JPS5982703A - 電圧非直線抵抗体 - Google Patents
電圧非直線抵抗体Info
- Publication number
- JPS5982703A JPS5982703A JP57193726A JP19372682A JPS5982703A JP S5982703 A JPS5982703 A JP S5982703A JP 57193726 A JP57193726 A JP 57193726A JP 19372682 A JP19372682 A JP 19372682A JP S5982703 A JPS5982703 A JP S5982703A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- atoms
- nonlinear resistor
- current
- zno
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- 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。
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。
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テシ
リコンカーバイト（８ｉ０）、セレン（８ｅ）。
リコンカーバイト（８ｉ０）、セレン（８ｅ）。
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。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構成される機器の過電圧に
対する保護に適しているので、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。
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。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構成される機器の過電圧に
対する保護に適しているので、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、コ
ハル） （Ｏｏ ） 、マグネシウム（Ｍｇ）、 カル
シウム（Ｏａ）のうち少くとも一種、カリウム（Ｋ）。
ハル） （Ｏｏ ） 、マグネシウム（Ｍｇ）、 カル
シウム（Ｏａ）のうち少くとも一種、カリウム（Ｋ）。
ルビジウム（Ｒｂ）およびセシウム（Ｏｓ ）のうち少
なくとも一種ならびにクロム（Ｏｒ ）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は短波尾サージ耐
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、素子の小形化を行う上で問題があった。
なくとも一種ならびにクロム（Ｏｒ ）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は短波尾サージ耐
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、素子の小形化を行う上で問題があった。
本発明は、短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短波尾サージ耐量かつ課電
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。
、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、ＣＯおよびＭｇ、Ｏａ のうち少なくと
も一種、Ｋ、Ｏｓ およびＲ，ｂのうち少なくとも一種
ならびにＯｒ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、短波尾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。
希土類元素、ＣＯおよびＭｇ、Ｏａ のうち少なくと
も一種、Ｋ、Ｏｓ およびＲ，ｂのうち少なくとも一種
ならびにＯｒ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、短波尾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
分として更にホウ素（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、そしてこれが
電極外周部での電流集中を防止し、短波尾サージ耐量の
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、課電寿命の大幅な向上が
なされた電圧非直線抵抗体が得られることを見出し、本
発明を完成した。
分として更にホウ素（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、そしてこれが
電極外周部での電流集中を防止し、短波尾サージ耐量の
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、課電寿命の大幅な向上が
なされた電圧非直線抵抗体が得られることを見出し、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、Ｏｏ、Ｍｇ、Ｏａのうち少なくとも
一種、Ｋ、ＲｈおよびＯ５のうち少なくとも一種ならび
に、Ｃｒを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。
として希土類元素、Ｏｏ、Ｍｇ、Ｏａのうち少なくとも
一種、Ｋ、ＲｈおよびＯ５のうち少なくとも一種ならび
に、Ｃｒを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。
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。
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、弗化物詔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。
過程で酸化物になり得る化合物、例えば炭酸塩、水酸化
物、弗化物詔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。
特に好ましい方法番こよれば、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０ ここで本発明をさらに例示するために実施例を示す０ 実施例 ＺｎＯ粉末にＰ ｒ、Ｏ，、、０ｏ３０４． ＭｇＯ，
Ｋ、００．．０ｒｔＯａ。
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０ ここで本発明をさらに例示するために実施例を示す０ 実施例 ＺｎＯ粉末にＰ ｒ、Ｏ，、、０ｏ３０４． ＭｇＯ，
Ｋ、００．．０ｒｔＯａ。
Ｂ！０．粉末を後記の第１表に記載の所定の原子チに相
当する量で添加し、十分に混合した後、５００〜１００
０℃で数時間仮焼した。次いで仮焼物を十分に粉砕し、
バインダーを加えて直径４２１ｍの円板状に加圧成型し
、１１００’Ｃ〜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５− られた焼結体を厚さ２ＩＩｉＥ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。
当する量で添加し、十分に混合した後、５００〜１００
０℃で数時間仮焼した。次いで仮焼物を十分に粉砕し、
バインダーを加えて直径４２１ｍの円板状に加圧成型し
、１１００’Ｃ〜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５− られた焼結体を厚さ２ＩＩｉＥ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、ｍ人、１ ｍＡ〜１０ｍ
Ａでの非直線指数αならびに短波尾サージ電流耐量とし
て４×１０μｓｅｃ、６５ｋＡ（Ｄ衝撃電流を２回印加
して前後のＶｌｍＡ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１μ人
電流を流した時の電極間電圧Ｖ１μ人の変化を求めた。
流を流した時の電極間電圧Ｖ、ｍ人、１ ｍＡ〜１０ｍ
Ａでの非直線指数αならびに短波尾サージ電流耐量とし
て４×１０μｓｅｃ、６５ｋＡ（Ｄ衝撃電流を２回印加
して前後のＶｌｍＡ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１μ人
電流を流した時の電極間電圧Ｖ１μ人の変化を求めた。
非直線指数αは、素子電流Ｉの電圧■に対する変化を次
式に近似して得られる。
式に近似して得られる。
Ｉ ＝ （Ｖ／Ｃ）”
ここで、Ｃは電流密度が１ｍ人／ｄのときの素子の単位
厚さ当たりの電圧である。電圧非直線抵抗体の配合組成
を種々変えたときの電気的特性の測定結果を後記の第１
表に記す。同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−６− で示されている。
厚さ当たりの電圧である。電圧非直線抵抗体の配合組成
を種々変えたときの電気的特性の測定結果を後記の第１
表に記す。同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−６− で示されている。
第 １ 表
第１表（つづき）
第１表に示す試料Ａ１はＺｎＯにＰｒ、Ｏｏ、Ｍｇ。
Ｋ、Ｏｒのみを添加して製造した従来の焼結体に相当し
その短波尾サージ電流特性は−５８，５％、課電寿命特
性は−３２，７％、非直線指数αは４１である。本発明
の目的である短波尾す−ジ電流耐８− 量が良好である、即ちＶｌｍＡの変化率が−５８，５％
より０チに近く、課電寿命特性が向上した、即ち■１μ
人の変化率が−３２，７％より０％に近い試料は、第１
表においてＡ３〜Ａ６．Ａ９〜屋１２゜ＡＩ５〜Ａｌ
８．Ａ２１〜煮２３．屋２６〜崖２９゜およびＡ３２〜
Ａ３７である。このうち試料Ａ３７は非直線指数αが低
く実用に供さない。従って、Ｐｒは０．０８〜５．０原
子チ、Ｃｏは０．１〜１０原子チ、Ｍｇは０．０１〜５
．０原子チ、Ｋは０．０１〜１．０原子％、Ｏｒは０．
０１〜１．０原子チ、Ｂは５×１０″″４〜Ｉ Ｘ １
０−’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Ｐ ｒ、Ｏｏ、Ｍｇ、
に、Ｏｒを含む系にさらにＢを添加すること匿より、短
波尾サージ電流耐量、課電寿命特性が大幅に改良される
。これはＺｎＯにＰ ｒ、Ｏｏ、Ｍｇ、に、Ｏｒ、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。
その短波尾サージ電流特性は−５８，５％、課電寿命特
性は−３２，７％、非直線指数αは４１である。本発明
の目的である短波尾す−ジ電流耐８− 量が良好である、即ちＶｌｍＡの変化率が−５８，５％
より０チに近く、課電寿命特性が向上した、即ち■１μ
人の変化率が−３２，７％より０％に近い試料は、第１
表においてＡ３〜Ａ６．Ａ９〜屋１２゜ＡＩ５〜Ａｌ
８．Ａ２１〜煮２３．屋２６〜崖２９゜およびＡ３２〜
Ａ３７である。このうち試料Ａ３７は非直線指数αが低
く実用に供さない。従って、Ｐｒは０．０８〜５．０原
子チ、Ｃｏは０．１〜１０原子チ、Ｍｇは０．０１〜５
．０原子チ、Ｋは０．０１〜１．０原子％、Ｏｒは０．
０１〜１．０原子チ、Ｂは５×１０″″４〜Ｉ Ｘ １
０−’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Ｐ ｒ、Ｏｏ、Ｍｇ、
に、Ｏｒを含む系にさらにＢを添加すること匿より、短
波尾サージ電流耐量、課電寿命特性が大幅に改良される
。これはＺｎＯにＰ ｒ、Ｏｏ、Ｍｇ、に、Ｏｒ、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。
９−
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。第２表に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系についてのＢの添加によ
る効果を示した。Ｐｒ以外の希土類元素においても優れ
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。
例示した。第２表に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系についてのＢの添加によ
る効果を示した。Ｐｒ以外の希土類元素においても優れ
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。
第 ２ 表
１０−
第３表に、Ｍｇの代わりにＯａを添加して製造した場合
の非直線抵抗体の特性を示した。第４表には、Ｍｇ、Ｏ
ａ、に、ＲｈおよびＯｓを添加した場合の非直線抵抗体
の特性を示した。
の非直線抵抗体の特性を示した。第４表には、Ｍｇ、Ｏ
ａ、に、ＲｈおよびＯｓを添加した場合の非直線抵抗体
の特性を示した。
第 ３ 表
第 ４ 表
いずれの場合も、Ｂの添加の効果は、Ｍｇ単独の場合お
よびに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
とにある。この場合も、希土類元素は０．０８〜５．０
原子チ、ＣＯはｏ、 ｉ〜１０．０原子チ、Ｍｇ、Ｏａ
のうち少なくとも一種は０．０１〜５原子チ、Ｋ、Ｏｓ
、Ｒｂのうち少なくとも一種は総量でｏ、ｏｉ〜１．０
原子−１Ｏｒは０．０１〜１．０原子チ、Ｂは５ Ｘ
１０’〜Ｉ Ｘ １０−″！原子チの範囲で添加する必
要がある。これらの場合、ＺｎＯに希土類元素、Ｏｏ、
Ｍｇ、Ｏａのうち少なくとも一種、Ｋ、Ｏｓ、Ｒｂのう
ち少なくとも一種、ＯｒおよびＢが共存して初めて達成
されるものであり、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。
よびに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
とにある。この場合も、希土類元素は０．０８〜５．０
原子チ、ＣＯはｏ、 ｉ〜１０．０原子チ、Ｍｇ、Ｏａ
のうち少なくとも一種は０．０１〜５原子チ、Ｋ、Ｏｓ
、Ｒｂのうち少なくとも一種は総量でｏ、ｏｉ〜１．０
原子−１Ｏｒは０．０１〜１．０原子チ、Ｂは５ Ｘ
１０’〜Ｉ Ｘ １０−″！原子チの範囲で添加する必
要がある。これらの場合、ＺｎＯに希土類元素、Ｏｏ、
Ｍｇ、Ｏａのうち少なくとも一種、Ｋ、Ｏｓ、Ｒｂのう
ち少なくとも一種、ＯｒおよびＢが共存して初めて達成
されるものであり、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。
上述したように、ＺｎＯを主成分とし、希土類元素、Ｏ
ｏ、Ｍｇ、Ｏａのうち少なくとも一種、Ｋ。
ｏ、Ｍｇ、Ｏａのうち少なくとも一種、Ｋ。
（！ｓ、Ｒｈのうち少なくとも一種、ＯｒならびにＢを
副成分として添加した本発明の電圧非直線抵抗体は、良
好な非直線性を保持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〇 １３−
副成分として添加した本発明の電圧非直線抵抗体は、良
好な非直線性を保持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〇 １３−
Claims (1)
- 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原子チ、マグネシウム、カル
シウムのうち少なくとも一種を０．０１〜５．０原子チ
、カリウム、セシウム、ルビジウムのうち少なくとも一
種を総量で０９０１〜１．０原子チ、クロムを０．０１
〜１．０原子チ、ホウ素を５×１０−４〜Ｉ 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。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57193726A JPS5982703A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 電圧非直線抵抗体 |
| US06/509,508 US4473812A (en) | 1982-11-04 | 1983-06-30 | Voltage-dependent nonlinear resistor |
| DE19833324732 DE3324732A1 (de) | 1982-11-04 | 1983-07-08 | Spannungsabhaengiger, nicht linearer widerstand |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57193726A JPS5982703A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 電圧非直線抵抗体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5982703A true JPS5982703A (ja) | 1984-05-12 |
| JPS644652B2 JPS644652B2 (ja) | 1989-01-26 |
Family
ID=16312773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57193726A Granted JPS5982703A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | 電圧非直線抵抗体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5982703A (ja) |
-
1982
- 1982-11-04 JP JP57193726A patent/JPS5982703A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS644652B2 (ja) | 1989-01-26 |
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