JPS5878412A - Composite function element - Google Patents

Composite function element

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JPS5878412A
JPS5878412A JP56176863A JP17686381A JPS5878412A JP S5878412 A JPS5878412 A JP S5878412A JP 56176863 A JP56176863 A JP 56176863A JP 17686381 A JP17686381 A JP 17686381A JP S5878412 A JPS5878412 A JP S5878412A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
noise
varistor
range
sintered body
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
JP56176863A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
高見 昭宏
義和 小林
黒川 英輔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP56176863A priority Critical patent/JPS5878412A/en
Publication of JPS5878412A publication Critical patent/JPS5878412A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Ceramic Capacitors (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、チタン酸ストロンチウム系半導性磁器に酸化
鉄(ye203 )を微量含有させて得られる焼結体自
身が電圧非直線性を有し、かつきわめて大きな誘電率を
有する複合機能素子に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides a sintered body obtained by incorporating a small amount of iron oxide (ye203) into strontium titanate-based semiconducting porcelain, which itself has voltage nonlinearity and has an extremely large dielectric constant. The present invention relates to a multifunctional device having the following functions.

従来、電圧非直線抵抗を有するセラミックスとして8i
Cバリスタや酸化亜鉛を主成分とするバリスタがある。
Conventionally, 8i was used as a ceramic with voltage non-linear resistance.
There are C varistors and varistors whose main ingredient is zinc oxide.

かかるノ(リスクは電流I−電電圧時特性近似的に 1 : (v/c) ” で表わされるものである。ここで、Cはノ(リスク固有
の定数であり、αは電圧非直線指数である。
The risk is approximately expressed as 1 : (v/c)''. Here, C is a constant specific to the risk, and α is the voltage nonlinear index. It is.

SiCバリスタはSiC粒子間の接触)(リアを利用し
たものであり、αは2〜7程度である。また、酸化亜鉛
バリスタは酸化亜鉛(ZnO)にB12O3,Coo。
The SiC varistor uses contact between SiC particles (rear), and α is about 2 to 7. Also, the zinc oxide varistor uses zinc oxide (ZnO), B12O3, and Coo.

MnO2,5b203等を微量添加して焼成したことに
より得られる素子であり、その電圧非直線指数αが60
にもおよぶ素子である。このような素子は高電圧吸収に
優れた性能を有しているので、電子機器の電圧安定化や
異常高電圧(サージ)からの保護の目的で使用されてい
る。しかしながら、このような従来のバリスタは誘電率
が小さく、また誘電損失角(tanδ)が6〜10%と
大きいため、もっばらバリスタの用途にしか利用し得な
い。
This is an element obtained by adding a small amount of MnO2, 5b203, etc. and firing it, and its voltage nonlinearity index α is 60.
It is an element that spans over 1000 yen. Since such elements have excellent performance in absorbing high voltages, they are used for voltage stabilization of electronic devices and protection from abnormal high voltages (surges). However, such conventional varistors have a small dielectric constant and a large dielectric loss angle (tan δ) of 6 to 10%, so they can only be used for varistor applications.

一方、従来大きな誘電率(正確には見かけの誘電率)を
有する粒界層型半導体磁器コンデンサ素子は、チタン酸
バリウム、チタン酸ストロンチウム等の半導体磁器粒界
を再酸化または原子価補償することにより絶縁化して得
られる素子である。
On the other hand, conventional grain boundary layer type semiconductor ceramic capacitor elements with a large dielectric constant (more precisely, apparent dielectric constant) have been developed by reoxidizing or valence-compensating the grain boundaries of semiconductor ceramics such as barium titanate and strontium titanate. This is an element obtained by insulating it.

この素子の見かけの誘電率は6〜6万にも達するもので
ある。また、組成や条件を適当に選べばtanδも1チ
内外で、小型大容量のコンデンサとして利用されている
。しかしながら、1mA以上の電流が素子を通過すると
破壊され、コンデンサとしての機能をなくする。
The apparent dielectric constant of this element reaches 60,000 to 60,000. Furthermore, if the composition and conditions are appropriately selected, tan δ can also be used as small-sized, large-capacity capacitors within and outside the 1-inch range. However, when a current of 1 mA or more passes through the element, it is destroyed and loses its function as a capacitor.

本発明の素子は上述の2つの素子の機能を同時に具備す
る画期的な複合機能素子である。すなわち、高電圧では
バリスタとして高電圧電流を通し、低電圧ではコンデン
サとして異常周波数帯域電流を通す複合機能を有する素
子である。
The device of the present invention is an epoch-making multifunctional device that simultaneously has the functions of the two devices described above. That is, it is an element having a complex function of passing high voltage current as a varistor at high voltage and passing abnormal frequency band current as a capacitor at low voltage.

さて、最近の電気・電子機器はきわめて高度な制御を要
するようになり、産業用はもとより、マイクロコンピュ
ータの応用にょシ、民生機器もきわめて高精度を要求さ
れるようになってきた。そシテ、マイ・クロコンピユー
タ等を構成するロジック回路はパルス信号にょシ動作す
るため、必然的にノイズに影響されやすいという欠点が
ある。このため電子計算機、バンキングマシン、交通制
御機器等は、ノイズあるいはサージにより一旦誤動作、
破損を起すと社会的問題にもなる。このような問題の対
策として、従来よりノイズフィルタが使用されてきた。
Nowadays, electrical and electronic equipment has come to require extremely sophisticated control, and not only industrial equipment, but also microcomputer applications and consumer equipment have come to require extremely high precision. Since the logic circuits that make up microcomputers and the like operate on pulse signals, they inevitably have the disadvantage of being susceptible to noise. For this reason, electronic computers, banking machines, traffic control equipment, etc. may malfunction or malfunction due to noise or surges.
If damage occurs, it also becomes a social problem. Noise filters have conventionally been used as a measure against such problems.

ノイズとは電子機器を動作させる時の目的とする信号電
圧以外の妨害電圧のことであり、人工的に発生するもの
と自然現象により発生するものとに分けられる。そして
、このようなノイズをコイルとコンデンサを組み合せた
回路で除去していた。しかしながら、人工的に発生する
ノイズでは特に送電線の遮断器によるもの、自然現象に
よるノイズでは特に雷サージによるもの等は、ノイズの
基本周波数が低く6〜20 KHz程度であり、従来の
コイルとコンデンサの組み合せだけではこれらのノイズ
を除去することができなかった。このような問題にかん
がみ、線間あるいは線大地間に電圧非直線抵抗体(バリ
スタ)を併用したノイズフィルタが最近しばしば使用に
供されてりる。かかるノイズフィルタではきわめて広範
囲にわたるノイズが除去しうるので、マイクロコンピュ
ータ制御機器の誤動作防止に有効である。しかしながら
、かかるノイズフィルタはそのセット内部における部品
点数が多くなり、コスト高になる上、小型化の動向に反
するという欠点があった。本発明の素子によってこのよ
うな問題点を解決することができるようになった。すな
わち、本発明の素子はバリスタとコンデンサの複合機能
を備えているため、従来バリスタとコンデンサを並列に
接続する回路において1個の素子で用を果たすものであ
る。
Noise is an interfering voltage other than the intended signal voltage when operating electronic equipment, and can be divided into those generated artificially and those generated by natural phenomena. Such noise was removed using a circuit that combined a coil and a capacitor. However, artificially generated noise, especially from circuit breakers on power transmission lines, and noise caused by natural phenomena, especially from lightning surges, have a low fundamental frequency of about 6 to 20 KHz, and conventional coils and capacitors cannot be used. It was not possible to remove these noises only by the combination of In view of these problems, noise filters that use a voltage nonlinear resistor (varistor) between the lines or between the lines and the ground have recently been frequently used. Since such a noise filter can remove a very wide range of noise, it is effective in preventing malfunctions of microcomputer-controlled equipment. However, such a noise filter has disadvantages in that the number of parts in the set increases, the cost is high, and it goes against the trend of miniaturization. The device of the present invention has made it possible to solve these problems. That is, since the element of the present invention has a combined function of a varistor and a capacitor, a single element can serve the purpose in a conventional circuit in which a varistor and a capacitor are connected in parallel.

本発明の素子はチタン酸ストロンチウム系半導体磁器に
きわめて微量の酸化鉄(Fe2o3)を含有させて得ら
れるものであり、以下実施例たる添付図面を参照し、本
発明の内容を詳細に説明する。
The device of the present invention is obtained by incorporating a very small amount of iron oxide (Fe2O3) into a strontium titanate-based semiconductor ceramic.The content of the present invention will be explained in detail below with reference to the accompanying drawings which are examples.

第1図は本発明の複合機能素子の断面図を示し、1はチ
タン酸ストロンチウム系半導性磁器の焼結体、2及び3
は電極である。
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the multifunctional device of the present invention, in which 1 is a sintered body of strontium titanate-based semiconducting porcelain, 2 and 3
is an electrode.

〈実施例〉 炭酸ストロンチウムを50.22〜47.95モルチ。<Example> Strontium carbonate at 50.22 to 47.95 mol.

酸化チタンを49.7〜48.71モルチ、酸化鉄を0
.01〜1.0 モルチ、及び酸化ニオブ、酸化タンタ
ル、酸化ネオジウムのうち少なくとも1種を0.06〜
0.5モルチ含有させてなる組成物を十分に混合して後
、1100〜1260℃の範囲で1〜6時間仮焼し、粉
砕し、有機バインダーを加え、造粒し、成型した。この
成型体を還元雰囲気中にて13oO〜1460’Cの範
囲で1〜6時間焼成して比抵抗が0.62〜0.50・
(7)で、平均粒径が20〜60μmの焼結体を作成し
た。この焼結体の形状は7.6φX O,7t (m)
である。この後、1oo。
49.7 to 48.71 molti titanium oxide, 0 iron oxide
.. 01 to 1.0 molti, and at least one of niobium oxide, tantalum oxide, and neodymium oxide to 0.06 to 1.0
After thoroughly mixing the composition containing 0.5 molt, it was calcined at 1100 to 1260°C for 1 to 6 hours, pulverized, an organic binder was added, granulated, and molded. This molded body was fired in a reducing atmosphere at a temperature of 13oO to 1460'C for 1 to 6 hours to obtain a specific resistance of 0.62 to 0.50.
In step (7), a sintered body having an average particle size of 20 to 60 μm was produced. The shape of this sintered body is 7.6φX O, 7t (m)
It is. After this, 1oo.

〜13001:の範囲で0.5〜5時間空気中で熱処理
し、第1図の焼結体1を得た。さらに、この焼結体1の
両半部に電極2,3を形成した。電極径は6.0φ(m
)  とした。
-13001: heat treatment in air for 0.5 to 5 hours to obtain the sintered body 1 shown in FIG. Furthermore, electrodes 2 and 3 were formed on both halves of this sintered body 1. The electrode diameter is 6.0φ (m
).

このようにして得られた素子の特性を下記の表に示す。The characteristics of the device thus obtained are shown in the table below.

尚、下記表中で”rt/NSアは、酸化チタン及び炭酸
ストロンチウムの配合組成量をチタン及びストロンチウ
ムの原子数比に換算したものである。εはIKHz  
における誘電率であF) 、tanδは誘電損失角であ
る。aは1 mAと1omAにおけるバリスタ電圧から
計算で求めた電圧非直線指数である。サージ耐量は雷サ
ージ等の大電流をどこまで素子が吸収しうるかを示す値
であり、サージ耐量が大きいほど優れたバリスタといえ
る。
In the table below, "rt/NSA" is the composition amount of titanium oxide and strontium carbonate converted into the atomic ratio of titanium and strontium. ε is IKHz
is the dielectric constant at F), and tan δ is the dielectric loss angle. a is a voltage nonlinear index calculated from the varistor voltage at 1 mA and 1 omA. Surge withstand capacity is a value that indicates how much large current such as lightning surge can be absorbed by the element, and the greater the surge withstand capacity, the better the varistor is.

その試験は印加するパルスを電流波形8×20μ8eC
とし、バリスタ電圧v1mAが初期値に対して010%
劣化せる電流波高値をサージ耐量と規定した。パルスの
印加回数は2回である。
The test applied a pulse with a current waveform of 8 x 20μ8eC.
Then, the varistor voltage v1mA is 010% of the initial value.
The current peak value that deteriorates is defined as the surge withstand capacity. The number of pulse applications is two.

(以  下  余   白) 上記表から明らかなように% NTi / NS r比
が0.90〜1.26 の範囲でバリスタ及びコンデン
サの機能を有しているが、特に0.97〜1.036の
範囲が良好である。また、酸化鉄の添加量としては0.
01〜1.0モルチの範囲で焼結体が均一粒成長をした
多結晶粒子を有するためにサージ耐量が大きい。酸化鉄
の添加量が0.01モルチ未満ではαが6以下であり、
サージ耐量も50A以下   □であった。また、酸化
鉄の添加量が1.0モルチを超えた場合では焼結体が不
均一粒成長した多結晶粒子を有し、焼結体に曲がりを生
じやすく、特性バラツキが大きい上、サージ耐量かやは
p4sA以下と小さい。
(Left below) As is clear from the table above, it has the function of a varistor and a capacitor when the %NTi/NSr ratio is in the range of 0.90 to 1.26, but especially in the range of 0.97 to 1.036. The range is good. In addition, the amount of iron oxide added is 0.
Since the sintered body has polycrystalline grains with uniform grain growth in the range of 0.01 to 1.0 molar, the surge resistance is large. When the amount of iron oxide added is less than 0.01 molt, α is 6 or less,
The surge resistance was also less than 50A □. In addition, if the amount of iron oxide added exceeds 1.0 molt, the sintered body will have polycrystalline grains with non-uniform grain growth, and the sintered body will tend to bend, resulting in large variations in properties and surge resistance. Kaya is small with p4sA or less.

酸化ニオブ、酸化タンタル及び酸化ネオジウムについて
はそれぞれ互換性があり、0.06〜0.5モルチの範
囲で焼成時にチタン酸ストロンチウムを主体とする微結
晶の格子内に固溶し、原子価制御し、焼結体の抵抗を0
.2〜0.60・個の範囲にすることができた。この範
囲の量よりも多くても少なくても比抵抗は大きくなり、
サージ耐量を大きくすることができなかった。上記表の
試料A3゜7〜10.13〜16が本発明の間中に入る
ものであり、その他は比較例である。
Niobium oxide, tantalum oxide, and neodymium oxide are compatible with each other, and during firing, they form a solid solution in the lattice of microcrystals mainly composed of strontium titanate in the range of 0.06 to 0.5 molt, and control the valence. , the resistance of the sintered body is 0
.. It was possible to set the number in the range of 2 to 0.60. If the amount is greater or less than this range, the resistivity will increase,
It was not possible to increase surge resistance. Samples A3°7-10.13-16 in the above table fall within the range of the present invention, and the others are comparative examples.

次に、かかる素子で第2図に示すような回路を作り、第
6図に示すようなノイズ入力aに対して出力状況を調べ
た結果、第6図の出力状況曲線すに示すようにノイズを
おさえることができた。なお、第3図に示す従来のフィ
ルタ回路の出力状況は・第6図の出力状況曲線Cの如く
であり、十分にノイズが除去されていない。また、第4
図に示すバリスタを含む従来のフィルタ回路では本発明
の素子を用いた第2図の回路と同等の効果が得られるが
、バリスタを含むだけ部品点数が多い。第2図〜第4図
で4は本発明の素子、6はコイル、6はコンデンサ、7
はバリスタである。
Next, a circuit as shown in FIG. 2 was made using such an element, and the output situation was investigated for the noise input a shown in FIG. 6. As a result, the output situation curve in FIG. I was able to suppress it. Incidentally, the output situation of the conventional filter circuit shown in FIG. 3 is like the output situation curve C in FIG. 6, and noise is not sufficiently removed. Also, the fourth
A conventional filter circuit including the varistor shown in the figure can obtain the same effect as the circuit shown in FIG. 2 using the element of the present invention, but the number of components is large due to the varistor. In FIGS. 2 to 4, 4 is the element of the present invention, 6 is a coil, 6 is a capacitor, and 7 is an element of the present invention.
is a barista.

以上述べたように、本発明の素子は従来にない複合機能
を備え、バリスタとコンデンサの2つの役割を同時に果
たすこと艇可能であり、たとえば樅来のノイズフィルタ
回路を。簡略化し、小型、高・性能、低コスト化に寄与
するものであり、今後マ止の用途等への応用を図ること
ができる等大きな有用性をもち、その産業的価値は甚大
である。
As described above, the device of the present invention has an unprecedented composite function and can simultaneously serve as a varistor and a capacitor, such as a noise filter circuit. It contributes to simplification, compactness, high performance, and low cost, and has great utility as it can be applied to other applications in the future, and its industrial value is enormous.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の複合機能素子の断面図、第2図は本発
明の素子を用いたノイズフィルタ回路の回路図、第3図
及び第4図は従来のノイズフィルタ回路の回路図、第6
図は第2図〜第4図に示す回路に対応するそれぞれの入
、カノイズと出力ノイズの状況を示す図である。 1・・・・・・チタン酸ストロンチウム系半導性磁器の
焼結体、2・3・・・・・・電極。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 第3図 第4図 第5図 一〕11シJ−:歌 (MHz)
FIG. 1 is a sectional view of a multifunctional device of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a noise filter circuit using the device of the present invention, FIGS. 3 and 4 are circuit diagrams of a conventional noise filter circuit, and FIG. 6
The figure is a diagram showing the situations of input, noise, and output noise corresponding to the circuits shown in FIGS. 2 to 4. 1... Sintered body of strontium titanate semiconducting porcelain, 2.3... Electrode. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person No. 1
Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 1] 11 J-: Song (MHz)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] チタンとストロンチウムの原子数の比が0..97〜1
.036の範囲にあり、酸化鉄を0.01〜1.0モル
チの範囲で含有し、かつ原子価制御元素としてニオブ、
タンタル、ネオジウムのうち少なくとも1種類の元素を
含み、その含有量が酸化物にして0.06〜0.6モル
チの範囲にあるチタン酸ストロンチウム系半導体磁器の
焼結体の表面に一対以上の電極を形成してなる複合機能
素子。
The ratio of the number of atoms of titanium and strontium is 0. .. 97-1
.. 036, contains iron oxide in the range of 0.01 to 1.0 molty, and contains niobium as a valence control element,
A pair or more of electrodes are provided on the surface of a sintered body of strontium titanate semiconductor ceramic containing at least one element among tantalum and neodymium, the content of which is in the range of 0.06 to 0.6 molti as an oxide. A multifunctional device formed by forming.
JP56176863A 1981-11-04 1981-11-04 Composite function element Pending JPS5878412A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0780417A (en) * 1993-08-30 1995-03-28 Electrocom Gard Ltd System and method for sorting mail and holder for article transfer

Cited By (1)

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