JP2008078286A

JP2008078286A - サージアブソーバ

Info

Publication number: JP2008078286A
Application number: JP2006254229A
Authority: JP
Inventors: Hironori Suzuki; 洋典鈴木; Hiroshi Suzuki; 宏鈴木; Takamichi Tsukui; 貴通津久井
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Substation Equipment Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Substation Equipment Technology Corp
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】良好な導通を確保しつつ非直線抵抗体を強固に接合することができ、経済性・信頼性の向上に寄与する優れたサージアブソーバを提供する。
【解決手段】非直線抵抗体２の上面及び下面には薄膜状の電極膜４が溶射形成される。電極膜４に接するようにして非直線抵抗体２の上下両端部に電極端子１が配置されている。さらに、非直線抵抗体２全体及び非直線抵抗体２と電極端子１との接合部分を覆うようにして有機絶縁物である液状のシリコーンゴム３が設けられている。このシリコーンゴム３は非直線抵抗体２の電極膜４と電極端子１の空隙に充填される。電極膜４はアルミニウム粒子が積層することにより表面に凹凸面が形成され、凸部５は電極端子１と接触し、凹部６にはシリコーンゴム３が溜まるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化亜鉛を主成分とする非直線抵抗体を用いたサージアブソーバに係り、特に、非直線抵抗体の接合技術に改良を加えたサージアブソーバに関するものである。

一般に、電力系統に落雷などにより異常電圧（雷サージ）が発生した場合、この異常電圧から電力系統の電力線や電機機器を保護する必要がある。そのため、電力系統には正常な電圧に重畳される過電圧を除去する避雷器やサージアブソーバ等の過電圧保護装置が用いられている。過電圧保護装置には、正常な電圧下においては絶縁特性を示し、異常電圧が印加されたときには低抵抗特性を示すといった非直線特性を有する非直線抵抗体が採用されている。

これら非直線抵抗体は酸化亜鉛を主成分とした焼結体からなり、電力線と大地との間に接続されて、電力系統に異常電圧が発生すると、非直線抵抗体を通して放電電流が流れ、異常電圧を制限する。そして、電圧が正常状態に復帰すると直ちに放電が停止し、元の絶縁状態に戻るようになっている。

ここで、過電圧保護装置であるサージアブソーバの従来例について具体的に説明する。サージアブソーバには、次のような内部要素が設けられている。すなわち、内部要素は、非直線抵抗体を積層し、上下端部に電極端子を配置し、積層した直線抵抗体の径方向のずれを防ぐために複数の絶縁ロッドを径方向に均等配置してなる。さらに、絶縁ロッドの上下は絶縁ナットでかしめて固定している。

なお、非直線抵抗体は両端面にアルミニウム等の金属溶射により電極膜を形成しており、側面には絶縁材を設けている。このような内部要素をセラミック製やポリマー樹脂製等の絶縁容器の中に収納する。そして、内部要素の上端部にバネを設置して軸力を付与して絶縁容器に固定することによりサージアブソーバを構成している。

ところで、非直線抵抗体を構成する酸化亜鉛の焼結体は、大形状のものを製造することが困難であるため、通常、焼結体を必要枚数積層して用いている。このとき、複数枚の焼結体の一体化を図ることが重要であり、非直線抵抗体の接合強度を高く保つことが強く望まれている。そこで非直線抵抗体を接合、固定する方法としては、上記のような絶縁ロッドで押さえるもののほかに、ハンダによって非直線抵抗体と電極端子を接合して固定したもの（例えば、特許文献１）が知られている。

また、ハンダ以外にも、銀ペースト等の導電性ペーストを用いて、非直線抵抗体と電極端子、あるいは非直線抵抗体の電極膜同士を接合して固定したサージアブソーバ（例えば、特許文献２）も提案されている。
特開２００１−２８３０３号公報特開平７−６６０１２号公報

しかしながら、従来のサージアブソーバには次のような課題があった。すなわち、非直線抵抗体と電極端子を接合する場合、特許文献１のようにハンダを用いると、２００℃以上で処理しなくてはならない。そのため、非直線抵抗体の非直線特性を低下させるおそれがあった。しかも、鉛を含むハンダでは、環境に対する負荷が大きくなるので、環境調和が問題となっている近年では、別の方法で非直線抵抗体を接合することが望まれていた。

また、特許文献１、２のサージアブソーバでは共に、非直線抵抗体の接合工程とは別にモールド工程が必要となった。したがって、工程数が増えることになり、コストアップを招く要因になっていた。さらにモールド工程にて熱処理を行うと、非直線抵抗体の接着剤として働くハンダまたは導電性ペーストの接着力自体が弱まってしまう。このため、非直線抵抗体の接合強度が低下するという不具合が生じた。

本発明は、上記の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、極めて簡単な構成により良好な導通を確保しつつ非直線抵抗体を強固に接合することができ、経済性・信頼性の向上に寄与する優れたサージアブソーバを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、酸化亜鉛を主成分とし両端面に電極膜を有する非直線抵抗体が１枚又は複数枚接合して設けられ、その両端部には電極端子が配置され、さらに絶縁材で被覆されたサージアブソーバにおいて、前記非直線抵抗体の前記電極膜と前記電極端子、又は隣接する前記非直線抵抗体の前記電極膜同士が接触した状態で、前記電極膜と前記電極端子との空隙、又は前記電極膜同士の空隙に有機絶縁物が充填されたことを特徴とするものである。

以上のような発明では、非直線抵抗体の電極膜と電極端子の空隙、又は非直線抵抗体の電極膜同士の空隙に有機絶縁物が充填されたとき、電極膜表面には凹凸面が形成されているので、このうちの凹部に有機絶縁物が溜まる。この凹部に溜まった有機絶縁物が硬化することで、非直線抵抗体の電極膜と電極端子、又は非直線抵抗体の電極膜同士を確実に接合することができる。また、電極膜表面の凸部は電極端子または隣接する非直線抵抗体の電極膜と接触可能であり、両者の導通を容易に確保することができる。しかも、非直線抵抗体の接合に鉛を含むハンダを使用しないので、環境に対する負荷は軽くなる。

本発明のサージアブソーバによれば、電極膜表面に有機絶縁物を充填するといった最小限の工程を実施するだけで、非直線抵抗体の接合強度を向上させつつ、良好な導通確保を実現し、工程の短縮化および環境への負荷軽減を図って、優れた経済性・信頼性を獲得することができる。

（１）代表的な実施形態
［構成］
以下、本発明の代表的な実施形態について、図１、図２を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態に係るサージアブソーバの内部要素の断面図、図２は本実施形態における要部拡大断面図である。

図１に示すように、１枚の非直線抵抗体２の上面及び下面には薄膜状の電極膜４が溶射形成される。また、電極膜４に接するようにして非直線抵抗体２の上下両端部に電極端子１が配置されている。さらに、非直線抵抗体２全体及び非直線抵抗体２と電極端子１との接合部分を覆うようにして有機絶縁物である液状のシリコーンゴム３が設けられている。このシリコーンゴム３は非直線抵抗体２の電極膜４と電極端子１の空隙に充填される。シリコーンゴム３は１液性縮合硬化形であって、非直線抵抗体２の電極膜４表面に薄く塗布される。ここでは塗布厚は概略０．８ｍｍとする。

電極膜４は数μｍの溶けたアルミニウム粒子が積層することにより表面に凹凸面が形成されている（図２参照）。凹凸面のうち各凸部５はその先端が電極端子１と接触し、各凹部６にはシリコーンゴム３が溜まるように構成されている。このようなサージアブソーバの内部要素は、軸方向に加圧する冶工具にセットされ、所定の加圧力を加えたとき、凹部６に溜まったシリコーンゴム３は電極端子１と接触するようになっており、シリコーンゴム３を硬化させることで、サージアブソーバの内部要素が製造される。

［作用効果］
続いて、本発明の作用効果について説明する。まず、以上の構成を有するサージアブソーバの電気特性に関して試験を行った。ここでは供試器として同じものを３台製作し、非直線抵抗体２としての動作開始電圧を測定した。試験結果は次の表１の通りである。

結果、シリコーンゴム３を被覆する前後で変化はほとんどないことを確認した。また、標準雷インパルスにて、１０ｋＡ通電時の制限電圧を測定したところ、シリコーンゴム３を被覆する前後で変化はほとんどないことを確認した。さらに、１０００Ｖメガーにて絶縁抵抗を測定したところ、２０００ＭΩ以上であった。これらの結果から、サージアブソーバとしての電気特性が確認できた。

また、このサージアブソーバに対し、電極の穴を利用し、引張試験を行い、強度を評価した。その結果、７００ｋｇ以上の引張り強度を有しており、十分実用に耐えることが確認できた。このように本実施形態においては、シリコーンゴム３にて非直線抵抗体２と電極端子１とを強固に接着でき、かつ両者の導通が取れることが判明した。

シリコーンゴム３が有機絶縁物であっても、非直線抵抗体２と電極端子１との接着ができ、かつ両者の導通の取れる理由は、以下の点からである。すなわち、非直線抵抗体２の電極膜４は、前述したように数μｍの溶けたアルミニウム粒子が積層して形成しており、表面に凹凸面が形成されている。このような電極膜４に液状のシリコーンゴム３を塗布し、接合面を所定の加圧力で押さえつけることにより凸部５の先端を介して非直線抵抗体２の電極膜４と電極端子１とが接触し、両者の導通に寄与する。また、凹部６にはシリコーンゴム３が溜まり、接合面を所定の加圧力で押さえつけることで非直線抵抗体２と電極端子１との接着剤となり、両者の物理的な接合に寄与している。

以上述べたように、本実施形態では、凹凸面を有する電極膜４の表面にシリコーンゴム３を塗布して凹部６内のシリコーンゴム３により非直線抵抗体２と電極端子１の接合を確実に行うことができ、高い接合強度を得ることが可能である。しかも、電極膜４表面の凸部５が電極端子１と接触することので、有機絶縁物であるシリコーンゴム３を塗布しても、良好な導通を容易に確保できる。したがって、非直線抵抗体２の接合強度は向上し、且つ良好な導通確保が可能である。

しかも、非直線抵抗体２の接合工程とモールド工程とを一括して実施可能である。このため、製造工程の短縮化を進めることができ、製造コストの低減に寄与することができる。さらには、モールド工程にて熱処理を行うことでハンダや導電性ペースト等の接着力低下や非直線抵抗体２の特性低下を防止できる。しかも、鉛を含むハンダは不使用としたので環境への負荷は軽減する。

（２）他の実施形態
なお、本発明に係るサージアブソーバは、上記実施形態に限定されるものではなく、次のような実施形態も包含する。例えば、非直線抵抗体は複数枚接合して設けられていても良く、シリコーンゴム等の有機絶縁物は非直線抵抗体の電極膜と電極端子の空隙に限らず、非直線抵抗体の電極膜同士の空隙に充填されていても良い。また、シリコーンゴムは、絶縁性が高く液状であれば、特に種類に制限はなく、縮合硬化形でも、付加硬化形でも良く、２液性のシリコーンゴム、室温硬化形や熱硬化形であっても良い。

このうちシリコーンゴムが熱硬化形である場合、１００℃から１２０℃で、５分から３０分の熱処理を行えば硬化することが可能である。なお、非直線抵抗体と電極端子を予熱しておけば熱処理時間は短縮できる。さらに、有機絶縁物は、シリコーンゴム以外の液状ゴムのほか、エポキシ樹脂であっても同様の作用効果を得ることができる。

なお、非直線抵抗体に対する加圧力や、シリコーンゴムの充填量、あるいは電極膜の表面粗さは、電極膜の凸部が電極端子側と接触して導通がとれ、且つシリコーンゴム３溜まる凹部にて十分な接着力を確保できるのであれば、いずれの要素も適宜変更可能である。

本発明に係る代表的な実施形態の内部要素の断面図。本実施形態における要部拡大断面図。

符号の説明

１…電極端子
２…非直線抵抗体
３…シリコーンゴム
４…電極膜
５…凸部
６…凹部

Claims

酸化亜鉛を主成分とし両端面に電極膜を有する非直線抵抗体が１枚又は複数枚接合して設けられ、その両端部には電極端子が配置され、さらに絶縁材で被覆されたサージアブソーバにおいて、
前記非直線抵抗体の前記電極膜と前記電極端子、又は隣接する前記非直線抵抗体の前記電極膜同士が接触した状態で、前記電極膜と前記電極端子との空隙、又は前記電極膜同士の空隙に有機絶縁物が充填されたことを特徴とするサージアブソーバ。
前記有機絶縁物は、シリコーンゴムであることを特徴とする請求項１記載のサージアブソーバ。