JPH05101907A

JPH05101907A - 電力用遮断器および電力用抵抗体

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Publication number: JPH05101907A
Application number: JP4087574A
Authority: JP
Inventors: Fumio Ueno; 文雄上野; Motomasa Imai; 基真今井; Naoki Shudo; 直樹首藤; Hideyasu Ando; 秀泰安藤; Iwao Mitsuishi; 巌三石; Shoji Kozuka; 祥二小塚; Hiroshi Endo; 博遠藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-30
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1993-04-23
Also published as: DE69202717D1; EP0507517A2; US5254816A; DE69202717T2; EP0507517B1; EP0507517A3

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、投入抵抗ユニット５の小型、高性能
化により、遮断容量が大きく、遮断性能の安定した小型
の電力用遮断器１を提供しようとするものである。【構成】酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成分とし
てチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して０．５〜
２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算
して０．５〜３０モル％含む焼結体を有する抵抗体が組
み込まれた投入抵抗ユニット５を備えたことをことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力用遮断器および変
圧器、遮断器など電力機器等のサージの吸収に好適な電
力用抵抗体に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電力用の遮断器には、開閉時に発
生するサージを吸収したり遮断容量を増加させるために
遮断接点と並列に投入抵抗体が接続される。このような
目的に用いられる抵抗体として、従来、特開昭５８−１
３９４０１号公報に記載されているような炭素粒子分散
型セラミック抵抗体が用いられている。前記抵抗体は、
絶縁性の酸化アルミニウム結晶中に導電性のカーボン粉
末を分散させ、粘土で焼き固めたものである。前記抵抗
体は、１００〜２５００Ω・ｃｍの抵抗率を有する。ま
た、前記抵抗体は、カーボン粉末の含有量を調整するこ
とで抵抗率を変化させることができる利点を有する。し
かしながら、前記抵抗体は気孔率が１０〜３０％と高く
緻密性に劣るため、以下の問題がある。

【０００３】すなわち、体積当りの熱容量が２Ｊ／ｃｍ
³・ｄｅｇ程度と小さいために、サージの吸収による発
熱に伴って温度が著しく上昇する。また、開閉サージ吸
収時にカーボン粉末間で放電を起こしたり、抵抗温度係
数が負であることから、貫通破壊し易くエネルギー耐量
が小さくなる。さらに、前記抵抗体を高い温度にさらす
と、抵抗値を制御している炭素粒子が酸化される。この
ため、大きな抵抗値変動を発生する。したがって、前述
した炭素粒子分散型セラミック抵抗体を用いた遮断器
は、抵抗体を格納するためのスペースが大きくなると共
に信頼性を確保するために遮断容量を低く抑える必要が
あった。

【０００４】一方、近年の技術開発による遮断器の大容
量化に伴い、開閉サージ吸収用投入抵抗体の高性能化が
望まれている。このような要求に対応して、例えば特開
昭６１−２８１５０１号公報には酸化亜鉛−酸化アルミ
ニウム系の電力用抵抗体が、特開昭６３−５５９０４号
公報には酸化亜鉛−酸化マグネシウム系の電力用抵抗体
が開示されている。このような電力用抵抗体は、比較的
大きなエネルギー耐量を有し、かつ抵抗温度係数が正の
ため熱暴走し難いなどの良好な特性を有することが記載
されている。しかしながら、前記各抵抗体は緻密性の高
い焼結体が得難い。製造安定性、雰囲気変化に対する安
定性も不十分である。さらに、単位体積当りの熱容量が
大きくとれない。その結果、前記各抵抗体を用いた遮断
器においても抵抗体を格納するためのスペースが大きく
なると共に信頼性を確保するために遮断容量を低く抑え
る必要があった。

【０００５】なお、Ｓｏｌｉｄ−ＳｔａｔｅＥｌｅｃ
ｔｒｏｎｉｃｓＰｅｒｇａｍｏｎＰｒｅｓｓ６，１
１１（１９６３），ＵＳＰ−２８９２９８８，ＵＳＰ−
２９３３５８６には酸化亜鉛系の抵抗体が開示されてい
る。これらの酸化亜鉛系の抵抗体は、酸化亜鉛に酸化ニ
ッケル（ＮｉＯ）と酸化チタン（ＴｉＯ₂）を含むセラ
ミックスにおいて、これら添加成分の含有量を変化させ
ることにより抵抗率を広範囲に調節することがで、さら
に抵抗温度係数を負から正の範囲に亘り変化させること
ができることが記載されている。しかしながら、これら
の抵抗体については電力用としての性能および適用、さ
らには投入抵抗体としての遮断器への適用に関する開示
はなされていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、投入
抵抗ユニットの小型、高性能化により、遮断容量が大き
く、遮断性能の安定した小型の電力用遮断器を提供しよ
うとするものである。

【０００７】本発明の別の目的は、単位体積当たりの熱
容量が大きく、抵抗率が適切な値であり、抵抗温度係数
が正でその絶対値が小さく、サージ吸収による抵抗値の
経時変化が小さい電力用抵抗体を提供しようとするもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に関わる電力用遮
断器、電力用抵抗体（１）〜電力用抵抗体（４）を以下
に詳細に説明する。

【０００９】電力用遮断器この電力用遮断器は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分と
し、副成分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換
算して０．５〜２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル
（ＮｉＯ）に換算して０．５〜３０モル％含む焼結体を
有する抵抗体が組み込まれた投入抵抗ユニットを備えた
ことを特徴とするものである。かかる電力用遮断器を図
１〜図３を参照して説明する。

【００１０】図１は、本発明に係わる遮断器の構成図で
ある。図２は、投入抵抗体を示す斜視図である。遮断器
１は、消弧室２内に配置され、主回路に接続された主接
点３を備えている。補助接点４は、前記主回路に前記主
接点３に対して並列に接続されている。投入抵抗ユニッ
ト５は、前記補助接点４に直列に接続されている。絶縁
操作ロッド６には、スイッチ７が取り付けられている。
前記スイッチ７は、前記絶縁操作ロッド６の操作により
前記主接点３との接続に先行して前記補助接点４に接続
させる。このような前記主接点３、前記絶縁操作ロッド
６および前記スイッチ７により消弧能力を有する主開閉
機構が構成される。前記補助接点４、前記絶縁操作ロッ
ド６および前記スイッチ７により消弧能力を有する補助
開閉機構が構成される。

【００１１】前記投入抵抗ユニット５は、例えば図２に
示すように主に絶縁性支持棒８と、一対の導電性支持板
９ａ、９ｂと、複数の中空円筒状の抵抗体１０と、弾性
体１１とから構成されている。前記一対の導電性支持板
９ａ、９ｂは、前記支持棒８に嵌入されている。複数の
中空円筒状の抵抗体１０は、前記支持板９ａ、９ｂ間に
位置する前記支持棒８部分に嵌入されれている。前記弾
性体１１は、前記一方（右端）の支持板９ａと前記複数
の抵抗体１０の間に配置されると共に、前記支持棒８に
嵌入されている。前記弾性体１１は、前記複数の抵抗体
１０に弾性力を付与してそれらを前記支持棒８に積層す
るために用いられる。ナット１２ａ、１２ｂは、前記支
持棒８の両端に螺合されている。前記ナット１２ａ、１
２ｂは、前記支持板９ａ、９ｂ間に配置された前記弾性
体１１を押圧するために用いられる。前記絶縁性支持棒
８は、高強度、軽量化、易加工性などの理由から有機系
の材料が用いられる。一般に、投入抵抗体は開閉サージ
吸収時に温度上昇を生じる。このため、耐熱性が劣る前
記有機系材料からなる支持棒は強度を維持することが困
難になる。ただし、後述する組成の投入抵抗体は熱容量
が大きいために開閉サージ吸収時における温度上昇を一
定温度以下に抑制することが可能になる。その結果、前
記有機系材料からなる支持棒の使用が可能になる。ま
た、熱容量の大きな投入抵抗体ほど容積を小さくするこ
とが可能になる。

【００１２】前記投入抵抗ユニットに組み込まれた抵抗
体１０は、図３、図４に示すように環状の焼結体１３
と、前記焼結体１３の両面に設けられた電極１４と、前
記焼結体１３の外周面および中空部の内周面に被覆され
た絶縁層１５とから構成されている。前記焼結体１３
は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成分としてチ
タンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して０．５〜２５
モル％、ニッケルを酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して
０．５〜３０モル％含む組成を有する。

【００１３】前記電極１４は、アルミニウムまたはニッ
ケルなどから形成されることが望ましい。

【００１４】前記絶縁層１５は、前記焼結体１３の側面
での沿面放電を防止するために設けられる。前記絶縁層
１５は、樹脂又はガラスやガラスセラミックから形成す
ることが望ましい。

【００１５】前記抵抗体１０を構成する焼結体１３の各
成分割合を限定したのは、次のような理由によるもので
ある。

【００１６】前記焼結体中のチタン量を酸化チタン（Ｔ
ｉＯ₂）に換算して０．５モル％未満にすると、抵抗温
度係数が負で、かつ抵抗温度係数の絶対値が大きくなる
ため、良好な特性を有する投入抵抗体を得ることができ
なくなる。一方、前記焼結体中のチタン量が酸化チタン
（ＴｉＯ₂）に換算して２５モル％を超えると、抵抗率
が１０⁵Ω・ｃｍ以上と大きくなり、良好な特性を有す
る投入抵抗体を得ることができなくなる。より好ましい
チタン量は、酸化チタンに換算して１〜２０モル％の範
囲である。

【００１７】前記焼結体中のニッケル量を酸化ニッケル
（ＮｉＯ）に換算して０．５モル％未満にすると、抵抗
率が約１０²Ω・ｃｍ以下となり、良好な特性を有する
投入抵抗体を得ることができなくなる。一方、前記焼結
体中のニッケル量を酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して
３０モル％範囲を超えると、単位体積当たりの熱容量は
大きくなるものの、抵抗率が１０⁵Ω・ｃｍ以上と大き
くなり、同様に良好な特性を有する投入抵抗体を得るこ
とができなくなる。より好ましいニッケル量は、酸化ニ
ッケルに換算して１〜２５モル％の範囲である。

【００１８】前記抵抗体１０は、例えば以下のような方
法により作製される。まず、酸化亜鉛粉末に所定量の酸
化チタン粉末および酸化ニッケル粉末を加え、水を加
え、ボールミル中で十分に混合する。得られた混合物を
乾燥後、バインダーを加え造粒し、金型により環状に形
成する。つづいて、成形体を電気炉により大気中１００
０℃〜１５００℃の温度で焼成する。次いで、焼結体の
両主面を研磨し、スパッタリング、溶射、焼き付けなど
の手段によりアルミニウムまたはニッケルからなる電極
を形成して酸化物抵抗体とする。前記抵抗体の外周面お
よび中空部の内周面は、必要に応じて樹脂系あるいは無
機系の絶縁層（高抵抗層）が焼き付けもしくは溶射等に
より形成される。

【００１９】なお、前記抵抗体は基本的に前述した構成
成分が配合されていればよく、製造上および特性改善を
目的として必要に応じて他の添加物を含んでもよい。ま
た、前記抵抗体の構造は中空円筒の形状が好ましいが、
これに限定されるものではなく、遮断器の抵抗体を収納
するためのスペースに好適な形状にすればよい。例え
ば、図５に示すように抵抗体１６は円板状の焼結体１７
と、前記焼結体１７の両面に設けられた電極１８と、前
記焼結体１７の外周面に被覆された絶縁層１９とから構
成してもよい。

【００２０】電力用抵抗体（１）この電力用抵抗体は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分と
し、副成分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換
算して０．５〜２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル
（ＮｉＯ）に換算して０．５〜３０モル％含む焼結体
と、この焼結体の少なくとも上下端面に形成された電極
とを備えた抵抗体において、前記焼結体破面の粒子の平
均粒径が３〜１５μｍであり、かつ前記粒子構造が複数
の粒子の集合物であることを特徴とするものである。こ
のような抵抗体は、例えば前述した図３、図４または図
５と同様な構造を有する。

【００２１】前記焼結体の構成成分を限定したのは、前
述した投入抵抗体で説明したのと同様な理由によるもの
である。また、前記チタン量は酸化チタンに換算して１
〜２０モル％の範囲にすることがより好ましい。前記ニ
ッケル量は、酸化ニッケルに換算して１〜２５モル％の
範囲にすることがより好ましい。

【００２２】前記焼結体の破面では、図６に示す微粒子
構造を有する。前記粒子の平均粒径は、３〜１５μｍで
ある。前記破面を、例えばダイヤモンドスラリーで鏡面
研磨した後サーマルエッチングすると、図７に示すよう
に平均粒径０．２〜２μｍの微細な粒子から構成されて
いることが観察される。つまり、前記焼結体は平均粒径
０．２〜２μｍからなる微細な一次粒子と、さらにこれ
らの一次粒子が集合された平均粒径３〜１５μｍの二次
粒子（集合物）によって構成される微構造を有する。

【００２３】前記焼結体の一次粒子、二次粒子の平均粒
径は、以下のような方法で測定される。前記焼結体の破
面、エッチング面どちらとも走査電子顕微鏡にて観察
し、写真撮影をする。写真内に任意のフレームを規定す
る。前記フレーム内の粒子の総数は、５００個以上ある
ことが、誤差を少なくするためには望ましい。前記フレ
ーム内の粒子の総数を数える。この時、前記フレームに
重なった粒子の数は１／２個として数える。写真フレー
ム面積を縮尺から求め、粒子の総数で除して粒子１個当
たりの平均面積を求め、円の公式に基づいて平均直径を
算出する。これにフルマンの補正（平均粒径＝平均直径
×１．５）を行い平均粒径を決定する。なお、緻密化が
不十分な焼結体については気孔も粒子として数えること
とする。

【００２４】前記焼結体破面の粒子の平均粒径を限定し
たのは、次のような理由によるものである。前記粒子の
平均粒径を３μｍ未満にすると、抵抗が大きくなり過ぎ
て良好な特性を有する電力用抵抗体を得ることができな
くなる。一方、前記粒子の平均粒径が１５μｍを超える
と繰り返しパルスの印加に際して亀裂が発生し易くな
り、抵抗変化率が大きくなるからである。

【００２５】前記電力用抵抗体は、例えば以下のような
方法により作製される。

【００２６】まず、酸化亜鉛粉末に所定量の酸化チタン
粉末および酸化ニッケル粉末を加え、さらに水を加え、
ボールミル中で十分に混合する。この混合物を乾燥後、
バインダーを加え造粒し、成形する。この時の成形圧力
は、焼結体の密度を高めるために２００ｋｇ／ｃｍ²以
上にすることが望ましい。２００ｋｇ／ｃｍ²未満の圧
力で成形すると、焼結体の相対密度が上がらず、単位体
積当たりの熱容量が低下する。

【００２７】次いで、前記成形体を電気炉等により焼成
する。前記焼成は、空気または酸素ガスなどの酸化性雰
囲気中で行なわれる。前記焼成は、１０００℃〜１５０
０℃の温度で行なうことが望ましい。焼成温度を１００
０℃未満にすると、焼結が進まず、相対密度が低くな
る。その結果、抵抗体の単位体積当りの熱容量が小さく
なり、エネルギー耐量が小さくなる恐れがある。一方、
１５００℃を超えると焼結体の成分元素、特にニッケル
成分の蒸発が著しくなる。蒸発による組成変動は特に焼
結体の表面に近いほど著しいため、焼結体内部に抵抗率
分布ができ、エネルギーを吸収発熱した際、温度分布が
生じて、熱応力によって焼結体が破壊される恐れがあ
る。また、前記焼成を５０℃／ｈｒ以上の昇温速度で行
うことによって前述した図６に示す微粒子構造の焼結体
が形成される。特に、昇温速度は７０℃／ｈｒ以上、よ
り好ましくは１００℃／ｈｒ以上にすることが望まし
い。前記昇温速度を５０℃／ｈｒ未満にすると、焼結が
進んで微細な一次粒子を焼結体中に生成することが困難
になり、例えば１０μｍ以上の粒子のみになる。その結
果、使用を繰り返すと抵抗率の減少が著しくなる。

【００２８】次いで、前記焼結体の両主面を研磨し、ス
パッタリング、溶射、焼き付けなどの手段によりアルミ
ニウムまたはニッケルなどからなる電極を形成して抵抗
体（酸化物抵抗体）を製造する。前記抵抗体の外周面お
よび中空部の内周面は、必要に応じて側面からの沿面放
電を防止するために樹脂系あるいは無機系の絶縁層（高
抵抗層）が焼き付けもしくは溶射等により形成される。

【００２９】電力用抵抗体（２）この電力用抵抗体は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分と
し、副成分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換
算して０．５〜１５モル％、ニッケルを酸化ニッケル
（ＮｉＯ）に換算して０．５〜３０モル％含む焼結体
と、この焼結体の少なくとも上下端面に形成された電極
を備えた抵抗体において、前記焼結体の表面が、（Ｚｎ
_XＮｉ_1-X）₂ＴｉＯ₄、（０≦Ｘ≦１）であることを
特徴とするものである。このような抵抗体は、例えば前
述した図３、図４と同様な構造、または前述した図５と
同様な構造を有する。

【００３０】前記焼結体の構成成分を限定したのは、前
述した投入抵抗体で説明したのと同様な理由によるもの
である。また、前記チタン量は酸化チタンに換算して１
〜２０モル％の範囲にすることがより好ましい。前記ニ
ッケル量は、酸化ニッケルに換算して１〜２５モル％の
範囲にすることがより好ましい。

【００３１】前記ＺｎＯ−ＴｉＯ₂−ＮｉＯ系の焼結体
は、空気中１０５０℃で反応させると、その構成相は
（ＺｎＯ−ＮｉＯ）系固溶体（以下、ＺｎＯ相と称
す）、及び（Ｚｎ₂ＴｉＯ₄−Ｎｉ₂ＴｉＯ₄）系固溶
体（以下、スピネル型相と称す）になることが知られて
いる。このような反応は、例えばＪ．Ｉｎｏｒｇ．Ｎｕ
ｃｌ．Ｃｈｅｍ．，３２，３４７４（１９７０）に記載
されている。前記構成相のうちスピネル型相は、スピネ
ル型構造をとり、全域固溶をする。すなわち、固溶体を
（Ｚｎ_XＮｉ_1-X）₂ＴｉＯ₄と表記すると、ｘは０≦
ｘ≦１をとる。前記固溶体の抵抗率は、前記ＺｎＯ相の
抵抗率より大きくなる。

【００３２】前記電力用抵抗体は、例えば以下のような
方法により作製される。

【００３３】まず、酸化亜鉛粉末に所定量の酸化チタン
粉末および酸化ニッケル粉末を加え、さらに所定濃度に
希釈した所定量の硝酸アルミニウム水溶液、水を加え、
ボールミル中で十分に混合する。この混合物を乾燥後、
バインダーを加え、造粒し、成形する。この時の成形圧
力は、前述した電力用抵抗体（１）で説明したように２
００ｋｇ／cm²以上にすることが望ましい。

【００３４】次いで、前記成形体を電気炉等により焼成
する。この焼成は、前述した電力用抵抗体（１）で説明
したように空気または酸素ガスなどの酸化性雰囲気、１
０００℃〜１５００℃の温度で行なうことが望ましい。

【００３５】前記焼成を空気中で行なった後に焼結体を
粉末Ｘ線回折すると、表面の構成相は図８に示すスペク
トルとなり、内部は図９に示すスペクトルとなる。表面
の構成相は、内部に比べ若干ＺｎＯ相（図８、図９中の
ピーク(1) ）が少なくなるだけで、表面にスピネル相
（図８、図９中のピーク(2) ）のみを形成することがで
きない。酸化亜鉛は、常圧下では１７２０℃で昇華する
ことが知られている。ただし、前記温度範囲（１０００
〜１５００℃）で焼成すると酸化亜鉛成分が若干蒸発す
るのみで、前述した図８、図９に示すように表面のＺｎ
Ｏ相は内部に比べて若干少なくなるのみである。特に、
前記成形体の焼成を酸化マグネシウム粉末中で行なうこ
とにより、焼結体の表面に図１０の粉末Ｘ線回折スペク
トルに示すように殆どスピネル相（図１０中のピーク
(2)）のみの構成相が形成される。これは、前記成形体
を酸化マグネシウム粉末で覆って焼成すると、蒸発した
酸化亜鉛成分と酸化マグネシウムが反応し、ＮａＣｌ
型、またはウルツ鉱型の（ＺｎＯ−ＭｇＯ）固溶体が生
成する。このため、焼結体表面近傍のＺｎＯ相の蒸発が
促進され、ＺｎＯ相はなくなって表面層はスピネル相の
みとなると考えられる。

【００３６】次いで、前記焼結体の両主面を研磨し、ス
パッタリング、溶射、焼き付けなどの手段によりアルミ
ニウムまたはニッケルなどからなる電極を形成して酸化
物直線抵抗体とする。前記抵抗体の外周面および中空部
の内周面は、必要に応じて側面からの沿面放電を防止す
るために樹脂系あるいは無機系の絶縁層（高抵抗層）が
焼き付けもしくは溶射等により形成される。

【００３７】電力用抵抗体（３）この電力用抵抗体は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分と
し、副成分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換
算して０．５〜１５モル％、ニッケルを酸化ニッケル
（ＮｉＯ）に換算して０．５〜３０モル％含む焼結体
と、この焼結体の少なくとも上下端面に形成された電極
とを備えた抵抗体において、前記焼結体はＺｎＯもしく
はＺｎＯとＺｎ₂ＴｉＯ₄にＮｉを固溶し、かつハロゲ
ンが０．０１ｐｐｍ〜１％含むものからなることを特徴
とするものである。このような抵抗体は、例えば前述し
た図３、図４と同様な構造、または前述した図５と同様
な構造を有する。

【００３８】前記焼結体の構成成分を限定したのは、前
述した投入抵抗体で説明したのと同様な理由によるもの
である。また、前記チタン量は酸化チタンに換算して１
〜２０モル％の範囲にすることがより好ましい。前記ニ
ッケル量は、酸化ニッケルに換算して１〜２５モル％の
範囲にすることがより好ましい。

【００３９】前記焼結体中に含まれるハロゲンは、種々
の形態で添加される。添加されるハロゲンとしては、例
えばＺｎＦ₂、ＺｎＣｌ₂、ＺｎＢｒ₂、ＺｎＩ₂、Ｎ
ｉＦ₂、ＮｉＣｌ₂・６Ｈ₂Ｏ、ＴｉＦ₄、ＴｉＯ
Ｆ₂、ＡｌＦ₃、ＡｌＯＦ等のＺｎ、Ｎｉ、Ｔｉもしく
はそれ以外の金属元素のハロゲン化物または酸ハロゲン
化物；ＨＦ、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ等のハロゲン化水素
またはこれらの溶液；ＳＯＣｌ₂、ＮＨ₄ＨＦ₂等のハ
ロゲン元素を含む有機もしくは無機化合物；ハロゲン単
体を用いることができる。

【００４０】前記ハロゲン化物の添加にあたっては、焼
成中における蒸発を考慮して最終添加量（０．０１ｐｐ
ｍ〜１％）より多めにすることが望ましい。

【００４１】前記焼結体に含まれるハロゲン量を限定し
たのは、次のような理由によるものである。前記ハロゲ
ン量を０．０１ｐｐｍ未満にすると、焼成工程でのＮｉ
の蒸発に起因する抵抗率低下を補償できなくなる。一
方、前記ハロゲン量が１％を超えると緻密な焼結体が得
られなくなり、さらに素子抵抗が高くなって良好な特性
を有する電力用抵抗体が得られなくなる。

【００４２】前記電力用抵抗体は、例えば以下のような
方法により作製される。

【００４３】まず、酸化亜鉛と酸化ニッケルと酸化チタ
ン粉末の混合粉末にハロゲンの供給源としての既述した
化合物もしくは単体を微量添加し、更に水を加え、ボー
ルミル中で十分に混合する。この混合物を乾燥後、バイ
ンダーを加え、造粒し、成形する。この時の成形圧力
は、前述した電力用抵抗体（１）で説明したのと同様に
２００ｋｇ／ｃｍ²以上で行うことが望ましい。つづい
て、前記成形体を電気炉等により焼成する。この焼成
は、前述した電力抵抗体（１）で説明したのと同様、空
気または酸素ガスなどの酸化性雰囲気、１０００℃〜１
５００℃の温度で行なうことが望ましい。

【００４４】次いで、前記焼結体の両主面を研磨し、ス
パッタリング、溶射、焼き付けなどの手段によりアルミ
ニウムまたはニッケルなどからなる電極を形成して酸化
物直線抵抗体とする。前記抵抗体の外周面および中空部
の内周面は、必要に応じて側面からの沿面放電を防止す
るために樹脂系あるいは無機系の絶縁層（高抵抗層）が
焼き付けもしくは溶射等により形成される。

【００４５】電力用抵抗体（４）この電力用抵抗体は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分と
し、副成分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換
算して０．５〜１５モル％、ニッケルを酸化ニッケル
（ＮｉＯ）に換算して０．５〜３０モル％含む焼結体
と、この焼結体の少なくとも上下端面に形成された電極
とを備えた抵抗体において、前記焼結体は酸化亜鉛粒子
にチタンが酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して０．００
５〜０．１モル％固溶したものからなることを特徴とす
るものである。このような抵抗体は、例えば前述した図
３、図４と同様な構造、または前述した図５と同様な構
造を有する。

【００４６】前記焼結体の構成成分を限定したのは、前
述した投入抵抗体で説明したのと同様な理由によるもの
である。また、前記チタン量は酸化チタンに換算して１
〜２０モル％の範囲にすることがより好ましい。前記ニ
ッケル量は、酸化ニッケルに換算して１〜２５モル％の
範囲にすることがより好ましい。

【００４７】前記ＺｎＯ粒子に対するＴｉの固溶量（Ｔ
ｉＯ₂換算）を前記範囲にしたのは、次のような理由に
よるものである。酸化チタンの固溶量を０．００５モル
％未満にすると、電力用抵抗体の抵抗温度係数が負にな
る。一方、前記酸化チタンの固溶量が０．１モル％を超
えると電力用抵抗体の抵抗変化率が大きくなる。より好
ましいＴｉの固溶量（ＴｉＯ₂換算）は、０．０１〜
０．０８モル％である。

【００４８】前記電力用抵抗体は、例えば以下のような
方法により作製される。

【００４９】まず、酸化亜鉛に所定量の酸化チタン粉末
および酸化ニッケル粉末を加え、さらに水を加え、粉砕
媒体として例えばジルコニアボールを用い、ボールミル
中で十分に粉砕混合する。この混合物を乾燥後、バイン
ダーを加え、造粒し、成形する。この時の成形圧力は、
前述した電力用抵抗体（１）で説明したのと同様に２０
０ｋｇ／ｃｍ²以上で行うことが望ましい。

【００５０】次いで、前記成形体を電気炉等により焼成
する。この焼成は、前述した電力用抵抗体（１）で説明
したのと同様、空気または酸素ガスなどの酸化性雰囲
気、１０００℃〜１５００℃、より好ましくは１３００
〜１５００℃で行なうことが望ましい。また、前記焼成
は昇温速度を５０℃／ｈｒ〜２００℃／ｈｒ、最高温度
保持後の降温速度を２０℃／ｈｒ〜３００℃／ｈｒと
し、その後急冷（炉中放冷）を行うことが望ましい。こ
のような焼成により、ＺｎＯ粒子にチタンが酸化チタン
（ＴｉＯ₂）に換算して０．００５〜０．１モル％固溶
した焼結体を得ることが可能になる。

【００５１】次いで、前記焼結体の両主面を研磨し、ス
パッタリング、溶射、焼き付けなどの手段によりアルミ
ニウムまたはニッケルなどからなる電極を形成して酸化
物直線抵抗体とする。前記抵抗体の外周面および中空部
の内周面は、必要に応じて、側面からの沿面放電を防止
するために樹脂系あるいは無機系の絶縁層（高抵抗層）
が焼き付けもしくは溶射等により形成される。

【００５２】なお、前述した電力用遮断器の抵抗体およ
び電力用抵抗体（１）〜電力用抵抗体（４）の製造に際
し、原料混合時に硝酸アルミニウム水溶液の形でＡｌを
添加することを許容する。

【００５３】

【作用】本発明に係わる電力用遮断器は、酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）を主成分とし、副成分としてチタンを酸化チタン
（ＴｉＯ₂）に換算して０．５〜２５モル％、ニッケル
を酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して０．５〜３０モル
％含む焼結体を有する抵抗体が組み込まれた投入抵抗ユ
ニットを備えている。このため、前記組成の抵抗体を有
する抵抗体によって、前記投入抵抗ユニットの小型、高
性能化を図ることができ、遮断容量の向上、遮断性能の
安定化および小型化を達成することができる。

【００５４】また、本発明に係わる電力用抵抗体（１）
は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成分としてチ
タンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して０．５〜２５
モル％、ニッケルを酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算して
０．５〜３０モル％含有し、破面の粒子の平均粒径が３
〜１５μｍであり、かつ前記粒子構造が複数の粒子の集
合物からなる焼結体と、この焼結体の少なくとも上下端
面に形成された電極とを備えた構造になっている。この
ような抵抗体は、単位体積当たりの熱容量を大きくで
き、抵抗率を適当な範囲に設定できると共に抵抗温度係
数の絶対値を小さくでき、更にサージ吸収による抵抗率
の経時変化を抑制できる。

【００５５】すなわち、遮断器が脱調投入されると、前
記遮断器に組み込まれた抵抗体には瞬時（約０．０１
秒）に数１０００ｋＪのエネルギーが注入され、温度が
１００℃以上上昇をする。その結果、抵抗体内部には熱
応力が発生する。従来の酸化亜鉛系抵抗体は、エネルギ
ー耐量が約５００〜８００Ｊ／ｃｍ³、また炭素粒子分
散型セラミック抵抗体は４００ジュール／ｃｍ³、とそ
れぞれ大きいため、破壊することはない。しかしなが
ら、焼結体の粒径は１０μｍ前後の１次粒子のみからな
るため、熱応力によって焼結体の粒内及び粒界に亀裂が
発生し進展する。加熱冷却サイクルが繰り返されると、
亀裂はさらに進展し、焼結体の表面積が大きくなる。前
記従来の各抵抗体の表面抵抗は、印加される電界が大き
くなるほど体積抵抗がより小さくなる。このため、投入
回数と抵抗率変化率の関係は図１１の特性線Ｂに示すよ
うに表面積の増加によって投入回数の増加に伴って抵抗
率が減少する。

【００５６】このようなことから、本発明に係わる電力
用抵抗体（１）は前記組成の焼結体をその破面の粒子
（二次粒子）の平均粒径が３〜１５μｍで、かつ前記粒
子構造が複数の粒子（一次粒子）の集合物からなる微構
造になっている。このため、前述した熱応力による亀裂
が発生しても、前記微細な一次粒子の粒界により亀裂の
進展を阻止することができる。その結果、図１１の特性
線Ａに示すように投入回数の増加に伴って抵抗率が減少
するのを著しく抑制することが可能になる。また、破壊
靭性値も前記微構造を持たせることで大きくすることが
できる。したがって、単位体積当たりの熱容量が大き
く、抵抗率が適切な範囲に設定される共に抵抗温度係数
の絶対値が小さく、更に抵抗率の経時変化が抑制された
電力用抵抗体を得ることができる。

【００５７】さらに、本発明に係わる電力用抵抗体
（２）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成分とし
てチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して０．５〜
２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算
して０．５〜３０モル％含有し、表面が（Ｚｎ_XＮｉ
_1-X）₂ＴｉＯ₄（０≦Ｘ≦１）のスピネル相からなる
焼結体と、この焼結体の少なくとも上下端面に形成され
た電極とを備えた構造になっている。このため、表面抵
抗を大きくでき、沿面放電を抑制できる。しかも、単位
体積当たりの熱容量を大きくできる。また、抵抗率を適
切な範囲に設定できると共に抵抗温度係数の絶対値を小
さくでき、さらにサージ吸収による抵抗値の経時変化を
抑制することができる。

【００５８】さらに、本発明に係わる電力用抵抗体
（３）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成分とし
てチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して０．５〜
２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算
して０．５〜３０モル％含有し、前記ＺｎＯもしくはＺ
ｎＯとＺｎ₂ＴｉＯ₄にＮｉを固溶し、かつハロゲンが
０．０１ｐｐｍ〜１％含む焼結体と、この焼結体の少な
くとも上下端面に形成された電極とを備えた構造になっ
ている。このため、前記ニッケルの蒸発による表面付近
での抵抗率減少を前記ハロゲンの蒸発による抵抗増加に
より補償して、抵抗率の不均一化を防止できる。その結
果、通電時における熱衝撃破壊や沿面放電の発生を大幅
に減少させて信頼性を著しく向上できる。

【００５９】すなわち、本発明者らはＺｎＯもしくはＺ
ｎＯとＺｎ₂ＴｉＯ₄にＮｉを固溶した焼結体を有する
抵抗体に瞬間大電力を投入した際の破壊現象および沿面
閃絡現象の原因を種々研究したところ、前記焼結体の抵
抗率の不均一化に起因することを究明した。前記焼結体
の抵抗率が不均一となる原因は、焼成時に焼結体の成分
であるニッケルが表面から蒸発してニッケル濃度が不均
一となることに起因することを見出した。これは、次ぎ
のような現象によるものと考えられる。

【００６０】焼結体の表面付近では、焼成前の粉末混合
比から想定される単位体積当りのニッケル濃度よりも実
際のニッケル濃度が低く、前記部分においては内部より
も抵抗率が低くなる。このため、焼結体の表面付近での
電流密度が内部での電流密度よりも大きくなる。その結
果、局部的な発熱が生じて熱衝撃に起因する焼結体の破
壊が起こると考えられる。

【００６１】また、焼結体の表面付近に低抵抗層が生じ
るために表面に沿って電流が流れ、それがトリガーとな
って沿面放電が起こり抵抗体の機能が損なわれると考え
られる。

【００６２】このようなことから、前記焼結体表面から
のニッケル成分の蒸発を抑制するために焼成温度を低く
することを試みた。しかしながら、焼成温度を低くする
と焼結体が緻密化し難くなる。

【００６３】本発明者らは、焼結体の表面付近における
抵抗率の低下を防止するために焼結体をＺｎＯ、ＴｉＯ
₂およびＮｉＯを所定の配合比率で含み、前記ＺｎＯも
しくはＺｎＯとＺｎ₂ＴｉＯ₄にＮｉを固溶し、かつハ
ロゲンが０．０１ｐｐｍ〜１％含む組成とすることによ
って、次に説明するように表面付近の抵抗率の均一化を
図ることができることを見出した。

【００６４】酸化亜鉛および酸化ニッケルの混合粉末等
にハロゲン化物を微量添加して焼成すると、ニッケルの
蒸発による表面付近での抵抗率が減少するものの、前記
ハロゲン化物も同様に蒸発してハロゲン化物が抜けた箇
所の抵抗率が上昇する。つまり、前記ニッケルの蒸発に
よる表面付近での抵抗率の減少は前記ハロゲン化物の蒸
発による抵抗増加で補償される形態をとることができ
る。このため、前記焼結体の表面抵抗率が場所によって
不均一化するのを防止できる。その結果、通電時におけ
る熱衝撃破壊や沿面放電の発生を大幅に減少させて信頼
性を著しく向上した電力用抵抗体を得ることができる。

【００６５】さらに、本発明に係わる電力用抵抗体
（４）は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成分とし
てチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して０．５〜
２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル（ＮｉＯ）に換算
して０．５〜３０モル％含み、前記酸化亜鉛粒子にチタ
ンが酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して０．００５〜
０．１モル％固溶した焼結体と、この焼結体の少なくと
も上下端面に形成された電極とを備えた構造になってい
る。このため、単位体積当たりの熱容量が大きくでき、
抵抗温度係数が正でその絶対値が小さくでき、サージ吸
収による抵抗値の経時変化を小さくすることができる。

【００６６】なお、前述した電力用遮断器の抵抗体およ
び電力用抵抗体（１）〜電力用抵抗体（４）においてＮ
ｉＯに代えてＣｏＯを添加しても同様な効果があること
を確認した。

【００６７】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００６８】実施例１まず、平均粒径０．２μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末
に、平均粒径０．４μｍの酸化ニッケル（ＮｉＯ）と平
均粒径０．２μｍのアナターゼ型酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）を、モル比がＺｎＯ：ＮｉＯ：ＴｉＯ₂＝７５：
１５：１０となるように秤量した。前記原料粉末にバイ
ンダーを添加し、湿式で２４時間混合した後、スプレー
ドライ法により、乾燥、造粒を行った。この造粒粉を、
圧力５００ｋｇ／ｃｍ³で金型成形して外径１４０ｍ
ｍ、内径４０ｍｍ、高さ３０ｍｍの環状成形体を作製し
た。この成形体を、空気中１３００℃で２時間保持し焼
成を行った。この焼結体の寸法は、外径１２０ｍｍ、内
径３５ｍｍ、高さ２５ｍｍであった。前記焼結体の外周
面および中空部の内周面に、ホウケイ酸ガラス粉末を塗
布、焼き付けて絶縁層を形成した。その後、前記焼結体
の両端面を研削した後、両端面にアルミニウム電極を溶
射により形成することにより前述した図３および図４に
示す抵抗体９を製造した。

【００６９】得られた抵抗体の相対密度、室温での抵抗
率、抵抗温度係数、熱容量およびエネルギー耐量を調べ
た。なお、前記密度はアルキメデス法により測定した。
前記抵抗率および抵抗温度係数は、外表面と中心部と上
下面の中央に当たる部分から直径１０ｍｍ、厚さ１ｍｍ
の微小片を切り出して両面にスパッタでアルミニウム電
極を形成し、疑似４端子法により測定した。ただし、抵
抗温度係数は常温の抵抗値と１００℃の抵抗値の変化を
１℃あたりの変化率から求めた。その結果、相対密度は
９８．０％、抵抗率は７３０Ωｃｍ±２０Ωｃｍ、抵抗
温度係数は＋０．３８％／ｄｅｇ、熱容量は２．９０Ｊ
／ｃｃ・ｄｅｇ、エネルギー耐量は７８０Ｊ／ｃｍ³で
あった。

【００７０】前記抵抗体９を前述した図２に示すように
所定枚数積み重ね、前記各抵抗体９の中心部を貫通する
樹脂からなる絶縁性支柱棒７と弾性体１０により支持
し、円筒状容器に収めて投入抵抗ニユット５を構成し
た。この投入抵抗ユニット５を図１に示すように組み込
んで電力用遮断器１を組み立てた。

【００７１】実施例１の遮断器について、従来の炭素粒
子分散型セラミックを焼結体とする低抗体を有する投入
抵抗ユニットを組み込んだ同定格の遮断器と比較した。
その結果、実施例１の遮断器は従来の遮断器に比べて、
体積としての縮小率で９０％と小形化の効果が著しいも
のであった。さらに、遮断性能の安定性を調べるために
脱調投入相当のエネルギーを２０回印加し、投入抵抗体
の抵抗率変化を調べた。その結果、１０％以下であり、
十分に安定性の高いものであった。

【００７２】実施例２〜１２平均粒径０．２μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）、平均粒径
０．４μｍの酸化ニッケル（ＮｉＯ）、平均粒径０．２
μｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）の混合比を下記表１に示
すように変えて種々の組成の焼結体を有する１１種の抵
抗体を作製した。この抵抗体を実施例１と同様に遮断器
に組み立てた時のエネルギー耐量および体積縮小率を調
べた。その結果を同表１に併記した。

【００７３】また、実施例２〜１２の遮断器について実施例１と同
様に、脱調投入相当のエネルギーを２０回印加した際の
安定性を調べた。その結果、投入抵抗ユニットの抵抗率
変化はいずれも１０％以下であった。

【００７４】実施例１３まず、平均粒径０．２μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末
に、平均粒径０．４μｍの酸化ニッケル（ＮｉＯ）と平
均粒径０．２μｍのアナターゼ型酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）を、モル比でＺｎＯ：ＮｉＯ：ＴｉＯ₂＝７５：
１５：１０となるように秤量した。この原料粉末を純水
中にてジルコニアボールミルで２４時間湿式混合した。
純水を除去し、篩を通した後、５％のＰＶＡ水溶液を７
重量％添加し、再度、篩を通して造粒粉とした。この造
粒粉を、５００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で金型成形して直径
１４０ｍｍ、高さ３０ｍｍの円板状成形体を作製した。
この成形体を、空気中５００℃で２４時間脱バインダー
し、脱脂体を得た。この脱脂体を、酸化マグネシウム焼
結体の匣に入れ、空気中で焼成した。温度プロファイル
は、１００℃／時間で昇温し、１３００℃で２時間保持
し、室温まで１００℃／時間で降温した。得られた焼結
体の寸法は、直径１２０ｍｍ、高さ２５ｍｍであった。

【００７５】前記焼結体の一つを機械的に破壊し、その
破面を鏡面研磨し、１１００℃で３０分サーマルエッチ
ングした。その結果、前記焼結体の一次粒子は平均粒径
で０．４μｍ、二次粒子は平均粒径で８μｍであった。

【００７６】次いで、前記焼結体の外周面にホウケイ酸
ガラス粉末を塗布した後、焼き付けて、絶縁層を形成し
た。その後、前記焼結体の両端面を研削加工し、洗浄後
に端面にアルミニウム電極を溶射により形成することに
より前述した図５に示す抵抗体を製造した。

【００７７】本実施例１３の抵抗体は、相対密度９８．
０％、室温での抵抗率７３０Ωｃｍ±２０Ωｃｍ、抵抗
値１６．４±０．５Ω、抵抗温度係数＋０．３８％／ｄ
ｅｇ、熱容量２．９０±０．４Ｊ／ｃｃ・ｄｅｇ、エネ
ルギー耐量７８０Ｊ／ｃｍ³であった。

【００７８】また、前記抵抗体を遮断器の投入抵抗とし
て使用し、脱調投入すると、投入抵抗器にはエネルギー
が注入され、抵抗体の温度は上昇した。本実施例１３の
抵抗体では、２３０Ｊ／ｃｍ³までエネルギー注入を行
っても、前記温度上昇を８０℃以内に抑えることが可能
である。さらに、前記エネルギー注入（２３０Ｊ／ｃｍ
³）を２０回繰り返した。その結果、抵抗率は６６０Ω
ｃｍ±３０Ωｃｍとなり、使用前からの抵抗率の変化は
１０％程度と極めて小さいものであった。

【００７９】比較例１従来の炭素粒子分散型セラミック抵抗体（室温での抵抗
率５００Ωcm、抵抗値１１．４Ω、熱容量２．０Ｊ／ｃ
ｍ³・ｄｅｇ）を、実施例１３と同様に遮断器の投入抵
抗体として使用した。前記投入抵抗体に脱調投入し、前
記抵抗体の温度上昇が８０℃以内になる時の前記抵抗体
に注入できるエネルギーを測定した。その結果、１６０
Ｊ／ｃｍ³で、実施例１３の抵抗体の７０％しか注入で
きなかった。したがって、投入抵抗器の大きさは実施例
１３の抵抗体を使用した場合に比べて、体積にして１．
５倍も大きくしなければならない。投入抵抗器が大きく
なるため、遮断器も大きくなり、体積にして１．３倍、
据え付け面積にして１．１倍、重量にして１．２倍にも
なった。

【００８０】実施例１４〜２４平均粒径０．２μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）、平均粒径
０．４μｍの酸化ニッケル（ＮｉＯ）、平均粒径０．２
μｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）の混合比を下記表２に示
すように変えて種々の組成の焼結体を有する１１種の抵
抗体を作製した。

【００８１】得られた実施例１４〜２４の抵抗体の諸特
性を測定した。その結果を下記表３に示す。なお、表３
の抵抗変化率は、２３０Ｊ／ｃｍ³のエネルギー吸収を
２０回繰り返した後の値である。

【００８２】前記表３から明らかなように実施例１４〜２４の抵抗体
は、実施例１３と同様に良好な特性を有することがわか
る。

【００８３】実施例２５まず、平均粒径０．２μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末
に、平均粒径０．４μｍの酸化ニッケル（ＮｉＯ）と平
均粒径０．２μｍのアナターゼ型酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）を、モル比でＺｎＯ：ＮｉＯ：ＴｉＯ₂＝７５：
１５：１０となるように秤量した。この原料粉末を純水
中にてジルコニアボールミルで２４時間湿式混合した。
純水を除去し、篩を通した後、５％のＰＶＡ水溶液を７
重量％添加し、再度、篩を通して造粒粉とした。この造
粒粉を５００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で金型成形して直径１
４０ｍｍ、高さ３０ｍｍの円板状成形体を作製した。こ
の成形体を、空気中５００℃で２４時間脱バインダー
し、脱脂体を得た。この脱脂体を、酸化マグネシウム焼
結体の匣に入れ、酸化マグネシウム粉末で覆い、空気中
で焼成した。焼成は、１００℃／時間で昇温し、１３０
０℃で２時間保持し、室温まで１００℃／時間で降温す
る温度プロファイルにより行った。得られた焼結体の寸
法は、直径１２０ｍｍ、高さ２５ｍｍであった。また、
前記焼結体表面の高抵抗層の抵抗率は、１０⁷Ω／□以
上であった。

【００８４】次いで、前記焼結体の外周面にホウケイ酸
ガラス粉末を塗布した後、焼き付けて、絶縁層を形成し
た。その後、前記焼結体の両端面を研削加工し、洗浄後
に端面にアルミニウム電極を溶射により形成することに
より前述した図５に示す構造の抵抗体を製造した。

【００８５】得られた抵抗体は、相対密度９８．０％、
室温での抵抗率７３０Ωｃｍ±２０Ωｃｍ、抵抗値１
６．４±０．５Ω、抵抗温度係数＋０．３８％／ｄｅ
ｇ、熱容量２．９０±０．４Ｊ／ｃｍ³・ｄｅｇ、サー
ジ耐量７８０Ｊ／ｃｍ³であった。また、前記抵抗体は
インパルスで１６ｋＶ／ｃｍ以上の耐電圧値を有した。

【００８６】参照例１実施例１３と同様な方法で脱脂体を作製した後、前記脱
脂体を酸化アルミニウム製の匣に入れ、酸化マグネシウ
ムの粉末で覆わずに空気中で焼成した。温度プロファイ
ルも実施例１３と同様にした。得られた焼結体は、前記
実施例１３と同様な寸法で、かつ表面の抵抗率が１０⁵
Ω／□であった。

【００８７】前記焼結体の外周面に、ホウケイ酸ガラス
粉末を塗布した後、焼き付けて、絶縁層を形成した。そ
の後、この焼結体の両端面を研削加工し、洗浄後に端面
にアルミニウム電極を溶射により形成して抵抗体を製造
した。

【００８８】得られた抵抗体は、相対密度９８．０％、
室温での抵抗率７３０Ωｃｍ±２０Ωｃｍ、抵抗値１
６．４±０．５Ω、抵抗温度係数＋０．３８％／ｄｅ
ｇ、熱容量２．９０±０．４Ｊ／ｃｍ³・ｄｅｇ、エネ
ルギー耐量７８０Ｊ／ｃｍ³であった。また、前記抵抗
体の耐電圧値はインパルスで１２ｋＶ／ｃｍしかなく、
実施例１３の抵抗体より２５％耐電圧値は小さかった。

【００８９】実施例２６まず、平均粒径０．７μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末
に、平均粒径０．５μｍの酸化ニッケル（ＮｉＯ）と平
均粒径０．７μｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）を、モル比
でＺｎＯ：ＮｉＯ：ＴｉＯ₂＝７５：１５：１０となる
ように秤量した。この混合粉１０００ｇにＺｎＦ₂・４
Ｈ₂Ｏを４６０ｍｇ、水溶液の形で添加し、ジルコニア
ボールミルで２４時間湿式混合した。このスラリーを乾
燥し、篩を通した後、前記混合粉に対し５％のＰＶＡ水
溶液３重量％添加し、再度、篩を通して造粒粉とした。
この造粒粉を圧力６００ｋｇ／ｃｍ²で金型成形して外
径１４０ｍｍ、内径４０ｍｍ、高さ３０ｍｍの環状成形
体を作製した。この成形体を、酸化マグネシウム焼結体
の鞘に入れ、空気中で焼成した。焼成は、１００℃／時
間で昇温し、１３００℃で２時間保持し、室温まで約８
時間炉冷して降温する温度プロファイルにより行った。
得られた焼結体の寸法は、外径１２７ｍｍ、内径３７ｍ
ｍ、高さ２５．４ｍｍであった。

【００９０】次いで、前記焼結体の外周面および中空部
の内周面にホウケイ酸ガラス粉末を塗布した後、焼き付
けて、絶縁層を形成した。その後、前記焼結体の両端面
を研削加工し、洗浄後に端面にアルミニウム電極を溶射
により形成することにより前述した図３、図４に示す構
造の抵抗体を製造した。

【００９１】比較例２ＺｎＯ：ＮｉＯ：ＴｉＯ₂＝７５：１５：１０となるよ
うに秤量した混合粉を原料粉末として用い、ＺｎＦ₂・
４Ｈ₂Ｏ水溶液を添加せずにその代わりに純水を加えて
湿式混合してスラリーを調製した以外、実施例２６と同
様な方法に焼結体の作製、電極の形成を行うことによっ
て抵抗体を製造した。実施例２７〜３３平均粒径０．７μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末に、平均
粒径０．５μｍの酸化ニッケル（ＮｉＯ）と平均粒径
０．７μｍの酸化チタン（ＴｉＯ₂）、ハロゲン化物の
混合比を下記表４に示すように変えて種々の組成の焼結
体を有する７種の抵抗体を製造した。なお、表４には前
記実施例２６および比較例２の焼結体の組成を併記し
た。

【００９２】前記実施例２６および比較例２の抵抗体について、ハロ
ゲンの濃度分布を測定した。その結果を図１２に示し
た。

【００９３】また、実施例２６〜３３および比較例２の
抵抗体について、比熱、室温での抵抗率および抵抗率偏
差を測定した。その結果を下記表５に示した。前記室温
での抵抗率は前述した実施例１と同様な方法により測定
した。前記比熱は、前記焼結体を環状体の中心線を通
り、円に垂直に２ｍｍ幅で切り出した薄片を粉砕混合し
た粉末を試料として用いた。比熱測定は、パーキン・エ
ルマー社製のＤＳＣ−２により２５℃の値で求めた。前
記抵抗率偏差は、前記円板の中心および外周より１ｍｍ
内側から直径２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板を切り出して
室温で測定した抵抗値の比として求めた。前記ハロゲン
の濃度分布は、前記薄片から５ｍｍおきに１ｍｍ×１ｍ
ｍ×２ｍｍの小片を切り出し、化学滴定により総ハロゲ
ン量の濃度分布を求めた。

【００９４】実施例３４まず、平均粒径０．２μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末
に、平均粒径０．４μｍの酸化ニッケル（ＮｉＯ）と平
均粒径０．２μｍのアナターゼ型酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂）を、モル比でＺｎＯ：ＮｉＯ：ＴｉＯ₂＝７５：
１５：１０となるように秤量した。この原料粉末を純水
中にて樹脂製ボールミルとジルコニアボールミルを用い
て２４時間湿式混合した。純水を除去した後、５％のＰ
ＶＡ水溶液を７重量％添加し、篩を通して造粒粉とし
た。この造粒粉を、５００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で金型成
形して外径１４８ｍｍ、高さ３２ｍｍの円板状成形体を
作製した。この成形体を、空気中５００℃で２４時間脱
バインダーし、脱脂体を得た。この脱脂体を、酸化アル
ミニウム製容器に入れ、空気中で焼成した。焼成は、１
００℃／時間で昇温し、１４００℃で２時間保持し、１
００℃／ｈｒで１３００℃まで降温した後、同１３００
℃から炉中放冷により急冷する温度プロファイルにより
行った。得られた焼結体の寸法は、外径１２７ｍｍ、高
さ２５．４ｍｍであった。

【００９５】次いで、前記焼結体の外周面にホウケイ酸
ガラス粉末を塗布した後、焼き付けて、絶縁層を形成し
た。その後、前記焼結体の両端面を研削加工し、洗浄後
に端面にアルミニウム電極を溶射により形成することに
より前述した図５に示す構造の抵抗体を製造した。

【００９６】実施例３５〜４９、参照例２〜５平均粒径０．２μｍの酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末、平均粒
径０．４μｍの酸化ニッケル（ＮｉＯ）粉末および平均
粒径０．２μｍのアナターゼ型酸化チタン（ＴｉＯ₂）
粉末を、下記表６に示す混合モル比で配合して１９種の
原料粉末を調製した。つづいて、前記原料粉末を用い、
焼成時の温度、降温速度、急冷温度を同表６に示す条件
で行った以外、前記実施例３４と同様な方法により前述
した図５に示す構造を有する１９種の抵抗体を製造し
た。なお、下記表６には前記実施例３４の焼結体の原料
組成、焼成時の条件を併記した。

【００９７】前記実施例３４〜４９および参照例２〜５により作製さ
れた焼結体のＴｉＯ₂固溶量を測定した。前記ＴｉＯ₂
固溶量は、焼結体を粉砕して粉末試料とし、試料を前記
試料１ｇに対して５％の酢酸および５％の乳酸からなる
混合溶液５０ｍｌ加え、９０分間、超音波を印加しなが
らＺｎ粒子を溶解した後、溶解物をフィルタで濾過し、
ＩＣＰ発光分光法でチタンを定量することにより測定し
た。また、得られた実施例３４〜４９および参照例２〜
５の抵抗体について、室温での抵抗率、抵抗温度係数お
よび抵抗変化率を調べた。なお、前記抵抗温度係数は実
施例１と同様な方法により評価した。前記抵抗変化率
は、前記抵抗体から切り出した直径２０ｍｍの試料に２
００Ｊ／ｃｍ³に相当する衝撃波を２０回印加した時の
抵抗値変化を初期値に対する百分率として求めた。これ
らの結果を下記表７に示す。

【００９８】電力用抵抗体（投入抵抗体）は、抵抗率が１０²〜１０
⁴Ω・ｃｍ、抵抗温度係数は正で絶対値が０．５％以
下、サージ吸収よる抵抗温度変化率が１０％以下である
ことが適する。前記表７より酸化亜鉛粒子に固溶するＴ
ｉＯ₂量が０．００５〜０．１モル％の焼結体を有する
実施例３４〜４９の抵抗体は、ＴｉＯ₂量が前記範囲を
外れる焼結体を有する参照例２〜５の抵抗体に比べて抵
抗温度係数が正でその絶対値が小さく、かつ繰り返しサ
ージ印加に対する抵抗変化率が小さいことがわかる。

【００９９】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば投入
抵抗ユニットの熱容量が大きく、大きな開閉サージを吸
収でき、同一開閉サージエネルギーに対して小形化で
き、さらに前記投入抵抗ユニットの温度係数が小さく、
エネルギーの繰り返し印加に対しても優れた安定性を有
する電力用遮断器が提供できる。また、本発明によれば
単位体積当りの熱容量が大きく、抵抗率の温度変化が小
さく、かつ使用を繰り返しても抵抗率の変化が小さい電
力用抵抗体を提供することができる。したがって、従来
の抵抗体に比べて抵抗体の大きさを大幅に縮小化するこ
とができ、ひいては前記抵抗体を組み込んだ遮断器の縮
小化を図ることができるにのみならず、他の電力機器、
例えばＮＧＲ、電動機制御抵抗器などの縮小化にも有効
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の遮断器を示す構成図。

【図２】実施例１の遮断器の構成要素である投入抵抗ユ
ニットを示す構成図。

【図３】実施例１の投入抵抗ユニットに組み込まれる抵
抗体を示す斜視図。

【図４】図３の抵抗体のIV−IV線に沿う断面図。

【図５】本発明の電力用抵抗体を示す断面図。

【図６】本発明の電力用抵抗体（１）の破面の粒子構造
を示す走査電子顕微鏡写真。

【図７】本発明の電力用抵抗体（１）の破面をサーマル
エッチングした面の粒子構造を示す走査電子顕微鏡写
真。

【図８】従来の酸化亜鉛基焼結体を用いた電力用抵抗体
の焼結体表面の粉末Ｘ線回折スペクトル。

【図９】従来の酸化亜鉛基焼結体を用いた電力用抵抗体
の焼結体内部の粉末Ｘ線回折スペクトル。

【図１０】本発明の電力用抵抗体（２）の焼結体表面の
粉末Ｘ線回折スペクル。

【図１１】本発明の電力用抵抗体（１）および従来の抵
抗体における電界投入回数と抵抗体の抵抗率変化率との
関係を示す特性図。

【図１２】実施例２６および比較例２におけるハロゲン
の濃度分布を示す特性図。

【符号の説明】

１…遮断器、３…主接点、４…補助接点、５…投入抵抗
ユニット、７…スイッチ、８…絶縁性支持棒、１０、１
６…抵抗体、１１…弾性体、１３、１７…焼結体、１
４、１８…電極、１５、１９…絶縁層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安藤秀泰神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者三石巌神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者小塚祥二神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者遠藤博神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成
分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して
０．５〜２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）に換算して０．５〜３０モル％含む焼結体を有する
抵抗体が組み込まれた投入抵抗ユニットを備えたことを
特徴とする電力用遮断器。
【請求項２】酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成
分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して
０．５〜２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）に換算して０．５〜３０モル％含む焼結体と、この
焼結体の少なくとも上下端面に形成された電極とを備え
た抵抗体において、前記焼結体破面の粒子の平均粒径が
３〜１５μｍであり、かつ前記粒子構造が複数の粒子の
集合物であることを特徴とする電力用抵抗体。
【請求項３】酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成
分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して
０．５〜２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）に換算して０．５〜３０モル％含む焼結体と、この
焼結体の少なくとも上下端面に形成された電極とを備え
た抵抗体において、前記焼結体の表面は（Ｚｎ_XＮｉ
_1-X）₂ＴｉＯ₄（０≦Ｘ≦１）からなることを特徴と
する電力用抵抗体。
【請求項４】酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成
分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して
０．５〜２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）に換算して０．５〜３０モル％含む焼結体と、この
焼結体の少なくとも上下端面に形成された電極とを備え
た抵抗体において、前記焼結体はＺｎＯもしくはＺｎＯ
とＺｎ₂ＴｉＯ₄にＮｉを固溶し、かつハロゲンが０．
０１ｐｐｍ〜１％含むものからなることを特徴とする電
力用抵抗体。
【請求項５】酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とし、副成
分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して
０．５〜２５モル％、ニッケルを酸化ニッケル（Ｎｉ
Ｏ）に換算して０．５〜３０モル％含む焼結体と、この
焼結体の少なくとも上下端面に形成された電極とを備え
た抵抗体において、前記焼結体は酸化亜鉛粒子にチタン
が酸化チタン（ＴｉＯ₂）に換算して０．００５〜０．
１モル％固溶したものからなることを特徴とする電力用
抵抗体。