JPS5812721B2 - 電圧非直線抵抗 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体に関
する。

酸化亜鉛焼結体を主成分とする電圧非直線抵抗体は、一
般に良く知られているセラミック技術を用いて製造され
る。

すなわち、酸化亜鉛を主成分とし、これにそれぞれ０．
１〜１０モル係の酸化銀酸化アンチモン、酸化ビスマス
、酸化スズ、酸化鉛、酸化バナジウム、酸化クロム、酸
化マンガン、酸化コバルト、酸化銅のうち少くとも一成
分以上を加え、充分に混合し、水あるいは有機バインダ
を加えて適当な大きさに加圧成形する。

成形物は一般に使用されている電気炉またはガス炉を用
いて、空気中１０００〜１４００℃で焼成する。

ついで両端面に電極を付け、電圧非直線抵抗体としてい
る。

この電圧非直線抵抗体は、酸化亜鉛粒子の周囲を別の高
抵抗な境界層が取囲み、酸化亜鉛を境界層で被覆したも
のを結着したような構造を持っている。

この境界層が電圧を阻止すると共に非直線性を示す。

一般に電圧非直線抵抗体のＶ−Ｉ特性は近似的に下式で
示される。

Ｉ＝ＫＶα・・・・・・・・・（１） ここで■は電流、■は電圧、Ｋは定数、αは非直線係数
を表わしている。

酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体のαは１０〜
８０で、炭化珪素粒子が結着した構造を持つＳｉＣバリ
スタのα＝３〜７よりも大きく、ほぼツエナーダイオー
ドに匹敵する優れたバリスタ特性を持っている。

また、境界層が電圧を阻止しているために、制限電圧は
電極間の境界層の数で決まり、しだがって、素子の厚さ
を変えることによって制限電圧が自由に調節できるとい
う優れた特徴を持っている。

一方、この焼結体中の酸化亜鉛粒子の大きさは焼結温度
を変えると変化するため、素子の制限電圧は焼結温度を
変えることによっても調節可能である。

すなわち、焼結温度が低いほど酸化亜鉛粒子の成長が抑
制されて粒径は小さく、このため、素子の単位長さ当り
の境界層の数が増し、制限電圧が高くなる。

しかしながら、焼結温度が低くすぎるとセラミックの焼
結性が悪くなり、バリスタ特性が著しく悪くなる。

このため、従来の原料組成では制限電圧は３００Ｖ／ｍ
ｍが限度で、これ以上の制限電圧を示す素子で、かつ、
バリスタ特性？優れたものを得ることは困難であった。

本発明は、単位長さ当りの制限電圧が高く、かつ、バリ
スタ特性の優れた素子を得ることを目的としている。

本発明の特徴は、酸化亜鉛を主成分とし、これに酸化珪
素を０．００５〜２３重量係および酸化鉛を０．００５
〜１０重量係含むものを成形、焼結した電圧非直線抵抗
体にある。

なお上記の他にＢｉ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｂ，ＰｔＣｕ，Ｖ，
ＣｏおよびＭｎ等の酸化物を含んでいてもよい。

原料中の二酸化珪素は焼結によって粒界に固相として析
出し、素子の焼結性をそこなうことなぐ酸化亜鉛の粒成
長を抑制する。

したがって、制限電圧が高く、かつ、バリスタ特性の優
れた素子を得ることができる。

なお、本発明の二酸化珪素は、二酸化珪素を含んだガラ
ス例えば珪酸鉛ガラスでもかまわない。

まだ、珪酸など焼結によって二酸化珪素に変化するもの
を添加してもかまわない。

ここで使用される二酸化珪素の粒径は焼結時に添加物と
反応、融解して酸化亜鉛粒界に析出するものであればど
のようなものでも使用できるが、余り大きいと二酸化珪
素の粒として残り素子の耐電圧が二酸化珪素粒の耐電圧
に依存するようになる。

また電界が二酸化珪素によって不均一となるので、あま
り大きい粒径の二酸化珪素は使用すべきでない。

その粒径は０．５ｍｍ以下が好ましい。以下、本発明を
実施例によって説明する。

実施例 １ 酸化亜鉛８１５１、酸化ビスマス３０７、酸化アンチモ
ン３０１、酸化クロム１０１、酸化コバルト１０グ、二
酸化マンガン５１Ａそして二酸化珪素として珪酸鉛ガラ
ス（酸化鉛二二酸化珪素＝１：１）ＩＯＯＰを攪拌らい
かい機で４時間混合した。

この原料粉末に対して２％ポリビニルアルコール水溶液
を１０重量係加え、成形圧力７５０ｋｑ／ｃｒＡで直径
１２ｍφ×５ｍｍｔに成形した。

焼結装置には抵抗加熱式電気炉を用い、昇温速度２００
ｃ／ｂ，最高温度１２００℃に１時間保持して焼結した
。

次に焼結体の両端面に金を蒸着して非直線抵抗体とした
。

得られた素子の制限電圧は５００Ｖ／ｗｎ、非直線係数
■＝４８であった。

珪酸鉛ガラスの添加量を変えて試作した素子の制限電圧
とガラス量との関係を第１図に示す。

ここで、曲線１は１２００℃焼結試料、曲線２は１３０
０℃焼結試料を表わしている。

まだ、素子の非直線係数αとガラス添加量との関係を第
２図に示す。

これらの図より、珪酸鉛ガラスの添加によって制限電圧
が高くなること、および、ガラス添加量が２０重量係（
二酸化珪素１０重量係、酸化鉛１０重量％）を越えると
急激に非直線係数が小さくなる。

比較のだめに、酸化亜鉛８１５１、酸化ビスマス３０グ
、酸化アンチモン３０グ、酸化クロ今１０１、酸化コバ
ルト１０１、二酸化マンガン５７を上記実施例と同様に
混合、成形、焼結した。

得られた素子の制限電圧は１５０Ｖ／ｍｍで、１０重量
係ガラス添加素子のそれの１／３以下であった。

実施例 ２〜５ 酸化亜鉛９６０′、酸化鉛３０１、酸化ビスマス３０ｆ
、酸化銅８′、酸化硼素２１に二酸化珪素をそれぞれ５
ｆ（０．５重量％）、４０グ（３．８重量係）、２００
？（１７重量係）、２５０グ（２０重量係）と変えて添
加した４ロットを実施例１と同様に混合、成形後、１３
００℃で１時間焼結した。

また比較のだめに、酸化亜鉛９６０グ、酸化鉛３０１、
酸化ビスマス３０グ、酸化銅８グ、酸化硼素２グを上記
実施例と同様に混合、焼結した。

第３図に二酸化珪素量と制限電圧の関係を示す。

第３図より、二酸化珪素の添加によって単位厚さ当りの
制限電圧が高くなることが明らかである。

実施例 ６〜９ 酸化亜鉛９５０１、酸化鉛３５′、五酸化バナジウム１
０ｆ、五酸化リン５グに二酸化珪素をそれぞれＦｌ（０
．５重量％）、４０グ（３．８重量％）、２００ｆ（１
７重量％）、３００ｇ（２３重量％）加えた４ロットを
混合、成形後、１２００℃で１時間焼結した。

また比較のために、酸化亜鉛９５０ｇ、酸化鉛３５ｇ、
五酸化バナジウム１０１、五酸化リン５グを上記実施例
と同様に混合、成形、焼結した。

第４図に単位厚さ当りの制限電圧と二酸化珪素量の関係
を示す。

実施例に見られるように、本発明の二酸化珪素添加によ
りバリスタ特性の優れた、かつ、制限電圧の高い素子を
得ることができる。

本発明によつて得られる素子ｌｍｍ当りの制限電圧は６
００Ｖ／ｍｍκ達する。

これは従来組成の素子で到達できる値の２倍以上で、こ
れによって素子の厚さが１／２以下に小型化できる。

また、二酸化珪素の添加量が多いほど制限電圧は高くな
るため、添加量を変えることによって、同じ厚さの素子
で異った制限電圧を持つものを同じ工程（同じ焼結条件
）で製造可能である。

これにより、素子の成形、焼結、研磨、電極付け、スタ
ックへの組込み等の工程が一本化でき、種々の制限電圧
を持った素子の量産が著しく容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１により得られた素子の制限電
圧と珪酸鉛ガラス量との関係を示すグラフ、第２図は同
じ素子の非直線係数と珪酸鉛ガラス量との関係を示すグ
ラフ、第３図は実施例２〜５により得られた素子の制限
電圧と二酸化珪素量の関係を示すグラフ、第４図は実施
例６〜９により得られた素子の制限電圧と二酸化珪素量
の関係を示すグラフである。 １・・・１２００℃焼結試料、２・・・１３００℃焼結
試料、３・・・１２００℃焼結試料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化亜鉛を主成分とし、添加物として（Ｉ）二酸化
   珪素を０．００５〜２３重量％（Ｉ）酸化鉛を０．００
   ５〜１０重量％ を含む成形品を焼結して成る電圧非直線抵抗体。 ２ 二酸化珪素を珪酸鉛ガラスとして添加したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の電圧非直線抵抗体
   。