JP2002226262A - Zinc oxide ceramic composition and its manufacturing method, and zinc oxide varistor and zinc oxide varistor and zinc oxide varistor device using the same - Google Patents
Zinc oxide ceramic composition and its manufacturing method, and zinc oxide varistor and zinc oxide varistor and zinc oxide varistor device using the sameInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は電気回路中のサ−
ジ吸収などに用いられる酸化亜鉛バリスタ用磁器組成物
とその製造方法および酸化亜鉛バリスタとこれを用いた
酸化亜鉛バリスタ装置に関する.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a circuit in an electric circuit.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a zinc oxide varistor porcelain composition used for absorption and the like, a method for producing the same, a zinc oxide varistor, and a zinc oxide varistor apparatus using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】酸化亜鉛バリスタは、酸化亜鉛と基本添
加物である酸化ビスマス、酸化コバルトおよび酸化マン
ガンと、さらに性能向上のために添加される各種の酸化
物とを含む酸化亜鉛原料混合粉末を成形し焼成すること
によって得られる酸化亜鉛磁器組成物を用いて製造され
る.酸化亜鉛バリスタの立ち上がり電圧は、電極間に存
在する酸化亜鉛焼結体内の酸化亜鉛粒界の数にほぼ比例
して上昇することが知られている.すなわち、立ち上が
り電圧は焼結体内の一つの粒界あたり3から4ボルト上
昇する.したがって、厚さ1mmあたり200〜400V
くらいの高電圧用の酸化亜鉛バリスタを製造するために
は、平均粒径7〜15μm程度の粒径の小さいZnO粒子を
有する酸化亜鉛焼結体を製造することが必要である.そ
こで従来は、高電圧用の酸化亜鉛バリスタを製造するた
めにはSb2O3などのZnO粒子の粒成長抑制剤を添加するこ
とによって、ZnO粒子の成長を抑制する方法が用いられ
てきた.Sb2O3は、酸化亜鉛バリスタの非直線抵抗特性
を安定化させるという重要な働きも行うので必要不可欠
な添加物である。2. Description of the Related Art A zinc oxide varistor is a zinc oxide raw material mixed powder containing zinc oxide, basic additives such as bismuth oxide, cobalt oxide and manganese oxide, and various oxides added for further improving the performance. It is manufactured using a zinc oxide porcelain composition obtained by molding and firing. It is known that the rise voltage of a zinc oxide varistor rises almost in proportion to the number of zinc oxide grain boundaries in a zinc oxide sintered body existing between electrodes. That is, the rise voltage rises by 3 to 4 volts per grain boundary in the sintered body. Therefore, 200-400V per 1mm thickness
In order to manufacture a zinc oxide varistor for a high voltage, it is necessary to manufacture a zinc oxide sintered body having ZnO particles having a small average particle diameter of about 7 to 15 μm. Therefore, conventionally, in order to manufacture a zinc oxide varistor for high voltage, a method of suppressing the growth of ZnO particles by adding a grain growth inhibitor of ZnO particles such as Sb 2 O 3 has been used. Sb 2 O 3 is an indispensable additive because it also plays an important role in stabilizing the nonlinear resistance characteristics of the zinc oxide varistor.
【0003】 なお、立ち上がり電圧とは、バリスタに
1mAの電流を流した時の両端子間の電圧をいい、V1mAで
表わされる.そして厚みが1mmの試料に1mAの電流を流
した時の両端子間の電圧をこの材料の定数の一つとし、
V1mA/mmで表わしている.これは試料1mmの厚み当たり
の立ち上がり電圧ということになる.The rising voltage refers to a voltage between both terminals when a current of 1 mA flows through the varistor, and is represented by V1 mA. The voltage between both terminals when a current of 1 mA is applied to a sample having a thickness of 1 mm is defined as one of the constants of this material.
Expressed in V1mA / mm. This is the rise voltage per 1 mm thickness of the sample.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おいては、高電圧用、高性能の酸化亜鉛バリスタを得る
には、1150℃〜1300℃の高い焼結温度を必要と
した.これらの高い温度で焼成すると大気中においても
Bi2O3などの蒸発は活発である.また、Bi2O3は多くの種
類の物質と反応しやすく、炉材や容器等のセラミックス
材など多くの物質を容易に腐食する.すなわち、高い焼
結温度は電力消費のみならず、Bi2O3などの激しい飛散
とそれに伴う炉材や容器の消耗をもたらした。そこで、
焼成温度の低温度化が要望されていた.又、焼成温度が
高いときには、炉内の焼成物の置かれた場所により、温
度、昇温速度、Bi2O3やSb2O3の蒸気圧などに差が生じ、
これらを均一に保つことが困難で、特性のバラツキを生
じやすいなどの問題をもっていた.However, conventionally, a high sintering temperature of 1150 ° C. to 1300 ° C. was required to obtain a high-performance, high-performance zinc oxide varistor for a high voltage. If fired at these high temperatures, even in air
The evaporation of Bi 2 O 3 etc. is active. In addition, Bi 2 O 3 easily reacts with many kinds of substances and easily corrodes many substances such as ceramic materials of furnace materials and containers. That is, the high sintering temperature not only caused power consumption, but also caused severe scattering of Bi 2 O 3 and the like, and concomitant consumption of furnace materials and containers. Therefore,
There was a demand for a lower firing temperature. Also, when the firing temperature is high, depending on the place where the fired material is placed in the furnace, a difference occurs in the temperature, the heating rate, the vapor pressure of Bi 2 O 3 and Sb 2 O 3 and the like,
It was difficult to keep these uniform, and there was a problem that the characteristics tended to vary.
【0005】 一方、従来の酸化亜鉛バリスタの配合組
成で焼成温度を低くすると、十分な焼結がおこなわれ
ず、そのために立ち上がり電圧が急激に高くなり、ZnO
の粒径にバラツキが生じ非直線抵抗特性が低下する.ま
た、電力負荷、パルス電流負荷などによる劣化が進みや
すくなるなどの問題をもっていた.[0005] On the other hand, if the firing temperature is lowered with the conventional composition of zinc oxide varistor, sufficient sintering is not performed, and therefore, the rising voltage rapidly increases, and ZnO
The non-linear resistance characteristics are reduced due to the variation in the particle size. In addition, there was a problem that deterioration due to power load, pulse current load, etc. was easy to progress.
【0006】 酸化亜鉛粉体にSb2O3などを添加した混
合粉体に加圧成形を施して焼成すると, 昇温過程でSb2
O3は容易に昇華してZnO粒子の表面を覆い、さらにSb2O3
はZnOと反応してZnOとZnOの接触をさまたげ, ZnO粒成
長を抑制する働きをする.When a powder mixture obtained by adding Sb 2 O 3 or the like to zinc oxide powder is subjected to pressure molding and sintering, Sb 2
O 3 easily sublimates to cover the surface of ZnO particles, and furthermore Sb 2 O 3
Reacts with ZnO to block the contact between ZnO and ZnO, thereby suppressing the growth of ZnO grains.
【0007】 酸化亜鉛バリスタの磁器の基本組成で
あるZnO−Bi2O3系には740℃の共晶温度をもつ共晶組
成があるので、このZnOとBi2O3の二者の混合物は800℃
近傍の温度においても容易に反応し焼結する。しかるに
添加物の中にSb2O3が存在する場合にはSb2O3が低温で昇
華してZnOの周りを覆ってしまってZnOとBi2O3の二者の
接触を妨げ、これら2者間の反応を妨げ、焼結を困難に
する。さらにZnOとBi2O3とSb2O3とが反応してZnO-ZnO間
にZnO-Bi2O3-Sb2O3の強固なパイロクロア相の膜を形成
し、これがさらに焼結をおくらせる。ZnO-Bi2O3-Sb2O3
系では低温で簡単に固相のパイロクロア相が形成され、
液相のBi2O3相の生成が妨げられ液相焼結の進行が遅れ
る。以上のごとく、Sb2O3は、ZnO上に膜を形成してZnO
粒子間の接触を妨げ、次にSb2O3-ZnOの膜になり、次い
でBi2O3を吸収して化学的に安定なパイロクロア膜を形
成してZnO粒子間の接触を妨げる.The ZnO—Bi 2 O 3 system, which is the basic composition of the porcelain of the zinc oxide varistor, has a eutectic composition having a eutectic temperature of 740 ° C., so that the mixture of ZnO and Bi 2 O 3 is 800 ℃
It reacts and sinters easily even at near temperatures. However hinder contact of two parties Sb 2 O 3 is gone over about the ZnO was sublimed at a low temperature ZnO and Bi 2 O 3 in the case where there is Sb 2 O 3 in the additives, these two Hinder the reaction between the two, making sintering difficult. Furthermore, ZnO, Bi 2 O 3 and Sb 2 O 3 react to form a strong pyrochlore phase film of ZnO—Bi 2 O 3 —Sb 2 O 3 between ZnO and ZnO, which further promotes sintering. Make it go. ZnO-Bi 2 O 3 -Sb 2 O 3
In the system, a solid pyrochlore phase is easily formed at low temperature,
The formation of the liquid phase Bi 2 O 3 phase is hindered and the progress of liquid phase sintering is delayed. As described above, Sb 2 O 3 forms a film on ZnO to form ZnO
It blocks the contact between particles, then turns into a Sb 2 O 3 -ZnO film, then absorbs Bi 2 O 3 to form a chemically stable pyrochlore film, preventing the contact between ZnO particles.
【0008】酸化亜鉛バリスタの場合、鉄族酸化物が加
えられて、ZnO-Bi 2O3-Sb2O3+ (CoO , MnO, NiO)系とな
るが、依然としてパイロクロア相がZnOと反応してBi2O3
主成分の液相を形成するには1200℃以上の高温を必要と
した。しかもこの系では高温でBi2O3主成分の液相が形
成されても冷却課程で逆の反応がおき、室温ではZnO粒
界でパイロクロア相が生じた。粒界にBi2O3相が形成さ
れず、代わりにパイロクロア相が存在すると優れた特性
をもったバリスタは得られなかった。In the case of a zinc oxide varistor, an iron group oxide is added.
Get it, ZnO-Bi TwoOThree-SbTwoOThree+ (CoO, MnO, NiO)
However, the pyrochlore phase still reacts with ZnO and BiTwoOThree
A high temperature of 1200 ° C or higher is required to form the liquid phase of the main component
did. Moreover, in this system, BiTwoOThreeThe liquid phase of the main component is shaped
Even if it is formed, the reverse reaction occurs in the cooling process, and at room temperature ZnO particles
A pyrochlore phase has formed in the world. Bi at grain boundariesTwoOThreePhase formed
Excellent properties when pyrochlore phase is present instead
No barista with a slab was obtained.
【0009】上記組成にCr2O3が添加されたZnO-Bi2O3-S
b2O3+ (CoO , MnO, NiO) + Cr2O3系では、パイロクロア
相がZnOと反応してBi2O3主成分の液相を形成するには12
00℃以上の高温を必要としたが、ひとたび形成されたBi
2O3主成分の液相は冷却後も安定に粒界に存在して、パ
イロクロア相に逆戻りすることはなかった。そしてバリ
スタとして優れた初特性を示した。ZnO—Bi 2 O 3 —S in which Cr 2 O 3 is added to the above composition
In the b 2 O 3 + (CoO, MnO, NiO) + Cr 2 O 3 system, the pyrochlore phase reacts with ZnO to form a Bi 2 O 3 main component liquid phase.
Although a high temperature of 00 ° C or higher was required, once formed Bi
The liquid phase of 2 O 3 main component was stably present at the grain boundaries even after cooling, and did not return to the pyrochlore phase. And it exhibited excellent initial characteristics as a varistor.
【0010】Sb2O3の昇華を抑制するためには、予め、B
i2O3+Sb2O3の混合物に熱処理を施しておいてZnOにBi2O3
+Sb2O3を添加するのが効果的であることが明かとなっ
た。この方法をとると900℃の焼成においてもSb2O3の昇
華が抑制され、ZnO粒子表面におけるパイロクロア相な
どの膜の形成が抑制され、かなり焼結はすすむ。しか
し、電気的特性が安定なZnOバリスタは得られなかっ
た。In order to suppress the sublimation of Sb 2 O 3 , B
The mixture of i 2 O 3 + Sb 2 O 3 is subjected to a heat treatment and ZnO is treated with Bi 2 O 3
It has been found that adding + Sb 2 O 3 is effective. When this method is employed, sublimation of Sb 2 O 3 is suppressed even at 900 ° C., formation of a film such as a pyrochlore phase on the surface of ZnO particles is suppressed, and sintering proceeds considerably. However, a ZnO varistor with stable electric characteristics could not be obtained.
【0011】 酸化亜鉛バリスタにおいて電気特性が優
れているとは、たとえば、漏れ電流が少なく、後述する
非直線抵抗指数 0.1mAα1mAが高い値を持つなどして回
路に瞬間的に発生した高電流を吸収して回路中に高電圧
が発生するのを防ぐなどである。また、信頼性が優れて
いるとは、長時間電圧を印加した場合、あるいは高温下
で長時間電力負荷を加えた場合、さらにはパルス電流を
印加した場合等においても、電気特性の低下などがな
く、もとの電気特性が維持されるなどの事項が挙げられ
る.しかし従来の酸化亜鉛バリスタは次に述べるように
本質的な不安定性を持っていた。The excellent electrical characteristics of a zinc oxide varistor means that a high current generated instantaneously in a circuit due to, for example, a small leakage current and a high non-linear resistance index of 0.1 mAα1 mA described later is absorbed. To prevent a high voltage from being generated in the circuit. In addition, the term “excellent in reliability” means that electrical characteristics are deteriorated even when a voltage is applied for a long time, when a power load is applied at a high temperature for a long time, or when a pulse current is applied. And the fact that the original electrical characteristics are maintained. However, the conventional zinc oxide varistor has inherent instability as described below.
【0012】通常の酸化亜鉛内には酸化亜鉛結晶の亜鉛
と酸素の原子が位置する格子点と格子点の間に格子間亜
鉛原子いわゆるインタースティシャルZnが存在する.
酸化亜鉛の導電性はこれらのインタースティシャルZn原
子から励起された電子によるものである. 従来の酸化
亜鉛バリスタにおける最大の問題点の一つは電気的不安
定性である。そしてこの電気的不安定性の一つが長時間
にわたって直流または交流の電圧を素子に印加しつづけ
るとV-I特性が劣化して徐々に電流が増加することであ
り, 他の一つは、酸化亜鉛バリスタの焼結体に700℃前
後の熱処理を施すとV-I特性が急激に劣化することであ
る. 後者の場合漏れ電流が大きくなって、場合によっ
ては実用化できないことが起きる。これらの二つのV-I
特性の劣化は酸化亜鉛バリスタの焼結体の酸化亜鉛粒子
の粒界にそって生ずる空乏層内におけるインタースティ
シャルZnの移動によって起きる。アルミニウムを添加し
ない場合, 従来の製造方法で作成した酸化亜鉛バリス
タの場合、n型半導体としての酸化亜鉛粒子内では2〜7
×1017個/cm3くらいのインタスティシャルZn原子から供
給された伝導電子が存在するといわれている. 実験的に
は酸化亜鉛バリスタ中のZnO粒子中の伝導電子の数は M
ukae, Tsuda and Nagasawaの方法で求めることができ
る("Capacitance-vs-Voltage Characteristics of Z
nO Varistors", J. Appl. Phys., 50 [6] 4475-
76 (1977) ) .Normal zinc oxide has interstitial zinc atoms, so-called interstitial Zn, between lattice points where zinc and oxygen atoms of zinc oxide crystals are located.
The conductivity of zinc oxide is due to electrons excited from these interstitial Zn atoms. One of the biggest problems with conventional zinc oxide varistors is electrical instability. One of the electrical instabilities is that when a DC or AC voltage is continuously applied to the element for a long time, the VI characteristics deteriorate and the current gradually increases, and the other is that a zinc oxide varistor If the sintered body is subjected to a heat treatment at around 700 ° C, the VI characteristics will be rapidly deteriorated. In the latter case, the leakage current increases, and in some cases, it may not be practical. These two VIs
The deterioration of the characteristics is caused by the movement of the interstitial Zn in the depletion layer generated along the grain boundary of the zinc oxide particles of the sintered body of the zinc oxide varistor. When aluminum is not added, in the case of a zinc oxide varistor prepared by a conventional manufacturing method, 2 to 7
It is said that there are conduction electrons supplied from interstitial Zn atoms of about × 1017 / cm 3. The number of conduction electrons in ZnO particles in zinc oxide varistor is M
ukae, Tsuda and Nagasawa ("Capacitance-vs-Voltage Characteristics of Z
nO Varistors ", J. Appl. Phys., 50 [6] 4475-
76 (1977)).
【0013】 ZnO中のインタスティシャルZn原子の濃
度は雰囲気中の酸素分圧が高いと低くなり、雰囲気温度
が高くなると増すといわれている.かかるZnO粉体にBi2
O3、Co3O4、Cr2O3, MnO2, NiO, Sb2O3などを添加し、加
圧成型して高温大気中で焼結すると、きわめて高い非直
線抵抗特性をもったZnOバリスタが得られた.これらの
焼結体の粒界では、粒界の両側のn−型半導体ZnO中の伝
導電子が粒界に捕獲され、そのために粒界の両側に空乏
層が形成され、粒界の両側に電子の異動を阻止するバリ
アが形成される。いわゆるダブル・ショットキ・バリア
が形成される.n−型ZnO半導体の主な電気伝導の担い手
はインタスティシャルZn原子より生じた伝導電子である
ので、空乏層内にはプラス・チャージを持ったインタス
ティシャルZn原子が残っていることになる.It is said that the concentration of interstitial Zn atoms in ZnO decreases as the oxygen partial pressure in the atmosphere increases, and increases as the atmosphere temperature increases. Bi 2 to such a ZnO powder
When O 3 , Co 3 O 4 , Cr 2 O 3 , MnO 2 , NiO, Sb 2 O 3 etc. are added, pressed and sintered in a high temperature atmosphere, ZnO with extremely high nonlinear resistance characteristics A varistor was obtained. At the grain boundaries of these sintered bodies, conduction electrons in the n-type semiconductor ZnO on both sides of the grain boundaries are captured by the grain boundaries, so that a depletion layer is formed on both sides of the grain boundaries, and electrons are formed on both sides of the grain boundaries. A barrier is formed to prevent the transfer. A so-called double Schottky barrier is formed. Since the main conductor of n-type ZnO semiconductor is conduction electrons generated from interstitial Zn atoms, interstitial Zn atoms with positive charge remain in the depletion layer .
【0014】焼結体に外部から電圧が印加されていない
場合においても、空乏層内では強い電界が働いており、
空乏層内のプラス・チャージを持ったインタスティシャ
ルZn原子は粒界に向けて引力を受けている.このような
焼結体に外部より電圧が印加されると、電圧は薄い空乏
層に対してのみ印加されるので、一方の空乏層内ではさ
らに大きな電界が働くことになり, インタスティシャ
ルZn原子は比較的移動しやすいので、その一部は粒界に
向けて移動し、粒界に達する.そしてプラス・チャージ
を持ったインタスティシャルZn原子はマイナス・チャー
ジを持った酸素原子と結合して中性のZnOとなる.同時
に粒界に捕獲されていたマイナス・チャージが減少する
ので、バリスタ特性をもたらせていたバリアが低くなっ
て非直線抵抗特性が低下する.さきにも述べたように焼
結体に外部から電圧が印加されていない場合において
も、空乏層内では強い電界が働いており、空乏層内のプ
ラス・チャージを持ったインタスティシャルZn原子は粒
界に向けて引力を受けている.このような状況におい
て、素子が加熱されると、熱のため、インタスティシャ
ルZn原子は移動しやすくなり、電界によって一部は粒界
に向けて移動し、粒界でマイナス・チャージを持った酸
素原子と結合して中性のZnOを形成し、バリスタの非直
線抵抗特性を低下させる.以上のように、ZnO結晶の半
導体化は、主として製造プロセスにおいて自然に生ずる
インタスティシャルZn原子によってもたらされ、それ故
に電気的不安定性を伴っていた.Even when no voltage is applied to the sintered body from the outside, a strong electric field works in the depletion layer.
The positively charged interstitial Zn atoms in the depletion layer are attracted to grain boundaries. When a voltage is applied to such a sintered body from the outside, the voltage is applied only to the thin depletion layer, so that a larger electric field acts in one of the depletion layers, and the interstitial Zn atom Is relatively mobile, so part of it moves toward the grain boundary and reaches the grain boundary. Then, the positively charged interstitial Zn atom combines with the negatively charged oxygen atom to form neutral ZnO. At the same time, the negative charge trapped in the grain boundaries decreases, so the barrier that had provided the varistor characteristics is lowered and the nonlinear resistance characteristics are reduced. As described above, even when a voltage is not externally applied to the sintered body, a strong electric field is working in the depletion layer, and the positively charged interstitial Zn atoms in the depletion layer are It is attracted to grain boundaries. In such a situation, when the element is heated, the interstitial Zn atoms are likely to move due to the heat, and some move toward the grain boundaries due to the electric field, and have a negative charge at the grain boundaries. Bonds with oxygen atoms to form neutral ZnO, which reduces the nonlinear resistance characteristics of varistors. As described above, the semiconductorization of ZnO crystal was mainly caused by interstitial Zn atoms naturally occurring in the manufacturing process, and was therefore accompanied by electrical instability.
【0015】一方において、ZnO結晶のn−型半導体化は
Al2O3の添加によっても実施された.特に高電流域にお
ける電流−電圧非直線抵抗特性を向上させるには酸化亜
鉛粒子内の電気伝導度を上げることが重要であるが、自
然に生ずるインタスティシャルZn原子によってもたらさ
れる電気伝導度のみでは不十分である。そこで特に高電
流域における電流−電圧非直線抵抗特性の向上を計るべ
くドナーとしてAl2O3が添加され, 高電流域における電
流−電圧非直線抵抗特性の向上はZnO粒子内の電気伝導
を上げることによって達成できた.しかし, Al2O3が添
加された場合においても、空乏層内にプラス・チャージ
を持ったインタスティシャルZn原子が存在すると、不安
定性の問題はAl2O3が添加されない場合と同じで、電圧
印加の際や熱処理の際にはバリアの低下をもたらし、非
直線抵抗特性が低下しもれ電流が増大するという問題を
かかえていた.特に、電極焼き付けや側面コートのため
に熱処理を施した際には低電流域における非直線抵抗特
性の低下が大きいという問題をもっていた.On the other hand, the conversion of ZnO crystal into an n-type semiconductor is as follows.
It was also performed by adding Al 2 O 3 . In particular, in order to improve the current-voltage non-linear resistance characteristics in a high current region, it is important to increase the electric conductivity in the zinc oxide particles, but the electric conductivity brought about by naturally occurring interstitial Zn atoms alone is not sufficient. Not enough. Therefore, Al 2 O 3 is added as a donor to improve the current-voltage nonlinear resistance characteristics especially in the high current region, and the improvement of the current-voltage nonlinear resistance characteristics in the high current region increases the electric conduction in the ZnO particles. This was achieved. However, even when Al 2 O 3 is added, if there is an interstitial Zn atom with a positive charge in the depletion layer, the instability problem is the same as when Al 2 O 3 is not added, When applying a voltage or performing heat treatment, the barrier is reduced, and the non-linear resistance characteristic is reduced and the current is increased. In particular, when heat treatment was performed for electrode baking or side coating, there was a problem that the non-linear resistance characteristics in the low current region were greatly reduced.
【0016】ZnOバリスタの焼結体に予め500℃〜600℃
の熱処理を施しておくと,AC印加に対する安定性が増す
ので、劣化対策としてこの方法が採用されてきてはいる
が、不安定性が充分になくなったとは言えない. 500
〜600℃の熱処理を施すことによって劣化の原因であっ
た空乏層内の インタスティシャルZnイオンが減少し,
その結果, I−V特性の不安定性が緩和されるという
のであるが、本質的な問題解決には至っていない.The sintered body of the ZnO varistor is pre-
Heat treatment increases the stability to AC application, so this method has been adopted as a countermeasure against deterioration, but it cannot be said that the instability has been sufficiently eliminated.
Heat treatment at ~ 600 ° C reduces interstitial Zn ions in the depletion layer, which caused degradation.
As a result, the instability of the IV characteristics is reduced, but the problem has not been solved.
【0017】電気的特性の不安定性の原因はインタース
ティシャルZnの移動にあるので、インタースティシャル
Znを少なくし、ドナーとして、Zn原子がくる格子点にAl
原子を置換して酸化亜鉛粒子内の電気伝導はAlドナーか
らの電子が受け持つようにする必要があった。インター
スティシャルZnを少なくする方法として酸化亜鉛を高い
温度で高い酸素分圧のなかに保持することが必要と考え
られる。その方法の一つとして高酸素圧下で酸化亜鉛バ
リスタを焼結することが考えられるが、現実的ではな
い。かくのごとく、長年にわたって、バリスタ素子・バ
リスタ装置用の酸化亜鉛磁器組成物は焼結温度の低温化
と電気特性の安定化という二つの課題を有していた。The cause of the instability of the electrical characteristics is the movement of the interstitial Zn.
Al is added to the lattice point where Zn atoms come as a donor to reduce Zn.
It was necessary to replace the atoms so that the electrical conduction in the zinc oxide particles was covered by electrons from the Al donor. It is considered necessary to maintain zinc oxide at a high temperature under a high oxygen partial pressure as a method of reducing interstitial Zn. As one of the methods, sintering a zinc oxide varistor under a high oxygen pressure is considered, but it is not realistic. Thus, for many years, zinc oxide porcelain compositions for varistor elements and varistor devices have had two problems: lowering the sintering temperature and stabilizing the electrical characteristics.
【0018】 本発明は、上記の問題を解決して、低温
度焼結で非直線抵抗特性などの電気特性および信頼性に
優れた酸化亜鉛バリスタを高歩留りで製造するための酸
化亜鉛磁器組成物とその製造方法および電気特性と信頼
性に優れた酸化亜鉛バリスタを提供することを目的とす
る.The present invention solves the above problems and provides a zinc oxide porcelain composition for producing a zinc oxide varistor excellent in electrical characteristics such as non-linear resistance characteristics and reliability at low temperature sintering with high yield. And a method of manufacturing the same, and a zinc oxide varistor excellent in electrical characteristics and reliability.
【0019】[0019]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、すなわち、高性能で安定性の優れた素子を低いコス
トで提供するため、本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、酸
化亜鉛(ZnO)81.38重量部に少なくとも酸化コバルト
(CoO, 又はCo2O3、又はCo3O4)と酸化マンガン(MnO,
又はMnO2, 又はMn2O3、又はMn3O4)と酸化ニッケル
(NiO)より選ばれた二種または三種の鉄族酸化物を0.3
〜5.0重量部と酸化ビスマス(Bi2O3)を1.2〜7.0重量部
と酸化アンチモン(三酸化二アンチモンSb2O3又は四酸
化二アンチモンSb2O4又は五酸化二アンチモンSb2O5)を
0.1〜3.0重量部と酸化ホウ素成分(B2O3)0.03〜0.5重
量部を含有する酸化ホウ素含有合成物と酸化クロム成分
(Cr2O3)0.05〜1.0重量部を含有する酸化クロム含有合
成物と酸化アルミニウム(Al2O3)に換算して0.0001〜
0.05重量部のアルミニウム成分を含有するアルミニウム
化合物とを添加して混合し, 成形し、焼成を実施して
なるという構成を備えたものである.In order to achieve the above object, that is, to provide an element having high performance and excellent stability at low cost, the zinc oxide porcelain composition of the present invention comprises zinc oxide (ZnO). 81.38 parts by weight of at least cobalt oxide (CoO, or Co 2 O 3 , or Co 3 O 4 ) and manganese oxide (MnO,
Or MnO 2 , or Mn 2 O 3 , or Mn 3 O 4 ) and nickel or nickel oxide (NiO).
5.0 parts by weight bismuth oxide (Bi 2 O 3) and 1.2 to 7.0 parts by weight of antimony oxide (antimony trioxide Sb 2 O 3 or tetroxide antimony Sb 2 O 4 or diantimony pentaoxide Sb 2 O 5) To
0.1 to 3.0 parts by weight boron oxide component (B 2 O 3) 0.03~0.5 containing parts boron oxide-containing compound and chromium oxide component (Cr 2 O 3) 0.05~1.0 containing parts chromium oxide-containing synthetic 0.0001- in terms of aluminum oxide (Al 2 O 3 )
An aluminum compound containing 0.05 parts by weight of an aluminum component is added, mixed, molded, and fired.
【0020】 また前記目的を達成するため、本発明の
酸化亜鉛磁器組成物は、上記の酸化亜鉛磁器組成物に添
加される少なくとも酸化コバルトと酸化マンガンと酸化
ニッケルより選ばれた二種または三種の鉄族酸化物がこ
れらの鉄族酸化物のうち少なくとも一種以上が二価より
大きい原子価をもつ鉄族よりなる鉄族酸化物であり、好
ましい添加量として、酸化コバルトが0.1〜2.0重量部、
酸化マンガンが0.1〜1.5重量部、酸化ニッケルが0.1〜
1.5重量部であるという構成を備えたものである.Further, in order to achieve the above object, the zinc oxide porcelain composition of the present invention comprises at least two or three kinds selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide added to the above zinc oxide porcelain composition. The iron group oxide is an iron group oxide composed of an iron group having at least one of these iron group oxides having a valence greater than divalent, and a preferable addition amount is 0.1 to 2.0 parts by weight of cobalt oxide.
Manganese oxide is 0.1-1.5 parts by weight, nickel oxide is 0.1-
It has a configuration of 1.5 parts by weight.
【0021】また前記目的を達成するため、本発明の酸
化亜鉛磁器組成物は、上記の酸化亜鉛磁器組成物におい
て、酸化ビスマス1.2〜7.0重量部が、添加される全ビス
マス成分がBi2O3に換算して1.2〜7.0重量部であるとい
う構成を備えたものである.In order to achieve the above object, the zinc oxide porcelain composition of the present invention is characterized in that, in the above zinc oxide porcelain composition, 1.2 to 7.0 parts by weight of bismuth oxide is added, and the total bismuth component to be added is Bi 2 O 3. 1.2 to 7.0 parts by weight in terms of.
【0022】また前記目的を達成するため、本発明の酸
化亜鉛磁器組成物は、前記の酸化亜鉛磁器組成物におい
て、酸化アンチモン0.1〜3.0重量部が、添加される全ア
ンチモン成分がSb2O3に換算して0.1〜3.0重量部である
という構成を備えたものである.In order to achieve the above object, the zinc oxide porcelain composition according to the present invention is characterized in that 0.1 to 3.0 parts by weight of antimony oxide is added to the zinc oxide porcelain composition, and the total antimony component to be added is Sb 2 O 3. 0.1 to 3.0 parts by weight.
【0023】 また前記目的を達成するため、本発明の
酸化亜鉛磁器組成物は、その焼成が800℃〜1100℃の温
度で、さらに好ましい温度としては850℃〜1000℃の温
度の焼成であるという構成を備えたものである.In order to achieve the above object, the zinc oxide porcelain composition of the present invention is preferably fired at a temperature of 800 ° C. to 1100 ° C., more preferably at a temperature of 850 ° C. to 1000 ° C. It has a configuration.
【0024】また前記目的を達成するため、本発明の酸
化亜鉛磁器組成物は、前記の酸化亜鉛磁器組成物におい
て、焼成が、内部に高圧の酸素を含有した閉気孔を形成
しながら実施された焼成であるという構成を備えたもの
である.In order to achieve the above object, according to the zinc oxide porcelain composition of the present invention, in the above zinc oxide porcelain composition, firing is performed while forming closed pores containing high-pressure oxygen therein. It has a configuration of firing.
【0025】また前記目的を達成するため、本発明の酸
化亜鉛磁器組成物は、内部に高圧の酸素を含有した閉気
孔を含有するという構成を備えたものである.In order to achieve the above object, the zinc oxide porcelain composition of the present invention has a structure in which closed pores containing high-pressure oxygen are contained therein.
【0026】 また前記目的を達成するため、本発明の
酸化亜鉛磁器組成物は、酸化亜鉛に少なくとも酸化コバ
ルトと酸化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種ま
たは三種の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモン
(三酸化二アンチモン又は四酸化二アンチモン又は五酸
化二アンチモン)と酸化ホウ素含有合成物と酸化クロム
含有合成物とアルミニウム化合物とを添加して混合し,
成形し、焼成を実施してなる酸化亜鉛磁器組成物にお
いて、酸化ホウ素含有合成物が、酸化ホウ素のほかに少
なくとも酸化クロムと酸化ビスマスと酸化アンチモンと
希土類酸化物より選択された1〜4の酸化物を含有する
合成物であるという構成を備えたものである.In order to achieve the above object, the zinc oxide porcelain composition of the present invention is characterized in that zinc oxide contains at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, and bismuth oxide. Antimony oxide (antimony trioxide or diantimony tetroxide or diantimony pentoxide), a compound containing boron oxide, a compound containing chromium oxide and an aluminum compound are added and mixed,
In a zinc oxide porcelain composition obtained by molding and firing, the boron oxide-containing composition is an oxide of 1 to 4 selected from at least chromium oxide, bismuth oxide, antimony oxide and rare earth oxide in addition to boron oxide. It has a structure that it is a compound containing a substance.
【0027】 また前記目的を達成するため、本発明の
酸化亜鉛磁器組成物は、酸化亜鉛に少なくとも酸化コバ
ルトと酸化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種ま
たは三種の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモン
(三酸化二アンチモン又は四酸化二アンチモン又は五酸
化二アンチモン)と酸化ホウ素含有合成物と酸化クロム
含有合成物とアルミニウム化合物とを添加して混合し,
成形し、焼成を実施してなる酸化亜鉛磁器組成物にお
いて、酸化クロム含有合成物が、酸化クロムのほかに少
なくとも酸化ホウ素と酸化ビスマスと酸化アンチモンと
希土類酸化物より選択された1〜4の酸化物を含有する
合成物であるという構成を備えたものである.In order to achieve the above object, the zinc oxide porcelain composition of the present invention further comprises a zinc oxide containing at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, and bismuth oxide. Antimony oxide (diantimony trioxide or diantimony tetroxide or diantimony pentoxide), a compound containing boron oxide, a compound containing chromium oxide, and an aluminum compound are added and mixed,
In a zinc oxide porcelain composition obtained by molding and firing, the chromium oxide-containing composition is an oxide of 1 to 4 selected from at least boron oxide, bismuth oxide, antimony oxide and rare earth oxide in addition to chromium oxide. It has a structure that it is a compound containing a substance.
【0028】 さらにまた、前記目的を達成するため、
本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、 酸化亜鉛に少なくと
も酸化コバルトと酸化マンガンと酸化ニッケルより選ば
れた二種または三種の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化
アンチモン(三酸化二アンチモン又は四酸化二アンチモ
ン又は五酸化二アンチモン)と酸化ホウ素含有合成物と
酸化クロム含有合成物とアルミニウム化合物とを添加し
て混合し 成形し焼成を実施してなる酸化亜鉛磁器組成
物において、酸化ホウ素含有合成物と酸化クロム含有合
成物とが、酸化ホウ素・酸化クロム含有合成物であると
いう構成を備えたものである.Further, in order to achieve the above object,
The zinc oxide porcelain composition of the present invention comprises zinc oxide, at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide and antimony oxide (antimony trioxide or dioxide tetroxide). Antimony or diantimony pentoxide), a composition containing boron oxide, a composition containing chromium oxide, and an aluminum compound are added, mixed, molded, and fired. The chromium oxide-containing composition is a composition having a composition that is a boron oxide / chromium oxide-containing composition.
【0029】さらにまた、前記目的を達成するため、本
発明の酸化亜鉛磁器組成物は、 酸化亜鉛に少なくとも
酸化コバルトと酸化マンガンと酸化ニッケルより選ばれ
た二種または三種の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化ア
ンチモン(三酸化二アンチモン又は四酸化二アンチモン
又は五酸化二アンチモン)と酸化ホウ素含有合成物と酸
化クロム含有合成物とアルミニウム化合物とを添加して
混合し 成形し焼成を実施し、冷却後、再び500℃〜800
℃の熱処理を施すという構成を備えたものである.上記
熱処理の結果、酸化亜鉛磁器組成物は酸化ビスマス主成
分相としてγ-ビスマス相を含有するようになる。Further, in order to achieve the above object, the zinc oxide porcelain composition of the present invention comprises: Add bismuth, antimony oxide (diantimony trioxide or diantimony pentoxide or diantimony pentoxide), a composition containing boron oxide, a composition containing chromium oxide, and an aluminum compound, mix, mold, fire, and cool. After that, 500 ℃ ~ 800 again
As a result of the above heat treatment, the zinc oxide porcelain composition contains a γ-bismuth phase as a bismuth oxide main component phase.
【0030】 さらにまた、前記目的を達成するため、
本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、主成分の酸化亜鉛の一
部分が酸化マグネシウムにて置換されてなるという構成
を備えたものである.Further, in order to achieve the above object,
The zinc oxide porcelain composition of the present invention has a configuration in which a part of zinc oxide as a main component is replaced with magnesium oxide.
【0031】さらにまた、前記目的を達成するため、本
発明の酸化亜鉛磁器組成物は、酸化亜鉛(ZnO)81.38重
量部(1モル)に少なくとも酸化コバルト(CoO, 又はCo2O
3、又はCo3O4)と酸化マンガン(MnO, 又はMnO2, 又は
Mn2O3、又はMn3O4)と酸化ニッケル(NiO)より選ばれ
た二種または三種の鉄族酸化物を0.3〜5.0重量部と酸化
ビスマス(Bi2O3)を1.2〜7.0重量部と酸化アンチモン
(三酸化二アンチモンSb2O3又は四酸化二アンチモンSb2
O4又は五酸化二アンチモンSb 2O5)を0.1〜2.0重量部と
酸化ホウ素(B2O3)成分 0.03〜0.5重量部を含有する酸
化ホウ素含有合成物と酸化クロム(Cr2O3)成分 0.05〜
1.0重量部を含有する酸化クロム含有合成物と酸化アル
ミニウム(Al2O3)に換算して0.0001〜0.05重量部のア
ルミニウム成分を含有するアルミニウム化合物と、さら
に、酸化ゲルマニウム(GeOr)、酸化ニオブ(Nb
2O5)、酸化鉛(PbO)、酸化けい素(SiOr)、酸化錫
(SnO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化チタン(Ti
O2)、酸化タングステン(WO3)、および希土類酸化物
より選択された酸化物とを, 単独で叉は他の酸化物と
共に合成物を形成して添加するという構成を備えたもの
である.Further, in order to achieve the above object,
The zinc oxide porcelain composition of the invention has a zinc oxide (ZnO)
Parts (1 mole) at least cobalt oxide (CoO or CoTwoO
ThreeOr CoThreeOFour) And manganese oxide (MnO or MnO)Two, Or
MnTwoOThreeOr MnThreeOFour) And nickel oxide (NiO)
Oxidized 0.3 to 5.0 parts by weight of two or three iron group oxides
Bismuth (BiTwoOThree) 1.2 to 7.0 parts by weight of antimony oxide
(Diantimony trioxide SbTwoOThreeOr diantimony tetroxide SbTwo
OFourOr diantimony pentoxide Sb TwoOFive) With 0.1 to 2.0 parts by weight
Boron oxide (BTwoOThree) Acid containing 0.03-0.5 parts by weight of component
Boron iodide-containing compounds and chromium oxide (CrTwoOThree) Ingredient 0.05 ~
Chromium oxide-containing composition containing 1.0 parts by weight and aluminum oxide
Minium (AlTwoOThreeA) of 0.0001-0.05 parts by weight
An aluminum compound containing a luminium component;
, Germanium oxide (GeOr), niobium oxide (Nb
TwoOFive), Lead oxide (PbO), Silicon oxide (SiOr), Tin oxide
(SnOTwo), Tantalum oxide (TaTwoOFive), Titanium oxide (Ti
OTwo), Tungsten oxide (WOThree), And rare earth oxides
With more selected oxides, alone or with other oxides
Both have the composition of forming a compound and adding it
It is.
【0032】前記目的を達成するため、すなわち、高性
能で安定性の優れた素子を低いコストで提供するため、
本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、さらに好ましくは電気
特性のバラツキを抑制するため、酸化亜鉛(ZnO)81.38
重量部に少なくとも酸化コバルト(CoO, 又はCo2O3、又
はCo3O4)と酸化マンガン(MnO,又はMnO2, 又はMn2O3、
又はMn3O4)と酸化ニッケル(NiO)より選ばれた二種ま
たは三種の鉄族酸化物を0.5〜4.0重量部と酸化ビスマス
(Bi2O3)を1.2〜6.0重量部と酸化アンチモン(三酸化
二アンチモンSbrO3又は四酸化二アンチモンSb2O4又は五
酸化二アンチモンSb2O5)を0.1〜2.0重量部と酸化ホウ
素成分(B2O3)0.05〜0.45重量部を含有する酸化ホウ素
含有合成物と酸化クロム成分(Cr2O3)0.08〜0.8重量部
を含有する酸化クロム含有合成物と酸化アルミニウム
(Al2O3)に換算して0.0003〜0.02重量部のアルミニウ
ム成分を含有するアルミニウム化合物とを添加して混合
し, 成形し、焼成を実施してなるという構成を備えた
ものである.In order to achieve the above-mentioned object, that is, to provide an element having high performance and excellent stability at low cost,
The zinc oxide porcelain composition of the present invention is more preferably made of zinc oxide (ZnO) 81.38 in order to suppress variations in electrical characteristics.
By weight, at least cobalt oxide (CoO, or Co 2 O 3 , or Co 3 O 4 ) and manganese oxide (MnO, or MnO 2 , or Mn 2 O 3 ,
Alternatively, 0.5 to 4.0 parts by weight of two or three iron group oxides selected from Mn 3 O 4 ) and nickel oxide (NiO), 1.2 to 6.0 parts by weight of bismuth oxide (Bi 2 O 3 ) and antimony oxide ( oxide containing diantimony trioxide SbrO 3 or tetroxide antimony Sb 2 O 4 or diantimony pentaoxide Sb 2 O 5) 0.1 to 2.0 parts by weight boron oxide component (B 2 O 3) 0.05~0.45 parts by weight A chromium oxide-containing composition containing 0.08 to 0.8 parts by weight of a boron-containing composition and a chromium oxide component (Cr 2 O 3 ) and an aluminum component of 0.0003 to 0.02 parts by weight converted to aluminum oxide (Al 2 O 3 ) And the aluminum compound to be added, mixed, molded, and fired.
【0033】 次に、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛磁器組成物の製造方法は、酸化ホウ素含有合
成物を作成する工程と、酸化クロム含有合成物を作成す
る工程と、酸化亜鉛粉体に少なくとも酸化コバルトと酸
化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種または三種
の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモン(三酸化
二アンチモン又は四酸化二アンチモン又は五酸化二アン
チモン)と前記酸化ホウ素含有合成物と前記酸化クロム
含有合成物とアルミニウム化合物とを添加・混合して酸
化亜鉛混合粉体を作成する工程と, 前記酸化亜鉛混合
粉体を成形して成形体を作成する工程と、前記成形体を
焼成する工程とを含有するという構成を備えたものであ
る.Next, in order to achieve the above object, a method for producing a zinc oxide porcelain composition according to the present invention comprises a step of preparing a boron oxide-containing composition, a step of preparing a chromium oxide-containing composition, The powder contains at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide, antimony oxide (diantimony trioxide or diantimony pentoxide or diantimony pentoxide) and the oxidation A step of adding and mixing the boron-containing compound, the chromium oxide-containing compound, and the aluminum compound to form a zinc oxide mixed powder, and a step of forming the zinc oxide mixed powder to form a molded body, And a step of firing the molded body.
【0034】また、前記目的を達成するため、本発明の
酸化亜鉛磁器組成物の製造方法は、上記酸化亜鉛磁器組
成物の製造方法において、酸化ホウ素含有合成物を作成
する工程が、酸化ホウ素のほかに少なくとも酸化クロム
と酸化ビスマスと酸化アンチモンと希土類酸化物より選
択された1〜4の酸化物を含有する酸化ホウ素含有混合
物に熱処理を、好ましい温度として300℃から溶融温度
以上の温度にいたるいずれかの温度による熱処理を施し
て酸化ホウ素含有合成物を作成する工程であるという構
成を備えたものである.In order to achieve the above object, a method for producing a zinc oxide porcelain composition according to the present invention is characterized in that, in the above method for producing a zinc oxide porcelain composition, the step of producing a boron oxide-containing composite comprises In addition, a heat treatment is performed on a boron oxide-containing mixture containing at least one oxide selected from chromium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and rare earth oxide, preferably from 300 ° C. to a temperature equal to or higher than the melting temperature. The process is a process of producing a boron oxide-containing composite by performing a heat treatment at such a temperature.
【0035】また、前記目的を達成するため、本発明の
酸化亜鉛磁器組成物の製造方法は、先述の酸化亜鉛磁器
組成物の製造方法において、酸化クロム含有合成物を作
成する工程が、酸化クロムのほかに少なくとも酸化ホウ
素と酸化ビスマスと酸化アンチモンと希土類酸化物より
選択された1〜4の酸化物を含有する酸化クロム含有混
合物に熱処理を、好ましい温度として300℃から溶融温
度以上の温度にいたるいずれかの温度による熱処理を施
して酸化クロム含有合成物を作成する工程であるという
構成を備えたものである.In order to achieve the above object, a method for producing a zinc oxide porcelain composition according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned method for producing a zinc oxide porcelain composition, the step of producing a chromium oxide-containing composite comprises: In addition to the above, heat treatment is performed on a chromium oxide-containing mixture containing at least one oxide selected from boron oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and rare earth oxide, preferably from 300 ° C. to a temperature equal to or higher than the melting temperature. The process is a process of producing a chromium oxide-containing composite by performing a heat treatment at any temperature.
【0036】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛磁器組成物の製造方法は、酸化ホウ素含有合
成物を作成する工程と酸化クロム含有合成物を作成する
工程と酸化亜鉛粉体に少なくとも酸化コバルトと酸化マ
ンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種または三種の鉄
族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモン(三酸化二ア
ンチモン又は四酸化二アンチモン又は五酸化二アンチモ
ン)と前記酸化ホウ素含有合成物と前記酸化クロム含有
合成物とアルミニウム化合物とを添加・混合して酸化亜
鉛混合粉体を作成する工程と前記酸化亜鉛混合粉体を成
形して成形体を作成する工程と前記成形体を焼成する工
程とを含有する先述した製造方法において、酸化ホウ素
含有合成物を作成する工程と酸化クロム含有合成物を作
成する工程とが、酸化ホウ素と酸化クロム含有混合物に
熱処理を施して酸化ホウ素・酸化クロム含有合成物を作
成する工程とを含有するという構成を備えたものであ
る。In order to achieve the above object, a method for producing a zinc oxide porcelain composition of the present invention comprises a step of preparing a boron oxide-containing composition, a step of preparing a chromium oxide-containing composition, and At least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide, antimony oxide (diantimony trioxide or diantimony pentoxide or diantimony pentoxide), and the above-mentioned boron oxide-containing synthesis Adding and mixing the product, the chromium oxide-containing compound, and the aluminum compound to form a zinc oxide mixed powder, forming the zinc oxide mixed powder to form a compact, and firing the compact. In the above-described production method, the step of preparing a boron oxide-containing composition and the step of preparing a chromium oxide-containing composition include the steps of: Subjecting the mixture containing boron oxide and chromium oxide to a heat treatment to produce a composite containing boron oxide and chromium oxide.
【0037】また、前記目的を達成するため、本発明の
酸化亜鉛磁器組成物の製造方法は、上記の酸化ホウ素と
酸化クロム含有混合物に熱処理を施して酸化ホウ素・酸
化クロム含有合成物を作成する工程が、300℃から溶融
温度以上の温度にいたるいずれかの温度による熱処理を
施して酸化ホウ素・酸化クロム含有合成物を作成する工
程であるという構成を備えたものである。少量の生産で
均質性が求められる場合には、粉砕が困難であるが高温
で溶融し急冷後粉砕することが好ましい。しかし大量に
生産したい場合には300℃〜450℃が、さらに好ましい温
度として350℃〜400℃を挙げる事が出来る。In order to achieve the above object, a method for producing a zinc oxide porcelain composition according to the present invention comprises subjecting the above-mentioned mixture containing boron oxide and chromium oxide to a heat treatment to produce a boron oxide / chromium oxide-containing composite. The present invention has a configuration in which the step is a step of preparing a composite containing boron oxide and chromium oxide by performing a heat treatment at any temperature from 300 ° C. to a temperature equal to or higher than the melting temperature. When homogeneity is required in a small amount of production, pulverization is difficult, but it is preferable to melt at a high temperature, quench and pulverize. However, when mass production is desired, 300 ° C to 450 ° C can be mentioned, and more preferably 350 ° C to 400 ° C.
【0038】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛磁器組成物の製造方法は、成形体を焼成する
工程が成形体を800℃〜1100℃で焼成する工程であると
いう構成を備えたものである。Further, in order to achieve the above object, the method for producing a zinc oxide porcelain composition of the present invention has a configuration in which the step of firing the molded body is a step of firing the molded body at 800 ° C. to 1100 ° C. It is something.
【0039】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛磁器組成物の製造方法は、酸化ホウ素含有合
成物を作成する工程と、酸化クロム含有合成物を作成す
る工程と、酸化亜鉛に少なくとも酸化コバルトと酸化マ
ンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種または三種の鉄
族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモン(三酸化二ア
ンチモン又は四酸化二アンチモン又は五酸化二アンチモ
ン)と前記酸化ホウ素含有合成物と前記酸化クロム含有
合成物とアルミニウム化合物を添加・混合して酸化亜鉛
混合粉体を作成する工程と, 前記酸化亜鉛混合粉体を
成形して成形体を作成する工程と、前記成形体を焼成し
て焼成物を作成する工程と、前記焼成物に500℃〜800℃
の熱処理を施す工程とを含有するという構成を備えたも
のである。In order to achieve the above object, a method for producing a zinc oxide porcelain composition according to the present invention comprises a step of preparing a boron oxide-containing composition, a step of preparing a chromium oxide-containing composition, At least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide, antimony oxide (diantimony trioxide or diantimony pentoxide or diantimony pentoxide), and the above-mentioned boron oxide-containing synthesis Adding and mixing the product and the chromium oxide-containing compound and the aluminum compound to form a zinc oxide mixed powder, forming the zinc oxide mixed powder to form a molded body, Baking to produce a fired product, 500 to 800 ° C.
And a step of performing a heat treatment.
【0040】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛バリスタは、酸化亜鉛に少なくとも酸化コバ
ルトと酸化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種ま
たは三種の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモン
(三酸化二アンチモン又は四酸化二アンチモン又は五酸
化二アンチモン)と酸化ホウ素含有合成物と酸化クロム
含有合成物とアルミニウム化合物とを添加して混合し,
成形し、焼成を実施し、電極を形成してなるという構
成を備えたものである。In order to achieve the above object, a zinc oxide varistor according to the present invention provides a zinc oxide varistor comprising at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide and Antimony (diantimony trioxide or diantimony tetroxide or diantimony pentoxide), a compound containing boron oxide, a compound containing chromium oxide and an aluminum compound are added and mixed,
It has a configuration in which an electrode is formed by forming, firing, and forming.
【0041】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛バリスタは、酸化亜鉛に少なくとも酸化コバ
ルトと酸化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種ま
たは三種の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモン
(三酸化二アンチモン又は四酸化二アンチモン又は五酸
化二アンチモン)と酸化ホウ素含有合成物と酸化クロム
含有合成物とアルミニウム化合物とを添加して混合し,
成形し、焼成し、冷却後、ふたたび500℃〜800℃の熱
処理を施してなる酸化亜鉛磁器組成物に電極を形成して
なるという構成を備えたものである。In order to achieve the above object, a zinc oxide varistor according to the present invention provides a zinc oxide varistor comprising at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide and Antimony (diantimony trioxide or diantimony pentoxide or diantimony pentoxide), a composition containing boron oxide, a composition containing chromium oxide, and an aluminum compound are added and mixed,
It has a configuration in which electrodes are formed on a zinc oxide porcelain composition that has been formed, fired, cooled, and then subjected to a heat treatment at 500 ° C. to 800 ° C. again.
【0042】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛バリスタは、酸化亜鉛に少なくとも酸化コバ
ルトと酸化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種ま
たは三種の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモン
と酸化ホウ素含有合成物と酸化クロム含有合成物とアル
ミニウム化合物とを添加して混合して酸化亜鉛混合粉体
を作成し, 前記酸化亜鉛混合粉体に加圧して成形体を
作成し、前記成形体の側面に無機絶縁膜構成材料を塗布
し、焼成すると同時に側面高抵抗層を形成し、電極を形
成してなるという構成を備えたものである。In order to achieve the above object, a zinc oxide varistor according to the present invention provides a zinc oxide varistor comprising at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide and An antimony, a boron oxide-containing compound, a chromium oxide-containing compound, and an aluminum compound are added and mixed to prepare a zinc oxide mixed powder, and a compact is formed by applying pressure to the zinc oxide mixed powder. An inorganic insulating film forming material is applied to the side surface of the molded body, and is baked, and at the same time, a side surface high-resistance layer is formed to form an electrode.
【0043】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛バリスタは、酸化亜鉛に少なくとも酸化コバ
ルトと酸化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種ま
たは三種の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモン
と酸化ホウ素含有合成物と酸化クロム含有合成物とアル
ミニウム化合物とを添加して混合して酸化亜鉛混合粉体
を作成し, 前記酸化亜鉛混合粉体に加圧して成形体を
作成し、前記成形体の2面に電極材料を塗布し、焼成す
ると同時に電極を形成してなるという構成を備えたもの
である。In order to achieve the above object, a zinc oxide varistor according to the present invention provides a zinc oxide varistor comprising at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide and oxide An antimony, a boron oxide-containing compound, a chromium oxide-containing compound, and an aluminum compound are added and mixed to prepare a zinc oxide mixed powder, and a compact is formed by applying pressure to the zinc oxide mixed powder. An electrode material is applied to two surfaces of the molded body, and the electrode is formed simultaneously with firing.
【0044】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛バリスタは、積層型酸化亜鉛バリスタであっ
て、酸化亜鉛に少なくとも酸化コバルトと酸化マンガン
と酸化ニッケルより選ばれた二種または三種の鉄族酸化
物と酸化ビスマスと酸化アンチモンと酸化ホウ素含有合
成物と酸化クロム含有合成物とアルミニウム化合物とを
添加して混合し, 薄板状に成形し、得られた成形体と
金属電極材料とを交互に積層し、焼成して得るという構
成を備えたものである。Further, in order to achieve the above object, a zinc oxide varistor of the present invention is a laminated zinc oxide varistor, wherein zinc oxide is at least two or three kinds selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide. An iron group oxide, bismuth oxide, antimony oxide, a compound containing boron oxide, a compound containing chromium oxide, and an aluminum compound are added and mixed, and formed into a thin plate. It is provided with a configuration of alternately stacking and firing.
【0045】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛バリスタ装置は、酸化亜鉛に少なくとも酸化
コバルトと酸化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二
種または三種の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチ
モン(三酸化二アンチモン又は四酸化二アンチモン又は
五酸化二アンチモン)と酸化ホウ素含有合成物と酸化ク
ロム含有合成物とアルミニウム化合物とを添加して混合
し,成形し、焼成を実施して酸化亜鉛磁器組成物を得
て、前記酸化亜鉛磁器組成物の側面を絶縁被膜にて覆
い、さらに酸化亜鉛磁器組成物の二面に電極を形成して
単体の酸化亜鉛バリスタを得、前記単体の酸化亜鉛バリ
スタまたは複数個の酸化亜鉛バリスタを絶縁容器に封入
して得るという構成を備えたものである。In order to achieve the above object, the zinc oxide varistor device of the present invention is characterized in that zinc oxide contains at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, and bismuth oxide. Antimony oxide (diantimony trioxide or diantimony pentoxide or diantimony pentoxide), a compound containing boron oxide, a compound containing chromium oxide, and an aluminum compound are added, mixed, molded, fired, and oxidized. Obtaining a zinc porcelain composition, covering the side surfaces of the zinc oxide porcelain composition with an insulating coating, forming electrodes on two sides of the zinc oxide porcelain composition to obtain a single zinc oxide varistor, It has a configuration in which a zinc varistor or a plurality of zinc oxide varistors are obtained by being enclosed in an insulating container.
【0046】[0046]
【発明の実施の形態】本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、
主成分のZnOの粉体に、焼結の調整および焼結後の焼結
体の電気特性向上のために各種の添加物を、そして一部
のものは複数のものを混合し熱処理を施して添加し、混
合し、混合物を加圧成形し、成形体を焼成して得る。本
発明はかくして得る酸化亜鉛磁器組成物およびその製造
方法と酸化亜鉛磁器組成物に電極を施して得る酸化亜鉛
バリスタとこれを用いた酸化亜鉛バリスタ装置よりな
る。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The zinc oxide porcelain composition of the present invention comprises:
Various additives are added to the main component ZnO powder to adjust the sintering and improve the electrical characteristics of the sintered body after sintering, and some of them are mixed and heat-treated. It is obtained by adding, mixing, pressing the mixture under pressure, and firing the molded body. The present invention comprises a zinc oxide porcelain composition thus obtained, a method for producing the same, a zinc oxide varistor obtained by applying an electrode to the zinc oxide porcelain composition, and a zinc oxide varistor device using the same.
【0047】本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、インタス
ティシャルZnの形成を防ぐために閉鎖された焼結体内で
酸素を発生し高酸素分圧を有する閉気孔の存在するもと
で焼結された. すなわち, 酸化亜鉛に、酸化ビスマ
ス、酸化アンチモン、コバルトやマンガンやニッケルな
どの鉄族の酸化物、アルミニウム化合物の他に、低温で
Bi2O3主成分の液相が安定に存在するためCr2O3が効率良
く液相に加わるべく予めCr2O3を他の添加物と反応させ
て添加し、濡れ性のよい液相が形成されるべくホウ素を
含有する物質を添加し, そのもとで混合・加圧成形さ
れ焼結された. このようにして焼成された酸化亜鉛磁
器組成物は初期特性が優れているのみでなく、さらにA
C、DC、パルス印加および500℃〜800℃の熱処理に対し
ても安定性が優れていた.The zinc oxide porcelain composition of the present invention is sintered in the presence of closed pores having a high oxygen partial pressure, generating oxygen in a closed sintered body to prevent the formation of interstitial Zn. That is, in addition to zinc oxide, bismuth oxide, antimony oxide, iron group oxides such as cobalt, manganese and nickel, and aluminum compounds,
Bi 2 O 3 principal components of the liquid phase is added and reacted with the pre-Cr 2 O 3 and other additives to the Cr 2 O 3 to exist stably applied efficiently liquid phase, good wettability liquid phase A boron-containing substance was added to form a mixture, and the mixture was then mixed, pressed, and sintered. The zinc oxide porcelain composition fired in this way had only excellent initial characteristics. Not even A
Excellent stability even for C, DC, pulse application and heat treatment at 500 ° C to 800 ° C.
【0048】 本発明の酸化亜鉛磁器組成物では、焼成
過程における反応の優先順位を確保するため、予め添加
物の一部に混合および熱処理を施しておき、他の添加物
と共に酸化亜鉛に添加し成形し焼成する。また、本発明
の酸化亜鉛磁器組成物では、電気特性の劣化の原因と成
るインタスティシャルZnの形成を防ぎ、酸化亜鉛をn型
の半導体にするためのドナーは、もっぱらアルミニウム
がこれをはたす。酸化亜鉛磁器の焼成においては、低温
でパイロクロア相の形成を防ぎ、低温より酸化ビスマス
を主成分とする液相の生成を促進するため添加される酸
化クロムは、先に酸化亜鉛と反応してZnCr2O4を形成す
るのを防ぐため予め酸化ホウ素、酸化ビスマス、酸化ア
ンチモンなどと共に熱処理を施して酸化クロム含有合成
物を形成しておいて添加する。本発明では、インタステ
ィシャルZnの形成を防ぐため、焼結時には焼結体内部は
酸素過剰の雰囲気を形成することが必要となるが、これ
は分解および酸化亜鉛への固溶によって酸素を発生する
鉄族酸化物の添加によって可能となる。そして、発生す
る酸素を粒界に液相を形成することで焼結体内部に閉じ
込める。最終的にはZnO-Sb2O5系のスピネルが形成され
る。これらの素子では、インタースティシャルZnを少な
くすることとその代わりに伝導電子を維持するために尾
量のアルミニウムを均質に酸化亜鉛粒子内にドープする
ことが必要である。効率よく高酸素分圧をもった閉気孔
を発生し、あたかも高圧酸素のもとで焼結したかのよう
に焼結させることによって高性能で安定性の優れた素子
を得ることができた。In the zinc oxide porcelain composition of the present invention, in order to secure the priority of the reaction in the firing process, a part of the additives are mixed and heat-treated in advance, and added to the zinc oxide together with other additives. It is molded and fired. In addition, in the zinc oxide porcelain composition of the present invention, aluminum is the sole donor for preventing the formation of interstitial Zn, which causes deterioration of electrical characteristics, and for converting zinc oxide into an n-type semiconductor. In the firing of zinc oxide porcelain, the chromium oxide added to prevent the formation of a pyrochlore phase at low temperatures and to promote the formation of a liquid phase containing bismuth oxide as a main component at low temperatures reacts with zinc oxide first and reacts with ZnCr. In order to prevent the formation of 2 O 4 , heat treatment is performed in advance with boron oxide, bismuth oxide, antimony oxide, or the like to form a chromium oxide-containing composite, and then added. In the present invention, in order to prevent the formation of interstitial Zn, it is necessary to form an oxygen-excess atmosphere inside the sintered body during sintering, but this generates oxygen by decomposition and solid solution in zinc oxide. This is made possible by the addition of an iron group oxide. Then, the generated oxygen is confined inside the sintered body by forming a liquid phase at the grain boundary. Finally, a ZnO-Sb 2 O 5 spinel is formed. In these devices, it is necessary to uniformly dope tail zinc into zinc oxide particles in order to reduce interstitial Zn and instead maintain conduction electrons. By efficiently generating closed pores having a high oxygen partial pressure and sintering as if sintering under high-pressure oxygen, an element having high performance and excellent stability could be obtained.
【0049】 なお、この酸化亜鉛磁器組成物には950
℃以下の温度で焼結して優れた電気特性を有するものが
含まれているので、これら酸化亜鉛磁器組成物をシ−ト
状に成形し、電極材料と交互に積層し、焼結し、電極を
所定の接続方法でつなぐと、積層型のバリスタがえられ
る。従来の積層型のバリスタでは、良特性のものを得よ
うとすると1200℃以上の焼成温度を必要としたが、その
ためには電極材料として白金などの貴金属を用いる。し
かるに、950℃以下の温度で焼結可能な酸化亜鉛磁器組
成物をもちいる場合、電極材料として比較的低価格の銀
を用いることが可能となる。かくして、本発明の利点の
一つは、バリスタの内部電極として、銀を一体化焼成で
きることにある。The zinc oxide porcelain composition contains 950
Since these materials include those having excellent electrical properties by sintering at a temperature of ≦ ° C. or less, these zinc oxide porcelain compositions are formed into sheets, alternately laminated with electrode materials, and sintered. When the electrodes are connected by a predetermined connection method, a laminated varistor is obtained. In a conventional laminated varistor, a firing temperature of 1200 ° C. or more was required to obtain good characteristics. To that end, a noble metal such as platinum was used as an electrode material. However, when a zinc oxide porcelain composition that can be sintered at a temperature of 950 ° C. or less is used, it is possible to use relatively inexpensive silver as an electrode material. Thus, one of the advantages of the present invention is that silver can be integrally fired as the internal electrode of the varistor.
【0050】[0050]
【実施例】 以下実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。なお、下記の実施例において「重量」は、
「wt」と表示することがある。以下の実施例には示され
ていないが、アルミニウム添加量がまた鉄族酸化物の添
加量はEXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples. In the following examples, “weight” is
May be displayed as "wt". Although not shown in the following examples, the aluminum addition amount and the iron group oxide addition amount
【0051】(実施例 1)モル比でB2O3の粉末とCr2O3
の粉末を 1:1となるように混合した。これらの混合粉
を大気雰囲気下、500℃で5時間の熱処理を施した後、
安定化ジルコニアを玉石とするモノマロンポットのボ−
ルミルで尾粉砕することによってB2O3とCr2O3よりなるB
2O3/Cr2O3合成粉末を得た。 ZnO粉末と、前記B2O3 /C
r2O3 合成粉末と、BirO3粉末と, Co3O4粉末と、MnO2 粉
末と、NiO粉末と、Sb2O3粉末と、Al(NO3)3・9H2O 粉末
とを重量比で81.38:0.4:3.4:0.954:0.414:0.383:
x: 0.015となるように配合し、湿式法でモノマロンポ
ットのボ−ルミルで混合粉砕した。ただし、Sb2O3の量
としてx= 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 0.8,1.0, 1.5,
2.0, 3.0 を選択した。得られた配合粉末を乾燥し、デ
ィスク状に加圧成形した。次に、得られた成形体を大気
中、昇温速度50℃/時間で昇温し、900℃で10時
間保持した後、降温速度50℃/時間で降温して焼結体
を得た。得られた焼結体の試料サイズは厚さ1.2 mm,直
径は14 mmであった。また、得られた焼結体に700℃
で保持時間が1時間の熱処理を施した。Example 1 B 2 O 3 powder and Cr 2 O 3 in molar ratio
Was mixed so as to be 1: 1. After subjecting these mixed powders to heat treatment at 500 ° C for 5 hours under air atmosphere,
Monomaron pot ball made of stabilized zirconia
B consisting of B 2 O 3 and Cr 2 O 3 by tail milling
2 O 3 / Cr 2 O 3 synthetic powder was obtained. ZnO powder and B 2 O 3 / C
weight and r 2 O 3 synthetic powder, and Biro 3 powder, and Co 3 O 4 powder, and MnO 2 powder, and NiO powders, and Sb 2 O 3 powder, and Al (NO 3) 3 · 9H 2 O powder 81.38: 0.4: 3.4: 0.954: 0.414: 0.383:
x: It was blended so as to be 0.015 and mixed and pulverized by a ball mill of a monomalon pot by a wet method. However, x = 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 0.8, 1.0, 1.5, as the amount of Sb 2 O 3
2.0 and 3.0 are selected. The obtained compounded powder was dried and pressed into a disk. Next, the temperature of the obtained molded body was raised in the air at a temperature rising rate of 50 ° C./hour, and the temperature was maintained at 900 ° C. for 10 hours. The sample size of the obtained sintered body was 1.2 mm in thickness and 14 mm in diameter. Further, the obtained sintered body was heated at 700 ° C.
For 1 hour.
【0052】 次に、図1を参照しながら酸化亜鉛バリ
スタの作成方法を説明する。図1は本発明の酸化亜鉛磁
器組成物を用いて作成したディスクタイプの酸化亜鉛バ
リスタ10の概略斜視図である。前記のようにして得た
焼結体11の両面にアルミニウムを溶射することによっ
て、アルミニウム層(図示せず)を形成し、次に、この
両面に形成されたアルミニウム層の上に銅を溶射するこ
とによって電極12を形成した。電極12にハンダでリ
−ド線13を付けた後、リ−ド線以外の磁器および電極
部分を授脂塗装することによって酸化亜鉛バリスタを得
た。Next, a method for producing a zinc oxide varistor will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic perspective view of a disk-type zinc oxide varistor 10 made using the zinc oxide porcelain composition of the present invention. An aluminum layer (not shown) is formed by spraying aluminum on both surfaces of the sintered body 11 obtained as described above, and then copper is sprayed on the aluminum layer formed on both surfaces. Thus, the electrode 12 was formed. After the lead wire 13 was attached to the electrode 12 by soldering, a porcelain other than the lead wire and the electrode portion were grease-coated to obtain a zinc oxide varistor.
【0053】 このようにして得られた酸化亜鉛バリス
タの電気特性を評価した。初期の電気特性として、立ち
上がり電圧V1mA/mm (1mAの電流を流した時の両端子間
の1mm厚みに対する電圧)および非直線抵抗指数0.1mA
α1mA (V1mAとV0.1mAとを用いて求めた値) を測定した
(なお、以下の記載においては、非直線抵抗指数0.1mA
α1mAを単にα値と略称することがある)。非直線抵抗
指数が大きいほど、サ−ジ吸収能力が大きくなる。又、
直流負荷に対する信頼性を評価した。80℃の高温雰囲
気中で0.5ワットの直流負荷を500時間印加し、冷却
してバリスタ立ち上がり電圧V1mAの変化率△V1mA/V1mA
(直流負荷変化率)を測定した。バリスタ立ち上がり電
圧V1mAの変化率△V1mA/V1mAが小さいほど、酸化亜鉛バ
リスタの電気特性が安定しており、信頼性が高いことを
示している。The electrical characteristics of the zinc oxide varistor thus obtained were evaluated. The initial electrical characteristics include a rising voltage V1mA / mm (voltage for 1 mm thickness between both terminals when a current of 1 mA flows) and a non-linear resistance index of 0.1 mA
α1mA (value obtained using V1mA and V0.1mA) was measured (in the following description, the nonlinear resistance index is 0.1 mA
α1mA is sometimes simply referred to as α value). The larger the nonlinear resistance index, the greater the surge absorption capacity. or,
The reliability to DC load was evaluated. A DC load of 0.5 watts is applied for 500 hours in a high-temperature atmosphere of 80 ° C., cooled, and the rate of change of the varistor rise voltage V1mA1V1mA / V1mA
(DC load change rate) was measured. The smaller the rate of change ΔV1mA / V1mA of the varistor rise voltage V1mA, the more stable the electrical characteristics of the zinc oxide varistor, indicating higher reliability.
【0054】さらに、サ−ジに対する信頼性を評価し
た。8× 20μsec, 2.5kAのパルスの10回印加に
よるバリスタ立ち上がり電圧V1mAの変化率△V1mA/V1mA
(サ−ジ変化率)を測定した。表1に試料の組成を、表
2に電気特性の評価結果を示す。サ−ジ変化率の値が小
さいほど、酸化亜鉛バリスタの電気特性が安定してお
り、信頼性が高いことを示している。いずれも変化率の
絶対値が5%以下の場合に信頼性が高いことを示してい
る。なお、電気特性の評価結果を示す数値は、ロット内
の最小値と最大値を示した。Further, the reliability of the surge was evaluated. Variation rate of varistor rise voltage V1mA by applying 8 × 20μsec, 2.5kA pulse 10 times10V1mA / V1mA
(Surge change rate) was measured. Table 1 shows the composition of the sample, and Table 2 shows the evaluation results of the electrical characteristics. The smaller the value of the surge rate, the more stable the electrical characteristics of the zinc oxide varistor and the higher the reliability. In each case, the reliability is high when the absolute value of the change rate is 5% or less. The numerical values indicating the evaluation results of the electrical characteristics indicate the minimum value and the maximum value in the lot.
【0055】[0055]
【表1】 [Table 1]
【0056】[0056]
【表2】 [Table 2]
【0057】 表1および表2より、本実施例の酸化亜
鉛磁器組成物を用いた酸化亜鉛バリスタは、x = 3.0 の
試料(試料番号#009)を除いて900℃という低い温
度でも焼結することができ、x = 0.05 の試料(試料番
号#001)を除いて非直線抵抗特性がよく、長時間の直
流負荷に対してもまたサ−ジに対しても、立ち上がり電
圧V1mAの変化率(△V1mA/V1mA)の絶対値が5%以下
で、信頼性が優れていた。また、表2に示されているよ
うに、ロット内の電気特性のバラツキも小さかった。表
2には示されていないが、本実施例の酸化亜鉛磁器を用
いて酸化亜鉛バリスタを作成すると、ロット間の電気特
性のバラツキも、ロット内の電気特性のバラツキと同様
に小さかった。なお, 試料番号#001は初期の非直線抵
抗特性は優れていたが、立ち上がり電圧や非直線抵抗特
性にバラツキがあり、電圧負荷および熱処理による特性
劣化がやや大きかった。#009は焼成温度を高くすると
粒成長が進んで測定可能となったが良特性を示さなかっ
た。As shown in Tables 1 and 2, the zinc oxide varistor using the zinc oxide porcelain composition of the present embodiment sinters even at a low temperature of 900 ° C. except for the sample with x = 3.0 (sample number # 009). It has good non-linear resistance characteristics except for the sample of x = 0.05 (sample number # 001), and the rate of change of the rising voltage V1mA (for both long-time DC load and surge) ( The absolute value of (ΔV1mA / V1mA) was 5% or less, indicating excellent reliability. Further, as shown in Table 2, the variation in the electrical characteristics in the lot was small. Although not shown in Table 2, when the zinc oxide varistor was prepared using the zinc oxide porcelain of the present example, the variation in the electrical characteristics between lots was as small as the variation in the electrical characteristics in the lot. Although the sample # 001 had excellent initial non-linear resistance characteristics, the start-up voltage and the non-linear resistance characteristics varied, and the characteristic deterioration due to voltage load and heat treatment was slightly large. In the case of # 009, when the firing temperature was increased, the grain growth progressed and measurement became possible, but no good characteristics were shown.
【0058】(実施例 2)実施例 1で得たB2O3の粉末と
Cr2O3の粉末よりなるB2O3/Cr2O3合成粉末を用いて、Zn
O、前記B2O3/Cr2O3合成粉末、Bi2O3、Co3O4、MnO2、Ni
O, Sb 2O3、Al(NO3)3・9H2Oを、重量比で81.38:0.4:
4.2:0.954:0.414:0.383:0.6:0.015となるように配
合し、湿式法でモノマロンポットのボ−ルミルで混合粉
砕した後、スプレイドライアーによって酸化亜鉛混合粉
末を得た. かくして得た酸化亜鉛混合粉末を用いてアレ
スタを作成した. 表3に試料の組成をを示す。(Example 2) B obtained in Example 1TwoOThreePowder and
CrTwoOThreeB consisting of powder ofTwoOThree/ CrTwoOThreeUsing synthetic powder, Zn
O, BTwoOThree/ CrTwoOThreeSynthetic powder, BiTwoOThree, CoThreeOFour, MnOTwo, Ni
O, Sb TwoOThree, Al (NOThree)Three・ 9HTwoO, by weight ratio, 81.38: 0.4:
4.2: 0.954: 0.414: 0.383: 0.6: 0.015
The mixture is mixed by a wet method using a ball mill with a monomalon pot.
After crushing, use a spray dryer to mix zinc oxide
A powder was obtained using the zinc oxide mixed powder thus obtained.
Table 3 shows the composition of the sample.
【0059】[0059]
【表3】 [Table 3]
【0060】スプレイドライアーによって得られた酸化
亜鉛混合粉末をRIP (Rubber Isostatic Press, ゴム
等方圧プレス)法で柱状に成形し、得られた成形体の側
面にホウ珪酸ビスマス系ガラス粉末とMnO2の混合物を塗
布し、900℃および950℃にてそれぞれ10時間の焼成を行
って柱状の酸化亜鉛磁器#101,#102を得た。得られた
酸化亜鉛磁器のサイズは両者とも直径32mmで高さ28mmで
あった。酸化亜鉛磁器の上下両面にアルミニウム金属を
溶射して電極を形成し、側面にマイカ-授脂のコーティ
ングを施してアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタを得
た. V1mA はそれぞれV1mA=6.05kVおよびV1mA=5.94
kVであった。 図2は本発明の酸化亜鉛磁器組成物を用
いて作成したアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタ装置2
0の断面図である。酸化亜鉛磁器21の上下両面にアル
ミニウム溶射による素子電極22が形成されている。ま
た、酸化亜鉛磁器の側面にはマイカと授脂の混合物より
なるマイカ-授脂膜の側面絶縁膜23が形成されてお
り、酸化亜鉛磁器と素子電極と側面絶縁膜とで酸化亜鉛
バリスタ素子を形成している。酸化亜鉛バリスタ素子の
下部には、取り付け用ネジ穴24をもった接地側端子2
5があり、上部にはバネ26を介して取り付け用ネジ穴
24をもった線路側端子27があって、両端子および酸
化亜鉛バリスタ素子は授脂管28にてモールドされてい
る。 表4にアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタ装置の
電流−電圧特性を示す.The zinc oxide mixed powder obtained by the spray dryer is formed into a column by a RIP (Rubber Isostatic Press, rubber isostatic press) method, and bismuth borosilicate glass powder and MnO 2 are formed on the side surface of the obtained formed body. Was baked at 900 ° C. and 950 ° C. for 10 hours each to obtain columnar zinc oxide porcelains # 101 and # 102. The size of the obtained zinc oxide porcelain was 32 mm in diameter and 28 mm in height. Electrodes were formed by spraying aluminum metal on the upper and lower surfaces of the zinc oxide porcelain, and mica-greasing coating was applied to the sides to obtain arrester-type zinc oxide varistors. V1mA was V1mA = 6.05kV and V1mA = 5.94, respectively.
kV. FIG. 2 shows an arrester type zinc oxide varistor device 2 prepared using the zinc oxide porcelain composition of the present invention.
0 is a sectional view. Element electrodes 22 are formed on both upper and lower surfaces of the zinc oxide porcelain 21 by aluminum spraying. Further, on the side surface of the zinc oxide porcelain, a side insulating film 23 of a mica-greasing film made of a mixture of mica and fat is formed, and the zinc oxide varistor element is formed by the zinc oxide porcelain, the device electrode, and the side insulating film. Has formed. At the lower part of the zinc oxide varistor element, a ground side terminal 2 having a mounting screw hole 24 is provided.
5, a line-side terminal 27 having a screw hole 24 for attachment via a spring 26, and both terminals and a zinc oxide varistor element are molded in a greasing tube 28. Table 4 shows the current-voltage characteristics of the arrester type zinc oxide varistor device.
【0061】[0061]
【表4】 [Table 4]
【0062】表4にみるように、本実施例の組成の酸化
亜鉛磁器を用いたアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタ装
置において#101,#102ともに高電流域においても非直
線抵抗特性が優れていることがわかる。つぎに交流課電
の加速試験を行って課電寿命を予測した。課電寿命はア
レスタの最も重要な評価項目の一つである。ここでは周
囲温度130℃で課電率95%の条件で試験を行った。
その結果、1mAの初期Irは両素子ともに100時間以
上の試験に対してほとんど変化せず、ギャップレスのア
レスタとして使用した場合、周囲温度70℃で課電率8
0%の条件のもとでは、100年以上の寿命が保障され
るという結果を得た。As shown in Table 4, in the arrester type zinc oxide varistor device using the zinc oxide porcelain of the composition of this embodiment, both the # 101 and # 102 have excellent non-linear resistance characteristics even in a high current region. I understand. Next, an acceleration test of AC power application was performed to predict the service life. The service life is one of the most important evaluation items of the arrester. Here, the test was performed under the conditions of an ambient temperature of 130 ° C. and a charge rate of 95%.
As a result, the initial Ir of 1 mA hardly changed for the test for more than 100 hours for both devices.
Under the condition of 0%, a life of more than 100 years is guaranteed.
【0063】(実施例 3)モル比でB2O3の粉末とSb2O3
の粉末を2:1, Cr2O3の粉末とSb2O3の粉末を 1:1と
なるように混合した。これらの混合粉を大気雰囲気下、
それぞれに 380℃で5時間, および600℃で5時間の熱
処理を施した後、安定化ジルコニアを玉石とするモノマ
ロンポットのボ−ルミルで尾粉砕することによってB2O3
とSb2O3よりなるB2O3/Sb2O3合成粉末, Cr2O3とSb2O3よ
りなるCr2O3/Sb2O3合成粉末を得た。 ZnO粉末と、前記
B2O3 /Sb2O3 合成粉末と、Bi2O3粉末と, 前記Cr2O 3/S
b2O3粉末と、Co3O4粉末と、MnO2 粉末と、NiO粉末と、S
b2O4粉末と、Al(OH)(CH3COO)2とを重量比で81.38:x:
4.2:x:0.954:0.414:0.383:0.5: 0.0065となるよ
うに配合し、湿式法で18時間混合粉砕し, 実施例1と
類似の方法で酸化亜鉛焼結体磁器を作成した. ただ
し、B2O3/Sb2O3の量およびCr2O3/Sb2O3の量としてx=
0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0 ,
4.0を選択した。かくして得た磁器の両面に銀電極材料
を塗布しこれを700℃で焼きつけて電極を形成しリー
ド線をはんだ付けして酸化亜鉛バリスタを得た. 表5
に試料の組成を、表6に電気特性の評価結果を示す.Example 3 B in molar ratioTwoOThreePowder and SbTwoOThree
2: 1 powder, CrTwoOThreePowder and SbTwoOThree1: 1 powder
And mixed. These mixed powders are put under air atmosphere,
5 hours at 380 ° C and 5 hours at 600 ° C respectively
After treatment, a monomer that uses stabilized zirconia as a cobblestone
B by tail milling in a ball mill of a long potTwoOThree
And SbTwoOThreeConsisting of BTwoOThree/ SbTwoOThreeSynthetic powder, CrTwoOThreeAnd SbTwoOThreeYo
Rin CrTwoOThree/ SbTwoOThreeA synthetic powder was obtained. ZnO powder and the above
BTwoOThree / SbTwoOThree Synthetic powder and BiTwoOThreePowder and the CrTwoO Three/ S
bTwoOThreePowder and CoThreeOFourPowder and MnOTwo Powder, NiO powder, and S
bTwoOFourPowder and Al (OH) (CHThreeCOO)TwoAnd the weight ratio of 81.38: x:
4.2: x: 0.954: 0.414: 0.383: 0.5: 0.0065
And pulverized by a wet method for 18 hours.
A zinc oxide sintered body was made in a similar way.
Then BTwoOThree/ SbTwoOThreeQuantity and CrTwoOThree/ SbTwoOThreeX =
0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0,
I chose 4.0. Silver electrode material on both sides of the porcelain thus obtained
Is applied and baked at 700 ° C to form electrodes.
The lead wire was soldered to obtain a zinc oxide varistor. Table 5
Shows the composition of the sample, and Table 6 shows the evaluation results of the electrical characteristics.
【0064】[0064]
【表5】 [Table 5]
【0065】[0065]
【表6】 [Table 6]
【0066】表5および表6より、本実施例の酸化亜鉛
系磁器を用いた酸化亜鉛バリスタは、試料番号#209を
除いて900℃〜950℃という低い温度でも焼結する
ことができ、x = 0.05 の試料(試料番号#201)を除い
て非直線抵抗特性がよく、長時間の直流負荷に対しても
またサージに対しても、立ち上がり電圧V1mA の変化率
(△V1mA / V1mA )の絶対値が5%以下で、信頼性が
優れていた. また、表6に示されているように、ロッ
ト内の電気特性のバラツキも小さかった。表6には示さ
れていないが、本実施例の酸化亜鉛磁器を用いて酸化亜
鉛バリスタを作成すると、ロット間の電気特性のバラツ
キも、ロット内の電気特性のバラツキと同様に小さかっ
た。なお, 試料番号#201は電気特性のバラツキが大き
く初期の非直線抵抗特性が優れず、さらに電圧負荷によ
って特性劣化が大きかった。#209は焼成温度を高くす
ると粒成長が進んで測定可能となったが良特性を示さな
かった。According to Tables 5 and 6, the zinc oxide varistor using the zinc oxide-based porcelain of this embodiment can be sintered even at a low temperature of 900 ° C. to 950 ° C. except for sample number # 209. = Non-linear resistance characteristics are good except for the sample of 0.05 (Sample No. # 201). Absolute rate of change of rise voltage V1mA (△ V1mA / V1mA) both for long-time DC load and for surge When the value was 5% or less, the reliability was excellent. In addition, as shown in Table 6, the variation in the electrical characteristics in the lot was small. Although not shown in Table 6, when the zinc oxide varistor was prepared using the zinc oxide porcelain of the present example, the variation in the electrical characteristics between lots was as small as the variation in the electrical characteristics in the lot. Sample No. # 201 had a large variation in electrical characteristics, was not excellent in the initial non-linear resistance characteristics, and had a large deterioration in characteristics due to a voltage load. In the case of # 209, when the firing temperature was increased, the grain growth progressed and measurement became possible, but no good characteristics were exhibited.
【0067】(実施例 4)モル比でB2O3の粉末とBi2O3
の粉末を1:2, Bi2O3の粉末とCr2O 3の粉末を 1:
1となるように混合した。これらの混合粉を大気雰囲気
下、それぞれに 370℃で5時間, および500℃で5時間
の熱処理を施した後、安定化ジルコニアを玉石とするモ
ノマロンポットのボ−ルミルで尾粉砕することによって
B2O3とBi2O3よりなるB2O3/Bi2O3合成粉末, Bi2O3とCr2
O3よりなるBi2O3/Cr2O3合成粉末を得た。 ZnO粉末と、
前記B2O3 /Bi2O3 合成粉末と、Bi2O3粉末と, 前記Bi2O
3/Cr2O3粉末と、Co3O4粉末と、MnO2 粉末と、NiO粉末
と、Sb2O5粉末と、AlOOH粉末とを重量比で81.38:1.2:
2.8:1.2:0.954:0.414:0.383:1.3: 0.0024となる
ように配合し、湿式法で18時間混合粉砕し, 実施例1
と類似の方法で試料を作成した. 焼成温度は、750℃、
800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100
℃、1200℃を選択した。かくして酸化亜鉛バリスタを得
た. 表7に試料の組成を、表8に電気特性の評価結果
を示す.Example 4 B in molar ratioTwoOThreePowder and BiTwoOThree
Powder 1: 2, BiTwoOThreePowder and CrTwoO ThreePowder of 1:
1 was mixed. Mix these powders in the atmosphere
Below, 5 hours at 370 ° C and 5 hours at 500 ° C respectively
After the heat treatment, the stabilized zirconia
By tail-milling with a ball mill of Nomaron pot
BTwoOThreeAnd BiTwoOThreeConsisting of BTwoOThree/ BiTwoOThreeSynthetic powder, BiTwoOThreeAnd CrTwo
OThreeBi consisting ofTwoOThree/ CrTwoOThreeA synthetic powder was obtained. ZnO powder,
Said BTwoOThree / BiTwoOThree Synthetic powder and BiTwoOThreePowder and the BiTwoO
Three/ CrTwoOThreePowder and CoThreeOFourPowder and MnOTwo Powder and NiO powder
And SbTwoOFivePowder and AlOOH powder in a weight ratio of 81.38: 1.2:
2.8: 1.2: 0.954: 0.414: 0.383: 1.3: 0.0024
And pulverized for 18 hours by a wet method.
A sample was prepared in a similar manner to that described above.
800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃, 1050 ℃, 1100
° C and 1200 ° C were selected. Thus a zinc oxide varistor is obtained
Table 7 shows the composition of the sample, and Table 8 shows the evaluation results of the electrical characteristics.
Is shown.
【0068】[0068]
【表7】 [Table 7]
【0069】[0069]
【表8】 [Table 8]
【0070】表7および表8より、750℃で焼成され
た#301および1200℃で焼成された#309を除いて、
本実施例の酸化亜鉛系磁器を用いた酸化亜鉛バリスタ
は、非直線抵抗特性がよく、長時間の直流負荷に対して
もまたサージに対しても、立ち上がり電圧V1mA の変化
率(△V1mA / V1mA )の絶対値が5%以下で、信頼性
が優れていた.#301は電圧が高くて電気特性の測定が不
可能であった。また、#309は焼結体同士がくっついて
測定が不可能であった。From Tables 7 and 8, except for # 301 fired at 750 ° C and # 309 fired at 1200 ° C,
The zinc oxide varistor using the zinc oxide-based porcelain of this embodiment has a good non-linear resistance characteristic, and the rate of change of the rising voltage V1mA (△ V1mA / V1mA) with respect to a long-time DC load and a surge. The absolute value of ()) was 5% or less and the reliability was excellent. # 301 was so high that the electrical characteristics could not be measured. In the case of # 309, measurement was impossible because the sintered bodies adhered to each other.
【0071】(実施例 5)B2O3の粉末とCr2O3の粉末
(各粉末の粒径はそれぞれ、平均粒径が2〜3μm)をモ
ル比で 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, そしてB2
O3の粉末とCr2O3の粉末とY2O3の粉末(粉末の粒径は平
均粒径が1〜2μm)を 2:2:1、1:1:1、2:1:1になる
ように混合し、大気雰囲気下、500℃で5時間の熱処理
を施した後、安定化ジルコニアを玉石とするモノマロン
ポットのボ−ルミルで尾粉砕することによってB2O3とCr
2O3の合成粉末(平均粒径約0.5〜1.5μm)およびB2O3と
Cr2O3とY2O3との合成粉末(平均粒径約0.5〜1.5μm)を
得た。次に、ZnO、前記合成粉末、Bi2O3、Co3O4、Mn
O2、NiO, Sb2O3、Al(OH)(CH3COO)2を、重量比で81.3
8:0.5:3.4:0.954:0.414:0.383:0.95:0.0065とな
るように配合し、モノマロンポットのボ−ルミルで湿式
法で18時間混合粉砕し, 実施例1と類似の方法で試料
を作成した. 焼成温度は、900℃と950℃を選択した。
かくして酸化亜鉛バリスタを得た. 表9に試料の組成
を、表10に電気特性の評価結果を示す.Example 5 B 2 O 3 powder and Cr 2 O 3 powder (the average particle diameter of each powder was 2 to 3 μm) were mixed in a molar ratio of 3: 1, 2: 1, 1. 1: 1, 1: 2, 1: 3, and B 2
O 3 in powder and Cr 2 O 3 powder and Y 2 O 3 powder (particle diameter of the powder has an average particle size of 1~2μm) 2: 2: 1,1: 1: 1,2: 1: 1 And heat-treated at 500 ° C. for 5 hours in an air atmosphere, followed by tail pulverization with a ball mill of a monomalon pot made of stabilized zirconia to thereby obtain B 2 O 3 and Cr.
2 O 3 synthetic powder (average particle size about 0.5-1.5 μm) and B 2 O 3
A synthetic powder of Cr 2 O 3 and Y 2 O 3 (average particle size of about 0.5 to 1.5 μm) was obtained. Next, ZnO, the synthetic powder, Bi 2 O 3 , Co 3 O 4 , Mn
O 2, NiO, Sb 2 O 3, Al (OH) a (CH 3 COO) 2, in a weight ratio of 81.3
8: 0.5: 3.4: 0.954: 0.414: 0.383: 0.95: 0.0065 were blended and mixed and pulverized for 18 hours by a wet method using a ball mill of a monomalon pot, and a sample was prepared in the same manner as in Example 1. The firing temperature was selected between 900 ° C and 950 ° C.
Thus, a zinc oxide varistor was obtained. Table 9 shows the composition of the sample, and Table 10 shows the evaluation results of the electrical characteristics.
【0072】[0072]
【表9】 [Table 9]
【0073】[0073]
【表10】 [Table 10]
【0074】[0074]
【発明の効果】 以上実施例をあげて説明したように、
本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、不安定性の原因である
インタスティシャルZnの生成を抑制し、その代わりにド
ナーとしてアルミニウムが添加された安定性の優れたn
型酸化亜鉛を主構成物質として形成される。その結果、
本酸化亜鉛磁器組成物を用いて作成したバリスタは、低
電流域から高電流域まで非直線抵抗特性などの電気特性
が優れ、またインタスティシャルZnの発生が抑制されて
直流および交流の電圧印加並びに熱に対し極めて安定性
にすぐれている。また本発明は、上記酸化亜鉛バリスタ
用酸化亜鉛磁器組成物を高い歩留りで製造する方法を提
供するものであり、工業的に少量の酸化ホウ素含有合成
物と酸化クロム含有合成物を、または酸化ホウ素・酸化
クロム含有合成物を均一に成形体内に分布させて焼結す
ることによって良特性の材料および素子をえている。As described above with reference to the embodiments,
The zinc oxide porcelain composition of the present invention suppresses the generation of interstitial Zn, which is a cause of instability, and has an excellent stability in which aluminum is added as a donor instead.
It is formed using zinc oxide as a main constituent. as a result,
Varistors made using this zinc oxide porcelain composition have excellent electrical characteristics such as non-linear resistance characteristics from low current range to high current range, and suppress generation of interstitial Zn to apply DC and AC voltage. Also, it is extremely stable against heat. The present invention also provides a method for producing the zinc oxide porcelain composition for a zinc oxide varistor at a high yield, and industrially uses a small amount of a boron oxide-containing compound and a chromium oxide-containing compound, or A material and a device having good characteristics are obtained by uniformly dispersing a chromium oxide-containing compound in a molded body and sintering the same.
【0075】その焼結体を製造する場合、焼結過程の初
期において発生する素子にとって有害な還元性ガスなど
を追放した後、濡れ性に優れたホウ素化合物などが酸化
ビスマスなどと共に粒界に液相を形成して開気孔を少な
くし、高酸素分圧の酸素をもった閉気孔を形成した状態
で収縮をともなって焼結する。焼成温度を低くしても、
均一に焼結し、バリスタにとって重要な粒径を均一に成
長させることが可能である。又、焼結温度を低くして
も、高電流パルスにも十分耐えることができ、高性能を
もちつづけることができる。In the case of producing the sintered body, after a reducing gas or the like generated at an early stage of the sintering process and harmful to the element is expelled, a boron compound having excellent wettability is applied to the grain boundaries together with bismuth oxide and the like. A phase is formed to reduce open pores, and sintering is performed with shrinkage in a state where closed pores having high oxygen partial pressure oxygen are formed. Even if the firing temperature is lowered,
It is possible to sinter uniformly and to grow a particle size important for the varistor uniformly. Further, even if the sintering temperature is lowered, it can withstand a high current pulse sufficiently and keep high performance.
【0076】また、本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、低
温度で焼結できるので、焼結の際の電力消費を少なくす
ることが可能となり、同時に焼結に用いる電気炉の炉材
や容器の消耗を少なくすることができ、省エネルギ−や
省資源に大きく寄与することができる。さらにまた、本
発明の酸化亜鉛磁器組成物には、銀の融解温度よりも低
い温度でも焼結するものがあり、これらの磁器内部に焼
成の際に同時に銀電極を形成することが可能となった。
その結果、銀の内部電極をもった、高性能の積層型の酸
化亜鉛バリスタを製造できるようになった。また添加物
の種類や 量を調整することにより、750℃まで焼成
温度を下げても、良特性のバリスタが得られることがあ
きらかとなった。なお、従来のアレスタにおいては、交
流課電に耐えるためにはインタスティシャルZnの悪影響
を弱めるため焼成のあとで500℃〜600℃の熱処理を必要
としたが、実施例では、これらの熱処理が不必要である
ことを示している。Further, since the zinc oxide porcelain composition of the present invention can be sintered at a low temperature, it is possible to reduce power consumption during sintering, and at the same time, the furnace material and container of an electric furnace used for sintering. Consumption can be reduced, which can greatly contribute to energy saving and resource saving. Furthermore, some of the zinc oxide porcelain compositions of the present invention sinter even at a temperature lower than the melting temperature of silver, and it becomes possible to form a silver electrode inside these porcelains simultaneously with firing. Was.
As a result, a high-performance laminated zinc oxide varistor having a silver internal electrode can be manufactured. Also, by adjusting the type and amount of the additive, it became clear that a varistor with good characteristics could be obtained even when the firing temperature was lowered to 750 ° C. In the conventional arrester, a heat treatment at 500 ° C. to 600 ° C. was required after firing in order to weaken the adverse effect of interstitial Zn in order to withstand AC power application. Indicates that it is unnecessary.
【図1】本発明の実施例1の酸化亜鉛磁器組成物を用い
て作成したディスクタイプの酸化亜鉛バリスタの概略斜
視図。FIG. 1 is a schematic perspective view of a disk-type zinc oxide varistor made using the zinc oxide porcelain composition of Example 1 of the present invention.
【図2】本発明の実施例4の酸化亜鉛磁器組成物を用い
て作成したアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタ装置の概
略断面図。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an arrester-type zinc oxide varistor device prepared using the zinc oxide porcelain composition of Example 4 of the present invention.
10 ディスクタイプの酸化亜鉛バリスタ 11 酸化亜鉛磁器 12 電極 13 リ−ド線 20 酸化亜鉛バリスタ装置 21 酸化亜鉛磁器 23 側面絶縁膜 24 取り付け用ネジ穴 25 接地側端子 26 バネ 27 線路側端子 28 樹脂管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Disc-type zinc oxide varistor 11 Zinc oxide porcelain 12 Electrode 13 Lead wire 20 Zinc oxide varistor device 21 Zinc oxide porcelain 23 Side insulating film 24 Mounting screw hole 25 Ground side terminal 26 Spring 27 Line side terminal 28 Resin tube
─────────────────────────────────────────────────────
────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成13年1月31日(2001.1.3
1)[Submission date] January 31, 2001 (2001.1.3)
1)
【手続補正1】[Procedure amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項3[Correction target item name] Claim 3
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【手続補正2】[Procedure amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項4[Correction target item name] Claim 4
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【手続補正3】[Procedure amendment 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】請求項21[Correction target item name] Claim 21
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【手続補正4】[Procedure amendment 4]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0003[Correction target item name] 0003
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0003】 なお、立ち上がり電圧とは、バリスタに
1mAの電流を流した時の両端子間の電圧をいい、V 1mA で
表わされる。そして厚みが1mmの試料に1mAの電流を流
した時の両端子間の電圧をこの材料の定数の一つとし、
V 1mA /mmで表わしている。これは試料1mmの厚み当たり
の立ち上がり電圧ということになる。The rising voltage refers to a voltage between both terminals when a current of 1 mA flows through the varistor, and is represented by V 1 mA . The voltage between both terminals when a current of 1 mA is applied to a sample having a thickness of 1 mm is defined as one of the constants of this material.
V Expressed in 1mA / mm. This means a rising voltage per 1 mm thickness of the sample.
【手続補正5】[Procedure amendment 5]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0009[Correction target item name] 0009
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0009】上記組成にCr2O3が添加されたZnO-Bi2O3-S
b2O3+ (CoO , MnO, NiO) + Cr2O3系では、パイロクロア
相がZnOと反応してBi2O3主成分の液相を形成するには12
00℃以上の高温を必要としたが、ひとたび形成されたBi
2O3主成分の液相は冷却後も安定に粒界に存在して、パ
イロクロア相に逆戻りすることはなかった。そしてバリ
スタとして優れた諸特性を示した。ZnO—Bi 2 O 3 —S in which Cr 2 O 3 is added to the above composition
In the b 2 O 3 + (CoO, MnO, NiO) + Cr 2 O 3 system, the pyrochlore phase reacts with ZnO to form a Bi 2 O 3 main component liquid phase.
Although a high temperature of 00 ° C or higher was required, once formed Bi
The liquid phase composed mainly of 2 O 3 remained at the grain boundaries stably even after cooling, and did not revert to the pyrochlore phase. And it showed excellent properties as a varistor.
【手続補正6】[Procedure amendment 6]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0011[Correction target item name] 0011
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0011】 酸化亜鉛バリスタにおいて電気特性が優
れているとは、たとえば、漏れ電流が少なく、後述する
非直線抵抗指数 0.1mA α 1mA が高い値を持つなどして回
路に瞬間的に発生した高電流を吸収して回路中に高電圧
が発生するのを防ぐなどである。また、信頼性が優れて
いるとは、長時間電圧を印加した場合、あるいは高温下
で長時間電力負荷を加えた場合、さらにはパルス電流を
印加した場合等においても、電気特性の低下などがな
く、もとの電気特性が維持されるなどの事項が挙げられ
る。しかし従来の酸化亜鉛バリスタは次に述べるように
本質的な不安定性を持っていた。[0011] The excellent electrical characteristics of a zinc oxide varistor means that, for example, a high current generated instantaneously in a circuit due to a small leakage current and a high non-linear resistance index of 0.1 mA α 1 mA described later. To prevent a high voltage from being generated in the circuit. In addition, the term “excellent in reliability” means that electrical characteristics are deteriorated even when a voltage is applied for a long time, when a power load is applied at a high temperature for a long time, or when a pulse current is applied. And the fact that the original electrical characteristics are maintained. However, the conventional zinc oxide varistor has inherent instability as described below.
【手続補正7】[Procedure amendment 7]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0012】通常の酸化亜鉛内には酸化亜鉛結晶の亜鉛
と酸素の原子が位置する格子点と格子点の間に格子間亜
鉛原子いわゆるインタースティシャルZnが存在する。酸
化亜鉛の導電性はこれらのインタースティシャルZn原子
から励起された電子によるものである。従来の酸化亜鉛
バリスタにおける最大の問題点の一つは電気的不安定性
である。そしてこの電気的不安定性の一つが長時間にわ
たって直流または交流の電圧を素子に印加しつづけると
V-I特性が劣化して徐々に電流が増加することであり,他
の一つは、酸化亜鉛バリスタの焼結体に700℃前後の熱
処理を施すとV-I特性が急激に劣化することである。
後者の場合漏れ電流が大きくなって、場合によっては実
用化できないことが起きる。これらの二つのV-I特性の
劣化は酸化亜鉛バリスタの焼結体の酸化亜鉛粒子の粒界
にそって生ずる空乏層内におけるインタースティシャル
Znの移動によって起きる。アルミニウムを添加しない場
合, 従来の製造方法で作成した酸化亜鉛バリスタの場
合、n型半導体としての酸化亜鉛粒子内では2〜7×1017
個/cm3くらいのインタースティシャルZn原子から供給さ
れた伝導電子が存在するといわれている。 実験的には
酸化亜鉛バリスタ中のZnO粒子中の伝導電子の数は Muk
ae, Tsuda and Nagasawaの方法で求めることができる
("Capacitance-vs-Voltage Characteristics of ZnO
Varistors", J. Appl. Phys., 50 [6] 4475-76
(1977) ) 。Normal zinc oxide contains interstitial zinc atoms, so-called interstitial Zn, between lattice points where zinc and oxygen atoms of zinc oxide crystals are located. The conductivity of zinc oxide is due to electrons excited from these interstitial Zn atoms. One of the biggest problems with conventional zinc oxide varistors is electrical instability. If one of these electrical instabilities continues to apply DC or AC voltage to the device for a long time,
The current is gradually increased due to the deterioration of the VI characteristics, and the other is that when the sintered body of the zinc oxide varistor is subjected to a heat treatment at about 700 ° C., the VI characteristics are rapidly deteriorated.
In the latter case, the leakage current becomes large, and in some cases, it may not be practical. The deterioration of these two VI characteristics is caused by the interstitial in the depletion layer along the grain boundary of zinc oxide particles of the sintered body of zinc oxide varistor.
It is caused by the movement of Zn. When aluminum is not added, in the case of a zinc oxide varistor prepared by a conventional manufacturing method, 2 to 7 × 10 17
It is said that there are conduction electrons supplied from the interstitial Zn atoms of about / cm 3 . Experimentally, the number of conduction electrons in ZnO particles in zinc oxide varistors is Muk
ae, Tsuda and Nagasawa ("Capacitance-vs-Voltage Characteristics of ZnO
Varistors ", J. Appl. Phys., 50 [6] 4475-76
(1977)).
【手続補正8】[Procedure amendment 8]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0031[Correction target item name] 0031
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0031】さらにまた、前記目的を達成するため、本
発明の酸化亜鉛磁器組成物は、酸化亜鉛(ZnO)81.38重
量部(1モル)に少なくとも酸化コバルト(CoO, 又はCo2O
3、又はCo3O4)と酸化マンガン(MnO, 又はMnO2, 又は
Mn2O3、又はMn3O4)と酸化ニッケル(NiO)より選ばれ
た二種または三種の鉄族酸化物を0.3〜5.0重量部と酸化
ビスマス(Bi2O3)を1.2〜7.0重量部と酸化アンチモン
(三酸化二アンチモンSb2O3又は四酸化二アンチモンSb2
O4又は五酸化二アンチモンSb 2O5)を0.1〜2.0重量部と
酸化ホウ素(B2O3)成分 0.03〜0.5重量部を含有する酸
化ホウ素含有合成物と酸化クロム(Cr2O3)成分 0.05〜
1.0重量部を含有する酸化クロム含有合成物と酸化アル
ミニウム(Al2O3)に換算して0.0001〜0.05重量部のア
ルミニウム成分を含有するアルミニウム化合物と、さら
に、酸化ゲルマニウム(GeO2 )、酸化ニオブ(Nb
2O5)、酸化鉛(PbO)、酸化けい素(SiO2 )、酸化錫
(SnO2)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化チタン(Ti
O2)、酸化タングステン(WO3)、および希土類酸化物
より選択された酸化物とを, 単独で叉は他の酸化物と
共に合成物を形成して添加するという構成を備えたもの
である。Further, in order to achieve the above object,
The zinc oxide porcelain composition of the invention has a zinc oxide (ZnO)
Parts (1 mole) at least cobalt oxide (CoO or CoTwoO
ThreeOr CoThreeOFour) And manganese oxide (MnO or MnO)Two, Or
MnTwoOThreeOr MnThreeOFour) And nickel oxide (NiO)
Oxidized 0.3 to 5.0 parts by weight of two or three iron group oxides
Bismuth (BiTwoOThree) 1.2 to 7.0 parts by weight of antimony oxide
(Diantimony trioxide SbTwoOThreeOr diantimony tetroxide SbTwo
OFourOr diantimony pentoxide Sb TwoOFive) With 0.1 to 2.0 parts by weight
Boron oxide (BTwoOThree) Acid containing 0.03-0.5 parts by weight of component
Boron iodide-containing compounds and chromium oxide (CrTwoOThree) Ingredient 0.05 ~
Chromium oxide-containing composition containing 1.0 parts by weight and aluminum oxide
Minium (AlTwoOThreeA) of 0.0001-0.05 parts by weight
An aluminum compound containing a luminium component;
And germanium oxide (GeO 2 ), Niobium oxide (Nb
TwoOFive), Lead oxide (PbO), silicon oxide (SiO 2 ), Tin oxide
(SnOTwo), Tantalum oxide (TaTwoOFive), Titanium oxide (Ti
OTwo), Tungsten oxide (WOThree), And rare earth oxides
With more selected oxides, alone or with other oxides
Both have the composition of forming a compound and adding it
It is.
【手続補正9】[Procedure amendment 9]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0032[Correction target item name] 0032
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0032】前記目的を達成するため、すなわち、高性
能で安定性の優れた素子を低いコストで提供するため、
本発明の酸化亜鉛磁器組成物は、さらに好ましくは電気
特性のバラツキを抑制するため、酸化亜鉛(ZnO)81.38
重量部に少なくとも酸化コバルト(CoO, 又はCo2O3、又
はCo3O4)と酸化マンガン(MnO,又はMnO2, 又はMn2O3、
又はMn3O4)と酸化ニッケル(NiO)より選ばれた二種ま
たは三種の鉄族酸化物を0.5〜4.0重量部と酸化ビスマス
(Bi2O3)を1.2〜7.0重量部と酸化アンチモン(三酸化
二アンチモンSbrO3又は四酸化二アンチモンSb2O4又は五
酸化二アンチモンSb2O5)を0.1〜2.0重量部と酸化ホウ
素成分(B2O3)0.05〜0.45重量部を含有する酸化ホウ素
含有合成物と酸化クロム成分(Cr2O3)0.08〜0.8重量部
を含有する酸化クロム含有合成物と酸化アルミニウム
(Al2O3)に換算して0.0003〜0.02重量部のアルミニウ
ム成分を含有するアルミニウム化合物とを添加して混合
し, 成形し、焼成を実施してなるという構成を備えた
ものである。In order to achieve the above-mentioned object, that is, to provide an element having high performance and excellent stability at low cost,
The zinc oxide porcelain composition of the present invention is more preferably made of zinc oxide (ZnO) 81.38 in order to suppress variations in electrical characteristics.
By weight, at least cobalt oxide (CoO, or Co 2 O 3 , or Co 3 O 4 ) and manganese oxide (MnO, or MnO 2 , or Mn 2 O 3 ,
Or 0.5 to 4.0 parts by weight of two or three iron group oxides selected from Mn 3 O 4 ) and nickel oxide (NiO), 1.2 to 7.0 parts by weight of bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), and antimony oxide ( oxide containing diantimony trioxide SbrO 3 or tetroxide antimony Sb 2 O 4 or diantimony pentaoxide Sb 2 O 5) 0.1 to 2.0 parts by weight boron oxide component (B 2 O 3) 0.05~0.45 parts by weight Chromium oxide-containing composition containing boron-containing composition and chromium oxide component (Cr 2 O 3 ) 0.08 to 0.8 parts by weight and aluminum component (0.0003 to 0.02 parts by weight converted to aluminum oxide (Al 2 O 3 )) And an aluminum compound to be added, mixed, molded, and fired.
【手続補正10】[Procedure amendment 10]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0041[Correction target item name] 0041
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0041】 また、前記目的を達成するため、本発明
の酸化亜鉛バリスタは、酸化亜鉛に少なくとも酸化コバ
ルトと酸化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種ま
たは三種の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモン
(三酸化二アンチモン又は四酸化二アンチモン又は五酸
化二アンチモン)と酸化ホウ素含有合成物と酸化クロム
含有合成物とアルミニウム化合物とを添加して混合し,
柱状に成形し、焼成し、冷却後、得られた酸化亜鉛磁
器組成物の側面に少なくとも酸化ビスマスおよび酸化ホ
ウ素を含有する合成物を塗布してふたたび500℃〜800℃
の熱処理を施し、上下面に電極を形成してなるという構
成を備えたものである。In order to achieve the above object, a zinc oxide varistor according to the present invention provides a zinc oxide varistor comprising at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide and Antimony (diantimony trioxide or diantimony pentoxide or diantimony pentoxide), a composition containing boron oxide, a composition containing chromium oxide, and an aluminum compound are added and mixed,
It is shaped into a column , fired, cooled and the resulting zinc oxide magnet
At least bismuth oxide and oxide
500 ° C to 800 ° C again after applying a compound containing urine
In which the electrodes are formed on the upper and lower surfaces .
【手続補正11】[Procedure amendment 11]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0048[Correction target item name] 0048
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0048】 本発明の酸化亜鉛磁器組成物では、焼成
過程における反応の優先順位を確保するため、予め添加
物の一部に混合および熱処理を施しておき、他の添加物
と共に酸化亜鉛に添加し成形し焼成する。また、本発明
の酸化亜鉛磁器組成物では、電気特性の劣化の原因と成
るインタースティシャルZnの形成を防ぎ、酸化亜鉛をn
型の半導体にするためのドナーは、もっぱらアルミニウ
ムがこれをはたす。酸化亜鉛磁器の焼成においては、低
温でパイロクロア相の形成を防ぎ、低温より酸化ビスマ
スを主成分とする液相の生成を促進するため添加される
酸化クロムは、先に酸化亜鉛と反応してZnCr2O4を形成
するのを防ぐため予め酸化ホウ素、酸化ビスマス、酸化
アンチモンなどと共に熱処理を施して酸化クロム含有合
成物を形成しておいて添加する。本発明では、インター
スティシャルZnの形成を防ぐため、焼結時には焼結体内
部は酸素過剰の雰囲気を形成することが必要となるが、
これは分解および酸化亜鉛への固溶によって酸素を発生
する鉄族酸化物の添加によって可能となる。そして、粒
界に液相を形成することによって発生する酸素を焼結体
内部に閉じ込める。最終的にはZnO-Sb2O5系のスピネル
が形成される。これらの素子では、インタースティシャ
ルZnを少なくすることと、その代わりに伝導電子を維持
するために微量のアルミニウムを均質に酸化亜鉛粒子内
にドープすることが必要である。効率よく高酸素分圧を
もった閉気孔を発生し、あたかも高圧酸素のもとで焼結
したかのように焼結させることによって高性能で安定性
の優れた素子を得ることができた。In the zinc oxide porcelain composition of the present invention, in order to secure the priority of the reaction in the firing process, a part of the additives are mixed and heat-treated in advance, and added to the zinc oxide together with other additives. Mold and fire. Further, in the zinc oxide porcelain composition of the present invention, the formation of interstitial Zn, which causes the deterioration of electric characteristics, is prevented, and the zinc oxide is reduced to n.
Aluminum is the sole donor for a type semiconductor. In the firing of zinc oxide porcelain, the chromium oxide added to prevent the formation of the pyrochlore phase at low temperatures and to promote the formation of a liquid phase containing bismuth oxide as a main component at low temperatures reacts with zinc oxide first and reacts with ZnCr. In order to prevent the formation of 2 O 4 , heat treatment is performed in advance with boron oxide, bismuth oxide, antimony oxide, or the like to form a chromium oxide-containing composite, and then added. In the present invention, in order to prevent the formation of interstitial Zn, it is necessary to form an oxygen-excess atmosphere inside the sintered body during sintering,
This is made possible by the addition of iron group oxides that generate oxygen by decomposition and solid solution in zinc oxide. Then, oxygen generated by forming a liquid phase at the grain boundary is confined in the sintered body. Finally, a ZnO-Sb 2 O 5 spinel is formed. In these devices, it is necessary to reduce the interstitial Zn and, instead, uniformly dope a small amount of aluminum into the zinc oxide particles to maintain conduction electrons. By efficiently generating closed pores having a high oxygen partial pressure and sintering as if sintering under high-pressure oxygen, an element having high performance and excellent stability could be obtained.
【手続補正12】[Procedure amendment 12]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0050[Correction target item name] 0050
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0050】[0050]
【実施例】 以下実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。なお、下記の実施例において「重量」は、
「wt」と表示することがある。また、各実施例において
比較が容易になるよう、アルミニウム添加量をほぼ一定
に、そして、鉄族酸化物の添加量も決まった割合で添加
して実験した。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples. In the following examples, "weight" is
May be displayed as "wt". In each embodiment,
Almost constant aluminum content for easy comparison
And the addition amount of iron group oxide is also added at a fixed rate
And experimented .
【手続補正13】[Procedure amendment 13]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0051[Correction target item name] 0051
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0051】(実施例 1)モル比でB2O3の粉末とCr2O3
の粉末を 1:1となるように混合した。これらの混合粉
を大気雰囲気下、500℃で5時間の熱処理を施した後、
安定化ジルコニアを玉石とするモノマロンポットのボ−
ルミルで微粉砕することによってB2O3とCr2O3よりなるB
rO3/Cr2O3合成粉末を得た。 ZnO粉末と、前記B2O3 /C
r2O3 合成粉末と、Bi2O3 粉末と, Co3O4粉末と、MnO2 粉
末と、NiO粉末と、Sb2O3粉末と、Al(NO3)3・9H2O 粉末
とを重量比で81.38:0.4:3.4:0.954:0.414:0.383:
x: 0.015となるように配合し、湿式法でモノマロンポ
ットのボ−ルミルで混合粉砕した。ただし、Sb2O3 の量
としてx= 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 0.8,1.0, 1.5,
2.0, 3.0 を選択した。得られた配合粉末を乾燥し、デ
ィスク状に加圧成形した。次に、得られた成形体を大気
中、昇温速度50℃/時間で昇温し、900℃で10時
間保持した後、降温速度50℃/時間で降温して焼結体
を得た。得られた焼結体の試料サイズは厚さ1.2 mm,直
径は14 mmであった。また、得られた焼結体に700℃
で保持時間が1時間の熱処理を施した。Example 1 B 2 O 3 powder and Cr 2 O 3 in molar ratio
Was mixed so as to be 1: 1. After subjecting these mixed powders to a heat treatment at 500 ° C. for 5 hours in an air atmosphere,
Monomaron pot ball made of stabilized zirconia
By milling in mill consisting B 2 O 3 and Cr 2 O 3 B
An rO 3 / Cr 2 O 3 synthetic powder was obtained. ZnO powder and B 2 O 3 / C
and r 2 O 3 synthetic powder, and Bi 2 O 3 powder, and Co 3 O 4 powder, and MnO 2 powder, and NiO powders, and Sb 2 O 3 powder, and Al (NO 3) 3 · 9H 2 O powder The weight ratio is 81.38: 0.4: 3.4: 0.954: 0.414: 0.383:
x: It was blended so as to be 0.015, and was mixed and pulverized by a ball mill of a monomalon pot by a wet method. However, x = 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 0.8, 1.0, 1.5, as the amount of Sb 2 O 3
2.0 and 3.0 are selected. The obtained compounded powder was dried and pressed into a disk. Next, the temperature of the obtained molded body was raised in the air at a temperature rising rate of 50 ° C./hour, and the temperature was maintained at 900 ° C. for 10 hours. The sample size of the obtained sintered body was 1.2 mm in thickness and 14 mm in diameter. Also, the obtained sintered body was heated at 700 ° C.
For 1 hour.
【手続補正14】[Procedure amendment 14]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0052[Correction target item name] 0052
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0052】 次に、図1を参照しながら酸化亜鉛バリ
スタの作成方法を説明する。図1は本発明の酸化亜鉛磁
器組成物を用いて作成したディスクタイプの酸化亜鉛バ
リスタ10の概略斜視図である。前記のようにして得た
焼結体11の両面にアルミニウムを溶射することによっ
て、アルミニウム層(図示せず)を形成し、次に、この
両面に形成されたアルミニウム層の上に銅を溶射するこ
とによって電極12を形成した。電極12にハンダでリ
−ド線13を付けた後、リ−ド線以外の磁器および電極
部分を樹脂塗装することによって酸化亜鉛バリスタを得
た。Next, a method for producing a zinc oxide varistor will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic perspective view of a disk-type zinc oxide varistor 10 made using the zinc oxide porcelain composition of the present invention. An aluminum layer (not shown) is formed by spraying aluminum on both surfaces of the sintered body 11 obtained as described above, and then copper is sprayed on the aluminum layer formed on both surfaces. Thus, the electrode 12 was formed. After a lead wire 13 was attached to the electrode 12 by soldering, a porcelain other than the lead wire and an electrode portion were coated with a resin to obtain a zinc oxide varistor.
【手続補正15】[Procedure amendment 15]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0053[Correction target item name] 0053
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0053】 このようにして得られた酸化亜鉛バリス
タの電気特性を評価した。初期の電気特性として、立ち
上がり電圧V 1mA /mm (1mAの電流を流した時の両端子間
の1mm厚みに対する電圧)および非直線抵抗指数 0.1mA
α 1mA (V 1mA とV 0.1mA とを用いて求めた値)を測定した
(なお、以下の記載においては、非直線抵抗指数 0.1mA
α 1mA を単にα値と略称することがある)。非直線抵抗
指数が大きいほど、サ−ジ吸収能力が大きくなる。ま
た、直流負荷に対する信頼性を評価した。80℃の高温
雰囲気中で0.5ワットの直流負荷を500時間印加し、
冷却してバリスタ立ち上がり電圧V 1mA の変化率△V 1mA /
V 1mA (直流負荷変化率)を測定した。バリスタ立ち上が
り電圧V 1mA の変化率△V 1mA /V 1mA が小さいほど、酸化亜
鉛バリスタの電気特性が安定しており、信頼性が高いこ
とを示している。The electrical characteristics of the zinc oxide varistor thus obtained were evaluated. The initial electrical characteristics include the rise voltage V 1mA / mm (voltage for 1mm thickness between both terminals when 1mA current is applied) and non-linear resistance index 0.1mA
α 1 mA (value obtained using V 1 mA and V 0.1 mA ) was measured (in the following description, the nonlinear resistance index is 0.1 mA
α1mA is sometimes simply referred to as α value). The larger the nonlinear resistance index, the greater the surge absorption capacity. In addition, the reliability for DC load was evaluated. In a high temperature atmosphere of 80 ° C., a DC load of 0.5 watts is applied for 500 hours,
Cooling and varistor rise voltage V 1mA change rate △ V1mA /
V 1mA (DC load change rate) was measured. The smaller the rate of change of the varistor rise voltage V 1mA △ V 1mA / V 1mA , the more stable the electrical characteristics of the zinc oxide varistor, indicating higher reliability.
【手続補正16】[Procedure amendment 16]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0054[Correction target item name] 0054
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0054】さらに、サ−ジに対する信頼性を評価し
た。8× 20μsec, 2.5kAのパルスの10回印加に
よるバリスタ立ち上がり電圧V 1mA の変化率△V 1mA /V 1mA
(サ−ジ変化率)を測定した。表1に試料の組成を、表
2に電気特性の評価結果を示す。サ−ジ変化率の値が小
さいほど、酸化亜鉛バリスタの電気特性が安定してお
り、信頼性が高いことを示している。いずれも変化率の
絶対値が5%以下の場合に信頼性が高いことを示してい
る。なお、電気特性の評価結果を示す数値は、ロット内
の最小値と最大値を示した。Further, the reliability of the surge was evaluated. Variation rate of varistor rise voltage V 1mA by applying 8 × 20μsec, 2.5kA pulse 10 times △ V 1mA / V 1mA
( Surge change rate) was measured. Table 1 shows the composition of the sample, and Table 2 shows the evaluation results of the electrical characteristics. The smaller the value of the surge rate, the more stable the electrical characteristics of the zinc oxide varistor and the higher the reliability. In each case, the reliability is high when the absolute value of the change rate is 5% or less. The numerical values indicating the evaluation results of the electrical characteristics indicate the minimum value and the maximum value in the lot.
【手続補正17】[Procedure amendment 17]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0057[Correction target item name] 0057
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0057】 表1および表2より、本実施例の酸化亜
鉛磁器組成物を用いた酸化亜鉛バリスタは、x = 3.0 の
試料(試料番号#009)を除いて900℃という低い温
度でも焼結することができ、x = 0.05 の試料(試料番
号#001)を除いて非直線抵抗特性がよく、長時間の直
流負荷に対してもまたサ−ジに対しても、立ち上がり電
圧V 1mA の変化率(△V 1mA /V 1mA )の絶対値が5%以下
で、信頼性が優れていた。また、表2に示されているよ
うに、ロット内の電気特性のバラツキも小さかった。表
2には示されていないが、本実施例の酸化亜鉛磁器を用
いて酸化亜鉛バリスタを作成すると、ロット間の電気特
性のバラツキも、ロット内の電気特性のバラツキと同様
に小さかった。なお, 試料番号#001は初期の非直線抵
抗特性は優れていたが、立ち上がり電圧や非直線抵抗特
性にバラツキがあり、電圧負荷および熱処理による特性
劣化がやや大きかった。#009は焼成温度を高くすると
粒成長が進んで測定可能となったが良特性を示さなかっ
た。As shown in Tables 1 and 2, the zinc oxide varistor using the zinc oxide porcelain composition of the present embodiment sinters even at a low temperature of 900 ° C. except for the sample with x = 3.0 (sample number # 009). It has good non-linear resistance characteristics except for the sample of x = 0.05 (Sample No. # 001), and the rate of change of the rising voltage V 1mA for both long-term DC load and surge . The absolute value of (△ V 1mA / V 1mA ) was 5% or less, indicating excellent reliability. In addition, as shown in Table 2, the variation in the electrical characteristics within the lot was small. Although not shown in Table 2, when the zinc oxide varistor was prepared using the zinc oxide porcelain of the present example, the variation in the electrical characteristics between lots was as small as the variation in the electrical characteristics in the lot. Although the sample # 001 had excellent initial non-linear resistance characteristics, the start-up voltage and the non-linear resistance characteristics varied, and the characteristic deterioration due to voltage load and heat treatment was slightly large. In the case of # 009, when the firing temperature was increased, the grain growth progressed and measurement became possible, but no good characteristics were shown.
【手続補正18】[Procedure amendment 18]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0060[Correction target item name] 0060
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0060】スプレイドライアーによって得られた酸化
亜鉛混合粉末をRIP (Rubber Isostatic Press, ゴム
等方圧プレス)法で柱状に成形し、得られた成形体の側
面にホウ珪酸ビスマス系ガラス粉末とMnO2の混合物を塗
布し、900℃および950℃にてそれぞれ10時間の焼成を行
って柱状の酸化亜鉛磁器#101,#102を得た。得られた
酸化亜鉛磁器のサイズは両者とも直径32mmで高さ28mmで
あった。酸化亜鉛磁器の上下両面にアルミニウム金属を
溶射して電極を形成し、側面にマイカ−樹脂のコーティ
ングを施してアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタを得
た。V 1mA はそれぞれV 1mA =6.05kVおよびV1mA=5.94 kV
であった。 図2は本発明の酸化亜鉛磁器組成物を用い
て作成したアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタ装置20
の断面図である。酸化亜鉛磁器21の上下両面にアルミ
ニウム溶射による素子電極22が形成されている。ま
た、酸化亜鉛磁器の側面にはマイカと樹脂の混合物より
なるマイカ−樹脂膜の側面絶縁膜23が形成されてお
り、酸化亜鉛磁器と素子電極と側面絶縁膜とで酸化亜鉛
バリスタ素子を形成している。酸化亜鉛バリスタ素子の
下部には、取り付け用ネジ穴24をもった接地側端子2
5があり、上部にはバネ26を介して取り付け用ネジ穴
24をもった線路側端子27があって、両端子および酸
化亜鉛バリスタ素子は樹脂管28にてモールドされてい
る。 表4にアレスタタイプの酸化亜鉛バリスタ装置の
電流−電圧特性を示す。The zinc oxide mixed powder obtained by the spray dryer is formed into a columnar shape by a RIP (Rubber Isostatic Press, rubber isostatic press) method, and bismuth borosilicate glass powder and MnO 2 are formed on the side surfaces of the obtained formed body. And baked at 900 ° C. and 950 ° C. for 10 hours each to obtain columnar zinc oxide porcelains # 101 and # 102. The size of the obtained zinc oxide porcelain was 32 mm in diameter and 28 mm in height. Electrodes were formed by spraying aluminum metal on the upper and lower surfaces of the zinc oxide porcelain, and a mica resin coating was applied to the side surfaces to obtain an arrester-type zinc oxide varistor. V 1mA each V 1mA = 6.05kV and V1mA = 5.94 kV
Met. FIG. 2 shows an arrester-type zinc oxide varistor device 20 made using the zinc oxide porcelain composition of the present invention.
FIG. Element electrodes 22 are formed on both upper and lower surfaces of the zinc oxide porcelain 21 by thermal spraying of aluminum. Further, a side surface insulating film 23 of a mica- resin film made of a mixture of mica and resin is formed on a side surface of the zinc oxide porcelain, and a zinc oxide varistor element is formed by the zinc oxide porcelain, the device electrode, and the side surface insulating film. ing. At the lower part of the zinc oxide varistor element, a ground side terminal 2 having a mounting screw hole 24 is provided.
5, a line side terminal 27 having a screw hole 24 for mounting via a spring 26 is provided, and both terminals and a zinc oxide varistor element are molded in a resin tube 28. Table 4 shows the current-voltage characteristics of the arrester type zinc oxide varistor device.
【手続補正19】[Procedure amendment 19]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0063[Correction target item name] 0063
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0063】(実施例 3)モル比でB2O3の粉末とSb2O3
の粉末を2:1, Cr 2O3の粉末とSb2O3の粉末を 1:1と
なるように混合した。これらの混合粉を大気雰囲気下、
それぞれに 380℃で5時間, および600℃で5時間の熱
処理を施した後、安定化ジルコニアを玉石とするモノマ
ロンポットのボ−ルミルで微粉砕することによってB2O3
とSb2O3よりなるB2O3/Sb2O3合成粉末, Cr2O3とSb2O3よ
りなるCr2O3/Sb2O3合成粉末を得た。 ZnO粉末と、前記
B2O3 /Sb2O3 合成粉末と、Bi2O3粉末と, 前記Cr2O3/S
b2O3粉末と、Co3O4粉末と、MnO2 粉末と、NiO粉末と、S
b2O4粉末と、Al(OH)(CH3COO)2とを重量比で81.38:x:
4.2:x:0.954:0.414:0.383:0.5: 0.0065となるよ
うに配合し、湿式法で18時間混合粉砕し, 実施例1と
類似の方法で酸化亜鉛焼結体磁器を作成した。 ただ
し、B2O3/Sb2O3の量およびCr2O3/Sb2O3の量としてx=
0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0,3.0 , 4.
0を選択した。かくして得た磁器の両面に銀電極材料を
塗布しこれを700℃で焼きつけて電極を形成しリード
線をはんだ付けして酸化亜鉛バリスタを得た。 表5に
試料の組成を、表6に電気特性の評価結果を示す。Example 3 B in molar ratioTwoOThreePowder and SbTwoOThree
2: 1 powder, Cr TwoOThreePowder and SbTwoOThree1: 1 powder
And mixed. These mixed powders are put under air atmosphere,
5 hours at 380 ° C and 5 hours at 600 ° C respectively
After treatment, a monomer that uses stabilized zirconia as a cobblestone
With a long pot ball millFineB by crushingTwoOThree
And SbTwoOThreeConsisting of BTwoOThree/ SbTwoOThreeSynthetic powder, CrTwoOThreeAnd SbTwoOThreeYo
Rin CrTwoOThree/ SbTwoOThreeA synthetic powder was obtained. ZnO powder and the above
BTwoOThree / SbTwoOThree Synthetic powder and BiTwoOThreePowder and the CrTwoOThree/ S
bTwoOThreePowder and CoThreeOFourPowder and MnOTwo Powder, NiO powder, and S
bTwoOFourPowder and Al (OH) (CHThreeCOO)TwoAnd the weight ratio of 81.38: x:
4.2: x: 0.954: 0.414: 0.383: 0.5: 0.0065
And pulverized by a wet method for 18 hours.
A zinc oxide sintered body porcelain was prepared in a similar manner. However
Then BTwoOThree/ SbTwoOThreeQuantity and CrTwoOThree/ SbTwoOThreeX =
0.05, 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.
0 was selected. Silver electrode material on both sides of the porcelain thus obtained
Apply and bake at 700 ° C to form electrodes and lead
The wire was soldered to obtain a zinc oxide varistor. Table 5
Table 6 shows the composition of the sample and the results of evaluating the electrical characteristics.
【手続補正20】[Procedure amendment 20]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0066[Correction target item name] 0066
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0066】表5および表6より、本実施例の酸化亜鉛
系磁器を用いた酸化亜鉛バリスタは、試料番号#209を
除いて900℃〜950℃という低い温度でも焼結する
ことができ、x = 0.05 の試料(試料番号#201)を除い
て非直線抵抗特性がよく、長時間の直流負荷に対しても
またサージに対しても、立ち上がり電圧V 1mA の変化率
(△V 1mA / V 1mA )の絶対値が5%以下で、信頼性が
優れていた。 また、表6に示されているように、ロッ
ト内の電気特性のバラツキも小さかった。表6には示さ
れていないが、本実施例の酸化亜鉛磁器を用いて酸化亜
鉛バリスタを作成すると、ロット間の電気特性のバラツ
キも、ロット内の電気特性のバラツキと同様に小さかっ
た。なお, 試料番号#201は電気特性のバラツキが大き
く初期の非直線抵抗特性が優れず、さらに電圧負荷によ
って特性劣化が大きかった。#209は焼成温度を高くす
ると粒成長が進んで測定可能となったが良特性を示さな
かった。According to Tables 5 and 6, the zinc oxide varistor using the zinc oxide-based porcelain of this embodiment can be sintered even at a low temperature of 900 ° C. to 950 ° C. except for sample number # 209. Except for the sample (Sample No. 201) of = 0.05, the nonlinear resistance characteristics are good, and the rate of change of the rising voltage V1mA (△ V1mA / V1mA ) both for long-time DC load and for surge ) Was 5% or less, indicating excellent reliability. Further, as shown in Table 6, the variation in the electrical characteristics within the lot was small. Although not shown in Table 6, when the zinc oxide varistor was prepared using the zinc oxide porcelain of the present example, the variation in the electrical characteristics between lots was as small as the variation in the electrical characteristics in the lot. Sample No. # 201 had a large variation in electrical characteristics, was not excellent in the initial nonlinear resistance characteristics, and had a large deterioration in characteristics due to a voltage load. In the case of # 209, when the firing temperature was increased, the grain growth progressed and measurement became possible, but no good characteristics were exhibited.
【手続補正21】[Procedure amendment 21]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0067[Correction target item name] 0067
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0067】(実施例 4)モル比でB2O3の粉末とBi2O3
の粉末を1:2,Bi2O3の粉末とCr2O3の粉末を 1:1と
なるように混合した。これらの混合粉を大気雰囲気下、
それぞれに 370℃で5時間, および500℃で5時間の熱
処理を施した後、安定化ジルコニアを玉石とするモノマ
ロンポットのボ−ルミルで微粉砕することによってB2O3
とBi2O3よりなるB2O3/Bi2O3合成粉末, Bi2O3とCr2O3よ
りなるBi2O3/Cr2O3合成粉末を得た。 ZnO粉末と、前記
B2O3 /Bi2O3 合成粉末と、Bi2O3粉末と, 前記Bi2O3/C
r2O3粉末と、Co3O4粉末と、MnO2 粉末と、NiO粉末と、S
b2O5粉末と、AlOOH粉末とを重量比で81.38:1.2:2.8:
1.2:0.954:0.414:0.383:1.3: 0.0024となるように
配合し、湿式法で18時間混合粉砕し, 実施例1と類似
の方法で試料を作成した。焼成温度は、750℃、800℃、
850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1200
℃を選択した。かくして酸化亜鉛バリスタを得た。表7
に試料の組成を、表8に電気特性の評価結果を示す。Example 4 B 2 O 3 powder and Bi 2 O 3 in molar ratio
1: 2, and the powder of Bi 2 O 3 and the powder of Cr 2 O 3 were mixed at a ratio of 1: 1. These mixed powders are put under air atmosphere,
5 hours at 370 ° C., respectively, and subjected to heat treatment for 5 hours at 500 ° C., Bo mono malonic pots stabilized zirconia and cobble - B 2 O 3 by milling in mill
And consisting of Bi 2 O 3 B 2 O 3 / Bi 2 O 3 synthetic powder to obtain a Bi 2 O 3 / Cr 2 O 3 synthetic powder of Bi 2 O 3 and Cr 2 O 3. ZnO powder and the above
B 2 O 3 / Bi 2 O 3 synthetic powder, Bi 2 O 3 powder, and Bi 2 O 3 / C
r 2 O 3 powder, Co 3 O 4 powder, MnO 2 powder, NiO powder, S
b 2 O 5 powder and AlOOH powder in a weight ratio of 81.38: 1.2: 2.8:
1.2: 0.954: 0.414: 0.383: 1.3: 0.0024 were blended, mixed and pulverized by a wet method for 18 hours, and a sample was prepared in the same manner as in Example 1. The firing temperature is 750 ℃, 800 ℃,
850 ° C, 900 ° C, 950 ° C, 1000 ° C, 1050 ° C, 1100 ° C, 1200
° C was chosen. Thus, a zinc oxide varistor was obtained. Table 7
Table 8 shows the composition of the sample, and Table 8 shows the evaluation results of the electrical characteristics.
【手続補正22】[Procedure amendment 22]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0070[Correction target item name] 0070
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0070】表7および表8より、750℃で焼成され
た#301および1200℃で焼成された#309を除いて、
本実施例の酸化亜鉛系磁器を用いた酸化亜鉛バリスタ
は、非直線抵抗特性がよく、長時間の直流負荷に対して
もまたサージに対しても、立ち上がり電圧V1mA の変化
率(△V 1mA / V 1mA )の絶対値が5%以下で、信頼性
が優れていた。#301は電圧が高くて電気特性の測定が
不可能であった。また、#309は焼結体同士がくっつい
て測定が不可能であった。From Tables 7 and 8, except for # 301 fired at 750 ° C and # 309 fired at 1200 ° C,
Zinc oxide varistor using the zinc oxide-based ceramics of the present embodiment, nonlinear resistance characteristics good, even for also surges against long-time DC loading, the rate of change in threshold voltage V1mA (△ V 1mA / The absolute value of V 1mA ) was 5% or less, and the reliability was excellent. For # 301, the voltage was too high to measure the electrical characteristics. In the case of # 309, the measurement was impossible because the sintered bodies adhered to each other.
【手続補正23】[Procedure amendment 23]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】0071[Correction target item name] 0071
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction contents]
【0071】(実施例 5)B2O3の粉末とCr2O3の粉末
(各粉末の粒径はそれぞれ、平均粒径が2〜3μm)をモ
ル比で 3:1, 2:1, 1:1, 1:2, 1:3, そしてB2
O3の粉末とCr2O3の粉末とY2O3の粉末(粉末の粒径は平
均粒径が1〜2μm)を 2:2:1、1:1:1、2:1:1になる
ように混合し、大気雰囲気下、500℃で5時間の熱処理
を施した後、安定化ジルコニアを玉石とするモノマロン
ポットのボ−ルミルで微粉砕することによってB2O3とCr
2O3の合成粉末(平均粒径約0.5〜1.5μm)およびB2O3と
Cr2O3とY2O3との合成粉末(平均粒径約0.5〜1.5μm)を
得た。次に、ZnO、前記合成粉末、Bi2O3、Co3O4、Mn
O2、NiO, Sb2O3、Al(OH)(CH3COO)2を、重量比で81.3
8:0.5:3.4:0.954:0.414:0.383:0.95:0.0065とな
るように配合し、モノマロンポットのボ−ルミルで湿式
法で18時間混合粉砕し, 実施例1と類似の方法で試料
を作成した。焼成温度は、900℃と950℃を選択した。か
くして酸化亜鉛バリスタを得た。表9に試料の組成を、
表10に電気特性の評価結果を示す。Example 5 B 2 O 3 powder and Cr 2 O 3 powder (the average particle diameter of each powder was 2 to 3 μm) were mixed in a molar ratio of 3: 1, 2: 1, 1. 1: 1, 1: 2, 1: 3, and B 2
O 3 in powder and Cr 2 O 3 powder and Y 2 O 3 powder (particle diameter of the powder has an average particle size of 1~2μm) 2: 2: 1,1: 1: 1,2: 1: 1 were mixed so that, under an air atmosphere, was subjected to heat treatment for 5 hours at 500 ° C., Bo mono malonic pots stabilized zirconia and cobble - B 2 O 3 by milling in mill and Cr
2 O 3 synthetic powder (average particle size about 0.5-1.5 μm) and B 2 O 3
A synthetic powder of Cr 2 O 3 and Y 2 O 3 (average particle size of about 0.5 to 1.5 μm) was obtained. Next, ZnO, the synthetic powder, Bi 2 O 3 , Co 3 O 4 , Mn
O 2, NiO, Sb 2 O 3, Al (OH) a (CH 3 COO) 2, in a weight ratio of 81.3
8: 0.5: 3.4: 0.954: 0.414: 0.383: 0.95: 0.0065 were blended and mixed and pulverized for 18 hours by a wet method using a ball mill of a monomalon pot, and a sample was prepared in the same manner as in Example 1. did. The firing temperature was selected between 900 ° C and 950 ° C. Thus, a zinc oxide varistor was obtained. Table 9 shows the composition of the sample.
Table 10 shows the evaluation results of the electrical characteristics.
フロントページの続き (72)発明者 宮本 大樹 大阪府和泉市あゆみ野2丁目7番1号 大 阪府立産業技術総合研究所内 (72)発明者 伊賀 篤志 大阪府高槻市大和1丁目14番11号 Fターム(参考) 4G030 AA07 AA11 AA20 AA21 AA22 AA24 AA25 AA28 AA29 AA35 AA36 AA37 AA38 AA39 AA40 AA42 AA43 BA04 GA27 GA33 5E034 CA08 CB01 CC04 DA03 DE07 EA08 Continued on the front page (72) Inventor Daiki Miyamoto 2-7-1, Ayumino, Izumi-shi, Osaka Inside the Osaka Prefectural Institute of Advanced Industrial Science and Technology (72) Inventor Atsushi Iga 1-14-11, Yamato, Takatsuki-shi, Osaka F-term (Reference) 4G030 AA07 AA11 AA20 AA21 AA22 AA24 AA25 AA28 AA29 AA35 AA36 AA37 AA38 AA39 AA40 AA42 AA43 BA04 GA27 GA33 5E034 CA08 CB01 CC04 DA03 DE07 EA08
Claims (25)
なくとも酸化コバルト(CoO, 又はCo2O3、又はCo3O4)
と酸化マンガン(MnO, 又はMnO2, 又はMn2O3、又はMn3
O4)と酸化ニッケル(NiO)より選ばれた二種または三
種の鉄族酸化物を0.3〜5.0重量部と酸化ビスマス(Bi2O
3)を1.2〜7.0重量部と酸化アンチモン(三酸化二アン
チモンSb2O3又は四酸化二アンチモンSb2O4又は五酸化二
アンチモンSb2O5)を0.1〜3.0重量部と酸化ホウ素(B2O
3)成分 0.03〜0.5重量部を含有する酸化ホウ素含有合
成物と酸化クロム(Cr2O3)成分 0.05〜1.0重量部を含
有する酸化クロム含有合成物と酸化アルミニウム(Al2O
3)に換算して0.0001〜0.05重量部のアルミニウム成分
を含有するアルミニウム化合物とを添加して混合し,成
形し、焼成を実施してなる酸化亜鉛磁器組成物.1. A method according to claim 1, wherein 81.38 parts by weight (1 mol) of zinc oxide (ZnO) is mixed with at least cobalt oxide (CoO, or Co 2 O 3 , or Co 3 O 4 ).
And manganese oxide (MnO, or MnO 2 , or Mn 2 O 3 , or Mn 3
O 4 ) and nickel oxide (NiO), 0.3 to 5.0 parts by weight of two or three iron group oxides selected from bismuth oxide (Bi 2 O
3) a 1.2 to 7.0 parts by weight of antimony oxide (antimony trioxide Sb 2 O 3 or tetroxide antimony Sb 2 O 4 or diantimony pentaoxide Sb 2 O 5) 0.1 to 3.0 parts by weight boron oxide (B 2 O
3 ) Component containing boron oxide containing 0.03-0.5 parts by weight and chromium oxide (Cr 2 O 3 ) component Composition containing chromium oxide containing 0.05-1.0 parts by weight and aluminum oxide (Al 2 O)
3 ) A zinc oxide porcelain composition obtained by adding and mixing an aluminum compound containing an aluminum component in an amount of 0.0001 to 0.05 part by weight, molding, and firing.
酸化ニッケルより選ばれた二種または三種の鉄族酸化物
が、その鉄族酸化物のうち少なくとも一種以上が二価よ
り大きい原子価をもつ鉄族よりなる鉄族酸化物であるこ
とを特徴とする請求項1にに記載された酸化亜鉛磁器組
成物.2. The method of claim 1, wherein at least two or more of the iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide are at least one of the iron group oxides having a valence greater than divalent. The zinc oxide porcelain composition according to claim 1, wherein the zinc oxide porcelain composition is an iron group oxide.
れる全ビスマス成分がBi2O3に換算して1.2〜7.0重量部
であることを特徴とする請求項1に記載された酸化亜鉛
磁器組成物.3. The oxidizing composition according to claim 1, wherein the bismuth oxide is 1.2 to 7.0 parts by weight, and the total bismuth component added is 1.2 to 7.0 parts by weight in terms of Bi 2 O 3. Zinc porcelain composition.
される全アンチモン成分がSb2O3に換算してを0.1〜3.0
重量部であることを特徴とする請求項1に記載された酸
化亜鉛磁器組成物.4. An antimony oxide is used in an amount of 0.1 to 3.0 parts by weight, and the total amount of added antimony is 0.1 to 3.0 parts in terms of Sb 2 O 3.
The zinc oxide porcelain composition according to claim 1, wherein the composition is parts by weight.
であることを特徴とする請求項1に記載された酸化亜鉛
磁器組成物.5.The zinc oxide porcelain composition according to claim 1, wherein the firing is performed at 800 ° C. to 1100 ° C.
孔を形成しながら実施された焼成であることを特徴とす
る請求項1に記載された酸化亜鉛磁器組成物.6. The zinc oxide porcelain composition according to claim 1, wherein the firing is performed while forming closed pores containing high-pressure oxygen therein.
することを特徴とする請求項1に記載された酸化亜鉛磁
器組成物.7.The zinc oxide porcelain composition according to claim 1, wherein the composition contains closed pores containing high-pressure oxygen.
かに少なくとも酸化クロムと酸化ビスマスと酸化アンチ
モンと希土類酸化物より選択された1〜4の酸化物を含
有する合成物であることを特徴とする請求項1に記載さ
れた酸化亜鉛磁器組成物.8. The boron oxide-containing composition is a composition containing at least one to four oxides selected from chromium oxide, bismuth oxide, antimony oxide, and rare earth oxides in addition to boron oxide. A zinc oxide porcelain composition according to claim 1.
かに少なくとも酸化ホウ素と酸化ビスマスと酸化アンチ
モンと希土類酸化物より選択された1〜4の酸化物を含
有する合成物であることを特徴とする請求項1に記載さ
れた酸化亜鉛磁器組成物.9. The chromium oxide-containing compound is a compound containing, in addition to chromium oxide, at least one to four oxides selected from boron oxide, bismuth oxide, antimony oxide and rare earth oxides. A zinc oxide porcelain composition according to claim 1.
合成物とが、酸化ホウ素・酸化クロム含有合成物である
ことを特徴とする請求項1に記載された酸化亜鉛磁器組
成物.10.The zinc oxide porcelain composition according to claim 1, wherein the boron oxide-containing composition and the chromium oxide-containing composition are boron oxide / chromium oxide-containing compositions.
化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種または三種
の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモンと酸化ホ
ウ素含有合成物と酸化クロム含有合成物とアルミニウム
化合物とを添加して混合し, 成形し、焼成を実施し、
冷却後500℃〜800℃にて熱処理を施してなる酸化ビスマ
ス相としてγビスマス相を含有する酸化亜鉛磁器組成
物.11. A composition containing at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide, antimony oxide, boron oxide-containing composition, chromium oxide-containing composition and aluminum as zinc oxide. Add the compound and mix, mold, fire and
A zinc oxide porcelain composition containing a γ-bismuth phase as a bismuth oxide phase subjected to a heat treatment at 500 ° C to 800 ° C after cooling.
シウムにて置換されてなる請求項1に記載された酸化亜
鉛磁器組成物.12.The zinc oxide porcelain composition according to claim 1, wherein a part of zinc oxide as a main component is replaced by magnesium oxide.
(GeO2)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化鉛(PbO)、酸化
けい素(SiO2)、酸化錫(SnO2)、酸化タンタル(Ta2O
5)、酸化チタン(TiO2)、酸化タングステン(WO3)、
および希土類酸化物より選択された酸化物を, 単独で
叉は他の酸化物と共に合成物を形成して添加することを
特徴とする請求項1に記載された酸化亜鉛磁器組成物.13. Zinc oxide may further contain germanium oxide (GeO 2 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), lead oxide (PbO), silicon oxide (SiO 2 ), tin oxide (SnO 2 ), tantalum oxide ( Ta 2 O
5 ), titanium oxide (TiO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ),
The zinc oxide porcelain composition according to claim 1, wherein an oxide selected from the group consisting of a rare earth oxide and an oxide alone or together with another oxide is formed.
と、酸化クロム含有合成物を作成する工程と、酸化亜鉛
粉体に酸化コバルトと酸化マンガンと酸化ニッケルから
選ばれた2〜3の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アン
チモン(三酸化二アンチモンSb2O3又は四酸化二アンチ
モンSb2O4又は五酸化二アンチモンSb2O5)と前記酸化ホ
ウ素含有合成物と前記酸化クロム含有合成物とアルミニ
ウム化合物とを添加・混合して酸化亜鉛混合粉体を作成
する工程と, 前記酸化亜鉛混合粉体を成形して成形体
を作成する工程と、前記成形体を焼成する工程とを含有
することを特徴とする酸化亜鉛磁器組成物の製造方法。14. A step of preparing a boron oxide-containing compound, a step of preparing a chromium oxide-containing compound, and adding two or three iron groups selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide to zinc oxide powder. oxide and bismuth oxide and antimony oxide (antimony trioxide Sb 2 O 3 or tetroxide antimony Sb 2 O 4 or diantimony pentaoxide Sb 2 O 5) the boron oxide-containing compound and said chromium oxide-containing compound Adding and mixing an aluminum compound with the mixture to form a zinc oxide mixed powder, forming the zinc oxide mixed powder to form a compact, and firing the compact. A method for producing a zinc oxide porcelain composition.
が、酸化ホウ素のほかに少なくとも酸化クロムと酸化ビ
スマスと酸化アンチモンと希土類酸化物より選択された
1〜4の酸化物混合物に300℃から溶融温度以上の温度
にいたるいずれかの温度による熱処理をほどこしてこれ
らを含有する酸化ホウ素含有合成物を作成する工程であ
ることを特徴とする請求項14に記載された酸化亜鉛磁
器組成物の製造方法。15. A process for producing a boron oxide-containing composite, comprising: melting at 300 ° C. an oxide mixture of at least one selected from chromium oxide, bismuth oxide, antimony oxide and rare earth oxide in addition to boron oxide. 15. The method for producing a zinc oxide porcelain composition according to claim 14, wherein the heat treatment is performed at any temperature up to a temperature equal to or higher than the temperature to produce a boron oxide-containing composition containing the same. .
が、酸化クロムのほかに少なくとも酸化ホウ素と酸化ビ
スマスと酸化アンチモンと希土類酸化物より選択された
1〜4の酸化物混合物に300℃から溶融温度以上の温度
にいたるいずれかの温度による熱処理をほどこしてこれ
らを含有する酸化クロム含有合成物を作成する工程であ
ることを特徴とする請求項14に記載された酸化亜鉛磁
器組成物の製造方法。16. The step of producing a chromium oxide-containing composite comprises melting from 300 ° C. a mixture of at least 1 to 4 oxides selected from at least boron oxide, bismuth oxide, antimony oxide and rare earth oxides in addition to chromium oxide. The method for producing a zinc oxide porcelain composition according to claim 14, wherein the heat treatment is performed at any temperature up to or above the temperature to prepare a chromium oxide-containing composite containing these. .
と、酸化クロム含有合成物を作成する工程とが、酸化ホ
ウ素・酸化クロム含有合成物を作成する工程であって、
酸化ホウ素と酸化クロム含有混合物に300℃から溶融温
度以上の温度にいたるいずれかの温度による熱処理を施
す工程とこれを粉砕する工程とを含有することを特徴と
する請求項14に記載された酸化亜鉛磁器組成物の製造
方法。17. The step of producing a boron oxide-containing composition and the step of producing a chromium oxide-containing composition are steps of producing a boron oxide / chromium oxide-containing composition,
15. The oxidation method according to claim 14, comprising a step of subjecting the mixture containing boron oxide and chromium oxide to a heat treatment at any temperature from 300 ° C. to a temperature equal to or higher than the melting temperature, and a step of pulverizing the mixture. A method for producing a zinc porcelain composition.
℃〜1100℃で焼成する工程であることを特徴とする請求
項14に記載された酸化亜鉛磁器組成物の製造方法.18. The method according to claim 18, wherein the step of firing the molded body includes the step of:
A method for producing a zinc oxide porcelain composition according to claim 14, wherein the firing is performed at a temperature of from 1 ° C to 1100 ° C.
と、酸化クロム含有合成物を作成する工程と、酸化亜鉛
に少なくとも酸化コバルトと酸化マンガンと酸化ニッケ
ルより選ばれた二種または三種の鉄族酸化物と酸化ビス
マスと酸化アンチモンと前記酸化ホウ素含有合成物と前
記酸化クロム含有合成物とアルミニウム化合物を添加・
混合して酸化亜鉛混合粉体を作成する工程と, 前記酸
化亜鉛混合粉体を成形して成形体を作成する工程と、前
記成形体を焼成して焼成物を作成する工程と、前記焼成
物に500℃〜800℃の熱処理を施す工程とを含有する酸化
亜鉛磁器組成物の製造方法。19. A step of preparing a compound containing boron oxide, a step of preparing a compound containing chromium oxide, and two or three iron groups selected from zinc oxide and at least cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide. Adding an oxide, bismuth oxide, antimony oxide, the boron oxide-containing composition, the chromium oxide-containing composition, and an aluminum compound;
Mixing to form a zinc oxide mixed powder; forming the zinc oxide mixed powder to form a molded body; firing the molded body to form a fired product; and Performing a heat treatment at 500 ° C. to 800 ° C. on the zinc oxide porcelain composition.
化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種または三種
の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモンと酸化ホ
ウ素含有合成物と酸化クロム含有合成物とアルミニウム
化合物とを添加して混合し, 成形し、焼成を実施し、
電極を形成してなる酸化亜鉛バリスタ.20. A zinc oxide containing at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide, antimony oxide, boron oxide containing compound, chromium oxide containing compound and aluminum. Add the compound and mix, mold, fire and
Zinc oxide varistor formed with electrodes.
化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種または三種
の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモンと酸化ホ
ウ素含有合成物と酸化クロム含有合成物とアルミニウム
化合物とを添加して混合し, 成形し、焼成し、冷却
後、ふたたび500℃〜800℃の熱処理を施してなる酸化亜
鉛磁器組成物に電極を形成してなる酸化亜鉛バリスタ.21. A zinc oxide containing at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide, antimony oxide, boron oxide containing compound, chromium oxide containing compound and aluminum. A zinc oxide varistor obtained by forming an electrode on a zinc oxide porcelain composition obtained by adding and mixing a compound, molding, firing, cooling, and then performing a heat treatment at 500 ° C to 800 ° C again.
化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種または三種
の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモンと酸化ホ
ウ素含有合成物と酸化クロム含有合成物とアルミニウム
化合物とを添加して混合して酸化亜鉛混合粉体を作成
し, 前記酸化亜鉛混合粉体に加圧して成形体を作成
し、前記成形体の側面に無機絶縁膜構成材料を塗布し、
焼成すると同時に側面高抵抗層を形成し、電極を形成し
てなる酸化亜鉛バリスタ.22. A zinc oxide, at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide, antimony oxide, boron oxide-containing composition, chromium oxide-containing composition and aluminum. A zinc oxide mixed powder is prepared by adding and mixing with a compound, a compact is formed by pressing the zinc oxide mixed powder, and an inorganic insulating film constituent material is applied to a side surface of the compact,
A zinc oxide varistor that forms an electrode by forming a side high resistance layer at the same time as firing.
化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種または三種
の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモンと酸化ホ
ウ素含有合成物と酸化クロム含有合成物とアルミニウム
化合物とを添加して混合して酸化亜鉛混合粉体を作成
し, 前記酸化亜鉛混合粉体に加圧して成形体を作成
し、前記成形体の2面に電極材料を塗布し、焼成すると
同時に電極を形成してなる酸化亜鉛バリスタ.23. A zinc oxide containing at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide, antimony oxide, boron oxide containing compound, chromium oxide containing compound and aluminum. A compound is added and mixed to form a zinc oxide mixed powder, a pressed body is formed on the zinc oxide mixed powder to form a molded body, an electrode material is applied to two surfaces of the molded body, and fired at the same time. Zinc oxide varistor formed with electrodes.
化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種または三種
の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモンと酸化ホ
ウ素含有合成物と酸化クロム含有合成物とアルミニウム
化合物とを添加して混合し, 薄板状に成形し、得られ
た成形体と金属電極材料とを交互に積層し、焼成して得
る積層型酸化亜鉛バリスタ.24. A zinc oxide containing at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide, antimony oxide, boron oxide containing compound, chromium oxide containing compound and aluminum. A laminated zinc oxide varistor obtained by adding and mixing a compound, forming a thin plate, alternately laminating the obtained molded body and metal electrode material, and firing.
化マンガンと酸化ニッケルより選ばれた二種または三種
の鉄族酸化物と酸化ビスマスと酸化アンチモンと酸化ホ
ウ素含有合成物と酸化クロム含有合成物とアルミニウム
化合物とを添加して混合し, 成形し、焼成を実施して
酸化亜鉛磁器組成物を得て、前記酸化亜鉛磁器組成物の
側面を絶縁被膜にて覆い、さらに酸化亜鉛磁器組成物の
二面に電極を形成して単体の酸化亜鉛バリスタを得、前
記単体の酸化亜鉛バリスタまたは複数個の酸化亜鉛バリ
スタを絶縁容器に封入して得る酸化亜鉛バリスタ装置.25. A zinc oxide containing at least two or three iron group oxides selected from cobalt oxide, manganese oxide and nickel oxide, bismuth oxide, antimony oxide, boron oxide containing compound, chromium oxide containing compound and aluminum. A compound is added, mixed, molded, and fired to obtain a zinc oxide porcelain composition, the side surfaces of the zinc oxide porcelain composition are covered with an insulating film, and two sides of the zinc oxide porcelain composition are further added. A zinc oxide varistor device obtained by forming an electrode on a single zinc oxide varistor and enclosing the single zinc oxide varistor or a plurality of zinc oxide varistors in an insulating container.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103011799A (en) * | 2012-12-24 | 2013-04-03 | 内蒙古科技大学 | Production method for varistor ceramic |
CN103310928A (en) * | 2013-06-14 | 2013-09-18 | 北京捷安通达科贸有限公司 | MOV (metal oxide varistor) ceramic chip and printing method of electrode paste of MOV ceramic chip |
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CN103011799A (en) * | 2012-12-24 | 2013-04-03 | 内蒙古科技大学 | Production method for varistor ceramic |
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