JP2715718B2 - 電圧非直線抵抗体 - Google Patents

電圧非直線抵抗体

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JP2715718B2
JP2715718B2 JP3201123A JP20112391A JP2715718B2 JP 2715718 B2 JP2715718 B2 JP 2715718B2 JP 3201123 A JP3201123 A JP 3201123A JP 20112391 A JP20112391 A JP 20112391A JP 2715718 B2 JP2715718 B2 JP 2715718B2
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崇晶 中西
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、サージ吸収素子、電圧
安定化素子、避雷器等に用いられ、印加電圧によって抵
抗値が変化する電圧非直線抵抗体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電圧非直線抵抗体(以下、バリスタと称
す。)は、サージ吸収素子、電圧安定化素子、避雷器等
に広く用いられている。従来これらの用途には、SiC
バリスタなどが用いられてきた。しかしながらこれらの
バリスタは、電圧非直線係数が小さいなどの欠点を有し
ていた。これらの欠点を改善するものとして、酸化亜鉛
(ZnO)を主成分とする酸化亜鉛バリスタが開発され
た。酸化亜鉛バリスタは、電圧非直線係数αが大きく、
耐サージ性能が優れており、広く用いられている(特公
昭56−6127号公報)。酸化亜鉛バリスタは、酸化
亜鉛(ZnO)を主成分とし、添加物として酸化ビスマ
ス(Bi23),酸化コバルト(CoO),酸化マンガ
ン(MnO),酸化アンチモン(Sb23)などを混合
し、1000〜1350℃で焼成したバリスタなどがあ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】酸化亜鉛バリスタにお
いて、電気特性を示すうえで、電圧非直線係数(α)お
よびバリスタ電圧(V1mA)は、実用上重要な要素であ
る。αは、バリスタを挿入した電気回路の電圧がいかに
制御されるかを示すものであり、αが大きい程立ち上が
りが優れている。V1mAは、実際に使用される回路電圧
によって定められる値であり、それぞれ製品によってあ
らかじめ指定された値に調整されるものである。また、
α,V1mAのみならず、もれ電流(IR)の値も重要な
要素である。バリスタを過電圧保護用として使用する場
合、もれ電流(IR)はより小さいことが望まれる。と
ころで、通信機器の電気回路において、バリスタは一般
に、一定電圧負荷のかかった状態で使用され、スイッチ
の開閉等に起因する大電流パルスを吸収する、いわゆる
サージ吸収素子として使用される。しかしながら、従来
のZnOを主成分とするバリスタは、一定電圧負荷が長
時間印加されると、立ち上がり電圧(V1mA)が減少
し、これに伴って、もれ電流が増大するという欠点を有
していた。大電流パルスが印加された場合にも全く同様
の欠点を有しており、ZnOを主成分とするバリスタの
優れた電圧非直線性は維持し得なくなっていた。
【0004】また、ZnOバリスタにおいて、電圧非直
線係数αを高くするため、副成分の一つとして酸化ビス
マス(Bi23)を添加せしめることが不可欠であっ
た。このバリスタの大部分は、酸化ビスマス(Bi
23)を主成分とする高抵抗粒界層によって、半導体化
したZnO結晶粒の周囲を取りかこんだものが、縦横無
数に並んだ構造である。確かにBi23を添加したもの
では、電圧非直線性は良好でαが大きく、立ち上がり電
圧V1mAも、実用上適切な値のものが得られ、Bi23
を添加しないものと比較すると、格段に優れた特性を示
し、実用的価値が大きい。しかしながら、このBi23
は比較的低温で結晶変態が起こったり融点も低く、高温
では蒸発もしやすい。このようなBi23の温度に対す
る不安定性は、大電流パルス印加時の特性劣化、すなわ
ち大サージ電流が印加されることによりV1mAが低下
し、もれ電流(IR)が増大するという、バリスタの素
子としての信頼性を上げるうえでの問題を有していた。
本発明の目的は、このような従来の欠点が解消された電
圧非直線抵抗体を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、酸化亜鉛(Z
nO)を主成分とし、副成分として、酸化ビスマス(B
23),酸化コバルト(CoO),酸化マンガン(M
nO),酸化アンチモン(Sb23)およびホウケイ酸
亜鉛ガラスをそれぞれ0.1〜10モル%、0.05〜
10モル%、0.05〜6.0モル%、0.05〜6.
0モル%および0.05〜10.0重量%を配合した原
料に対し、酸化ジルコニウム(ZrO2)を0.05〜
5.0モル%添加配合して得られる焼結体からなること
を特徴とする電圧非直線抵抗体である。
【0006】
【作用】本発明によれば、電圧非直線係数αが大きく、
もれ電流も小さく、かつ電圧負荷、大電流パルス印加に
対してV1mAの変化が小さく、非常に安定した特性の電
圧非直線抵抗体が得られる。また、電圧負荷、大電流パ
ルスによる信頼性が高まり、過電圧保護素子、スイッチ
の開閉時に発生する大電流パルスを吸収するサージ吸収
素子等に優れたZnOバリスタとして、通信機器など幅
広い用途が期待できるものである。このように優れた特
性が得られるのは、粒界層として、ビスマス,ジルコニ
ウム,ホウケイ酸亜鉛ガラスおよび他の副成分がZnO
結晶粒のまわりに介在していることが特徴であり、この
構造がバリスタとしての特性を優れたものにしている。
【0007】
【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。本発明のバリスタを得る出発原料として、純度9
9.9%以上の酸化亜鉛(ZnO),酸化ビスマス(B
23),酸化コバルト(CoO),炭酸マンガン(M
nCO3),酸化アンチモン(Sb23),酸化ジルコ
ニウム(ZrO2)およびホウケイ酸亜鉛ガラスフリッ
トの各粉末を用いた。これらの粉末を所定量秤量し、純
水を用いてボールミルで70時間混合した。次いで混合
液を濾過し、乾燥して得られた混合粉を、ライカイ機に
より10分間粉砕し、500℃の温度で2時間の熱処理
を行った。この粉末に、少量のバインダー(PVA2.
5%水溶液)を加え、ライカイ機により混ぜ合わせた
後、ふるいを用いて整粒粉末を作製し、直径12mm,
高さ15mmの円柱にプレス成型した。焼成は1100
〜1300℃の温度で1.5時間行った。得られた焼結
体を、厚さ1mmに切断、研磨し、直径8mmの銀電極
を焼付けた。α,V1mA,もれ電流等の特性は、直流電
源により電圧−電流特性を測定して算定した。バリスタ
電圧は、電流1mA印加で、厚さ1mm当たりの電圧と
した。もれ電流(IR)の値は、V1mAの80%の電圧
における値として評価した。大電流パルス特性は、30
00A(電流波形8×20μsec)のパルスを1回印
加した後のV1mAを測定して変化率を算出し、これで特
性評価を行った。一定電圧負荷特性は、温度80℃の恒
温槽中でバリスタ電圧の80%の直流電圧を1000時
間印加した後のV1mAを測定して変化率を算出し、これ
で特性評価を行った。表1は、用いたホウケイ酸亜鉛ガ
ラスの組成比を示す。また、出発原料の組成比と、得ら
れた焼結体の特性を表2〜表11に示す。
【0008】
【表1】
【0009】
【表2】
【0010】
【表3】
【0011】
【表4】
【0012】
【表5】
【0013】
【表6】
【0014】
【表7】
【0015】
【表8】
【0016】
【表9】
【0017】
【表10】
【0018】
【表11】
【0019】図2は、表4のNo.24の試料を用いて
広範囲の電流電圧特性を測定した結果を示す。広い電流
領域にわたって優れた特性を示していることが明らかで
あり、特に低電流領域での特性が優れており、漏れ電流
がいかに少ないかを示している。図1は、表4のNo.
19〜No.27の試料で得られたα,V1mAの値をZ
rO2の添加量との関係において示したグラフである。
この図から明らかなように、ZrO2を添加することに
よって、αは増大し、V1mAも増加傾向を示す。図3
は、表4のNo.19〜No.27の試料で得られたも
れ電流(IR)の値をZrO2の添加量との関係におい
て示したグラフである。この図から明らかなように、Z
rO2を添加することによって、濡れ電流は減少し、
1.0モル%で極小値になる。図4は、表4のNo.1
9〜No.27の試料による、直流電圧負荷および大電
流パルス印加後におけるV1mAの電圧変化を、ZrO2
添加量との関係において示したグラフである。ZrO2
が添加されると、直流電圧印加、大電流パルス印加のい
ずれに対しても、V1mAの電圧変化は極めて小さいこと
が明らかである。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による電圧
非直線抵抗体は、電圧非直線係数αが大きく、もれ電流
も小さく、かつ電圧負荷、大電流パルス印加に対してV
1mAの変化が小さく非常に安定した特性が得られる。こ
のような特徴を有する本発明の電圧非直線抵抗体は、過
電圧保護素子、スイッチの開閉時に発生する大電流パル
スを吸収するサージ吸収素子等に優れたZnOバリスタ
として、通信機器など幅広い用途が期待できるものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】電圧非直線係数α,バリスタ電圧V1mAと、Z
rO2の添加量との関係を示した図である。
【図2】本発明の一実施例における電圧電流特性図であ
る。
【図3】もれ電流(IR)とZrO2の添加量との関係
を示した図である。
【図4】直流電圧負荷および大電流パルス印加後におけ
るV1mAの電圧変化とZrO2の添加量との関係を示した
図である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 酸化亜鉛(ZnO)を主成分とし、副成
    分として、酸化ビスマス(Bi23),酸化コバルト
    (CoO),酸化マンガン(MnO),酸化アンチモン
    (Sb23)およびホウケイ酸亜鉛ガラスをそれぞれ
    0.1〜10モル%、0.05〜10モル%、0.05
    〜6.0モル%、0.05〜6.0モル%および0.0
    5〜10.0重量%を配合した原料に対し、酸化ジルコ
    ニウム(ZrO2)を0.05〜5.0モル%添加配合
    して得られる焼結体からなることを特徴とする電圧非直
    線抵抗体。
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