JPS5853488B2 - 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
て酸化ビスマス（Ｂ１２０３）、酸化コバルト（ＣｏＯ
）、酸化アンチモン（ｓｂ２ｏａ）、酸化ニッケル（Ｎ
ｉｐ）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１朋当りの立上り電圧が１ｏｏｖ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−
７４６ページ所載の論文（Ｍ 、 Ｍａｔｓｕｏｋａ
、 ” Ｎｏｎｏｈｍｉｃ Ｐｒｏ −ｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆ Ｚｉｎｃ ０ｘｉｄｅ Ｃｅｒａｍｉｃｓ”Ｊ
ａｐａｎ、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／１＝（ＶｉＶｉ）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
れるかを示すものであり、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、電流が１ｍＡ／ｄの時の値を用いて、立
上り電圧と称し、Ｖ １ｒｎＡで表わされている。

従来の酸化亜鉛バリスタでは、この■１ｍｌ、は、１０
０Ｖ以上でそれ以下のものを得るのは困難であった。

ＶｌｍＡ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關の厚さが実用上
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
問題が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のみならず電流ｉＲ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ｉＨ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１μＡ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圧
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負荷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、この両者に有効なガラスは見出されていな力）つた
。

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Ｂｉ２Ｏ３
、Ｃｏ０１５ｂ２０３およびＮｉＯをそれぞれ０．１〜
３．０モル％、０．０５〜２．０モル％、０．０５〜１
．０モル％および０．０５〜１．０モル％配合した原料
に対し、硼珪酸鉛亜鉛ガラスを重量比で０．０５〜１０
％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％以
上のＺｎＯ，酸化ビスマス（Ｂｔ２ｏｓ）、酸化コバル
ト（Ｃｏｄ）、酸化アンチモン（Ｓｂ２０３）、酸化ニ
ッケル（Ｎｉｐ）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、濾過乾燥し、６００℃〜８５０℃で仮焼し、小
量のバインダ（ＰＶＡ５％水溶液）を加え、直径１６關
の円板に加圧成型した。

焼成は１１００°Ｃ〜１４００℃で１時間行なった。

得られた磁器を厚さｌｉｍに切断、研磨し、直径８ｉｍ
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／ｃｒｉｔのときの厚さ１ｍｍ当
りの電圧とした。

電力負荷特性は８０℃に保たれた恒温槽中でｏ、５ｗ７
＝の電力を３時間印加した後室温にもどし、■１ｏμＡ
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１０Ｘ２００μｓ
ｅｃ ）のパルスを３０秒間隔で２０回印加した後Ｖ１
０μＡ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ｉＢの値は■１ｍＡ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、■１ｍＡも１００■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な添加量範囲は、第２表から明ら
かなように、ビスマス、コバルト、アンチモンおよびニ
ッケルをそれぞれの酸化物Ｂｉ２Ｏ３、ＣｏＯ，５ｂ２
０３およびＮ ｉ Ｏに換算してそれぞれ０．１〜３．
０モル％、０．０５〜２．０モル％、０．０５〜１．０
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、０．０５〜１０．
０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、ビ
スマス、コバルト、アンチモンおよびニッケルが副成分
として共存しての効果であることは明らかである。

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硼珪酸鉛亜鉛ガ
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、副成分としてビスマス、コ
   バルト、アンチモンおよびニッケルをこれらの酸化物Ｂ
   ｉ２Ｏ３、Ｃｏ０１Ｓｂ２０３およびＮｉＯに換算して
   それぞれ０．１〜３モル％、０．０５〜２．０モル％、
   ０．０５〜１．０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
   ０．０５〜１０％添加混合して得る焼結体からなる電圧
   非直線抵抗体。