger than 400 J / cc. Further, it was found that the current-voltage non-linear resistor according to the present embodiment has higher resistance than the comparative example, and has excellent non-linear resistance characteristics and energy tolerance.
また、図2に示すように、D50s/D50zを0.60以下とすることで、電流−電圧非直線抵抗体における非直線性係数(V10kA/V1mA)が小さくなった。Further, as shown in FIG. 2, by setting D50s / D50z to 0.60 or less, the non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) in the current-voltage non-linear resistor was reduced.
以上の結果から、副成分原料の平均粒径(D50s)の酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60であり、かつ酸化亜鉛原料の平均粒径が700nm以下であり、ホウ素をB2O3に換算して0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たす混合物を焼成して得られる焼結体を備える電流−電圧非直線抵抗体では、高抵抗化が図れ、優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量が得られることがわかった。From the above results, the relative ratio of the average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide raw material is D50s / D50z ≦ 0.60, and the average particle size of the zinc oxide raw material is It is 700 nm or less, contains 0.005 to 0.04 wt% of boron in terms of B 2 O 3 , 0.005 to 0.04 wt% of silver in terms of Ag 2 O, and is relative to silver of boron. A current-voltage non-linear resistor having a sintered body obtained by firing a mixture having a ratio satisfying the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00 can be increased in resistance. It has been found that excellent non-linear resistance characteristics and energy withstand are obtained.
(実施例2)
実施例2では、焼結体を作製する際の混合物において、ホウ素と銀の成分含有量が電流−電圧非直線抵抗体のエネルギ耐量特性に及ぼす影響について説明する。(Example 2)
In Example 2, the influence of the boron and silver component contents on the energy withstand property of the current-voltage non-linear resistor in the mixture for producing the sintered body will be described.
まず、上記実施例1における試料番号4を作製するために用いた焼結体の原料成分のうち、ホウ素および銀以外の同様の成分組成を有する混合物に、ホウ素と銀を、表2に示す試料番号13〜試料番号24の値となるように調整し、酸化亜鉛原料とこれら副成分原料からなる混合物を作製した。
以後の電流−電圧非直線抵抗体を作製する工程は、前述した実施例1と同じ工程とし、電流−電圧非直線抵抗体を得た。
なお、いずれの試料も、全原料の平均粒径(D50t)は695nm、酸化亜鉛の平均粒径(D50z)は700nm、D50s/D50zは0.50となるよう、湿式粉砕装置における粉砕および混合処理条件を制御した。全原料の平均粒径(D50t)と酸化亜鉛の平均粒径(D50z)と、全副成分の平均粒径(D50s)は、実施例1と同法にて測定した。First, among the raw material components of the sintered body used to prepare the sample number 4 in Example 1, boron and silver were added to a mixture having a similar component composition other than boron and silver, and the samples shown in Table 2 were added. The values were adjusted to be the values of No. 13 to Sample No. 24, and a mixture consisting of a zinc oxide raw material and these subcomponent raw materials was prepared.
Subsequent steps for producing the current-voltage non-linear resistor were the same as in Example 1 described above, and a current-voltage non-linear resistor was obtained.
In each sample, the average particle size (D50t) of all raw materials was 695 nm, the average particle size of zinc oxide (D50z) was 700 nm, and D50s / D50z was 0.50. The condition was controlled. The average particle size (D50t) of all raw materials, the average particle size of zinc oxide (D50z), and the average particle size (D50s) of all subcomponents were measured by the same method as in Example 1.
得られた試料番号13〜試料番号24の電流−電圧非直線抵抗体について、バリスタ電圧(V1mA)、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量を評価した。なお、バリスタ電圧(V1mA)、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量の評価における実験条件や実験方法、評価基準は、前述した実施例1の実験条件や実験方法と同じとした。
なお、上記した各評価試験では、試料番号13〜24の各電流−電圧非直線抵抗体を10ピース作製し、10ピースについて試験を行いそれらの平均でもって評価した。The varistor voltage (V 1 mA ), non-linear resistance characteristics, and energy withstand capacity were evaluated for the obtained current-voltage non-linear resistors of sample numbers 13 to 24. The experimental conditions, experimental methods, and evaluation criteria for evaluating the varistor voltage (V 1 mA ), non-linear resistance characteristics, and energy tolerance were the same as the experimental conditions and methods of Example 1 described above.
In each of the above evaluation tests, 10 pieces of each current-voltage non-linear resistor of sample numbers 13 to 24 were prepared, 10 pieces were tested, and the average of them was used for evaluation.
表2には、試料番号4(表1参照)、試料番号13〜試料番号24の電流−電圧非直線抵抗体における、ホウ素、銀の組成成分、バリスタ電圧(V1mA)、非直線性係数(V10kA/V1mA)およびエネルギ耐量を示す。なお、表2において、*印は本実施形態の範囲外である試料を示す比較例である。Table 2 shows the composition components of boron and silver, the varistor voltage (V 1 mA ), and the non-linearity coefficient in the current-voltage non-linear resistors of sample No. 4 (see Table 1) and sample numbers 13 to 24. V 10 kA / V 1 mA ) and energy tolerance are shown. In Table 2, * marks are comparative examples showing samples that are outside the scope of this embodiment.
表2に示すように、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体においては、いずれも、バリスタ電圧(V1mA)が900V/mm以上、非直線性係数(V10kA/V1mA)が1.300より小さく、エネルギ耐量が400J/ccよりも大きくなることがわかった。また、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体は、比較例と比較して、高抵抗化が図れ、優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量を有することがわかった。As shown in Table 2, in each of the current-voltage non-linear resistors according to the present embodiment, the varistor voltage (V 1 mA ) is 900 V / mm or more, and the non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) is 1. It was found that it was smaller than .300 and the energy withstand capacity was larger than 400 J / cc. Further, it was found that the current-voltage non-linear resistor according to the present embodiment has higher resistance than the comparative example, and has excellent non-linear resistance characteristics and energy tolerance.
以上の結果から、副成分原料の平均粒径(D50s)の酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60であり、かつ酸化亜鉛原料の平均粒径が700nm以下であり、副成分原料として、ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たす混合物を焼成して得られる焼結体を備える電流−電圧非直線抵抗体では、高抵抗化が図れ、優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量が得られることがわかった。From the above results, the relative ratio of the average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide raw material is D50s / D50z ≦ 0.60, and the average particle size of the zinc oxide raw material is It is 700 nm or less, and as an auxiliary component raw material, boron is converted to B 2 O 3 and contains 0.005 to 0.04 wt%, and silver is converted to Ag 2 O and contains 0.005 to 0.04 wt%. In a current-voltage non-linear resistor comprising a sintered body obtained by firing a mixture in which the relative ratio of boron to silver satisfies the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00. It was found that high resistance can be achieved, and excellent non-linear resistance characteristics and energy withstand capacity can be obtained.
(実施例3)
実施例3では、焼結体を作製する際の混合物において、酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、副成分としてビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)の各含有量が、電流−電圧非直線抵抗体の特性に及ぼす影響について説明する。(Example 3)
In Example 3, zinc oxide (ZnO) is the main component and bismuth (Bi), antimony (Sb), manganese (Mn), cobalt (Co), and nickel as subcomponents in the mixture for producing the sintered body. The effect of each content of (Ni) on the characteristics of the current-voltage non-linear resistor will be described.
まず、上記実施例1における試料番号4を作製するために用いた焼結体の副成分原料のうち、イットリウム、ホウ素、銀およびアルミニウムは同様の含有量とし、その他の副成分(Bi2O3、Sb2O3、MnO、Co2O3、NiO)を、表3に示す試料番号25〜試料番号48の値となるように調整した。
以後の電流−電圧非直線抵抗体を作製する工程は、前述した実施例1と同じ工程とし、電流−電圧非直線抵抗体を得た。
なお、いずれの試料も、全原料の平均粒径(D50t)は695nm、酸化亜鉛の平均粒径(D50z)は700nm、D50s/D50zは0.50となるよう、湿式粉砕装置における粉砕および混合処理条件を制御した。全原料の平均粒径(D50t)と酸化亜鉛の平均粒径(D50z)と、全副成分の平均粒径(D50s)は、実施例1と同法にて測定した。First, among the subcomponent raw materials of the sintered body used to prepare the sample No. 4 in Example 1, yttrium, boron, silver and aluminum have the same contents, and other subcomponents (Bi 2 O 3). , Sb 2 O 3 , MnO, Co 2 O 3 , NiO) were adjusted so as to have the values of sample numbers 25 to 48 shown in Table 3.
Subsequent steps for producing the current-voltage non-linear resistor were the same as in Example 1 described above, and a current-voltage non-linear resistor was obtained.
In each sample, the average particle size (D50t) of all raw materials was 695 nm, the average particle size of zinc oxide (D50z) was 700 nm, and D50s / D50z was 0.50. The condition was controlled. The average particle size (D50t) of all raw materials, the average particle size of zinc oxide (D50z), and the average particle size (D50s) of all subcomponents were measured by the same method as in Example 1.
得られた試料番号25〜試料番号48の電流−電圧非直線抵抗体について、バリスタ電圧(V1mA)、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量を評価した。なお、バリスタ電圧(V1mA)、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量の評価における実験条件や実験方法、評価基準は、前述した実施例1の実験条件や実験方法と同じとした。
なお、上記した各評価試験では、試料番号25〜48の各電流−電圧非直線抵抗体を10ピース作製し、10ピースについて試験を行いそれらの平均でもって評価した。The varistor voltage (V 1 mA ), non-linear resistance characteristics, and energy withstand capacity were evaluated for the obtained current-voltage non-linear resistors of sample numbers 25 to 48. The experimental conditions, experimental methods, and evaluation criteria for evaluating the varistor voltage (V 1 mA ), non-linear resistance characteristics, and energy tolerance were the same as the experimental conditions and methods of Example 1 described above.
In each of the above evaluation tests, 10 pieces of each current-voltage non-linear resistor of sample numbers 25 to 48 were prepared, 10 pieces were tested, and the average of them was used for evaluation.
表3には、試料番号4(表1参照)、試料番号25〜試料番号48の電流−電圧非直線抵抗体における、混合物のうちの副成分の組成成分(原料添加量)、バリスタ電圧(V1mA)、非直線性係数(V10kA/V1mA)およびエネルギ耐量を示す。なお、表3において、*印は本実施形態の範囲外である試料を示す比較例である。Table 3 shows the composition components (raw material addition amount) of the sub-components of the mixture in the current-voltage non-linear resistors of sample No. 4 (see Table 1), sample numbers 25 to 48, and varistor voltage (V). 1mA ), non-linearity coefficient (V 10kA / V 1mA ) and energy withstand. In Table 3, * marks are comparative examples showing samples that are outside the scope of this embodiment.
表3に示すように、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体においては、いずれも、バリスタ電圧(V1mA)が900V/mm以上、非直線性係数(V10kA/V1mA)が1.300より小さく、エネルギ耐量が400J/ccよりも大きくなることがわかった。また、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体は、比較例と比較して、高抵抗化が図れ、優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量を有することがわかった。As shown in Table 3, in each of the current-voltage non-linear resistors according to the present embodiment, the varistor voltage (V 1 mA ) is 900 V / mm or more, and the non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) is 1. It was found that it was smaller than .300 and the energy withstand capacity was larger than 400 J / cc. Further, it was found that the current-voltage non-linear resistor according to the present embodiment has higher resistance than the comparative example, and has excellent non-linear resistance characteristics and energy tolerance.
以上の結果から、酸化亜鉛を主成分として含み、副成分として、それぞれBi2O3、Sb2O3、Co2O3、MnO、NiOに換算して、Bi2O3を0.30〜0.80mol%、Sb2O3を1.50〜3.50mol%、MnOを0.50〜2.00mol%、Co2O3を0.30〜1.50mol%、NiOを1.50〜3.50mol%、ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たし、副成分原料の平均粒径(D50s)の酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60であり、かつ酸化亜鉛原料の平均粒径が700nm以下である混合物を焼成して得られる焼結体を備える電流−電圧非直線抵抗体では、高抵抗化が図れ、優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量が得られることがわかった。From the above results, zinc oxide is contained as a main component, and Bi 2 O 3 is converted into Bi 2 O 3 , Sb 2 O 3 , Co 2 O 3 , MnO, and NiO as sub components, respectively, and Bi 2 O 3 is 0.30 to 0.30. 0.80 mol%, Sb 2 O 3 1.50 to 3.50 mol%, MnO 5.00 to 2.00 mol%, Co 2 O 3 0.30 to 1.50 mol%, NiO 1.50 to 1. 3.50 mol%, boron is converted to B 2 O 3 and contains 0.005 to 0.04 wt%, silver is converted to Ag 2 O and contains 0.005 to 0.04 wt%, and silver of boron is contained. Relative ratio to the average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide raw material, satisfying the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00. However, in the current-voltage non-linear resistor provided with a sintered body obtained by firing a mixture having D50s / D50z ≦ 0.60 and an average particle size of the zinc oxide raw material of 700 nm or less, the resistance is increased. It was found that excellent non-linear resistance characteristics and energy withstand were obtained.
(実施例4)
実施例4では、焼結体を作製する際の混合物において、希土類元素の添加が、電流−電圧非直線抵抗体の特性に及ぼす影響について説明する。(Example 4)
In Example 4, the effect of the addition of rare earth elements on the characteristics of the current-voltage non-linear resistor in the mixture for producing the sintered body will be described.
まず、上記実施例1における試料番号4を作製するために用いた焼結体の副成分のうち、希土類元素以外の同様の成分組成を有する混合物に、希土類元素を、表4に示す試料番号49〜試料番号80の値となるように調整し、酸化亜鉛原料とこれら副成分原料からなる混合物を作製した。
以後の電流−電圧非直線抵抗体を作製する工程は、前述した実施例1と同じ工程とし、電流−電圧非直線抵抗体を得た。
なお、いずれの試料も、全原料の平均粒径(D50t)は695nm、酸化亜鉛の平均粒径(D50z)は700nm、D50s/D50zは0.50となるよう、湿式粉砕装置における粉砕および混合処理条件を制御した。全原料の平均粒径(D50t)と酸化亜鉛の平均粒径(D50z)と、全副成分の平均粒径(D50s)は、実施例1と同法にて測定した。First, among the subcomponents of the sintered body used to prepare the sample number 4 in Example 1, the rare earth element was added to the mixture having the same component composition other than the rare earth element, and the sample number 49 shown in Table 4 was added. -Adjusted to the value of sample number 80, a mixture consisting of a zinc oxide raw material and these auxiliary component raw materials was prepared.
Subsequent steps for producing the current-voltage non-linear resistor were the same as in Example 1 described above, and a current-voltage non-linear resistor was obtained.
In each sample, the average particle size (D50t) of all raw materials was 695 nm, the average particle size of zinc oxide (D50z) was 700 nm, and D50s / D50z was 0.50. The condition was controlled. The average particle size (D50t) of all raw materials, the average particle size of zinc oxide (D50z), and the average particle size (D50s) of all subcomponents were measured by the same method as in Example 1.
得られた試料番号49〜試料番号80の電流−電圧非直線抵抗体について、バリスタ電圧(V1mA)、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量を評価した。なお、バリスタ電圧(V1mA)、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量の評価における実験条件や実験方法、評価基準は、前述した実施例1の実験条件や実験方法と同じとした。
なお、上記した各評価試験では、試料番号49〜80の各電流−電圧非直線抵抗体を10ピース作製し、10ピースについて試験を行いそれらの平均でもって評価した。The varistor voltage (V 1 mA ), non-linear resistance characteristics, and energy withstand capacity were evaluated for the obtained current-voltage non-linear resistors of sample numbers 49 to 80. The experimental conditions, experimental methods, and evaluation criteria for evaluating the varistor voltage (V 1 mA ), non-linear resistance characteristics, and energy tolerance were the same as the experimental conditions and methods of Example 1 described above.
In each of the above evaluation tests, 10 pieces of each current-voltage non-linear resistor of sample numbers 49 to 80 were prepared, 10 pieces were tested, and the average of them was used for evaluation.
表4には、試料番号4(表1参照)、試料番号49〜試料番号80の電流−電圧非直線抵抗体における、希土類元素の組成成分、バリスタ電圧(V1mA)、非直線性係数(V10kA/V1mA)およびエネルギ耐量を示す。なお、表4において、*印は本実施形態の範囲外である試料を示す比較例である。Table 4 shows the composition components of rare earth elements, the varistor voltage (V 1 mA ), and the non-linearity coefficient (V) in the current-voltage non-linear resistors of sample No. 4 (see Table 1) and sample numbers 49 to 80. 10 kA / V 1 mA ) and energy withstand. In Table 4, * marks are comparative examples showing samples that are outside the scope of this embodiment.
表4に示すように、本実施系形態に係る電流−電圧非直線抵抗体においては、いずれも、バリスタ電圧(V1mA)が900V/mm以上、非直線性係数(V10kA/V1mA)が1.300より小さく、エネルギ耐量が400J/ccよりも大きくなることがわかった。また、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体は、比較例と比較して、高抵抗化が図れ、優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量を有することがわかった。As shown in Table 4, in each of the current-voltage non-linear resistors according to the present embodiment, the varistor voltage (V 1 mA ) is 900 V / mm or more, and the non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) is high. It was found that it was smaller than 1.300 and the energy withstand capacity was larger than 400 J / cc. Further, it was found that the current-voltage non-linear resistor according to the present embodiment has higher resistance than the comparative example, and has excellent non-linear resistance characteristics and energy tolerance.
以上の結果から、副成分原料の平均粒径(D50s)の酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60であり、かつ酸化亜鉛原料の平均粒径が700nm以下であり、副成分原料として、ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たし、さらに副成分原料として、イットリウム(Y)、ユウロピウム(Eu)、エリビウム(Er)、ツリウム(Tm)、ガドリニウム(Gd)、ジスプロジウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、イッテリビウム(Yb)のうち少なくとも一種の希土類元素Rを用い、かつR2O3に換算して0.10〜0.50mol%含む混合物を焼成して得られる焼結体を備える電流−電圧非直線抵抗体では、高抵抗化が図れ、優れた、非直線抵抗特性およびエネルギ耐量が得られることがわかった。From the above results, the relative ratio of the average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide raw material is D50s / D50z ≦ 0.60, and the average particle size of the zinc oxide raw material is It is 700 nm or less, and contains 0.005 to 0.04 wt% of boron as an auxiliary component raw material when converted to B 2 O 3 , and 0.005 to 0.04 wt% when converted to Ag 2 O of silver. , And the relative ratio of boron to silver satisfies the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00, and further, as auxiliary component raw materials, thulium (Y), europium (Eu), and elibium (Er). ), thulium (Tm), gadolinium (Gd), dysprosium (Dy), holmium (Ho), using at least one rare earth element R of the ytterbium (Yb), and in terms of R 2 O 3 0.10 It has been found that a current-voltage non-linear resistor having a sintered body obtained by firing a mixture containing ~ 0.50 mol% can achieve high resistance and can obtain excellent non-linear resistance characteristics and energy withstand. ..
(実施例5)
実施例5では、焼結対を作製する際の混合物において、3価元素の添加が電流−電圧非直線抵抗体の特性に及ぼす影響について説明する。 (Example 5)
In Example 5, the effect of the addition of the trivalent element on the characteristics of the current-voltage non-linear resistor in the mixture for producing the sintered pair will be described.
まず、上記実施例1における試料番号4を作製するために用いた焼結体成分のうち、3価元素であるアルミニウム以外の同様の成分組成を有する混合物に、3価元素(アルミニウム、ガリウム、インジウム)を、表5に示す試料番号81〜試料番号94の値となるように調整し、酸化亜鉛原料とこれら副成分原料からなる混合物を作製した。
以後の電流−電圧非直線抵抗体を作製する工程は、前述した実施例1と同じ工程とし、電流−電圧非直線抵抗体を得た。
なお、いずれの試料も、全原料の平均粒径(D50t)は695nm、酸化亜鉛の平均粒径(D50z)は700nm、D50s/D50zは0.50となるよう、湿式粉砕装置における粉砕および混合処理条件を制御した。全原料の平均粒径(D50t)と酸化亜鉛の平均粒径(D50z)と、全副成分の平均粒径(D50s)は実施例1と同法にて測定した。
First, among the sintered body components used to prepare sample number 4 in Example 1, a mixture having a similar component composition other than aluminum, which is a trivalent element, is mixed with trivalent elements (aluminum, gallium, indium). ) Was adjusted so as to have the values of sample numbers 81 to 94 shown in Table 5, and a mixture consisting of a zinc oxide raw material and these subcomponent raw materials was prepared.
Subsequent steps for producing the current-voltage non-linear resistor were the same as in Example 1 described above, and a current-voltage non-linear resistor was obtained.
In each sample, the average particle size (D50t) of all raw materials was 695 nm, the average particle size of zinc oxide (D50z) was 700 nm, and D50s / D50z was 0.50. The condition was controlled. The average particle size (D50t) of all raw materials, the average particle size of zinc oxide (D50z), and the average particle size (D50s) of all subcomponents were measured by the same method as in Example 1.
得られた試料番号81〜試料番号94の電流−電圧非直線抵抗体について、バリスタ電圧(V1mA)および非直線抵抗特性を評価した。なお、バリスタ電圧(V1mA)および非直線性の評価における実験条件や実験方法、評価基準は前述した実施例1の実験条件や実験方法と同じとした。 なお、上記した各評価試験では、試料番号81〜試料番号94の各電流−電圧非直線抵抗体を10ピース作製し、10ピースについて試験を行いそれらの平均でもって評価した。
The varistor voltage (V 1 mA ) and the non-linear resistance characteristics of the obtained current-voltage non-linear resistors of sample numbers 81 to 94 were evaluated. The experimental conditions, experimental methods, and evaluation criteria for evaluating the varistor voltage (V 1 mA ) and non-linearity were the same as the experimental conditions and methods of Example 1 described above. In each of the above evaluation tests, 10 pieces of each current-voltage non-linear resistor of sample numbers 81 to 94 were prepared, 10 pieces were tested, and the average of them was used for evaluation.
表5には、試料番号4(表1参照)、試料番号81〜試料番号94の電流−電圧非直線抵抗体における、3価元素の組成成分、バリスタ電圧(V1mA)および非直線性係数(V10kA/V1mA)を示す。なお、表5において、*印は本実施形態の範囲外である試料を示す比較例である。Table 5 shows the composition components of the trivalent elements, the varistor voltage (V 1 mA ) and the non-linearity coefficient in the current-voltage non-linear resistors of Sample No. 4 (see Table 1), Sample Nos. 81 to 94. V 10 kA / V 1 mA ) is shown. In Table 5, * marks are comparative examples showing samples that are outside the scope of this embodiment.
表5に示すように、本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体においては、いずれも、バリスタ電圧(V1mA)が900V/mm以上、非直線性係数(V10kA/V1mA)が1.300より小さくなることがわかった。また本実施形態に係る電流−電圧非直線抵抗体は、比較例として、高抵抗化が図られ、優れた、非直線抵抗特性を有することがわかった。As shown in Table 5, in each of the current-voltage non-linear resistors according to the present embodiment, the varistor voltage (V 1 mA ) is 900 V / mm or more, and the non-linearity coefficient (V 10 kA / V 1 mA ) is 1. It was found to be less than .300. Further, it was found that the current-voltage non-linear resistor according to the present embodiment has high resistance and excellent non-linear resistance characteristics as a comparative example.
以上の結果から、副成分原料の平均粒径(D50s)の酸化亜鉛原料の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60であり、かつ酸化亜鉛原料の平均粒径が700nm以下であり、副成分原料として、ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たし、さらに副成分原料として、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)のうち少なくとも一種以上の3価元素を用い、それぞれAl3+、Ga3+、In3+に換算して、0.003〜0.010mol%含む混合物を焼成して得られる焼結体を備える電流−電圧非直線抵抗体では、高抵抗化が図られ、優れた、非直線抵抗特性が得られることがわかった。From the above results, the relative ratio of the average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide raw material is D50s / D50z ≦ 0.60, and the average particle size of the zinc oxide raw material is It is 700 nm or less, and as an auxiliary component raw material, boron is converted to B 2 O 3 and contains 0.005 to 0.04 wt%, and silver is converted to Ag 2 O and contains 0.005 to 0.04 wt%. And, the relative ratio of boron to silver satisfies the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00, and as auxiliary component raw materials, aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In). ), Using at least one or more trivalent elements, converted to Al 3+ , Ga 3+ , and In 3+ , respectively, and calcined a mixture containing 0.003 to 0.010 mol%. It was found that the voltage non-linear resistor has high resistance and excellent non-linear resistance characteristics.
(実施例6)
実施例6では、焼結体の機械強度の50%破壊強度が、電流−電圧非直線抵抗体のエネルギ耐量特性に及ぼす影響について説明する。(Example 6)
In Example 6, the influence of the 50% fracture strength of the mechanical strength of the sintered body on the energy withstand property characteristics of the current-voltage non-linear resistor will be described.
上記実施例1における試料番号1、3、4、7、8および10を作製するために用いた焼結体の原料と同様の成分組成を有する混合物となるように調整した。
以後の焼結体を作製する工程は、前述した実施例1と同じ工程であるが、得られた造粒粉を、油圧式のプレス成形機によって、成形する工程においてのみ違いがあり、直径が40mm、厚さが40mmの円柱状の成形体とし、焼結体を作製した。
作製した6種類の焼結体を、それぞれ試料番号95〜100とし、それらについて、焼結体の機械強度の測定を行った。The mixture was adjusted to have a component composition similar to that of the raw material of the sintered body used to prepare the
Subsequent steps for producing the sintered body are the same steps as in Example 1 described above, but there is a difference only in the step of molding the obtained granulated powder by a hydraulic press molding machine, and the diameter is different. A cylindrical molded body having a thickness of 40 mm and a thickness of 40 mm was used to prepare a sintered body.
The six types of sintered bodies produced were designated as sample numbers 95 to 100, respectively, and the mechanical strength of the sintered bodies was measured for them.
ここで、焼結体の機械強度は、それぞれの焼結体から3×4×38mmの試験片を加工し、JIS R1604に準拠して4点曲げ試験により曲げ強度を測定した。また、それぞれの焼結体から各10ピースの試験片を加工し、それらの50%破壊強度の平均値を各々の焼結体の機械的強度とした。 Here, as for the mechanical strength of the sintered body, a test piece having a size of 3 × 4 × 38 mm was processed from each sintered body, and the bending strength was measured by a 4-point bending test in accordance with JIS R1604. Further, 10 pieces of test pieces were processed from each sintered body, and the average value of their 50% fracture strength was taken as the mechanical strength of each sintered body.
また、エネルギ耐量の評価においては、4/10μsのインパルス電流を、400J/ccから、約50J/ccずつ破壊するまでエネルギを上げて試験を行った。印加間は、室温まで冷却を行った。破壊までの最低エネルギ(破壊エネルギ)が大きいほど、エネルギ耐量が優れていることを示す。なお、エネルギ耐量試験では、各焼結体を10ピース作製し、10ピースについてそれぞれ試験を行い、得られた破壊エネルギ値の平均値を「破壊平均エネルギ」として評価した。 Further, in the evaluation of the energy withstand capacity, the test was carried out by increasing the energy of an impulse current of 4/10 μs from 400 J / cc until the energy was destroyed by about 50 J / cc. During the application, it was cooled to room temperature. The larger the minimum energy (destruction energy) until destruction, the better the energy withstand. In the energy tolerance test, 10 pieces of each sintered body were produced, tests were performed on each of the 10 pieces, and the average value of the obtained fracture energy values was evaluated as "fracture average energy".
表6には、試料番号95〜試料番号100の焼結体における、50%破壊強度(MPa)、エネルギ耐量試験における破壊平均エネルギ(μ:J/cc)を示す。なお、表5において、*印は本実施形態の範囲外である試料を示す比較例である。 Table 6 shows the 50% fracture strength (MPa) and the fracture average energy (μ: J / cc) in the energy tolerance test in the sintered bodies of sample numbers 95 to 100. In Table 5, * marks are comparative examples showing samples that are outside the scope of this embodiment.
表6に示すように、焼結体の機械強度の50%破壊強度が140MPa以上になると、破壊までの平均エネルギが700J/cc以上となり、優れたエネルギ耐量が得られることがわかった。 As shown in Table 6, it was found that when the 50% fracture strength of the mechanical strength of the sintered body was 140 MPa or more, the average energy until fracture was 700 J / cc or more, and an excellent energy withstand capacity could be obtained.
以上の結果から、焼結体の機械強度の50%破壊強度が140MPa以上とすることによりエネルギ耐量を向上させることができる。すなわち、電流−電圧非直線抵抗体の構成部材として、50%破壊強度に優れた焼結体を搭載することにより電流−電圧非直線抵抗体エネルギ耐量をさらに高めることが可能であることがわかった。 From the above results, the energy withstand capacity can be improved by setting the 50% fracture strength of the mechanical strength of the sintered body to 140 MPa or more. That is, it was found that the current-voltage non-linear resistor energy withstand capacity can be further increased by mounting a sintered body having excellent 50% fracture strength as a component of the current-voltage non-linear resistor. ..
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
10…電流−電圧非直線抵抗体、20…焼結体、30…絶縁層、40…電極 10 ... current-voltage non-linear resistor, 20 ... sintered body, 30 ... insulating layer, 40 ... electrode
Claims (11)
前記混合物における前記副成分原料の平均粒径(D50s)の前記酸化亜鉛の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60であり、かつ前記酸化亜鉛の平均粒径(D50z)が700nm以下であり、
前記混合物は、前記ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、前記銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつ前記ホウ素の前記銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たす電流−電圧非直線抵抗体の製造方法。Current-voltage non-voltage for firing a mixture containing zinc oxide as the main component and at least bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, rare earth element R, trivalent elements, boron and silver as the secondary component raw materials. This is a method for manufacturing linear resistors.
The relative ratio of the average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide in the mixture is D50s / D50z ≦ 0.60, and the average particle size of the zinc oxide (D50z). ) Is 700 nm or less,
The mixture contains 0.005 to 0.04 wt% of the boron in terms of B 2 O 3 , 0.005 to 0.04 wt% of the silver in terms of Ag 2 O, and the boron. A method for producing a current-voltage non-linear resistor in which the relative ratio of silver to silver satisfies the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00.
前記混合物において、前記酸化亜鉛および前記副成分原料を含む全原料の平均粒径(D50t)が、750nm以下である請求項1乃至4の何れか一項に記載の電流−電圧非直線抵抗体の製造方法。
The current-voltage non-linear resistor according to any one of claims 1 to 4, wherein in the mixture, the average particle size (D50t) of all the raw materials including the zinc oxide and the auxiliary component raw materials is 750 nm or less. Production method.
前記混合物における前記副成分原料の平均粒径(D50s)の前記酸化亜鉛の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60であり、かつ前記酸化亜鉛の平均粒径(D50z)が700nm以下であり、
前記焼結体は、ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつホウ素の銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たし、
1mAの商用周波の電流を通電したときの電圧であるバリスタ電圧(V1mA)が900V/mm以上である電流−電圧非直線抵抗体。Baking made by firing a mixture containing zinc oxide as the main component raw material and at least bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, rare earth element R, trivalent element, boron and silver as auxiliary component raw materials. A current-voltage non-linear resistor with a sinter
The relative ratio of the average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide in the mixture is D50s / D50z ≦ 0.60, and the average particle size of the zinc oxide (D50z). ) Is 700 nm or less,
The sintered body contains 0.005 to 0.04 wt% of boron in terms of B 2 O 3 , 0.005 to 0.04 wt% of silver in terms of Ag 2 O, and boron. The relative ratio to silver satisfies the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00.
A current-voltage non-linear resistor having a varistor voltage (V 1 mA ) of 900 V / mm or more, which is a voltage when a current of a commercial frequency of 1 mA is applied.
前記混合物における前記副成分原料の平均粒径(D50s)の前記酸化亜鉛の平均粒径(D50z)に対する相対比が、D50s/D50z≦0.60であり、かつ前記酸化亜鉛の平均粒径(D50z)が700nm以下であり、
前記混合物は、前記ホウ素をB2O3に換算して、0.005〜0.04wt%含み、前記銀をAg2Oに換算して、0.005〜0.04wt%含み、かつ前記ホウ素の前記銀に対する相対比が、0.125≦B2O3/Ag2O≦1.00の関係を満たす電流−電圧非直線抵抗体用材料。Current-voltage non-voltage consisting of a mixture containing zinc oxide as the main component and at least bismuth oxide, antimony oxide, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, rare earth element R, trivalent elements, boron and silver as the secondary component raw materials. A material for linear resistors
The relative ratio of the average particle size (D50s) of the auxiliary component raw material to the average particle size (D50z) of the zinc oxide in the mixture is D50s / D50z ≦ 0.60, and the average particle size of the zinc oxide (D50z). ) Is 700 nm or less,
The mixture contains 0.005 to 0.04 wt% of the boron in terms of B 2 O 3 , 0.005 to 0.04 wt% of the silver in terms of Ag 2 O, and the boron. A material for a current-voltage non-linear resistor in which the relative ratio of silver to silver satisfies the relationship of 0.125 ≦ B 2 O 3 / Ag 2 O ≦ 1.00.
前記希土類元素Rは、イットリウム(Y)、ユウロピウム(Eu)、エリビウム(Er)、ツリウム(Tm)、ガドリニウム(Gd)、ジスプロジウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、イッテリビウム(Yb)のうち少なくとも一種の希土類元素であり、R2O3に換算して0.10〜0.50mol%含む請求項8または9に記載の電流−電圧非直線抵抗体用材料。
The rare earth element R is at least one of yttrium (Y), europium (Eu), erybium (Er), thulium (Tm), gadolinium (Gd), disprodium (Dy), holmium (Ho), and itteribium (Yb). of a rare earth element, a current according to claim 8 or 9 comprising 0.10~0.50Mol% in terms of R 2 O 3 - voltage non-body material.
前記3価元素として、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)のうち少なくとも一種を含み、それぞれAl3+、Ga3+、In3+に換算して、0.003〜0.010mol%含む請求項8乃至10の何れか一項に記載の電流−電圧非直線抵抗体用材料。
The trivalent element contains at least one of aluminum (Al), gallium (Ga), and indium (In), and contains 0.003 to 0.010 mol% in terms of Al 3+ , Ga 3+ , and In 3+ , respectively. The material for a current-voltage non-linear resistor according to any one of claims 8 to 10.
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