JPS60105202A - 電圧非直線抵抗器 - 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】 本発明は亜鉛、ニオブ及びマンガンの各酸化物焼結体で
構成される電圧非直線抵抗器に関する。

従来、電圧非直線特性を有する電圧非直線抵抗器（以下
バリスタという。）としては代表的なものに炭化珪素（
５ｉｔｅ　）を主成分とし、これに磁器結合剤を添加し
て成形、焼結したＳｉＣバリスタが広く実用に供されて
いる。又、このＳｉＣバリスタの特性を改良するため磁
器結合剤に種々の物質を添加した９、焼成雰囲気を変え
て焼成するなどの方法が試みられている。しかし、Ｓｉ
Ｃバリスタの特性は、本来ＳｉＧ粒子間の粒子接触に基
づく接触抵抗の電圧依存性を利用するものであるだめ、
ＳｉＣ粒子の大きさ等を考慮するとバリスタ素子の厚さ
を薄くするには限度があり、又、ＳｉＧ自身極めて硬質
な材料であシかつ焼成温度も高く、その特性を自由に制
御することが不可能であり、その特性改善には限界があ
った。

一般Ｋ　バリスタの電圧〜電流ｊＩＩ性は次式の関係式
で示される。

α ！＝Ｃｖ 式中工は電流、Ｖは電圧を表わし、Ｇとαは定数である
。特にαは非直線係数と呼ばれる指数で、αが大きい程
非直線特性がすぐれている。父、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１ｍ
ムの電流を流した時のバリスタ素子端子間の電圧（バリ
スタ電圧と呼ばれる）Ｖ＋で表わしている。

従来から実用に供されてきたＳｉＣバリスタではαは３
〜Ｔ程度で６す、又、バリスタ電圧Ｖ、を低くするには
素子の厚さを薄くするか、磁器結合剤にカーボン等の導
電性物質を添加して焼結することが行なわれてきた。し
かし乍ら、これらの方法では焼結体の機械的強度が弱く
な９、又、導電性物質を添加すると非直線係数αが一層
小さくなり、バリスタとしての特性上問題があった。

一方、両方向性の定電圧ダイオードは比較的低いツェナ
ー電圧を有するものを製作することができ、又、非直線
係数αも大きいので、半導体部品を使用した電子機器等
、低電圧回路に使用した場合に有用であるが、サージ耐
量が素子の体積にほぼ比例するので過大なサージエネル
ギーを吸収させるには無理がある。父、最近開発されて
いるバリスタとして酸化罷鉛バリスタ、即ち、酸化亜鉛
（ＺｎＯ）を生成分とし、これに副成分としてビスマス
、マンガン、コバルト、アンチモン等数種の物質の酸化
物を添加した焼結体がある。しかし、この酸化亜鉛バリ
スタは非直線係数αが非常に大きいという長所を有する
反面、ビスマスのような焼成に必要な高温時に極めて蒸
発し易い物質を含有しているため、焼成工程においてこ
れが蒸発してバリスタ特性のバラツキの原因となり、或
は焼結体同志が融着したりして、良好で均一な特性のバ
リスタを歩留よく量産することは困難であるという欠点
がある。又、酸化亜鉛バリスタは一般に比較的高いバリ
スタ電圧（１００Ｖ以上）を有するものであるため、バ
リスタ電圧を下げるためには素子の厚さを薄くする必要
があるが、薄くすると前述のようにサージ耐量が低下し
て近年の電子機器、装置等の低電圧化に対応し難いとい
う問題点がある。

本発明は、従来のバリスタにおける上記の欠点に着目し
てなされたもので、酸化亜鉛バリスタの非直線係数αが
大きいという本質的長所を生かしつつ、ビスマスのよう
な欠点を伴なう物質を含有させることなく、すぐれた電
気的特性を有し、かつ歩留及び再現性よく量産し得るバ
リスタを提供することを目的とする。

即ち、本発明は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、これ
にニオブを五酸化ニオブ（Ｎｂ、Ｏ，）に換算して０．
０５−１０　ｍｏｂ％、マンガンを二酸化マンガン（Ｍ
ｎＯ２）に換算して０．１〜１０　ｒｎｏｔ％　含有サ
セｆｃ焼結体からなる電圧非直線抵抗器である。

以下に本発明を構成する焼結体の製法を実施例に基づい
て説明する。

先ず、酸化亜鉛（ＺｎＯ）にニオブ酸化物を五酸化二オ
フ（Ｎｂ２０５）　に換算して０．０５〜ＩＤｍｏｔ％
、マンガン酸化物を二酸化マンガン（Ｍｎ０２　）　Ｋ
換Ｘして０．１〜１０ｍｏｚ％の範囲で添加し、ｚｎＯ
＋Ｎｂ２Ｏ，＋　Ｍｎ０ｖ　の総和が１００　ｍｏｔ％
になるよう原料酸化物を正確に秤量する。次いで、これ
らの混合物をボールミル等の粉砕混合機で十分に湿式粉
砕混合した後、脱水、乾燥する。この乾燥混合物を約６
００〜９５０℃で仮焼したのちポリビニルアルコール（
Ｐｖム）等の有機結合剤を添加して造粒粉末を作製する
。この際使用される原料としては、水酸化物、硫化物、
炭化物、炭酸塩等加熱によって酸化物に転する化合物で
あれば酸化物以外の化合物であっても使用し得る。

の圧力で加圧成形して直径１５ＷＫｍ、厚１１．５ｗ程
度の円板に成形する。この成形体を１０００〜１４００
℃の空気中で１〜４時間焼成して焼結体を侍る。

次いで、この焼結体の両面に１程極となる銀、銅、ニラ
クル、アルミニウム等の金属膜を形成する。

この金属膜は通常銀ペイントの塗布焼付、又は蒸着、ス
パッタリング、メッキ等の方法によって形成される。

以上のようにして本発明の金属酸化物バリスタが製作さ
れるが、このバリスタは焼結体自身が非直線特性を有す
るものであるため、原料組成や焼成条件を変化させるこ
とによってバリスタ電圧及び非直線係数を広範囲に制御
することが可能である。第１表は上述の方法によりＺｎ
Ｏ１Ｎｂ、　Ｏ，、ＭｎＯ□の配合比を種々に変えて製
作したバリスタのバリスタ電圧ｖ１及び非直線係数αの
値を示す。

第　１　表 又、第１図は第１表の結果のうち、ＭｎＯ，の配合比を
１．０　ｍ０４％一定とし、Ｎｌ：＋２０．の配合比を
種々に変えた時のバリスタ電圧ｖ１と非直線係数αの飴
をプロットしたグラフ、第２図はＮｂ２Ｏ，の配合比を
１．０　ｍ０４％一定としＭｎＯ２の配合比を種々に変
えた時のバリスタ電圧Ｖ、と非直線係数αの値をプロッ
トしたグラフである。なお、バリスタ電圧ｖｌはバリス
タに１ｍ人の電流を流した時のハ＋）スタ両端の電圧で
あり、非直線係数αは測定電流１ｍＡと１０ｆｆ１人を
流した時のバリスタ電圧から計算によってめた値である
。

第１図から明らかなようにＮｂ、Ｏ，の配合比が０．０
５ｍｏｔ％　未満及び１ｏ　ｍ０４％を超える場合には
、バリスタ電圧ｖ１は低くなるが、非直線係数αもそれ
に伴なって小さくなり、特に１０１１１Ｏｔ係を超える
場合には急激に小さくなる傾向があり、従来の５ｉＣバ
リスタと同程度の電気的特性しか得られない。又、第２
図から明らかなように、ＭｎＯ□の配合比が０．１　ｍ
０１％未満及び１０　ｍ０４％を超える場合にも上記と
同様の結果が得られることが判明した。

従って、バリスタ電圧ｖ１　が低く、シかも非直１線係
数αの大きい電気的特性を有するバリスタは、ＺｎＯに
配合されるニオブ化合物の量はＮｂ、　Ｏ，に換話して
０．０５〜１０　ｍ０４％の範囲内、又、マンガン化合
物の量はＭｎＯ，に換算して０１〜１０ｍ１ｔチの範囲
内にあることがわかる。第１表についてみれば、屋１の
配合比を除く試料が本発明のバリスタの材料組成として
適してお９、バリスタ電圧Ｖ、が低く、非直線係数αの
大きいすぐれた電気的特性を有するバリスタが得られる
。

以上説明したように、本発明の金属酸化物バリスタは従
来のバリスタに比しバリスタ電圧が低くかつ非直線係数
が大きい特性を有し、又、焼成によって蒸発し易い酸化
ビスマス等の成分を含まないから焼成に伴なう組成変化
が殆どなく、従って均一で特性のすぐれたバリスタが再
現性及び歩留よく量産することができる利点がある。又
、本発明のバリスタはセラミック体であるため、従来の
低電圧シリコンバリスタに比べて放電耐量も太きく、従
って雷等外部エネルギーのサージを効果的に吸収し電子
機器内の電子部品を十分に保賎する性能をも具有するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ，及びＭｎＯ２からなる材料
組成のバリスタにおいて、ＭｎＯ７を１．　Ｏｍ０４％
一定として、Ｎｂ、Ｏ，の配合比を変化させた場合のバ
リスタのバリスタ電圧ｖ１及び非直線係数αの値を示す
グラフ、第２図は、同様組成のバリスタニオイテ、Ｎｂ
２Ｏ，を１．　Ｏｍ０４％一定として、ＭｎＯ，の配合
比を変化させた場合のバリスタのバリスタ電圧Ｖ、及び
非直線係数αの値を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、これにニオブを五酸
   化ニオブ（Ｎｂ２０．　）に換算して０．０５〜１０ｍ
   ｏＬ係、マンガンを二酸化マンガン（ＭｎＯ２）に換算
   して０．１〜１ｏｍｏｚ％含有させた焼結体から成る電
   圧非直線抵抗器。