JPS5965406A - 電圧非直線抵抗体 - Google Patents

電圧非直線抵抗体

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JPS5965406A
JPS5965406A JP57176591A JP17659182A JPS5965406A JP S5965406 A JPS5965406 A JP S5965406A JP 57176591 A JP57176591 A JP 57176591A JP 17659182 A JP17659182 A JP 17659182A JP S5965406 A JPS5965406 A JP S5965406A
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voltage
nonlinear resistor
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atomic
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JP57176591A
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JPS644651B2 (ja
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哲 丸山
孝一 津田
向江 和郎
永沢 郁郎
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01CRESISTORS
    • H01C7/00Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/10Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material voltage responsive, i.e. varistors
    • H01C7/105Varistor cores
    • H01C7/108Metal oxide
    • H01C7/112ZnO type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (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。

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トシてシ
リコンカーバイト(8iC)、セレン(Se)。
シリコン(Si)又はZ n Oを主成分とした、バリ
スタが利用されている。中でもZnO’i生成分とした
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。そのため半導体素子の
ような過電流耐量の小さいものでまfcZnOを主成分
とし、副成分として希土類元素、コバルト(Co )お
よびカリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(
Cs)のうち少なくとも1種そしてさらにクロム<cr
)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
ることが知られている。しかしこの電圧非直線抵抗体に
おいて、短波量サージ耐量がやや低いという欠点々 t1課課電寿命特性低いなどという欠点があ勺、素子の
小型化を行う上で問題があった。
本発明は、短波量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。小形で高短波尾サージ耐量かつ課
電寿命特性の責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、Coおよびに+’ Cs、Rbのうぢ少な
くとも一種ならびにCr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、短波用の大電流のサージが印
加されると素子表面に備えられた電極の外周部において
電界集中による電流集中が発生し、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。
このような問題を解決すべく研究を集めたところ、副成
分として(にホウ素(B)を添加することにより、素子
外周部が内部よりやや高抵抗化する事実、そL7てこれ
が電極外周部での電流集中を防止し、短波用サージkn
itの向上を可能にする事実を見出した。一方抵抗体内
部における不均質部も同時に消滅し1課電寿飴の大幅な
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、尿発明を完成した。
しかして本発明によれば、ZnOf主成分とし、副成分
として希土類元素、Coおよびに、Rb、Csのうち少
なくとも一種ならびにCr f含む従来の電圧非直線抵
抗体において、更に副成分としてB全添加したことを特
徴とする電圧非直線抵抗体が提供される。
ここで原子チとは、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元素の原子数の油分率を意味する
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℃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℃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℃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、特性の薊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Pr、010.CO3O4,に2CO3,
Cr2O5゜B2O3粉末を後記の第1表に記載の所定
の原子係に相当する爺で添加し、十分に混合した後50
0〜1000℃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42mの円板状に加
圧成型し、1100℃〜1400℃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澗の試料に研磨し、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1mAの電
流を流した時の電極間電圧V   1mA〜10mAで
の非直線指数α並びに短波用サージ電流耐量として4×
10μsec、65kAの衝撃電流を2回印加して前後
の■  の変化を求めた。また課電寿命特性として、直
流100mAを5分間通電し、前後で1μAの電流を流
した時の電極間電圧V、ユの変化を求めた。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
て荀られる。
I = (V’/C) ここで、Cは電流密度が1mA/cdlのときの素子の
単裕厚さ当itりの電圧である。電圧非直線抵抗体の配
合組成を柚々変えたときの電気的特性の測定結果を併わ
せて第1に記す。第1表に示した配合組成は原料中の各
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係で示されている。
第  1  表 第1表に示す試料N(L 1はZnOにP r 、 C
o 、 K 。
Crのみを添加して製造した従来の焼結体に相当し、そ
の短波用サージ電流特性は−64,3%、課電寿命特性
は−31,5%、非直線指数αは32である。
本発明の目的である短波用サージ電流耐量が良好である
、即ち”mA の変化率が−64,3%より0%に近く
、課電寿命特性が向上した。即ちVIltAの変化率が
−35,4%より0%に近い試料は第1表によシNu 
3〜NIL 7 、 ?岨10〜Nα13.Nα16〜
N(L20゜N(L23〜Na25 、 NlZ 8〜
N(L33である。このうち試料Nα33は非直線指数
αが低く実用に供し得ない。従ってPrは0.08〜5
.0原子チ、COは0.1〜10原子係、Kは0.01
〜1.0原子911. Crは0.01〜1,0原子チ
、Bは5XIQ ’〜lXl0 ’原子チの範囲で添加
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Pr、Co、に、Crを含む系にさらにB′f
、添加することにより、短波尾ザージ電流耐量、課電寿
命特性が大幅に改良される。これld、Zno KPr
、Co、に、Cr、B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、はぼオー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。
Th特h−絡り■士→   ・   ・・・第1表は、
希土類元素としてPrを用いた場合についてのみ例示し
た。Pr以外の希土類元素あるいは2種類以上の希土類
元素を用いた場合のBの添加による効果を第2表に示す
第2表 第2表から、Pr以外の希土類元素においても、優れた
非直線を失わずに短波尾サージ電流耐量と課電寿命が大
幅に改善されることが解る。
第3表に、Kの代わりにRb、Osを添加して製造した
場合の非直線抵抗体の特性を、第4表に、さらζこK及
びRh、cs両者を共存させて添加した場合の非直線抵
抗体の特性を示す。
第   3   表 第   4   表 いずれの場合も、Bの添加により、K単独の場合と同様
に優れた非直線性を失わずに短波尾サージ電流耐量と課
電寿命が大幅に改善される。この場合も、希土類元素を
0.08〜5.0原子チ、Coを0、1〜10.0原子
チ、K、Cs、Rbのうち少なくとも1種を総量で0.
01〜1.0原子%、 Cr ′fr−=4 0、01〜1.0原子%、B15xlO〜1xlO原子
饅の範囲で添加する必要がある。これらの場合、ZnO
K希土類元素、Co及びに、Cs、RbOうち少なくと
も一種ならびにCr  とBとが共存して初めて達成さ
れるものであシ、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ほぼオーミンクな特性しか得ら
れず、実用に供することができない。
上述したように、ZnOを主成分とし* P r +C
o及びに、Cs、Rb  うち少なくとも一種ならびに
CrとBを副成分として添加した電圧非直線抵抗体は、
良好な非直線性を保付した上で短波尾サージ電流耐量と
課電寿命が大幅に向上し、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。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 酸化亜鉛を主成分とし、これに副成分として少なくとも
    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%、カリウム。 セシウム、ルビジウムのうち少なくとも一種1r:総量
    で0.01〜1.0原子%、クロ、ムを0.01〜1.
    0原子チ、ホウ素を5X10’〜lXl0 ’原子チの
    範囲で添加し焼成−してなることを特徴とする電圧非直
    線抵抗体。
JP57176591A 1982-10-07 1982-10-07 電圧非直線抵抗体 Granted JPS5965406A (ja)

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DE19833336065 DE3336065A1 (de) 1982-10-07 1983-10-04 Verfahren zur herstellung eines spannungsabhaengigen, nicht-linearen zinkoxid-widerstands
US06/761,314 US4579702A (en) 1982-10-07 1985-07-30 Zinc oxide voltage nonlinear resistors

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