(57)【要約】【課題】電圧非直線抵抗体の製造方法において、焼結体の外周部にリング状の電極非形成部を形成する際、焼結体にマスキングを施し、電極形成完了後にマスキングを取り外した時マスクに付着した電極材料が焼結体素子から一部剥離を生じ、空隙を発生させ、電圧非直線抵抗体の過電圧保護能力を低下させている。【解決手段】焼結体素子の端面の外周部に沿ってリング状の電極非形成部を形成するように、焼結体素子の端面にマスキングを施さずに、端面に対してほぼ直角に電極材料を溶射して電極を形成する。【選択図】　図１
2004079561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛を主成分とする円板状の焼結体素子の端面に、端面の外周部に沿ってリング状の電極非形成部を形成するように溶射により電極を形成した電圧非直線抵抗体の製造方法において、焼結体素子の端面にマスキングを施さずに端面に対してほぼ直角に溶射することを特徴とする電圧非直線抵抗体の製造方法。
【請求項２】
溶射方向とヒュ−ム等を集塵する集塵方向とを同一方向にすることを特徴とする請求項１に記載の電圧非直線抵抗体の製造方法。
【請求項３】
焼結体素子を回転させながら焼結体素子の端面の外周より中心部に向かって溶射を進めていくことを特徴とする請求項１に記載の電圧非直線抵抗体の製造方法。
【請求項４】
回転による焼結体素子の脱落を防止する吸着装置を設けたことを特徴とする請求項３に記載の電圧非直線抵抗体の製造方法。
【請求項５】
ア−ク溶射に使用するアルミ線を送るサ−ボモ−タ−の動作を溶射開始時はスロ−スタ−トさせ、溶射終了時、３ｍｍ戻して電極を形成することを特徴とする請求項１に記載の電圧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、過電圧保護装置の内部要素として使用される電圧非直線抵抗体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に電力系統においては、送電線路に設けた遮断器などの開閉時や雷放電が生じた場合、開閉サージや、雷インパルスなどの過電圧が発生し、系統に接続された電機機器などに絶縁破壊を生じさせ損傷させる恐れがある。このため、過電圧から電機機器、あるいは系統を保護する目的で、過電圧がある限度を超えた時、これを放電し、続流を短時間のうちに遮断することによって系統を早期に正常状態に復帰させるための避雷器やサ−ジアブソ−バといった過電圧保護装置が用いられている。この過電圧保護装置の内部要素には、電圧非直線抵抗体が主に使用されている。
【０００３】
ここで、電圧非直線抵抗体とは、正常な電圧ではほぼ絶縁特性を示し、過電圧が印加された時には比較的低抵抗となって過電圧を放電させるような電圧―電流非直線特性を有する抵抗体である。このような電圧非直線抵抗体は一般にセラミックス、即ち焼結体から構成されている。
【０００４】
従来、この種の電圧非直線抵抗体は図９に示すように、主成分である酸化亜鉛（ＺｎＯ）に、非直線抵抗特性を得るための添加物としてビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）、コバルト（Ｃｏ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）などの金属酸化物を添加したものを混合し、造粒し、成形し、焼結して円板状に形成し、この円板１の端面２を研磨後電極３を付与することにより焼結体素子４が形成される。また、焼結体素子４の側面には過電圧が印加した場合のフラッシュオーバーを防止するため側面高抵抗層５が形成されている。
このように形成された円板状の焼結体素子４を放電容量に応じて複数枚電極が接するように積み重ねて過電圧保護装置を構成する。
【０００５】
また、このような円板状の焼結体素子４にはフラッシュオーバーをさらに確実に防止するために、例えば特公平５−７４９２１号公報、特開平８−１９５３０３号公報、特開平１１−１８６００６号公報などで開示されているように、焼結体素子４の端面２に形成した電極３の外側の縁部が焼結体素子４の端面２の縁部にかからない様に、端面２の外周部に沿って電極３の縁から寸法が０．０１〜１．０ｍｍとなるようなリング状の電極非形成部６を形成することが一般的に行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電力需要の伸びと高度情報化社会の発展がめざましい近年、安定且つ安価な信頼性の高い電力供給が強く求められている。一方、都市部での用地不足による受変電設備の設置スペース不足から、高信頼性に加えて送変電機器の小型化への要求はさらに強くなっている。その要求に応えるために最近では、電圧非直線抵抗体の単位厚み当たりの電圧値を大きくして高さ寸法を低く抑え、さらにはエネルギー吸収能力を向上させるなどして、電圧非直線抵抗体の小型化が推進されている。
また、当然のことながら、小型化された過電圧保護装置においても、長期間の使用における安定した運転状態も要求されている。
【０００７】
前記したように、従来の電圧非直線抵抗体においては、図９に示すように、焼結体素子４への電極３形成時に、焼結体素子４端面２の外周部および側面に常温硬化性樹脂などでできたゴムマスクによってマスキング７を施し、これにより、外周部にリング状の電極非形成部６を形成するようにしている。
【０００８】
ところが、このような構成の従来の電圧非直線抵抗体では、電流を印加した時に電極３形成部には電流が流れるが、焼結体素子４の端面２の外周部に形成されたリング状の電極非形成部６には電流が流れないため、電極３形成部と電極非形成部６との間に温度差が生じる。これにより、この温度差を原因とする熱応力が発生し、焼結体素子４にクラックが発生し破壊に至り、電極層間での放電や、これによるＳＦ６ガスの発生により結果として電圧非直線抵抗体の過電圧保護能力の信頼性を低下させると言う問題点があった。
【０００９】
したがって、焼結体素子４の単位厚み当たりの電圧の増大や小径化により電圧非直線抵抗体を小型化した時に要求される開閉サージ、雷インパルスや過電圧等のサージに対する保護能力に応えることが困難であった。
【００１０】
このような問題を解決する手段として、電極形成面積を極力広くすることが考えられる。しかしながら、従来の電圧非直線抵抗体の製造で使用しているようなマスクを用いて、電極３を側面高抵抗層５部ぎりぎりまで形成しようとすると、結果的に側面高抵抗層５の側面まで電極材料が付着されてしまうため、電極形成面積を極力広くすることも困難であった。また、焼結体素子４の側面に粘着テ−プ等を貼り付けてマスキングを施し、側面高抵抗層５への電極材料付着防止をすることも考えられるが、粘着テ−プの取り付け、取り外しによる工程と手間が発生し、生産効率を低下させるという問題があった。
【００１１】
本発明は以上の課題を解決し、生産効率を低下させることなく、側面高抵抗層へ電極材料が付着するのを防止し、電極の形成面積を最大限に広げ、通常の使用状態において優れた放電エネルギー耐量特性および課電寿命特性を実現し、かつ開閉サージ、雷インパルスや過電圧等のサージに対する保護能力を向上させた電圧非直線抵抗体の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、酸化亜鉛を主成分とする円板状の焼結体素子の端面に、端面の外周部に沿ってリング状の電極非形成部を形成するように溶射により電極を形成した電圧非直線抵抗体の製造方法において、焼結体素子の端面にマスキングを施さずに端面に対してほぼ直角に溶射することを特徴とする。
この発明によれば、溶射ガンから放射状に発射された溶融粒子は焼結体素子の側面に回りこむことなく端面に電極を形成する。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電圧非直線抵抗体の製造方法において、溶射方向とヒュ−ム等を集塵する集塵方向とを同一方向にすることを特徴とする。
この発明によれば、焼結素子に付着しない溶射粒子は焼結体素子の側面に回り込むことなく溶射室内に浮遊する間もなく直接集塵される。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電圧非直線抵抗体の製造方法において、焼結体素子を回転させながら焼結体素子の端面の外周より中心部に向かって溶射を進めていくことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、焼結体素子の端面の外周部より溶射を進めていき、中心部で溶射を終了させ、放射状に放出される溶射粒子の中心より外の部分が直接焼結体の側面へ溶射されず、焼結体素子の外周部において電極に空隙が形成されない。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電圧非直線抵抗体の製造方法において、回転による焼結体素子の脱落を防止する吸着装置を設けたことを特徴とする。
この発明によれば、焼結体素子の端面に電極を溶射する時遠心力が作用しても焼結素子の脱落を防止する。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の電圧非直線抵抗体の製造方法において、ア−ク溶射に使用するアルミ線を送るサ−ボモ−タ−の動作を溶射開始時はスロ−スタ−トさせ、溶射終了時、３ｍｍ戻して電極を形成することを特徴とする。
この発明によれば、溶射開始時、徐々にアルミ線を接触させ、スパッタが起きにくくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図を参照して説明する。まず、酸化亜鉛（ＺｎＯ）に、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、酸化コバルトム（Ｃｏ２Ｏ３）を例えばそれぞれ０．５ｍｏｌ％、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）を例えばそれぞれ１ｍｏｌ％添加する。次いで、この原料を水と有機分散剤、バインダー類とともに混合装置に入れ混合し、この混合物を例えばスプレードライヤーで噴霧造粒する。これら造粒粉を金型に入れ加圧し、図１に示すような直径１００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板１に成形し、この成形体を例えば１２００℃で焼成する。
【００１９】
次に焼成した焼結体素子４の側面に例えばアルミナ系の無機絶縁物を塗布し例えば４００℃の温度で焼き付けて側面高抵抗層５を形成する。側面高抵抗層５を形成した焼結体素子４の上下の端面２を研磨した後、その研磨面に電極３を溶射ガン８を用いて溶射により形成し、電圧非直線抵抗体を製作する。
【００２０】
ここで電極３を溶射により形成する場合、従来の方法のように焼結体素子４にマスキングを施して行った例と本発明のようにマスキングを施さずに行った２種類の方法についてその特性試験の結果を説明する。
【００２１】
まず、上記のように製作した焼結体素子４を３枚積層して電圧非直線抵抗体を形成し、焼結体素子４に２ｍｓの矩形波放電エネルギーを２００Ｊ／ｃｍ３から、徐々に増加させながら印加してゆき、３枚の焼結体素子４の内、１枚でも電気的に破壊するまでの破壊試験を実施した。このとき、焼結体素子４が破壊するまでに吸収した最大値の放電エネルギー量を放電エネルギー耐量（Ｊ／ｃｍ３）とした。また、各電極形成条件、電極形状の焼結体素子について各１０ｐの放電エネルギー耐量試験を実施した。
【００２２】
図２は焼結体素子４の電極３を形成する溶射を種々、変化させた場合の放電エネルギー耐量試験の結果である。図２において電極形成方法Ａはマスキングを施して溶射を行なった焼結体素子、Ｂはマスキングを施さずに溶射を行なった焼結体素子の場合の放電エネルギー耐量特性をそれぞれ示す。
【００２３】
図３は焼結体素子４を３枚積層して電圧非直線抵抗体を形成し、ＳＦ６ガス中、８０℃の雰囲気中において、焼結体素子４に１８０Ｊ／ｃｍ３の矩形波放電エネルギーを５回、５分間隔で印加した後、室温の焼結体素子４に１ｍＡの抵抗分電流ＩＲが流れる交流電圧を１０００時間課電し、課電開始直後の抵抗分漏れ電流（ＩＲ（０ｈ））と１０００時間課電後の抵抗分電流（ＩＲ（１０００ｈ））を測定し、ＩＲ（１０００ｈ）／ＩＲ（０ｈ）により課電寿命特性の評価を行った特性図である。
【００２４】
図３において電極形成方法Ｃはマスキングを施して溶射を行なった焼結体素子、Ｄはマスキング施さずに溶射を行なった焼結体素子の場合の特性をそれぞれ示す。
図２、図３の試験結果から明らかなように、溶射による電極形成において、マスキング施さずに行なった焼結体素子において顕著に優れた放電エネルギー耐量特性、課電寿命特性を示している。
【００２５】
この電極形成においてマスキングを施さずに行なった焼結体素子が優れた特性を呈する理由としては、マスクを使用して、電極形成を行なう際、マスクを取り外した時にマスクに付着した電極材料が一緒に焼結体素子上面部分より一部剥離を生じる。そのため、電極端部に空隙が生じ、エネルギーを印加した際、局部的に熱応力が発生し破壊に至る。マスキングを施さずに電極形成を行なった場合、端部の剥離がなく破壊しにくく、これにより電極層間での放電や、局部的な電界集中も起こりにくくなるためと考えられる。
【００２６】
このような理由により、図２、図３に示した通り、電圧非直線抵抗体における焼結体素子の電極形成をマスキングを施さないで行なうことにより、優れた放電エネルギー耐量特性および課電寿命特性の電圧非直線抵抗体が得られる。
【００２７】
次に、図４乃至図８に示す図は、上記の方法で製作した電圧非直線抵抗体において、焼結体素子４にマスキングを施さないで溶射して電極形成を行ない、かつ電極３を形成する時、その溶射時の条件を種々変化させた場合の放電エネルギー耐量試験および課電寿命特性試験の結果を示す図である。
【００２８】
図４はマスキングを施さずに溶射することにより電極形成する際、焼結体素子４の端面２に対して常に溶射ガン８から直角に溶射を行なった電圧非直線抵抗体と、溶射ガン８を焼結体素子４の端面２に対して斜めに配置し、斜めに溶射を行なった電圧非直線抵抗体との放電エネルギー耐量試験の結果である。図４において溶射角Ｅは直角に溶射した場合、溶射角Ｆは斜めに溶射した場合の特性をそれぞれ示す。
【００２９】
図４から明らかなように、溶射ガン８から発射される溶射粒子は、その構造上、金属線を短絡ショ−トさせ、空気圧力により吹き飛ばすため、放射状に飛散する。焼結体素子４の端面２に対して常に直角に溶射することにより、放射状に放出された溶射粒子が焼結体素子４の側面に回り込むことがなく、付着を防止することができる。これに対し、斜め溶射を行なうことにより、焼結体素子４の側面へ溶射粒子が付着し、側面高抵抗層５の絶縁距離が短くなる。焼結体素子４の端面２に対して直角に溶射を行なった場合は優れた放電エネルギー耐量を示しているが、斜め溶射を施した場合には放電エネルギー耐量が低い。
【００３０】
図４においては放電エネルギー耐量試験結果のみを示したが、課電寿命特性についても焼結体素子４の端面２に直角に溶射を行なった電圧非直線抵抗体において、良好な特性が得られていた。
【００３１】
このように、焼結体素子４の電極形成において、溶射ガン８を焼結体素子４の端面２に対して常に直角にすることにより、優れた放電エネルギー耐量特性、課電寿命特性の電圧非直線抵抗体が得られる。
【００３２】
図５は溶射ガン８の溶射方向と焼結体素子４に付着しない粉塵やヒュ−ムを集塵する方向を変化させた場合の電圧非直線抵抗体の放電エネルギー耐量試験を行った結果を示す図である。図５において、集塵方向Ｇは溶射方向と集塵方向とを同一にした場合、集塵方向Ｈは溶射方向と集塵方向とを異ならせた場合の特性をそれぞれ示す。
【００３３】
図５から明らかなように、焼結体素子４に付着しない溶射粒子は、溶射室内に滞留しないように集塵し処理する。溶射粒子は、空気にさらされ、固形となり、通常集塵されるが、溶融している状態では、一番近い物質へ付着する性質を有している。そのため、溶射方向と集塵の風の流れが同一でない場合は、溶射粒子が浮遊しながら焼結体素子４の側面へ付着する。溶射方向と集塵方向とを同一方向にした場合、浮遊する間もなく直接集塵されるため、焼結体素子４の側面への回り込みがなく、付着を防止することができる。そのため、溶射方向と集塵の方向を同一にした場合は優れた放電エネルギー耐量を示しているが、異種方向にて溶射を施した場合には放電エネルギー耐量が低い。
【００３４】
図５においては放電エネルギー耐量試験結果のみを示したが、課電寿命特性についても溶射方向と集塵の方向を同一に溶射を行なった電圧非直線抵抗体において、良好な特性が得られていた。
【００３５】
このように、電圧非直線抵抗体の電極形成において、溶射ガンから飛散する溶射粒子の溶射方向と集塵の方向とを同一とすることにより、優れた放電エネルギー耐量特性、課電寿命特性の電圧非直線抵抗体が得られる。
【００３６】
図６は、焼結体素子４を回転させ、溶射ガン８の軌跡により電極形成を行なった場合と、焼結体素子４を固定し電極形成を行なった場合の放電エネルギー耐量試験を行った結果を示す図である。図６において、溶射方法Ｉは焼結体素子４を回転させた場合、溶射方法Ｊは焼結体素子４を固定した場合の特性をそれぞれ示す。
【００３７】
図６から明らかなように、焼結体素子４を回転させ、溶射ガン８の軌跡で電極を形成した方法では、外周部より溶射を進めていき、中心部で溶射を終了させる。そのため、放射状に放出される溶射粒子の中心より外の部分が直接焼結体４の側面へ溶射されないため、焼結体素子４の端面２の外周部において電極に空隙がを形成されない。しかし、焼結体素子４を固定し溶射を行なった場合、焼結体素子４の面積に合わせて溶射ガン８を移動させることが、大変難しく、渦巻き状に移動したり、正方形に移動させたりする必要がある。そのため、焼結体素子４の端面２の外周部を超えて溶射された溶射粒子は、焼結体素子４の側面へ付着する。
【００３８】
一般に溶射ガン８より放出される溶射面積に対して、焼結体素子４の電極３の面積が大きい場合、溶射ガンを焼結体素子４の電極３の面積分動かし溶射する必要がある。しかし、溶射ガン８を高速にて動かす時、アルミ線、電力線、信号線などの接続線が邪魔となりうまく動作できない。また、重量がある溶射ガン８を高速に動かすためのロボットはより大きくなり大きな設置スペ−スを必要とする。そのため、溶射ガン８の動作距離を限りなく小さくし、焼結体素子４を回転させ、その軌跡で溶射を行なうことにより、設置スペ−スを小さくできる。焼結体素子４を回転させて溶射を行なった場合は優れた放電エネルギー耐量を示しているが、焼結体素子４を固定して溶射を施した場合には放電エネルギー耐量が低い。
【００３９】
図６においては放電エネルギー耐量試験結果のみを示したが、課電寿命特性についても焼結体素子４を回転させて溶射を行なった電圧非直線抵抗体において、良好な特性が得られていた。
【００４０】
このように、電圧非直線抵抗体の電極形成において、焼結体素子４を回転させ、溶射ガン８の軌跡で溶射することにより、優れた放電エネルギー耐量特性、課電寿命特性の電圧非直線抵抗体が得られる。
【００４１】
図７は、焼結体素子４を回転させた時、脱落防止として下部に吸着治具を設置した例を示す図である。前記焼結体素子４の回転機構を設けた場合、焼結体素子４を回転させながら溶射を行なうため、その遠心力により焼結体素子４が台座９より脱落し、側面への付着により電極形成ができない恐れがある。そのため、焼結体素子４を台座９に吸着させ回転させることにより、脱落を防止し、安定した電極形成ができるようにする。一例として、焼結体素子４の形状に合わせてＯリング１０設け、図示しない真空装置により吸着させる。
【００４２】
次に、図８において、線送りＫは、アルミ溶射においてアルミ線を送るサ−ボモ−タ−の動作を溶射開始時スロ−スタ−トさせ、溶射終了時、３ｍｍ戻して電極を形成し製作した焼結体素子４、線送りＬは、線送りの制御無しに電極を形成した焼結体素子４の場合の特性をそれぞれ示す図である。
【００４３】
図８から明らかなように溶射時の線送り制御を行ない電極３を形成した焼結体素子４が優れた放電エネルギー耐量特性を示すことがわかる。線送りＫは、溶射開始時、電圧が瞬間的に掛かり、短絡ショ−トさせた際、スパッタが発生しやすい。スパッタとは、電圧を印加しアルミ線の接触により溶融させているが、その際完全に溶融せずにアルミ線のまま溶射されたものである。そのため、スパッタが起きにくくするためスロ−スタ−ト（遅送り）させ、徐々にアルミ線を接触させる。また、溶射終了時、３ｍｍ戻すことで確実に行なうようにする。線送りＬは、線送りの制御無しの状態で、スパッタが発生し、電極厚さ１００μｍにアルミ線約１ｍｍが上に乗っている状態となり、放電耐量エネルギー試験時の電極間に空隙が起こり、電流集中が発生し耐量特性が低くなる。図９においては放電エネルギー耐量試験結果のみを示したが、課電寿命特性についても電極形成時線送りの制御を行なった電圧非直線抵抗体において、良好な特性が得られていた。
【００４４】
このように、電圧非直線抵抗体を構成する焼結体素子４の電極形成において、線送りの制御を行なうことにより、優れた放電エネルギー耐量特性、課電寿命特性の電圧非直線抵抗体が得られる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、酸化亜鉛を主成分とする円板状の焼結体素子の端面に、端面の外周部に沿ってリング状の電極非形成部を形成するように溶射により電極を形成した電圧非直線抵抗体の製造方法において、焼結体素子の端面にマスキングを施さずに端面に対してほぼ直角に溶射するようにしたので、生産効率を低下させることなく、側面高抵抗層へ電極材料が付着するのを防止し、電極の形成面積を最大限に広げ、通常の使用状態において優れた放電エネルギー耐量特性および課電寿命特性を実現し、かつ開閉サージ、雷インパルスや過電圧等のサージに対する保護能力を向上させた電圧非直線抵抗体の製造方法を得ることができる。。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態により製作される電圧非直線抵抗体の断面図。
【図２】本発明による電圧非直線抵抗体と従来の電圧非直線抵抗体との放電エネルギー耐量特性を示すグラフ。
【図３】本発明による電圧非直線抵抗体と従来の電圧非直線抵抗体との課電寿命特性を示すグラフ。
【図４】電極を形成する溶射ガンの角度と放電エネルギー耐量特性との関係を示すグラフ。
【図５】溶射ガンより放出される溶射粒子と集塵方向とを変化させ電極形成を行なった放電エネルギー耐量特性を示すグラフ。
【図６】溶射軌跡と放電エネルギー耐量特性との関係を示すグラフ。
【図７】本発明の製造方法に使用される吸着治具の断面図。
【図８】線送り制御と放電エネルギー耐量特性との関係を示すグラフ。
【図９】従来のマスキングによる電圧非直線抵抗体の製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
１…円板、２…端面、３…電極、４…焼結体素子、５…側面高抵抗層、６…マスキング、７…電極非形成部、８…溶射ガン、９…台座、１０…Ｏリング。
【図１】
2004079561.tif 000003
【図２】
2004079561.tif 000004
【図３】
2004079561.tif 000005
【図４】
2004079561.tif 000006
【図５】
2004079561.tif 000007
【図６】
2004079561.tif 000008
【図７】
2004079561.tif 000009
【図８】
2004079561.tif 000010
【図９】
2004079561.tif 000011