JPS623965B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は酸化亜鉛を主成分とする焼結体におい
て出発原料として酸化亜鉛成分のうちの一部を金
属亜鉛で置換し添加物として少なくともバナジウ
ムと２価の原子価をもつコバルト、マンガン、ニ
ツケル、マグネシウムのうちの少なくとも一種を
含有する電圧非直線抵抗素子の製造方法に関す
る。 近年IC、トランジスタ、サイリスタなどの半
導体素子および半導体回路とその応用の急速な発
展にともない、計測、制御通信機器および電力機
器における半導体素子および半導体回路の使用が
普及しこれら機器の小型化、高性能化が進展する
とともにマイクロモータの使用が急速に増大して
いる。しかし他方ではこのような進歩にともない
これらの機器やその部品の耐電圧、耐サージおよ
び耐ノイズ性能はマイクロモータの整流子が発生
する火花電圧に対して十分とはいえない。このた
めこれらの機器や部品を異常なサージやノイズか
ら保護すること、あるいは回路電圧を安定化する
ことがきわめて重要な課題になつてきている。こ
れらの課題のために低いバリスタ電圧で高い非直
線性を有し、かつ応答性の速い電圧非直線抵抗素
子の開発が要求されている。従来これらの目的の
ためにSiCバリスタやSiバリスタなどの電圧非直
線抵抗素子がある。バリスタの電流電圧特性は一
般につぎの関係 Ｉ＝（Ｖ／Ｃ）〓 で表示される。ここでＶはバリスタに印加されて
いる電圧であり、Ｉはバリスタを流れる電流であ
る。またＣは与えられた電流を流したときの電圧
に対応する定数である。非直線係数α＝１はオー
ムの法則にしたがう普通の抵抗体でありαが大き
いほど非直線性がすぐれているといえる。ここで
はバリスタ特性をＣとαで表わすかわりに１ｍＡ
における立上り電圧V1ｍＡとαで表わすことと
する。また火花電圧のような立上り電圧が速く波
長の短いスパイク電圧に対する応答速度はバリス
タ自体の静電容量により決まり静電容量の大きい
方が応答速度は速くなる。従来用いられている
SiCバリスタはたとえばV1ｍＡ＝10〜20V程度の
低電圧領域でα＝３〜４程度で満足できるもので
はなく、またSiCバリスタは非酸化性雰囲気中で
焼成する必要がある。他方SiバリスタはSiのＰ−
Ｎ接合の順方向の立上り電圧（１ｍＡに対して約
0.6V）を利用したものであり、必要とするバリ
スタ電圧を得るためには複数枚のシリコンチツプ
を積み重ねる必要がありコスト高となる欠点があ
る。また最近開発された低電圧用酸化亜鉛−酸化
ビスマス系バリスタは非直線係数αが約20と高い
が応答速度が遅いため火花電圧を制御できない。 本発明は上記の欠点を解決せんとするもので酸
化亜鉛を主成分とする焼結体において出発原料と
して酸化亜鉛成分のうちの一部を金属亜鉛で置換
し添加物として少なくともバナジウムと２価の原
子価をもつコバルト、マンガン、ニツケル、マグ
ネシウムのうちの少なくとも一種を含有すること
により非直線係数が高く、かつ非常に大きな静電
容量を有するため高速応答性を有し、しかも非直
線性が焼結体自体に起因しているため対称形の電
圧−電流特性を示し焼結体の厚みを変えることに
より任意のバリスタ電圧値を得ることが可能であ
り空気中で焼成可能なため製造がきわめて簡易な
電圧非直線抵抗素子の製造方法を提供せんとする
ものである。 以下本発明の詳細を一実施例にもとづき説明す
る。すなわち本発明は酸化亜鉛に金属亜鉛を0.01
〜20モル％、酸化バナジウムを0.001〜１モル％
の範囲で添加し、かつ２価の原子価をもつ金属の
酸化物である酸化コバルト、酸化マンガン、酸化
ニツケル、酸化マグネシウムのうちの少なくとも
一種を0.01〜10モル％添加しこれを十分に混合し
て15mmφ×１mmｔの寸法の円板型に成型し1000℃
以上の空気中高温で焼成した。焼成した焼結体の
両面に電極をつけ特性を測定したところ第１表に
示すような結果が得られた。

【表】 すなわち第１表は焼結体の厚みを固定して電極
の種類を変えた場合の特性を調べたものである
が、この第１表から明らかなように電極の種類と
無関係に素子の厚みによつて特性が変わる焼結体
自体が非直線性をもつ素子であることがわかる。
つぎに第１図に酸化バナジウム＝0.05モル％と酸
化コバルト＝２モル％を一定にして金属亜鉛の添
加量を変えたときのV1ｍＡに対応するα値の変
化を示す。また第２図に金属亜鉛＝３モル％と酸
化マンガン＝２モル％を一定にして酸化バナジウ
ムの添加量を変えたときのV1ｍＡに対応するα
値の変化を示す。第１図から金属亜鉛0.01〜20モ
ル％、酸化バナジウム0.001〜１モル％の場合に
非直線係数α＝10〜15の高い値の得られることが
わかる。金属亜鉛の添加量が0.01モル％未満また
は20モル％を越える範囲では非直線係数αが低く
なるばかりでなく安定性も悪くなる。酸化バナジ
ウムの添加量が0.001モル％未満または１モル％
を越える範囲では非直線係数αが低くなる。第２
表に組成比の異なる焼結体のV1ｍＡの値と非直
線係数を示す。

【表】 この第２表から添加物とその添加量を適宜選択
することによつてV1ｍＡが低く非直線係数α＝
10〜15と高い値が得られることがわかる。第３図
に金属亜鉛＝３モル％と酸化バナジウム＝0.05モ
ル％を一定にして酸化コバルト、酸化マンガン、
酸化ニツケルおよび酸化マグネシウムのそれぞれ
の添加量を変えたときのV1ｍＡに対応するα値
の変化を示す。第３図において曲線Ａは酸化コバ
ルト、曲線Ｂは酸化マンガン、曲線Ｃは酸化ニツ
ケル、曲線Ｄは酸化マグネシウムの添加量を変え
たときの変化である。第３図から酸化コバルト、
酸化マンガン、酸化ニツケル、酸化マグネシウム
の添加量はそれぞれ0.01〜10モル％の場合に非直
線係数α＝10〜15の高い値の得られることがわか
る。これらの添加量が0.01モル％未満または10モ
ル％を越える範囲では非直線係数αが低くなる。
第４図に本発明の実施例（曲線１）による酸化亜
鉛−金属亜鉛−酸化バナジウム系バリスタ
（ZnO94.95モル％−Zn3モル％−V₂O₅0.05モル％
−CoO0.5モル％−MnO0.5モル％−NiO0.5モル％
−MgO0.5モル％）と従来の参考例（曲線２）に
よる酸化亜鉛−酸化ビスマス系バリスタ
（ZnO96.5モル％−Bi₂O₃0.5モル％−Co₂O₃1モル
％−MnO₂1モル％−NiO1モル％）とのV1ｍＡに
対応する静電容量特性の比較を示す。第３図から
実施例（曲線１）は参考例（曲線２）よりも静電
容量が大きく高速応答性がすぐれていることがわ
かる。 上記説明ではバナジウム、コバルト、マンガ
ン、ニツケル、マグネシウムを酸化バナジウム、
酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニツケル、酸
化マグネシウムの形で例示したが焼成後酸化物に
なるものであればよく必ずしも酸化物に限らない
ことはいうまでもない。また添加物としてバナジ
ウムとコバルト、マンガン、ニツケル、マグネシ
ウムのうちの少なくとも一種のほかにバナジウ
ム、コバルト、マンガン、ニツケル、マグネシウ
ム以外のビスマス、タングステン、モリブデン、
リチウム、鉄、銅、クロム、ストロンチウム、硼
素、カルシウム、アルミニウム、アンチモン、タ
ンタル、ハフニウム、鉛、けい素、チタン、ジル
コン、錫などの金属酸化物または弗化物などを一
種類以上添加してもよい。 以上詳述したように本発明によれば酸化亜鉛を
主成分とし焼結体自体が電圧非直線性を有する電
圧非直線抵抗素子の製造方法において出発原料と
して酸化亜鉛成分のうちの一部を金属亜鉛で置換
し添加物として少なくともバナジウムを含み、か
つ他の添加物として２価の原子価をもつコバル
ト、マンガン、ニツケル、マグネシウムのうちの
少なくとも一種を含むことによつて非直線係数が
高くかつ高速応答性がよくしかも製造がきわめて
簡易であり安定した特性を有する電圧非直線抵抗
素子の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は金属亜鉛の添加量を変えたときのV1
ｍＡに対応するα値の変化を示す曲線図、第２図
は酸化バナジウムの添加量を変えたときのV1ｍ
Ａに対応するα値の変化を示す曲線図、第３図は
酸化コバルト、酸化マンガン、酸化ニツケルおよ
び酸化マグネシウムのそれぞれの添加量を変えた
ときのV1ｍＡに対応するα値の変化を示す曲線
図、第４図は本発明の実施例と従来の参考例との
V1ｍＡに対応する静電容量特性の比較を示す曲
線図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸化亜鉛を主成分とし焼結体自体が電圧非直
   線性を有する電圧非直線抵抗素子の製造方法にお
   いて、出願原料として酸化亜鉛成分のうち0.01〜
   20モル％を金属亜鉛で置換し添加物として少なく
   ともバナジウムをV₂O₅に換算して0.001〜１モル
   ％含み、かつ他の添加物として２価の原子価をも
   つコバルト、マンガン、ニツケル、マグネシウム
   のうちの少なくとも一種をCoO、MnO、NiO、
   MgOに換算して0.01〜10モル％含むことを特徴
   とする電圧非直線抵抗素子の製造方法。