JP4048634B2

JP4048634B2 - 非直線抵抗体の製造方法

Info

Publication number: JP4048634B2
Application number: JP03932399A
Authority: JP
Inventors: 憲飯田
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2019-02-18
Also published as: JP2000243607A

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(電圧非直線抵抗体)には、酸化亜鉛(ＺｎＯ)を主成分とするものが多く、その添加物成分(添加物スラリー)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，酸化ケイ素等の複数個の金属酸化物を添加し、非直線性が高く熱損失の小さい組成配合からなっている。
【０００３】
通常、前記添加物スラリーをボールミル等で湿式予備粉砕した後、有機バインダー(結合剤)および酸化亜鉛と十分混合して混合物(原料スラリー)を得、その原料スラリーをスプレードライヤーにより噴霧乾燥して流動性の良好な造粒粉を得る。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。前記造粒粉を金型プレスにより例えば円盤状の成形体に成形し、この成形体を脱脂する。
【０００４】
前記成形体の外周面には絶縁材を塗布し１０００〜１３００℃の温度で焼成して、外周面に高抵抗層(絶縁層)を形成した焼成体を得る。その焼成体の両端面を平面研削した後、その平面研削した両端面にアルミニウムから成る電極材料を溶射して非直線抵抗体を完成させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記高抵抗層は、ＺｎＯ，Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｓｂ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂等の金属酸化物に対して所定の配合で有機バインダーと有機溶剤とを混合してペースト状の絶縁材を得、脱脂する前の成形体，脱脂した後の成形体，または焼成体の所定の部分に前記絶縁材をローラー塗布し焼き付け処理して形成されている。
【０００６】
しかし、以上示したように高抵抗層を形成する場合、成形体(または焼成体)の収縮時に熱膨張係数が異なることから、その成形体と高抵抗層との密着性が低くなってしまう。そのため、非直線抵抗体の放電耐量を低下させてしまう。また、脱脂した後の成形体の場合、バインダー成分が除去されていても焼結されていないため、非常に脆弱な状態の成形体に対して高抵抗層を形成することになり、その成形体の破壊(欠け)が起こりやすくなってしまう。
【０００７】
本発明は、前記課題に基づいて成されたものであり、成形体(仮焼体)と高抵抗層との密着性を向上させると共に成形体が欠けることを低減し、非直線抵抗体の電気的特性を良好にすると共に製造コストを低減した非直線抵抗体の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【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、非直線抵抗体の製造方法における第１発明は、あらかじめＺｎＯ，Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｓｂ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂をボールミル等により粉砕・混合して混合物スラリーを得、その混合物スラリーをスプレードライヤー等により瞬時に乾燥すると共にロータリーキルン等により均一に焙焼して原料偏析の無い絶縁粉体を形成した後、その絶縁粉体と有機バインダーとを混練して第１絶縁材を形成する。
【０００９】
一方、複数個の金属酸化物を粉砕・混合して得た添加物スラリーと、有機バインダーと、酸化亜鉛とを混合して原料スラリーを形成し、その原料スラリーを脱泡および乾燥して得た造粒粉を円盤状の成形体(直径３２ｍｍ，厚さ３０ｍｍ)に成形した後、その成形体を仮焼することにより脱脂および仮焼結して仮焼体を形成する。
【００１０】
その後、前記仮焼体の外周面に前記第１絶縁材を塗布した後、焼成して外周面に高抵抗層が形成された焼成体を得、前記焼成体の高抵抗層の表面に対して第２絶縁材を塗布し熱処理して焼き付けた後、前記焼成体の両端面に対して電極を設けて構成する。
【００１１】
そして、前記絶縁粉体は、粉砕用の羽根車が複数個内蔵されたロータリーキルン内に前記混合物スラリーを所定量供給し、前記羽根車により粉砕すると同時に、前記ロータリーキルン内のヒーターにより乾燥および焙焼して得たことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の実施の形態では、高抵抗層を形成する方法を改良(第１〜４実施例)して、成形体(仮焼体)と高抵抗層との密着性を向上させると共に成形体が欠けることを低減し、非直線抵抗体の電気的特性を良好にすると共に製造コストを低減することを検討したものである。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態における非直線抵抗体の製造工程図を示すものである。図１において、ステップＳ１は造粒粉形成工程を示すものであり、この工程では、まず非直線抵抗体の主原料である酸化亜鉛，所定量の添加物スラリー，有機バインダーを混合して原料スラリーを得、その原料スラリーを脱泡した後、スプレードライヤーにより噴霧乾燥して造粒粉を得る。
【００１４】
前記造粒粉はステップＳ２に示す成形工程に送られ、その造粒粉を金型プレスにより直径３２ｍｍ，厚さ３０ｍｍ(φ３２−ｔ３０)の円盤状の成形体に成形する。その後、ステップＳ３に示す仮焼工程にて、前記成形体を８００〜１１００°Ｃの温度で仮焼することにより、前記成形体の脱脂および仮焼結して仮焼体を得る。
【００１５】
ステップＳ４は第１絶縁材塗布工程を示すものであり、この工程では予めＺｎＯ，Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｓｂ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂を十分に粉砕・混合して混合物スラリーを形成し、その混合物スラリーを乾燥し８００〜１１００°Ｃの温度で焙焼して絶縁粉体を得た後、その絶縁粉体と有機バインダーとを混練して得られたペースト状の第１絶縁材(詳細を第１〜４実施例に基づいて後述する)を、前記仮焼体の所望の部分(仮焼体の外周面)に対して塗布する。
【００１６】
その後、ステップＳ５に示す焼成工程にて前記仮焼体を１０００〜１３００°Ｃの温度で焼成することにより、外周面に高抵抗層が形成された焼成体を得る。ステップＳ６は第２絶縁材塗布工程を示すものであり、この工程では予めガラス粉末を有機バインダーと有機溶剤とによりペースト状にして第２絶縁材を得、その第２絶縁材を前記焼成体の高抵抗層表面に塗布する。
【００１７】
ステップＳ７は熱処理工程を示すものであり、前記焼成体に塗布された第２絶縁材を空気中で熱処理することにより、高抵抗層表面にガラス層が形成された焼成体を得る。前記焼成体はステップＳ８に示す電極材料溶射工程に送られ、前記焼成体の両端面を平滑に研磨し、その研磨された表面に対してアルミニウムの電極材料を溶射して非直線抵抗体を完成させる。
【００１８】
次に、図１のステップＳ４の第１絶縁材塗布工程にて用いられる第１絶縁材において、第１〜４実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
(第１実施例)
第１実施例において、まず粉砕メディアが充填されたボールミルにより、ＺｎＯ，Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｓｂ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂を十分に粉砕・混合して混合物スラリーを得る。その後、前記混合物スラリーをＳＵＳ製バットに充填し、その混合物スラリーが充填されたＳＵＳ製バットを恒温槽で乾燥して乾燥粉体を得る。そして、前記乾燥粉体を前記ＳＵＳ製バットからサヤに入れ替え、ガス炉により８００〜１１００°Ｃの温度で焙焼して絶縁粉体を得た後、その絶縁粉体と有機バインダーとを前記ボールミルにより混練してペースト状の第１絶縁材(以下、絶縁材Ｓ１と称する)を形成する。
【００２０】
（第２実施例）
第２実施例において、まず前記第１実施例に示す混合物スラリーをスラリードライヤーにより瞬間的に乾燥させて乾燥粉体を得、その乾燥粉体をロータリーキルン内に供給し８００〜１１００°Ｃの温度で焙焼して絶縁粉体を得る。そして、前記絶縁粉体と有機バインダーとを前記ボールミルにより混練してペースト状の第１絶縁材(以下、絶縁材Ｓ２と称する)を形成する。
【００２１】
（第３実施例）
第３実施例において、前記第１実施例に示す混合物スラリーをロータリーキルン(第４実施例に示す粉砕用の羽根車は未装着)に対して直接供給し、そのロータリーキルンにて前記混合物スラリーを乾燥および焙焼して絶縁粉体を得る。そして、前記絶縁粉体と有機バインダーとを前記ボールミルにより混練してペースト状の第１絶縁材(以下、絶縁材Ｓ３と称する)を形成する。
【００２２】
（第４実施例）
第４実施例において、図２Ａ，Ｂに示すように粉砕用の羽根車を装着したロータリーキルン(詳細を後述する)を用い、前記第３実施例と同様に前記混合物スラリーを乾燥および焙焼して絶縁粉体を得、その絶縁粉体と有機バインダーとを前記ボールミルにより混練してペースト状の第１絶縁材(以下、絶縁材Ｓ４と称する)を形成する。
【００２３】
なお、前記第１〜４実施例ではボールミルに粉砕メディアを充填したが、その粉砕メディアにはＹ₂Ｏ₃部分安定化ジルコニアを用いることが好ましい。また、有機バインダーには、ブチルカルビトール，酢酸ｎブチル等にエチルセルロースを溶解し２〜５０ｐｏｉｓｅに調整されたものを用いた。
【００２４】
図２Ａ(概略構成図)，Ｂ(斜視図)は、前記第４実施例におけるロータリーキルンの説明図を示すものである。図２Ａにおいて、符号２１はロータリーキルン、符号２２は混合物スラリー２２ａが充填された容器を示すものである。前記ロータリーキルン２１内にはスクリューフィーダ部２３，駆動装置２４，炉芯管２５が内蔵され、前記駆動装置２４には回転軸２４ａが設けられている。前記駆動装置２４により、前記回転軸２４ａを介して、前記スクリューフィーダ部２３のスクリュー２３ａおよび後述する羽根車２６が前記回転軸２４ａの周方向に回転する。
【００２５】
符号２６は、前記炉芯管２５内に複数個内蔵される粉砕用の羽根車を示すものであり、図２Ｂの斜視図に示すように羽根車２６の軸方向に穿設された孔２６ａの周方向に対して３個の羽根２６ｂがそれぞれ等間隔に設けられている。なお、本発明の羽根車２６には複数個の羽根２６ｂが設けられ、図２ｂに示すように３個に限定されるものではない。前記の各羽根車２６は、各孔２６ａを介して前記回転軸２４ａに連結される。符号２７はヒータを示すものであり、前記炉芯管２５の外周側に複数個設けられる。
【００２６】
次に、図２Ａに示すロータリキルンの動作を説明する。まず、容器２２に充填された混合物スラリー２２ａを、調整弁２２ｂ，ポンプ２２ｃを介して、ロータリーキルン２１の供給口２１ａからスクリューフィーダ部２３内に供給する。その供給された混合物スラリー２２ａを、駆動装置２４によって回転するスクリュー２３ａにより炉芯管２４内に搬送する。そして、前記炉芯管２５内において、前記駆動装置２４により羽根車２６を周方向に回転させると共にヒータ２７により加熱することにより、前記混合物スラリー２２ａを粉砕しながら乾燥および焙焼して、微細な絶縁粉体２８を得ることができる。
【００２７】
図２Ａ，Ｂに示したように構成するロータリーキルンを用いることにより、得られる絶縁粉体が塊状になることを防ぎ、その絶縁粉体の原料偏析を皆無にすることができると共に、混合物スラリーの乾燥と焙焼とを同時に行うことができる。
【００２８】
次に、前記第１〜４実施例により得られた絶縁材Ｓ１〜Ｓ４を用い、図１に示す製造工程を経て非直線抵抗体の試料を各絶縁材Ｓ１〜Ｓ４につき１０個それぞれ作製し、それら試料において４／１０μｓ放電耐量試験および剥離発生試験をそれぞれ行った。前記の各試験結果を下記表１に示した。
【００２９】
なお、前記絶縁材Ｓ１〜Ｓ４を用いて成る非直線抵抗体との比較例(従来法)として、前記混合物スラリーを恒温槽で乾燥させて得た未焙焼の第１絶縁材(以下、絶縁材Ｓαと称する)を脱脂前の成形体(または脱脂後の成形体)の外周面に塗布し焼成して成る非直線抵抗体の試料１０個と、前記混合物スラリーを乾燥および焙焼させて得た第１絶縁材(以下、絶縁材Ｓβと称する)を脱脂前の成形体(または脱脂後の成形体)に塗布し焼成して成る非直線抵抗体の試料１０個とを用いた。また、下記表１中の放電耐量試験結果において、１０個の試料のうち何れも破壊しなかった場合は○印、１０個の試料のうち１個でも破壊してしまった場合を×印で示した。
【００３０】
【表１】

【００３１】
前記表１に示すように、成形体に未焙焼の絶縁材Ｓαを塗布した試料の場合、放電耐量が低く、前記絶縁材Ｓαを塗布する際に成形体が破壊してしまい、歩留まりが低くなってしまった。また、成形体に絶縁材Ｓβを塗布した試料の場合には、収縮時において成形体と高抵抗層との収縮率が一致しないため、成形体から高抵抗層が剥離してしまい、放電耐量が低くなってしまった。
【００３２】
一方、第１実施例によりバッチ炉で焙焼した絶縁材Ｓ１を仮焼体に塗布して成る試料は、仮焼体と高抵抗層との収縮率に差がないため、仮焼体から高抵抗層が剥離することはなく放電耐量が向上したことを確認できた。第２実施例により混合物スラリーをスラリードライヤーにより乾燥しロータリーキルンにより焙焼した絶縁材Ｓ２を仮焼体に塗布した試料の場合には、前記絶縁材Ｓ１を用いた試料と同様の理由により、放電耐量が向上したことを確認できた。絶縁材Ｓ１を用いた試料と比較して絶縁材Ｓ２を用いた試料の放電耐量が高いことが読み取れるが、この理由として、絶縁材Ｓ２における混合物スラリーの乾燥および焙焼方式により、絶縁粉体の原料偏析が起こらなかったためと思われる。
【００３３】
第３実施例により粉砕用の羽根車が装備されていないロータリーキルンを用いて得た絶縁材Ｓ３を塗布した試料の場合、前記絶縁材Ｓα，Ｓβを用いた試料と同様の放電耐量が得られたが、ロータリーキルンにより得られた絶縁粉体が塊状になってしまったため、その塊状の絶縁粉体を粉砕する工程が必要となると共に、その絶縁粉体において原料偏析が見られた。第４実施例により粉砕用の羽根車を備えたロータリーキルンを用いて得た絶縁材Ｓ４を塗布した試料の場合には、絶縁粉体が微細で原料偏析が皆無であるため、前記絶縁材Ｓα，Ｓβを用いた試料と比較して、放電耐量が飛躍的に向上したことを確認できた。
【００３４】
【発明の効果】
以上示した本発明によれば、成形体を仮焼して脱脂および仮焼結された仮焼体を形成した後、あらかじめ粉砕・混合された混合スラリーをバットで乾燥しバッチ炉で焙焼した第１絶縁材を前記仮焼体の外周面に塗布し、その仮焼体を焼成工程にて焼成して外周面に高抵抗層が形成された焼成体を得ることにより、仮焼体と高抵抗層との密着性を向上し、その高抵抗層の剥離等の不良を減少すると共に、第１絶縁材塗布中に仮焼体が欠けることを低減することができる。
【００３５】
また、前記混合スラリーをスラリードライヤ等により乾燥した後、ロータリーキルン等により焙焼することにより、絶縁粉体の原料偏析が低減し、高抵抗層の絶縁性および放電耐量を向上させることができる。さらに、粉砕用の羽根車を備えたロータリーキルンを用いて、混合物スラリーを粉砕すると共に乾燥および焙焼することにより、絶縁粉体の原料偏析を低減すると共に製造工数を低減することができる。
【００３６】
ゆえに、非直線抵抗体の製造コストを低減することができると共に、電気的特性および機械的強度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における非直線抵抗体の製造工程図。
【図２】本発明の実施の形態におけるロータリーキルンの概略構成図。
【符号の説明】
Ｓ１…造粒粉形成工程
Ｓ２…成形工程
Ｓ３…仮焼工程
Ｓ４…第１絶縁材塗布工程
Ｓ５…焼成工程
Ｓ６…第２絶縁材塗布工程
Ｓ７…熱処理工程
Ｓ８…電極材料溶射工程
２１…ロータリーキルン
２２…容器
２３…スクリューフィーダ部
２４…駆動装置
２５…炉芯管
２６…羽根車
２７…ヒータ
２８…絶縁粉体

Claims

ＺｎＯ，Ｂｉ₂Ｏ₃，Ｓｂ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂を粉砕・混合して混合物スラリーを得、その混合物スラリーを瞬時に乾燥すると共に均一に焙焼して原料偏析の無い絶縁粉体を形成した後、その絶縁粉体と有機バインダーとを混練して第１絶縁材を得、
複数個の金属酸化物を粉砕・混合して得た添加物成分と、有機バインダーと、酸化亜鉛とを混合して原料スラリーを形成し、その原料スラリーを脱泡および乾燥して得た造粒粉を円盤状の成形体に成形した後、その成形体を仮焼することにより脱脂および仮焼結して仮焼体を形成し、
前記仮焼体の外周面に前記第１絶縁材を塗布した後、焼成して外周面に高抵抗層が形成された焼成体を得、前記焼成体の高抵抗層の表面に対して第２絶縁材を塗布し熱処理して焼き付けた後、前記焼成体の両端面に対して電極を設けて構成するものであって、
前記絶縁粉体は、粉砕用の羽根車が複数個内蔵されたロータリーキルン内に前記混合物スラリーを供給し、前記羽根車により粉砕すると同時に乾燥および焙焼して得ることを特徴とする非直線抵抗体の製造方法。