JP2001028303A - 電圧非直線抵抗体ユニットおよび避雷器ユニット - Google Patents

電圧非直線抵抗体ユニットおよび避雷器ユニット

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JP2001028303A JP11201672A JP20167299A JP2001028303A JP 2001028303 A JP2001028303 A JP 2001028303A JP 11201672 A JP11201672 A JP 11201672A JP 20167299 A JP20167299 A JP 20167299A JP 2001028303 A JP2001028303 A JP 2001028303A
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resistor unit
voltage
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Takeshi Udagawa
剛 宇田川
Masahiro Suga
雅弘 菅
Yoshihiro Ishizaki
義弘 石崎
Nobuyuki Shimizu
信行 清水
Hironori Suzuki
洋典 鈴木
Hiroyoshi Narita
広好 成田
Yoshihiko Hirano
嘉彦 平野
Hideyasu Ando
秀泰 安藤
Yasuhiko Taniguchi
安彦 谷口
Masahiro Hanai
正広 花井
Masahiko Ebina
雅彦 蝦名
Keisuke Shimagami
圭祐 島上
Yoshiyasu Ito
義康 伊藤
Takahiko Shindou
尊彦 新藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電耐量が低下することなく小型化が図れる
電圧非直線抵抗体ユニットおよび避雷器ユニットを提供
することである。 【解決手段】 電圧非直線抵抗体は、原料を成形し焼結
して円柱形とした焼結体の両端面を所定の表面粗さとし
て電極皮膜層を形成して作製される。そして、1個また
は複数個の電圧非直線抵抗体を積層し両端部に端子金具
を取り付ける。電圧非直線抵抗体間および電圧非直線抵
抗体と端子金具との間は、ハンダ材で接合される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統機器に使
用される電圧非直線抵抗体ユニットおよび避雷器ユニッ
トに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、電力系統機器には各種抵抗体が
使用されている。例えば、異常電圧から電力系統を保護
する電気回路に用いられる避雷器には電圧非直線抵抗体
が使用される。電圧非直線抵抗体は、その素体として、
セラミック材料である酸化亜鉛(ZnO)系材料が用い
られている。具体的には、酸化亜鉛(ZnO)を主成分
とし、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、ニッケ
ル(Ni)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、ク
ロム(Cr)、ケイ素(Si)の酸化物等からなる副成
分と、水および有機バインダーとを加えて十分攪拌した
後、スプレードライヤーなどで造粒、成形して焼結した
焼結体を素体としている。
【0003】また、焼結体の側面には、必要に応じ沿面
閃絡を防止するための高抵抗物質を塗布し再焼成して高
抵抗層を形成する。そして、焼結体の両端面を研磨し電
極皮膜を取付けて、電圧非直線抵抗体が製造される。避
雷器はこのような電圧非直線抵抗体の素子を一枚または
複数積層し、絶縁物を介して端子金具を圧接して構成さ
れる。また、避雷器には、この端子金具を電気的に接続
するためのバネ構造が介在されている。
【0004】このように、避雷器はバネ構造を使用する
ため、部品点数が複雑化しコストがかかる。また近年、
電力系統は送電コスト低減のため機器構造の小形化が進
んでおり、これらの絶縁物による設置構造の小型化が要
求されている。
【0005】そこで、特開平10−270214号公報
や特開平10−275737号公報に示されているよう
に、複数個の酸化亜鉛焼結体の間に導電性材料によって
焼結体同士を接合し、接合体両端部にメタライジングを
施し、低融点金属材料によって端子金具を接合し、素子
と端子金具とをユニット化し部品点数を簡素化すると共
にコストを低減した電圧非直線抵抗体ユニットが開発さ
れている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
形式の電圧非直線抵抗体ユニットにおいては、各電圧非
直線抵抗体間および各電圧非直線抵抗体と端子金具との
接合が不適切であると均一な導電性が得られにくい。す
なわち、各電圧非直線抵抗体間および各電圧非直線抵抗
体と端子金具の接合が、通電性を損なうことなく強固に
なされていることが必要である。
【0007】従来の接合方法においては、導電性材料と
して、銀粉末、ガラス粉末、有機バインダーからなる導
電性ペーストが用いられており、接合強度に寄与するガ
ラス粉末は絶縁物であるため、形成された接合面は導電
性に劣り、均一な導電性が得られにくい。そのため、放
電耐量時に電流集中が生じやすくなり放電耐量が低下す
ると言う問題があった。
【0008】本発明の目的は、放電耐量が低下すること
なく小型化が図れる電圧非直線抵抗体ユニットおよび避
雷器ユニットを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係わる
電圧非直線抵抗体ユニットは、原料を成形し焼結して円
柱形とした焼結体の両端面を所定の表面粗さで制御する
ことによって電極皮膜層を形成した1個または積層され
た複数個の電圧非直線抵抗体と、所定の形状に加工され
前記電圧非直線抵抗体に取り付けられる端子金具と、前
記電圧非直線抵抗体間および前記電圧非直線抵抗体と前
記端子金具との間に配置され加熱することによりそれら
を接合するためのハンダ材とを備えたことを特徴とす
る。
【0010】請求項1の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットでは、電圧非直線抵抗体は、原料を成形し焼結
して円柱形とした焼結体の両端面を所定の表面粗さとし
て電極皮膜層を形成して作製される。そして、1個また
は複数個の電圧非直線抵抗体を積層し両端部に端子金具
を取り付ける。電圧非直線抵抗体間および電圧非直線抵
抗体と端子金具との間は、ハンダ材で接合される。
【0011】請求項2の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直線
抵抗体間の接合部または前記電圧非直線抵抗体と前記端
子金具との接合部の接合は、前記接合部の前記ハンダ材
に熱源を当てて加熱し、回転を加えながら接合面に垂直
に荷重を加え接合することを特徴とする。
【0012】請求項2の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、電圧非直
線抵抗体間の接合部または電圧非直線抵抗体と端子金具
との接合部の接合は、回転および荷重を加えながら、ハ
ンダ材に熱源を当てて接合する。
【0013】請求項3の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットは、請求項2の発明において、前記電圧非直線
抵抗体間の接合部または前記電圧非直線抵抗体と前記端
子金具との接合部の接合は、前記接合部と異なる部分で
前記電圧非直線抵抗体ユニットを支持して行うことを特
徴とする請求項2に記載の電圧非直線抵抗体ユニット。
【0014】請求項3の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットでは、請求項2の発明の作用に加え、電圧非直
線抵抗体間の接合部または電圧非直線抵抗体と端子金具
との接合部の接合は、所定の治具で接合部と異なる部分
を支持して行われる。
【0015】請求項4の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットは、請求項2の発明において、前記熱源とし
て、誘導加熱、集光加熱、ヒートファン、またはバーナ
ー熱を用いることを特徴とする。
【0016】請求項4の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットでは、請求項2の発明の作用に加え、誘導加
熱、集光加熱、ヒートファン、またはバーナー熱により
ハンダ材を溶融させて接合する。
【0017】請求項5の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットは、請求項3の発明において、前記熱源での加
熱条件は、最高温度までの昇温速度が10℃/min以
上であることを特徴とする。
【0018】請求項5の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットでは、請求項3の発明の作用に加え、接合部の
ハンダ材料の加熱は、最高温度までの昇温速度が10℃
/min以上で加熱する。
【0019】請求項6の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットは、請求項2の発明において、前記接合面に加
えられる垂直荷重は、5kgf以上であることを特徴と
する。
【0020】請求項6の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットでは、請求項2の発明の作用に加え、接合面に
は、5kgf以上の垂直荷重を加える。
【0021】請求項7の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直線
抵抗体同士を接合する際、一方の大きい接合面の直径を
R1、他方の小さい方の接合面の直径をR2とすると
き、(R1−R2)/R2≦0.05の範囲にあること
を特徴とする。
【0022】請求項7の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、一方の大
きい接合面の直径をR1、他方の小さい方の接合面の直
径をR2とするとき、(R1−R2)/R2≦0.05
の範囲の大きさにして、電圧非直線抵抗体同士を接合す
る。
【0023】請求項8の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直線
抵抗体と前記端子金具を接合する際、前記電圧非直線抵
抗体の接合面の直径をR3、端子金具の接合面の直径を
R4とするとき、(R3−R4)/R4≦0.3の範囲
にあることを特徴とする。
【0024】請求項8の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、電圧非直
線抵抗体の接合面の直径をR3、端子金具の接合面の直
径をR4とするとき、(R3−R4)/R4≦0.3の
範囲にある大きさで、電圧非直線抵抗体と端子金具とを
接合する。
【0025】請求項9の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直線
抵抗体同士または前記電圧非直線抵抗体と前記端子金具
とを接合する際、一方の接合面の中心軸と他方の接合面
の中心軸のずれが接合面の小さい方の直径をR5とした
とき、0.1×R5以下の範囲内であることを特徴とす
る。
【0026】請求項9の発明に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、一方の接
合面の中心軸と他方の接合面の中心軸のずれが接合面の
小さい方の直径をR5としたとき、0.1×R5以下の
範囲内の大きさで、電圧非直線抵抗体同士または電圧非
直線抵抗体と端子金具とを接合する。
【0027】請求項10の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直
線抵抗体の厚さ方向の中央部の径をR6、端部の径をR
7としたとき、これらの比R6/R7が0.9<(R6
/R7)≦1の範囲にあることを特徴とする。
【0028】請求項10の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、電圧非
直線抵抗体の厚さ方向の中央部の径をR6、端部の径を
R7としたとき、これらの比R6/R7が0.9<(R
6/R7)≦1の範囲の大きさで電圧非直線抵抗体を接
合する。
【0029】請求項11の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直
線抵抗体の電極皮膜が形成された両端面の平行度が20
/100以内であることを特徴とする。
【0030】請求項11の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、電圧非
直線抵抗体の電極皮膜が形成された両端面の平行度が2
0/100以内で電圧非直線抵抗体を接合する。
【0031】請求項12の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直
線抵抗体はZnOを主成分とし、副成分としてビスマ
ス、コバルト、マンガン、アンチモン、ニッケルがそれ
ぞれBi2O、Co23、Sb23、NiOに換算し
て、Bi23は0.1〜5mol%、Co23は0.1
〜5mol%、MnOは0.1〜5mol%、Sb23
は0.1〜5mol%、NiOは0.1〜5mol%そ
れぞれ含有された基本成分に対して、ホウ素がB23
0.001〜1wt%、アルミニウムがAl3+に換算し
て0.05mol%以下含まれ、MnO/Sb23の比
が0.3〜1、Sb23/Bi23の比が1〜7である
ことを特徴とする。
【0032】請求項12の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、電圧非
直線抵抗体はZnOを主成分とし所定の副成分を含有し
た組成比を基に、気孔率を低減し素体強度を向上させた
焼結体を製造する。
【0033】請求項13の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直
線抵抗体は、前記焼結体の側面に無機系絶縁コーティン
グ材を予め具備したことを特徴とする。
【0034】請求項13の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、焼結体
の側面に予め無機系絶縁コーティング材を具備した電圧
非直線抵抗体を用いる。
【0035】請求項14の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項13の発明において、前記無機無
機系絶縁コーティング材は、ムライト(Al6Si
213)を主成分とし、AlPO4を5.0〜20wt
%、TiO2またはFe23が0.2〜5wt%含有し
た高抵抗層を有することを特徴とする。
【0036】請求項14の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項13の発明の作用に加え、電圧
非直線抵抗体の無機無機系絶縁コーティング材は、ムラ
イト(Al6Si213)を主成分とした高抵抗層とし焼
結体との密着強度を向上させる。
【0037】請求項15の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項13または請求項14の発明にお
いて、前記無機系絶縁コーティング材上に、さらにSi
2、Al23を主成分とした非晶質の高抵抗膜を有す
ることを特徴とする。
【0038】請求項15の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項13または請求項14の発明の
作用に加え、無機系絶縁コーティング材上に、さらにS
iO 2、Al23を主成分とした非晶質の高抵抗膜を形
成し、撥水性を向上させる。
【0039】請求項16の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直
線抵抗体の前記焼結体の表面粗さは、中心線平均粗さR
aで1〜2μmであることを特徴とする。
【0040】請求項16の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、中心線
平均粗さRaで1〜2μmとした電極被膜面を焼結体の
表面に形成する。
【0041】請求項17の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直
線抵抗体の前記焼結体の表面粗さを制御する際、研磨加
工またはブラスト加工を行うことを特徴とする。
【0042】請求項17の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、焼結体
の表面には、研磨加工またはブラスト加工により電極被
膜面が形成される。
【0043】請求項18の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記焼結体の
表面の気孔率が15%以下であることを特徴とする。
【0044】請求項18の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、焼結体
の表面の気孔率が15%以下であるように焼結体の表面
を形成する。
【0045】請求項19の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記焼結体に
形成する電極皮膜は、銀ペーストとしたことを特徴とす
る。
【0046】請求項19の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、焼結体
の表面に銀ペーストを設けて電極皮膜を形成する。
【0047】請求項20の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記焼結体に
形成する電極皮膜は、CuまたはCu合金層からなるこ
とを特徴とする。
【0048】請求項20の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用の加え、焼結体
の表面にCuまたはCu合金層を設けて電極皮膜を形成
する。
【0049】請求項21の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記焼結体に
形成する電極皮膜は、第1の層としてAlまたはAl合
金、第2の層としてCuまたはCu合金からなる複数層
で構成される電極皮膜からなることを特徴とする。
【0050】請求項21の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、焼結体
の表面に第1の層としてAlまたはAl合金、第2の層
としてCuまたはCu合金からなる複数層を設けて電極
皮膜を形成する。
【0051】請求項22の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記電極皮膜
の厚さは、300μm以下であることを特徴とする。
【0052】請求項22の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、焼結体
の表面に300μm以下の電極皮膜を形成する。
【0053】請求項23の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記電圧非直
線抵抗体の電極皮膜は、アーク溶射法、プラズマ溶射
法、高速ガス炎溶射法、または高速吹き付け法で形成さ
せることを特徴とする。
【0054】請求項23の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、アーク
溶射法、プラズマ溶射法、高速ガス炎溶射法、または高
速吹き付け法により電極被膜を形成する。
【0055】請求項24の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記ハンダ材
は、鉛の含有量が0.1wt%以下であることを特徴と
する。
【0056】請求項24の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、鉛の含
有量が0.1wt%以下のハンダ材を使用する。これに
より環境汚染を防止する。
【0057】請求項25の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記ハンダ材
は、融点が210℃以上の特性をもつことを特徴とす
る。
【0058】請求項25の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、融点が
210℃以上のハンダ材を使用する。これにより、高温
環境下でも安定的な接合強度を保つ。
【0059】請求項26の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記ハンダ材
は、Snを主成分とし、副成分としてCu、Ag、Sb
のうち少なくとも1つを含有し、Snは70〜99%、
Agは3〜20%、CuおよびSbは5%以下であるこ
とを特徴とする。
【0060】請求項26の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、Snを
主成分とし所定の副成分を含有したハンダ材を使用し、
ヤング率および引っ張り強度を保つ。
【0061】請求項27の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記ハンダ材
は、直径が60μm以下の球状からなる低融点金属部と
塩化亜鉛とを主成分とするフラックス部から構成された
ペースト状ハンダ材を用いたことを特徴とする。
【0062】請求項27の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、直径が
60μm以下の球状からなる低融点金属部と塩化亜鉛と
を主成分とするフラックス部から構成されたペースト状
ハンダ材を用いる。これにより、電圧非直線抵抗体の製
造を容易にする。
【0063】請求項28の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項27の発明において、前記低融点
金属からなる層の厚さは、300μm以下であることを
特徴とする。
【0064】請求項28の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項27の発明の作用に加え、ペー
スト状のハンダ材の低融点金属層の厚さは300μm以
下とする。
【0065】請求項29の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記ハンダ材
は、前記電圧非直線抵抗体と前記端子金具との接合外周
面全体に行き渡り、前記端子金具の側面から前記電圧非
直線抵抗体の接合面まで連続的に円弧状に滑らかに形成
されていることを特徴とする。
【0066】請求項29の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、端子金
具の側面から電圧非直線抵抗体の接合面まで連続的に円
弧状に滑らかに形成されているので、ハンダ材は電圧非
直線抵抗体と端子金具との接合外周面全体に行き渡る。
【0067】請求項30の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項27の発明において、前記ペース
ト状ハンダ材は、前記電圧非直線抵抗体の接合する面の
面積の60〜90%を占め、かつ塗布厚さが0.2〜1
mmに形成され、かつ接合する面の面積の60〜70%
の範囲においては塗布厚さがその範囲での終端を結んだ
直線より上にあり、80〜90%の範囲においては塗布
厚さがその範囲での終端を結んだ直線より下にあること
を特徴とする。
【0068】請求項30の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項27の発明の作用に加え、ペー
スト状ハンダ材は、電圧非直線抵抗体の接合する面にお
いて所定の条件を満たすように接合される。これによ
り、接合面での接合強度を確保する。
【0069】請求項31の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記端子金具
は、鋼、銅、または銅合金であることを特徴とする。
【0070】請求項31の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、端子金
具は、鋼、銅、または銅合金で形成し所定の接合強度を
確保する。
【0071】請求項32の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記端子金具
は、鋼、銅、銅合金、アルミ、またはアルミ合金に、N
i、Sn、またはZnからなるメッキを施したことを特
徴とする。
【0072】請求項32の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、端子金
具は、鋼、銅、銅合金、アルミ、またはアルミ合金に、
Ni、Sn、またはZnからなるメッキを施したもので
形成し、所定の接合強度を確保する。
【0073】請求項33の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記端子金具
は、電圧非直線抵抗体と接合する面は円板状で接合面と
反対側の面の中心部に接合面側の端子金具の直径の1/
3以上の直径を持つ突起状のネジ部を備えたことを特徴
とする。
【0074】請求項33の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、端子金
具と電圧非直線抵抗体とは、接合面側の中心部に設けら
れた突起状のネジ部で結合される。
【0075】請求項34の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記端子金具
は、接合面からの厚さが2mm以上であることを特徴と
する。
【0076】請求項34の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、接合面
からの厚さが2mm以上の端子金具を使用する。
【0077】請求項35の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットは、請求項1の発明において、前記端子金具
の接合面の円周部は、C加工またはR加工されているこ
とを特徴とする。
【0078】請求項35の発明に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットでは、請求項1の発明の作用に加え、端子金
具の接合面の円周部にはC加工またはR加工を施す。
【0079】請求項36の発明に係わる避雷器ユニット
は、前記請求項1乃至請求項35のいずれか一に記載の
電圧非直線抵抗体ユニットと、前記電圧非直線抵抗体ユ
ニットの両端部の端子金具以外の部分を被覆する熱硬化
性の多孔状絶縁性チューブと、前記電圧非直線抵抗体ユ
ニットの端子金具部分に配置され前記多孔状絶縁性チュ
ーブの端部を挟み込む金属円板と、前記金属円板を介し
て設けられた第2の端子金具と、前記多孔状絶縁性チュ
ーブの外周を被覆する弾性絶縁性被覆体とを備えたこと
を特徴とする。
【0080】請求項36の発明に係わる避雷器ユニット
は、請求項1乃至請求項35のいずれか一に記載の電圧
非直線抵抗体ユニットの両端部の端子金具以外の部分を
熱硬化性の多孔状絶縁性チューブで被覆し、多孔状絶縁
性チューブの端部を挟み込む金属円板を電圧非直線抵抗
体ユニットの端子金具部分に配置する。そして、金属円
板を介して第2の端子金具を設け、弾性絶縁性被覆体で
多孔状絶縁性チューブの外周を被覆して形成される。
【0081】請求項37の発明に係わる避雷器ユニット
は、請求項36の発明において、前記金属円板は、前記
電圧非直線抵抗体ユニットの前記端子金具と対向する側
に凸状の突起物を多数備えることを特徴とする。
【0082】請求項37の発明に係わる避雷器ユニット
では、請求項36の発明の作用に加え、金属円板の突起
物により、さらに多孔状絶縁性チューブを強固に挟みこ
む。
【0083】請求項38の発明に係わる避雷器ユニット
は、請求項36の発明において、前記第2の端子金具
は、前記電圧非直線抵抗体ユニットの端子金具とネジ接
続し、接合底部から円柱状に延び、上面側は中心部が凸
部または凹部からなるネジ部を備えたことを特徴とす
る。
【0084】請求項38の発明に係わる避雷器ユニット
では、請求項36の発明の作用に加え、電圧非直線抵抗
体ユニットの端子金具とネジ接続して、避雷器ユニット
の第2の端子金具は取り付けられる。
【0085】請求項39の発明に係わる避雷器ユニット
は、請求項36の発明において、前記第2の端子金具の
側面部の表面粗さは、中心線平均表面粗さRaで100
μm以上であることを特徴とする。
【0086】請求項39の発明に係わる避雷器ユニット
では、請求項36の発明の発明において、第2の端子金
具の側面部の表面粗さにより、弾性絶縁性被覆体の食い
つきが良くし、弾性絶縁性被覆体の剥離を防止する。
【0087】請求項40の発明に係わる避雷器ユニット
は、請求項36の発明において、前記弾性絶縁性被覆体
は、一方向に肉薄部を備えたことを特徴とする。
【0088】請求項40の発明に係わる避雷器ユニット
では、請求項36の発明の発明の作用に加え、弾性絶縁
性被覆体の肉薄部により、アークの放出を1方向に制御
する。
【0089】請求項41の発明に係わる避雷器ユニット
は、請求項40の発明において、前記肉薄部は、円形状
またはスリット状で縦方向に1つ以上有することを特徴
とする。
【0090】請求項41の発明に係わる避雷器ユニット
では、請求項40の発明の作用に加え、円形状またはス
リット状の縦方向の肉薄部により、アークの放出を制御
する。
【0091】請求項42の発明に係わる避雷器ユニット
は、請求項36の発明において、前記多孔状絶縁性チュ
ーブおよび前記弾性絶縁性被覆体を、200℃以下で硬
化させることを特徴とする。
【0092】請求項42の発明に係わる避雷器ユニット
では、請求項36の発明の作用に加え、多孔状絶縁性チ
ューブおよび弾性絶縁性被覆体は所定の熱を加えられて
硬化する。
【0093】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1は、本発明の実施の形態に係わる電圧非直線
抵抗体ユニットの説明図である。この電圧非直線抵抗体
ユニット1は、柱状変圧器内部や配電盤内部に取り付け
ることが可能である。
【0094】電圧非直線抵抗体ユニット1は、1個また
は複数個の電圧非直線抵抗体2を積層し、その両端部に
突起状のネジ部を有した端子金具4が取り付けられて形
成される。そして、各々の電圧非直線抵抗体2の間およ
び電圧非直線抵抗体2と端子金具4との間にハンダ材3
が配置されている。図1では、5個の電圧非直線抵抗体
2を積層した電圧非直線抵抗体ユニット1を示してい
る。
【0095】各々の電圧非直線抵抗体2は以下のように
形成される。主成分ZnOに、副成分としてBiなどの
微量添加物を所定量秤量して原料とする。この原料を水
および分散剤などの有機バインダーとともに混合装置に
て混合する。次に、混合物を例えばスプレードライヤー
で所定の粒径例えば100μmに噴霧造粒する。そし
て、この造粒粉を金型に入れ加圧し、円柱状に成形する
ことで成形体を得る。
【0096】こうして得られた成形体は、添加した有機
バインダー類を除去するために空気中で例えば500℃
で焼成し、さらに空気中1200℃で2時間焼成するこ
とにより、図2に示す様に焼結体5を得ることができ
る。そして、焼結体5の両端面を表面粗さが中心線平均
粗さRaで1〜2μmの範囲に入る砥石を用いて研磨加
工して電極被膜面を形成する。また、所定の配合で予め
調整しておいた銀ペースト6を両端面に塗布して電極被
膜層を形成した電圧非直線抵抗体2を得る。
【0097】この後に、さらに電圧非直線抵抗体2の電
極皮膜が形成された面にハンダ材3を配置し、所定個数
たとえば5個とその両端面に所定形状の端子金具4を重
ねる。さらに、図3および図4に示すようにしてハンダ
材3を溶融させる。図3は、本発明の実施の形態に係わ
る電圧非直線抵抗体ユニットの製作時の正面図であり、
図4はその平面図である。
【0098】図3および図4に示すように、支持台7お
よび支持棒8を用い、電圧非直線抵抗2間や電圧非直線
抵抗2と端子金具4との間の接合面と異なる部分で電極
非直線抵抗体2に接し、電極非直線抵抗体ユニット1を
支持するようにセッティングする。そして、ハンダ材3
が配置された接合部の局所部に熱源9を当てて加熱し、
回転を加えながら接合と垂直方向に荷重を加える。この
場合、最高温度までの昇温速度が60℃/minで昇温
させ、ハンダ材3の融点より30℃以上までに最高温度
を上げ、その後10℃/minで降温させ電圧非直線抵
抗体ユニット1を得る。
【0099】以上のようにして得られた電圧非直線抵抗
体ユニット1の電気特性については、電圧非直線抵抗体
2を従来通り5個積層し、絶縁物を介して設置した場合
と同じ特性が得られることを確認した。以上の説明で
は、電圧非直線抵抗体2を製造する際に、焼結体5の表
面粗さを砥石を用いて制御したが、研磨後に所定の粒径
の粉体を用いてブラスト加工するようにしても良い。そ
の場合には、さらに均一な制御が可能となる。
【0100】また、焼結体5の表面の気孔率が15%以
下であると素体の強度が向上し、砥石研磨およびブラス
ト加工する際に素体が脱粒を起こさない様になり、電極
皮膜を形成する時の素体面と電極皮膜面との接合強度が
良好になる。これらの制御の他に、焼成時の昇温速度や
保持時間、バインダーの配合比などがあるが電圧非直線
抵抗体2を構成する組成比を選択することが最も効果が
ある。
【0101】すなわち、電圧非直線抵抗体2を構成する
組成比を以下のように選択する。ZnOを主成分とし、
副成分としてビスマス、コバルト、マンガン、アンチモ
ン、ニッケルがそれぞれBi2O、Co23、Sb
23、NiOに換算して、Bi2 3は0.1〜5mol
%、Co23は0.1〜5mol%、MnOは0.1〜
5mol%、Sb23は0.1〜5mol%、NiOは
0.1〜5mol%それぞれ含有された基本成分に対し
て、ホウ素がB23に0.001〜1wt%、アルミニ
ウムがAl3+に換算して0.05mol%以下含まれ、
MnO/Sb23の比が0.3〜1、Sb23/Bi2
3の比が1〜7からなる組成比を基に焼結体5を製造
する。
【0102】このようにして製造された焼結体は、その
気孔率を低減でき、素体強度を向上させることができ
る。そのため、砥石研磨およびブラスト加工する際に素
体が脱粒を起こしにくくなり、電極皮膜を形成する面と
電極皮膜面の接合強度が良好になる。
【0103】電圧非直線抵抗体2は、図2に示したもの
他に、図5に示す様に形成しても良い。すなわち、焼結
体5の側面に低融点ガラスを主成分とする無機系絶縁コ
ーティング材10を塗布して焼き付け、所定の表面粗さ
で両面を研磨して電極皮膜面を形成させる。そして、銀
ペースト6の代わりにアーク放電を利用したアーク溶射
によりCu電極皮膜11を形成させ電圧非直線抵抗体2
を得る。
【0104】このようにして得られた電圧非直線抵抗体
2は側面の無機系絶縁コーティング材10により放電時
の絶縁特性に優れ耐量特性が向上する。またCu電極皮
膜11は導電率に優れているため、放電時に発熱が抑え
られハンダ材3に与える熱的ストレスを抑制することが
できる。
【0105】ここでは、銀ペースト6の代わりにCu電
極皮膜11をアーク溶射法を用いて形成させたが、電極
皮膜材料としてCu合金、例えばCu−Zn合金を用い
てプラズマ熱源で材料を溶融させ、素体表面に電極皮膜
を形成させるプラズマ溶射法、または高速ガス炎を利用
して溶融させた材料を高速で、素体表面に付着させるこ
とによって電極皮膜を形成させる高速ガス炎溶射法また
は高速で材料を吹き付け、素体表面に電極皮膜を形成さ
せる高速吹きつけ法によって電極皮膜を形成させても同
様の効果がある。
【0106】さらに、図6に示すよなうに電圧非直線抵
抗体2を形成し、放電耐量特性と接合強度を向上させる
ようにしても良い。すなわち、焼結体5の側面に側面絶
縁コーティング材として、ムライトを主成分とし第一り
ん酸アルミと、TiO2またはFe23を所定量加え4
00℃で焼付けを行い、ムライトを主成分としAlPO
4を5.0〜20wt%,TiO2またはFe23が0.
2〜5wt%含有した高抵抗層12を焼結体側面に形成
させる。また、必要に応じて、高抵抗層12の上に、さ
らにSiO2、Al23を主成分とした非晶質の高抵抗
膜15を形成させる。
【0107】一方、焼結体5を所定の表面粗さで研磨
し、この研磨面にプラズマ溶射法にて第1の電極皮膜1
3としてAlまたはAl合金を、さらにこの上に第2の
電極皮膜14としてCuまたはCu合金からなる層を形
成させ、電圧非直線抵抗体2を得る。
【0108】これにより、側面絶縁コーティングに上述
の高抵抗層12の無機コーティング材を用いるので、焼
結体5との密着強度が向上する。また、側面絶縁コーテ
ィング材の気孔率が減少するので、放電耐量に優れた電
圧非直線抵抗体2を提供することができる。また、高抵
抗膜15を設けた場合には、撥水性が向上し耐湿特性に
優れた電圧非直線抵抗体2を提供できる。
【0109】また、第1の電極被膜13として、融点の
低くヤング率の小さいアルミまたはアルミ合金を用い、
第2の電極被膜14であるCuまたはCu合金からなる
層の間に介在させるこので、接合強度のより安定した電
圧非直線抵抗体2を提供することができる。
【0110】以上の説明では、電極皮膜を形成させる材
質や側面絶縁コーティング材を備えた電圧非直線抵抗体
2を用いることにより、接合強度と放電耐量特性につい
て説明したが、電極皮膜を形成させる状態や電極皮膜の
厚さも放電耐量特性に影響する。そこで、図2の電圧非
直線抵抗体2を用い予め電極皮膜の厚さの異なる電圧非
直線抵抗体ユニットを作製し放電耐量特性の関係を調べ
た。
【0111】図7は、本発明の実施の形態における電極
皮膜の厚さと放電耐量との関係を示すグラフである。横
軸に電極皮膜の厚さを、縦軸にインパルス電流を通電し
たときの破壊前の電流値をプロットした。図7から明ら
かなように電極皮膜の厚さが300μmを超えると放電
耐量特性は大きく低下する。上述の例では図2に示した
電圧非直線抵抗体2を用いた例を挙げたが、その他の図
5や図6の電圧非直線抵抗体2を用いても同様の効果が
あることを確認した。
【0112】次に、電圧非直線抵抗体ユニット1の接合
強度を調べるため、引張試験を行った。具体的には、端
子金具4に設けたタップに治具を取り付け、引張り強度
を測定した。比較例(従来例)としては、導電性材料と
して銀粉末、ガラス粉末、有機バインダーからなる導電
性ペーストを用い、電圧非直線抵抗体2を接合した電圧
非直線抵抗体ユニット1を用意した。一方、本発明とし
ては、図2の電圧非直線抵抗体2(銀ペースト+ハン
ダ)、図5の電圧非直線抵抗体2(Cu+ハンダ)、図
6の電圧非直線抵抗体2(Al+Cu/Zn+ハンダ)
を用いて作製した電圧非直線抵抗体ユニット1を用意し
比較試験を行った。
【0113】図8にその比較結果を示す。図8で黒丸は
平均値であり、上下の直線はばらつきを示している。図
8から明らかなように、導電性材料として銀粉末、ガラ
ス粉末、有機バインダーからなる導電性ペーストを用い
た従来例では、強度は0.5MPa程度であるのに対
し、本発明による電圧非直線抵抗体ユニット1の接合強
度は電圧非直線抵抗体2に銀ペーストを用いた場合は
1.0MPa程度、Cu電極皮膜の場合は1.2Ma程
度、Al溶射膜/Cu−Zn溶射膜の場合は1.4MP
a以上と高く、良好な特性であることがわかる。
【0114】以上述べた電圧非直線抵抗体ユニット1の
例では、図3および図4に示すような支持台7や支持棒
8の治具を用いて得た電圧非直線抵抗体ユニット1を使
用しているが、製造方法の違いや端子金具の形状、接合
状態の形状などにより放電耐量特性は大きく異なる。す
なわち、電圧非直線抵抗体2を接合する際に、図3およ
び図4に示すような支持台7や支持棒8の治具を用いな
い場合には、電圧非直線抵抗体2同士の接合のずれや電
圧非直線抵抗体2と端子金具4の接合のずれが生じ、放
電耐量特性が低下する。そこで、接合のずれと放電耐量
特性との関係を調べた。
【0115】図9は、電圧非直線抵抗体2同士のずれと
放電耐量との関係を示すグラフである。図9では、図3
および図4に示すような支持台7や支持棒8の治具を用
いずに電圧非直線抵抗体2を接合し、端子金具4を接合
せずに放電耐量試験を行った。電圧非直線抵抗体2の大
きい方の直径をR1、小さい方の直径をR2とし、横軸
に(R1−R2)/R2をとり、縦軸にインパルス電流
を通電したときの破壊前の電流値をプロットした。図9
から明らかなように、(R1−R2)/R2が0.05
を超えると放電耐量特性は大きく低下する。
【0116】また、図10は、端子金具4および電圧非
直線抵抗体2の位置と放電耐量との関係を示すグラフで
ある。図10では、電圧非直線抵抗体2の部分には、図
3および図4に示すような支持台7や支持棒8の治具を
セットして固定し、端子金具4の接合部には治具をセッ
トフリーにして接合し放電耐量試験を行った。端子金具
4の直径をR3、電圧非直線抵抗体2の接合面の直径を
R4とし、横軸に(R3−R4)/R4をとり、縦軸に
インパルス電流を通電したときの破壊前の電流値をプロ
ットした。図10から明らかなように、端子金具4の直
径が電圧非直線抵抗体2の径より大きい場合には放電耐
量特性は低下し、(R3−R4)/R4が0.3を超え
るとき放電耐量特性は大きく低下する。
【0117】また、図11は、電圧非直線抵抗体の接合
部の中心部からのずれと放電耐量との関係を示すグラフ
である。図11では、一方の接合面の小さい方の直径を
R5とし、一方の接合面の中心軸と他方の接合面の中心
軸のずれの差を横軸にとり、縦軸にインパルス電流を通
電したときの破壊前の電流値をプロットした。図11か
ら明らかなように接合間のずれの差が0.1×R5より
大きい場合に放電耐量特性は大きく低下する。
【0118】次に、電圧非直線抵抗体ユニット1の放電
耐量特性に与える影響は、接合時のずれおよび端子金具
4の形状や製造条件の他に、電圧非直線抵抗体2自体の
形状が考えられる。そこで、電圧非直線抵抗体2の形状
と放電耐量との関係を調べた。
【0119】図12は、電圧非直線抵抗体2の形状と放
電耐量との関係を示すグラフである。図12では、電圧
非直線抵抗体2の厚さ方向の中央部の径をR6、端部の
径をR7とし、これらの比R6/R7を測定した後、図
3および図4に示すような支持台7や支持棒8の治具を
用いてセッティングし、電圧非直線抵抗体ユニット1を
作製した。そして、その電圧非直線抵抗体ユニット1に
対して試験を行った。横軸にこれらの比R6/R7を取
り、縦軸にインパルス電流を通電したときの破壊前の電
流値をプロットした。図12から明らかなように、R6
/R7が0.9≦R6/R7≦1の範囲を超えると放電
耐量特性は大きく低下する。
【0120】また、電圧比直線抵抗体2の側面の形状だ
けでなく両端面の平行度も放電耐量特性と密接な関係が
ある。そこで、電圧非直線抵抗体2の平行度と放電耐量
との関係を調べた。図13は、電圧非直線抵抗体2の平
行度と放電耐量との関係を示すグラフである。図13か
ら明らかなように平行度が20/100を超えると放電
耐量特性は大きく低下する。
【0121】次に、特殊なハンダ材3を使った場合の電
圧非直線抵抗体2について説明する。一般に、ハンダ材
3にはSn−Pb系共晶ハンダが用いられている。ハン
ダ材3として、Pb含有量が少ないものを使用すること
は、環境汚染を防止する点から好ましい。そこで、Pb
の含有量が0.1wt%以下で融点が210℃以上のハ
ンダ材3を用い環境に優れた電圧非直線抵抗体ユニット
1を提供する。
【0122】すなわち、ハンダ材の中でSnを主成分と
し、Cu、Ag、Sbのうち少なくとも1つを含有し、
Snが70〜99%、Agが3〜20%、Cu、Sbが
5%以下の範囲にある低融点金属部から構成されている
ハンダ材を使用する。このハンダ材3は、特にヤング率
および引っ張り強度に優れ、これらのハンダ材を使用し
た電圧非直線抵抗体ユニット1は高温環境下でも安定的
な接合強度を有することになる。
【0123】このハンダ材3および一般的な低融点金属
であるSn60%−Pb40%の従来のハンダ材を用い
た電圧非直線抵抗体ユニット1の120℃時における接
合強度の違いを比較例と共に試験した。表1に示すよう
に、比較例を含め16通りのハンダ材3を用意し電圧非
直線抵抗体ユニット1の接合強度を試験した。なお、表
1の*は比較例を示す。
【0124】
【表1】
【0125】ここで、試験に当たり、表1に示す各々の
ハンダ材3を円板状の箔にし、図6に示す電圧非直線抵
抗体2と端子金具4との間に配置してフラックスを塗布
し、図3および図4に示す支持台7や支持棒8の治具を
用いて、所定の条件で加熱し、電圧非直線抵抗体ユニッ
ト1を作製した。具体的には、端子金具4に設けたタッ
プに治具を取り付け、120℃の恒温層に入れて引張り
強度を測定した。以上の試験結果は表1に示すとおりで
ある。
【0126】表1から明らかなように、Pbが0.1%
以下でありAgを3〜20%、またはCuおよびSbが
5%以下含み、残部がSnである電圧非直線抵抗体ユニ
ット1では、高温下での接合強度が0.85MPaと強
度特性に優れ、さらに安定性にも優れた電圧非直線抵抗
体ユニット1を提供することができる。
【0127】以上の説明では、ハンダ材3として低融点
金属箔を用いて電圧非直線抵抗体2の電極皮膜形成面上
にフラックスを塗布し接合をしているが、低融点金属と
フラックスとを一体化しペースト状にしたハンダ材を使
用することも可能である。このペースト状ハンダは、直
径60μm以下の球状の低融点金属部と塩化亜鉛とを主
成分とするフラックス部からなることが好ましい。この
ペースト状ハンダ材を使用することにより作業効率が向
上する。
【0128】図14は、ペースト状ハンダ材中の低融点
金属の直径と接合強度との関係を示すグラフである。図
14から明らかなように、低融点金属部の直径が60μ
mより大きいと、フラックスが先に揮発してしまい濡れ
性が悪くなるため接合強度が低下する。
【0129】図15は、ペースト状ハンダ材中の低融点
金属の厚さと接合強度との関係を示すグラフである。図
15では、ペースト状ハンダを電圧非直線抵抗体2に塗
布し所定の条件で接合したときの低融点金属の厚さと放
電耐量特性との関係を示している。図15から明らかな
ように、低融点金属の厚みが300μmを超えると放電
耐量特性は大幅に低下する。
【0130】次に、図16は、ペースト状ハンダ材の塗
布条件と放電耐量との関係を示すグラフである。図16
の斜線部内の放電耐量特性は100kA以上の領域であ
る。図16に示すように、ペースト状ハンダ材は電圧非
直線抵抗体2の接合する面の面積の60〜90%を占
め、かつ塗布厚さが0.2〜1mmに形成され、かつ接
合する面の面積の60〜70%の範囲においては、塗布
厚さがその範囲での終端を結んだ直線より上にあり、8
0〜90%の範囲においては塗布厚さがその範囲での終
端を結んだ直線より下にあるように塗布条件を設定する
ことにより、接合後の低融点金属厚さを300μmに制
御することが可能である。
【0131】図16の斜線部内の塗布条件でペースト状
ハンダを塗布することにより、放電耐量特性に優れた電
圧非直線抵抗体2を提供することができる。さらに接合
時に接合面と垂直方向に荷重をかけながら熱源を当て接
合することは接合強度向上に有効な手段である。
【0132】図17は、電圧非直線抵抗体ユニット1の
製造時の押し付け荷重と接合強度との関係を示すグラフ
である。図17では、横軸に接合時の押し付け圧力、縦
軸に接合強度を示している。図17から明らかなよう
に、接合時の押し付け圧力が5kgf以上あれば、接合
強度は、1.0MPaと接合強度が高く、優れたZnO
素子ユニットを提供することができる。これは、接合時
荷重をかけながら加熱することによりハンダ中の気孔が
低減できるためと考えられる。
【0133】また、接合後のハンダ材の形状も大きく接
合強度に影響する。すなわち、電圧非直線抵抗体2と端
子金具4との接合外周面にハンダ材3が全体に行き渡
り、端子金具4の側面から電圧非直線抵抗体2の接合面
まで連続的に円弧状に滑らかに形成されていることが必
要であり、これらの形状を達成するためにはハンダ材3
を接合する際に、接合部の局所部に熱源を当て、回転を
加えながら接合する方法が良い。
【0134】これは、接合部の局所部に集中的に熱源を
加えることによって、電圧非直線抵抗体2に熱を奪われ
ず、効率的にハンダ材3を溶融することができるからで
ある。また、回転を加えることにより、接合部に均一に
熱を伝えることができ、連続的に円弧状に滑らかな形状
に施工することができる。このとき、荷重を加えながら
接合することによって一層の効果を示すことができる。
【0135】このとき、熱源9として端子金具4の周囲
にコイルを配し、高周波電流を利用した誘導加熱、ハロ
ゲンランプ等の熱源を利用した集光加熱、バーナーを利
用したバーナー熱、電熱線を利用したヒートファンを採
用することによって発生する熱を局所的に制御すること
ができる。
【0136】次に、これらの加熱条件について説明す
る。上記の熱源を利用することによって昇温速度を速く
することができる。昇温速度が遅ければフラックスが先
に揮発してしまい低融点金属と基材を十分に濡らすこと
ができないためである。図18に昇温速度と接合強度の
関係を示す。図18から明らかなように昇温速度が10
℃/min以下である場合接合強度は大きく低下する。
【0137】次に、端子金具4の材質およびその形状が
電圧非直線抵抗体2にもたらす影響について説明する。
端子金具4は、鋼、銅、銅合金であることが望ましい。
これらを用いた電圧非直線抵抗体ユニット1と比較例と
してアルミ材を用いた電圧非直線抵抗体ユニット1の接
合強度を調べた。試験方法は端子金具4に設けたタップ
に治具を取り付け、引張り強度を測定した。その結果を
表2に示す。表2中の*は比較例を示す。
【0138】
【表2】
【0139】この結果から明らかなように鋼、銅、銅合
金を用いた端子金具4を接合したとき、接合強度は、
1.0MPa以上となり、接合強度が高く優れたZnO
素子ユニットを提供することができる。また表2に示し
た実施例2〜5以外の鋼、銅、銅合金でも同様の効果を
得ることを確認した。
【0140】上述の実施例2〜5では、端子金具4にア
ルミ材を用いると接合強度は大きく低下するが、端子金
具4にメッキ処理を行うことで接合強度を向上させるこ
とができる。すなわち、アルミ、アルミ合金からなる端
子金具4にNi、Sn、またはZnメッキを行った後、
電圧非直線抵抗体ユニット1を作製した。以上のように
して得られた電圧非直線抵抗体ユニット1について、上
述の実施例2〜5と同様に接合強度を試験した。その結
果を表3に示す。
【0141】
【表3】
【0142】この結果から明らかなように、端子金具4
にNi、Sn、またはZnメッキを行うことにより、接
合強度は1.0MPa以上となり、接合強度が高く優れ
たZnO素子ユニットを提供することができる。また、
表3に示した実施例1〜3以外の材質、アルミ、アルミ
合金、鋼、銅、または、銅合金でも同様の効果を得るこ
とを確認した。
【0143】次に、端子金具4の形状が電圧非直線抵抗
体2にもたらす影響について説明する。端子金具4の構
造は電圧非直線抵抗体2の形状に合わせて、接合面は円
板状に加工し、接合面と反対側の面の中心部に接合部の
端子金具4の1/3以上の口径を持った突起状のネジ部
を備えた端子金具4を電圧非直線抵抗体ユニット1に適
用する。これにより、これらの端子金具4の上に、後述
の第2の端子金具をネジ止めした避雷器ユニットを作製
することができる。この場合、上述の突起状のネジ部の
口径が接合部の端子金具の1/3以上を必要とするの
は、横方向に荷重がかかった場合の変形を防ぐためであ
る。
【0144】また端子金具4の電圧非直線抵抗体2の接
合面からの最小厚さが接合強度に与える影響について調
べた。具体的には、取り付け部分の厚さを変えた複数個
の電圧非直線抵抗体ユニット1を作製し試験を行った。
試験方法は端子金具4に設けたタップに治具を取り付
け、引張り強度を測定した。その結果を図19に示す。
図19では、横軸に端子金具の最小厚さ、縦軸に接合強
度を示している。この結果から明らかなように、端子金
具4の接合部分の最小厚さを2mm以上とすることによ
り、接合強度は、1.0MPa以上となり、接合強度が
高く優れたZnO素子ユニットを提供することができ
る。
【0145】端子金具4については、接合面周囲をC加
工したもの、またはR加工することによって接合面周囲
に溝ができハンダ材3が溜まりやすくなり、端子金具4
の周囲に均一に行き渡ることができる。このため、接合
強度の安定した電圧非直線抵抗体ユニット1を提供する
ことができる。接合面周囲をC加工またはR加工した端
子金具4を用いて、得られた電圧非直線抵抗体ユニット
1について接合強度を調査した。その結果を表4に示
す。
【0146】
【表4】
【0147】この結果から明らかなように、端子金具4
の接合面の周囲をC加工またはR加工したことにより、
接合強度は1.0MPa以上となり、接合強度が高く優
れた電圧非直線抵抗体ユニットを提供することができ
る。これにより、電圧非直線抵抗体2を確実に接合する
ことができ、変電機器のコンパクト化に貢献できる電圧
非直線抵抗体ユニット1を提供することができる。
【0148】次に、これらの電圧非直線抵抗体を用いた
避雷器ユニットの実施の形態について説明する。図20
は、本発明の実施の形態に係わる避雷器ユニット16の
断面図である。この避雷器ユニット16は、柱状避雷
器、配電避雷器、送電線用避雷器などに適用することが
可能である。図20に示すように避雷器ユニット16
は、電圧非直線抵抗体ユニット1、電圧非直線抵抗体ユ
ニット1を覆う多孔状絶縁性チューブ17、貫通孔を有
した金属円板18、電圧非直線抵抗体ユニット1の端子
金具4に取り付けられる第2の端子金具19、第2の端
子金具19以外を覆う弾性絶縁性被覆体20から構成さ
れる。
【0149】電圧非直線抵抗体ユニット1は、上述の実
施の形態のいずれかで製造されたものを用いる。この電
圧非直線抵抗体ユニット1に熱硬化性の多孔状絶縁性チ
ューブ17を被覆し、電圧非直線抵抗体ユニット1の両
端側の端子金具4の突起状のネジ部に金属円板18を通
し、多孔状絶縁性チューブを挟みこむようにして第2の
端子金具19でネジ止めする。次に、これらを焼付け炉
に入れ200℃以下で熱硬化させ、ついで所定の形状の
金型にセッティングし弾性絶縁性被覆体20で被覆す
る。そして、これらを200℃以下で熱硬化させ避雷器
ユニット16を得る。
【0150】ここで、金属円板18は電圧非直線抵抗体
ユニット1と対向する側に凸状の突起物を多数備えるこ
とにより、さらに多孔状絶縁性チューブ17を強固に挟
みこむことができるようになる。また、複数個の避雷器
ユニット16を直列に配置する場合には、図21に示す
ように両側にネジ部21を備える第2の端子金具19を
用いる。すなわち、電圧非直線抵抗体ユニット1の端子
金具4とネジ接合でき、接合底部から円柱状に伸び上面
側の中心部が凹部からなるネジ部21を備えた第2の端
子金具19を使用する。これにより、避雷器ユニット1
6を直接直列に組み合わせることが可能になる。
【0151】さらに、第2の端子金具19の側面部を中
心線平均粗さで100μm以上とすることにより、弾性
絶縁性被覆体20の食いつきが良くなり、外力、周囲温
度、内部発熱の作用を受けても弾性絶縁性被覆体20が
剥離することなく剥離に起因する吸湿等の絶縁低下が発
生するようなことはない。
【0152】この避雷器ユニット16では、電圧非直線
抵抗体ユニット1に熱硬化性の多孔状絶縁性チューブ1
7を被覆している。これは過大サージが侵入し避雷器を
破壊した場合、避雷器の各部位が飛散することを防止す
るためである。また、過大サージの侵入時に内部圧力が
上昇するとき、その内部圧力を均一に分散させ、破壊時
の応力集中を防止するためである。
【0153】また弾性絶縁性被覆体20には、図22や
図23に示すように、1方向に肉薄部22が設けられて
いる。図22ではスリット状の縦方向の肉薄部22が設
けられ、図23では円形状に縦方向の肉薄部が形成され
ている。この肉薄部22を備えることによってアークの
放出を1方向に制御することが可能になる。
【0154】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極皮膜を形成した電圧非直線抵抗体間や両端面の端子
金具との間をハンダ材を用いて接合するので、コンパク
トで低コストの電圧非直線抵抗体ユニットを提供でき
る。また、電圧非直線抵抗体の接合強度が強固になり、
外力、周囲温度、内部発熱の作用を受けても剥離するこ
とがない電圧非直線抵抗体ユニットを提供できる。
【0155】また、これらの電圧非直線抵抗体ユニット
は構造的に完全に接合されているため、避雷器ユニット
の製造に当たって、多孔状絶縁性チューブや絶縁性弾性
被覆体で覆う際に、これらが接合界面に入り込まむこと
がなく、従って、電気特性を損なうことなく電圧印加時
に発生するコロナを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットの説明図。
【図2】本発明の実施の形態に係わる電圧非直線抵抗体
の一例を示す正面図。
【図3】本発明の実施の形態に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットの製作時の正面図。
【図4】本発明の実施の形態に係わる電圧非直線抵抗体
ユニットの製作時の平面図。
【図5】本発明の実施の形態に係わる電圧非直線抵抗体
の他の一例を示す正面図。
【図6】本発明の実施の形態に係わる電圧非直線抵抗体
の別の他の一例を示す正面図。
【図7】本発明の実施の形態における電極皮膜の厚さと
放電耐量との関係を示すグラフ。
【図8】本発明の実施の形態における電極皮膜の材質お
よび構造と引っ張り強度との関係を示すグラフ。
【図9】本発明の実施の形態における電圧非直線抵抗体
同士のずれと放電耐量との関係を示すグラフ。
【図10】本発明の実施の形態における端子金具および
電圧非直線抵抗体の位置と放電耐量との関係を示すグラ
フ。
【図11】本発明の実施の形態における電圧非直線抵抗
体の接合部の中心部からのずれと放電耐量との関係を示
すグラフ。
【図12】本発明の実施の形態における電圧非直線抵抗
体の形状と放電耐量との関係を示すグラフ。
【図13】本発明の実施の形態における電圧非直線抵抗
体の平行度と放電耐量との関係を示すグラフ。
【図14】本発明の実施の形態におけるペースト状ハン
ダ材中の低融点金属の直径と接合強度との関係を示すグ
ラフ。
【図15】本発明の実施の形態におけるペースト状ハン
ダ材中の低融点金属の厚さと接合強度との関係を示すグ
ラフ。
【図16】本発明の実施の形態におけるペースト状ハン
ダ材の塗布条件と放電耐量との関係を示すグラフ。
【図17】本発明の実施の形態に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットの製造時の押し付け荷重と接合強度との関係
を示すグラフ。
【図18】本発明の実施の形態に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットの接合時のハンダ加熱時の昇温速度と接合強
度との関係を示すグラフ。
【図19】本発明の実施の形態に係わる電圧非直線抵抗
体ユニットの端子金具の厚さと接合強度との関係を示す
グラフ。
【図20】本発明の実施の形態に係わる避雷器ユニット
を示す断面図。
【図21】本発明の実施の形態に係わる避雷器ユニット
の第2の端子金具の一例を示す正面図。
【図22】本発明の実施の形態に係わる避雷器ユニット
の弾性絶縁性被覆体の一例を示す断面図。
【図23】本発明の実施の形態に係わる避雷器ユニット
の弾性絶縁性被覆体の他の一例を示す断面図。
【符号の説明】
1 電圧非直線抵抗体ユニット 2 電圧非直線抵抗体
3 ハンダ材 4端子金具 5 焼結体 6 銀ペー
スト 7 支持台 8 支持棒 9 熱源 10 無機系絶縁コーティング材 11 Cu電極被膜
12 高抵抗層 13第1の電極皮膜 14 第2の
電極皮膜 15 高抵抗膜 16 避雷器ユニット 1
7 多孔状絶縁性チューブ 18 金属円板 19 第
2の端子金具 20 弾性絶縁性被覆体 21 ネジ部 22 肉薄部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石崎 義弘 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 清水 信行 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 鈴木 洋典 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 成田 広好 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 平野 嘉彦 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 安藤 秀泰 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 谷口 安彦 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 花井 正広 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 蝦名 雅彦 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 島上 圭祐 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 伊藤 義康 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 新藤 尊彦 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 Fターム(参考) 5E034 CA09 CB01 CC05 DB15 DC03 DC05 DD01 EA07 EB01 EB04 EB05 EC01 ED03

Claims (42)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原料を成形し焼結して円柱形とした焼結
    体の両端面を所定の表面粗さで制御することによって電
    極皮膜層を形成した1個または積層された複数個の電圧
    非直線抵抗体と、所定の形状に加工され前記電圧非直線
    抵抗体に取り付けられる端子金具と、前記電圧非直線抵
    抗体間および前記電圧非直線抵抗体と前記端子金具との
    間に配置され加熱することによりそれらを接合するため
    のハンダ材とを備えたことを特徴とする電圧非直線抵抗
    体ユニット。
  2. 【請求項2】 前記電圧非直線抵抗体間の接合部または
    前記電圧非直線抵抗体と前記端子金具との接合部の接合
    は、前記接合部の前記ハンダ材に熱源を当てて加熱し、
    回転を加えながら接合面に垂直に荷重を加え接合するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の電圧非直線抵抗体ユニ
    ット。
  3. 【請求項3】 前記電圧非直線抵抗体間の接合部または
    前記電圧非直線抵抗体と前記端子金具との接合部の接合
    は、前記接合部と異なる部分で前記電圧非直線抵抗体ユ
    ニットを支持して行うことを特徴とする請求項2に記載
    の電圧非直線抵抗体ユニット。
  4. 【請求項4】 前記熱源として、誘導加熱、集光加熱、
    ヒートファン、またはバーナー熱を用いることを特徴と
    する請求項2に記載の電圧非直線抵抗体ユニット。
  5. 【請求項5】 前記熱源での加熱条件は、最高温度まで
    の昇温速度が10℃/min以上であることを特徴とす
    る請求項3に記載の電圧非直線抵抗体ユニット。
  6. 【請求項6】 前記接合面に加えられる垂直荷重は、5
    kgf以上であることを特徴とする請求項2に記載の電
    圧非直線抵抗体ユニット。
  7. 【請求項7】 前記電圧非直線抵抗体同士を接合する
    際、一方の大きい接合面の直径をR1、他方の小さい方
    の接合面の直径をR2とするとき、(R1−R2)/R
    2≦0.05の範囲にあ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ユニット。
  8. 【請求項8】 前記電圧非直線抵抗体と前記端子金具を
    接合する際、前記電圧非直線抵抗体の接合面の直径をR
    3、端子金具の接合面の直径をR4とするとき、(R3
    −R4)/R4≦0.3の範囲にあ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ユニット。
  9. 【請求項9】 前記電圧非直線抵抗体同士または前記電
    圧非直線抵抗体と前記端子金具とを接合する際、一方の
    接合面の中心軸と他方の接合面の中心軸のずれが接合面
    の小さい方の直径をR5としたとき、0.1×R5以下
    の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の電圧
    非直線抵抗体ユニット。
  10. 【請求項10】 前記電圧非直線抵抗体の厚さ方向の中
    央部の径をR6、端部の径をR7としたとき、これらの
    比R6/R7が0.9<(R6/R7)≦1の範囲にあ
    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
    ユニット。
  11. 【請求項11】 前記電圧非直線抵抗体の電極皮膜が形
    成された両端面の平行度が20/100以内であること
    を特徴とする請求項1に記載の電圧非直線抵抗体ユニッ
    ト。
  12. 【請求項12】 前記電圧非直線抵抗体はZnOを主成
    分とし、副成分としてビスマス、コバルト、マンガン、
    アンチモン、ニッケルがそれぞれBi2O、Co23
    Sb23、NiOに換算して、Bi23は0.1〜5m
    ol%、Co 23は0.1〜5mol%、MnOは0.
    1〜5mol%、Sb23は0.1〜5mol%、Ni
    Oは0.1〜5mol%それぞれ含有された基本成分に
    対して、ホウ素がB23に0.001〜1wt%、アル
    ミニウムがAl3+に換算して0.05mol%以下含ま
    れ、MnO/Sb23の比が0.3〜1、Sb23/B
    23の比が1〜7であ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ユニット。
  13. 【請求項13】 前記電圧非直線抵抗体は、前記焼結体
    の側面に無機系絶縁コーティング材を予め具備したこと
    を特徴とする請求項1に記載の電圧非直線抵抗体ユニッ
    ト。
  14. 【請求項14】 前記無機無機系絶縁コーティング材
    は、ムライト(Al6Si213)を主成分とし、AlP
    4を5.0〜20wt%、TiO2またはFe23
    0.2〜5wt%含有した高抵抗層を有することを特徴
    とする請求項13に記載の電圧非直線抵抗体ユニット。
  15. 【請求項15】 前記無機系絶縁コーティング材上に、
    さらにSiO2、Al23を主成分とした非晶質の高抵
    抗膜を有することを特徴とする請求項13または請求項
    14に記載の電圧非直線抵抗体ユニット。
  16. 【請求項16】 前記電圧非直線抵抗体の前記焼結体の
    表面粗さは、中心線平均粗さRaで1〜2μmであるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の電圧非直線抵抗体ユニ
    ット。
  17. 【請求項17】 前記電圧非直線抵抗体の前記焼結体の
    表面粗さを制御する際、研磨加工またはブラスト加工を
    行うことを特徴とする請求項1に記載の電圧非直線抵抗
    体ユニット。
  18. 【請求項18】 前記焼結体の表面の気孔率が15%以
    下であることを特徴とする請求項1に記載の電圧非直線
    抵抗体ユニット。
  19. 【請求項19】 前記焼結体に形成する電極皮膜は、銀
    ペーストとしたことを特徴とする請求項1に記載の電圧
    非直線抵抗体ユニット。
  20. 【請求項20】 前記焼結体に形成する電極皮膜は、C
    uまたはCu合金層からな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ユニット。
  21. 【請求項21】 前記焼結体に形成する電極皮膜は、第
    1の層としてAlまたはAl合金、第2の層としてCu
    またはCu合金からなる複数層で構成される電極皮膜か
    らなることを特徴とする請求項1に記載の電圧非直線抵
    抗体ユニット。
  22. 【請求項22】 前記電極皮膜の厚さは、300μm以
    下であることを特徴とする請求項1に記載の電圧非直線
    抵抗体ユニット。
  23. 【請求項23】 前記電圧非直線抵抗体の電極皮膜は、
    アーク溶射法、プラズマ溶射法、高速ガス炎溶射法、ま
    たは高速吹き付け法で形成させ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ユニット。
  24. 【請求項24】 前記ハンダ材は、鉛の含有量が0.1
    wt%以下であることを特徴とする請求項1に記載の電
    圧非直線抵抗体ユニット。
  25. 【請求項25】 前記ハンダ材は、融点が210℃以上
    の特性をもつことを特徴とする請求項1に記載の電圧非
    直線抵抗体ユニット。
  26. 【請求項26】 前記ハンダ材は、Snを主成分とし、
    副成分としてCu、Ag、Sbのうち少なくとも1つを
    含有し、Snは70〜99%、Agは3〜20%、Cu
    およびSbは5%以下であ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ユニット。
  27. 【請求項27】 前記ハンダ材は、直径が60μm以下
    の球状からなる低融点金属部と塩化亜鉛とを主成分とす
    るフラックス部から構成されたペースト状ハンダ材を用
    いたことを特徴とする請求項1に記載の電圧非直線抵抗
    体ユニット。
  28. 【請求項28】 前記低融点金属からなる層の厚さは、
    300μm以下であることを特徴とする請求項27に記
    載の電圧非直線抵抗体ユニット。
  29. 【請求項29】 前記ハンダ材は、前記電圧非直線抵抗
    体と前記端子金具との接合外周面全体に行き渡り、前記
    端子金具の側面から前記電圧非直線抵抗体の接合面まで
    連続的に円弧状に滑らかに形成されていることを特徴と
    する請求項1に記載の電圧非直線抵抗体ユニット。
  30. 【請求項30】 前記ペースト状ハンダ材は、前記電圧
    非直線抵抗体の接合する面の面積の60〜90%を占
    め、かつ塗布厚さが0.2〜1mmに形成され、かつ接
    合する面の面積の60〜70%の範囲においては塗布厚
    さがその範囲での終端を結んだ直線より上にあり、80
    〜90%の範囲においては塗布厚さがその範囲での終端
    を結んだ直線より下にあることを特徴とする請求項27
    に記載の電圧非直線抵抗体ユニット。
  31. 【請求項31】 前記端子金具は、鋼、銅、または銅合
    金であることを特徴とする請求項1に記載の電圧非直線
    抵抗体ユニット。
  32. 【請求項32】 前記端子金具は、鋼、銅、銅合金、ア
    ルミ、またはアルミ合金に、Ni、Sn、またはZnか
    らなるメッキを施したことを特徴とする請求項1に記載
    の電圧非直線抵抗体ユニット。
  33. 【請求項33】 前記端子金具は、電圧非直線抵抗体と
    接合する面は円板状で接合面と反対側の面の中心部に接
    合面側の端子金具の直径の1/3以上の直径を持つ突起
    状のネジ部を備えたことを特徴とする請求項1に記載電
    圧非直線抵抗体ユニット。
  34. 【請求項34】 前記端子金具は、接合面からの厚さが
    2mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の電
    圧非直線抵抗体ユニット。
  35. 【請求項35】 前記端子金具の接合面の円周部は、C
    加工またはR加工されてい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ユニット。
  36. 【請求項36】 前記請求項1乃至請求項35のいずれ
    か一に記載の電圧非直線抵抗体ユニットと、前記電圧非
    直線抵抗体ユニットの両端部の端子金具以外の部分を被
    覆する熱硬化性の多孔状絶縁性チューブと、前記電圧非
    直線抵抗体ユニットの端子金具部分に配置され前記多孔
    状絶縁性チューブの端部を挟み込む金属円板と、前記金
    属円板を介して設けられた第2の端子金具と、前記多孔
    状絶縁性チューブの外周を被覆する弾性絶縁性被覆体と
    を備えたことを特徴とする避雷器ユニット。
  37. 【請求項37】 前記金属円板は、前記電圧非直線抵抗
    体ユニットの前記端子金具と対向する側に凸状の突起物
    を多数備えることを特徴とする請求項36に記載の避雷
    器ユニット。
  38. 【請求項38】 前記第2の端子金具は、前記電圧非直
    線抵抗体ユニットの端子金具とネジ接続し、接合底部か
    ら円柱状に延び、上面側は中心部が凸部または凹部から
    なるネジ部を備えたことを特徴とする請求項36に記載
    の避雷器ユニット。
  39. 【請求項39】 前記第2の端子金具の側面部の表面粗
    さは、中心線平均表面粗さRaで100μm以上である
    ことを特徴とする請求項36に記載の避雷器ユニット。
  40. 【請求項40】 前記弾性絶縁性被覆体は、一方向に肉
    薄部を備えたことを特徴とする請求項36に記載の避雷
    器ユニット。
  41. 【請求項41】 前記肉薄部は、円形状またはスリット
    状で縦方向に1つ以上有することを特徴とする請求項4
    0に記載の避雷器ユニット。
  42. 【請求項42】 前記多孔状絶縁性チューブおよび前記
    弾性絶縁性被覆体を、200℃以下で硬化させることを
    特徴とする請求項36に記載の避雷器ユニット。
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