(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする課題は、ガス遮断器の絶縁媒体ガスとして使用できる、高い絶縁性および高い安定性を示す化合物を提供することである。【解決手段】実施形態に係る化合物は、六フッ化硫黄の絶縁性の１．１〜２倍の絶縁性を示し、少なくとも１つのフォスファゼン骨格を有する。【選択図】図２
2015011828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
六フッ化硫黄の絶縁性の１．１〜２倍の絶縁性を示す、少なくとも１つのフォスファゼン骨格を有する化合物。
【請求項２】
前記フォスファゼン骨格中のリン原子に結合する、少なくとも１つのホウ素原子を含む請求項１に記載の化合物。
【請求項３】
前記フォスファゼン骨格中のリン原子に結合する、少なくとも１つの炭化水素基を含む請求項１または２に記載の化合物。
【請求項４】
下記化学式で表される請求項１に記載の化合物。
【化１】
2015011828.tif 000014
（Ｒ１は、Ｈ−、ＣＨ３−またはフェニル基であり、ｎは１から３の整数である）
【請求項５】
ｎは１である請求項４に記載の化合物。
【請求項６】
５０から３００の分子量を有する請求項１から５の何れか１項に記載の化合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、フォスファゼン骨格を有する化合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス遮断器では、絶縁媒体として六フッ化硫黄（ＳＦ６）といった絶縁媒体ガスが用いられている。
【０００３】
ＳＦ６は含ハロゲン物質であるため環境負荷が大きく、厳重な管理が必要とされる。また、ＳＦ６は、装置の経年劣化とともに僅かな水分と化学反応を起こして猛毒のフッ酸（ＨＦ）に変化する。ＨＦは、樹脂容器または金属容器を腐食させてピンホールを生じさせ、そこからフッ酸や酸化硫黄ガスといった危険なガスが外気中へ飛散または拡散してしまう可能性がある。
【０００４】
そこで、ＳＦ６といった従来の絶縁媒体ガスよりも化学的に安定であり、高い絶縁性を示す絶縁媒体ガスの開発が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０１６５８８号公報
【特許文献２】特開２００３−１７７５１５号公報
【特許文献３】特開２００６−３２５３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、ガス遮断器の絶縁媒体ガスとして使用できる、高い絶縁性および高い安定性を示す化合物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る化合物は、六フッ化硫黄の絶縁性の１．１〜２倍の絶縁性を示し、少なくとも１つのフォスファゼン骨格を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施例１において用いた測定装置を模式的に示す図である。
【図２】図２は、実施例１において測定された、各絶縁媒体ガスの加水分解性を示すグラフである。
【図３】図３は、実施例２において用いた測定装置を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施例２において測定された、各絶縁媒体ガスの爆発性を示すグラフである。
【図５】図５は、実施例３において用いた測定装置を模式的に示す図である。
【図６】図６は、実施例３において測定された、各絶縁媒体ガスの絶縁性を示すグラフである。
【図７】図７は、実施例４において用いた測定装置を模式的に示す図である。
【図８】図８は、実施例４において測定された、各絶縁媒体ガスの熱分解性を示すグラフである。
【図９】図９は、（ａ）従来の絶縁媒体ガスを使用して作製したガス絶縁開閉装置、および（ｂ）実施形態に係る絶縁媒体ガスを使用して作製したガス絶縁開閉装置のそれぞれのサイズを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施形態に係る化合物は、少なくとも１つのフォスファゼン骨格を有する。本願におけるフォスファゼン骨格とは、以下の式Ｉのような、二重結合したリンと窒素とから成る骨格を意味する。実施形態に係る化合物に含まれるフォスファゼン骨格の数は、１つまたは複数であってよい。
【化１】
2015011828.tif 000003
【００１０】
実施形態に係る化合物は、高い絶縁性を示す。例えば、六フッ化硫黄の絶縁性の１．１〜２倍の絶縁性を示し、好ましくは１．５〜１．９倍の絶縁性を示す。
【００１１】
実施形態に係る化合物は、フォスファゼン骨格中のリン原子に結合する、少なくとも１つのホウ素原子を含む。このホウ素原子は、例えば−ＢＨ２という官能基を構成していてよい。
【００１２】
実施形態に係る化合物は、フォスファゼン骨格中のリン原子に結合する、少なくとも１つの炭化水素基を含む。炭化水素基は、アルキル基、ビニル基またはアリール基であってよい。特に、炭化水素基は、メチル基またはフェニル基であってよい。また、炭化水素基は、酸素原子、窒素原子またはハロゲンといった、炭素原子および水素原子以外の原子を含んでよい。
【００１３】
実施形態に係る化合物の一例は、以下の式ＩＩで表される化合物である。なお、式ＩＩにおいて、Ｒ１は、Ｈ−、ＣＨ３−またはフェニル基であり、ｎは１から３の整数である。なお、実施形態に係る化合物は、式ＩＩで表される化合物の種々の光学異性体のうちの１つであってよく、あるいは、式ＩＩで表される化合物の１以上の光学異性体から成るラセミ体であってよい。
【化２】
2015011828.tif 000004
【００１４】
実施形態に係る化合物は、低分子であってよい。例えば、実施形態に係る化合物は、１０００以下の分子量を有し、好ましくは５０から３００の分子量を有する。
【００１５】
実施形態に係る化合物は、高い絶縁性および高い安定性を示す。特に、実施形態に係る化合物は、優れた耐加水分解性、耐爆発性および耐熱分解性を示す。このため、実施形態に係る化合物は、ガス遮断器のための優れた絶縁媒体ガスとして使用できる。また、実施形態に係る化合物は優れた絶縁性を示すため、この化合物を使用してガス遮断器を製造した場合、電流を遮断するために必要な電極間の距離が短くなるといったことにより、ガス遮断器のサイズを小さくすることができる。
【００１６】
また、実施形態に係る化合物が炭化水素基を含む場合、化合物はより高い化学的安定性を示す。特に、この炭化水素基が大きいほど、化合物の反応性が下がり、より高い安定性が得られる。
【００１７】
さらに、実施形態に係る化合物が式ＩＩに係る化学式で表される場合、化合物は、低分子となるため高い揮発性を示し、気体状態を維持し易くなる。そのため、絶縁媒体ガスとしての利用に有利となる。特に、式ＩＩにおいてｎが１の場合、および化合物の分子量が５０から３００の場合には、その傾向が強まる。
【実施例】
【００１８】
［実施例１］
（化合物の作製）
撹拌子を入れた２口丸底フラスコにジムロート冷却管を取り付け、氷を用いて丸底フラスコを氷浴させた。フラスコの内部に、Ｎ，Ｎ-ジメチルホルムアミド１００部に対してジボランヒドロジフォスフォランジクロライド２０部を溶解させた溶液を入れた。そこへ、テトラヒドロフランに１０％のボロンハイドライド（ＮａＢＨ４）を溶解させた溶液２０部をシリンジで滴下した。その後、マグネチックスターラで１時間撹拌した。なお、ジボランヒドロジフォスフォランジクロライドの化学式は以下の式ＩＩＩの通りである。
【化３】
2015011828.tif 000005
【００１９】
その後、氷浴を取り外し、室温に戻した。さらに撹拌を続けながら、丸底フラスコの口の１つからシリコンチューブを通して、水１００部を入れたビーカから水上置換によりバイアル中に発生気体を収納し、ゴム製セプタムを被せた。これにより、絶縁媒体１Ａを得た。絶縁媒体１Ａの化学式は、以下の式ＩＶと考えられる。
【化４】
2015011828.tif 000006
【００２０】
ボロンハイドライドの代わりにメチルクロライドを使用したこと以外は上記と同様の方法により、絶縁媒体１Ｂを得た。絶縁媒体１Ｂの化学式は、以下の式Ｖと考えられる。
【化５】
2015011828.tif 000007
【００２１】
ボロンハイドライドの代わりにフェニルクロライドを使用したこと以外は上記と同様の方法により、絶縁媒体１Ｃを得た。絶縁媒体１Ｃの化学式は、以下の式ＶＩと考えられる。
【化６】
2015011828.tif 000008
【００２２】
（耐加水分解性の評価）
作製した３種の絶縁媒体について、耐加水分解性を評価した。
【００２３】
図１は、この評価に用いた測定装置を模式的に示す図である。容器１１は、ステンレスから成り、一辺が２０ｃｍの立方体形状を有するが、側面の１つが開放されており、水槽が横倒しとなったような形態となっている。容器１１の内部には、加熱可能なホットプレート１４が設置されている。ホットプレート１４上には、一辺が３ｃｍの素焼き板でできた立方体１２が置かれており、立方体１２の内部には絶縁媒体ガス１Ａ、１Ｂおよび１Ｃの何れかが封入されている。容器１１の開放された面には、発泡スチロールが被せられており、この発泡スチロールにはシリンジ１７が設けられている。また、容器１１には、内部に気体を導入するための吸入口１５、および内部の気体を放出するための放出口１６が設けられている。
【００２４】
このような装置を用いて、次のように測定を行った。シリンジ１７を用いて５ｍｌの水を容器内へ注入した後、ホットプレートの温度を３０℃から８０℃まで上昇させた。温度が１０度上昇するごとにシリンジ１７を用いて、容器１１内の気体を吸引し、それを株式会社島津製作所製キャピラリガスクロマトグラフＧＣ−２０１０Ｐｌｕｓに供し、気体中に含まれる絶縁媒体ガスの分解物の濃度を分析した。
【００２５】
結果を、以下の表１にまとめる。表１には、比較対象とした六フッ化硫黄（ＳＦ６）について測定した結果も含める。さらに、表１の結果をグラフ化したものを図２に示す。
【表１】
2015011828.tif 000009
【００２６】
表１および図２に示されるように、実施形態に係る絶縁媒体ガス１Ａ、１Ｂおよび１Ｃの分解物の濃度は、六フッ化硫黄の分解物の濃度と比較して低い。すなわち、実施形態に係る絶縁媒体ガスは、従来の六フッ化硫黄と比較して、耐加水分解性が高いことがわかる。
【００２７】
［実施例２］
実施例１において作製した３種の絶縁媒体ガスについて、耐爆発性を評価した。
【００２８】
図３は、この評価に用いた測定装置を模式的に示す図である。容器３１は、縦１００ｍｍ、横２００ｍｍおよび高さ１００ｍｍの寸法を有し、厚さ１ｍｍのステンレスから成る。容器３１には、ミヤチテクノス株式会社製ＭＭ６０１Ｂ加圧力計３５、横河電子機器株式会社製２Ｊ着火装置３２、内部に気体を導入するための吸入口３３、および内部の気体を放出するための放出口３４が設けられている。
【００２９】
このような装置を用いて、次のように測定を行った。六フッ化硫黄、絶縁媒体ガス１Ａ、１Ｂまたは１Ｃで満たされたバルーンと吸入口３３とをＴ字管で接続した。このとき、Ｔ字管は閉めた状態としておいた。次に、放出口３４にアルバック機工株式会社製真空ポンプＤＡＰ−６Ｄを接続し、容器３１内部を１分間減圧した後、Ｔ字管を開き、吸入口３３から容器３１の内部に絶縁媒体ガスを送り込んだ。この操作を３回繰り返すことにより、容器内部を絶縁媒体ガスで充満させた。
【００３０】
次に、酸素を充填したバルーンを吸入口３３に取り付け、真空ポンプを約５秒間作動させて、容器３１の内部に酸素を導入した。その後、着火装置３２のスイッチを入れて、容器３１内で爆発を生じさせ、その際の最大圧力を加圧力計３５で測定した。
【００３１】
結果を以下の表２にまとめる。また、表２の結果をグラフ化したものを図４に示す。
【表２】
2015011828.tif 000010
【００３２】
表２および図４に示されるように、３種の絶縁媒体ガスの場合の最大圧力は、六フッ化硫黄の場合の最大圧力よりも小さい（逆数で比較すると、大きい）ことがわかる。すなわち、ＳＦ６と比較して、絶縁媒体ガス１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、高い耐爆発性を有することがわかる。
【００３３】
［実施例３］
実施例１において作製した３種の絶縁媒体ガスについて、絶縁性を評価した。
【００３４】
図５は、この評価に用いた測定装置を模式的に示す図である。容器５１は、縦１００ｍｍ、横２００ｍｍおよび高さ１００ｍｍの寸法を有し、厚さ１ｍｍのテフロン（登録商標）から成る。容器５１には、高抵抗計５４（敦賀電気株式会社製メガオームテスタ）に接続された２本の電極５４、内部に気体を導入するための吸入口５２、および内部の気体を放出するための放出口５３が設けられている。
【００３５】
このような装置を用いて、次のように測定を行った。六フッ化硫黄、絶縁媒体ガス１Ａ、１Ｂまたは１Ｃで満たされたバルーンと吸入口５２とをＴ字管で接続した。このとき、Ｔ字管は閉めた状態としておいた。次に、放出口５３にアルバック機工株式会社製真空ポンプＤＡＰ−６Ｄを接続し、容器５１内部を減圧させた後、Ｔ字管を開いて吸入口５２から容器５１の内部に絶縁媒体ガスを送り込んだ。この操作を３回繰り返すことにより、容器内部を絶媒体縁ガスで充満させた。その後、高抵抗計５４により絶縁媒体ガスの抵抗を測定した。
【００３６】
結果を以下の表３にまとめる。また、表３の結果をグラフ化したものを図６に示す。
【表３】
2015011828.tif 000011
【００３７】
表３および図６に示されるように、実施形態に係る絶縁媒体ガスは、六フッ化硫黄よりも遥かに高い抵抗を示す。すなわち、実施形態に係る絶縁媒体ガスは、六フッ化硫黄よりも高い抵抗性を示すことがわかる。
【００３８】
［実施例４］
実施例１において作製した３種の絶縁媒体ガスについて、耐熱分解性を評価した。
【００３９】
図７は、この評価に用いた測定装置を模式的に示す図である。容器７１は、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍおよび高さ２００ｍｍの寸法を有し、厚さ１ｍｍのステンレス板から成る。容器７１の内部には、７０ｍｍ×７０ｍｍの正方形面をもつホットプレート７２（シマレックホットプレートＨＰ１３０９１４）が設置されている。また、容器７１には、内部に気体を導入するための吸入口７４、および内部の気体を放出するための放出口７６が設けられている。吸入口７４には、吸入口にシリカゲル（和光純薬）１００ｇを内包するガラス円筒管７５が接続されている。さらに、容器７１には、温度計７３（林電工株式会社製熱伝対ＳＴ−１型温度計）が設けられている。温度計７３は、その先端がホットプレート７２の上部に位置するように設けられている。また、容器７１には、シリンジ７７が設けられている。
【００４０】
このような装置を用いて、次のように測定を行った。放出口７６にアルバック機工株式会社製真空ポンプＤＡＰ−６Ｄを接続して容器７１内部を約１０分間減圧させた。その後、六フッ化硫黄、絶縁媒体ガス１Ａ、１Ｂまたは１Ｃで満たされたバルーンを、ガラス円筒管７５を介して吸入口７４に取り付け、コックを開放して容器７１内に絶縁媒体ガスを導入した。その後、温度計７３をモニターしながら、ホットプレート７２の温度を上昇させた。温度が１２０℃のときにシリンジ７７を用いて容器内部の気体を５０μｌ吸入し、島津ガスクロマトＧＣ−２０１０Ｐｌｕｓを用いて、本来の化学構造を有する純気体の濃度（％）、および熱分解によって生じた気体の濃度（％）をそれぞれ測定した。
【００４１】
結果を以下の表４にまとめる。また、表４の結果をグラフ化したものを図８に示す。
【表４】
2015011828.tif 000012
【００４２】
表４および図８に示されるように、３種の絶縁媒体ガスでは、六フッ化硫黄と比較して、純気体の割合が高い。すなわち、実施形態に係る絶縁媒体ガスは、六フッ化硫黄よりも高い耐熱分解性を示すことがわかる。
【００４３】
［実施例５］
実施例１において作製した３種の絶縁媒体ガスを使用して、３種のキュービクル形ガス絶縁スイッチギアを製造した。比較として、六フッ化硫黄（ＳＦ６）を使用したキュービクル形ガス絶縁スイッチギアも製造した。
【００４４】
キュービクル形ガス絶縁スイッチギアは、以下の表５に記載される仕様に沿って製造した。
【表５】
2015011828.tif 000013
【００４５】
その結果、六フッ化硫黄を使用して作製したキュービクル形ガス絶縁スイッチギアは、図９（ａ）に示すように、４５０ｃｍ×１２２５ｃｍ×１３５０ｃｍのサイズとなった。一方、実施例１において作製した３種の絶縁媒体ガスを使用して作製したキュービクル形ガス絶縁スイッチギアは、図９（ｂ）に示すように、３５０ｃｍ×１０５０ｃｍ×１２００ｃｍのサイズとなった。これらのスイッチギアの体積比は、ほぼ１００対６０であり、実施例１において作製した３種の絶縁媒体ガスを使用することで、従来の六フッ化硫黄を使用した場合に比べて、スイッチギアの体積を約４０％縮小できることがわかたった。
【００４６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００４７】
１１…容器、１２…立方体、１３…絶縁媒体ガス、１４…ホットプレート、１５…吸入口、１６…放出口、１７…シリンジ、３１…容器、３２…着火装置、３３…加圧力計、３４…吸入口、３５…放出口、５１…容器、５２…吸入口、５３…放出口、５４…高抵抗計、５５…電極、７１…容器、７２…ホットプレート、７３…温度計、７４…吸入口、７５…ガラス円筒管、７６…放出口、７７…シリンジ。
【図１】
2015011828.tif 000015
【図２】
2015011828.tif 000016
【図３】
2015011828.tif 000017
【図４】
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【図５】
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【図６】
2015011828.tif 000020
【図７】
2015011828.tif 000021
【図８】
2015011828.tif 000022
【図９】
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