JPH0380326B2 - - Google Patents

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JPH0380326B2
JPH0380326B2 JP58024028A JP2402883A JPH0380326B2 JP H0380326 B2 JPH0380326 B2 JP H0380326B2 JP 58024028 A JP58024028 A JP 58024028A JP 2402883 A JP2402883 A JP 2402883A JP H0380326 B2 JPH0380326 B2 JP H0380326B2
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JP
Japan
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varistor
voltage
noise
mol
present
Prior art date
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JP58024028A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS59149002A (en
Inventor
Kimiko Kumazawa
Kazuhide Ebine
Keiichi Noi
Akihiro Takami
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Priority to DE8484900746T priority patent/DE3484332D1/en
Priority to EP84900746A priority patent/EP0137044B1/en
Priority to PCT/JP1984/000035 priority patent/WO1984003171A1/en
Publication of JPS59149002A publication Critical patent/JPS59149002A/en
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 本発明は各種電気機器、電子機器において異常
電圧吸収用及びノイズ除去用などに利用される電
圧依存性非直線抵抗体(以下バリスタと呼ぶ)を
作るのに好適な電圧依存性非直線抵抗体磁器組成
物に関するものである。 従来例の構成とその問題点 従来、各種電気機器、電子機器における異常高
電圧(以下サージと呼ぶ)の吸収、雑音の除去、
火花消去などのために電圧依存性非直線抵抗特性
を有するSiCバリスタやZnO系バリスタなどが使
用されていた。このようなバリスタの電圧−電流
特性は近似的に次式のように表わすことができ
る。 I=(V/C)〓 ここで、Iは電流、Vは電圧、Cはバリスタ固
有の定数であり、αは電圧非直線指数である。 SiCバリスタのαは2〜7程度、ZnO系バリス
タではαが50にもおよぶものがある。このような
バリスタはサージのように比較的高い電圧の吸収
に優れた性能を有しているが、誘電率が低く固有
静電容量が小さいため、バリスタ電圧以下の低い
電圧の吸収(例えばノイズなど)に対してはほと
んど効果を示さず、また誘電損失角(tanδ)も5
〜10%と大きい。 一方、これらのノイズなどの除去には組成や焼
成条件を適当に選択することにより、見かけの誘
電率が5×104〜6×104程度でtanδが1%前後の
半導体磁器コンデンサが利用されている。しか
し、この半導体磁器コンデンサはサージなどによ
りある程度以上の電流が素子に印加されると破壊
したり、コンデンサとしての機能を果たさなくな
つたりする。 上記のような理由で電気機器、電子機器におい
ては、サージ吸収やノイズ除去などの目的のため
には、通常バリスタとコンデンサ及び他の部品
(例えばコイル)とを組み合わせて使用され、例
えばノイズフイルタはこのような構成になつてい
る。 第1図は一般的な従来のノイズフイルタ回路を
示し、第2図はバリスタとコンデンサ及びコイル
を組み合わせて構成された従来のノイズフイルタ
回路を示しており、1はコイル、2はコンデン
サ、3はバリスタである。 しかし、このような第2図に示す構成は機器内
部における部品点数が多くなる上に機器の小形化
動向に相反するという欠点を有していた。 発明の目的 本発明は上記のような従来のサージ吸収、ノイ
ズ除去における欠点を除去し、バリスタとコンデ
ンサの両方の機能を有し、1個の素子でサージ吸
収、ノイズ除去が可能な複合機器を有するバリス
タを作るのに好適な磁器組成物を提供することを
目的としている。 発明の構成 本発明は上記のような目的を達成するために、
SrTiO3と、半導体化促進用金属酸化物として
Ta2O5と、Eu,Gd,Tb,Tm,Lu,Th,Ir,
Os,Hf,Ruからなる群から選択された少なくと
も1種類以上の元素を所定量含有する構成とした
電圧依存性非直線抵抗体磁器組成物を提案するも
のである。 実施例の説明 以下に本発明を実施例を上げて具体的に説明す
る。 実施例 1 SrTiO3とTa2O5とGd2O3を下記の第1表に示
した組成比になるように秤量した後、ボールミル
などにより湿式で6時間混合し、乾燥させた後、
空気中で1000〜1250℃、1〜5時間仮焼する。そ
の後、ボールミルなどにより湿式で4時間粉砕
し、乾燥させた後、有機バインダー(例えばポリ
ビニルアルコールなど)を8wt%加え造粒した
後、8.0(mm)φ×1.0(mm)tの形状にプレス圧
1.0t/cm2で加圧成型した。この成型体を還元雰囲
気(例えばN2:H2=10:1)にて1300〜1450℃
で1〜6時間焼成した。こうして得られた焼成体
の比抵抗は0.1〜0.8Ω・cmで、平均粒径は20〜
50μmであつた。次に、この焼成体を空気中で
1000〜1300℃で0.5〜5時間焼成し、第3図の焼
結体4を得た。さらに、上記焼結体4の両平面を
SiCなどの研磨剤で研磨し、Agなどの導電性金属
を用いて電極5,6を形成した。上記電極5,6
の径は5.0(mm)φとした。 このようにして得られた素子の特性を第1表に
併せて示す。
Industrial Application Field The present invention has a voltage dependence property suitable for making voltage dependent nonlinear resistors (hereinafter referred to as varistors) used for abnormal voltage absorption and noise removal in various electrical and electronic devices. The present invention relates to a non-linear resistor ceramic composition. Conventional configurations and their problems Traditionally, various electrical and electronic devices have been used to absorb abnormally high voltages (hereinafter referred to as surges), remove noise,
SiC varistors and ZnO-based varistors, which have voltage-dependent nonlinear resistance characteristics, were used to eliminate sparks. The voltage-current characteristics of such a varistor can be approximately expressed as follows. I=(V/C) Here, I is current, V is voltage, C is a constant specific to the varistor, and α is a voltage nonlinear index. The α of SiC varistors is about 2 to 7, and the α of some ZnO-based varistors is as high as 50. Although such varistors have excellent performance in absorbing relatively high voltages such as surges, their low dielectric constant and small specific capacitance prevent them from absorbing low voltages below the varistor voltage (e.g. noise, etc.). ), and the dielectric loss angle (tanδ) is 5.
~10%, which is large. On the other hand, in order to eliminate these noises, semiconductor porcelain capacitors with an apparent permittivity of about 5×10 4 to 6×10 4 and a tan δ of around 1% can be used by appropriately selecting the composition and firing conditions. ing. However, this semiconductor ceramic capacitor may break down or cease to function as a capacitor if a current exceeding a certain level is applied to the element due to a surge or the like. For the reasons mentioned above, in electrical and electronic equipment, varistors are usually used in combination with capacitors and other parts (e.g. coils) for purposes such as surge absorption and noise removal.For example, noise filters are It is structured like this. Figure 1 shows a general conventional noise filter circuit, and Figure 2 shows a conventional noise filter circuit configured by combining a varistor, a capacitor, and a coil, where 1 is a coil, 2 is a capacitor, and 3 is a I'm a barista. However, the configuration shown in FIG. 2 has the disadvantage that the number of parts inside the device increases and it is contrary to the trend toward miniaturization of devices. Purpose of the Invention The present invention eliminates the drawbacks of conventional surge absorption and noise removal as described above, and provides a composite device that has the functions of both a varistor and a capacitor and can perform surge absorption and noise removal with a single element. The object of the present invention is to provide a porcelain composition suitable for making a varistor having a porcelain composition. Structure of the Invention In order to achieve the above objects, the present invention has the following features:
SrTiO 3 and metal oxides for promoting semiconductor formation
Ta 2 O 5 and Eu, Gd, Tb, Tm, Lu, Th, Ir,
The present invention proposes a voltage-dependent nonlinear resistor ceramic composition containing a predetermined amount of at least one element selected from the group consisting of Os, Hf, and Ru. DESCRIPTION OF EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to Examples. Example 1 SrTiO 3 , Ta 2 O 5 and Gd 2 O 3 were weighed to have the composition ratio shown in Table 1 below, mixed wet for 6 hours using a ball mill, etc., dried, and then
Calcinate in air at 1000-1250℃ for 1-5 hours. After that, it was wet-pulverized for 4 hours using a ball mill, etc., dried, and then granulated by adding 8wt% of an organic binder (e.g. polyvinyl alcohol).
Pressure molded at 1.0t/cm 2 . This molded body is heated to 1300 to 1450°C in a reducing atmosphere (for example, N 2 :H 2 =10:1).
It was baked for 1 to 6 hours. The specific resistance of the fired body thus obtained is 0.1~0.8Ω・cm, and the average particle size is 20~0.8Ω・cm.
It was 50μm. Next, this fired body is placed in the air.
Firing was performed at 1000 to 1300°C for 0.5 to 5 hours to obtain the sintered body 4 shown in FIG. Furthermore, both planes of the sintered body 4 are
After polishing with an abrasive such as SiC, electrodes 5 and 6 were formed using a conductive metal such as Ag. The above electrodes 5, 6
The diameter was 5.0 (mm)φ. The characteristics of the device thus obtained are also shown in Table 1.

【表】【table】

【表】 *……比較例
ここで、素子のバリスタとしての特性評価は上
述した電圧−電流特性式 I=(V/C)〓 (ただし、Iは電流、Vは電圧、Cはバリスタ
固有の定数、αは非直線指数)におけるαとcに
よつて行うことが可能である。しかし、Cの正確
な測定が困難であるため、本発明においては
1mAのバリスタ電流を流した時の単位厚み当り
のバリスタ電圧(以下V1nA/mmと呼ぶ)の値と、
α=1/log(V10nA/V1nA)〔ただし、V10nA
10mAのバリスタ電流を流した時のバリスタ電
圧、V1nAは1mAのバリスタ電流を流した時のバ
リスタ電圧〕の値によりバリスタとしての特性評
価を行つている。また、コンデンサとしての特性
評価は測定周波数1KHzにおける誘電率ε、誘電
損失角tanδで行つている。上記のデータは還元雰
囲気における焼成温度、時間を1400℃、2時間、
空気中での焼成温度、時間を1200℃、3時間で行
つたものである。 第1表に示したようにTa2O5は添加量が0.005
モル%以上になると焼成時にSrTiO3を主体とす
る結晶の格子内に固溶し、原子価制御により焼結
体の比抵抗を1.0Ω・cm前後に下げることができ
るため、空気中で再焼成することによりバリスタ
としての使用が可能である。しかし、Ta2O5
10.000モル%を越えるともはや固溶しなくなり、
焼結体の比抵抗が大きくなり、バリスタとしての
使用には不適当となる。 Gd2O3は焼成時にSrTiO3を主体とした結晶の
粒界に偏析し、粒界層の比抵抗を増大させ、焼結
体の非直線性を大きくするのに寄与する。 このような効果が現われるのは、Gd2O3の添加
量が0.005モル%以上になつた時である。また、
Gd2O3の添加量が10.000モル%を越えると誘電損
失角tanδが増大し、誘電率εは徐々に減少し、非
直線指数αも減少する。 また、単位厚み当りのバリスタ電圧(V1nA
mm)はTa2O5が0.005モル%未満の場合、焼結体
の比抵抗が大きいため大きな値になる。 従つて、バリスタとコンデンサの両方の機能を
同時に満足する範囲は、Dy2O30.005〜10.000モル
%、La2O30.005〜10.000モル%である。 なお、実施例ではGd2O3についてのみ単独で用
いる場合について説明したが、これに代えてEu,
Tb,Tm,Lu,Th,Ir,Os,Hf,Ruの酸化物
をそれぞれ単独で上記所定量の範囲で用いても同
様の効果が得られることを確認した。また、これ
らGd,Eu,Tb,Tm,Lu,Th,Ir,Os,Hf,
Ruの酸化物を2種類以上、合計での添加量が上
記所定量の範囲になるようにして用いても同様の
効果が得られることを確認した。 上記の素子を使用して第4図に示すような回路
を作り、第5図に示すようなノイズ入力Aに対し
て出力状況を調べた結果、第5図の出力状況曲線
Bに示すようにノイズをおさえることができた。
第5図で7は本発明の素子、8はコイルである。 なお、第1図に示す従来のフイルタ回路の出力
状況は第5図の出力状況曲線Cの通りであり、十
分にノイズを除去していない。また、第2図に示
すバリスタを含む従来のフイルタ回路では、本発
明による素子を用いた第4図の回路に類似した効
果が得られるが、バリスタを別個に必要とするだ
け部品点数が多くなる。 発明の効果 以上述べたように本発明による磁器組成物を利
用した素子は従来にない複合機能を有し、バリス
タとコンデンサの2つの役割を同時に果たすこと
が可能であり、従来のノイズフイルタ回路を簡略
化し、小形、高性能、低コスト化に寄与するもの
であり、各種電気機器、電子機器のサージ吸収、
ノイズ除去へと応用を広げることができ、その実
用上の価値は極めて大きい。
[Table] *... Comparative example Here, the characteristics of the element as a varistor are evaluated using the voltage-current characteristic equation described above: I = (V/C) This can be done by α and c in a constant (α is a non-linear index). However, since accurate measurement of C is difficult, in the present invention,
The value of the varistor voltage per unit thickness (hereinafter referred to as V 1nA /mm) when a varistor current of 1mA flows,
α=1/log (V 10nA /V 1nA ) [However, V 10nA is
The characteristics of the varistor are evaluated based on the value of the varistor voltage when a varistor current of 10 mA is applied, and V 1nA is the varistor voltage when a varistor current of 1 mA is applied. In addition, the characteristics as a capacitor are evaluated using the dielectric constant ε and dielectric loss angle tan δ at a measurement frequency of 1 KHz. The above data shows the firing temperature and time in a reducing atmosphere at 1400℃ for 2 hours.
The firing temperature and time were 1200°C and 3 hours in air. As shown in Table 1, the amount of Ta 2 O 5 added is 0.005.
If it exceeds mol%, it will form a solid solution in the crystal lattice mainly composed of SrTiO 3 during sintering, and the specific resistance of the sintered body can be lowered to around 1.0 Ω cm by controlling the valence, so re-sintering in air is possible. By doing so, it can be used as a varistor. However, Ta 2 O 5
If it exceeds 10.000 mol%, it will no longer form a solid solution.
The specific resistance of the sintered body increases, making it unsuitable for use as a varistor. Gd 2 O 3 segregates at the grain boundaries of crystals mainly composed of SrTiO 3 during firing, increases the resistivity of the grain boundary layer, and contributes to increasing the nonlinearity of the sintered body. Such an effect appears when the amount of Gd 2 O 3 added is 0.005 mol % or more. Also,
When the amount of Gd 2 O 3 added exceeds 10.000 mol %, the dielectric loss angle tan δ increases, the dielectric constant ε gradually decreases, and the nonlinear index α also decreases. Also, the varistor voltage per unit thickness (V 1nA /
mm) becomes a large value when Ta 2 O 5 is less than 0.005 mol % because the specific resistance of the sintered body is large. Therefore, the range that satisfies both the functions of a varistor and a capacitor at the same time is 0.005 to 10.000 mol% for Dy 2 O 3 and 0.005 to 10.000 mol % for La 2 O 3 . In addition, in the example, the case where only Gd 2 O 3 was used alone was explained, but instead of this, Eu,
It has been confirmed that similar effects can be obtained even when oxides of Tb, Tm, Lu, Th, Ir, Os, Hf, and Ru are used alone in the above-mentioned prescribed amounts. In addition, these Gd, Eu, Tb, Tm, Lu, Th, Ir, Os, Hf,
It has been confirmed that similar effects can be obtained even when two or more types of Ru oxides are used in a total amount within the predetermined range described above. Using the above elements, we created a circuit as shown in Figure 4, and investigated the output status for noise input A as shown in Figure 5. As a result, we found that the output status curve B in Figure 5 shows I was able to suppress the noise.
In FIG. 5, 7 is an element of the present invention, and 8 is a coil. Note that the output condition of the conventional filter circuit shown in FIG. 1 is as shown by the output condition curve C in FIG. 5, and noise is not removed sufficiently. Further, the conventional filter circuit including the varistor shown in FIG. 2 can obtain an effect similar to the circuit shown in FIG. . Effects of the Invention As described above, the device using the ceramic composition according to the present invention has an unprecedented composite function, and can play the roles of a varistor and a capacitor at the same time. It simplifies, contributes to compactness, high performance, and low cost, and is useful for absorbing surges in various electrical and electronic devices.
The application can be expanded to noise removal, and its practical value is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図はそれぞれ従来におけるノイズ
フイルタ回路を示す回路図、第3図は本発明によ
る磁器組成物を用いた素子の断面図、第4図は第
3図の素子を用いたノイズフイルタ回路を示す回
路図、第5図は本発明と従来のノイズフイルタ回
路による入力ノイズと出力ノイズの状況を示す特
性図である。
1 and 2 are circuit diagrams showing conventional noise filter circuits, FIG. 3 is a cross-sectional view of an element using the ceramic composition of the present invention, and FIG. 4 is a noise filter using the element shown in FIG. 3. FIG. 5 is a circuit diagram showing a filter circuit, and is a characteristic diagram showing the input noise and output noise situations of the present invention and the conventional noise filter circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 SrTiO3を80.000〜99.990モル%、半導体化促
進用金属酸化物としてのTa2O5を0.005〜10.000モ
ル%、Eu,Gd,Tb,Tm,Lu,Th,Ir,Os,
Hf,Ruからなる群から選択された少なくとも1
種類以上の元素を酸化物の形にして0.005〜
10.000モル%含有することを特徴とする電圧依存
性非直線抵抗体磁器組成物。
1 80.000 to 99.990 mol% of SrTiO3 , 0.005 to 10.000 mol% of Ta2O5 as a metal oxide for promoting semiconductor formation, Eu, Gd, Tb, Tm, Lu, Th, Ir, Os,
At least one selected from the group consisting of Hf, Ru
0.005~ in the form of oxides of more than one kind of elements
A voltage-dependent nonlinear resistor ceramic composition characterized by containing 10.000 mol%.
JP58024028A 1983-02-10 1983-02-15 Voltage dependence nonlinear resistor porcelain composition Granted JPS59149002A (en)

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EP84900746A EP0137044B1 (en) 1983-02-10 1984-02-09 Composition of porcelain for voltage-dependent, non-linear resistor
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