(57)【要約】【課題】焼成体の性能を低下させることなく酸化亜鉛素子の電気特性を向上させること。【解決手段】酸化亜鉛素子１は、焼成体２の側面に側面材３が形成されている。焼成体２は、酸化亜鉛、酸化ビスマス(III)、酸化アンチモン(III)、酸化コバルト（II））及び酸化マンガン（IV）を含む。側面材３は、酸化亜鉛、酸化アンチモン(III)、二酸化ケイ素及び酸化ビスマス(III)を含む。側面材３の酸化アンチモン(III)は、側面材３の酸化亜鉛の１．０〜２．０倍の重量比で含まれる。側面材３の二酸化ケイ素は、側面材３の酸化亜鉛の１．０〜１．２倍の重量比で含まれる。側面材３の酸化ビスマス(III)は、側面材３の酸化亜鉛の０．１〜１．０倍の重量比で存在する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼成体の側面に側面材が形成された酸化亜鉛素子であって、
前記焼成体は、酸化亜鉛、酸化ビスマス(III)、酸化アンチモン(III)、酸化コバルト（II）及び酸化マンガン（IV）を含み、
前記側面材は、酸化亜鉛、酸化アンチモン(III)、二酸化ケイ素及び酸化ビスマス(III)を含み、
前記側面材の酸化アンチモン(III)は、当該側面材の酸化亜鉛の１．０〜２．０倍の重量比で含まれ、
前記側面材の二酸化ケイ素は、当該側面材の酸化亜鉛の１．０〜１．２倍の重量比で含まれ、
前記側面材の酸化ビスマス(III)は、当該側面材の酸化亜鉛の０．１〜１．０倍の重量比で含まれること
を特徴とする酸化亜鉛素子。
【請求項２】
前記焼成体は中心部よりも側面部の近傍の方が酸化亜鉛結晶粒子の粒径が小さいこと
を特徴とする請求項１に記載の酸化亜鉛素子。
【請求項３】
前記側面材の近傍は、ケイ酸亜鉛を含むこと
を特徴とする請求項１または２に記載の酸化亜鉛素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、避雷器に用いられる酸化亜鉛素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
送配電線，変電設備への雷撃サージなどによる過電圧抑制のため、あるいは変圧器など各種電力機器の保護装置として酸化亜鉛形の避雷器が広く用いられている。
【０００３】
電流−電圧非直線特性、寿命特性およびサージエネルギー耐量に優れると共に、高温下での熱安定性を向上させた、過電圧保護装置の小型化に寄与可能な電圧非直線抵抗体に関する技術が開示されている（特許文献１）。前記電圧非直線抵抗体は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を主成分とした焼結体からなる。具体的には、主成分にＺｎＯを９５ｍｏｌ％以上含んだ前記焼結体は、副成分としてＢｉ、Ｓｂ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉを、それぞれＢｉ2Ｏ3（酸化ビスマス（III））、Ｓｂ2Ｏ3（酸化アンチモン（III））、Ｃｏ2Ｏ3（酸化コバルト（III））、）ＭｎＯ（酸化マンガン（II）およびＮｉＯ（酸化ニッケル（II））に換算して、Ｂｉ2Ｏ3を０．３〜１ｍｏｌ％、Ｓｂ2Ｏ3を０．５〜２．５ｍｏｌ％、Ｃｏ2Ｏ3を０．３〜１．５ｍｏｌ％、ＭｎＯを０．２〜２ｍｏｌ％、ＮｉＯを０．５〜３ｍｏｌ％含んでいる。また、ＭｎＯに対するＮｉＯの含有量の比は２．０〜６．０、ＭｎＯに対するＳｂ2Ｏ3の含有量の比は１．５〜４．０である。
【０００４】
また、焼成体の側面には高抵抗層を形成させることにより放電耐量特性の向上が図られている（特許文献２）。先ず、酸化ビスマス（III），酸化アンチモン（III），酸化亜鉛，二酸化ケイ素等の酸化物とエチルセルロース，ブチルカルビトール，酢酸ｎブチル等の有機結合剤とが配合されたペーストが、３０〜３００μｍの膜厚となるように、焼成体の側面に塗布される。次いで、これを昇降温速度が２０〜１００℃／ｈｒ、最高保持温度が１０００〜１３００℃好ましくは１０５０〜１２５０℃、保持時間が３〜７時間の条件で本焼成する。次いで、ガラス粉末に有機結合剤としてエチルセルロース、ブチルカルビトール、酢酸ｎブチル等を加えたガラスペーストが前記側面の高抵抗層上に５０〜３００μｍの厚さに塗布される。そして、空気中で昇降温度が５０〜２００℃／ｈｒ、最高保持温度が４００〜８００℃、保持時間が０．５〜４時間の条件で、熱処理されることにより、前記焼成体の側面にガラス層が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７２０３４号公報
【特許文献２】特開平４−１２７０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
酸化亜鉛素子は、上記の特許文献２の側面材が形成されることにより、サージ耐量が向上するが、ワットロス性能が低下するなど、焼成体の電気性能を低下させることがある。
【０００７】
本発明は、上記の事情を鑑み、焼成体の性能を低下させることなく酸化亜鉛素子の電気特性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明の一態様は、焼成体の側面に側面材が形成された酸化亜鉛素子であって、前記焼成体は、酸化亜鉛、酸化ビスマス(III)、酸化アンチモン(III)、酸化コバルト（II）及び酸化マンガン（IV）を含み、前記側面材は、酸化亜鉛、酸化アンチモン(III)、二酸化ケイ素及び酸化ビスマス(III)を含み、前記側面材の酸化アンチモン(III)は当該側面材の酸化亜鉛の１．０〜２．０倍の重量比で含まれ、前記側面材の二酸化ケイ素は当該側面材の酸化亜鉛の１．０〜１．２倍の重量比で含まれ、前記側面材の酸化ビスマス(III)は当該側面材の酸化亜鉛の０．１〜１．０倍の重量比で含まれる。
【０００９】
本発明の一態様は、前記酸化亜鉛素子において、前記焼成体は中心部よりも側面部の近傍の方が酸化亜鉛結晶粒子の粒径が小さい。
【００１０】
本発明の一態様は、前記酸化亜鉛素子において、前記側面材の近傍はケイ酸亜鉛を含む。
【発明の効果】
【００１１】
以上の本発明によれば、焼成体の性能を低下させることなく酸化亜鉛素子の電気特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の酸化亜鉛素子の外観を示した斜視図。
【図２】酸化亜鉛結晶粒子の大きさの分布を模式的に示した本発明の酸化亜鉛素子の横断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
［酸化亜鉛素子１の態様例］
本発明の一実施形態である酸化亜鉛素子１は、図１に例示されたように、円柱状の焼成体２の側面に側面材３が形成された状態となっている。
【００１５】
焼成体２は、酸化亜鉛、酸化ビスマス(III)、酸化アンチモン(III)、酸化コバルト（II）及び酸化マンガン（IV）を含んでなる。具体的には、焼成体２は、酸化亜鉛、酸化ビスマス(III)、酸化アンチモン(III)、酸化コバルト（II）及び酸化マンガン（IV）の粉末が混合され、さらに、ＰＶＡ（ポリビニールアルコール）等の有機バインダが添加され、円柱状等に加圧成型される。そして、この成型体を１０００℃以上の高温で焼成することにより、焼成体２が得られる。
【００１６】
側面材３は、酸化亜鉛、酸化アンチモン（III）、二酸化ケイ素及び酸化ビスマス(III)を含んでなる。側面材３において、酸化アンチモン（III）は酸化亜鉛の１．０〜２．０倍の重量比で存在し、二酸化ケイ素は酸化亜鉛の１．０〜１．２倍の重量比で存在し、酸化ビスマス(III)は酸化亜鉛の０．１〜１．０倍の重量比で存在する。
【００１７】
図２は、酸化亜鉛素子１の酸化亜鉛結晶粒子の大きさの分布を模式的に示した酸化亜鉛素子１の横断面図である。図示されたように、側面材３は、焼成体２の側面部に略均一の膜厚で形成される。
【００１８】
また、焼成体２は酸化亜鉛結晶粒子の集合体であり、図２には示していないが、酸化亜鉛結晶粒子間に絶縁成分が遍在する。絶縁成分は、ビスマス、アンチモンを含む酸化化合物である。
【００１９】
特に、酸化亜鉛結晶粒子は焼成体２の中心部から側面材３に近づくにつれて粒径が小さくなる。具体的には、同図に示されたように、焼成体２の側面部寄りに分布する酸化亜鉛結晶粒子２２の粒子径は焼成体２の中心部に分布する酸化亜鉛結晶粒子２１の粒子径よりも小さくなっている。側面材３の近傍に分布する酸化亜鉛結晶粒子２３の粒子径は酸化亜鉛結晶粒子２２の粒子径よりも小さくなっている。
【００２０】
［酸化亜鉛素子１の作用効果］
側面材３の成分を含むスラリーを仮焼体に塗布した後に焼成することにより側面材３が焼成体２をコーティングする構造となる。側面材３の成分に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）を含有させることにより、焼成時に二酸化ケイ素が焼成体２に拡散し、ケイ酸亜鉛（ＺｎＳｉＯ4）等の化合物が形成されるので、酸化亜鉛結晶粒子の成長を阻害する。この焼成時の作用によって、図２に示されたような特徴的な酸化亜鉛結晶粒子の分布が形成される。そして、この分布の形成により焼成体２の性能を低下させることなく、酸化亜鉛素子の電気特性が向上する。
【００２１】
［酸化亜鉛素子１の実施例］
表１に本発明の酸化亜鉛素子１の実施例とその比較例の評価結果を示す。同表においては、電気特性（動作開始電圧、非直線係数、ワットロス、制限電圧比、サージ耐量試験限界値）の評価結果が開示されている。実施例１の電気特性の評価値を１００とした場合の比較例１及び比較例２の電気特性の相対値が開示されている。動作開始電圧は、電圧グレードを決定するための指標である。また、非直線係数及びサージ耐量試験限界値は高い方が良く、ワットロス及び制限電圧比は低い方が良い。
【００２２】
（実施例１）
酸化亜鉛、酸化ビスマス(III)、酸化アンチモン(III)、酸化コバルト（II）及び酸化マンガン（IV）の粉末を混合し、さらに、有機バインダとしてＰＶＡを添加し、円柱状に加圧成型して成型体を得た。次いで、この成型体を脱脂及び収縮のため９００℃で仮焼成することにより仮焼体を得た。そして、特許文献２の高抵抗層の形成法に基づき、前記仮焼体の側面に側面材３の成分（酸化亜鉛、酸化アンチモン（III）、二酸化ケイ素及び酸化ビスマス(III)）を含むスラリーを所定の膜厚で塗布し、１０００℃以上の高温で焼結した。尚、前記スラリーは、酸化アンチモン（III）が酸化亜鉛の１．０〜２．０倍の重量比となるように、二酸化ケイ素が酸化亜鉛の１．０〜１．２倍の重量比となるように、酸化ビスマス(III)が酸化亜鉛の０．１〜１．０倍の重量比となるように、調製した。以上のように焼成体２の側面に側面材３が形成された実施例１の酸化亜鉛素子１を前記電気特性の試験に供した。
【００２３】
（比較例１）
比較例１の酸化亜鉛素子１は側面材３を形成させていない焼成体２のみから成るものである。そして、この比較例１の酸化亜鉛素子１を前記電気特性の試験に供した。
【００２４】
（比較例２）
比較例２の酸化亜鉛素子１は、側面材３の成分として二酸化ケイ素を含まないこと以外は、実施例１の酸化亜鉛素子１と同じ成分及び製法により得たものである。そして、この比較例２の酸化亜鉛素子１を前記電気特性の試験に供した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
実施例１の酸化亜鉛素子１は、比較例１の酸化亜鉛素子１と比べて、酸化亜鉛素子としてのサージ耐量特性が向上したことが示された。また、比較例２の酸化亜鉛素子１のように側面材３の成分として二酸化ケイ素を含まない場合には電気性能が劣るものとなることが確認された。さらに、側面材３の成分比は、酸化アンチモン（III）が酸化亜鉛の１．０〜２．０倍の重量比を超えると、二酸化ケイ素が酸化亜鉛の１．０〜１．２倍の重量比を超えると、または、酸化ビスマス(III)が酸化亜鉛の０．１〜１．０倍の重量比を超えると、比較例２と同様に耐電圧特性が劣るものとなることも確認された。
【００２７】
以上の本発明の実施形態の粒子構造及びケイ酸亜鉛の分布、側面材成分比により、焼成体の性能に悪影響を及ぼすことなく、酸化亜鉛素子としての電気特性、特に、サージ耐量特性及び電気特性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１…酸化亜鉛素子
２…焼成体、２１〜２３…酸化亜鉛結晶粒子
３…側面材
【図１】
2020047685.tif 000004
【図２】
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