(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機粒子が分散され撥水性を有する撥水性エポキシ樹脂を、マイカ紙に含浸させ、撥水性エポキシ樹脂を硬化することによって形成された絶縁性基体と、
前記絶縁性基体内に埋め込まれた第１の電極と、
前記第１の電極より前記絶縁性基体の表面側に、かつ、前記第１の電極との間に前記絶縁性基体の一部を介在させた状態で配設された第２の電極と
を具備し、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して放電を発生させることにより、気流を発生させる
ことを特徴とする気流発生装置。
【請求項２】
前記無機粒子が、クレイ、シリカ、アルミナ、酸化チタンのいずれかからなり、その粒径がミクロンオーダーからナノオーダの微粉末からなることを特徴とする請求項１記載の気流発生装置。
【請求項３】
前記無機粒子の表面が、シランカップリング剤により改質されていることを特徴とする請求項２記載の気流発生装置。
【請求項４】
無機粒子が分散され撥水性を有する撥水性エポキシ樹脂を含浸させたマイカ紙を、加熱乾燥にて半硬化状態とした複数のプリプレグシートを形成する工程と、
複数の前記プリプレグシートを積層させて積層体を構成するとともに、前記プリプレグシートの間に第１の電極を挟み込み、かつ、当該積層体の前記第１の電極より表面側に前記第１の電極との間に前記プリプレグシートの一部を介在させた状態で第２の電極を設置する工程と、
前記第１の電極と前記第２の電極と前記プリプレグシートの積層体をプレスしながら加熱して一体化する工程と
を具備したことを特徴とする気流発生装置の製造方法。
【請求項５】
前記プリプレグシートが、複数の無機粒子が分散され撥水性を有する撥水性エポキシ樹脂を含浸させたマイカ紙を張り合わせて構成されていることを特徴とする請求項４記載の気流発生装置の製造方法。
【請求項６】
風車翼を有する風車を具備し、当該風車が回転することによって発電する風力発電システムであって、
請求項１乃至３いずれか１項記載の気流発生装置が、前記風車翼表面に配設されていることを特徴とする風力発電システム。
【請求項７】
無機粒子が分散され撥水性を有する撥水性エポキシ樹脂を含浸させたマイカ紙を加熱乾燥にて半硬化状態とした複数のプリプレグシートと、前記の第１の電極と、前記第２の電極とを、前記風車翼表面に設置した後、プレスしながら加熱することで、前記気流発生装置が前記風車翼表面に取り付けられていることを特徴とする請求項６記載の風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、気流発生装置、気流発生装置の製造方法及び風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体工学の分野において、物体表面に放電を生成して、流体機器における空気力学的特性を制御しようとする誘電体バリア型のプラズマアクチュエーターを用いた気流発生装置が注目を集めている。このような気流発生装置は、放電プラズマの作用により発生させた気流により空気力学的特性を改善することで、流体機器における震動や騒音の抑制、或いは、高効率化が可能となるため、特に、風力発電システムの風車翼への適用が期待されている。
【０００３】
このような、誘電体バリア型のプラズマアクチュエーターを用いた気流発生装置としては、放電電極と対向電極の２つの電極が、誘電体(絶縁体)を介して配置された構成のものが知られている。このような構成の気流発生装置が、風力発電システムの風車翼に取り付けられ、２つの電極間に電圧を印加することで、電極近傍の気体がイオン化されて風車翼の表面に気流が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１７６５６号公報
【特許文献２】特開２００８−２５４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
気流発生装置に用いる誘電体(絶縁体)として、窒化アルミ、アルミナ、ジルコニアなどを主成分としたセラミックス材料、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料が挙げられる。しかし、これらの絶縁体を用いた気流発生装置では次のような課題がある。
【０００６】
セラミックス材料は、放電に対して強い耐性を持つが、弾性が無いため複雑な曲面により形成される風力発電システムの風車翼に取り付けることが困難である。また、セラミックス材料を絶縁体として用いた気流発生装置を、風車翼に分割して取り付けることができたとしても、風車翼は回転時には撓むため、弾性のないセラミックス材料が破損し、安定した放電により気流を発生させることができない。
【０００７】
一方、樹脂材料は、弾性が有り風車翼への取り付けは比較的容易であるが、放電に対する耐性がセラミックス材料と比較して著しく低いため、放電により絶縁体が劣化し、安定した放電を発生させ、安定した気流を発生させることができない。また、樹脂材料は、屋外で使用した場合、紫外線の照射や吸湿により劣化するため、長期的に使用することができない。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、曲面を持った取り付け面に取り付けることが可能で、且つ、取り付け面の撓みにより破損することがなく、電極間で発生させる放電に対して優れた耐性を持ち長期的な使用が可能な気流発生装置、気流発生装置の製造方法及び風力発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
気流発生装置の一態様は、無機粒子が分散され撥水性を有する撥水性エポキシ樹脂を、マイカ紙に含浸させ、撥水性エポキシ樹脂を硬化することによって形成された絶縁性基体と、前記絶縁性基体内に埋め込まれた第１の電極と、前記第１の電極より前記絶縁性基体の表面側に、かつ、前記第１の電極との間に前記絶縁性基体の一部を介在させた状態で配設された第２の電極とを具備し、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加して放電を発生させることにより、気流を発生させることを特徴とする。
【００１０】
気流発生装置の製造方法の一態様は、無機粒子が分散され撥水性を有する撥水性エポキシ樹脂を含浸させたマイカ紙を、加熱乾燥にて半硬化状態とした複数のプリプレグシートを形成する工程と、複数の前記プリプレグシートを積層させて積層体を構成するとともに、前記プリプレグシートの間に第１の電極を挟み込み、かつ、当該積層体の前記第１の電極より表面側に前記第１の電極との間に前記プリプレグシートの一部を介在させた状態で第２の電極を設置する工程と、前記第１の電極と前記第２の電極と前記プリプレグシートの積層体をプレスしながら加熱して一体化する工程とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、曲面を持った取り付け面に取り付けることが可能で、且つ、取り付け面の撓みにより破損することがなく、電極間で発生させる放電に対して優れた耐性を持ち長期的に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る気流発生装置の断面構成を示す図。
【図２】気流発生装置の絶縁体の耐部分放電性の評価方法を示す図。
【図３】第２実施形態に係る気流発生装置の断面構成を示す図。
【図４】一実施形態に係る気流発生装置の製造方法を示す図。
【図５】一実施形態に係る気流発生装置の風車翼への取り付け方法の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、第１実施形態に係る気流発生装置１０の断面構成を示す図である。図１に示すように、気流発生装置１０は、マイカ紙１にエポキシ樹脂２を含浸させ、エポキシ樹脂２を硬化することで形成された絶縁性基体３を具備しており、この絶縁性基体３内には、第１の電極４が埋め込まれている。
【００１５】
また、絶縁性基体３には、第１の電極４よりも表面側で、かつ、第１の電極４との間に絶縁性基体３の一部を介在させた状態で第２の電極５が配設されている。第２の電極５は、その表面が、外部に露出された状態で配設されていてもよく、絶縁性基体３の一部によって覆われた状態、すなわち第２の電極５が絶縁性基体３の表面近傍に埋設された状態とされていてもよい。なお、気流発生装置１０の全体の厚さは、例えば、０．５ｍｍから１ｍｍ程度であり、図１では、説明のため長手方向（図１中左右方向）のスケールに対して、厚さ方向（図１中上下方向）のスケールを拡大して模式的に示してある（後述する図２〜５においても同様）。
【００１６】
上記構成の気流発生装置１０では、図示しない電源から第１の電極４と第２の電極５との間に電圧を印加することによって、放電を生起できるようになっており、この放電によって、絶縁性基体３の表面近傍の気体の一部をプラズマ化することにより、気流を発生させることができるようになっている。
【００１７】
上記絶縁性基体３を構成するためのマイカ紙としては、抄造した集成マイカを使用することができる。集成マイカとしては、例えば、硬質無焼成集成マイカ、硬質焼成集成マイカを用いることができる。また、これら集成マイカの機械強度、耐熱性、含浸性を向上させるためにアラミッドのような芳香族ポリアミドのフィブリッド(短繊維)を集成マイカに混合して抄造したり、ガラス短繊維を集成マイカに混合して抄造したりしてもよい。
【００１８】
また、マイカ紙の強度を増すため、補強材を使用してもよい。補強材としては、マイカ紙を補強できるものであれば特に制限されるものではなく、ガラスクロス、高分子フィルム(ポリエステルフィルム、ポリイミドフィルムなど)、ポリエステル不織布の絶縁性シート材を使用することができる。
【００１９】
より具体的には、例えば、日本理化工業社製の硬質無焼成アラミド繊維混抄マイカテープ（ＫＭＦ  ８０５Ａ  ＳＴ，ＫＭＦ  ８０６Ｅ  ＳＴ，ＫＭ  ８０１Ａ  ＳＴ，ＫＭＦ  ８０５Ａ  ＳＴＢ，ＫＭＰ  ８０１Ａ  ＳＴＢ（いずれも商品名））、日本マイカ製作所社製の硬質集成マイカテープ（ＺＧＢ２２ＨＤＴ（商品名））、岡部マイカ工業社製の硬質無焼成集成マイカテープ（ＤＬ８６−４Ｃ，ＤＧ８６−ＴＤ１（いずれも商品名））、硬質焼成集成マイカテープ（ＤＧ８６，ＤＧ８８，ＤＧＬ７６（いずれも商品名））等を用いることができる。
【００２０】
また、エポキシ樹脂２としては、例えば、ハンツマン社製撥水性エポキシ樹脂(Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ Ｃｙｃｌｏ Ｅｐｏｘｙ (ＨＣＥＰ)、或いは、Ｓｈｅｄ Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ Ｃｙｃｌｏａｌｉｐｈａｔｉｃ Ｅｐｏｘｙ (Ｓ−ＨＣＥＰ)（いずれも商品名）)を好適に用いることができる。
【００２１】
また、撥水性エポキシ樹脂と他のエポキシ樹脂及びエポキシ樹脂用硬化剤を組み合わせてもよい。他のエポキシ樹脂としては、例えば、エピクロルヒドリンとビスフェノール類などの多価フェノール類や多価アルコールとの縮合によって得られるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、水添ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＳ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＦ型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、フルオレン型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン型エポキシ樹脂、テトラフェニロールエタン型エポキシ樹脂などのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂や、エピクロルヒドリンとガルボン酸との縮合によって得られるグリジジルエステル型エポキシ樹脂、トリグリシジルイソシアネートやエピクロルヒドリンとヒダントイン類との反応によって得られるヒダントイン型エポキシ樹脂のような複素環式エポキシ樹脂などを使用することができる。
【００２２】
また、エポキシ樹脂用硬化剤としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、メタキシリレンジアミン、イソホロンジアミン、１，３−ビスアミノメチルシクロヘキサン、ジアミノジフェニルメタン、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン、ジシアンジアミド、有機酸ジヒドラジド等のアミン系硬化剤、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、４−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、４−メチルテトラヒドロ無水フタル酸、テトラブロモ無水フタル酸、無水ナジック酸、無水メチルナジック酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸、無水ヘッド酸、無水メチルハイミック酸、ドデセニル無水コハク酸、無水ポリアゼライン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸等の酸無水物硬化剤、２−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール系硬化剤、ポリサルファイド、チオエステルなどのポリメルカプタン系硬化剤、ポリアミド系硬化剤、フェノール系硬化剤、ルイス酸系硬化剤、イソシアネート系硬化剤を使用することができる。更に、エポキシ樹脂用硬化剤と併用して、エポキシ樹脂の硬化反応を促進或いは制御可能なエポキシ樹脂用硬化促進剤を使用してもよい。
【００２３】
また、マイカ紙にエポキシ樹脂を含浸する時に、エポキシ樹脂の粘度を調整するために有機溶媒を用いてもよい。有機溶媒としては、エポキシ樹脂と相溶し、且つ、粘度を所望の値まで下げることができるものであれば、適宜使用可能であり、アセトン、メチルエチルケトン、トルエン、キシレン、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、アセトニトリル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ等の有機溶媒、或いは、分子骨格にエポキシ基を有することで硬化物の骨格の一部となることが可能なブチルグリシジルエーテル、アルキレンモノグリシジルエーテル、アルキルフェノールモノグリシジルエーテル、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル、アルキレンジグリシジルエーテルなどの反応性希釈剤を使用することができる。
【００２４】
また、第１の電極４及び第２の電極５を構成する材料は、導電性材料であればよく、その材質が限定されるものではない。第１の電極４及び第２の電極５を構成する材料としては、例えば、ステンレス、インコネル（商品名）、ハステロイ（商品名）、チタン、白金、タングステン、モリブデン、ニッケル、銅、金、銀、すず、クロム等の金属や、これらの金属元素を主成分とする合金、カーボンナノチューブ、導電性セラミックス等の無機良導電体や、導電性プラスチック等の有機良導電体等を使用することができる。
【００２５】
また、第１の電極４及び第２の電極５の形状としては、マイカ紙１とエポキシ樹脂２で構成される絶縁性基体３内に埋め込むことができ、且つ、絶縁性基体３の表面、または表面近傍に設置することができる形状であれば、その形状が限定されるものではないが、薄片形状のものを好適に使用することができる。
【００２６】
次に、上記構成の気流発生装置１０における絶縁性基体３の評価試験を行った結果について説明する。この評価試験では、マイカ紙にエポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）を含浸させて加熱硬化することで作製した絶縁体サンプルＡと、エポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）を加熱硬化することで作製した比較用の絶縁体サンプルＢの耐部分放電性を評価した。
【００２７】
耐部分放電性は、図２に示すように、サンプル２１の裏面に導電性ペイント２２を塗布した後、接地電極２３にサンプル２１を設置し、ロッド電極２４をサンプル２１の表面から０．２ｍｍのギャップを空けてセットした。そして、ロッド電極２４にＡＣ４ｋＶｒｍｓの電圧を印加することで、平板状のサンプル２１の表面を部分放電に曝露させた。１４４０時間課電後、最も放電劣化された部分の劣化深さを測定した。
【００２８】
この劣化深さの測定結果は以下のようになった。
絶縁体サンプルＡ：１５μｍ
絶縁体サンプルＢ：２１０μｍ
【００２９】
上記のように、絶縁体サンプルＡでは、絶縁体サンプルＢと比べて、放電による劣化深さが非常に小さくなっていることが分かる。絶縁体サンプルＡでは、放電に対して優れた耐性を持つマイカ紙がエポキシ樹脂中に含まれている。エポキシ樹脂は有機物であるため放電により、エポキシ樹脂の分子鎖が切断されて劣化が進行する。しかしながら、絶縁体サンプルＡでは、マイカ紙が放電に対して弱いエポキシ樹脂を保護するため、優れた耐部分放電性を示す。なお、上記の評価結果は、エポキシ樹脂として撥水性でない通常のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を使用したものであるが、撥水性エポキシ樹脂（ハンツマン社製）を使用した場合について評価した結果も、同様な結果となった。
【００３０】
次に、撥水性エポキシ樹脂を加熱硬化することで作製した撥水性エポキシ樹脂絶縁体サンプルと、撥水性ではない通常のエポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂）を加熱硬化することで作製したエポキシ樹脂絶縁体サンプルにおいて、接触角を測定した。接触角は、サンプル表面に水滴を落とし、側面から撮影したサンプル表面の水滴写真から求めた。また、ＩＳＯ ４８９２−３：１９９４ (Ｐｌａｓｔｉｃｓ − Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｌｉｇｈｔ ｓｏｕｒｃｅｓ − Ｐａｒｔ ３： Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ ＵＶ ｌａｍｐｓ)に従い、５０００時間に相当する紫外線を照射した後、同様の方法で接触角を測定した。
【００３１】
上記の接触角の測定の結果は、以下のようになった。
撥水性エポキシ樹脂絶縁体サンプル：１１５度（紫外線照射前），１０５度（紫外線照射後）
通常のエポキシ樹脂絶縁体サンプル：１００度（紫外線照射前），７０度（紫外線照射後）
【００３２】
上記の測定結果のとおり、撥水性エポキシ樹脂絶縁体サンプルでは、通常のエポキシ樹脂絶縁体サンプルと比べて、接触角が大きいことが分かる。これは、撥水性エポキシ樹脂絶縁体サンプルが、優れた撥水性を示していることを意味する。また、紫外線照射後の接触角を比較すると、通常のエポキシ樹脂絶縁体サンプルでは、紫外線によりサンプル表面が劣化し、接触角が著しく低下しているが、撥水性エポキシ樹脂絶縁体サンプルでは、紫外線照射による接触角の低下が小さく、優れた撥水性を維持していることが分かる。
【００３３】
一般的に、エポキシ樹脂は、吸水すると絶縁性能が低下する。一方、撥水性エポキシ樹脂を用いた絶縁体サンプルでは優れた撥水性を持ち、紫外線による撥水性の低下も小さいため、屋外で使用した場合、降雨による水を吸水しにくく、長期間に渡り優れた絶縁性能を維持することができる。このため、撥水性エポキシ樹脂を用いることが好ましい。
【００３４】
本実施形態によれば、樹脂材料を用いた絶縁体であるため、曲面を持った取り付け面に取り付けることが可能で、且つ、取り付け面の撓みにより破損することがなく、電極間で発生させる放電に対して優れた耐性を持ち長期的に使用することができる。
【００３５】
次に、第２実施形態について説明する。この第２実施形態に係る気流発生装置２０では、図３に示すように、マイカ紙１にエポキシ樹脂２を含浸させ、エポキシ樹脂２を硬化することによって形成した絶縁性基体３のエポキシ樹脂２中に、無機粒子６が分散された構成となっている。この無機粒子６は、その粒径が、例えばミクロンオーダーからナノオーダーの微細な粒子（微粉末）からなる。そして、この無機粒子６が分散された絶縁性基体３内に、第１の電極４が埋め込まれ、第１の電極４より絶縁性基体３の表面側に、かつ、第１の電極４との間に絶縁性基体３の一部を介在させた状態で第２の電極５が配設されている。なお、図３中の下部には、絶縁性基体３の内部の状態を拡大して模式的に示してある。
【００３６】
無機粒子６としては、例えば、クレイ、シリカ、アルミナ、或いは、酸化チタン等からなる微粒子、例えば粒径がナノサイズの微粒子を用いることができ、また、これらを単独或いは２種類以上を混合して使用することができる。
【００３７】
また、上記の無機粒子６としては、エポキシ樹脂との界面がシランカップリング剤により改質されたものを使用することができる。
【００３８】
具体的には、クレイ粒子としては、コープケミカル社製のソマシフＭＥ−１００、ＭＥ、ＭＡＥ、スメクタイトＳＷＮ，ＳＴＮ、ＳＥＮ（いずれも商品名）、クニミネ工業社製のクニピアＦ（商品名）、ホージュン社製の精製ベントナイト(ベンゲルシリーズ：ベンゲルＷ−１００、ベンゲルＷ−１００Ｕ，ベンゲルＷ−２００Ｕ、ベンゲルＷ−３００Ｕ、ベンゲルＷ−３００ＨＰなど(いずれも商品名))、ホージュン社製の有機ベントナイト(エスベンシリーズ：エスベン、エスベン Ｃ、エスベン Ｅ、エスベン Ｗ、エスベン ＷＸなど、オルガナイトシリーズ：オルガナイト、オルガナイトＤ，オルガナイトＴなど(いずれも商品名))、Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｃｌａｙ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ社製のＣｌｏｉｓｉｔｅシリーズ(Ｃｌｏｉｓｉｔｅ Ｎａ、Ｃｌｏｉｓｉｔｅ ３０Ｂ、Ｃｌｏｉｓｉｔｅ １０Ａ、Ｃｌｏｉｓｉｔｅ ２５Ａ、Ｃｌｏｉｓｉｔｅ ２０Ａ、Ｃｌｏｉｓｉｔｅ １５Ａ、Ｃｌｏｉｓｉｔｅ ６Ａ(いずれも商品名))などを用いることができる。
【００３９】
また、ソマシフＭＥ−１００、スメクタイトＳＷＮ、精製ベントナイト、Ｃｌｏｉｓｉｔｅ Ｎａなど、有機修飾されていないクレイについては、クレイの層間に種々の有機化合物を挿入することで、エポキシ樹脂に対する親和性を付与することができる。クレイの層間に挿入することができる有機化合物としては、アルキルアミン塩及び第４級アンモニウム塩が望ましく、アルキルアミン塩としては、第１〜３級のアルキルアミン塩を使用可能であり、第１級アルキルアミン塩としては、オクチルアミン塩、ラウリルアミン塩、ミリスチルアミン塩、ステアリルアミン塩、ココアルキルアミン塩、牛脂アルキルアミン塩、硬化牛脂アルキルアミン塩、オレイルアミン塩、硬化牛脂アルキルアミン塩などが、第２級アルキルアミン塩としては、ジココアルキルアミン塩、ジ硬化牛脂アルキルアミン塩などが、第３級アルキルアミン塩としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルラウリルアミン塩、Ｎ，Ｎ−ジメチルミリスチルアミン塩、Ｎ，Ｎ−ジメチルパルミチルアミン塩、Ｎ，Ｎ−ジメチルステアリルアミン塩、Ｎ，Ｎ−ジメチルベヘニルアミン塩、Ｎ，Ｎ−ジメチルココアルキルアミン塩、Ｎ，Ｎ−ジメチル牛脂アルキルアミン塩、Ｎ，Ｎ−ジメチル硬化牛脂アルキルアミン塩、Ｎ，Ｎ−ジメチルオレイルアミン塩、Ｎ−メチルジデシルアミン塩、Ｎ−メチルジココアルキルアミン塩、Ｎ−メチル硬化牛脂アルキルアミン塩、Ｎ−メチルジオレイルアミン塩などが挙げられ、これらのアルキルアミン塩は単独或いは２種類以上の混合物として使用することができる。第４級アンモニウム塩としては、テトラブチルアンモニウム塩、テトラヘキシルアンモニウム塩、ジヘキシルジメチルアンモニウム塩、ジオクチルジメチルアンモニウム塩、ヘキサトリメチルアンモニウム塩、オクタトリメチルアンモニウム塩、ドデシルトリメチルアンモニウム塩、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム塩、ステアリルトリメチルアンモニウム塩、ドコセニルトリメチルアンモニウム塩、セチルトリメチルアンモニウム塩、セチルトリエチルアンモニウム塩、ヘキサデシルアンモニウム塩、テトラデシルジメチルベンジルアンモニウム塩、ステアリルジメチルベンジルアンモニウム塩、ジオレイルジメチルアンモニウム塩、Ｎ−メチルジエタノールラウリルアンモニウム塩、ジプロパノールモノメチルラウリルアンモニウム塩、ジメチルモノエタノールラウリルアンモニウム塩、ポリオキシエチレンドデシルモノメチルアンモニウム塩、ジメチルヘキサデシルオクタデシルアンモニウム塩、トリオクチルメチルアンモニウム塩、テトラメチルアンモニウム塩、テトラプロピルアンモニウム塩などが挙げられ、単独或いは２種類以上の混合物として使用することができる。
【００４０】
シリカ粒子としては、日本アエロジル社製のアエロジルシリーズ(ＡＥＲＯＳＩＬ ９０、ＡＥＲＯＳＩＬ １３０、ＡＥＲＯＳＩＬ １５０、ＡＥＲＯＳＩＬ ２００、ＡＥＲＯＳＩＬ ３００、ＡＥＲＯＳＩＬ ＯＸ、ＡＥＲＯＳＩＬ ＴＴ、ＡＥＲＯＳＩＬ ２００ＳＰ、ＡＥＲＯＳＩＬ ３００ＳＰ、ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ９７２、ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ１０４、ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ２０２、ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ８０５、ＡＥＲＯＳＩＬ Ｒ７２００など（いずれも商品名）、エルケム・ジャパン株式会社製のＮａｎｏＳｉｌｉｃａ ９９９(商品名)、アドマテック社製のアドマファインシリーズ(ＳＯ−Ｅ１、ＳＯ−Ｅ２，ＳＯ−Ｃ１、ＳＯ−Ｃ２など(いずれも商品名))、シーアイ化成社製のＮａｎｏＴｅｋ ＳｉＯ２(商品名) などを用いることができる。
【００４１】
アルミナ粒子としては、日本アエロジル社製のアエロオキサイドシリーズ(ＡＥＲＯＸＩＤＥ Ａｌｕ Ｃ、ＡＥＲＯＸＩＤＥ Ａｌｕ ６５、ＡＥＲＯＸＩＤＥ Ａｌｕ １３０（いずれも商品名））、アドマテック社製のアドマファインシリーズ(ＡＯ−８０２、ＡＯ−５０２(いずれも商品名))、シーアイ化成社製のＮａｎｏＴｅｋ Ａｌ２Ｏ３(商品名)などを用いることができる。
【００４２】
酸化チタン粒子としては、日本アエロジル社製のアエロオキサイドシリーズ(ＡＥＲＯＸＩＤＥ ＴｉＯ２ Ｐ２５、ＡＥＲＯＸＩＤＥ ＴｉＯ２ ＰＦ２(いずれも商品名)、シーアイ化成社製のＮａｎｏＴｅｋ ＴｉＯ２、テイカ社製のＭＴシリーズ(ＭＴ−０１、ＭＴ−１００Ｓ、ＭＴ−１００ＴＶ、ＭＴ−１００ＳＡ、ＭＴ−１００ＨＤ、ＭＴ−３００ＨＤ、ＭＴ−５００ＨＤ、ＭＴ−５００Ｂなど(いずれも商品名))などを用いることができる。
【００４３】
無機粒子の表面を改質し、エポキシ樹脂と無機粒子の接着性を改善する、或いは分散した無機粒子がエポキシ樹脂中で再凝集するのを抑制する目的で使用するカップリング剤としては、γ−グリシドオキシ−プロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピル−トリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、３−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシジルオキシプロピル−トリメトキシシラン等のシランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤が使用可能であり、これらのカップリング剤を単独もしくは２種類以上の混合物として使用することができる。
【００４４】
次に、上記の無機粒子６による作用、効果を評価した結果について説明する。エポキシ樹脂にシリカナノ粒子(日本アエロジル社製ＡＥＲＯＳＩＬ ２００)を加えて攪拌した後、加熱硬化することで作製した絶縁体サンプルＡ１と、エポキシ樹脂にシリカナノ粒子(日本アエロジル社製ＡＥＲＯＳＩＬ ２００)とシランカップリング剤(γ−グリシドオキシ−プロピルトリメトキシシラン)を加えて攪拌した後、加熱硬化することで作製した絶縁体サンプルＡ２と、シリカナノ粒子(日本アエロジル社製ＡＥＲＯＳＩＬ ２００)とシランカップリング剤(γ−グリシドオキシ−プロピルトリメトキシシラン)を加えて攪拌、分散したエポキシ樹脂でマイカ紙を含浸して加熱硬化することで作製した絶縁体サンプルＡ３と、シリカナノ粒子を含まず、単にエポキシ樹脂を加熱硬化することで作製した絶縁体サンプルＢの耐部分放電性を評価した。評価方法は、図２に示した前述した評価方法と同じである。
【００４５】
この耐部分放電性の評価の結果、各絶縁体サンプルＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂの劣化深さは以下のようになった。
絶縁体サンプルＡ１：７５μｍ
絶縁体サンプルＡ２：２５μｍ
絶縁体サンプルＡ３：５μｍ
絶縁体サンプルＢ：２１０μｍ
【００４６】
上記のとおり、無機粒子を含まない絶縁体サンプルＢに比べて、シリカナノ粒子を含む絶縁体サンプルＡ１、Ａ２、Ａ３のいずれも、放電による劣化深さが非常に小さくなっている。これは、放電に対して優れた耐性を持つシリカナノ粒子がエポキシ樹脂中に緻密に分散していることによる。
【００４７】
すなわち、エポキシ樹脂は有機物であるため、放電によりエポキシ樹脂の分子鎖が切断されて劣化が進行する。しかしながら、シリカナノ粒子がエポキシ樹脂中に緻密に分散している場合、このシリカナノ粒子が放電に対して弱いエポキシ樹脂を保護するため、シリカナノ粒子が含まれていない場合に比べて耐部分放電性が向上する。
【００４８】
また、シリカナノ粒子に加えてシランカップリング剤を含む絶縁体サンプルＡ２、絶縁体サンプルＡ３では、シランカップリング剤を含まない絶縁体サンプルＡ１に比べて更に、放電による劣化深さが小さくなっている。これは、シランカップリング剤が、シリカナノ粒子とエポキシ樹脂の接着性を向上させるため、シリカナノ粒子による保護効果が増すことによる。
【００４９】
さらに、シリカナノ粒子とシランカップリング剤を加えて攪拌、分散したエポキシ樹脂をマイカ紙に含浸させて加熱硬化することにより作製した絶縁体サンプルＡ３では、他のサンプルに比べて放電による劣化深さが最も小さくなっている。これは、マイカ紙によるエポキシ樹脂の保護効果と、シランカップリンブ剤によりエポキシ樹脂との接着性が改善されたシリカナノ粒子による保護効果の２つ保護効果により、放電によるエポキシ樹脂の劣化を最小にすることができるためである。
【００５０】
以上のとおり、エポキシ樹脂に、シリカナノ粒子等の無機粒子を分散させること、さらにシランカップリンブ剤等により無機粒子の表面を改質することによって、放電に対して優れた耐性を持つ気流発生装置とすることができ、長期的に使用することが可能となる。
【００５１】
本実施形態によれば、マイカ紙にエポキシ樹脂を含浸させ、エポキシ樹脂を硬化することで形成された絶縁性基体としたことにより、曲面を持った取り付け面に取り付けることが可能で、且つ、取り付け面の撓みにより破損することがなく、電極間で発生させる放電に対して優れた耐性を持ち長期的に使用することができる。
【００５２】
次に、図４を参照して一実施形態に係る気流発生装置の製造方法について説明する。
【００５３】
本実施形態に係る気流発生装置の製造方法では、まず、エポキシ樹脂を含浸させたマイカ紙を、エポキシ樹脂を接着剤として作用させて貼り合わせた後、加熱乾燥にて半硬化状態（Ｂステージの状態）としたプリプレグシート４１を複数形成する。なお、エポキシ樹脂を含浸させたマイカ紙を複数貼り合わせずに、エポキシ樹脂を含浸させた１つのマイカ紙を加熱乾燥にて半硬化状態としたプリプレグシート４１を用いてもよい。
【００５４】
次に、図４（ａ）に示すように、プリプレグシート４１を積層させるとともに、プリプレグシート４１の間に第１の電極４２を挟み込み、かつ、この積層体の第１の電極４２より表面側に第１の電極４２との間にプリプレグシート４１の一部を介在させた状態で第２の電極４３を設置する。なお、図４（ａ）には、第２の電極４３が表面に露出するように設置した場合について図示されているが、第２の電極４３の一部がプリプレグシート４１で覆われた状態としてもよい。
【００５５】
この後、図４（ｂ）に示すように、プリプレグシート４１、第１の電極４２、第２の電極４３を積層させた積層体を、両側から熱板４４で挟み込み、プレスしながら加熱することで積層体を一体化し、気流発生装置４０を製造する。この加熱は、例えば、室温から１００℃までの加熱を行った後、最終的には１５０℃程度にまで加熱して１０時間程度加熱する。この場合、室温から１００℃までの加熱は減圧雰囲気中で行うことが好ましい。このように減圧雰囲気中で加熱することによって、エポキシ樹脂中に含まれる空気等を排出することができる。
【００５６】
なお、気流発生装置４０の全体の厚さは、例えば、０．５ｍｍから１ｍｍ程度とすることが好ましい。このため、例えばマイカ紙の厚さが０．１ｍｍ程度である場合、マイカ紙は、気流発生装置４０全体として、数枚（例えば、３枚）から１０枚程度積層させることが好ましく、さらに、５〜９枚程度（例えば、７枚）積層させることが好ましい。
【００５７】
エポキシ樹脂は、室温では液状或いは固形である。このため、第１の電極４２及び第２の電極４３を、エポキシ樹脂からなる絶縁性基体内に埋め込む、或いは絶縁性基体表面に設置するためには、金型などの容器内に第１の電極４２及び第２の電極４３を設置した後、液状のエポキシ樹脂或いは、固形エポキシ樹脂を加熱して液状にして、容器内に流し込んだ後に加熱硬化する必要があり、製造工程が非常に複雑となる。
【００５８】
一方、本実施形態では、エポキシ樹脂を含浸させたマイカ紙を、エポキシ樹脂を接着剤として貼り合わせた後、加熱乾燥にて半硬化状態としたプリプレグシート４１を用いる。これによって、エポキシ樹脂を流し込むための金型(容器)が不要となるため、製造工程を簡略化することができる。つまり、第１の電極４２をプリプレグシート４１に挟み込み、且つ、プリプレグシート４１の表面に第２の電極４３を設置し、第１の電極４２と第２の電極４３とプリプレグシート４１を、熱板４４でプレスしながら加熱するのみで、気流発生装置４０を製造することができる。
【００５９】
次に、図５を参照して一実施形態に係る気流発生装置の風車翼への取り付け方法の一例を説明する。図５において、５０は、風力発電システムの風車の風車翼の一部を示しており、風力発電システムでは、この風車翼５０を有する風車が回転することによって、発電を行う。
【００６０】
図５（ａ）に示すように、プリプレグシート５１と第１の電極５２と第２の電極５３を風車翼５０の表面に積層させて設置し、この後、図５（ｂ）に示すように、プリプレグシート５１と第１の電極５２と第２の電極５３の積層体を、曲面を持った熱板５４でプレスしながら加熱することで、風車翼５０の表面に、気流発生装置５５が取り付けられる。気流発生装置５５の構成は、図１に示した構成のものでも、図３に示した構成のものであってもよい。なお、プリプレグシート５１は、エポキシ樹脂を含浸させたマイカ紙、又は当該マイカ紙をエポキシ樹脂を接着剤として作用させて貼り合わせたものを、加熱乾燥にて半硬化状態（Ｂステージの状態）としたものである。
【００６１】
風力発電システムの風車翼５０は曲面により形成されているため、風車翼５０の表面にエポキシ樹脂を流し込むための容器(囲い)を設置することは困難である。そのため、プリプレグシート５１と第１の電極５２と第２の電極５３を風車翼５０の表面に設置した後、曲面を持った熱板５４でプレスしながら加熱することで、曲面により形成された風車翼５０に気流発生装置５５を簡単に取り付けることができる。
【００６２】
以上により、樹脂材料を用いた絶縁体であるため、曲面を持った風力発電システムの風車翼に容易に取り付けることが可能であり、且つ、回転時の風車翼の撓みにより破損することがない。また、電極間で発生させる放電に対して優れた耐性を持ち、屋外で長期的に使用することができる。
【００６３】
以上、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】
【００６４】
１……マイカ紙、２……エポキシ樹脂、３……絶縁性基体、４……第１の電極、５……第２の電極、１０……気流発生装置。
【図１】
0005774426.tif 000002
【図２】
0005774426.tif 000003
【図３】
0005774426.tif 000004
【図４】
0005774426.tif 000005
【図５】
0005774426.tif 000006