JPS594104A - 電圧非直線抵抗体 - 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
代って広く利用されるようになった。

またＺｎＯを主成分とし、副成分として希土類元素、コ
バル１−（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、短波用のサージ耐量
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った。

本発明は、短波量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磁器を提供すること
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
が内部よりやや高抵抗化する事実、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ｌこ消滅し、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
、更に副成分さ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。

ここで原子価とは、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日 原子数のコカ率を童味する。

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
、弗化物およびその溶液なども用いることができ或いは
牟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°Ｃで数
時間仮焼し、仮焼物を十分に粉砕し、所定の形状ζこ成
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°
０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℃より萬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ＰｒａＯｕ、Ｃｏ　婁Ｏａ、ＭｇＯ，Ｂｔ
ｕｓ粉末を後記の第１表に記載の所定の原子チに相当す
る量で添加し、十分に混合した後、５００〜１０００°
０で数時間仮焼した。次いで仮焼物を十分に粉砕し、バ
インダーを加え、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２ｍｌ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。

　５− 電気的特性きしては、２５°０７こおいて素子に］ｒｒ
Ａの電流を流した時の電極間電圧Ｖ　ｒ　ｍ　ｘ、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Ｖ　ｒ　ｍ　Ａの変化を求めた。又課電寿
命特性とし　　゛では、直流１００７１ＺＡを５分間通
電し、前後のＶＩＪＩＡ（１βＡ通電時の電圧）の変化
を求めた。非直線指数αは、素子電流■の電圧■に対す
る変化を次式に近似した時に得られる。

Ｉ　−（−）ａ に こで、Ｃは電流密度が１ｙｎＡ／ｍ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
結果も併わせで第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第　　　１　　　表 試料Ｎｕ　１はＺｎＯにＰｒ、Ｃｏ、Ｍｇのみを添加シ
テ製造した従来の抵抗体に相当し、その短波用ザージ耐
量特性は一５８６％、課電寿命特性は−２８，３ｔ１６
、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チより
０俤に近い試料は第１表よりＮｆ１３〜７．Ｎα１０〜
１３、階１５〜１８．Ｎα２１〜２６である。この中試
料Ｎα２６は非直線指数αが低く実用に供さない。従っ
て、Ｐｒは０．０８〜５．０原子チ、ＣＯは０．１〜１
０．０原子チ、Ｍｇは０．０１〜５．０原子チ、Ｂは０
．０．００５〜０．１原子チ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ｌこ、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、はマオーミツタな特性しか得られ
ず、実用に供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につむ）ての
み例示したが、Ｐ「以外の希土類元素あるシＡは２種類
以上の希土類元素についても、Ｈ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イつずに短
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。

第　　　２　　　表 第３表および第４表はＭｇの代わりにＯａ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原子チ、Ｃｏは
０．１〜１０．０原子％、Ｏａは０．０１〜５．０　　
原子チ、Ｂは５Ｘ１０’″＆〜ｌＸｌ０−’原子チの範
囲内で添加する必要−１０− があることが明らかである。

第３表 １１− 第　　　４　　　表 さらにＭｇおよびＯａ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Ｏａ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。

第　　　５　　　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。

１３−

Claims (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少くとも一
   種の希土類元素を総量で０．０８〜５．０原子係、コバ
   ルトを０．１〜１０．０原子チ、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００１〜５０原子
   ％および硼素を５　Ｘ　１０−’〜Ｉ　Ｘ　１０−’原
   子チの範囲で添加し、焼成してなることを特徴とする電
   圧非直線抵抗体。