JP2001319801A

JP2001319801A - 高電圧用低抵抗セラミックス抵抗体およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001319801A
Application number: JP2000136944A
Authority: JP
Inventors: Wataru Ito; 伊藤　　渉; Fumio Suenaga; 文夫末永
Original assignee: Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】比抵抗が低く、且つ優れた耐電圧特性をそな
え、高電圧での使用において抵抗変化がきわめて少ない
炭素系セラミクッス抵抗体を提供する。【解決手段】カーボンブラックを導電材として含有す
るセラミックス抵抗体において、導電材としてさらに焼
成、炭素化したセルロース系バインダー１〜１０％を含
有してなり、比抵抗が０．１〜１０．０Ωｃｍである。
セラミックス原料に、導電材原料としてカーボンブラッ
クおよびセルロース系バインダーを添加し、セルロース
系バインダーの添加量を原料全体の０．１〜１０％とし
て、これら原料を混合して捏合物を形成し、該捏合物を
成形した後、不活性雰囲気中で焼成し、前記セルロース
系バインダーを炭素化することにより製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電圧で使用され
る低抵抗のセラミックス抵抗体、詳しくはカーボンブラ
ックを導電材として含有する炭素系の高電圧用低抵抗セ
ラミックス抵抗体およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高電圧用として使用される炭素系
セラミックス抵抗体は、陶磁器の製造原料として使用さ
れているけい砂、高アルミナ質またはムライト質の骨材
に、粘土あるいは陶石などの長石原料を結合材として配
合し、比抵抗を調整するためのカーボンブラックを添
加、混合して捏合物とし、該捏合物を成形、焼成するこ
とにより製造されている。

【０００３】しかしながら、比抵抗を調整するためにカ
ーボンブラックを用い、比抵抗値を０．１〜１０．０Ω
ｃｍのようにきわめて低くした炭素系セラミックス抵抗
体は、高電圧印加によって固有抵抗が変化してしまう、
すなわち耐電圧特性が低下するという問題がある。導電
材として、カーボンブラックに最も近い炭素系材料で固
有抵抗の低い結晶化黒鉛を添加したセラミックス抵抗体
も検討され、比抵抗の低いものは得られたが、このもの
においても、高電圧を印加した場合、抵抗値が増加する
ことが避けられない。

【０００４】また、炭素系セラミックス抵抗体に比抵抗
調整用として添加されるカーボンブラックの添加量があ
る範囲を越えると、比抵抗がほとんど変化しなくなると
いう問題があり、この現象は、絶縁材料である骨材と結
合材である粘土との配合比率により異なるが、３〜１０
％の添加範囲において生じる。

【０００５】さらに、炭素系セラミックス抵抗体の比抵
抗は焼成温度により変化する。この変化は、結合材とし
て使用される粘土中のガラス成分が焼結し、収縮するた
めカーボンブラックの接触確率が増えるためと考えられ
ているが、耐電圧特性を維持するためにはセラミックス
抵抗体の気孔率を２０〜４０％にすることが必要であ
る。高温で焼成すると気孔率が減少して耐電圧特性が低
下し、またカーボンブラックの添加量が多い場合にも耐
電圧特性が低下するなど、カーボンブラックを添加する
炭素質セラミックス抵抗体において低抵抗を安定して保
持するには問題が多い。

【０００６】このような背景から、高電圧下で使用され
る低抵抗の炭素系セラミックス抵抗体としては、比抵抗
が大きくても比較的低い抵抗値の得られるものが使用さ
れている。そのためには、Ｒ＝ρ・Ｌ／Ａ（Ｒ：抵抗
値、ρ：比抵抗、Ｌ：長さ、Ａ：断面積）の式からわか
るように、Ｌを小さくし、Ａを大きくすることが必要で
あるが、近年、省エネルギー化が進むにつれて設備容量
を小さくする傾向が強く、抵抗器のような部品において
もコンパクト化が強く要求されるようになっており、例
えば、Ｌが小さくＡが大きい円盤状の抵抗器では、端子
同士の距離（Ｌ）が短いため、抵抗器自体の耐電圧能力
はあっても、大気中では大気の絶縁破壊が先となって放
電現象が発生し易くなる。放電現象の発生を防止するた
めには絶縁ガス中に封入して使用しなければならず、設
備容量を大きくするという難点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高電圧で使
用される炭素質の低抵抗セラミックス抵抗体における上
記従来の問題点を解消するために、セラミックス抵抗体
を構成する成分、とくに導電材成分について見直しを行
った結果としてなされたものであり、その目的は、抵抗
値が低く且つ良好な耐電圧特性をそなえ、装置などに組
込んだ場合の抵抗器設置面積を小さくすることを可能と
する高電圧用低抵抗セラミックス抵抗体およびその製造
方法に関する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の請求項１による高電圧用低抵抗セラミックス
抵抗体は、カーボンブラックを導電材として含有するセ
ラミックス抵抗体において、導電材としてさらに焼成、
炭素化したセルロース系バインダー１〜１０％を含有し
てなり、比抵抗が０．１〜１０．０Ωｃｍであることを
特徴とする。

【０００９】また、請求項２による高電圧用低抵抗セラ
ミックス抵抗体の製造方法は、セラミックス原料に、導
電材原料としてカーボンブラックおよびセルロース系バ
インダーを添加し、セルロース系バインダーの添加量を
原料全体の０．１〜１０％として、これら原料を混合し
て捏合物を形成し、該捏合物を成形した後、不活性雰囲
気中で焼成し、前記セルロース系バインダーを炭素化す
ることを特徴とする。

【００１０】本発明は、導電材として、カーボンブラッ
ク以外に焼成、炭素化したセルロース系バインダーを含
有させることを特徴とする。カーボンブラックは三次元
ストラクチャーを有し、接触点が多く、セラミックス抵
抗体中で導電材として効果的に機能するが、発明者ら
は、カーボンブラックと同様、三次元的な繋がりを持
ち、しかも容易且つ安価に入手できる導電材として、セ
ルロース系バインダーが有効であることを見出し、本発
明に至ったものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】セルロース系バインダーは鎖状高
分子で、炭素化した場合、カーボンブラックのような三
次元的な繋がりを残すことができるという特徴を有し、
炭素含有率も２０〜４０％と有機バインダー中でも多
い。しかし、セルロース系バインダーのみを導電材とし
た場合には、結晶化が進んでいないため、カーボンブラ
ックを添加した場合より比抵抗が高くなる。比抵抗を低
くするため多量に添加すると、原料を混合して形成した
捏合物のカサが大きくなり、成形、焼結時の収縮により
亀裂が生じ易くなる。

【００１２】本発明においては、セラミックス原料に、
導電材原料として、耐電圧特性を低下させず、比抵抗が
最も低くなる量のカーボンブラックを添加し、これにさ
らに導電材原料として、セルロース系バインダーを原料
全体の１〜１０％の割合で配合するのが好ましい。１％
未満ではその効果が十分でなく、１０％を越えると、捏
合物のカサが大きくなり、成形、焼結時の収縮により亀
裂が生じ易くなって製品歩留りが低下する。

【００１３】セラミックス原料としては、従来から炭素
系セラミックス抵抗体の原料として使用されているもの
が使用される。すなわち、陶磁器用材料として用いられ
ているけい砂、高アルミナ質あるいはムライト質の骨材
に、ベントナイトクレーなどの粘土、陶石などの長石原
料を結合材として配合したものである。

【００１４】セラミックス原料の粉末に、導電材とし
て、カーボンブラックおよび所定量のセルロース系バイ
ンダーを配合し、混合機で乾式混合し、得られた混合物
に水を添加して湿式混合し捏合物とする。この捏合物を
プレスなどで成形後、窒素ガス雰囲気などの不活性ガス
雰囲気中で高温に加熱、焼成してセラミックス抵抗体の
素体とし、電極および絶縁被覆を施工してセラミックス
抵抗体を得る。

【００１５】得られたセラミックス抵抗体は、０．１〜
１０Ωｃｍのきわめて低い比抵抗を有し、耐電圧特性に
優れ、高電圧下で使用された場合にも抵抗変化がきわめ
て少ないものとなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明する。これらの実施例は本発明の一実施態様を示すも
のであり、本発明がこれに限定されるものではない。

【００１７】実施例１平均粒径３．５μｍの高アルミナ粉末７６％、ベントナ
イトクレー粉末２４％からなるセラミックス原料に、導
電材としてカーボンブラック（以下、ＣＢ）４％および
メチルセルロース（信越化学（株）製、メトローズＳＭ
４００）５％を添加し、Ｖ型混合機により乾式混合し
た。得られた混合物に水を２２％添加してランカスター
ミキサーで湿式混合し、捏合物とした。

【００１８】この捏合物を、押出プレスで棒状に成形し
た後、窒素ガス雰囲気中、１２００℃の温度で焼成し、
直径１５ｍｍ、長さ２００ｍｍの素体を作製し、素体の
電極および絶縁被覆を施工してセラミックス抵抗体を得
た。

【００１９】得られたセラミックス抵抗体の比抵抗は
１．０μｍであった。このセラミックス抵抗体につい
て、印加電圧２．５ｋＶ／ｃｍ、電圧波形１．２×５０
μ・ｓｅｃのインパルス電圧を印加するインパルス試験
（衝撃電圧試験）を行い、抵抗変化を測定した。結果を
表１に示す。

【００２０】実施例２平均粒径３．５μｍの高アルミナ粉末７６％、ベントナ
イトクレー粉末２４％からなるセラミックス原料に、導
電材としてＣＢ４％およびメチルセルロース（信越化学
（株）製、メトローズＳＭ４００）１０％を添加し、Ｖ
型混合機により乾式混合した。得られた混合物に水を２
２％添加してランカスターミキサーで湿式混合し、捏合
物とした。

【００２１】この捏合物を、押出プレスで棒状に成形し
た後、窒素ガス雰囲気中、１２００℃の温度で焼成し、
直径１５ｍｍ、長さ２００ｍｍの素体を作製し、素体の
電極および絶縁被覆を施工してセラミックス抵抗体を得
た。

【００２２】得られたセラミックス抵抗体の比抵抗は
０．１μｍであった。このセラミックス抵抗体につい
て、実施例１と同一のインパルス試験を行い、抵抗変化
を測定した。結果を表１に示す。

【００２３】実施例３平均粒径３．５μｍの高アルミナ粉末７６％、ベントナ
イトクレー粉末２４％からなるセラミックス原料に、導
電材としてＣＢ４％およびメチルセルロース（信越化学
（株）製、メトローズＳＭ４００）１％を添加し、Ｖ型
混合機により乾式混合した。得られた混合物に水を２２
％添加してランカスターミキサーで湿式混合し、捏合物
とした。

【００２４】この捏合物を、押出プレスで棒状に成形し
た後、窒素ガス雰囲気中、１２００℃の温度で焼成し、
直径１５ｍｍ、長さ２００ｍｍの素体を作製し、素体の
電極および絶縁被覆を施工してセラミックス抵抗体を得
た。

【００２５】得られたセラミックス抵抗体の比抵抗は
７．３μｍであった。このセラミックス抵抗体につい
て、実施例１と同一のインパルス試験を行い、抵抗変化
を測定した。結果を表１に示す。

【００２６】比較例１平均粒径３．５μｍの高アルミナ粉末７６％、ベントナ
イトクレー粉末２４％からなるセラミックス原料に、導
電材としてＣＢ４％および黒鉛粉末（平均粒径１０μ
ｍ）１５％を添加し、Ｖ型混合機により乾式混合した。
得られた混合物に水を２２％添加してランカスターミキ
サーで湿式混合し、捏合物とした。

【００２７】この捏合物を、押出プレスで棒状に成形し
た後、窒素ガス雰囲気中、１２００℃の温度で焼成し、
直径１５ｍｍ、長さ２００ｍｍの素体を作製し、素体の
電極および絶縁被覆を施工してセラミックス抵抗体を得
た。

【００２８】得られたセラミックス抵抗体の比抵抗は
１．１μｍであった。このセラミックス抵抗体につい
て、実施例１と同一のインパルス試験を行い、抵抗変化
を測定した。結果を表１に示す。

【００２９】比較例２平均粒径３．５μｍの高アルミナ粉末７６％、ベントナ
イトクレー粉末２４％からなるセラミックス原料に、導
電材としてＣＢ４％およびフェノール樹脂粉末（住友デ
ュレズ（株）製、ＰＲ９０９５０Ｂ）５％を添加し、Ｖ
型混合機により乾式混合した。得られた混合物に水を２
２％添加してランカスターミキサーで湿式混合し、捏合
物とした。

【００３０】この捏合物を、押出プレスで棒状に成形し
た後、窒素ガス雰囲気中、１２００℃の温度で焼成し、
直径１５ｍｍ、長さ２００ｍｍの素体を作製し、素体の
電極および絶縁被覆を施工してセラミックス抵抗体を得
た。

【００３１】得られたセラミックス抵抗体の比抵抗は
０．８μｍであった。このセラミックス抵抗体につい
て、実施例１と同一のインパルス試験を行い、抵抗変化
を測定した。結果を表１に示す。

【００３２】比較例３平均粒径３．５μｍの高アルミナ粉末７６％、ベントナ
イトクレー粉末２４％からなるセラミックス原料に、導
電材としてメチルセルロース（信越化学（株）製、メト
ローズＳＭ４００）５％を添加し、Ｖ型混合機により乾
式混合した。得られた混合物に水を２２％添加してラン
カスターミキサーで湿式混合し、捏合物とした。

【００３３】この捏合物を、押出プレスで棒状に成形し
た後、窒素ガス雰囲気中、１２００℃の温度で焼成し、
直径１５ｍｍ、長さ２００ｍｍの素体を作製し、素体の
電極および絶縁被覆を施工してセラミックス抵抗体を得
た。

【００３４】得られたセラミックス抵抗体の比抵抗は
５．２μｍであった。このセラミックス抵抗体につい
て、実施例１と同一のインパルス試験を行い、抵抗変化
を測定した。結果を表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１に示すように、本発明に従う実施例１
〜３の炭素系セラミックス抵抗体は抵抗変化がなく、良
好な耐電圧特性を有することが確認された。これに対し
て、黒鉛粉末を添加した比較例１、フェノール樹脂粉末
を添加した比較例２、セルロース系バインダー（メチル
セルロース）のみの比較例３により得られたセラミック
ス抵抗体は、いずれも抵抗変化が認められた。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、比抵抗が低く、且つ優
れた耐電圧特性をそなえ、高電圧での使用において抵抗
変化がきわめて少ない炭素系セラミクッス抵抗体が提供
される。当該セラミックス抵抗体によれば、高電圧用低
抵抗部品を小さな形状あるいは棒状とすることが可能で
あり、装置などに組込んで使用する上で、抵抗器の設置
面積が小さくなるという設備的メリットが得られ、工業
上きわめて有用である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カーボンブラックを導電材として含有す
るセラミックス抵抗体において、導電材としてさらに焼
成、炭素化したセルロース系バインダー１〜１０％（質
量％、以下同じ）を含有してなり、比抵抗が０．１〜１
０．０Ωｃｍであることを特徴とする高電圧用低抵抗セ
ラミックス抵抗体。
【請求項２】セラミックス原料に、導電材原料として
カーボンブラックおよびセルロース系バインダーを添加
し、セルロース系バインダーの添加量を原料全体の０．
１〜１０％として、これら原料を混合して捏合物とし、
該捏合物を成形した後、不活性雰囲気中で焼成し、前記
セルロース系バインダーを炭素化することを特徴とする
を特徴とする高電圧用低抵抗セラミックス抵抗体の製造
方法。