(57)【要約】【課題】酸化亜鉛を主成分とし、この主成分に金属酸化物を添加して有機バインダーで混合・造粒して成形体を得、この成形体を予備加熱した後に焼成して電圧非直線抵抗体を得るものにおいては、熱処理に要する時間が長くなっている。【解決手段】成形体の側面に絶縁材料を塗布し、マイクロ波を照射しながら予備加熱もしくは予備加熱と焼成とを連続した温度パターンにて処理する。また、造粒時に重量に対して２〜３％加湿することにより、この水分はマイクロ波を吸収しやすいために焼成温度を低く抑えることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛を主成分とし、この主成分に金属酸化物を添加して有機バインダーで混合・造粒して成形体を得、この成形体を予備加熱した後に焼成して電圧非直線抵抗体を得るものにおいて、
前記成形体の側面に絶縁材料を塗布し、マイクロ波を照射しながら前記予備加熱し、この予備加熱後に電気炉もしくはガス炉にて焼成することを特徴とした電圧非直線抵抗体の製造方法。
【請求項２】
酸化亜鉛を主成分とし、この主成分に金属酸化物を添加して有機バインダーで混合・造粒して成形体を得、この成形体を予備加熱した後に焼成して電圧非直線抵抗体を得るものにおいて、
前記成形体の側面に絶縁材料を塗布し、マイクロ波を照射しながら前記予備加熱と焼成とを一貫した温度パターンにて処理することを特徴とした電圧非直線抵抗体の製造方法。  
【請求項３】
前記予備加熱温度までは２００〜３００℃／時間の昇温パターンとし、かつ所定予備加熱温度で３０分〜１時間保持した後、５０〜１００℃／時間の温度パターンにて焼成温度にまで昇温して２〜３時間保持し、２００〜３００℃にて降温することを特徴とした請求項１記載の電圧非直線抵抗体の製造方法。
【請求項４】
前記造粒時に、主成分及び添加金属酸化物の合計重量に対して２〜３％加湿することを特徴とした請求項１又は２記載の電圧非直線抵抗体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として避雷器に組み込まれる非直線抵抗体に係わり、特に製造時の時間短縮を図った電圧非直線抵抗体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体（以下素子という）は、非直線性を高くして熱損失を少なくすること等を目的として、主成分の酸化亜鉛への添加物として酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化コバルト、酸化クロム、酸化マンガン、酸化珪素、酸化ニッケル等よりなる成分を任意の比率で添加している。
通常、これらの副成分はボールミル等で予備混合した後、有樹バインダーと酸化亜鉛及び金属酸化物とを混合し、スプレードライヤーにて噴霧乾燥して流動性のよい造粒粉とする。この造粒粉を金型プレスにて所定大きさの円柱状に成形し、脱脂，仮焼（以下これらを総称して予備加熱という）を行って仮焼体を得る。その後、降温して仮焼体の外周面に絶縁材を塗布して１０００〜１３００℃の温度で焼成し、側面に高抵抗層（絶縁層）を形成した焼結体を得る。そして、この焼結体の両端面を平滑に研磨してアルミニウムからなる電極材料を溶射して素子を得ている。
【０００３】
上記したように、酸化亜鉛を主成分とする原料に数種類の金属酸化物を添加混合し、この添加物にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の結合剤（バインダー）を加えて造粒、成形、脱脂、焼成の工程を経て素子を得ているが、通常、予備加熱や焼成には電気炉やガス炉等よりなる加熱炉を用いて加熱している。このとき、空気等の被加熱物（非直線抵抗体の原料）以外の物質を介して加熱していることから加熱炉を外部型加熱炉と呼称している。
【０００４】
外部型加熱炉による焼結プロセスとしては、外部からの熱で素子表面を加熱し、次に熱伝導によって成形体内面を加熱することから熱伝導に多くの時間を要している。その際、成形体自体の熱伝導率が低いこしから、熱が成形体内部にまで伝わる速度が遅く、成形体内部に大きな温度分布を生じて焼結反応の不均一による特性低下、更に最悪の場合には熱膨張差からクラック発生や破壊に至ることがある。このため、加熱時における昇温速度を５〜１０℃／分以下に抑えなければならない。
その結果、予備加熱に要する時間として数時間から数十時間かかっている。
更には、外部加熱ゆえに最初に焼結（緻密化）するのは温度の一番高い成形体表面となることから、雰囲気ガスが素子中心部に達するための連絡路を閉じてしまい、内部に存在する気孔や脱脂時のバインダー等が内部に残ったまま加熱が完了してしまう。そのため、電気的特性や機械的強度の低い素子となっている。
このような問題を解決する方法として、特許文献１又は特許文献２のように発信周波数２８ＧＨｚ乃至３０ＧＨｚのマイクロ波によって加熱することが提案されている。
【特許文献１】特開２０００−１３８１０６号公報
【特許文献２】特開２０００−３０６７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記各特許文献の方法によると、電気的特性や機械的強度は多少改善されるものの、予備加熱は外部加熱のため内部に存在する気孔や脱脂時のバインダー等が内部に残ったまま予備加熱が完了してしまう問題を有している。
また、各特許文献によるマイクロ波加熱は予備加熱以降の焼成時点となっていることにより、製造工程としては、脱脂温度より一旦降温した後に側面絶縁剤を塗布し、再度昇温して１０００〜１３００℃の温度にて所定時間焼成する工程を経るため、製造時間はさほど改善されてない。
【０００６】
そこで本発明が目的とするところは、製造時間を短縮し、かつ素子性能の更なる向上を図る素子製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１は、酸化亜鉛を主成分とし、この主成分に金属酸化物を添加して有機バインダーで混合・造粒して成形体を得、この成形体を予備加熱した後に焼成して電圧非直線抵抗体を得るものにおいて、
前記成形体の側面に絶縁材料を塗布し、マイクロ波を照射しながら前記予備加熱し、この予備加熱後に電気炉もしくはガス炉にて焼成することを特徴としたものである。
【０００８】
本発明の第２は、酸化亜鉛を主成分とし、この主成分に金属酸化物を添加して有機バインダーで混合・造粒して成形体を得、この成形体を予備加熱した後に焼成して電圧非直線抵抗体を得るものにおいて、
前記成形体の側面に絶縁材料を塗布し、マイクロ波を照射しながら前記予備加熱と焼成とを一貫した温度パターンにて処理することを特徴としたものである。
【０００９】
本発明の第３は、前記予備加熱温度までは２００〜３００℃／時間の昇温パターンとし、かつ所定予備加熱温度で３０分〜１時間保持した後、５０〜１００℃／時間の温度パターンにて焼成温度にまで昇温して２〜３時間保持し、２００〜３００℃にて降温することを特徴としたものである。
【００１０】
本発明の第４は、前記造粒時に、主成分及び添加金属酸化物の合計重量に対して２〜３％加湿することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のとおり、本発明によれば、予備加熱から焼成までを連続した一貫の温度パターンにてマイクロ波照射にて行うようにしたものであるから、熱処理時間は大幅に短縮されると共に、電圧非直線抵抗体の機械的強度が向上図れるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、予備加熱をマイクロ波照射にて行うことにより、素子に内部加熱を発生させて素子内部の温度を外部より高温とし、素子内部のバインダー及び気孔を表面に排出しやすくしたものである。
【００１３】
また、本発明は、脱脂工程のみならず焼成工程もマイクロ波照射による一貫した工程で製造するものである。図１はそのためのマイクロ波加熱処理パターンを示したもので、縦軸に温度、横軸に時間をとったものである。
素子の出発原料としては、従来と同様に酸化亜鉛を主成分とし、これに金属酸化物を添加混合してバインダーを加えて造粒し、所定の大きさ，例えばφ６４素子用サイズに成形する。この成形体の側面に従来と同様の絶縁材料を塗布した後、この成形体を容器に並べて収納しマイクロ波発信炉内に載置してマイクロ波を照射して自己発熱による脱脂を行い、次いで昇温して焼成する。すなわち、マイクロ波照射による脱脂・焼成を連続制御にて行う。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の処理パターン図を示したものである。側面絶縁材料の塗布された上記成形体をマイクロ波発信炉内に配置し、成形体に時刻ｔ0よりマイクロ波照射して加熱を開始する。成形体はマイクロ波照射に伴う自己発熱により脱脂を開始するが、そのときの室温から脱脂温度Ｔ1までの加温速度は、２００〜３００℃／時間の温度勾配となるよう加熱する。時刻ｔ1となって脱脂温度Ｔ1に達してから時刻ｔ2までは脱脂温度Ｔ1を保持する。この保持時間は３０〜１時間とする。
１時間以下の保持時間が経過した時刻ｔ2になると、焼成温度であるＴ2に達する時刻ｔ3までマイクロ波照射量を制御して再度昇温させる。このときの昇温速度は５０〜１００℃／時間とする。時刻ｔ3からｔ4までは１０００〜１３００℃から選定された任意の焼成温度Ｔ2を２〜３時間保持し、時刻ｔ4からは２００〜３００℃／時間の温度勾配にて室温まで降温する。
【００１５】
図２は、図１の処理パターンによって焼成した本発明と従来方法によって焼成した素子との比較図である。ここで、従来方法とは、前述した脱脂等の目的のために予備加熱後に一旦降温して側面絶縁材料を塗布し、その後に昇温して焼成する方法であり、その他主成分である分酸化亜鉛の量と、これに添加する金属酸化物の量及び成形体の大きさ等は両者同一とされた。
試験結果、本発明による熱処理時間は従来と比較して略１／９に短縮され、内部欠陥及び開閉サージ１２００Ａについてもそれぞれ大幅に改善された。
このように、大幅な熱処理時間の短縮と共に、マイクロ波にて予備加熱・焼成を一貫しておこなうことにより、先ず脱脂状態時には成形体に内部加熱が生じ、その内部温度が外部温度より高温になって成形体内部のバインダー及び気孔が表面に排出され、従来より更に緻密な素子を得ることができた。  
【実施例２】
【００１６】
図３は、本発明の他の実施例に基づく試験結果図である。
この実施例における熱処理パターンは図１と同様であるが、造粒手段が実施例１と異なる。すなわち、主成分である酸化亜鉛及びこれに添加する金属酸化物の重量に対して２〜３％加湿して造粒粉とし、これをφ６４素子用サイズに成形し、その側面に絶縁材料を塗布して図１の温度パターンにて熱処理したものである。
図３より明かなように、内部欠陥発生率及び開閉サージ１２００Ａ破壊率が０のなって機械的強度が増し、従来方法による素子よりも大きく上回る性能の素子が得られると共に、加湿による水分はマイクロ波を吸収しやすいため、焼成温度の低減がみられて省エネルギー化が実現できる。
なお、図３における焼成温度比較は、従来方法による温度を１００％としたときの割合を示したものである。  
【実施例３】
【００１７】
図４は本発明の他の実施例に基づく試験結果図で、マイクロ波照射を予備加熱時にのみ行ったものである。温度パターンとしては、図１の時刻ｔ2までのパターンでマイクロ波照射を行ない、予備加熱後の成形体を電気炉に移して焼成を行ったものである。予備加熱時にのみマイクロ波を照射しても、内部欠陥発生率及び開閉サージ１２００Ａ破壊率においてそれぞれ従来方法よりも効果があった。なお、熱処理時間の短縮等については、実施例１，２には劣るが内部欠陥発生率と開閉サージ１２００Ａの点においては従来よりも素子性能が向上している。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態を示す処理温度パターン図。
【図２】本発明による素子の試験結果図（実施例１）。
【図３】本発明による素子の試験結果図（実施例２）。
【図４】本発明による素子の試験結果図（実施例３）。
【符号の説明】
【００１９】
Ｔ1…予備加熱点温度  
Ｔ2…焼成温度  
ｔ0〜ｔ4…時刻  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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