(57)【要約】【課題】  六弗化硫黄ガスを絶縁媒体とするガス絶縁機器の構造部材として六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有する、簡略な構成の構造部材を提供する。【解決手段】  六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材１は、母材である樹脂２ａをガラス繊維２ｂで補強してなるガラス繊維強化複合材料２の外面を、絶縁性塗料３により被覆することで構成されており、絶縁性塗料３には、層状シリケート化合物４が均一に分散されている。層状シリケート化合物４としては、スメクタイト群、マイカ群、バーミキュライト群、雲母群からなる鉱物群から選択された少なくとも一種、またはこれらの混合物が使用されるが、特に、層間に四級アンモニウムイオンが存在するものが望ましい。層状シリケート化合物は、特別な混合装置を用いるか、あるいは、電気絶縁性無機物と一緒に混合することで、高剪断力を加えながら混合することにより、絶縁性塗料中で均一に分散されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁媒体として六弗化硫黄を使用した六弗化硫黄ガス絶縁機器中で使用される六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材において、
ガラス繊維強化複合材料の外面を、層状シリケート化合物が充填された絶縁性塗料により被覆して構成されている、
ことを特徴とする六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材。
【請求項２】
前記絶縁性塗料には、前記層状シリケート化合物と電気絶縁性無機物の混合物が充填されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材。
【請求項３】
前記電気絶縁性無機物は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、の中から選択された少なくとも１種、またはこれらの混合物である、
ことを特徴とする請求項２に記載の六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材。
【請求項４】
前記層状シリケート化合物は、その層間で剥離し、剥離した層が前記絶縁性塗料中に分散している、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材。
【請求項５】
前記層状シリケート化合物は、スメクタイト群、マイカ群、バーミキュライト群、からなる鉱物群の中から選択された少なくとも１種、またはこれらの混合物である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材。
【請求項６】
前記層状シリケート化合物の層間に四級アンモニウムイオンが存在する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材。
【請求項７】
前記層状シリケート化合物の表面、または、前記層状シリケート化合物および前記電気絶縁性無機物の表面は、カップリング剤、界面活性剤、両親媒性化合物、の中から選択された少なくとも１種により改質されている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材。
【請求項８】
絶縁媒体として六弗化硫黄を使用した六弗化硫黄ガス絶縁機器において、
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材を備えた、
ことを特徴とする六弗化硫黄ガス絶縁機器。
【請求項９】
絶縁媒体として六弗化硫黄を使用したガス絶縁機器の構造部材に使用される絶縁性塗料において、
絶縁樹脂材料中に層状シリケート化合物が充填され、この層状シリケート化合物が高剪断力混合により均一に分散されている、
ことを特徴とする絶縁性塗料。
【請求項１０】
絶縁媒体として六弗化硫黄を使用したガス絶縁機器の構造部材に使用される絶縁性塗料の作製方法において、
絶縁樹脂材料に層状シリケート化合物を添加し、高剪断力を加えながら混合する、
ことを特徴とする絶縁性塗料の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁媒体として六弗化硫黄を使用した六弗化硫黄ガス絶縁機器に関するものであり、特に、耐六弗化硫黄分解ガス性の向上を図った構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
送変電機器において使用される絶縁構造部材には、電気絶縁性、機械的強度、化学的安定性などに優れた特性を有する材料を使用する必要がある。このような優れた材料としては、エポキシ樹脂が広く使用されているが、例えば、ガス絶縁遮断器において開閉操作を伝達するために使用される絶縁操作棒等のように、大きな衝撃が繰り返し加わるような構造部材の場合、エポキシ樹脂のみでは十分な機械的強度を得ることができない。そのため、そのような構造部材については、従来、エポキシ樹脂を繊維で補強した繊維強化複合材料が使用されている。このような繊維強化複合材料は、各種繊維をベース材料であるエポキシ樹脂で含浸後、加圧硬化することで製造される。
【０００３】
また、繊維強化複合材料は、その強化繊維の違いにより、炭素繊維強化複合材料やガラス繊維強化複合材料などに分類される。炭素繊維強化複合材料は、軽量であることから、スポーツ用品、レジャー用品、航空宇宙用途等では広く使用されているが、ガス絶縁遮断器における絶縁操作棒の場合には、電気絶縁性の問題からガラス繊維強化複合材料を用いるのが普通である。
【０００４】
ガス絶縁遮断器のうち、絶縁媒体として六弗化硫黄ガスを使用した六弗化硫黄ガス絶縁遮断器においては、操作時に六弗化硫黄ガス（ＳＦ6）中で発生するアークにより、次の化学式（１）に示すように、ＳＦ6ガスが分解してＳＦ4やＳＯＦ2等の分解ガスが発生する。これらの分解ガスは、次の化学式（２）（３）に示すように、装置内の微量水分と反応して、最終的には弗化水素（ＨＦ）に変化する。
【化１】
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【０００５】
この弗化水素は、ガラス繊維の構成成分である酸化珪素（ＳｉＯ2）を分解する性質を有する。このため、弗化水素は、次の化学式（４）（５）に示すように、ガラス繊維強化複合材料中のガラス繊維と反応して潮解性のＨ2ＳｉＦ6を形成し、ガラス繊維強化複合材料の表面抵抗及び機械強度を大きく低下させる。
【化２】
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【０００６】
従って、絶縁操作棒など、ガス絶縁遮断器内で用いられるガラス強化繊維複合材料を長時間安定した状態で使用するためには、六弗化硫黄分解ガスによるガラス繊維およびガラス繊維強化複合材料の劣化を抑制する必要がある。
【０００７】
このような問題を解決する手段としては、例えば、ガラス繊維強化複合材料の表面にエポキシ樹脂の保護膜を設ける方法、あるいは、特許文献１に示されているように、六弗化硫黄分解ガスに対して耐性を有する酸化アルミニウム粒子をエポキシ樹脂に充填した保護膜を設ける方法が知られている。
【０００８】
また、前述のような保護膜を設ける方法以外には、特許文献２に示されたものが知られている。この特許文献２においては、ガラス繊維強化複合材料の補強材として、硼素および硼素化合物のいずれも含有しない低アルカリガラス繊維を用いることで、六弗化硫黄ガスの分解生成物に対する耐性の向上を図っている。
【０００９】
さらに、特許文献３においては、ガラス繊維強化複合材料により構成される電気絶縁材料を、六弗化硫黄分解ガスに対して安定な絶縁材料により構成される絶縁構造物により、包囲・隔離することで、六弗化硫黄分解ガスについての課題の解決を図っている。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１１８２３公報
【特許文献２】特開昭５６−７１２２７号公報
【特許文献３】特公昭５１−３８９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したような従来の技術には、以下に述べるような課題がある。
【００１２】
まず、ガラス繊維強化複合材料の表面に、エポキシ樹脂保護膜を形成する方法、あるいは、特許文献１に示すように、酸化アルミニウムを充填したエポキシ樹脂保護膜を形成する方法などでは、保護膜が薄いと、六弗化硫黄分解ガスがエポキシ樹脂皮膜を透過して内部のガラス繊維強化複合材料に達し、ガラス繊維を分解して表面抵抗の低下が生じる。そのため、六弗化硫黄分解ガスに対する耐性を得るためには、保護膜の厚さを十分に確保する必要がある。
【００１３】
具体的に、１〜１０μｍの酸化アルミニウムを充填したエポキシ樹脂保護膜においては、六弗化硫黄分解ガスに対する耐性を得るために、保護膜の厚さを７５μｍ以上にする必要がある。このため、保護膜を重ね塗りして所定の厚さにする必要があり、その結果、作業工程数が増え、効率が悪くなる。一方、保護膜を厚くすると、六弗化硫黄分解ガスの透過を防ぐことはできるが、その反面、皮膜とガラス繊維強化複合材料の線膨張係数が異なるため、冷熱サイクルによって皮膜に剥離や亀裂が発生するという新たな問題を生じる。
【００１４】
また、特許文献２に示すように、硼素および硼素化合物のいずれも含有しない低アルカリガラス繊維を使用した場合にも、やはり、六弗化硫黄分解ガスに対する耐性には限界がある。すなわち、低アルカリガラス繊維を使用した場合には、硼素及び硼素化合物を含むガラス繊維を使用した場合よりも、六弗化硫黄ガスの分解生成物に対する耐性の向上を図ることができるが、六弗化硫黄分解ガスが樹脂を通過して酸化珪素を主成分とするガラス繊維まで到達することに変わりはないため、分解ガスに対する耐性を著しく向上することは期待できなかった。また、低アルカリガラス繊維は、一般のガラス繊維よりも価格が高く、コスト面で不利となる。
【００１５】
さらに、特許文献３に記載の技術では、構造上、ガラス繊維強化複合材料が六弗化硫黄分解ガスに触れないため、六弗化硫黄分解ガスによる劣化は生じないと考えられる。しかし、ガラス繊維強化複合材料を包囲するための絶縁構造物を機器内に設けるため、機器自体の構造が複雑化・大型化し、機器の製造、保全・管理が難しくなるという問題がある。
【００１６】
なお、以上のような問題点は、遮断器などの各種開閉器に限らず、絶縁媒体として六弗化硫黄を使用した各種の六弗化硫黄ガス絶縁機器に同様に存在する問題点である。
【００１７】
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、六弗化硫黄ガスを絶縁媒体とするガス絶縁機器の構造部材として六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有する、簡略な構成の構造部材を提供すると共に、そのような構造部材を使用することにより、安全性および信頼性に優れ、小型・簡略でコスト面でも有利な六弗化硫黄ガス絶縁機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記のような目的を達成するために、ガラス繊維強化複合材料の外面を、層状シリケート化合物が充填された絶縁性塗料により被覆することにより、絶縁性塗料中に分散したシリケート層によって六弗化硫黄分解ガスの透過を抑制できるようにしたものである。したがって、六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有する、簡略な構成の構造部材を提供することができる。
【００１９】
したがって、そのような構造部材を使用することにより、安全性および信頼性に優れた六弗化硫黄ガス絶縁機器を提供することができる。また、構造部材の絶縁性塗料の厚さは、それほど厚くする必要はないため、絶縁性塗料の被覆作業は一回程度で十分である。また、シリケート化合物を塗料の一部に使用するだけであるため、低アルカリガラス繊維などを使用した場合に比べてコスト面でも有利である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ガラス繊維強化複合材料の外面を、層状シリケート化合物が充填された絶縁性塗料により被覆することにより、六弗化硫黄ガスを絶縁媒体とするガス絶縁機器の構造部材として六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有する、簡略な構成の構造部材を提供すると共に、そのような構造部材を使用することにより、安全性および信頼性に優れ、小型・簡略でコスト面でも有利な六弗化硫黄ガス絶縁機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下には、上記のような本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
［１．基本構成］
図１は、本発明による六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材の１つの形態を示す模式的断面図である。この図１において、六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材１は、母材である樹脂２ａをガラス繊維２ｂで補強してなるガラス繊維強化複合材料２の外面を、絶縁性塗料３により被覆することで構成されており、絶縁性塗料３には、層状シリケート化合物４が均一に分散されている。また、図２は、図１の形態の変形例であり、絶縁性塗料３には、層状シリケート化合物４および電気絶縁性無機物５が均一に分散されている。以下には、各構成要素２〜５についてより詳細に説明する。
【００２３】
［２．ガラス繊維強化複合材料］
ガラス繊維強化複合材料２の母材となる樹脂２ａは、六弗化硫黄分解ガスに対する耐性を有し、使用環境において必要とされる電気絶縁性と機械的強度を満たすことが可能であれば、どのような樹脂でもよく、具体的には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂等が考えられる。
【００２４】
また、ガラス繊維強化複合材料２中のガラス繊維２ｂについても、使用環境において必要とされる電気的特性と機械的強度を満たすことが可能であれば、どのようなガラス繊維でもよいが、一般的に、電気・電子用繊維強化複合材料においては、電気的特性の優れたＥガラス繊維を使用する場合が多い。また、ガラス繊維の形態についても、何ら限定されるものではなく、織物、一方向に引き揃えたもの、マット等、任意の形態が使用可能である。
【００２５】
［３．絶縁性塗料］
絶縁性塗料３は、１分子当たり２個以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂を、エポキシ樹脂用硬化剤で硬化させたものである。エポキシ樹脂は、炭素原子２個と酸素原子１個からなる三員環を１分子中に２個以上持った硬化し得る化合物であれば、適宜使用可能であり、その種類は限定されるものではないが、例えば、次に挙げるような化合物が使用可能である。
【００２６】
すなわち、具体的なエポキシ樹脂としては、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、などが挙げられる。これらの化合物は、少なくとも１種類単独で、あるいは２種以上の混合物として使用することができる。
【００２７】
また、エポキシ樹脂用硬化剤は、エポキシ樹脂と化学反応してエポキシ樹脂を硬化させるものであり、例えは、次に挙げるような材料が使用可能である。
【００２８】
すなわち、具体的な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、などが挙げられる。これらの硬化剤は、少なくとも１種類単独で、あるいは２種類以上の混合物として使用することができる。さらに、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ある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。
【００２９】
［４．層状シリケート化合物］
層状シリケート化合物４としては、スメクタイト群、マイカ群、バーミキュライト群、雲母群からなる鉱物群から選択された少なくとも一種であればよい。ここで、スメクタイト群に属する層状シリケート化合物としては、モンモリロナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、バイデライト、ステブンサイト、ノントロナイト等が挙げられる。また、マイカ群に属する層状シリケート化合物としては、クロライト、フロゴパイト、レピドライト、マスコバイト、バイオタイト、パラゴナイト、マーガライト、テニオライト、テトラシリシックマイカ等が挙げられる。さらに、バーミキュライト群に属する層状シリケート化合物としては、トリオクタヘドラルバーミキュライト、ジオクタヘドラルバーミキュライトが挙げられる。そしてまた、雲母群に属する層状シリケート化合物としては、白雲母、黒雲母、パラゴナイト、レビトライト、マーガライト、クリントナイト、アナンダイト等が挙げられる。いずれの層状シリケート化合物も選択可能であるが、エポキシ樹脂への分散性の点からは、特に、スメクタイト群に属する層状シリケート化合物が望ましい。なお、これらの層状シリケート化合物は、少なくとも１種類単独で、あるいは２種類以上の混合物として使用することができる。
【００３０】
また、これらの層状シリケート化合物は、シリケート層が積層した構造を有しており、イオン交換により、その層間にイオン、分子、クラスター等の種々の物質を保持することできるため、シリケート層の層間に種々の有機化合物を挿入することができる。層状シリケート化合物の層間に挿入する有機化合物としては、エポキシ樹脂に対する親和性を層状シリケート化合物に付与できる有機化合物であれば適宜使用可能であり、その種類は限定されるものではないが、イオン交換処理により層間挿入される度合を考慮すると、四級アンモニウムイオンが望ましい。
【００３１】
この場合、四級アンモニウムイオンとしては、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラヘキシルアンモニウムイオン、ジヘキシルジメチルアンモニウムイオン、ジオクチルジメチルアンモニウムイオン、ヘキサトリメチルアンモニウムイオン、オクタトリメチルアンモニウムイオン、ドデシルトリメチルアンモニウムイオン、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムイオン、ステアリルトリメチルアンモニウムイオン、ドコセニルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリメチルアンモニウムイオン、セチルトリエチルアンモニウムイオン、ヘキサデシルアンモニウムイオン、テトラデシルジメチルベンジルアンモニウムイオン、ステアリルジメチルベンジルアンモニウムイオン、ジオレイルジメチルアンモニウムイオン、Ｎ−メチルジエタノールラウリルアンモニウムイオン、ジプロパノールモノメチルラウリルアンモニウムイオン、ジメチルモノエタノールラウリルアンモニウムイオン、ポリオキシエチレンドデシルモノメチルアンモニウムイオン、ジメチルヘキサデシルオクタデシルアンモニウムイオン、トリオクチルメチルアンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン、テトラプロピルアンモニウムイオン、等が挙げられる。このうち、特に、ジメチルヘキサデシルオクタデシルアンモニウムイオン、トリオクチルメチルアンモニウムイオンが望ましい。これらの四級アンモニウムイオンは、少なくとも１種類単独で、あるいは２種類以上の混合物として使用することができる。
【００３２】
［５．電気絶縁性無機物］
図２の形態で絶縁性塗料３中に分散させている電気絶縁性無機物５は、六弗化硫黄分解ガスに対する耐性を有し、かつ、電気絶縁特性に優れた無機物である必要がある。このような電気絶縁性無機物としては、具体的には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、弗化アルミニウム、弗化マグネシウム、弗化カルシウム、等が挙げられ、少なくとも１種類単独で、あるいは２種類以上の混合物として使用することができる。
【００３３】
［６．層状シリケート化合物および電気絶縁性無機物の表面改質］
また、層状シリケート化合物、電気絶縁性無機物の表面を改質し、エポキシ樹脂と層状シリケート、電気絶縁性無機物の接着性を改善する、或いは分散した層状シリケート化合物、電気絶縁性無機物が樹脂中で再凝集するのを抑制する目的で、カップリング剤、界面活性剤、両親媒性化合物を使用することが可能である。
【００３４】
具体的には、カップリング剤として、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、等が使用可能である。また、界面活性剤および両親媒性化合物として、ドデシル硫酸ナトリウム、ｎ−ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ビス（２−エチルヘキシルスルホこはく酸ナトリウム）（Ａｅｒｏｓｏｌ  ＯＴ）、オレイン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、アルギン酸ナトリウム、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、ポリりん酸ナトリウム、ヘキサメタりん酸ナトリウム、セチルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ）、等が使用可能である。さらに、その他の分散助剤として、アセトン、メチルエチルケトン、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、等が使用可能である。これらのカップリング剤、界面活性剤、両親媒性化合物は、少なくとも１種類単独で、あるいは２種類以上の混合物として使用することができる。
【００３５】
［７．構造部材の具体例］
以下には、構造部材の具体例として、本発明により作製した六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材の望ましい実施例と、対照的な差異を持たせて作製した構造部材の比較例を示し、これらの実施例および比較例の対照評価を行う。
【００３６】
［実施例１］
絶縁性塗料の材料であるビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン社製、商品名：エピコート８２８）１００重量部に、充填材として、四級アンモニウムイオンが層間に挿入されている層状シリケート化合物（コープケミカル社製、商品名：ＳＴＮ）１０重量部を添加すると共に、カップリング剤として、チタネート系カップリング剤（味の素社製、商品名：ＫＲ−ＴＴＳ）１重量部を添加した。この混合材料に対して、３本ロールミル混合機（井上製作所社製、型式：Ｓ−２×６）を用いて高剪断力混合を行った後、エポキシ樹脂用硬化剤（ジャパンエポキシレジン社製、商品名：エポメートＢ−００１）２２重量部を添加・混合して、本発明に係る絶縁性塗料を作製した。この絶縁性塗料を、ガラス繊維強化複合材料の表面に３０μｍの厚さで塗布して、図１に示すような構造部材を作製した。
【００３７】
［実施例２］
実施例１と同様のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部に、実施例１と同様の四級アンモニウムイオンが層間に挿入されている層状シリケート化合物１０重量部、チタネート系カップリング剤１重量部を添加し、さらに、実施例１で添加していない絶縁性無機物（酸化アルミニウム、太平洋ランダム社製、商品名：ＴＧ）１１０重量部、を充填材として添加した。そして、この混合材料に対して、実施例１とは異なり、万能混合攪拌機（ダルトン社製、商品名：５ＤＭＶ−ｒ型）を用いて高剪断力混合を行った後、実施例１と同様のエポキシ樹脂用硬化剤２２重量部を添加・混合して、本発明に係る絶縁性塗料を作製した。この絶縁性塗料を、実施例１と同様に、ガラス繊維強化複合材料の表面に３０μｍの厚さで塗布して、図２に示すような構造部材を作製した。
【００３８】
［比較例１］
実施例１と同様のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部に、硬化剤として実施例１と同様のエポキシ樹脂用硬化剤２２重量部のみを添加し、実施例２と同様の万能混合攪拌機を用いて混合して、従来技術に係る絶縁性塗料を作製した。この絶縁性塗料を、実施例１，２と同様に、ガラス繊維強化複合材料の表面に３０μｍの厚さで塗布して、従来技術に係る構造部材を作製した。
【００３９】
［比較例２］
実施例１と同様のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部に、充填材として、実施例２と同様の絶縁性無機物１１０重量部のみを添加し、実施例２と同様の万能混合攪拌機（ダルトン製社，商品名：５ＤＭＶ−ｒ型）を用いて混合後、実施例１と同様のエポキシ樹脂用硬化剤２２重量部を添加・混合して、従来技術に係る絶縁性塗料を作製した。この絶縁性塗料を、実施例１と同様に、ガラス繊維強化複合材料の表面に３０μｍの厚さで塗布して、従来技術に係る構造部材を作製した。
【００４０】
［比較例３］
実施例１と同様のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００重量部に、従来技術に係る充填材として、ナトリウムイオンが層間に存在する(四級アンモニウムイオンが挿入されていない)層状シリケート化合物（コープケミカル社製，商品名：ＳＷＮ）１０重量部を添加し、実施例２と同様の万能混合攪拌機（ダルトン製社，商品名：５ＤＭＶ−ｒ型）を用いて混合後、実施例１と同様のエポキシ樹脂用硬化剤２２重量部を添加・混合して、実施例１とは異なる種類の層状シリケート化合物を充填した絶縁性塗料を作製した。この絶縁性塗料を、実施例１と同様に、ガラス繊維強化複合材料の表面に３０μｍの厚さで塗布して構造部材を作製した。
【００４１】
次の表１は、上記のような実施例１，２および比較例１〜３の絶縁性塗料における配合組成物および混合方法をまとめたものである。
【表１】
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【００４２】
［８．各構造部材の評価結果］
以下には、上記のような実施例１，２および比較例１〜３の構造部材、に対する数値的な評価結果および状態評価結果について説明する。
【００４３】
［耐六弗化硫黄分解ガス性の評価結果］
耐六弗化硫黄分解ガス性を評価するため、実施例１，２により作製した構造部材、および比較例１〜３により作製した各構造部材を、六弗化硫黄分解ガス（１５０００ｐｐｍ）と水分（１０００ｐｐｍ）を含む六弗化硫黄ガスが充填されたタンク内で暴露し、ＪＩＳ―Ｋ６６９１「熱硬化性プラスッチック一般試験方法（表面抵抗）」に従い、試験片樹脂表面の絶縁抵抗を測定した。図３は、実施例１，２および比較例１〜３に係る各構造部材の耐六弗化硫黄分解ガス性の評価結果として、各構造部材の表面抵抗率の時間変化を示すグラフである。
【００４４】
この図３から明らかなように、本発明の実施例１，２においては、六弗化硫黄分解ガス曝露後の構造部材における表面絶縁抵抗の低下が、比較例１〜３に比べて格段に抑制されており、六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有していることが分かる。
【００４５】
［層状シリケート化合物の分散状態評価結果］
絶縁性塗料中における層状シリケートの分散状態や層剥離状態を確認する手段の一つとして、広角Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定がある。層状シリケート化合物は、ＳｉＯ4四面体が二次元状に配列したシート（シリケート層）からできており、このシートが積層した構造を有している。一般に、ＸＲＤ測定での２θ＝３〜１０°の範囲にある強い反射ピークは、層状シリケート化合物が層構造を維持したまま、樹脂中に分散していることを示し、また、２θ＝３〜１０°の範囲に明瞭な反射ピークが存在しない場合、層状シリケート化合物が層間で剥離し、剥離したシリケート層が均一に分散していることを示している。
【００４６】
このような前提の下に、実施例１および比較例３において作製した絶縁性塗料を、ＸＲＤ測定用のガラス板に３０μｍの厚さで塗布した測定用試料を作製し、ＸＲＤ測定（理学社製、型式：ＸＲＤ−Ｂ）を行った。図４は、このＸＲＤ測定の測定結果を示すグラフである。
【００４７】
この図４から明らかなように、比較例３においては、２θ＝７°に強い反射ピークが存在しており、したがって、層状シリケート化合物が層構造を維持したまま、樹脂中に分散していることが分かる。これに対して、本発明の実施例１においては、２θ＝３〜１０°の範囲に明瞭な反射ピークが存在せず、したがって、層状シリケート化合物が層間で剥離し、剥離したシリケート層が均一に分散していることが分かる。
【００４８】
［電子顕微鏡（ＴＥＭおよびＳＥＭ）による絶縁性塗料の断面観察結果］
絶縁性塗料中における層状シリケートおよび電気絶縁性無機物の分散状態を確認するため、実施例１，２により作製した各絶縁性塗料、および比較例１〜３により作製した絶縁性塗料の断面を電子顕微鏡（ＴＥＭ：日立製作所社製、型式：Ｈ−７１００ＦＡ、および、ＳＥＭ：日本電子社製、型式：ＪＳＭ−５４００ＬＶ）により観察した。図５は、このような電子顕微鏡による観察結果とＸＲＤ測定の結果から作成した絶縁性塗料中における層状シリケート化合物および電気絶縁性無機物の分散状態を示す絶縁性塗料断面の模式図を示している。
【００４９】
この図５から明らかなように、比較例３においては、絶縁性塗料中に層状シリケート化合物を充填しているものの、層状シリケート化合物は層剥離しておらず、凝集さえ生じていることが分かる。これに対して、本発明に係る実施例１，２においては、いずれも、絶縁性塗料中の層状シリケート化合物が層剥離して均一に分散していることが分かる。
【００５０】
［９．具体例の比較による作用効果の説明］
以下には、上記のような実施例１，２および比較例１〜３を比較することにより、本発明の作用効果についてより詳細に説明する。
【００５１】
［実施例１と比較例１，２の比較］
表１および図５から明らかなように、実施例１と比較例１，２の構造部材の差異は、絶縁性塗料中における層状シリケート化合物の有無である。したがって、実施例１と比較例１，２を比較することで、絶縁性塗料中に層状シリケート化合物を充填したことによる作用効果を説明することができる。
【００５２】
まず、比較例１により作製した構造部材においては、図３に示すように、六弗化硫黄分解ガス暴露の表面抵抗値が暴露時間と共に低くなっており、これは、表１および図５に示すように、比較例１の構造部材の絶縁性塗料中に層状シリケート化合物が充填されていないためであると考えられる。すなわち、絶縁性塗料の厚さは３０μｍと薄いため、六弗化硫黄分解ガスは、層状シリケート化合物が充填されていない絶縁性塗料を透過してガラス繊維強化複合材料に達する。その結果、六弗化硫黄分解ガスと水分の反応により弗化水素が生成し、この弗化水素が、ガラス繊維と反応して潮解性のＨ2ＳｉＦ6を生じることで電導パスを形成し、比較例１により作製した構造部材の絶縁抵抗を低下させているものと考えられる。
【００５３】
また、比較例２により作製した構造部材においても、図３に示すように、六弗化硫黄分解ガス暴露の表面抵抗値が暴露時間と共に低くなっており、これは、表１および図５に示すように、比較例２の構造部材の絶縁性塗料中に電気絶縁性無機物である酸化アルミニウムは充填されているものの、層状シリケート化合物は充填されていないためであると考えられる。すなわち、比較例１と異なり、比較例２の構造部材の絶縁性塗料中には酸化アルミニウムが充填されているため、六弗化硫黄分解ガスの透過が抑制され、酸化アルミニウムが有する弗化水素に対する耐性により、比較例１と比較した場合、表面絶縁抵抗の低下がある程度は抑制されている。しかしながら、絶縁性塗料の厚さは３０μｍと薄いため、六弗化硫黄分解ガスの透過を完全に抑制することはできず、暴露時間が長くなるにつれて徐々に絶縁抵抗が低下しているものと考えられる。
【００５４】
これらの比較例１，２に対し、実施例１により作製した本発明に係る構造部材は、図３に示すように、六弗化硫黄分解ガス暴露後も絶縁抵抗がほとんど低下していない。これは、表１および図５に示すように、実施例１の構造部材の絶縁性塗料中に層状シリケート化合物が充填されているためであると考えられる。以下には、絶縁性塗料中に層状シリケート化合物を充填したことによる作用効果についてより詳細に説明する。
【００５５】
まず、層状シリケート化合物は、シリケート層が積み重なった層状構造を有した粒径５０〜１５０ｎｍの微細な粒子である。実施例１の絶縁性塗料においては、この層状シリケート化合物を絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と３本ロール混合機を用いて高剪断混合することにより、層状シリケート化合物はその層間で剥離し、剥離したシリケート層をエポキシ樹脂（絶縁性塗料）中に均一に分散させることができる（図５を参照）。均一に分散したシリケート層は、絶縁性塗料中へのガスの進入および絶縁性塗料中おけるガスの拡散を抑制する効果（ガスバリア性）を有している。このため、実施例１の構造部材においては、六弗化硫黄分解ガスが絶縁性塗料を透過し、ガラス繊維強化複合材料に達することがないため、六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有する構造部材を提供することができる。
【００５６】
［実施例１と比較例３の比較］
表１および図５から明らかなように、実施例１と比較例３の構造部材の差異は、絶縁性塗料中における層状シリケート化合物の種類、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物との混合方法、層状シリケート化合物の表面処理の有無、である。したがって、実施例１と比較例３を比較することで、これらの差異として示される実施例１の特徴による作用効果を説明することができる。
【００５７】
まず、表１および図５に示すように、比較例３により作製した構造部材の絶縁性塗料には、種類は異なるものの、実施例１と同様に層状シリケート化合物が充填されている。しかしながら、図３に示すように、比較例３により作製した構造部材の絶縁抵抗は、六弗化硫黄分解ガスに曝露後、著しく低下している。これは、図５に示すように、比較例３においては、絶縁性塗料中に層状シリケート化合物を充填しているものの、図４にも示すように、層状シリケート化合物が層構造を維持したまま、樹脂中に分散しているためであると考えられる。
【００５８】
すなわち、図４に示すように、実施例１および比較例３により作製した絶縁性塗料のＸＲＤ測定結果において、実施例１により作製した構造部材の絶縁性塗料においては、２θ＝３〜１０°の範囲に明瞭な反射ピークは確認されなかった。これは、充填した層状シリケート化合物が層間で剥離し、その剥離したシリケート層がランダムかつ均一に分散していることを示している。一方、比較例３により作製した構造部材の絶縁性塗料においては、２θ＝７°に強い反射ピークが確認された。これは、層状シリケートの層構造を維持したまま、樹脂中に分散していることを示している。
【００５９】
このような実施例１と比較例３における層状シリケート化合物の分散状態の差異は、前述したように、層状シリケート化合物の種類、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物との混合方法、層状シリケート化合物の表面処理の有無、に起因しているものと考えられる。以下には、これらの差異として示される実施例１の個々の特徴による作用効果について順次説明する。
【００６０】
まず、比較例３により作製した構造部材の絶縁性塗料には、層状シリケート化合物としてスメクタイト（ＳＷＮ：コープケミカルの商品名）が充填されている。このＳＷＮにおいては、積層したシリケート層の層間に、四級アンモニムイオンではなく、ナトリウムイオンが存在しているため、エポキシ樹脂に対する親和性が低く、絶縁性塗料中で均一に分散することができない。
【００６１】
これに対し、実施例１により作製した構造部材の絶縁性塗料には、層状シリケート化合物としてスメクタイト（ＳＴＮ：コープケミカルの商品名）が充填されており、このＳＴＮにおいては、積層したシリケート層の層間に四級アンモニムイオンが存在している。このＳＴＮは、ＳＷＮの層間に存在するナトリウムイオンを、四級アンモニウムイオンで置換することにより得られる。このＳＴＮは、その層間に四級アンモニウムイオンが存在することにより、ＳＷＮと比べて、シリケート層間の距離が長く、かつ、層間の雰囲気が新油性となるため、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂に対する親和性が高くなり、その結果、絶縁性塗料中で均一に分散することができるものと考えられる。
【００６２】
また、比較例３に示した絶縁性塗料の作製方法においては、エポキシ樹脂と層状シリケート化合物を万能混合攪拌機で混ぜているだけであるため、エポキシ樹脂と層状シリケート化合物の混合工程で層間を剥離させる力を加えることはできない。これに対して、実施例１に示した絶縁性塗料の作製方法においては、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物とを３本ロール混合機を用いて高剪断力混合しているが、高剪断力混合では、積層したシリケート層（層状シリケート化合物）を、その層間を引き剥がそうとする力が働くため、実施例１では層剥離させたシリケート層を絶縁性塗料中で均一分散させることができる。
【００６３】
さらに、比較例３では、カップリング剤を添加していないため、層状シリケート化合物は凝集体、もしくは層剥離していない状態で絶縁性塗料中に存在している。これに対して、実施例１に示した絶縁性塗料では、層状シリケート化合部の表面処理剤としてチタネート系カップリング剤が添加されている。このようにカップリング剤を添加することにより、分散したシリケート層のエポキシ樹脂に対する濡れ性を向上させると共に、分散したシリケート層の再凝集を抑制することができる。このため、実施例１では、前述した四級アンモニウムイオンと高剪断力混合の効果により絶縁性塗料中で均一分散したシリケート層が、再凝集することなく、その均一な分散状態を維持することができる。
【００６４】
以上のように、比較例３では、層間に四級アンモニムイオンが存在しない層状シリケート化合物を充填し、エポキシ樹脂と層状シリケート化合物とを単純に混合しているにすぎず、層状シリケート化合物の表面処理を行っていないことから、層状シリケート化合物が層剥離していない状態、あるいは、凝集体として絶縁性塗料中に存在しているため（図５参照）、耐六弗化硫黄分解ガス性を構造部材に付与することができない。これに対して、実施例１では、層間に四級アンモニムイオンが存在する層状シリケート化合物を充填し、エポキシ樹脂と層状シリケート化合物とを高剪断力混合し、カップリング剤により層状シリケート化合物の表面処理を行っていることにより、層状シリケート化合物を絶縁性塗料中で均一に分散させることができるため（図５参照）、六弗化硫黄分解ガスに対するガスバリア効果を発現し、優れた耐性を構造部材に付与することができる。
【００６５】
［実施例２と比較例２，３の比較］
表１および図５から明らかなように、実施例２と比較例２，３の構造部材の差異は、絶縁性塗料中における層状シリケート化合物の有無または種類、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物との混合方法、層状シリケート化合物の表面処理の有無、である。したがって、実施例２と比較例２，３を比較することで、これらの差異として示される実施例２の特徴による作用効果を説明することができる。
【００６６】
まず、比較例２により作製した構造部材では、前述したように、絶縁性塗料中に電気絶縁性無機物である酸化アルミニウムは充填されているものの、層状シリケート化合物は充填されていないため、優れた耐六弗化硫黄分解ガス性を発現することができない。また、比較例３により作製した構造部材においても、前述したように、層間に四級アンモニムイオンが存在しない層状シリケート化合物を充填し、エポキシ樹脂と層状シリケート化合物とを単純に混合しているにすぎず、層状シリケート化合物の表面処理を行っていないことから、絶縁性塗料中に層状シリケート化合物が凝集体或いは層剥離していない状態で存在しているため、優れた耐六弗化硫黄分解ガス性を発現することができない。
【００６７】
これに対して、図３から分かるように、実施例２により作製した構造部材は、六弗化硫黄分解ガスに曝露後も表面絶縁抵抗の低下がほとんどなく、優れた耐六弗化硫黄分解ガス性を有している。実施例２では、万能混合攪拌機を使用しているが、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物および電気絶縁性無機物である酸化アルミニウムを一緒に混合しているため、この酸化アルミニウムにより、層状シリケート化合物に高剪断力を加えて均一に分散させることができるものと考えられる。
【００６８】
すなわち、実施例２において、混合は、比較例１，２と同様の万能混合攪拌機を用いて行っているが、一緒に混合する酸化アルミニウムにより層状シリケート化合物に高剪断力が加わり、凝集体であった層状シリケート化合物をエポキシ中で分散した状態とし、さらに、層状シリケート化合物を層間で剥離させ、剥離したシリケート層をエポキシ樹脂中に均一分散することができるものと考えられる（図５）。この場合、酸化アルミニウム自体もまた、絶縁性塗料中で均一に分散する。実施例２においては、さらに、実施例１と同様に、カップリング剤を添加することにより、絶縁性塗料中で均一分散したシリケート層および酸化アルミニウムを再凝集させることなく、その均一な分散状態を維持することができる。
【００６９】
以上のように、実施例２では、絶縁性塗料の材料であるエポキシ樹脂と層状シリケート化合物および電気絶縁性無機物である酸化アルミニウムを一緒に混合しているため、実施例１に示した３本ロール混合機のような特別な混合装置を使用しなくても、酸化アルミニウムにより層状シリケート化合物に高剪断力を加え、層剥離した状態で絶縁性塗料中に均一分散させることができるため、六弗化硫黄分解ガスに対するガスバリア効果が発現し、優れた耐性を構造部材に付与することができる。さらに、特別な混合装置が不要であるため、コスト面でも有利である。
【００７０】
［実施例１，２の効果］
以上のように、実施例１，２によれば、ガラス繊維強化複合材料の外面を、層状シリケート化合物が充填された絶縁性塗料により被覆することにより、絶縁性塗料中に分散したシリケート層によって六弗化硫黄分解ガスの透過を抑制できるため、六弗化硫黄分解ガスに対して優れた耐性を有する、簡略な構成の構造部材を提供することができる。
【００７１】
したがって、そのような構造部材を使用することにより、安全性および信頼性に優れた六弗化硫黄ガス絶縁機器を提供することができる。また、構造部材の絶縁性塗料の厚さは、３０μｍと薄いため、絶縁性塗料の被覆作業は一回程度で十分である。また、シリケート化合物を塗料の一部に使用するだけであるため、低アルカリガラス繊維などを使用した場合に比べてコスト面でも有利である。
【００７２】
［１０．他の実施形態］
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。すなわち、前記実施形態で示した具体的な材料の種類や組成、配合、絶縁性塗料の厚さ等は、一例にすぎず、具体的な材料の種類や組成、配合、絶縁性塗料の厚さ等は、自由に選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明による六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材の１つの形態を示す模式的断面図。
【図２】本発明による六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材の別の形態を示す模式的断面図。
【図３】本発明の実施例１，２に係る各構造部材および比較例１〜３に係る各構造部材の耐六弗化硫黄分解ガス性の評価結果として、各構造部材の表面抵抗率の時間変化を示すグラフ。
【図４】本発明の実施例１および比較例３において作製した絶縁性塗料の広角Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定の測定結果を示すグラフ。
【図５】本発明の実施例１，２および比較例１〜３により作製した絶縁性塗料中における層状シリケート化合物および電気絶縁性無機物の分散状態を示す絶縁性塗料断面の模式図。
【符号の説明】
【００７４】
１…六弗化硫黄ガス絶縁機器用構造部材
２…ガラス繊維強化複合材料
２ａ…樹脂
２ｂ…ガラス繊維
３…絶縁性塗料
４…層状シリケート化合物
５…電気絶縁性無機物
【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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