(57)【要約】【課題】断熱材を用いることなくジュール熱の拡散を抑制した大電流短時間用抵抗器を作製する。【解決手段】ガラスやセラミックスなどのマトリックス材料と、扁平状金属材料とを焼結した複合材料を抵抗体として用い、当該複合材料が有する蓄熱機能により断熱材を不要とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎ、Ｆ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ
、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂａのうち一種又は複数種の元素の酸化物からなる特定酸化物を５０
質量％以上含むマトリックス材料と、扁平状金属材料とを焼結した複合材料からなり、当
該複合材料が有する蓄熱機能により断熱材を不要とした、大電流短時間用抵抗器。
【請求項２】
上記複合材料のうち、上記扁平状金属材料の占める体積率が１０％以上６０％以下であ
る請求項１に記載の大電流短時間用抵抗器。
【請求項３】
上記扁平状金属材料の扁平面の最小径をｄ、厚さをｔとしたとき平均値がｄ／ｔ≧３で
ある請求項１又は２に記載の大電流短時間用抵抗器。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の大電流短時間用抵抗器を用いた中性点接地抵抗器。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の大電流短時間用抵抗器を用いた電流抑制抵抗器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、中性点接地抵抗器などの短時間に大電流が流れる環境に用いる抵抗器に関
する。
【背景技術】
【０００２】
電気回路に異常が発生した時には、規模にかかわらず、通常使用状態よりも遥かに高い
電圧や大きな電流に電気機器や電気設備が曝されることがある。これらに対しては、何ら
かの保護対策をとらなければ、機器や設備が破壊されてしまう。送電設備や変電設備では
雷撃による地絡事故等により大電流が流れることで接続されている機器の破損や近隣の通
信線への誘導障害等が発生するため、中性点接地抵抗器を設置して保護及び防止をはかっ
ている。更に、インバータ装置や蓄電設備等の電源投入時には短時間に大電流が流入する
ため、設備の破損やそれを回避することによる大型化を招くが、この突入電流を抑えるた
めに突入電流制限抵抗器を設置することが行われている。また、大型の変圧器や発電機を
送電、変電、配電網に接続すると一時的に大きな励磁突入電流が流れて回路全体の電圧が
低下することがあるため、励磁突入電流抑制抵抗器を設置して電力品質低下を防止するこ
とが行われている。
【０００３】
このような中性点接地抵抗器や電流抑制抵抗器などの抵抗器は、高い抵抗値で設備や回
路などを保護する分、自身には瞬間的に極めて高い電圧がかかり、高いジュール熱を生じ
ることとなる。
【０００４】
このような抵抗器には従来、ニクロム合金などの金属材料を、断面積を小さくし、長さ
を長くした形状に加工した抵抗体を用いるが、必然的に細く長く、間に空間を挟むために
、形状が複雑になっている。
【０００５】
このように複雑な形状の抵抗体とはいえ、金属製であり熱伝導率は高いので、周囲に発
生した熱が速やかに伝播してしまいやすく、高電圧に耐えても生じる熱によって周囲の機
器や設備を傷めてしまう場合があった。例えば中性点接地抵抗器では、特許文献１に記載
のような対策が採られている。これは、抵抗素板に絶縁シートを介してステンレス鋼板等
の熱吸収部材を接続した抵抗素体を形成し、これをさらに絶縁部材を介して積層させると
いうものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１２９４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、断熱材や放熱材を取り付けると、必然的に抵抗器の占有容積は大きくな
ってしまう。また、従来は抵抗体自体の形状が複雑であるため、それに断熱材等を取り付
けるとなると、構造がさらに複雑になり、取り扱いにくいものとなっていた。
【０００８】
そこでこの発明は、断熱材や放熱材などを用いることなく、周囲への急速な放熱を防ぐ
ことができ、取り扱いやすくした、大電流短時間用抵抗器を製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、ガラスやセラミックスなどの酸化物を主成分とするマトリックス材料と、
扁平状金属材料とを焼結した複合材料を抵抗材料とした抵抗体を用いることで、その複合
材料が発揮する蓄熱効果により、断熱材を不要とすることに成功したものである。
【００１０】
上記複合材料は、上記マトリックス材料を有することで、金属のみからなる抵抗体に比
べて、熱伝導率を大きく低下させることができる。具体的には、マトリックス材料に近い
熱伝導率となる。このように抵抗体自体の熱伝導率が低いと、断熱材で周囲を囲まなくて
も抵抗体から周辺への放熱速度を大きく低下させることができるので、大電流が短時間に
流れても、その熱を瞬時に放出することなく、自身の温度上昇後にゆるやかに放出するの
で、抵抗体の周辺にある設備や回路を熱で傷めることを防ぐ。また、断熱材のために余分
に必要としていた占有体積を減らすことができる。
【００１１】
また、この複合材料は従来のニクロム合金などの抵抗材料と比べてさらに抵抗率が高い
ものとすることができるので、断面積を小さくしなくても、必要な抵抗値を達成すること
ができる。これにより、抵抗体自体を細くて複雑な形状にしなくてもよくなり、強度を確
保するのに十分な断面積を持たせることができる。これにより、断熱材を排除するととも
に抵抗体自体も単純で強固な形状になるので、抵抗体の取り扱い性が大幅に向上する。
【発明の効果】
【００１２】
この発明により、中性点接地抵抗器や突入電流抑制抵抗器は、断熱材を取り付ける必要
なく頑丈なものとなり、取り扱いやすいものとなる。結果として、従来よりも抵抗器が必
要とする容積が小さくなり、それら抵抗器を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明で用いる複合材料の、扁平状金属材料が占める体積率に対する体積抵抗率の変化の例を示すグラフ
【図２】抵抗器の概念図
【図３】（ａ）金属抵抗体で断熱材が無い場合の抵抗器の熱抵抗を示す概念図、（ｂ）金属抵抗体で断熱材がある場合の抵抗器の熱抵抗を示す概念図、（ｃ）この発明の実施形態にかかる抵抗器の熱抵抗を示す概念図
【図４】（ａ）図３（ａ）の形態におけるジュール熱発生後の温度変化を示す図、（ｂ）図３（ｂ）の形態におけるジュール熱発生後の温度変化を示す図、（ｃ）図３（ｃ）の形態におけるジュール熱発生後の温度変化を示す図
【図５】（ａ）ガラスとＳＵＳ４１０Ｌの混合材料における扁平状金属粒子の形態を移した１８０倍のＳＥＭ写真、（ｂ）１０００倍のＳＥＭ写真
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明について実施形態をあげて詳細に説明する。
この発明にかかる大電流短時間用抵抗器の材料は、ベース材料であるマトリックス材料
と、それに複合する複合相となる扁平状金属材料とを焼結した複合材料とからなる。
【００１５】
上記マトリックス材料は主に酸化物からなり、導電性ではない材料である。具体的なマ
トリックス材料の形態としては、ガラスやセラミックス、及び加熱によりセラミックスと
なりうる酸化物が挙げられる。具体的な組成としては、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎ、Ｆ、Ｎａ、
Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂａのうち、一
種又は複数種の元素の酸化物からなる特定酸化物を５０質量％以上含むものであるとよい
。ＳｉＯ２と上記の元素のうち金属元素の酸化物の合計含有量がマトリックス材料全体の
うち５０質量％以上であるものが、マトリックス材料の強度、安定性等の点からより好ま
しいものとして利用しやすい。
【００１６】
ガラスとしては、主にＳｉＯ２を含むガラスが挙げられるが、それに制限されることな
く、ガラス状態をとりうる上記特定酸化物の混合物または複合物で、溶融後に結晶化せず
に固化したものであれば利用可能である。具体的には、結晶化ガラス、汎用ガラスなどの
酸化物系ガラスや非酸化物系ガラスが挙げられる。結晶化ガラスとしては、例えば、ＬＡ
Ｓ  Ｉガラス（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ系）、ＬＡＳ  ＩＩガラス及び
ＬＡＳ  ＩＩＩガラス（Ｌｉ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｎｂ２Ｏ５系）、Ｍ
ＡＳガラス（ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、ＢＭＡＳガラス（ＢａＯ−ＭｇＯ−Ａ
ｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、Ｔｅｒｎａｒｙ  ｍｕｌｌｉｔｅ（ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−Ｓｉ
Ｏ２系）、Ｈｅｘａｃｅｌｓｉａｎ（ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）や、Ｌｉ２Ｏ−
Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、Ｎａ２Ｏ−
ＣａＯ−ＭｇＯ−ＳｉＯ２系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、ＺｒＯ２−
ＳｉＯ２系ガラス、ＣａＯ−Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス、ＣａＯ−Ａｌ２
Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラス（後述の実施例で使用する無アルカリガラス。）、ＭｇＯ−Ｃａ
Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−Ｋ２Ｏ−Ｆ系
ガラス等が挙げられる。汎用ガラスとしては、例えば、ケイ酸ガラス（ＳｉＯ２系）、ソ
ーダ石灰ガラス（Ｎａ２Ｏ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系）、カリ石灰ガラス（Ｋ２Ｏ−ＣａＯ−
ＳｉＯ２系）、ホウケイ酸ガラス（Ｎａ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系）、アルミノケイ酸
ガラス（Ａｌ２Ｏ３−ＭｇＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ２系）、バリウムガラス（ＢａＯ−ＳｉＯ
２−Ｂ２Ｏ３系）等が挙げられる。この他、低融点ガラスとして、ほう酸塩ガラス（Ｂ２
Ｏ３系、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系、Ｎａ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系等）、りん酸塩ガラス（Ｎａ２Ｏ
−Ｐ２Ｏ５系、Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系等）やＡｌ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ−Ｎａ２Ｏ−Ｋ２Ｏ−
Ｐ２Ｏ５系等が挙げられ利用可能である。さらに、Ｙ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガ
ラス、オキシナイトライドガラス（Ｌａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｃａ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系
、Ｙ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｎａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｎａ−Ｌａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｍ
ｇ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系、Ｌｉ−Ｋ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ系）やＴｉ
Ｏ２−ＳｉＯ２系、Ｃｕ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系等が挙げられる。また、上記特定
酸化物以外に含有されうる非酸化物系ガラスとしては、ふっ化物系ガラスやカルコゲン系
ガラスが挙げられる。また、これらの成分を主成分とし、その他の微量成分を含んだもの
であってもよい。例えば、回収された廃ガラスに５質量％以下程度の不純物が含まれてい
たとしても粉砕して利用可能である。
【００１７】
一方、ガラス以外の材料としては、セラミックス及びセラミックスの材料となりうる金
属酸化物が挙げられる。本発明においてセラミックスとは、上記特定酸化物からなり、一
旦焼結加工された素材を示す。具体的には、上記特定酸化物の中でも、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｇ
、Ｚｒ、並びにＴｉの酸化物の合計量がマトリックス材料のうちの５０質量％以上を占め
ていると、最終的に得られる電気抵抗材料の強度及び安定性の点から好ましい。シリカ以
外の成分としては、一旦焼結したアルミナ、ジルコニア、マグネシアなどのセラミックス
であったり、焼結してセラミックスの材料となりうる酸化物でもよい。具体的なこれらの
酸化物としては、ＳｉＯ２以外にＡｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＴｉＯ２、ムライト、
ＭｇＯ／Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３／Ｙ２Ｏ３その他の酸化物を含んでいてもよい。
また、これら以外に微量成分として種々の酸化物やその他の成分を含んでいてもよい。
シリカや、アルミナ、ジルコニア、マグネシアなどの金属酸化物は、それぞれを単独で用
いてもよいし、粉体混合物として用いてもよい。また、一旦焼結又は焼成したセラミック
スを用いる場合、具体的な成分としては陶磁器や瓦、碍子などを用いることができる。ま
た、一旦製品を経由しなくても、この複合材料として利用するために焼成、焼結した材料
でもよい。
【００１８】
また、上記マトリックス材料としてはこれらのガラスとセラミックス、又はセラミック
スの材料となる酸化物の粒子粉体を混合した材料を用いることもできる。
【００１９】
これらのマトリックス材料がガラスの場合は、焼結前の材料粒子は平均粒径が５０μｍ
以下であれば好ましい。焼結の際の加熱でガラスは軟化するため、ある程度細かくなって
いれば扁平状金属材料と十分に複合することが出来る。一方、マトリックス材料が上記ガ
ラス以外の酸化物の場合は、平均粒径が５μｍ以下であるとよく、１μｍ以下であると好
ましい。上記の酸化物から複合材料を得る焼結時に大きすぎると扁平状金属粒子の表面に
十分に付着しなくなってしまい、複合材料としての一体化が不十分なものとなるおそれが
ある。
【００２０】
次に、複合相となる扁平状金属材料を構成する金属としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ及びそれらの
合金が挙げられる。この中でも特に、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｂ
等が利用しやすい。合金としては例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４１０等のステンレス鋼
、Ｎｉ−Ｃｒからなるニクロム合金、Ｆｅ−Ｎｉからなるパーマロイ、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ
合金、及び超耐熱合金などが挙げられる。ただし、後述する焼結の際に溶融しない程度に
融点が高い純金属または合金を選択する必要がある。なお、ここで合金ではない純金属と
は、他の成分の含有率が１質量％以下程度のものとする。
【００２１】
上記複合材料の焼結に用いるには、これらの金属からなる金属材料が、扁平状である必
要がある。ここで扁平状であるとは球形ではなく平たい板状であることをいう。完全な平
面を有している必要はないが、少なくとも一つの平面に沿って延びるような形状であるこ
とが望ましい。その仮想的な平面である扁平面は円形、楕円形、矩形等、及びそれらに類
似したいびつな形状であってもよい。具体的には、扁平面の最小径ｄ、厚さｔについて、
ｄ／ｔ≧３が成立することが好ましい。ｄ／ｔ＜３であると、焼結時に扁平状金属粒子と
マトリックス材料との界面でクラックが進行しやすくなり、複合相が十分に変形できずに
材料を十分に一体化できなくなるおそれがある。一方、上限は特に存在しない。ｄ／ｔの
値が高い、すなわち扁平率が高いほど、扁平状金属粒子による複合材料の強度強化効果と
、添加量による体積抵抗率の低下効率が高いためである。
【００２２】
ただし、使用する全ての金属材料が上記の条件を満たすように加工することは困難であ
り、上記の扁平状の条件ｄ／ｔ≧３を、粒子全体の平均値が満たしていることが好ましく
、条件を満たす粒子が多い方がより好ましい。なお、平均値とは質量平均値である。
【００２３】
また、扁平状金属粒子の最小径ｄの平均は、１μｍ以上であると好ましく、３μｍ以上
であるとより好ましい。１μｍ未満では小さすぎて実際には上記の扁平状の条件を満たす
ものに加工することが難しくなってしまう。一方、２００μｍ以下であると好ましく、１
００μｍ以下であるとより好ましい。
【００２４】
このように金属材料を扁平状金属材料に加工する方法としては、湿式ボールミル装置な
どの混合装置で、球形その他の形状である金属粒子を変形させる方法が挙げられる。加工
時間が長いほど金属粒子はより扁平状になっていく。金属の種類及び回転速度にもよるが
、例えば１００ｒｐｍの場合、少なくとも１０分以上は加工することが望ましく、５０時
間以上加工すると扁平化の点から望ましい。ただし、過剰に加工を続けると金属粒子自体
が破壊されてさらに細かくなってしまい、扁平状ではなくなるおそれがあるため、完全に
破壊されない範囲の時間に留める必要がある。
【００２５】
このマトリックス材料と扁平状金属粒子とを混合する際の混合比は、扁平状金属粒子の
体積率にして１０％以上であると好ましい。１０％未満では後述するように複合材料の体
積抵抗率が高くなりすぎるので抵抗器として実用するのが難しくなってしまう。一方で、
６０％以下であると好ましく、５０％未満であるとより好ましい。６０％を超えると複合
材料の蓄熱効果、すなわち熱伝導率の低下効果に寄与するマトリックス材料の量が不十分
で、この発明の効果を十分に達成できなくなるおそれが高くなってしまう。望ましくはこ
の混合比の範囲で、製造する抵抗器で用いる抵抗体の形態で必要な体積抵抗率になるよう
に、体積率を調整する。
【００２６】
上記の範囲で混合比を調製したマトリックス材料と扁平状金属粒子との混合粒子を、焼
結させて複合材料を生成させる。焼結前に、抵抗器に取り付ける抵抗体として必要な形状
に成形しておき、焼結により一体化した複合材料となる。焼結方法は特に限定されるもの
ではないが、扁平状金属粒子が溶融せず、化合や発熱反応もしない温度までの加熱で、マ
トリックス材料が扁平状金属粒子に付着して一体化した複合材料を生成できるものである
必要がある。例えば、放電プラズマ焼結、ホットプレス焼結、ＨＩＰ焼結、常圧焼結など
の方法が使用可能である。
【００２７】
マトリックス材料がガラスである場合、その焼結温度は６００℃以上１５００℃以下程
度となる。具体的には、用いるガラスが軟化する温度以上であり、扁平状金属粒子が融解
しない温度であることが必要である。この値は上記のガラスの種類により異なる。一方で
、マトリックス材料がセラミックスであれば、先に焼結した温度以上でかつ融点以下に加
熱することで、予め存在するセラミックス粒子間が接合し、扁平状金属粒子に付着した粒
子が固まる焼結効果を得ることができる。また、セラミックスの材料となる酸化物であれ
ば、融点以下で、かつ焼結のための粒子間結合が必要な程度に進む温度で加熱すると、扁
平状金属粒子とともに焼結させることができる。
【００２８】
こうして得られる複合材料は、熱伝導率をマトリックス材料に近い状態で維持しながら
、扁平状金属粒子の存在によって体積抵抗率をマトリックス材料単独の場合よりも大きく
下げることができる。例えば、ニクロム合金の熱伝導率ｋは１３（Ｗ／ｍＫ）程度であり
、ガラスや瓦の熱伝導率は０．８〜２（Ｗ／ｍＫ）程度であるが、ガラスに体積率２０％
のニクロム合金を混合して焼結させた複合材料の熱伝導率は２（Ｗ／ｍＫ）程度となり、
マトリックス材料に近いものとなる。
【００２９】
一方で、この発明にかかる複合材料の体積抵抗率の、扁平状金属粒子の体積率に対する
変化の例を図１に示す。ここで１００％とはすなわち全て金属で占めている場合の仮想値
であり、０％は絶縁体であるマトリックス材料の仮想値である。上記の混合比の好ましい
範囲である体積率１０〜６０％の間だけでも、体積抵抗率は金属の値と比べて約７桁分も
の上昇を達成することができ、必要とする抵抗値を達成するための自由度を十分に確保で
きる。そして、このように抵抗器に用いる抵抗体として十分に高い抵抗値を達成可能にし
つつ、材料自体の熱伝導率が金属よりも十分に低いものとなるので、この複合材料は蓄熱
性能に優れたものとなる。
【００３０】
この蓄熱性能により、大電流が短時間に流れる抵抗器に用いたときに、内部に瞬間的に
発生する熱の伝播を和らげる効果が発揮されるので、上記複合材料は周囲に断熱材を設け
ることなく、大電流短時間用抵抗器として利用できる。ここで大電流とは概ね１００Ａ以
上であり、短時間とは概ね６０秒以下程度である。このような大電流は、落雷による地絡
や、突入電流等の際に生じ得るものであり、瞬間的に莫大なジュール熱が発生する。この
ような短時間大電流に曝される抵抗器としては、中性点接地抵抗器や突入電流抑制抵抗器
、励磁突入電流抑制抵抗器があり、この発明にかかる抵抗器はこれらの用途に用いること
ができる。
【００３１】
大電流短時間用抵抗器の概念図を図２に示す。従来の抵抗器では、抵抗体の周囲を断熱
材（破線で示す）が囲んであり、箱内空気を挟んで全体は筐体で囲まれている。この発明
の実施形態にかかる抵抗器ではこの断熱材が存在せず、抵抗体は直接に箱内空気に曝され
る。
【００３２】
図２の抵抗器における熱抵抗の概念図を図３に示す。それぞれのθは観測点であり、Ｒ
は熱抵抗である。図３（ａ）は金属抵抗体の周囲に断熱材を設けていない抵抗器の熱抵抗
の概念図であり、図３（ｂ）は金属抵抗体の周囲に断熱材を設けた抵抗器の熱抵抗の概念
図である。従来の抵抗体では断熱材が必要なために、図３（ｂ）のような構成にしなけれ
ばならなかった。しかし、この発明にかかる抵抗器では金属抵抗体の代わりに上記複合材
料による抵抗体を用いるので図３（ｃ）のように、この断熱材が不要となる。すなわち、
従来の抵抗体の熱抵抗Ｒ１１に比べて、この発明の実施形態で用いる上記複合材料の抵抗
体の熱抵抗Ｒ１２は十分に大きい。
【００３３】
図３に示すそれぞれの熱抵抗の形態において、短時間に大電流が流れた際の温度変化の
例を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。横軸が時間であり、縦軸が温度である。図４（ａ）〜（
ｃ）がそれぞれ、図３（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの概念図におけるそれぞれの場所（θＸ
）での温度変化を表す。（ａ）に示す従来の抵抗体は、抵抗体内部θ１１及び抵抗体表面
θ２１の温度がほぼ同じ高さまで一気に上昇し、それに伴い箱内空気θ４１と筐体θ５１
も速やかに加熱されてしまう。さらに外気θ６１まで加熱されるため、周囲に作業者が居
られなくなることもある。（ｂ）に示す従来の抵抗体に断熱材を設けた場合は、抵抗体の
内部θ１１とθ２１の上昇こそ（ａ）の場合より高くなる。これは箱内空気による冷却が
進まないためである。一方、断熱材を挟んだ表面θ３１は徐々に温度が上昇し、徐々に冷
却されていく。このため、箱内空気θ４１や筐体θ５１の温度はほとんど上昇せず、外気
θ６１への影響はほとんどない。これに比べてこの発明にかかる抵抗器は、抵抗体の内部
θ１２の上昇に比べて、外部θ２２の温度上昇は大きく抑えられたものとなる。熱伝導率
が十分に低いために、内部で発生した熱が表面に到達するまで時間がかかるからである。
また、抵抗体表面θ２２の熱が箱内空気θ４２へ到達する熱の伝達も徐々にすすむため、
筐体θ５２と外気θ６２の温度はほとんど上昇しない。その間、抵抗体の内部θ１２及び
表面θ２２の温度の低下はゆるやかに進むが、大電流短時間用の抵抗器であるため、さら
なる温度上昇がこの間に起こる可能性は低く、ほとんどの場合問題は生じない。
【実施例】
【００３４】
この発明にかかる抵抗器のための抵抗体を製造した実施例を示す。まず、材料について
述べたのち、抵抗体の製造工程を述べる。
【００３５】
マトリックス材料として、無アルカリガラスであるＥ２００板ガラスを粉砕したガラス
材料と、石州瓦の製造工程で発生した規格外瓦を粉砕したセラミックス材料とを使用した
。その成分は以下の通りである。単位は質量％である。
・ガラス材料……ＳｉＯ２：５５．０、ＣａＯ：２３．０、Ａｌ２Ｏ３：１４．２、Ｂ２
Ｏ３：５．８、ＭｇＯ：０．２、Ｎａ２Ｏ：０．４、Ｋ２Ｏ：０．２、Ｆｅ２Ｏ３：０．
２、ＴｉＯ２：０．４、Ｆ２：０．５、ＳｒＯ：０．１。標準粒径：２０μｍ
・セラミックス材料……ＳｉＯ２：７０．６６、ＴｉＯ２：０．６４、Ａｌ２Ｏ３：１７
．８２、Ｆ２Ｏ３：１．０８、ＭｇＯ：０．２４、Ｎａ２Ｏ：０．３５、Ｋ２Ｏ：２．６
１。
なお、瓦の粉砕にあたっては、瓦３００ｇに対して、ＺｒＯ２ボール１ｋｇを用いて、エ
タノール溶媒中で湿式ボールミルにて１００時間粉砕した。
【００３６】
扁平状金属材料に用いる金属材料として、ニクロム合金粒子とＳＵＳ４１０Ｌ粒子を用
いた。いずれも一般市販品であり、成分は以下の通りである。
・ニクロム合金……Ｎｉ：７７．９、Ｃｒ：１９．８、Ｓｉ：１．２、Ｍｎ：０．９、Ｆ
ｅ：０．１、Ｏ：０．０５５、Ｎ：０．０２０、Ｓ：０．００３。平均粒径：２０〜５３
μｍ
・ＳＵＳ４１０Ｌ粒子……未分析であるが、Ｃ：０．０３以下、Ｓｉ：１．００以下、Ｍ
ｎ：１．００以下、Ｐ：０．０４０以下、Ｓ：０．０３０以下、Ｃｒ：１１．００〜１３
．５０、残りはＦｅである規格品である。平均粒径：１１μｍ
【００３７】
それぞれの実施例について、このマトリックス材料と金属材料とを所定量混合した混合
粉末１００ｇを、１ｋｇのＳｉ３Ｎ４ボールを用いて、エタノール溶媒中において７０ｒ
ｐｍ１００時間で湿式ボールミルを行い混合した。得られたスラリーからロータリーエバ
ポレーターを用いてエチルアルコールを除去して、乾燥して混合粉末を得た。
【００３８】
なお、混合前の金属材料は扁平状ではなく球状であり、この混合の際に応力を加えられ
ることで扁平状に加工される。例として、ガラス材料とＳＵＳ４１０Ｌ粒子とを、ＳＵＳ
４１０Ｌの体積率２０％で混合した後の１８０倍拡大ＳＥＭ写真を図５（ａ）に、１００
０倍拡大ＳＥＭ写真を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）ではガラス材料はほとんど目視でき
ず、粒が見えているのはＳＵＳ４１０Ｌの粒子である。最大径が数十μｍ程度の薄い板状
の粒子がいくつも確認できる。図５（ｂ）では最大径１０μｍ以下のガラス粒子が確認で
き、扁平状金属粒子の周辺を取り巻いていることが確認できる。視認できる金属粒子はい
ずれも扁平状、あるいは鱗片状と呼べる形態となっており、ほとんどの金属粒子がｄ／ｔ
≧３を満たしていると考えられる。
【００３９】
得られた混合粉末に対して、黒鉛製モールドを用いて、真空中、加圧力３８ＭＰａの条
件下で放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）を行い、焼結した複合材料を得た。焼結温度は、マト
リックス材料としてガラスを用いた実施例ではガラスが溶融する７５０℃とし、セラミッ
クス材料を用いた実施例では瓦の焼結温度と同じ１０５０℃とした。また、焼結温度の保
持時間は５分とした。
【００４０】
このように焼結して、曲げ強度及び破壊靭性測定用試材とする７０×２０×５ｍｍの直
方体の複合材料を作製した。作製した複合材料の組み合わせについて、表１に記載する。
材料の割合は体積率である。この複合材料について、ｖａｎ  ｄｅｒ  ｐａｕｗ法により
体積抵抗率の測定を行った。また、この複合材料から、３×４×４０ｍｍの曲げ試験片を
採取し、室温でスパン３０ｍｍでの３点曲げ強度の測定を行った。さらにその曲げ試験片
から長さ３ｍｍ、高さ１．５ｍｍ、頂点角２０°の三角柱状のＶノッチ試験片を採取し、
ＳＥＶＮＢ法による破壊靭性の測定を行った。なお、曲げ強度及び破壊靭性値の測定はい
ずれも、焼結時のプレス面と直角な方向に荷重をかけて測定した。これは、焼結時の加圧
により扁平状金属材料が配向するために、向きによって強度が変わるためである。これら
の測定結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2012044027.tif 000002
【００４２】
表１には合わせて、ガラス単独での溶融後凝固体（比較例１）と、瓦単独での焼結体（
比較例２）での曲げ強度及び破壊靭性の値を記載した。ガラス単独では、体積抵抗率が測
定不能な絶縁状態であるが（比較例１）、ニクロム、ＳＵＳをそれぞれの量加えた実施例
１〜４では、極めて低い体積抵抗率を示す。また、実施例２〜４に示すように、扁平状金
属粒子の体積率を調整することで、抵抗器として利用できる範疇で、体積抵抗率を調整で
きることが示された。また、ガラスとニクロム合金による実施例１のみ、元のマトリック
ス材料であるガラスに比べて曲げ強度の低下が認められたものの、それ以外の組み合わせ
ではいずれも元のマトリックス材料よりも曲げ強度、破壊靭性ともに大きく向上し、いず
れも抵抗器に使用するにあたって問題の無い強度であることが確かめられた。
【００４３】
これらの実施例にかかる複合材料からなる直方体状の焼結体を、図２に記載の形態（断
熱材無し）で用いる抵抗体として使用した抵抗器を作製し、突入電流を流して、抵抗体、
箱内空気、筐体、外気の温度変化を測定する試験を行った。体積抵抗率の違いにより、発
生するジュール熱の差による温度上昇幅の違いは見られたが、いずれも図３（ｃ）のよう
に、抵抗体の温度減少が緩やかになる一方で、箱内空気、筐体、外気への温度変化は実用
上許容できる範囲に抑制された。
【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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