JPH06302407A - Voltage non-linear resistor ceramic composition - Google Patents

Voltage non-linear resistor ceramic composition

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JPH06302407A
JPH06302407A JP6009363A JP936394A JPH06302407A JP H06302407 A JPH06302407 A JP H06302407A JP 6009363 A JP6009363 A JP 6009363A JP 936394 A JP936394 A JP 936394A JP H06302407 A JPH06302407 A JP H06302407A
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敏夫 舘
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肇 山本
Mitsunori Terabayashi
充紀 寺林
Hitoshi Ishiwari
均 石割
Junichi Osawa
準一 大沢
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Abstract

PURPOSE:To acquire a voltage non-linear resistor ceramic composition wherein coefficient of variation of a varistor voltage and change rate of electrostatic capacity of a varistor voltage can be reduced in a varistor of a low varistor voltage. CONSTITUTION:In the title composition, 0.01 to 2.0 mole % of at least one kind of metallic oxide selected from Gd2O3, Tb4O7 and Yb2O3 and 0.01 to 2.0 mole % of at least one kind of metallic oxide selected from NiO and Cr2O3 are incorporated in a main composition which contains 70.0 to 99.9 mole % of SrTiO3 and whose remaining element consists of MgTiO3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、各種の電気機器や電子
機器において発生する異常電圧すなわちサージを吸収
し、またノイズを吸収する場合等に利用される電圧非直
線性抵抗体(以下単にバリスタと云う。)用の磁器組成
物に関し、特に電圧依存性非直線抵抗特性と誘電特性と
を備えたバリスタ素子用のチタン酸ストロンチウム磁器
組成物に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage non-linear resistor (hereinafter simply referred to as a varistor) which is used when absorbing an abnormal voltage, that is, a surge generated in various electric and electronic devices and absorbing noise. The present invention relates to a strontium titanate porcelain composition for a varistor element having a voltage-dependent nonlinear resistance characteristic and a dielectric characteristic.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、各種の電気機器や電子機器のサー
ジの吸収や、ノイズの除去、そして火花の消去等のため
に用いられる電圧依存性非直線抵抗特性を有するバリス
タとしては、SiCバリスタやZnO系バリスタが使用
されていた。このようなバリスタの電圧―電流特性は近
似的に次式の関係式で表わされる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a SiC varistor or a varistor having a voltage-dependent non-linear resistance characteristic used for absorbing surges of various electric and electronic devices, eliminating noise, and eliminating sparks is used. A ZnO based varistor was used. The voltage-current characteristic of such a varistor is approximately expressed by the following relational expression.

【0003】I=(V/C)α 上記式において、Iは電流、Vは電圧、そしてCはバリ
スタ材料の特性によって定まるバリスタ固有の定数であ
る。またαは電圧非直線性を示す電圧非直線指数であ
る。一般的にはバリスタに10mAの電流を流したとき
のバリスタ素子端子間の電圧を測定して、この電圧をバ
リスタ電圧V10と呼んで電圧―電流特性の目安としてい
る。
I = (V / C) α In the above equation, I is a current, V is a voltage, and C is a varistor-specific constant determined by the characteristics of the varistor material. Further, α is a voltage non-linearity index showing voltage non-linearity. Generally, the voltage between the varistor element terminals when a current of 10 mA is applied to the varistor is measured, and this voltage is referred to as varistor voltage V10, which is used as a measure of voltage-current characteristics.

【0004】従来用いられていたSiCバリスタのα値
は2〜4程度であり、またZnO系バリスタのα値は2
0〜60程度であるから、これらのバリスタではサージ
のように比較的高い電圧の吸収には優れた性能を有して
いる。しかしながら、これらのバリスタは誘電率が低
く、静電容量が小さいために、ノイズの吸収効果を殆ん
ど得ることができない。
Conventionally used SiC varistor has an α value of about 2 to 4, and ZnO varistor has an α value of 2
Since it is about 0 to 60, these varistor has excellent performance for absorbing a relatively high voltage such as surge. However, since these varistors have a low dielectric constant and a small electrostatic capacitance, almost no noise absorbing effect can be obtained.

【0005】そこでサージの吸収特性に優れ、なおかつ
ノイズの吸収特性に優れたバリスタとしてSrTiO3
系の半導体磁器を素材としたバリスタが開発された。こ
の種のバリスタとしては、例えば特公昭58−2180
6号公報に示されるように、SrTiO3 又はSr
(1-x) Cax TiO3 を主成分とし、この主成分に半導
体化を促進する金属酸化物として例えばNa2 5 ,T
2 3 ,La2 3 等を添加し、そして非直線性を改
善するための金属酸化物として、例えばCuO,MnO
2 等を添加したものを組成物として用いたものが知られ
ている。このような素材を用いたバリスタは、誘電率が
高いために、バリスタ本来の機能の外にコンデンサとし
ての機能も備えており、サージ電圧の抑制とノイズの除
去機能に優れた性能を有している。
Therefore, SrTiO 3 is used as a varistor having excellent surge absorption characteristics and noise absorption characteristics.
A varistor made from a series of semiconductor porcelain was developed. An example of this type of varistor is Japanese Patent Publication No. 58-2180.
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 6, SrTiO 3 or Sr
The main component is (1-x) Ca x TiO 3, and the main component is, for example, Na 2 O 5 , T
was added a 2 O 3, La 2 O 3 , etc., and metal oxides for improving the non-linearity, eg CuO, MnO
It is known that a composition containing 2 or the like is used. A varistor using such a material has a high dielectric constant, so it has a function as a capacitor in addition to the original function of the varistor, and it has excellent performance in suppressing surge voltage and eliminating noise. There is.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記組成
物を用いて製造したバリスタは、バリスタ電圧V10の変
動係数が大きくなり、歩留まりが悪くなるという問題が
あった。また上記バリスタは、特にこのバリスタを未被
覆の状態で湿中に放置した場合には、バリスタ電圧V10
と静電容量の変化率を±2%以内まで抑えることが極め
て難しいという問題があった。
However, the varistor manufactured using the above composition has a problem that the coefficient of variation of the varistor voltage V 10 is large and the yield is deteriorated. Further, the varistor has a varistor voltage of V 10 especially when the varistor is left in a wet state in an uncoated state.
Therefore, there is a problem that it is extremely difficult to suppress the rate of change in capacitance to within ± 2%.

【0007】バリスタ電圧V10の変動係数が大きくなる
問題は、上記組成物が製造工程の条件の微小な変動に影
響を受け易いことに起因しているものと考えられる。す
なわち上記組成物を用いてバリスタ用の磁器を製造する
場合には、まず成形体を中性又は還元性雰囲気で焼成し
て半導体化磁器を作る。その後この半導体化磁器を大気
中で熱処理して再酸化させることにより結晶粒界に絶縁
層を形成させるか、またはPbO,Bi2 3 又はNa
2 Oを含む絶縁相形成用ペーストを半導体化磁器の表面
に塗布して、熱処理を行って上記成分を拡散させること
により結晶粒界に絶縁層を形成させて、バリスタ特性と
コンデンサ特性とを有する半導体化磁器を得ている。従
来の組成物では、上記製造工程における半導体化の際の
焼成条件の微小な変化や、再酸化を行ったり絶縁層形成
用ペーストの成分を拡散させる際の熱処理条件の微小な
変化によって、半導体化及び絶縁層形成の程度に差が生
じて、バリスタ電圧V10の変動係数を大きくなるものと
考えられる。尚この条件の微小な変化は、通常の製造工
程において必然的に発生する変化であり、条件の変化を
小さくすることは難しい。また湿中放置後のバリスタ電
圧V10と静電容量の値の変化率が大きくなることは、こ
の組成物の成分の素性に原因があるものと考えられる。
The problem that the coefficient of variation of the varistor voltage V 10 becomes large is considered to be due to the fact that the above composition is easily affected by minute variations in the conditions of the manufacturing process. That is, in the case of producing a varistor porcelain using the above composition, the molded body is first fired in a neutral or reducing atmosphere to produce a semiconductor porcelain. After that, the semiconducting porcelain is heat-treated in the air to be re-oxidized to form an insulating layer at the grain boundary, or PbO, Bi 2 O 3 or Na is used.
An insulating layer forming paste containing 2 O is applied to the surface of a semiconductor porcelain and heat treated to diffuse the above components to form an insulating layer at a crystal grain boundary, which has varistor characteristics and capacitor characteristics. Obtained semiconductor porcelain. In the conventional composition, due to a minute change in firing conditions during semiconductorization in the above manufacturing process or a minute change in heat treatment conditions during reoxidation or diffusion of the components of the insulating layer forming paste, It is considered that the difference in the degree of formation of the insulating layer causes a large variation coefficient of the varistor voltage V 10 . It should be noted that this minute change in the condition is a change that necessarily occurs in the normal manufacturing process, and it is difficult to reduce the change in the condition. Further, the large rate of change in the value of the varistor voltage V 10 and the capacitance after being left in humidity is considered to be due to the identity of the components of this composition.

【0008】このようなことから、製造条件の変化があ
る場合でも、各成分の配合比率の選択の幅を広くしてな
おかつバリスタ電圧V10の変動係数を小さくすることが
でき、しかも湿中放置後のバリスタ電圧V10及び静電容
量の変化率が大きくならない耐湿性の良好な新規な組成
物が望まれている。
Therefore, even when the manufacturing conditions are changed, the selection range of the mixing ratio of each component can be widened and the coefficient of variation of the varistor voltage V 10 can be reduced, and the composition is left to stand in a humid environment. There is a demand for a novel composition having good moisture resistance which does not increase the rate of change of the varistor voltage V 10 and the capacitance afterward.

【0009】本発明の目的は、このような新規な組成物
を提供することにある。
The object of the present invention is to provide such a novel composition.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の非直線性抵抗体
磁器組成物は、上記課題を解消するために、SrTiO
3 を70.0〜99.9モル%含み、残りの成分がMg
TiO3 からなる主組成物に、Gd2 3 ,Tb4 7
及びYb2 3 から選択した少なくとも1種の金属酸化
物を0.01〜2.0モル%と、NiO及びCr2 3
から選択した少なくとも1種の金属酸化物を0.01〜
2.0モル%含有させて構成される。
In order to solve the above-mentioned problems, the nonlinear resistor ceramic composition of the present invention is SrTiO 3.
70.0-99.9 mol% 3 and the remaining component is Mg
Gd 2 O 3 , Tb 4 O 7 is added to the main composition of TiO 3.
And 0.01 to 2.0 mol% of at least one metal oxide selected from Yb 2 O 3 and NiO and Cr 2 O 3
0.01 to at least one metal oxide selected from
It is composed of 2.0 mol%.

【0011】[0011]

【作用】この種の組成物は、理論的な根拠に基づいて発
明されるというよりはむしろ、種々の材料の中から材料
を取捨選択して所望の性能が得られるか否かを実験で確
認しながら開発されるのが一般的である。したがって、
使用する材料成分が個別にどのような作用を果たしてい
るのか、また各成分の配合比率を所定の範囲に限定する
根拠が何であるのかを明確に説明できない場合が多々あ
ることは当業者に明らかであろう。またこの種の組成物
においては、各成分が有する作用の単純な集合結果とし
て所望の性能が得られるというよりはむしろ、各成分が
複雑に絡みあって相互に作用することによって所望の結
果が得られるものであることも当業者には明らかであろ
う。
This type of composition is not invented on the basis of theoretical grounds, but is confirmed by experiments whether or not desired performance can be obtained by selecting materials from various materials. While being developed, it is general. Therefore,
It is obvious to those skilled in the art that it is often not possible to clearly explain what action each material component used has, and what is the basis for limiting the mixing ratio of each component to a predetermined range. Ah Further, in this type of composition, the desired performance is not obtained as a result of a simple set of the action of each component, but rather a complex result of the components interacting with each other to obtain the desired result. It will be apparent to those skilled in the art that it is possible.

【0012】本発明も、前述の一般的な開発手法で発明
されたものであるから、明確に各成分の作用を説明する
ことはできないが、推測される各成分の一般的な作用に
ついて概略的に説明する。本発明において、70.0〜
99.9モル%のSrTiO3 と一緒になって主組成物
を構成するMgTiO3 は、半導体化を容易にする成分
であると考えられる。実験結果からはMgTiO3
0.1モル%未満になると、半導体化が困難となり、3
0モル%より多くなると熱処理の際に生じる条件の変化
によってバリスタ電圧V10の変動係数が大きくなること
が確認されている。
Since the present invention was also invented by the above-mentioned general development method, it is not possible to clearly explain the action of each component. Explained. In the present invention, 70.0-
It is considered that MgTiO 3 which constitutes the main composition together with 99.9 mol% of SrTiO 3 is a component which facilitates the formation of a semiconductor. From the experimental results, if MgTiO 3 is less than 0.1 mol%, it becomes difficult to form a semiconductor, and 3
It has been confirmed that when the content is more than 0 mol%, the variation coefficient of the varistor voltage V10 becomes large due to the change in the condition generated during the heat treatment.

【0013】また上記主組成物に添加される0.01〜
2.0モル%のGd2 3 ,Tb47 及びYb2 3
から選択した少なくとも1種の金属酸化物(第1添加成
分)は、電圧非直線指数αの値に影響を与える。この成
分が0.01モル%未満になると電圧非直線指数αが小
さくなり過ぎる。またこの成分が2モル%より大きくな
ると、熱処理の際に生じる条件の変化によって湿中のバ
リスタ電圧V10及び静電容量の変化率が大きくなる。
Also, 0.01 to 0.01 added to the above main composition.
2.0 mol% of Gd 2 O 3 , Tb 4 O 7 and Yb 2 O 3
The at least one metal oxide selected from (first addition component) affects the value of the voltage non-linearity index α. If this component is less than 0.01 mol%, the voltage non-linearity index α becomes too small. When this component is more than 2 mol%, the change rate of the varistor voltage V 10 and the capacitance in wet becomes large due to the change of the condition generated during the heat treatment.

【0014】そしてNiO及びCr2 3 から選択した
少なくとも1種の金属酸化物(第2添加成分)は、主と
して焼結性に影響を与える。この成分が、0.01モル
%〜2.0モル%の範囲外では、湿中放置におけるバリ
スタ電圧V10及び静電容量の変化率が大きくなる。
At least one metal oxide (second additive component) selected from NiO and Cr 2 O 3 mainly affects the sinterability. If this component is out of the range of 0.01 mol% to 2.0 mol%, the rate of change of the varistor voltage V 10 and the electrostatic capacitance when left in the wet becomes large.

【0015】本発明によれば、上記主組成物、第1添加
成分及び第2添加成分を所定の成分比とした結果、バリ
スタ電圧V10の低いバリスタ用の磁器組成物において、
通常の製造工程において生じる焼成条件及び熱処理条件
の微小な変化に対しても、バリスタ電圧V10の変動係数
を10%前後またはそれより小さくすることができる。
また湿中におけるバリスタ電圧V10及び静電容量の変化
率を大幅に抑制できるバリスタ用の磁器組成物を得られ
る。
According to the present invention, the porcelain composition for a varistor having a low varistor voltage V 10 is obtained as a result of setting the above-mentioned main composition, the first additive component and the second additive component in a predetermined component ratio.
The variation coefficient of the varistor voltage V 10 can be reduced to about 10% or smaller even with respect to minute changes in firing conditions and heat treatment conditions that occur in a normal manufacturing process.
Further, a varistor porcelain composition capable of significantly suppressing the rate of change of the varistor voltage V 10 and the electrostatic capacity in the humidity can be obtained.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0017】まず本発明の磁器組成物を用いて、該組成
物の特性を測定するための試験用のバリスタを製造する
方法について説明する。まず70.0〜99.9モル%
のSrTiO3 とMgTiO3 とを混合して主組成物を
作る。そしてこの主組成物と、Gd2 3 ,Tb4 7
及びYb2 3 から選択した少なくとも1種の金属酸化
物(第1添加成分)及びNiO及びCr2 3 から選択
した少なくとも1種の金属酸化物(第2添加成分)が所
定の組成比に入るように秤量したのちボールミル等の粉
砕混合機を用いて10〜16時間湿式混合する。そして
混合後に、乾燥器で乾燥させたのち、所定の容器に入れ
て空気雰囲気中で1000〜1150℃の温度で仮焼す
る。仮焼後、再度ボールミル等の粉砕混合機を用いて1
0〜16時間湿式混合し、乾燥させる。次に乾燥させた
材料に、ポリビニルアルコール等のバインダを約2重量
%加えて造粒したのち、造粒粉末を0.5〜1.5t/
cm2 のプレス圧で圧縮して直径10mm、厚さ約1.2mm
の円板形状の成形体を形成する。
First, a method for producing a test varistor for measuring the characteristics of the porcelain composition of the present invention will be described. First, 70.0-99.9 mol%
SrTiO 3 and MgTiO 3 are mixed to form a main composition. And this main composition, Gd 2 O 3 , Tb 4 O 7
And at least one metal oxide selected from Yb 2 O 3 (first addition component) and at least one metal oxide selected from NiO and Cr 2 O 3 (second addition component) have a predetermined composition ratio. After weighing so as to enter, wet mixing is performed for 10 to 16 hours using a pulverizing and mixing machine such as a ball mill. After mixing, after drying with a drier, the mixture is placed in a predetermined container and calcined at a temperature of 1000 to 1150 ° C. in an air atmosphere. After calcination, 1 again using a crushing mixer such as a ball mill
Wet mix for 0 to 16 hours and dry. Next, about 2% by weight of a binder such as polyvinyl alcohol is added to the dried material for granulation, and the granulated powder is added for 0.5 to 1.5 t /
10mm diameter and 1.2mm thickness when compressed with a pressing pressure of cm 2.
To form a disk-shaped molded body.

【0018】そしてこの円板形状の成形体を還元雰囲気
(80〜97%N2 ,3−20%H2 )中で約1300
〜1450℃の範囲の温度で1〜6時間焼成したのち、
この焼成体を空気雰囲気中で900〜1250℃の範囲
の温度で1〜8時間熱処理して再酸化させることによっ
て円板状の焼成体を得る。更にこの焼成体の両面にオー
ミック接触を形成する銀等の導電性金属膜電極を公知の
方法で形成することによりバリスタを完成する。
Then, the disk-shaped molded body was subjected to about 1300 in a reducing atmosphere (80 to 97% N 2 , 3-20% H 2 ).
After firing at a temperature in the range of -1450 ° C for 1-6 hours,
A disc-shaped fired body is obtained by heat-treating this fired body in an air atmosphere at a temperature in the range of 900 to 1250 ° C. for 1 to 8 hours and reoxidizing it. Further, a varistor is completed by forming a conductive metal film electrode of silver or the like that forms ohmic contact on both surfaces of this fired body by a known method.

【0019】[測定結果]下記の表1及び表2は、それ
ぞれ主組成物の混合材料としてMgTiO3 を用いた磁
器組成物の各配合成分の組成比を変えて上記の方法によ
り作ったバリスタ素子の測定結果が示してある。なお各
表中の電圧非直線指数αは、バリスタ素子に1mA及び
10mAの電流を流した時のバリスタ素子両端の電圧V
1 及びV10を用いてα=1/log(V10/V1 )の式
より求めた値である。また静電容量は、LCRメータを
使用し、測定周波数を1KHz,測定電圧を10mVとし
て測定した値である。更にバリスタ電圧V10の変動係数
(%)は、V10のバラツキを表すもので、V10の標準偏
差と平均値との比を百分率で示してある。また湿中放置
によるバリスタ電圧V10及び静電容量の変化率は、未被
覆のバリスタ素子を湿度95%,温度60℃の雰囲気中
に240時間放置したのちにバリスタ電圧及び静電容量
を測定し、その値を初期値に対する百分率で示したもの
である。
[Measurement Results] Tables 1 and 2 below show the varistor elements produced by the above method by changing the composition ratio of each compounding component of the porcelain composition using MgTiO 3 as a mixed material of the main composition. The measurement result of is shown. The voltage non-linearity index α in each table is the voltage V across the varistor element when currents of 1 mA and 10 mA are applied to the varistor element.
It is a value obtained from the equation of α = 1 / log (V 10 / V 1 ) using 1 and V 10 . The capacitance is a value measured using an LCR meter with a measurement frequency of 1 KHz and a measurement voltage of 10 mV. Further variation coefficient of varistor voltage V 10 (%) is intended to represent the variation of the V 10, there is shown a ratio between the average value and the standard deviation of the V 10 in percentage. The rate of change in varistor voltage V10 and capacitance due to being left in humidity is measured by measuring the varistor voltage and capacitance after leaving the uncoated varistor element in an atmosphere of 95% humidity and 60 ° C. for 240 hours. The value is shown as a percentage with respect to the initial value.

【0020】なお表1及び表2の特性値は、再酸化温度
1100℃の場合を示している。また各表中の試料番号
の前の「・」印は、比較例であることを示している。
The characteristic values in Tables 1 and 2 show the case where the reoxidation temperature is 1100 ° C. In addition, the “•” mark in front of the sample number in each table indicates that it is a comparative example.

【0021】[0021]

【表1】 [Table 1]

【表2】 上記表1及び表2の結果から判るように、70.0〜9
9.9モル%のSrTiO3 に30〜0.1モル%のM
gTiO3 を含有させた主組成物に、Gd2 3 ,Tb
4 7 及びYb2 3 から選択した少なくとも1種の金
属酸化物を0.01〜2.0モル%と、NiO及びCr
2 3 から選択した少なくとも1種の金属酸化物を0.
01〜2.0モル%含有させた組成物(試料番号1〜2
5)を用いた場合には、各成分を広い範囲で選択しても
製造工程において当然に発生する条件の変化に対して、
バリスタ電圧V10の変動係数が4.9〜13.8%の範
囲内に入る。また、湿中放置によるバリスタ電圧及び静
電容量も±2%以内に入る測定結果が得られた。したが
って本発明によれば従来の組成物と比べて、優れた特性
を得ることができる。一般的にこのバリスタ素子に用い
る組成物としては、MgTiO3 が10モル%前後で、
第1及び第2の添加成分がそれぞれ1モル%以下である
のが好ましい。なおバリスタの特性条件に応じて、適宜
の配合成分の組成物を用いてバリスタを製造することが
できるのは勿論である。
[Table 2] As can be seen from the results of Tables 1 and 2 above, 70.0-9
30 to 0.1 mol% of M in 9.9 mol% of SrTiO 3.
The main composition containing gTiO 3 contains Gd 2 O 3 , Tb
0.01 to 2.0 mol% of at least one metal oxide selected from 4 O 7 and Yb 2 O 3 , and NiO and Cr.
At least one metal oxide selected from 2 O 3
Compositions containing 01 to 2.0 mol% (Sample Nos. 1 to 2)
In the case of using 5), even if each component is selected in a wide range, the change in the conditions naturally occurring in the manufacturing process
The variation coefficient of the varistor voltage V10 falls within the range of 4.9 to 13.8%. In addition, the measurement results were obtained in which the varistor voltage and the electrostatic capacity when left in the humidity were within ± 2%. Therefore, according to the present invention, excellent properties can be obtained as compared with the conventional composition. Generally, the composition used for this varistor element is about 10 mol% of MgTiO 3 ,
It is preferable that each of the first and second additive components is 1 mol% or less. It is needless to say that the varistor can be manufactured by using a composition of an appropriate blending component depending on the characteristic condition of the varistor.

【0022】なお試料番号26〜28は第2添加成分が
含まれないものであり、試料番号29及び30は第1添
加成分が含まれないものである。両者を対比すると判る
ように、第2添加成分がない場合には湿中放置による特
性の変化率が大きくなり、また第1添加成分がない場合
には電圧非直線指数αが大幅に小さくなる。また試料番
号31〜33には、何れかの成分が好ましい成分範囲外
にある場合を示してある。これらから判るように、何れ
かの成分が好ましい成分範囲外にある場合には、静電容
量及び電圧非直線指数αが小さくなる上、バリスタ電圧
の変動係数が大きくなるとともに湿中放置による特性の
変化率が大きくなる。
Sample numbers 26 to 28 do not contain the second additive component, and sample numbers 29 and 30 do not contain the first additive component. As can be seen by comparing the two, the rate of change in the characteristics due to being left in the humidity increases when the second additive component is absent, and the voltage nonlinear index α decreases significantly when the first additive component is absent. Further, sample numbers 31 to 33 show the case where any of the components is out of the preferable component range. As can be seen from these, when any of the components is out of the preferable component range, the capacitance and the voltage non-linearity index α become small, the coefficient of variation of the varistor voltage becomes large, and the characteristics of the characteristics due to being left in the humidity are increased. The rate of change increases.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明の組成物を用いれば、バリスタ電
圧V10の低いバリスタ用の磁器組成物において、バリス
タ電圧V10の変動係数を小さくすることができるので、
製品の歩留りを高くすることができる。また本発明の組
成物を用いれば、各種の特性を有するものが得られ且つ
湿中におけるバリスタ電圧V10及び静電容量の変化率が
小さいバリスタ素子を得ることができるので、バリスタ
素子の信頼性を大幅に向上させることができる。
With the composition of the present invention, the ceramic composition for a low varistor voltage V 10 varistor, it is possible to reduce the variation coefficient of varistor voltage V 10,
The product yield can be increased. Further, by using the composition of the present invention, it is possible to obtain a varistor element having various characteristics and a small change rate of the varistor voltage V 10 and the electrostatic capacitance in the humidity, so that the reliability of the varistor element is improved. Can be significantly improved.

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【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年6月17日[Submission date] June 17, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0003[Name of item to be corrected] 0003

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0003】I=(V/C)α 上記式において、Iは電流、Vは電圧、そしてCはバリ
スタ材料の特性によって定まるバリスタ固有の定数であ
る。またαは電圧非直線性を示す電圧非直線指数であ
る。一般的にはバリスタに10mAの電流を流したとき
のバリスタ素子端子間の電圧を測定して、この電圧をバ
リスタ電圧V 10 と呼んで電圧―電流特性の目安としてい
る。
I = (V / C) α In the above equation, I is a current, V is a voltage, and C is a varistor-specific constant determined by the characteristics of the varistor material. Further, α is a voltage non-linearity index showing voltage non-linearity. Generally, the voltage between the varistor element terminals when a current of 10 mA is applied to the varistor is measured, and this voltage is referred to as varistor voltage V 10 and is used as a measure of voltage-current characteristics.

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0007】バリスタ電圧V10の変動係数が大きくなる
問題は、上記組成物が製造工程の条件の微小な変動に影
響を受け易いことに起因しているものと考えられる。す
なわち上記組成物を用いてバリスタ用の磁器を製造する
場合には、まず成形体を中性又は還元性雰囲気で焼成し
て半導体化磁器を作る。その後この半導体化磁器を大気
中で熱処理して再酸化させることにより結晶粒界に絶縁
層を形成させるか、またはPbO,Bi2 3 又はNa
2 Oを含む絶縁形成用ペーストを半導体化磁器の表面
に塗布して、熱処理を行って上記成分を拡散させること
により結晶粒界に絶縁層を形成させて、バリスタ特性と
コンデンサ特性とを有する半導体化磁器を得ている。従
来の組成物では、上記製造工程における半導体化の際の
焼成条件の微小な変化や、再酸化を行ったり絶縁層形成
用ペーストの成分を拡散させる際の熱処理条件の微小な
変化によって、半導体化及び絶縁層形成の程度に差が生
じて、バリスタ電圧V10の変動係数大きくなるものと
考えられる。尚この条件の微小な変化は、通常の製造工
程において必然的に発生する変化であり、条件の変化を
小さくすることは難しい。また湿中放置後のバリスタ電
圧V10と静電容量の値の変化率が大きくなることは、こ
の組成物の成分の素性に原因があるものと考えられる。
The problem that the coefficient of variation of the varistor voltage V 10 becomes large is considered to be due to the fact that the above composition is easily affected by minute variations in the conditions of the manufacturing process. That is, in the case of producing a varistor porcelain using the above composition, the molded body is first fired in a neutral or reducing atmosphere to produce a semiconductor porcelain. After that, the semiconducting porcelain is heat-treated in the air to be re-oxidized to form an insulating layer at the grain boundary, or PbO, Bi 2 O 3 or Na is used.
An insulating layer forming paste containing 2 O is applied to the surface of the semiconductor porcelain and heat treated to diffuse the above components to form an insulating layer at the crystal grain boundaries, which has varistor characteristics and capacitor characteristics. Obtained semiconductor porcelain. In the conventional composition, due to a minute change in firing conditions during semiconductorization in the above manufacturing process or a minute change in heat treatment conditions during reoxidation or diffusion of the components of the insulating layer forming paste, and a difference occurs to the extent of forming an insulating layer, is considered that the variation coefficient of varistor voltage V 10 is increased. It should be noted that this minute change in the condition is a change that necessarily occurs in the normal manufacturing process, and it is difficult to reduce the change in the condition. Further, the large rate of change in the value of the varistor voltage V 10 and the capacitance after being left in humidity is considered to be due to the identity of the components of this composition.

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0012[Correction target item name] 0012

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0012】本発明も、前述の一般的な開発手法で発明
されたものであるから、明確に各成分の作用を説明する
ことはできないが、推測される各成分の一般的な作用に
ついて概略的に説明する。本発明において、70.0〜
99.9モル%のSrTiO3 と一緒になって主組成物
を構成するMgTiO3 は、半導体化を容易にする成分
であると考えられる。実験結果からはMgTiO3
0.1モル%未満になると、半導体化が困難となり、3
0モル%より多くなると熱処理の際に生じる条件の変化
によってバリスタ電圧V 10 の変動係数が大きくなること
が確認されている。
Since the present invention was also invented by the above-mentioned general development method, it is not possible to clearly explain the action of each component. Explained. In the present invention, 70.0-
It is considered that MgTiO 3 which constitutes the main composition together with 99.9 mol% of SrTiO 3 is a component which facilitates the formation of a semiconductor. From the experimental results, if MgTiO 3 is less than 0.1 mol%, it becomes difficult to form a semiconductor, and 3
It has been confirmed that when the content is more than 0 mol%, the variation coefficient of the varistor voltage V 10 becomes large due to the change of the condition generated during the heat treatment.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0019[Correction target item name] 0019

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0019】[測定結果]下記の表1及び表2は、それ
ぞれ主組成物の混合材料としてMgTiO3 を用いた磁
器組成物の各配合成分の組成比を変えて上記の方法によ
り作ったバリスタ素子の測定結果が示してある。なお各
表中の電圧非直線指数αは、バリスタ素子に1mA及び
10mAの電流を流した時のバリスタ素子両端の電圧V
1 及びV10を用いてα=1/log(V10/V1 )の式
より求めた値である。また静電容量は、LCRメータを
使用し、測定周波数を1KHz,測定電圧を10mVとし
て測定した値である。更にバリスタ電圧V10の変動係数
(%)は、V10のバラツキを表すもので、V10の標準偏
差と平均値との比を百分率で示してある。また湿中放置
によるバリスタ電圧V 10 及び静電容量の変化率は、未被
覆のバリスタ素子を湿度95%,温度60℃の雰囲気中
に240時間放置したのちにバリスタ電圧及び静電容量
を測定し、その値を初期値に対する百分率で示したもの
である。
[Measurement Results] Tables 1 and 2 below show the varistor elements produced by the above method by changing the composition ratio of each compounding component of the porcelain composition using MgTiO 3 as a mixed material of the main composition. The measurement result of is shown. The voltage non-linearity index α in each table is the voltage V across the varistor element when currents of 1 mA and 10 mA are applied to the varistor element.
It is a value obtained from the equation of α = 1 / log (V 10 / V 1 ) using 1 and V 10 . The capacitance is a value measured using an LCR meter with a measurement frequency of 1 KHz and a measurement voltage of 10 mV. Further variation coefficient of varistor voltage V 10 (%) is intended to represent the variation of the V 10, there is shown a ratio between the average value and the standard deviation of the V 10 in percentage. The rate of change of the varistor voltage V 10 and the capacitance due to being left in the humidity is measured by measuring the varistor voltage and the capacitance after leaving the uncoated varistor element in an atmosphere of 95% humidity and 60 ° C. for 240 hours. , The value is shown as a percentage of the initial value.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石割 均 富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地 北陸電気工業株式会社内 (72)発明者 大沢 準一 富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地 北陸電気工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hitoshi Ishiwari 3158 Shimookubo, Osawano-cho, Kamishinagawa-gun, Toyama Prefecture Hokuriku Electric Industry Co., Ltd. Industry Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 SrTiO3 を70.0〜99.9モル
%含み、残りの成分がMgTiO3 からなる主組成物
に、 Gd2 3 ,Tb4 7 及びYb2 3 から選択した少
なくとも1種の金属酸化物を0.01〜2.0モル%
と、 NiO及びCr2 3 から選択した少なくとも1種の金
属酸化物を0.01〜2.0モル%含有させたことを特
徴とする電圧非直線性抵抗体磁器組成物。
1. A include SrTiO 3 70.0 to 99.9 mol%, the main composition and the remaining components consisting of MgTiO 3, at least selected from Gd 2 O 3, Tb 4 O 7 and Yb 2 O 3 0.01 to 2.0 mol% of one metal oxide
When, at least one metal oxide nonlinear resistor ceramic composition characterized that it contained 0.01 to 2.0 mol% of any one selected from NiO and Cr 2 O 3.
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