JPS5951724B2 - セラミック電圧非直線抵抗体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミック電圧非直線抵抗体の改良に関する。

周知のように印加電圧が一定値を超えると電流も著しく
増大する非直線的な電圧電流特性を示す抵抗体は例えば
避雷器やサージアブソーバ用に使用されている。

しかしてこの種抵抗体として、ＺｎＯを主成分としたセ
ラミック焼結体を素体としたものは、電圧非直線性およ
び絶縁特性が良好なことから注目されている。

しかしながらこのＺｎＯを主成分とした焼結体からなる
電圧非直線抵抗体は表面特に側面が化学的および機械的
な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もしくは浸入により電圧電流
特性の経時変化を招くばかりでなく取扱い過程において
、さらに損傷部が大きくなったりして耐圧不良を起すと
云う欠点がある。

上記欠点の解決策としてガラスで被覆することが試みら
れている。

このガラス被覆によれば上記欠点を根本的に解決しうる
と期待されているが、従来知られている方法、乃至組成
ガラスを用いた場合には、機械的性質が却って低下した
り、被覆ガラス層にひび割れが出射いため被覆ガラス層
の厚さ制御や焼成条件を厳密に制御する必要があり被覆
操作の煩雑さを避は得ない。

しかも被覆ガラス自体の電気抵抗によって抵抗体素子の
電圧非直線性や衝撃電流耐力など電気的特性の変動や劣
化も往々認められると云う不都合さがある。

□従って本発明は機械的強度にすぐれ、ガラスの被覆焼
成においても特性変動を起生ぜず、常に安定した電気的
特性を維持発揮する電圧非直線抵抗体を提供しようとす
るものである。

・以下本発明の詳細な説明すると、本発明はＺｎＯを主
成分とする電圧非直線性焼結体素子の少なくも側面に、
ＳｉＯ２，１５〜４０％、 Ｐｂ０２５〜６０％。

Ａｌ２０３１〜８％、 Ｂ２Ｏ３３〜２０％、および玉
０ （ＲはＭｇ、 Ｃａ、 Ｓｒ、 Ｂａ）うちの少な
くとも１種）２〜２０％（いずれも重量％）を含み且つ
熱膨張係数が５０〜７０ Ｘ １０−７／’Ｃ流動温度
６００〜８００℃のガラス層を被覆して成ることを特徴
とするセラミック電圧非直線抵抗体で、次の点に着目し
てなされたものである。

即ち抵抗体素子を被覆するガラス層の機械的性質やひび
割れ性などは被覆するガラスの熱膨張係数に影響され５
０〜７０ Ｘ １０−７／’Ｃのものが好適すること、
さらに被覆ガラス層の電気抵抗などはガラス組成および
ガラスの流動温度乃至焼成温度に左右され、流動温度に
ついては６００〜８００℃の場合より結果を与えること
を確認したことに基づくものである。

本発明に係るＺｎＯを主成分とした電圧非直線性焼結体
素子はＺｎＯに例えばＢｉ２Ｏ３，５ｂ２０３゜ＭｇＯ
５ＭｇＯ５Ｃｒ２Ｏ３およびＣｏＯなどを少量加え、混
合粉砕してから例えば円板状に成形し、１２００〜１４
００℃で焼成することによって得られる。

しかして上記により得られた焼結体素子の少なくとも側
面に所定の組成のガラス粉末を例えばスプレー法などで
塗布し、乾燥後流動温度である６００〜８００℃で焼成
しガラス層を被覆形成する。

次いで前記焼結体素子の両主面について要すれば面研磨
を施してから、この両主面に例えば真空蒸着法によって
金の膜を付は電極を形成することにより、目的とする性
能のすぐれたセラミック電圧非直線抵抗体が得られる。

本発明において抵抗体素止の少なくとも側面を被覆する
ガラスについて前記組成ガラスを選んだのは次の理由に
よる。

即ちＳｉＯ２はＰｂＯとともにガラスの主成分をなす一
方、焼成温度にも大きく影響する成分で１５％未満では
焼成温度が低く過ぎまた４０％を超えると逆に焼成温度
が高過ぎ、所要の目的（性能向上）を達成し得ない。

ＰｂＯはガラスの主成分をなしながら片や電気特性に大
きく影響する成分で少なくとも２５％占めることを要し
、６０％を超えると却って低電圧印加時の漏れ電流が増
大し不可である。

Ａｌ２Ｏ３成分はガラスの機械的性質向上に寄与するも
ので少なくとも１％占める必要があり、８％を超えると
焼成温度が高くなり不可である。

またＢ２Ｏ３成分はガラスの焼成温度を調節する働らき
があり、２％未満では焼成温度の低下が不充分で、２０
％を超えると見かけ抵抗が低下してしまい、又、被覆ガ
ラス層と焼結体素子の被覆面との反応が進行し、素子の
電圧非直線が損なわれるので上記範囲内で選択される。

一方ＲＯ酸成分電気的特性、特に耐衝撃電流特性向上に
寄与するもので、２％未満では添加の効果が不充分であ
り、２０％を超えると熱膨張係数を所定範囲内に抑え難
くなるので上記範囲内にて常に選択する必要がある。

しかして上記ガラス粉末は例えば精製ＳｉＯ２゜ＰｂＯ
５Ａ１□０３．Ｂ２Ｏ３，ＢａＣＯ３やＣａＣＯ３など
を所定の組成比に混合し、電気炉など用い１３００〜１
５００℃にて溶融しガラス化した後、通常とられている
粉砕化手段によって粉末化することにより得られ、ガラ
ス化した場合、５０〜７０ Ｘ １０−７／℃の熱膨張
係数を示す。

また上記組成ガラス粉末は６００〜８００℃の温度範囲
で容易に軟化流動し、所要の緻密な被覆層を形成しつる
。

ここでガラスにつき流動温度を特に６００〜８００℃の
ものを選択したのは流動温度６００℃未満では結局焼成
温度も低く選ばれることになり充分緻密な被覆ガラス層
を形成し難くまた流動温度８００℃を超えた場合には逆
に焼成温度を高く選ぶことになり被覆ガラス層と焼結体
素子の被覆面との間で両者の反応起生じ変質層を形成し
たりして抵抗体としての特性が損なわれるからである。

次に本発明の実施例を記載する。

先ず予備的試験として表−１に示す組成および熱膨張係
数のガラス粉末を用意した。

上記ガラス粉末をＺｎＯ系焼結体素子表面に塗布し、ガ
ラスの流動温度で焼成して厚さ２００μの被覆ガラス層
を設け、この被覆ガラス層についてひび割れの発生状況
を観察した結果を表−１に併せて示した。

またこれらガラス粉末中試験料Ｃ，Ｄ、 Ｆを用い焼
成温度を４５０〜９００℃の範囲で変化させ、ガラス厚
を６０μとし、得られたガラス被覆電圧非直線抵抗素子
の各々を恒温恒湿槽（６０℃、相対湿度９０％）中で２
４時間保持した後、電流電圧特性を調べた。

第１図に各々の素子の焼成温度と２ＫＶ印加時のもれ電
流値を示した。

流動温度±１０℃の範囲内で焼成してあり、しかもその
温度が６００℃〜８００℃の範囲にある場合にもれ電流
が小さく、非直線性が良好であることがわかる。

内因において各矢印は流動温度を示す。

実施例 Ｚｎ０８９％、 Ｍｇ０７％、Ｂｉ２０３１．５％、５
ｂ２０３３１．０％、 Ｃｏ００，７％、Ｃｒ２０３０
．５％、 Ｍｎ００．３％（重量％）になるよう各酸化
物を調合し、ボールミルで２４時間混合粉砕した。

この粉体に０．５％ポリビ＃ルアルコール水溶液を２％
添加し、プレス処理機で円板状に成型し、電気炉中で１
３００℃６時間焼成した後に炉中で徐冷し、４０ｍｍφ
Ｘ ３０ｍｍの円板状電圧非直線性焼結体（セラミック
焼結体）を得た。

一方精製ケイ砂、ホウ酸、鉛丹、アルミナ、炭酸バリウ
ム、炭酸ストロンチューム、炭酸マグネシュームなどを
原料にして表−２に示した組成（重量％）のガラス粉末
を作成した。

尚これらのガラスは目標組成に調合した原料バッチ約５
００ｇを白金ルツボに入れて電気炉中で１４００℃で６
時間溶融した後水中に流し出して粉砕し、ボールミルで
２００メツシユ以下に粉砕して得たものでガラスの熱膨
張は干渉膨張計で測定した。

かくして得たガラス粉末を水でスラリー状にし、白金リ
ボン上に塗布し乾燥させてから温度勾配炉中で１０分間
焼成し、流動の状態から焼成温度を決めた。

これらのデータも表−１に示しである。

上記ガラス粉末１００ｇに２００ｍ１のイソプロピルア
ルコールを加えて分散させ、１％のニトロセルローズ液
３ｍｌを加えた後、上記セラミック焼結体の側面にスプ
レーで被覆し、それぞれのガラス焼成温度で１５分焼成
し、約０．２ｍｍのガラス被覆層を形成した。

次にこのガラス被覆素子の上下の面に金を約３μの厚さ
に蒸着して電極をそれぞれ求めた。

また参考例として、ガラス被覆工程を省き側面にエポキ
シ樹脂を被覆した素子を作った。

ところでセラミック電圧非直線抵抗体の電気的特性にお
いて要求されるのは、低電圧における洩の電流が小さい
こと、大電流通電時に端子電圧が低くかつ側面閃絡を生
じないことである。

これらセラミック電圧非直線抵抗体素子について上記電
気的特性をそれぞれ測定した結果を表−３に示す。

表−３から明らかのように本発明に係るガラスを被覆し
たセラミック電圧非直線抵抗素子は、エポキシ被覆に比
較して、洩れ電流増加は１０％以下であり、ｌｏＫＡ通
電時端子電圧は全く同じであり、電気的にはエポキシ被
覆と同等な性能を示した。

一方側面閃絡せずに通電しうる最大電流はエポキシ被覆
素子の約２倍になっている。

これは、本発明に係るガラス被覆の抵抗値ががエポキシ
被覆の１〜２桁低いため、素子側面の電界が均一に制御
されて、局部的に高電界が発生しにくくなつたためと考
えられる。

以上から、本発明の組成範囲のガラス被覆したセラミッ
ク電圧非直線抵抗素子は、被覆なし素子エポキシ被覆素
子にくらべて優れた電気的性能を有することは明らかで
ある。

特に高電圧回路に適用する場合は、本発明のガラス被覆
セラミック非直線抵抗素子の側面閃絡に強い性質が大き
な利点となる。

また、先に述べたように、非直線抵抗素子側面の水分吸
着などによる特性劣化もなくなり、かつ機械的強度も向
上するので、高電圧の電力系統に挿入される避雷器やサ
ーザアブソーバーに用いられるセラミック非直線抵抗素
子のように著しく高い信頼性を要求される場合に本発明
を適用する効果は極めて大きい。

尚上記実施例では、主に高電圧用セラミック非直線抵抗
素子に適用した場合について述べたが、勿論低圧用セラ
ミック非直線抵抗素子に適用することができ、信頼性向
上に寄与することができる。

また上記実施例では側面のみをガラス被覆する方法につ
いて説明したが、全面をガラス被覆することもできる。

その際、電極を形成した後のセラミック非直線抵抗素子
全体をガラス被覆するのが有効である。

更に、複数のセラミック非直線抵抗体素子をまとめてガ
ラス被覆すると小型化に寄与する。

本発明の実施例では蒸着した全電極を用いたが、アルミ
ニューム、銀、銅、亜鉛など他の金属及びそれらの合金
などでも使用でき、電極形成法も蒸着法だけでなく、ス
クリーン印刷法、溶射法などの他の電極形成法で形成し
た電極を用いたセラミック非直線抵抗体素子にも本発明
を適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＺｎＯ系セラミック電圧非直線抵抗素子につき
被覆ガラスの焼成（流動）温度と高温高湿下での放置に
おけるもれ電流との関係を示す曲線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｉ ＺｎＯ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、８１０２１５〜′４０重量％、Ｐｂ
   ０２５〜６０重量％、Ａｌ２０３１〜８重量％、Ｂ２Ｏ
   ３３〜２０重量％およびＲＯ（ＲはＭｇ、 Ｃａ、 Ｓ
   ｒ、 Ｂａ）うちの少なくとも１種）２〜２０重量％を
   含み且つ熱膨張係数が５０〜７０ Ｘ １０−７／’Ｃ
   流動温度６００〜８００℃のガラス層を被覆して成るこ
   とを特徴とするセラミック電圧非直線抵抗体。