JPH0541302A - バルク型直線抵抗体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電力用抵抗体として３００℃まで抵抗値がほと
んど減少せず、炭素系に較べて許容温度を高めに設定で
き、電流電圧特性の直線性がＺｎＯ系より優れ、通電耐
量がＺｎＯ系に較べて格段に優れたバルク型直線抵抗体
およびその製造方法の提供。 【構成】抵抗体の構成のみを示すと、５〜４０体積％の
金属ほう化物、６０〜９５体積％の非還元性ガラスから
なる焼結体１と、前記焼結体１を挾んで対向位置に配置
された電極２，２′とからなり、前記焼結体１の温度３
００℃での抵抗値の温度係数が−１×１０~³〜＋５×１
０~³／℃範囲であることを特徴とする。 【効果】前記目的の項に記載した効果に加えて、さらに
前記抵抗体を応用したガス遮断器用投入抵抗器、中性点
接地抵抗器等の大きさを、従来型抵抗体のそれと比較し
て大幅に低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力機器特に遮断器お
よび変圧器に使用して好適なバルク型直線抵抗体および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、抵抗体には、例えば特開昭５６−
４２０６号公報号に記載のごとき炭素系、あるいは特開
昭６３−２３３５０２号公報号に記載のごときＺｎＯ系
が開示されている。

【０００３】炭素系抵抗体は、Ａｌ₂Ｏ₃からなるマトリ
ックス中に炭素粉を分散させた構造を有し、その抵抗率
は数百Ωｃｍである。

【０００４】他方、ＺｎＯ系抵抗体は、ＺｎＯを主成分
として、Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＯ，Ｙ₂Ｏ₃，Ｓｂ₂Ｏ₃，ＳｉＯ
₂等を含む結晶体であり、その抵抗率は、１０〜１００
０Ωｃｍであって、適用機器により使い分ける。

【０００５】そして、ＺｎＯ系抵抗体は、２種以上の原
料粉を混合後、有機バインダーを加えて造粒し、金型で
成形する。次いで、前記成形体を電気炉で焼成した後、
この焼結体を挾んで電極を対向配置する。

【０００６】なお、抵抗体として関連するものには、前
記以外に、例えば特公昭５８−２１４０２号，特公昭５
９−５１７２１号，特公平１−１４７８０２号，特公平
２−３５２４号公報等が挙げられる。

【０００７】そして、これらは、いずれも厚膜組成物に
関するもので、結晶性ガラスからなるマトリックス中に
電気伝導性ＬａＢ₆を分散させた構造を有する。

【０００８】一方、厚膜組成物に関する抵抗体として、
ＺｒＢ₂系を開示したものには、例えば特開昭６２−２
３２９０１号公報を挙げることができる。

【０００９】そして、その厚膜組成物は、アルミナ等の
基板上に導体ペーストと一緒にスクリーン印刷するた
め、有機ベヒクルを含有している。

【００１０】ところで、前記したごとき厚膜組成物から
なる回路基板の許容温度は、高々１５０℃で、大きなエ
ネルギ−が注入されるために２００℃以上に加熱される
電力用抵抗体には用いられない。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】電力用抵抗体には、動
作時、大きなエネルギ−が注入され、２００〜３００℃
まで加熱される。

【００１２】したがって、前記２００〜３００℃の高温
範囲において、抵抗体の抵抗値低下が大きい場合、過大
電流が流れ、抵抗体が破壊に至ると、熱暴走を起こす。

【００１３】そして、先の炭素系抵抗体の抵抗値は、そ
の温度係数が負であるため、許容温度を低めに設定する
必要があった。

【００１４】一方、ＺｎＯ系の抵抗体は、電流電圧特性
が悪い問題があった。

【００１５】また、厚膜組成物は、その名のとおり厚膜
抵抗体に適用され、高エネルギー容量の抵抗体としては
考えられていない。

【００１６】本発明の目的は、電力用抵抗体として３０
０℃まで抵抗値がほとんど減少することなく、炭素系に
較べて許容温度を高めに設定することができ、また電流
電圧特性の直線性がＺｎＯ系より優れ、さらに通電耐量
がＺｎＯ系に較べて格段に優れたバルク型直線抵抗体お
よびその製造方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るバルク型直
線抵抗体は、５〜４０体積％の金属ほう化物および６０
〜９５体積％の非還元性ガラスからなる焼結体と、前記
焼結体を挾んで対向位置に配置された電極とからなり、
前記焼結体の温度３００℃での抵抗値の温度係数が−１
×１０~³〜＋５×１０~³／℃範囲であることを特徴とす
るものである。

【００１８】なお、前記非還元性ガラスは、酸化物が主
成分であるが、窒素，アルゴン等の還元性ないし不活性
ガス中で加熱しても還元されないガラスであり、したが
ってこの非還元性ガラスは、還元性ないし不活性ガス雰
囲気中で焼成するときに用いられる。

【００１９】また、本発明で対象とするバルク型直線抵
抗体は、厚膜型直線抵抗体と区別され、成形加工後焼成
された塊状直線抵抗体である。

【００２０】さらに、本発明のバルク型直線抵抗体が用
いられる電力用抵抗体は、既述のごとく、動作時に大き
なエネルギ−が注入され、２００〜３００℃まで加熱さ
れる。ただし、バルク型直線抵抗体を収納するタンク内
には、電気的接続部や絶縁物等が設けられているため、
この温度以上に昇温することは許容されない。以上のよ
うなことから、本発明では、焼結体の抵抗値の温度係数
を、温度３００℃を上限として前記のごとく規定したも
のである。

【００２１】なお、厚膜組成物からなる回路基板の許容
温度は、高々１５０℃で、大きなエネルギ−が注入され
るために２００℃以上に加熱される電力用抵抗体に用い
られない点については既述した。

【００２２】金属ほう化物は、、ＭｏＢ，ＺｒＢ₂，Ｔ
ｉＢ₂，ＶＢ₂，ＮｂＢ₂，ＴａＢ₂，ＣｒＢ₂，ＬａＢ₆，
ＣａＢ₆，Ｗ₂Ｂ₅等の電気伝導性粒子であり、特に、Ｌ
ａＢ₆系の電流電圧特性が優れている。

【００２３】一方、本発明に係るバルク型直線抵抗体の
製造方法は、５〜４０体積％の金属ほう化物と、６０〜
９５体積％の非還元性ガラスとからなる混合粉に有機バ
インダーを加えて造粒，成形し、窒素雰囲気中で焼成し
た後、この焼結体を挾んで電極を対向配置し、かつ前記
焼結体の温度３００℃での抵抗値の温度係数を−１×１
０~³〜＋５×１０~³／℃範囲に設定することを特徴とす
るものである。

【００２４】金属ほう化物は、ＭｏＢ等、先に列挙した
各材料の電気伝導性粉体であり、特に、ＬａＢ₆系の電
流電圧特性が優れている点については既述した。

【００２５】そして、金属ほう化物は、５〜４０体積％
が適量である。５体積％以下では、抵抗率が５０００Ω
ｃｍ以上になり、電力機器には適合しない。一方、４０
体積％以上では、抵抗率が１０Ωｃｍ以下になり、やは
り電力機器には適合しない。

【００２６】非還元性ガラスは、ほう珪酸系ガラスが適
当である。ガラス成分は、ＳｉＯ₂，Ｂ₂Ｏ₃のほか、適
宜Ａｌ₂Ｏ₃，ＺｒＯ₂，ＣａＯ等を含んでいる。

【００２７】抵抗体の抵抗率は、金属ほう化物の粒径に
よっても異なる。粒径が大きいと、抵抗率は大きくな
る。

【００２８】なお、この点については、実施例の中で説
明する。

【００２９】本発明のバルク型直線抵抗体における抵抗
値の温度係数は、温度３００℃で−１×１０~³〜＋５×
１０~³／℃範囲が達成され、その抵抗値は、３００℃の
高温状態においてもほとんど減少しないことが実験によ
り確認された。

【００３０】一方、本発明抵抗体の電流電圧特性は、Ｚ
ｎＯ系と比べて直線性に優れることも実験により確認さ
れた。

【００３１】なお、これら２点についても、前記抵抗率
の説明と同様、実施例の中で説明する。

【００３２】変圧器の中性点接地用抵抗器や遮断器用抵
抗体等は、数十〜数百Ａの電流を数秒〜数十秒間通電す
るテストがあるが、本発明のバルク型直線抵抗体は、こ
のテストをクリヤし、１ｋＷ以上の電力を正常に消費す
ることが実験により確認された。

【００３３】すなわち、前記テストに際し、抵抗体の温
度は数百℃にまで上昇するが、本発明のバルク型直線抵
抗体は、先に述べた電力用抵抗体としての温度上限値で
ある３００℃まで昇温しても、その機能は正常に保持さ
れ、熱暴走しないことが実験により確認された。

【００３４】焼結体の焼成温度は、５００℃〜ガラス軟
化点の範囲が適当である。５００℃以下では、収縮率が
上がらず、他方、ガラスの軟化点以上では、焼結体が変
形し、望ましくない。

【００３５】なお、厚膜組成物に関する前掲５件の従来
例には、それらの厚膜組成物を厚膜抵抗体に適用するこ
とが明記されており、その使用条件は、電力１Ｗ以下、
使用温度は１００℃以下である。

【００３６】これに対し、本発明のバルク型直線抵抗体
は、前記説明、さらには下記実施例の説明から明らかな
ように、電力用抵抗体の許容温度を３００℃まで昇温可
能とし、しかも１ｋＷ以上の電力の消費を可能とするこ
とができる。

【００３７】

【作用】金属ほう化物は、非還元性ガラスからなるマト
リックス中に分散した構造を有する。

【００３８】また、金属ほう化物は、正の抵抗温度係数
を有する導電粒子で、導電パスを形成し、ガラスからな
るマトリックスは、抵抗として機能するものであって、
本発明によれば、金属ほう化物量および非還元性ガラス
の混合割合を前記のごとく設定し、これを焼成して得ら
れた焼結体の抵抗値の温度係数を、これまた前記の範囲
に設定したものであって、実験によれば、このようにし
て得られた電力抵抗体としてのバルク型直線抵抗体の許
容温度を３００℃まで高めることができ、電力機器とし
て適合する１０〜５０００Ωｃｍの抵抗率を達成するこ
とができる。

【００３９】

【実施例】以下、本発明を、図面を参照して説明する
と、図１は本発明に係るバルク型直線抵抗体の一実施例
（円柱型金属ほう化物系抵抗体）を示す正面図であり、
同図において、１が金属ほう化物系焼結体で、金属ほう
化物系焼結体１の両面には、アルミニウム電極２，２′
が付設されている。

【００４０】図２は本発明に係るバルク型直線抵抗体の
他の実施例（ドーナツ型金属ほう化物系抵抗体）を示す
正面図であり、同図において、３が金属ほう化物系焼結
体、４，４′はアルミニウム電極であるが、抵抗体の中
心に孔５が設けられている。

【００４１】ここで、本発明の実験例について下記す
る。

【００４２】〔実験例１〕ＬａＢ₆：１５８ｇ（９．４
体積％）、およびガラスフリット：８４２ｇ（９０．６
体積％）を雷かい機で混合した。

【００４３】ＬａＢ₆には、粒径１μｍの粉体、および
粒径１０μｍの粉体を用い、ガラスフリットには、Ｌａ
Ｂ₆と密度が等しいほう珪酸系ガラスを用い、これにポ
リビニルアルコール水溶液を３０ｃｃ加えて造粒した
後、直径１０５ｍｍの金型で厚さ３０ｍｍに成形した。

【００４４】次に、前記成形体を電気炉に入れ、窒素雰
囲気中７００℃の温度に４ｈ保持して焼成した。

【００４５】最後に、この焼結体の両面にアルミニウム
を溶射した。

【００４６】なお、このようにして成形した抵抗体の直
径は９５ｍｍ、厚さは２５ｍｍとした。

【００４７】粒径１μｍのＬａＢ₆を用いた抵抗体の抵
抗値は１５Ω（４１０Ωｃｍ）であり、一方、粒径１０
μｍのＬａＢ₆を用いた抵抗体の抵抗値は３ＭΩであっ
た。

【００４８】〔実験例２〕ＬａＢ₆：１６６ｇ（９．９
体積％）、およびほう珪酸系ガラス：８３４ｇ（９０．
１体積％）を雷かい機で混合し、これにポリビニルアル
コール水溶液を加え、造粒後、成形した。

【００４９】次いで、前記成形体を電気炉に入れ、窒素
雰囲気中６００℃の一定温度に２ｈ保持して焼成した。

【００５０】このようにして得られた抵抗体の抵抗値は
１１Ωであった。

【００５１】他方、ＺｒＢ₂：２９２ｇ（１５体積
％）、およびほう珪酸系ガラス：７０７ｇ（８５体積
％）を雷かい機で混合し、これにポリビニルアルコール
水溶液を加え、造粒後、成形した。

【００５２】次いで、前記成形体を電気炉に入れ、窒素
雰囲気中９００℃の一定温度に２ｈ保持して焼成した。

【００５３】このようにして得られた抵抗体の抵抗値は
１０．７Ωであった。

【００５４】図３は本発明抵抗体と従来型抵抗体との電
流密度−電気抵抗比較特性線図である。

【００５５】図３において、６はＬａＢ₆系抵抗体の特
性曲線、７はＺｒＢ₂系抵抗体の特性曲線、８は従来型
ＺｎＯ系抵抗体の特性曲線、９は従来型炭素系抵抗体の
特性曲線であり、同図から明らかなように、ＬａＢ₆系
抵抗体６およびＺｒＢ₂系抵抗体７の直線性は、ＺｎＯ
系抵抗体８のそれと較べて優り、炭素系抵抗体９並みの
直線性が得られる。

【００５６】図４は本発明抵抗体と従来型抵抗体との温
度−電気抵抗比較特性線図である。

【００５７】図４において、６′はＬａＢ₆系抵抗体の
特性曲線、７′はＺｒＢ₂系抵抗体の特性曲線、８′は
従来型ＺｎＯ系抵抗体の特性曲線、９′は従来型炭素系
抵抗体の特性曲線であり、同図から明らかなように、Ｌ
ａＢ₆系抵抗体６′およびＺｒＢ₂系抵抗体７′の昇温時
の温度特性は、炭素系抵抗体９′のそれと較べて優り、
ＺｎＯ系抵抗体８′並みの温度特性が得られる。

【００５８】ここで、本発明抵抗体と従来型ＺｎＯ系抵
抗体との通電耐量を表１に示す。

【００５９】

【表１】

【００６０】なお、前記通電耐量は、抵抗体に十数Ａの
交流電流を一定時間通電したとき正常であるか否か、あ
るいは破壊の有無を調べるものである。

【００６１】表１には、各試料に長時間通電し、それぞ
れの試料が急激な電流増加、熱暴走、破壊等を起すまで
の時間を示した。

【００６２】また、表１の通電電流は、試験開始時の初
期電流を示し、この値は、通電中に変化する。

【００６３】さらに、表１の電力も、試験開始時の値を
示し、試料の温度は、最後には、２００〜３００℃にま
で昇温する。

【００６４】表１から、ＬａＢ₆系抵抗体およびＺｒＢ₂
系抵抗体の通電時間は、ＺｎＯ系抵抗体のそれに較べて
２倍以上長く、本発明抵抗体の通電耐量が従来に比較し
て格段に優れていることがわかる。

【００６５】〔実験例３〕図５は図２に示すバルク型直
線抵抗体（ドーナツ型金属ほう化物系抵抗体）をガス遮
断器（ＧＣＢ）用投入抵抗器に応用した場合の内部構造
説明図である。

【００６６】なお、図５に示すガス遮断器用投入抵抗器
には、実験例１の工程で作製した抵抗率１００Ωｃｍの
抵抗体を適用した。そして、ＬａＢ₆の含有量は、１
７．６体積％であった。

【００６７】図中、１０は抵抗体、１１はブッシング、
１２は絶縁ロッド、１３はコンデンサ、１４は遮断部、
１５は油ダッシュポット、１６は開閉操作用ピストン、
１７は空気タンクである。

【００６８】そして、本発明のバルク型直線抵抗体を適
用した前記ガス遮断器用投入抵抗器の通電耐量は極めて
大きいほか、抵抗値の直線性および温度特性も優れてお
り、従来型抵抗体を用いたガス遮断器と比較して、下記
理由により、装置の小型、軽量化、さらには抵抗体の使
用個数を低減することができる。

【００６９】すなわち、前記実験例で示した数値を用い
てその理由を説明すると、先の実験例で示した本発明抵
抗体（バルク型直線抵抗体）の通電耐量は、従来型抵抗
体のそれと較べて２倍大きいため、抵抗体の体積を１／
２低減することができ、また高電流域での抵抗値が１０
％増大するため、抵抗体の個数を１０％低減することが
でき、さらに高温での抵抗値が２０％増大するため、こ
の点でも抵抗体の個数を２０％低減することができる。

【００７０】〔実験例４〕図６は図２に示すバルク型直
線抵抗体（ドーナツ型金属ほう化物系抵抗体）を変圧器
用ＳＦ₆ガス絶縁中性点接地抵抗器（ＮＧＲ）に応用し
た場合の内部構造説明図である。

【００７１】なお、図６に示す中性点接地抵抗器には、
実験例１の工程で作製した抵抗率４１０Ωｃｍの抵抗体
を適用した。

【００７２】図中、１０は抵抗体、１２′は絶縁ロッ
ド、１７はブッシング、１８はタンク、１９は接地点で
ある。

【００７３】そして、本発明のバルク型直線抵抗体を適
用した前記中性点接地抵抗器の通電耐量は、前記ガス遮
断器用投入抵抗器のそれと同様、極めて大きいほか、抵
抗値の直線性および温度特性も優れており、従来型抵抗
体を用いた変圧器と比較して装置の小型、軽量化、さら
には抵抗体の使用個数を低減することができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明は以上のごときであり、本発明に
よれば、電力用抵抗体として３００℃まで抵抗値がほと
んど減少することなく、炭素系に較べて許容温度を高め
に設定することができ、また電流電圧特性の直線性がＺ
ｎＯ系より優れ、さらに通電耐量がＺｎＯ系に較べて格
段に優れている等、温度特性、電流電圧特性および通電
耐量のいずれの点でも、従来型抵抗体に比較して優れて
いるという効果を奏することがでる。

【００７５】さらに、本発明によれば、前記抵抗体を応
用したガス遮断器用投入抵抗器および中性点接地抵抗器
等の大きさを、従来型抵抗体のそれと比較して４０％以
下に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るバルク型直線抵抗体の一実施例
（円柱型金属ほう化物系抵抗体）を示す正面図である。

【図２】本発明に係るバルク型直線抵抗体の他の実施例
（ドーナツ型金属ほう化物系抵抗体）を示す正面図であ
る。

【図３】本発明抵抗体と従来型抵抗体との電流密度−電
気抵抗比較特性線図である。

【図４】本発明抵抗体と従来型抵抗体との温度−電気抵
抗比較特性線図である。

【図５】図２に示すバルク型直線抵抗体（ドーナツ型金
属ほう化物系抵抗体）をガス遮断器（ＧＣＢ）用投入抵
抗器に応用した場合の内部構造説明図である。

【図６】図２に示すバルク型直線抵抗体（ドーナツ型金
属ほう化物系抵抗体）を変圧器用ＳＦ₆ガス絶縁中性点
接地抵抗器（ＮＧＲ）に応用した場合の内部構造説明図
である。

【符号の説明】

１…金属ほう化物系焼結体、２，２′…アルミニウム電
極、３…金属ほう化物系焼結体、４，４′…アルミニウ
ム電極、５…孔、６，６′…ＬａＢ₆系抵抗体の特性曲
線、７，７′…ＺｒＢ₂系抵抗体の特性曲線、８，８′
…従来型ＺｎＯ系抵抗体の特性曲線、９，９′…従来型
炭素系抵抗体の特性曲線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 忠道 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 山崎 武夫 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】５〜４０体積％の金属ほう化物および６０
   〜９５体積％の非還元性ガラスからなる焼結体と、前記
   焼結体を挾んで対向位置に配置された電極とからなり、
   前記焼結体の温度３００℃での抵抗値の温度係数が−１
   ×１０~³〜＋５×１０~³／℃範囲であることを特徴とす
   るバルク型直線抵抗体。
2. 【請求項２】請求項１において、金属ほう化物は、Ｍｏ
   Ｂ，ＺｒＢ₂，ＴｉＢ₂，ＶＢ₂，ＮｂＢ₂，ＴａＢ₂，Ｃ
   ｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣａＢ₆，Ｗ₂Ｂ₅より選ばれた1種以上
   の粒子であるバルク型直線抵抗体。
3. 【請求項３】請求項１において、金属ほう化物は、Ｌａ
   Ｂ₆に換算して５〜４０体積％のほう化ランタンである
   バルク型直線抵抗体。
4. 【請求項４】タンクに収納された遮断部と投入抵抗器と
   を含むガス遮断器において、前記抵抗器には、５〜４０
   体積％の金属ほう化物および、６０〜９５体積％の非還
   元性ガラスからなる焼結体と、前記焼結体を挾んで対向
   配置された電極とからなりかつ、前記焼結体の温度３０
   ０℃での抵抗値の温度係数が−１×１０~³〜＋５×１０
   ~³／℃範囲であるバルク型直線抵抗体を使用することを
   特徴とするガス遮断器。
5. 【請求項５】タンクに収納された抵抗器を含む中性点接
   地抵抗器において、前記抵抗器には、５〜４０体積％の
   金属ほう化物および、６０〜９５体積％の非還元性ガラ
   スからなる焼結体と、前記焼結体を挾んで対向配置され
   た電極とからなりかつ、前記焼結体の温度３００℃での
   抵抗値の温度係数が−１×１０~³〜＋５×１０~³／℃範
   囲であるバルク型直線抵抗体を使用することを特徴とす
   る中性点接地抵抗器。
6. 【請求項６】５〜４０体積％の金属ほう化物と、６０〜
   ９５体積％の非還元性ガラスとからなる混合粉に有機バ
   インダーを加えて造粒，成形し、窒素雰囲気中で焼成し
   た後、この焼結体を挾んで電極を対向配置し、かつ前記
   焼結体の温度３００℃での抵抗値の温度係数を−１×１
   ０~³〜＋５×１０~³／℃範囲に設定することを特徴とす
   るバルク型直線抵抗体の製造方法。
7. 【請求項７】請求項６において、金属ほう化物は、Ｍｏ
   Ｂ，ＺｒＢ₂，ＴｉＢ₂，ＶＢ₂，ＮｂＢ₂，ＴａＢ₂，Ｃ
   ｒＢ₂，ＬａＢ₆，ＣａＢ₆，Ｗ₂Ｂ₅より選ばれた1種以上
   の粉体であるバルク型直線抵抗体の製造方法。
8. 【請求項８】請求項６において、金属ほう化物は、Ｌａ
   Ｂ₆に換算して５〜４０体積％のほう化ランタンである
   バルク型直線抵抗体の製造方法。