JP2004071660A

JP2004071660A - 電圧非直線抵抗体の製造方法

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Publication number: JP2004071660A
Application number: JP2002225470A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ogura; 小椋　健; Yukio Tagami; 田上　幸雄; Kanehisa Iwami; 岩見　金久; Kenichi Yamada; 山田　憲一
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体の側面絶縁として絶縁セラミック材を塗布するとき有機溶剤が使用されて環境上好ましくない。
【解決手段】絶縁セラミックス材料のコーティング時に、塗布する絶縁材の溶液に水を用い、且つ、バインダーとしてポリビニルアルコールを用いる。
また、絶縁材溶液の調製時には、絶縁セラミックス材料の固形分として５０ｗｔ％〜７０ｗｔ％とし、ポリビニルアルコールをバインダーの成分として絶縁材セラミックス材料に対して５ｗｔ％〜２４ｗｔ％とすることにより、溶液への水の使用を可能とした。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体に係わり、特に非直線抵抗体の側面絶縁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化亜鉛（以下ＺｎＯと称す）を主成分とする電圧非直線抵抗体は、添加物成分として酸化ビスマス、酸化アンチモン、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化ケイ素等の副成分を添加して、非直線性が高く熱損失の小さい組成配分よりなっている。
通常、これら副成分は、ボールミル等で予備混合した後、有機バインダーとＺｎＯ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良い造粒粉とする。
この造粒粉を金型プレスにて円柱状に形成し、脱脂を行った後、１０００〜１３００℃の温度で数時間焼成する。
次に、側面に絶縁材をコーティングし、両平面を研磨後にアルミニュウムの電極を溶射して非直線抵抗体を作っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにして製造される非直線抵抗体を避雷器に組み込んで使用する場合には、その非直線抵抗体は、規格上雷サージ等の急峻波に対して絶縁性が必要であり、且つ、所定の電流において耐えなければならない。そのため、非直線抵抗体の側面部には絶縁材をコーティングし、雷サージ等よりの絶縁破壊を防止している。
【０００４】
従来、そのために絶縁材は図８で示すように２層構造を取っており、焼結体（素子素体）１に第１層絶縁として絶縁セラミクス材２を塗布し、その上にさらに第２層絶縁としてガラス絶縁材３をコーティングしている。
この絶縁セラミクス材及びガラス絶縁材のコーティングは、まず絶縁材となる固形成分とバインダーを有機溶剤に溶かし、この溶液をローラー式塗布器によって側面部に塗布し、乾燥，焼成が行われてコーティングされる。
【０００５】
ところが、この方法では次のような問題点を有している。
（１）溶液に用いられる有機溶剤は、その性質上作業環境に好ましくない。
（２）塗布工程では塗布する量を安定させるために絶縁材溶液の粘度管理が重要であるが、有機溶剤が揮発性のために絶縁材溶液の粘度管理が難しい。
（３）有機溶剤は高価である。
このような問題から絶縁材の溶剤として、有機溶剤に代えて純水を使用することが好ましいが、しかし、水を溶剤として絶縁材をコーティングすると、非直線抵抗体の耐水性、電気特性への影響等という新たな問題が生じる。
【０００６】
本発明のが目的とするとこは、溶剤として水を使用しても上記問題を解決できる非直線抵抗体の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体素子の側面に絶縁セラミックス材料よりなるコーティングを施したものにおいて、
前記絶縁セラミックス材料のコーティング時に、塗布する絶縁材の溶液に水を用い、且つ、バインダーとしてポリビニルアルコールを用いることを特徴としたものである。
【０００８】
本発明の第２は、前記絶縁材溶液の調製時には、絶縁セラミックス材料の固形分として５０ｗｔ％〜７０ｗｔ％とし、ポリビニルアルコールをバインダーの成分として絶縁材セラミックス材料に対して５ｗｔ％〜２４ｗｔ％としたことを特徴としたものである。
【０００９】
本発明の第３は、前記絶縁材の側面塗布は、絶縁材を素子に塗布して乾燥後の塗布量が、素子表面当たりで１６ｍｇ／ｃｍ^２以上であることを特徴としたものである。
【００１０】
本発明の第４は、前記絶縁材溶液の調製時に、分散剤を入れることを特徴としたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は絶縁セラミックス材の溶剤を調製する方法として、現在、溶剤に用いられている有機溶剤の代わりに純水を用い、バインダーに使用しているエチルセルロースに代え水溶性のポリビニールアルコール（ＰＶＡ）を用いて絶縁材の溶液を調製した。調製した溶液はローラー塗布器により素子にコーティングしその素子の特性を評価した。
【００１２】
先ず、焼結体（素子素体と称す）の製造を以下のようにして行った。
（１）主原料であるＺｎＯと所定の配合で混合、粉砕した添加物原料（Ｂｉ_２０_３，Ｓｂ_２０_３，Ｃ０_２０_３，Ｃｒ_２０_３，ＮｉＯ，Ｓｉ０_２，Ｍｎ０_２等）を有機バインダー溶液（カオチン系分散材、ＰＶＡ）に加え、ボールミルで混合した。得られた原料スラリーを十分に脱泡した後、スプレードライヤーで噴霧乾燥し造粒紛を得た。
（２）乾式金型プレスにて上記造粒粉を所定の大きさに成形し、脱脂後８００〜１０００℃で仮焼した。
（３）得られた仮焼体の側面に第１層絶縁として絶縁セラミック材料（ＺｎＯ，Ｂｉ_２０_３，Ｓｂ_２０_３，Ｓｉ０_２等）を塗布し乾燥した。絶縁セラミック材料を仮焼体に塗布する際の溶液は、以下の溶液を調製し塗布を行った。
【００１３】
【実施の形態１】
図１は絶縁セラミック材料溶液の成分と配合量を示したものである。
絶縁セラミック材料の仮焼粉体に、その重量比が５０％、６０％、６５％、及び７０％（溶液１〜４）、またバインダーとしてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が絶縁セラミック材料の粉体に対して重量比でそれぞれ１０％になるように純水及びＰＶＡ水溶液を加え４種類調製した。更に、分散剤（ポリカルボン酸アンモニウム塩）を絶縁セラミック材料の粉体に対して重量比で約１％添加した。分散剤は、必ずしも必要とはしないが、粘度の高い絶縁材溶液を調製する場合にはこの分散剤をいれた方がより効果的である。これらの配合量を図１に示したものである。。そして、この調製した絶縁材溶液を、ローラー式塗布器を使い素子素体側面に塗布し、乾燥させた。
【００１４】
【実施の形態２】
絶縁セラミック材料の粉体に、その重量比が６２．５％、またポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が絶縁セラミック材料の粉体に対して重量比で５％、１０％、１５％、２０％及び２４％になるように純水及びＰＶＡ水溶液を加え５種類調製した。更に、分散剤（ポリカルボン酸アンモニウム塩）を絶縁セラミック材料の粉体に対して重量比で約１％添加した。この時の配合を図２に示す。
また、素子に塗布した絶縁材の塗布量（乾燥処理後）を測定した。
【００１５】
【実施の形態３】
絶縁セラミック材料の粉体に、その重量比が６２．５％、またポリビニルアルコール（ＰＶＡ）が絶縁セラミック材料の粉体に対して重量比で１５％になるように純水及びＰＶＡ水溶液を加え、分散剤（ポリカルボン酸アンモニウム塩）を絶縁セラミック材料の粉体に対して重量比で約１％添加した場合と、添加しない場合との２種類調製した。この時の配合を図３に示す。
そして、この調製した絶縁材溶液を、ローラー式塗布器を使い素子素体側面に塗布し、乾燥させた。また、素子に塗布した絶縁材の塗布量（乾燥処理後）を測定した。
【００１６】
上記各実施の形態１〜３による絶縁セラミック材溶液に基づく絶縁セラミック材を仮焼体に塗布し、その仮焼体を１０００〜１３００℃で焼成した。
得られた焼成体の側面に、第２層絶縁として絶縁ガラス材料を塗布した。
このガラス材料を塗布した焼成体を約６００℃で焼き付けを行い、両端面を研磨した後アルミニウムの溶射電極を施して非直線抵抗体を構成した。完成した非直線抵抗体のサンプルに対し４／１０μｓ放電耐量試験を実施した。
【００１７】
図４〜６は実施の形態１〜３の条件で製造した素子について、４／１０μｓ耐量試験（６５ｋＡ）の結果を示したもので、各１０サンプルずつ抜取りそれぞれ２回繰り返した。
【００１８】
図４で示す実施の形態１においては、絶縁セラミックス材固形分が５０〜７０％の比較であるが破壊した素子はなかった。
【００１９】
図５で示す実施の形態２では、フラッシオーバーの不合格が溶液１，２，４，５において確率１０％で生じた。
【００２０】
図６で示す実施の形態３では、分散剤を添加しなかった溶液２が、確率８０％でフラッシオーバーとなった。
【００２１】
図７は絶縁材塗布量と４／１Ｏμｓ耐量試験（６５ｋＡ）の結果との関係を示したものである。この図７は、実施の形態２と実施の形態３の素子のうち、４／１０μｓ放電耐量試験を行った素子の絶縁材塗布量とその４／１０μｓ放電耐量試験で合格及び不合格の素子の全素子数に対する割合を示したものである。
但し、この不合格はフラッシオーバーのみの個数で熱破壊は含まない。４／１０μｓ放電耐量試験の合否は、素子に塗布された絶縁剤の塗布量に相関があり、素子表面当りの塗布量が１６ｍｇ／ｃｍ^２以下では、フラッシオーバーになる確率が高いことが図１からわかる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、絶縁セラミックス材のコーティングに絶縁材溶液の溶剤として水用いても、従来の有機溶剤を用いてコーティングした素子と変わらない特性が得られることが判った。これにより、素子に絶縁セラミックス材をコーティングする場合に、絶縁材溶液の溶剤として水を用いることで次のような利点が得られる。
（１）溶媒が水のため、有機溶剤による揮発性・有毒性という問題がなく作業環境が改善される。
（２）水は有機溶剤に比べ沸点が低いため揮発しにくく絶縁材溶液の粘度管理が容易となる。
（３）高価な有機溶剤にかわり安価な水にすることでコストが下がる。
（４）絶縁材溶液が水溶性になるため、機器のメンテナンス・清掃が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す絶縁セラミック材料溶液の成分と配合量図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す絶縁セラミック材料溶液の成分と配合量図。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す絶縁セラミック材料溶液の成分と配合量図。
【図４】第１実施形態時における４／１０μｓ耐量試験結果図。
【図５】第２実施形態時における４／１０μｓ耐量試験結果図。
【図６】第３実施形態時における４／１０μｓ耐量試験結果図。
【図７】絶縁材塗布量と４／１０μｓ耐量試験結果との関係図。
【図８】電圧非直線抵抗体の断面図。
【符号の説明】
１…素子素体
２…絶縁セラミック層
３…ガラス絶縁層

Claims

酸化亜鉛を主成分とする電圧非直線抵抗体素子の側面に絶縁セラミックス材料よりなるコーティングを施したものにおいて、
前記絶縁セラミックス材料のコーティング時に、塗布する絶縁材の溶液に水を用い、且つ、バインダーとしてポリビニルアルコールを用いることを特徴とした電圧非直線抵抗体の製造方法。
前記絶縁材溶液の調製時には、絶縁セラミックス材料の固形分として５０ｗｔ％〜７０ｗｔ％とし、ポリビニルアルコールをバインダーの成分として絶縁材セラミックス材料に対して５ｗｔ％〜２４ｗｔ％とした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。
前記絶縁材の側面塗布は、絶縁材を素子に塗布して乾燥後の塗布量が、素子表面当たりで１６ｍｇ／ｃｍ^２以上であ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。
前記絶縁材溶液の調製時に、分散剤を入れることを特徴とした請求項１乃至３記載の電圧非直線抵抗体の製造方法。