JPS627154B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は碍子用磁器の貫通孔内に該碍子用磁器
とは熱膨張係数を異にする酸化亜鉛を主成分とす
るセラミツク特性要素を嵌め込んで低融点ガラス
により一体に固着したセラミツク構造体に関する
ものである。 碍子用磁器の貫通孔内はこれとは熱膨張係数を
異にする酸化亜鉛を主成分とするセラミツク特性
要素を嵌め込んだセラミツク構造体としては、加
熱、冷却時に碍子用磁器とセラミツク特性要素と
の熱膨張係数差によつていずれか一方または双方
が破損するおそれがあるため、例えば両端にベー
ス金具を取付けた碍子用磁器の筒体内にこれとは
熱膨張係数を異にするセラミツク特性要素を適当
数遊嵌し、このセラミツク特性要素を前記ベース
金具に固着された蓋にばねを介して押圧保持させ
るような設計が避雷器のように熱影響を受けるお
それのある機器類に採用されているが、このよう
な構造では気密性が不充分でＯリングなどのシー
ル部材を使用した場合でもシール部材の劣化によ
つて長期耐用できず、シール部材を使用すること
なく充分な気密性が確保でき、しかも、熱影響を
受けても破損するおそれがない碍子用磁器の貫通
孔内にこれと熱膨張係数を異にするセラミツク特
性要素を嵌め込んだセラミツク構造体が強く要望
されている。 本発明は前記のような要望に応える目的の下に
完成されたもので、碍子用磁器の貫通孔内に酸化
亜鉛を主成分とするセラミツク特性要素を該碍子
用磁器の貫通孔の開口端面より少なくとも３mm以
上内部に嵌め込んで、碍子用磁器とセラミツク特
性要素の各熱膨張係数の中間もしくは等しい熱膨
張係数の低融点ガラスにより、前記セラミツク特
性要素の熱劣化温度以下の温度で一体に固着した
ことを特徴とするものである。 以下、本発明を図示の避雷器を実施例として詳
細に説明すれば、１は通常の碍子用磁器よりなる
筒体で、その内腔部には酸化亜鉛を主成分とした
セラミツク特性要素が前記碍子用磁器とは熱膨張
係数を異にした酸化亜鉛を主成分とするセラミツ
ク特性要素２が嵌め込まれている。なお、セラミ
ツク特性要素２は碍子用磁器の筒体１の開口端面
３よりも３mm以上の深さに内部に嵌め込まれて熱
膨張係数が該セラミツク特性要素２と前記碍子用
磁器の筒体１の各熱膨張係数の中間にある好まし
くはB₂O₃−PbO系の低融点ガラス４により碍子
用磁器の筒体１の内面に一体に固着されている。
また、碍子用磁器の筒体１の内腔部にはセラミツ
ク特性要素２を適確に嵌合させるため、開口端面
３より所要長さにわたる拡大孔部５が必要に応じ
形成されている。 このように構成されたものは、碍子用磁器の筒
体１とその内部に嵌め込まれているセラミツク特
性要素２が共にセラミツク製のものであるうえ両
者を一体に固着している低融点ガラス４も広義の
セラミツクに属するもので、全体が無機材質によ
り形成されているので性質が極めて近似している
から、適確に接着一体化されて気密性に優れたも
のとなるうえに三者共絶縁材よりなるために絶縁
性能もよく、しかも、碍子用磁器の筒体１内に嵌
め込まれて低融点ガラス４をもつて一体に固着さ
れているセラミツク特性要素２は碍子用磁器の筒
体１の開口端面３より３mm以上内部にあることに
よつて加熱、冷却が繰り返された場合、該碍子用
磁器の筒体１とは熱膨張係数を異にしているにも
かかわらず碍子用磁器の筒体１およびセラミツク
特性要素２のいずれにも亀裂が生じたり破損する
ことがない。この理由は完全に解明されてはいな
いが、下表に示す実験結果より明らかであつて、
埋め込みがない場合の亀裂が上端部から発生する
ことを考えると、埋め込み構造にすることで碍子
用磁器の筒体１の開口端に接着に関与してない部
分ができるために応力が集中せず、しかも、冷熱
試験において、接着に関与する部分が温度の急変
を受けにくくなるためであると考えられる。次に
本発明の効果を確認するため、それぞれ熱膨張係
数の異なる３種類の碍子用磁器からなる筒体１
と、B₂O₃〜PbO系の低融点ガラス４を３種類
と、酸化亜鉛を主成分とする直径30mmφ、長さ30
mmのセラミツク特性要素２の１種類を選び、ま
た、碍子用磁器の筒体１の内部に嵌合するセラミ
ツク特性要素２の端面が碍子用磁器の筒体１の開
口端面３よりそれぞれ０mm、３mm、７mm、15mm、
30mm、50mmだけ内部に嵌め込まれるように碍子用
磁器の筒体１の内部に拡大孔部５を形成し、これ
らの組み合わせによる接着実験を行なつた結果、
開口端面３より内部にセラミツク特性要素２が嵌
め込まれている場合にのみ亀裂の発生がないこと
を確認した。なお、碍子用磁器の筒体１とセラミ
ツク特性要素２との接着は低融点ガラスの粉末を
有機質バインダにて懸濁させ、真空脱泡ののちセ
ラミツク特性要素２と碍子用磁器の筒体１との間
隙に流し込んで有機質バインダを乾燥揮散させ、
電気炉中においてセラミツク特性要素２の熱劣化
以下の温度420〜460℃でそれぞれの低融点ガラス
の作業に適した温度で30分間加熱してガラス溶融
させた。このようにして得られたサンプルを全て
90℃の湯の中および20℃の水中に交互に３サイク
ル浸漬する冷熱試験を行い、肉眼ないし実体顕微
鏡でクラツクの有無を確認した。それらの結果を
示せば次の通りである。

【表】

【表】 すなわち、碍子用磁器の筒体の内部に嵌合した
セラミツク特性要素の埋め込み深さｈが０mmのも
のにおいては、低融点ガラスと碍子用磁器の筒体
の各熱膨張係数に近似させても試料Ｄのように碍
子用磁器に亀裂を生じ、この種の接着は必ずしも
満足できる結果を得られない。この理由としては
筒体を構成する碍子用磁器の熱膨張係数を見掛上
常温から低融点ガラスの固化温度までの温度範囲
において該低融点ガラスの熱膨張係数と合わせて
も、磁器の熱膨張係数が部分的な温度範囲におい
ては磁器中の石英、ムライト、クリストバライト
などの熱膨張挙動のため必ずしも一様ではなく、
接着構造体の内部に応力を生じるためであろうと
考えられる。また、仮に磁器の熱膨張係数が上記
温度範囲において一様であつたとしても、磁器は
通常ガラスマトリツクスと多種の結晶の非平衡反
応系で構成されるので、最初の磁器の焼成条件に
よつて熱膨張係数が変化するため、低融点ガラス
の熱膨張係数に常に統一しておくことは実用上困
難である。これに対し図示するように、セラミツ
ク特性要素２の端部が碍子用磁器の筒体１の開口
端面３よりも内部に嵌め込まれている本発明品す
なわち、埋め込み深さｈを３、７、15、30、50mm
としたものについて、それぞれ実験を行つた結果
は表中埋め込み深さ３、７、15、30、50mm欄に示
すような結果を得た。すなわち、碍子用磁器の筒
体１の開口端面３からセラミツク特性要素の端面
までの距離を３mmにすると試料Ａ、Ｂにおいて亀
裂の発生が見られない。これは埋め込み深さｈを
３mm以上確保することによつて碍子用磁器の筒体
１および低融点ガラス４とセラミツク特性要素２
との熱膨張係数の差が25×10^-6（／℃）程度であ
れば、碍子用磁器の筒体１ないし低融点ガラス中
に発生する応力による亀裂の発生を防ぐことがで
きることを意味し、また、埋め込み深さｈを７mm
以上とする試料Ｃ，Ｄから明らかなように、低融
点ガラス４の熱膨張係数を碍子用磁器の筒体１や
セラミツク特性要素２の熱膨張係数と等しくして
も亀裂の発生を防ぐことができることを意味して
いる。なお、低融点ガラス４の熱膨張係数はいず
れの場合も碍子用磁器とセラミツク特性要素の各
熱膨張係数の中間にあるものを使用して碍子用磁
器およびセラミツク特性要素に近似させておくこ
とが大切である。このように碍子用磁器とセラミ
ツク特性要素を嵌合する低融点ガラスの熱膨張係
数を両者の熱膨張係数の中間もしくは等しい値を
取らせることにより、セラミツク構造体が急激に
加熱あるいは冷却された際の熱応力による破壊が
防止できる。即ち、碍子用磁器とセラミツク特性
要素の熱膨張係数が異なる場合には、急熱、急冷
により熱膨張係数の差に応じた熱応力が両者の境
界に発生し、その値が材料の強度を越えれば破壊
に至こととなるのであるが、本発明においては低
融点ガラスの熱膨張係数を両者の熱膨張係数の中
間もしくは等しい値を取らせたので、低融点ガラ
スの層が緩衝層として作用して碍子用磁器とセラ
ミツク特性要素との間に生ずる熱応力を引き下げ
ることができることとなる。なお、碍子用磁器の
筒体１は有襞、無襞を問わないことは勿論であ
る。このようにして得られたセラミツク構造体に
ついてヘリウムガスの透過試験を実施したところ
いずれも４×10^-10atm・c.c.／sec以下の透過値で
機密性が充分確保されたものであつた。 本発明は前記説明によつて明らかなように、碍
子用磁器の貫通孔内に酸化亜鉛を主成分とするセ
ラミツク特性要素を該貫通孔の開口端面より内部
に嵌め込まれたものとして碍子用磁器とセラミツ
ク特性要素の各熱膨張係数の中間もしくは等しい
熱膨張係数の低融点ガラスにより一体化してあつ
て、温度の急変を受け易い開口側部分を接着に関
与させず応力的に自由な状態としてあるから、加
熱、冷却によつても亀裂の発生がなく、しかも、
碍子用磁器とセラミツク特性要素間の間隙に低融
点ガラスを注入する作業も容易となり、事後にお
いてセラミツク特性要素を導通処理する場合にも
セラミツク特性要素の上部の空間が有効なものと
なり、高い気密性と接着部分の長期的な電気絶縁
性が要求される碍子機器たとえば、ギヤツプレス
避雷器やコンデンサー碍子等に広く応用できる基
本のセラミツク構造体としてその用途は大きく、
産業の発達に寄与するところ大なものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示す一部切欠正面図で
ある。 １：碍子用磁器の筒体、２：セラミツク特性要
素、３：開口端面、４：低融点ガラス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 碍子用磁器の貫通孔内に酸化亜鉛を主成分と
   するセラミツク特性要素を該碍子用磁器の貫通孔
   の開口端面より少なくとも３mm以上内部に嵌め込
   んで、碍子用磁器とセラミツク特性要素の各熱膨
   張係数の中間もしくは等しい熱膨張係数の低融点
   ガラスにより、前記セラミツク特性要素の熱劣化
   温度以下の温度で一体に固着したことを特徴とす
   るセラミツク構造体。 ２ 低融点ガラスがB₂O₃−PbO系ガラスである
   特許請求の範囲第１項記載のセラミツク構造体。