JPH0831602A

JPH0831602A - 間接冷却式抵抗器

Info

Publication number: JPH0831602A
Application number: JP19086394A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Mizuno; 善章水野
Original assignee: Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Current assignee: Tokai Konetsu Kogyo Co Ltd
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1994-07-12
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】負荷容量の大きいセラミック抵抗体、特に電
力制御用のインバーター保護用などに使用されるセラミ
ック抵抗体を抵抗体を提供する。【構成】アルミノケイ酸塩を主とするセラミック抵抗
体１を用いて、かつセラミック抵抗体１の両端電極面と
冷却帯と水冷式金属端子４との間に高熱伝導ペースト３
等を介在させてなり、さらにセラミック抵抗体と冷却帯
と水冷式金属端子４とを絶縁質のネジで締め付けて組み
立てたことを特徴とする間接冷却式抵抗器。この間接冷
却式抵抗器は、従来の間接冷却式抵抗器に比べ使用する
抵抗体の耐熱温度が２倍以上上昇した事、熱伝導が良く
なった事などの理由より、負荷率が２倍以上かけられる
ようになった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力制御用のインバー
ター保護用等の大容量用回路に用いる間接冷却式抵抗器
であって、とくにセラミック抵抗体を組み合わせて用い
る大容量抵抗器に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、装置のコンパクト化が進んできて
おり、その流れは、大容量のセラミック抵抗体について
も例外ではなく、抵抗体の高容量化が必須になってきて
いる。将来の高負荷用水冷式抵抗器は、セラミック質円
筒型抵抗体で両端に冷却管保持器を取付け、該保持器に
冷却水を流通して抵抗体の内面を直接水冷する方式であ
る為、水漏れ事故を起こす欠点があり、使用されるには
制限がある。その為、セラミック質抵抗体を間接的に冷
却する方法が採られているが、使用される抵抗体がカー
ボン−アルミナ系抵抗体の為、長時間、大容量を負荷し
ていると、抵抗値が上昇して、使用困難となる恐れがあ
る。その為、間接的に水冷していても抵抗体の表面温度
を考慮して負荷を決めている。また、抵抗体と冷却帯の
間の接触が悪いと抵抗体の温度上昇が大きくなる。その
為、負荷率を制限している。金属抵抗体を間接的に冷却
する方法もあるが、無誘導でない為、使用する上で制約
が多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、セラミック抵抗
体としては、円筒型、円板型等があり、大電力で高温度
に耐え、化学的に安定な抵抗体としては各種の電力機器
に使われているが、高負荷時に抵抗体の本体から発生す
るジュール熱は、両端の電極部並びに該電極に接する金
属端子の接触面が酸化変質して接触抵抗が増加し、抵抗
体の割れや変形など抵抗器の特性を著しく阻害するた
め、用途や使用電力等の使用条件に応じて抵抗体を強制
冷却、油冷、水冷等をして接触面を保護している場合が
多い。この内、例えば従来の高負荷用水冷式抵抗器は、
抵抗体を用い、抵抗体両端に冷却管保持器を取付け、該
保持器に冷却水を流して抵抗体の内面を水冷する方式で
ある。従って、冷却効果には優れるが、抵抗体の機械
的、熱的歪による水漏れ事故を起こすと装置の損傷を起
こす欠点があり、加えてこの冷却方法は、円板型抵抗体
には実用至難な方式である。一方、特公昭４７−４５１
５３号に開示されているように、耐熱性材料（例えばア
ルミナと焼成粘土）８５重量％、粘土１５重量％、カー
ボンブラック１．６重量％を原料とした抵抗体両面の電
極接触面に、金属の冷却帯を抵抗体と一体に締め付けて
いる間接冷却方式抵抗器がある。本方式では、使用する
抵抗体の耐熱温度が２００℃程度の為、負荷電力が制限
されているという欠点があるし、冷却帯を自然冷却して
いる為、一定の効果があるものの、冷却効果が低い（強
制的に風冷する場合もある）。さらに、実公昭６０−２
８０８２号に開示されているように、セラミック質無誘
導抵抗体の両端電極面に冷却水が流通する金属端子を該
抵抗体と一体に絶縁ねじ棒で締め付けてなる間接水冷式
抵抗器がある。この方式によれば、抵抗体と冷却帯の間
の熱伝導が悪く、抵抗体が温度上昇しやすく、抵抗体１
枚当たりの負荷率が制限されてしまうという欠点があっ
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、負荷容
量の大きいセラミック抵抗体、特にアルミノケイ酸塩を
主とする構造材料中に導電材としてのＳｉまたはＦｅＳ
ｉを５〜６０重量％含有させた抵抗体においてＳｉＣ粉
末を０〜５０重量％含有させたことを特徴とするセラミ
ック抵抗体を使用し、ディスク型、ワッシャー型等抵抗
体の形状に関係なく、該抵抗体両面の電極接面に高熱伝
導ペーストを塗付し、金属端子と冷却水が単独に流通す
る冷却帯を抵抗体と一体に締め付ける事により、水漏れ
が無く、抵抗体の発生熱吸収にも相応の効果があり、特
にこれ迄至難であったディスク型抵抗体の発生熱吸収に
は最適な間接冷却式抵抗器を提供することである。即ち
本発明による間接冷却式抵抗器は、セラミック質無誘導
抵抗体の両端電極に高熱伝導ペーストを塗付し、金属端
子と冷却水が流通する空中の冷却帯、例えば銅、黄銅、
アルミニウム等からなる金属端子、水冷式冷却帯を絶縁
ネジ棒、例えばガラス繊維入エポキシ樹脂（ＦＲＰ）
製、アルミナ等の絶縁性セラミックス製等からなるボル
トと金属製、ＦＲＰ製、セラミックス製等のナットで締
め付け、中央の抵抗体と金属端子と冷却帯を密着させ
て、該抵抗体を間接的に冷却させる事を特徴とする。こ
の時、金属端子と冷却帯の間に、絶縁性放熱用シリコー
ンゴムを挿入する事により、電蝕対策とした。また、金
属端子と冷却帯を一体にしても良いし、電気伝導を良く
する為に、抵抗体を表面（冷却帯との接触面）研磨する
事が望ましい。

【０００５】

【作用】本発明を詳細に説明する。本発明に使用される
セラミック抵抗体は、アルミノケイ酸塩を主とする耐熱
性のセラミック構造材料中に、導電材料としてのＳｉま
たはＦｅＳｉを５〜６０重量％含有させた抵抗体におい
てＳｉＣを０〜５０重量％含有させた事を特徴としてい
る。このアルミノケイ酸塩は、Ｓｉの融点（１４１０
℃）以下で焼結することができるため、特に有利であ
る。また、ＳｉＣは熱伝導度が大きい、熱膨張が小さい
等の長所があり、抵抗体にした際、スポーリングに強く
なる等の点で有利である。成形方法としては、押出し成
形、金型加圧成形、ドクターブレード成形後積層（ＣＩ
Ｐ成形）など任意の方法が適用できる。本発明の抵抗体
は、ディスク状、ワッシャー状、菅状、棒状、平板状な
どの任意の形状となし得る。その後、表面のガラス層
を、サンドブラスト、エッチング、または研削、研磨な
どの方法で除去し、この抵抗体の両端に金属溶射、ろう
付け、導電性ペーストの焼き付け、メッキ、蒸着などの
方法により、導電膜を形成し、抵抗体とする。このよう
にして得られる抵抗体は、抵抗体の表面温度が５００〜
６００℃になるまで負荷して使用することができる。本
発明は、このような問題点の解決を目的とするものであ
り、従来のカーボン−アルミナ系抵抗体より耐熱温度を
上昇させたアルミノケイ酸塩を主とする抵抗体を複数個
ならべ、かつ該抵抗体の両端電極面と冷却帯と金属端子
との間に高熱伝導ペースト等を介在させて接続し、さら
に抵抗体と冷却帯と金属端子とを絶縁質のネジで締め付
けて組み立てた事を特徴とする間接冷却式抵抗器を提供
することを目的とする。本発明の抵抗器は、従来の間接
冷却式抵抗器よりも、抵抗体１枚当たりの負荷率を２倍
以上高くしたものである。

【０００６】

【実施例１】以下、本発明を実施例により詳細に説明す
る。木節粘土４５重量％と熱膨張係数５０×１０^−７％
／℃以上、軟化点７００℃以上のホウケイ酸ガラス３５
重量％とＳｉ粉末２０重量％を配合した混合物を水和捏
合後、円板状に金型成形し、その成形乾燥品を大気中１
３００℃で焼成することによって、絶縁性のガラス質保
護膜でコートされた外径７５ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ
１５ｍｍの抵抗体を得た。さらに、得られた前記の抵抗
体の両端面のガラス質保護膜をサンドブラスト、エッチ
ングなどで除去した。その後、Ａｌ材を溶射し、電極を
形成した。その該抵抗体の両電極部に高熱伝導ペースト
を塗布し、両側に黄銅製水冷式端子を重ね、更にこの両
側にガラス繊維入エポキシ樹脂製（ＦＲＰ）絶縁板を重
ねた。その両側に、各保持具を重ねて中央貫通孔にガラ
ス繊維入エポキシ樹脂製（ＦＲＰ）Ｍ１８ボルトを通
し、一体に締め付けた。

【０００７】

【実施例２】木節粘土４０重量％と熱膨張係数５０×１
０^−７％℃以上、軟化点７００℃以上のホウケイ酸ガラ
ス２５重量％とＳｉＣ１５重量％とＳｉ粉末２０重量％
を配合した混合物を水和捏合後、円板状に金型成形し、
その成形乾燥品を大気中１３００℃で焼成することによ
って、絶縁性のガラス質保護膜でコートされた外径７５
ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの抵抗体を得た。さ
らに、得られた前記の抵抗体の両端面のガラス質保護膜
をサンドブラスト、エッチングなどで除去した。その
後、Ａｌ材を溶射し、電極を形成した。その該抵抗体の
両電極部に高熱伝導ペーストを塗布し、両側に黄銅製水
冷式端子を重ね、更にこの両側にガラス繊維入エポキシ
樹脂製（ＦＲＰ）絶縁板を重ねた。その両側に、各保持
具を重ねて中央の貫通孔にガラス繊維入エポキシ樹脂製
（ＦＲＰ）Ｍ１８ボルトを通し、一体に締め付けた。

【０００８】

【実施例３】木節粘土４５重量％と熱膨張係数５０×１
０^−７％／℃以上、軟化点７００℃以上のホウケイ酸ガ
ラス３５重量％とＳｉ粉末２０重量％を配合した混合物
を水和捏合後、円板状に金型成形し、その成形乾燥品を
大気中１３００℃で焼成することによって、絶縁性のガ
ラス質保護膜でコートされた外径７５ｍｍ、内径２０ｍ
ｍ、厚さ１５．１ｍｍの抵抗体を得た。さらに、得られ
た前記抵抗体の両端面のガラス質保護膜を平面研削盤、
ラッピング装置などで除去すると共に、平面研削または
平面研磨を行ない、厚さ１５．０ｍｍ、平行度±５０μ
ｍ以内、最大面粗さ６．３μｍ以下に仕上げた。その
後、Ａｌ材を溶射し、電極を形成した。その該抵抗体の
両電極部に高熱伝導ペーストを塗布し、両側に黄銅製水
冷式端子を重ね、更にこの両側にガラス繊維入エポキシ
樹脂製（ＦＲＰ）絶縁板を重ねた。その両側に、各保持
具を重ねて中央の貫通孔にガラス繊維入エポキシ樹脂製
（ＦＲＰ）Ｍ１８ボルトを通し、一体を締め付けた。

【０００９】

【実施例４】木節粘土４０重量％と熱膨張係数５０×１
０^−７％／℃以上、軟化点７００℃以上のホウケイ酸ガ
ラス２５重量％とＳｉＣ１５重量％とＳｉ粉末２０重量
％を配合した混合物を水和捏合後、円板状に金型成形
し、その成形乾燥品を大気中１３００℃で焼成すること
によって、絶縁性のガラス質保護膜でコートされた外径
７５ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ１５．１ｍｍの抵抗体を
得た。さらに得られた前記抵抗体の両端面のガラス質保
護膜を平面研削盤、ラッピング装置などで除去すると共
に、平面研削または平面研磨を行ない、厚さ１５．０ｍ
ｍ、平行度±５０μｍ以内、最大面粗さ６．３μｍ以下
に仕上げた。その後、Ａｌ材を溶射し、電極を形成し
た。その該抵抗体の両電極部に高熱伝導ペーストを塗布
し、両側に黄銅製水冷式端子を重ね、更にこの両側にガ
ラス繊維入エポキシ樹脂製（ＦＲＰ）絶縁板を重ねた。
その両側に、各保持具を重ねて中央の貫通孔にガラス繊
維入エポキシ樹脂製（ＦＲＰ）Ｍ１８ボルトを通し、一
体に締め付けた。

【００１０】

【実施例５】木節粘土４０重量％と熱膨張係数５０×１
０^−７％／℃以上、軟化点７００℃以上のホウケイ酸ガ
ラス２５重量％とＳｉＣ１５重量％、Ｓｉ粉末２０重量
％を配合した混合物を水和捏合後、円板状に金型成形
し、その成形乾燥品を大気中１３００℃で焼成すること
によって、絶縁性のガラス質保護膜でコートされた外径
７５ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ１５．１ｍｍの抵抗体を
得た。さらに、得られた前記抵抗体の両端面のガラス質
保護膜を平面研削盤、ラッピング装置などで除去すると
共に、平面研削または平面研磨を行ない、厚さ１５．０
ｍｍ、平行度±５０μｍ以内、最大面粗さ６．３μｍ以
下に仕上げた。その後、Ａｌ材を溶射し、電極を形成し
た。その該抵抗体の両電極部に高熱伝導ペーストを塗布
し、両側に電極板を重ね、その両側に絶縁性放熱用シリ
コーンゴムを重ね、更に、両側に黄銅製水冷帯を重ね
た。その上、この両側にガラス繊維入エポキシ樹脂製
（ＦＲＰ）絶縁板を重ね、その両側に、各保持具を重ね
て中央の貫通孔にガラス繊維入エポキシ樹脂製（ＦＲ
Ｐ）Ｍ１８ボルトを通し、一体に締め付けた。

【００１１】

【実施例６】木節粘土４０重量％と熱膨張係数５０×１
０^−７％／℃以上、軟化点７００℃以上のホウケイ酸ガ
ラス２５重量％とＳｉＣ１５重量％とＳｉ粉末２０重量
％を配合した混合物を水和捏合後、円板状に金型成形
し、その成形乾燥品を大気中１３００℃で焼成すること
によって、絶縁性のガラス質保護膜でコートされた外径
７５ｍｍ、厚さ１５．１ｍｍの抵抗体を得た。さらに得
られた前記抵抗体の両端面のガラス質保護膜を平面研削
盤、ラッピング装置などで除去すると共に、平面研削ま
たは平面研磨を行ない、厚さ１５．０ｍｍ、平行度±５
０μｍ以内、最大面粗さ６．３μｍ以下に仕上げた。そ
の後、Ａｌ材を溶射し、電極を形成した。その該抵抗体
の両電極部に高熱伝導ペーストを塗布し、両側に電極板
を重ね、その両側に絶縁性放熱用シリコーンゴムを重
ね、更に両側に黄銅製水冷帯を重ねた。その上、この両
側にガラス繊維入エポキシ樹脂製（ＦＲＰ）絶縁板を重
ね、その両側に、各保持具を重ねて四隅（又は三方）に
貫通孔にガラス繊維入エポキシ樹脂製（ＦＲＰ）Ｍ８ボ
ルトを通し、一体に締め付けた。

【００１２】

【比較例】次に比較例として従来品の説明をする。特公
昭４７−４５１５３に開示されているように、耐熱性材
料（例えばアルミナと焼成粘土）８５重量％、粘土（例
えばボール粘土とベントナイト）１５重量％、カーボン
ブラック１．６重量％を配合した混合物を水和捏合後、
円板状に金型成形し、その成形乾燥品を還元性雰囲気中
１３００℃で焼成することによって、外径７５ｍｍ、内
径２０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの抵抗体を得た。さらに、得
られた前記抵抗体の両端面にＡｌ材を溶射し、電極を形
成した。その該抵抗体の両側に黄銅製水冷式端子を重
ね、更にこの両側にガラス繊維入エポキシ樹脂製（ＦＲ
Ｐ）絶縁板を重ねた。その両側に、各保持具を重ねて中
央の貫通孔にガラス繊維入エポキシ樹脂製（ＦＲＰ）Ｍ
１８ボルトを通し、一体に締め付けた。このようにして
得られた抵抗器に電気を流し、抵抗器に負荷をかける。
その際は、冷却帯に水道水を６リットル／分の割合で流
した。抵抗体の表明温度が１５０℃になった時の１枚当
たりの負荷電力を調べた（常用使用温度は１５０℃とし
た）。結果を表−１に示す。この時、比較例に示したア
ルミナ−カーボン系抵抗体は抵抗体１枚あたりの表面負
荷が４５０Ｗであるのに対し、実施例に示したアルミノ
ケイ酸塩−Ｓｉ系抵抗体は表面負荷が１１００Ｗであ
り、アルミノケイ酸塩−Ｓｉ−ＳｉＣ系抵抗体は表面負
荷が１２００Ｗである。その為、使用する抵抗体を代え
るだけでも約２倍の負荷をかける事ができる。実施例に
示した抵抗体の最高使用温度は５００〜６００℃である
が、その周辺の素材の耐熱温度より、本間接冷却式抵抗
体表面温度を１５０℃とした。

【００１３】

【表１】

【００１４】このように、従来品では、表面温度の関係
から負荷電力が４５０Ｗ／枚程度の負荷しかかけられな
い。しかし、本発明品では、抵抗体表面温度を１５０℃
とした時、従来品に対し２倍以上もの負荷、すなわち１
ＫＷ／枚の負荷をかけることが可能であった。しかし、
抵抗体の能力はまだある為、他の部材を見直せばさらな
る特性向上が見込める。尚、抵抗体１枚だけでなく、２
枚、３枚、４枚、５枚と重ねた間接冷却式抵抗器も作製
する事ができる。この時、抵抗体のみを重ねるだけでな
く、冷却帯、金属端子も同時に重ねる。その際には、抵
抗体と金属端子の間に高熱伝導ペーストを塗布する。

【００１５】

【発明の効果】本発明に係る間接冷却式抵抗器は、従来
の間接冷却式抵抗器に対し、負荷率が２倍以上大きくな
り、そのため、同一負荷に対し、抵抗体及び冷却帯使用
枚数が少なくなる等の顕著な効果を奏するものである。
また、装置などに組込んで使用する上で、抵抗器設置面
積が減るという設備的メリットもある。

【００１６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す一部断面の正面図で
ある。

【図２】図１の側面図である。

【図３】図一Ａ部の拡大図である。

【符号の説明】１セラミック抵抗体２メタリコン電極３高熱伝導ペースト４水冷式金属端子７絶縁ボルト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミノケイ酸塩を主とするセラミッ
ク抵抗体を複数個ならべ、かつ該抵抗体の両端電極面と
冷却帯と金属端子との間に高熱伝導ペースト等を介在さ
せて接続し、さらに該抵抗体と冷却帯と金属端子とを絶
縁質のネジで締め付けて組み立てたことを特徴とする間
接冷却式抵抗器。