JPS6251481B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はチタン酸ストロンチウム系半導性磁器
に酸化コバルトを微量含有させて得られる焼結体
自身が電圧非直線性を有し、かつ極めて大きな誘
電率を有する複合機能素子に関する。 従来、電圧非直線抵抗を有するセラミツクスと
して、SiCバリスタや酸化亜鉛を主成分とするバ
リスタがある。かかるバリスタは電流（Ｉ）−電
圧（Ｖ）特性が近似的に、 Ｉ＝（Ｖ／Ｃ）〓 で表わされるものである。ここで、Ｃはバリスタ
固有の定数であり、αは電圧非直線指数である。
SiCバリスタはSiC粒子間の接触バリアを利用し
たものであり、αは２〜７程度である。また、酸
化亜鉛バリスタは酸化亜鉛（ZnO）にBi₂O₃、
CoO、MnO₂、Sb₂O₃等を微量添加して焼成した
事により得られる素子であり、その電圧非直線指
数αが50にもおよぶ素子である。このような素子
は高電圧吸収にすぐれた性能を有しているので、
電子機器の電圧安定化及び異常電圧（サージ）か
らの保護の目的で使用されている。 しかしながら、このような従来のバリスタは誘
電率が小さく、また誘電損失角（tanδ）が５〜
10％と大きいため、もつぱらバリスタの用途にし
か利用し得なかつた。 一方、従来大きな誘電率（正確には見かけの誘
電率）を有する粒界層型半導体磁器コンデンサ素
子はチタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム
等の半導体磁器粒界を再酸化または原子価補償す
る事により絶縁化して得られる素子である。この
素子の見かけの誘電率は５〜６万にも達するもの
である。そして、組成や条件を適当に選べばtan
δも１％内外で、小型大容量のコンデンサとして
利用されている。しかしながら、１ｍＡ以上の電
流が素子を通過するとコンデンサとしての機能を
失なう。 本発明の素子は上述の２つの素子の機能を同時
に具備する画期的な複合機能素子である。 すなわち、高電圧ではバリスタとして高電圧電
流を通し、低電圧ではコンデンサとして異常周波
数帯域電流を通す複合機能を有する素子である。 最近、電気・電子機器は極めて高度な制御を要
するようになり、産業用はもとより、マイクロコ
ンピユータの応用により、民生機器も極めて高精
度を要求されるようになつてきた。そして、マイ
クロコンピユータ等を構成するロジツク回路はパ
ルス信号により動作するため、必然的にノイズに
影響されやすいという欠点がある。このため電子
計算機、バンキングマシン、交通制御機器等はノ
イズあるいはサージにより、一旦誤動作、破損を
起こすと、社会的問題にもなる。このような問題
の対策として、従来よりノイズフイルタが使用さ
れてきた。ノイズとは電子機器を動作させるとき
目的とする信号電圧以外の妨害電圧の事であり、
人工的に発生するものと自然現象により発生する
ものとに分けられる。そして、このようにノイズ
をコイルとコンデンサを組み合わせた回路で除去
していた。しかしながら、人工的に発生するノイ
ズでは特に送電線の遮断器によるもの、自然現象
によるノイズでは特に雷サージによるもの等はノ
イズの基本周波数が低く５〜20KHz程度であり、
従来のコイルとコンデンサの組み合わせだけでは
これらのノイズを除去する事ができなかつた。こ
のような問題にかんがみ、線間あるいは線アース
間に電圧非直線抵抗体（バリスタ）を併用したノ
イズフイルタが最近しばしば使用に供されてい
る。かかるノイズフイルタでは極めて広範囲にわ
たるノイズが除去しうるので、マイクロコンピユ
ータ制御機器の誤動作防止に有効である。しかし
ながら、かかるノイズフイルタはそのセツト内部
における部品点数が多くなり、コスト高になる
上、小型化の動向に反するという欠点があつた。 本発明の素子によつてこのような問題点を解決
する事が可能となつた。すなわち、本発明の素子
はバリスタとコンデンサの複合機能を備えている
ため、従来バリスタとコンデンサを並列に接続す
る回路において１個の素子で用を果すものであ
る。 本発明の素子はチタン酸ストロンチウム系半導
体磁器に極めて微量の酸化コバルトを含有させて
得られるものであり、以下実施例に基づき詳細に
説明する。 実施例 炭酸ストロンチウム（純度99.0％以上）を
50.22〜47.95モル％、酸化チタン（純度99.5％以
上）を49.7〜48.71モル％、酸化コバルト（純度
99.0％以上）を0.01〜1.0モル％及び酸化ニオブ
（純度99.0％以上）、酸化タンタル（純度99.0％以
上）、酸化ネオジウム（純度99.0％以上）のうち
少なくとも１種を0.05〜0.5モル％含有させてな
る組成物を十分に混合して後1100〜1250℃の範囲
で１〜５時間仮焼し、粉砕し、成型した。そし
て、それを還元雰囲気中にて1350〜1450℃の範囲
で１〜５時間焼成して比抵抗が0.2〜0.5Ω・cmで
平均粒径が10〜30μｍの焼結体を作成した。この
焼結体の形状は12.5φ×0.5tmmである。この後、
1000〜1300℃の範囲で0.5〜５時間、空気中で熱
処理した。さらに、この焼結体の両平面に電極を
形成した。 このようにして得られた素子は、10KHzでの誘
電率ξが30000〜150000であり、tanδが５％以下
であつた。 また、バリスタ電圧V₁ｍＡ／mmが23〜260Vmm
であつた。ここで、V₁ｍＡは、直流１ｍＡを素
子に通過させるに要する電圧値である。さらに、
パルス巾20マイクロ秒の70Aの衝撃電流に対して
も劣化がほとんどないものが得られた。 尚、酸化チタン及び炭酸ストロンチウムの配合
組成量をチタン及びストロンチウムの原子数比
（Ｎ_Ti/NSr）に換算して、実施例の場合は、 Ｎ_Ti/NSr＝0.97〜1.036 の範囲になる。次表はＮ_Ti/NSrに対してどのよ
うになるか代表例を示したものである。

【表】

【表】 上表から明らかなように、Ｎ_Ti/NSr比が0.90〜
1.25の範囲でバリスタ及びコンデンサの機能を有
しているが、特に0.97〜1.036の範囲で良好であ
る。 又、酸化コバルトの添加量としては、0.01〜
1.0モル％の範囲では焼結体が均一粒成長をした
多結晶粒子を有するためパルス耐量に極めて強
く、かつ電圧非直線性も素子間バラツキが小さ
い。しかし添加量が0.01モル％未満ではαが５以
下であり、パルス耐量も1A以下であつた。一
方、1.0モル％を超えた添加量では焼結体が不均
一粒成長した多結晶粒子を有し、焼結体に曲がり
を生じやすく、特性バラツキが大きい上、パルス
耐量がやはり1A以下と小さい。更に、酸化ニオ
ブ、酸化タンタル及び酸化ネオジウムについて
は、それぞれ互換性があり、0.05〜0.5モル％の
範囲で焼成時にチタン酸ストロンチウムを主体と
する微結晶の格子内に固溶し、原子価制御し、焼
結体の低抗を0.2〜0.5Ω・cmの範囲にする事がで
きた。この範囲の量よりも多くても少なくても比
抵抗は大きくなり、パルス耐量を大きくする事は
できなかつた。 次に、かかる素子で第１図に示すような回路を
作り、第４図に示すようなノイズ入力ａに対して
出力状況を調べた結果、第４図の出力状況曲線ｂ
に示すようにノイズをおさえる事ができた。な
お、第２図に示す従来のフイルタ回路の出力状況
は第４図の出力状況曲線ｃの如くであり、十分に
ノイズが除去されていない。また、第３図に示す
バリスタを含む従来のフイルタ回路では本発明の
素子を用いた第１図の回路と同等の効果が得られ
るが、バリスタを含むだけ部品点数が多い。な
お、第１図〜第３図で１は本発明の素子、２はコ
イル、３はバリスタである。 以上述べたように、本発明の素子は従来にない
複合機能を備え、バリスタとコンデンサの２つの
役割を同時に果す事が可能であり、たとえば従来
のノイズフイルタ回路を簡略化し、小型、高性
能、低コスト化に寄与するものであり、今後マイ
クロコンピユータ制御機器の誤動作防止の用途等
への応用を図る事ができる等大きな有用性をもつ
ており、その産業的価置は甚大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の素子を用いたノイズフイルタ
回路例の回路図、第２図及び第３図は従来のノイ
ズフイルタ回路例の回路図、第４図は第１図〜第
３図に示す回路に対応するそれぞれの入力ノイズ
と出力ノイズの状況を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ チタン酸ストロンチウム系半導性焼結体にお
   いて、チタンとストロンチウムの原子数の比が
   0.90〜1.25の範囲にあり、コバルト（Co）をCoO
   の形にして0.01〜1.0モル％の範囲で含有させて
   なる焼結体自身が大きな静電容量を有する電圧非
   直線抵抗体であり、かつ該焼結体の表面に一対以
   上の電極を形成してなる事を特徴とする複合機能
   素子。 ２ 焼結体中に原子価制御元素としてニオブ
   （Nb）、タンタル（Ta）、ネオジウム（Nd）のう
   ち少なくとも１種類の元素を含み、その含有量が
   酸化物にして0.05〜0.5モル％の範囲である事を
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の複合機
   能素子。