JPH1145801A

JPH1145801A - 非直線抵抗体の製造方法

Info

Publication number: JPH1145801A
Application number: JP9202079A
Authority: JP
Inventors: Ken Iida; 憲飯田; Yukio Tagami; 幸雄田上; Masao Hayashi; 正夫林; Noriaki Nakada; 憲明中田
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-07-29
Filing date: 1997-07-29
Publication date: 1999-02-16
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JP3728881B2

Abstract

(57)【要約】【課題】非直線抵抗体全体の粒径を均一にし、熱安定
性を向上させる。【解決手段】酸化亜鉛，添加物成分，有機バインダー
を混合し乾燥して造粒粉を得る(Ｓ２１)。その後、前記
造粒粉を円盤状の成形体に成形し(Ｓ２２)、その成形体
を仮焼して仮焼体を得る(Ｓ２３)。次に、予め三酸化ア
ンチモン，酸化ニッケル，二酸化ケイ素の何れかを有機
バインダーに溶かして得た溶剤を、前記仮焼体の外周面
に対して塗布する(Ｓ２４)。その後、前記仮焼体の外周
面に塗布された溶剤の表面に対して、高抵抗層材料を塗
布し(Ｓ２５)焼成して、仮焼体の外周面に高抵抗層を形
成した焼成体を得る(Ｓ２６)。その後さらに、ガラス粉
末と有機バインダーとを混合し所定の粘度に調整して得
た溶剤Ｄを、前記焼成体の外周面に形成された高抵抗層
の表面に対して塗布し(Ｓ２７)焼き付けする(Ｓ２８)。
そして、前記焼成体の両端面に電極を設けて(Ｓ２９)非
直線抵抗体を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化亜鉛を主成分
とし、主に避雷器に組み込まれる非直線抵抗体の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】非直線抵抗体は、酸化亜鉛を主成分とす
るものが多く、その添加物成分として酸化ビスマス，酸
化アンチモン，酸化コバルト，酸化マンガン，酸化クロ
ム，酸化ニッケル，酸化ケイ素等の金属酸化物を添加
し、非直線性が高くて熱損失の少ない組成配合からなっ
ている。

【０００３】通常、前記添加物成分をボールミル等で予
備粉砕した後、酸化亜鉛とバインダー(結合剤：例え
ば、有機バインダー)に対し添加して混合物を得、この
混合物をスプレードライヤーにより噴霧乾燥して流動性
が良い造粒粉を得る。なお、前記有機バインダーには、
水系の有機バインダー、例えばポリビニルアルコール
(ＰＶＡ)が用いられている。前記造粒粉を金型プレスに
より円盤状の成形体に成形し、この成形体の脱脂を行っ
た後、７００〜１０００℃の温度で数時間仮焼して仮焼
体を形成する。

【０００４】前記仮焼体の外周面には、例えばセラミッ
クから成る絶縁材(高抵抗層材料)を被膜し１０００〜１
３００℃の温度で熱処理して、外周面に絶縁層(高抵抗
層：詳細を後述する)を形成した焼成体を得る。次に、
前記焼成体の両端面を平滑に研磨してから、その平滑に
研磨された両端面には例えばアルミニウムから成る電極
材料を溶射して非直線抵抗体を完成させる手段を採って
いる。

【０００５】以上のようにして形成された非直線抵抗体
は、避雷器の限流要素ユニット等に用いられる。特に避
雷器用の非直線抵抗体は、一般的な弱電用サージ・アブ
ソーバと比較して吸収し得るエネルギーが大きいため、
大きな体積または大口径サイズの非直線抵抗体が必要に
なる。

【０００６】また、前記非直線抵抗体は非直線性が非常
に高いため、前記のように焼成体の外周面には高抵抗層
を形成して外部閃絡を防止する必要がある。外周面に高
抵抗層を形成した焼成体を得るには、まず酸化亜鉛，酸
化ビスマス(三酸化ビスマス)，酸化アンチモン(三酸化
アンチモン)，酸化ケイ素(二酸化ケイ素)を所定の配合
で湿式粉砕し乾燥した後、８００〜１０００℃の温度で
仮焼して高抵抗層材料を得る。

【０００７】そして、前記高抵抗層材料を粗粉砕・微粉
砕した後、有機バインダーと溶剤とを加えて混練しペー
スト状にしてから、例えばローラー塗布により仮焼体の
外周面に塗布し熱処理して、外周面に高抵抗層を形成し
た焼成体を得る。なお、前記高抵抗層の表面には低融点
ガラス材を塗布した後、熱処理して２層構造の高抵抗層
を形成する場合もある。

【０００８】以上示したように、高抵抗層を形成して得
た非直線抵抗体は、外部閃絡に対しては非常に良好な特
性が得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記高抵抗層材料とし
て用いた４つの成分の配合比により、非直線抵抗体の特
性が大きく変化する。例えば、三酸化アンチモンの配合
量を減少させると、非直線抵抗体の絶縁特性が向上する
が、三酸化アンチモンは焼成中に非直線抵抗体中の酸化
亜鉛粒子の粒成長抑制剤として作用する。一方、三酸化
ビスマスにおいては、焼成中に非直線抵抗体中の酸化亜
鉛粒子の粒成長促進剤として作用する。

【００１０】そのため、三酸化アンチモンの配合量を減
少させてしまうと、高抵抗層から三酸化ビスマスが非直
線抵抗体中に対してより多く拡散してしまう。ゆえに、
三酸化アンチモンの配合量を減少させてしまうと、非直
線抵抗体の外周面付近における酸化亜鉛粒子の粒径が非
直線抵抗体の中央部における酸化亜鉛粒子の粒径と比較
して大きくなってしまう。

【００１１】非直線抵抗体の小電流域における電気抵抗
は、酸化亜鉛の粒界層の数、すなわち酸化亜鉛粒子の粒
径に比例することが知られている。そのため、例えば三
酸化ビスマスのような粒成長促進剤により、非直線抵抗
体の外周面付近における抵抗値と中央部における抵抗値
とに差が生じると、非直線抵抗体全体に流れる電流が不
均一になってしまう。

【００１２】非直線抵抗体の外周面付近における電流値
が中央部における電流値よりも増加すると、その非直線
抵抗体の外周面付近における温度が中央部における温度
よりも高くなり、非直線抵抗体全体の温度が上昇してし
まう。非直線抵抗体全体の温度が上昇すると、その非直
線抵抗体を構成する避雷器の熱安定性が低下し、その寿
命の低下を引き起こしてしまう問題が生じる。

【００１３】本発明は、前記課題に基づいて成されたも
のであり、非直線抵抗体全体の酸化亜鉛粒子の粒径を均
一にして、非直線抵抗体全体に対して電流が均一に流れ
るようにし、熱安定性が良好で雷サージ等による外部閃
絡を抑制した非直線抵抗体の製造方法を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、第１発明は非直線抵抗体の主成分である
酸化亜鉛，添加物成分，有機バインダーを混合し乾燥し
て造粒粉を得た後、その造粒粉を円盤状に成形して得た
成形体を仮焼して仮焼体を得、その仮焼体の外周面に高
抵抗層材料を塗布し焼成して外周面に高抵抗層を設けた
焼成体を得た後、前記焼成体の両端面に電極を設けたこ
とを特徴とする非直線抵抗体の製造方法において、前記
仮焼体の外周面には三酸化アンチモン，酸化ニッケル，
二酸化ケイ素の何れかから成る溶剤を塗布した後、前記
高抵抗層材料を塗布したことを特徴とする。

【００１５】第２発明は、前記第１発明において、前記
仮焼体の外周面に三酸化アンチモンを０．００２〜０．
０２ｇ／ｃｍ²塗布してから、前記高抵抗層材料を塗布
したことを特徴とする。

【００１６】第３発明は、前記第１発明において、前記
仮焼体の外周面に酸化ニッケルを０．００５〜０．０５
ｇ／ｃｍ²塗布してから、前記高抵抗層材料を塗布した
ことを特徴とする。

【００１７】第４発明は、前記第１発明において、前記
仮焼体の外周面に二酸化ケイ素を０．００２〜０．０１
ｇ／ｃｍ²塗布してから、前記高抵抗層材料を塗布した
ことを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の第１〜第３
形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施の第１形
態において、まず仮焼体の外周面に塗布する高抵抗層材
料の生成工程を図１の生成工程図に基づいて説明する。
図１において、ステップＳ１１は混合粉体生成工程を示
すものであり、この工程では酸化亜鉛，酸化ビスマス，
酸化アンチモン，酸化ケイ素を所定量に配合し、予備撹
拌槽で純水とともに一定時間混合して混合粉体を得る。

【００１９】ステップＳ１２は第１粉砕工程を示すもの
であり、この工程では前記混合粉体を振動ミル等により
所定の粒径に粉砕する。所定の粒径に粉砕された混合粉
体はステップＳ１３に示す乾燥工程に送られ、媒体を充
填した媒体流動式乾燥機にポンプにより搬送され、加熱
された媒体からの熱伝導と熱風とにより前記混合粉体を
瞬時的かつ連続的に乾燥して乾燥粉体を得、その乾燥粉
体はバグフィルターにより補集され一時貯蔵ホッパーに
貯蔵される。

【００２０】ステップＳ１４は仮焼工程を示すものであ
り、この工程では貯蔵ホッパーに貯蔵された乾燥粉体を
定量供給機によりロータリーキルンに供給し、所定の温
度，滞留時間で連続的に仮焼して仮焼粉体を得る。その
後、ステップＳ１５に示す第２粉砕工程で、前記仮焼粉
体をスクリュウコンベアにより石臼式粉砕機に搬送し所
定の粒径まで粉砕した後、ステップＳ１６に示す混練工
程でその粉砕された粉体とバインダー，溶剤とを混練し
て高抵抗層材料の生成が完了する。

【００２１】次に、非直線抵抗体の製造工程を図２に示
す製造工程図に基づいて説明する。ステップＳ２１は造
粒粉生成工程を示すものであり、この工程では非直線抵
抗体の主成分である酸化亜鉛，所定量の添加物成分，有
機バインダーを混合し脱泡した後、スプレードライヤー
等により噴霧乾燥して造粒粉を得る。その後、ステップ
Ｓ２２に示す成形工程で、前記造粒粉を金型プレス等に
より直径６０ｍｍ(φ６０)の円盤状の成形体に成形す
る。ステップＳ２３は仮焼工程を示すものであり、この
工程では前記成形体を７００〜１０００℃の温度で仮焼
して仮焼体を得る。

【００２２】ステップＳ２４は第１塗布工程を示すもの
であり、この工程では三酸化アンチモンを水系の有機バ
インダーに溶かして溶剤(以下、溶剤Ａと称する)を得
て、その溶剤Ａを前記仮焼体の外周面に対してローラー
塗布する。その後、ステップＳ２５に示す第２塗布工程
では、前記仮焼体の外周面にローラー塗布された溶剤Ａ
の表面に対して、前記図１に示す生成工程を経て得た高
抵抗層材料をローラー塗布し、ステップＳ２６に示す焼
成工程で１０００〜１３００℃の温度で焼成して、外周
面に高抵抗層を形成した焼成体を得る。

【００２３】ステップＳ２７は第３塗布工程を示すもの
であり、この工程ではガラス粉末と有機バインダーとを
混合し所定の粘度に調整して溶剤(以下、溶剤Ｄと称す
る)を得、この溶剤Ｄを前記焼成体の外周面に形成され
た高抵抗層の表面に対してローラー塗布した後、ステッ
プＳ２８に示す焼き付け工程で５５０〜７００℃の温度
で焼き付けする。その後、ステップＳ２９に示す電極形
成工程に送られ、前記焼成体の両端面を平滑に研磨し、
その平滑に研磨された両端面に対して電極を設けて非直
線抵抗体の製造を完了する。

【００２４】以上示したように本発明の実施の第１形態
により製造した非直線抵抗体を試料とし、その試料の外
周部(後述する外周部電極３２)と中央部(後述する中央
部電極３３)との電流値を各々測定し電流密度比を求め
た。

【００２５】なお、前記測定において、前記試料は溶剤
Ａの塗布量を０〜１．０ｇ／ｃｍ²に変化させて製造し
た。また、前記試料の両端面に形成される電極は、図３
Ａ，Ｂに示すように焼成体３１の両端面３１ａ，３１ｂ
の外周部から幅１０ｍｍ程度の部分に電極(以下、外周
部電極と称する)３２を各々設け、その外周部電極と一
定間隔を隔てて両端面３１ａ，３１ｂの中央部に電極
(以下、中央部電極と称する)３３を各々設けたものと
し、前記外周部電極３２における電流値(以下、電流値
Ｉ₁と称する)と中央部電極３３における電流値(以下、
電流値Ｉ₂と称する)とを各々測定した。

【００２６】前記電流密度比においては、電流値Ｉ₁と
電流値Ｉ₂とを各々電流密度換算し電流密度比(Ｉ₁／
Ｉ₂)を求めた。なお、非直線抵抗体の外周部と中央部と
の電流値がともに均一な場合の電流密度比は「１」であ
る。非直線抵抗体の外周部と中央部との電流密度比が１
０％以内である場合(後述する図４，図５，図６では、
電流密度比が０．９〜１．１の場合)には、その非直線
抵抗体は実用上問題ないとされる。

【００２７】前記測定結果を図４の溶剤Ａの塗布量に対
する電流密度比特性図に示した。なお、溶剤Ａを用いて
製造した前記試料と比較するために、従来法により溶剤
Ａを用いないで非直線抵抗体の試料Ｓを製造し、試料Ｓ
の電流値Ｉ₁と電流値Ｉ₂とを測定し電流密度比を求め同
図４に示した。

【００２８】図４において、溶剤Ａの塗布量が０．０２
ｇ／ｃｍ²を超えた試料は、電流密度比が「０．９」未
満であり、高抵抗層が試料から剥離してしまった。ま
た、溶剤Ａの塗布量が０．００２ｇ／ｃｍ²未満の試料
は電流密度比が「１．１」を超えてしまい、溶剤Ａによ
る効果が見られなかった。なお、従来法により作製した
試料Ｓの電流密度比は「１．１」をかなり超えてしまっ
た。一方、溶剤Ａの塗布量が０．００２〜０．０２ｇ／
ｃｍ²の試料の電流密度比は０．９〜１．１の範囲内で
あり高抵抗層が試料から剥離せず、溶剤Ａによる効果が
見られた。

【００２９】ゆえに、仮焼体の外周面に高抵抗層を形成
する際に、あらかじめ三酸化アンチモンから成る溶剤Ａ
０．００２〜０．０２ｇ／ｃｍ²を前記仮焼体の外周面
に塗布することにより、従来例により作製した非直線抵
抗体と比較して、非直線抵抗体の外周部と中央部との電
流値を均一にすることができ、絶縁特性の高い且つ外部
閃絡を防止した非直線抵抗体を製造できることが確認で
きた。

【００３０】次に、本発明の実施の第２形態について説
明する。なお、前記図１，図２，図３と同様なものにつ
いては、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
まず、前記実施の第１形態と同様に、図２のステップＳ
２１に示す造粒粉生成工程からステップＳ２３に示す仮
焼工程を経て仮焼体を得る。

【００３１】その後、ステップＳ２４に示す第１塗布工
程では、三酸化アンチモンの代わりに酸化ニッケルを用
い、その三酸化ニッケルを水系の有機バインダーに溶か
して溶剤(以下、溶剤Ｂと称する)を得、その溶剤Ｂを前
記仮焼体の外周面に対してローラー塗布する。以下、図
２のステップＳ２５に示す第２塗布工程からステップＳ
２９に示す電極形成工程を経て非直線抵抗体の製造を完
了する。

【００３２】以上示したように本発明の実施の第２形態
により製造した非直線抵抗体を試料とし、その試料の外
周部(後述する外周部電極３２)と中央部(後述する中央
部電極３３)との電流値を各々測定し電流密度比を求め
た。なお、前記測定において、前記試料は溶剤Ｂの塗布
量を０〜１．０ｇ／ｃｍ²に変化させて製造し、前記実
施の第１形態における測定と同様に、外周部電極３２に
おける電流値Ｉ₁と中央部電極３３における電流値Ｉ₂と
を各々測定し、電流密度比を求めた。

【００３３】前記測定結果を図５の溶剤Ｂの塗布量に対
する電流密度比特性図に示した。図５において、溶剤Ｂ
の塗布量が０．０５ｇ／ｃｍ²を超えた試料は、電流密
度比が０．９〜１．１の範囲内であっても、高抵抗層が
試料から剥離してしまった。また、溶剤Ｂの塗布量が
０．００５ｇ／ｃｍ²未満の試料は電流密度比が「１．
１」を超えてしまい、溶剤Ｂによる効果が見られなかっ
た。一方、溶剤Ｂの塗布量が０．００５〜０．０５ｇ／
ｃｍ²の試料の電流密度比は０．９〜１．１の範囲内で
あり高抵抗層が試料から剥離せず、溶剤Ｂによる効果が
見られた。

【００３４】ゆえに、仮焼体の外周面に高抵抗層を形成
する際に、あらかじめ酸化ニッケルから成る溶剤Ｂ０．
００５〜０．０５ｇ／ｃｍ²を前記仮焼体の外周面に塗
布することにより、従来例により作製した非直線抵抗体
と比較して、非直線抵抗体の外周部と中央部との電流値
を均一にすることができ、絶縁特性の高い且つ外部閃絡
を防止した非直線抵抗体を製造できることが確認でき
た。

【００３５】次に、本発明の実施の第３形態について説
明する。なお、図１，図２，図３と同様なものについて
は、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。ま
ず、前記実施の第１形態と同様に、図２のステップＳ２
１に示す造粒粉生成工程からステップＳ２３に示す仮焼
工程を経て仮焼体を得る。

【００３６】その後、ステップＳ２４に示す第１塗布工
程では、三酸化アンチモンの代わりに二酸化ケイ素を用
い、その二酸化ケイ素を水系の有機バインダーに溶かし
て溶剤(以下、溶剤Ｃと称する)を得、その溶剤Ｃを前記
仮焼体の外周面に対してローラー塗布する。以下、図２
のステップＳ２５に示す第２塗布工程からステップＳ２
９に示す電極形成工程を経て非直線抵抗体の製造を完了
する。

【００３７】以上示したように本発明の実施の第３形態
により製造した非直線抵抗体を試料とし、その試料の外
周部(後述する外周部電極３２)と中央部(後述する中央
部電極３３)との電流値を各々測定し電流密度比を求め
た。なお、前記測定において、前記試料は溶剤Ｃの塗布
量を０〜１．０ｇ／ｃｍ²に変化させて製造し、前記実
施の第１形態における測定と同様に、外周部電極３２に
おける電流値Ｉ₁と中央部電極３３における電流値Ｉ₂と
を各々測定し、電流密度比を求めた。

【００３８】前記測定結果を図６の溶剤Ｃの塗布量に対
する電流密度比特性図に示した。図６において、溶剤Ｃ
の塗布量が０．０１ｇ／ｃｍ²を超えた試料の電流密度
比は「０．９」未満であり、特に溶剤Ｃの塗布量が０．
０２ｇ／ｃｍ²を超えた試料においては、高抵抗層が試
料から剥離してしまった。また、溶剤Ｃの塗布量が０．
００２ｇ／ｃｍ²未満の試料は電流密度比が「１．１」
を超えてしまい、溶剤Ｃによる効果が見られなかった。
一方、溶剤Ｃの塗布量が０．００２〜０．０１ｇ／ｃｍ
²の試料の電流密度比は０．９〜１．１の範囲内であり
高抵抗層が試料から剥離せず、溶剤Ｃによる効果が見ら
れた。

【００３９】ゆえに、仮焼体の外周面に高抵抗層を形成
する際に、あらかじめ二酸化ケイ素から成る溶剤Ｃ０．
００２〜０．０１ｇ／ｃｍ²を前記仮焼体の外周面に塗
布することにより、従来例により作製した非直線抵抗体
と比較して、非直線抵抗体の外周部と中央部との電流値
を均一にすることができ、絶縁特性の高い且つ外部閃絡
を防止した非直線抵抗体を製造できることが確認でき
た。

【００４０】

【発明の効果】以上示した本発明によれば、仮焼体の外
周面に三酸化アンチモン，酸化ニッケル，二酸化ケイ素
の何れかから成る溶剤を塗布してから、高抵抗層材料を
塗布し焼成して、外周面に高抵抗層を形成した焼成体を
得ることにより、非直線抵抗体全体の粒径を均一にし
て、非直線抵抗体全体に流れる電流を均一にするととと
もに、前記高抵抗層が焼成体から剥離することを防止す
ることができるため、非直線抵抗体の製造における歩留
まりが向上する。

【００４１】ゆえに、非直線抵抗体全体に対して均一に
電流を流すことができ熱安定性が向上し、雷サージ等に
よる外部閃絡を抑制した非直線抵抗体を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１〜第３形態における非直線
抵抗体の高抵抗層材料の生成工程図。

【図２】本発明の実施の第１〜第３形態における非直線
抵抗体の製造工程図。

【図３】本発明の実施の第１〜第３形態における試料の
正面図および上面図。

【図４】本発明の実施の第１形態における溶剤Ａの塗布
量に対する電流密度比特性図。

【図５】本発明の実施の第２形態における溶剤Ｂの塗布
量に対する電流密度比特性図。

【図６】本発明の実施の第３形態における溶剤Ｃの塗布
量に対する電流密度比特性図。

【符号の説明】

Ｓ１１…混合粉体生成工程Ｓ１２…第１粉砕工程Ｓ１３…乾燥工程Ｓ１４…仮焼工程Ｓ１５…第２粉砕工程Ｓ１６…混練工程Ｓ２１…造粒粉生成工程Ｓ２２…成形工程Ｓ２３…仮焼工程Ｓ２４…第１塗布工程Ｓ２５…第２塗布工程Ｓ２６…焼成工程Ｓ２７…第３塗布工程Ｓ２８…焼き付け工程Ｓ２９…電極形成工程３１…焼成体３１ａ，３１ｂ…端面３２…外周部電極３３…中央部電極

フロントページの続き (72)発明者中田憲明東京都品川区大崎２丁目１番17号株式会社明電舎内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】非直線抵抗体の主成分である酸化亜鉛，
添加物成分，有機バインダーを混合し乾燥して造粒粉を
得た後、その造粒粉を円盤状に成形して得た成形体を仮
焼して仮焼体を得、その仮焼体の外周面に高抵抗層材料
を塗布し焼成して外周面に高抵抗層を設けた焼成体を得
た後、その焼成体の両端面に電極を設けたことを特徴と
する非直線抵抗体の製造方法において、前記仮焼体の外周面には三酸化アンチモン，酸化ニッケ
ル，二酸化ケイ素の何れかから成る溶剤を塗布した後、
前記高抵抗層材料を塗布したことを特徴とする非直線抵
抗体の製造方法。
【請求項２】前記仮焼体の外周面に三酸化アンチモン
を０．００２〜０．０２ｇ／ｃｍ²塗布してから、前記
高抵抗層材料を塗布したことを特徴とする請求項１記載
の非直線抵抗体の製造方法。
【請求項３】前記仮焼体の外周面に酸化ニッケルを
０．００５〜０．０５ｇ／ｃｍ²塗布してから、前記高
抵抗層材料を塗布したことを特徴とする請求項１記載の
非直線抵抗体の製造方法。
【請求項４】前記仮焼体の外周面に二酸化ケイ素を
０．００２〜０．０１ｇ／ｃｍ²塗布してから、前記高
抵抗層材料を塗布したことを特徴とする請求項１記載の
非直線抵抗体の製造方法。