JPS644644B2 - - Google Patents
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- JPS644644B2 JPS644644B2 JP57113293A JP11329382A JPS644644B2 JP S644644 B2 JPS644644 B2 JP S644644B2 JP 57113293 A JP57113293 A JP 57113293A JP 11329382 A JP11329382 A JP 11329382A JP S644644 B2 JPS644644 B2 JP S644644B2
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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。 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、コバルト（Co）およびマグネシウム（Mg）
又はカルシウム（Ca）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も知ら
れている。しかし、このような電圧非直線抵抗体
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。 ここに本発明者は、ZnOを主成分とし、副成分
として希土類元素、コバルトおよびマグネシウム
またはカルシウム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、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。 このような問題点を解決すべく研究を進めたと
ころ、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、課電寿命の大巾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、コバルト、マグネシウ
ムおよびカルシウムの少くとも一方を含む電圧非
直線抵抗体において、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体が提供
される。 ここで原子％とは、所定の電圧非直線抵抗体を
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。 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、MgO、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
体を得た。この様にして得られた焼結体を厚さ２
mm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、１ｍ
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
子の厚さ当りの電圧である。 抵抗体の配合組成を種々変えたときの電気的特
性の測定結果も併わせて第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。
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、コバルト（Co）およびマグネシウム（Mg）
又はカルシウム（Ca）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も知ら
れている。しかし、このような電圧非直線抵抗体
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。 ここに本発明者は、ZnOを主成分とし、副成分
として希土類元素、コバルトおよびマグネシウム
またはカルシウム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、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。 このような問題点を解決すべく研究を進めたと
ころ、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、課電寿命の大巾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、コバルト、マグネシウ
ムおよびカルシウムの少くとも一方を含む電圧非
直線抵抗体において、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体が提供
される。 ここで原子％とは、所定の電圧非直線抵抗体を
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。 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、MgO、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
体を得た。この様にして得られた焼結体を厚さ２
mm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、１ｍ
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
子の厚さ当りの電圧である。 抵抗体の配合組成を種々変えたときの電気的特
性の測定結果も併わせて第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】
試料No.１はZnOにPr、Co、Mgのみを添加して
製造した従来の抵抗体に相当し、その短波尾サー
ジ耐量特性は−58.6％、課電寿命特性は−28.3
％、非直線指数は37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−58.6％よ
り０％に近く、課電寿命特性が向上した、即ち−
28.3％より０％に近い試料は第１表よりNo.３〜
７、No.10〜13、No.15〜18、No.21〜26である。この
中試料No.26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％、Mgは0.01〜5.0原子％、Ｂは0.0005
〜0.1原子％の範囲内で添加する必要がある。 第１表から明らかなように、副成分としての
Pr、Co、Mg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、Mg、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、
ほゞ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。 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。
製造した従来の抵抗体に相当し、その短波尾サー
ジ耐量特性は−58.6％、課電寿命特性は−28.3
％、非直線指数は37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−58.6％よ
り０％に近く、課電寿命特性が向上した、即ち−
28.3％より０％に近い試料は第１表よりNo.３〜
７、No.10〜13、No.15〜18、No.21〜26である。この
中試料No.26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％、Mgは0.01〜5.0原子％、Ｂは0.0005
〜0.1原子％の範囲内で添加する必要がある。 第１表から明らかなように、副成分としての
Pr、Co、Mg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、Mg、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、
ほゞ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。 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】
第３表および第４表はMgの代わりにCaを添加
して製造した場合の抵抗体の特性を示す。第３、
４表より、この場合も希土類元素は0.08〜5.0原
子％、Coは0.1〜10.0原子％、Caは0.01〜5.0原子
％、Ｂは５×10-4〜１×10-1原子％の範囲内で添
加する必要があることが明らかである。
して製造した場合の抵抗体の特性を示す。第３、
４表より、この場合も希土類元素は0.08〜5.0原
子％、Coは0.1〜10.0原子％、Caは0.01〜5.0原子
％、Ｂは５×10-4〜１×10-1原子％の範囲内で添
加する必要があることが明らかである。
【表】
【表】
さらにMgおよびCaの両者を共存させて添加し
た場合の抵抗体の特性を第５表に示す。第５表に
より、MgおよびCaが共存しても、単独の場合と
同様の効果が得られることが明らかである。
た場合の抵抗体の特性を第５表に示す。第５表に
より、MgおよびCaが共存しても、単独の場合と
同様の効果が得られることが明らかである。
【表】
上述したように本発明の電圧非直線抵抗体は、
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。
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
少くとも一種の希土類元素を総量で0.08〜5.0原
子％、コバルトを0.1〜10.0原子％、マグネシウ
ムおよびカルシウムのうち少くとも一方を総量で
0.01〜5.0原子％および硼素を５×10-4〜１×10-1
原子％の範囲で添加し、焼成してなることを特徴
とする電圧非直線抵抗体。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57113293A JPS594104A (ja) | 1982-06-30 | 1982-06-30 | 電圧非直線抵抗体 |
| US06/509,080 US4477793A (en) | 1982-06-30 | 1983-06-29 | Zinc oxide non-linear resistor |
| DE3323579A DE3323579C2 (de) | 1982-06-30 | 1983-06-30 | Spannungsabhängiger nicht-linearer Zinkoxid-Widerstand |
| DE3348471A DE3348471C2 (de) | 1982-06-30 | 1983-06-30 | Spannungsabhängiger nicht-linearer Zinkoxid-Widerstand |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57113293A JPS594104A (ja) | 1982-06-30 | 1982-06-30 | 電圧非直線抵抗体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS594104A JPS594104A (ja) | 1984-01-10 |
| JPS644644B2 true JPS644644B2 (ja) | 1989-01-26 |
Family
ID=14608512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57113293A Granted JPS594104A (ja) | 1982-06-30 | 1982-06-30 | 電圧非直線抵抗体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS594104A (ja) |
-
1982
- 1982-06-30 JP JP57113293A patent/JPS594104A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS594104A (ja) | 1984-01-10 |
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