JPS6025006B2

JPS6025006B2 - 電圧非直線抵抗体

Info

Publication number: JPS6025006B2
Application number: JP55010068A
Authority: JP
Inventors: 邦裕前田; 忠彦三吉; 武夫山崎; 研高橋; 満浦
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-02-01
Filing date: 1980-02-01
Publication date: 1985-06-15
Also published as: JPS56108203A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体に関
する。

近年、非直線抵抗が非常に良好な酸化亜鉛系電圧非直線
抵抗体として、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、酸化シ
リコン等を添加したものが知られている。

この電圧非直線抵抗体を高電圧サージアブソーバやアレ
スタとして用いる場合、沿面閃絡を防止するために、第
１図に示す如く抵抗体１の側面に、無機質の高抵抗酸化
物を焼き付けて高抵抗層２を形成する方法が知られてい
る。しかし、一般に側面高抵抗層焼付け法では、抵抗体
１と高抵抗層２との熱膨張係数の差から焼き付け過程に
おいて両者が界面剥離を起したり、あるいは高抵抗層に
亀裂が生じたりしやすく、従って界面閃絡あるし、は沿
面閃絡が起り易いという欠点があった。また、たとえ亀
裂や剥離が生じないように注意して焼き付けても、これ
らの抵抗体構造では長波尾を有する例えば２ｍｓの矩形
波状の衝撃電流に対して第１図における電極３の端部４
で貫通破壊が起り易いという欠点があった。これに対し
、第２図のａまたはｂのように電極端部を電流が流れな
い側面高抵抗層上にのせる構造も知られているが、電流
が抵抗体のみに流れて高抵抗層側には流れないため、衝
撃電流が流れる度に発生する瞬間的な熱応力が抵抗体と
高抵抗層の界面に繰り返し加わり、亀裂が生じて界面閃
絡し易くなるという欠点があった。本発明の目的は、長
波尾衝撃電流耐量の大なる酸化亜鉛系非直線抵抗体を提
供するにある。

本発明の電圧非直線抵抗体は、素体の側面表皮層に金属
拡散による高抵抗層を形成し、電極端部が繁体端面でこ
の高抵抗層に乗り上げるように構成した点に特徴がある
。本発明者等は、長波尾衝撃電流に対して電極端部で貫
通破壊がおこりやすい原因について種々検討した結果、
電極端部では電界集中が生じ電極中心部に比べて約４〜
５倍の電界が印加され、電極端部に過大な電流が流れ、
低抗体が熱破壊に至るものであることをつきとめた。短
波尾衝撃電流の場合も同様の電流集中がおこるが、ァレ
タにおいては一般に短波尾衝撃電流の処理ェネルギは長
波尾に比べて小さいために上記のような電流集中による
熱破壊よりも高電界による沿面閃絡が問題となる。本発
明の一例は、徴量の銅イオンの拡散で酸化亜鉛結晶粒を
高抵抗化できるという実験的知見に基づき、第３図に示
すように非直線抵抗体１の側面表皮部に銅拡散層の高低
抗層５を形成し、この上に電極３の端部４をのせること
によって、電極端部での電界集中による過大な電流集中
を阻止するようにしたものである。また、電極端部と秦
体側面までの距離を特定することにより沿面閃絡を阻止
するようにしたものである。本発明の拡散層上に電極端
が重なるよう設置された構造では、■ 拡散層と拡散さ
れない層との間に熱膨張係数の違いがほとんどない、■
拡散層内の抵抗は銅イオンのような金属イオンの量が
多いほど高くなる。

したがって、長波尾衝撃電流印加時に、電流は拡散層内
の抵抗分布に従って連続的に変化し、電極端部の電界集
中に基づく電流集中を緩和する。このため、本発明の構
造では、第１図や第２図の構造のような、極端な電流不
均一はおこらない、などの理由から、長波尾衝撃電流印
加時にこの部分の破壊がおこりにくいものと考える。な
お、拡散層としてリチウムを用いても同様な効果を得る
ことができるが、リチウムイオンはＺＭ結晶格子中を移
動し易いため、長期間電界を印加されると素体全体に拡
散し、結果的には長波尾衝撃電流耐量が低下する煩向が
ある。次に、本発明の実施例を示して説明する。

実施例１Ｚｎ０にＢｉ２０３０．７ｍｏｌ％，ＭｎＣ０３０．５
ｍｏｌ％，Ｃ０２０３１ｍｏｌ％，Ｃｒ２０３０．５ｍ
ｏｌ％，Ｂ０３０．２ｈｏｌ％，Ｓｉ０２１ｍｏｌ％，
ＳＱ０３１ｍｏｌ％を添加し、ボールミルを用いて１劫
湿式混合した。

これを乾燥したのち＄れ％ポリビニ・‐ルァルコール水
溶液１肌ｔ％を加えて造粒し、直径５６側、厚さ２２肌
の柱状に成形した。成形圧力は７５０ｋ９ノめであった
。これを抵抗加熱炉を用いて２００００ノｈの速度で昇
温し１２５０℃でｌｈ大気中焼成したのでち炉中放冷し
、非直線抵抗体素子を作製した。次にブチルカルビトー
ル１０００のこエチルセルロース１４０夕を熔解した液
中にＣ−○粉末７００夕を分散させた溶液を作り、上記
素子側面にその約ｌｃｃを均一に塗布した。これを２０
０００／ｈで昇温し、１０００ｑ○で１ｈ力ｏ熱し拡散
処理した。その後「種々の径のＡＩ電極を上下面に溶射
により形成した。第４図の曲線７はこの素子における素
子側面からの距離とＣｕ含有量の関係を測定した結果を
示している。又、同図曲線６は素子側面から電極端まで
の距離と長波尾衝撃電流耐量との関係を示している。尚
、長波尾衝撃電流耐量は電極端と素子側面の距離が雲、
即ち、素子の上下面全面に電極をつけた時の電流密度値
で規格化してある。第５図は、拡散条件を９５０００，
ｌｈとした時のＣｕの量く曲線９）と長波尾衝撃電流耐
量（曲線８）の測定結果を第４図と同様に示したもので
ある。第４図、第５図から判るように、拡散条件によっ
てＣｕの拡散状況は変化するが、長波尾衝撃電流耐量は
いずれの場合も電極端がＣｕの拡散層上にある時に大き
くなっていることが判る。特に電極端がＣｕ量のＣｕ０
に換算して０．０１モル％以上含まれる部分にある時は
、長波尾衝撃電流耐量試験における素子の破壊モードは
すべて電極内貫通破壊となり、抵抗体自身の耐量特性と
等しくなった。これにより、長波尾衝撃電流特性は従来
構造の２〜２．３音に向上した。またＣ仏０分散溶液の
塗布量を変えてもＣｕの拡散状況を変えることができた
Ｍしかし、いずれの塗布量で拡散しても電極端がＣｕ
拡散層上にある時には電極端破壊モードが少なくなり、
耐量の向上が見られた。特にＣｕ０に換算して０．０１
モル％以上のＣｕが含まれる部分の上にある時に電極端
破壊モードがなくなってすべて電極内破壊モードとなり
、耐量値が従釆の２〜２．５倍になることは上述の結果
と同じであった。第６図は、上述した素子と同様にして
作成した素子の短波尾衝撃電流耐量と、素子の側面から
電極端までの距離の関係を調べた結果を示している。

図ではその距離が２肌の時の電流密度で規格化して示し
た。図から明らかな様に上記距離が零、即ち、素体端面
全面に電極を付けた時は沿面閃絡し易くなり、耐量値は
大きく抵下する。これは、上下面研磨時の端部損傷ある
し、は溶射電極形成の精度などに起因するものと思われ
るが、側面より０．２肋以上距離を設けて電極を形成す
ることにより、沿面閃絡による耐量低下を無くすことが
できた。実施例２実施例１と同様にして成形した素子を９５０ｑＣでｌｈ
仮暁したのち、実施例１と同じＣｕ２０分散溶液を０．
４ｃｃ素子側面に塗布した。

塗布に際しては上記溶液量にトリクロルェチレンを加え
て塗布し易い粘度に調整した。次にこれを１２００ｑｏ
でｌｈ本焼成したのち素子上下面に種々の径のＮ溶射電
極を形成した。この素について、実施例１と同様に、素
子側面からの距離とＣｕ量、及び素子側面から電極端ま
での距離と長波尾、短波尾衝撃電流耐量を測定した。結
果は実施例１と同様に、電極端がＣｕの拡散層上にある
時に長波尾耐量は大きくなり、特に電極端がＣのに換算
して０．０１モル％以上のＣｕ量が含まれる部分にある
時長波耐量は従来の２〜２．５倍に向上した。短波尾耐
量についても結果は実施例１と同様であった。実施例
３実施例１と同様にして作製した成形体に実施例１と同じ
Ｃら○分散溶液０．５ｃｃを成形体側面に均一に塗布し
た。

溶液の粘度調整は実施例２と同様にして行った。その後
、１２００二０でｌｈ焼成し、同時にＣｕを拡散させた
のち素子上下面に種々の径の山総射電極を形成した。こ
の素子について、実施例１，２と同様に、素子側面から
の距離とＣｕの量、及び素子側面から電極端までの距離
と長波尾、短波尾衝撃電流耐量を測定した。結果は実施
例１，２と同様に、電極端力ギＣｕの拡散層上にある時
に長波尾耐量は大きくなり、特に電極端がＣｕ０に換算
して０．０１モル％以上のＣｕ量が含まれる部分にある
時長波尾耐量は従来の２〜２．３騎こ向上した。短波尾
耐量についても結果は実施例１，２と同じであった。実
施例４実施例１と同様にして非直線抵抗体素子を焼成した。

次にブチルカルビトール１０００のこエチルセルロース
１４０夕を溶解した液中に、Ｃ山○粉末３５０夕と素子
組成と同じ組成の粉末３５０夕を混合して分散溶液を作
製した。これを上記素子側面に約１．５ｃｃ均一に塗布
し、１０００午０で１ｈ刀ロ熱拡処理した。その後、種
々の径のＡＩ溶射電極を素子上下面に形成し、実施例１
と同機にして長波尾及び短波尾衝撃電流耐量を測定した
。結果は実施例１と同機に、電極端力むｕの拡散層上に
ある時に長波尾耐量は大きくなり、特に電極端がＣｕ０
に換算して０．０１モル％以上のＣｕ量が含まれる部分
にある時、長波尾耐量は従釆の２〜２．５倍に向上した
。短波尾耐量についての結果も実施例１と同様であった
。なお、拡散させる鋼材料は酸化鋼にかぎらず、拡散時
の加熱により酸化銅となるものであれば何でも良い。以
上述べたように、本発明によれば、酸化亜鉛系非直線抵
抗体における電極端部での貫通破壊あるし、は沿面閃絡
を防ぐことができるので、従来のものに比べて２〜２．
５倍の長波尾衝撃電流耐量が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の電圧非直線抵抗体の構造を
示す断面図、第３図は本発明による電圧非直線抵抗体の
構造を説明する断面略図、第４図および第５図は抵抗体
中の銅拡散量、電極端部位直および長波尾衝撃電流耐量
との関係を示す曲線図、そして第６図は電極端部位直と
短波尾衝撃電流耐量との関係を示す曲線図である。１・・・・・・Ｚｎ○素子素体、２・・・・・・燐付け
高抵抗層、３・・・・・・電極、４・・・・・・電極端
部、５…・・・金属拡散高抵抗層。繁ー図第２図（〇）多２図くｂ）第３図第４図第５図劣る国

Claims

【特許請求の範囲】

１酸化亜鉛を主成分とし、これに金属酸化物を添加焼
結された柱状素体の両端面に薄膜電極が付設されたもの
において、前記素体の側面表皮層がＣｕＯに換算して０
．０１モル％以上のＣｕが拡散された高抵抗層を形成し
ており、前記薄膜電極の端部が素体の側面から０．２ｍ
ｍ以上隔て、かつ前記高抵抗層上に乗上げて設けられて
いることを特徴とする電圧非直線抵抗体。