JPH09293603A - 非直線抵抗体の製造方法および避雷器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非直線抵抗体の内部密度を均一にし、製造効
率および電気的特性を向上させる。 【解決手段】 数種類の金属酸化物から成る添加物成分
を、酸化亜鉛と有機バインダー溶液に添加し十分混合し
て混合物を生成する(Ｓ１)。前記混合物を噴霧乾燥して
造粒粉を得た後(Ｓ２)、前記造粒粉を所望の形状をした
金型プレスに充填し、圧縮成形により円盤状の成形体を
複数個形成する(Ｓ３)。その複数個の成形体を仮焼結し
て仮焼結体を得(Ｓ４)、仮焼結体の外周部および表裏面
を研磨して滑らかにする(Ｓ５)。研磨された各仮焼結体
の表裏面に予め生成された接合剤を塗布し(Ｓ６)、乾燥
させて各仮焼結体の表裏面が互いに接するように積層し
焼結して焼結接合体を得る(Ｓ７)。その後、前記焼結接
合体の表裏面を研磨して平滑にし、その平滑にされた表
裏面に電極材料を溶射して非直線抵抗体を完成させる。
その非直線抵抗体を碍管に組み込んで避雷器を製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化亜鉛を主成分
とする非直線抵抗体の製造方法および非直線抵抗体を組
み込んで形成される避雷器に関する。

【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、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、酸化ニッケル、酸化マンガン、
酸化ケイ素、酸化ホウ素等の金属酸化物の化合物を添加
することにより、非直線性が高くて熱損失の少ない組成
配合から形成されている。

【０００３】前記添加物成分をボールミル等で予備粉砕
した後、酸化亜鉛と有機バインダー溶液に添加し混合し
て混合物を生成し、この混合物を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
記有機バインダー溶液には、例えばポリビニルアルコー
ル(ＰＶＡ)が用いられている。

【０００４】その後、前記造粒粉を所望の形状をした金
型の成形機により円盤状の成形体に圧縮成形し、その成
形体を８００〜１０００℃の温度で仮焼結して仮焼結体
を得る。次に、前記仮焼結体の側面に無機物の反応生成
物から成る絶縁材を塗布し、１１００〜１３００℃の温
度で熱処理して絶縁層を形成して焼結体を得る。その
後、前記焼結体の表裏面を研磨して平滑にし、その平滑
にされた表裏面には電極材料を溶射して非直線抵抗体を
完成させる手段を採っている。

【０００５】以上のようにして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使用されてい
る。特に避雷器用の非直線抵抗体は、一般の弱電用サー
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、その使用目的に応じて大きな体積、または大
口径サイズの非直線抵抗体が必要となる。

【０００６】図４は避雷器に非直線抵抗体を適用したと
きの概略構成図を示すものであり、４１は複数個積層さ
れた非直線抵抗体で、これら非直線抵抗体４１は碍管４
２内に収納される。なお、４３は上蓋で４４は下蓋を示
す。

【０００７】前記のように避雷器を構成する場合、目的
に応じて複数個の非直線抵抗体を積み重ねて使用してい
る。このため、非直線抵抗体１個の厚みがあるものを製
造して避雷器を構成する際の非直線抵抗体の積み重ね数
を低減し、組み立て工数を減らすことが要望されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記のように、厚みの
ある非直線抵抗体を製造すると、組み立て時の工数を低
減することができるが、厚みのある非直線抵抗体を製造
するには以下に示すような問題が生じる。非直線抵抗体
は前述したように種々の金属酸化物を造粒した後、圧縮
成形し焼結して製造される。圧縮成形には、一般的に量
産に適するよう図５に示すように上下方向からの加圧に
より行われる。

【０００９】図５において、ダイ５１に囲まれた空間５
２に造粒粉を充填し、上パンチ５３と下パンチ５４を用
いて図示矢印方向から所定の圧力を加えて行う。しか
し、前記のようにして厚みのある非直線抵抗体を形成す
る場合、上下方向からの圧力伝達が造粒粉全体にわたり
均一に行われにくいため、成形体内部の密度分布が不均
一な成形体が形成されてしまう。特に、成形体の中心に
近いほど圧力伝達が伝わりにくい。そのため、前記成形
体を仮焼結すると収縮してしまう。特に、図６に示すよ
うに成形体６１の外周の中央部分６２が収縮し変形した
成形体６３が形成されてしまう問題が生じる。

【００１０】成形体が変形することを防止する手段とし
ては、造粒粉を圧縮成形する際に圧力伝達が均一に行わ
れるようにして、成形体内部の密度分布を均一にするこ
とが考えられる。このために、ＣＩＰ(cold isostatic
pressing：冷間静水圧成形）等の成形機を用いて成形体
を形成する手段がある。しかし、前記ＣＩＰは高価な機
器であり、連続して成形体を形成することが困難である
ため、ＣＩＰを用いて非直線抵抗体を量産するには不適
当である。

【００１１】また、変形が起こらないように薄く圧縮成
形された成形体を仮焼結して複数個の仮焼結体を形成
し、その複数個の仮焼結体の表裏面をハンダ等により接
合して積層する方法が研究されているが、この方法は実
用化の段階には至っていない。

【００１２】本発明は、前記課題に基づいてなされたも
のであり、複数個の仮焼結体を効率よく積層し焼結する
ことにより接合し、かつ成形体内部の密度分布を均一に
して非直線抵抗体の電気的特性を向上させる非直線抵抗
体の製造方法および前記非直線抵抗体を組み込んで形成
する避雷器を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、第１発明は数種類の金属酸化物から成る
添加物成分を、酸化亜鉛と有機バインダー溶液に添加し
混合して混合物を生成し、その混合物を脱脂し乾燥して
造粒粉を生成した後、その造粒粉を圧力成形して円盤状
の成形体に成形し、その成形体を仮焼結して仮焼結体を
形成した後、その仮焼結体の側面に絶縁材を塗布し熱処
理して焼結体を得て、その焼結体の表裏面に電極を設け
て成る非直線抵抗体の製造方法において、前記成形体の
表裏面のうち少なくとも一方の面に接合剤を塗布した
後、積層させ焼結して接合させることを特徴とする。

【００１４】第２発明は、前記接合剤は酸化ビスマスに
有機バインダー溶液を添加して成ることを特徴とする。

【００１５】第３発明は、前記接合剤は酸化ビスマスに
有機バインダー溶液と少なくともホウ素、マンガン、コ
バルト、ケイ素が１種類以上含有する酸化物を添加する
ことを特徴とする。

【００１６】第４発明は、前記接合剤はビスマス化合物
に有機バインダー溶液を添加して成ることを特徴とす
る。

【００１７】第５発明は、前記成形体を仮焼結する際の
仮焼結温度は９００℃以上かつ１１００℃以下とするこ
とを特徴とする。

【００１８】第６発明は、前記成形体から成る仮焼結体
を焼結する際の焼結温度は１１００℃以上の温度とする
ことを特徴とする。

【００１９】第７発明は、数種類の金属酸化物から成る
添加物成分を酸化亜鉛と有機バインダー溶液に添加し混
合して混合物を得、その混合物から成る造粒粉を圧力成
形して円盤状の成形体を形成し、その成形体を仮焼結し
て得た複数個の仮焼結体の表裏面のうち少なくとも一方
の面に酸化ビスマスを含有する接合剤を塗布し積層し
て、焼結により接合させて形成した焼結体に絶縁処理し
て非直線抵抗体を得、その非直線抵抗体を碍管に組み込
んで避雷器を形成することを特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の第１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に示す混合物生成工程では、
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、酸化ニッケル、酸化ケイ素、酸化ホウ素等の金
属酸化物から成る添加物成分を、酸化亜鉛と有機バイン
ダー溶液に添加し十分混合して混合物を生成する。

【００２１】前記混合物はステップＳ２に示す造粒粉生
成工程に送られ、その混合物をスプレードライヤー等に
より噴霧乾燥して造粒粉を得る。その後、前記造粒粉は
ステップＳ３に示す成形工程に送られ、この工程では所
望の形状（例えば、φ８０)をした金型プレスに造粒粉
を充填した後、圧縮成形(例えば、２５０ｋｇ／ｃｍ²の
圧力)により円盤状の成形体を複数個形成する。

【００２２】次に、前記ステップＳ３で得られた複数個
の成形体はステップＳ４に示す仮焼結工程に送られ、そ
の各成形体を８００〜１１００℃の温度で仮焼結して仮
焼結体を得る。その後、ステップＳ５に示す研磨工程で
は、ステップＳ４で１０００℃以上で仮焼結した仮焼結
体には、外周部および表裏面に変形が生じる箇所がある
ため、この部分を研磨して滑らかにする。

【００２３】この後、予め酸化ビスマスに５％ＰＶＡ水
溶液と水を加え混錬して生成したスラリー状の接合剤
を、ステップＳ５で研磨された各仮焼結体の表裏面にス
テップＳ６の塗布工程で塗布する。塗布した後、乾燥さ
せて各仮焼結体の表裏面が互いに接するように積層し、
ステップＳ７の焼結接合工程で１２２０℃の温度により
１０時間焼結して焼結接合体を得る。この焼結接合体の
概要構成図を図２に示す。

【００２４】なお、符号２１は仮焼結体、２２は接合剤
(酸化ビスマス等)とする。

【００２５】前記成形体を８５０、９００、９５０、１
０００、１０５０、１１００℃の温度で仮焼結して複数
個の仮焼結体を形成し、その仮焼結体を積層し焼結によ
り接合させて形成した焼結接合体において、その接合面
における界面状態の観測結果を表１に示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】前記表１から、９００℃以下の温度で成形
体を仮焼結した場合、焼結接合体の接合面の一部分に隙
間が生じてしまうことが判明した。その隙間が生じる原
因は、接合剤に用いる酸化ビスマスが仮焼結体の内部に
拡散してしまい、接合能力を十分に発揮しないことが推
定される。９５０℃以上の温度で成形体を仮焼結した場
合、接合剤に用いた酸化ビスマスが仮焼結体の内部に拡
散することなく接合能力を十分に発揮するため、接合面
に隙間なく仮焼結体を焼結して接合できることが判明し
た。

【００２８】次に、仮焼結温度に対する成形体の収縮率
(％)を観測し、その観測結果を図３の収縮特性曲線図に
示した。図３の特性曲線に示すように、仮焼結温度が８
５０℃を越えてから、成形体の収縮率が急激に上昇し始
めることが確認できた。このため、低い温度(９００℃
以下)で成形体を仮焼結して形成した仮焼結体は、その
内部に接合剤が拡散したり、仮焼結体の外周部および表
裏面に変形が生じてしまうため、焼結接合体の接合面に
隙間が生じてしまう。

【００２９】前記表１および図３に示す観測結果より、
仮焼結温度は９００℃以上かつ焼結温度以下(好ましく
は９５０〜１１００℃)にすると、仮焼結体の接合を良
好に行えることが判明した。

【００３０】ステップＳ８に示す電極材料溶射工程で
は、前記焼結接合体の表裏面を研磨して平滑にし、その
平滑にされた表裏面にアルミニウム等の電極材料を溶射
して非直線抵抗体を完成させる。

【００３１】次に、実施の第２形態を説明する。図１に
示したステップＳ７の焼結接合工程を経た後、焼結接合
体の表裏面に生じる変形した部分を研磨して平滑にした
後、その研磨した箇所に酸化ビスマスを塗布して実施し
たところ、前記第１形態と同様の効果が得られた。

【００３２】次に、実施の第３形態を説明する。第３形
態において、前記ステップＳ６の塗布工程で用いる接合
剤には、酸化ビスマスに５％酸化ホウ素を添加して得ら
れた接合剤を用いる。焼結接合後の界面状態は前記第１
形態と同様の効果が得られた。

【００３３】次に、実施の第４形態を説明する。第４形
態において、前記ステップＳ６の塗布工程で用いる接合
剤には、酸化ビスマスに５％酸化マンガンと５％酸化コ
バルトを添加して得られた接合剤を用いる。焼結接合後
の界面状態は前記第１形態と同様の効果が得られた。

【００３４】次に、実施の第５形態を説明する。前記第
１〜第４形態により形成した焼結接合体の側面にエポキ
シ樹脂から成る絶縁材を塗布し、熱処理して絶縁層を形
成することにより非直線抵抗体を完成させる。

【００３５】次に、実施の第６形態を説明する。前記第
５形態により形成した非直線抵抗体を所望の形状をした
碍管に収納し、その碍管の両端を上蓋と下蓋で封止して
避雷器を形成する。

【００３６】以上のことから、本発明の実施の形態にお
いて、数種類の金属酸化物から成る成形体を仮焼結した
際、成形体の外周部の変形した部分を研磨した後、酸化
ビスマス、または酸化ビスマスに少なくともマンガン、
コバルト、ホウ素、ケイ素が１種類以上含有する酸化物
を添加したもの、またはビスマス化合物から成る接合剤
を複数個の仮焼結体の表裏面のうち少なくとも一方の面
に塗布した後、各仮焼結体を積層した後焼結し接合して
焼結接合体を形成することにより、接合剤が仮焼結体の
内部に拡散することなく仮焼結体を接合することがで
き、焼結接合体の接合面に隙間が生じることを防ぐこと
ができる。

【００３７】ゆえに、ＣＩＰ等の高価な成形機を用いて
造粒粉を成形体に圧縮成形する必要がなくなり、製造コ
ストを低減させて非直線抵抗体を量産することが可能と
なる。

【００３８】

【発明の効果】以上示したとおり本発明によれば、複数
個の仮焼結体を焼結して接合することが可能なため、仮
焼結体の変形が生じることなく良好に接合することが可
能となる。前記のようにして形成された非直線抵抗体の
粒子径、粒界相の厚さ等の内部組織が均一であるため、
放電耐量特性および非直線性が向上する。

【００３９】また、前記非直線抵抗体を組み込んで避雷
器を製造する際の作業性が良くなり、避雷器の製造工数
を削減して製造コストを低減することができ、ＣＩＰ等
の高価な設備を用いることなく厚みのある非直線抵抗体
を容易に形成す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
の製造工程図。

【図２】焼結接合体の概要構成図。

【図３】本発明の実施の形態における仮焼結温度に対す
る成形体の収縮特性曲線図。

【図４】従来周知の避雷器の概要構成図。

【図５】従来法における造粒粉の成形手段。

【図６】仮焼結による成形体の変形状況図。

【符号の説明】

Ｓ１…混合物生成工程 Ｓ２…造粒粉生成工程 Ｓ３…成形工程 Ｓ４…仮焼結工程 Ｓ５…研磨工程 Ｓ６…塗布工程 Ｓ７…焼結接合工程 Ｓ８…絶縁層形成工程 Ｓ９…電極材料溶射工程 ２１…仮焼結体 ２２…酸化ビスマス(接合剤) ４１…非直線抵抗体 ４２…碍管 ４３…上蓋 ４４…下蓋 ５１…ダイ ５２…空間(造粒粉充填室) ５３…上パンチ ５４…下パンチ ６１…成形体(仮焼結する前） ６２…中央部分（収縮して変形した部分) ６３…成形体(仮焼結した後）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 数種類の金属酸化物から成る添加物成分
   を、酸化亜鉛と有機バインダー溶液に添加し混合して混
   合物を生成し、その混合物を脱脂し乾燥して造粒粉を生
   成した後、その造粒粉を圧力成形して円盤状の成形体に
   成形し、その成形体を仮焼結して仮焼結体を形成した
   後、その仮焼結体の側面に絶縁材を塗布し熱処理して焼
   結体を得て、その焼結体の表裏面に電極を設けて成る非
   直線抵抗体の製造方法において、 前記成形体の表裏面のうち少なくとも一方の面に接合剤
   を塗布した後、積層させ焼結して接合させることを特徴
   とする非直線抵抗体の製造方法。
2. 【請求項２】 前記接合剤は、酸化ビスマスに有機バイ
   ンダー溶液を添加して成る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. 【請求項３】 前記接合剤は、酸化ビスマスに有機バイ
   ンダー溶液と少なくともホウ素、マンガン、コバルト、
   ケイ素が１種類以上含有する酸化物を添加することを特
   徴とする請求項１記載の非直線抵抗体の製造方法。
4. 【請求項４】 前記接合剤は、ビスマス化合物に有機バ
   インダー溶液を添加して成る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。
5. 【請求項５】 前記成形体を仮焼結する際の仮焼結温度
   は、９００℃以上かつ１１００℃以下とすることを特徴
   とする請求項１記載の非直線抵抗体の製造方法。
6. 【請求項６】 前記成形体から成る仮焼結体を焼結する
   際の焼結温度は、１１００℃以上の温度とすることを特
   徴とする請求項１および請求項５記載の非直線抵抗体の
   製造方法。
7. 【請求項７】 数種類の金属酸化物から成る添加物成分
   を酸化亜鉛と有機バインダー溶液に添加し混合して混合
   物を得、その混合物から成る造粒粉を圧力成形して円盤
   状の成形体を形成し、その成形体を仮焼結して得た複数
   個の仮焼結体の表裏面のうち少なくとも一方の面に酸化
   ビスマスを含有する接合剤を塗布し積層して、焼結によ
   り接合させて形成した焼結体に絶縁処理して非直線抵抗
   体を得、その非直線抵抗体を碍管に組み込んで形成した
   ことを特徴とする避雷器。