JPS5919444B2 - Manufacturing method of voltage nonlinear resistor - Google Patents

Manufacturing method of voltage nonlinear resistor

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JPS5919444B2
JPS5919444B2 JP53156613A JP15661378A JPS5919444B2 JP S5919444 B2 JPS5919444 B2 JP S5919444B2 JP 53156613 A JP53156613 A JP 53156613A JP 15661378 A JP15661378 A JP 15661378A JP S5919444 B2 JPS5919444 B2 JP S5919444B2
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varistor
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雅紀 稲田
和生 江田
治 牧野
政行 界
篤志 伊賀
道雄 松岡
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は制限電圧比や温度特性などの良好な電圧非直線
抵抗器を製造する方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a voltage nonlinear resistor with good limiting voltage ratio and temperature characteristics.

ZnOにBi、Co、Mnや他の酸化物を添加したZn
O焼結体は顕著な非オーム性を示すことがよく知られて
おり、電気回路における異常電圧サージの吸収や回路電
圧の安定化のためのバリスタとして広く実用に供されて
いる。
Zn made by adding Bi, Co, Mn and other oxides to ZnO
It is well known that O sintered bodies exhibit remarkable non-ohmic properties, and are widely used as varistors for absorbing abnormal voltage surges in electric circuits and stabilizing circuit voltages.

しかしながら、より優れた特性をそなえたバリスタ、た
とえば、サージ吸収特性の重要な要素である大電流での
制限電圧比(たとえば、IOAにおける電圧VIOAと
バリスタ電圧■、mAとの比)のより小さいもの、15
0〜200℃の使用にも耐える温度特性の優れたもの、
厚さlamあたりのバリスタ電圧(■1mA/龍)が著
しく小さいもの、より高エネルギーのサージを吸収でき
るもの、などに対する市場の要望はますます大きくなっ
てきている。
However, varistors with better characteristics, such as smaller limiting voltage ratios at large currents (e.g., the ratio of the voltage VIOA at IOA to the varistor voltage ■, mA), are important factors in surge absorption characteristics. , 15
Products with excellent temperature characteristics that can withstand use at temperatures between 0 and 200°C.
There is an increasing demand in the market for varistor voltages per lam thickness (■1mA/dragon) that are extremely low and for products that can absorb higher energy surges.

シリコン制御製流器SCRの保護を目的とした制限電圧
比の顕著に優れたものや、自動車のバッテリー付近に設
置して150〜200℃の温度域で用いることができ、
かつ自動車の低電圧回路に使用できるものなどはその一
例である。
It has a significantly superior limiting voltage ratio for the purpose of protecting silicon-controlled flow restrictors SCR, and can be installed near car batteries and used in a temperature range of 150 to 200 degrees Celsius.
One example is one that can be used in low-voltage circuits in automobiles.

従来、30〜50V用の低電圧用バリスタとして、Zn
OにBi2O3やCo 203 、Mn 02、TiO
2などを加えたもの、ZnOにBi2O3やCO□03
、MnO2、BeOなどを加えたものがあり、これらの
ものでは、かなりZnOの結晶粒子を成長させることが
できるので、バリスタ電圧(vtmν4りを40Vある
いはそれ以上にすることができる。
Conventionally, Zn has been used as a low voltage varistor for 30 to 50V.
Bi2O3, Co203, Mn02, TiO
2, etc., Bi2O3 and CO□03 to ZnO
, MnO2, BeO, etc., and these can grow ZnO crystal particles to a considerable extent, making it possible to increase the varistor voltage (vtmv4) to 40V or more.

しかしながら、これらのものでは温度特性が非常に悪く
、また、制限電圧比やサージ耐量特性もよくなかった。
However, these devices had very poor temperature characteristics, and also had poor limiting voltage ratio and surge resistance characteristics.

これらの系に、温度特性やサージ耐量特性の改善に著し
い効果を示す5b203を添加すると、それによってZ
nO結晶粒子の粒成長が抑制され、VtmA/7W7W
が5b203を添加しなかったときの倍以上にも上昇す
る。
When 5b203, which has a remarkable effect on improving temperature characteristics and surge resistance characteristics, is added to these systems, Z
Grain growth of nO crystal grains is suppressed, and VtmA/7W7W
increases more than twice as much as when 5b203 was not added.

そのため、バリスタ電圧を上昇させずに温度特性やサー
ジ耐量の向上をはかることが困難であった。
Therefore, it has been difficult to improve the temperature characteristics and surge resistance without increasing the varistor voltage.

さらに、BeOは安全衛生上の見地からみても好ましく
なかつなまた別の試みとして、あらかじめZnO焼結体
を粉砕して得たZnO微粒子に添加物をまぶして成型、
焼成して、バリスタ電圧の低い素子を得ようとする方法
も考えられた。
Furthermore, although BeO is not desirable from a safety and health standpoint, as another attempt, we made ZnO fine particles obtained by crushing a ZnO sintered body in advance, sprinkled with additives, and molded them.
A method of firing the varistor to obtain an element with a low varistor voltage was also considered.

しかしながら、この方法では単にZnO成型体を高温度
下で長時間焼成しても、容易には低電圧用の素子を得る
ことができなかった。
However, with this method, even if the ZnO molded body is simply fired at high temperature for a long time, it is not possible to easily obtain a low voltage element.

この方法において、添加物によってコーティングされる
ZnO微粒子は高温度下で焼成され焼結が十分に進んだ
微粒子の結晶体であるため、これに添加物をまぶして成
型、焼成した焼結体では粒成長があまり起らず、したが
って収縮もほとんど起らず、気孔のきわめて太きい、耐
湿性に問題のある素子であった。
In this method, the ZnO particles coated with additives are crystalline particles that have been fired at high temperatures and have undergone sufficient sintering. The element did not grow very much, therefore hardly contracted, had extremely large pores, and had a moisture resistance problem.

そしてZnO粒子間の接触が点接触状態に近いため、サ
ージ吸収時には接触点での電流密度が高くなり、サージ
吸収時性の重要な要素である大電流での制限電圧比が大
きくなる。
Since the contact between the ZnO particles is close to a point contact state, the current density at the contact point increases during surge absorption, and the limiting voltage ratio at large currents, which is an important factor in surge absorption properties, increases.

また、発熱をともなうような高エネルギーサージが加わ
った場合には、接触点での発熱、それに伴う溶融などに
より、特性の劣化が大きくなるなどの問題があった。
Further, when a high-energy surge that causes heat generation is applied, there is a problem in that the heat generation at the contact point and accompanying melting result in a significant deterioration of characteristics.

これに対して、ZnOにBi、Sb、Co、Mn、Cr
やNiなどの酸化物を添加した、sbを含むZnOバリ
スタは、温度特性がよく、制限電圧比特性も優れている
など、バリスタとしてのほとんどすべての特性面におい
て優れている。
On the other hand, ZnO contains Bi, Sb, Co, Mn, and Cr.
ZnO varistors containing sb and oxides such as Ni and Ni are excellent in almost all characteristics as a varistor, such as good temperature characteristics and excellent limiting voltage ratio characteristics.

しかし、この組成のバリスタにはV 1 m A/m?
Hの小さいものが作れないという難点があった。
However, a varistor with this composition has V 1 mA/m?
The problem was that it was not possible to make products with a small H.

本発明は、以上の問題点を解決し、sbを含む配合組成
系において、バリスタ電圧が30〜50Vと低く、気孔
が少なく、制限電圧比(v1oA/■1mA)が小さく
、温度特性がすぐれ、かつ高エネルギーサージに耐える
過電圧吸収用の電圧非直線抵抗器に関する新しい製造法
を実現したものである。
The present invention solves the above problems, and in a composition system containing sb, the varistor voltage is as low as 30 to 50V, there are few pores, the limiting voltage ratio (v1oA/■1mA) is small, and the temperature characteristics are excellent. In addition, a new manufacturing method has been realized for voltage nonlinear resistors for overvoltage absorption that can withstand high-energy surges.

その特徴とするところは、たとえばZo。にBi、Sb
およびCoまたはMnまたはCoとMnなどの酸化物を
必ず添加し、混合、成型、焼成すると焼結体自体が顕著
な非オーム性を示す配合において、そのZnO原材料の
一部分を、Ba。
Its characteristics include, for example, Zo. Bi, Sb
In a formulation in which an oxide such as Co or Mn or Co and Mn is always added, and the sintered body itself exhibits remarkable non-ohmic properties when mixed, molded, and fired, a portion of the ZnO raw material is Ba.

Sr、Ca、Na、になどのアルカリ土類またはアルカ
リ金属成分の少くとも一つを酸化物の形に換算して0.
1〜5モル%含み、ZnOを主成分とする焼結体を水に
より分解して得られるZnO粒子(該ZnO粒子)に置
き換え、かつスピネル相に固溶しないBi2O3,5i
02などの成分以外の添加物成分とZnO原材料の一部
分とを、それらを用いて混合、成型、焼成後粉末化して
作製したスピネル相化合物の粉体に置ね換え、混合、成
型、焼成することにある。
At least one of the alkaline earth or alkali metal components such as Sr, Ca, Na, etc. is converted into an oxide of 0.
Bi2O3,5i containing 1 to 5 mol%, replaced with ZnO particles (the ZnO particles) obtained by decomposing a sintered body mainly composed of ZnO with water, and not solidly dissolved in the spinel phase.
Additive components other than components such as 02 and a part of the ZnO raw material are replaced with powder of a spinel phase compound prepared by mixing, molding, firing, and powdering using them, and then mixing, molding, and firing. It is in.

以下、その詳細について実施例とその比較例にもとすい
て説明する。
The details will be explained below with reference to examples and comparative examples.

〔実施例〕〔Example〕

Zn099.5モル%に対して、、0.5モル%のBa
CO3を添加し十分に混合した後、加圧成型し、120
0〜1400℃の範囲内の湿度で1〜10時間焼成した
0.5 mol% Ba to 99.5 mol% Zn
After adding CO3 and mixing thoroughly, press molding and
It was baked for 1 to 10 hours at a humidity in the range of 0 to 1400°C.

得られた焼結体は、およそ2〜200μmの粒径のZn
O結晶粒子を、数100人の厚さの酸化バリウム層が包
んでいるような構造となっており、高温長時間焼成のも
のほど大きな粒径のZnO粒子から構成される。
The obtained sintered body contains Zn with a particle size of approximately 2 to 200 μm.
It has a structure in which O crystal particles are surrounded by a barium oxide layer several hundreds of times thick, and the ZnO particles that are fired at a higher temperature and for a longer time have a larger particle size.

それらの焼結体を純水中で煮沸し、粒界のBa成分を水
に溶解させることにより、焼結体を壊して、焼結体中の
ZnO結晶粒子をそのままの形で取り出した。
The sintered bodies were boiled in pure water to dissolve the Ba component at the grain boundaries in the water, thereby breaking the sintered bodies and taking out the ZnO crystal particles in the sintered bodies as they were.

得られたZnO結晶粒子は、半径がおよを2〜200μ
mあり、1個または2個程度の単結晶からなっていた つぎに、第1表1欄に示したZnOに少なくともBi、
Sb、およびCoもしくはMn 1もしくはCoとMn
の酸化物を含む配合組成において、スピネル相に固溶し
ない成分(たとえば、Bi2O3゜S i02 )以外
のすべての添加物とZnO原材料の一部分とを混合、成
型し、1350℃で2時間焼成して、スピネル相化合物
を作製した。
The obtained ZnO crystal particles have a radius of approximately 2 to 200μ.
Next, the ZnO shown in column 1 of Table 1 contains at least Bi,
Sb, and Co or Mn 1 or Co and Mn
In a formulation containing an oxide of , a spinel phase compound was prepared.

第1表■欄に、1欄の配合において形成されるスピネル
相化合物の組成を示す。
Table 1, column (2) shows the composition of the spinel phase compound formed in the formulation in column 1.

これらの焼成試料を粉砕し、スピネル相化合物の粉末試
料を作製した。
These fired samples were pulverized to produce powder samples of spinel phase compounds.

つぎに、第1表I欄に示した配合において、系全体の組
成を変えないようにして、ZnO原材料のうち全体の1
0モル%に相当する分量を、上述の方法により取り出し
た2〜200μmの範囲内の2μm以上30μm未満の
大きさのZnO粒子(核ZnO粒子)に置き換え、かつ
B i203 、 S b 203以外の添加物とZn
Oの一部分とを第1表■欄の組成のスピネル相化合物粉
末試料に置き換え、混合、成型してから、1300°C
,3時間焼成した。
Next, in the formulation shown in column I of Table 1, one of the total ZnO raw materials was added without changing the composition of the entire system.
Replace the amount corresponding to 0 mol % with ZnO particles (core ZnO particles) having a size of 2 μm or more and less than 30 μm within the range of 2 to 200 μm taken out by the above method, and add other than B i203 and S b 203 Things and Zn
A part of O was replaced with a spinel phase compound powder sample having the composition shown in column (■) of Table 1, mixed and molded, and then heated at 1300°C.
, baked for 3 hours.

このようにして得られた焼結体は、直径約141nrI
Lの大きさであり、これにオーミック電極を設けてサー
ジ吸収用素子としての諸特性を測定した。
The sintered body thus obtained has a diameter of approximately 141nrI.
An ohmic electrode was provided on this and various characteristics as a surge absorbing element were measured.

この結果を第2表−1,2,3,4の、方式欄に示す。The results are shown in the method column of Table 2-1, 2, 3, and 4.

才た、この方式において、第1表1欄の1−3に対応す
る組成において、核ZnO粒子量を10モル%一定とし
、核ZnO粒子の粒径を変えた場合における特性を第3
表に示す。
In this method, in the composition corresponding to 1-3 in column 1 of Table 1, the amount of core ZnO particles is kept constant at 10 mol%, and the characteristics when the particle size of the core ZnO particles is changed are as follows.
Shown in the table.

また、この方式において、第1表1欄の1−3に対応す
る組成において、核ZnO粒子の量に対してバリスタ電
圧(Vl mA/urn )と制限電圧比(VIOA/
1 mA )が変化する様子を、図に示す。
In addition, in this method, in the composition corresponding to 1-3 in column 1 of Table 1, the varistor voltage (Vl mA/urn) and the limiting voltage ratio (VIOA/
The figure shows how the current (1 mA) changes.

図から明らかなとおり、核ZnO粒子が1〜40モル%
の範囲内でバリスタ(■1mA/mIIL)が30V以
上、50V以下であり、制限電圧比(VIOA/■1m
A)はほぼ1.6以下である。
As is clear from the figure, the core ZnO particles are 1 to 40 mol%.
The varistor (■1mA/mIIL) is 30V or more and 50V or less within the range of
A) is approximately 1.6 or less.

それが1モル%より少なくなると、バリスタ電圧(■1
mA/mm )が非常に高くなり、40モル%を超え
ると制御電圧比(■1oA/■1mA)が非常に大きく
なるだけでなく、バリスタ電圧(VlmA )も上昇す
る。
When it becomes less than 1 mol%, the varistor voltage (■1
mA/mm2) becomes very high and exceeds 40 mol%, not only does the control voltage ratio (1oA/1mA) become very large, but also the varistor voltage (VlmA) increases.

〔比較例〕[Comparative example]

実施例と同一組成であって、原材料酸化物から構成され
る配合での特性値を第2表のC方式の欄に示す。
The characteristic values for a formulation having the same composition as in the example and consisting of raw material oxides are shown in the column C of Table 2.

また、実施例と同一組成であって第1表1欄の配合にお
いて、ZnO原材料のうち全配合組成の10モル%に相
当する分量を核ZnO粒子に置き換えた場合における特
性値を第2表のb方式の欄に示す。
In addition, the characteristic values in the case where the proportion of the ZnO raw material corresponding to 10 mol% of the total blended composition is replaced with core ZnO particles in the formulation shown in column 1 of Table 1, which has the same composition as the example, are shown in Table 2. It is shown in the column b.

つぎに、第1表■欄の1の配合を用いて、ZnO原材料
のうち全配合組成の10モル%に相当する分量を核Zn
O粒子に置き換え、さらに配合に応じて添加物に置き換
えるスピネル相化合物の組成を変えるa方式と異なって
、スピネル相の組成を一定にしておき、■欄の各配合に
おける5b203の全量を、スピネル相化合物の添加量
を調節して、スピネル相中に含ませて添加し、スピネル
相化合物の添加だけでは不足する他の添加物成分をさら
に添加し、全灯として■欄と同一組成となるようにした
場合における特性値を、第2表1のd方式の欄に示した
Next, using the formulation 1 in Table 1 column
Unlike method a, in which the composition of the spinel phase compound is changed by replacing O particles with additives depending on the formulation, the composition of the spinel phase is kept constant, and the total amount of 5b203 in each formulation in column Adjust the amount of the compound added and add it so that it is included in the spinel phase, and further add other additive components that are insufficient just by adding the spinel phase compound, so that the entire lamp has the same composition as in column ■. The characteristic values in this case are shown in the d-method column of Table 2.

この場合において、スピネル相化合物としては、Zn0
6.98モル、5b01.17モル、Co 2030.
44モル、Mn 023 0.44モル、Ni00.89モル1. Cr 203
0. O9モルの割合の組成からなるものを用いた。
In this case, the spinel phase compound is Zn0
6.98 mol, 5b01.17 mol, Co 2030.
44 mol, Mn 023 0.44 mol, Ni 00.89 mol 1. Cr203
0. A composition having a composition of 9 moles of O was used.

また、本発明による素子と従来品の特性を第4表に示す
Further, Table 4 shows the characteristics of the device according to the present invention and the conventional product.

第2表、第3表および第4表において、サージ破壊エネ
ルギーとは、素子がサージによって破壊したときの、そ
の素子に加えられたエネルギーを単位バリスタ電圧につ
いて表わしたものであり、たとえばサージ破壊16ジユ
ールの素子は、■1rnAを16Vに設定すると16ジ
ユールのサージエネルギーで破壊することを意味する。
In Tables 2, 3, and 4, surge breakdown energy is the energy applied to an element when it is destroyed by a surge, expressed with respect to unit varistor voltage. A Joule element means that if 1rnA is set to 16V, it will be destroyed by a surge energy of 16 Joules.

また、湿度課電率とは、150°Cに保たれた素子に1
0μAを流したときに素子の両端に発生する電圧VtO
□A(150℃)を、室温で1mA流したときに素子の
両端に発生する電圧■1mA(RT)で除した値である
In addition, the humidity charge rate is 1
Voltage VtO generated across the element when 0 μA is applied
It is the value obtained by dividing □A (150°C) by the voltage □1mA (RT) generated across the device when 1mA flows at room temperature.

この値は、バリスタの湿度特性と電圧非直線性の両方の
特性の良否の目安となるもので、これが大きいほどそれ
らの特性が優れているので、高温におかれた低電圧回路
の高エネルギーサージの吸収に適している。
This value is a guide to the quality of both the humidity and voltage nonlinearity characteristics of the varistor, and the larger the value, the better these characteristics. suitable for absorption.

第2表のdとC方式を比較すれば明らかなように、d方
式により核ZnO粒子は、ZnOを主成分とするいかな
る配合に対してもバリスタ電圧■1mA/mmを大巾に
低減する効果を示す。
As is clear from the comparison of methods d and C in Table 2, method d has the effect of greatly reducing the varistor voltage of 1 mA/mm with the core ZnO particles for any composition containing ZnO as the main component. shows.

これは、添加した核ZnO粒子が微粒子のZooを吸収
して、さらに大きく粒成長するために、焼結性のよい焼
結体が形成されるためであると考えられる。
This is considered to be because the added core ZnO particles absorb the fine particles of Zoo and grow even larger, so that a sintered body with good sinterability is formed.

一般に、ZnOにBi2O3や他の添加物を加えた酸化
亜鉛バリスタにおいて、5b203が含まれると温度特
性やサージ耐量特性は向上するものの、加熱過程でのs
b酸成分関与する固相反応がZnO粒成長の抑制現象と
関係するため、低電圧化が図れないのが難点であった。
Generally, in zinc oxide varistors made by adding Bi2O3 and other additives to ZnO, the inclusion of 5b203 improves the temperature characteristics and surge resistance characteristics, but the s
Since the solid phase reaction involving the b-acid component is related to the phenomenon of suppressing the growth of ZnO grains, it is difficult to reduce the voltage.

しかし、核ZnO粒子を添加すると、sb酸成分よるZ
nOの粒成長抑制効果以上に核ZnO粒子の粒成長速度
が大きくなるため、低電圧化を達成することができ、か
つsb酸成分含まない系よりも温度特性の非常によい素
子を作製することができる。
However, when core ZnO particles are added, Zn due to the sb acid component
Since the grain growth rate of the core ZnO particles is greater than the grain growth suppressing effect of nO, it is possible to achieve a lower voltage and to create an element with much better temperature characteristics than a system that does not contain the sb acid component. I can do it.

これに対して、第2表のd方式欄に示したように、sb
酸成分含むスピネル相を主成分とする物質をあらかじめ
作製しておき、これを5b203の代りに添加すると、
Sbを含む固溶体のスピネル相化合物はB1□03に対
して安定となるため、加熱過程で、ZnOの粒成長抑制
効果と関係のあるsb酸成分関与する固相反応をほとん
ど避けることができ、その分だけ核ZnO粒子の粒成長
速度が増す。
On the other hand, as shown in the d method column of Table 2, sb
If a substance whose main component is a spinel phase containing an acid component is prepared in advance and added in place of 5b203,
Since the solid solution spinel phase compound containing Sb is stable against B1□03, the solid phase reaction involving the sb acid component, which is related to the grain growth suppressing effect of ZnO, can be almost avoided during the heating process, and the The grain growth rate of the core ZnO particles increases accordingly.

したがって、5b203として添加するときに比べて粒
成長速度がより大きくなるため、より却−で気孔が少な
くなるなど焼結性が著しく増し、第2表に示したb方式
に比べてバリスタ電圧(■1mA/mm)の低減制限電
圧比(Vl OA / ■1mA )の低減、サージ特
性の向上、温度特性の向上などが一層はがれるようにな
った。
Therefore, compared to when adding 5b203, the grain growth rate is higher, and the sinterability is significantly increased, such as fewer pores, and the varistor voltage (■ 1 mA/mm) reduction in the limiting voltage ratio (Vl OA / 1 mA), improved surge characteristics, and improved temperature characteristics.

これに加えて、製品としての歩留りが著しく向上した。In addition to this, the yield of the product was significantly improved.

このように、b方式を改良したd方式により、実用に供
しうる特性をそなえた素子を作製することができる。
In this way, by using the d method, which is an improvement on the b method, it is possible to manufacture an element with characteristics that can be put to practical use.

この場合には、sb酸成分スピネル相化合物中に含めて
添加す不ことにより、Sb成の関与する固相反応を制御
してZnOの粒成長抑制効果を抑制することができる。
In this case, by including and adding the sb acid component to the spinel phase compound, the solid phase reaction involving Sb formation can be controlled and the grain growth inhibiting effect of ZnO can be suppressed.

しかしながら、この方式では、5b203成分はどでは
ないが、ZnOの粒成長抑制効果を示す他の添加物成分
が添加されているので、これらの成分によるZnO粒成
長抑制効果も働く。
However, in this method, although the 5b203 component is not the only component, other additive components that exhibit the effect of suppressing the grain growth of ZnO are added, so that the effect of suppressing the growth of ZnO grains by these components also works.

したがって、それらの成分によるZnO粒成長抑制効果
を抑制できればいっそう低圧化することができ、かつ焼
結体中のZnO粒子の粒径分布が均一になり、緒特性が
いっそう向上する。
Therefore, if the effect of inhibiting the growth of ZnO grains due to these components can be suppressed, the pressure can be lowered even further, and the particle size distribution of ZnO particles in the sintered body becomes uniform, thereby further improving the properties.

本発明では、この点を解決することにより特性を大巾に
向上させている。
In the present invention, by solving this problem, the characteristics are greatly improved.

すなわち、実施例に示したように、ZnOにBi 、S
bおよびCoもしくはMnもしくはCoとMnなどの酸
化物を添加し混合、成型、焼成すると、焼結体自体が顕
著な非オーム性を示す配合において、Zn、0JJj材
料の一部分を核ZnO粒子に置き換え、かっB 120
3やSiO□以外の添加物とZnOの一部分とをそれら
から形成されるスピネル相化合物粉末に置き換え、混合
、成型、焼成すると、第2表1ないし4のa方式欄に示
すように、もつとも低圧化することができ、かつ他の特
性もすぐれた素子を作製することができる。
That is, as shown in the example, Bi and S are added to ZnO.
When oxides such as b and Co or Mn or Co and Mn are added, mixed, molded, and fired, part of the Zn, 0JJj material is replaced with core ZnO particles in a formulation in which the sintered body itself exhibits remarkable non-ohmic properties. , B 120
When additives other than 3 and SiO□ and a portion of ZnO are replaced with spinel phase compound powder formed from them, mixed, molded, and fired, as shown in the method a column of Table 2 1 to 4, it is possible to obtain a powder with low pressure. It is possible to fabricate a device that can be made into a material with a high temperature and has excellent other properties.

これは、5b203引外の添加物成分によるZnO粒子
成長抑制効果が制御できることにより、d方式において
達成された焼結体の微細構造の均一性や気孔率の減少な
どの焼結性の向上、バリスタ電圧(■1mAZ龍)の低
減、制限電圧比(■1oA/v1mA)、サージ特性の
向上、湿5度特性の向上などの而において、さらに大巾
に特性を向上できるようになったことによる。
This improves the sinterability, such as the uniformity of the microstructure of the sintered body and the reduction of porosity, which was achieved in the d method, by controlling the effect of suppressing the growth of ZnO particles by the additive components of 5b203. This is because it has become possible to further improve the characteristics by reducing the voltage (■1mAZ dragon), limiting voltage ratio (■1oA/v1mA), improving surge characteristics, and improving humidity characteristics at 5 degrees Celsius.

これに加えて、製品としての歩留りが著しく向上した。In addition to this, the yield of the product was significantly improved.

第3表は、本発明のa方式において、焼成条件を130
0℃、3時間一定としておき、ZnO原材料のうちの全
配合組成の10モル%に相当する分量を置換すべき核Z
nO粒子について、その粒径範囲を変えた場合における
特性変化を示したものである。
Table 3 shows the firing conditions of 130% in method a of the present invention.
The temperature is kept constant at 0°C for 3 hours, and the core Z to be replaced corresponds to 10 mol% of the total composition of the ZnO raw material.
The figure shows changes in characteristics of nO particles when the particle size range is changed.

核ZnO粒子の粒径を2μm以上で30μm未満にする
ことによって、本発明の目的である、バリスタ電圧(V
+ mA/mvt )が30Vないし50Vであって、
制限電圧比や湿度特性の優れた1 バリスタを製造する
ことができる。
By setting the particle size of the core ZnO particles to 2 μm or more and less than 30 μm, the varistor voltage (V
+ mA/mvt) is 30V to 50V,
Varistors with excellent limiting voltage ratio and humidity characteristics can be manufactured.

核ZnO粒子を、30 pm以上にするとV1mA/m
mが30V未満となってしまう。
When the core ZnO particle is 30 pm or more, V1mA/m
m becomes less than 30V.

なお、非オーム性に関しては、この方式では非オーム性
の向上に寄与するCoやMnなどの成分が高温において
スピネル相中から他の共存する相中に拡散するため、b
、c、bの方式と同等の特性が得られる。
Regarding non-ohmic properties, in this method, components such as Co and Mn that contribute to improving non-ohmic properties diffuse from the spinel phase into other coexisting phases at high temperatures.
, c, and b.

第4表は、ZnOにBi、Co、MnやTiの酸化物を
添加して製造される従来品の低電圧用バリスタの代表的
な特性と本発明によるバリスタの特性値を示したもので
ある。
Table 4 shows typical characteristics of conventional low voltage varistors manufactured by adding oxides of Bi, Co, Mn and Ti to ZnO and characteristic values of the varistor according to the present invention. .

本発明による電圧非直線抵抗器は、いずれの特性におい
ても著しく優れていることが示される。
It is shown that the voltage nonlinear resistor according to the present invention is significantly superior in all characteristics.

第2表、第3表および第4表の実施例および比較例では
、核ZnO粒子としてはZnOにB a C03を添加
して作製したものを用いているが、核ZnO粒子は、こ
の方法゛以外にも、ZnOにSr、Ca。
In the Examples and Comparative Examples shown in Tables 2, 3, and 4, core ZnO particles prepared by adding B a C03 to ZnO are used. In addition, Sr and Ca are added to ZnO.

Na、に、Li、Csなどのアルカリ土類やアルカリ金
属成分などの添加した焼結体を水により分解する方法に
よっても作製することができ、それらの核ZnO粒子を
用いても同じ効果を得ることができる。
It can also be produced by using water to decompose a sintered body to which alkaline earth or alkali metal components such as Na, Li, or Cs are added, and the same effect can be obtained by using these core ZnO particles. be able to.

また、これらの実施例では純粋な核ZnO粒子を用いて
いるが、必ずしも純粋である必要はなく、バリスタ作用
を損わずにZnOに同容しうる成分であれば、ZnO結
晶中にあらかじめ同心させておいてもよい。
In addition, although pure core ZnO particles are used in these examples, they do not necessarily have to be pure, and as long as they are components that can be mixed with ZnO without impairing the varistor effect, they can be concentrically formed in the ZnO crystal in advance. You can leave it.

ZnOにB12O3゜5b203.Co2032Mn0
□、NIo、cr2o3などを添加した酸化亜鉛バリス
タでは、ZnO結晶相中にCo、Mn、Ni成分などが
固溶している。
B12O3゜5b203. to ZnO. Co2032Mn0
In the zinc oxide varistor to which □, NIo, cr2o3, etc. are added, Co, Mn, Ni components, etc. are dissolved in the ZnO crystal phase.

これらのZnOに固溶しうる成分をBa成分とともにZ
nOに添加し焼成しても、Ba成分だけを添加した場合
と同様の焼結体が得られ、これを水により分解すること
により、ZnOにCo、Mn。
These components that can be solid-dissolved in ZnO are added to ZnO together with Ba component.
Even if it is added to nO and fired, a sintered body similar to that obtained when only Ba component is added is obtained, and by decomposing this with water, Co and Mn are added to ZnO.

Niの固溶した核ZnO粒子を取出すことができる。Core ZnO particles containing Ni in solid solution can be taken out.

この核ZnO粒子実施例や比較例で使用した純粋な核Z
nO粒子の代りに用いても特性に関して本質的にほとん
ど差がなく、むしろ特性がよくなる傾向が認められる。
This core ZnO particle The pure core Z used in the examples and comparative examples
Even if it is used in place of nO particles, there is essentially no difference in the properties, and in fact, there is a tendency for the properties to become better.

核ZnO粒子の作製において、実施例では純水中で煮沸
する方法を用いた。
In the production of core ZnO particles, a method of boiling in pure water was used in the examples.

されは、粒界層の水中への酵解速度を高め、焼結体の分
解を促進するためであり、煮沸そのものは核ZnO粒子
を取出すため必要不可欠の条件ではない。
The purpose of this is to increase the rate of fermentation and decomposition of the grain boundary layer into water and promote the decomposition of the sintered body, and boiling itself is not an essential condition for removing the core ZnO particles.

また、上記実施例および比較例では、基本となる配合と
して、ZnOにBi、SbおよびCoもしくはMnもし
くはCoとMnなどの酸化物を添加し、さらにCr、N
i、Siなどの酸化物を添加しているが、Cr、Ni、
Siなどの酸化物以外にも電圧非直線性特性やその他の
バリスタ特性の向上に効果のある成分を含み配合でも同
じ効果があることは勿論のことである。
In addition, in the above examples and comparative examples, oxides such as Bi, Sb and Co or Mn or Co and Mn are added to ZnO as the basic composition, and Cr, N
Although oxides such as i, Si, etc. are added, Cr, Ni,
It goes without saying that the same effect can be obtained by containing components other than oxides such as Si that are effective in improving voltage nonlinearity characteristics and other varistor characteristics.

以上説明したように、本発明は、ZnOにBi2O3を
少なくとも添加した配合に核ZnO粒子を添加し、焼成
すると、核ZnO粒子を著しく粒成長する現象と、Zn
Oに少くともB12O3と5b203を添加し、さらに
Co2M”n 、 N i−¥)C[などの酸化物など
を添加した配合において、温度特性やサージ耐量特性の
向上に顕著な効果のあるsb酸成分スピネル相化合物の
中に含めて添加すると、sb酸成分よるZnOの粒成長
抑制効果が抑制されること、およびsb成分以外の添加
物でスピネル相に固溶する成分をすべてスピネル相中に
含めて添加してやると、それらの添加物によるZnO粒
成長抑制効果が抑制されること、などを利用したもので
ある。
As explained above, the present invention is characterized by the phenomenon that when core ZnO particles are added to a mixture of ZnO and at least Bi2O3 and fired, the core ZnO particles grow significantly, and
In a formulation in which at least B12O3 and 5b203 are added to O, and oxides such as Co2M"n, Ni-\)C[, etc. are added, sb acid has a remarkable effect on improving temperature characteristics and surge resistance characteristics. When added as a component in the spinel phase compound, the effect of suppressing grain growth of ZnO by the sb acid component is suppressed, and all additives other than the sb component that are solid-dissolved in the spinel phase are included in the spinel phase. This method takes advantage of the fact that when these additives are added, the effect of inhibiting ZnO grain growth by those additives is suppressed.

本発明により、低圧回路における高エネルギーサージの
吸収用素子であって、常温付近だけでなく、150〜2
00°Cの高温度域でも使用できる素子として、電圧非
直線抵抗器を歩留りよく作製しうるようになった。
The present invention provides an element for absorbing high-energy surges in low-voltage circuits, which can be used not only at room temperature but also at
It has become possible to manufacture voltage nonlinear resistors with high yield as elements that can be used even in the high temperature range of 00°C.

また、本発明による技術を用いて、ZnOにBi、Sb
およびCoもしくはMnもしくはCOとMnなどの酸化
物を必ず含む配合において、ZnO原材料の一部分に置
換する核ZnO粒子の量、粒径、sb酸成分スピネル相
化合物の粒径、素子の焼成条件などを変えることにより
、種々のバリスタ電圧をもち、かつ湿度特性や制限電圧
比特性などの優れた電圧非直線抵抗器を容易に得ること
ができる。
Moreover, using the technology according to the present invention, Bi, Sb and ZnO can be added to ZnO.
In a formulation that always contains oxides such as Co or Mn or CO and Mn, the amount and particle size of the core ZnO particles to replace a part of the ZnO raw material, the particle size of the sb acid component spinel phase compound, the firing conditions of the element, etc. By changing the varistor voltage, voltage nonlinear resistors with various varistor voltages and excellent humidity characteristics, limiting voltage ratio characteristics, etc. can be easily obtained.

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

図はZnO原材料に対する核ZnO粒子の置換量と、バ
リスタ電圧(VomA)、制限電圧比(V10A/v1
mA)との関係を示す。
The figure shows the replacement amount of core ZnO particles with respect to the ZnO raw material, varistor voltage (VomA), and limiting voltage ratio (V10A/v1
mA).

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] I ZnOを主成分とし、少なくともBi、Sbおよ
びCoもしくはMnの添加成分を含み、焼成すると焼結
体自身が非オーム性を示す配合において、ZnO原材料
のうち全配合組成の1〜40モル%に相当する分量を2
μm以上で30μm未満の粒径のZnO粒子に置き換え
、」かつ、前記添加成分のうちでスピネル相に固溶する
成分と前記ZnO原材料の一部分とを、それを用いて混
合、成型、焼成後粉砕して作製したスピネル相化合物の
粉末試料に置き換え、混合、成型、焼成することを特徴
とする電圧非直線抵抗器の製造方法。
I In a formulation that contains ZnO as the main component and contains at least additional components of Bi, Sb, and Co or Mn, and the sintered body itself exhibits non-ohmic properties when fired, it accounts for 1 to 40 mol% of the total composition of the ZnO raw material. The corresponding amount is 2
``replaced with ZnO particles having a particle size of µm or more and less than 30 µm, and use them to mix, mold, calcinate, and then pulverize the component that solidly dissolves in the spinel phase and a part of the ZnO raw material. A method for manufacturing a voltage nonlinear resistor, which comprises replacing the powder with a powder sample of a spinel phase compound prepared by mixing, molding, and firing.
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