JPS60107802A - 電圧非直線抵抗素子 - Google Patents

電圧非直線抵抗素子

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JPS60107802A
JPS60107802A JP58215366A JP21536683A JPS60107802A JP S60107802 A JPS60107802 A JP S60107802A JP 58215366 A JP58215366 A JP 58215366A JP 21536683 A JP21536683 A JP 21536683A JP S60107802 A JPS60107802 A JP S60107802A
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哲 丸山
孝一 津田
向江 和郎
永沢 郁雄
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Fuji Electric Manufacturing Co Ltd
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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】 〔発明の属する技術分野〕 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。
〔従来技術とその問題点〕
従来、電子機器、電値機器の過電圧保護を目的としてシ
リコンカーバイド(SiC)、セレン(be)tシリコ
ン(Si)又はZnOを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、電圧非直線指数が大きいなどの特
徴を有している。その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愚
に適しているので、SjCよりなるバリスタなど九代っ
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
バルト(Co)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(
Ca)の中から少なくとも一ト1【、カリウム(K)、
ルビジウム(Rb ) 、セシウム(Cs) のうち少
なくとも1 ′4giならびにクロムCCr)’+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が
知られている。しかしこの電圧非直線抵抗体は、長波尾
サージ耐量がやや低いという欠点や、課電寿命性能が低
り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。
〔発明の目的〕
本発明は、長波尾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、小形で高長波尾サージ耐量および
課電寿命特性の優れた電圧非直線抵抗体を提供すること
を目的としている。
〔発明の要点〕
ここに本発明者は、ZnOを主成分とし、副成分どして
希土a7c=、C01Mg、 Caのうち少なくとも一
種、K、 Cs、 Rbのうち少なくとも一種ならC2
にCrを添加してなる(IE釆技術の電圧非直線抵抗体
においては、長波尾の大型υ1t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、力)力する電流集中が素子
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、直流電流逆電時にこの不均質部へ
の電流集中が発生し、71d2性劣化をもたらすことを
見出した。
このような問題を解決すべく研究を進めたところ、副成
分として更にホウケイ酸ガラスおよびアルミニウム(A
I)、ガリウム(Ga)、インジウム(In )の中か
ら少な(とも一種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、長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
質部も同時に消滅し、課電寿命の大幅な向上がなされた
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、CO・Mg、 Caの少なくとも一
種、K、 Ilb、 Csのうち少なくとも一種ならび
にCrを含む従来の・電圧非直線抵抗体に、更に副成分
としてホウケイ酸ガラスオ6よびAl、Ga。
Inのうち少なくとも一種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。
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
とで高τ品で焼成し、焼結させることによって製造され
る。
通常添加成分は金、;4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あ
るい―単体元素の形で用い°〔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℃で数時
間仮焼し、仮焼物を十分に粉砕して所定の形状に成形し
、次いで望気中で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℃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℃より筋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
〔発明の実施例〕
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Pr6O11,co304e Mgo、 
K2co3. Cr2O3゜A1203粉末を後記の第
2表に記載の所定の原子%に相当する量で添加し、更に
第1表に示した組成のホウケイ酸ガラスAを所定の重量
%加え十分に混合した後、500〜1000℃で数時間
仮焼した。
次いで仮焼物を十分に粉砕し、バインダーを加えて直径
17wRの円板状に加圧成型し、1100 ’U 〜1
400℃で望気中で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2項の試料に研磨し・そ
の両面に電極を焼付けて素子を作り、その’+li気的
特性的特性した。
電気的特性としては、5℃におい−(素子にl tnA
の電流を流した時の電極間電圧V+ mA、 l mA
〜]OmAでの非直線指数αならひに長波尾サージ社流
耐量として、2m方、100Aの矩形成電流を加回印加
して前後のVlmAの変化をめた。また課電寿命特性と
して、直流20 mAを5分間通電し、前後でlμA電
流を流した時の電極1g1電圧v1μAの変化をめた。
非直線指数αは、素子電流Iの電圧Vに対する変化を次
式に近似して得られる。
I = (V/C)″ ここで、Cは電流密度がi 1171に/4″のときの
素子の単位厚さ当りの電圧である。電圧非直線抵抗体の
配合組成を種々変えたときの電気的特性の測定結果を第
2表に記す。第2表に示した配合組成は、原料中の各成
分金属元素の原子数の総和に対する添カリ元素の原子数
の比から算出される原子%で示されている。またボウケ
イ赦ガラスは、総量に対第1表 第2表 第 2表 (つづき) 第2表に示す試料醜1けz−yLOにPr、Co、Mg
* K。
Crのみを添加して製造した従来の焼結体に相当しその
長波尾サージ電流特性は−7,54%、課電寿命特性は
−20,1%、非直線指数は41である。本発明の目的
である長波尾サージ電流耐量が良好な、即ち−75,4
%より0%に近く、課電寿命特性が向上した、即F−)
−20,1%より0%に近い試料は、第1表よりm3〜
随6. Na9〜随12.1m15〜N117. m2
0〜HI122 、−24〜Ta 26 、 m 29
〜ten 32 、 N133〜* 35である。この
うち試料m 32 、 m 35は非直線指数αが低く
実用忙供さない。従って、Prは0808〜5.0原子
%、COは0.1〜10原子%、Mgは0.01〜5.
0原子%、Kは0.01〜1.0原子%、Crは0.0
1〜1.0原子%、AIはl×10〜5×10 原子%
の範囲で添加する必要がある。
第2表から明らかなように、副成分としてPr。
Co、Mg、Kを含む糸にはホウケイ酸ガラスおよびA
Iを添加することにより、長波尾サージ電流耐量と課電
寿命特性が大幅に改良される。これに、ZnOニP r
 、 CO、Mg + K +ホウケイ酸ガラス、AI
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1は
ばオーミックな特性しか得られず、実用に供することが
できない。
また第1表に示したA以外の組成のホウケイ酸ガラスに
ついても、Aの場合と同様に長波尾サージ耐量および課
電寿命特性が向上した。これを第3表に示す。
第2,3表においては希土類元素としてPrについての
み例示したが、Pr以外の希土類元素あるいは2種類以
上の希土類元素についても、ホウケイ酸ガラスおよびA
Iの添加により、 Pr単独の場合と同様優れた非直線
性を失わずに長波尾サージ電流耐量と課電寿命特性の大
巾な改良がなされることが見出された1、これらの結果
を第4表に示す。
また、MgO代わりにCaj!igおよびCaが共存し
た場合、Kの代わりニRb、Csおよびこれらの元素が
共存した場合あるいはAtの代わりにGa、Inを用い
た場合も同様の効果が得られる。これらを第5表から第
7表に示す。
なお、ホウケイ酸ガラスの添加量は実施例において示し
たように5 X 10−’ ffi量%〜lXl0−2
重量%の範囲であることが望ましく、この範囲を越えて
添加すると非直線指数が低下1−るため実用に供第4表 第5表 M6表 第7表 〔発明の効果〕 以上実施例により説明してきた様に、酸化亜鉛を主成分
とし、これに少なくとも一種の希土類元素を総量で0.
08〜5.0原子%、コバルトを0.1〜10.0i子
%、マグネシウム、カルシウムのうち量で0.O1〜1
.0原子%、クロムを0.01〜1.0原子%、アルミ
ニウム、ガリウム、インジウムのうち少な(とも一種を
総量で1xlO〜5×10 原子%より成る組成にさら
にホウケイ酸ガラスを添加することにより、長波尾サー
ジ耐縫、課電寿命の浸れた電圧非直線抵抗素子が得られ
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少なく
    とも一種の希土類元素を総量で0.08〜5.0原子%
    、コバルトを0.1〜10.0 原子%、マグネシウム
    、カルシウムのうち少なくとも一種を0.O1〜5.0
    原子%、カリウム、セシウム、ルビジウムのうち少なく
    とも一種を総量で0.01〜1.0原子%、クロムを0
    .O1〜1.0原子、アルミニウム、ガリウム、インジ
    ウムのうち少なくとも一種を総量で1xlO〜5×10
     原子%の範囲で添加して成る組成に、さらにホウケイ
    酸ガラスを添加し、焼成してなることを特徴とする電圧
    非直線抵抗素子。 2)特許請求範囲第1項記載の素子において、ホウケイ
    酸ガラスを、ホウ素に換算して5×lθ 〜1 1×lO原子%添加することを特徴とする電圧非直線抵
    抗素子。
JP58215366A 1983-11-16 1983-11-16 電圧非直線抵抗素子 Granted JPS60107802A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4755716A (en) * 1986-07-21 1988-07-05 Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. Filter for CRT screen
US4839736A (en) * 1987-07-06 1989-06-13 Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. Filter for CRT screen
US5640136A (en) * 1992-10-09 1997-06-17 Tdk Corporation Voltage-dependent nonlinear resistor
JP2012516825A (ja) * 2009-02-03 2012-07-26 エプコス アクチエンゲゼルシャフト バリスタセラミック、バリスタセラミックを含む多層構成要素、バリスタセラミックの製造方法
JP2013503474A (ja) * 2009-08-27 2013-01-31 アモテック・カンパニー・リミテッド ZnO系バリスタ組成物

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