JPS62137807A - 複合バリスタ材料 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体セラミック粉末を用いたバリスタ材
料の改良に関し、特に半導体セラミック粉末のほか樹脂
等を用いる複合バリスタ材料の改良に関する。

［従来の技術］ セラミックバリスタとしては、従来より、（イ）ＳｉＣ
系、ＺｎＯ系、−ｒ；　０２系、３ｒ　Ｔｉ　Ｏｓ系、
Ｂａ　Ｔｉ　０３系、ｓｎ　０２系およびＦｅ　２０、
系などのものが知られている。バリスタの電流電圧特性
は、Ｉ＝（Ｖ／Ｃ）　　で表わされる。ここで、■は電
流を、■は電圧を、Ｃはバリスタ定数を、αは非直線係
数を示す。αは、ＺｎＯ系では、１０〜１００と大きく
、Ｔ；　０２系あるいはＦｅ２Ｏ３系など他の材料では
２〜８の範囲である。

他方、複合バリスタ材料として、特開昭５３−４４８９
９号には、（ロ）金属酸化物バリスタ用セラミックスと
プラスチック樹ｒＭ％＞末との混合物を熱間圧縮してな
るものが開示されている。ここでは、非直線係数αは最
大で約２０とされている。

さらに、特公昭５５−５８４６号には、（ハ）チタン酸
バリウム系磁器粉末と樹脂とからなる複合バリスタ材料
が開示されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述したバリスタ材料のうち、（イ）のせラミツクバリ
スタ材料では、バリスタを構成するに際し、配合された
組成物を仮焼−扮砕一造粒一成形の工程を経た後、高温
で焼成しなければならない。

したがって、長時間の処理および高温操作が必要である
。のみならず、セラミックバリスタは脆いため、成形性
および加工性に難があった。

他方、特開昭５３−４４８９９号および特公昭５５−５
８４６号に開示された複合バリスタ材料では、樹脂を含
むものであるため成形性および加工性は改善されている
。しかしながら、特開昭５３−４４８９９号に開示され
ている材料でバリスタを構成した場合、試ｒ４１　ｍｒ
Ｒ厚の場合に１　　ｍＡの電流を流したときの電界Ｖ、
は２５０ｖ／ＩＩＩＩＩとかなり大きい値となっている
。同様に、特公昭５５−５８４６号に開示されている複
合バリスタ材料においても、この電界Ｖ、は８０〜１０
０Ｖ／ｍ１Ｉｌとかなり大きい。よって、この電界強度
Ｖ＋の低いことが要求される用途には用いることができ
ない。

それゆえに、この発明の目的は、成形性および加工性に
優れ、かつ上述した電界強度を低くすることが可能な複
合バリスタ材料を提供することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］この発明の
複合バリスタ材料は、バリスタ用半導体セラミック粉末
と、樹脂と、導電性繊維とからなる。この発明では、バ
リスタ作用を発揮する半導体セラミック粉末のほか、成
形性および加工性を改善するために樹脂が加えられてお
り、また上述した電界強度を低下させるために導電性繊
維が加えられている。

この発明において用いる「バリスタ用半導体セラミック
粉末」としては、ＳａＣ系、ｚｎ　ｏ系、ＴｉＯ２系、
３ｒ丁ｔＯＳ系、３ａ　Ｔｉ　Ｏａ系、Ｓｎ　０２系お
よびｌ”ｅ２０ａ系などのセラミック半導体粉末を用い
ることができる。

また、［樹脂Ｊζしては、下記のものが用いられ得る。

（イ）　エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂
、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂およびポリ
イミド樹脂などの熱硬化性樹脂。

（ロ）　ポリアセタール樹脂、ポリガーボネート樹脂、
スチロール樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂および
オレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂。

（ハ）　ニトリルブタジェンゴム（ＮＢＲ＞、スチレン
ブタジェンゴム（ＳＢＲ）およびフッ素ゴムなどのラテ
ックス。

「導電性繊維」としては、炭素繊維、金屈Ｉｌ維あるい
は導電処理されたＩＭ維などが挙げられる。

このうち導電性処理された繊維としては、導電性を有す
るアクリル系繊維等を例示することができる。

なお、この発明の複合バリスタ材料として用いることの
できるバリスタ用セラミック半導体粉末、樹脂および導
電性繊維については、上記例示のものに限られるもので
はないことを指摘してお（。

好ましくは、上述したバリスタ用セラミック半導体粉末
、樹脂および導電性＃ａｔＩｉはそれぞれの重量比を、
×、ｙおよびＺ　（但しｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）としたと
きに、ｘ　＝９６〜３０．　ｙ　＝３〜７ｏ、ｚ−ｏ、
ｉ〜１５．０とされる。このような組成比が好ましい理
由は下記のとおりである。

セラミック半導体粉末が９６Ｍω部より多い場合には、
実用強度の成形物を得ることができず、他方３０ｆｆｆ
ｆｆｉ部より少ない場合にはバリスタ特性が実用範囲か
らずれてしまうからである。また、樹脂の割合が７０重
量部を越える場合には成形性は改善されるもののバリス
タ特性が実用範囲からずれるからであり、他方、３重量
部より少ない場合には成形体の強度が十分な大きさに達
しないからである。さらに、導電性ｍＨが１５．０重Ｈ
部を越えると成形の際の流れ性が低下し、０．１重ａ部
未満では上述した電界■１の値が大きくなってしまうか
らである。

次に、この発明の複合バリスタ材料の製造方法につき説
明する。

まず最初に、導電性！！帷と樹脂とを予め混練する。こ
れは、導電性繊維を均一に分散させるためである。樹脂
は、液状のものを用いることが好ましく、当然のことな
がら固形の樹脂を用いる場合には適宜の溶剤を加えて混
練することになる。

次に、上記混練後に、バリスタ用セラミック半導体粉末
を加え、全体が均一になるまで混線を続ける。必要なら
ば、適宜の溶剤を適当は加えるこにより粘度を下げて混
練してもよく、またロールを用いて混練を行なってもよ
い。

次に、導電性繊維および半導体セラミック粉末が均一に
分散された混練体を成形する。成形は、ホットプレスあ
るいは常温プレスにより行なうことができ、これにＪ：
ってシート状にする。さらに、必要ならば、ロールがけ
によりより均質厚みのシートとすることもできる。

上記のようにして複合バリスタ材を得ることができ、そ
の両面に電極を付与することにより複合バリスタを得る
ことができる。電極の付与は、導電性ペーストの塗布・
焼付け、スパッタリングあるいは蒸着等の適宜の薄膜形
成法により行なうことができる。

［実施例の説明］ Ｘ瀝１ 一液性のペース１へ状エボ４ニジ樹１指（油化シ丁ルエ
ボキシ社製商品名：エビコート８２８）に潜在性硬化剤
（四ｌ化成株式会社商品名−イミグゾールＣ１１Ｚ）を
微量添加した樹脂０．０（３５グラムと、炭素繊維０．
００６グラｌ＼を混合した。この混合物に、酸化亜鉛系
セラミック￥導体粉末０゜９２９グラムを加えて十分に
混練した。用いた酸化亜鉛系セラミック半導体粉末は、
下記の組成のむのである。

Ｚｎ○：９６．５モル％、Ｂ！　２０３　　：　ｃ：）
、　５モル％、Ｃｏ　Ｏ：　１モル％、Ｃｒｚ○、；１
モル％、５ｂ２０．：０．５モル％、ＭｎＯ：０．５モ
ル％ 上記のようにして得られた混練物を金３１１に入れ、上
下方向から９５０　ｋｏ／　ｃｍ２の圧力を加え１５０
℃の温度で３０分間加圧しシート状に成形した。

得られたシートの両面にｌＸｌ０’−’Ｐａの真空度で
Ａ之の蒸着膜を形成し、ＡＱ電極を付与した。

このようにして得られたバリスタの組成、ｆｆｅ合割合
を第１表に、１　　ｍＡの電流を流したときの電界Ｖ＋
ｊｙよび非直線係数αの測定結果を第２表に示す。

±ｙ」ＬＬ 実施例１に用いた酸化亜鉛系セラミック半導体粉末と同
一の粉末０．９４グラムと、実施例１で準備した樹脂と
同一の樹脂とを０．０６グラム混練し、実施例１の場合
と同様にしてバリスタを作成した。したがって、比較例
１では、炭素繊維が混合されていないことのみを除いて
は、実施例１と同様に込埋されている。

得られたバリスタにおける材料Ｊ３よび混合割合を第１
表に、１　１１１Ａの電流を流した際の電界Ｖ。

および非直線係数αの測定結果を第２表に示す。

実施例２ 炭素繊Ｎｏ、００８グラムと、ニトリル−ブタジェンゴ
ム（ＮＢＲ）Ｏ１０６４グラム（固形分に換算した値）
とを混合した。この混合物に、ヂタン酸ス［〜ロンチウ
ム系半導体セラミック粉末０゜９２８グラムを加え十分
に混線した。このチタン酸ストロンチウム系セラミック
半導体扮末としては、Ｓｒ　Ｔｉ　Ｏ，：９９．０モル
％、Ｙ２Ｏ３：０．５’ｆ：）Ｉｉ％おにヒＴｉ　Ｏｚ
　：　０．５　Ｔニル％（Ｄものを用いた。

次に、エタノールを加えてＮＢＲを凝固し、しかる後溶
媒分を除去した。このようにしてｉｑられた混合物を、
常温、真空中にて乾燥し、次に金型に入れて上下方向か
ら９５０　ｋｌＪ／　Ｃｏｔ’の圧力で１７０℃の温度
にて３０分間加圧した。このように。

して得られたシート状成形体の両面に、実施例１と同様
にしてＡＱ［極を付ＩｊシバリスタをｔＦ７だ。

実施例２により得られたバリスタにおける材料および混
合比を第１表に、１１ＩＩＡの電流を流した際の電界Ｖ
、および非直線係数αについての測定結果を第２表に示
す。

几」Ｕ性３一 実施例２で用いたチタン酸スト１コンヂウム系半導体粉
末０．９４０グラムと、同じ〈実施例２て・用いたＮＢ
Ｒｏ、０６グラムとを混練し、実施例２と同様にしてバ
リスタを得た。したがって、比較例２では、炭素繊維を
用いていないことを除いては、実施例２と同様に処理さ
れた。

比較例２により得られたバリスタの材料および混合割合
を第１表に、測定結果を第２表に示す。

支ｌｉ二 フッ素ゴム０．０６５グラム（固形分として換算した値
）と、炭素繊維０．００５グラムとを混合した。この混
合物に、実施例２で用いたチタン酸ストロンチウム系半
導体粉末を０．９３０グラムを加えて十分に混練した。

次に、エタノールを加えてフッ素ゴムを凝固させ、しか
る俊溶媒分を除去した。このようにして１８られた混合
物を常温、真空中にて乾燥した。しかる後、金型内に入
れ、ホットプレスした後、得られたシートを１７０℃の
温度で３０分間再加熱した。さらに、実施例１と同様に
、両面にＡ−１１電極を付与し、バリスタとした。

実施例３で用いた材料および混合比を第１表に、得られ
たバリスタの特性を第２表に示す。

皿東１１ 実施例２で用いたチタン酸ストロンチウム系半導体粉末
０．９４グラムと、実施例３で用いたフッ素ゴム０．０
６グラム（固形分として換界した値）を十分に混練した
後、実施例３と同様に処理してシート状に成形し、さら
に両面にＡｕｎ＋？極の付与されたバリスタを得た。

比較例３において用いた材料および混合比を第１表に、
得られたバリスタの特性を第２表に示す。

！ 実施例１で用いたエポキシ樹脂○、０６３グラムと、炭
ＪｉＪ！Ｎｏ、００６グラムとを混練した。

次に、実施例２で用いたのと同一のチタン酸ストロンチ
ウム系セラミック半導体粉末０．９３１グラムおよびメ
チルエチルケトン０．０６グラムを加え十分に混練した
。その後、溶剤を減圧留去した。

混練物を金型に入れ、上下方向から９５０　ｋ（１／ｃ
ｍ２の圧力で１５０℃の温度にて３０分間加圧し、シー
ト状成形体を得た。このシートの両面に１×１０−’Ｐ
ａの真空度にてＡｎ蒸着膜を形成し、Ａ［極を付与し、
バリスタとした。

実施例４において用いた材料および混合比を第１表に、
特性を第２表に示す。

監１１Ｌ 導電性繊維としての炭素繊維を用いないことを除いては
、実施例４と同様にしてバリスタを得た。

なお、混合比は、第１表に示すように、チタン酸ストロ
ンチウム系半導体粉末０．９４０グラムに対して、エポ
キシ樹脂０．０６０グラムである。

比較例４に用いた材料および混合比を第１表に、特性を
第２表に示す。

樹脂としてポリカーボネート（商品名ティジンＬ−１２
５０）　を０．０６５グラム用いた。このポリカーボネ
ート樹脂は顆粒状であるため、塩化メチレンで溶解し、
その中に炭素［ｉｏ、００６グラムを加え十分に混合し
た。しかる後、実施例２で用いたチタン酸ストロンチウ
ム系半導体粉末０．９２９グラムを加え、十分に混練し
た。得られた混線物を金型内に入れ、実施例１と同様に
処理してバリスタを得た。

実施例５において用いた材料および混合比を第１表に、
得られたバリスタの特性を第２表に示す。

±上Ｊｌ 炭素繊維を用いないことを除いて、実施例５と同様に処
理してバリスタを得た。なお、混合比は、チタン酸スト
ロンチウム系半導体０．９３５グラムに対してポリカー
ボネート樹脂０．０６５グラムである。

比較例５に用いた材料および混合割合を第１表に、得ら
れたバリスタの特性を第２表に示す。

（以下余白） 第１表 第２表 ［発明の効果］ この発明では、バリスタ用半導体セラミック粉末に樹脂
が加えられており、したがって成形性加工性が改善され
ている。のみならず、Ｓ電性４ｇ４紺が加えられている
ので、バリスタとした際の電極間の電界Ｖ、を大きく下
げることができ、にって種々の用途に適合したバリスタ
を１りることができる。また、電圧非直線係数αについ
ても、第２表から明らかなように特に低下することはな
い。

さらに、この発明では、バリスタ用セラミック半導体粉
末を適宜選択することにより、バリスタ特性を容易に変
更することができ、かつ樹脂を選択することにより成形
方法ｄ５よび”成形体の弾性率をも容易に変更すること
が可能となる。

したがって、用途に応じた種々の特性のバリスタを１ｒ
１−ることが可能となる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）バリスタ用半導体セラミック粉末と、合成樹脂と
   、導電性繊維とからなることを特徴とする、複合バリス
   タ材料。
2. （２）前記バリスタ用半導体セラミック粉末、樹脂およ
   び導電性繊維の重量比を、それぞれ、ｘ、ｙおよびｚ（
   但しｘ＋ｙ＋ｚ＝１００）としたときに、ｘ＝９６〜３
   ０、ｙ＝３〜７０およびｚ＝０．１〜１５．０である、
   特許請求の範囲第１項記載の複合バリスタ材料。