JPH0252419B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0252419B2 JPH0252419B2 JP56176864A JP17686481A JPH0252419B2 JP H0252419 B2 JPH0252419 B2 JP H0252419B2 JP 56176864 A JP56176864 A JP 56176864A JP 17686481 A JP17686481 A JP 17686481A JP H0252419 B2 JPH0252419 B2 JP H0252419B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- noise
- varistor
- voltage
- sintered body
- mol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Thermistors And Varistors (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
- Ceramic Capacitors (AREA)
Description
本発明は、チタン酸ストロンチウム系半導性磁
器に炭酸リチウム（Li2CO3）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
きわめて大きな誘電率を有する複合機能素子に関
するものである。 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）a 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、ａ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、ａ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
ことにより得られる素子であり、その電圧非直線
指数ａが50にもおよぶ素子である。このような素
子は高電圧吸収に優れた性能を有しているので、
電子機器の電圧安定化や異常高電圧（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
利用し得ない。 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
すること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。また、組成や条件を適当に選べば
tanδ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破壊され、コンデンサと
しての機能をなくする。 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。 さて、最近の電気・電子機器はきわめて高度な
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、民生機器もき
わ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
る時の目的とする信号電圧以外の妨害電圧のこと
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
なノイズをコイルとコンデンサを組み合せた回路
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せだ
けではこれらのノイズを除去することができなか
つた。このような問題にかんがみ、線間あるいは
線大地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きわめて広範
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
することができるようになつた。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個の素子で用を果たす
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
体磁器にきわめて微量の炭酸リチウムを含有させ
て得られるものであり、以下実施例たる添付図面
を参照し、本発明の内容を詳細に説明する。 第１図は本発明の複合機能素子の断面図を示
し、１はチタン酸ストロンチウム系半導性磁器の
焼結体、２及び３は電極である。 ＜実施例＞ 炭酸ストロンチウムを50.22〜47.95モル％、酸
化チタンを49.7〜48.71モル％、炭酸リチウムを
0.01〜1.0モル％、及び酸化ニオブ、酸化タンタ
ル、酸化ネオジウムのうち少なくとも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、有機バインダーを加え、造粒し、成
型した。この成型体を還元雰囲気中にて1300〜
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20〜50μmの焼結体を
作成した。この焼結体の形状は7.5φ×0.7t（mm）
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、第１図の焼結体１を得
た。さらに、この焼結体１の両平面に電極２，３
を形成した。電極径は5.0φ（mm）とした。 このようにして得られた素子の特性を下記の表
に示す。尚、下記表中でNTi／NSrは、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に換算したものであ
る。 εは1KHzにおける誘電率であり、tanδは誘電
損失角である。ａは1mAと10mAにおけるバリス
タ電から計算で求めた電圧非直線指数である。サ
ージ耐量は雷サージ等の大電流をどこまで素子が
吸収しうるかを示す値であり、サージ耐量が大き
いほど優れたバリスタといえる。その試験は印加
するパルスを電流波形８×20μsecとし、バリスタ
電圧V1nAが初期値に対して○−10％劣化する電流
波高値をサージ耐量と規定した。パルスの印加回
数は２回である。
器に炭酸リチウム（Li2CO3）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
きわめて大きな誘電率を有する複合機能素子に関
するものである。 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）a 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、ａ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、ａ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
ことにより得られる素子であり、その電圧非直線
指数ａが50にもおよぶ素子である。このような素
子は高電圧吸収に優れた性能を有しているので、
電子機器の電圧安定化や異常高電圧（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
利用し得ない。 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
すること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。また、組成や条件を適当に選べば
tanδ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破壊され、コンデンサと
しての機能をなくする。 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。 さて、最近の電気・電子機器はきわめて高度な
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、民生機器もき
わ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
る時の目的とする信号電圧以外の妨害電圧のこと
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
なノイズをコイルとコンデンサを組み合せた回路
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せだ
けではこれらのノイズを除去することができなか
つた。このような問題にかんがみ、線間あるいは
線大地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きわめて広範
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
することができるようになつた。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個の素子で用を果たす
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
体磁器にきわめて微量の炭酸リチウムを含有させ
て得られるものであり、以下実施例たる添付図面
を参照し、本発明の内容を詳細に説明する。 第１図は本発明の複合機能素子の断面図を示
し、１はチタン酸ストロンチウム系半導性磁器の
焼結体、２及び３は電極である。 ＜実施例＞ 炭酸ストロンチウムを50.22〜47.95モル％、酸
化チタンを49.7〜48.71モル％、炭酸リチウムを
0.01〜1.0モル％、及び酸化ニオブ、酸化タンタ
ル、酸化ネオジウムのうち少なくとも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、有機バインダーを加え、造粒し、成
型した。この成型体を還元雰囲気中にて1300〜
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20〜50μmの焼結体を
作成した。この焼結体の形状は7.5φ×0.7t（mm）
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、第１図の焼結体１を得
た。さらに、この焼結体１の両平面に電極２，３
を形成した。電極径は5.0φ（mm）とした。 このようにして得られた素子の特性を下記の表
に示す。尚、下記表中でNTi／NSrは、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に換算したものであ
る。 εは1KHzにおける誘電率であり、tanδは誘電
損失角である。ａは1mAと10mAにおけるバリス
タ電から計算で求めた電圧非直線指数である。サ
ージ耐量は雷サージ等の大電流をどこまで素子が
吸収しうるかを示す値であり、サージ耐量が大き
いほど優れたバリスタといえる。その試験は印加
するパルスを電流波形８×20μsecとし、バリスタ
電圧V1nAが初期値に対して○−10％劣化する電流
波高値をサージ耐量と規定した。パルスの印加回
数は２回である。
【表】
(注) 原子価制御添加物とは、酸化ニオブ、酸化タ
ンタル、酸化ネオジウムのうち少なくとも１
種からなる。
上記表から明らかなように、NTi／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の範囲が良好で
ある。 また、炭酸リチウムの添加量としては0.01〜
1.0モル％の範囲で焼結体が均一粒成長をした多
結晶粒子を有するためにサージ耐量が大きい。炭
酸リチウムの添加量が0.01モル％未満ではａが５
以下であり、サージ耐量も60A以下であつた。ま
た、炭酸リチウムの添加量が1.0モル％を超えた
場合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、サージ耐量がやはり60A以下と小
さい。 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、焼結体の抵抗を0.2〜0.5Ω・cmの範囲にする
ことができた。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、サージ耐量を大きく
することができなかつた。上記表の試料No.３，７
〜10，13〜15が本発明の範中に入るものであり、
その他は比較例である。 次に、かかる素子で第２図に示すような回路を
作り、第５図に示すようなノイズ入力ａに対して
出力状況を調べて結果、第５図の出力状況曲線ｂ
に示すようにノイズをおさえることができた。な
お、第３図に示す従来のフイルタ回路の出力状況
は第５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４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２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。第２
図〜第４図で４は本発明の素子、５はコイル、６
はコンデンサ、７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
役割を同時に果たすことが可能であり、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と破壊
防止の用途等への応用を図ることができる等大き
な有用性をもち、その産業的価値は甚大である。
ンタル、酸化ネオジウムのうち少なくとも１
種からなる。
上記表から明らかなように、NTi／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の範囲が良好で
ある。 また、炭酸リチウムの添加量としては0.01〜
1.0モル％の範囲で焼結体が均一粒成長をした多
結晶粒子を有するためにサージ耐量が大きい。炭
酸リチウムの添加量が0.01モル％未満ではａが５
以下であり、サージ耐量も60A以下であつた。ま
た、炭酸リチウムの添加量が1.0モル％を超えた
場合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、サージ耐量がやはり60A以下と小
さい。 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、焼結体の抵抗を0.2〜0.5Ω・cmの範囲にする
ことができた。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、サージ耐量を大きく
することができなかつた。上記表の試料No.３，７
〜10，13〜15が本発明の範中に入るものであり、
その他は比較例である。 次に、かかる素子で第２図に示すような回路を
作り、第５図に示すようなノイズ入力ａに対して
出力状況を調べて結果、第５図の出力状況曲線ｂ
に示すようにノイズをおさえることができた。な
お、第３図に示す従来のフイルタ回路の出力状況
は第５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４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２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。第２
図〜第４図で４は本発明の素子、５はコイル、６
はコンデンサ、７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
役割を同時に果たすことが可能であり、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と破壊
防止の用途等への応用を図ることができる等大き
な有用性をもち、その産業的価値は甚大である。
第１図は本発明の複合機能素子の断面図、第２
図は本発明の素子を用いたノイズフイルタ回路の
回路図、第３図及び第４図は従来のノイズフイル
タ回路の回路図、第５図は第２図〜第４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。 １……チタン酸ストロンチウム系半導性磁器の
焼結体、２，３……電極。
図は本発明の素子を用いたノイズフイルタ回路の
回路図、第３図及び第４図は従来のノイズフイル
タ回路の回路図、第５図は第２図〜第４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。 １……チタン酸ストロンチウム系半導性磁器の
焼結体、２，３……電極。
Claims (1)
- １ チタンとストロンチウムの原子数の比が0.97
〜1.036の範囲にあり、炭酸リチウムを0.01〜1.0
モル％の範囲で含有し、かつ原子価制御元素とし
てニオブ、タンタル、ネオジウムのうち少なくと
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％の範囲にあるチタン酸ストロ
ンチウム系半導体磁器の焼結体の表面に一対以上
の電極を形成してなる複合機能素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56176864A JPS5878413A (ja) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | 複合機能素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56176864A JPS5878413A (ja) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | 複合機能素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5878413A JPS5878413A (ja) | 1983-05-12 |
| JPH0252419B2 true JPH0252419B2 (ja) | 1990-11-13 |
Family
ID=16021142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56176864A Granted JPS5878413A (ja) | 1981-11-04 | 1981-11-04 | 複合機能素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5878413A (ja) |
-
1981
- 1981-11-04 JP JP56176864A patent/JPS5878413A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5878413A (ja) | 1983-05-12 |
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