JPH04300226A

JPH04300226A - 酸化亜鉛バリスタ用ガラス組成物と酸化亜鉛バリスタ

Info

Publication number: JPH04300226A
Application number: JP3086005A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Kozu; 典之神津; Fumio Ishida; 文男石田
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 1991-03-27
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1992-10-23
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH08718B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は酸化亜鉛バリスタ素体
内に拡散させるガラス組成物とこのガラス組成物を拡散
させた酸化亜鉛バリスタに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸化亜鉛を主成分とする焼結体からなる
酸化亜鉛バリスタは他のバリスタと比較して電圧非直線
特性に優れ、しかもサージ吸収能力が大きいので、電圧
安定化素子として広く使用されている。

【０００３】ところで、電子部品は各種の環境下におい
て長時間にわたって使用されるので、酸化亜鉛バリスタ
を電圧安定化素子として使用するためには、上記の電気
的諸特性以外に、各種温度や湿度環境下における連続的
負荷に対してバリスタ電圧ができるだけ安定していなけ
ればならない。

【０００４】しかし、これまで知られている酸化亜鉛バ
リスタは、そのバリスタ電圧がこのような連続的負荷に
対して必ずしも安定しておらず、例えば高温環境下にお
いて長時間にわたって常時課電負荷を与えた場合、バリ
スタ電圧が大幅に低下してしまうことがあった。

【０００５】そこで、特公昭５０−２４０３７公報に開
示されているように、酸化亜鉛バリスタの素体に導電ペ
ーストを焼き付けて電極を形成する前に、この素体の表
裏面にガラスペーストを塗布し、焼成によってこのガラ
スペースト中のガラス組成物を素体の内部に拡散させて
内部の空隙をこのガラス組成物で充填し、上記のような
連続的負荷に対するバリスタ電圧の低下を解消するよう
にした酸化亜鉛バリスタが提案されている。

【０００６】この提案で、酸化亜鉛バリスタの素体の内
部に拡散させるガラス組成物としては、酸化ビスマス６
０〜８５重量％、シリカ５〜２０重量％および無水ホウ
酸５〜２０重量％から成る組成物１００重量部に対して
、酸化コバルト５〜２０重量部および酸化銀２〜２５重
量部を配合して成るものが使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この提案の酸
化亜鉛バリスタは、耐湿負荷特性について充分に検討さ
れておらず、しかも他の電気的諸特性（電圧非直線係数
α、制限電圧比、サージ電流特性等）についても全く検
討されていないので、電圧安定化素子としては充分に満
足できる電気的諸特性を有するものではなかった。

【０００８】ここで、耐湿負荷特性とは、湿度の高い雰
囲気中において素子に長時間にわたって常時課電した前
後におけるバリスタ電圧から求めた変化率で表わされる
ものをいう。この耐湿負荷特性はできるだけ小さい方が
好ましい。

【０００９】また、電圧非直線係数αとは、次の数式１
から得られる数値αをいい、この数値αはできるだけ大
きい方が好ましい。

【００１０】

【数１】

【００１１】また、制限電圧比とは、大電流領域におけ
る非直線性を示す指標であり、素子に大電流を流した時
のバリスタ電圧と微小電流を流した時のバリスタ電圧と
の比で表わされるものをいう。この制限電圧比はできる
だけ小さい方が好ましい。

【００１２】また、サージ電流特性とは、素子にサージ
電流を流した後におけるバリスタ電圧の変化率で表わさ
れるものをいい、このサージ電流特性はできるだけ小さ
い方が好ましい。

【００１３】この発明は、耐湿負荷特性に優れ、しかも
上述した他の電気的諸特性にも優れた酸化亜鉛バリスタ
を得るための酸化亜鉛バリスタ用ガラス組成物と酸化亜
鉛バリスタを提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る酸化亜鉛
バリスタ用ガラス組成物は、酸化ビスマス９０〜９７重
量％、二酸化ケイ素３〜１０重量％からなる組成物１０
０重量部に対して、酸化チタンを１〜１０重量部、酸化
ホウ素を１〜５重量部及び酸化銀を０．５〜４重量部添
加してなるものである。

【００１５】また、この発明に係る酸化亜鉛バリスタは
、酸化亜鉛を主成分とする焼結体からなる素体と、この
素体に拡散させた上記ガラス組成物と、この素体の外部
に形成された電極とを備えたものである。

【００１６】ここで、酸化ビスマスは９０〜９７重量％
の範囲が好ましい。酸化ビスマスが９０重量％未満では
サージ電流特性が悪くなり、９７重量％を越えると電圧
非直線係数αおよび耐湿負荷特性が悪くなるからである
。

【００１７】また、二酸化ケイ素は３〜１０重量％の範
囲が好ましい。二酸化ケイ素が３重量％未満では均質な
ガラスが形成され難くなり、１０重量％を越えるとガラ
スの軟化点が高くなって素体中への拡散が困難になるか
らである。

【００１８】また、酸化チタンは１〜１０重量部の範囲
が好ましい。酸化チタンがこの範囲を逸脱すると電圧非
直線係数αが小さくなり、サージ電流特性も悪くなるか
らである。

【００１９】また、酸化ホウ素は１〜５重量部の範囲が
好ましい。酸化ホウ素が１重量部未満では電圧非直線係
数αが小さくなるとともに、耐湿負荷特性が悪くなり、
５重量部を越えるとサージ電流特性が悪くなるからであ
る。

【００２０】また、酸化銀は０．５〜４重量部の範囲が
好ましい。酸化銀が０．５重量部未満では耐湿負荷特性
およびサージ電流特性が悪くなり、４重量部を越えると
、電圧非直線係数αが低下し、通常の製造方法（単なる
空気中での溶解）ではＡｇが析出してガラスの形成が困
難となるからである。

【００２１】

【作用】酸化亜鉛を主成分とする焼結体からなる素体の
表裏面にこの発明に係るガラス組成物のペーストを塗布
した後、焼成すると、この焼成によってガラス組成物が
素体の内部に拡散し、内部の空隙を満たし、また、隣接
する粒子相互を強固に結合する。

【００２２】

【実施例】まず、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の粉末に酸化ビス
マス（Ｂ２　Ｏ３　）、酸化アンチモン（Ｓｂ２　Ｏ３
　）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化マンガン（ＭｎＯ
）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化クロム（Ｃｒ２　Ｏ
３　）の粉末をそれぞれ０．０１〜５ｍｏｌ％添加し、
これらをボールミル中において２０ｈｒ攪拌混合して酸
化亜鉛バリスタの原料粉末を得た。

【００２３】次に、この原料粉末にバインダーを加えて
造粒し、これを成形機で圧縮成形して、直径９ｍｍ、厚
さ１．４ｍｍのディスク状の成形体を得た。そして、こ
の成形体を大気中において１１００〜１４００℃の温度
で２時間焼成して、酸化亜鉛を主成分とする焼結体から
なる酸化亜鉛バリスタ素体を得た。

【００２４】一方、酸化ビスマス（Ｂｉ２　Ｏ３　）９
０〜９９重量％、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２　）１〜１２
重量％から成る組成物１００重量部に対して酸化ホウ素
（Ｂ２　Ｏ３）０．５〜７重量部、酸化チタン（ＣｏＯ
）０．５〜１５重量部、酸化銀（Ａｇ２　Ｏ）を０．２
〜５重量部添加し、これらをボールミルで攪拌混合して
ガラス組成物用の原料粉末を得た。

【００２５】次に、この原料粉末を白金ルツボに入れ、
９００〜１２００℃で３０分間加熱して溶融させてガラ
ス物質を得、これを水中に投入して急冷し、得られた粒
状ガラスを粉砕し、ガラスフリットを作成した。

【００２６】次に、このガラスフリットに糊成分を、ガ
ラスフリットと糊成分の重量比が１：５の割合となるよ
うに配合し、混合して均質なガラスペーストを得た。こ
こで、糊成分としてはエチルセルロース１００重量部を
酢酸−ｎ−ブチル５００とｎ−ブチルカルビトール５０
重量部との混合溶剤に溶解したものを使用した。

【００２７】以上のように調製されたガラスペーストを
上記の酸化亜鉛バリスタ素体の表裏面に塗布し、大気中
において９００〜１２００℃で０．５〜２時間焼成した
。ガラスペーストはこの焼成によってガラス組成物とな
り、素体中に拡散して内部の空隙を埋め、また内部粒子
を連結強化することになる。

【００２８】次に、この酸化亜鉛バリスタ素体の表裏面
に導電ペーストを塗布し、５００〜９００℃で０．５〜
２時間焼き付けた。導電ペーストはこの焼き付けによっ
て金属の電極となり、素体の表裏面に電極が形成された
酸化亜鉛バリスタが形成された。

【００２９】次に、この酸化亜鉛バリスタについて電圧
非直線係数α、大電流領域における非直線性（制限電圧
比）、湿度の高い雰囲気における常時課電前後の小電流
領域の電圧の変化率（耐湿負荷特性）及びサージ電流印
加前後の小電流領域の電圧変化率（サージ電流特性）を
調べたところ表１のようになった。

【００３０】ここで、電圧非直線係数αは、前述した数
式１を用い、１ｍＡと１０ｍＡの電流を流した時の端子
間電圧Ｖ１ｍＡ　とＶ１０ｍＡとより求めた。

【００３１】また、制限電圧比は、素子に１ｍＡの電流
を流した時の端子間電圧Ｖ１ｍＡ　と、素子に６００Ａ
の電流を流した時の端子間電圧Ｖ６００Ａとの比（Ｖ６
００Ａ／Ｖ１ｍＡ　）として求めた。なお、端子間電圧
Ｖ６００Ａは８×２０μ・ｓの波形のサージ電流を流し
て測定した。

【００３２】また、耐湿負荷特性は、６０℃、湿度９５
％の下で素子に０．８５×Ｖ１ｍＡ　の電圧を５００ｈ
ｒ印加した前後において、各々１０μＡの電流を流した
時の端子間電圧（Ｖ１０μＡ　）の変化率ΔＶ／Ｖ１０
μＡ　として求めた。

【００３３】また、サージ電流特性は、素子に８×２０
μ・ｓの波形で６００Ａのサージ電流を同一方向に２回
印加した前後において、各々１０μＡの電流を流した時
の端子間電圧Ｖ１０μＡ　の変化率（ΔＶ／Ｖ１０μＡ
　）として求めた。

【００３４】更に、表１中、Ｂ２　Ｏ３　，ＣｏＯ，Ａ
ｇ２　Ｏの欄の数値はＢｉ２　Ｏ３　，ＳｉＯ２　の合
計重量１００重量部に対するものであり、また、※印が
付されたＮｏの試料は比較例である。

【００３５】

【表１】

【００３６】この表１の結果から次のことが明らかにな
った。まず、特許請求の範囲に入るＮｏ２，３，６，７
，１０〜１２，１５，１６の試料は他のＮｏの試料と比
較して非直線係数α、制限電圧比、耐湿負荷特性、サー
ジ電流特性がいずれも良好になっている

【００３７】こ
れに対し、特許請求の範囲に入らない試料はこれらの電
気的諸特性のいずれかが悪くなっている。すなわち、酸
化ビスマスが９０重量％未満のＮｏ１の試料ではサージ
電流特性が悪くなり、酸化ビスマスが９７重量％を越え
るＮｏ４の試料では電圧非直線係数αおよび耐湿負荷特
性が悪くなっている。

【００３８】また、酸化チタンが１〜１０重量部の範囲
を逸脱すると、Ｎｏ９及び１３の試料からわかるように
、電圧非直線係数αが小さくなり、サージ電流特性も悪
くなっている。

【００３９】また、酸化ホウ素が１重量部未満のＮｏ５
の試料では電圧非直線係数αが小さくなるとともに、耐
湿負荷特性が悪くなり、酸化ホウ素が５重量部を越える
Ｎｏ８の試料ではサージ電流特性が悪くなっている。

【００４０】また、酸化銀が０．５重量部未満ではＮｏ
１４の試料では耐湿負荷特性およびサージ電流特性が悪
くなり、酸化銀が４重量部を越えるＮｏ１７の試料では
、非直線係数αが低下している。

【００４１】

【発明の効果】この発明によれば、電圧非直線係数αが
大きくなり、また耐湿負荷等の連続負荷に対してバリス
タ電圧が安定するという効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　酸化ビスマス９０〜９７重量％、二酸
化ケイ素３〜１０重量％からなる組成物１００重量部に
対して、酸化チタンを１〜１０重量部、酸化ホウ素を１
〜５重量部及び酸化銀を０．５〜４重量部添加してなる
酸化亜鉛バリスタ用ガラス組成物。
【請求項２】　　酸化亜鉛を主成分とする焼結体からな
る素体と、この素体内に拡散させた請求項１記載のガラ
ス組成物と、この素体の外部に形成された電極とを備え
た酸化亜鉛バリスタ。