(57)【要約】  添加材の沈殿を抑制し、かつ従来と同等以上の電気特性および機械特性を達成する高電圧機器用電気絶縁材料を提供する。本発明に係る高電圧機器用電気絶縁材料は、樹脂（３）と、前記樹脂（３）に分散された添加材（１，２）および微粒子（４）と、を含み、前記微粒子（４）は、前記添加材（１，２）と同一の主骨格を有し、平均粒径が１〜２００ｎｍであり、前記主骨格を構成する原子の一部が有機基および無機基と結合しており、前記添加材（１，２）の周囲に配置されていることを特徴とする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と、前記樹脂に分散された添加材および微粒子と、を含み、
前記微粒子は、前記添加材と同一の主骨格を有し、平均粒径が１〜２００ｎｍであり、前記主骨格を構成する原子の一部が有機基および無機基と結合しており、前記添加材の周囲に配置されていることを特徴とする高電圧機器用電気絶縁材料。
【請求項２】
前記添加材および前記微粒子の主骨格は、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムまたは金属酸化物で構成されたものであり、前記主骨格を構成するシリコン、アルミニウム、ホウ素または金属原子の一部が前記有機基または前記無機基の少なくとも一方と結合していることを特徴とする請求項１記載の高電圧機器用電気絶縁材料。
【請求項３】
前記添加材および前記微粒子の主骨格がシリカで構成されたものであり、前記添加材の表面を構成するシリコンと前記添加材の周囲に配置された前記微粒子を構成するシリコンとの距離が０．９〜１．１ｎｍであることを特徴とする請求項２記載の高電圧機器用電気絶縁材料。
【請求項４】
前記有機基が炭素数２〜５の炭化水素基であることを特徴とする請求項１記載の高電圧機器用電気絶縁材料。
【請求項５】
前記有機基がメチル基またはエチル基であることを特徴とする請求項４記載の高電圧機器用電気絶縁材料。
【請求項６】
前記無機基が水酸基、窒化ホウ素基または窒化ケイ素基であることを特徴とする請求項１記載の高電圧機器用電気絶縁材料。
【請求項７】
前記微粒子は、前記樹脂中において分散された状態でデンドライト構造を形成していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の高電圧機器用電気絶縁材料。
【請求項８】
前記添加材が高熱伝導材または低線膨張材であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の高電圧機器用電気絶縁材料。
【請求項９】
前記高熱伝導材が破砕シリカであり、前記低線膨張材が溶融球状シリカであることを特徴とする請求項８記載の高電圧機器用電気絶縁材料。
【請求項１０】
さらに、エラストマー粒子または鱗片状添加材を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の高電圧機器用絶縁材料。
【請求項１１】
さらに、ポリオキシエチレン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルまたはポリオキシエチレンフェニルエーテルを含み、
これらは前記添加材１００質量部に対して１．５質量部以下含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の高電圧機器用絶縁材料。
【請求項１２】
前記樹脂がエポキシ系熱硬化樹脂であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の高電圧機器用絶縁材料。
【請求項１３】
前記高電圧機器用電気絶縁材料が、モールド変圧器、スイッチギヤまたは発電機用の絶縁材料であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の高電圧機器用絶縁材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧機器用電気絶縁材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高電圧機器用電気絶縁材料を活用する電気機器の小型化・高信頼化を目指し、多種の添加物を樹脂中に混在させる手法がとられている。特に、樹脂の高熱伝導率化、低線膨張係数化、破壊靭性向上および絶縁寿命向上などのために、高熱伝導材、低線膨張材、エラストマーおよびナノ粒子等の機能性材料が多種添加されている。【０００３】
特許文献１には、微粒子と樹脂成分とを含む硬化物であって、前記樹脂成分は側鎖に親水性の基を有するビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であり、前記微粒子は無機化合物、有機化合物又は有機無機複合体であり、その表面に有機の疎水基を有し、粒子径が２００ｎｍ以下であって、かつ、前記微粒子の含有量は前記樹脂成分の２．５〜６質量％であり、前記微粒子と前記樹脂を含む硬化前組成物はチクソ性を有し、前記樹脂組成物に形成された前記微粒子の凝集体は複数の線状の凝集体で３次元方向に伸長しているデンドライト状の構造を有していることを特徴とする樹脂材料が開示されている。特許文献１には、上記構成によって、疎水性の微粒子を凝集することなく親水性の樹脂内部に分散させることができ、更に、樹脂内部で微粒子の線状の構造体またはデンドライト状の構造を形成させることで樹脂の強度を向上することができ、樹脂材料の機械的強度および耐電圧性を向上することができることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許５２５０００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、高電圧電気機器用絶縁材料は、樹脂の高熱伝導率化、低線膨張化および靱性向上等を目的に、高熱伝導材、低線膨張材およびエラストマー等の機能性添加材（充填材）が多種混在されている。この場合、樹脂内で添加材の比率が多くなると、添加材が硬化前の樹脂内にて凝集して沈殿する可能性がある。樹脂内で添加材の沈殿が発生する場合、樹脂の輸送手段を高温化するなどして添加材の沈殿を抑える手段が必要となり、設備と維持管理コストが増大する。【０００６】
一方、特許文献１においては、微粒子（疎水性ナノ粒子）を添加し、樹脂内部における微粒子の分散性を向上して微粒子の凝集を抑制しつつ、微粒子のデンドライト構造を樹脂内部に形成し、樹脂の破壊靭性向上と絶縁破壊寿命向上を可能としている。しかしながら、特許文献１では樹脂内部において微粒子の凝集防止について検討されているものの、添加材の沈殿を抑制することに関しては記載されていない。【０００７】
本発明は、上記事情に鑑み、樹脂に含まれる添加材の沈殿を抑制し、かつ従来と同等以上の電気特性および機械特性を達成する高電圧機器用電気絶縁材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するため、樹脂と、該樹脂に分散された添加材および微粒子と、を含み、上記微粒子は、上記添加材と同一の主骨格を有し、平均粒径が１〜２００ｎｍであり、上記主骨格を構成する原子の一部が有機基および無機基と結合しており、上記添加材の周囲に配置されていることを特徴とする高電圧機器用電気絶縁材料を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、添加材の沈殿を抑制し、かつ従来と同等以上の電気特性および機械特性を達成する高電圧機器用電気絶縁材料を提供することができる。【００１０】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る高電圧機器用電気絶縁材料の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図１の微粒子の一例を模式的に示す化学構造図である。
【図３】図１の添加材１および微粒子４を部分的に拡大する模式図である。
【図４】添加材1の沈殿量と微粒子４の平均粒径との関係を示すグラフである。
【図５】樹脂１０の絶縁破壊寿命と微粒子４の平均粒径との関係を示すグラフである。
【図６】樹脂１０の絶縁破壊寿命および添加材1の沈殿量と微粒子４が有する有機基および無機基との割合の関係を示すグラフである。
【図７】添加材の第１の例（乾式破砕シリカ）を模式的に示す図である。
【図８】添加材の第２の例（湿式破砕シリカ）を模式的に示す図である。
【図９】高電圧機器の第１の例（スイッチギヤ）を示す断面模式図である。
【図１０】高電圧機器第２の例（モールド変圧器）を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１３】
［高電圧機器用電気絶縁材料］
図１は本発明に係る高電圧機器用電気絶縁材料（以下、単に「絶縁材料」とも称する。）の一例を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本発明に係る高電圧機器用電気絶縁材料１０は、マトリックスとなる樹脂３と、樹脂３に分散された添加材１，２および微粒子４を含む。図１では、添加材として、熱伝導材である破砕シリカ（ＳｉＯ２）１と低線膨張材である溶融球状シリカ２を用いている。さらに、微粒子４は添加材１，２と同一の主骨格を有し、平均粒径が２００ｎｍ以下であり、有機基および無機基を有し、添加材１，２の周囲に配置されている。微粒子４が添加材１，２と同一の主骨格を有することで添加材１，２の周囲に配置され、添加材１，２の沈殿（沈降）を抑制することができる。また、微粒子４が樹脂３においてデンドライト構造５状に分散（デンドライト構造５を形成）することで樹脂３のクラックおよび電気トリー６の進展を抑止し、樹脂の機械特性および電気特性（破壊靭性および絶縁破壊寿命）を従来と同等以上に向上することができる。
【００１４】
なお、本発明において「高電圧機器用電気絶縁材料」とは、樹脂３が硬化する前の樹脂組成物および樹脂３を硬化した後の硬化物の両方を意味するものとする。すなわち、本発明に係る高電圧機器用電気絶縁材料は、硬化前も硬化後も図１に示す構成を有する。硬化物については、断面ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真の観察によって図１に示す構成を確認することができる。以下、本発明に係る電気絶縁材料の各構成について詳述する。
【００１５】
（１）微粒子
図２は図１の微粒子４の一例を模式的に示す化学構造図である。図２では、微粒子（ナノ粒子）４がシリカからなる例について図示している。図２において、微粒子４の主骨格は（‐Ｓｉ‐Ｏ‐Ｓｉ‐）、シリカで構成されたものであり、この主骨格を構成するＳｉ原子の一部は、有機基（Ｘ１（メチル基），Ｘ２（エチル基））または無機基（Ｙ（ＯＨ基））の少なくとも一方と結合している。すなわち、微粒子４を構成するケイ素（Ｓｉ）に結合する酸素（Ｏ）の少なくとも一部が置換基（有機基または無機基）によって置換されている。有機基および無機基ともに樹脂３中に微粒子４のデンドライト構造を形成し、樹脂の破壊靱性および絶縁破壊寿命を向上する。一方、有機基は多すぎると樹脂３の粘度上昇を招き、注型が困難となる。また、有機基とは逆に、無機基は多すぎると粘度が低くなり過ぎて注型が困難となる。この観点から、有機基と無機基の総質量における有機基の割合は２５〜５０％（２５％以上５０％以下）であることが好ましく、無機基の割合は５０〜７５％であることが好ましい。
【００１６】
また、微粒子４は有機基および無機基をそれぞれ少なくとも１種類含むものであればよく、それぞれ２種類以上含むものであってもよい。図３は２種類の有機基Ｘ１，Ｘ２を含み、１種類の無機基Ｙを含む例を示しているが、この構成に限定されない。微粒子４が有機基および無機基を有することは、ＩＲ（ｉｎｆｒａｒｅｄ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）またはＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）による分析によって確認することができる。
【００１７】
微粒子４の主骨格は、シリカ、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または金属酸化物で構成されたものであることが好ましい。シリカを構成するシリコン（Ｓｉ）、アルミナを構成するアルミニウム（Ａｌ）、窒化ホウ素を構成するホウ素（Ｂ）、窒化アルミニウムを構成するＡｌおよび金属酸化物を構成する金属の一部が有機基または無機基の少なくとも一方と結合する。この中でもシリカおよびアルミナがより好ましく、シリカが特に好ましい。アルミナは２次元の結合を有する平面が積層された構造を有し、積層方向の結合は比較的結合力が弱いファンデルワールス力によるものである。一方、シリカは３次元に強固な結合を有するものであるため、クラックおよび電気トリー６の進展を抑制し、樹脂３の機械特性および電気特性をより向上することができる。
【００１８】
有機基は、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）または窒素（Ｎ）を含むものが好ましい。粘度上昇抑制の観点から分子量が比較的小さいものが好ましく、また、環状構造よりも鎖状構造の方が好ましい。炭素数２〜５の炭化水素基が好ましい。特に、メチル基（‐ＣＨ３）またはエチル基（‐ＣＨ２ＣＨ３）が好ましい。無機基は水酸基（‐ＯＨ）、窒化ホウ素基（‐ＢＮ）または窒化ケイ素基（‐ＡｌＮ）が好ましい。これらの中でも熱伝導率が高いＡｌＮが好ましい。
【００１９】
図３は図１の添加材１および微粒子４を部分的に拡大する模式図である。図１に示すように、微粒子４は添加材１の周囲に配置されている。添加材１，２の表面を構成するＳｉ原子と添加材１，２の周囲に配置された微粒子４を構成するＳｉ原子の距離Ｄは、０．９〜１．１ｎｍである。本発明では、距離Ｄが上記範囲内のときに、「微粒子４が添加材１，２の周囲に配置されている」と表現する。距離Ｄは、ＸＲＤ（Ｘ‐ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）分析によって評価することができる。
【００２０】
以下に、微粒子４の効果について詳述する。図４は添加材の沈殿量と微粒子４の粒径の関係を示すグラフである。図４は、エポキシ樹脂に５０〜４００ｎｍの有機基（‐ＣＨ３）と無機基（‐ＯＨ）の両方が結合（それぞれ５０％）しているＳｉを含むシリカ微粒子４を５質量％添加したときの樹脂内に沈殿する添加材１，２の量を示している。沈殿量は、樹脂溶媒を取り除いた沈殿物の重量から評価した。図４において、微粒子４を含まない場合の沈殿量は「１」である。図４の各プロットにおける試料は、平均粒径以外は同じ条件としている。図４に示すように、微粒子４の粒径の低減にともない添加材の沈殿が抑えられることが分かる。これは、図１のように（ｉ）微粒子４が添加材１，２の周囲に配置されており、かつ、（ｉｉ）微粒子４がブラウン運動によって添加材１，２の重合および沈殿を抑止することによる。
【００２１】
上記（ｉ）について、微粒子４が添加材１，２の周囲に配置されるのは、上述したように両者の主骨格が同一（ここでは両者ともにシリカ）であるためである。シリカを例にすると、添加材１，２および微粒子４を構成するプラスの極性を持つＳｉとマイナスの極性を持つＯが互いにクーロン力で引き合い、水素結合的に強く結合することによる。上述した他の骨格の場合でも、同様の作用効果によって添加材１，２の周囲に配置される。粒子４が添加材１，２の周囲に配置されることによって、添加材１，２の重合および沈殿が抑制される。
【００２２】
上記（ｉｉ）について、溶液内の粒子のブラウン運動理論では、以下の式１のとおり、拡散係数（Ｄ）は、温度／（半径×粘性）に比例する。
Ｄ（拡散係数）∝温度／（半径×粘性）…式１
【００２３】
このため、微粒子４のサイズ（粒径）が小さいほど、式１から、拡散係数が大きくなり、微粒子４の拡散性が大きくなる。これにより、添加材１，２の重合および沈殿を抑制することができる。
【００２４】
図４に示すように、微粒子４の平均粒径が２００ｎｍ以下の場合、微粒子４が無添加の場合と比較して、添加材１，２の沈殿量が５０％以下に低減することが分かる。このため、本発明では微粒子４の平均粒径を２００ｎｍ以下とする。添加材１，２の沈殿を抑制することにより、長期間の保管時に、高温化設備が不要となるためコスト低減を図ることができる。
【００２５】
図５は絶縁材料１０の絶縁破壊寿命と微粒子４の平均粒径との関係を示すグラフである。エポキシ樹脂に２５〜２００ｎｍの有機基（‐ＣＨ３）と無機基（‐ＯＨ）の両方が結合している（それぞれ５０％）シリコンを含むシリカ微粒子４を５質量％添加したときの樹脂の絶縁破壊寿命を評価した結果である。図５の各プロットにおける試料は、平均粒径以外は同じ条件としている。図５において、微粒子４を含まない場合の絶縁破壊寿命は「０」である。図５に示すように、微粒子４の平均粒径の低減にともない、絶縁破壊寿命が向上（長期化）することがわかる。さらに、図５の平均粒径が２００ｎｍの試料について破壊靱性を評価したところ、微粒子４を含まない試料と比較して２５％増大し、機械特性を向上することが実験的に確認されている。
【００２６】
以上の結果から、添加材の沈殿抑制と機械特性および電気特性の向上のためには、平均粒径が２００ｎｍ以下であることが好ましい。また、平均粒径が１ｎｍ未満であると粒子の取り扱いが困難になるため、1ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
図６は絶縁材料１０の絶縁破壊寿命および添加材1の沈殿量と微粒子４が有する有機基（‐ＣＨ３）および無機基（‐ＯＨ）との割合の関係を示すグラフである。エポキシ樹脂に２００ｎｍのシリカ微粒子４を添加した場合の結果を示す図である。図６の各プロットにおける試料は、無機基と有機基の割合以外は同じ条件としている。図６に示すように、有機基の割合が多いほど絶縁破壊寿命が向上する、一方、添加材の沈殿量に関しては、無機基の割合が多いほど抑制することができる。上記した樹脂の粘度の点も含め、有機基の割合を２５〜５０％とし、無機基の割合を５０〜７５％とすることが好ましい。
【００２８】
微粒子４の添加量は、絶縁材料１０の０．１〜５質量％が好ましい。０．１質量％未満であると、微粒子４の添加効果（添加材の沈殿抑制と破壊靭性および絶縁破壊寿命の向上）を十分に得ることができない。また、５質量％より多いと粘度が上昇し過ぎて好ましくない。
【００２９】
通常、ナノ粒子（シリカナノ粒子等）は樹脂の粘度を上昇させるので、樹脂にシリカからなる添加材を添加した上でさらにシリカナノ粒子を積極的に添加することは、当業者の間では考えられない。本発明は、樹脂の粘度とのバランスを取りつつナノ粒子を添加し、その効果（添加材の沈殿抑制および電気特性向上）を最大限に得るものであり、このような効果を得ることは従来技術では達成することができなかったことであり、本発明は新規な技術である。
【００３０】
上述した特許文献１に開示されている「有機無機複合体」は、例として「雲母などの無機鉱物の表面を有機塩で修飾した有機クレイなど」と記載されているが、本発明の絶縁材料を構成する微粒子は、主骨格を構成する原子の一部が有機基および無機基と結合しているものであり、表面のみに有機基および無機基を有するのとは異なる。
【００３１】
（２）添加材
上述したように、添加材１，２は微粒子４と同一主骨格を有するものとする。３次元構造によって機械的特性向上をより期待することができるシリカおよび熱伝導性が高いＡｌ２Ｏ３、ＢＮ、ＡｌＮまたは金属酸化物が好ましい。具体的な材料としては、樹脂の熱伝導性を高める高熱伝導材である破砕シリカおよび高温度差環境での残留熱応力を低減する低線膨張材である溶融球状シリカを挙げることができる。
【００３２】
破砕シリカは、安価であり、絶縁材料の熱伝導率を増大させることができる。破砕シリカには湿式法と乾式法の二種の方法において破砕したものが存在する。図７は添加材の第１の例（乾式破砕シリカ）を模式的に示す図であり、図８は添加材の第２の例（湿式破砕シリカ）を模式的に示す図である。図７および８に示すように、一般的に乾式破砕シリカ７０の方が表面におけるＯＨ基や残留水が少なく、樹脂製造における水の悪影響（硬化阻害および副反応の誘発等）を避けることが可能となる。また、この効果により樹脂の熱伝導度を高めるのにも役立つ。
【００３３】
湿式破砕シリカ７１の表面にはＨ２Ｏ等の付着があるほか、ＯＨ基が多くなる傾向にあり、またＯＨ基によってＨ２Ｏが水素結合を引き起こして表面に水が多くなっている可能性がある。水は１分子あたり２０ｋＪ／ｍｏｌ以上のエネルギーで発熱的に結合（分子軌道計算にて求めた値を後述する表１に示す。）しており、この水を除去するには１００℃以上で一昼夜にわたる乾燥工程を必要とする。また水の存在は、エポキシ樹脂４の重合にとっては望ましくない効果を与え可能性がある。このことから、破砕シリカ１としては湿式破砕シリカよりも乾式破砕シリカを用いることが好ましい。
【００３４】
【表１】
2017098566.tif 000003
【００３５】
添加材（シリカフィラー）は破砕シリカ１のみならず、溶融シリカ（溶融球状シリカ）２を含んでもよい。破砕シリカは熱伝導率を向上させることができるが、線膨張係数を増加させてしまう可能性があり、アルミニウム、セラミックスまたは絶縁紙等で封止する場合にクラックの原因になり得るので、これを補うために溶融シリカを加えることが好ましい。また、温度差が大きな環境では、絶縁材料を封止するアルミニウム、セラミックスまたは絶縁紙の様な他材料との線膨係数との差により、樹脂に残留熱応力が発生する。このとき、線膨張係数の小さい溶融球状シリカ２によりこの残留熱応力を低減することができ、耐クラック性を向上することができる。本発明においては、上述した微粒子４の添加量を５質量％以下として粘度上昇を抑えているため、他の添加材（を添加することができる。
【００３６】
さらに、溶融シリカを溶融球状シリカとすることで、線膨張係数の低減効果が等方的となり、線膨張係数の樹脂製造方向依存性が無くなる効果がある。
【００３７】
添加材１，２の含有量は、絶縁材料１０の０．１〜７０質量％であることが好ましい。添加材の含有量が０．１質量％未満であると添加材の効果を十分に得ることができない。また、７０質量％より多いと粘度が高くなり過ぎて好ましくない。また、微粒子４によって添加材の沈殿を十分に抑制することができなくなる。上記含有量の範囲において、絶縁材料１０に付与したい熱伝導性および耐クラック性の程度を考慮して添加材の含有量を決定することが好ましい。
【００３８】
上述した高熱伝導材と低線膨張材のほかに、上記添加材の含有量の範囲でエラストマー粒子または鱗片状添加材（フィラー）を添加してもよい。樹脂の耐クラック性を向上することで、樹脂の破壊靭性を向上し、クラック進展を阻害することができる。エラストマーは樹脂の高靭性を大幅に向上させることが期待できる。これには小さなエラストマーが特に好ましく、沈降や他の数密度を上げることによるクラック進展阻害作用が期待できる。また、同様に鱗片状フィラー（例えば、マイカパウダー）にも同様の作用および効果を期待することができる。さらに、ポリオキシエチレン、ポリオキシエチレンアルキルエーテルまたはポリオキシエチレンフェニルエーテルを、添加材１００質量部に対して１．５質量部以下含んでいてもよい。
【００３９】
（３）樹脂
絶縁材料１０のマトリックスとなる樹脂３としては、熱硬化性を有するものであれば特に限定は無く、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリフェノール樹脂、ノボラック樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル‐スチレン‐ブタジエン共重合体）樹脂、ポリアセタール樹脂及びこれらの複合材が挙げられる。エポキシ樹脂を用いる場合、プレポリマーの主骨格はビスフェノールＡ型２１が好ましい。
【００４０】
上記樹脂３に添加材１，２および微粒子４を混合し、十分に長い時間撹拌することで微粒子４を添加材１，２の周囲に配置し、図１に示す構成を有する絶縁材料１０を得ることができる。
【００４１】
［高電圧機器］
図９は高電圧機器の第１の例（スイッチギヤ）を示す断面模式図であり、図１０は高電圧機器の第２の例（モールド変圧器）を示す断面模式図である。上述した本発明に係る絶縁材料をモールド、加圧または射出によって成型し、高電圧機器（受変電設備）の絶縁性が要求される部分に適用することができる。一般に、図１０のモールド変圧器においては、特に絶縁紙端部１０４においてクラック１０５が発生しやすいが、本発明に係る絶縁材料を用いればクラックの進展を抑制することができる。
【００４２】
高電圧機器としてはスイッチギヤおよびモールド変圧器に限られず、発電機および変換器等へも適用することができる。上述した以外の成型法および製品へも適用可能である。本発明に係る絶縁材料は、樹脂内の添加材の沈殿を抑制しつつ、樹脂の電気特性向上および機械特性向上を図ることができるため、加熱設備を設ける必要無く、信頼性の高い高電圧機器を得ることができる。
【実施例】
【００４３】
種々の条件の絶縁材料（試料Ｎｏ．１〜８）を作製し、添加材の沈殿量、絶縁材料の機械特性、電気特性および粘度について評価した。絶縁材料の構成および特性の評価結果を後述する表２に示す。表２において、微粒子の平均粒径は２００ｎｍとし、添加量は５質量％とした。また、微粒子を構成する有機基および無機基の割合は、それぞれ５０％とした。樹脂の破壊靭性および絶縁破壊寿命は、それぞれ、衝撃試験およびＶ（電圧）−ｔ（時間）試験で評価した。また、粘度は「◎」を「良好」、「〇」を「やや良好」および△を「やや不良」と評価しているが、いずれも実用レベルを満たすものである。【００４４】
【表２】
2017098566.tif 000004
【００４５】
微粒子が置換基を有しない試料（試料Ｎｏ．１および５）、微粒子が樹脂内で均一に分散し、デンドライト構造を形成しなかった。一方、微粒子が置換基を有する試料（試料Ｎｏ．２〜４および６〜８）は樹脂内でデンドライト構造を形成した。【００４６】
表２に示すように、添加材および微粒子の骨格がシリカの試料（試料Ｎｏ．１〜４）もアルミナの試料（試料Ｎｏ．５〜８）も、微粒子を添加することによって添加材の沈殿抑制、機械特性および電気特性が向上していることがわかる。添加材の沈殿抑制は、微粒子が添加材の周囲に配置しているためである。また、微粒子が均一に分散する場合より、デンドライト構造を形成している場合の方が、樹脂のクラック進展と電気トリー進展を抑止するので、機械的な破壊進展と電気的な破壊進展をより、抑制することができるためである。【００４７】
添加材および微粒子の骨格がシリカの試料（試料Ｎｏ．１〜４）もアルミナの試料（試料Ｎｏ．５〜８）も、機械特性および電気特性が最も高いのは微粒子が有機基のみを有する場合（試料Ｎｏ．３および７）であるが、粘度が高くなり過ぎてしまう。微粒子が有機基および無機基を有する試料（試料Ｎｏ．４および８）では、機械特性および電気特性と粘度とをバランスさせることができる。【００４８】
以上、説明したように、本発明によれば添加材の沈殿を抑制し、かつ従来と同等以上の機械特性および電気特性を達成する高電圧機器用電気絶縁材料を提供することができることが実証された。【００４９】
なお、上記した実施例は、本発明の理解を助けるために具体的に説明したものであり、本発明は、説明した全ての構成を備えることに限定されるものではない。例えば、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１…添加材（高熱伝導材）、２…添加材（低線膨張材）、３…樹脂、４…微粒子、５…微粒子４が形成する３次元デンドライト構造、６…クラックおよび電気トリー、１０…絶縁材料、７０…乾式破砕シリカ、７１…湿式破砕シリカ、１００…モールド変圧器、１０１…金属電線、１０２…樹脂（絶縁材料）、１０３…絶縁紙、１０４…絶縁紙端部、１０５…クラック、６００…スイッチギヤ、６１…真空バルブ、６２Ａ…固定側セラミックス絶縁筒、６２Ｂ…可動側セラミックス絶縁筒、６３Ａ…固定側端板、６３Ｂ…可動側端板、６４Ａ…固定側電界緩和シールド、６４Ｂ…可動側電界緩和シールド、６５…アークシールド、６６Ａ…固定側電極、６６Ｂ…可動側電極、６７Ａ…固定側ホルダ、６７Ｂ…可動側ホルダ、６８…ベローズシールド、６９…ベローズ、６１０…接地断路部、６１１…接地断路部ブッシング側固定電極、６１２…接地断路部可動電極、６１３…接地断路部中間固定電極、６１４…接地断路部接地側固定電極、６１５…フレキシブル導体、６１６…ばね接点、６１７…接続導体、６２０…真空バルブ用操作ロッド、６２１…接地断路部用操作ロッド、６３０…固体絶縁物（樹脂）、６３１…金属容器、６４０…母線用ブッシング、６４１…母線用ブッシング中心導体、６４２…ケーブル用ブッシング、６４３…ケーブル用ブッシング中心導体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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