JPH0249527B2

JPH0249527B2 -

Info

Publication number: JPH0249527B2
Application number: JP59220154A
Authority: JP
Inventors: Kenji Shino; Kimitoku Kikuchi
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 1984-10-19
Filing date: 1984-10-19
Publication date: 1990-10-30
Also published as: JPS6199303A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電気回路における異常高電圧の吸収
等に使用される電圧非直接抵抗体（以下、バリス
タと呼ぶ）に関する。

〔従来の技術〕

ZnOを主成分とした酸化物バリスタとして、
ZnOにBi₂O₃、CoO、MnO、TiO₂、BaOおよび
NiF₂を添加してなるバリスタが例えば特公昭53
−21510号公報で知られている。また、ZnOに
BaO、CoOを添加してなるバリスタ（特公昭48
−6755号公報）も知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕しかし、前者のバリスタは、バリスタ電圧V₁
が約５〜80Vの範囲には適するが、約80V以上の
高電圧には適さない。また、大電流領域における
非直接性は悪く、サージに対してもバリススタ電
圧の変化が大きいという欠点を有している。一
方、後者のバリスタは、非直線指数が10〜20程度
であり、非直線指数を30程度にするためには、
ZnOにBaOを添加して焼成した焼結体にCoOを
塗布して再度焼成しなければならないという欠点
を有している。これらBaOを添加してなる酸化
物バリスタは、高電圧、大電流の用途に本質的に
は適していない。

最近の電子機器の発達はめざましく、特に、多
くの半導体素子が使用されているので異常電圧の
吸収や電圧の安定化が強く要求される。この目的
のためにはバリスタ電圧のコントロールが容易
で、且つ非直線指数αが大きく、更に負荷に対し
て安定した特性を有するバリスタが要求される。
そこで、本発明の目的はこのような要求を満足す
ることのできるバリスタを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明のバリスタ
は、Zn（亜鉛）、Ba（バリウム）、Sb（アンチモ
ン）、Co（コバルト）、Ｂ（ホウ素）、Al（アルミニ
ウム）を、これ等の代表的な酸化物であるZnO
（酸化亜鉛）、BaO（酸化バリウム）、Sb₂O₃（酸化
アンチモン）、CoO（酸化コバルト）、B₂O₃（酸化
ホウ素）、Al₂O₃（酸化アルミニウム）に換算した
組成で、ZnO63.95〜98.699モル％、BaO0.1〜３
モル％、Sb₂O₃0.1〜５モル％、CoO1〜25モル％、
B₂O₃0.1〜３モル％、Al₂O₃0.001〜0.005モル％と
なるように含む焼結体から成る。

〔作用〕

上記発明によれば、各成分の相乗効果により、
バリスタ電圧のコントロールが容易で、且つ非直
線指数が大きく、負荷に対して安定した特性を有
するバリススタを得ることが出来る。

〔実施例〕

次に、図面を参照して本発明の実施例について
述べる。本発明の酸化物バリスタを製作するため
にまずZnOが63.95〜98.699モル％、BaOが0.1〜
３モル％、Sb₂O₅が0.1〜５モル％、CoOが１〜25
モル％、B₂O₃が0.1〜３モル％、Al₂O₃が0.001〜
0.05モル％であり、これ等の総和が100モル％で
あるように各酸化物原料を計量し、これをボール
ミルなどによつて十分混合した後、メチルセルロ
ーズ水溶液などの有機結合剤を用いて造粒した。
なお、出発原料としては酸化物の代りに水酸化物
や炭酸塩あるいは二元金属酸化物などを用いるこ
とも可能である。また、成形焼成後の寸法、特性
のバラツキなどに支障をきたすときは600〜1000
℃の空気中で１〜３時間仮焼し、これを微粉に粉
砕してその後に造粒してもよい。このようにして
得られた種々の組成の造粒粉を１〜3ton／cm²の圧
力で加圧成形し、直径15mm、長さ１mmのデイスク
型に仕上げ、更に、この成形物を1000〜1400℃の
空気中で１〜３時間焼成し、最後に、この焼結体
の両面にAgペーストを塗布して焼付けることに
より電極を形成し、種々の組成の酸化物バリスタ
素子を完成させた。

第１図は上述のごとき方法で製作した酸化物バ
リスタを原理的に示す断面図である。この酸化物
バリスタのバリスタ作用は導電性微結晶１とこれ
を包囲する高抵抗層２によつて生じるものと考え
られる。従つて、材料組成や焼成材料を変えるこ
とにより、バリスタ電圧や非直線指数を制御する
ことができる。以上のようにバリスタ作用は焼結
体内部で生じるので、電極３の材料や、形成方法
には特に限定はなく、Ag、In、Al、Snなどの蒸
着による電極あるいはNiメツキによる電極など
も同様の結果を得る。

上述の如き方法で製作した種々のバリスタのバ
リスタ電圧V₁と、電圧非直接性を示す電圧比Ｒ
と、耐サージ性を示す電圧変化率△V₁とを測定
したところ、第２図〜第６図に示す結果が得られ
た。なお、第２図〜第６図のグラフにおいて、代
表的な組成のV₁、Ｒ、△V₁値には、点印、丸印、
三角印が付けられている。また、各図面には、比
較のために、本発明の範囲外の組成のバリスタの
特性も比較例として表示されている。また、第２
図〜第６図の横軸の各成分の量（モル％）は対数
目盛で示されている。また、バリスタ電圧V₁は
第１図の構造のバリスタに1.0ｍＡを流した時の
端子電圧を測定することにより求めた。電圧比Ｒ
はバリスタ電流1.0ｍＡと25Aとにおけるバリス
タ端子電圧V₁とV_25Aとを測定し、V_25A／V₁を計
算することにより求めた。従つて、電圧比Ｒが小
さいほど電圧非直線性が優れ、非直線指数αが大
きい。電圧変化率△V₁は、８×20μsの波形で
1250Aのサージ電流をバリスタに２回流し、この
電流を流す前と後の逆方向のバリスタ電圧V₁を
測定し、その変化分を計算することによつて求め
た。従つて、電圧変化率△V₁（絶対値）が小さい
ほど耐サージ性が優れ、負荷に対する安定性が優
れている。

次に、第２図〜第６図を更に詳しく説明する。

第２図は次の組成のバリスタのバリスタ電圧
V₁と電圧比Ｒと電圧変化率△V₁とを示す。

BZnO 80.49〜85.44モル％ BaO 0.05〜５モル％ Sb₂O₃ 2.0モル％一定 CoO 12.0モル％一定 B₂O₃ 0.5モル％一定 Al₂O₃ 0.01モル％一定合計 100モル％即ち、第２図はBaOの量（モル％）及び合計
100モル％となるようにZnOの量を変化させた
種々のバリスタのV₁、Ｒ、△V₁を示す。なお、
第２図〜第６図においてZnOの量は、各図の横軸
の成分のモル％が決まれば、必然的に決まる。

第３図は次の組成のバリスタのバリスタ電圧
V₁と電圧比Ｒと電圧変化率△V₁とを示す。

ZnO 76.99〜86.94モル％ Sb₂O₃ 0.05〜10モル％ BaO 0.5モル％一定 CoO 12.0モル％一定 B₂O₃ 0.5モル％一定 Al₂O₃ 0.01モル％一定合計 100モル％即ち、第３図はSb₂O₃の量（モル％）及び合計
100モル％となるようにZnOの量を変化させた
種々のバリスタのV₁、Ｒ、△V₁を示す。

第４図は次の組成のバリスタのバリスタ電圧
V₁と電圧比Ｒと電圧変化率△V₁とを示す。

ZnO 66.99〜96.49モル％ CoO 0.5〜30モル％ BaO 0.5モル％一定 Sb₂O₃ 2.0モル％一定 B₂O₃ 0.5モル％一定 Al₂O₃ 0.01モル％一定合計 100モル％即ち、第４図はCoOの量（モル％）及び合計
100モル％となるようにZnOの量を変化させた
趣々のバリスタのV₁、Ｒ、△V₁を示す。

第５図は次の組成のバリスタのバリスタ電圧
V₁と電圧比Ｒと電圧変化率△V₁とを示す。

ZnO 74.49〜85.44モル％ B₂O₃ 0.05〜10モル％ BaO 0.5モル％一定 Sb₂O₃ 2.0モル％一定 CoO 12.0モル％一定 Al₂O₃ 0.01モル％一定合計 100モル％即ち、第５図はB₂O₃の量（モル％）及び合計
100モル％となるようにZnOの量を変化させた
種々のバリスタのV₁、Ｒ、△V₁を示す。

第６図は次の組成のバリスタのバリスタ電圧
V₁と電圧比Ｒと電圧変化率△V₁とを示す。

ZnO 84.9〜84.9995モル％ Al₂O₃ 0.0005〜0.1モル％ BaO 0.5モル％一定 Sb₂O₃ 2.0モル％一定 CoO 12.0モル％一定 B₂O₃ 0.5モル％一定合計 100モル％即ち、第６図はAl₂O₃の量（モル％）及び合計
100モル％となるようにZnOの量を変化させた
種々のバリスタのV₁、Ｒ、△V₁を示す。

次に本発明について材料組成を限定した理由を
説明する。

第２図において、BaOが3.0モル％を越えたも
のは電圧変化率△V₁が大きい。一方、BaOが0.1
モル％より少ないものは電圧変化率が大きく、電
圧比Ｒも大きい。従つて、電圧比Ｒが小さく、負
荷に対して安定なバリスタを得るためのBaOの
好ましい範囲は0.1〜3.0モル％であり、より好ま
しい範囲は0.2〜１モル％である。

第３図において、Sb₂O₃が5.0モル％を越えたも
のは電圧変化率△V₁が大きい。一方、Sb₂O₃が
0.1モル％より少ないものも電圧変化率が大きく、
電圧比Ｒも大きい。従つて、電圧比Ｒが小さく、
負荷に対して安定なバリスタを得るためのSb₂O₃
の好ましい範囲は0.1〜5.0モル％であり、より好
ましい範囲は0.5〜２モル％である。

第４図において、CoOが25.0モル％を越えたも
のは電圧変化率△V₁が大きい。一方、CoOが1.0
モル％より少ないものは電圧変化率△V₁が大き
く、電圧比Ｒも大きい。従つて、電圧比Ｒが小さ
く、負荷に対して安定なバリスタを得るための
CoOの好ましい範囲は1.0〜25.0モル％であり、
より好ましい範囲は５〜20モル％である。

第５図において、B₂O₃が3.0モル％を越えたも
のは電圧変化率△V₁が大きい。一方、B₂O₃が0.1
モル％より少ないものも電圧変化率△V₁が大き
い。従つて、電圧比Ｒが小さく、負荷に対して安
定なバリスタを得るためのB₂O₃の好ましい範囲
は0.1〜3.0モル％であり、より好ましい範囲は0.3
〜１モル％である。

第６図において、Al₂O₃が0.05モル％を越えた
ものは電圧変化率△V₁が大きく、電圧比Ｒも大
きい。一方、Al₂O₃が0.001モル％より少ないもの
も電圧変化率が大さい。従つて、電圧比Ｒが小さ
く、負荷に対して安定なバリスタを得るための
Al₂O₃の好ましい範囲は0.001〜0.05モル％であ
り、より好ましい範囲は0.003〜0.02モル％であ
る。

なお、Znの範囲は残部であり、必然的に63.95
〜98.699モル％となる。

以上、本発明の実施例及び比較例について述べ
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、
更に変形可能なものである。例えば、本発明の目
的を損なわない範囲で希土類物質（La₂O₃、
Pr₂O₃、Nd₂O₃など）や、Nb₂O₅、Ta₂O₅、
MnO、NiO、Cr₂O₃等の酸化物等を添加してもよ
い。

〔発明の効果〕

上述から明らかな如く、本発明によれば、バリ
スタ電圧V₁が50以上、電圧比Ｒが2.5以下、電圧
変化率△V₁が±10％以内のバリスタを提供する
ことが出来る。即ち、電圧比が小さく、且つサー
ジに対して優れた安定性を有するバリスタを提供
することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる酸化物電圧非直線抵抗
体の焼結結晶粒子の配列を模型的に示せ断面図、
第２図はBaOの変化に対するバリスタ電圧V₁、
電圧比Ｒ、電圧変化率△V₁の変化を示す特性曲
線図、第３図はSb₂O₃の変化に対するバリスタ電
圧V₁、電圧比Ｒ、電圧変化率△V₁の変化を示す
特性曲線図、第４図はCoOの変化に対するバリス
タ電圧V₁、電圧比Ｒ、電圧変化率△V₁の変化を
示す特性曲線図、第５図はB₂O₃の変化に対する
バリスタ電圧V₁、電圧比Ｒ、電圧変化率△V₁の
変化を示す特性曲線図、第６図はAl₂O₃の変化に
対するバリスタ電圧V₁、電圧比Ｒ、電圧変化率
△V₁の変化を示す特性曲線図である。１……結晶、２……高抵抗層、３……電極。

Claims

【特許請求の範囲】１ Zn、Ba、Sb、Co、Ｂ及びAlを、これ等の
代表的な酸化物であるZnO、BaO、Sb₂O₃、
CoO、B₂O₃及びAl₂O₃に換算した組成で、 ZnO 63.95〜98.699モル％ BaO 0.1〜３モル％ Sb₂O₃ 0.1〜５モル％ CoO １〜25モル％ B₂O₃ 0.1〜３モル％ Al₂O₃ 0.001〜0.05モル％となるように含む焼結体からなる酸化物電圧非直
線抵抗体。