(57)【要約】【課題】絶縁部材におけるトリーの発生、進展を抑制する。【解決手段】絶縁対象１を覆い外部と電気的に絶縁するための絶縁部材１０は、その厚み方向に絶縁部材１０に接する側の反対側の部分において、厚み方向に圧縮応力が付加されている。なお、絶縁部材１０に接する部分での応力は、その反対側の部分における応力より小さいことでもよい。さらに、厚み方向に外側から内側に向けて厚み方向の圧縮応力が単調に減少することでもよい。【選択図】図１
2020087606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁対象を覆い外部と電気的に絶縁するための絶縁部材であって、
厚み方向に前記絶縁部材に接する側の反対側の部分において、前記厚み方向に圧縮応力が付加されていることを特徴とする絶縁部材。
【請求項２】
前記絶縁部材に接する部分での応力は、その反対側の部分における応力より小さいことを特徴とする請求項１に記載の絶縁部材。
【請求項３】
前記厚み方向に外側から内側に向けて厚み方向の圧縮応力が単調に減少することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁部材。
【請求項４】
前記絶縁対象に接する部分の線膨張率は、前記絶縁対象の線膨張率と実質的に同程度であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の絶縁部材。
【請求項５】
絶縁対象を覆い外部と電気的に絶縁するための絶縁部材の製造方法であって、
加熱容器内に熱硬化性樹脂を注入し、前記絶縁対象の周囲に充填する充填ステップと、
前記充填ステップで充填した前記熱硬化性樹脂を加熱する加熱ステップと、
前記加熱ステップの後に前記熱硬化性樹脂を冷却する冷却ステップと、
を有し、
前記冷却ステップ終了後には、前記熱硬化性樹脂は、厚み方向に前記絶縁対象に接する内側部分よりも外側部分の方が、厚み方向の圧縮応力が大きい絶縁部材が形成されることを特徴とする絶縁部材の製造方法。
【請求項６】
前記加熱ステップにおいては、前記内側部分が室温程度に維持される一方、前記熱硬化性樹脂の厚み方向の前記外側部分の表面はガラス転移温度以上となるような温度分布状態となるように加熱され、
前記冷却ステップにおいては、前記温度分布状態で、前記熱硬化性樹脂に厚み方向に圧縮応力を加え、圧縮応力が加えられた状態で前記熱硬化性樹脂が冷却される、
ことを特徴とする請求項５に記載の絶縁部材の製造方法。
【請求項７】
前記加熱ステップにおいては、前記熱硬化性樹脂はガラス転移温度以上となるように加熱され、
前記冷却ステップにおいては、前記熱硬化性樹脂の前記外側部分の冷却速度は、前記内側部分の冷却速度よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の絶縁部材の製造方法。
【請求項８】
前記熱硬化性樹脂の厚み方向に、前記外側部分には第１の熱硬化性樹脂を用い、前記内側部分には第２の熱硬化性樹脂を用い、前記第１の熱硬化性樹脂の熱硬化後の線膨張率は、前記第２の熱硬化性樹脂の熱硬化後の線膨張率より大きいことを特徴とする請求項５に記載の絶縁部材の製造方法。
【請求項９】
前記第２の熱硬化性樹脂の熱硬化後の線膨張率は、前記絶縁対象の線膨張率と同程度であることを特徴とする請求項８に記載の絶縁部材の製造方法。
【請求項１０】
前記熱硬化性樹脂の厚み方向に、前記外側部分には第３の熱硬化性樹脂を用い、前記内側部分には第４の熱硬化性樹脂を用い、前記第３の熱硬化性樹脂の硬化収縮率は、前記第４の熱硬化性樹脂の硬化収縮率より大きいことを特徴とする請求項５に記載の絶縁部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁部材および絶縁部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
長期にわたり使用される電気機器において、その絶縁物の内部を電圧印加部から樹枝状の微細な管が接地部に向かい進展し、絶縁破壊する現象が知られている。この微細な管をトリーと呼び、トリーが進展していく現象はトリーイングと呼ばれている。このトリーイングにより、電気機器の絶縁寿命がほぼ決まる。そのため、トリーイングを抑制することで、電気機器の寿命を延ばすことができる。
【０００３】
トリーイングを抑制する方法として、絶縁材料に充填剤を添加しトリーの進展経路を妨害し、トリーの分岐を増やすことで進展を抑制する方法（特許文献１参照）や、高分子絶縁材料の配向制御によりトリーの進展方向を制御する方法（特許文献２参照）などが知られている。
【０００４】
トリーの起点（発生源）は、電極表面の突起、固体内の異物、ボイド放電による固体の侵食などが知られており、いずれも電界が高くなる部分である。特に応力が導体とその周囲に形成された絶縁層の界面付近に存在すると、導体と絶縁層との間の剥離や、界面付近の絶縁物における微小なクラックなどを発生させ、その剥離や微小クラックのような欠陥が起点となりトリーが発生しやすくなることが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−７５０６９号公報
【特許文献２】特開２００２−９３２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、トリーの発生、進展について、基礎的な知見が得られつつあるが、具体的な形態を確立するまでには至っていない。
【０００７】
そこで、本発明は、絶縁部材におけるトリーの発生、進展を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明に係る絶縁部材は、絶縁対象を覆い外部と電気的に絶縁するための絶縁部材であって、厚み方向に前記絶縁部材に接する側の反対側の部分において、前記厚み方向に圧縮応力が付加されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る絶縁部材の製造方法は、絶縁対象を覆い外部と電気的に絶縁するための絶縁部材の製造方法であって、加熱容器内に熱硬化性樹脂を注入し、前記絶縁対象の周囲に充填する充填ステップと、前記充填ステップで充填した前記熱硬化性樹脂を加熱する加熱ステップと、前記加熱ステップの後に前記熱硬化性樹脂を冷却する冷却ステップと、を有し、前記冷却ステップ終了後には、前記熱硬化性樹脂は、厚み方向に前記絶縁対象に接する内側部分よりも外側部分の方が、厚み方向の圧縮応力が大きい絶縁部材が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、絶縁部材におけるトリーの発生、進展を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る絶縁部材の構成を示す横断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る絶縁部材の製造方法の手順を示すフロー図である。
【図３】第１の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における体系を示す斜視図である。
【図４】第１の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における熱硬化性樹脂の注入後の状態を示す斜視図である。
【図５】第１の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における絶縁部材の形成後の状態を示す斜視図である。
【図６】第１の実施形態に係る絶縁部材の効果を説明するための試験装置の斜視図である。
【図７】第１の実施形態に係る絶縁部材の効果を説明するための第１の絶縁部材の場合を示す縦断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る絶縁部材の効果を説明するための第２の絶縁部材の場合を示す縦断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る絶縁部材の製造方法の手順を示すフロー図である。
【図１０】第２の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における加熱時の体系を示す斜視図である。
【図１１】第２の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における熱硬化性樹脂を充填した後の状態を示す斜視図である。
【図１２】第２の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における熱硬化性樹脂の外表面側の冷却時の体系を示す斜視図である。
【図１３】第３の実施形態に係る絶縁部材の製造方法の手順を示すフロー図である。
【図１４】第３の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における区画筒を設置した段階の体系の状態を示す横断面図である。
【図１５】第３の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における熱硬化性樹脂を注入した段階の状態を示す横断面図である。
【図１６】第３の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における加熱および冷却を完了した段階の状態を示す横断面図である。
【図１７】第４の実施形態に係る絶縁部材の製造方法の手順を示すフロー図である。
【図１８】第４の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における第１の加熱容器に熱硬化性樹脂を注入した段階の状態を示す横断面図である。
【図１９】第４の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における第１の加熱容器による加熱および冷却を完了した段階の状態を示す横断面図である。
【図２０】第４の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における第２の加熱容器に熱硬化性樹脂を注入した段階の状態を示す横断面図である。
【図２１】第４の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における第２の加熱容器による加熱および冷却を完了した段階の状態を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係る絶縁部材および絶縁部材の製造方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る絶縁部材の構成を示す横断面図である。
【００１４】
絶縁部材１０は、金属導体などの絶縁対象１の外側に配されている。ここで、絶縁対象１は、種々の形状が想定されるが、以下の説明では、金属導体を想定して、円柱形で軸方向に延びた形状の場合を示している。なお、絶縁対象１が他の形状の場合であっても、以下に示す絶縁部材の構成および絶縁部材の製造方法の基本的な考え方は同様である。
【００１５】
絶縁対象１を覆い外部と電気的に絶縁する絶縁部材１０は、ここでは、絶縁対象１の径方向外側表面に密着しながら、絶縁対象１の径方向外側に配されているものとして説明する。
【００１６】
絶縁部材１０は、熱硬化性樹脂を熱硬化させたものである。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などを用いることができる。
【００１７】
絶縁部材１０は、径方向すなわちその厚み方向に、外側から内側に順次層状に配された第１絶縁層１１、第２絶縁層１２、第３絶縁層１３、および第４絶縁層１４を有する。ここで、第１絶縁層１１、第２絶縁層１２、第３絶縁層１３、および第４絶縁層１４は、それぞれの内部の応力状態が異なっており、少なくとも最外層である第１絶縁層１１においては、圧縮応力が働いている。
【００１８】
なお、本実施形態においては、応力状態の異なる４つの層を有するものとして示したが、応力状態は、厚み方向に段階的に変化してはいない。すなわち、厚み方向に連続的に変化しているものを、説明の便宜上、４つの層に分けたものである。本実施形態においては、第１絶縁層１１の外側表面において、圧縮応力が最も大きい。一方、第４絶縁層１４の内側部分、すなわち、第４絶縁層１４と絶縁対象１との境界近傍では、応力が小さい状態である。また、第１絶縁層１１から第４絶縁層１４まで、順次、圧縮応力が小さくなっている。
【００１９】
図２は、第１の実施形態に係る絶縁部材の製造方法の手順を示すフロー図である。
【００２０】
図３は、第１の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における体系を示す斜視図である。まず、絶縁対象１を加熱容器３の内部に設置する（ステップＳ１１）。
【００２１】
加熱容器３は、耐圧容器５内に収納されている。加熱容器３および耐圧容器５は、それぞれ中心軸を鉛直方向にして設置されている。この段階（ステップＳ０１）では、上板５ｕは取り外されている。
【００２２】
ここで、加熱容器３は、円柱状の絶縁対象１の形状に対応して、側部は円筒形状で底部を有する。加熱容器３は、その内部に収納されている物を外側から加熱可能である。なお、後述する熱硬化性樹脂の加熱後の冷却の効率を高めるために、たとえば、熱硬化性樹脂の硬化後に熱硬化性樹脂との間に空間を生ずるように、加熱容器３が分割可能に構成されていてもよい。
【００２３】
絶縁対象１は、その軸心が加熱容器３の径方向のほぼ中心になるように設置される。加熱容器３の内部の絶縁対象１の径方向外側には、環状の内部空間３ａが形成される。
【００２４】
耐圧容器５は、たとえば図３に示すような側面が円筒状の密閉容器である。図３では説明上、耐圧容器５の内部が透視できるように示しているが、耐圧容器５は、透明である必要はない。また、耐圧容器５の上板５ｕは、取り外し可能に形成されており、上板５ｕが取り外されている状態では、耐圧容器５は上が開放されている。
【００２５】
耐圧容器５の上板５ｕには、加圧管５ａ、冷却用気体注入管５ｂ、および排気管５ｃが接続されている。加圧管５ａは、図示しない開閉可能な止め弁および減圧弁を介して、たとえばコンプレッサあるいはガスボンベなどの加圧源に接続されている。冷却用気体注入管５ｂは、図示しない開閉可能な止め弁を介して、たとえばクーラーなどの冷却源に接続されており、たとえば空気などの冷却用気体を耐圧容器５内に導く。排気管５ｃは、図示しない開閉可能な止め弁を介して外気と連通しており、耐圧容器５内の気体を耐圧容器５の外側に排出する。
【００２６】
絶縁対象１には、冷却用部材４が取り付けられている。冷却用部材４は、図示しない冷却源と熱的に接続しており、必要に応じて絶縁対象１を冷却する。冷却用部材４は、たとえば、冷却源と機械的に接続されており、熱伝導により絶縁対象１から除熱した熱が除去される。あるいは、冷却用部材４は熱交換器あるいはヒートパイプであってもよい。冷却用部材４と外部との接続部分の耐圧容器５の貫通部は、気密に処理されている。
【００２７】
次に、加熱容器３の内部に熱硬化性樹脂１１０（図４）を注入し、絶縁対象１の周囲に充填する（ステップＳ１２）。図４は、熱硬化性樹脂の注入後の状態を示す斜視図である。図４に示すように、図３に示した内部空間３ａに、熱硬化性樹脂１１０を注入し、内部空間３ａ内に熱硬化性樹脂１１０を充填する。
【００２８】
次に、加熱容器３を高温にして、熱硬化性樹脂１１０の外周を加熱するとともに絶縁対象１を冷却する（ステップＳ１３）。具体的には、加熱容器３によって熱硬化性樹脂１１０を径方向外側から加熱するとともに、冷却用部材４によって絶縁対象１を冷却する。
【００２９】
径方向外側から加熱することにより、熱硬化性樹脂１１０の表面温度は、熱硬化性樹脂１１０のガラス転移温度以上になるようにする。また、絶縁対象１を冷却することにより、熱硬化性樹脂１１０の絶縁対象１と接する部分の温度が室温程度となるようにする。この結果、熱硬化性樹脂１１０の内部温度が、厚み方向に、絶縁対象１と接する部分から熱硬化性樹脂１１０の表面に至るまでに、室温程度からガラス転移温度程度までの温度勾配がついた温度分布状態となる。ここで、室温程度とは、絶縁対象１の外側に絶縁部材１０を形成する作業を実施するエリア内の温度程度を意味する。
【００３０】
次に、厚み方向に温度勾配をつけた状態で、熱硬化性樹脂を加圧する（ステップＳ１４）。具体的には、まず、耐圧容器５の上板５ｕを取り付け、耐圧容器５を密閉状態とする。その上で、加熱容器３による熱硬化性樹脂１１０の外側からの加熱と、冷却用部材４による絶縁対象１の冷却状態を維持しながら、加圧管５ａを介して、耐圧容器５の内部と加圧源とを連通させ、耐圧容器５内に高圧のガスを導入する。
【００３１】
熱硬化性樹脂１１０の多くは、熱硬化時に収縮する。したがって、加熱された熱硬化性樹脂１１０と加熱容器３との間には、クリアランスが生じる。耐圧容器５内に高圧のガスを導入することにより、熱硬化性樹脂１１０は、外側から均一に加圧される。
【００３２】
また、熱硬化性樹脂１１０の熱硬化時の収縮がほとんど無い、あるいは逆に膨張する場合は、耐圧容器５の上板５ｕを閉止する前に、加熱容器３を分割して、加熱容器３とそれまでに加熱することにより硬化しつつある熱硬化性樹脂１１０との間にギャップが形成されるようにする。
【００３３】
次に、加熱を終了し、加圧状態を維持したまま、耐圧容器５の内部を室温にまで冷却する（ステップＳ１５）。具体的には、図３において、加圧管５ａのみを耐圧容器５の内部と導通させ、放置して自然冷却を行ってもよい。あるいは、冷却用気体注入管５ｂを介して冷却用気体を耐圧容器５内に注入してもよい。この際、耐圧容器５の内圧を所定の範囲に維持するために、排気管５ｃから、冷却用気体の注入に並行して、耐圧容器５内の気体を外部に排出する。
【００３４】
図５は、絶縁部材の形成後の状態を示す斜視図である。以上のような絶縁部材の製造方法の手順により、絶縁対象１の径方向外側に、絶縁部材１０が形成される。絶縁部材１０においては、図１を引用しながら説明したように、絶縁対象１と接する近傍での圧縮応力は小さく、一方、厚み方向にその反対側の、表面すなわち厚み方向の最外部においては大きな圧縮応力が付与された状態となる。
【００３５】
図６は、第１の実施形態に係る絶縁部材の効果を説明するための試験装置の斜視図である。図７は、第１の絶縁部材の場合、図８は、第２の絶縁部材の場合をそれぞれ示す縦断面図である。以下に、図６ないし図８を参照しながら、実施した試験の内容および本第１の実施形態に係る絶縁部材の作用、効果を説明する。
【００３６】
図６に示すように、トリー進展の様子を観察するため、針電極２と、その周囲に立方体の透明なエポキシ樹脂の絶縁体２０１を配した装置を構成した。絶縁体２０１の一辺の長さＬは約１５ｍｍであり、針電極２の先端から対向する絶縁体２０１の表面（図６の下面）までの距離Ｄは、約３ｍｍである。図７および図８は、それぞれ絶縁体２０１ａ、２０１ｂについて互いに異なる応力状態の場合を示している。
【００３７】
圧縮応力の分布は、光弾性法により観察される。ここで、光弾性法とは、透明で異方性のない物体に荷重を加える、もしくは物体に応力が残留している場合に複屈折が生じることを利用し、応力分布を反映した干渉縞を発生させ、その分布を可視化する手法である。
【００３８】
図７に示す第１の絶縁体２０１ａにおいては、干渉縞に対応した被圧縮部２０２は１層であり、図８に示す場合は、干渉縞に対応した被圧縮部２０４は４層ある。いずれにおいても、針電極２の先端から約１．５ｍｍより先の範囲に圧縮応力が残留している状態である。
【００３９】
ただし、図７に示す第１の絶縁体２０１ａに付加されている応力は、図８に示す第２の絶縁体２０１ｂに付加されている応力に比べて小さい。この状態で、それぞれの体系において、エポキシ樹脂の第１の絶縁体２０１ａおよび第２の絶縁体２０１ｂのそれぞれの下面を接地して、針電極２に、１２ｋＶｒｍｓ、５０Ｈｚの交流波形の高電圧を印加した。
【００４０】
この結果、圧縮応力がない場合ではトリーは進展し続けた。また、圧縮応力が残留している領域の場合、その領域に侵入して約２．０〜２．５ｍｍ程度までは、同じように進展するが、それを超えるとトリーの進展が抑制される状況となった。
【００４１】
図８に示すケースにおいては、図７に示すケースに比べて絶縁破壊に至る絶縁破壊時間が長く、絶縁破壊時間は４１０時間であった。なお、電圧印加の最中に一部のサンプルの内部を観察したところ、トリー２０３およびトリー２０５が、それぞれ図７および図８のように観察された。以上のように、圧縮応力が大きな領域では、トリーの進展が抑制されることが確認された。
【００４２】
本実施形態に係る絶縁部材１０を用いた電気機器、すなわち、金属導体などの絶縁対象１と、その絶縁対象１を覆う絶縁部材１０を設けた電気機器においては、絶縁対象１と絶縁部材１０との界面の圧縮応力は小さく、絶縁部材１０の外側表面（絶縁部材１０の低電圧側）に大きな圧縮応力が付与されている。
【００４３】
この状態で、絶縁対象１には高い電位が、また、絶縁部材１０の外表面は接地電位が印加される。絶縁対象１との界面においては、絶縁部材１０に付加される応力が小さいため、トリーの起点となる剥離やクラックが発生しにくい。また、仮に初期欠陥などを起点にこの界面からトリーが発生した場合は、絶縁部材１０の厚み方向の外側に向かってトリーが進展する。トリーが進展し絶縁部材１０の外側表面に近づくにつれて、圧縮応力が高くなり、トリーの進展が抑制される。
【００４４】
［第２の実施形態］
図９は、第２の実施形態に係る絶縁部材の製造方法の手順を示すフロー図である。本第２の実施形態は、第１の実施形態の変形である。
【００４５】
まず。絶縁対象１を加熱容器３内に設置する（ステップＳ２１）。図１０は、第２の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における加熱時の体系を示す斜視図である。図１０に示すように、絶縁対象１には、加熱器８が接続されている。加熱器８は、たとえば、図示しない発熱部を有するヒータ、あるいは発熱部から熱伝導あるいは輻射等により熱移動がなされるものである。
【００４６】
次に、第１の実施形態と同様に、加熱容器３の内部空間３ａに熱硬化性樹脂１１０を注入する（ステップＳ１２）。図１１は、熱硬化性樹脂を充填した後の状態を示す斜視図である。
【００４７】
ステップＳ１２において熱硬化性樹脂１１０を充填した後に、加熱容器３を高温にして熱硬化性樹脂１１０を加熱する（ステップＳ２３）。なお、熱硬化性樹脂１１０を径方向の外側および内側から同時に加熱するために、加熱器８により絶縁対象１を加熱する。このようにして、熱硬化性樹脂１１０の全体をほぼ同時にガラス転移温度以上に上昇させる。
【００４８】
次に、加熱を終了し、熱硬化性樹脂１１０の外表面側の冷却速度を内表面側の冷却速度より速くして冷却する（ステップＳ２４）。
【００４９】
図１２は、熱硬化性樹脂の外表面側の冷却時の体系を示す斜視図である。絶縁対象１およびその周囲に配された熱硬化性樹脂１１０は、加熱容器３から取り出され、また、熱硬化性樹脂１１０の径方向外側には、冷却器７が配されている。冷却器７は、図示しない冷却用気体供給源に接続されており、熱硬化性樹脂１１０の径方向外側に、冷却された空気などの冷却用気体を吹き付ける。
【００５０】
一方、絶縁対象１は、所定の冷却速度に応じて、冷却速度が速くなり過ぎないように加熱器８から熱を供給され、熱硬化性樹脂１１０の径方向内側の接触面に、熱を伝達する。
【００５１】
このように、熱硬化性樹脂１１０の外表面側は冷却器７により、たとえば３０℃／Ｈｒ程度の冷却側で冷却され、熱硬化性樹脂１１０の内表面側は加熱器８により冷却が抑制されたとえば１０℃／Ｈｒ程度の冷却速度で冷却される。
【００５２】
なお、図１２では、冷却器７で冷却用気体を熱硬化性樹脂１１０の外表面側に吹き付けて、冷却速度を確保する場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、熱硬化性樹脂１１０の外側を液体で満たし、その液体温度を制御することでもよい。
【００５３】
以上のように、熱硬化性樹脂１１０の絶縁対象１の周辺部分、すなわち熱硬化性樹脂１１０の内側部分の温度を、絶縁対象１の温度と差がないように徐冷することによって、熱硬化性樹脂１１０の絶縁対象１の周辺部分の応力を小さくすることができる。また、熱硬化性樹脂１１０の外側を速い速度で冷却することにより、熱硬化性樹脂１１０の外側部分に大きな圧縮応力を付与することができる。
【００５４】
［第３の実施形態］
図１３は、第３の実施形態に係る絶縁部材の製造方法の手順を示すフロー図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。
【００５５】
まず、絶縁対象１を加熱容器３内に設置する（ステップＳ３１）。
【００５６】
次に、加熱容器３と絶縁対象１とに挟まれた環状空間に区画筒を設置する（ステップＳ３２）。
【００５７】
図１４は、第３の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における区画筒を設置した段階の体系の状態を示す横断面図である。加熱容器３と絶縁対象１とに挟まれた環状空間は、区画筒６によって径方向に外側空間３ｂと内側空間３ｃとに分割される。ここで、区画筒６は、熱硬化性樹脂が熱硬化したものを用いる。また、熱硬化性樹脂としては、後述する高線膨張率絶縁材用樹脂３１または低線膨張率絶縁材用樹脂３２のいずれかを用いる。
【００５８】
次に、図１４で示した外側空間３ｂおよび内側空間３ｃにそれぞれ熱硬化性樹脂を充填する（ステップＳ３３）。
【００５９】
図１５は、第３の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における熱硬化性樹脂を注入した段階の状態を示す横断面図である。外側空間３ｂに高線膨張率絶縁材用樹脂３１を、また、内側空間３ｃには低線膨張率絶縁材用樹脂３２を充填する。
【００６０】
ここで、低線膨張率絶縁材用樹脂３２は、熱硬化後の線膨張率が、絶縁対象１の線膨張率と実質的に同程度である樹脂を選定する。ここで、実質的に同程度とは、低線膨張率絶縁材用樹脂３２の方が絶縁対象１より線膨張率が大きな場合には、低線膨張率絶縁材用樹脂３２と絶縁対象１との間に剥離が生じない程度の線膨張率の差であり、低線膨張率絶縁材用樹脂３２の方が絶縁対象１より線膨張率が小さな場合には、低線膨張率絶縁材用樹脂３２に亀裂を生じるような応力を生じない程度の線膨張率の差であることを意味するものとする。また、高線膨張率絶縁材用樹脂３１は、低線膨張率絶縁材用樹脂３２に比べて熱硬化後の線膨張率が大きい樹脂を選定する。
【００６１】
たとえば、絶縁対象１の線膨張率がアルミニウムの場合、低線膨張率絶縁材用樹脂３２が熱硬化して形成される低線膨張率絶縁部材３２ａ（図１６）がアルミニウムと同程度のたとえば２４×１０−６／℃程度の線膨張率となるような樹脂を選択する。また、高線膨張率絶縁材用樹脂３１が熱硬化して形成される高線膨張率絶縁部材３１ａ（図１６）は、たとえば４５×１０−６〜６５×１０−６／℃程度となるエポキシ樹脂を選定する。
【００６２】
次に、加熱容器３を高温にして絶縁対象１を加熱する（ステップＳ３４）。すなわち、高線膨張率絶縁材用樹脂３１および低線膨張率絶縁材用樹脂３２の温度をガラス転移温度以上の温度まで上昇させる。
【００６３】
次に、加熱を完了し、加熱容器３を撤去する（ステップＳ３５）。図１６は、第３の実施形態に係る絶縁部材の製造方法における加熱および冷却を完了した段階の状態を示す横断面図である。外側空間３ｂに充填した高線膨張率絶縁材用樹脂３１は高線膨張率絶縁部材３１ａに、内側空間３ｃに充填した低線膨張率絶縁材用樹脂３２は低線膨張率絶縁部材３２ａとなっている。なお、加熱容器３を撤去する代わりに、絶縁対象１と絶縁対象１の周囲に形成された低線膨張率絶縁部材３２ａおよび高線膨張率絶縁部材３１ａを加熱容器３から取り出すことでもよい。
【００６４】
図１４ないし図１６では、径方向に２種類の層が形成される場合を例にとって示したが、径方向に３種類以上の層を形成することでもよい。この場合、層数に応じて必要な数の区画筒を設置する。また、最内層が、熱硬化後には絶縁対象１の線膨張率と同程度の線膨張率となるような熱硬化性樹脂を選択し、最外層が、熱硬化後にたとえば、高線膨張率絶縁材用樹脂３１と同様の熱硬化性樹脂を選択する。さらに、これらに挟まれた領域には、熱硬化後に、厚み方向の外側から内側に向かって線膨張率が単調減少するような熱硬化性樹脂を選定する。
【００６５】
線膨張率に勾配をつける方法としては、最外層には、エポキシ樹脂と硬化剤の混合液のみを用いる。エポキシ樹脂の線膨張率は、前述のように４５×１０−６〜６５×１０−６／℃程度である。その内側の層には、エポキシ樹脂と硬化剤の混合液にさらに、線膨張率の小さなシリカあるいはアルミナ等の無機粒子の混合液を作成して用いる。この場合、線膨張率はたとえば２０×１０−６／℃程度である。この無機粒子の濃度を内側になるほど増加させる。最内層は、熱硬化後の線膨張率が絶縁対象１の線膨張率と同程度なるように調節したものを用いる。なお、配合する無機粒子は、ナノメートルからマイクロメートル範囲の粒径をもつものを単独、もしくは複数種類を同時に配合する。
【００６６】
以上のように、本実施形態による絶縁部材の製造方法では、各層の線膨張率を所期の値に設定することができる。
【００６７】
なお、本実施形態においては、区画筒を用いる場合を例にとって示したが、これに代えて、内側の層を加熱硬化した後に、その外側に熱硬化性樹脂を配した上で熱硬化させるという手順を順次実施することにより多層の絶縁部材を形成することでもよい。
【００６８】
以上のように形成することにより、熱硬化性樹脂が硬化して生成された絶縁部材は線膨張率の大きな外側部分の線膨張率が大きいため、室温から温度上昇すると、厚み方向の外側ほど熱膨張が大きくなる。このため、厚み方向の外側ほど、圧縮応力が大きい状態の絶縁部材が得られる。
【００６９】
［第４の実施形態］
図１７は、第４の実施形態に係る絶縁部材の製造方法の手順を示すフロー図である。本実施形態は、第３の実施形態の変形である。本実施形態においても、特性の異なる２種類の熱硬化性樹脂を用いるが、注入する際の熱硬化性樹脂が第３の実施形態と異なる。また、製造方法も第３の実施形態と異なる。具体的には、２種類の加熱容器を用いる。これら以外は基本的に第３の実施形態と同様である。
【００７０】
図１８は、第１の加熱容器に熱硬化性樹脂を注入した段階の状態を示す横断面図である。
【００７１】
まず、第１の加熱容器４３ａ内に絶縁対象１を設置する（ステップＳ４１）。
【００７２】
次に、第１の加熱容器４３ａと絶縁対象１とに挟まれた環状空間内に、熱硬化性樹脂を注入する（ステップＳ４２）。この際に注入する熱硬化性樹脂は、熱硬化時に収縮率の小さな、すなわち硬化収縮率の小さな低硬化収縮率樹脂４２である。
【００７３】
次に、第１の加熱容器４３ａにより低硬化収縮率樹脂４２を加熱した後に、低硬化収縮率樹脂４２を冷却する（ステップＳ４３）。図１９は、第１の加熱容器による加熱および冷却を完了した段階の状態を示す横断面図である。低硬化収縮率樹脂４２は第２絶縁部材４２ａとなっている。
【００７４】
次に、第２絶縁部材４２ａが周囲に配された絶縁対象１を、第２の加熱容器４３ｂ内に設置する（ステップＳ４４）。すなわち、第２絶縁部材４２ａが周囲に配された絶縁対象１を、第１の加熱容器４３ａ内から、第１の加熱容器４３ａより径の大きな第２の加熱容器４３ｂ内に移し変える。
【００７５】
次に、第２の加熱容器４３ｂと第２絶縁部材４２ａとに挟まれた環状空間内に、熱硬化性樹脂を注入する（ステップＳ４５）。図２０は、第２の加熱容器に熱硬化性樹脂を注入した段階の状態を示す横断面図である。この際に注入する熱硬化性樹脂は、低硬化収縮率樹脂４２よりも硬化収縮率が大きな高硬化収縮率樹脂４１である。
【００７６】
次に、第２の加熱容器４３ｂにより高硬化収縮率樹脂４１を加熱した後に、高硬化収縮率樹脂４１を冷却する（ステップＳ４６）。図２１は、第２の加熱容器による加熱および冷却を完了した段階の状態を示す横断面図である。高硬化収縮率樹脂４１は第１絶縁部材４１ａとなっている。
【００７７】
なお、本実施形態において、複数層を形成してもよい点については第３の実施形態で説明した内容と同様である。
【００７８】
以上のように形成することにより、熱硬化性樹脂は外側部分の硬化収縮率が大きいため、熱硬化性樹脂が加熱されて熱硬化する段階で、厚み方向の外側ほど収縮する。この結果、硬化した熱硬化性樹脂には、周方向には引張応力が働くが、径方向には圧縮応力が働く。
【００７９】
絶縁対象１と第１絶縁部材４１ａ外表面との間に電圧が印加された場合の、電位勾配は径方向、すなわち第１絶縁部材４１ａの厚み方向に形成される。したがって、トリーの進展方向は径方向（厚み方向）である。本実施形態においては、径方向に圧縮応力が形成されることから、トリーの進展を抑制する効果を有する。
【００８０】
さらに、低硬化収縮率樹脂４２が熱硬化した第２絶縁部材４２ａの周囲に、硬化収縮率の大きな高硬化収縮率樹脂４１を配して熱硬化させた第１絶縁部材４１ａを配することにより、第１絶縁部材４１ａには径方向に大きな圧縮応力が生じる。また、内側の第２絶縁部材４２ａは、第１絶縁部材４１ａによるたが締め力により、圧縮応力が生ずるが、この範囲は、第２絶縁部材４２ａの表面近傍に留まる。第２絶縁部材４２ａ内の径方向内側領域は、ステップＳ４３での図１９に示す状態とほぼ変わらずに、応力は低い状態となっている。
【００８１】
以上のように、本第４の実施形態においても、電位の勾配方向に圧縮応力が形成され、絶縁部材におけるトリーの発生、進展を抑制することができる。
【００８２】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では絶縁対象１が円柱状の場合を例にとって示したが、絶縁対象１は、円柱形に限らない。絶縁対象１は、たとえば、断面が多角形あるいは曲面で柱状のもの、球体や楕円体、直方体などの形状のもの、板状あるいは厚みの薄い曲面上のもの、あるいは、これらを組み合わせたものでもよい。これらの場合、加熱容器３および第３および第４の実施形態における区画筒６の形状は、絶縁対象１の形状に応じて適切な形状を設定すればよい。
【００８３】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８４】
１…絶縁対象、２…針電極、３…加熱容器、３ａ…内部空間、３ｂ…外側空間、３ｃ…内側空間、４…冷却用部材、５…耐圧容器、５ａ…加圧管、５ｂ…冷却用気体注入管、５ｃ…排気管板、５ｕ…上板、６…区画筒、７…冷却器、８…加熱器、１０…絶縁部材、１１…第１絶縁層、１２…第２絶縁層、１３…第３絶縁層、１４…第４絶縁層、３１…高線膨張率絶縁材用樹脂、３１ａ…高線膨張率絶縁部材、３２…低線膨張率絶縁材用樹脂、３２ａ…低線膨張率絶縁部材、４１…高硬化収縮率樹脂、４１ａ…第１絶縁部材、４２…低硬化収縮率樹脂、４２ａ…第２絶縁部材、４３ａ…第１の加熱容器、４３ｂ…第２の加熱容器、１１０…熱硬化性樹脂、２０１…絶縁体、２０１ａ…第１の絶縁体、２０１ｂ…第２の絶縁体、２０２…被圧縮部、２０３…トリー、２０４…被圧縮部、２０５…トリー
【図１】
2020087606.tif 000003
【図２】
2020087606.tif 000004
【図３】
2020087606.tif 000005
【図４】
2020087606.tif 000006
【図５】
2020087606.tif 000007
【図６】
2020087606.tif 000008
【図７】
2020087606.tif 000009
【図８】
2020087606.tif 000010
【図９】
2020087606.tif 000011
【図１０】
2020087606.tif 000012
【図１１】
2020087606.tif 000013
【図１２】
2020087606.tif 000014
【図１３】
2020087606.tif 000015
【図１４】
2020087606.tif 000016
【図１５】
2020087606.tif 000017
【図１６】
2020087606.tif 000018
【図１７】
2020087606.tif 000019
【図１８】
2020087606.tif 000020
【図１９】
2020087606.tif 000021
【図２０】
2020087606.tif 000022
【図２１】
2020087606.tif 000023