JPH06244008A - 非直線性抵抗体避雷器素子のガラス被覆法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス被覆層膜厚の制御性が良く、しかも信
頼性の高い非直線性抵抗体避雷器素子のガラス被覆法を
提供することを目的とする。 【構成】 ニトロセルローズを含み異なる沸点を有する
複数の有機溶媒を混合した混合有機溶媒にガラス粉末を
分散した塗布液７を用い、あらかじめ低沸点有機溶媒の
沸点以上、高沸点有機溶媒の沸点以下の温度に余熱した
非直線性抵抗体避雷器素子１に塗布液を吹き付け塗布
し、これを乾燥した後焼成するものであり、有機溶媒の
沸点は少なくとも最高のものと最低のものとで５０℃以
上差があり、その混合比率は高沸点有機溶媒が５０％以
下であるものである。また、ガラス粉末として焼付状態
での熱膨張係数が非直線性抵抗体避雷器素子の熱膨張係
数よりも少なくとも５×１０^-7℃^-1以上小さいものを用
いる。さらに、複数の非直線性抵抗体避雷器素子を弾性
体を介して重ねたものに対して塗布液を吹き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主として電力送電分
野で避雷エネルギーの吸収素子として利用される酸化亜
鉛や、炭化けい素を用いた非直線性抵抗体避雷器素子の
製造法、特に同素子の側面ガラス被覆法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】電力送電分野で避雷器素子として用いら
れる非直線性抵抗体は図２に示されるように、円柱状の
同素子１両端面にアルミニウム等の電極２が形成され、
側面にガラス等による絶縁皮膜３が施された構造を持っ
ているものである。また、その製造方法は、酸化亜鉛、
酸化ビスマス、その他複数の酸化物の混合物で構成され
た原料を所定の寸法の円柱または円板状にプレス成型
し、これを仮焼、焼結して抵抗の非直線性を示す固体素
子１を得、この素子の両端面に金属熔射によりアルミニ
ウムを所定の厚さに塗布し、電極２を形成する。このよ
うにして得られた酸化亜鉛避雷器素子について同円柱状
素子の側面にガラス３塗布を実施する。この絶縁皮膜被
覆方法として、種々の方法が提案されている。例えば特
開昭６２−１０９３０２号公報ではスプレーで噴霧塗布
する方法が開示され、有機バインダー（ポリビニルアル
コール、ヒドロキシプロピルアルコール、メチルセルロ
ーズ）の水溶液と絶縁物粉末の混合スラリを用い、その
粘度を５０〜６００ｃＰに調整し、被塗布素子を５０〜
２００℃に加熱した状態で１０〜３０ＲＰＭで回転しな
がら同スラリをスプレー装置で塗布する方法が述べられ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに従来のこの吹
き付け塗布方法ではスプレー塗布液のバインダーとして
ポリビニルアルコール等の水溶性有機物高分子を利用し
ているため、バインダーの分解温度が高く、特に高抵抗
層として低融点ガラスを用いるとき、炭化したバインダ
ー成分がガラス中に残留し、絶縁抵抗を低下させる問
題、塗布液スラリをスプレーしたとき被塗布物表面から
の水の蒸発が遅く、塗布液のダレが起こり、相対的に膜
厚の厚いガラス高抵抗層の形成が困難である等の問題点
があった。

【０００４】この発明は上記のごとき、非直線性抵抗体
避雷器素子のスプレー方式のガラス被覆法における問題
点の解消を図り、ガラス被覆層膜厚の制御性が良く、し
かも信頼性の高い非直線性抵抗体避雷器素子のガラス被
覆法を提供せんとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る非直線性
抵抗体避雷器素子のガラス被覆法は、ニトロセルローズ
を含み異なる沸点を有する複数の有機溶媒を混合した混
合有機溶媒にガラス粉末を分散した塗布液を用い、あら
かじめ上記低沸点有機溶媒の沸点以上、高沸点有機溶媒
の沸点以下の温度に余熱した非直線性抵抗体避雷器素子
に上記塗布液を吹き付け塗布し、これを乾燥した後焼成
するものである。

【０００６】また、複数の有機溶媒の沸点は少なくとも
最高のものと最低のものとで５０℃以上差があり、その
混合比率は高沸点有機溶媒が５０％以下であるものであ
る。

【０００７】また、有機溶媒にガラス粉末を分散した塗
布液を非直線性抵抗体避雷器素子に吹き付け塗布し、こ
れを乾燥した後焼成する非直線性抵抗体避雷器素子のガ
ラス被覆法において、上記ガラス粉末として焼付状態で
の熱膨張係数が非直線性抵抗体避雷器素子の熱膨張係数
よりも少なくとも５×１０^-7℃^-1以上小さいものを用い
ることを特徴とするものである。

【０００８】さらに、複数の非直線性抵抗体避雷器素子
を弾性体を介して重ねたものに対して塗布液を吹き付け
ることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】この発明の非直線性抵抗体避雷器素子のガラス
被覆法においては、あらかじめ低沸点有機溶媒の沸点以
上、高沸点有機溶媒の沸点以下の温度に余熱した非直線
性抵抗体避雷器素子に異なる沸点を有する複数の有機溶
媒を混合した塗布液を吹き付け塗布するので、塗布中に
塗布液中の低沸点有機溶媒が蒸発し、素子表面上で塗布
液は高粘度状態となり、塗布中および塗布後の被塗布物
の取り扱いで塗布皮膜の変形は起こらず、かつ塗布表面
が滑らかに矯正される。また、塗布液中のニトロセルロ
ーズは焼成により簡単に分解するので絶縁抵抗を低下さ
せることもない。よって、ガラス被覆層膜厚の制御性が
良く、しかも信頼性の高いガラス被覆層を有する非直線
性抵抗体避雷器素子が得られる。

【００１０】また、複数の有機溶媒の沸点は少なくとも
最高のものと最低のものとで５０℃以上差があり、その
混合比率は高沸点有機溶媒が５０％以下である場合に、
焼成後のガラス膜質を低下させることなく、塗布時の膜
のだれを防止してガラス被覆層膜厚の制御性が良く、し
かも信頼性の高いガラス被覆層を得るのに特に好都合で
ある。

【００１１】また、ガラス粉末として焼付状態での熱膨
張係数が非直線性抵抗体避雷器素子の熱膨張係数よりも
少なくとも５×１０^-7℃^-1以上小さいものを用いると、
焼成によってひび割れ、剥離等が起こりにくく、より信
頼性が高まる。

【００１２】さらに、複数の非直線性抵抗体避雷器素子
を弾性体を介して重ねたものに対して塗布液を吹き付け
ることにより、高い量産性が得られる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の詳細を説明する。まず、こ
の発明の第１ステップとして、被覆した側面ガラス層が
焼付によってひび割れ、剥離等の破損を起こさない同素
子の被覆に適したガラス素材の選択基準を有限要素法に
よる計算機シミュレーションによって検討した。被覆ガ
ラスの材料定数として、熱膨張係数は酸化亜鉛避雷器素
子のそれ例えば６５×１０^-7℃^-1の±２０×１０^-7℃^-1
の範囲、弾性定数（ヤング率）は低融点ガラスの平均的
な値±１０³ｋｇ／ｃｍ²の範囲、ポアソン比は同ガラス
の平均的な値の範囲である０．２７を想定し、ガラス被
覆厚さを１００μｍとして計算を行った結果、代表的な
ガラス焼付残留応力として表１のような結果を得た。な
お、表１において、単位はｋｇ／ｍｍ²であり、−は圧
縮力を、＋は引っ張り力をそれぞれ示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】この計算結果から酸化亜非直線性抵抗体と
被覆ガラスの弾性定数の差に関係なく、両者の熱膨張係
数の差が−５×１０^-7℃^-1以上（ガラスの方が小さい）
あれば、焼き付け後の被覆ガラス内部の残留応力は圧縮
状態となり、ガラスのひび割れ、剥離等の破損は発生し
ないことは明らかである。

【００１６】以上の計算機シミュレーション結果に基づ
いて市販の焼き付け用フリットガラスについて、実施例
１以下に詳述する方法でガラス塗布し、焼き付けを行っ
た。例えば平均熱膨張係数６０×１０^-7℃^-1のＴ４３６
（岩城硝子製）は約６０ｍｇ／ｃｍ²を素子表面に塗布
し、４５０℃で焼き付けを行い、約１３０μｍのガラス
膜を得たがガラス膜にひび割れ等の破損は発生しなかっ
た。他の市販フリットガラス、ＬＳ０１１（熱膨張係
数：５３×１０^-7℃^-1、日本電気硝子製）、Ｇ０１７
（熱膨張係数：５７×１０^-7℃^-1、ショット社製）、Ｇ
Ａ−１（熱膨張係数：６０×１０^-7℃^-1、日本電気硝子
製）、＃７５７３（熱膨張係数：４８×１０^-7℃^-1、岩
城硝子製）等をガラス膜厚１００〜２００μｍの範囲で
焼き付け被覆したが、いずれの場合も被覆ガラス層の破
損等異常は発生しなかった。

【００１７】一方、Ｔ２０４（熱膨張係数：８２×１０
^-7℃^-1、岩城硝子製）、ＬＳ３００１（熱膨張係数：６
９．５×１０^-7℃^-1、日本電気硝子製）、ＳＧ０７５９
（熱膨張係数：７５×１０^-7℃^-1、松浪硝子製）、＃８
４６５（熱膨張係数：８２×１０^-7℃^-1、ショット社
製）等、酸化亜鉛非直線性抵抗体の熱膨張係数との差が
−５×１０^-7℃^-1以上のガラスでは焼き付け後にいずれ
もガラス層にひび割れが発生した。以上のようにこの発
明の条件に従って、酸化亜鉛非直線性抵抗体の側面被覆
ガラスとして熱膨張係数が酸化亜鉛素子より少なくとも
５×１０^-7℃^-1以上小さいガラスを選択することによ
り、被覆ガラス層に焼き付け残留応力によるひび割れ等
破損のまったくない良好なガラス側面被覆が可能であ
る。

【００１８】実施例１．前述した従来の場合と同様に形
成された酸化亜鉛非直線性抵抗体の側面に被覆するため
のフリットガラス塗布液は以下の方法で製作する。所定
の粒度の粉末ガラス、例えばＧ０１７を２ｋｇ秤量し、
これに１０重量％ニトロセルローズ（局方規格１／２
秒）を溶解したブチルカルビトール（沸点：２３０℃）
を５００ｍｌ加え、スラリが均一化するまで混練する。
さらにエチルアルコール（沸点：７８℃）８００ｍｌを
加え、プロペラ攪拌機で十分に攪拌混合する。このスラ
リの粘度を測定（簡易型塗料粘度計、例えば岩田式粘度
計）して、粘度範囲１０〜１５秒にエチルアルコールの
添加量により調整し、塗布液とする。このようにして調
製した塗布液はあらかじめエチルアルコールの沸点以上
でブチルカルビトールの沸点以下に加熱された酸化亜鉛
非直線性抵抗体の側面にスプレー装置により、所定の時
間（ガラス焼き付け後の膜厚が所定の厚さとなる塗布量
が得られる時間）、塗布する。この工程で塗布中に塗布
液中のエチルアルコールが蒸発し、素子表面上で塗布液
は高粘度状態となり、塗布中および塗布後の被塗布物の
取り扱いで塗布皮膜の変形は起こらず、かつ塗布表面が
滑らかに矯正される状態となる。塗布後残留する高沸点
溶媒を溶剤排気装置を備えた乾燥設備で乾燥し、ガラス
焼き付けのため、所定の加熱プロファイルに設定された
電気炉で焼成し、ニトロセルローズバインダーの分解、
ガラスの熔融均一化を達成する。この実施例のＧ０１７
フリットガラスでは４５０℃、１０分の焼成がガラスの
均一皮膜の形成に最適であった。

【００１９】なお、この実施例ではニトロセルローズ添
加量に関して、１０重量％の場合のみについて説明した
が、その添加量は２０重量％以下で、後工程で塗布膜の
欠落がない程度の塗布膜強度をもてば十分である。ただ
し２０重量％を越えると焼成工程でバインダーの炭化が
起こり、ガラスの絶縁性をそこなうようになる。

【００２０】また高沸点と低沸点の有機溶媒の組み合わ
せをブチルカルビトールとエチルアルコールの組み合わ
せの場合についてのみ説明したが、他の有機溶媒の組み
合わせ、例えば高沸点溶媒としてジエチルカルビトール
（沸点：１８６℃）、ジメチルカルビトール（沸点：１
６０℃）、モノエチルカルビトール（沸点：１９５
℃）、モノメチルカルビトール（沸点：１９４℃）等を
利用してもよく、低沸点溶媒としてはメチルアルコール
（沸点：６５℃）、イソプロピルアルコール（沸点：８
２℃）等を利用でき、それぞれ任意の組み合わせで使用
することができるが、両者の温度差が５０℃以下の場合
は塗布時の高沸点有機溶媒蒸発量が多くなり、塗布膜内
に多量の気泡が発生し、焼成後のガラス膜質が低下す
る。さらに高沸点有機溶媒の添加量が５０容量％を越え
ると塗布時に膜のだれが起こり、均一な膜厚の塗布膜が
得られない。

【００２１】この実施例で説明したガラス塗布液のごと
く、バインダーとしてニトロセルローズを用い、沸点の
異なる２つの溶剤の混合溶剤で塗布液を製作し、かつ被
塗布物である酸化亜鉛非直線性抵抗体の温度をあらかじ
め両沸点溶媒の間の温度に加熱しておくことにより、任
意の焼成膜厚で滑らかな表面状態を持つ信頼性の高いガ
ラス被覆が可能となる。

【００２２】実施例２．実施例１に示したごとく酸化亜
鉛非直線性抵抗体の側面にガラス塗布液を被覆する工程
で、酸化亜鉛非直線性抵抗体の両端面の金属電極にガラ
ス塗布液が付着することを防止し、かつ複数個の非直線
性抵抗体を同時に塗布するための工夫を以下の実施例で
図１をもとに説明する。

【００２３】実施例１で説明したガラス塗布液をスプレ
ー装置で塗布する工程で、弾性体すなわち例えばＪＩＳ
硬度（Ｈｓ）６０以下のシリコンゴムまたはネオプレン
ゴム（厚さ２〜５ｍｍ、代表的には３ｍｍ厚の板材）で
形成された少なくとも被塗布物である酸化亜鉛非直線性
抵抗体１の直径よりも大きな円板５を図１に示すごと
く、スプレー塗布の架台４上に重ねて設置される被塗布
物素子１の各間に挿入しておく。この状態で酸化亜鉛非
直線性抵抗体１は相当の重量があるため、柔らかいシリ
コンゴム５中に微少量沈み込み、スプレーガン６から噴
射された霧状の塗布液７が酸化亜鉛非直線性抵抗体の電
極面２に侵入するのを防ぐことができるようになる。こ
の時、複数個の抵抗体を同時に塗布するためにスプレー
ガン６を上下させて所定の時間塗布すること、および実
施例１で説明したごとく、被塗布物素子表面３はあらか
じめ所定の温度に加熱されている必要があることは言う
までもない。

【００２４】なお、この実施例で説明したシリコンゴム
製の素子間スペーサは軟質のシリコンスポンジやネオプ
レン等の合成ゴムを使用できることは明らかである。

【００２５】このような方法で同時に塗布された複数個
の被塗布物素子は金属電極面に塗布液が付着することな
く、ガラス被覆が可能であり、高い量産性が得られる。

【００２６】以上の実施例では酸化亜鉛非直線性抵抗体
を利用した避雷器素子の場合についてのみ述べたが、こ
の発明の非直線性抵抗体避雷器素子のガラス被覆法はこ
れに限るものではなく、例えば炭化けい素非直線性抵抗
体のガラス被覆等についてもまったく同様に実施できる
ことはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ニト
ロセルローズを含み異なる沸点を有する複数の有機溶媒
を混合した混合有機溶媒にガラス粉末を分散した塗布液
を用い、あらかじめ上記低沸点有機溶媒の沸点以上、高
沸点有機溶媒の沸点以下の温度に余熱した非直線性抵抗
体避雷器素子に上記塗布液を吹き付け塗布し、これを乾
燥した後焼成するので、ガラス被覆層膜厚の制御性が良
く、しかも信頼性の高いガラス被覆層を有する非直線性
抵抗体避雷器素子が得られる。

【００２８】また、複数の有機溶媒の沸点は少なくとも
最高のものと最低のものとで５０℃以上差があり、その
混合比率は高沸点有機溶媒が５０％以下である場合に、
焼成後のガラス膜質を低下させることなく、塗布時の膜
のだれを防止してガラス被覆層膜厚の制御性が良く、し
かも信頼性の高いガラス被覆層を得るのに特に好都合で
ある。

【００２９】また、有機溶媒にガラス粉末を分散した塗
布液を非直線性抵抗体避雷器素子に吹き付け塗布し、こ
れを乾燥した後焼成する非直線性抵抗体避雷器素子のガ
ラス被覆法において、上記ガラス粉末として焼付状態で
の熱膨張係数が非直線性抵抗体避雷器素子の熱膨張係数
よりも少なくとも５×１０^-7℃^-1以上小さいものを用い
ると、焼成によってひび割れ、剥離等が起こりにくく、
より信頼性が高まる。

【００３０】さらに、複数の非直線性抵抗体避雷器素子
を弾性体を介して重ねたものに対して同時に塗布液を吹
き付けることにより、高い量産性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による非直線性抵抗体避雷
器素子のガラス被覆法を示す構成図である。

【図２】一般的なガラス被覆形の非直線性抵抗体避雷器
素子を示す一部破断斜視図である。

【符号の説明】

１ 非直線性抵抗体避雷器素子 ２ 金属電極 ３ ガラス被覆層 ４ スプレー塗布架台 ５ 軟質ゴムスペーサ ６ スプレーガンのノズル ７ 霧化した塗布液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 禮二 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニトロセルローズを含み異なる沸点を有
   する複数の有機溶媒を混合した混合有機溶媒にガラス粉
   末を分散した塗布液を用い、あらかじめ上記低沸点有機
   溶媒の沸点以上、高沸点有機溶媒の沸点以下の温度に余
   熱した非直線性抵抗体避雷器素子に上記塗布液を吹き付
   け塗布し、これを乾燥した後焼成する非直線性抵抗体避
   雷器素子のガラス被覆法。
2. 【請求項２】 複数の有機溶媒の沸点は少なくとも最高
   のものと最低のものとで５０℃以上差があり、その混合
   比率は高沸点有機溶媒が５０％以下である請求項１記載
   の非直線性抵抗体避雷器素子のガラス被覆法。
3. 【請求項３】 有機溶媒にガラス粉末を分散した塗布液
   を非直線性抵抗体避雷器素子に吹き付け塗布し、これを
   乾燥した後焼成する非直線性抵抗体避雷器素子のガラス
   被覆法において、上記ガラス粉末として焼付状態での熱
   膨張係数が非直線性抵抗体避雷器素子の熱膨張係数より
   も少なくとも５×１０^-7℃^-1以上小さいものを用いるこ
   とを特徴とする非直線性抵抗体避雷器素子のガラス被覆
   法。
4. 【請求項４】 複数の非直線性抵抗体避雷器素子を弾性
   体を介して重ねたものに対して塗布液を吹き付けること
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の非直
   線性抵抗体避雷器素子のガラス被覆法。