JPH0642402B2 - バリスタ - Google Patents
バリスタInfo
- Publication number
- JPH0642402B2 JPH0642402B2 JP1084461A JP8446189A JPH0642402B2 JP H0642402 B2 JPH0642402 B2 JP H0642402B2 JP 1084461 A JP1084461 A JP 1084461A JP 8446189 A JP8446189 A JP 8446189A JP H0642402 B2 JPH0642402 B2 JP H0642402B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- varistor
- zno
- whiskers
- present
- tetrapot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はバリスタに関する。さらに詳しくは、酸化亜鉛
バリスタの改善に関する。
バリスタの改善に関する。
従来の技術 従来よりバリスタに酸化亜鉛（以下ZnOと表記する）が
使用されてきた。
使用されてきた。
すなわち、原料としてフランス法により微細な（１μｍ
以下）ZnO粉末と、副成分としてのBi2O3,Pr6O11,CoO,Mn
O,Cr2O3,Sb2O3,SiO2,TiO2などの金属酸化物を混合し、
造粒，成形の工程を経たのち焼成され、両面に銀ペース
トが焼付けられてバリスタとなるものであり、この時点
でZnO粒の大きさは１０μｍ前後となった。
以下）ZnO粉末と、副成分としてのBi2O3,Pr6O11,CoO,Mn
O,Cr2O3,Sb2O3,SiO2,TiO2などの金属酸化物を混合し、
造粒，成形の工程を経たのち焼成され、両面に銀ペース
トが焼付けられてバリスタとなるものであり、この時点
でZnO粒の大きさは１０μｍ前後となった。
発明が解決しようとする課題 しかるに、この種のZnOバリスタは、安定な低電圧バリ
スタを得るのが難しく、また並列接続してパワーアップ
を図ることなどにも難点があった。
スタを得るのが難しく、また並列接続してパワーアップ
を図ることなどにも難点があった。
その他、静電容量を小さくすること、大直径化できるよ
うにすること、長さによって自由にバリスタ電圧を制御
すること、安価な製造方法などが課題であった。
うにすること、長さによって自由にバリスタ電圧を制御
すること、安価な製造方法などが課題であった。
課題を解決するための手段 本発明は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねて
得られたもので、高性能なバリスタを提供するものであ
る。
得られたもので、高性能なバリスタを提供するものであ
る。
すなわち、本発明は、ZnOウイスカーを用いたことを特
徴としたバリスタである。
徴としたバリスタである。
また、ZnOウイスカーの基部から先端までの長さが、６
μｍ以上で、アスペクト比が３以上である前記バリスタ
である。
μｍ以上で、アスペクト比が３以上である前記バリスタ
である。
さらに、ZnOウイスカーの形状がテトラポット状である
前記バリスタである。
前記バリスタである。
また、ZnOウイスカーを主成分とし、その他の副成分と
混合し、焼結したことを特徴としたバリスタである。
混合し、焼結したことを特徴としたバリスタである。
作用 従来において、造粒の工程において微細な（１μｍ以
下）ZnO粉から結晶粒を成長させ、粒の大きさを制御す
ることによって各種定格のバリスタを得ていた。
下）ZnO粉から結晶粒を成長させ、粒の大きさを制御す
ることによって各種定格のバリスタを得ていた。
一方、本発明においては、結晶粒の大きさの判明したZn
Oウイスカーを使用するため、造粒工程を省略すること
ができ、工程の簡素化と、特性の安定化および歩留まり
の向上が図ることができる。
Oウイスカーを使用するため、造粒工程を省略すること
ができ、工程の簡素化と、特性の安定化および歩留まり
の向上が図ることができる。
特に低電圧バリスタにおいては均一な大きな結晶粒が必
要となるが、本発明におけるZnOウイスカーは大きさが
よく揃うため特に有効である。
要となるが、本発明におけるZnOウイスカーは大きさが
よく揃うため特に有効である。
また、本発明のバリスタでは、αの値が小から中程度の
ものが得られ易いため、並列接続でパワーアップ可能な
バリスタとなる。
ものが得られ易いため、並列接続でパワーアップ可能な
バリスタとなる。
さらに、本発明に用いるZnOウイスカーは、３次元のテ
トラポット構造のものが用いられ得るが、このZnOウイ
スカーを用いると、粒状粒子に比べて少ない粒界数で対
抗電極まで到達し得るため、この意味でも特に低電圧バ
リスタ設計の場合に有効となる。
トラポット構造のものが用いられ得るが、このZnOウイ
スカーを用いると、粒状粒子に比べて少ない粒界数で対
抗電極まで到達し得るため、この意味でも特に低電圧バ
リスタ設計の場合に有効となる。
実施例 以下に実施例を用いて具体的に説明するが、本発明は以
下の実施例に限定されるものではない。
下の実施例に限定されるものではない。
本発明では、バリスタとして全く新規なZnOウイスカー
を用いる。このZnOウイスカーの中でも特に、テトラポ
ット構造のZnOウイスカーが有用である。このZnOウイス
カーは、表面に酸化皮膜を有する金属亜鉛粉末を酸素を
含む雰囲気下で加熱処理して生成することができる。得
られたテトラポット状ZnOウイスカーは、みかけの嵩比
重0.02〜0.1を有し、７０wt%以上の高収率で極めて量産
的である。第１図および第２図はその電子顕微鏡写真で
生成品の一例を示す。これによると、前記の形状的，寸
法的特長が明確に認められる（テトラポット構造）。
を用いる。このZnOウイスカーの中でも特に、テトラポ
ット構造のZnOウイスカーが有用である。このZnOウイス
カーは、表面に酸化皮膜を有する金属亜鉛粉末を酸素を
含む雰囲気下で加熱処理して生成することができる。得
られたテトラポット状ZnOウイスカーは、みかけの嵩比
重0.02〜0.1を有し、７０wt%以上の高収率で極めて量産
的である。第１図および第２図はその電子顕微鏡写真で
生成品の一例を示す。これによると、前記の形状的，寸
法的特長が明確に認められる（テトラポット構造）。
ところで、テトラポット状ZnOウイスカーの針状結晶部
が、３軸、あるいは２軸、さらには１軸のものが混入す
る場合があるが、これは元来４軸の結晶の一部が折損し
たものである。また、このテトラポットZnOウイスカー
を混入する場合には、充分配慮しないと混合時や成形時
にテトラポット構造がくずれて、単純な針状ウイスカー
に変化する場合が多い。
が、３軸、あるいは２軸、さらには１軸のものが混入す
る場合があるが、これは元来４軸の結晶の一部が折損し
たものである。また、このテトラポットZnOウイスカー
を混入する場合には、充分配慮しないと混合時や成形時
にテトラポット構造がくずれて、単純な針状ウイスカー
に変化する場合が多い。
このテトラポット状ZnOウイスカーのＸ線回折図をとる
と、すべてZnOのピークを示し、また、電子線回折の結
果も、転移，格子欠陥の少ない単結晶性を示した。ま
た、不純物の含有量も少なく、原子吸光分析の結果、Zn
Oが99.98％であった。
と、すべてZnOのピークを示し、また、電子線回折の結
果も、転移，格子欠陥の少ない単結晶性を示した。ま
た、不純物の含有量も少なく、原子吸光分析の結果、Zn
Oが99.98％であった。
一方、単純な針状のZnOウイスカーも生成することがで
き、例えば金属亜鉛粉末を木炭等と同時に焼成して、ル
ツボの壁面等に生成させることができるが、量産的では
ない。
き、例えば金属亜鉛粉末を木炭等と同時に焼成して、ル
ツボの壁面等に生成させることができるが、量産的では
ない。
また、バリスタ性能の点から針状結晶部の長さが６μｍ
より小さなZnOウイスカーが大きな割合（例えば９９wt%
以上）を示める系は好ましくない。好ましくは、針状結
晶部の長さが３０μｍ以上のZnOウイスカーを３wt%以上
用いるのが望ましい。さらに望ましくは、長さが５０μ
ｍ以上のZnOウイスカーを７０wt%以上用いるのが好まし
い。
より小さなZnOウイスカーが大きな割合（例えば９９wt%
以上）を示める系は好ましくない。好ましくは、針状結
晶部の長さが３０μｍ以上のZnOウイスカーを３wt%以上
用いるのが望ましい。さらに望ましくは、長さが５０μ
ｍ以上のZnOウイスカーを７０wt%以上用いるのが好まし
い。
次にZnOウイスカーのアスペクト比は平均で３以上望ま
しく、さらに望ましくは、平均で１０以上が望ましい。
また、針状結晶部の基部の径で先端部の径を除した値
は、0.8以下がバリスタ特性から望ましく、好ましく
は、0.5以下、さらに好ましくは0.1以下が好ましい。
しく、さらに望ましくは、平均で１０以上が望ましい。
また、針状結晶部の基部の径で先端部の径を除した値
は、0.8以下がバリスタ特性から望ましく、好ましく
は、0.5以下、さらに好ましくは0.1以下が好ましい。
本発明で用いるZnOウイスカーの抵抗値範囲は、0.2mm厚
の圧粉状態（５kg／cm2，５０ＤＶＣ）で、１０〜108Ω
-cmの範囲が可能であり、用途により使い分けるが、バ
リスタ性能からは６×102〜８×105Ω-cmが好ましく、
さらに生産コストを考慮に入れると、５×103〜８×104
Ω-cmが特に有効である。この範囲内のテトラポット状Z
nOウイスカー（平均脚長：７０μｍ）を用いて、３５０
kg／cm2の圧粉（５mm厚）では1.2×107Ω-cm（ヒオキ社
製：デジタルテスターにて測定）を示した。一方、長さ
５mmの針状ウイスカーの両端に銀ペイントで電極をつ
け、この針状ウイスカーのＶ−Ｉ特性を測定し、ＤＣ３
０Ｖにおける針状ウイスカーの比抵抗を測定したとこ
ろ、約１０Ω-cmであった。
の圧粉状態（５kg／cm2，５０ＤＶＣ）で、１０〜108Ω
-cmの範囲が可能であり、用途により使い分けるが、バ
リスタ性能からは６×102〜８×105Ω-cmが好ましく、
さらに生産コストを考慮に入れると、５×103〜８×104
Ω-cmが特に有効である。この範囲内のテトラポット状Z
nOウイスカー（平均脚長：７０μｍ）を用いて、３５０
kg／cm2の圧粉（５mm厚）では1.2×107Ω-cm（ヒオキ社
製：デジタルテスターにて測定）を示した。一方、長さ
５mmの針状ウイスカーの両端に銀ペイントで電極をつ
け、この針状ウイスカーのＶ−Ｉ特性を測定し、ＤＣ３
０Ｖにおける針状ウイスカーの比抵抗を測定したとこ
ろ、約１０Ω-cmであった。
本発明に用いるZnOウイスカーの抵抗値は、ウイスカー
製造時の焼成条件や、還元焼成処理あるいは、他の元素
（例えば、Al,Li,Cuなど）を適切な方法でドープするこ
とにより変えることもできる。
製造時の焼成条件や、還元焼成処理あるいは、他の元素
（例えば、Al,Li,Cuなど）を適切な方法でドープするこ
とにより変えることもできる。
次に、本発明のバリスタは種々の形態で用いられること
ができる。
ができる。
すなわち、ZnOウイスカーの粉体状態，圧粉状態，堆積
物状態，焼成状態などであり、それぞれにおいて、適切
な有機や無機系のバインダを使用することもできる。
物状態，焼成状態などであり、それぞれにおいて、適切
な有機や無機系のバインダを使用することもできる。
特に、ZnOウイスカーと副成分を混合し、適当な条件で
焼結することにより優れたバリスタを得ることができ
る。その副成分には、Bi2O3,CoO,MnO,Sb2O3,MgO,Pr
6O11,PbO,BaO,NiO,Cr2O3,SiO2,TiO2等の金属酸化物の中
から、１種類または複数種類組み合わせて使用すること
ができる。また、別の副成分としては、粘土等を用いる
こともできる。
焼結することにより優れたバリスタを得ることができ
る。その副成分には、Bi2O3,CoO,MnO,Sb2O3,MgO,Pr
6O11,PbO,BaO,NiO,Cr2O3,SiO2,TiO2等の金属酸化物の中
から、１種類または複数種類組み合わせて使用すること
ができる。また、別の副成分としては、粘土等を用いる
こともできる。
（実施例１） 表面に酸化皮膜を有する金属亜鉛粉末を酸素を含む雰囲
気下で加熱処理してテトラポット状ZnOウイスカーを生
成した。このZnOウイスカーは基部から先端までの長さ
が平均１００μｍで、基部の系の平均が５μｍであり、
大部分がテトラポット構造をしていた。このとき、この
ウイスカーの抵抗値は、５kg／cm2，５０ＶＤＣ，２０
０μｍ厚で、2.5×104Ω-cmであった。
気下で加熱処理してテトラポット状ZnOウイスカーを生
成した。このZnOウイスカーは基部から先端までの長さ
が平均１００μｍで、基部の系の平均が５μｍであり、
大部分がテトラポット構造をしていた。このとき、この
ウイスカーの抵抗値は、５kg／cm2，５０ＶＤＣ，２０
０μｍ厚で、2.5×104Ω-cmであった。
次に、このZnOウイスカーを第３図の如く、銀製の平板
電極（電極面積：6.0cm2）間にはさみ、0.3kg／cm2の圧
力で均等に加圧した。この素子を用いてＶ−ｉ特性を測
定したところ、第４図の如く大きな非直線性を示し、バ
リスタ特性を持つことがわかった。
電極（電極面積：6.0cm2）間にはさみ、0.3kg／cm2の圧
力で均等に加圧した。この素子を用いてＶ−ｉ特性を測
定したところ、第４図の如く大きな非直線性を示し、バ
リスタ特性を持つことがわかった。
（実施例２） 実施例１で用いたのと同じテトラポット状ZnOウイスカ
ー１００重量部と、粘土２０重量部を混合し、成形した
後、１２００℃で４時間焼成して厚さ１mm，直径２cmの
素子を得た。このような、セラミックス的手法により得
た素子の両面に亜鉛を金属溶射し電極とした。
ー１００重量部と、粘土２０重量部を混合し、成形した
後、１２００℃で４時間焼成して厚さ１mm，直径２cmの
素子を得た。このような、セラミックス的手法により得
た素子の両面に亜鉛を金属溶射し電極とした。
この素子のＶ−ｉ特性を調べたところ、大きな非直線性
を示し、α＝3.8であった。
を示し、α＝3.8であった。
発明の効果 近年、エレクトロニクスの進歩はめざましく、バリスタ
においても極めて多種多様な定格のものが求められるよ
うになってきた。例えば、電子機器のＩＣ化による回路
電圧の低電圧化に伴い、極めて低電圧のサージ保護素子
への要望が強くなってきている。
においても極めて多種多様な定格のものが求められるよ
うになってきた。例えば、電子機器のＩＣ化による回路
電圧の低電圧化に伴い、極めて低電圧のサージ保護素子
への要望が強くなってきている。
かくの如き分野において本発明は極めて有用であり、そ
の産業性は、計り知れないものがある。
の産業性は、計り知れないものがある。
第１図および第２図は本発明に用いるZnOウイスカーの
結晶構造を示す電子顕微鏡写真、第３図は本発明のバリ
スタの模式的断面図、第４図は本発明のバリスタの電気
特性図である。
結晶構造を示す電子顕微鏡写真、第３図は本発明のバリ
スタの模式的断面図、第４図は本発明のバリスタの電気
特性図である。
Claims (4)
- 【請求項１】電圧非直線素子として酸化亜鉛ウイスカー
を用いたことを特徴とするバリスタ。 - 【請求項２】酸化亜鉛ウイスカーの基部から先端までの
長さが、６μｍ以上でアスペクト比が３以上である特許
請求の範囲第１項記載のバリスタ。 - 【請求項３】酸化亜鉛ウイスカーの形状がテトラポット
状である特許請求の範囲第１項または第２項記載のバリ
スタ。 - 【請求項４】酸化亜鉛ウイスカーを主成分とし、その他
の副成分と混合し、焼結したことを特徴とするバリス
タ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1084461A JPH0642402B2 (ja) | 1989-04-03 | 1989-04-03 | バリスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1084461A JPH0642402B2 (ja) | 1989-04-03 | 1989-04-03 | バリスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02262301A JPH02262301A (ja) | 1990-10-25 |
| JPH0642402B2 true JPH0642402B2 (ja) | 1994-06-01 |
Family
ID=13831264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1084461A Expired - Lifetime JPH0642402B2 (ja) | 1989-04-03 | 1989-04-03 | バリスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0642402B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110132431A (ko) * | 2009-03-05 | 2011-12-07 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | 방전 갭 충전용 조성물 및 정전 방전 보호체 |
| EP2445067A4 (en) | 2009-06-17 | 2015-07-08 | Showa Denko Kk | COMPOSITION FOR FILLING THE DISCHARGE GAP AND ELECTROSTATIC DISCHARGE PROTECTION |
-
1989
- 1989-04-03 JP JP1084461A patent/JPH0642402B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02262301A (ja) | 1990-10-25 |
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