JPH0231481B2

JPH0231481B2 -

Info

Publication number: JPH0231481B2
Application number: JP57022228A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yamashita; Masatoshi Yamazaki; Tadashi Kimura
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1982-02-15
Filing date: 1982-02-15
Publication date: 1990-07-13
Also published as: JPS58139401A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は高電圧開閉器用抵抗体及びその製造法
に関する。従来の抵抗体は、陶磁器製造原料として使用さ
れているケイ砂または高アルミナ質の骨材に陶石
等の長石質原料を結合材として配合し、抵抗率の
調整をカーボンブラツク等の添加量で行ない、こ
うして得た混合物を成形し、焼成したものが使用
されていた。このような抵抗体は、例えば長石質が多いこと
から焼成組織中にガラス質が多く、またアルカリ
が導入されて含有するものとなつている点が指摘
し得る。粘土質の多いものは焼成組織中のムライ
ト質が多くなり、また長石質とケイ砂質の多いも
のは、磁器を焼結させ易くなることから気孔が少
なくなり、或はその気孔を均一に分散させること
も至難である。それ故、組織的に緻密で例えば曲
げ強さは300Kg／cm²以上となつて、必要とされる
充分な強度を有するものとなつている反面、大電
流を遮断する時に発生する、例えば500KV以上
のサージ電圧を発熱吸収させる目的に試用してみ
ると、もろく破壊してしまう。図に示すように、外径127mm、内径41mm、厚さ
25.4mmのデイスク体２を作り、表裏面にメタリコ
ン電極１を真鍮もしくはアルミニウムで形成し
て、質量0.8Kgの試料が作られた。これについて
衝撃的なサージ電圧の持つ高電気エネルギーを発
熱吸収させるための高抵抗体組織のマトリツクス
相を調べると、不純物の高いガラス質は、０℃、
HF水溶液における溶解重量で測定すると、その
30〜35％に達する多量である。これは高温時でか
なりの電気伝導性を示すから、急激な発熱ととも
に抵抗値の低下が大となり、電気エネルギーを熱
に転換する効率は甚だ不満足なものといえる。し
かも高熱に対して安定で耐電気エネルギー量
500J／c.c.を達成しようとする場合、焼成組織中に
ガラス質が存在すると、これが達成できない原因
となる。更に、多孔質を特質とする焼成組織マトリツク
ス相における実験的変化を追跡すると、径が4μ
ｍ以上の気孔では組織の溶融現象がその壁面に認
められその内部で貫通放電が発生していることを
裏付けている。一方、0.1μｍ以下の気孔が多い相対的に緻密な
組織部分には割れが多発している。高サージ電圧
を負荷した時の温度上昇率は、およそ3000〜4000
℃／secであるから、このような急激な熱膨張を
惹き起す熱歪力に耐えられずに割れたと考えるに
十分と思われる。また、混入していたアルカリ金属酸化物は、そ
の一部が還元されている点も見出される。このような基礎的技術事項を克服することを目
的とする本発明は、高電圧電流用開閉器を開動作
させる時に発生するアークの消弧手段を正常に機
能させるために必要な電気的並びに機械的特性に
優れた高電圧開閉器用抵抗体の開発及びその製造
法の開発に係り、特に、この目的のために不可欠
な特性、即ち、開放サージ高電圧を呼び込むに適
切な抵抗値を有し、かつ、このサージ高電圧を熱
エネルギーに転換してこれを消散させるために必
要な抵抗値の安定と熱割れ防止が達成された高電
圧開閉器用抵抗体並びにその製造法を提供する。本発明は、良い結合性を示す活性の高い高純度
の酸化アルミニウム（以下アルミナという）粉体
を絶縁体成分として使用し、好ましくは当該アル
ミナ粉体の粒径が0.15mm以下のものを絶縁体粉末
とし、焼結体の成分割合が粘土粉体19.0〜49.5wt
％、アルミナ粉体49.5〜76.1wt％、カーボン粉体
1.0〜4.9wt％、更に好ましくは、粘土粉体29.4〜
39.4wt％、アルミナ粉体59.1〜68.6wt％、カーボ
ン粉体1.5〜2.0wt％であることを特徴とする高電
圧開閉器用抵抗体である。上記アルミナ粉体は97％以上に高純度が好まし
いが、製造条件により純度を加減することができ
る。本発明の組成は、従来技術の特徴であるけれど
も限界要因となつていたガラス質、ムライト質を
マトリツクス相から追放した上で所要の機械的強
度を満足するか、それ以上の強度増大も可能とな
つている。電気絶縁成分のアルミナ粉末を使用することに
より電気絶縁成分自体に結合力をもたせ、結合材
成分を低くおさえても粉体焼結物の機械的強度を
十分高く維持できる。この高純度アルミナ粉体は、その粒径が0.15mm
以下のものであることが好ましく、相対的に採用
する粒度を加減することができる。粒度は、粉体
焼結物中に形成される気孔を均一に分散させる結
果と相当な関係を有することが判明したからであ
る。しかもその気孔径を0.1〜4μｍの分布範囲に
全気孔の80％以上を制御する重要な要因の一つで
あると推認された。アルミナ粉体との相対比率
29.4〜39.4wt％の粘土粉体は、0.1μｍ以下の小さ
すぎる気孔の発生を抑えて、また4μｍ以上の大
きすぎる気孔の発生を抑制する上で好適である。
導電体粉末を均一に分散させる媒介物としての作
用も大きく、抵抗値の偏倚防止に効果を上げる。
また焼成時に高純度アルミナ粒子間のマトリツク
ス相のガラス質の形成を抑制した上で、強度のあ
る粉体焼結組織を形成するための要因の一つと考
えられる。HFガスに対する耐蝕性も良好に改善
される。このようにアルミナ粉体：粘土：カーボンが
49.5wt％〜76.1wt％：19.0〜49.5wt％：１〜
4.9wt％であることは、気孔率20〜30％で、0.1〜
4μｍの径の気孔が全体の80％以上となる焼結体
を形成するための基本的要件と考えることができ
る。そこで、製造のためには、粘土粉体とカーボン
粉体を、例えば、湿式混合手段を用いて一次混合
物として処置し、これに0.2mm、好ましくは、
0.15mm以下の粒度のアルミナ粉体を加え、例えば
撹拌混合手段により均一な第二次混合物にする。
この第二次混合物を粒度0.3mm以下、好ましくは、
0.25mm以下の粉末に処置する。成形体中の気孔分
布は偏倚を認め難い均一性を有し、20〜30％の見
掛気孔率は熱の急激な上昇に伴う熱歪を吸収する
に十分な空間容積を保有したことを明らかにし、
気孔径は0.1〜4μｍのものが全体の80％以上を占
め、過小な気孔若しくは過大な気孔の発生は予期
以上に抑制され、また、それらの分散にも偏倚が
ほとんどなく、気孔分布の均一性は予期以上に高
度である。この分布の均一性は径が0.1〜4μｍの
気孔壁の熱溶融の進行を効果的に妨げ、貫通放電
の限界を従来の大径気孔に較べ相当な水準を高め
得ることが認められた。上記のように本発明抵抗体の製造法は、予め所
有の抵抗値を持つように調整された量の導電体粉
末を粘土粉体中に湿式混合して均一に分散させた
一次混合物を作り、これに高純度アルミナ粉体を
加えて混合し、均一分散状態の二次混合物を作
り、造粒工程、成形工程、焼成工程を経て粉体焼
結物とすることを特徴とする高電圧開閉器用抵抗
体の製造方法が好ましい。開閉時のサージ高電気エネルギーを吸収するた
めに具備すべき条件の(イ)耐エネルギー量は、発熱
に伴う抵抗値の低下を食い止め、また急激な熱膨
張を機械的に吸収する能力を高めた結果、500J／
c.c.以上の電気−熱エネルギー転換能力を支えるこ
とができ、500KV〜1000KV以上のエネルギー吸
収を可能にし、(ロ)昇温速度は、3000〜4000℃／
sec（例えば1/10秒間の高電圧負荷による温度上昇
度を１回の印加で150〜200℃、２回の印加で230
℃、３回の印加で270℃にするテスト）に対して
も破壊に至らず、その急激で大きく働く熱歪力に
耐え、(ハ)抵抗変化率は、このように急激な温度上
昇に耐えて、0.1％℃以下に止め、サージ高電圧
の抑制消散を広い電圧範囲で確立し、開閉器のア
ーク消弧手段の機能を実質的に増大して高度な改
良効果を開閉器に広く波及させることができる。
またその製造法も気孔の均一分散と粒径分布の制
御のために、粘土粉体とカーボン粉体を先ず混合
し、後にアルミナ粉体を加えて均一分散状態の第
二次混合物とすることで初めて実現するものであ
り、本発明による気孔の均一分散、粒径分布の制
御は、これらに相関関係を有するアルミナ粉体の
混合を他の材料の混合と分離することにより初め
て完遂される。本発明の実施例及び製造法は、下記表に掲げた
比較例とともに以下に説明される通りである。実施例１水簸粘土35.3wt％、カーボンブラツク2wt％を
ボールミルで湿式混合し、均質な第１次混合物を
作り、これに純度97％、粒径0.15mm以下の電融ア
ルミナ粉体を62.7wt％相当配合し、ライカイ機で
撹拌混合し、第２次混合物を作り、これを粒径
0.25mm以下に造粒し、当該粉末を図示例の形状に
成形、焼成して粉体焼結抵抗体を得た。この抵抗体は水銀圧入法による圧力と、水銀の
圧入容積との対比測定値から0.1〜4μｍ径に属す
る気孔が90％以上であり、かつ、その見掛気孔率
が22.6％であることが確められた。上記例に従う電気エネルギー印加試験の結果は
良であり、超高電圧用抵抗体として好適である。測定器はシマヅ−マイクロメリテイツクスポロ
シメーター903−１型（117〜0.006μｍの気孔測定
可）、及びシマヅ−マイクロメリテイツクスポ
アサイザ 9300（500〜0.006μｍの気孔測定可）が
用いられた。実施例２純度97％、粒径0.15mm以下の焼成アルミナ粉体
62.7wt％を配合して得た二次混合物を用いて製造
された抵抗体は、見掛気孔率が27.3％0.1〜4μｍ
径に属する気孔の占有率が85％、上記例に従う電
気エネルギー印加試験結果は良であつた。
500KV〜1000KV以上の超高電圧開閉器用抵抗体
として好適である。参考に供される比較例１ないし９について、比
較例１は、粒度１mm以下で49.0wt％分のケイ砂
と、SiO₂の含有率70％で49.0wt％分の服部陶石
と、2wt％分のカーボンブラツクとから得た焼結
体の特性を示し、見掛気孔率は僅か8.7％にすぎ
ず電気エネルギー印加試験は割れの結果が出てい
る。比較例２〜９は、アルミナ粉体の粒径が１mm以
下、0.5mm以下、0.15mm以下のそれぞれに対し、
結合体粉末の服部陶石、田尾陶石、水簸粘土を組
合せ、見掛気孔率0.1〜4μｍ径に属する気孔の割
合の変化を例示した。同様の電気エネルギー印加
試験結果は見掛気孔率及び所定径外の気孔割合に
より、割れ、又は、貫通放電を起すことが確めら
れた。カーボン及びアルミナ粉体を均一に分散さ
せるために使用する粘土は、予期以上に重要であ
ることが確められた結果、配合する粘土はその使
用割合ばかりでなく、カーボン粉体及びアルミナ
粉体に対して分散性の良い品種が選ばれるべきで
ある。また、見掛気孔率が20％以上である比較例２、
或は８は所定径内に属する気孔の割合が80％以下
であつていずれも貫通放電を起し、抵抗値の急激
な変化と惹き起している。あるいは、所定径外の気孔の割合が多く、見掛
気孔率が20％以下のものは、貫通放電によるトラ
ブルより割れのトラブルが容易に発生すから、こ
れらの特性値は、高電圧開閉器用抵抗体のため非
常に重要である。

【表】

【表】【図面の簡単な説明】

図面は本発明の高電圧開閉器用抵抗体として形
成される形状の一例を示し、実際にはこのような
単位を組み合せて使用される。１……電極、２……デイスク（抵抗体本体）。

Claims

【特許請求の範囲】１粘土と電気絶縁体粉末とカーボンを焼結して
得る高電圧開閉器用抵抗体であつて、電気絶縁体
粉末として酸化アルミニウム粉体が配合されて焼
結体中の気孔群の大小気孔を相互に均一的に分散
させたことを特徴とする高電圧開閉器用抵抗体で
あつて、前記焼結体成分の割合が粘土粉末19.0〜
49.5wt％、酸化アルミニウム粉体49.5〜76.1wt
％、カーボン粉体1.0〜4.9wt％であり、焼結体気
孔率が10〜30％であり、0.1〜4μｍ径に属する気
孔の割合が全気孔の80％以上であることを特徴と
する高電圧開閉器用抵抗体。２焼結体成分の割合が粘土粉体29.4〜39.4wt
％、酸化アルミニウム粉体59.1〜68.6wt％、カー
ボン粉体1.5〜2.0wt％であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の抵抗体。３酸化アルミニウム粉体の純度が97％以上であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
第２項記載の抵抗体。４水簸粘土が配合されたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項ないし第２項記載の抵抗体。５焼結体組成中のガラス質が10％以下であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４
項記載の抵抗体。６全体の29.4〜39.4wt％の粘土粉体と全体の1.5
〜2.0wt％のカーボン粉体とを均一に混合して第
１次混合物を作る工程と、前記第１次混合物に対
して全体の59.1〜68.6wt％の酸化アルミニウム粉
体を均一混合して第２次混合物を作る工程と、前
記第２次混合物を粉末にする粉末化工程と、前記
第２次混合物の粉末を焼結する焼結工程とからな
ることを特徴とする高電圧開閉器用抵抗体の製造
法。７粒度0.25mm以下にする上記粉末化工程で特徴
づけられる特許請求の範囲第６項記載の製造法。８上記第１次混合物に対して粒度0.15mm以下の
酸化アルミニウム粉体を均一混合して第２次混合
物を作る工程により特徴づけられる特許請求の範
囲第６項または第７項記載の製造法。