JP3802353B2 - 電圧非直線性抵抗体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は電圧非直線性抵抗体素子及びその製造方法に係り、特に大きな静電容量を得ることができる電極及び電極形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のバリスタ素子の電圧非直線性抵抗体は、チタン酸ストロンチュウム系の材料を秤量し、混合し、脱水、乾燥し、仮焼した後、粉砕し、この粉砕物にバインダを添加したものをプレス成形し、このプレス成形物を焼成して得た。そしてこの焼成物すなわちバリスタ磁器に電極ペーストを塗布、焼付けして電圧非直線性抵抗体素子を製造していた。
【0003】
このとき、使用される電極ペーストは、Ag又はCu粉末とガラスフリット及びエチルセルローズ、ブチルカルビトール等の有機物で構成されている。
【0004】
このようなバリスタ素子は、静電容量が大きいため、DCモータ始動時の逆起電力と回転時のスイッチングノイズの除去を主な用途とするリングバリスタに使用される。すなわち始動時の逆起電力をバリスタ電圧で吸収し、スイッチングノイズを静電容量で除去することにより、DCモータ始動時の逆起電力と回転時のスイッチングノイズを効果的に除去し、外部に対するこれらの悪影響を防止することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところでリングバリスタ素子は、図1(A)、(B)、(C)に示す如く、バリスタ磁器1と、電極2と、バリスタ磁器1と電極2とを接合させるガラスフリット3から構成されている。図1(B)は同(A)の矢印A−A断面図であり、同(C)は電極−絶縁層部分の拡大図である。そしてリング状のバリスタ磁器1の一方の面に、3個の電極2が図示の如く、120度毎に位置している。なお図1は3極用のモータに使用した例を示す。
【0006】
バリスタ磁器1は、後述するように、還元性雰囲気で焼成されるため、その表面部分には絶縁層1Aが形成され、内部は半導体層1Bである。また電極2には、特にその絶縁層1A側にガラスフリット3が混在する。
【0007】
ところでバリスタ磁器1における電気特性は、バリスタ磁器表面近傍で発現させるため、ガラスフリット層による電気特性、特に静電容量に対する影響が大きい。このため、従来の技術では、Cuを主成分とした電極に、PbO−B2 O3 −SiO2 −ZnO−Al2 O3 系で組成比が20:23:12:43:2wt%のガラスフリット(以下Pb系という)を使用し、静電容量を確保していた。しかしこのPb系のガラスフリットを使用した場合よりも、更に静電容量の高容量化が求められている。
【0008】
したがって本発明の目的は、静電容量が高容量である電圧非直線性抵抗体素子及びその製造方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため本発明では、下記(1)に示す如く、電圧非直線性抵抗体素子を構成し、また下記(2)に示す如く製造する。
【0010】
(1)電圧非直線性抵抗体素子において、
電極の主成分をCuとし、このCu100重量部に
組成がB2 O3 −SiO2 −ZnO−Al2 O3 −SrO系であって、その組成比が、
B2 O3 23〜22wt%
SiO2 9〜0 wt%
ZnO 59〜13wt%
Al2 O3 4〜16wt%
SrO 5〜49wt%
であるガラスフリットを2.0〜3.5wt%と、Bi2 O3 を0.1〜1.5wt%添加して、電極を構成する。
【0011】
(2)電圧非直線性抵抗体素子の製造方法において、
電極の主成分をCuとし、このCu100重量部に
組成がB2 O3 −SiO2 −ZnO−Al2 O3 −SrO系であって、その組成比が、
B2 O3 23〜22wt%
SiO2 9〜0 wt%
ZnO 59〜13wt%
Al2 O3 4〜16wt%
SrO 5〜49wt%
であるガラスフリットを2.0〜3.5wt%と、Bi2 O3 を0.1〜1.5wt%添加して、電極材料とし、これをバリスタ磁器に印刷塗布し、還元性雰囲気または中性雰囲気中で650℃〜750℃で焼付ける。
【0012】
これにより、バリスタ電圧(素子に10mAの電流を流したときの端子間電圧)E10が4.7〜6.7V、電圧非直線係数αが3.2以上、1KHzの静電容量が57nF以上、400KHzのtanδが85以上、電極強度が1.4Kg以上という、他のデータが実用範囲であるにもかかわらず静電容量の比較的大きな電圧非直線性抵抗体素子を提供することができる。
【0013】
なおE10を前記範囲に限定した理由は、定電圧小型モータ用の異常電圧除去及びノイズ防止には、バリスタ電圧(E10)が4.7〜6.7Vの範囲が最適といわれていることによる。
【0014】
【発明の実施の形態】
バリスタ磁器すなわち電圧非直線抵抗体を得るため、例えば、原料としてSrCO3 、BaCO3 、CaCO3 、TiO2 を所定の組成(Sr0.4 Ba0.4 Ca0.2 )TiO3 になるようにそれぞれ換算して秤量し、配合した後、ボールミルを用いて10〜20時間混合し、脱水、乾燥した。
【0015】
得られた混合物を1100℃で仮焼成した後、粗粉砕し、再度、ボールミルにより10〜20時間混合した後、脱水、乾燥した。次いで混合物に対し1.0〜1.5重量%のポリビニルアルコールを有機結合剤として混合して、これをリング状にプレス成型し、続いて、成型体を脱脂した後、N2 (95容積%)+H2 (5容積%)の還元雰囲気中において、約1350℃で4時間の焼成を行い、半導体磁器を得た。次いで、半導体磁器を空気中または酸化性雰囲気中において800℃前後の温度で再酸化処理を行ってリングバリスタ磁器を製造した。
【0016】
また、このバリスタ磁器の面に塗布形成するための電極として、Bet(比表面積)値が1.0〜4.5のCu粉末に、B2 O3 −SiO2 −ZnO−Al2 O3 −SrO系で、組成比として、B2 O3 が23〜22wt%、SiO2 が10〜0wt%、ZnOが64〜13wt%、Al2 O3 が3〜16wt%、SrOが0〜49wt%のガラスフリットをCu粉末100重量部に対して1.0〜4.0重量部と、Bi2 O3 をCu粉末100重量部に対して0〜2.0重量部添加したものを使用した。
【0017】
なお、このガラスフリットは、前記組成比の原料(B2 O3 、SiO2 、ZnO、Al2 O3 、SrO)を後述する表1の組成比となるように秤量し、これらを混合粉砕して得られた混合物を白金ルツボに入れガラス物質を製造し、これを粉砕して微少粒径のガラスフリットを得た。
【0018】
そしてこれを主成分である前記Cu粉末に、表1に示す如く、1.0〜4.0重量部と、Bi2 O3 を0〜2.0重量部添加して混合し、この混合物に対しエチルセルローズ樹脂とブチルカルビトールで作ったビヒクルを分散させて電極ペーストであるCuペーストを作成した。
【0019】
【表1】
【0020】
表1において、試料番号No.1〜No.10はガラスフリットの組成が本発明の範囲外であり、比較例を示す。また試料番号No.11、20、21、30、31、40はガラスフリットの含有量が本発明の範囲外であり、Bi2 O3 の添加量が本発明の範囲外であるので、これらは本発明の比較例である。
【0021】
試料番号No.12、15、16、19、22、25、26、29、32、35、36、39はいずれもBi2 O3 の添加量が本発明の範囲外であるので、本発明の比較例である。したがって表1において、○印は本発明の実施例を示し、×印は比較例を示す。
【0022】
次に、図1に示す如く、リングバリスタ磁器に3極の電極を印刷し、空気中で脱バインダー安定温度420℃〜320℃、酸素分圧10ppm以下で還元を行った後に、N2 雰囲気で、表2、表3に示す600℃〜800℃の安定温度で焼付けを行い、リングバリスタ素子を得た。
【0023】
このようにして作成した試供品それぞれ10個、30極のバリスタ電圧(E10)、電圧非直線係数(α)、1KHzの静電容量、400KHzのtanδ及び10個10極の電極剥離強度を測定した。
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】
なお、表2において試料番号No.12−1〜12−4は、表1の試料番号No.12の試料において、電極の焼付け温度を600℃、650℃、750℃、800℃に変えたものを示す。他のものも同様である。このうち焼付け温度が650℃〜750℃のものが本発明の実施例を示し、焼付け温度が600℃、800℃のものは本発明に対する比較例を示す。
【0027】
また表3に試料番号41として、Pb系の従来例の前記各特性を示しており、静電容量が本発明に比較して小さいことがわかる。表2、3において、○印は本発明の実施例を示し、×印は比較例を示す。また表3の試料番号41は前記従来例のPb系を使用した例を示す。
【0028】
この結果、本発明により、バリスタ電圧(E10)が4.7〜6.7(V)、電圧非直線係数(α)が3.2以上、1KHzの静電容量57nF以上、400KHzのtanδが85%以上、電極剥離強度1.4Kg以上の電圧非直線性抵抗体素子を提供することができた。なお表2、表3において、バリスタ電圧(E10)は平均値、その他は最小値を示している。
【0029】
本発明において、数値限定の理由を下記に示す。
【0030】
ガラスフリットにおいて、B2 O3 が23〜22wt%の範囲外の場合、静電容量が50nF以下の小さいものとなる。
【0031】
SiO2 が9wt%を超えると静電容量が小さいものとなる(試料番号No.1〜10参照)。
【0032】
ZnOが59wt%を超えると静電容量が小さいものとなる(試料番号No.1〜10参照)。また13wt%未満の場合も、これまた静電容量が小さいものとなる。
【0033】
Al2 O3 が4wt%未満の場合は静電容量が小さいものとなる(試料番号No.1〜10参照)。また16wt%を超えると、これまた静電容量が小さいものとなる。
【0034】
SrOが5〜49wt%の範囲外の場合、静電容量が小さいものとなる。
【0035】
ガラスフリットが2.0wt%未満の場合は、tanδが小さい(試料番号No.11、21、31参照)。また3.5wt%を超える場合は、電極剥離強度が小さい(試料番号No.20、30、40参照)。
【0036】
Bi2 O3 が0.1wt%未満の場合は、静電容量が小さかったり(試料番号No.12−1、No.12−4参照)、tanδが小さい(試料番号No.12−2、12−3参照)。また1.5wt%を超える場合は、電極剥離強度が小さい(試料番号No.15−1〜15−4参照)。
【0037】
そして焼成温度が650℃未満の場合、電極剥離強度が小さい(試料番号No.12−1、13−1、14−1、15−1参照)。また750℃を超えた場合は、これまた電極剥離強度が小さい(試料番号No.12−4、13−4、14−4、15−4参照)。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば下記の効果を奏する。
【0039】
(1)電極の主成分をCuとし、このCu100重量部に、組成比がB2 O3 23〜22wt%、SiO2 9〜0wt%、ZnO59〜13wt%、Al2 O3 4〜16wt%、SrO5〜49wt%のガラスフリットを2.0〜3.5wt%と、Bi2 O3 を0.1〜1.5wt%添加したものを電極としたので、バリスタ電圧E10が4.7〜6.7V、電圧非直線係数αが3.2以上、1KHzの静電容量を57nF、400KHzのtanδが85%以上、電極剥離強度が1.4Kg以上という、静電容量の大きな、すぐれた特性を有する電圧非直線性抵抗体素子を提供することができる。しかもPbを使用することなくこのようなすぐれた特性の電極を構成することができる。
【0040】
(2)前記電極材料を650〜750℃で焼付けることにより、バリスタ電圧E10が4.7〜6.7V、電圧非直線係数αが3.2以上、1KHzの静電容量を57nF、400KHzのtanδが85%以上、電極剥離強度が1.4Kg以上という、静電容量の大きな、すぐれた特性を有する電圧非直線性抵抗体素子を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】リングバリスタ素子の構成図である。
【符号の説明】
1 バリスタ磁器
2 電極
3 ガラスフリット
Claims (2)
- 電圧非直線性抵抗体素子において、
電極の主成分をCuとし、このCu100重量部に対し、
組成がB2 O3 −SiO2 −ZnO−Al2 O3 −SrO系であって、その組成比が、
B2 O3 23〜22wt%
SiO2 9〜0 wt%
ZnO 59〜13wt%
Al2 O3 4〜16wt%
SrO 5〜49wt%
であるガラスフリットを2.0〜3.5wt%と、Bi2 O3 を0.1〜1.5wt%添加して、電極を構成したことを特徴とする電圧非直線性抵抗体素子。 - 電圧非直線性抵抗体素子の製造方法において、
電極の主成分をCuとし、このCu100重量部に
組成がB2 O3 −SiO2 −ZnO−Al2 O3 −SrO系であって、その組成比が、
B2 O3 23〜22wt%
SiO2 9〜0 wt%
ZnO 59〜13wt%
Al2 O3 4〜16wt%
SrO 5〜49wt%
であるガラスフリットを2.0〜3.5wt%と、Bi2 O3 を0.1〜1.5wt%添加して、電極材料とし、これをバリスタ磁器に印刷塗布し、還元性雰囲気または中性雰囲気中で650℃〜750℃で焼付けることを特徴とする電圧非直線性抵抗体素子の製造方法。
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JP2001020085A JP3802353B2 (ja) | 2001-01-29 | 2001-01-29 | 電圧非直線性抵抗体素子及びその製造方法 |
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JP2002222705A JP2002222705A (ja) | 2002-08-09 |
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CN105957666A (zh) * | 2016-06-30 | 2016-09-21 | 全球能源互联网研究院 | 一种避雷器用压敏电阻阀片及其制备方法 |
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2001
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