JPS644643B2 - - Google Patents
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- JPS644643B2 JPS644643B2 JP57106313A JP10631382A JPS644643B2 JP S644643 B2 JPS644643 B2 JP S644643B2 JP 57106313 A JP57106313 A JP 57106313A JP 10631382 A JP10631382 A JP 10631382A JP S644643 B2 JPS644643 B2 JP S644643B2
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
本発明は、電圧非直線抵抗磁器、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
として、それぞれシリコンカーバイト（SiC）、
セレン（Se）、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、電圧非直線係数が大きいなどの特徴を有して
いるため、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、SiCよりなるバリスタなどに代
つて広く利用されるようになつた。 また、ZnOを主成分とし、副成分として希土類
元素及びコバルト（Co）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
直線抵抗磁器が電圧非直線性に優れていることが
知られている。しかしこのような電圧非直線抵抗
磁器においては、短波尾の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、素子の小型化を行う上で問題があつた。 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。 ここに本発明等者は、ZnOを主成分とし、副成
分として希土類元素およびコバルトを添加してな
る従来技術の電圧非直線抵抗磁器において、急峻
かつ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。また磁器素体内部
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、直流電流通電時にはこの不均質部へ
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。 このような問題点を解決するため研究を進めた
結果、副成分として更に硼素を添加することによ
り、素子外周部が内部よりやや高低抗化し、それ
によつて電極外周部での電流集中を防止し、短波
尾サージ耐量を向上することが可能であり、同時
に磁器素体内部における不均質部も消滅し、課電
寿命の大巾な向上がなされた電圧非直線抵抗体が
得られる事実を見出し、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およびコバルトを含む電
圧非直線抵抗磁器において、更に副成分として硼
素を添加したことを特徴とする電圧非直線抵抗磁
器が提供される。 ここで原子％とは、所定の電圧非直線抵抗磁器
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金属元素
の原子数の百分率を意味する。 本発明に従う電圧非直線抵抗磁器は、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
含有雰囲気のもとで高温で焼成し、焼結させるこ
とによつて製造される。 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
線抵抗磁器は、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。 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Pr6O11、Co3O4、B2O3粉末を後記の
第１表に記載の所定の原子％に相当する量で添加
し、十分に混合した後、500〜1000℃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42mmの円板状に加圧成型し、1100
〜1400℃で空気中で１時間焼成して焼結磁器を得
た。この様にして得られた磁器を厚さ２mm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１ｍ
Ａの電流を流した時の電極間電圧V1ｍＡ、Ｖｍ
Ａ〜10ｍＡでの非直線指数α、並びに短波尾サー
ジ耐量として４×10μsec、65KAの衝撃電流を２
回印加し、前後のV1ｍＡの変化を求めた。又課
電寿命特性としては、直流100ｍＡを５分間通電
し、前後のV1μA（1μA通電時の電圧）の変化を求
めた。非直線指数αは、素子電流Ｉの電圧Ｖに対
する変化を次式に近似した時に得られる。 Ｉ＝（Ｖ／Ｃ）〓 ここで、Ｃは電流密度が１ｍＡ／cm2のときの素
子の単位厚さ当りの電圧である。 磁器の配合組成を種々変えたときの電気的特性
の測定結果を第１表に示す。第１表に示した配合
組成は、配合された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％で示されている。
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
として、それぞれシリコンカーバイト（SiC）、
セレン（Se）、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、電圧非直線係数が大きいなどの特徴を有して
いるため、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、SiCよりなるバリスタなどに代
つて広く利用されるようになつた。 また、ZnOを主成分とし、副成分として希土類
元素及びコバルト（Co）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
直線抵抗磁器が電圧非直線性に優れていることが
知られている。しかしこのような電圧非直線抵抗
磁器においては、短波尾の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、素子の小型化を行う上で問題があつた。 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。 ここに本発明等者は、ZnOを主成分とし、副成
分として希土類元素およびコバルトを添加してな
る従来技術の電圧非直線抵抗磁器において、急峻
かつ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。また磁器素体内部
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、直流電流通電時にはこの不均質部へ
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。 このような問題点を解決するため研究を進めた
結果、副成分として更に硼素を添加することによ
り、素子外周部が内部よりやや高低抗化し、それ
によつて電極外周部での電流集中を防止し、短波
尾サージ耐量を向上することが可能であり、同時
に磁器素体内部における不均質部も消滅し、課電
寿命の大巾な向上がなされた電圧非直線抵抗体が
得られる事実を見出し、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およびコバルトを含む電
圧非直線抵抗磁器において、更に副成分として硼
素を添加したことを特徴とする電圧非直線抵抗磁
器が提供される。 ここで原子％とは、所定の電圧非直線抵抗磁器
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金属元素
の原子数の百分率を意味する。 本発明に従う電圧非直線抵抗磁器は、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
含有雰囲気のもとで高温で焼成し、焼結させるこ
とによつて製造される。 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
線抵抗磁器は、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。 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Pr6O11、Co3O4、B2O3粉末を後記の
第１表に記載の所定の原子％に相当する量で添加
し、十分に混合した後、500〜1000℃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42mmの円板状に加圧成型し、1100
〜1400℃で空気中で１時間焼成して焼結磁器を得
た。この様にして得られた磁器を厚さ２mm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１ｍ
Ａの電流を流した時の電極間電圧V1ｍＡ、Ｖｍ
Ａ〜10ｍＡでの非直線指数α、並びに短波尾サー
ジ耐量として４×10μsec、65KAの衝撃電流を２
回印加し、前後のV1ｍＡの変化を求めた。又課
電寿命特性としては、直流100ｍＡを５分間通電
し、前後のV1μA（1μA通電時の電圧）の変化を求
めた。非直線指数αは、素子電流Ｉの電圧Ｖに対
する変化を次式に近似した時に得られる。 Ｉ＝（Ｖ／Ｃ）〓 ここで、Ｃは電流密度が１ｍＡ／cm2のときの素
子の単位厚さ当りの電圧である。 磁器の配合組成を種々変えたときの電気的特性
の測定結果を第１表に示す。第１表に示した配合
組成は、配合された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％で示されている。
【表】
第１表に示す試料No.１は、ZnOにPr、Coのみ
を添加して製造した従来の磁器に相当し、その短
波尾サージ耐量特性は−72％、課電寿命特性は−
22％、非直線指数は35である。本発明の目的であ
る短波尾サージ耐量が良好である、即ち−72％よ
り０％に近く、課電寿命特性が向上した、即ち−
22％より０％に近い試料は、第１表よりNo.３〜
７、No.10〜13、No.16〜21である。この中試料No.21
は非直線指数αが低く実用に供さない。従つて、
Prは0.08〜5.0原子％、Coは0.1〜10.0原子％、Ｂ
は0.0005〜0.1原子％の範囲内で添加する必要が
ある。 以上、第１表から明らかなように、副成分とし
てのPr、Co系にＢを添加することにより、短波
尾サージ耐量と課電寿命特性が大巾に改良され
る。これはZnOにPr、Co、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、ほぼオ
ーミツクな特性しか得られず実用に共することが
できない。 また第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が、Pr以外の希土類元素あ
るいは２種類以上の希土類元素についても、Ｂの
添加による効果はPr単独の場合と同様、優れた
非直線性を失わずに短波尾サージ耐量と課電寿命
特性の大巾な改良が見出された。これらの結果を
第２表に示す。
を添加して製造した従来の磁器に相当し、その短
波尾サージ耐量特性は−72％、課電寿命特性は−
22％、非直線指数は35である。本発明の目的であ
る短波尾サージ耐量が良好である、即ち−72％よ
り０％に近く、課電寿命特性が向上した、即ち−
22％より０％に近い試料は、第１表よりNo.３〜
７、No.10〜13、No.16〜21である。この中試料No.21
は非直線指数αが低く実用に供さない。従つて、
Prは0.08〜5.0原子％、Coは0.1〜10.0原子％、Ｂ
は0.0005〜0.1原子％の範囲内で添加する必要が
ある。 以上、第１表から明らかなように、副成分とし
てのPr、Co系にＢを添加することにより、短波
尾サージ耐量と課電寿命特性が大巾に改良され
る。これはZnOにPr、Co、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、ほぼオ
ーミツクな特性しか得られず実用に共することが
できない。 また第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が、Pr以外の希土類元素あ
るいは２種類以上の希土類元素についても、Ｂの
添加による効果はPr単独の場合と同様、優れた
非直線性を失わずに短波尾サージ耐量と課電寿命
特性の大巾な改良が見出された。これらの結果を
第２表に示す。
【表】
上述したように、本発明の電圧非直線抵抗磁器
は、良好な電圧非直線性を保持した上で、短波尾
サージ耐量と課電寿命が大巾に向上し、従つてバ
リスタとして極めて有効に使用することができ
る。
は、良好な電圧非直線性を保持した上で、短波尾
サージ耐量と課電寿命が大巾に向上し、従つてバ
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 酸化亜鉛を主成分とし、これに副成分として
少くとも一種以上の希土類元素、コバルトおよび
硼素を元素または化合物の形でそれぞれ元素に換
算して、希土類元素は総量で0.08〜5.0原子％、
コバルトは0.1〜10.0原子％、硼素は５×10-4〜１
×10-1原子％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 (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57106313A JPS58223304A (ja) | 1982-06-21 | 1982-06-21 | 電圧非直線抵抗体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57106313A JPS58223304A (ja) | 1982-06-21 | 1982-06-21 | 電圧非直線抵抗体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58223304A JPS58223304A (ja) | 1983-12-24 |
| JPS644643B2 true JPS644643B2 (ja) | 1989-01-26 |
Family
ID=14430490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57106313A Granted JPS58223304A (ja) | 1982-06-21 | 1982-06-21 | 電圧非直線抵抗体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58223304A (ja) |
-
1982
- 1982-06-21 JP JP57106313A patent/JPS58223304A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58223304A (ja) | 1983-12-24 |
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