JPS61242004A - 酸化亜鉛電圧非直線抵抗体 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明け、酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体
の電気特性の改良に関するものである。

〔従来の技術〕

電圧非直線抵抗体は、サージアブソーバ、電圧安定化素
子、避雷器などに多く使用されている。

近年では酸化亜鉛を主成分とする酸化物焼結体が開発さ
れ、この焼結体を使用することが多く、その主流となっ
ている。

従来、この種の焼結体は酸化亜鉛を主成分とし、さらに
微量添加物である峻化ビスマス、酸化コバルト、峻化マ
ンガンなどの原料を十分に混合し、適当な大きさζこ加
圧成形した後で、１０００℃以上の高温で焼成したもの
である。

この酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体は、焼結
体中に存在する酸化亜鉛の結晶同志の接触部分（粒界部
分）に存在するショットキ形の電位障壁により、電圧非
直線性を示すと解されている。

酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体け、他の非直
線抵抗体（例えばｓｉｃなど）と比較して、非直線性に
優れている。さらに、非直線性は焼結体自身の性質に起
因していることから、素子の特性は素子形状や焼成時の
条件などを変えることにより比較的自由に変化させるこ
とができる。以上のような利点を持つことから、酸化亜
鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体の使用け、年々増加
している。

従来の電圧非直線抵抗体け、直流ま７：け交流の電圧を
印加すると、もれ電流は時間とともに増大する傾向を持
ち、その結果、素子は発熱し、熱暴走現象を呈し、つい
には素子破壊へと至るなど、寿命に限界があった。この
ようなもれ電流の問題げきわめて重要であり、素子の長
寿命化を図ることは、不可欠なものである。このため、
従来は素子の初期もれ電流を小さくすることや課電率（
Ｖ。

／Ｖ１ｍ報、Ｖｏ：印加電圧）をできるだけ小さくする
などの方法がとられてきた。

しかし、電圧非直線素子の性能向上という点からはあま
り望ましいものではなかった。第４図は一般的な酸化亜
鉛電圧非直線抵抗体の電流電圧特性を示す特性図で、縦
軸は電圧、横軸は電流を表わす。この図から説明すると
、素子の性能で重要なことげ、規格により定まる大電流
側の制限電圧比、例えばｖｌｏにＡと、実際の印加電圧
ｖＯとの比（ｖＩＯＫ＾／ｖ０）であり、この比が小さ
い方が望ましい。

すなわちｖｏができるだけ大きい方がよい。しかしｖｏ
が大きくなると、課電率が上昇し、短寿命となり問題で
ある。素子性能の改善と寿命の問題けきゎめて重要であ
る。素子の長寿命化の試みは、焼成条件や添加物の選択
や組み合せ等により進められ・ある程度成功したが、制
限電圧比（ｖｌＯＫＡ　／ｖｍ＾）の値が大きくなるな
どの欠点があった。

さらに、課電中の素子に゛高エネルギサージが注入され
た場合の熱的安定性の問題がある。これはサージ吸収に
よる素子の温度上昇と放熱に関する問題で、素子８度が
ある臨界温度を越えると素子は熱暴走へと至る。

印加電圧が一定とすると、素子への電気人力Ｐ　”け（
１１式で示される： Ｐ−Ｐａ　ｅｘｐ　（−）　　　　　　　　（１）Ｔ Ｅａは活性化エネルギ、ｋけボルツマン定＆、Ｔけ絶対
温度、ＰＧけ定数である。

また、自然放熱ｉ−Ｑけ（２）式により示される：Ｑ−
Ｋ（Ｔ−Ｔｏ） ここで、Ｋけ定数である。

この様子を第５図の酸化亜鉛電圧非直線抵抗体の熱収支
を示す特性図に示せば、曲線Ａ　（ｆｘ１式に対応し、
電気的入力Ｐを示す。）、と直線Ｂ（！２１式に対応し
、放熱ｔＱを示す。）とで表わせる。

なお、縦軸は熱量、横軸げ照度を表わす。直線Ｂけ開門
条件により決まるが、曲線人は素子の温度特性により決
定する。図中のＯ−Ｄ点の間でけ放熱が発熱を上回り熱
的には安定であるが、Ｄ点を越えると、素子は熱暴走へ
と至る。それ故、Ｄ点けより高温であることが望ましい
。こ−ｒＬけｉｌ１式でＫａ　、　Ｐａが小さな値を持
つことを意味する。これらの値も組成や焼成の条件で変
化する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように従来の酸化亜鉛電圧非直線抵抗体では、素
子の長寿命化を図ると動作性能が劣る。

また一方制限電圧比を小さくして性能向上を図ると寿命
が短かぐなるという問題点があった。ざらに課電中の素
子に高エネルギが注入さｈ７：場合の熱的安定性にも間
頌があった。

この発明けかかる問題点を除去するためになされたもの
で、電圧印加時において、長寿命で制限電圧比が小さく
、もｈ電流の温度特性に優れ７：酸化亜鉛電圧非直線抵
抗体を得ることを目的とする。

〔発明を解決するための手段〕

この発明の酸化亜鉛電圧非直線抵抗体は、酸化亜鉛を主
咬分とし、金属コバルトを０．１〜２．０モル係含有す
る混合物を焼結したものである。

〔作用〕

この発明においてけ、金属コバルトを０．１〜２．０モ
ル係含有させることにより、第１図に示すように、制限
電圧比を小さくし、ま７′：第２図に示すようにもれ電
流の温度特性も優れ、さらに第３図に示すように長寿命
化も達成できた。

こｆ′Ｌｉ−を金属コバルトが酸化コバルトに比較して
より高純度であり、不純物の影響を受けないためか、ま
７′：けより活性的であることから素子の内服焼結体中
へより均一に拡散してぃ（７：め、などが考えられる。

〔実施例〕

この発明の酸化亜鉛電圧非直線抵抗体は、金属コバルト
を０．１〜２°、０モル係、酸化ビスマス（Ｂｉｚｏｓ
）ヲ０．１〜１０．０−ｔ：　ル４、並びニ酸化７　ｙ
　ｆ　４７　（５ｂｚＯ３）、酸化マンガン及び酸化ク
ロム（ｅｒ２０ｓ）　ヲ各０．１〜１．０モル嗟の範囲
で含有し、残部が酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる混合物を
１０００℃以上で焼結して形成する。

実施例 駿化ビスマス０．５モル係、峻化アンｆ％７１．０モル
％、Ｗｌ化マンガン０．５モル％、酸化クロム０．５モ
ル幅、及び金属コバルトをＯ〜１０．０モル幅の範囲で
含有し、残部が酸化亜鉛とした配合比の原料粉末を十分
に混合粉砕して混合物を調製した。この混合物を加圧成
形し、さらに成形体を１１９０℃で焼収した。次ｒで、
アルミニウム電極を形成し電気特性を計測した。

４！Ｊ１図Ｆ′ｉ酔化亜鉛電圧非直線抵抗体への金属コ
バルトの添加量と、制限電圧比（Ｖ＊、　ａＫＡ　／　
Ｖｌｏｍ＾）との関係を示す特性図で、縦軸はコバルト
無添加の場合で正規化した制限電圧比を、横軸に金属コ
バルトの添加量゛を示す。ＡＩＩＪＩＩ！電圧比は金属
コバルトの添加によφ減少していき、添加量が０．１〜
２．０モル幅の範囲で、はぼコバルト無添加の場合の値
の９ｏ％となる。さらにコバルトの添加量を増すと。

Ｓ’ｌＪ　ｖａ電圧比づ増大していく。

制限電圧比から見ると、金属コバルトの添加量は０．１
〜２．０モル幅の範囲が適しており、０．４〜１．０モ
ル幅の範囲のものけ、より適当であると考えられる。

図中、に印で示した点け、従来と同じく、酸化コバルト
を１．０モル％（金属コバルトで換算）添加した場合の
電圧制限比である。また金属コバルトを１０モル幅添加
した素子は電圧印加時に壊れ、測定不能となった。

第２図はもれ電流の経度特性からみた熱的安定性につい
て検討したもので、酸化亜鉛電圧非直線抵抗体の金属コ
バルトの添加量ともれ電流の関係を示す特性図で、縦軸
は制限電圧比の場合と同じくコバルト無添加の場合の値
で正規化したもれ電流を、横軸は金属コバルトの添加量
（モル優）を表わす。なお、この値は測定温度１５０℃
とし、ｖ２．ａＫＡの５ｏ１を印加した場合のもれ電流
を測定したものである。もれ電流は、コバルトの添加量
が１．０モル幅付近で極小となり、その前後で増大する
。これより素子の熱的安定性の面からは金属コバルトの
添加量が０．１〜２．０モル幅の範囲が適している。

さらに０．５〜１．０モル幅の範囲がより適していると
考えられる。また、第１図と同様に、従来どおり酸化コ
バルトを添加した場合のもれ電流の特性を簑印で示した
。もれ電流の温度特性では金属コバルト添加の方が優れ
ている。

第３図は素子の課電寿命について検討したもので、酸化
亜鉛電圧非直線抵抗体の金属コバルトの添加量をパラメ
ータとした素子のもれ電流の経時変化を示す特性図で、
縦軸けも九電ｆｉ（ｍＡ）を、横軸は時間（ｈｒ）を表
わす。

図中、特性曲線１１１〜（７）は、それぞれコバルト添
加量を下記のように定めた。

Ｃｏ　（モＡ４）　　　　ＣｏｚＯ５（モル憾）（１１
ｏ　　　　　　　　− ＋２１　　　０．１　　　　　　− １３１　　　０．２　　　　　　− ＋４１　　　０．４　　　　　　− ＋５１　　　　　　１．０　　　　　　　　　　　−＋
６１　　　２．０　　　　　　− （７１−１，０ 但Ｌ、酸化コバルトのモル％げ、金属コノ（ルトとして
換算したものである。

図中、特性曲線は水平または右下ジになる程、素子は安
定であると言え、長寿命と見冷せる。従って、第３図の
曲線群の中で、安定な素子と見なせるものけ、Ｔ３＋　
、　＋４１　、　［６１であり、その中で最も安定なも
のは、（３）の曲線である。その場合の金属コバルトの
添加量は、０．２モル幅である。

ηｂ、　＋２１　、　＋６１の特性曲線も（７）の従来
の特性曲線より安定であるといえる。従って、金属コバ
ルトを添加したものけ従来の酸化コバルトを添加したも
のより安定であり、金属コバルトの添加ｔｈ、０．１〜
２．０モル幅が適当で、０．２〜１．０モル幅がより適
当であると考えられる。

これらの結果から、金属コバルトを添加し７：＋％合の
素子の特性は、従来の酸化コバルトを添加した場合と比
較して、もれ電流の温度特性や寿命に関して優れており
、制限電圧比に関しても、はぼ同等の値を得ることがで
きた。このような良好の特性を得る金属コバルへの添加
＠け、第１〜３図より、０．１〜２．０モルチが適当で
あり、０．５〜０．。

モルチがより適当であると考えられる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、酸化亜鉛を主成分と
し、金属コバルトを０．１〜２．０モルチ含有する混合
物を焼結することにより、制限電圧比の小さい、温度特
性に優れた長寿命の酸化亜鉛電圧非直線抵抗体が得られ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は酸化亜鉛電圧非直線抵抗体の金属コバルトの添
加量と制限電圧比の関係を示す特性図、第２図は酸化亜
鉛電圧非直線抵抗体の金属コバルトの添加量ともれ電流
の関係を示す特性図、第３図は金属コバルトの添加量を
パラメータとした酸化亜鉛電圧非直線抵抗体のもれ電流
の経時変化を示す特性図、第４図は一般的な酸化亜鉛電
圧非直線抵抗体の電流電圧特性を示す特性図、第５図は
素子における熱収支を示す特性図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化亜鉛を主成分とし、金属コバルトを０．１〜
   ２．０モル％含有する混合物を焼結してなる酸化亜鉛電
   圧非直線抵抗体。
2. （２）混合物は金属コバルトを０．５〜１．０モル％含
   有している特許請求の範囲第１項記載の酸化亜鉛電圧非
   直線抵抗体。