(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化アルミニウム及びカーボンを含む焼結体と、前記焼結体の対向する２つの面に形成された一対の電極とを具備した電力用抵抗体であって、
前記焼結体は、
カーボン含有量が少ないかもしくはカーボンを含まない第１領域と、
この第１領域よりカーボン含有量が多く、かつ前記一対の電極に繋がるように配置された第２領域とを有し、
且つ二酸化珪素、酸化カルシウム又は酸化マグネシウムのうちの少なくとも一種を０．１〜５重量％の範囲で含んでいることを特徴とする電力用抵抗体。
【請求項２】
酸化アルミニウム及びカーボンを含む焼結体と、前記焼結体の対向する２つの面に形成された一対の電極とを具備した電力用抵抗体であって、
前記焼結体は、
カーボン含有量が少ないかもしくはカーボンを含まない第１領域と、
この第１領域よりカーボン含有量が多く、かつ前記一対の電極に繋がるように配置された第２領域とを有し、
且つ二酸化珪素（ＳｉＯ２  ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を二酸化珪素／酸化カルシウム／酸化マグネシウムの含有比がモル比で３５〜６０／３０〜４５／５〜２５で合計量が０．１〜５重量％の範囲で含んでいることを特徴とする電力用抵抗体。
【請求項３】
請求項１に記載の電力用抵抗体において、
前記第１の領域はカーボン含有量が１重量％未満であり、
前記第２の領域はカーボン含有量が１〜１０％重量％の範囲にあることを特徴とする電力用抵抗体。
【請求項４】
請求項１に記載の電力用抵抗体において、
前記第１の領域を形成する第１の造粒粉末に対し、前記第２の領域を形成する第２の造粒粉末が２０〜６０重量％の範囲で混合されたことを特徴とする電力用抵抗体。
【請求項５】
請求項１に記載の電力用抵抗体において、
前記第２の領域の酸化アルミニウム粒子は平均粒径が０．２〜０．５μｍの範囲にあり、
前記第１の領域の酸化アルミニウム粒子は前記第２の領域の酸化アルミニウム粒子の２〜８倍の大きさを有することを特徴とする電力用抵抗体。
【請求項６】
酸化アルミニウム及びカーボンを含む焼結体と、この焼結体の対向する２つの面に形成された一対の電極とを具備した電力用抵抗体であって、
前記焼結体は、
酸化アルミニウムの粒界に少なくとも二酸化珪素、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムを含み
カーボン粒界には二酸化珪素、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムを酸化アルミニウムの粒界より少ないか又は含まないように構成したことを特徴とする電力用抵抗体。
【請求項７】
カーボン粉末が少ないかもしくはカーボン粉末を含まず、
酸化アルミニウム粉末を含み、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含有する第１の領域を形成する第１の造粒粉末を調整する工程と、
前記第１の領域よりも多くカーボン粉末を含むと共に、酸化アルミニウム粉末を含み、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含有する第２の領域を形成する第２の造粒粉末を調整する工程と、
前記第１の造粒粉末と前記第２の造粒粉末とを混合した後、成形、焼結することにより焼結体を作成する工程と、
前記焼結体の対向する主面に一対の電極を形成する工程と
を含んでいることを特徴とする電力用抵抗体の製造方法。
【請求項８】
電流経路に配置される主開閉手段と、
前記電流経路に前記主開閉手段に対して電気的に並列に接続され、前記主開閉手段の閉状態への切替えよりも先行して閉状態に切替えられる補助開閉手段と、前記補助開閉手段に電気的に直列に接続され、焼結体及びこの焼結体の対向する２つの面に形成された一対の電極を有する抵抗体が組み込まれ、
前記焼結体は、
カーボン量が少ないかもしくはカーボンを含まない第１領域とこの第１領域よりカーボン量が多く含まれ、かつ前記一対の電極に繋がるように配置された第２領域とを有し、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含むことを特徴とする電力用遮断器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用抵抗体、その製造方法及び電力用遮断器に関し、具体的には、例えば高電圧装置、大容量コンデンサの充放電装置に用いられている中性点接地抵抗器、固定抵抗器、可変抵抗器、巻線抵抗器又は抵抗器アレーとして好適な電力用抵抗体、その製造方法及びその電力用抵抗体を投入抵抗体として備えた電力用遮断器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力用抵抗器の材料は、金属系抵抗材料、金属酸化物系抵抗材料および非金属系抵抗材料に大別される。これらのうち、金属酸化物系抵抗材料は、他の材料に比べて耐熱性、耐電圧電流性および高電気エネルギーを吸収する耐エネルギー量が高いという特徴を有する。
【０００３】
代表的な金属酸化物系抵抗体としては、特開昭５８−１３９４０１号公報および特開昭５９−２１７６６８号公報に開示されている。
特開昭５８−１３９４０１号公報には、絶縁性の酸化アルミニウム結晶中に導電性のカーボン粉末を分散させ、粘土で焼き固めた炭素粒子分散型セラミック抵抗体が記載されている。かかる抵抗体としては、カーボン含有量が１．５〜２．０重量％であることが記載されている。
【０００４】
また、特開昭５９−２１７６６８号公報には、酸化アルミニウム、ムライト、焼成粘土の絶縁性無機質材料粉末に炭素粉末及び結合材を加え、混合、混練、加熱処理した原料を主原料として用いた炭素系電力用抵抗対について記載されており、このときの炭素粉末が０．１μｍ以下の微粉で、１．５〜５重量％の含有量であることが記載されている。
【０００５】
また、特開昭５７−５２１０１号公報には、酸化アルミニウムを主成分とし、他に酸化珪素、酸化マグネシウムなどの粘土材、さらに導電材としてのカーボンを３〜１０重量％含有量する抵抗部材について記載されている。
【０００６】
ところで、一般的に、酸化アルミニウム粉末にカーボン粉末を添加し焼結体を製造しようとすると、酸化アルミニウムの焼結性が阻害される。このため、前述した炭素粒子分散型セラミック抵抗体は、酸化アルミニウム粉末にカーボン粉末を添加しているため、酸化アルミニウムの焼結性が阻害される。このため、前述した炭素粒子分散型セラミック抵抗体は、酸化アルミニウム粉末にカーボン粉末を添加し、さらに酸化アルミニウム粉末の焼結性を補う目的で粘土を加えて焼結している。しかしながら、粘土の添加は単に酸化アルミニウムとカーボン粉末を結合させるが、焼結性を向上させないため、得られた抵抗体の気孔率は１０〜３０％と高く緻密性が低下しているため、次のような問題を招く。
【０００７】
すなわち、抵抗体の開閉時に発生するサージを吸収したり、遮断容量を増加させるために遮断接点と並列に接続される遮断器の投入抵抗体として用いた場合、抵抗体の緻密性の低下に起因して体積当りの熱容量が２Ｊ／ｃｍ３  ・Ｋ程度と小さくなるために、サージ等のエネルギーの吸収に伴って抵抗体の温度上昇が著しくなる。また通電時にカーボン粉末が気孔内で放電を起こし、貫通放電が発生する。したがって、前述した炭素粒子分散型セラミック抵抗体を用い遮断器は、抵抗体の格納スペースが大きくなるとともに信頼性を確保するたには遮断容量を低く抑える必要があった。
【０００８】
さらに、このような抵抗体において、１０３  ・Ω・ｃｍを超える高抵抗率の焼結体を得たい場合に、導電性をもたらすカーボン粒子がわずかな数で接続されることから製造条件の変動が敏感に反映されるため、優れた均一性をもつ焼結体を歩留まり良く製造することが困難であった。
【０００９】
また、米国特許第４４１８３２７号公報には、酸化アルミニウムとカーボンおよび焼結助材としての酸化マグネシウムを添加した抵抗体についての記載がある。しかしながら、このような抵抗体においても、十分緻密な焼結体を得ることは容易でなく、また、優れた均一性をもつ焼結体を歩留まり良く製造することは困難であった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように電力用抵抗体には、十分緻密でかつ高均一性を有する焼結体を歩留まりよく製造することが困難であるという問題がある。
また、特に緻密性の低下に伴い、熱容量の低下、顕著な温度上昇、貫通放電、格納スペースの増大、遮断容量の低下などの諸問題が発生する。
【００１１】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、単位体積あたりの熱容量が大きく、適切かつ安定した電気抵抗値を有し、サージ吸収による抵抗値の経時変化が小さく、焼結体の均一性に優れ、再現性良く製造可能な電力用抵抗体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の第２の目的は、遮断容量が大きく、遮断性能の安定した投入抵抗ユニットを備え、小型、高性能化を達成した電力用遮断器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に対応する発明は、酸化アルミニウム及びカーボンを含む焼結体と、前記焼結体の対向する２つの面に形成された一対の電極とを具備した電力用抵抗体であって、前記焼結体としては、カーボン含有量が少ないかもしくはカーボンを含まない第１領域と、この第１領域よりカーボン含有量が多く、かつ前記一対の電極につながるように配置された第２領域とを有し、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを０．１〜５重量％の範囲で含んでいる電力用抵抗体である。
【００１３】
また請求項２に対応する発明は、酸化アルミニウム及びカーボンを含む焼結体と、前記焼結体の対向する２つの面に形成された一対の電極とを具備した電力用抵抗体であって、
前記焼結体は、
カーボン含有量が少ないかもしくはカーボンを含まない第１領域と、
この第１領域よりカーボン含有量が多く、かつ前記一対の電極に繋がるように配置された第２領域とを有し、
且つ二酸化珪素（ＳｉＯ２  ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を二酸化珪素／酸化カルシウム／，酸化マグネシウムの含有比がモル比で３５〜６０／３０〜４５／５〜２５で合計量が０．１〜５重量％の範囲で含んでいることを特徴とする電力用抵抗体である。
【００１４】
また、請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する電力用抵抗体において、前記第１の領域はカーボン含有量が１重量％未満であり、前記第２の領域はカーボン含有量が１〜１０重量％の範囲にある電力用抵抗体である。
【００１５】
さらに、請求項４に対応する発明は、請求項１に対応する電力用抵抗体において、前記第１の領域を形成する第１の造粒粉末に対し、前記第２の領域を形成する第２の造粒粉末が２０〜６０重量％の範囲で混合された電力用抵抗体である。
【００１６】
また、請求項５に対応する発明は、請求項１に対応する電力用抵抗体において、前記第２の領域の酸化アルミニウム粒子は平均粒径が０．４〜１μｍの範囲にあり、前記第１の領域の酸化アルミニウム粒子は前記第２の領域の酸化アルミニウム粒子の２〜５倍の大きさを有する電力用抵抗体である。
【００１７】
そして請求項６に対応する発明は、酸化アルミニウム及びカーボンを含む焼結体と、この焼結体の対向する２つの面に形成された一対の電極とを具備した電力用抵抗体であって、
前記焼結体は、
酸化アルミニウムの粒界に少なくとも二酸化珪素、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムを含み
カーボン粒界には二酸化珪素、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムを酸化アルミニウムの粒界より少ないか又は含まないように構成したことを特徴とする電力用抵抗体である。
【００１８】
さらに、請求項７に対する発明は、カーボン粉末が少ないかもしくはカーボン粉末を含まず、酸化アルミニウム粉末を含み、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含有する第１の領域を形成する第１の造粒粉末を調整する工程と、前記第１の領域よりも多くカーボン粉末を含むと共に、酸化アルミニウムの粉末を含み、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含有する第２の領域を形成する第２の造粒粉末を調整する工程と、前記第１の造粒粉末と前記第２の造粒粉末とを混合した後、成形、焼結することにより焼結体を作成する工程と、前記焼結体の対向する主面に一対の電極を形成する工程とを含んでいる電力用抵抗体の製造方法である。なおこの発明における焼結体は請求項２又は６のようなものであっても良い。
【００１９】
また、請求項８に対応する発明は、電流経路に配置される主開閉手段と前記電流経路に前記主開閉手段に対して電気的に並列に接続され、前記主開閉手段の閉状態への切替えよりも先行して閉状態に切替えられる補助開閉手段と、前記補助開閉手段に電気的に直列に接続され、焼結体及びこの焼結体の対抗する２つの面に形成された一対の電極を有する抵抗体が組み込まれ、前記焼結体としては、カーボン量が少ないかもしくはカーボンを含まない第１領域とこの第１領域よりカーボン量が多く含まれ、かつ前記一対の電極に繋がるように配置された第２領域とを有し、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含む電力用遮断器である。
【００２０】
従って、請求項１に対応する発明は以上のような手段を講じたことにより、焼結体としては、カーボン含有量が少ないかもしくはカーボンを含まない第１領域と、この第１領域よりカーボン含有量が多く、かつ一対の電極に繋がるように配置された第２領域とを有し、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを０．１〜５重量％の範囲で含んでいるので、焼結体の緻密性及び均一性を向上できることにより、単位体積あたりの熱容量が大きく、適切かつ安定した電気抵抗値を有し、サージ吸収による抵抗値の経時変化が小さく、焼結体の均一性に優れ、再現性良く製造することができる。又請求項２に対応する発明のように第１の領域に含む二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムのモル比を規定すれば、その効果はなお顕著である。
【００２１】
また、請求項３に対応する発明は、第１の領域はカーボン含有量が１重量％未満であり、第２の領域はカーボン含有量が１〜１０重量％の範囲にあるので、請求項１に対応する作用に加え、電力用抵抗体として好適な抵抗率と十分な緻密性とを確保することができる。
【００２２】
さらに請求項４に対応する発明は、第１の領域を形成する第１の造粒粉末に対し、第２の領域を形成する第２の造粒粉末が２０〜６０重量％の範囲で混合されているので、請求項１に対応する作用に加え、第２の領域どうしの電気的接続が容易な程度に含有される一方、第１の領域を無視するほどには含有されないので、容易に抵抗率を制御することができる。
【００２３】
また、請求項５に対応する発明は、第２の領域の酸化アルミニウム粒子は平均粒径が０．４〜１μｍの範囲にあり、第１の領域の酸化アルミニウム粒子は第２の領域の酸化アルミニウム粒子の２〜５倍の大きさを有するので、請求項１に対応する作用に加え、良好な焼結性を確保でき、且つ第２の造粒粉末の混合割合を、第１及び第２の造粒粉末の平均粒子径が等しい場合に比べて小さくすることができる。
【００２４】
さらに、請求項７に対応する発明は、カーボン粉末がすくないかもしくはカーボン粉末を含まず、酸化アルミニウム粉末を含み、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含有する第１の領域を形成する第１の造粒粉末を調整する工程と、第１の領域よりも多くカーボン粉末を含むと共に、酸化アルミニウム粉末を含み、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含有する第２の領域を形成する第２の造粒粉末を調整する工程と、第１の造粒粉末と第２の造粒粉末とを混合した後、成形、焼結することにより焼結体を作成する工程と、焼結体の対向する主面に一対の電極を形成する工程とを含んでいるので、請求項１に対応する作用と同様の作用を奏することができる。
【００２５】
また、請求項８に対応する発明は、請求項１に対応する焼結体からなる抵抗体を有しているので、遮断容量が大きく、遮断性能の安定した投入抵抗ユニットを備え、小型、高性能化を達成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る電力用抵抗体の構成を示す断面図、図２は図１の焼結体の微構造を模式的に示す図、図３は図２の第２領域を拡大して模式的に示す図である。抵抗体１は、円板上の焼結体２と、焼結体２の円形両面に形成された一対の電極３と、焼結体２の外周面に被覆された絶縁層４とから構成されている。
【００２７】
焼結体２は、酸化アルミニウムおよびカーボン、二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含む組成を有する。
焼結体２は、図２に示すように、カーボン量が少ないかもしくはカーボンを含まない第１領域５と、この第１領域５よりカーボン量の多い第２領域６とからなり、第１領域５は実質的に絶縁性を示し、第２領域６は導電性を示す。焼結体２において、第２領域６は３次元的なネットワーク構造で互いに接続されると共に、一対の電極３に繋がるように配置される。第２領域６の接続状態及び抵抗率により、焼結体２の抵抗値が制御される。
【００２８】
第２領域６は、図３に示すように、絶縁性の酸化アルミニウム粒子７の粒界に導電性のカーボン８が存在する形態を有し、カーボン８により複数の第２領域６を相互に電気的に接続している。
【００２９】
第２領域６では、該領域のカーボン含有量と、二酸化珪素（ＳｉＯ２  ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を含む粉末原料の添加量とにより、該領域の抵抗率が制御可能となっている。比較的高抵抗率をもつ焼結体を得る場合、第２領域６の抵抗率を適度に大きくして第２の領域６間の接続数を十分大きくとることが可能となる。これにより、製造時の焼結雰囲気、温度分布等による焼結体内部の均一性への悪影響を相対的に小さくでき、製造歩留まりを向上できる。焼結体は、第１の領域の酸化アルミニウム粒子の会合部９と第２の領域のカーボン８の部分には、ＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯが存在し、焼結途中で液相を形成する。このため、焼結体にＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む粉末原料の所定量の添加により、焼結が容易で、均一性良く、安定的に製造可能となっている。
【００３０】
本発明の電力抵抗体は、例えば以下のようにして作製可能である。
酸化アルミニウムは、平均粒子径が１μｍ以下であり、焼結性を良くするために好ましくは粒子径が０．５μｍ以下のものが原料粉末とされる。
【００３１】
カーボン粉末は、０．１μｍ以下の粒子径が焼結性の確保のために好ましく、微粉になる程好ましい。
このような酸化アルミニウム原料粉末と平均粒子径が０．１μｍ以下のカーボン粉末、およびＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む粉末原料を水又は有機溶媒を用い、ボールミル中で混合し、第１及び第２の混合粉末をそれぞれ得る。
【００３２】
焼結体のカーボン含有量の異なる第１又は第２領域を形成する際に該領域のカーボン含有量は電機的性質に合わせて制御可能である。
すなわち、実質的に絶縁性の第１の領域を形成するためのカーボン含有量が少ない第１の混合粉末と、導電性の第２の領域を形成するためのカーボン含有量が多い第２の混合粉末とは、それぞれの電気的性質を表す範囲でカーボン含有量を制御可能である。第１領域及び第２領域におけるＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む粉末原料についても同様に、電気的性質を表わす範囲内でその含有量を制御可能である。
【００３３】
これらカーボン含有量の異なる夫々の混合粉末に、成形体を作成するときのために所望により適宜パラフィン、ポリビニルアルコール等の成形用バインダーが添加可能であるが、この場合、これら成形用バインダーも焼結体中のカーボン原になるため、それを考慮し、予めカーボン粉末量の調整の必要がある。
【００３４】
成型用バインダーを添加混合後、メッシュを通過する等により造粒し、第１及び第２の造粒粉末が調整される。
夫々の造粒粉末を得る方法として、カーボン含有量の異なる第１の混合粉末と第２の混合粉末とを、夫々有機溶媒、成型用バインダーとともに混合し、スラリー化し、スプレードライヤー等を用いて、溶媒を除去することにより、第１の造粒粉末及び第２の造粒粉末とすることができる。
【００３５】
各造粒粉末は、所定の比率により、例えばＶ型ミキサーにより混合され、混合造粒粉末となる。混合造粒粉末を形成し、焼結し、焼結体とする。
成形は金型プレス、押出し及び射出成形などが適用可能である。金型成形を用いる場合、焼結体の密度を高めるために２００ｋｇ／ｃｍ２  以上の形成圧力が望ましい。なお、これ以下の成形圧力だと焼結体の相対密度が低く、単位体積当たりの熱容量が低下する。
【００３６】
焼成は非酸化ガス中で行なわれる脱脂の熱処理に続けて真空中または不活性ガス中、１３００〜１８００℃で１〜４時間保持することによって行われる。但し、脱脂の熱処理後、一度室温まで降温したのち再度昇温し焼成してもよい。
【００３７】
得られた焼結体の両主面を研磨し、溶射、焼き付け、スパッタリングなどの手段により一対の電極を形成する。この電極は、アルミニウムまたはニッケルなどから構成することが望ましい。
【００３８】
この後、焼結体の外周面および中空部の内周面に所望により、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、ホウ珪酸ガラスの如き絶縁性セラミック、またはポリイミドのような樹脂を焼き付け、溶射または塗布、乾燥等により絶縁層を形成して抵抗体を製造する。
【００３９】
焼結体のカーボン含有量は０．３〜５重量％の範囲にあることが望ましい。カーボン含有量が０．３重量％以下であると、抵抗率が１０５  Ω・ｃｍ以上となり電力用抵抗体としては抵抗率が高すぎる。カーボン含有率が５重量％以下では抵抗率が１０Ω・ｃｍ以下と低下するとともに、焼結体が緻密性に欠け、やはり電力用抵抗体には不適となる。
【００４０】
第１領域を形成する混合粉末は第１領域が実質的に絶縁性を示す観点から、第２の領域よりもオーダー的に抵抗率が高くなるカーボン含有量が好ましい。
第２領域を形成する混合粉末はカーボン含有量が１．１〜１０重量％の範囲にあることが好ましい。カーボン含有量が１．０重量％未満であると、抵抗率が１０５  Ω・ｃｍを超え電力用抵抗体として抵抗率が高すぎる。また、カーボン含有量が１０重量％を超えると、焼結体の緻密性にかけ、本発明の効果が得られにくくなる。
【００４１】
第１の領域を形成する第１の造粒粉末に対し、第２の領域を形成する第２の造粒粉末の混合割合が２０重量％以上、６０重量％以下が好ましい。第２の造粒粉末の混合割合が１０重量％以下の場合には、第２の領域どうしの電気的な接続が困難になり、焼結体の抵抗率制御が困難になる。第２の造粒粉末の混合割合が６０重量％を超えると抵抗率は実質的に第２領域の抵抗率に近くなり、本発明の効果が得られにくくなる。第１及び第２領域におけるＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む粉末原料の添加量は０．１〜５重量％の範囲にあることが好ましい。これら粉末原料の添加量が０．１重量％未満あるいは５重量％を超えると焼結体を均一に、再現性良く作成可能な効果がなくなる。
【００４２】
なお、第２の造粒粉末の平均粒子径は、第１の造粒粉末の平均粒子径よりも小さくしてもよい。この場合、第２の造粒粉末の混合割合は、第１及び第２の造粒粉末の平均粒子径が等しい場合に比べ、小さくすることができる。
【００４３】
なお、本発明に係る電力用抵抗体は前述した円板形状を有する構造に限定されない。例えば、図５および図６に示すように環状の焼結体１１と、焼結体１１の対向する環状両面に形成された電極１２と、焼結体１１の外周面および円周面に被覆された絶縁層１３，１４とから電力用抵抗体１５を構成してもよい。
【００４４】
また、本発明に係る電力用抵抗体を後述する電力用遮断器の投入抵抗体や高電圧装置、大容量コンデンサの充放電装置等に用いられる固定抵抗器、可変抵抗器、抵抗器アレーに適用することができる。
【００４５】
次に、本発明に係る電力用遮断器を図７および図８を参照して説明する。
図７は、本発明に係る遮断器の構成図、図８は投入抵抗体を示す斜視図である。遮断器２１は、消弧室２２内に配置され電流経路に接続された主接点２３を備えている。補助接点２４は、電流経路に主接点２３に対して並列に接続されている。投入抵抗ユニット２５は、補助接点２４に直列に接続されている。上下動する絶縁ロッド２６は、傾動するレバー２７に連結されている。
【００４６】
このような構成の電力用遮断器において、前記絶縁ロッド２６が上方に駆動されると、主接点２３のＯＮに先立って補助接点２４がＯＮされる。この際、投入抵抗ユニット２５は補助接点２４に直列に接続されているため、補助接点２４が介装された電流経路を流れる電流の電圧を投入抵抗ユニット２５に下げられる。主接点２３がＯＮされる直前においては電流は投入抵抗ユニット２５および補助接点２４が介装された電流経路を流、主接点２３が介装された電流経路に電流が流れていないため、主接点２３がＯＮした時にその接点に高電圧がかからない。その結果、主接点２３のＯＮ時にアークが発生するのを防止できる。
【００４７】
投入抵抗ユニット２５は、例えば図８に示すような主に絶縁性支持棒２８と、一対の絶縁性支持板２９ａ，２９ｂと、複数の中空円筒状の抵抗体３０と、弾性体３１とから構成されている。一対の絶縁性支持板２９ａ、２９ｂは、支持棒２８に嵌入されている。複数の中空円筒状の抵抗体３０は、支持板２９ａ，２９ｂ間に位置する支持棒２８部分に嵌入されている。弾性体３１は、一方（右端）の支持板２９ａと複数の抵抗体３０の間に配置されると共に、支持棒２８に嵌入されている。弾性体３１は、複数の抵抗体３０に弾性力を付与してそれらを支持棒２８に積層するために用いられる。ナット３２ａ，３２ｂは、支持棒２８の両端に螺合されている。ナット３２ａ，３２ｂは、支持板２９ａ，２９ｂ間に配置された弾性体３１を押圧するために用いられる。絶縁性支持棒２８は、高強度、軽量化、易加工性などの理由から有機系の材料が用いられる。一般に、投入抵抗体は開閉サージ吸収時に温度上昇を生じる。このため、耐熱性が劣る有機系材料からなる支持棒は強度を維持することが困難になる。ただし、後述する組成の投入抵抗体は熱容量が大きいために開閉サージ吸収時における温度上昇を一定温度以下に抑制することが可能になる。その結果、有機系材料からなる支持棒の使用が可能になる。また、熱容量の大きな投入抵抗体ほど容積を小さくすることが可能になる。
【００４８】
投入抵抗ユニット２５に組込まれた抵抗体（電力用抵抗体）３０は、前述した図５および図６に示すように環状の焼結体１１と、焼結体１１の環状両面に形成された一対の電極１２と、焼結体１１の外周面および内周面に被覆された絶縁層１３，１４とから構成されている。
【００４９】
上述したように本実施の形態に係る電力用遮断器は、前述した構成の焼結体を含み、単位体積当たりの熱容量が大きく、経時的な抵抗値変動が小さく、かつ所期目的の抵抗値を有する抵抗体が組み込まれた投入抵抗ユニットを備えている。このような投入抵抗ユニットは、遮断容量が大きく、従来のカーボン分散型セラミック抵抗体が組込まれた投入抵抗ユニットに比べて容積を小さくでき、さらに安定した遮断性能を有する。したがって、投入抵抗ユニットを備えた電力用遮断器は小型化および高性能化を図ることができる。
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００５０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
［実施例１〜１４］
本発明の電力用抵抗体は以下の様に製造された。
【００５１】
図４中の点ＡＢＣＤで囲まれた成分比範囲のＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯ粉末原料の所定量に１０〜３０重量％のＡｌ２  Ｏ３  粉末原料を加え、混合した後、１２００℃〜１５００℃の温度で加熱・反応させた後、粉砕し、ＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む加熱反応粉末をあらかじめ作製した。ここに各点の成分比をモル比で（ＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯ）の順に、Ａは（３５，４５，２０）、Ｂは（３５，４０，２５）、Ｃは（４５，３０，２５）、Ｄは（６０，３０，１０）、Ｅは（６０，３５，５）、Ｆは（５０，４５，５）で表される。
【００５２】
Ｇ点は同様に（４，９，３８，１４）のモル比で表され、さらに１７重量％のＡｌ２  Ｏ３  を含むことで、これら成分系の共晶点（共晶温度１２３０℃）をなす。
【００５３】
平均粒径０．４μｍの酸化アルミニウム粉末にＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む加熱反応粉末を所定量加え、エタノールを溶媒とし、Ａｌ２  Ｏ３  製ポットおよびアルミナ製ボールを用いて混合、粉砕を行い、第１の混合粉末を得る。これを乾燥後、さらに成型用バインダーとしてパラフィンを固形分として５ｗｔ％加え、キシレンを溶媒としてスラリー化した後、乾燥を行い、第１の造粒粉末を得た。また、第１の造粒粉末に使用したものと同じ酸化アルミニウム粉末を出発原料として、平均粒子型５０ｎｍのカーボン粉末、および、ＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む加熱反応粉末を所定量加え、さらにエタノールを溶媒とし、アルミナ製ポットおよびアルミナ製ボールを用いて混合、粉砕を行い、第２の混合粉末を得て、これを乾燥後、さらに成型用バインダーとしてパラフィンを固形分として５ｗｔ％加え、第１の造粒粉末と同じ方法で、第２の造粒粉末を得た。第１の造粒粉末に対して第２の造粒粉末を４０ｗｔ％の割合でＶ型混合器により混合し、混合造粒粉末を得た。
【００５４】
なお、ＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む加熱反応粉末を添加量はＡｌ２  Ｏ３  、ＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯ成分のうち、ＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯ成分に換算した量を用いた。
【００５５】
これらの混合造粒粉末は鋼鉄製金型を用いてシリンダ型の円板状に形成され、窒素中６００℃の脱脂過程を経て、アルゴン中１５００℃で２時間の焼成を行った。この焼結体の側面に、ホウケイ酸ガラス粉末を塗布、焼き付けて絶縁層を形成した。その後、この焼結体の両端面を研削後、外径１２０ｍｍ、内径３５ｍｍ、高さ２５ｍｍの寸法とし、両端面にアルミニウム電極を溶射により形成して、抵抗素子を得た。
【００５６】
また、第１と第２の領域を持たない、すなわち、焼結体全体にカーボン濃度が均一になるように、上記酸化アルミニウム粉末に、実施例と同じカーボン粉末、およびＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む加熱反応粉末をＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯ成分に換算して０．５ｗｔ％加え、一括して混合し、造粒、成形し、以降、上記実施例と同様な方法で比較例の抵抗素子を得た。
表１に、第２の領域におけるカーボン添加量、焼結体中の第２の領域の割合、抵抗率、素子内及び素子間の抵抗比、抵抗変化率を比較例と合わせて示した。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
抵抗素子の製造安定性を調べるために、同一ロットの抵抗素子２０個の抵抗値を測定し、その最大値と最小値の比を素子間抵抗比とした。また、焼結体内部の抵抗率の均一性を評価するために、抵抗素子の一方の面の電極を除去し、直径３ｍｍのアルミニウム電極を２０個、溶射により電極面に均等に配置、形成した。これらの電極と他方の面の電極との間の抵抗を測定し、その最大値と最小値の比を素子内抵抗比とした。実用上、素子間抵抗比は５以下が好ましく、素子内抵抗分布は１０以下が好ましい。
【００５９】
抵抗変化率は、抵抗素子に２００Ｊ／ｃｍ３  のエネルギーに相当するサージ電圧を素子冷却を考慮した一定間隔の時間をおいて１０回繰り返し印加し、発生した抵抗変化を初期値に対する百分率で示した。実用上、抵抗変化率は１０％以下が好ましい。
【００６０】
表１によれば、カーボン含有量の異なる第１の領域と第２の領域を備えた抵抗体において、抵抗率が１０３  Ω・ｃｍを超える場合においても、素子内抵抗比は１０以下の値を示し、均一性に優れるとともに、素子間抵抗比も５以下であり、安定に製造できることが明かである。さらに、サージ電圧を繰り返し印加したときの電圧変化率は５％以下であり、抵抗特性が良好な安定性を有しているものであった。また、ＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む加熱反応粉末をＳｉＯ２  ／ＣａＯ／ＭｇＯの含有比がモル比で３５〜６０／３０〜４５／５〜２５で合計量が０．１〜５重量％の範囲で添加することにより、抵抗分布の均一性に優れ、素子間ばらつきも十分小さく、耐サージ性に優れた安定な抵抗特性を示すものであった。なお、第１および第２の領域構造を持たない比較例１〜３の場合には、均一な抵抗体が得られにくくなるとともに、製造安定性に劣るものであった。
【００６１】
［実施例１５〜２１］
平均粒径０．２μｍの酸化アルミニウム粉末にＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯの少なくとも一種の粉末原料を所定量加え、エタノールを溶媒とし、アルミナ製ポットおよびアルミナ製ボールを用いて混合、粉砕を行い、第１の混合粉末を得る。これを乾燥後、さらに成型用バインダーとしてパラフィンを固形分として５ｗｔ％加え、キシレンを溶媒としてスラリー化した後、乾燥を行い、第１の造粒粉末を得た。また、第１の造粒粉末に使用したものと同じ酸化アルミニウム粉末を出発原料として、平均粒子型５０ｎｍのカーボン粉末、および、ＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯを含む加熱反応粉末を所定量加え、さらにエタノールを溶媒とし、アルミナ製ポットおよびアルミナ製ボールを用いて混合、粉砕を行い、第２の混合粉末を得て、これを乾燥後、さらに成型用バインダーとしてパラフィンを固形分として５ｗｔ％加え、第１の造粒粉末と同じ方法で、第２の造粒粉末を得た。第１の造粒粉末に対して第２の造粒粉末を２０〜６０ｗｔ％の割合でＶ型混合器により混合し、混合造粒粉末を得た。この後実施例１〜１４と同様な方法で抵抗素子を作製した。結果を実施例１５〜２１として表２に示す。
【００６２】
【表２】
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【００６３】
表２に示すように、素子内および素子間の抵抗比、さらに電圧変化率はいずれも良好な値を示し、第１の造粒粉末に対する第２の造粒粉末の割合が２０〜６０ｗｔ％の範囲で良好な値を示し、ＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯの加熱反応粉末の添加効果が発揮されている。
【００６４】
本発明に係る電力用抵抗体の相対密度は９２％以上と緻密に焼結されているため、従来例とは異なり、熱容量はほぼ３Ｊ／ｃｍ３  と大きな値を有しており、電力用抵抗体として好適である。
【００６５】
本発明により得られた抵抗体において、透過型電子顕微鏡で観察した焼結体の微構造を図２及び図３に示す。カーボン粒子は第１の領域にはほとんど見られず、第２の領域に多く見られ、領域構造を示していることがわかる。第２の領域の酸化アルミニウムの粒径は０．４〜１μｍと非常に細かく、また、カーボン粒子は酸化アルミニウム粒子の粒界の会合部（３重点）に平均粒子径５０ｎｍ程度の粒子が多数集まった構造をしており、このような構造が電流経路となるカーボン粒子同志の接続を安定に形成しているものと考えられる。また、第１の領域に見られるように、酸化アルミニウムの粒子は２〜５μｍと粒成長しており、焼結体の組織は緻密である。焼結体に見られる様な領域構造にすることにより、カーボンを含むことで難焼結性となる酸化アルミニウムに対して焼結性を向上させていることがわかる。さらに、第１の領域の酸化アルミニウム粒子の会合部および第２の領域のカーボン粒子が多数集まっている構造にはＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯ成分が存在していることがＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線スペクトル分光）分析により確認される。図４のＡＢＣＤで囲まれた成分比のＳｉＯ２  、ＣａＯ、ＭｇＯに所定量のＡｌ２  Ｏ３  を加え加熱して得られる反応物は成分比に応じて１２３０℃またはこれ以上の温度で液相を生ずるため、焼結時にこれら反応物が酸化アルミニウム粒子の会合部で液相を生じ焼結をさらに向上させているものと理解される。
【００６６】
（遮断器の評価例）
前述した実施例２、３、７、９、１３、１５および比較例１の電力用抵抗体を前述した図８に示すように所定枚数積み重ね、各抵抗体３０の中心部を貫通する樹脂からなる絶縁性支柱棒２８と弾性体３１により支持し、円筒状容器に収めて投入抵抗ユニット２５を構成した。これら投入抵抗ユニットを前述した図６に示すように組込んで７種の電力用遮断器４１を組み立てた。
【００６７】
得られた７種の電力用遮断器について、それらの投入抵抗体に脱調投入し、抵抗体の温度上昇が８０℃以内になるときの抵抗体に注入可能なエネルギー（エネルギー容量）を測定した。また、実施例２、３、７、９、１３、１５の電力用抵抗体を組み込んだ電力用遮断器について、比較例１の電力用抵抗体を組み込んだ電力用遮断器に対する体積縮小率を測定した。これらの結果を下記表３に示す。
【００６８】
【表３】
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【００６９】
表３のＮｏ．２〜７の電力用遮断器について、遮断性能の安定性を調べるために脱調投入相当のエネルギーを２０回印加し、投入抵抗体の抵抗率変化を測定した。その結果、いずれの電力用遮断器も抵抗率変化が１０％以下であり、十分に遮断性能の安定性が高いことが確認された。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、焼結体としては、カーボン含有量が少ないかもしくはカーボンを含まない第１領域と、この第１領域よりカーボン含有量が多く、かつ一対の電極に繋がるように配置された第２領域とを有し、且つ二酸化珪素、酸化カルシウム又は酸化マグネシウムのうち少なくとも一種を０．１〜５重量％の範囲で含んでいるので、焼結体の緻密性及び均一性を向上できることにより、単位体積あたりの熱容量が大きく、適切かつ安定した電気抵抗値を有し、サージ吸収による抵抗値の経時変化が小さく、焼結体の均一性に優れ、再現性良く製造電力用抵抗体を提供できる。請求項６によっても同様な効果が得られる。
【００７１】
また請求項１の発明によれば、焼結体としては、カーボン含有量が少ないかもしくはカーボンを含まない第１領域と、この第１領域よりカーボン含有量が多く、かつ一対の電極に繋がるように配置された第２領域とを有し、且つ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを二酸化珪素／酸化カルシウム／，酸化マグネシウムの含有比がモル比で３５〜６０／３０〜４５／５〜２５で合計量が０．１〜５重量％の範囲で含んでいるので、焼結体の緻密性および均一性を向上でき、より単位体積あたりの熱容量が大きく、適切かつ安定した電気抵抗値を有し、サージ吸収による抵抗値の経時変化が小さく、焼結体の均一性に優れ、再現性良く製造できる電力用抵抗体を提供できる。
【００７２】
また、請求項３の発明によれば、第１の領域はカーボン含有量が１重量％未満であり、第２の領域はカーボン含有量が１〜１０重量％の範囲にあるので、請求項１の効果に加え、電力用抵抗体として好適な抵抗率と十分な緻密性を確保できる電力用抵抗体を提供できる。
【００７３】
さらに、請求項４の発明によれば、第１の領域を形成する第１の造粒粉末に対し、前記第２の領域を形成する第２の造粒粉末が２０〜６０重量％の範囲で混合されているので、請求項１の効果に加え、第２の領域どうしの電気的接続が容易な程度に含有される一方、第１の領域を無視するほどには含有されないので、容易に抵抗率を制御できる電力用抵抗体を提供できる。
【００７４】
また、請求項５の発明によれば、第２の領域の酸化アルミニウム粒子は平均粒径が０．４〜１μｍの範囲にあり、第１の領域の酸化アルミニウム粒子は第２の領域の酸化アルミニウム粒子の２〜５倍の大きさを有するので、請求項１の効果に加え、良好な焼結性を確保でき、かつ第２の造粒粉末の混合割合を、第１及び第２の造粒粉末の平均粒子径が等しい場合に比べて小さくできる電力用抵抗体を提供できる。
【００７５】
さらに、請求項７の発明によれば、カーボン粉末が少ないかもしくはカーボン粉末を含まず、酸化アルミニウム粉末を含み、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを二酸化珪素／酸化カルシウム／酸化マグネシウムの含有比がモル比で３５〜６０／３０〜４５／５〜２５で合計量が０．１〜５重量％の範囲で含有する第１の領域を形成する第１の造粒粉末を調整する工程と、第１の領域よりも多くカーボン粉末を含むと共に、酸化アルミニウム粉末を含み、かつ二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを二酸化珪素／酸化カルシウム／酸化マグネシウムの含有比がモル比で３５〜６０／３０〜４５／５〜２５で合計量が０．１〜５重量％の範囲で含有する第２の領域を形成する第２の造粒粉末を調整する工程と、第１の造粒粉末と第２の造粒粉末とを混合した後、成形、焼結することにより焼結体を作成する工程と、焼結体の対向する主面に一対の電極を形成する工程とを含んでいるので、請求項１の同様の効果を奏することができる電力用抵抗体の製造方法を提供できる。
【００７６】
また、請求項８の発明によれば、請求項１に対応する焼結体からなる抵抗体を有しているので、遮断容量が大きく、遮断性能の安定した投入抵抗ユニットを備え、小型、高性能化を達成できる電力用遮断器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力用抵抗体の構成を示す断面図、
【図２】同実施の形態における焼結体の微構造を模式的に示す図、
【図３】同実施の形態における第２領域を拡大して模式的に示す図、
【図４】同実施に係わる二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含む加熱反応物の成分比範囲を示す図、
【図５】本発明の他の実施の形態に係る電力用抵抗体の構成を示す斜視図、
【図６】図４の電力用抵抗体のＶ−Ｖ線矢視断面図、
【図７】本発明の実施の形態に係る電力用遮断器を示す構成図、
【図８】同実施の形態における電力用遮断器の投入抵抗ユニットを示す構成図。
【符号の説明】
１，１５…抵抗体
２，１１…焼結体
３，１２…電極
４…側面高抵抗層
５…第１領域
６…第２領域、
７…酸化アルミニウム粒子
８…カーボン
９…二酸化珪素、酸化カルシウム、酸化マグネシウムを含む相
２１…遮断器
２２…消弧室
２３…主接点
２４…補助接点
２５…投入抵抗体
２６…絶縁ロッド
３０…抵抗体
【図１】
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【図２】
0003580650.tif 000006
【図３】
0003580650.tif 000007
【図４】
0003580650.tif 000008
【図５】
0003580650.tif 000009
【図６】
0003580650.tif 000010
【図７】
0003580650.tif 000011
【図８】
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