JPS61271802A - 電圧非直線抵抗体磁器組成物 - Google Patents
電圧非直線抵抗体磁器組成物Info
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Landscapes
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電圧非直線抵抗体磁器組成物、詳しくは各種電
子機器類のサージ吸収、過電圧抑制あるいは火花消去、
ノイズ除去等に利用される電圧非直線抵抗体(以下単に
バリスタという)用磁器組成物に関する。
子機器類のサージ吸収、過電圧抑制あるいは火花消去、
ノイズ除去等に利用される電圧非直線抵抗体(以下単に
バリスタという)用磁器組成物に関する。
一般に電圧−電流特性が非直線性を有する抵抗素子はバ
リスタと称され、その特性は次式の関係式で表わされる
。
リスタと称され、その特性は次式の関係式で表わされる
。
α
1− (V/C)
式中■は電流、■は電圧を表わす、又、Cは定数であり
、αは電圧非直線性を示す指数である。
、αは電圧非直線性を示す指数である。
従来、このような電圧非直線特性を有するバリスタとし
ては、SiCバリスタやZnO系バリスタがよく知られ
ており、αの値はSiCバリスタで2〜4程度、ZnO
系バリスタでは20〜60程度に達するものが得られて
いる。又、Cは材料等によって定まる定数であるが、実
用的には一定の電流例えば10mAの電流を流したとき
のバリスタ素子端子間の電圧(通常バリスタ電圧と呼ば
れる)をvl。のように表わしている。
ては、SiCバリスタやZnO系バリスタがよく知られ
ており、αの値はSiCバリスタで2〜4程度、ZnO
系バリスタでは20〜60程度に達するものが得られて
いる。又、Cは材料等によって定まる定数であるが、実
用的には一定の電流例えば10mAの電流を流したとき
のバリスタ素子端子間の電圧(通常バリスタ電圧と呼ば
れる)をvl。のように表わしている。
このようにバリスタの電圧−電流特性は非直線性を有す
るため、サージのような異常高電圧の吸収等に優れた性
能を発揮するが、反面、静電容量が0.18〜2.6
n Fと比較的小さいため、ノイズ等の吸収に対しては
殆ど効果がない、そこでノイズ等の吸収の目的にはチタ
ン酸ストロンチウム(SrTiC)1)系の半導体磁器
コンデンサが利用されているが、これも大きなサージが
印加されると破壊されるなどの欠点があった。
るため、サージのような異常高電圧の吸収等に優れた性
能を発揮するが、反面、静電容量が0.18〜2.6
n Fと比較的小さいため、ノイズ等の吸収に対しては
殆ど効果がない、そこでノイズ等の吸収の目的にはチタ
ン酸ストロンチウム(SrTiC)1)系の半導体磁器
コンデンサが利用されているが、これも大きなサージが
印加されると破壊されるなどの欠点があった。
しかし乍ら近年、このような欠点を改善した5rTiQ
3系半導体磁器を素材とするバリスタが開発され、その
一部は特公昭5B−21806号公報等に開示されてい
る。このバリスタは5rT10、を主成分とし、これに
半導体化促進金属酸化物として、例えば酸化ニオブ(N
b ! Os )、酸化タンタル(T a z os
) 、酸化ランタン(La2O5)などを、又、非直
線性改善用金属酸化物として、例えばCu Os M
n Ozなどを添加し、焼結した素子に電極を形成した
もので、このバリスタはペロブスカイト結晶構造を有し
、強誘電性を示すため、バリスタとしての機能だけでな
く、コンデンサとしての機能をも有し、ノイズ除去にも
優れた性能を有している。
3系半導体磁器を素材とするバリスタが開発され、その
一部は特公昭5B−21806号公報等に開示されてい
る。このバリスタは5rT10、を主成分とし、これに
半導体化促進金属酸化物として、例えば酸化ニオブ(N
b ! Os )、酸化タンタル(T a z os
) 、酸化ランタン(La2O5)などを、又、非直
線性改善用金属酸化物として、例えばCu Os M
n Ozなどを添加し、焼結した素子に電極を形成した
もので、このバリスタはペロブスカイト結晶構造を有し
、強誘電性を示すため、バリスタとしての機能だけでな
く、コンデンサとしての機能をも有し、ノイズ除去にも
優れた性能を有している。
しかし、その製造方法は成形体を中性又は還元性雰囲気
中で焼成して半導体化し、次いで大気中又は酸化性雰囲
気中で熱処理することにより結晶粒界に絶縁層を形成し
た半導体磁器とする方法であるため、各焼成温度、焼成
時間、焼成雰囲気等の製造条件の変動に起因して、得ら
れる半導体磁器の電気的特性にバラツキを生ずるという
問題点があった。
中で焼成して半導体化し、次いで大気中又は酸化性雰囲
気中で熱処理することにより結晶粒界に絶縁層を形成し
た半導体磁器とする方法であるため、各焼成温度、焼成
時間、焼成雰囲気等の製造条件の変動に起因して、得ら
れる半導体磁器の電気的特性にバラツキを生ずるという
問題点があった。
本発明はS r T i Os光半導体磁器組成物のか
かる問題点に着目してなされたもので、種々のバリスタ
電圧V、。と電圧非直線指数αとを有すると共に、従来
のバリスタに比し静電容量が大きく、さらに製造条件の
変動によっても電気的特性のバラツキの少ないバリスタ
が得られる電圧非直線抵抗体磁器組成物を提供すること
を目的とする。
かる問題点に着目してなされたもので、種々のバリスタ
電圧V、。と電圧非直線指数αとを有すると共に、従来
のバリスタに比し静電容量が大きく、さらに製造条件の
変動によっても電気的特性のバラツキの少ないバリスタ
が得られる電圧非直線抵抗体磁器組成物を提供すること
を目的とする。
本発明者は、この目的を達成すべく鋭意研究を行なった
結果、上記のS r T i Oxを主成分とし、これ
に半導体化促進物質としてニオブ(Nb)、非直線性改
善物質としてMn 、Zn 、Snから選ばれる金属を
夫々配合した組成物にシリカ(Si0、)を一定範囲の
割合で添加することにより、焼成によるS r T i
O,の結晶粒子の成長を均一化し、バリスタ電圧の変
動が極めて少ない品質の安定したバリスタが得られると
共に静電容量の大きいバリスタが得られる組成物となし
得ることを見出し本発明をなすに至った。
結果、上記のS r T i Oxを主成分とし、これ
に半導体化促進物質としてニオブ(Nb)、非直線性改
善物質としてMn 、Zn 、Snから選ばれる金属を
夫々配合した組成物にシリカ(Si0、)を一定範囲の
割合で添加することにより、焼成によるS r T i
O,の結晶粒子の成長を均一化し、バリスタ電圧の変
動が極めて少ない品質の安定したバリスタが得られると
共に静電容量の大きいバリスタが得られる組成物となし
得ることを見出し本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は5rTiO:+を95.00〜99
、93モル%、NbをNb、O3に換算した値で0,0
1〜1.00モル%、5iftを0.05〜3゜00モ
ル%、M n* Z n 、 S nからなる群から選
ばれる少くとも一種の金属を夫々Mn0=、ZnO*
S n Ozに換算した値で0.01〜1.00モル%
含有する電圧非直線抵抗体磁器組成物(以下単に本発明
組成物という)である。
、93モル%、NbをNb、O3に換算した値で0,0
1〜1.00モル%、5iftを0.05〜3゜00モ
ル%、M n* Z n 、 S nからなる群から選
ばれる少くとも一種の金属を夫々Mn0=、ZnO*
S n Ozに換算した値で0.01〜1.00モル%
含有する電圧非直線抵抗体磁器組成物(以下単に本発明
組成物という)である。
以下に本発明組成物の製造法について説明する。
すなわち、主成分としての5rTiO,が95.00〜
99.93モル%、第2成分としてのNbがNb2O,
に換算してo、oi〜1.00モル%、第3成分として
のMn、Zn、Snからなる群から選ばれる少なくとも
一種の金属をMn0z 、ZnO。
99.93モル%、第2成分としてのNbがNb2O,
に換算してo、oi〜1.00モル%、第3成分として
のMn、Zn、Snからなる群から選ばれる少なくとも
一種の金属をMn0z 、ZnO。
S n Ozの金属酸化物に換算した値で0.01〜1
.00モル%及び第4成分としてSiO□を0.05〜
3゜00モル%の組成比で、総和が100モル%となる
ように夫々を正確に秤量する。この場合、S「Tie、
はその生成原料となる例えば5rCOsとTie、との
混合物を出発原料としてもよく、又、Nbz 05 、
Mn0z ? Zno、5notはこれらの金属元素又
は水酸化物、炭酸塩等を出発原料としてもよい。
.00モル%及び第4成分としてSiO□を0.05〜
3゜00モル%の組成比で、総和が100モル%となる
ように夫々を正確に秤量する。この場合、S「Tie、
はその生成原料となる例えば5rCOsとTie、との
混合物を出発原料としてもよく、又、Nbz 05 、
Mn0z ? Zno、5notはこれらの金属元素又
は水酸化物、炭酸塩等を出発原料としてもよい。
上記の組成比となるよう混合された各成分は、ボールミ
ル等の粉砕混合機を用いて2〜8時間湿式で粉砕混合し
たのち、濾過脱水し、約lOO〜150℃で乾燥する。
ル等の粉砕混合機を用いて2〜8時間湿式で粉砕混合し
たのち、濾過脱水し、約lOO〜150℃で乾燥する。
次いでこの乾燥混合物を空気存在下1000〜1100
℃で1〜3時間仮焼したのち、ポリビニルアルコール等
の有機結合剤を添加して300μ程度の造粒粉末を調製
する。
℃で1〜3時間仮焼したのち、ポリビニルアルコール等
の有機結合剤を添加して300μ程度の造粒粉末を調製
する。
次に得られた造粒粉末を0.5〜3 ton/−程度の
圧力で加圧成形し、直径約6鶴、厚さ約1.2鶴の円板
とする0次いでこの円板成形体を脱パイ処理し還元雰囲
気(80〜95%Nよ+5〜20%H8)中で約135
0〜1500℃の範囲で1〜8時間焼成したのち、この
焼成体を空気中で900−1300℃の範囲の温度で1
〜5時間再酸化処理することにより本発明の組成物が得
られる。
圧力で加圧成形し、直径約6鶴、厚さ約1.2鶴の円板
とする0次いでこの円板成形体を脱パイ処理し還元雰囲
気(80〜95%Nよ+5〜20%H8)中で約135
0〜1500℃の範囲で1〜8時間焼成したのち、この
焼成体を空気中で900−1300℃の範囲の温度で1
〜5時間再酸化処理することにより本発明の組成物が得
られる。
バリスタ素子は得られた円板状焼結体の両面にオーミッ
ク接触を形成する銀などの導電性金属膜電極を通常の方
法により形成して得られる。
ク接触を形成する銀などの導電性金属膜電極を通常の方
法により形成して得られる。
各配合成分の組成比を変えて上述の方法で種々のバリス
タ素子を製造し、その初期特性を測定した結果を次表に
示した。
タ素子を製造し、その初期特性を測定した結果を次表に
示した。
なお表中■1゜はバリスタ素子に10e^の電流を流し
たときのバリスタ素子両端の電圧であり、電圧非直線指
数αはバリスタ素子に10e^及び1mAの電流を夫々
流したときのバリスタ素子両端の電圧VIOとV、の比
から α−1/ log (V r o/ V + )
の式より求めた値で示した。又、静電容量CAはLCR
メータを使用し、測定周波数IKHzで測定した値であ
る。さらに変動係数(%)は■1゜のバラツキを標準偏
差と平均値との比を百分率で示した。なおこれらの特性
値はバリスタの製造時における再酸化温度を1000’
Cとした場合の値を示した。又、表中左欄の試料番号に
※印を付したものは対照例を示す。
たときのバリスタ素子両端の電圧であり、電圧非直線指
数αはバリスタ素子に10e^及び1mAの電流を夫々
流したときのバリスタ素子両端の電圧VIOとV、の比
から α−1/ log (V r o/ V + )
の式より求めた値で示した。又、静電容量CAはLCR
メータを使用し、測定周波数IKHzで測定した値であ
る。さらに変動係数(%)は■1゜のバラツキを標準偏
差と平均値との比を百分率で示した。なおこれらの特性
値はバリスタの製造時における再酸化温度を1000’
Cとした場合の値を示した。又、表中左欄の試料番号に
※印を付したものは対照例を示す。
本発明の組成物において、Nb2O5は半導体化促進の
目的で配合されるもので、0.01〜1.00モル%の
範囲の場合バリスタ電圧■、。が低(、電圧非直線指数
αが大きいバリスタ素子が得られる。しかし、0.01
モル%未満及び1.00モル%を越えるときは■1゜の
値が大きくなり、又、逆にαが小となって好ましくない
。
目的で配合されるもので、0.01〜1.00モル%の
範囲の場合バリスタ電圧■、。が低(、電圧非直線指数
αが大きいバリスタ素子が得られる。しかし、0.01
モル%未満及び1.00モル%を越えるときは■1゜の
値が大きくなり、又、逆にαが小となって好ましくない
。
なお上記の実施例では第2成分としてNb2O5を添加
した場合を示したが、タンタル(T a )についても
ニオブ(Nb)と同族元素であり、そのイオン半径及び
化学的性質が殆ど同一あることがらNb□OSの一部又
は全部に変えてTa、O。
した場合を示したが、タンタル(T a )についても
ニオブ(Nb)と同族元素であり、そのイオン半径及び
化学的性質が殆ど同一あることがらNb□OSの一部又
は全部に変えてTa、O。
を添加しても同様の特性のバリスタ素子が得られること
は容易に推察できる。
は容易に推察できる。
又、本発明組成物においてSiOっの添加は上表の結果
から明らかなように、0.05〜3.0θモル%の範囲
の場合バリスタ素子の静電容量を増加させ、又、バリス
タ電圧v10の変動係数を減少させる作用がある。しか
しSiO□が0.05モル%未満のときはV+Oの値が
高くなると共に変動係数も大となり、一方3.00モル
%を越えるときはαが低下すると共に変動係数が大とな
って好ましくない。
から明らかなように、0.05〜3.0θモル%の範囲
の場合バリスタ素子の静電容量を増加させ、又、バリス
タ電圧v10の変動係数を減少させる作用がある。しか
しSiO□が0.05モル%未満のときはV+Oの値が
高くなると共に変動係数も大となり、一方3.00モル
%を越えるときはαが低下すると共に変動係数が大とな
って好ましくない。
S i Ozの添加によるこのような作用効果は主とし
て主成分である5rTiO+の結晶粒子の成長が均一化
されることに起因するものと考えられる。
て主成分である5rTiO+の結晶粒子の成長が均一化
されることに起因するものと考えられる。
ちなみに表中試料番号22に示される本発明組成物(S
i Ox 0.5モル%添加)の結晶構造を示す第
1図の顕微鏡写真(倍率1000倍)と、試料番号16
に示される対照組成物(Si0゜0.01モル%添加)
の結晶構造を示す第2図の顕微鏡写真(倍率1000倍
)とを比較すると、対照組成物においてはSrTiO3
の結晶の成長が均一でなく、微細な粒子の中に部分的に
異常成長した粒子が存在した状態となるのに対し、本発
明の組成物においては、SrTiO3結晶の成長が均一
に行なわれ、大きさの揃った粒子に成長していることが
わかる。従って5rTiO,粒界における金属酸化物に
よる絶縁体層の形成も均一となり、特性値のバラツキが
減少するものと考えられる。なお、Singに変えてS
i、N、等の窒化物を使用しても5iOzと同様の作用
が得られる。
i Ox 0.5モル%添加)の結晶構造を示す第
1図の顕微鏡写真(倍率1000倍)と、試料番号16
に示される対照組成物(Si0゜0.01モル%添加)
の結晶構造を示す第2図の顕微鏡写真(倍率1000倍
)とを比較すると、対照組成物においてはSrTiO3
の結晶の成長が均一でなく、微細な粒子の中に部分的に
異常成長した粒子が存在した状態となるのに対し、本発
明の組成物においては、SrTiO3結晶の成長が均一
に行なわれ、大きさの揃った粒子に成長していることが
わかる。従って5rTiO,粒界における金属酸化物に
よる絶縁体層の形成も均一となり、特性値のバラツキが
減少するものと考えられる。なお、Singに変えてS
i、N、等の窒化物を使用しても5iOzと同様の作用
が得られる。
又、MnO,、ZnO,Snowの添加は、主にαを増
大させる作用効果があるが、0.01モル%未満ではそ
の効果が少ないため好ましくなく、又、1.00モル%
を越えるときはバリスタ電圧■1゜が高く、静電容量C
Aも小さくなり、かつバリスタ電圧の変動係数も大きく
なって安定したバリスタ素子が得られない。
大させる作用効果があるが、0.01モル%未満ではそ
の効果が少ないため好ましくなく、又、1.00モル%
を越えるときはバリスタ電圧■1゜が高く、静電容量C
Aも小さくなり、かつバリスタ電圧の変動係数も大きく
なって安定したバリスタ素子が得られない。
第3図は前表の試料番号22の本発明の組成物について
、焼結後における再酸化温度と■1゜及びαとの関係を
示したグラフであり、この結果から明らかなように、再
酸化温度の調節により、vl。
、焼結後における再酸化温度と■1゜及びαとの関係を
示したグラフであり、この結果から明らかなように、再
酸化温度の調節により、vl。
及びαの値をコントロールすることができるので、同−
寸法及び同一組成の素子で各種特性を有するバリスタを
製造することができる。なお、試料番号22の組成物は
第3成分としてMnO,を0.2モル%添加した場合で
あるが、ZnO,5notを添加した場合についても第
3図の場合と同様の傾向が得られることが確認された。
寸法及び同一組成の素子で各種特性を有するバリスタを
製造することができる。なお、試料番号22の組成物は
第3成分としてMnO,を0.2モル%添加した場合で
あるが、ZnO,5notを添加した場合についても第
3図の場合と同様の傾向が得られることが確認された。
本発明の組成物によれば、以上の実施例及び作用から明
らかなように、変動係数(バラツキ)の小さな種々のバ
リスタ電圧■1゜と電圧非直線指数αとを有する高品質
で信転性の高いバリスタ素子を得ることができる。又こ
のバリスタは従来のバリスタと比較して静電容量が大き
いので、各種電子機器の過電圧抑制、火花除去及びノイ
ズ吸収等の用途、例えば小型モータ回路における整流子
片と刷子間に発生する火花消去及びノイズ吸収用、マイ
クロコンピュータ制御機器等のノ・fズフィルター等の
用途に、バリスタとコンデンサの機能を同時に備えた複
合機能素子として使用することができる。
らかなように、変動係数(バラツキ)の小さな種々のバ
リスタ電圧■1゜と電圧非直線指数αとを有する高品質
で信転性の高いバリスタ素子を得ることができる。又こ
のバリスタは従来のバリスタと比較して静電容量が大き
いので、各種電子機器の過電圧抑制、火花除去及びノイ
ズ吸収等の用途、例えば小型モータ回路における整流子
片と刷子間に発生する火花消去及びノイズ吸収用、マイ
クロコンピュータ制御機器等のノ・fズフィルター等の
用途に、バリスタとコンデンサの機能を同時に備えた複
合機能素子として使用することができる。
第1図は本発明の組成物の一実施例についての結晶構造
を示す顕微鏡写真、第2図は対照組成物の結晶構造を示
す顕微鏡写真、第3図は本発明組成物の一実施例につい
ての再酸化温度とV、。、αとの関係を示すグラフであ
る。 特 許 出 願 人 石塚電子株式会社第1図
を示す顕微鏡写真、第2図は対照組成物の結晶構造を示
す顕微鏡写真、第3図は本発明組成物の一実施例につい
ての再酸化温度とV、。、αとの関係を示すグラフであ
る。 特 許 出 願 人 石塚電子株式会社第1図
Claims (1)
- SrTiO_3を95.00〜99.93モル%、N
bをNb_2O_5に換算した値で0.01〜1.00
モル%、SiO_2を0.05〜3.00モル%、Mn
、Zn、Snからなる群から選ばれる少くとも一種の金
属を夫々MnO_2、ZnO、SnO_2に換算した値
で0.01〜1.00モル%含有することを特徴とする
電圧非直線抵抗体磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60113229A JPS61271802A (ja) | 1985-05-28 | 1985-05-28 | 電圧非直線抵抗体磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60113229A JPS61271802A (ja) | 1985-05-28 | 1985-05-28 | 電圧非直線抵抗体磁器組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61271802A true JPS61271802A (ja) | 1986-12-02 |
Family
ID=14606835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60113229A Pending JPS61271802A (ja) | 1985-05-28 | 1985-05-28 | 電圧非直線抵抗体磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61271802A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0249404A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-02-19 | Murata Mfg Co Ltd | 複合機能素子 |
| JPH02106904A (ja) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Murata Mfg Co Ltd | 複合機能素子 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5298995A (en) * | 1976-02-17 | 1977-08-19 | Tdk Corp | Ceramic compound of voltage non-linear resistance |
| JPS607701A (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-16 | 松下電器産業株式会社 | 電圧依存性非直線抵抗体磁器組成物 |
-
1985
- 1985-05-28 JP JP60113229A patent/JPS61271802A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5298995A (en) * | 1976-02-17 | 1977-08-19 | Tdk Corp | Ceramic compound of voltage non-linear resistance |
| JPS607701A (ja) * | 1983-06-28 | 1985-01-16 | 松下電器産業株式会社 | 電圧依存性非直線抵抗体磁器組成物 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0249404A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-02-19 | Murata Mfg Co Ltd | 複合機能素子 |
| JPH02106904A (ja) * | 1988-10-17 | 1990-04-19 | Murata Mfg Co Ltd | 複合機能素子 |
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