JPH04154674A - 電子部品用セラミック焼結体の製造方法 - Google Patents

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］ 本発明はセラミックバリスタ等の電子部品用セラミック
焼結体の製造方法に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ＺｎＯ
を主成分とする電圧非直線抵抗体（以下、単にバリスタ
と称する）は、数種類の酸化物原料を混合した後に、有
機結合剤を使用して造粒し、続いてこれを円盤状のディ
スク（バリスタ成形体）に仕上げて焼成することで得ら
れる。バリスタ成形体を焼成する方法として、多数のバ
リスタ成形体を酸化マグネシウム（マグネシア）を主成
分とする載置台の７字状の溝部に直立に配置して焼成す
る方法がある。この方法によれば、複数のバリスタ成形
体を積重ねて焼成する場合に問題となるバリスタ成形体
どうしの付着を回避できる。

しかしながら、この焼成方法では、焼成時に載置台に接
触した部分及びその近傍部分において一部の金属酸化物
が載置台に吸い込まれて成形体の組成比が変化するとい
う現象が生じることが本願発明者によって確認された。

第５図は、従来の焼成方法によって製作されたＺｎＯを
主成分とするバリスタ焼結体１ｂのｓｂ　　　　（酸化
アンチモン）の分布状態を点によって模式的に示したも
のである。図示のように、載置台２に接触した部分及び
その近傍部分において、Ｓ　ｂ　２０　ａの含有量が著
しく低下し、Ｓ　ｂ　ｚ　Ｏｓが焼結体の全体に均一に
分布されていないことがわかる。５ｂ２０３は、結晶粒
（ＺｎＯ結晶粒）の増大を抑制する作用を有する金属酸
化物であり、Ｓ　ｂ　２０　ｓの含有量が小さい上記の
部分では結晶の粒径が著しく大きくなっていることが確
められた。このように結晶粒径の大きい部分が生じると
サージ耐量に優れたバリスタを得ることが困難になる。

今、ＺｎＯを主成分とするバリスタについて述べたが、
別の組成のセラミックにおいても同様な問題が生じる。

そこで、本発明の目的は出発原料の組成の変動を抑制す
ることができる電子部品用セラミック焼結体の製造方法
を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するための本発明は、焼成時に移動し易
い金属酸化物を含有している複数の金属酸化物の成形体
を形成する工程と、前記移動し易い金属酸化物を含むセ
ラミック焼結体を粉砕したものから成る粉体を用意する
工程と、載置台上に前記粉体を介して前記成形体を載置
して前記成形体を焼成し、焼結体を得る工程とを有する
ことを特徴とする電子部品用セラミック焼結体の製造方
法に係わるものである。

なお、ＺｎＯを主成分とし且つｓ　ｂ　２０３　　（酸
化アンチモン）を含むバリスタの製作に本発明は好適な
ものであり、この場合には粉体に５ｂ２０３を含めるこ
とが望ましい。

［作　用コ 本発明に係わる粉体は成形体に含まれている移動しやす
い金属酸化物と同一の金属酸化物を含むので、成形体側
から載置台側への金属酸化物の流出や拡散等による移動
を抑制することができる。

これにより成形体の組成が維持され、良質な焼結体が得
られる。

ＺｎＯを主成分とするバリスタの場合においては、５ｂ
２０３を載置体に含めることにより、成形体の５ｂ２０
３の成形体外への移動が制限され、結晶粒の均一化が達
成される。

［実施例］ 次に、第１図〜第４図及び第６図を参照して本発明の実
施例に係わるＺｎＯを主成分とするバリスタ素子の製造
方法を説明する。

まず、９３゜２モル％のＺ　ｎ　Ｏ（酸化亜鉛）、０．
３モル％のＢｉ２Ｏ３（酸化ビスマス）、１゜５モル％
の５ｂ２０３　（酸化アンチモン）、１゜０モル％のＣ
ｏｏ　（酸化コバルト）、２．５モル％のＭｇ０（酸化
マグネシウム）、０．５モル％のＭｎ０（酸化マンガン
）、１．０モル％のＮｉ０（酸化ニッケル）から成る基
礎成分１００重量部に対して０．０５重量部のＢ　２０
　ａ　　ｃ酸化ホウ素）と０．００３重量部のＡｌ２Ｏ
３（酸化アルミニウム）を添加した原料粉末をボールミ
ルで＋分に混合し、この混合物をスプレードライヤ（造
粒機）で造粒した。上記金属酸化物のうち、５ｂ２０３
は後述のバリスタ焼結体を形成する際に、ＺｎＯ結晶粒
の粒径が増大することを抑制するように機能する融点が
約６５６℃の低融点金属酸化物である。

次に、造粒された原料を圧縮成形して目標寸法直径的１
Ｏｎ＋ｍ、厚さ約３＋ｍｎの円盤状のバリスタ成形体１
を製作した。

次に、このバリスタ成形体１を焼結するために、第１図
〜第３図に示す溝３を有する載置台２及び粉体４を用意
した。粉体４はバリスタ成形体１の原料と同じ金属酸化
物つまり、ＺｎＯ１Ｂ　１２０、　Ｓｂ　　　Ｏ、Ｃｏ
ｏＳ　ＭｇＯ，Ｍｎ０１Ｎｉ０、Ｂ　Ｏ、Ａｌ２Ｏ３の
混合物を板状に成形し、しかる後、焼成したものから成
るセラミック焼結体を粒径１００μｍ〜５００μｍに粉
砕したものである。但し、粉体４の５ｂ２０３の含有率
はバリスタ成形体１の原料に含まれる５ｂ２０３の含有
率よりも大きい約２．０モル％となっている。載置台２
は酸化マグネシウム（マグネシア）を主成分とする焼結
体であり、この一方の主面にＶ字状の溝３が設けられて
いる。　次に、載置台２の溝３内に粉体４を配置し、こ
の粉体４の上にバリスタ成形体１を複数枚直立させて且
つ互いに隣接させて配置した。バリスタ成形体１は、第
１図から明らかなように、粉体４に当接し、載置台２に
対しては全く接していない。

上記の様に配置した状態で、バリスタ成形体１を載置台
２及び粉体４と共に加熱炉に収容し、バリスタ成形体１
を焼成した。焼成のための熱処理温度と時間は５００℃
までは約り００℃／時間、その後は約り５０℃／時間の
割合で１２５０℃まで昇温し、１２５０℃（ピーク温度
）を１時間保持し、その後自然冷却した。なお、この熱
処理は大気雰囲気中で行った。これにより、バリスタ成
形体１の焼結体１ａが得られた。この焼結体１ａの組成
は出発原料と実質的に同しである。

次に、第６図に示すようにバリスタ焼結体１ａの両生面
にＡｇ（銀）ペーストを塗布して焼付けて一対の電極５
．６を形成し、バリスタ素子を完成させた。

次に、バリスタ素子のサージ耐量を調べるために、まず
、バリスタ素子に１ｍＡを流した時の電極５．６間の電
圧（バリスタ電圧）Ｖｌａを測定し、その後、電気学会
規格２１２番に従って、８×２０μＳ、２５０ＯＡのサ
ージ電流を３０秒間隔で５回バリスタ素子に印加し、再
び１ｍＡにおけるバリスタ電圧Ｖｌｂを測定した。そし
て、最初のバリスタ電圧Ｖｉａとサージ印加後のバリス
タ電圧Ｖｌｂとに基づいてバリスタ電圧の変化率ｄを次
式で求めた。

ｄ　−［（Ｖｌａ−Ｖｌｂ）　／Ｖｉａ］　Ｘ　１００
　（％）このバリスタ電圧の変化率ｄが１０％以上にな
るまで上記の測定を繰返した。この結果、４０回の測定
でバリスタ電圧の変化率ｄは１０％以上になった。即ち
４０Ｘ５−２００回のサージ電流の印加でバリスタ電圧
Ｖｌが１０％以上低下した。

一方、第５図に従う従来のバリスタ素子に対して同様な
測定を行ったところ、７回の測定（７×５−３５回のサ
ージ電流印加）でバリスタ電圧■１は１０％以上低下し
た。測定回数（サージ電流印加回数）が多い程サージ耐
量が大きいことを意味するので、本発明に従ってバリス
タ素子のサージ耐量が大幅に向上していることが分る。

なお、上記の７ｆｕｌｌ定結果は１０個のバリスタ素子
の平均値である。

また、本実施例に従うバリスタ焼結体１ａ及び従来のバ
リスタ焼結体１ｂの結晶状態を顕微鏡で観察したところ
、本実施例に従うバリスタ焼結体１ａにおいては粒径が
均一で且つ小さかった。これに対して従来のバリスタ焼
結体１ｂでは第５図に示すＳ　ｂ　２０　ｇの濃度の低
い領域で粒径が不均一で且つ大きかった。

また、本実施例の焼結体１ａにおけるＳｂ２゜３の分布
濃度を測定したところ、第４図で点によって模式的に示
すように５ｂ２０３は均一に分布していた。即ち、この
分布は、第５図に示す従来の焼結体１ｂにおける５ｂ２
０３の分布よりも大幅に改善されていた。

本実施例にける５ｂ２０３の均一分布は、５ｂ２０３を
含有する粉体４を使用することによって達成されている
。粉体４は焼結体１ａと同一物質から成り、且つ５ｂ２
０３の含有率が成形体１よりも大きい約２．０モル％と
なっているので、焼成時に成形体１の５ｂ２０３が粉体
４に拡散又は流動で移動することが制限される。このよ
うにＳｂ　２０　ｇ及びその他の低融点物質の粉体４へ
の移動が抑制されると、均一性の良い結晶粒が形成され
、上述のようにサージ電流耐量が向上する。

［変形例］ 本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
次の変形が可能なものである。

（１）　粉体４の粒径あまり小さいとセラミック成形体
１に付着して望ましくない。又、大き過ぎるとセラミッ
ク成形体１の表面を荒らす。従って、粉体４の平均粒径
は５０〜１１０００ｕ、より好ましくは１００〜５００
μｍに設定するのが良い。

（２）　セラミック成形体１をその厚み方向に複数枚積
み重ね、これ等の最も下又は相互間に粉体４を敷き詰め
て焼成してもよい。成形体１の相互間に粉体４を配置す
る場合には相互の付着を防止する働きも生じる。

（３）　粉体４をバリスタ焼結体１ａと同一物質で形成
することが望ましいが、５ｂ２０３を含む別の組成の焼
結体を粉砕したものであってもよい。

（４）　本発明は、５ｂ２０３のように結晶粒の増大を
抑制する機能を有する金属酸化物の流れ出し防止に特に
有効であるが、例えばＢｉ２Ｏ３やＢ２Ｏ３等の低融点
金属酸化物の流れ出し防止にも適用して効果がある。

（５）　載置台２を例えばＺｒ（ジルコニウムから成る
焼結体で形成することができる。

（６）　バリスタ以外のセラミック焼結体の製造にも本
発明を適用し得る。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば移動し易い成分の分布の
均一性を高めることができ、特性の良い焼結体を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わるバリスタ焼結体
の製造装置を示す一部切欠正面図、第２図は第１図の装
置の一部切欠正面図、第３図は第１図の載置台を示す斜
視図、第４図は第１の実施例のバリスタ焼結体における
５ｂ２０３の分布を模式的に示す図、第５図は従来のバ
リスタ焼結体における５ｂ２０３の分布を模式的に示す
図、 第６図はバリスタ素子を示す正面図である。 １・・・成形体、１ａ・・・焼結体、４・・・酸化アン
チモンを含む粉体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］焼成時に移動し易い金属酸化物を含有している複
   数の金属酸化物の成形体を形成する工程と、 前記移動し易い金属酸化物を含むセラミック焼結体を粉
   砕したものから成る粉体を用意する工程と、 載置台上に前記粉体を介して前記成形体を載置し、前記
   成形体を焼成して焼結体を得る工程とを有することを特
   徴とする電子部品用セラミック焼結体の製造方法。 ［２］前記移動し易い金属酸化物は前記焼成の温度より
   も融点の低い物質である請求項１記載の電子部品用セラ
   ミック焼結体の製造方法。 ［３］前記成形体は酸化亜鉛を主成分とするバリスタ材
   料の成形体であり、前記融点の低い物質は酸化アンチモ
   ンである請求項２記載の電子部品用セラミック焼結体の
   製造方法。