(57)【要約】【課題】  高電圧機器であっても低誘電率化で放電抑制が可能な複合絶縁樹脂を提供すること。【解決手段】  本発明の複合絶縁樹脂は、上記課題を解決するために、有機若しくは無機高分子に無機粒子を含む複合絶縁樹脂であって、前記粒子中に空隙を包含させ、その空隙の最大長が３μm以下で、かつ５nm以上であることを特徴とする。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機若しくは無機高分子に無機粒子を含む複合絶縁樹脂であって、
前記粒子中に空隙を包含させ、その空隙の最大長が３μm以下で、かつ５nm以上であることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項２】
請求項１に記載の複合絶縁樹脂において、
前記空隙の最大長は、５００nm以下で、かつ５nm以上であることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の複合絶縁樹脂において、
前記有機高分子は、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせたものであることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の複合絶縁樹脂において、
前記無機粒子のうち、疏水化処理したものを親水性高分子に分散させたものであることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項５】
請求項４に記載の複合絶縁樹脂において、
前記親水性高分子は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の複合絶縁樹脂において、
前記無機粒子のうち、親水化処理したものを疎水性高分子に分散させたものであることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項７】
請求項６に記載の複合絶縁樹脂において、
前記疎水性高分子は、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の複合絶縁樹脂において、
前記無機粒子のうち、親水化処理したものを親水性高分子に分散させたものであることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項９】
請求項８に記載の複合絶縁樹脂において、
前記親水性高分子は、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の複合絶縁樹脂において、
前記無機粒子のうち、疏水化処理したものを疎水性高分子に分散させたものであることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項１１】
請求項１０に記載の複合絶縁樹脂において、
前記疎水性高分子は、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせであることを特徴とする複合絶縁樹脂。
【請求項１２】
絶縁性ガスが充填された容器内に配設された導体を絶縁支持する絶縁スペーサにおいて、
前記絶縁スペーサは、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の複合絶縁樹脂から成ることを特徴とする絶縁スペーサ。
【請求項１３】
絶縁性ガスが充填された容器内に配設された導体を絶縁支持する絶縁スペーサが、前記容器内に絶縁支持されているガス絶縁機器において、
絶縁スペーサは、請求項１２に記載の絶縁スペーサであることを特徴とするガス絶縁機器。
【請求項１４】
請求項１３に記載のガス絶縁機器において、
前記ガス絶縁機器は、前記絶縁性ガスとしてＳＦ６ガスが充填されているＳＦ６ガス遮断器であることを特徴とするガス絶縁機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複合絶縁樹脂及びそれを用いた絶縁スペーサ並びにガス絶縁機器に係り、特に、有機若しくは無機高分子に無機粒子を含むものに好適な複合絶縁樹脂及びそれを用いた絶縁スペーサ並びにガス絶縁機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、樹脂化合物は、アルミ、銅などの金属及び金属合金よりも線膨張係数が大きい。このために、主として炭素系有機化合物からなる高分子化合物と金属面を接触若しくは接着させると、温度の上昇或いは下降によって、樹脂及び金属が異なる割合で膨張若しくは収縮して熱応力が発生する。熱応力が樹脂の強度限界を超えた時点で、樹脂と金属界面の剥離や樹脂内部へのクラック破壊が生じる。
【０００３】
このような不具合を抑制する目的で、多くの電気機器用樹脂では、線膨張係数の低い無機化合物を中心としたフィラーを充填し、金属に線膨張係数を近づけることで、上述したような破壊や剥離を解消している。
【０００４】
このように、無機フィラーを混合した樹脂化合物のことを、以下、複合絶縁樹脂と呼ぶことにする。
【０００５】
ところで、空気遮断器用の電気絶縁用複合絶縁樹脂としては、そのフィラーとしてシリカが好んで使われる。その理由は、線膨張係数抑制への寄与に加えて樹脂強度強化効果もあり、しかも価格が安く、複合絶縁樹脂全体としてのコスト低減に寄与できることからである。
【０００６】
一方、ＳＦ６ガス遮断器用の電気絶縁用複合樹脂としては、そのフィラーとしてアルミナが好んで使われる。その理由は、線膨張係数抑制用として一般的な複合絶縁樹脂に用いられるシリカが、耐食性に劣るためである。
【０００７】
特に、ＳＦ６ガス遮断器においては、電気的なスイッチングの際に発生するアークにより、ＳＦ６ガスの分解と水蒸気との反応によりフッ化水素酸（ＨＦ）が発生する（Ｈ２Ｏ＋ＳＦ６の反応によりＨＦガスが発生する）。このＨＦガスは、シリカを腐食し、機器の劣化を引き起こすことになる。
【０００８】
一方、アルミナは、このような劣化現象に耐え得るが、比誘電率（以下、εrと記載する）がシリカ４.０程度に対して、アルミナ８.０程度であり、また、ベースとなる樹脂は、主にエポキシ樹脂で、グレード及び/又は品種により差はあるものの概εr３.０〜５.０程度なので、アルミナを導入した複合絶縁樹脂ではεrが上昇する。
【０００９】
この複合絶縁樹脂におけるεrの上昇は、絶縁用ガス、複合絶縁樹脂、導体の界面で構成されるくさびギャップ部において電界上昇を引き起こし、機器の絶縁破壊や劣化に結び付く。
【００１０】
機器の小型化が進むにつれ、上述した電界強度も更に高くなるため、新たな複合絶縁樹脂の開発と適用が急務である。新たな複合絶縁樹脂とは、即ち、線膨張係数を従来並みもしくはより低い値に抑制しつつεrを低下させた複合絶縁樹脂である。
【００１１】
従来、高分子にナノサイズの粒子径の粒子を混合した複合絶縁樹脂（いわゆるナノコンポジット）の製造方法としては、特許文献１に記載されたものがある。
【００１２】
この特許文献１には、平均粒子径が０.０５〜１μmで、粒子全体の８０質量％以上が平均粒子径±３０％以内の粒子径を有し、かつ、ＢＥＴ比表面積が３０m2／ｇ未満である中空シリカ粒子を混入した複合絶縁樹脂について記載されている。
【００１３】
これを用いることで複合絶縁樹脂の比誘電率を下げ、動作周波数の高いデジタル回路周辺におけるＲＣ配線遅延を低減するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２０１１-２１０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、微細粒子の内部に空隙を設け、この微細粒子を樹脂中に混合させることで低誘電率化を可能とするものであるが、この特許文献１では、ＬＳＩなどへの応用事例について述べられているものの、弱電機器とは異なる高電圧機器では、通常、粒子中の空隙は部分放電の原因となるために避けることが必要である。
【００１６】
特に、特許文献１では、微細粒子の平均粒子径を１μmとする制限が設けられているが、平均粒子径で定義される粒子では１μmを超える大きさ、例えば１０１μmにも及ぶ大きさの粒子も含むことが避けられず、このように大きな粒子中に設けられた空隙は、部分放電を起こす原因となり得る。また、後述するように、複合絶縁樹脂の作成の面から考えると、粒子と樹脂の分離を起こしやすいという問題がある。
【００１７】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、高電圧機器であっても低誘電率化で放電抑制が可能な複合絶縁樹脂及びそれを用いた絶縁スペーサ並びにガス絶縁機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の複合絶縁樹脂は、上記目的を達成するために、有機もしくは無機高分子に無機粒子を含む電気絶縁用複合樹脂において、前記粒子中に空隙を包含させ、その空隙の最大長が3μm以下で、かつ5nm以上であることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明では、上記構成に加え、空隙の最大長が５００nm以下で、かつ５nm以上であることが好ましい。
【００２０】
これにより、特に耐圧を必要とする機器（１０〜１００ｋＶ超）への対応が可能となる。
【００２１】
また、本発明では、上記における有機高分子は、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせたものであることが好ましい。
【００２２】
上記した樹脂のうちシリコーン樹脂、フッ素樹脂は、比較的コストが高いが絶縁性能は高い。他の樹脂は絶縁性能等で劣る面があるが、コストの面から多用されている。これらの樹脂特性に空隙を設けることによる低誘電率化で放電抑制が可能となる。
【００２３】
また、本発明では、上記の無機粒子のうち、疏水化処理したものを親水性高分子、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせに分散させたものであることが好ましい。
【００２４】
疏水化によって粒子表面に露出する基として、アルキル基、アリール基などのハイドロカーボン類、フッ素、アルコキシ基等があげられる。これらの基が存在すると、粒子の自己配列現象が起こることが期待できる。粒子の沈降速度に比較し、粒子のブラウン運動が勝る領域では粒子同士が網目状の構造を形成し、トリー型破壊の抑制、複合樹脂強度の強化が期待できる。
【００２５】
また、本発明では、上記の無機粒子のうち、親水化処理したものを疎水性高分子、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか、或いはこれらの組み合わせに分散させたものであることが好ましい。
【００２６】
親水化によって粒子表面に露出する基として、カルボキシル基、ヒドロキシル基などの酸素を含んだ基があげられる。これらの基が存在すると、粒子の自己配列現象が起こることが期待できる。粒子の沈降速度に比較し、粒子のブラウン運動が勝る領域では粒子同士が網目状の構造を形成し、トリー型破壊の抑制、複合樹脂強度の強化が期待できる。
【００２７】
また、本発明では、上記した粒子のうち、親水化処理した粒子を親水性高分子、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせに分散させたものであることが好ましい。
【００２８】
これにより、粒子の分離、凝集を抑制し、低誘電率化を再現性よく実現させることができる。
【００２９】
また、本発明では、上記した粒子のうち、疏水化処理したものを疎水性高分子、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか、或いはこれらの組み合わせに分散させたものであることが好ましい。
【００３０】
これにより、粒子の分離、凝集を抑制し、低誘電率化を再現性よく実現させることができる。
【００３１】
また、本発明の絶縁スペーサは、絶縁性ガスが充填された容器内に配設された導体を絶縁支持するものであって、上記構成の複合絶縁樹脂から成ることを特徴とし、更に本発明のガス絶縁機器は、絶縁性ガスが充填された容器内に配設された導体を絶縁支持する絶縁スペーサが、上記構成の絶縁スペーサであり、しかも、前記ガス絶縁機器は、前記絶縁性ガスとしてＳＦ６ガスが充填されているＳＦ６ガス遮断器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、高電圧機器であっても低誘電率化で放電劣化を抑制することが可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の複合絶縁樹脂が適用されるガス絶縁機器及びスペーサの詳細を示す断面図である。
【図２】本発明の複合絶縁樹脂における樹脂の空隙径と樹脂-粒子分離速度との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の複合絶縁樹脂における効果を確認するための空気のパッシェン曲線を示し、放電領域と放電しない領域を示す特性図である。
【図４】本発明の複合絶縁樹脂における粒子に形成される空隙の種類を説明するための図である。
【図５】本発明の複合絶縁樹脂を製造する際に使用される注型装置を説明するための図である。
【図６】本発明の複合絶縁樹脂における空隙をもつ粒子の表面修飾の例を示す図である。
【図７】本発明の複合絶縁樹脂における表面が疎水化処理されているものと疎水化処理されていないエポキシ樹脂の透過型ＳＥＭ写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の複合絶縁樹脂について説明する。尚、実施例を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【実施例１】
【００３５】
図１乃至図３に基づいて、本発明の実施例１であるガス絶縁機器（例えば、ＳＦ６ガス遮断器）用の複合絶縁樹脂について説明する。
【００３６】
図１は、ガス絶縁機器における絶縁スペーサ付近の概略を示したものである。
【００３７】
該図に示す如く、ガス絶縁機器の絶縁スペーサ２付近の構造は、絶縁性ガスであるＳＦ６ガス４が充填されたケーシング（容器）３内に配設された導体１を絶縁支持する複合絶縁樹脂製の絶縁スペーサ２が、ケーシング３に絶縁支持されて概略構成されている。尚、導体１は１００ｋＶの電位を持ち、ケーシング３はアースされている。
【００３８】
また、図１において、破線で囲んだ部分が特に電界が高くなりやすい部位であり、複合絶縁樹脂の限界を超えて電界が高くなると、複合絶縁樹脂製の絶縁スペーサ２が最悪の場合、絶縁破壊に至る。
【００３９】
そこで、本実施例では、複合絶縁樹脂製の絶縁スペーサ２を、有機若しくは無機高分子に無機粒子を含む絶縁スペーサ２の粒子５中に空隙６を包含させ、その空隙６の最大長を３μm以下で、かつ、５nm以上に形成している。これを図２及び図３を用いて説明する。
【００４０】
図２は、本実施例の複合絶縁樹脂（絶縁スペーサ２）における樹脂の空隙径と樹脂-粒子分離速度との関係を示したものである。即ち、各種の条件において粒子の空隙率５０％〜９０％において粒子と樹脂が分離する速度を示したもので、粒子径、つまり、空隙が大きいほど分離して浮いたり沈降することになる。この図から、空隙の大きさは３μmより小さいことが望ましいことが分かる。
【００４１】
また、図３に空気のパッシェン曲線を示す。この図よりパッシェンの極小値、即ち、パッシェンミニマムは、図３の曲線の最低値に相当するＸ軸上の点であり、空隙径ｄにして８〜１０μm程度である。パッシェンミニマムにおいて放電電圧は最も小さくなる。この図から放電がパッシェンミニマムよりは左側（使用可能領域）、若しくは右側（空隙も樹脂も破壊されない領域）、即ち、放電がおこりにくい領域を空隙径として利用すべきであることが分かる。
【００４２】
図３中の絶縁スペーサ樹脂の耐電界能力は、３０ｋＶ/ｍｍ程度が物理的限界である（真性破壊電界は更に高いが、樹脂は、その内部に樹脂を注型した場合には、この値が限界となる）。現行では、樹脂の比誘電率はシリカ系フィラーを使う場合で３.５から５.５、アルミナ系フィラーを使う場合で４.５から５.５程度である。従って、樹脂内に生じるボイドには３.０×３０＝９０ｋＶ/ｍｍ、４.０×３０＝１２０ｋＶ、ゆえに９０−１２０ｋＶ/ｍｍの電界がかかることになる。大まかに言って、これが装置構造から見た限界耐電界性である。そこで、複合絶縁性樹脂製の絶縁スペーサによって確保されるｄの値は、１２０ｋＶ/ｍｍを超えないように設計する必要がある。
【００４３】
図３には、空気の１気圧でのパッシェン曲線に、上記に論じた１２０ｋＶ/ｍｍの条件をプロットしている。この図から放電領域と放電しない領域を区別できることが分かる。
【００４４】
本実施例にしたがって、３μm以下の空隙を有する微粒子を樹脂中に混合することで、誘電率を抑制しかつ放電も防止できることになる。この３μmという値は、上述の図２で説明した空隙粒子を含む複合絶縁樹脂の製造上の制限にも合致する。
【００４５】
また、空隙の大きさが小さい場合には、複合絶縁樹脂が破壊される可能性が生じる。このサイズであっても空隙粒子を用いることはできるが、できれば避けるべきである。特に、５nmより小さくなると、複数の空隙を含む試料の場合に空隙同士の連結が発生しやすくなり、放電不安定性を招く恐れがあるので好ましくない。更に、空隙がパッシェンミニマムよりも大きくなった場合には、放電は起きないものの、異物、特に水などの侵入を招く恐れがあり、機器故障の原因となるため避けなければならない。
【００４６】
本実施例では、上記における有機高分子がエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせたものであることが好ましい。
【００４７】
上記した樹脂のうちシリコーン樹脂、フッ素樹脂は、比較的コストが高いが絶縁性能は高い。他の樹脂は絶縁性能等で劣る面があるが、コストの面から多用されている。これらの樹脂特性に空隙を設けることによる低誘電率化で放電抑制が可能となる。
【００４８】
また、本実施例では、空隙を包含させた粒子において、粒子ひとつに対する空隙の占める体積が、全体の１０〜９０％であることが好ましいい。
【００４９】
これにより、粒子自体の強度を維持したまま、樹脂を低誘電率化することが可能となる。
【００５０】
また、本実施例では、空隙の最大長が好ましくは５００nm以下である。
【００５１】
これにより、特に耐圧を必要とする機器（１０〜１００ｋＶ超）への対応が可能となる。
【００５２】
また、本実施例では、上記の無機粒子のうち、疏水化処理したものを親水性高分子、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせに分散させたものであることが好ましい。
【００５３】
疏水化によって粒子表面に露出する基として、アルキル基、アリール基などのハイドロカーボン類、フッ素、アルコキシ基等があげられる。これらの基が存在すると、粒子の自己配列現象が起こることが期待できる。粒子の沈降速度に比較し、粒子のブラウン運動が勝る領域では粒子同士が網目状の構造を形成し、トリー型破壊の抑制、複合樹脂強度の強化が期待できる。
【００５４】
また、本実施例では、上記の無機粒子のうち、親水化処理したものを疎水性高分子、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか、或いはこれらの組み合わせに分散させたものであることが好ましい。
【００５５】
親水化によって粒子表面に露出する基として、カルボキシル基、ヒドロキシル基などの酸素を含んだ基があげられる。これらの基が存在すると、粒子の自己配列現象が起こることが期待できる。粒子の沈降速度に比較し、粒子のブラウン運動が勝る領域では粒子同士が網目状の構造を形成し、トリー型破壊の抑制、複合樹脂強度の強化が期待できる。
【００５６】
また、本実施例では、上記した粒子のうち、親水化処理した粒子を親水性高分子、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせに分散させたものであることが好ましい。
【００５７】
これにより、粒子の分離、凝集を抑制し、低誘電率化を再現性よく実現させることができる。
【００５８】
本実施例では、上記した粒子のうち、疏水化処理したものを疎水性高分子、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか、或いはこれらの組み合わせに分散させたものであることが好ましい。
【００５９】
これにより、粒子の分離、凝集を抑抑制し、低誘電率化を再現性よく実現させることができる。
【００６０】
本実施例では、粒子の体積合計が、複合樹脂全体の５ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。
【００６１】
これにより、望ましい比誘電率と粒子強度を再現性よく実現させることができる。
【００６２】
図４（ａ）乃至図４（ｅ）は、本実施例の複合絶縁樹脂における粒子と空隙の存在形態を示したものである。
【００６３】
図４（ａ）は、真球粒子中に球状の空隙が存在する場合である。図４（ｂ）は、回転楕円体状の粒子に回転楕円体、若しくは柱状の空隙が存在する場合である。図４（ｃ）は、回転楕円体の粒子に複数の回転楕円体、若しくは柱状の空隙が存在する場合である。図４（ｄ）は、不定形粒子中に球状空隙が存在する場合である。図４（ｅ）は、不定形粒子中に球状空隙が複数存在する場合である。
【００６４】
いずれの場合においても、空隙の最大長は３μm以下である。本実施例では、ガラス系有機高分子薄膜にガス発生を起こさせ、更に加熱によって脱ガスとともに３μm以下の孔を形成させ、その薄膜を砕いて多孔質粒子を形成させた。これは、図４（ｅ）の場合に相当する粒子である。
【００６５】
使用した有機高分子は、スピンオングラスと呼ばれるものの一種であり、空隙を作成する前の比誘電率は４.２であった。このスピンオングラスを加熱発泡で多孔質化することにより、比誘電率は１.９まで減少した。この膜を砕き、比誘電率４.８のスペーサ用樹脂に５０ｖｏｌ％添加した。これについて比誘電率を測定した結果、比誘電率は３.０５となり、元の複合絶縁樹脂に比較して４７％減少させることができた。
【００６６】
上記のようなスピンオングラス形成と脱ガスを利用した多孔質形成は、量産上比較的低コスト化が進んでいくと考えられる。また、スピンオンするガラス系有機高分子は、種類にもよるが、最大径で数１００nm以上の空隙を形成することがない。従って、本実施例に適した空隙を形成することができ、低誘電率化の目的を果たすことが可能となる。
【実施例２】
【００６７】
既に、国内メーカ及び研究所にて、中空のナノシリカが多数試作されている。これは図４の類型に従うと図４（ａ）若しくは図４（ｂ）の形態に近いものである。これらは、単に硬化前の樹脂に混練することで、誘電率の低い樹脂原液を作ることができる。
【００６８】
エポキシ樹脂を使った場合について以下に説明する。
【００６９】
エポキシ樹脂硬化剤、主剤に対しそれぞれ中空ナノシリカを添加する。非常に小さい１０nmオーダーの粒子は、通常、添加量は１０ｗｔ％程度が限界であり、更に加えることも可能であるが、粘度が上昇して注型性に問題が生じることがある。そこで、本実施例では、中空のミクロサイズシリカ４０ｗｔ％を添加する。フィラーは、主剤及び硬化剤の両方に添加しておく。
【００７０】
図５に、本発明の複合絶縁樹脂を製造する際に使用される注型装置を示す。
【００７１】
該図に示す如く、注型装置は、主剤タンク１０、硬化剤タンク１１、バルブ１２、１３及び混合器１４から構成される。
【００７２】
まず、それぞれフィラーを混入させ十分に分散させた主剤及び硬化剤を、主剤タンク１０、硬化剤タンク１１に充填する。連続製造装置にしたい場合には、原液を自動供給する装置が必要である。主剤タンク１０及び硬化剤タンク１１には、望ましい温度（本実施例の場合には１００℃）に保つためにヒータが内蔵されている。
【００７３】
注型用の型が用意できしだい、混合器１４を通過して型に流し込まれる。その後、ベーキング炉で樹脂硬化措置が実施され、最終的に型を取って製品用の樹脂部品となる。固化した樹脂中には、低誘電率の中空シリカが多数含まれ、誘電率を通常の樹脂よりも抑制することが可能である。
【００７４】
このような本実施例とすることにより、中空のナノシリカを使っても同様に樹脂を低誘電率化できる。また、上記実施例における空隙を包含させた粒子において、粒子ひとつに対する空隙の占める体積は、できるだけ大きい方がよいが、粒子強度など粒子の種類によって全体の１０〜９０％であっても誘電率を低下させる効果は得られる。
【００７５】
上述した実施例では、有機高分子がエポキシ樹脂であったが、ポリアミド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせたものであっても同様の効果を奏する。
【００７６】
また、一般的な高電圧機器向けとしては、粒子中の空隙の最大長は、好ましくは５００nm以下であることが望ましい。それは図３のパッシェン曲線からも明らかである。
【００７７】
本実施例で述べたように、５００nm以下であれば、数１０〜数１００ｋＶ級であっても電界による破壊をまぬがれることが可能となる。
【実施例３】
【００７８】
次に、本発明の複合絶縁樹脂において、添加する空隙を持つ粒子のうち、表面を疏水化処理したものと親水性ポリマーの組み合わせについて図６及び図７を用いて説明する。
【００７９】
図６に、本発明の複合絶縁樹脂における空隙をもつ粒子の表面修飾の例を示す。
【００８０】
該図に示す例では、表面をメチル基によって置換した中空シリカ粒子を用いた（図６中、ＲはＣＨ３などのアルキル類、アルコキシ基、ベンゼン環を含むアリル基、又はＣＯＯＨ、ＣＯＯＭｅ、ＯＨ、ＯＣＯＯＭｅなどの親水基である）。これをエポキシ樹脂中に分散させると、エポキシ樹脂は、極性度が比較的高いポリマーであるために、綺麗には分散しない。しかし、粒子が１００nm以下の領域では、ミクロブラウン運動が激しいために凝集することはなく、一定の構造を形成することになる。
【００８１】
どのような構造が形成されたかを図７を用いて説明する。図７は、本発明の複合絶縁樹脂における表面が疎水化処理されているものと疎水化処理されていないエポキシ樹脂の透過型ＳＥＭ写真を示す。
【００８２】
該図に示す如く、図７（ａ）の場合には、比較的均一に粒子分散が起きていることが分かる。一方、図（ｂ）の場合は、疏水化した粒子を用いた場合であり、網目状の構造が形成されていることが分かる。
【００８３】
本発明者等の実験結果によれば、空隙を持つ粒子３％の添加で線膨張係数が１０％以上抑制できる上、破壊じん性も２０％程度上昇した。
【００８４】
このような本実施例によれば、疏水化処理した中空粒子を親水性（若しくは極性）高分子と組み合わせて用いることにより、誘電率の抑制、線膨張係数の抑制、破壊耐性の向上を両立することが可能となる。
【００８５】
尚、本実施例においては、ポリマーが他の親水性高分子、例えば不飽和ポリエステル樹脂、尿素樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂のいずれか、又はこれらの組み合わせであったとしても同様の効果を奏する。
【００８６】
また、上記した実施例とは異なり、ポリマーが疏水性、中空粒子の表面が親水性であっても同様の構造体を形成することが可能である。
【００８７】
また、上記した実施例とは異なり、表面を疎水化した中空粒子を疎水性高分子に、また逆に表面を親水化した中空粒子を親水性高分子に投入することにより、より容易に分散性を向上させることができる。特に、大きさ１００nmを超える粒子を混ぜ込む場合には、ミクロブラウン運動による凝集阻害効果が期待できないので、分散性を改善するという意味で望ましい。
【００８８】
また、粒子の体積合計が複合樹脂全体の５ｖｏｌ％以上８０ｖｏｌ％以下の範囲であれば、特にシリカでは粒子形成にかかるコストとほしい比誘電率との兼ね合いで自由に空隙率を決めて構わない。
【符号の説明】
【００８９】
１…導体、２…絶縁スペーサ、３…ケーシング、４…ＳＦ６ガス、５…粒子、６…空隙、１０…主剤タンク、１１…硬化剤タンク、１２、１３…バルブ、１４…混合器。
【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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【図６】
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【図７】
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