(57)【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少なくとも三酸化アンチモンおよび三酸化ビスマスが配合された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焼成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。
【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１０００〜１３００℃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少なくとも三酸化アンチモンおよび三酸化ビスマスが配合された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焼成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０．００５〜０．０５ｇ／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。
【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０．００２〜０．０１ｇ／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。
【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３Ａ，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１０％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０．０２ｇ／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Ａ０．００２〜０．０２ｇ／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Ｓ２１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Ｓ２９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Ｓ２１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Ｓ２９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／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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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