JPH0782922B2 - 電圧非直線抵抗体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体の
製造方法に係り、特に均質な焼結体を得るために、原料
粉末を分散、混合する工程を改良した電圧非直線抵抗体
の製造方法に関するものである。

［発明の技術的背景］ 電圧非直線抵抗体は、一般にはバリスタと呼ばれ、その
優れた非直線電圧−電流特性が利用されて、電圧安定化
或いはサージ吸収を目的とした避雷器やサージアブソー
バに広く利用されている。この様なバリスタの代表的な
ものとして、近年開発された酸化亜鉛バリスタが存在す
る。この酸化亜鉛バリスタは、酸化亜鉛を主成分とし、
これに少量のビスマス、アンチモン、コバルト、マンガ
ン、クロム等の酸化物を添加し、混合造粒、成形した
後、空気中で高温焼成し、その焼結体に電極を取付けて
構成されるものであり、非常に優れた非直線抵抗特性を
有している。その焼結体は酸化亜鉛粒子とその周囲を取
巻く添加物により形成される粒界層から成り、優れた非
直線抵抗特性はこの粒界層と酸化亜鉛粒子との界面に起
因すると考えられている。更にこの他にも、電圧−電流
特性をある程度任意に調節し得る等多くの長所を備えて
いる。

従来、この様な酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗
体の製造工程中、原料粉末を分散、混合する混合工程に
おいては、ボールミル、振動ミル、乳化機等を使用し、
分散剤を添加して分散、混合を行なっていた。

［背景技術の問題点］ しかしながら、上述の様な混合工程にて製造した電圧非
直線抵抗体は、次の様な欠点を有していた。

即ち、ボールミル、振動ミル、乳化機等を使用して混合
した場合、原料を均質に分散させることに限界があり、
そのため、製造した電圧非直線抵抗体に、ピンホールと
呼ばれる0.5mmφ以下の小さな空孔や、長径数mm、短径
0.5mm程度の大きな欠陥が発生することが多かった。こ
れらの空孔、欠陥は、電圧非直線抵抗体の放電耐量を低
下させる最大の原因となるばかりでなく、長期の信頼性
をも低下させるため、大きな問題となっていた。

これに対し、特開昭58−188102に示す様に、原料粉末を
直径の小さな多数の粉砕メディアと共に粉砕機に入れ、
均質に分散させる方法が提案され、これによって、空孔
や欠陥の発生を防止し、放電耐量特性を向上可能となっ
たが、その一方で次の様な問題点が生じた。

即ち、多数の粉砕メディアを使用するためにメディアの
摩耗により原料が汚染され、非直線抵抗体組成にとって
不純物混入となり、種々の電気的特性が疎外されてしま
う。この様な欠点の一つに寿命特性の低下が存在する。
即ち、素子に電圧を印加した際微少の漏れ電流が流れる
が、不純物混入の場合には、時間経過による漏れ電流の
増加が加速される。そのため、この様な不純物混入の非
直線抵抗体を避雷器等に適用すると、漏れ電流による発
熱が素子の放熱を越えて素子温度が上昇し、これによ
り、素子自体の抵抗が低下し、更に発熱が加速されると
いう相乗的悪循環により、最終的には熱暴走してしま
う。また、不純物混入によって低電流域の非直線特性が
悪化する問題もあった。

［発明の目的］ 本発明は、上述の様な従来技術の欠点を解消するために
提案されたもので、その目的は、粉砕メディアを使用す
ることにより、放電耐量特性を向上させながら、しか
も、粉砕メディアの摩耗による原料汚染を防止して非直
線抵抗耐組成に不純物が混入しない様にすることによ
り、寿命特性が良好で低電流域の非直線特性にも優れた
電圧非直線抵抗体を製造し得る様な電圧非直線抵抗体の
製造方法を提供することである。

［発明の概要］ 本発明による電圧非直線抵抗体の製造方法は、原料粉末
を分散、混合する混合工程において、回転軸上にロータ
ー軸が形成された回転体からなるローターと、このロー
ターと相似形状の内部空間を内壁面で形成し前記ロータ
ー軸を蓋の中心部から延出させてローターを収納する容
器と、この容器の前記内壁面と前記ローターとの間に形
成された間隙に挿入される粉砕メディアとを具備し、ロ
ーター軸を駆動し、ローターを容器内で回転させること
により、容器に供給される原料を粉砕、分散する混合機
を使用することを特徴とするものである。

そして、この様な構成を有することにより、放電量特性
を向上させながら、しかも粉砕メディアの量を微少量に
できるため、原料汚染を防止して非直線抵抗体組成への
不純物混入を解消している。

また、粉砕メディアを0.5mm〜3.0mmφのほぼ球状とし、
メディアの主成分を酸化ジルコニウム（ZrO₂）、ステア
タイト、ケイ酸ジルコニウム（ZrSiO₄）、二酸化ケイ素
（SiO₂）のいずれかとし、更に、混合工程で水又は溶媒
を使用すればより効果的である。

［発明の実施例］ 以上説明した様な本発明による電圧非直線抵抗体の製造
方法の一実施例を具体的に説明する。

第１図を参照して本実施例に使用する混合機について説
明する。１はローター２が収納される容器である。ロー
ター２は軸Ｏを回転軸とする回転体からなり、この回転
軸上にはローター軸2aが形成されている。一方、容器１
は、その厚みを省略しているがローター２と相似形状の
内部空間を内壁面1aによって形成した容器であり、前記
ローター軸2aを延出させる孔1bが中心部に形成された円
環状の蓋1cを具備している。この容器１に、孔1bよりロ
ーター軸2aを延出させて、ローター２を収納することに
より、ローター２の周囲にローター２と内壁面1aとによ
る間隙ｄを形成している。この間隙ｄには1.5mmφのケ
イ酸ジルコニウムからなる粉砕メディア３が挿入されて
いる。またスラリー供給口４及びスラリー取出口５がそ
れぞれ間隙ｄと連通するように容器１に形成されてい
る。本実施例においては混合工程をこのような構成の混
合機を用い、ローター軸2aを駆動することにより、容器
１内でローター２を周速12m/s程度で回転させ、スラリ
ー供給口４から非直線抵抗体組成の全原料を供給して行
う。供給する非直線抵抗体組成の全原料は、純水、分散
剤、結合剤と共に秤量し、予備混合しておき、このスラ
リーを、ローター２が回転し、メディア３が充填された
間隙内に通す。スラリーの供給は、混合機の容器１底面
に設けられたスラリー供給口４より、液圧ポンプ等を用
いて行なう。この時、製造する電圧非直線抵抗体の使用
目的に応じて、ローターの回転数、メディアの直径、メ
ディアの充填量、間隙を通すスラリーの量、回数等を適
宜選定する必要があるが、間隙の寸法は、メディアの寸
法の４〜５倍位が適当である。

この様にして粉砕、分散した原料のスラリーを混合機の
容器１上部に設けたスラリー取出口５より取出し、噴霧
乾燥処理して成形した後、焼成し、電極付け（メタリコ
ン）等の後処理をして電圧非直線抵抗体素子を完成す
る。

以上の様に、本発明では、ローターを高速で回転させる
ことにより分散効果を上げ且つ粉砕メディアが間隙に存
在することにより、粉砕について従来のアジテータと同
様の効果を得られ、従って、放電耐量特性に優れてい
る。その上、本発明では微少な間隙内に粉砕メディアを
挿入することから、粉砕メディアの量を従来の1/100程
度に激減させて、メディアの摩耗による原料の汚染を極
端に低減可能であるため、非直線特性・寿命特性が向上
している。

この様な本発明による特性の向上について、第２及び第
３図に示す実験結果に基づき、より具体的に説明する。

第２図及び第３図は従来の工程と本発明における前述の
実施例の工程とにより、夫々4.5mmφ×20mmtの素子を製
造し、各素子の漏れ電流比及び電流−電圧特性を調べた
結果を示す図であり、各図において、実線Ａは、多数の
粉砕メディアを用い、アジテータを回転させて混合、分
散させる従来の方法により製造した素子の特性を示し、
実線Ｂは、前述の様な本発明における一実施例により製
造した素子の特性を示すものである。

まず、第２図は、周囲温度120℃において、素子に1mAの
交流電流を流す様に電圧を印加した際の抵抗分漏れ電流
の時間変化を示したものである。ここでIrof漏れ電流初
期値であり、Irは一定時間経過後の漏れ電流である。漏
れ電流比が小さい程漏れ電流の増加が抑制され、寿命特
性が良好であると言えるが、まず、実線Ａに示す様に、
従来の方法によって製造した素子においては、漏れ電流
の増加が著しく、寿命特性は不良である。これに対し、
実線Ｂに示す様に本発明によって製造した素子において
は、漏れ電流の増加はほとんど見られない。従って、本
発明によって製造した素子が、漏れ電流による熱暴走を
生ずることはなく、優れた寿命特性を有することは明ら
かである。

また、第３図は、直流測定による低電流域における電流
−電圧特性、いわゆる非直線特性を示したものであり、
1.0に近い程良好である。同図においては、実線Ａに示
す様に、従来の方法によって製造した素子の電圧比は、
電流値が低くなるに従い急傾斜をなして低下しており、
10μＡではほぼ0.5と落ち込んでいる。これに対し、実
線Ｂに示す様に、本発明の方法によって製造した素子の
電圧比は、はるかに緩かな傾斜をなしており、10μＡで
もかなり高い値を保持している。従って、本発明の方法
によって製造した素子の低電流域における非直線特性
が、従来に比べて大幅に改善されていることは明らかで
ある。

以上の様に、本発明の方法によれば、寿命特性及び低電
流域での非直線特性に優れ、極めて安定した特性を有す
る電圧非直線抵抗体を得られる。従って、本発明によっ
て製造した素子を電力用避雷器等に使用すれば、非常に
優れた信頼性が保証される。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
例えば、粉砕メディアとして、酸化ジルコニウム、ステ
アタイト、二酸化ケイ素を夫々用いて素子を製造し、同
様に実験した結果、いずれも同様な特性が得られてい
る。また、本発明の方法による効果は、非直線抵抗組成
や混合原料の仮焼等にも何等影響されるのではない。更
に、本発明に使用される混合機の形状は適宜選択可能で
あり、また、混合工程において、水や溶媒を用いない場
合にも、充分な効果が得られる。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明における電圧非直線抵抗体の製
造方法によれば、狭い間隙に粉砕メディアを挿入し、こ
こに原料のスラリーを通すという構成により、放電耐量
特性を向上させながら、しかも寿命特性及び低電流域で
の非直線特性に優れた信頼性の高い電圧非直線抵抗体を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に使用される混合機を示す
概略図、第２図は、従来の方法と本発明の方法により夫
々製造した各素子の寿命特性を比較的に示すグラフ、第
３図は、従来の方法と本発明はの方法により夫々製造し
た各素子の非直線特性を比較的に示すグラフである。 １…容器、1a…内壁面、1b…孔、1c…蓋、２…ロータ
ー、2a…ローター軸、３…粉砕メディア、４…スラリー
供給口、５…スラリー取出口、Ｏ…軸、ｄ…間隙。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化亜鉛を主成分とした原料の混合工程、
   成形工程、空気中における高温焼成工程、焼結体への電
   極取付工程等から成る電圧非直線抵抗体の製造方法にお
   いて、 前記混合工程に、回転軸上にローター軸が形成された回
   転体からなるローターと、このローターと相似形状の内
   部空間を内壁面で形成し前記ローター軸を蓋の中心部か
   ら延出させて前記ローターを収納する容器と、この容器
   の前記内壁面と前記ローターとの間に形成された間隙に
   挿入される粉砕メディアとを具備し、前記ローター軸を
   駆動し、前記ローターを前記容器内で回転させることに
   より、前記容器に供給される原料を粉砕・分散する混合
   機を使用することを特徴とする電圧非直線抵抗体の製造
   方法。
2. 【請求項２】粉砕メディアが、直径0.5mm〜3.0mmのほぼ
   球状とされ、且つその主成分が、酸化ジルコニウム（Zr
   O₂）、ステアタイト、ケイ酸ジルコニウム（ZrSiO₄）、
   二酸化ケイ素（SiO₂）のいずれかである特許請求の範囲
   第１項記載の電圧非直線抵抗体の製造方法。
3. 【請求項３】混合工程が、水又は溶媒を使用して行なわ
   れるものである特許請求の範囲第１項又は第２項記載の
   電圧非直線抵抗体の製造方法。