JP3256672B2 - Power resistor - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、単位体積当たりの
熱容量が大きく、抵抗率が適当な値であり、広い温度範
囲で抵抗温度変化率が負にならない、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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention has a large heat capacity per unit volume, an appropriate resistivity, and a resistance change rate in a wide temperature range which does not become negative. Power resistor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】現在、遮断器などの電流制御用、電動機
の始動、または送電系統の電圧異常発生時の接地用とし
て、種々のセラミック抵抗体が使用されている。2. Description of the Related Art At present, various ceramic resistors are used for controlling a current of a circuit breaker or the like, starting an electric motor, or grounding when a voltage abnormality occurs in a power transmission system.
【０００３】一方、近年の遮断器への小型化要求に伴
い、開閉サージ吸収用投入抵抗器に対しても小型化が望
まれている。投入抵抗器の小型化を図るには、搭載され
る抵抗体の体積を小さくする必要があるが、それに伴い
抵抗体の体積当たりの熱債務が増大し、そのために熱容
量を増大させることが不可欠である。従来のセラミック
抵抗体は２Ｊ／（ｃｍ3・Ｋ）という熱容量であった
が、投入抵抗体の小型化への要求には不十分である。そ
のため、焼結密度が高く、熱容量の大きい抵抗体が必要
である。On the other hand, with the recent demand for downsizing circuit breakers, downsizing of switching resistors for absorbing switching surges is also desired. In order to reduce the size of the input resistor, it is necessary to reduce the volume of the mounted resistor, but with this, the heat debt per volume of the resistor increases, and it is essential to increase the heat capacity. is there. Although the conventional ceramic resistor has a heat capacity of 2 J / (cm 3 · K), it is insufficient for a demand for downsizing of the input resistor. Therefore, a resistor having a high sintering density and a large heat capacity is required.
【０００４】抵抗体がサージ吸収により発熱したとき、
抵抗体の抵抗値が低下すると、抵抗体を流れるサージ電
流がさらに増加して抵抗体の発熱量が増加し、熱暴走に
至り、抵抗体が破壊する危険が生じる。このため抵抗体
の温度上昇による抵抗率変化は高温域まで小さい、また
は正であることが望ましい。When the resistor generates heat due to surge absorption,
When the resistance value of the resistor decreases, the surge current flowing through the resistor further increases, the calorific value of the resistor increases, leading to thermal runaway, and there is a danger of the resistor being destroyed. Therefore, it is desirable that the change in resistivity due to the temperature rise of the resistor be small or positive up to a high temperature range.
【０００５】抵抗体１個当たりの抵抗値は、大きい方が
抵抗体の使用枚数を減少でき、投入抵抗器の小型化に大
きく寄与する。このためには抵抗体の抵抗率（本発明者
らは１００〜１００００Ωｃｍのものを目指した。）や
温度変化率を適正に制御し、熱的安定性を向上すること
が必要である。A larger resistance value per resistor can reduce the number of resistors used, which greatly contributes to downsizing of the input resistor. For this purpose, it is necessary to appropriately control the resistivity of the resistor (the inventors aimed for a resistivity of 100 to 10000 Ωcm) and the temperature change rate, and to improve the thermal stability.
【０００６】従来、電力用抵抗器として使用されている
炭素分散型セラミック抵抗体は、絶縁体である酸化アル
ミニウム粉末中に導電性のカーボン粉末を少量分散さ
せ、さらに焼結助剤としての粘土を混合し焼結したもの
である。この抵抗体の抵抗率はカーボン添加量を調節す
ることによって制御できる利点はあるが、熱容量が２Ｊ
／（ｃｍ3・Ｋ）程度と小さく、また抵抗の温度係数が
温度上昇に対して負（抵抗が減少する傾向）である。そ
のため、温度係数が負の従来の抵抗体は、開閉サージを
吸収して抵抗体の温度が上昇すると抵抗率が小さくな
り、ますます電流が流れ、その結果、熱暴走を生じ、破
壊にいたる危険がある。Conventionally, a carbon-dispersed ceramic resistor used as a power resistor is prepared by dispersing a small amount of conductive carbon powder in aluminum oxide powder as an insulator and further adding clay as a sintering aid. It is mixed and sintered. The resistivity of this resistor has the advantage that it can be controlled by adjusting the amount of carbon added, but the heat capacity is 2J.
/ (Cm 3 · K), and the temperature coefficient of resistance is negative with respect to temperature rise (resistance tends to decrease). Therefore, a conventional resistor with a negative temperature coefficient absorbs switching surges, and when the temperature of the resistor rises, the resistivity decreases, and more current flows, resulting in thermal runaway and destruction. There is.
【０００７】抵抗体の熱容量を大きくし、抵抗の温度係
数が正を示す抵抗体として、たとえば特開平５−２５８
９１０公報に、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化コバルトか
ら構成されたものが示されている。この系では抵抗率が
１０2 〜１０5 Ω・ｃｍ、抵抗温度係数の絶対値が常温
から１００℃まで上昇したときに０．５％／℃以下、比
熱が２．８Ｊ／（ｃｍ3・Ｋ）より大きいと記載されて
いる。本発明者等は、遮断器の小型化に伴い、サージ吸
収による抵抗体の温度上昇が従来より高くなると予想
し、抵抗体のサージ吸収時の温度上昇を、他の部品への
熱影響を考慮して２００℃まで許容することとした。こ
のためには、上記公報記載より広い温度範囲で抵抗の温
度変化が正であることが必要である。抵抗体素子の熱的
安定性は、遮断器などが発生する開閉サージを抑制する
効果を安定的に確保するためにも必要である。本発明者
らは、抵抗率１０2〜１０4Ωｃｍ、抵抗変化率が２００
℃上昇に対しても正特性で、かつ比熱が２．７５Ｊ／
（ｃｍ3・Ｋ）以下である抵抗体の開発を目指した。A resistor having a large heat capacity and a positive temperature coefficient of resistance is disclosed in, for example, JP-A-5-258.
Japanese Patent Publication No. 910 discloses a structure composed of zinc oxide, titanium oxide, and cobalt oxide. In this system, the resistivity is 10 2 to 10 5 Ω · cm, the absolute value of the temperature coefficient of resistance is 0.5% / ° C. or less when the absolute value increases from room temperature to 100 ° C., and the specific heat is 2.8 J / (cm 3 · K). ). The present inventors anticipate that the temperature rise of the resistor due to surge absorption will be higher than before due to the downsizing of the circuit breaker, and consider the temperature rise during surge absorption of the resistor in consideration of the thermal effect on other parts. Up to 200 ° C. For this purpose, it is necessary that the temperature change of the resistance be positive in a wider temperature range than described in the above-mentioned publication. The thermal stability of the resistor element is also necessary for stably ensuring the effect of suppressing switching surges generated by circuit breakers and the like. The present inventors assume that the resistivity is 10 2 to 10 4 Ωcm and the resistance change rate is 200
It has a positive characteristic with respect to the temperature rise and a specific heat of 2.75 J /
(Cm 3 · K) or less.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、単位
体積当たりの熱容量が大きく、抵抗率が適当な値であ
り、広い温度範囲で抵抗温度変化率が負にならないセラ
ミック抵抗体を提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a ceramic resistor having a large heat capacity per unit volume, an appropriate resistivity, and a resistance temperature change rate that does not become negative in a wide temperature range. It is assumed that.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
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（ＴｉＯ 2 ）に換算して０．５〜２０モル
％、クロムを酸化クロム（Ｃｒ 2 Ｏ 3 ）に換算して０．５
〜１０モル％含む焼結体を具備し、前記焼結体の密度が
５．３０〜５．４５（ｇ／ｃｍ 3 ）であることを特徴と
する電力用抵抗体である。 The invention according to claim 1 is
Zinc oxide (ZnO) as a main component, titanium as a sub-component
Is 0.5 to 20 mol in terms of titanium oxide (TiO 2 )
%, Converted to chromium oxide (Cr 2 O 3 )
A sintered body containing 10 to 10 mol%, wherein the density of the sintered body is
5.30 to 5.45 (g / cm 3 )
Power resistor.
【００１０】本発明者らは、本発明による組成からなる
焼結体において、図１に示すように比熱と焼結密度の相
関を実験的に求め、上記許容温度を満足する大きい比熱
（２．７５Ｊ／（ｃｍ3・Ｋ）以上）を与えるには焼結
体の密度が５．３０（ｇ／ｃｍ3）以上がよいことを見
いだした。The present inventors experimentally found the correlation between the specific heat and the sintering density of the sintered body having the composition according to the present invention as shown in FIG. 1, and found that the large specific heat (2. It has been found that the density of the sintered body is preferably 5.30 (g / cm 3 ) or more in order to give 75 J / (cm 3 · K) or more.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】本発明に係わる焼結体は、一般の
窯業的方法により製造できる。すなわち、酸化亜鉛粉末
に所定量の副成分を加え、さらに水およびバインダーを
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、造粒し、金型により成形する。このときの成
形圧力は、焼結体の密度を高めるため４００ｋｇ／ｃｍ
2 以上であることが望ましい。前記圧力未満で成形する
と焼結体の密度が上がらず、単位体積当たりの熱容量が
低下する恐れがある。次に、成形体を電気炉等により１
１００℃以上〜１４００℃未満で焼成する。１１００℃
未満では十分焼結せず、１４００℃以上では成分が蒸発
し、抵抗体素子特性の不均一性をもたらす。得られた焼
結体の端面を研磨し、電極を形成することにより目的の
抵抗体が得られる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The sintered body according to the present invention can be manufactured by a general ceramic method. That is, a predetermined amount of subcomponent is added to zinc oxide powder, water and a binder are further added, and the mixture is sufficiently mixed in a ball mill. After drying the obtained mixture, it is granulated and molded by a mold. The molding pressure at this time is 400 kg / cm to increase the density of the sintered body.
It is desirable that it be 2 or more. If the molding is performed under the pressure, the density of the sintered body does not increase, and the heat capacity per unit volume may decrease. Next, the molded body is placed in an electric furnace or the like for 1 hour.
The firing is performed at 100 ° C. or higher and lower than 1400 ° C. 1100 ° C
If the temperature is less than 1, sintering is insufficient, and if the temperature is 1400 ° C. or more, the components evaporate, resulting in non-uniform resistance element characteristics. By polishing the end face of the obtained sintered body to form an electrode, a target resistor can be obtained.
【００１２】出発原料として前記酸化物の代わりに、例
えば炭酸塩、硝酸塩などを用いてもよい。As the starting material, for example, a carbonate, a nitrate or the like may be used instead of the oxide.
【００１３】また、前記抵抗体の構造は、ディスク状で
も、中空円筒の形状でもよく、遮断器の抵抗体スペース
に好適な形状とすればよい。The structure of the resistor may be a disk shape or a hollow cylindrical shape, and may be a shape suitable for the resistor space of the circuit breaker.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明を実施例および比較例によりさ
らに説明する。出発原料として酸化亜鉛（純度９９．９
９％）、酸化チタン（純度９９．９９％）、酸化クロム
（純度９９．９９％）の各粉末を酸化物に換算して表１
に示す割合となるように試料番号１〜１４を配合した。
次に純水溶媒中でボールミルとジルコニア製粉砕媒体を
使用して２４時間湿式混合した。続いて、前記各スラリ
ーを乾燥した後、バインダとしてポリビニルアルコール
水溶液をそれぞれ所定量添加混合し、スプレドライヤに
て造粒した。これら造粒粉を５００ｋｇ／ｃｍ2の圧力
にて金型成形することにより、外径４０ｍｍ、厚さ１２
ｍｍに成形した。これら成形体を空気中１２００℃で５
時間焼成を行った。The present invention will be further described below with reference to examples and comparative examples. As a starting material, zinc oxide (purity 99.9)
9%), titanium oxide (purity 99.99%), and chromium oxide (purity 99.99%) as oxides.
Sample Nos. 1 to 14 were blended so as to have the ratio shown in FIG.
Next, wet mixing was performed for 24 hours in a pure water solvent using a ball mill and a zirconia crushing medium. Subsequently, after drying each of the slurries, a predetermined amount of a polyvinyl alcohol aqueous solution was added and mixed as a binder, and the mixture was granulated by a spray dryer. These granulated powders are molded at a pressure of 500 kg / cm 2 in a mold to obtain an outer diameter of 40 mm and a thickness of 12 mm.
mm. These compacts are placed in air at 1200 ° C. for 5 minutes.
The firing was performed for a time.
【００１５】次に前記各焼結体の両端面を研削加工し、
洗浄した後、両端面にアルミニウム電極を溶射により形
成することにより図２および３に示すような抵抗体を製
作した。図２は、本発明に係る抵抗体の一例を示す斜視
図であり、図３は図２のII−II線に沿う断面図である。
図２および３において、１は抵抗体、２は電極、３は絶
縁層を示す。Next, both ends of each of the sintered bodies are ground.
After washing, aluminum electrodes were formed on both end surfaces by thermal spraying to produce a resistor as shown in FIGS. FIG. 2 is a perspective view showing an example of the resistor according to the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG.
2 and 3, 1 denotes a resistor, 2 denotes an electrode, and 3 denotes an insulating layer.
【００１６】試料番号１〜１４に対する常温における抵
抗率、抵抗の温度変化率、密度を調べた。その結果を表
１に示す。なお、常温における抵抗率は、３ｍＡ通電時
の値、抵抗温度変化率は、２２０℃における抵抗率の常
温におけるそれに対する比（％）で示した。The resistivity at room temperature, the rate of temperature change of the resistance, and the density were measured for Sample Nos. 1 to 14. Table 1 shows the results. The resistivity at room temperature was a value when 3 mA was applied, and the resistance temperature change rate was a ratio (%) of the resistivity at 220 ° C. to that at room temperature.
【００１７】[0017]
【表１】 [Table 1]
【００１８】表１から明らかなように、ＴｉＯ2が０．
５モル％より小さい場合には、密度が５．３０ｇ／ｃｍ
3よりも小さい。また、ＴｉＯ2が２０モル％より大きい
場合も、密度が５．３０ｇ／ｃｍ3より小さく望ましく
ない。As is evident from Table 1, the content of TiO 2 is set at 0.
If less than 5 mol%, the density is 5.30 g / cm
Less than 3 . Also, when TiO 2 is more than 20 mol%, the density is less than 5.30 g / cm 3, which is not desirable.
【００１９】ＴｉＯ2が０．５〜２０モル％に対して、
Ｃｒ2Ｏ3が ０．５〜１０モル％のとき抵抗温度変化率
は正で望ましく、Ｃｒ2Ｏ3が１０モル％を越えると温度
特性は負となり望ましくない。ＴｉＯ2が０．５モル％
でＣｒ2Ｏ3が０．１モル％のときは抵抗率が０．９０Ω
ｃｍと小さすぎる。With respect to TiO 2 in an amount of 0.5 to 20 mol%,
When the content of Cr 2 O 3 is 0.5 to 10 mol%, the rate of change in resistance is preferably positive, and when the content of Cr 2 O 3 exceeds 10 mol%, the temperature characteristics become negative, which is undesirable. TiO 2 is 0.5 mol%
When Cr 2 O 3 is 0.1 mol%, the resistivity is 0.90Ω.
cm too small.
【００２０】[0020]
【発明の効果】以上詳述の通り、本発明の請求項１に係
る発明は、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
〜２０モル％、クロムを酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）に換算
して０．５〜１０モル％含む焼結体を具備し、前記焼結
体の密度が５．３０〜５．４５（ｇ／ｃｍ 3 ）であるこ
とを特徴とする電力用抵抗体であるので、単位体積当た
りの熱容量が大きく、抵抗率が適当な値であり、抵抗温
度変化率が正で十分なサージ耐量を有する電力用抵抗体
を提供できる。これにより前記抵抗体を組み込んだ遮断
器の縮小化に顕著な効果を奏する。As described in detail above, the invention according to the first aspect of the present invention comprises zinc oxide (ZnO) as a main component and titanium as a subcomponent in the form of titanium oxide (TiO 2 ) of 0.5%.
20 mol%, in terms of chromium chromium oxide (Cr 2 O 3) comprises a sintered body containing 0.5 to 10 mol%, the sintering
The body density must be 5.30 to 5.45 (g / cm 3 )
Therefore, it is possible to provide a power resistor having a large heat capacity per unit volume , an appropriate resistivity, a positive rate of change in resistance temperature, and a sufficient surge withstand capability. . This has a remarkable effect on reducing the size of the circuit breaker incorporating the resistor.
【００２１】[0021]
【図１】 本発明の組成における密度と比熱との関係を
示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a relationship between density and specific heat in a composition of the present invention.
【図２】 本発明に係わる抵抗体の一例を示す斜視図で
ある。FIG. 2 is a perspective view showing an example of a resistor according to the present invention.
【図３】 図２のII−II線に沿う断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
１ 焼結体、２ 電極、３ 絶縁層。 1 Sintered body, 2 electrodes, 3 insulating layers.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川又 進 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 河又 巌 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 中條 博史 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−78203（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−258911（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01C 7/00 - 7/22 C04B 35/453 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Susumu Kawamata 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Mitsubishi Electric Corporation (72) Inventor Iwao Iwao 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Inside Electric Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Chujo 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-8-78203 (JP, A) JP-A-5-258911 ( JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01C 7/ 00-7/22 C04B 35/453
Claims (1)
分としてチタンを酸化チタン（ＴｉＯ2）に換算して
０．５〜２０モル％、クロムを酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）
に換算して０．５〜１０モル％含む焼結体を具備し、前
記焼結体の密度が５．３０〜５．４５（ｇ／ｃｍ 3 ）で
あることを特徴とする電力用抵抗体。1. Zinc oxide (ZnO) as a main component, titanium as a sub-component 0.5 to 20 mol% in terms of titanium oxide (TiO 2 ), and chromium as chromium oxide (Cr 2 O 3 )
In terms comprises a sintered body containing 0.5 to 10 mol%, before
When the density of the sintered body is 5.30 to 5.45 (g / cm 3 )
A power resistor, comprising:
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|---|---|---|---|
| JP23987097A JP3256672B2 (en) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | Power resistor |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP23987097A JP3256672B2 (en) | 1997-09-04 | 1997-09-04 | Power resistor |
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| JPH1187103A JPH1187103A (en) | 1999-03-30 |
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- 1997-09-04 JP JP23987097A patent/JP3256672B2/en not_active Expired - Fee Related
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