JPH02219203A - 電圧非直線抵抗素子の製造方法 - Google Patents

電圧非直線抵抗素子の製造方法

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JPH02219203A
JPH02219203A JP1039700A JP3970089A JPH02219203A JP H02219203 A JPH02219203 A JP H02219203A JP 1039700 A JP1039700 A JP 1039700A JP 3970089 A JP3970089 A JP 3970089A JP H02219203 A JPH02219203 A JP H02219203A
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varistor
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zinc oxide
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Toyoshige Sakaguchi
豊重 坂口
Kazuo Koe
向江 和郎
Koichi Tsuda
孝一 津田
Takashi Ishii
石井 孝志
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電圧非直線抵抗素子の製造方法に係り、特に
素子の焼成方法に関する。
〔従来の技術〕
酸化亜鉛(ZnO)を主成分としこれに微量の添加物を
加えて混合したのち焼結してつくられるセラミックスは
優れた電圧非直線性を示すことが知られており、電気回
路における異常電圧(サージ)を抑制するためのバリス
タとして広く実用に供されている。
ZnOバリスタの電圧非直線性はZnO粒子の粒界に形
成されるショットキ障壁に起因するものである。実用的
なバリスタにおいてはZnO粒子が結合して形成される
粒界1層当たりのバリスタ電圧は結晶粒径の大きさにか
かわらずほぼ一定であり、その値は2■程度である。バ
リスタ電圧とはバリスタに1mAの電流を流したときの
端子間電圧であり通常v10で表わされる。従って電圧
非直線抵抗素子のバリスタ電圧はZnO焼結体上に設け
られた電極間に存在する粒界層の数によって決定される
。このため低電圧回路に用いられる素子に対しては素子
の厚さを薄くするか、あるいはZnO粒子径を十分に太
き(する必要がある。
例えばDC12V回路にZnOバリスタを適用する場合
、回路電圧の変動などを考慮し、バリスタ電圧は一般に
22Vのものが使用されるが、前述のように粒界1層当
たりのバリスタ電圧は約2■であるから、この素子の端
子電極間に存在し得る粒界は高々11層である。
一方、通常の方法で作られるZnOバリスタ焼結体の粒
径は10〜20.1/I11であるから、約22Vのバ
リス夕電圧を得るために素子の厚さは0.1〜0.2f
iにしなければならない。しかしZnOバリスタのよう
な焼結体は0.1〜0.2額の厚さでは機械的強度が低
く、製作中に割れを生ずるなどの問題があり、素子をこ
のように薄くすることは実用的ではない。
これを解決するためにZnOバリスタを作る際にZnO
原料の粉末にこれよりもはるかに大きな粒径のZnO単
結晶を少量添加し、そのZnO単結晶(以下、核粒子と
称する)を核として粒成長を促進させる方法が特公昭5
6−11203号公報で開示されている。第4図にこの
方法の流れ図が示される。第5図に核粒子を添加して大
気中において1350℃の温度で焼成した場合の結晶成
長の状況が示される。
酸化亜鉛の原料粉末1が核粒子3上に成長して粒径10
0〜200−の酸化亜鉛の巨大粒子4が得られる。
第6図に核粒子を添加しないで酸化亜鉛の原料粉末と微
量添加物の混合物を造粒したバリスタ粉末を大気中で焼
成する場合の結晶成長の状況が示される。焼結温度を1
500℃に高めたり焼結時間を長くしても粒径は50,
11111止まりの結晶粒2しか得られない。そのうえ
この方法で素子を製作すると高温で長時間焼成するため
添加物が蒸発して素子の電圧非直線係数αが著しく低下
し実用に供し得ない。
〔発明が解決しようとする課題〕
核粒子を添加して大気中で焼成する方法は上述のように
巨大粒子が容易に得られるが、この方法の場合には核粒
子を製造する工程が別途必要であり、製造コストの増大
を招くという問題があった。
この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的は、バリ
スタ粉末より直接的に巨大粒子を得るようにして、安価
で特性に優れる電圧非直線素子を製造する方法を提供す
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的はこの発明によれば、酸化亜鉛を主成分とし
これに微量の副成分を添加混合し、成型。
焼成してなる電圧非直線抵抗素子の製造方法において、
40%以上の酸素を含む酸化性ふんい気中において焼成
を行うことにより達成される。
酸化亜鉛の原料粉末と微量の副成分とを混合したバリス
タ粉末を用いて成型、焼成を行うことができる。
〔作用〕
バリスタ粉末を高酸素濃度の酸化ふんい気中で焼成する
と、核粒子を製造する必要がなくなる。
高酸素濃度の酸化ふんい気中では粒成長のための原子拡
散が容易となり低温かつ短時間で巨大粒子が得られる。
微量の副成分の蒸発も少なくなる。
〔実施例〕
次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。
酸化亜鉛(ZnO)原料粉末に、酸化プラセオジム(P
r60++)、酸化ランタン(LaxOa) +酸化コ
バルト(Cos04) +酸化ボロン(BzO,)など
の副成分を適量添加した原料を湿式ボールミルにて十分
混合し噴霧乾燥機により造粒粉(バリスタ原料粉末)を
得た。
次いで直径17mの金型を使用し厚さ1.2mの円板状
に成形した。次いで温度1350℃で数時間焼成した。
ここで焼成中のふんい気は酸素と窒素の濃度比を変化さ
せて各々大気圧で焼成した。得られた焼結体の大きさは
直径14日で厚さは1waであった。
この焼結体に直径11.5鶴のオーミック接触の電極を
対向する面に設け、バリスタ特性を測定した。
結果が第1図〜第3図に示される。黒丸は核粒子を用い
るときの特性である。第1図〜第3図の横軸目盛は酸素
濃度である。数値100の場合は酸素濃度100%であ
り、数値25は酸素25%、窒素75%であり、この場
合は大気と等価である。
第1図において、酸素濃度40%以上での結晶粒径は1
00μ以上と大きなものが得られており、従って第2図
に示すようにV+aA/lは20V以下と、低電圧回路
用電圧非直線抵抗素子として適していることがわかる。
酸素濃度が40%より小さいと粒成長はあまり進まずV
+sA/jが20V/m以上に大幅に増大し低電圧回路
用電圧非直線抵抗素子とするには実用的ではない。また
第3図に示すように電圧非直線係数αも30以上と優れ
ている。
以上のように本実施例による素子は第1図〜第3図に併
記した核粒子を用いて製造した素子と比較して同等もし
くはそれ以上の優れた特性を有することがわかる。
〔発明の効果〕
この発明によれば、酸化亜鉛を主成分としこれに微量の
副成分を添加混合し、成型、焼成してなる電圧非直線抵
抗素子の製造方法において、40%以上の酸素を含む酸
化性ふんい気中において焼成を行うので、粒成長が早く
なり核粒子を使用する場合と同等の時間、温度で巨大結
晶粒が得られるので単位厚さあたりのバリスタ電圧V 
、mA/ tが20V / tm以下にでき低電圧回路
用に適した素子が得られる。また核粒子を使用する場合
と同等の時間。
温度で結晶成長するので微量添加物の蒸発が少なく非直
線係数αに優れる素子が得られる。さらにこの発明によ
れば核粒子を用いないので製造工程が簡単になり、コス
トダウンが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例に係る素子の結晶粒径と酸素
濃度との関係を従来のものと対比して示した線図、第2
図はこの発明の実施例に係る素子の単位厚さあたりバリ
スタ電圧と酸素濃度との関係を従来のものと対比して示
した線図、第3図はこの発明の実施例に係る素子の非直
線係数αと酸素濃度との関係を従来のものと対比して示
す線図、第4図は従来の素子の製造工程図、第5図は核
粒子を用いる従来の製法の結晶成長を示す模式図、第6
図は核粒子を用いない従来の製法の結晶成長を示す模式
図である。 l二酸化亜鉛の原料粉末、2:結晶粒、3:核粒子、4
:巨大粒子。 箒@槃駈易ス −15= (Q) (b) 第 図 (Q) (b) 第 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1)酸化亜鉛を主成分としこれに微量の副成分を添加混
    合し、成型,焼成してなる電圧非直線抵抗素子の製造方
    法において、40%以上の酸素を含む酸化性ふんい気中
    において焼成を行うことを特徴とする電圧非直線抵抗素
    子の製造方法。
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