(57)【要約】【課題】絶縁スペーサ製造時に高温に曝されたり、製品として長期間の通電による温度上昇が与えられたりしても、樹脂と金属との接着界面に剥離を生じさせることなく、常に高いレベルの接着強度を維持できる優れた絶縁スペーサとその製造方法を提供し、さらには信頼性の高い小型、大容量のガス絶縁開閉装置の実現に寄与する。【解決手段】シールド体１２表面には、まずサンドブラストを施してサンドブラスト部１３が設けられ、そこに化学的な表面処理部１４が形成される。さらに、エポキシ樹脂１１とシールド体１２との接着界面にはプライマー１５が塗布され、その上でシールド体１２がエポキシ樹脂１１中に埋め込まれるようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地された金属容器内に収容する導体を、前記金属容器から絶縁して支持する樹脂製の絶縁スペーサにおいて、
表面に化学的な表面処理を施した金属部材を設け、
前記金属部材と前記樹脂との接着界面にプライマーを塗布した上で、
前記金属部材を前記樹脂の内部に埋め込んだことを特徴とする絶縁スペーサ。
【請求項２】
前記金属部材の表面にサンドブラストを施したことを特徴とする請求項１に記載の絶縁スペーサ。
【請求項３】
前記金属部材は、アルミニウムからなり、重クロム酸硫酸を用いて前記表面処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁スペーサ。
【請求項４】
前記プライマーは、少なくともビスフェノール型エポキシ樹脂、ポリビニルブチラールおよびフェノール樹脂を含む混合物を、アセトンとアルコールで希釈したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁スペーサ。
【請求項５】
前記プライマーにおける前記混合物は、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を含み、該オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂と前記ビスフェノール型エポキシ樹脂との合計を１００重量部として、前記ビスフェノール型エポキシ樹脂が５０〜９０重量部、前記オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂が５０〜１０重量部であることを特徴とする請求項４に記載の絶縁スペーサ。
【請求項６】
前記プライマーは、シランカップリング剤であることを特徴とする請求項１〜５に記載の絶縁スペーサ。
【請求項７】
接地された金属容器内部に導体を収容し、前記導体を絶縁スペーサにて前記金属容器から絶縁して支持するガス絶縁開閉装置において、
表面に化学的な表面処理を施した金属部材を設け、
前記金属部材と前記絶縁スペーサの樹脂との接着界面にプライマーを塗布した上で、
前記絶縁スペーサに前記金属部材を埋め込んだことを特徴とするガス絶縁開閉装置。
【請求項８】
接地された金属容器内に収容する導体を、前記金属容器から絶縁して支持する樹脂製の絶縁スペーサであって、樹脂内部に金属部材を埋め込んだ絶縁スペーサの製造方法において、
前記金属部材の表面に化学的な表面処理を施す表面処理ステップと、
前記金属部材と前記樹脂との接着界面にプライマーを塗布するプライマー塗布ステップ、を含むことを特徴とする絶縁スペーサの製造方法。
【請求項９】
加圧ゲル化法により製造することを特徴とする請求項８に記載の絶縁スペーサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属容器内に導体を絶縁支持する絶縁スペーサとその製造方法及び絶縁スペーサを用いたガス絶縁開閉装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ガス絶縁開閉装置や管路気中送電装置では、接地された金属容器内に高電圧導体を絶縁支持するために絶縁スペーサが使用されている。この絶縁スペーサは、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂から構成され、内部に金属製または導電性の樹脂製であるリング状のシールド金属が埋め込まれている。ここで、絶縁スペーサの従来例を図面に従って以下に説明する。
【０００３】
すなわち、図５に示すように、接地された金属容器１内には、高電圧導体２が収容されると共に、ＳＦ６ガスなどの絶縁ガス３が封入されている。また、金属容器１内には絶縁スペーサ５が取り付けられている。この絶縁スペーサ５により前記高電圧導体２が金属容器１に対して絶縁支持される。
【０００４】
絶縁スペーサ５の中心部には金属電極４が一体注形されており、この金属電極４によって隣接する高電圧導体２、２同士が接合されている。さらに、絶縁スペーサ５はエポキシ樹脂９から構成され、エポキシ樹脂９内部には金属製のリング状のシールド体６が埋め込まれている。つまり、絶縁スペーサ５には金属電極４あるいはシールド体６といった金属部材が一体的に設けられていることになるが、これらの金属部材と、絶縁スペーサ５の素材であるエポキシ樹脂９との界面には、エポキシ樹脂９の熱伸縮によって熱応力が発生する。
【０００５】
このため、絶縁スペーサ５の素材であるエポキシ樹脂９とシールド体６等の金属部材との接着性が低下して、部分的な両者の剥離が起きると、そこから放電が生じる可能性があった。部分放電が発生すると、絶縁破壊などの重大なトラブルに結びつくおそれがある。ガス絶縁開閉装置は高電圧が常時通電状態で長期間使用されるので、長期に渡って高い信頼性が要求されている。そこで、機器の信頼性を確保するためには、絶縁スペーサ５の素材であるエポキシ樹脂９と、絶縁スペーサ５に埋め込まれたシールド体６等の金属部材との接着界面の健全性を維持することが必要不可欠であった。
【０００６】
絶縁スペーサ５の素材である樹脂と、そこに埋め込まれた金属部材との接合強度向上を図った絶縁スペーサの従来例としては、特許文献１に記載の技術が提案されている。これは、金属部材が樹脂（絶縁物）を押圧するように収縮する焼結焼ばめによって、金属部材を樹脂に接合することを特徴としたものである。
【０００７】
また、絶縁スペーサ５の素材である樹脂と金属部材との接着強度を高める処理として、一般には、サンドブラストや脱脂洗浄が知られている。サンドブラストは金属部材表面のもろい酸化皮膜を取り除く処理であり、金属部材の表面積を大きくすることで、樹脂との接着強度を高めている。一方、脱脂洗浄は金属部材表面に付着した油脂分を除去する処理であって、金属表面と樹脂との直接的な接触を実現させることで、両者の接着強度を高めている。
【特許文献１】特開２００２−７５０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年のガス絶縁開閉装置は、都市近郊における用地取得の困難性や環境調和の観点から、小形化が志向されている。と同時に、遠距離からの高電圧送電が必要となって来ているので、大容量化が進められている。このようなガス絶縁開閉装置の小型化・大容量化を達成するためには、絶縁スペーサの素材である樹脂と、そこに埋め込まれた金属部材との接着強度に関しては、さらなる向上が求められている。
【０００９】
また最近では、絶縁スペーサの製造に際して、加圧ゲル化法など短時間で樹脂を硬化する技術が適用されるようになってきた。加圧ゲル化法とは、圧送されたエポキシ樹脂等の液状樹脂を金型に充填して固化させる製造方法である。この加圧ゲル化法において、短時間で樹脂を硬化するには、従来よりも高温で硬化処理を行わなくてはならない。その結果、硬化温度から室温に戻すまでの絶縁スペーサに対する冷却幅は大きくなっている。つまり、絶縁スペーサの製造方法として加圧ゲル化法を採用した場合、冷却幅の大きな冷却過程でも、絶縁スペーサの素材である樹脂と、そこに埋め込まれた金属部材との界面剥離を生じさせることが無いよう、両者の接着強度を高めることは、いっそう重要な技術的な要素となっている。
【００１０】
以上述べたように、絶縁スペーサにおける金属部材と樹脂との接合強度は、従来よりもさらに高いレベルが要求されている。このため、単にサンドブラストや脱脂洗浄を実施するだけでは、金属部材表面の酸化や、表面への油分、水分あるいは異物の付着に伴って、金属部材と樹脂との接着強度が低下する心配があり、その改善が待たれていた。
【００１１】
本発明は、このような状況に鑑みて提案されたものであり、その目的は、絶縁スペーサの素材である樹脂と、そこに埋め込まれた金属部材との接着強度をより高め、しかもその状態を安定させることにより、絶縁スペーサ製造時に高温に曝されたり、製品として長期間の通電による温度上昇が与えられたりしても、樹脂と金属との接着界面に剥離を生じさせることなく、常に高いレベルの接着強度を維持できる優れた絶縁スペーサとその製造方法を提供し、さらには信頼性の高い小型、大容量のガス絶縁開閉装置の実現に寄与することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記の目的を達成するために、接地された金属容器内に収容する導体を、前記金属容器から絶縁して支持する樹脂製の絶縁スペーサにおいて、表面に化学的な表面処理を施した金属部材を設け、該金属部材と前記樹脂との接着界面にプライマーを塗布した上で、前記金属部材を前記樹脂の内部に埋め込んだことを特徴とするものである。
【００１３】
このような本発明では、金属部材の表面に化学的表面処理を行い、プライマーを塗布した上で、この金属部材を絶縁スペーサの素材である樹脂内部に埋め込むので、金属部材表面の活性な状態を長期間保つことができるため、樹脂と金属部材との接着強度を高いレベルで長く維持することが可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、樹脂とそこに埋め込まれる金属部材とを高い強度で接着でき、且つその状態を長く維持できるため、絶縁スペーサ製造時に高温に曝されたり、製品として長期間の通電による温度上昇が与えられたとしても、樹脂と金属との接着界面に剥離を生じさせるおそれがなく、常に高いレベルの接着強度を有する絶縁スペーサを提供でき、それを用いることで小型大容量するガス絶縁開閉装置の信頼性向上に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施形態を適用した絶縁スペーサの要部拡大図、図２は本実施形態を適用した試験片の構成図、図３及び図４は図２に示した試験片による試験結果のグラフである。
【００１６】
［構成］
図１に示すように、本実施形態に係る絶縁スペーサ１０は、図５に示した絶縁スペーサ５と同じく、金属容器１内に収容する高電圧導体２を、金属容器１から絶縁支持するための部材であって、ガス絶縁開閉装置に用いられるものである。この絶縁スペーサ１０は、アルミナ充填用あるいは加圧ゲル用のエポキシ樹脂１１から構成され、真空注形によって製造される。なお、エポキシ樹脂１１内部には、図５の絶縁スペーサ５と同様、金属製のリング状のシールド体１２が埋め込まれており、図示しないが、中心部には金属電極が一体的に設けられている。
【００１７】
本実施形態の構成上の特徴は、次の点にある。すなわち、シールド体１２表面には、まずサンドブラストを施してサンドブラスト部１３が設けられ、そこに化学的な表面処理部１４が形成される。さらに、エポキシ樹脂１１とシールド体１２との接着界面にはプライマー１５が塗布され、その上でシールド体１２がエポキシ樹脂１１中に埋め込まれるようになっている。
【００１８】
前記サンドブラスト部１３はシールド体１２表面を３０〜６０μｍに粗すことにより設けられる。また、シールド体１２はアルミニウムから構成され、表面処理部１４は重クロム酸硫酸を用いることで形成される。なお、重クロム酸硫酸は、硫酸１００〜５００ｇ／ｌ水溶液、重クロム酸ナトリウム５０〜２００重量部／ｌ水溶液からなる。
【００１９】
プライマー１５は、ビスフェノール型エポキシ樹脂１００重量部、ポリビニルブチラール３０〜７５重量部及びフェノール樹脂３〜１５重量部の混合物を、アセトンとアルコールで希釈して得られる。このうち、ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、例えば２，２'−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンとエピクロルヒドリンとを直接反応させて得られる樹脂や、２，２'−ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタンとエピクロルヒドリンとを直接反応させて得られる樹脂等がある。これらエポキシ樹脂は、ジャパンエポキシ株式会社から、商品名エピコート８２５、エピコート８２７、エピコート８２８、エピコート８０７等として市販されている。
【００２０】
ポリビニルブチラールは、ポリビニルブチルアルコールの酸触媒下でブチルアルデヒドを反応させて合成される樹脂である。ポリビニルブチラールは３０〜５０重量部の範囲で使用することがより望ましい。さらに、フェノール樹脂は、フェノール、クレゾールおよびホルマリンより得られる共縮合物である。
【００２１】
［比較試験］
本実施形態の作用効果を具体的に示すために以下のような比較試験を行った。すなわち、図２に示すように、アルミニウム丸棒（Ａ６０６１ＢＥＴ６）７の突合せ接着試験片として、本実施形態を適用した実施例１、２と、本実施形態を適用しない比較例１、２を作り、その引っ張り破壊強度を比較した。図２において符号８は注形樹脂である。
【００２２】
（実施例１）
アルミニウム丸棒７の接着界面をサンドブラストして表面粗さ４５μｍとし、硫酸２８０ｇ／ｌ水溶液、重クロム酸ナトリウム１１０ｇ／ｌ水溶液で、化学的な表面処理を行った後、水洗して乾燥させる。続いて、プライマーを塗布し、１２０℃で２時間乾燥して前処理品を得る。処理後１時間、６時間、１日後、３日後、７日後、１４日後の前処理品を使ってアルミナ充填エポキシ樹脂で真空注形し、一次硬化１１５℃×１１５Ｈ、二次硬化１３０℃×１０Ｈを行なって図２の形状の接着試験片を得た。
【００２３】
（比較例１）
アルミニウム丸棒７の接着界面をサンドブラストして表面粗さ４５μｍとし、脱脂洗浄を行なった後、上記実施例１と同様に、１時間、６時間、１日後、３日後、７日後、１４日後に実施例１と同一のアルミナ充填エポキシ樹脂で真空注形し、一次硬化１１５℃×１１５Ｈ、二次硬化１５０℃×１５Ｈを行なって図２の形状の接着試験片を得た。
【００２４】
（実施例１と比較例１の比較試験の結果）
実施例１及び比較例１において、初期の接着強度と、−４０℃←→１１５℃液中ヒートショックを１０サイクル付加後の接着強度を、図３のグラフに示す。このグラフから明らかなように、実施例１は比較例１に比較して初期接着強度が向上しており、処理後２週間を経過してもほとんど接着強度の低下が見られない。また、ヒートサイクルを実施した場合でも、接着強度は低下していない。
【００２５】
これに対して、比較例１では、初期接着強度が実施例１の７０％程度と低い上に、放置時間の経過と共に接着強度が低下し、２４時間後には初期値の７５％まで低下することになる。また、ヒートサイクルの影響を受け、はなはだしい場合には試験前に完全剥離してしまうものもあった。
【００２６】
（実施例２）
上記実施例１と同様に前処理品を作成して、加圧ゲル用エポキシ樹脂で真空注形し、一次硬化１３５℃×０．５Ｈ、二次硬化１５０℃×１５Ｈを行なって図２の形状の接着試験片を得た。
【００２７】
（比較例２）
上記比較例１と同様に処理を行なって、前記実施例２と同一の加圧ゲル用エポキシ樹脂で真空注形し、一次硬化１３５℃×０．５Ｈ、二次硬化１５０℃×１５Ｈを行なって図２の形状の接着試験片を得た。
【００２８】
（実施例２と比較例２の比較試験の結果）
実施例２及び比較例２において、これらの初期の接着強度と、−４０℃←→１１５℃液中ヒートショックを１０サイクル付加後の接着強度を、図４のグラフに示す。このグラフから明らかなように、加圧ゲル用エポキシ樹脂の場合でも、前記図３に示した比較試験と同様の結果であり、本実施形態を用いると、金属部材と樹脂との接着強度は高いレベルで安定し、製品後のヒートサイクルにも十分耐えられることが分かった。
【００２９】
［作用効果］
以上のように、本実施形態においては、シールド体１２表面に化学的な表面処理部１４を形成し、プライマー１５を塗布した上で、エポキシ樹脂１１に埋め込むことにより、シールド体１２表面の活性状態が継続し、エポキシ樹脂１１との接着強度は高いレベルで維持されることになる。また、サンドブラスト部１３を設けたことで接着表面積が大きくなり、最大の接着改善効果が得られている。
【００３０】
しかも、シールド体１２の材料としてアルミニウムを用いているので、エポキシ樹脂１１との熱膨張係数の差は小さくなり、温度変動による接着界面の熱応力を少なくすることができる。さらに、硫酸１００〜５００ｇ／ｌ水溶液、重クロム酸ナトリウム５０〜２００重量部／ｌ水溶液からなる重クロム酸硫酸を用いた表面処理は、アルミニウムに最適であり、高い接着強度を得ることが可能となる。
【００３１】
また、プライマー１５に添加されたポリビニルブチラールは、プライマー１５に可撓性を付与し、金属部材であるシールド体１２とエポキシ樹脂１１の界面で発生する応力を緩和することができる。なお、ポリビニルブチラールは３０〜７５重量部の範囲としているが、この範囲は、十分な応力緩和効果を獲得すると同時に、プライマー１５の耐熱性を維持する効果があり、最適である。
【００３２】
なお、本実施形態では、エポキシ樹脂１１とシールド体１２との接着強度が極めて高いため、高温での硬化処理を伴う加圧ゲル化法を問題なく採用でき、冷却過程でエポキシ樹脂１１とシールド体１２との界面剥離を生じさせることなく、絶縁スペーサ１０を短時間で製造することが可能である。
【００３３】
以上のような絶縁スペーサ１０によれば、製造時に高温に曝されても、また、製品化された後で長期に渡って温度上昇が与えられても、エポキシ樹脂１１とシールド体１２の界面に剥離が生じることがなく、高い接着強度を長期に渡り実現することができる。さらに、このような接着強度の高い絶縁スペーサを用いることにより、小型大容量化したガス絶縁開閉装置の信頼性向上を図ることが可能である。
【００３４】
［他の実施形態］
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、次のような他の実施形態も包含する。例えば、絶縁スペーサの素材となる樹脂の種類や、底に埋め込まれる金属部材の種類等は適宜選択可能である。また、プライマーとして、シランカップリング剤を用いてもよい。さらには、上記プライマー１５におけるビスフェノール型エポキシ樹脂１００重量部に代えて、ビスフェノール型エポキシ樹脂５０〜９０重量部と、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂５０〜１０重量部として混合物を作り、アセトンとアルコールで希釈することで、得ても良い。
【００３５】
オルソクレゾールノボラック型樹脂は、例えば、オルソクレゾールとホルムアルデヒドを酸性条件下で反応させて得られたノボラック樹脂とエピクロルヒドリンをアルカリの存在下で反応させて得られる樹脂等である。オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂は、プライマーのガラス転移温度を上げ、プライマーの耐熱性を向上するために添加するが、加えすぎるとプライマーの可撓性が低下し、金属部品とエポキシ樹脂の界面に発生する応力の緩和効果が減少する。このため、ビスフェノール型エポキシ樹脂とオルソクレゾールノボラック型樹脂合計１００重量部のうち、オルソクレゾールノボラック型樹脂を１０〜５０重量部にすることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る代表的な実施形態の要部拡大図。
【図２】本実施形態を適用した試験片の構成図。
【図３】図２に示した試験片による試験結果のグラフ。
【図４】図２に示した試験片による試験結果のグラフ。
【図５】従来の絶縁スペーサの構成図。
【符号の説明】
【００３７】
１…金属容器
２…高電圧導体
３…絶縁ガス
４…金属電極
５、１０…絶縁スペーサ
６、１２…シールド体
７…アルミニウム丸棒
８…注形樹脂
９、１１…エポキシ樹脂
１３…サンドブラスト部
１４…表面処理部
１５…プライマー
【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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