JPS588124B2

JPS588124B2 - アンチモン含有電圧非直線性抵抗材料及びそれを用いた雑音防止素子

Info

Publication number: JPS588124B2
Application number: JP53129167A
Authority: JP
Inventors: 宮林進; 淀川正忠
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1978-10-20
Filing date: 1978-10-20
Publication date: 1983-02-14
Also published as: JPS5556602A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、酸化チタン、酸化アンチモン及び酸化ビスマ
スの焼結体から成り、その抵抗値の電圧依存度が大きく
、しかもその特性が焼結体自身に起因する電圧非直線性
抵抗材料及びそれを用いた雑音防止素子に関するもので
ある。

近年、音響機器、制御機器及び小型原動機器の急速な進
歩と普及に伴い、小型電動機に起因する雑音の防止、過
電圧からの保護、リレー接点の保護などが重要な課題に
なってきている。

しかし、これらの機器は、全般的に低廉化の傾向にある
ため、前記の課題の解決に際してもこの点を考慮する必
要がある。

これまで、電圧非直線性抵抗材料としては、シリコンカ
ーバイト焼結体バリスタ、セレン及び亜酸化銅バリスタ
、酸化亜鉛焼結体バリスタなどが知られている。

ところで、バリスタの電圧電流特性は、一般に式Ｉ＝（Ｖ／Ｃ）α で表わされる。

ここでＶはバリスタに印加される電圧、Ｉはバリスタを
流れる電流であり、Ｃは所定の電流を流したときの電圧
に対応する定数である。

また指数αは非直線係数であって、次式によって求める
ことができる。

ここでＶ１とＶ２はそれぞれ与えられた電流Ｉ１とＩ２
における電圧である。

そして、α＝１のものは、オームの法則に従う通常の抵
抗体であり、αが大きいほど電圧非直線性が優れたもの
ということができるので、これを電圧非直線性抵抗材料
の特性評価の目安とすることができる。

また、Ｃについて望ましい値は、バリスタの用途により
変わるが、低電圧用のバリスタにおいては、Ｃ値が低く
、かつ用途に応じた値を容易に実現できることが好まし
い。

これまで用いられている公知のバリスタのうち、シリコ
ンカーバイト系バリスタは、粒径１００μ前後のシリコ
ンカーバイド粒子を粘土で焼き固めて製造され、その電
圧非直線性は粒子間の抵抗の電圧依存性によるため、Ｃ
の値はバリスタの厚み、すなわち電流が流れる方向の粒
界の数を変えることによって、調整可能である。

しかし、低電圧用の場合には、粒界１個当りのＣ値が高
いために、粒界数を減らさなければならず、粒界数を減
らせば耐電圧性が低下するという問題を生じる。

また、このものは非直線指数αも３〜７と比較的小さい
し、シリコンカーバイドが硬いため成形の際に使用する
金型の摩耗が激しく精巧な形状にしがたいという欠点を
有している。

他方、セレン、亜酸化銅系バリスタには、非直線指数α
が２〜３と小さく、制限電圧を大きくすることができな
いという欠点があり、満足できる材料とはいえない。

さらに、酸化亜鉛系バリスタは、一般に非直線指数αが
１０〜５０と大きく、粒子系も１０μ程度と小さくする
ことができるので電圧範囲も１０〜１０００Ｖに変える
ことができるという長所を有するが、主成分である酸化
亜鉛が化学的に不安定であるため、非直線性の経時的劣
化を免れず、しかも製造に手間がかかり価格が高くなる
という欠点がある。

このような、従来のバリスタの欠点を改善するために、
酸化チタンに添加物として酸化アンチモンと酸化ビスマ
スを加えて焼結した材料が提案された。

このものは、非直線指数αがシリコンカーバイト系バリ
スタやセレン、亜酸化銅系バリスタよりも高く、しかも
α値を変えることなく所望のＣ値を実現しうるという利
点を有する。

しかしながら、このものは、焼結体中へ添加成分の酸化
アンチモンや酸化ビスマスを均一に分散することが困難
なため品質にバラツキを生じるという欠点があった。

本発明者らは、このような欠点を克服し、品質の安定し
たアンチモン含有酸化チタン系電圧非直線性抵抗材料を
開発するために鋭意研究を重ねた結果、酸化アンチモン
原料を溶液の形で他の原料の粉末混合物に添加し、これ
を焼結することにより、公知のものよりも少ない量の酸
化アンチモンを用い、しかも品質の安定した製品を得る
ことに成功した。

すなわち、本発明は、酸化アンチモン原料の溶液を、他
の原料の粉末混合物に添加し、焼結して形成された、酸
化アンチモン０．００２〜０．０９モル％（Ｓｂ２Ｏ３
換算）、酸化ビスマス０．０５〜１０モル％（Ｂｉ２
Ｏ３換算）及び酸化チタン残の組成を有する電圧非直線
性抵抗材料を提供するものである。

本発明で用いられる酸化アンチモン原料は、焼成により
酸化アンチモンに変換しうるアンチモン化合物のうち、
水その他の揮発生溶剤に溶解して溶液状となるものであ
ればどのようなものでもよい。

このようなアンチモン化合物としては、例えば塩化アン
チモン、硫酸アンチモン、水酸化アンチモンなどをあげ
ることができる。

このアンチモン化合物は、濃度０．００１〜２％程度の
溶液として他の原料混合物中へ加えられる。

また、酸化チタン原料及び酸化ビスマス原料としては、
通常粉末状の酸化チタン及び酸化ビスマスを用いるが、
そのほか、焼成により酸化チタン又は酸化ビスマスを形
成しうる物質を用いることもできる。

これらは、平均粒径５〜３００μ程度の粉末として用い
られる。

本発明の電圧非直線性抵抗材料を製造するには、例えば
酸化チタン原料粉末と酸化ビスマス原料粉末とを所定の
割合で混合した粉末混合物の中へ、酸化アンチモン原料
の所定量を含有する溶液を加え、湿式ボールミル等を用
いて十分に混合する。

次にこの混合物を乾燥したのち、８００〜１０００℃の
温度で仮焼成し、この仮焼成体を粉砕する。

この粉砕物に適当なバインダー例えばポリビニルアルコ
ール、ＣＭＣなどを加え、か粒状に成形し、さらに適当
な形状にプレス成形して空気中又は不活性雰囲気中１１
００〜１４００°Ｃの温度で焼結する。

この際、特に必要でなければ、仮焼成工程は省略するこ
とができる。

本発明の材料は、Ｓｂ２Ｏ３に換算したときの酸化アン
チモン含量０．００２〜０．０９モル％、Ｂｉ２Ｏ３に
換算したときの酸化ビスマス含量０．０５〜１０モル％
及び酸化チタン（ＴｉＯ２）残の組成を有している。

酸化アンチモン含量が０．００２モル％未満であると良
好な非直線性が得られない。

また、これが０．０９モル％を越えた場合、非直線性の
向上は特に認められない上に、高電流領域での非直線性
が低下する。

他方、酸化ビスマス含量が０．０５モル％未満あるいは
１０モル％を越えた場合は、良好な非直線性が得られな
い。

本発明の電圧非直線性抵抗材料は、その電圧非直線性が
焼結体自身に依存しているため、電流が流れる方向の厚
みを変えることにより、α値を変えることなく所望のＣ
値を容易に実現しつるという特徴を有している。

また、単位厚さ当りのＣ値が低く低電圧用の素子を容易
に作成しうる、均質なものとしうるので耐電圧性などの
信頼性が高い、α値がシリコンカーバイト系バリスタに
比べ著しく大きくしうるので広範囲の用途に供しうる、
原料成分の種類が少なくてよいので価格を安くしうる等
の利点を有している。

次に、本発明の電圧非直線性抵抗材料は、３〜１２．３
Ｖという低い電圧において、非直線指数αを大きくする
ことができるので、マイクロモーター用の雑音防止素子
として好適である。

このマイクロモーターにおける雑音は、整流子と刷子間
に発生する火花現象に起因する。

さらに詳しくいえば、一般に整流子を用いるモーターに
おいては、整流子が、通常数個の整流子片を所定の間隔
をもって取り付けられ円柱状に形成されており、各整流
子片間には必ず絶縁層のギャップが生じる。

したがって、整流子が回転しているときには、整流子片
間のギャップ部分を刷子がジャンプして次の整流子片に
移っていくことになり、このジャンプ時に、磁性体にコ
イルを巻いて構成された回転子の大きな自己インダクタ
ンスの存在に伴い、スパイク状の電圧火花が発生する。

この火花が電気的雑音の原因となり、また整流子と刷子
の摩耗を起し、モーターとしての寿命を短縮する傾向を
生じる。

ところで、このスパイク状火花は、両極性の振動電圧で
、その波高値はモーター電源電圧の２０〜５０倍、接続
時間はおよそ１００μ秒で、２〜５ＭＨｚの高周波成分
をもっているため、これらを消去するには、前記したよ
うに３〜１２．３Ｖの低電圧でできるだけ大きい非直線
性指数を有し、さらに高周波成分を吸収し、これらの雑
音をモーターの使用電圧付近まで消去しうる特性をもつ
バリスタ素子が要求される。

本発明の電圧非直線性抵抗材料は、これらの特性を全て
備えたものであり、これに電極を設けて素子としたもの
は、マイクロモーターの雑音防止用として非常に適した
ものということができる。

この場合の電極は所定の材料の特性をそこなわない限り
、非オーム性、オーム性のいずれのものでもよく、また
装着方法としては、焼付け、めっき、蒸着、スパッタリ
ング、溶射など任意の方法を用いることができる。

次に実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１次表に示す組成になる割合で酸化チタン粉末（平均粒径
１０μ以下）と酸化ビスマス粉末（平均粒径１０μ以下
）との混合物中に、塩化アンチモンの０．１モル水溶液
を加え、湿式ボールミルで十分に混合した。

次にこの混合物を乾燥したのち、電気炉に装入し約１０
００℃において３０分間仮焼成した。

この仮焼成物を４８メッシュ通過程度に粉砕したのち、
バインダーとしてポリビニルアルコールを全重量当り２
％の割合で加え、いったんか粒としたのち、直径１６ｍ
ｍ、厚さ１．２ｍｍの円板状にプレス成形した。

次いでこの成形体を約１３００℃で１時間焼成し、所望
の電圧非直線性抵抗材料を得た。

このようにして得た種々の材料の両面に銀焼付け電極を
設け、電圧電流特性を測定した。

その結果を次表に示す。

表中、Ｃ値は１０ｍＡ／ｃｍ２の電流を流したときの電
圧（Ｖ／ｍｍ）である。

この表からわかるように、アンチモンとビスマスの酸化
物がＳｂ２Ｏ３とＢｉ２Ｏ３の形で換算して、それぞれ
０．００２〜０．０９モル％、０．０５〜１０モル％の
範囲ではαは５を越え、高いものでは１０に達しており
、シリコンカーバイドバリスタに比較して十分高いα値
を有している。

また、単位厚さ当りのＣ値も幅広い値を示し、低電圧用
のバリスタとして好適である。

実施例２各使用電圧（印加電圧の約８０％）のマイクロモーター
のコイル間に実施例１で得た素子を取り付け、オツシロ
スコープを用いてノイズカット電圧を測定した。

その結果を次表に示す。実施例３酸化アンチモン０．０５モル％、酸化ビスマス０．５モ
ル％及び酸化チタン９９．４５モル％の組成をもつ電圧
非直線性抵抗材料Ａ、Ｆｅ２Ｏ３系材料ＢＳｎＯ２系材
料Ｃ、ＺｎＯ系材料Ｄを用い、使用電圧５Ｖ用のマイク
ロモーターについて実施例２と同様にしてノイズカット
試験を行った。

各試料についてのノイズカットの状態を添付図面に示す
。

この図から明らかなように、本発明の材料は、従来のノ
イズカットに用いられていた材料に比べて優れた特性を
示す。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明材料及び公知材料をマイクロモーターの
雑音防止素子として用いたときのノイズカット状態を示
すオツシログラフ図である。

Claims

【特許請求の範囲】１酸化アンチモン原料の溶液を、他の原料の粉末混合
物に添加し焼結して形成された、酸化アンチモン０．０
０２〜０．０９モル５（Ｓｂ２Ｏ３換算）、酸化ビスマ
ス０．０５〜１０モル％（Ｂｉ２Ｏ３換算）及び酸化チ
タン残の組成を有する電圧非直線性抵抗材料。２酸化アンチモン原料の溶液を他の原料の粉末混合物
に添加し焼結して形成された、酸化アンチモン０．００
２〜０．０９モル％（Ｓｂ２Ｏ３換算）、酸化ビスマス
０．０５〜１０モル％（Ｂｉ２Ｏ３換算）及び酸化チタ
ン残の組成を有する電圧非直線性抵抗素子に電極を設け
て成るマイクロモーター用雑音防止素子。