JPH0878209A - ZnOバリスタの製造方法 - Google Patents

ZnOバリスタの製造方法

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JPH0878209A
JPH0878209A JP6214767A JP21476794A JPH0878209A JP H0878209 A JPH0878209 A JP H0878209A JP 6214767 A JP6214767 A JP 6214767A JP 21476794 A JP21476794 A JP 21476794A JP H0878209 A JPH0878209 A JP H0878209A
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JP
Japan
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zno
varistor
heat treatment
raw material
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Pending
Application number
JP6214767A
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English (en)
Inventor
Kazuyoshi Nakamura
和敬 中村
Kazuhiro Kaneko
和広 金子
Hiroshi Takagi
洋 鷹木
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気特性のばらつきや寿命特性の不安定性が
なく、かつ、誘電損失(tanδ)を抑えることができ
るZnOバリスタの製造方法を提供する。 【構成】 ZnO素材にAl2 O3 を10〜100pp
m添加して、800〜1200℃で熱処理する。次に、
前記ZnO素材を粗粉砕し、Bi2 O3 及び必要に応じ
て他の添加物を加えて粉砕し、仮焼する。そして、前記
仮焼された原料を粉砕した後、バインダーを加えて成形
する。また、前記ZnO素材は熱処理後に、Al2 O3
が30〜120ppm含有されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、非直線性が大きく、電
圧抑制能力、及びサージ耐量の高いZnOバリスタの製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】バリスタ材料では、現在ZnOが主流と
して用いられている。そして、添加物やZnO素材に含
まれる不純物により、ZnOに含まれる酸素欠陥が引き
起こされる。ZnOバリスタは、このZnOに含まれる
酸素欠陥により、バリスタ特性を発現する。
【0003】ところで、従来のZnOバリスタの製造方
法は、ZnOに添加物として酸化ビスマス、及び必要に
応じて、例えば、酸化アンチモン,酸化コバルト,酸化
マンガンなどを加え、粉砕した後、仮焼、粉砕を経て原
料を作製するのが一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の工法に
おいては、これらの不純物や添加物が、原料製造工程や
焼成工程において偏析し易く、電気特性のばらつきや寿
命特性の不安定性を増していた。
【0005】一方、ZnOバリスタはその電気特性か
ら、一般に電源ライン等に用いられるが、誘電率(見か
けの誘電率)が200〜1000あり、バリスタが動作
しない範囲ではコンデンサでもある。しかし、バリスタ
の誘電損失(tanδ)は数%〜数十%もあり、コンデ
ンサとしては損失が大きい。このため、電源用以外に用
いることは困難であった。
【0006】そこで、本発明の目的は、電気特性のばら
つきや寿命特性の不安定性がなく、かつ、誘電損失(t
anδ)を小さくすることができるZnOバリスタの製
造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1にお
いて、ZnOバリスタの製造方法は、ZnO素材にAl
2 O3 を10〜100ppm添加して、800〜120
0℃で熱処理する工程、熱処理されたZnO素材を粗粉
砕し、Bi2 O3 及び必要に応じて他の添加物を加えて
粉砕し、仮焼する工程、仮焼された原料を粉砕する工
程、粉砕された原料にバインダーを加えて成形する工程
を有することを特徴とするものである。
【0008】また、請求項2において、ZnOバリスタ
の製造方法は、ZnO素材の熱処理後に、Al2 O3 が
30〜120ppm含有されていることを特徴とするも
のである。
【0009】
【作用】本発明によれば、ZnO素材にAl2 O3 を1
0〜100ppm添加し、800〜1200℃で熱処理
することで、Al2 O3 がZnOに固溶し、ドナ−とな
ってZnOの酸素欠陥が助長され、このため、ZnOの
粒内抵抗が下がる。
【0010】また、ZnOを熱処理することにより、Z
nOが粒成長し、粗粉砕と組み合わせて、Al2 O3 以
外の添加物と同等の粒径にすることができる。
【0011】このようにすると、Al2 O3 以外の添加
物との粉砕がスム−ズに進み、均一粉砕・均一混合がで
きるようになり、さらに、仮焼、粉砕を進めることによ
り、さらに均一混合が進み、より均一な原料を作製でき
る。そして、この原料にバインダ−を加えて成形し、8
50〜1300℃の温度で焼成することで、ばらつきが
少なく、寿命特性が安定し、かつ、誘電損失(tan
δ)の小さなZnOバリスタが得られる。
【0012】なお、Al2 O3 の添加方法や熱処理方法
によって、ZnOの熱処理後に、Al2 O3 の含有量が
添加時のそれと異なってくる。これは、一般の熱処理方
法が、Al2 O3 を用いた耐火構造物(例えば、焼成匣
など)を使用するためであり、この耐火構造物からZn
Oに混入するAl2 O3 も、最初に添加したものと同様
に効果を示す。また、ZnOの耐火構造物への拡散や、
Al2 O3 の添加後の工程におけるぬけなどもあり、こ
れらの結果が実質的に、熱処理後のZnOに含有される
Al2 O3 の量として現れることになる。このAl2 O
3 の量が30〜120ppmの場合に、優れたバリスタ
特性が得られる。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例につき、説明する。
【0014】(1)ZnOバリスタ原料の作製 まず、原料として、純度99%以上のZnO100重量
部に対し、表1に示すようにAl2 O3 を添加し、80
0〜1300℃で熱処理を施し、ICP化学分析法でA
l2 O3 の含有量を測定した。この熱処理後の含有量は
焼成後も維持される。なお、表1における*印のついた
試料番号のものは、本発明の範囲外の組成・条件の試料
であることを示す。
【0015】
【表1】
【0016】この熱処理されたZnO原料をロールクラ
ッシャーで粉砕し、さらにパルベライザーで粗粉砕し、
平均粒径で2〜3μmの粒子にした。このとき、130
0℃で熱処理した原料は非常に固く、粉砕が十分に進ま
なかった。
【0017】このようにして得られたZnO原料に、添
加物として、Bi2 O3 ,CoCO3 ,MnO2 及びS
b2 O2 を、ZnO原料を100モル%として、それぞ
れ0.5モル%の割合で秤量し、純水とPSZ玉石を加
え、ボールミルで24時間混合・粉砕して、混合物スラ
リーを得た。次に、得られたスラリーを瀘過乾燥して造
粒した後、800℃の温度で2時間仮焼した。さらにこ
の仮焼物をパルベライザーにより、粗粉砕した後、純水
とPSZ玉石を加えてボールミルで微粉砕した。こうし
て得られたスラリーを瀘過乾燥した。
【0018】(2)ディスク型バリスタの作製 上記(1)のようにして得られた原料にバインダーを加
え、造粒、乾燥した後、粉末成形機で直径12mm,厚
み1.2mm,密度3.2g/cm3 の円柱状形状とな
るように成形した。これを400℃で3時間脱脂した
後、1250℃で2時間焼成した。そして、この焼結体
の両面に直径7mmの円形状にAg電極ペーストを塗布
し、600℃で焼き付けた。さらに、リード線を半田で
取り付け、樹脂でディッピング塗装した。
【0019】(3)チップ積層バリスタの作製 同じく上記(1)のようにして得られた原料にバインダ
ーと有機溶剤(エチルアルコールとトルエン)を加え、
さらに分散剤を加え、ボールミルで混合してスラリーを
得た。このスラリーを用いて、ドクターブレード法によ
り、一定幅で50μmの厚みのグリーンシートを作製し
た。そして、このグリーンシートを所定の形状(矩形)
に打ち抜き、複数枚のグリーンシートを得た。
【0020】次に、Ag/Pd(重量混合比7:3)合
金ペーストをスクリーン印刷板を用いて、これらのグリ
ーンシート上に電極パターンとして印刷した。そして、
これらの印刷シートを積み重ねた後、印刷していないシ
ートを上下両端に重ね、2t/cm2 の圧力で圧着し
た。この後、所定の大きさにカットして面取りを行っ
た。さらに、500℃で2時間熱処理してバインダーを
飛ばした後、950℃で3時間焼成した。得られた焼結
体の側面の内部電極露出部に、外部電極としてAg/P
d(重量混合比7:3)合金ペーストを塗布し、800
℃で焼き付けた。
【0021】(4)電気特性の測定 このようにして作製したZnOバリスタの電気特性を以
下の方法で測定した。
【0022】バリスタ特性はDC電流を流し、バリスタ
の両端電圧を測定して、1mAを流したときの電圧をバ
リスタ電圧V1mAとした。また、バリスタの性能指数
を表す非直線係数αは、0.1mAを流したときの電圧
V0.1mA測定値とバリスタ電圧V1mAとで、α=
1/log(V1mA/V0.1mA)の式で計算し
た。そして、高電流域の性能として、制限電圧を測定し
た。制限電圧は、8×20μsecの三角の電流波形を
持ち、そのピーク電流が10Aとなる電流パルスをバリ
スタに印加し、バリスタの両端電圧の最高電圧V10A
を測定した。さらに、サージ耐量として、制限電圧と同
様の波形形状を有する電流パルスを印加して、パルス印
加前後のV1mAの変化が10%を超えるピーク電流値
を測定した。
【0023】また、コンデンサとしての評価は、測定周
波数1KHz、測定電圧1Vrmsで、静電容量Cと誘
電損失tanδを測定した。
【0024】以上の測定は各ロットの試料数20個で測
定した。そして、ばらつきを3CV(3×σ/平均×1
00%)で計算した。ただし、サージ耐量のばらつきは
r(5個の試料による最大値と最小値の差)で求めた。
【0025】さらに、寿命特性の評価として、V1mA
の85%となるDC電圧を印加しながら、プレッシャー
クッカー内で96時間試験した。そして、この試験前後
のV1mAとCの変化、つまり、δV1mAとδCを測
定した。
【0026】この測定結果を表2ないし表5に示す。表
2及び表3はディスク型バリスタの、また、表4及び表
5はチップ積層型バリスタの電気特性を示している。な
お、これら表2ないし表5の試料番号は前記表1の試料
番号と対応し、*印のついたものは、本発明の範囲外の
組成・条件のものであることを示す。
【0027】
【表2】
【0028】
【表3】
【0029】
【表4】
【0030】
【表5】
【0031】Al2 O3 の効果は、添加量が10ppm
(熱処理後で30ppmの含有)未満の場合、無添加の
場合より効果は見られたが、特性ばらつきがまだ大き
い。また、添加量が100ppm(熱処理後で120p
pm含有)を超えると、バリスタ電圧が上昇し、これに
伴い、サージ耐量が低下して、ばらつきも増える傾向が
ある。従って、Al2 O3 の添加量は10〜100pp
mとすることが必要である。
【0032】また、ZnOの熱処理温度は、1200℃
を超えるとサージ耐量の低下や特性ばらつきが生じる。
これは、ZnO粒子が固くなり、粉砕時に不純物が入り
やすいことが原因と考えられる。そして、800℃未満
では、ZnOとAl2 O3 の反応がほとんど進まないこ
とが確認された。従って、ZnOの熱処理温度は、80
0〜1200℃とすることが必要である。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、ZnOへAl2 O3 を
添加して熱処理することにより、誘電損失(tanδ)
が小さくなり、また、全体的に特性ばらつきが減少す
る。そして、制限電圧が低くなり、サージ耐量が上昇
し、寿命特性が向上する。また、付属的な現象として
は、静電容量が大きくなる傾向がある。
【0034】そして、ディスク型、チップ型などの形状
・構造にかかわりなく、上記のような優れた特性のZn
Oバリスタが得られる。
【0035】このように、ZnOバリスタの諸特性が改
善されることにより、電源を初めとして、ロスのより少
ない電圧安定化用機器やサージ吸収用機器の実現が可能
になる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分のZnO素材にAl2 O3 を10
    〜100ppm添加して、800〜1200℃で熱処理
    する工程、熱処理されたZnO素材を粗粉砕し、Bi2
    O3 及び必要に応じて他の添加物を加えて粉砕し、仮焼
    する工程、仮焼された原料を粉砕する工程、粉砕された
    原料にバインダーを加えて成形する工程を有することを
    特徴とするZnOバリスタの製造方法。
  2. 【請求項2】 主成分のZnO素材の熱処理後に、Al
    2 O3 が30〜120ppm含有されていることを特徴
    とする請求項1記載のZnOバリスタの製造方法。
JP6214767A 1994-09-08 1994-09-08 ZnOバリスタの製造方法 Pending JPH0878209A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011040734A (ja) * 2009-07-17 2011-02-24 Leader Well Technology Co Ltd 酸化亜鉛バリスタを作製するための2つの独立した処理手順を介して酸化亜鉛バリスタを製造するプロセス

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JP2011040734A (ja) * 2009-07-17 2011-02-24 Leader Well Technology Co Ltd 酸化亜鉛バリスタを作製するための2つの独立した処理手順を介して酸化亜鉛バリスタを製造するプロセス

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