JPS59124103A - 電圧非直線抵抗磁器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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）を主成と
した電圧非直線抵抗磁器に関する。

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ド（ＳｉＣ）、セレン（Ｓｅ
）、シリコｙ（Ｓｔ）又はＺｎ０ｉ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、電圧非直線係数が太きい
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
代って広く利用されるようになった。

また、ＺｎＣ１ｒ主成分とし、副成分としてランタン（
Ｌａ　）、プラセオジム（Ｐｒ）などの希土類元素及び
コバル）（Ｃｏ）ｆｒ元素又は化合物の形で添加して焼
成することによｆ）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、動作開始
電圧が周囲温度の上昇によって著しく減少すると漏れ電
流が太きくなり、従って熱暴走を起こす可能性が生ずる
。さらに、制限電圧かや＼高いという欠点があった。

従って、実用上は、これらの優れた電圧非直線性の他に
、できるだけ動作開始電圧が周囲温度に対して安定であ
ることと、更に制限電圧が低いことが望まれるのである
。

従って、本発明は、動作開始電圧の周囲温度に対する安
定性を向上させ、且つ制限電圧を更に減少させ、しかも
一層好適な特性を付与された電圧非直線抵抗磁器を提供
することを目的とする。

こＸに、本発明者は、ＺｎＯを主成分とし、副成分とし
て希土類元素（Ｒ１はランタン（Ｌａ　）およびプラセ
オジム（Ｐｒ　）よりなる群、Ｒ２はセリウム（Ｃｅ　
）ｔネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリ
ウム（Ｓｍ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（
Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）
、ホルミウム（’）（０）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリ
ウム（Ｔｒｎ）。

イッテルビウム（ｙｂ）およびルテチウム（Ｌｕ）より
なる群として、Ｒ，、Ｒ２の中からそれぞれ少なくとも
１種またはＲ２の中から少なくとも２狐）とｃｏを添加
してなる従来技術の電圧非直線抵抗磁器に対し、更に副
成分としてルビジウム（Ｒｂ）とクロム（Ｃｒ）ｋ添加
することにより、優れた電圧非直線を保持した上で、動
作開始電圧の周囲温度に対する安定性が向上し、且つ制
限電圧が低減された電圧非直線抵抗磁器が得られること
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Ｒ＋（Ｌａ、Ｐｒ）とＲ２（Ｃｅ、
Ｎｄ＋　Ｐｍ、Ｓｍ＋　Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ＋Ｄ３’、Ｈ
ｏ＋　Ｅｒ、Ｔｍ、ｙｂ、Ｌｕ）においてＲ，、Ｒ２の
中からそれぞれ少なくとも１種またはＲ７の中から少な
くとも２種と、ＣａＯ外に、更に副成分としてＲｂ及び
Ｃｒ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。

本発明の更に好ましい具体例によれば、Ｚｎ０ｉ主成分
とし、副成分として群Ｒｓ　、Ｒ２の中からそれぞれ少
なくとも１種またはＲ２の中から少なくとも２種の希土
類元素及びＣｏの他にＲｂ及びＣｒを希土類元素が合せ
て０，１〜５．０原子％、Ｃ。

が０５〜５．０原子裂、Ｒｂが０．０５〜０．５原子チ
Ｃｒが０．０５〜０．５原子チであるような量で含む電
圧非直線抵抗磁器が提供される。

こ＼で、原子チとは、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算囲気の
もとて高温で焼成し、焼結させることによって製造され
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１２００〜１４００℃程度の温度で
数時間焼成することによｐ製造される。１２００℃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＼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粉末に希土類酸化物、　ＣＯ３Ｏ４、Ｒｂ２ＣＯ
５。

ＣｒｗＯｓ粉末を第１，２表に記載の所定の原子係に相
当する量で添加し、十分に混合した後、５００〜１００
０℃で数時間仮焼した。次いで、仮焼物を十分に粉砕し
、金型を用いて直径１７朋の円板状に成型して、１２０
０〜１４００℃で空気中で１時間焼成して焼結磁器を得
た。このようにして得られた磁器を厚さ２龍の試料に研
磨し、その両面に電極全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１ｍＡの電
流を流したときの動作開始電圧Ｖ１ｍＡ。

２５℃における電圧非直線係数α、■ＩｍＡの２５°Ｃ
と８５℃との間の変化率△Ｖ　ｓ　／Ｖ　、並びに素子
に４ＯＡの電流を流したときの制限電圧Ｖ４ＯＡ　　と
ｖｌｍＡの比を求めた。非直線係数αは素子電流■の電
圧Ｖに対する変化を次式に近似したときに得られる。

こ＼で、Ｃは電流密度が１ｍＡ／ｍのときの素子の厚さ
ｌ　ｍｒｔｒ当シの電圧である。

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
果を併わせで第１，２表に示す。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チで
示されている。

第　　１　　表　（１） 第　　１　　表　（２） 第　　１　　表　（３） 第　　１　　表　（４） 第　　１　　表　（５） 第　　２　　表　（１） 第　　２　　表　（２） 第　　２　　表　（３） 第１表に示す試料Ｎ［１１〜３は、ＺｎＯにＰｒ、Ｓｍ
。

Ｔｂの中から１種とＣＯのみを添加して製造した従来の
磁器に相当し、そのＶ　、　ｍ　Ａの温度変化率△ｖ　
ｒ／ｖ　１は−７，０％〜−７，５％、制限電圧と動作
開始電圧の比Ｖ４０ＩＩＶｔｍ嵐１．８〜２．０である
。本発明の目的である、Ｖ１ｍ人の温度に対する安定性
と制限電圧特性が良好である。即ち△Ｖ　＋　／Ｖ　１
が−７，０チよυ０に近く、Ｖ４ｏＡ／Ｖ、ｍＡが１．
８以下の試料は第１．２表から、Ｎｎ５〜１９．２２〜
２５゜２８〜３１．３４〜３７．４０〜４２．４５〜４
７．５０〜５２．５５〜５７．５９〜６７゜６９〜７６
．７９〜８２．８５〜８８．９１〜９４．９７〜９９，
１０１．１０２である。従って、希土類元素は合せて０
，１〜５．０原子チ、ＣＯは０．５〜５．０原子チ、Ｒ
ｂは０．０５〜０．５原子チ、Ｃｒは０．０５〜０．５
原子チの範囲内で添加する必要があることがわかる。

以上、表から明らかなように、副成分としての希土類元
素、ＣＯ系にＲｈ、Ｃｒを添加することにより、７１ｍ
人の温度特性と制限電圧特性が大巾に改良される。これ
はＺｎＯに希土類元素Ｒ１，Ｒ２の中からそれぞれ少な
くとも１種またはＲ２から少なくとも２種とＣｏ、Ｒｂ
、Ｃｒが共存して初めて達成されるものである。これら
の副成分を単独で添加すると、電圧非直線性は極めて悪
く、はソオーミツクな特性しか得られない。また、希土
類元素とＣａＯ外に、ＲｂまたはＣｒだけを添加した場
合には、高抵抗化したりあるいは低抵抗化して電圧非直
線性が失われ、バリスタとして実用に供することができ
ない。

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、ＶＩｍ人の温度特性と
制限電圧特性が大巾に向上し、従っ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. 【特許請求の範囲】 １）酸化亜鉛を主成分とし、これに副成分として希土類
   元素（Ｒ１はランタンおよびプラセオジムからなる群、
   Ｒ２はセリウム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム
   、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロ
   シウム、ホルミウム。 エルビウム、ツリウム、イッテルビウムおよびルテチウ
   ムからなる群として、Ｒ，、Ｒ２の中からそれぞれ少な
   くとも１種またはＲ２の中から少なくとモ２２Ｍ　）と
   、コバルト、ルビジウム、クロムを元素または化合物の
   形で、それぞれ元素に換算して、希土類元素は合せて０
   １〜５０原子係、コバルトは０５〜５．０原子チ、ルビ
   ジウムは０．０５〜０．５原子チ、クロムは０．０５〜
   ０．５原子係の範囲で添加し、焼成してなることを特徴
   とする電圧非直線抵抗磁器、１