JPH07220907A - 非直線抵抗体及びその製造方法 - Google Patents

非直線抵抗体及びその製造方法

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JPH07220907A
JPH07220907A JP6027303A JP2730394A JPH07220907A JP H07220907 A JPH07220907 A JP H07220907A JP 6027303 A JP6027303 A JP 6027303A JP 2730394 A JP2730394 A JP 2730394A JP H07220907 A JPH07220907 A JP H07220907A
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JP
Japan
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powder
linear resistor
nio
sintered body
cuo
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JP6027303A
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English (en)
Inventor
Koji Hayashi
宏爾 林
Kenichi Kaneko
憲一 金子
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な組成並びに粒界層を採る必要がなく、
簡単な製法により低コストで製造でき、優れた非直線性
を有し、バリスタ電圧が高く、バリスタ電圧を越える過
電圧の繰り返し負荷に対する耐性に優れた非直線抵抗体
を提供する。 【構成】 CuO及び/又はNiOを主成分とする焼結
体で、焼結体を構成する各粒子が粒子中心部ほど酸素濃
度の低いCu及び/又はNiの酸化物粒子からなる非直
線抵抗体。この非直線抵抗体は、高純度のCu粉末及び
/又はNi粉末を加圧成形した後、成形体を酸素含有雰
囲気中で緻密に焼結することにより製造される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子機器のバリスタ素
子や送電線のアレスター素子器等として用いられる非直
線抵抗体であって、CuO系及び/又はNiO系の焼結
体からなる非直線抵抗体、及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】非直線抵抗体は、電流−電圧特性がオー
ムの法則に従わない抵抗体であって、バリスタ電圧より
低い電圧まではほぼ絶縁性を持ち、バリスタ電圧を越え
る過電圧では低抵抗となり急激に電流を流す性質を持っ
ている。かかる非直線抵抗体は電子機器のバリスタ素子
や送電線におけるアレスター素子等として、正常な電圧
に重畳されて負荷される異常な過電圧から電気系統を保
護する目的で利用されている。
【0003】従来から、バリスタ又は非直線抵抗体とし
て炭化ケイ素(SiC)系の焼結体が使用されていたが、
非直線係数(指数)が3〜7程度と低いため、現在では
非直線性に優れた酸化亜鉛(ZnO)系の焼結体からなる
バリスタが主に使用されている。このZnO系バリスタ
は、ZnO粉末に各種添加物粉末を混合して焼結し、Z
nO粒子の粒界に形成された高抵抗粒界層の機能を利用
したものであり、その非直線性は現在知られているセラ
ミックスバリスタの中では最も優れている。
【0004】このほかのバリスタ又は非直線抵抗体とし
て、酸化物半導体(特公昭53−29400号公報参
照)、NiO(特開昭50−60794号公報参照)、
Fe23(特公昭51−43591号公報参照)等が提
案されている。これらは、いずれも酸化物粉末を焼結し
た焼結体からなり、例えば特開昭50−60794号公
報により提案されたNiO系のバリスタは、同公報第4
頁第3〜13行目に記載のごとくNiO粉末に各種添加
物粉末を混合して焼結する方法により製造される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のバリス
タ又は非直線抵抗体のなかで、ZnOを主成分とするZ
nO系のバリスタは非直線性に最も優れているため、現
在最も一般的に使用されている。しかしながら、高抵抗
の粒界層を形成するためにBi23、PrO2、Pb
O、MnO2、CoO、Sb23等の添加物を使用し、
これら各種添加物からなる複雑な粒界層の構成により所
定の特性が実現されている。従って、組成が極めて複雑
となるうえ、多くの添加物を含むため均一な混合と高温
での焼結が必要となり、製造コストが高いという欠点が
あった。
【0006】又、ZnO系バリスタの高抵抗粒界層は、
バリスタ電圧を越える過電圧と大電流の負荷により破壊
されやすく、そのためバリスタ電圧を越える過電圧の繰
り返し負荷に対する安定性に問題があった。
【0007】一方、前記したZnO系以外の従来のバリ
スタは、バリスタ電圧が比較的低いうえに、良好な非直
線性が得られないという欠点があり、特に特開昭50−
60794号公報により提案された従来のNiO系バリ
スタ、即ちNiO粉末を各種添加物粉末と混合して焼結
する方法により製造され、例えばNiO−Li2O−S
23等の組成を有する従来のNiO系バリスタは非直
線性に劣っていた。
【0008】本発明は、かかる従来の事情に鑑み、複雑
な組成を採ったり粒界層を制御する必要がなく、簡単な
製法により低コストで製造でき、優れた非直線性を有す
る非直線抵抗体を提供すること、更にはバリスタ電圧が
高く、しかもバリスタ電圧を越える過電圧の繰り返し負
荷に対する耐性に優れた非直線抵抗体を提供することを
目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する非直線抵抗体は、CuO及び/又
はNiOを主成分とする緻密な焼結体であって、焼結体
を構成する各粒子が粒子中心部ほど酸素濃度の低いCu
及び/又はNiの酸化物粒子からなることを特徴として
いる。
【0010】上記した本発明の非直線抵抗体は、高純度
のCu粉末及び/又はNi粉末を加圧成形した後、成形
体を酸素含有雰囲気中において緻密に焼結し、CuO及
び/又はNiOを主成分とする焼結体とする方法により
製造することができる。
【0011】
【作用】本発明の非直線抵抗体は、CuO及び/又はN
iOを主成分とする焼結体であって、Cu及び/又はN
iの酸化物以外の酸化物は不純物を除いて実質的に含ま
ない点に特徴がある。又、焼結体を構成するCu及び/
又はNiの酸化物粒子は酸素濃度が表面ほど高く且つ中
心部ほど低くなっていることが判明した。
【0012】かかる構成の本発明の非直線抵抗体では、
バリスタとしての実用上何ら支障のない優れた非直線性
が得られ、特にCuO系の非直線係数はZnO系以外の
従来の非直線抵抗体のいずれよりも大きい。本発明の非
直線抵抗体が優れた非直線性を示す理由は明らかではな
いが、CuO及びNiOが半導体であり、酸素含有雰囲
気中での焼結によりCuO粒子又はNiO粒子の周囲に
低電流低電圧条件で抵抗の高い化合物が形成されるため
と考えられる。又同時に、前記したCuO粒子又はNi
O粒子の表面と中心部での酸素濃度の相違が、優れた非
直線性の発現に寄与しているものと考えられる。
【0013】又、本発明の非直線抵抗体は、バリスタ電
圧が十分高く、しかもバリスタ電圧を越える過電圧の繰
り返し負荷に対して非直線性が実質的に変化しないとい
う優れた特性を供えている。これらの優れた特性も、焼
結体を構成するCuO粒子又はNiO粒子の表面と中心
部とで酸素濃度が相違するという特異な構造に依存する
ものと考えられる。
【0014】本発明の非直線抵抗体は、CuO粉末及び
/又はNiO粉末を焼結する方法によっては得られず、
Cu粉末及び/又はNi粉末を成形して酸素含有雰囲気
中で焼結する方法によりCuO及び/又はNiOを主成
分とする焼結体とする必要がある。この方法によって初
めて、焼結体を構成するCu及び/又はNiの酸化物粒
子は酸素濃度が表面ほど高く且つ中心部ほど低くなる特
異な構造が得られるためである。
【0015】Cu粉末又はNi粉末は可能な限り純度の
高いものを用いることが好ましく、少なくとも純度99
%以上の粉末を用いる。かかる高純度のCu粉末又はN
i粉末としては電解法により得られた粉末が好ましく、
その場合99.9%を越える高純度のものも使用可能で
ある。又、焼結雰囲気は酸素を含むことが必要であり、
特に純酸素雰囲気中で焼結することが好ましい。
【0016】尚、焼結温度及び焼結時間等の条件は、焼
結体を構成するCu又はNiの酸化物粒子の中心部の酸
素濃度が表面よりも低く、即ち酸化の程度が少なくなる
ように設定する。例えばCuO系非直線抵抗体の場合、
純酸素雰囲気中の焼結では焼結温度700〜1050℃
及び焼結時間30分〜5時間程度とし、相対密度が90
%以上の緻密な焼結体とすることが好ましい。
【0017】従って、上記方法により製造される本発明
の非直線抵抗体は、組成が極めて簡単であり、且つ従来
のZnO系やNiO系のバリスタのように複雑な粒界を
制御する必要もないので、従来の非直線抵抗体に比べて
遥かに低い製造コストを達成することができる。
【0018】
【実施例】実施例1 325メッシュ通過(粒径43μm以下)の電解Cu粉
末(純度99.9%以上)を相対密度が45%となるよ
うに一軸プレスにより加圧成形し、外径15mm及び厚
さ5mmの成形体とした。この成形体を純酸素雰囲気中
にて1000℃で1時間焼結した。
【0019】得られた焼結体は、X線回折法によりCu
Oのみが検出され、CuOを主成分とする焼結体である
ことが判った。しかし、酸素量の分析の結果からCuO
粒子内部は完全に酸化を終了しておらず、酸素濃度が粒
子表面で高く中心部で低くなっていることが認められ
た。又、この焼結体を切断して断面を研磨し、組織観察
を行ったところ空孔のない緻密な焼結体であり、相対密
度は95%であった。
【0020】この焼結体を外径10mm及び厚さ3mm
に研磨し、対向する両平面に電極を形成し、電流−電圧
特性を測定したところ図1の結果が得られた。この本発
明の非直線抵抗体は、バリスタ電圧が300V/mm及
び非直線係数が10であり、従来のZnO系、SiC
系、NiO−Li2O−Sb23系の非直線抵抗体に比
較しても優れた特性を持つことが判った。参考のため
に、従来のZnO系、SiC系、及びNiO−Li2
−Sb23系の非直線抵抗体(外径10mm及び厚さ3
mm)の電流−電圧特性を図1に併せて示した。
【0021】又、この非直線抵抗体にバリスタ電圧を越
える2800V、1400Aの過電圧、過電流を50回
繰り返し負荷した後、電流−電圧特性を測定したところ
図1に示す通り明確な特性の劣化は認められず、本発明
の非直線抵抗体がバリスタ電圧を越える過電圧の繰り返
し負荷耐性に優れていることが判った。
【0022】実施例2 325メッシュ通過の電解Ni粉末(純度99.9%以
上)を用い、実施例1と同様に成形及び焼結して、X線
回折法により検出される物質がNiOのみであるNiO
を主成分とする焼結体を得た。この焼結体について、実
施例1と同様にして電流−電圧特性を測定したところ、
バリスタ電圧が250V/mm、非直線係数が12の優
れた特性を示した。
【0023】比較例 325メッシュ通過のCuO粉末を相対密度が45%と
なるように一軸プレスにより加圧成形し、外径15mm
及び厚さ5mmの成形体とした後、この成形体を大気中
にて1000℃で1時間焼結した。得られた焼結体はX
線回折法によりCuOのみが検出され、又この焼結体を
切断して断面を研磨し、組織観察を行ったところ、空孔
のない緻密な焼結体であることが確認できた。
【0024】しかしながら、この焼結体を実施例1と同
様に外径10mm及び厚さ3mmに研磨し、対向する両
平面に電極を形成して電流−電圧特性を測定したとこ
ろ、図1に示すように常に一定の抵抗値を示し、非直線
性は認められなかった。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、複雑な組成を採ったり
粒界層を制御する必要がなく、簡単な製法により低コス
トで製造でき、ZnO系以外の従来の非直線抵抗体のい
ずれよりも優れた非直線性を有する非直線抵抗体を提供
することができる。しかも、この非直線抵抗体は、バリ
スタ電圧が高く、バリスタ電圧を越える過電圧の繰り返
し負荷に対する耐性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のCuO系非直線抵抗体及びそのバリス
タ電圧を越える過電圧の繰り返し負荷後の非直線抵抗体
の電流−電圧特性を、従来のZnO系、SiC系、及び
NiO−Li2O−Sb23系非直線抵抗体、並びに比
較例のCuO系焼結体の電流−電圧特性と共に示したグ
ラフである。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CuO及び/又はNiOを主成分とする
    緻密な焼結体であって、焼結体を構成する各粒子が粒子
    中心部ほど酸素濃度の低いCu及び/又はNiの酸化物
    粒子からなることを特徴とする非直線抵抗体。
  2. 【請求項2】 X線回折法により検出される物質がCu
    Oのみ、又はNiOのみ、若しくはCuOとNiOのみ
    であることを特徴とする、請求項1に記載の非直線抵抗
    体。
  3. 【請求項3】 バリスタ電圧を越える過電圧の繰り返し
    負荷に対して非直線性の変化が実質的にないことを特徴
    とする、請求項1又は2に記載の過電圧繰り返し負荷耐
    性に優れた非直線抵抗体。
  4. 【請求項4】 高純度のCu粉末及び/又はNi粉末を
    加圧成形した後、成形体を酸素含有雰囲気中において緻
    密に焼結し、CuO及び/又はNiOを主成分とする焼
    結体とすることを特徴とする非直線抵抗体の製造方法。
  5. 【請求項5】 Cu粉末又はNi粉末として電解法によ
    り得られた粉末を用いることを特徴とする、請求項4に
    記載の非直線抵抗体の製造方法。
  6. 【請求項6】 成形体を純酸素雰囲気中で焼結すること
    を特徴とする、請求項4に記載の非直線抵抗体の製造方
    法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006148109A (ja) * 2004-11-16 2006-06-08 Samsung Electronics Co Ltd チャンネルの物性が印加電圧によって可変的なトランジスタとその製造及び動作方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006148109A (ja) * 2004-11-16 2006-06-08 Samsung Electronics Co Ltd チャンネルの物性が印加電圧によって可変的なトランジスタとその製造及び動作方法

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