JPS594103A - 電圧非直線抵抗体 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電圧非直線抵抗体、さらに詳しくは過電圧保
護用素子として用いられる酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分
とした電圧非直線抵抗体に関する。

従来、電子機器、電気機器の過電圧保護を目的として、
それぞれシリコンカーバイト（８１０）、セレン（Ｓｅ
）　、シリコン（Ｓｉ）又はＺｎＯを主成分としたバリ
スタが利用されている。中でもＺｎＯを主成分としたバ
リスタは、一般に制限電圧が低く、電圧非直線指数が大
きいなどの特徴を有しているため、半導体素子のような
過電流耐量の小さいもので構成される機器の過電圧に対
する保護１こ適しているので、ＳｉＯよりなるバリスタ
などに代って広く利用されるようになった。

またＺｎＯを主成分とし、副成分として希土類元素及び
コバル）　（Ｏｏ）を元素又は化合物の形で添加して焼
成することにより製造される電圧非直線抵抗体が電圧非
直線性に優れていることも知られている。しかしこのよ
うな電圧非直線抵抗体においては、長波尾のサージ電流
耐量がやや低いという欠点や課電寿命性能が低いなどと
いう欠点があり、素子の小型化を行う上で問題があった
。

本発明は長波尾サージによる素子の破壊機構を究明し、
さらに破壊防止を行うことを実現し、同時に課電寿命特
性をも向上させた、小形で高長波尾す−ジ電流耐針かつ
課電寿命特性の優れた電圧非直線抵抗体を提供すること
を目的としている。

ここに本発明者は、ｚｎＯを主成分とし、副成分として
希土類元素およびコバルトを添加してなる従来技術の電
圧非直線抵抗体においては、大ｔｉ流集中が発生し、か
かる電流集中が素子の破壊をもたらす事実を見出した。

また抵抗体内部においては、局部的な不均質部が存在し
ている事実を確認し、直流電流通電時にこの不均質部へ
の電流集中が発生し、特性劣化をもたらすことを見出し
た。

この問題点を解決すべくさらに研究を進めた結果、副成
分として硼素とアルミニウム、ガリウムおよびインジウ
ムの中の少くとも一種とをさらに添加することｌこより
、素子外周部が内部よりやや高抵抗化する事実、そして
これに伴い電極外周部での電流集中を防１ヒし、長波尾
サージ電流耐量が向上する事実を見出した。一方抵抗素
体内部りこおける不均質部も同時に消滅し、課電寿命の
大巾な向上がなされた電圧非直線抵抗体が得られること
を見出し、本発明を完成した。

しかして本発明によれば、ＺｎＯを主成分とし、副成分
として希土類元素、コバルトを含む電圧非直線抵抗体に
おいて、更に副成分として硼素とアルミニウム、ガリウ
ム、インジウムの中の少くとも一種とを添加したことを
特徴とする電圧非直線抵抗体が提供される。

ここで原子係とは、所定の電圧非直線抵抗体を製造する
ために配合された原料組成物中の各成分金属元素の原子
数の総和に対する添加金属元素の原子数の百分率を意味
する。

本発明に従う電圧非直線抵抗体は、一般にはＺｎＯと添
加成分の金属又は化合物の混合物を酸素含有雰囲気のも
とて高温で焼成し、焼結させることによって製造される
。

通常、添加成分は金属酸化物の形で添加されるが、焼成
過程で酸化物になり得る化合物、例えば炭酸塩、水酸化
物、弗化物およびその溶液なども用いることができ或い
は単体元素の形で用いて焼成過程で酸化物にすることも
できる。

特に好ましい方法によれば、本発明の電圧非直線抵抗体
は、ＺｎＯ粉末に添加成分金属又は化合物の粉末を十分
に混合し、焼成前に空気中で５００〜１０００°Ｃで数
時間仮焼し、仮焼物を十分に粉砕し、所定の形状に成形
し、次いで空気中で１１００〜１４００°Ｃ程度の温度
で数時間焼成することにより製造される。１１００℃よ
り低い焼成温度では、焼結が不十分で特性が不安定であ
る。また１４００°Ｃより高い温度では、均質な焼結体
を得ることが困難となり、電圧非直線性が低下し、特性
の制御などの再現性に難点があり、実用に供する製品を
得がたい。

ここで、本発明をさらに例示するために実施例を示す。

実施例 ＺｎＯ粉末にＰｒ６Ｏ１１，０ｏ１０４　、Ｂ１０ｇ　
、Ａ１１０！粉末を後記の第１表に記載の所定の原子チ
に相当する蓋で添加し、十分に混合した後、５００〜１
０００℃で数時間仮焼した。次いで、仮焼物を十分に粉
砕し、バインダーを加え、直径１７ｉ＋ｉｔの円板状に
加圧成型し、１１００〜１４００’Ｃで空気中で１時間
焼成して焼結体を得た。この様にして得られた焼結体を
厚さ２朋の試料に研磨し、その両面に電極を焼付けて素
子を作り、その電気的特性を測定した。

電気的特性としては、２５℃において素子に１５− ｍＡの電流を流した時の電極間電圧Ｖｌ　ｍＡ　、１　
ｍＡ〜印加し、前後のＶｌ　ｍＡの変化の平均値を求め
た。

又課電寿命特性としては、直流２０ｍＡを５分間通電し
、前後の■、μＡ（１μＡ通電時の電圧）の変化を求め
た。非直線指数αは、素子電流工の電圧■に対する変化
を次式に近似した時に得られる。

ここで、Ｃは電流密度が１　ｍＡ／ｍのときの素子の単
位厚さ当りの電圧である。

抵抗体の配合組成を種々変えたときの電気的特性の測定
結果をも第１の表１こ併わせて示す。第１表に示した配
合組成は、配合された原料中の各成分金属元素の原子数
の総和に対する添加元素の原子数の比から算出される原
子チで示されている。

第　　　１　　　表 試料ＡＩは、ＺｎＯにＰｒ　、Ｏｏのみを添加して製造
した従来の抵抗体ζこ和尚し、その長波尾サージ電流耐
量特性は−１００，０％、課電寿命特性は−１８，１％
、非直線指数は３５である。本発明の目的である長波尾
サージ電流耐量が良好な即ち、−１００，（１％より０
チに近く、課電寿命特性が向−卜した、即ち１８１％よ
り０チに近い試料は第１表よりＡ３〜７．扁１゜〜１３
　、　Ａ　１６〜２１．Ａ２３〜２６である。この中、
試料Ａ２１は非直線指数αが低く実用には供さない。従
って、Ｐｒは０．０８〜５．０原子％、Ｏｏ　はｏ、ｉ
　〜ｉｏ、ｏ原子優、Ｂは０．０００５〜０．１原子％
、ＡＩはｌＸ１０″′４〜５Ｘ１０−”原子係の範囲内
で添加する必要がある。

以上第１表から明らかなように、副成分としてのＰｒ、
Ｏｏ系にＢおよびＡＩ　　を添加することにより、長波
尾サージ電流耐量と課電寿命特性が犬［１］に改良され
る。これはＺｎＯにＰｒ　、Ｏｏ　、Ｂ　、ＡＩ　　が
共存して初めて達成されるものである。これらの副成分
を単独に添加すると、電圧非直線性は極めて悪く、はジ
オ−ミックな特性しか得られず実用に供することができ
ない。

また第１表においては、希土類元素としてＰｒについて
のみ例示したが、Ｐｒ以外の希土類元素あるいは２種類
以上の希土類元素（こついても、ＢおよびＡ１の添加に
よる効果は、Ｐｒ単独の場合と同様、優れた非直線性を
失わずに長波尾サージ′ｄ流耐量と課電寿命特性の大巾
な改良が見出された。これらの結果を第２表に示す。ま
たＡ１０代わりにガリウム又はインジウムを用いた場合
も、第１，２表と同じ効果が得られた。

９− 第　　　２　　　表 上述したようζこ、本発明の電圧非直線抵抗体は、良好
な電圧非直線性を保持した上で、長波尾サージ電流耐Ｉ
と課電寿命が大巾に向上し、従ってバリスタとして極め
て有効に使用することができる。

１０− ＋ｖＩＹＰ人）Ｆ埋土　山　口　　　凰手続補正書（［
ｉｌカ １．事件の表示　　　特願昭灼匹／／ミ乙２ｚ２、発明
）名称　　（、彫−〇Ｖ許枦屹仄ヤＬル住　　所　　川
崎市川崎区田辺新１１１１番１号７、補正の対象　卯Ｆ
書の１胃１請求の範囲の項補■７の内容 特許請求の範囲を下記のとおり訂正しまず。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化亜鉛を主成分とし、これに副成分として少くとも一
   種の希土類元素を総量で０．０８〜５．０原子チ、コバ
   ルトを０．１〜１０．０原子俤、硼素を５　Ｘ　１０”
   ”〜１×１０−１原子チおよびアルミニウム、カリウム
   、インジウムの中から少くとも一種を総量でＩ　Ｘ　１
   ０”−’〜５　Ｘ　１０−”　原子チの範囲で添加して
   焼成してなることを特徴とする電圧非直線抵抗体。