JP3646484B2 - 非直線抵抗体の製造方法 - Google Patents

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し、主に避雷器に組み込まれる非直線抵抗体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非直線抵抗体は、酸化亜鉛を主成分とするものが多く、その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，酸化ケイ素等の金属酸化物を添加し、非直線性が高くて熱損失の少ない組成配合からなっている。
【０００３】
一般的に知られている非直線抵抗体の製造方法を図３に示す製造工程図に基づいて説明する。図３において、ステップＳ３１は造粒粉生成工程で、この工程では前記添加物成分をボールミル等により予備粉砕し、所定量の添加物成分を非直線抵抗体の主成分である酸化亜鉛，有機バインダーに加え混合し脱泡した後、スプレードライヤーにより噴霧乾燥して流動性が良い造粒粉を得る。なお、前記有機バインダーには、水系の有機バインダー、例えばポリビニルアルコール(ＰＶＡ)が用いられている。
【０００４】
前記造粒粉はステップＳ３２に示す成形工程に送られ、金型プレス等により円柱状の成形体に成形される。その後、ステップＳ３３に示す仮焼工程では、前記成形体の脱脂を行った後８００〜１０００℃の温度で数時間仮焼して仮焼体を得る。ステップＳ３４は絶縁層形成工程を示すものであり、この工程では前記仮焼体の外周面に例えばセラミックから成る絶縁材を塗布し１０００〜１３００℃の温度で熱処理して、外周面に絶縁層を形成した焼成体を得る。なお、前記焼成体の外周面に形成された絶縁層に対して、さらにガラス材を溶射して２層構造の絶縁層を形成する場合もある。
【０００５】
前記焼成体はステップＳ３５に示す電極材料溶射工程に送られ、まず前記焼成体の両端面を平滑に研磨し、その平滑に研磨された両端面に対して導電性の良いアルミニウム，銅，亜鉛等から成る電極材料をアークガン，プラズマガン等により溶射した後、熱処理して両端面に電極(例えば、厚さ５０〜１００μｍ)を形成し非直線抵抗体の製造を完了する。
【０００６】
以上示したように形成された非直線抵抗体は、例えば避雷器の限流要素ユニット等に用いられる。特に避雷器用の非直線抵抗体は、一般的な弱電用サージ・アブソーバと比較して、吸収し得るエネルギーが大きいため、大きな体積または大口径サイズの非直線抵抗体が必要になる。
【０００７】
前記焼成体の両端面に対して電極を設ける手段として、全面溶射による手段が知られている。全面溶射において、まず焼成体の径よりも小さい径の受け治具に対して焼成体を載置し、その焼成体の両端面に対して垂直方向から電極材料を溶射する手段が知られている。または、焼成体の外周面に対して溶射金属が付着しないように焼成体の外周面をテープ等で覆った後、その焼成体の両端面に対して溶射金属を溶射して電極を設ける手段が知られている。焼成体の両端面に対して溶射金属を溶射する面積は広い方が良いとされている。
【０００８】
図４は、焼成体の両端面に対して全面溶射により電極を設けた非直線抵抗体の概要構成図(上面図，正面図，下面図)を示すものである。なお、図４中の斜線部は電極を示すものである。図４に示すように、円柱状の焼成体４１の外周面には絶縁層(図示省略)が形成され、焼成体の４１の両端面４１ａ，４１ｂの全面には電極４２ａ，４２ｂ(図４中の斜線部)が均一に各々形成され、非直線抵抗体４０が構成されている。
【０００９】
しかし、焼成体４１の両端面４１ａ，４１ｂの外周部(エッジ)は鋭く尖っており、その両端面４１ａ，４１ｂに形成される電極４２ａ，４２ｂの外周部の厚さがそれぞれ薄くなってしまう。また、両端面４１ａ，４１ｂを研磨すると、その両端面４１ａ，４１ｂにチッピング(微小な欠け)が生じ、そのチッピングに対して溶射金属が溶着されると、電極４１ａ，４１ｂが尖った形状に形成されてしまう。
【００１０】
前記のように、薄く尖った形状(凹凸で薄膜状)に形成された電極は電気的に不安定であり、大電流領域においては電極の尖った部分を起点としてフラッシオーバーが起こりやすくなる。通常、フラッシオーバーを防ぐためには、焼成体の両端面の外周部に対してマスクを被覆(マスキング)した後、その両端面に対して溶射金属を溶射することにより、両端面の外周部から径方向に例えば幅０．５〜２ｍｍの余白部(リング状)を設けて電極が形成されている。前記マスクには、金属，シリコン，ゴム等が用いられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記マスキングに用いたマスクが、例えば焼成体の両端面における所望の位置からずれてしまう恐れがあり、所望の形状の電極が形成されない場合がある。また、マスクが密着力不足により焼成体の両端面から剥離してしまう恐れがあり、剥離した部分に溶射金属が溶射されてしまう場合がある。
【００１２】
金属から成るマスクを用いた場合、そのマスク表面に対しても溶射金属が付着するため、例えば頻繁なるマスク表面の清掃および剥離剤を噴霧してマスク表面に付着した溶射金属を除去する必要がある。また、そのマスク表面に対して溶射金属が付着し成長して薄膜が形成され、時間経過とともに劣化してしまう問題がある。さらに、マスク表面に溶着した溶射金属が固化した後、その固化された金属が溶射金属溶射中に飛散して、焼成体の両端面に対して叩き付けられ突起状に付着し、所望の形状とは異なる形状の電極が形成されてしまう問題が生じる。
【００１３】
シリコンまたはゴムから成るマスクを用いた場合は、そのマスクの強度が低いため耐久性に問題がある。ゆえに、そのマスクを頻繁に交換する必要があり、製造コストが上昇してしまう問題が生じる。
【００１４】
本発明は、前記課題に基づいて成されたものであり、マスクを用いずに焼成体の両端面に形成される電極の外周部を一定量除去して、非直線抵抗体の製造工程における歩留まりを向上させるとともに放電耐量特性を向上させた、電気的特性の良好な非直線抵抗体の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、第１発明は非直線抵抗体の主成分である酸化亜鉛，添加物成分，有機バインダーを混合し乾燥して造粒粉を得た後、その造粒粉を円柱状に成形して得た成形体を仮焼して仮焼体を得、その仮焼体の外周面に高抵抗層材料を塗布し焼成して外周面に高抵抗層を設けた焼成体を得、その前記焼成体の外周面に電極材料が付着しないように、前記焼成体の両端面に電極材料を溶射して電極を設けた後、その電極の外周部を一定量除去して非直線抵抗体を製造したことを特徴とする。
【００１６】
第２発明は、前記第１発明中の焼成体の両端面に対して垂直方向から電極材料を溶射したことを特徴とする。
【００１７】
第３発明は、前記第１または第２発明中の電極は、前記焼成体と同軸方向で、その電極の直径を小さくしたことを特徴とする。
【００１８】
第４発明は、前記第１，２または第３発明中の電極の外周部において、テーパー状または曲面状に切り取るようにしたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の第１，第２形態を図面に基づいて説明する。なお、図３に示すものと同様なものには、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２０】
まず、本発明の実施の第１形態を図１の概要構成図(上面図，正面図，下面図)に基づいて説明する。図１において、図３に示したステップＳ３１の造粒粉生成工程からステップＳ３６の電極材料溶射工程を経て、外周面に絶縁層(図示省略)を設けた焼成体１１が得られ、その焼成体１１の両端面１１ａ，１１ｂに対して均一に電極材料を溶射し、焼成体１１の両端面１１ａ，１１ｂにそれぞれ電極１２ａ，１２ｂ(図１中の斜線部)を設ける。
【００２１】
なお、前記焼成体１１の両端面１１ａ，１１ｂのうち一方の端面に電極材料を溶射する際、その溶射金属が跳ね返り等により焼成体１１の他方の端面と外周面とに付着しないようにする必要がある。そこで、十分な高さのある、かつ焼成体１１の直径よりも小さい直径の受け治具に対して前記焼成体１１を載置し、一方の端面に対して垂直方向から電極材料を溶射する。他方の端面に電極材料を溶射する際においても、前記一方の端面同様に電極材料を溶射する。
【００２２】
電極１２ａ，１２ｂは焼成体１１と同軸方向で、その電極１２ａ，１２ｂの直径を小さくするように、電極１２ａ，１２ｂの外周部を研削工具等により研磨および研削して一定量除去(面取り)し、非直線抵抗体１０を構成する。なお、電極１２ａ，１２ｂの外周部を面取りした部分の径方向の幅(図１中のＨ₁₁，Ｈ₁₂)は０．１〜１ｍｍとする。また、電極１２ａ，１２ｂの外周部を面取りした部分の軸方向の厚さ(図１中のｔ₁₁，ｔ₁₂)は０．１〜２ｍｍとする。
【００２３】
次に、本発明の実施の第２形態を図２(上面図，正面図，下面図)に基づいて説明する。なお、図３に示すものと同様なものには、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。図２において、まず前記実施の第１形態と同様に、図３に示したステップＳ３１の造粒粉生成工程からステップＳ３５の電極材料溶射工程を経て、外周面に絶縁層(図示省略)を設けた焼成体２１が得られ、その焼成体２１を十分な高さのある、かつ焼成体２１の直径よりも小さい直径の受け治具に対して載置し、焼成体２１の両端面２１ａ，２１ｂに対して垂直方向から均一に電極材料を溶射し、焼成体２１の両端面２１ａ，２１ｂにそれぞれ電極２２ａ，２２ｂ(図２中の斜線部)を設ける。
【００２４】
電極２２ａ，２２ｂは焼成体２１と同軸方向で、その電極２２ａ，２２ｂの直径を小さくするように、電極２２ａ，２２ｂの外周部を研削工具等により電極２２ａ，２２ｂ面に対して角度(図２中の角度θ₂₁，θ₂₂)１０〜６０度で研磨および研削しテーパー状または曲面状に面取りして、非直線抵抗体２０を構成する。なお、電極２２ａ，２２ｂの外周部を面取りした部分の径方向の幅(図中のＨ₂₁，Ｈ₂₂)は０．１〜１ｍｍとする。また、電極２２ａ，２２ｂの外周部を面取りした部分の軸方向の厚さ(図中のｔ₂₁，ｔ₂₂)は、０．１〜２ｍｍとする。
【００２５】
次に、前記実施の第２形態に示すように電極２２ａ，２２ｂの外周部を面取りして形成した非直線抵抗体を試料Ｐとし、その試料Ｐを用いて２ｍｓ放電耐量試験(電流：５００，６００，７００，８００，９００アンペアー)を複数回行い、その試料Ｐの破壊等の異常発生回数を測定した。なお、前記試料Ｐの形状は、直径６０ｍｍ，厚さ４８ｍｍ(φ６０−ｔ４８)とし、電極２２ａ，２２ｂの外周部を面取りする際の角度θ₂₁，θ₂₂はそれぞれ４５度(Ｃ面カット)とする。また、前記実施の第２形態により作製した試料Ｐと比較するために、図４に示すように従来法により作製した非直線抵抗体を試料Ｓとし、その試料Ｓにおける２ｍｓ放電耐量試験を複数回行い、その試料Ｓの破壊等の異常発生回数を測定した。前記試験結果を下記表１に示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
前記表１に示すように、従来法により作製した非直線抵抗体の試料Ｓにおいて、電流５００〜７００アンペアーで試験５回行ったところ異常が発生しなかったが、電流８００アンペアーで試験５回行ったところ破壊等の異常が１回発生した。また、電流９００アンペアーで試験４回行ったところ異常が３回発生した。
【００２８】
一方、本発明の実施の第２形態により作製した非直線抵抗体の試料Ｐにおいては、電流５００〜８００アンペアーで試験１０回行ったところ異常が発生しなかった。なお、電流９００アンペアーで試験１０回行った場合は異常が３回発生した。
【００２９】
ゆえに、焼成体の両端面に電極材料を溶射して電極を形成した後、前記焼成体の同軸方向で電極の直径を小さくするように、前記電極の外周部を一定量除去して非直線抵抗体を構成することにより、従来法により作製した非直線抵抗体と比較して、放電耐量特性が向上することを確認できた。
【００３０】
【発明の効果】
以上示したように本発明によれば、マスクを用いずに、焼成体の両端面に形成される各々の電極の外周部を面取りして非直線抵抗体を構成することにより、マスクを用いて焼成体の両端面に電極を形成した際に起因した問題を解消するとともに、非直線抵抗体の放電耐量特性を向上させることが可能となる
ゆえに、非直線抵抗体の製造工程における歩留まりを向上させると同時に、非直線抵抗体の電気的特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態における非直線抵抗体の概要構成図。
【図２】本発明の実施の第２形態における非直線抵抗体の概要構成図。
【図３】非直線抵抗体の製造工程図。
【図４】一般的に知られている非直線抵抗体の概要構成図。
【符号の説明】
１１，２１，４１…焼成体
１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ，４１ａ，４１ｂ…端面
１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，４２ａ，４２ｂ…電極
Ｓ３１…造粒粉生成工程
Ｓ３２…成形工程
Ｓ３３…仮焼工程
Ｓ３４…絶縁層形成工程
Ｓ３５…電極材料溶射工程

Claims (4)

1. 非直線抵抗体の主成分である酸化亜鉛，添加物成分，有機バインダーを混合し乾燥して造粒粉を得た後、その造粒粉を円柱状に成形して得た成形体を仮焼して仮焼体を得、その仮焼体の外周面に高抵抗層材料を塗布し焼成して外周面に高抵抗層を設けた焼成体を得、その焼成体の外周面に電極材料が付着しないように、前記焼成体の両端面に電極材料を溶射して電極を設けた後、その電極の外周部を一定量除去したことを特徴とする非直線抵抗体の製造方法。
2. 前記焼成体の両端面に対して垂直方向から電極材料を溶射したことを特徴とする請求項１記載の非直線抵抗体の製造方法。
3. 前記電極は、前記焼成体と同軸方向で、その電極の直径を小さくしたことを特徴とする請求項１または２記載の非直線抵抗体の製造方法。
4. 前記電極の外周部は、テーパー状または曲面状に切り取るようにしたことを特徴とする請求項１，２または３記載の非直線抵抗体の製造方法。

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