JPS63296308A - 酸化亜鉛形バリスタ - 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 本発明はサージ耐量特性の優れた酸化亜鉛形バリスタに
関するものである。

従来の技術 ゛　酸化亜鉛形バリスタ素子は、大きなサージ電流耐量
と優れた電圧非直線性を持ち、低圧タイプの素子はサー
ジアブソーバとして、高圧タイプの素子ハキャップレス
アレスタ素子として広く利用されている。

従来、酸化亜鉛形バリスタ素子は主成分の酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）に酸化ビスマス（Ｂｉ２０．　）　、酸化アンチ
モン（ｓｂ２ｏ、　）　、酸化コバルト（Ｃｏ２０３）
　、　　酸化マンガン（ＭｎＯ２）　、酸化珪素（Ｓｉ
ｎ２）　　などを添加し、適当なバインダーを加え、ボ
ールミルなどで湿式粉砕ののち、造粒、成形、焼結工程
を経て製造されている。アレスタ用の酸化亜鉛形バリス
タを製造する場合、一般に単位厚み当りのバリスタ電圧
（ｖ、！ＩＩＡ／闘）が２００Ｖ以上の材料が、素子の
小形化、低価格化のために必要である。上記添加物の中
で特に酸化珪素（Ｓｉｎ２）は、酸化亜鉛の粒成長を抑
制し、合わせて温度特性、課電寿命特性を向上させる物
質として知られ、高圧タイプのアレスタ素子用の材料に
は不可欠の成分となっている。Ｘ線マイクロアナライザ
ー、Ｘ線回折による分析の結果、酸化珪素は焼結体中に
おいて、酸化アンチモンと同様に酸化亜鉛グレイン間の
三重点付近に偏析し、珪酸亜鉛（Ｚｎ２Ｓｉｎ４）　と
して存在している事が確認された。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、酸化亜鉛形バリスタの単位厚み当りのバ
リスタ電圧（ｖ５ｍＡ／Ｈ）を上げるための添加物とし
て酸化珪素（Ｓｉｎ２）を用いた場合、他の添加物に比
べ嵩比重が著しく軽く、沈降性の材料を用いても充分に
粉砕されず、この結果、焼結体中にボイドが発生し、酸
化亜鉛形バリスタの最も重要な特性の一つであるサージ
耐量（２ｍｓ　の矩形波電流印加試験）が低いという問
題点を有していた。また、材料の高圧化を図るため酸化
珪素（Ｓｉｎ２）を１モル係以上添加すると、粉砕した
原料スラリーの粘度が著しく増加し、造粒が困難になる
問題も同時に有していた。

、本発明は、このような従来の問題点を解決するための
もので、酸化亜鉛形バリスタのサージ耐量の大巾な向上
を主目的とし、合わせて製造上の問題点であるスラリー
のゲル化を防止することを目的とするものである。

問題点を解決するだめの手段 本発明では、上記の問題を解決するため、主成分の酸化
亜鉛に、少なくとも窒化珪素をＳｉ３Ｎ４の形に換算し
て０．１〜１０モル係添加することを特徴としている。

作用 本発明においては、窒化珪素が従来の酸化珪素と同様、
酸化亜鉛粒子の成長を抑制する効果があり、さらに嵩比
重が高く、粉砕が均一に進行し分散性も良いため、焼結
体中にボイドが発生しにくく、究めて高いサージ耐量特
性の酸化亜鉛形バリスタを得ることができる。

実施例 以下、本発明による酸化亜鉛形バリスタについて実施例
に基づき詳細に説明する。

まず、酸化亜鉛の粉末に、合計量に対し酸化ビスマス０
．５モル％、酸化アンチモン１．０モル係。

酸化コバルト０．５モル％、酸化マンガン０．６モル係
に窒化珪素をＳｉ３Ｎ４　　の形に換算して０゜０．０
１．０．１　、１．０．５．０．１０．０，２０．Ｏモ
／ｌ／チ加えた７種類の原料粉末に、固形分比率が約６
０重量係となるよう純水を加え、バインダーとしてＰｖ
ム（ポリビニルアルコール）を固形分に対し０．５重量
係添加し、全体をジルコニア玉石とともにボールミルに
入れ、３Ｑ時間粉砕しスラリーを得た。なお、使用した
窒化珪素の平均粒径は２．５μｍである。この７種類の
スラリーをスプレードライヤーにて乾燥、造粒して原料
粉を作成した。この原料粉を直径４０ｊｆｆ、厚さ３ｏ
ｆｆの大・きさに圧縮成形し、空気中において１２００
℃で焼結させた。このようにして得られた焼結体の両端
面を研磨し、アルミニウムの溶射電極を形成した。

図に原料スラリーの粘度の経時変化を示す。粘度は回転
粘度計にて測定した。また比較のため、添加物として酸
化珪素（ＳｉＯ□）を用いた系についても同様の製造工
程により作成し、スラリー粘度を測定した。

ここで、出発原料として１モル係の酸化珪素を用いた場
合、約６時間で粘度が５０００ｐ＋９を超え、スプレー
ドライヤーで造粒を行うのは不可能となる。さらに、６
モル係の酸化珪素を用いた場合、初期粘度が既にｓ　ｏ
　ｏ　ｃｐｓを超えていることが確認された。一方、出
発原料として１モル係の窒化珪素を用いた場合、スラリ
ーの増粘現象はほとんど見られないことがわかる。また
１０モル係の窒化珪素を用いた場合にも同様に増粘現象
は見られなかった。

従って、窒化珪素を添加物として使用した場合、長時間
に渡りスプレードライヤーによる造粒が可能となり、大
量の原料処理に究めて好都合であることがわかる。

次に、焼結体の初期特性を下記の第１表に示す。

ここで、Ｖ　　　、Ｖ　　　　は直流定電流電源を用い
ｉｍＡ　　１０ｐＡ て測定した。まだ、制限電圧特性は波形８／２０μｓ。

電流波高値５Ｑ００人のインパルスを用いて測定した。

さらに、Ｖ　１ｍＡ／　ｒｔｎｔｔは窒化珪素が添加量
０．１モル係以上で２ｏＯｖ／ＭＩＩｔ以上となり、ア
レスタ素子の材料として適した値となり、１ｏモルチの
添加で約４ｏｏｖ／ＮＮに高圧化する。一方、１０モル
係以上添加すると制限電圧比が急激に悪化することがわ
かる。一方、添加物として酸化珪素を用いた場合、同様
に高圧化するもののスラリーが増粘するため１モル係の
添加が限界で、Ｖ＋　ｍ　Ａ／　ｙｔｍは２３ｏｖ／Ｍ
Ｍが最大値となった。

（以下　余　白） 〈第　１　表〉 （１）制限電圧比：ｖ５ＫＡ／ｖ４．！ｌＡ＊：比較検
討例で本発明の請求範囲外である。

次に、上記の試料についてサージ耐量試験を実施した。

試験条件は２！１１！１，３００ムの矩形波電流を２分
間隔で素子が破壊に至るまで繰返し印加した。この結果
を下記の第２表に示す。表中の値は、素子が破壊せずに
耐えた矩形波電流の印加回数の平均値（試料数６個）、
および分布範囲（最高値−最低値）である。

（以下　余　白） 〈第　２　表〉 第２表より、窒化珪素の添加量が０．１〜１０モル係の
範囲でサージ耐量特性が従来の酸化珪素系に比べ約２倍
になり、著しく高性能化していることがわかる。また、
サージ耐量特性のばらつき（分布範囲）も平均値に比べ
狭くなり、素子の信頼性も向上していることがわかる。

これは窒化珪素の分散性が良く粉砕も均一に進むため、
焼結体内部にボイドの発生が減少したためと考えられる
。

しかし、１０モモルを超える窒化珪素を添加した系では
サージ耐量が徐々に低下する。これは、単位厚み当りの
バリスタ電圧（ｖ１ｍＡ／ＭＭ）が上昇したため、単位
体積当りにかかるエネルギーが上昇し、熱ストレスによ
り破壊し易くなるものと考えられる。従って、窒化珪素
の最も好ましい添加量は、初期特性およびサージ耐量特
性試験の結果から０．１〜１０モル係であることがわか
る。

発明の効果 以上のように本発明によれば、酸化亜鉛を主成分とし、
窒化珪素を０．１〜１０モル係添加してなる混合粉を焼
結することにより、サージ耐量が太きく、単位厚み当り
のバリスタ電圧の高い酸化亜鉛形バリスタを容易に得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明例および従来例による酸化亜鉛形バリスクの
原料スラリーの粘度の経時変化を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化亜鉛を主成分とし、少なくとも窒化珪素をＳｉ＿３
   Ｎ＿４の形に換算して０．１〜１０モル％を含む混合物
   を焼結してなる酸化亜鉛形バリスタ。