JPS5853487B2 - 電圧非直線抵抗体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主成分を酸化亜鉛（ＺｎＯ）とし、副成分と
し酸化コバル）（Ｃｏｏ）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、
酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ
２０３ ）および硼珪酸鉛亜鉛ガラスを添加混合し焼結
して得る焼結体自体が電圧非直線性を有する電圧非直線
抵抗体に関する。

その目的とする所は電圧非直線係数が大きく、かつ厚さ
ｌＮ１１当りの立上り電圧が１００Ｖ以下でもれ電流が
小さく、電力負荷、繰返しサージ印加に対して特性変化
の少く、低電圧用に適した素体自体が電圧非直線性を有
する電圧非直線抵抗体を提供することにある。

電圧非直線抵抗体（以下バリスタと称す）はサージ吸収
素子、電圧安定化素子、避雷器等に広く用いられている
。

従来これらの用途にはＳｉＣバリスタ、Ｓｉバリスタ、
Ｓｅ整流器、亜酸化銅整流器等が用いられてきた。

しかしながらこれらのバリスタは、電圧非直線係数αが
小さい、特性を任意に調整できない、あるいは形状が小
さくできない等の欠点を有しており、用途はおのずから
限られていた。

最近これらの欠点を改善するものとして、酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）を主成分の一部とする酸化物バリスタが開発され
てきた。

その詳細は例えば、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・
アプライド・フイジクス誌１９７１年６月号７３６−７
４６ページ所載の論文（Ｍ、 Ｍａｔｓｕｏｋａ 、
” Ｎｏｎｏｈｍｉｃ Ｐｒｏｐｅｒ−ｔｉｅｓ ｏｆ
Ｚｉｎｃ ０ｘｉｄｅ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ” Ｊａ
ｐａｎ、Ｊ 。

Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、、 １０ 、７３６−７４６（１
９７１） ）に述べられている。

このバリスタは優れた電圧非直線係数を有しているため
にその用途は確かに拡大されようとしている。

しかし高度に発達した通信機器の電気回路には、いまだ
不充分な点が多い。

一般にバリスタの特性は次式に示すαおよびＶｉの値で
評価されてきた。

Ｉ ／ ｉ ＝ （Ｖ／Ｖｉ ） ａ（１）ここで■は
素子を流れる電流、■は印加電圧、Ｖｉは電流値がｉア
ンペアのときの電圧で、通常１ｍＡの値をとり、立上り
電圧と称されている。

バリスタの電気特性を示す上で、α、■ｉは実用上重要
な定数である。

αはバリスタを挿入した電気回路の電圧がいかに制御さ
れるか示すものであり、αが大きい栓型圧制御に優れて
いる。

従ってαは特殊用途を除けば大きい方が好ましく、実用
上３０以上の値が望ましい。

Ｖｉは使用される電圧がいくらであるかによって定めら
れるものであり、それぞれ指定された値に調整されるこ
とが望ましい。

通常この値は、電気が１ ｍＡ ／ｃｒｔの時の値を用
いて立上り電圧と称し、■１ｍＡで表わされている。

従来の酸化亜鉛バリスタでは、このＶｌｍＡは１ｏｏｖ
以上でそれ以下のものを得るのは困難であった。

■１ｍＡの低いものを得るには、焼成温度を上げるか、
素体の厚みを薄くする以外に方法がない。

焼成温度を上げると、αが低下したり、素子が融着した
り、また酸化亜鉛や添加物が蒸発しやすくなるという問
題が生じ、できるかぎり低温で焼成することが望まれる
。

また、厚みを薄くする方法は、０．５ ａｘの厚さが実
用上の下限であり、それ以下に薄くすると、製造時ある
いは使用時などに素子が破損しやすく、また縁面放電な
どの問題も生じあまり素子を薄くすることは好ましくな
い。

またα、Ｖｉのみならずｉ□の値も重要である。

バリスタを過電圧保護用として使用する場合、回路の使
用電圧の１．６倍の立上り電圧のバリスタを使用するの
が普通である。

このような使用法の場合には、通常バリスタにはできる
かぎり電流が流れないことが望ましい。

すなわち、もれ電流ｉＲはできるかぎり小さいことが望
まれる。

実用上もれ電流ｉＢはＶｉの６０％の電圧における電流
値で定義するのが有益で、この値はｌμＡ以下が望まし
い。

ところで、通信機器の電気回路において、バリスタは一
般に一定電力負荷のかかった状態で使用され、スイッチ
の開閉等に起因する大電流パルスを吸収するいわゆるサ
ージ吸収素子として、使用される。

しかしながら、従来のＺｎＯを主成分とするバリスタは
、一定電力負荷が長時間印加されると、立上り電圧が低
電側に変化し、またもれ電流が増大するという欠点を有
していた。

サージ電流が印加された場合も全く同様の欠点を有して
おり、ＺｎＯを主成分とするバリスタの優れた電圧非直
線性は維持し得なくなっていた。

このような電力負荷ないしはサージ印加による特性変化
を改善する試みの一つにＺｎＯを主成分とするバリスタ
に種々のガラスを種々の方法によって含有させる方法が
ある。

しかしその効果は殆んど耐電力特性のみに有効であった
り、逆に耐サージ電流特性のみに有効であったりして１
．この両者に有効なガラスは見出されていなかった。

また一般にＺｎＯを主成分とするバリスタにガラスを添
加すればＶｉ値は非常に大きくなり、１００Ｖ以下にす
ることは困難であった。

本発明の目的は電圧非直線性、もれ電流特性、耐電力負
荷特性、耐サージ特性が共に優れた低電圧用のバリスタ
を提供することにある。

本発明はＺｎＯを主成分とし、副成分としてＣｏ０１Ｍ
ｎ０．ＣｅＯ２およびＡ Ｉ ２０３をそれぞれｏ、ｉ
〜３．０モル％、０，０５〜２．０モル％、０．０５〜
２．０モル％および０．０５〜１．０モル％を配合した
原料に対し、硼珪酸鉛亜鉛ガラスを重量比で１．０〜３
０％添加混合して焼結体とすることにより、本発明の目
的を達成したものである。

以下本発明を実施例により詳細に説明する。

実施例 本発明のバリスタを得る出発原料として純度９９．９％
以上のＺｎＯ，酸化コバルト（Ｃｏｄ）、炭酸マンガン
（ＭｎＣＯ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アル
ミニウム（Ａｌ２Ｏ２）および硼珪酸鉛亜鉛ガラスフリ
ットの各粉末を用いた。

これらの粉末を所定量だけ秤量し、純水を用いてボール
ミルで３６時間混合した。

次いで済過乾燥し、６００°Ｃ〜８５０℃で仮焼し、小
量のバインダ（ＰＶＡ５％水溶液）を加え、直径１６ｍ
ｍの円板に加圧成型した。

焼成は１１００℃〜１４００℃で１時間行なった。

得られた磁器を、厚さ１順に切断、研磨し、直径８闘の
銀電極を焼付けた。

α、Ｖｉ、もれ電流等の特性は、直流電源を使用するか
ないしはカーブトレーサのパルスにより電圧−電流特性
を測定して算定した。

Ｖｉは電流密度１ｍＡ／ａｎｔのときの厚さ１順当の電
圧とした。

電力負荷特性は８０℃に保たれた恒温槽中で０．５Ｗ／
−の電力を３時間印加した後室温にもとしＶＩＯμＡを
測定して変化率を算出し、これで特性評価を行なった。

大電流パルス特性は、５０Ａ（電流波形１０×２００μ
５ｅｃ）のパルスを３０秒間隔で２０回印加した後ＶＩ
ＯμＡを測定して変化率を算出しこれで特性評価を行な
った。

もれ電流ｉＲの値は、ＶｌｍＡの６０％の電圧における
値として評価した。

第１表は用いた硼珪酸鉛亜鉛ガラスの組成比を示す。

第２表に示されたごとく、本発明によれば、いずれも優
れた電圧非直線係数を示し、ＶｌｍＡも１ｏｏｖ以下と
低く、もれ電流も許容される１μＡよりもずっと小さく
、電力負荷による電圧変化率も２０％より小さく、また
大電流パルスに対しても５％より小さく、非常に安定し
た特性を示している。

これらの副成分の有効添加量範囲は第２表から明らかな
ように、コバルト、マンガン、セリウム、およびアルミ
ニウムをそれぞれの酸化物Ｃｏ０１Ｍ ｎ Ｏ−Ｃｅ
０２およびＡ１□０３に換算してそれぞれ０．１〜３モ
ル％、０．０５〜２．０モル％、０．０５〜２．０モル
％および０．０５〜１．０モル％であり、硼珪酸鉛亜鉛
ガラスの有効な添加量の範囲は１．０〜３０重量％であ
る。

このように優れた特性が得られたのは、ＺｎＯに単に硼
珪酸鉛亜鉛ガラスを添加したことによるのではなく、コ
バルト、マンガン、セリウム、アルミニウムが副成分と
して共存しての結果である。

最後に、本実施例において硼珪酸鉛ガラスの添加を原料
配合時に添加混合した結果を示したが、硼珪酸鉛亜鉛ガ
ラス以外の前記原料を先に混合し、仮焼後側珪酸鉛亜鉛
ガラスを添加しても全く同様の結果が得られた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸化亜鉛を主成分とし、副成分としてコバルト、マ
   ンガン、セリウムおよびアルミニウムをこれらの酸化物
   Ｃｏｄ、 Ｍｎ０１Ｃｅ０２およびＡｌ２Ｏ３に換算し
   てそれぞれ０．１〜３．０モル％、０．０５〜２．０モ
   ル％、０．０５〜２．０モル％および０．０５〜１．０
   モル％を配合した原料に対し硼珪酸鉛亜鉛ガラスを重量
   比で１．０〜３０％添加配合して得る焼結体からなる電
   圧非直線抵抗体。