JPS60206003A

JPS60206003A - 非直線抵抗体

Info

Publication number: JPS60206003A
Application number: JP59059462A
Authority: JP
Inventors: 丹野　善一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1984-03-29
Publication date: 1985-10-17
Also published as: JPH0518241B2

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】［発明の技術分野］本発明は酸化亜鉛を主成分とし、電圧非直線抵抗特性を
持つ焼結成いは成形された素体の側面に、高抵抗層を形
成して成る電圧非直線抵抗体に関するものである。

［発明の技術的背景］電圧非直線抵抗体は、一般にはバリスタと呼ばれ、その
優れた非直線電圧−電流特性が利用されて、電圧安定化
或いはサージ吸収を目的とした避雷器やサージアブソー
バに広く利用されている。

代表的なものとして、近年開発された酸化亜鉛バリスタ
がある。これは酸化亜鉛を主成分とし、これに少量のビ
スマス、アンチモン、コバルト、マンガン、クロム等の
酸化物を添加し、混合造粒、成形した後、空気中で高温
焼成し、その焼結体に電極を取り付けて構成されるもの
である。その非直線抵抗特性は非常に優れており、焼結
体は酸化亜鉛粒子とその周囲をとりまく添加物により形
成される粒界層から成り、優れた非直線抵抗特性は酸化
亜鉛粒子と粒界層との界面に起因すると考えられており
、電圧−電流特性をある程度任意に調節し得る等多くの
特長を備えている。

［背景技術の問題点］ところで、これら酸化亜鉛系バリスタを電力用避雷器と
して使用するには、次の様な欠点があった。即ち、酸化
亜鉛素子単体では、耐湿性が劣り避雷器の様な苛酷な環
境で使用するには好ましくない上、大電流パルスを印加
した時の非直線抵抗体の抵抗の変化率が大きく、従って
長期に亘って雷パルスや電圧ザージパルスを受ける過電
圧保護装置には不適当である。そのため、長期間に亘っ
て安定した電気特性を持つ金属酸化物非直線抵抗体が要
望されて１いた。

こうした要求に対して、酸化亜鉛を主体とりる焼結素材
の側面に、エポキシ樹脂コー１〜を施したり、Ｚ　ｎｙ
　Ｓ　ｂ２０”１２　、２　ｎ２Ｓ　ｉ　０４を中心と
した高抵抗層等を形成することが提案され実施されてい
る。しかし、エポキシ樹脂コートは耐電ル特性か悪く、
またＺｎｙ　Ｓｂ２０＋ｚ　、Ｚｎ２５　ｉＯ４系によ
ると耐湿特性などは改良されたが、大電流パルスを印加
した時の抵抗の変化率が大きいという問題はまだ残って
いｌｃｏ［発明の目的］本発明は上記要望に鑑みなされｌｃもので、長期間に亘
り繰り返し過電流パルスが印加されても、電気特性の劣
化の少ない金属酸化物非直線抵抗体を提供することを目
的とする。

［発明の概要］かかる目的を達成づるため、本発明は、酸化亜鉛を主体
とする焼結成いは成形糸体の側面に、酸化ビスマス、酸
化鉄及びアンチモンを、Ｂ１２Ｏ３、、Ｆｅ２０ｓ　、
５ｂ２０３に換算して、ソレソれ０．３〜２０モル％、
５０〜９５モル％、５〜５０モル％の範囲内で総和を１
００モル％とした組成物によって形成された高抵抗層を
形成することによって、大電流パルスが加わった場合に
お（）るバリスタ電圧の変化率の小さな電圧非直線抵抗
体を得る様にしたものである。

［発明の実施例］以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明による非直線抵抗体の断面図で、図中
符号１は酸化亜鉛を主成分とした焼結素体、２はその両
側面に形成された高抵抗層、３は上下両面に設けられた
電極である。

この様な構成の非直線抵抗体を製造づるには、−例とし
て、次の様にする。

まず、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末に酸化ビスマス（Ｂｉ
ｚＯ３）、酸化コバルト（Ｃ０２０３）　。

酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化アンチモン（Ｓｂｚ　Ｏ
３）、酸化ニッケル（Ｎｉｐ）の粉末を夫々０．５〜５
モル％の範囲で添加し、これらの原料粉末を十分に混合
するために水１分散剤、バインダー、潤滑剤と共に混合
装置に入れて混合した。

この混合物スラリーを、スプレードライヤーで例えば平
均粒径１００ミクロンになる様に造粒し、この粉末をプ
レスにかけ直径４ＱｍｍＷさ４０ｍｍの円板に成形した
。添加した分散材、バインダー、潤滑剤を予め除くため
空気中で５００℃で焼成後、１０２０℃で仮焼した素体
に予め用意した高抵抗層形成用スラリーをスプレーガン
を用いて塗布した。

前記の高抵抗層形成用スラリーは、以下の様に調製され
ｔ＝、酸化ビスマス（ＢｉｚＯ３）、１化第二鉄（Ｆｅ
２０３）、酸化アンチモン（Ｓｂ２０３）に純水を加え
適当なスラリーにした。この時、ポリビニルアルコール
の様な結合剤を０．１ｗｔ％程添加することにより、塗
膜の弾痕が増大した。この素体を１０５０〜１３００℃
の温度で焼成した。このようにして得７ｊ焼結素体の両
面を研磨し、アルミニウムの溶射により電極３を形成し
て、電圧非直線抵抗体を得た。

この電圧非直線抵抗体に大電流パルスを印加した時の耐
電圧特性（ここでは４×１０マイクロ秒の波形で２回印
加により側面閃絡しない値を用いた）と、塗布した高抵
抗層形成用スラリーの組成との関係、更に８×２０マイ
クロ秒の波形で１０ＫＡの電流を２０回印加後における
印加方向と逆方向のΔＶ１０μＡの変化率と高抵抗層形
成用スラリーの組成との関係の実施例、比較例を表（１
）に示した。これらに示した値は焼成温度が１１５０℃
のものである。

また、第２図にＢｉ２０３１０モル％に固定した時のＦ
ｅ２ｕｓと５ｂ２０３の組成比と耐電圧特性の関係を、
第３図にＦｅｚ　０３　／Ｓｂｚ　０３−４に固定した
時のＢｉ２Ｏ３量と耐電圧特性の関係を示した。

表（１）で明らかな様に、エポキシ樹脂を塗布したもの
やペースト塗布なしのものは、１０ＫＡかそれ以下の電
流で沿面閃絡を生じているのに対し、本発明による素子
ははるかに優れた耐電圧特性を有°することかわかる。

また、従来知られているＺｎｙ　５ｂ２０＋２／Ｚｎ２
５１ｏ４＝０．２５の組成物を塗布したものは、耐電圧
特性は充分に実用に耐える特性を有しているが、パルス
印加によるバリスタ電圧の変化率が若干人ぎかった。ま
た、表（Ｉ）及び第２．３図によれば、その総和が１０
０モル％の組成物で、Ｂｉ２０ａは０．３〜２０モル％
、Ｆｅ２Ｏ３は５〜９５モル％、５ｂ２ｏ３は５〜５０
モル％の範囲を外れると、所望の特性を示さないことは
明らかである。

次に、これらの素子の側面にお１ノる成分のｍ度分布に
ついてＸ線マイクロアナライザーを用いて測定したとこ
ろ、少なくとも鉄とアンチモンの存在が確認されＩＣ，
、その量は、深さ１０μｍの位置において、夫々Ｆｅ２
Ｏ３と３ｂ２０ａに換算して、本発明の非直線抵抗体で
は５モル％以上及び１モル％以上含まれていることがわ
かった。酸化ビスマスの役割は融剤として働き、酸化鉄
や酸化アンチモンの拡散或いは酸化亜鉛との反応を促進
するものと考えられている。酸化ビスマスにより素体に
拡散された鉄及びアンチモンが、酸化亜鉛等と反応して
高抵抗層となり、耐電圧特性、耐パルス特性を向上させ
ている。

上記実施例によれば、本発明の非直線抵抗体は、耐電圧
特性に優れ、大電流パルスに対する変化率も小さく、極
めて優れた安定性を示すことがわかる。このことは、素
子を電力用避雷器等に使用した場合において、非當に優
れた信頼性を保証するものであり、実用的見地から見て
重要である。

なお、本発明の実施例では、原料として酸化物を用いた
が、焼結して酸化物になるものであれば何でも良く、例
えば水酸化物、炭酸化物、シュウ酸化物等であっても同
じ効果が得られることはいうまでもない。また、実施例
に示した添加物以外に、非直線抵抗体の特性を向上させ
る目的で他の成分を加えてもよく、耐湿特性や耐電圧特
性を更に向上させる為に、当該非直線抵抗体の外側にガ
ラス成分等を焼付けることは望ましいことである。

また、本実施例では高抵抗層形成物質を仮焼した素体に
塗布したが、成形した素体に塗布しても同様の効果が認
められ７Ｌ　０［発明の効果］以上述べて来た様に、本発明によれば、酸化亜鉛を主体
とし電圧非直線性を有する焼結成いは成形素体の側面に
、酸化ビスマス、酸化鉄及びアンチモンを、８１２０３
．Ｆｅ２Ｏ３，５ｂ２０３に換算して、それぞれ０．３
〜２０モル％、５０〜９５モル％、５〜５０モル％の範
囲内で総和を１００モル％とした組成物によって形成さ
れノ＝高抵抗層を形成したことにより、耐電圧特性、大
電力パルス特性に優れた信頼性の高い電圧非心線抵抗体
を提供づることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る非直線抵抗体の構造を示す断面図
、第２因はＦｅ２ｅ３と５ｂ２０３の比と耐電圧特性を
示すグラフ、第３図はＢｉ２Ｏ３添加量と耐電圧特性の
関係を示すグラフである。１・・・焼結素体、２・・・高抵抗層、３・・・電極。出願人　東京芝浦電気株式会社代理人　弁理士　水内　光第１図第２図５ｂ２０３　０　２６　４０　６０　８０　ＴＯＯ−Ｈ
／Ｌ−％第３図１０　２０　３０　４０　モル６ムｊ２０Ｂ手続補正書相利昭和６０年４月１９日特許庁長官殿１、事件の表示昭和５９年特許願第５９４６２号２、発明の名称非直線抵抗体３、補正する者事件との関係　特許出願人株式会社　東芝４、代理人東京都港区赤坂１−１−１７昭和５９年４月２日名称変更済（一括ン６、補正の内容（１）明細書第１頁の特許請求の範囲の記載を別紙の通
り訂正する。（２）同、第４頁第１３行の「組成物によって」を「組
成物を用いて」と訂正する。（３）同、第５頁第１行の「両側面」を「側面」と訂正
づ“る。（４）同、第１０頁第１８行の［総和を１００モル％ど
した組成物によって形成されｌｃ］を［総和が１００モ
ル％なる組成比の物質を用いてＦｅ。ｓｂを含む」と訂正する。以」Ｌ２、特許請求の範囲（１）電圧非直線性を有する酸化亜鉛を主成分とする素
体の側面に高抵抗層を形成した非直線抵抗体において、前記高抵抗層が、酸化ビスマス、酸化鉄及びアンチモン
を、Ｂｉ２０ａ　、Ｆｅｚ　Ｏ３，５ｂ２０３に換算し
て、それぞれ０．３〜２０モル％、５０〜９５モル％、
５〜５０モル％の範囲内で総和が１００モル％なる組成
１の物　を　いて七　し人−ことを特徴とする非直線抵
抗体。（２）高抵抗層が、酸化亜鉛を主成分とする焼結素体の
側面に、スラリー状となった組成物を塗布した後焼結づ
ることによって形成されたものである特許請求の範囲第
１項記載の非直線抵抗体。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電圧非直線性を有する酸イヒ亜鉛を主成分とする
素体の側面に高抵抗層を形成した非直線抵抗体において
、前記高抵抗層が、酸化ビスマス、酸化鉄及びアンチモン
を、Ｂｉ２Ｏ３，Ｆｅ２０３．５ｂ２０３に換算して、
それぞれ０．３〜２０モル％、５０〜９５モル％、５〜
５０モル％の範囲内で総和を１００モル％とした組成物
によって形成されていることを特徴とする非直線抵抗体
。
（２）高抵抗層が、酸化亜鉛を主成分とづ゛る焼結素体
の側面に、スラリー状となった組成物を塗布した後焼結
することによって形成されｌｃものである特許請求の範
囲第１項記載の非直線抵抗体。