JP2000348912A - 電圧非直線性抵抗体磁器およびバリスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型化しても機械的強度を簡単かつ安価に向
上させることができる電圧非直線性抵抗体磁器およびバ
リスタを提供する。 【解決手段】 電圧非直線性抵抗体磁器よりなる電圧非
直線性抵抗体１１の対向面に対して一対の電極１２，１
３が配設されている。電圧非直線性抵抗体磁器はＺｎを
含む酸化物を主成分として含んでおり、添加物としてＣ
ｏ，Ａｌ，希土類元素など、あるいはＣｏ，Ａｌ，Ｂ
ｉ，Ｓｂなどを含んでいる。残留炭素の含有量は少ない
方が機械的強度が高くなり、３１重量ｐｐｍ未満となっ
ている。また、炭素の含有量が少なくなりすぎるとバリ
スタ電圧が低くなってしまうので、希土類元素系では７
重量ｐｐｍよりも多く、Ｂｉ系では１０重量ｐｐｍより
も多い方が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、亜鉛を含む酸化物
を含有する電圧非直線性抵抗体磁器およびそれを用いた
バリスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、サイリスタ、トランジスタあるい
は集積回路などの半導体素子および半導体回路に関する
技術が急速に発展してきている。それに伴い、計測、制
御、通信機および電力機器などの広い分野において半導
体素子および半導体回路が使用されるようになり、これ
らの機器の小型化および高性能化が急速に進展してい
る。ところが、一方で、これらの機器およびその部品の
耐電圧性能、耐サージ性能あるいは耐ノイズ性能は十分
ではなく、異常なサージあるいはノイズから保護する必
要がある。そこで、一般には、バリスタを用いることに
より異常なサージあるいはノイズからそれらの機器およ
びその部品を保護している。

【０００３】バリスタには、例えば、炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ），酸化チタンストロンチウム（ＳｒＴｉＯ₃ ）ある
いは亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物などをそれぞれ主成分と
する電圧非直線性抵抗体磁器を用いたものが知られてい
る。中でも、亜鉛を含む酸化物を用いたものは、一般
に、制限電圧が低く、電圧非直線指数が大きいなどの特
徴を有しているので、半導体素子のように過電流耐量の
小さなもので構成される機器を過電圧から保護するのに
適している。よって、最近では、この亜鉛を含む酸化物
を用いたバリスタが炭化ケイ素を用いたものに代わり広
く利用されるようになっている。

【０００４】なお、この亜鉛を含む酸化物を用いたバリ
スタでは、電圧非直線性抵抗体磁器に添加物としてコバ
ルト（Ｃｏ）およびアルミニウム（Ａｌ）の他、希土類
元素およびその他の元素、またはビスマス（Ｂｉ），ア
ンチモン（Ｓｂ）およびその他の元素などを含むことに
より各種の特性を得ている。最近では、低電圧化による
薄型化および小型化が進んでおり、特に機械的強度の改
善が望まれている。通常、機械的強度を向上させるに
は、ホットプレスを用いて製造したり、原料粉末の粒径
を小さくして焼成温度を下げ結晶粒径を小さくしたり、
あるいは種々の添加物を添加して結晶粒径を小さくする
などの方法がとられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ホット
プレスを用いて製造すると製造コストがかかり、製造工
程も通常の製品に比べて長くなり、しかも設備的にも高
価なものとなってしまうので、結果的に製品が高価とな
ってしまうという問題があった。また、原料粉末を微粉
化すると、製造する際に原料の取り扱いが難しく、かつ
原料を微粉化する工程が新たに必要となるので、製造が
難しく煩雑となってしまうという問題があった。更に、
デバイスの小型化および薄型化の観点からは、電圧非直
線性抵抗体磁器の単位厚さ当たりのバリスタ電圧を向上
させる必要があった。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、薄型化しても機械的強度を簡単にか
つ安価に向上させることができる電圧非直線性抵抗体磁
器およびそれを用いたバリスタを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による電圧非直線
性抵抗体磁器は、亜鉛を含む酸化物を含有するものであ
って、炭素の含有量が３１重量ｐｐｍ未満のものであ
る。

【０００８】本発明による電圧非直線性抵抗体磁器で
は、炭素の含有量が３１重量ｐｐｍ未満となっているの
で、機械的強度が改善される。

【０００９】なお、本発明による電圧非直線性抵抗体磁
器では、例えば、コバルトを酸化コバルト（ＣｏＯ）に
換算して０．２重量％以上５重量％以下の範囲内で含む
と共に、アルミニウムを酸化アルミニウム（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）に換算して０．００１重量％以上０．０５重量
％以下の範囲内で含む場合がある。

【００１０】また、本発明の一つの形態としては、ラン
タン，セリウム，プラセオジム，ネオジム，サマリウ
ム，ユウロピウム，ガドリニウム，テルビウム，ジスプ
ロシウム，ホルミウム，エルビウム，ツリウム，イッテ
ルビウムおよびルテチウムからなる群のうちの少なくと
も１種の希土類元素を、酸化物（Ｒ₂ Ｏ₃ ；Ｒは希土類
元素）に換算し希土類元素の合計で０．２重量％以上５
重量％以下の範囲内で含む場合もある。この場合、炭素
の含有量を７重量ｐｐｍよりも多くすれば単位厚さ当た
りのバリスタ電圧を比較的高くすることができるので好
ましく、２０重量ｐｐｍ以下とすれば機械的強度をより
改善できるので好ましい。

【００１１】更に、異なる一つの形態としては、ビスマ
スを酸化ビスマス（Ｂｉ₂ Ｏ₃ ）に換算して０．５重量
％以上５重量％以下の範囲内で含むと共に、アンチモン
を酸化アンチモン（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ）に換算して１重量％以
上１０重量％以下の範囲内で含む場合がある。この場
合、炭素の含有量を１０重量ｐｐｍよりも多くすれば単
位厚さ当たりのバリスタ電圧を比較的高くすることがで
きるので好ましく、２６重量ｐｐｍ以下とすれば機械的
強度をより改善できるので好ましい。

【００１２】本発明によるバリスタは、亜鉛を含む酸化
物を含有する電圧非直線性抵抗体磁器を用いたものであ
って、電圧非直線性抵抗体磁器は、炭素の含有量が３１
重量ｐｐｍ未満のものである。

【００１３】すなわち、本発明によるバリスタは、本発
明の電圧非直線性抵抗体磁器を用いたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】（第１の実施の形態）本実施の形態に係る
電圧非直線性抵抗体磁器は、亜鉛を含む酸化物を最大含
有物である主成分として例えば９０重量％以上含んでい
る。この電圧非直線性抵抗体磁器は、また、添加物とし
て表１に示した元素を含んでいる。すなわち、コバルト
と、アルミニウムと、ランタン（Ｌａ），セリウム（Ｃ
ｅ），プラセオジム（Ｐｒ），ネオジム（Ｎｄ），サマ
リウム（Ｓｍ），ユウロピウム（Ｅｕ），ガドリニウム
（Ｇｄ），テルビウム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄ
ｙ），ホルミウム（Ｈｏ），エルビウム（Ｅｒ），ツリ
ウム（Ｔｍ），イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテチウ
ム（Ｌｕ）からなる群のうちの少なくとも１種の希土類
元素と、カリウム（Ｋ），ルビジウム（Ｒｂ）およびセ
シウム（Ｃｓ）からなる群のうちの少なくとも１種のア
ルカリ金属元素と、クロム（Ｃｒ）と、マグネシウム
（Ｍｇ），カルシウム（Ｃａ），ストロンチウム（Ｓ
ｒ）およびバリウム（Ｂａ）からなる群のうちの少なく
とも１種のアルカリ土類金属元素と、ケイ素とを含んで
いる。

【００１６】

【表１】

【００１７】これら添加物の元素のうちの少なくとも一
部は亜鉛を含む酸化物に含まれ、残りの一部は亜鉛を含
む酸化物の粒界に存在している。亜鉛を含む酸化物の粒
界に存在する添加物は、どのような状態で存在していて
もよい。例えば、添加物のうちの１種類の元素で酸化物
を構成していてもよく、複数の元素で酸化物を構成して
いてもよい。なお、これらの添加物を含む理由は次の通
りである。コバルト，希土類元素およびアルカリ土類金
属元素は非直線特性を向上させるためであり、アルミニ
ウムは制限電圧を低くしかつ漏れ電流を少なくするため
であり、アルカリ金属元素およびクロムはサージ寿命を
改善するためであり、ケイ素は高温高湿中での負荷寿命
を改善するためである。

【００１８】また、これら添加物の好ましい含有量は先
の表１に示した通りである。すなわち、コバルトは酸化
コバルト（ＣｏＯ）に換算して０．２重量％以上５重量
％以下の範囲内であることが好ましい。０．２重量％未
満であると十分に非直線特性を向上させることができ
ず、５重量％を超えるとサージ寿命が低下してしまうか
らである。アルミニウムは酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）に換算して０．００１重量％以上０．０５重量％以
下の範囲内であることが好ましい。０．００１重量％未
満であると十分に制限電圧を低くすることができず、
０．０５重量％を超えると漏れ電流が増大してしまうか
らである。希土類元素は、希土類元素をＲとするとＲ₂
Ｏ₃ で表される酸化物に換算し希土類元素の合計で０．
２重量％以上５重量％以下の範囲内であることが好まし
い。０．２重量％未満であると十分に非直線特性を向上
させることができず、５重量％を超えるとサージ寿命が
低下してしまうからである。

【００１９】アルカリ金属元素は、酸化物（Ｋ₂ Ｏ，Ｒ
ｂ₂ Ｏ，Ｃｓ₂ Ｏ）に換算しアルカリ金属元素の合計で
０．０１重量％以上０．５重量％以下であることが好ま
しい。０．０１重量％未満であると十分にサージ寿命を
延長することができず、０．５重量％を超えると焼結が
阻害され焼結状態が悪化してしまうからである。クロム
は酸化クロム（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）に換算して０．０３重量％
以上０．５重量％以下であることが好ましい。０．０３
重量％未満であると十分にサージ寿命を向上させること
ができず、０．５重量％を超えると焼結が阻害され焼結
状態が悪化してしまうからである。

【００２０】アルカリ土類金属元素は、酸化物（Ｍｇ
Ｏ，ＣａＯ，ＳｒＯ，ＢａＯ）に換算しアルカリ土類金
属元素の合計で０．０２重量％以上０．５重量％以下の
範囲内であることが好ましい。０．０２重量％未満であ
ると十分に非直線特性を向上させることができず、０．
５重量％を超えると高温高湿中での負荷寿命において劣
化しやすくなるからである。ケイ素は二酸化ケイ素（Ｓ
ｉＯ₂ ）に換算して０．００５重量％以上０．１重量％
以下の範囲内であることが好ましい。０．００５重量％
未満であると高温高湿中での負荷寿命を十分に向上させ
ることができず、０．１重量％を超えるとサージ寿命が
低下してしまうからである。

【００２１】更に、この電圧非直線性抵抗体磁器は、炭
素（Ｃ）の含有量が少ない方が機械的強度および非直線
特性を向上させることができ、できれば炭素を含まない
方がより好ましい。ここでは、炭素の含有量を３１重量
ｐｐｍ未満とすることにより、その効果を十分に得るこ
とができるようになっている。なお、より高い効果を得
るには炭素の含有量を２０重量ｐｐｍ以下とする方が好
ましく、１５重量ｐｐｍ以下とすれば更に好ましい。但
し、一方で、炭素の含有量が少なくなると単位厚さ当た
りのバリスタ電圧が低くなってしまうので、薄型化する
場合には炭素の含有量があまり少なくなりすぎるのは好
ましくなく、例えば、７重量ｐｐｍよりも多い方が好ま
しい。

【００２２】なお、この電圧非直線性抵抗体磁器は、全
体の組成が上述した範囲内にあれば完全に均質でなくて
もよく、例えば異相を含んでいてもよい。また、この電
圧非直線性抵抗体磁器の結晶粒径は、例えば、５μｍ以
上２００μｍ以下の範囲内であり、１０μｍ以上１００
μｍ以下の範囲内であれば好ましい。

【００２３】このような構成を有する電圧非直線性抵抗
体磁器は、例えば、次のようにして製造することができ
る。

【００２４】図１はその製造方法の工程を表すものであ
る。まず、原料粉末として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末
と、上述した添加物の元素を含む酸化物あるいは水酸化
物または炭酸塩の粉末とを用意し、添加物の含有量が上
述した通りとなるようにそれぞれを秤取る。次いで、例
えば、この原料粉末に純水と必要に応じて分散剤とを加
えて混合する（ステップＳ１）。その際、原料粉末の平
均粒径は例えば０．１μｍ以上５．０μｍ以下とする。
均一に混合することが容易であり、取り扱いも容易にで
きるからである。

【００２５】続いて、例えば、この混合した原料粉末を
乾燥させ、粉砕し（ステップＳ２）、バインダと必要に
応じて分散剤とを添加して造粒し（ステップＳ３）、乾
燥させる（ステップＳ４）。その際、バインダには、ポ
リビニルアルコール（ＰＶＡ；以下、ＰＶＡと言う），
エチルセルロース，ナイロンなどの有機バインダまたは
純水などを用いる。

【００２６】そののち、例えば、造粒し乾燥させたもの
を加圧成形し（ステップＳ５）、大気雰囲気中において
３００℃以上８００℃以下の範囲内の温度において加熱
しバインダを除去する（ステップＳ６）。この加熱時間
は例えば０．５時間以上５時間以下とする。なお、この
脱バインダは、大気よりも酸素分圧の高い雰囲気中で行
ってもよく、純酸素雰囲気中において行ってもよい。

【００２７】バインダを除去したのち、例えば、１００
０℃以上１４５０℃以下の範囲内まで昇温し、その温度
で焼成する（ステップＳ７）。この焼成時間は例えば
０．５時間以上５時間以下とする。また、この焼成は、
大気中で行ってもよく、大気よりも酸素分圧の高い雰囲
気中、あるいは純酸素雰囲気中において行ってもよい。
更に、脱バインダ後であれば密閉した容器中で焼成して
もよく、昇温の際に窒素ガスあるいはアルゴンガスなど
の不活性ガス雰囲気中としてもよい。なお、脱バインダ
工程（ステップＳ６）と焼成工程（ステップＳ７）と
は、連続して行っても不連続に別々に行ってもよい。こ
れにより、本実施の形態に係る電圧非直線性抵抗体磁器
が得られる。

【００２８】このようにして製造される電圧非直線性抵
抗体磁器は、例えば、バリスタを構成する材料として好
ましく用いられる。

【００２９】図２はバリスタ１０の一構成例を表すもの
である。このバリスタ１０は、例えば、一対の対向面を
有する円板状の電圧非直線性抵抗体１１と、この電圧非
直線性抵抗体１１の対向面に対してそれぞれ設けられた
一対の電極１２，１３とを備えている。この電圧非直線
性抵抗体１１は、本実施の形態に係る電圧非直線性抵抗
体磁器により構成されている。また、電極１２，１３
は、例えば、銀などの金属により構成されている。

【００３０】このバリスタ１０は、上述したようにして
電圧非直線性抵抗体１１が形成されたのち、その対向面
に例えば銀ペーストが印刷され、例えば５００℃以上７
００℃以下の温度で焼き付けられることにより、製造さ
れる。

【００３１】また、このバリスタ１０は、例えば、次の
ようにして用いられ、作用する。

【００３２】図３はこのバリスタ１０を用いた電気回路
の一構成例を表すものである。この電気回路は、例え
ば、電子レンジあるいは電話器などの電子機器２１を電
源線２２を介して図示しない電源に接続するものであ
り、バリスタ１０は電源線２２に対して電子機器２１と
並列に接続される。これにより、電源線２２を介して例
えば雷サージが侵入した場合、バリスタ１０により雷サ
ージ電圧ａがバリスタの制限電圧ｂに制限され、電子機
器２１にはバリスタ電圧ｂが印加される。よって、電子
機器２１に過電圧が印加されることが回避される。

【００３３】また、ここでは、バリスタ１０の電圧非直
線性抵抗体１１における炭素の含有量が３１重量ｐｐｍ
未満となっているので、機械的強度および非直線特性が
高くなっている。よって、厚さを薄くしても割れあるい
は欠けがなく、高い信頼性を有している。更に、電圧非
直線性抵抗体１１における炭素の含有量を７重量ｐｐｍ
よりも多くするようにすれば、単位厚さ当たりのバリス
タ電圧が高くなり、薄型化が可能となる。

【００３４】なお、ここでは、電子機器２１を電源に対
して接続する電源線２２にバリスタ１０を配置するよう
にしたが、アース線と電源線との間に配置する場合や、
あるいは電話回線などの信号線に配置する場合もある。

【００３５】このように本実施の形態によれば、電圧非
直線性抵抗体磁器における炭素の含有量を３１重量ｐｐ
ｍ未満とするようにしたので、簡単かつ安価に機械的強
度および非直線特性を向上させることができる。よっ
て、この電圧非直線性抵抗体磁器を用いてバリスタを構
成すれば、機械的強度および非直線性を高くすることが
でき、薄いものであっても割れあるいは欠けの発生を防
止することができる。よって、信頼性を向上させること
ができると共に、小型化および低価格化を図ることがで
きる。

【００３６】特に、炭素の含有量を７重量ｐｐｍよりも
多くするようにすれば、単位厚さ当たりのバリスタ電圧
を高くすることができ、薄型化を図ることができる。ま
た、炭素の含有量を２０重量ｐｐｍ以下、更には１５重
量ｐｐｍ以下とするようにすれば、より機械的強度およ
び非直線性を高くすることができる。

【００３７】（第２の実施の形態）本実施の形態に係る
電圧非直線性抵抗体磁器は、第１の実施の形態と添加物
の元素が異なり、かつ炭素の最適含有量が異なることを
除き、第１の実施の形態と同一の構成を有しており、同
様にして製造され、同様にして用いられ、同様に作用す
る。よって、ここでは、図１乃至図３を参照し、同一の
構成要素には同一の符号を付して、同一部分についての
詳細な説明を省略する。

【００３８】この電圧非直線性抵抗体磁器は、亜鉛を含
む酸化物を最大含有物である主成分として例えば８０重
量％以上含んでいる。この電圧非直線性抵抗体磁器は、
また、添加物として表２に示した元素を含んでいる。す
なわち、コバルトと、アルミニウムと、ビスマス（Ｂ
ｉ）と、アンチモン（Ｓｂ）と、クロムとマンガン（Ｍ
ｎ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群のうちの少なく
とも１種と、銀（Ａｇ）と、ケイ素とを含んでいる。第
１の実施の形態と同様に、これら添加物の元素のうちの
少なくとも一部は亜鉛を含む酸化物に含まれ、残りの一
部は亜鉛を含む酸化物の粒界に存在している。亜鉛を含
む酸化物の粒界に存在する添加物は、第１の実施の形態
と同様に、どのような状態で存在していてもよい。

【００３９】

【表２】

【００４０】なお、これらの添加物を含む理由は次の通
りである。コバルトおよびアンチモンは非直線特性を向
上させるためであり、アルミニウムはバリスタ電圧を低
くしかつ漏れ電流を少なくするためであり、ビスマスは
非直線特性を向上させると共に焼結性を向上させるため
であり、クロム，マンガン，ニッケルおよび銀はサージ
寿命，温度特性および１ｍｍ当たりのバリスタ電圧Ｖ
_1mA /mm のばらつきを改善するためであり、ケイ素は高
温高湿中での負荷寿命を改善するためである。

【００４１】また、これら添加物の好ましい含有量は先
の表２に示した通りである。すなわち、コバルトは酸化
コバルト（ＣｏＯ）に換算して０．２重量％以上５重量
％以下の範囲内であることが好ましい。０．２重量％未
満であると十分に非直線特性を向上させることができ
ず、５重量％を超えるとサージ寿命が低下してしまうか
らである。アルミニウムは酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）に換算して０．００１重量％以上０．０５重量％以
下の範囲内であることが好ましい。０．００１重量％未
満であると十分に制限電圧を低くすることができず、
０．０５重量％を超えると漏れ電流が増大してしまうか
らである。ビスマスは酸化ビスマス（Ｂｉ₂Ｏ₃ ）に換
算して０．５重量％以上５重量％以下の範囲内であるこ
とが好ましい。０．５重量％未満であると十分に焼結さ
せることができず、５重量％を超えると非直線性が低下
してしまうからである。

【００４２】アンチモンは酸化アンチモン（Ｓｂ
₂ Ｏ₃ ）に換算して１重量％以上１０重量％以下である
ことが好ましい。１重量％未満であると十分な非直線性
を得ることができず、１０重量％を超えると焼結が阻害
されてしまうからである。クロム，マンガンおよびニッ
ケルは酸化物（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ，ＭｎＯ，ＮｉＯ）に換算し
それらの合計で０．２重量％以上３重量％以下であるこ
とが好ましい。０．２重量％未満であると十分にサージ
寿命を向上させることができず、３重量％を超えると焼
結が阻害されてしまうからである。

【００４３】銀は酸化銀（Ａｇ₂ Ｏ）に換算して０．０
２重量％以上０．５重量％以下の範囲内であることが好
ましい。０．０２重量％未満であると添加の効果を得ら
れず、０．５重量％を超えると非直線性が低下してしま
うからである。ケイ素は二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）に換
算して０．００５重量％以上０．５重量％以下の範囲内
であることが好ましい。０．００５重量％未満であると
高温高湿中での負荷寿命を十分に向上させることができ
ず、０．５重量％を超えるとサージ寿命が低下してしま
うからである。

【００４４】更に、この電圧非直線性抵抗体磁器は、第
１の実施の形態と同様に、機械的強度および非直線特性
については炭素の含有量の少ない方が好ましく、できれ
ば炭素を含まない方がより好ましい。一方、薄型化を考
えると炭素の含有量があまり少なくなりすぎるのは好ま
しくない。ここでは、炭素の含有量を３１重量ｐｐｍ未
満とすることにより、機械的強度および非直線特性に十
分に高くできるようになっており、より高い効果を得る
には炭素の含有量を２６重量ｐｐｍ以下とする方が好ま
しく、１９重量ｐｐｍ以下とすれば更に好ましい。ま
た、薄型化を考えた場合には、炭素の含有量は１０重量
ｐｐｍよりも多い方が好ましい。

【００４５】このように本実施の形態によれば、電圧非
直線性抵抗体磁器における炭素の含有量を３１重量ｐｐ
ｍ未満とするようにしたので、第１の実施の形態と同一
の効果を得ることができる。特に、炭素の含有量を１０
重量ｐｐｍよりも多くするようにすれば、単位厚さ当た
りのバリスタ電圧を高くすることができ、薄型化を図る
ことができる。また、炭素の含有量を２６重量ｐｐｍ以
下、更には１９重量ｐｐｍ以下とするようにすれば、よ
り機械的強度および非直線性を高くすることができる。

【００４６】

【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について詳細
に説明する。

【００４７】（第１の実施例）まず、原料粉末として、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）を９７．１ｇ、酸化コバルト（Ｃｏ
₃ Ｏ₄ ）を１．５ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）
を０．００２ｇ、水酸化ランタン（Ｌａ（ＯＨ）₃ ）を
０．１４ｇ、酸化プラセオジム（Ｐｒ₆ Ｏ₁₁）を０．９
ｇ、炭酸カリウム（Ｋ₂ ＣＯ₃ ）を０．０７ｇ、酸化ク
ロム（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）を０．０８ｇ、炭酸マグネシウム
（ＭｇＣＯ₃ ）を０．０８ｇ、炭酸カルシウム（ＣａＣ
Ｏ₃ ）を０．１ｇおよび二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）を
０．０２ｇそれぞれ秤取り、それらをポリイミド製のポ
ットに入れ、純水を加えて酸化ジルコニウム製のボール
を用い回転台に載せて混合した。表３に原料粉末として
混合した混合物とその混合量をそれぞれ示す。

【００４８】

【表３】

【００４９】次いで、混合した原料粉末を蒸発皿に移
し、乾燥機で乾燥させ、粉砕したのち、バインダを添加
しながら造粒し、蒸発皿に移して乾燥させた。なお、そ
の際、バインダの種類を変化させ、バインダにＰＶＡを
用いたもの、エチルセルロースを用いたもの、あるいは
純水を用いたものをそれぞれ作製した。続いて、造粒し
乾燥させたものを成形密度３〜４ｇ／ｃｍ³ 、直径１
２．０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板状に加圧成形し、大
気雰囲気中において２時間加熱し、バインダを除去し
た。なお、その際、脱バインダ温度を変化させ、バイン
ダの種類が同じものについて８００℃，７００℃または
６００℃でそれぞれバインダを除去した。

【００５０】そののち、窒素ガス雰囲気中において１２
００℃まで昇温を行い、大気雰囲気中において１２９０
℃で４時間焼成を行った。これにより、９種類の電圧非
直線性抵抗体磁器の試料（実施例１１〜１９）を得た。

【００５１】この得られた試料（実施例１１〜１９）に
ついて残留している炭素の含有量をそれぞれ調べた。こ
こでは、堀場製作所製の炭素・硫黄分析装置（ＥＭＩＡ
５２０）を用い、試料を酸素気流中において高周波加熱
により燃焼させ、赤外線吸収方により測定した。それら
の結果をバインダの種類および脱バインダ温度条件と共
に表４にそれぞれ示す。このように、バインダの種類と
脱バインダの温度とを異ならせることにより、残留する
炭素の含有量に違いが生じていた。

【００５２】

【表４】

【００５３】また、同様にして得られた他の試料（実施
例１１〜１９）について、対向面に銀ペーストをそれぞ
れ印刷し、６００℃で焼き付けて、バリスタをそれぞれ
作製した。そののち、作製したバリスタについて、１ｍ
ｍ当たりのバリスタ電圧Ｖ_1mA /mm と、１ｍＡから１０
ｍＡにおける電圧非直線指数α₁₀とをそれぞれ測定し
た。なお、電圧非直線指数α₁₀は、数１に示した式によ
って求められる。それらの結果についても表４に合わせ
てそれぞれ示す。また、１ｍｍ当たりのバリスタ電圧Ｖ
_1mA /mm と炭素の含有量との関係を図４に、電圧非直線
指数α₁₀と炭素の含有量との関係を図５にそれぞれ示
す。

【００５４】

【数１】 α₁₀＝ｌｏｇ（１０／１）／ｌｏｇ（Ｖ_10mA／Ｖ_1mA ） Ｖ_10mA；１０ｍＡにおけるバリスタ電圧 Ｖ_1mA ；１ｍＡにおけるバリスタ電圧

【００５５】更に、同様にして得られた他の試料（実施
例１１〜１９）について、縦２ｍｍ、横４ｍｍ、厚さ
０．４ｍｍの大きさに加工し、デジタル荷重試験器を用
いＪＩＳ（Ｒ１６０１）に従って抗折強度試験をそれぞ
れ行った。それらの結果についても表４に合わせてそれ
ぞれ示す。また、抗折強度と炭素の含有量との関係を図
６に示す。加えて、これらの試料（実施例１１〜１９）
について、結晶粒径を調べたところ、いずれも１５μｍ
〜２０μｍ程度の大きさであった。

【００５６】なお、本実施例１１〜１９に対する比較例
１１として、バインダにＰＶＡを用い、脱バインダ温度
を４００℃としたことを除き、本実施例１１〜１９と同
一の条件で電圧非直線性抵抗体磁器の試料を作製した。
この試料についても、本実施例１１〜１９と同様にし
て、残留している炭素の含有量、１ｍｍ当たりのバリス
タ電圧Ｖ_1mA /mm 、１ｍＡから１０ｍＡにおける電圧非
直線指数α₁₀および抗折強度をそれぞれ測定した。それ
らの結果を表４および図４乃至図６にそれぞれ合わせて
示す。また、この試料についても結晶粒径を調べたとこ
ろ、実施例１１〜１９と同様に、１５μｍ〜２０μｍの
大きさであった。

【００５７】これらの結果から、炭素の含有量が少ない
方が電圧非直線指数α₁₀が大きくなり、かつ抗折強度が
大きくなることが分かった。例えば、炭素の含有量を３
１重量ｐｐｍ未満とすれば、抗折強度を約６．４ｋｇｆ
／ｍｍ² よりも大きく従来と同等あるいはそれ以上とす
ることができる。また、炭素の含有量を２０重量ｐｐｍ
以下とすれば、抗折強度を約８．０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上
とすることができ、炭素の含有量を１５重量ｐｐｍ以上
とすれば、抗折強度を約８．５ｋｇｆ／ｍｍ²以上とす
ることができる。一方、炭素の含有量が少なくなると１
ｍｍ当たりのバリスタ電圧Ｖ_1mA /mm が低くなり、素子
の薄型化が難しくなることも分かった。例えば、炭素の
含有量を７重量ｐｐｍよりも少なくすると、バリスタ電
圧Ｖ_1mA/mm は約１４８Ｖ／ｍｍよりも低くなってしま
う。

【００５８】すなわち、炭素の含有量を３１重量ｐｐｍ
未満とすれば、非直線特性および機械的強度を改善する
ことができ、薄くしても割れあるいは欠けの発生を防止
でき、信頼性を向上させることができると共に、小型化
および低価格化を図れることが分かる。また、炭素の含
有量を７重量ｐｐｍよりも多くすれば、単位厚さ当たり
のバリスタ電圧を高くすることができ、素子の薄型化を
図れることが分かる。

【００５９】（第２の実施例）まず、原料粉末として、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）を８９．１ｇ、酸化コバルト（Ｃｏ
₃ Ｏ₄ ）を１．２ｇ、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）
を０．００６ｇ、酸化ビスマス（Ｂｉ₂ Ｏ₃ ）を２．５
ｇ、酸化アンチモン（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ）を５．９ｇ、酸化ク
ロム（Ｃｒ₂ Ｏ₃ ）を０．６ｇ、炭酸マンガン（ＭｎＣ
Ｏ₃ ）を１．２ｇ、酸化ニッケル（ＮｉＯ）を０．００
５ｇ、酸化銀（Ａｇ₂ Ｏ）を０．１ｇおよび二酸化ケイ
素（ＳｉＯ₂ ）を０．１ｇそれぞれ秤取り、それらをポ
リイミド製のポットに入れ、純水を加えて酸化ジルコニ
ウム製のボールを用い回転台に載せて混合した。表５に
原料粉末として混合した混合物とその混合量をそれぞれ
示す。

【００６０】

【表５】

【００６１】次いで、混合した原料粉末を第１の実施例
と同様にして乾燥させ、粉砕したのち、バインダを添加
しながら造粒し、乾燥させた。その際、第１の実施例と
同様に、バインダの種類を変化させ、バインダにＰＶＡ
を用いたもの、エチルセルロースを用いたもの、あるい
は純水を用いたものをそれぞれ作製した。続いて、造粒
し乾燥させたものを第１の実施例と同様にして加圧成形
し、バインダを除去した。その際、第１の実施例と同様
に脱バインダ温度を変化させ、バインダにＰＶＡまたは
純水を用いたものについては８００℃，７００℃または
６００℃でそれぞれバインダを除去し、バインダにエチ
ルセルロースを用いたものについては８００℃または７
００℃でそれぞれバインダを除去した。

【００６２】そののち、大気雰囲気中において１２９０
℃で焼成を行った。これにより、８種類の電圧非直線性
抵抗体磁器の試料（実施例２１〜２８）を得た。この得
られた試料（実施例２１〜２８）について、第１の実施
例と同様にして、残留している炭素の含有量をそれぞれ
調べた。その結果を表６に示す。第１の実施例と同様
に、バインダの種類と脱バインダの温度とが異なること
により、残留する炭素の含有量に違いが生じていた。

【００６３】

【表６】

【００６４】また、同様にして得られた他の試料（実施
例２１〜２８）について、第１の実施例と同様にして、
１ｍｍ当たりのバリスタ電圧Ｖ_1mA /mm 、１ｍＡから１
０ｍＡにおける電圧非直線指数α₁₀および抗折強度をそ
れぞれ測定した。それらの結果を表６に合わせてそれぞ
れ示すと共に、バリスタ電圧Ｖ_1mA /mm と炭素の含有量
との関係を図７に、電圧非直線指数α₁₀と炭素の含有量
との関係を図８に、抗折強度と炭素の含有量との関係を
図９にそれぞれ示す。更に、本実施例２１〜２８につい
ても結晶粒径を調べたところ、第１の実施例と同様に、
いずれも１５μｍ〜２０μｍ程度の大きさであった。

【００６５】なお、本実施例２１〜２８に対する比較例
２１として、バインダにエチルセルロースを用い、脱バ
インダ温度を６００℃としたことを除き、本実施例２１
〜２８と同一の条件で電圧非直線性抵抗体磁器の試料を
作製した。また、他の比較例２２として、バインダにＰ
ＶＡを用い、脱バインダ温度を４００℃としたことを除
き、本実施例２１〜２８と同一の条件で電圧非直線性抵
抗体磁器の試料を作製した。これらの試料についても、
本実施例２１〜２８と同様にして、残留している炭素の
含有量、１ｍｍ当たりのバリスタ電圧Ｖ_1mA /mm 、１ｍ
Ａから１０ｍＡにおける電圧非直線指数α₁₀および抗折
強度をそれぞれ測定した。それらの結果を表６および図
７乃至図９にそれぞれ合わせて示す。また、これらの試
料についても結晶粒径を調べたところ、実施例２１〜２
８と同様に、それぞれ１５μｍ〜２０μｍの大きさであ
った。

【００６６】これらの結果から、本実施例についても炭
素の含有量が少ない方が電圧非直線指数α₁₀が大きくな
り、かつ抗折強度が大きくなることが分かった。例え
ば、炭素の含有量を３１重量ｐｐｍ未満とすれば、抗折
強度を約５．８ｋｇｆ／ｍｍ²よりも大きく従来と同等
あるいはそれ以上とすることができる。また、炭素の含
有量を２６重量ｐｐｍ以下とすれば、抗折強度を約６．
３ｋｇｆ／ｍｍ² 以上とすることができ、炭素の含有量
を１９重量ｐｐｍ以上とすれば、抗折強度を約６．５ｋ
ｇｆ／ｍｍ² 以上とすることができる。一方、炭素の含
有量が少なくなると１ｍｍ当たりのバリスタ電圧Ｖ_1mA
/mm が低くなり、素子の薄型化が難しくなることも分か
った。例えば、炭素の含有量を１０重量ｐｐｍよりも少
なくすると、バリスタ電圧Ｖ_1mA /mm は約１７９Ｖ／ｍ
ｍよりも低くなってしまう。

【００６７】すなわち、炭素の含有量を３１重量ｐｐｍ
未満とすれば、非直線特性および機械的強度を改善する
ことができ、薄くしても割れあるいは欠けの発生を防止
でき、信頼性を向上させることができると共に、小型化
および低価格化を図れることが分かる。また、炭素の含
有量を１０重量ｐｐｍよりも多くすれば、単位厚さ当た
りのバリスタ電圧を高くすることができ、素子の薄型化
を図れることが分かる。

【００６８】なお、以上の実施例においては、本発明の
電圧非直線性抵抗体磁器の１組成についてそれぞれ具体
的に述べたが、他の組成についても同様の結果を得るこ
とができる。

【００６９】以上、実施の形態および実施例を挙げて本
発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態および実
施例に限定されるものではなく、種々変形することがで
きる。例えば、上記実施の形態および実施例では、添加
物としての元素を具体的に説明したが、本発明は、上述
した全ての元素を含んでいる必要はなく、また、上述し
た元素以外の元素を含んでいてもよい。

【００７０】また、上記実施の形態では、本発明の電圧
非直線性抵抗体磁器を用いたバリスタ１０の用途につい
て具体的に説明したが、本発明は、上述した以外にも、
サージあるいはノイズを排除したい場合に広く用いるこ
とができる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１乃至請求項
８のいずれか１に記載の電圧非直線性抵抗体磁器によれ
ば、炭素の含有量を３１重量ｐｐｍ未満とするようにし
たので、簡単かつ安価に機械的強度および非直線特性を
向上させることができるという効果を奏する。

【００７２】特に、請求項４または請求項５に記載の電
圧非直線性抵抗体磁器によれば、少なくとも１種の希土
類元素を含む場合において、炭素の含有量を７重量ｐｐ
ｍよりも多くするようにしたので、単位厚さ当たりのバ
リスタ電圧を高くすることができるという効果を奏す
る。

【００７３】また、請求項５に記載の電圧非直線性抵抗
体磁器によれば、少なくとも１種の希土類元素を含む場
合において、炭素の含有量を２０重量ｐｐｍ以下とする
ようにしたので、機械的強度および非直線特性をより向
上させることができるという効果を奏する。

【００７４】更に、請求項７または請求項８に記載の電
圧非直線性抵抗体磁器によれば、ビスマスとアンチモン
とを含む場合において、炭素の含有量を１０重量ｐｐｍ
よりも多くするようにしたので、単位厚さ当たりのバリ
スタ電圧を高くすることができるという効果を奏する。

【００７５】加えて、請求項８に記載の電圧非直線性抵
抗体磁器によれば、ビスマスとアンチモンとを含む場合
において、炭素の含有量を２６重量ｐｐｍ以下とするよ
うにしたので、機械的強度および非直線特性をより向上
させることができるという効果を奏する。

【００７６】更にまた、請求項９乃至請求項１６のいず
れか１に記載のバリスタによれば、本発明の電圧非直線
性抵抗体磁器を用いるようにしたので、簡単かつ安価に
機械的強度を向上させることができる。従って、例え
ば、薄いものであっても割れあるいは欠けの発生を防止
することができ、信頼性を向上させることができると共
に、小型化および低価格化を図ることができるという効
果を奏する。

【００７７】特に、請求項１２，請求項１３，請求項１
５または請求項１６に記載のバリスタによれば、電圧非
直線性抵抗体磁器が少なくとも１種の希土類元素を含む
場合において、電圧非直線性抵抗体磁器における炭素の
含有量を７重量ｐｐｍよりも多くするようにしたので、
また、電圧非直線性抵抗体磁器がビスマスとアンチモン
とを含む場合において、電圧非直線性抵抗体磁器におけ
る炭素の含有量を１０重量ｐｐｍよりも多くするように
したので、単位厚さ当たりのバリスタ電圧を高くするこ
とができ、薄型化を図ることができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電圧非直線性抵抗体
磁器の製造工程を表す流れ図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る電圧非直線性抵抗体
磁器を用いたバリスタの構成を表す断面図である。

【図３】図２に示したバリスタを用いた電気回路の構成
を表す回路図である。

【図４】本発明の第１の実施例における１ｍｍ当たりの
バリスタ電圧Ｖ_1mA /mm と炭素の含有量との関係を表す
特性図である。

【図５】本発明の第１の実施例における電圧非直線指数
α₁₀と炭素の含有量との関係を表す特性図である。

【図６】本発明の第１の実施例における抗折強度と炭素
の含有量との関係を表す特性図である。

【図７】本発明の第２の実施例における１ｍｍ当たりの
バリスタ電圧Ｖ_1mA /mm と炭素の含有量との関係を表す
特性図である。

【図８】本発明の第２の実施例における電圧非直線指数
α₁₀と炭素の含有量との関係を表す特性図である。

【図９】本発明の第２の実施例における抗折強度と炭素
の含有量との関係を表す特性図である。

【符号の説明】

１０…バリスタ、１１…電圧非直線性抵抗体、１２，１
３…電極、２１…電子機器、２２…電源線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G030 AA11 AA13 AA14 AA28 AA32 AA36 AA42 AA43 AA60 BA04 GA09 5E034 CA08 CA09 CB01 CC02 CC03 CC06 DA03

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物を含有する電
   圧非直線性抵抗体磁器であって、 炭素（Ｃ）の含有量が３１重量ｐｐｍ未満であることを
   特徴とする電圧非直線性抵抗体磁器。
2. 【請求項２】 更に、 コバルト（Ｃｏ）を酸化コバルト（ＣｏＯ）に換算して
   ０．２重量％以上５重量％以下の範囲内で含むと共に、 アルミニウム（Ａｌ）を酸化アルミニウム（Ａｌ
   ₂ Ｏ₃ ）に換算して０．００１重量％以上０．０５重量
   ％以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項１記載の
   電圧非直線性抵抗体磁器。
3. 【請求項３】 更に、 ランタン（Ｌａ），セリウム（Ｃｅ），プラセオジム
   （Ｐｒ），ネオジム（Ｎｄ），サマリウム（Ｓｍ），ユ
   ウロピウム（Ｅｕ），ガドリニウム（Ｇｄ），テルビウ
   ム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），ホルミウム（Ｈ
   ｏ），エルビウム（Ｅｒ），ツリウム（Ｔｍ），イッテ
   ルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）からなる群
   のうちの少なくとも１種の希土類元素を含むと共に、 その含有量は、前記希土類元素をＲとするとＲ₂ Ｏ₃ で
   表される酸化物に換算し前記希土類元素の合計で０．２
   重量％以上５重量％以下の範囲内であることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載の電圧非直線性抵抗体
   磁器。
4. 【請求項４】 炭素の含有量が７重量ｐｐｍよりも多い
   ことを特徴とする請求項３記載の電圧非直線性抵抗体磁
   器。
5. 【請求項５】 炭素の含有量が２０重量ｐｐｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電
   圧非直線性抵抗体磁器。
6. 【請求項６】 更に、 ビスマス（Ｂｉ）を酸化ビスマス（Ｂｉ₂ Ｏ₃ ）に換算
   して０．５重量％以上５重量％以下の範囲内で含むと共
   に、 アンチモン（Ｓｂ）を酸化アンチモン（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ）に
   換算して１重量％以上１０重量％以下の範囲内で含むこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電圧非
   直線性抵抗体磁器。
7. 【請求項７】 炭素の含有量が１０重量ｐｐｍよりも多
   いことを特徴とする請求項６記載の電圧非直線性抵抗体
   磁器。
8. 【請求項８】 炭素の含有量が２６重量ｐｐｍ以下であ
   ることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の電
   圧非直線性抵抗体磁器。
9. 【請求項９】 亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物を含有する電
   圧非直線性抵抗体磁器を用いたバリスタであって、 前記電圧非直線性抵抗体磁器は、炭素（Ｃ）の含有量が
   ３１重量ｐｐｍ未満であることを特徴とするバリスタ。
10. 【請求項１０】 前記電圧非直線性抵抗体磁器は、更
    に、 コバルト（Ｃｏ）を酸化コバルト（ＣｏＯ）に換算して
    ０．２重量％以上５重量％以下の範囲内で含むと共に、 アルミニウム（Ａｌ）を酸化アルミニウム（Ａｌ
    ₂ Ｏ₃ ）に換算して０．００１重量％以上０．０５重量
    ％以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項９記載の
    バリスタ。
11. 【請求項１１】 前記電圧非直線性抵抗体磁器は、更
    に、 ランタン（Ｌａ），セリウム（Ｃｅ），プラセオジム
    （Ｐｒ），ネオジム（Ｎｄ），サマリウム（Ｓｍ），ユ
    ウロピウム（Ｅｕ），ガドリニウム（Ｇｄ），テルビウ
    ム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），ホルミウム（Ｈ
    ｏ），エルビウム（Ｅｒ），ツリウム（Ｔｍ），イッテ
    ルビウム（Ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）からなる群
    のうちの少なくとも１種の希土類元素を含むと共に、 その含有量は、前記希土類元素をＲとするとＲ₂ Ｏ₃ で
    表される酸化物に換算し前記希土類元素の合計で０．２
    重量％以上５重量％以下の範囲内であることを特徴とす
    る請求項９または請求項１０に記載のバリスタ。
12. 【請求項１２】 前記電圧非直線性抵抗体磁器は、炭素
    の含有量が７重量ｐｐｍよりも多いことを特徴とする請
    求項１１記載のバリスタ。
13. 【請求項１３】 前記電圧非直線性抵抗体磁器は、炭素
    の含有量が２０重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする
    請求項１１または請求項１２に記載のバリスタ。
14. 【請求項１４】 前記電圧非直線性抵抗体磁器は、更
    に、 ビスマス（Ｂｉ）を酸化ビスマス（Ｂｉ₂ Ｏ₃ ）に換算
    して０．５重量％以上５重量％以下の範囲内で含むと共
    に、アンチモン（Ｓｂ）を酸化アンチモン（Ｓｂ
    ₂ Ｏ₃ ）に換算して１重量％以上１０重量％以下の範囲
    内で含むことを特徴とする請求項９または請求項１０に
    記載のバリスタ。
15. 【請求項１５】 前記電圧非直線性抵抗体磁器は、炭素
    の含有量が１０重量ｐｐｍよりも多いことを特徴とする
    請求項１４記載のバリスタ。
16. 【請求項１６】 前記電圧非直線性抵抗体磁器は、炭素
    の含有量が２６重量ｐｐｍ以下であることを特徴とする
    請求項１４または請求項１５に記載のバリスタ。