JPS5852802A - 酸化亜鉛非直線抵抗体 - 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】 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。

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Ｋ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。

ここで、■は印加電圧、■は電流、Ｃけ通常の抵抗体の
抵抗値に相当する量（非直線抵抗）、αは非直線指数で
ある。

避雷器においては非直線指数ＣＱ）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
に代わって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
非直線特性が急峻で、かつ、大電流領域に到るまで鋭い
立りをもち、ギャップが不要なため、小形ですぐれた避
雷器の製作が可能とがっている。

ところで、近年、電力系統は超高圧化の傾向にあり、こ
の超高圧化に伴って機器の大形化が問題に々つている。

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、避雷器によ抄機器の保
護レベルを下げ為と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王立シ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（Ｖ％）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がる。

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
た沙、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、酸化ニッケル等を加え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っている。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）を含むかによって非直線性は左右される。また
焼結時結晶粒子から拡散する多量のＺｎイオンはスピネ
ル層と粒界層′に存在し、この間でのＺｎイオンの挙動
が非直線抵抗値および非直線性に影譬すると考えられる
。

ρ 一方、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。

この考察より、電圧の立上りを少なくするため達した。

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ＡｔＲ４，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実施例 Ｍ［９９５％以上のＺｎＯを９５．０モル％、Ｂｉ、、
Ｏ，を０５モル％、ＣＯ！０３を０．５　モル％、Ｍｎ
Ｏ，を０りモルイ、Ｓｂ、Ｏ，を１．０モル％、Ｃｒ１
Ｏ１を０．５モル％、５ｉｎ１を１．０モルに、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（直径間
−）を得た。これを厚さ５ｍＫ研摩した後、直径が■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、アルオニウム添加量に対する非直線指数（α）
の変化（第１図）、制限電圧比の変化（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
添加量に略反比例して低減しており、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っており、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
量が増加するに伴っ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、−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々るため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２０よ９小さいのが望ましい。この結果、アルミニウ
ムは重量比５〜５０ｐｐｍ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。

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Ｋよって、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。

【図面の簡単な説明】

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。 第３図 ＡｔＡ瀾ｌ争Ｐｍ） 手続補正書く自、） 昭和５７年　１ｎ３１日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和６６年特許履第１６目１１号 ２、発明の名称 酸化亜鉛非直線抵抗体 ３、補正をする者 事件との関係　　出願人 （−１０）株式会社　明　電　舎 ４、代理人〒１０４ 東京都中央区明石町１番２９号　液済会ビル電話０３（
５４５）２２５１（代表） 弁理士（６２１９）志賀富士弥 ５、補正の対象 明細書Ｏ発ｒｓｏｙｓ細な説−Ｏ欄◎ ａ補正の内容 （１）　　明細書第８頁第８行から第す行にかけて記載
の「このＺｎＯ系非直線抵抗体は、・・・・・・をもち
、」′ｔ「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、」と訂正する０ （２）　　同第５頁第１２行から第１６行にかけて記載
の「また・・・・・・考えられる。」を削除する。 （３）　　同第６頁第７行記載の「自由電子濃度」を「
自由電子密度」と訂正する＠

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、けり
   素及びニッケルを、それぞれＢ：Ｌ、Ｏ，、Ｃｏ＝Ｏ，
   、Ｍｎ０１、Ｓ’ｂ、Ｏ，、ｃｒ、ｏ、、Ｓ１０．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％、α０５〜３モルぢ、０，１
   〜５モルイ、０．０２〜３．０モル％、０．０５〜５モ
   ルイ及び０，１〜５モル％配合した原料に対し、焼結体
   中に重量比で５〜５０１）ｐｍ含む量のアルミニウムを
   酸化物、塩を九は水溶液として添加混合し、焼成して々
   る酸化亜鉛非直線抵抗体。
2. （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。