(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧範囲における電気工学部品の電気絶縁のための電気伝導率が低い絶縁要素（１）
であって、
天然繊維材料（２）と
導電性粒子（３）と
カチオンポリマー（４）
とを備え、
該天然繊維材料（２）は乾燥状態の下で該絶縁要素（１）の総重量の少なくとも６０重量％を構成し、該導電性粒子（３）は非導電性コア（５）と該コア（５）の周囲に配置された導電性又は半導電性シェル（６）を有し、該導電性粒子（３）のサイズは２μｍから２００μｍの範囲であって、また、該導電性粒子（３）は乾燥状態の下で該絶縁要素の総重量の１０から２５重量％を構成することを特徴とする、絶縁要素。
【請求項２】
前記カチオンポリマー（４）が、乾燥状態の下で前記絶縁要素（１）の総重量の、０．１〜１０重量％、好ましくは０．２〜２重量％、より好ましくは０．５〜１．０重量％を構成する、請求項１に記載の絶縁要素（１）。
【請求項３】
前記天然繊維材料（２）が乾燥状態の下で前記絶縁要素（１）の総重量の少なくとも８０重量％を構成する、請求項１又は２に記載の絶縁要素（１）。
【請求項４】
前記導電性粒子（３）の前記シェル（６）が金属を含有する、請求項１〜３のうちのいずれかに記載の絶縁要素（１）。
【請求項５】
前記シェル（６）が、具体的には異種原子によってドープされた、金属酸化物を含有する、請求項４に記載の絶縁要素（１）。
【請求項６】
前記導電性粒子（３）のサイズが２μｍから１００μｍの範囲にある、請求項１〜５のうちのいずれかに記載の絶縁要素（１）。
【請求項７】
前記導電性粒子（３）の前記コア（５）が天然雲母又は合成雲母を含む、請求項１〜６のうちのいずれかに記載の絶縁要素（１）。
【請求項８】
前記導電性粒子（３）が、Minatec（登録商標）51 CM及び／又はMinatec（登録商標）31 CMである、請求項７に記載の絶縁要素（１）。
【請求項９】
前記カチオンポリマー（４）がポリエチレンイミン又はカチオン性澱粉である、請求項１〜８のうちのいずれかに記載の絶縁要素（１）。
【請求項１０】
前記天然繊維材料（２）が、乾燥状態の下で該天然繊維材料（２）の総重量を基準にして、少なくとも７０重量％のセルロースを含有する、請求項１〜９のうちのいずれかに記載の絶縁要素（１）。
【請求項１１】
前記天然繊維材料（２）が、木材及び／又は一年生草、具体的には綿から製造される、請求項１〜１０のうちのいずれかに記載の絶縁要素（１）。
【請求項１２】
前記天然繊維材料（２）に、油、具体的には変圧油を含浸させ、前記絶縁要素の電気伝導率が、１*１０-16Ｓ／ｍ〜１*１０-7Ｓ／ｍ、具体的には１*１０-14Ｓ／ｍ〜１*１０-9Ｓ／ｍである、請求項１〜１１のうちのいずれかに記載の絶縁要素（１）。
【請求項１３】
請求項１〜１２のうちのいずれかに記載の絶縁要素（１）を備えた高電圧範囲用の電気工学部品。
【請求項１４】
変圧器、具体的にはＨＶＤＣ整流器用変換器である、請求項１３に記載の電気工学部品。
【請求項１５】
請求項１〜１２のうちのいずれかに記載の絶縁要素（１）を製造する方法
であって、少なくとも、
天然繊維材料（２）と導電性粒子（３）とを混合する工程と
該天然繊維材料（２）にカチオンポリマー（４）を混合する工程と
混合後、該導電性粒子（３）と混合した該天然繊維材料（２）を脱水する工程
とを含み、
該天然繊維材料（２）は乾燥状態の下で該絶縁要素（１）の総重量の少なくとも６０重量％を構成し、該導電性粒子（３）は非導電性コア（５）と該コア（５）の周囲に配置された導電性又は半導電性シェル（６）を有し、該導電性粒子（３）のサイズは２μｍから２００μｍの範囲であって、また、該導電性粒子（３）は乾燥状態の下で該絶縁要素の総重量の１０から２５重量％を構成することを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧範囲における電気工学部品の電気絶縁のための電気伝導率の低い絶縁
要素に関する。さらに、本発明は、このような絶縁要素を有する電気工学部品、及びこの
ような絶縁要素の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁要素は、電気工学部品、具体的には変圧器の重要な構成要素である。絶縁要素は、
電気工学部品の作動時に種々の電位にある２つの導電体を、互いに電気的に絶縁するよう
に機能する。これによって、絶縁要素自体に電磁界が確立されるようになり得る。変圧器
の巻線の絶縁では、巻線の効果的な冷却を達成するように、変圧器油を含浸させた絶縁要
素を用いることが多い。
【０００３】
種々の理由により、多くの用途において、具体的にはＨＶＤＣ整流器用変圧器の場合に
、絶縁要素の完全な絶縁に影響を及ぼさず、その代わりに、正確に設定可能な低い電気伝
導率を有することが望ましい。変圧器絶縁体の破壊抵抗の全体的な向上を達成するように
、絶縁要素の電気伝導率を、例えば変圧器油の電気伝導率に対応させることができる。変
圧器油の伝導率よりも更に高い伝導率を有する絶縁要素によって、電場を絶縁油中に、よ
り多く行き渡らせることができ、その結果、絶縁要素の過度に高い局所電場強度を防止す
ることができる。これによって、固体絶縁体への負荷が低減されるか、又は固体絶縁体を
更に小さくすることができる。絶縁要素の寸法を更に小さくすること、すなわち更に薄く
することは、第一に、材料の消費を少なくし、このため、絶縁要素の製造コストを更に低
くすることを意味する。第二に、絶縁要素は、電気工学部品においても占める量はわずか
であり、その結果、これを同様に更に小さくし、更に安価に製造することができる。この
ため、電気工学部品の種類及び用途に応じて、用いられる絶縁要素には一定の電気伝導率
が非常に望ましい。
【０００４】
電気工学部品の作動時、すなわち、例えば変圧器の始動時にも、非常に一定した状態で
あるためには、絶縁要素の電気特性を可能な限り温度に依存しないようにする必要がある
。しかしながら、ほとんどの従来の絶縁要素の電気伝導率は、温度に大きく依存している
。
【０００５】
文献国際公開公報第２００８／１１９７０５Ａ１号には、高分子材料からなるマトリッ
クスを有した絶縁要素が開示されている。一定の電気伝導率を達成するように、高分子材
料に導電性粒子が埋め込まれる。
【０００６】
具体的には変圧器の場合、天然繊維材料、例えばセルロースを含有する絶縁要素が頻繁
に用いられる。セルロースを含む天然繊維材料、特にセルロース自体は、優れた誘電特性
を有し、十分な破壊抵抗を示す。加えて、天然繊維材料は、再生可能な原料として非常に
容易に入手可能であり、このため安価である。さらに、セルロース製の絶縁要素には、変
圧器油を容易に含浸させることができる。
【０００７】
欧州特許出願公開第０９５３６８０Ａ１号には、導電性粒子を組み込むことによって一
定の伝導率が達成されるセルロース系材料が開示されている。しかしながら、この文献に
おいて製造される材料は、少なくとも２．０ｍＳ／ｃｍの伝導率を有しており、この伝導
率は、多くの電気工学部品の絶縁、具体的には変圧器の絶縁には高すぎる。
【０００８】
ドイツ特許第２９３４００７号には、金属充填剤が組み込まれた紙又は板紙製品が開示
されている。このため、この文献に示されている紙又は板紙製品の電気伝導率は、多くの
電気工学用途には高すぎる。
【０００９】
ドイツ特許出願公開第１０２０１００４１６３０Ａ１号には、セルロース材料をベース
とし、半導電性又は非導電性ナノ粒子による油の抵抗に対応させた比抵抗を有する変圧器
の絶縁体が開示されている。この目的のために、セルロース材料中に分散したナノ粒子に
は、導電性ポリマーが被覆している。しかしながら、実行する必要があるセルロース材料
の脱水時にナノ粒子の大部分が洗い流され、故に、粒子の相当な損失が生じるため、この
文献の教示内容による絶縁要素の製造は困難であり、比較的高いコストを伴う。加えて、
絶縁要素の電気伝導率は不均一である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
発明の説明
したがって、本発明の目的は、安価に製造することができ、正確に設定することができ
低くかつ均質に分布した電気伝導率を有する、高電圧範囲における電気工学部品の電気絶
縁のための絶縁要素を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的を達成するために、請求項１に示されている絶縁要素が提案される。加えて、
このような絶縁要素を有する電気工学部品が請求項１４に示され、このような絶縁要素の
製造方法が請求項１６に示されている。好適な実施形態は、従属請求項に示されている。
【００１２】
したがって、本発明は、高電圧範囲における電気工学部品の電気絶縁のための電気伝導
率が低い絶縁要素であって、天然繊維材料と、非導電性コア及びコアの周囲に配置された
導電性又は半導電性シェルを有する導電性粒子と、を含む絶縁要素を提供する。絶縁要素
は、さらに、カチオンポリマーを含む。
【００１３】
カチオンポリマーによって、絶縁要素内に均質に分布した低い電気伝導率、具体的には
、絶縁要素の厚さにわたって均質に分布した低い電気伝導率を達成することが可能である
。この目的のために、導電性粒子及び／又はカチオンポリマーは、絶縁要素中に均質に分
散していることが好ましい。均質な分散は、絶縁要素の厚さにわたって存在することが好
ましく、絶縁要素全体にわたって存在することが好適である。
【００１４】
絶縁要素は、高電圧範囲における電気絶縁に用いられることが好ましい。ただし、高電
圧範囲を下回る電圧における絶縁にも用いることができる。高電圧範囲は、通例では、少
なくとも１０００ボルトの実効値を有するＡＣ電圧と、少なくとも１５００ボルトのＤＣ
電圧と、を包含する。絶縁要素は、好ましくは１００ｋＶ未満の電圧においても、特に好
ましくは少なくとも３５０ｋＶの電圧においても、電気的に絶縁性であるように構成され
る。
【００１５】
絶縁要素、具体的には天然繊維材料には、好適には油、具体的には変圧器油を含浸させ
る。そして、絶縁要素は、油、具体的には変圧器油を含むため、対応する電気工学用途に
直接用いることができる。多くの電気工学用途、具体的には変圧器、特にＨＶＤＣ整流器
用変圧器における使用では、油、具体的には変圧器油を含浸させた絶縁要素の電気伝導率
は、好ましくは少なくとも１＊１０−１６Ｓ／ｍ、より好ましくは１＊１０−１４Ｓ／ｍ
、更により好ましくは１＊１０−１２Ｓ／ｍである。最大電気伝導率は、好ましくは１＊
１０−７Ｓ／ｍ、より好ましくは１＊１０−８Ｓ／ｍである。油の電気伝導率は、ＩＥＣ
規格６００９３（第２版、１９８０年１月１日）に準拠して測定される。非導電性コアと
、コアの周囲に配置された導電性又は半導電性シェルとを有する導電性粒子を用いること
によって、絶縁要素の電気伝導率を正確に、具体的にはこれらの好適な値に設定すること
が可能である。
【００１６】
絶縁要素は１つ以上の層を有することができ、層はそれぞれ、天然繊維材料と、さらに
、導電性粒子と、カチオンポリマーと、を含む。個々の層は、互いに連結されていること
が好適である。絶縁要素が少なくとも２つの層を有する場合、導電性粒子及び／又はカチ
オンポリマーは、少なくとも１つの層、好ましくはそれぞれの層中に、均質に分散してい
ることが好ましい。均質な分散は、好ましくは少なくとも１つの層の厚さにわたって、よ
り好ましくはそれぞれの層の厚さにわたって存在する。
【００１７】
絶縁要素の製造において、カチオンポリマーは、乾燥状態の絶縁要素の総重量の、好ま
しくは０．１〜１０重量％、より好ましくは０．２〜２重量％、最も好ましくは０．５〜
１．０重量％を構成する量で用いられる。絶縁要素は、上述した量のカチオンポリマーを
用いる場合、特に容易に製造することができる。
【００１８】
本発明の目的のために、絶縁要素に関して「乾燥状態の」という表現は、絶縁要素が、
絶縁要素の総重量を基準にして１重量％以下の水を含むことを意味する。含水量の測定は
、ＩＥＣ規格６０８１４（第２版、１９９７年８月２９日）に準拠して行われる。水の測
定には、８３１ＫＦ電量計と組み合わせたMetrohm 774試験用オーブンが用いられる。
【００１９】
導電性粒子は、乾燥状態の絶縁要素の総重量の、好ましくは１〜３０重量％、より好ま
しくは４〜３０重量％、更により好ましくは８〜３０重量％、最も好ましくは１０〜３０
重量％を構成する。これらの粒子の量によって、油の電気伝導率の設定を規定することが
でき、具体的には、１＊１０−１６Ｓ／ｍ〜１＊１０−８Ｓ／ｍ、１＊１０−１４Ｓ／ｍ
〜１＊１０−８Ｓ／ｍ、及び１＊１０−１２Ｓ／ｍ〜１＊１０−８Ｓ／ｍの範囲内に規定
することができ、この範囲は変圧器用途において特に重要である。少なくとも１０重量％
の導電性粒子が存在する場合、導電性粒子が電気伝導率の主な決定因子であり、もはや繊
維材料は主な決定因子はなく、このことは、粒子のパーコレーション効果(percolation e
ffect)によって説明することができる。そして、絶縁要素の電気伝導率は、粒子の適切な
選択によって正確に設定することができ、粒子濃度にほとんど依存しない。この粒子含有
量を超えると、絶縁要素の電気伝導率もほとんど温度に依存しない。粒子濃度が、乾燥状
態の絶縁要素の総重量を基準にして、１０〜２５重量％の範囲、好ましくは１０〜２０重
量％の範囲、より好ましくは１０〜１８重量％の範囲、更により好ましくは１０〜１６重
量％の範囲、最も好ましくは１０〜１５重量％の範囲にある場合、粒子濃度及び温度にほ
とんど依存しない絶縁要素の明確に規定された電気伝導率は、粒子の最小消費において達
成することができる。粒子は、通常、絶縁要素の特に高価な構成要素であるため、絶縁要
素の総コストをこのように削減することができる。
【００２０】
導電性粒子が小板状である場合、最適なパーコレーション効果を観察することができる
。このため、絶縁要素における導電性粒子の必要量は、粒子の小板状構造によって低減す
ることができる。
【００２１】
天然繊維材料は、好適には木材及び／又は一年生草、具体的には綿から得られる。また
、代替的に又は加えて、繊維材料は、マニラ麻(abaca)、ジュート、麻、サイザル(sisal)
及び／又は古紙がベースであってもよい。
【００２２】
天然繊維材料は、乾燥状態の絶縁要素の総重量の、好適には少なくとも６０重量％、具
体的には少なくとも８０重量％を構成する。その結果、絶縁要素は安価に製造され、変圧
器油を容易に含浸させることができる。
【００２３】
導電性又は半導電性シェルは、それぞれの場合において、粒子のコア周囲に完全に配置
されることが好適である。無機材料をベースとすることが好適である。導電性粒子のシェ
ルは、好ましくは金属、より好ましくは金属酸化物を含有する。金属含有シェル、具体的
には金属酸化物含有シェルを備えた粒子によって、絶縁要素における電気伝導率を十分に
規定可能に設定することができる。加えて、このような粒子は、生成するのが更に簡単で
あり、更に安定もしている。金属酸化物は、例えば、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化アンチモ
ン、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、二酸化インジウム、二酸化ケイ素、又は、例え
ば、先述した金属酸化物のうちの個々の金属酸化物の混合物であってもよい。金属酸化物
は、異種原子によってドープされることが好ましい。異種原子の適切な選択及び量によっ
て、絶縁要素の電気伝導率を所望の値に正確に一致させることができる。考えられるドー
ピング原子は、例えば、ガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム、ゲルマニウム
、スズ、リン、ヒ素、アンチモン、セレン、テルル及び／又はフッ素である。
【００２４】
導電性粒子のサイズは、好適には２００μｍ（ミクロン）以下、より好適には１００μ
ｍ以下、更により好適には６０μｍ以下である。また、粒子径も、少なくとも２μｍであ
ることが好ましい。電気伝導率は、カチオンポリマーと組み合わせてこれらのサイズ範囲
の粒子を用い、特に正確に設定できることが分かっている。導電性粒子の厚さは、特に導
電性粒子が小板状粒子である場合には、好ましくは０．３〜４μｍの範囲にあり、具体的
には０．５〜３μｍの範囲にある。
【００２５】
粒子径及び粒度分布は、種々の慣用の方法によって決定することができる。ただし、本
発明によれば、Malvern Mastersizer 2000、APA2000（マルバーンインストゥルメンツ社(
Malvern Instruments Ltd.)（英国）の製品）を使用する標準レーザ光散乱法が用いられ
ることが好ましい。この方法は、粒子径と粒度分布を標準条件下で同時に決定できるとい
う利点を有する。
【００２６】
また、個々の粒子の粒子径、さらに厚さは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の画像によっ
て決定することもできる。これらの場合、粒子径及び幾何学的粒子の厚さは、直接測定に
よって決定することができる。平均値を決定するように、少なくとも１０００の粒子を個
々に評価し、その結果を平均する。
【００２７】
導電性粒子のコアは、無機材料であることが好適である。コアは、天然雲母又は合成雲
母を含むことが好ましい。ただし、コアは、炭酸カルシウム、チョーク、滑石、ベントナ
イト、カオリン、ガラス、二酸化チタン、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、絹雲母又は酸化ア
ルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）も含み得る。雲母を含む導電性粒子は、更に大きな安定性を有
し、更に容易に被覆することができる。
【００２８】
特に好適な実施形態では、導電性粒子は、メルク社(Merck)（ダルムシュタット(Darmst
adt)）による商品名Minatec（登録商標）51 CMの製品、及び／又はメルク社（ダルムシュ
タット）による商品名Minatec（登録商標）31 CMの製品である。また、導電性粒子は、メ
ルク社（ダルムシュタット）による商品名Minatec（登録商標）40 CM、Minatec（登録商
標）60 CM、又はMinatec（登録商標）42 CMの製品であってもよい。
【００２９】
カチオンポリマーとしては、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）及び／又はカチオン性澱粉
を用いることが好ましい。ただし、カチオンポリマーは、ポリアクリルアミド（ＰＡＭ）
、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ＰＤＡＤＭＡＣ）、ポリビニルアルコー
ル、ポリエステルエポキシ樹脂、ポリビニルアミン（ＰＶＡｍ）、ポリエチレンオキシド
（ＰＥＯ）、ジシアンジアミド‐ホルムアルデヒド（ＤＣＤ）、ポリアミドアミン（ＰＡ
ＭＡＭ）、ポリアミノアミド‐エピクロロヒドリン（ＰＡＥ）、又はポリアミドエポキシ
樹脂であってもよい。
【００３０】
本発明の実施形態において、天然繊維材料は、乾燥状態の天然繊維材料の総重量を基準
にして、少なくとも５０重量％、好ましくは少なくとも７０重量％、具体的には７０〜９
９重量％のセルロースを含有する。
【００３１】
本発明の目的のために、天然繊維材料に関して「乾燥状態の」という表現は、天然繊維
材料が、繊維材料の総重量を基準にして１重量％以下の水を含むことを意味する。含水量
の測定は、ＩＳＯ規格４１１９（第２版、１９９５年６月１日）に準拠して行われる。
【００３２】
絶縁要素は、天然繊維材料に加えて、マイクロサイズ及び／又はナノサイズのセルロー
スも含有し得る。当然のことながら、天然繊維材料に加えて、あらゆる数の更なる材料が
含まれていてもよい。このため、絶縁要素には、天然繊維材料に加えて、例えば、ポリオ
レフィン（具体的には、ポリエチレン）、ポリスルホン、ポリエステル樹脂、セラミック
、アラミド、ポリテトラフルオロエチレン、アミロース、アミロペクチン、澱粉、アルギ
ン、ペクチン、カラギーナン、イナゴマメ種子粉、キサンタン、グアラン(guaran)、寒天
、フルセララン、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）及び／又はタマリンド抽出物も
含まれていてもよい。
【００３３】
絶縁要素は、紙、カード又は板紙の形態であることが好ましい。
【００３４】
本発明は、さらに、先述のように構成された絶縁要素を備える高電圧範囲用の電気工学
部品を提供する。電気工学部品は、具体的には、ＨＶＤＣ整流器用変換器などの変圧器で
あり得る。
【００３５】
また、本発明は、先述のように構成された絶縁要素の製造方法も提供する。この方法は
、少なくとも、
非導電性コア、及びコアの周囲に配置された導電性又は半導電性シェルを有する導電性
粒子と、天然繊維材料とを混合する工程と、
導電性粒子と混合した天然繊維材料を脱水する工程と、を含む。
本方法は、さらに、脱水前にカチオンポリマーを天然繊維材料に混合する工程を有する
。カチオンポリマーの混合は、天然繊維材料と導電性粒子との混合前に、混合後に又は混
合時に行うことができる。
【００３６】
本発明の好適な実施形態を、説明の目的のためのみに有用な図面を用いて以下に説明す
るが、これに限定されるようには解釈されない。図面は次のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】導電性粒子の添加が比較的少ない、本発明に係る第１の絶縁要素の概略断面図である。
【図２】図１と比較して導電性粒子の添加を増加させた、本発明に係る第２の絶縁要素の概略断面図である。
【図３ａ】導電性粒子の概略断面図である。
【図３ｂ】導電性粒子の概略断面図である。
【図３ｃ】導電性粒子の概略断面図である。
【図４】本発明に係る絶縁要素の電気伝導率と、導電性粒子の含有量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
高電圧範囲における電気工学部品の電気絶縁のための本発明に係る好適な例の絶縁要素
１を製造する方法を以下に説明する。導電性粒子３を異なるように加えた、この種の絶縁
要素１の概略断面図がそれぞれ、図１及び２に示されている。
【００３９】
本例の本発明に係る絶縁要素１を製造するのに、乾燥状態の天然繊維材料の総重量を基
準にして、少なくとも６０％、理想的な場合には７０〜９９％のセルロースからなる天然
由来の繊維材料２が用いられる。セルロースは、例えば天然繊維材料２、例えば木材、又
は一年生草、例えば綿から得られる。繊維材料２は、更なる加工のために粉砕された形態
で存在するように粉砕される。繊維材料は、１０ＳＲ（ショッパー・リグラー(Schopper-
Riegler)）から８０ＳＲまでの脱水抵抗を有するが、２５ＳＲ〜３５ＳＲまでが最良であ
る。出発材料、すなわち天然繊維材料２の平均長さ‐加重繊維長は、好ましくは０．６ｍ
ｍ〜６．０ｍｍの範囲にあり、より好ましくは０．９ｍｍ〜２．２ｍｍの範囲にある。脱
水抵抗は、ＩＳＯ規格５２６７‐１（第２版、１９９９年３月１日）に準拠して決定され
る。繊維長は、ＴＡＰＰＩ規格Ｔ２７１、ｐｍ‐９１（１９９１年）に準拠して決定され
る。
【００４０】
粉砕された繊維材料２は、水中に懸濁させる。カチオンポリマーの形態の添加剤、例え
ば、カチオン性澱粉、カチオンポリエチレンイミン、カチオンポリアクリルアミド、カチ
オンポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（ポリＤＡＤＭＡＣ）、又はカチオンポ
リビニルアルコールを、水中に懸濁させた繊維材料２に混合する。添加剤の添加は、主に
０．１〜１０重量％、最良には０．５〜１．０重量％の材料密度で行う必要がある。カチ
オンポリマーによって、絶縁要素１内に均質に分布した低い電気伝導率を達成することが
可能である。
【００４１】
好適な例において、ポリエチレンイミン（BASF社製、Polymin（登録商標）SK）は、乾
燥状態の絶縁要素１の総重量を基準にして、乾燥物質の０．５％〜１．０％の割合に相当
する量で用いられる。
【００４２】
製造方法の更なる過程において、繊維材料２とカチオンポリマーの懸濁液に、非導電性
コアとコアの周囲に配置された導電性又は半導電性シェルとを有する導電性粒子３を加え
る。これらの粒子３の非導電性コアは、無機充填剤、例えば、炭酸カルシウム、チョーク
、滑石、ベントナイト、又は特に好ましくは雲母である。導電性又は半導電性シェル層は
、スズ、亜鉛、インジウム、チタン、ジルコニウム、ケイ素及び／又はアンチモンの酸化
物を含むことが好ましい。シェル層は、個々の導電性粒子３の総質量の２０〜６０質量％
を構成することが好ましい。したがって、粒子３の無機充填剤は、導電性粒子３の総質量
を基準にして、４０〜８０質量％の質量割合を有する。
【００４３】
導電性粒子３のサイズは２〜２００μｍであるが、好ましくは１００μｍ以下、更によ
り好ましくは６０μｍ以下であるが、好適には少なくとも２μｍである。無機充填剤はそ
れ自体、９９．５％の灰分を有することが好ましい。粒子径及び粒度分布は、種々の慣用
の方法によって決定することができる。ただし、本発明によれば、Malvern Mastersizer 
2000、APA2000（マルバーンインストゥルメンツ社(Malvern Instruments Ltd.)（英国）
の製品）を使用する標準レーザ光散乱法が用いられることが好ましい。この方法は、粒子
径と粒度分布を標準条件下で同時に決定できるという利点を有する。
【００４４】
また、個々の粒子の粒子径及び厚さは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の画像によって決
定することもできる。これらにおいては、粒子径及び幾何学的粒子の厚さは、直接測定に
よって決定することができる。平均値を決定するように、少なくとも１０００の粒子を個
々に評価し、その結果を平均する。
【００４５】
好適な例において、導電性粒子３は、メルク社（ダルムシュタット）による製品Minate
c（登録商標）31 CM（図３ａ）、又は製品Minatec（登録商標）51 CM（図３ａ）によって
形成される。Minatec（登録商標）31 CMの場合、導電性粒子３の粒子径は２μｍ〜１５μ
ｍの範囲にある。Minatec（登録商標）51 CMの場合、導電性粒子３の粒子径は１０μｍ〜
６０μｍの範囲にある。酸化アンチモンからなるシェル層６の割合は、Minatec（登録商
標）31 CMの場合、３８〜５４重量％であり、Minatec（登録商標）51 CMの場合は２１〜
３６重量％であり、雲母からなる非導電性コア５の割合は、Minatec（登録商標）31 CMの
場合、４６〜６２重量％であり、Minatec（登録商標）51 CMの場合は６４〜７９重量％で
ある。
【００４６】
代替的に又は加えて、導電層、具体的にはシェル層６を有する２つの雲母粒子をそれぞ
れが有し、さらに、石英又は滑石粒子７を介して互いに結合された導電性粒子３を用いる
ことが可能である。これらの粒子３の導電層６は、理想的には、アンチモンの酸化物を含
む。メルク社（ダルムシュタット）による商品名Minatec（登録商標）40 CM（図３ｂ）、
Minatec（登録商標）60 CM（図３ｂ）の製品の導電性粒子は、石英粒子７を有している。
メルク社（ダルムシュタット）による商品名Minatec（登録商標）42 CM（図３ｃ）の製品
の導電性粒子は、滑石粒子７を含有している。
【００４７】
更なる製造工程では、水中に懸濁させ、そしてカチオンポリマー４及び導電性粒子３と
混合した繊維材料２を、ふるいによって脱水する。その後のプレス操作では、繊維材料２
中に依然として残存する水を除去する。
【００４８】
６０〜９４％の天然繊維材料２、０．８〜１．２％のカチオンポリマー４、及び５．２
〜３９．２％の導電性粒子３という割合を有する懸濁液の脱水によって、単一層の微細構
造が形成される。絶縁要素１は、最終的に、これらの個々の層の、好ましくは１０層未満
、より好ましくは８層未満、最も好ましくは１〜７層から形成される。これらの層を整形
用ローラー上で巻き上げて、５０〜９０％の含水量の湿った状態を基準にして、厚いカー
ド又は板紙に５０ｍｍの厚さに変換することができる。
【００４９】
脱水操作時に、繊維材料は、圧力のみによって脱水されるのではなく、５０〜１６０℃
の加熱によっても脱水される。
【００５０】
脱水後、カチオンポリマー４及び導電性粒子３と混合した繊維材料２は、紙、カード又
は板紙の形態で存在し、単位面積当たりの重量が２０ｇ／ｍ２〜１２０００ｇ／ｍ２であ
ることが好ましい。カードの単位面積当たりの重量は、２２５〜６００ｇ／ｍ２未満であ
ることが好ましい。板紙の単位面積当たりの重量は、６００〜１２０００ｇ／ｍ２である
ことが好ましい。紙の単位面積当たりの重量は、２２５ｇ／ｍ２であることが好ましい。
【００５１】
更なる製造工程では、シート状脱水繊維材料２を、最大５００ｍｍの厚さに達するよう
に、接着剤によって接着することができる。接着剤は、例えば、ポリエステル樹脂、カゼ
イン、又はマイクロサイズ若しくはナノサイズのセルロースをベースとしてもよい。同様
に、導電性粒子３及びカチオンポリマー４と混合した繊維材料２をプレス操作により３次
元構造に成形して変換し、成形後に熱によりこれを乾燥させることも可能である。
【００５２】
導電性粒子３の量は、乾燥状態の絶縁要素の総重量を基準にして、１〜３０重量％、好
ましくは４〜３０重量％、より好ましくは８〜３０重量％、最も好ましくは１０〜３０重
量％の含有量が、脱水された絶縁要素１に含まれるように選択される。これらの粒子の量
によって、油の電気伝導率の設定を規定することができ、具体的には、１＊１０−１６Ｓ
／ｍ〜１＊１０−８Ｓ／ｍ、１＊１０−１４Ｓ／ｍ〜１＊１０−８Ｓ／ｍ、及び１＊１０
−１２Ｓ／ｍ〜１＊１０−８Ｓ／ｍの範囲内に規定することができ、この範囲は変圧器用
途において特に重要である。結果が図４に示されている試験は、絶縁要素１の油の電気伝
導率が、導電性粒子３を含まない場合と比較して、１０重量％よりも顕著に低い、すなわ
ち、具体的には６重量％未満の粒子３において、わずかに増加することを示している。導
電性粒子３の含有量が約６重量％〜約１０重量％を超えると、乾燥油含浸絶縁要素１の電
気伝導率は、１＊１０−１６Ｓ／ｍ〜１＊１０−１１Ｓ／ｍの範囲の値から、１＊１０−
９Ｓ／ｍ〜１＊１０−７Ｓ／ｍの範囲の値、具体的には約１＊１０−８Ｓ／ｍまで増加す
る。絶縁要素１中の導電性粒子３の濃度が更に１０重量％を超えて増加すると、絶縁要素
１の電気伝導率は、１＊１０−９Ｓ／ｍ〜１＊１０−７Ｓ／ｍの範囲、具体的には約１＊
１０−８Ｓ／ｍにおいて一定している。図４に示されている油の電気伝導率を、一方の例
では紙として、他方の例では板紙として構成される絶縁要素１において測定した。紙と板
紙の両方について、油の電気伝導率を、いずれの例も、ＩＥＣ規格６００９３（第２版、
１９８０年１月１日）に準拠し、２３℃及び９０℃の温度で決定した。
【００５３】
電気伝導率が非常に少量の粒子によってほとんど影響を受けず、そして、特定の粒子濃
度を超えるとほぼ一定の値であると考えられるために、特定の粒子濃度を超えてのみ増加
するという効果は、具体的には図１及び２によって説明することができる。
【００５４】
図１に示されているように、絶縁要素１中の導電性粒子３の濃度が非常に低いと、粒子
３は、繊維材料２の個々の繊維間に均一に組み込まれ、相互にほとんど接触しない。そし
て、絶縁要素１の電気伝導率の重要な因子は、繊維材料２である。このため、絶縁要素１
の電気伝導率は、導電性粒子３を含まない対応する絶縁要素１の場合にほぼ対応する。
【００５５】
導電性粒子３の特定の濃度が約６重量％を超えると、粒子３が互いに接触し始める（図
２）。したがって、絶縁要素１の電気伝導率は、粒子３によって漸増的に決定される。特
定の濃度を超えると、粒子３は、互いに接触している粒子３の鎖を多く形成し、これらの
鎖は絶縁要素１の上側から下側に延びている。このようにして、パーコレーション効果が
生じる。粒子濃度が更に増加すると、絶縁要素１の電気伝導率は、もはや更に上昇するこ
とはなく、その代わりに一種の飽和状態に達している。
【００５６】
多くの用途に望ましい、１＊１０−１６Ｓ／ｍ〜１＊１０−７Ｓ／ｍの範囲、具体的に
は１＊１０−１４Ｓ／ｍ〜１＊１０−９Ｓ／ｍの範囲内の絶縁要素１の電気伝導率を達成
するように、可能な限り少量の粒子を用いて、１重量％〜３０重量％、好ましくは４重量
％〜３０重量％、より好ましくは８重量％〜３０重量％、更により好ましくは１０重量％
〜３０重量％の粒子濃度を選択する必要がある。
【００５７】
実施された試験では、驚くべきことに、絶縁要素１の電気伝導率は、粒子濃度が約１０
重量％を超えると、ほとんど温度に依存しないことも分かった。これもまた、粒子３によ
って主に説明することができ、温度によって更に強く影響を受ける繊維材料２は、この粒
子濃度を超えると、もはや絶縁要素１の電気伝導率の原因ではない。
【００５８】
絶縁要素１の特に好適な実施形態は、それぞれの場合において、乾燥状態の絶縁要素１
の総重量を基準にして、次の組成を有する。
１０重量％のMinatec（登録商標）51 CM、
１重量％のカチオンポリマー４、
０．５〜１重量％の水、及び、
８８．０〜８８．５重量％の天然繊維材料２。
ここで、天然繊維材料２の総重量を基準にして７０〜９９．５重量％の天然繊維材料は
、純粋なセルロースである。天然繊維材料２の総重量を基準にして０．５〜２０重量％、
好ましくは１５重量％の天然繊維材料は、ヘミセルロースである。天然繊維材料２の総重
量を基準にして０〜１９．５重量％、好ましくは３〜５重量％の天然繊維材料は、リグニ
ンである。
【００５９】
当然のことながら、本明細書に説明されている発明は、先述した実施形態に限定されず
、多くの変更が可能である。例えば、絶縁要素１は、必ずしも変圧器の構成要素である必
要はない。また、絶縁要素１は、他の電気工学部品、例えば、補償チョーク(compensatin
g chokes)又は移相器を絶縁するのに用いることもできる。変圧器の場合、必ずしも油を
充填した変圧器である必要はない。当然のことながら、本発明に係る絶縁要素１は、例え
ばガス絶縁変圧器に用いることもできる。更に多くの変更が考えられる。
【符号の説明】
【００６０】
１  絶縁要素
２  繊維材料
３  導電性粒子
４  カチオンポリマー
５  コア
６  シェル
７  石英又は滑石粒子
【図１】
0006669767.tif 000002
【図２】
0006669767.tif 000003
【図３ａ】
0006669767.tif 000004
【図３ｂ】
0006669767.tif 000005
【図３ｃ】
0006669767.tif 000006
【図４】
0006669767.tif 000007