(57)【要約】【課題】中空ガラス粒子に割れが生じるのを抑制して、熱硬化性樹脂に混合して製造され、低誘電率化が図られた固体絶縁物とその製造方法を提供する。【解決手段】熱硬化性樹脂に中空ガラス粒子を入れた複合材を収容した容器を、自転公転式ミキサーによって、公転の回転数が７００回転／分以下、かつ、自転の回転数が３５０回転／分以下で回転させて、複合材を攪拌する工程と、複合材を脱泡する工程と、複合材を加熱して硬化させる工程とにより、中空ガラス粒子に割れが生じるのを安定的に抑制して、固体絶縁物を製造する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂に中空ガラス粒子を入れた複合材を収容した容器を、自転公転式ミキサーによって、公転の回転数が７００回転／分以下、かつ、自転の回転数が３５０回転／分以下で回転させて、前記複合材を攪拌する工程と、
前記複合材を脱泡する工程と、
前記複合材を加熱して硬化させる工程とを有することを特徴とする固体絶縁物の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体絶縁物の製造方法において、前記自転公転式ミキサーによる前記複合材の攪拌時間は、１０分以下であることを特徴とする固体絶縁物の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体絶縁物の製造方法において、前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする固体絶縁物の製造方法。
【請求項４】
熱硬化性樹脂に中空ガラス粒子を入れた複合材を収容した容器を、自転公転式ミキサーによって、公転の回転数が７００回転／分以下、かつ、自転の回転数が３５０回転／分以下で回転させて、前記複合材を攪拌する工程と、
前記複合材を脱泡する工程と、
前記複合材を加熱して硬化させる工程とを経て製造された固体絶縁物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体絶縁物及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂は、絶縁性能に加え、電気的、機械的、熱的、化学的に安定していることから、電力機器の絶縁体として利用されている。エポキシ樹脂は、単体で用いられることは希であり、例えば、電力機器の一例であるガス絶縁開閉装置の絶縁スぺーサとして用いられる場合、熱膨張率を、絶縁スペースに接触する金属導体に合わせるべく、アルミナ等のフィラーが充填される。しかし、エポキシ樹脂単体で４程度であった比誘電率は、アルミナの充填によって、６〜８に上昇し、金属導体、絶縁スペーサ及びＳＦ６ガスのトリプルジャンクション部の電界を高めてしまう。このため、更なる合理的な絶縁設計には、固体絶縁物の低誘電率化が重要である。
【０００３】
固体絶縁物の誘電率の抑制については、空間的に誘電率を傾斜させるＦＧＭ（Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ  Ｇｒａｄｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：傾斜機能材料）による思想の基、固体絶縁物への充填物について様々な誘電率のフィラーを選択的に配置することで、電界をコントロールすることが考えられる。
また、特許文献１には、内側に空隙が設けられた無機粒子をフィラーとして採用し、複合絶縁樹脂の誘電率を低下させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３３４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電力機器ごとに異なる形状の固体絶縁物に対し、高度かつ、未確立なＦＧＭの技術を適用して製品を開発するには、解決すべき課題が多い。
そこで、本願の発明者らは、中空ガラス粒子を熱硬化性樹脂に充填して、固体絶縁物を製造することを検討したが、中空ガラス粒子が割れるのを抑制して、固体絶縁物を製造する方法は確立されていない。中空ガラス粒子に割れが生じると、中空ガラス粒子の充填量から算出される固体絶縁物の比誘電率と実際の比誘電率の差異が大きくなって、所定の比誘電率を備えた固体絶縁物を製造できなくなる等、問題が発生する。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、中空ガラス粒子に割れが生じるのを抑制して、熱硬化性樹脂に混合して製造され、低誘電率化が図られた固体絶縁物とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う第１の発明に係る固体絶縁物の製造方法は、熱硬化性樹脂に中空ガラス粒子を入れた複合材を収容した容器を、自転公転式ミキサーによって、公転の回転数が７００回転／分以下、かつ、自転の回転数が３５０回転／分以下で回転させて、前記複合材を攪拌する工程と、前記複合材を脱泡する工程と、前記複合材を加熱して硬化させる工程とを有する。
【０００７】
第１の発明に係る固体絶縁物の製造方法において、前記自転公転式ミキサーによる前記複合材の攪拌時間は、１０分以下であるのが好ましい。
【０００８】
第１の発明に係る固体絶縁物の製造方法において、前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であるのが好ましい。
【０００９】
前記目的に沿う第２の発明に係る固体絶縁物は、熱硬化性樹脂に中空ガラス粒子を入れた複合材を収容した容器を、自転公転式ミキサーによって、公転の回転数が７００回転／分以下、かつ、自転の回転数が３５０回転／分以下で回転させて、前記複合材を攪拌する工程と、前記複合材を脱泡する工程と、前記複合材を加熱して硬化させる工程とを経て製造される。
【発明の効果】
【００１０】
本願の発明者らは、熱硬化性樹脂に中空ガラス粒子を入れた複合材を攪拌し、加熱により硬化させる各工程での中空ガラス粒子に対する割れの影響を検討した。その検討結果、熱硬化性樹脂と中空ガラス粒子を混合する工程で、中空ガラス粒子に割れが生じる可能性が最も高いことを確認し、更に、その工程において、複合材を収容した容器を、自転公転式ミキサーによって、公転の回転数が７００回転／分以下、かつ、自転の回転数が３５０回転／分以下で回転させて、複合材を攪拌することにより、中空ガラス粒子に割れが生じるのを安定的に抑制して、攪拌作業を完了できることを知り得た。また、同時に、熱硬化性樹脂に中空ガラス粒子を入れることにより、製造された固体絶縁物の比誘電率が低下することも確認された。
従って、第１の発明に係る固体絶縁物の製造方法は、中空ガラス粒子に割れが生じるのを抑制して、熱硬化性樹脂に混合し、低誘電率化が図れる固体絶縁物を製造することができる。また、第２の発明に係る固体絶縁物は、中空ガラス粒子に割れが生じるのを抑制して、熱硬化性樹脂に混合して製造されたもので、低誘電率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】固体絶縁物の比誘電率と中空ガラス粒子の充填率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
本発明の一実施の形態に係る固体絶縁物の製造方法は、熱硬化性樹脂に中空ガラス粒子を入れた複合材を収容した容器を、自転公転式ミキサーにより所定の回転数以下で回転させて、複合材を攪拌する工程と、攪拌が完了した複合材を脱泡する工程と、脱泡処理を行った複合材を加熱して硬化させる工程を有する。以下、詳細に説明する。
【００１３】
採用する熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ケイ素樹脂、ポリウレタン樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂のいずれか、あるいはそれらを組み合わせたものが好ましい。これは、これらが電気的、機械的、熱的、化学的に安定しているためである。特に、エポキシ樹脂については、電力機器や電子デバイスに使用されている実績も多く、電力機器での利用において、好適である。
【００１４】
また、複合材の攪拌には、電力が供給されて作動する自転公転式ミキサーが用いられる。自動公転式ミキサーを用いるのは、熱硬化性樹脂と中空ガラス粒子を、中空ガラス粒子を割ることなく、効率的に混合するためである。例えば、羽根を回転させて混ぜ合わせる攪拌機の場合、自転公転式ミキサーに比べ、中空ガラス粒子に割れや欠け等が生じ易くなり、攪拌棒を手で回転して攪拌する場合、自転公転式ミキサーを利用するのに比べ、攪拌の際に、熱硬化性樹脂内に気泡が多く取り込まれる上、攪拌時間が長くなる。
【００１５】
本実施の形態では、自転公転式ミキサーによる複合材の攪拌は、公転の回転数が７００回転／分以下、かつ、自転の回転数が３５０回転／分以下で、複合材を入れた容器が回転するようにして、大気圧で行われる。
公転の回転数が７００回転／分を超えた場合、あるいは、自転の回転数が３５０回転／分を超えた場合、中空ガラス粒子の強度によっては、攪拌が完了するまでに、中空ガラス粒子に割れが生じるため、固体絶縁物を生成するのに採用可能な中空ガラス粒子が制限されることが確認されている。ここで、攪拌は、中空ガラス粒子が熱硬化性樹脂内で万遍無く分布されるまで行われた後、完了する。
【００１６】
一方、複合材を収容した容器を、公転の回転数が２００回転／分未満、又は、自転の回転数が１００回転／分未満の速度で回転させて、混合材を攪拌すると、攪拌を完了するまでの時間が、製造工程で求められる時間より長くなることが多くなり、製造効率の観点より好ましいとはいえない。
そして、中空ガラス粒子に割れが生じないようにする点と、製造効率の点とを考慮すると、自転公転式ミキサーは、複合材を収容した容器を、４００〜６００回転／分で公転させ、かつ、２００〜３００回転／分で自転させて、複合材を攪拌するのが好ましい。
【００１７】
そして、自転公転式ミキサーによる複合材の攪拌時間は、１０分以下であることが好ましい。公転の回転数が７００回転／分、自転の回転数が３５０回転／分の条件で、複合材を攪拌した際、１０分を超えると、中空ガラス粒子の種類、及び、中空ガラス粒子の充填率によっては、中空ガラス粒子に割れや欠けが確認されたためである。
【００１８】
中空ガラス粒子は、熱硬化性樹脂（本実施の形態では、比誘電率が３．９のエポキシ樹脂）より、比誘電率が低く、本実施の形態で用いた中空ガラス粒子の比誘電率は、１．２以上１．９以下の範囲である。
そして、複合材に対する中空ガラス粒子の充填率は、固体絶縁物に要求される比誘電率によって調整される。本実施の形態では、複合材に対して中空ガラス粒子を、１０ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ％、３０ｖｏｌ％の割合で充填したそれぞれの複合材について、複合材を入れた容器を、公転の回転数が７００回転／分、かつ、自転の回転数が３５０回転／分で回転させて、複合材の攪拌を行った際に、中空ガラス粒子に割れや欠けが生じなかったことを確認している。
【００１９】
複合材は、熱硬化性樹脂と中空ガラス粒子を攪拌した後、硬化剤を添加して、再度、攪拌してもよいし、熱硬化性樹脂、中空ガラス粒子及び硬化剤を一緒に攪拌してもよい。
また、攪拌が完了した複合材は、金型に注型されて真空脱泡された後、７０℃で３時間加熱され、その後、１２０℃で３時間加熱されて硬化する。なお、脱泡方法及び加熱の条件は、熱硬化性樹脂の種類によって調整される。
【００２０】
従って、熱硬化性樹脂に中空ガラス粒子を入れた複合材を収容した容器を、自転公転式ミキサーによって、公転の回転数が７００回転／分以下、かつ、自転の回転数が３５０回転／分以下で回転させて、前記複合材を攪拌する工程と、前記複合材を脱泡する工程と、前記複合材を加熱して硬化させる工程とを経た固体絶縁物は、中空ガラス粒子を、割れが生じるのを抑制して、熱硬化性樹脂に混合して製造されたものと言える。
【実施例】
【００２１】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
エポキシ樹脂に、以下に示す中空ガラス粒子αを入れた複合材（以下、「試料１」とも言う）と、エポキシ樹脂に、以下に示す中空ガラス粒子βを入れた複合材（以下、「試料２」とも言う）とを、それぞれ自転公転式ミキサーの回転数を変えて攪拌した。
中空ガラス粒子α：耐圧強度１．７ＭＰａ、メジアン径６５μｍ、グラス厚０．５５μｍ、空隙率９５ｖｏｌ％、比誘電率１．２
中空ガラス粒子β：耐圧強度１８６ＭＰａ、メジアン径１６μｍ、グラス厚０．６１μｍ、空隙率７６ｖｏｌ％、比誘電率１．９
【００２２】
攪拌が完了した各試料について、顕微鏡にて、中空ガラス粒子の割れや欠けの有無を視認した結果を以下の表に記す。表においては、中空ガラス粒子に割れや欠けが確認された結果を×、確認されなかった結果を○としている。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
また、試料１について、中空ガラス粒子の充填率が異なる固体絶縁物の比誘電率の計測値を図１に示す。図１において、縦軸は、固体絶縁物の比誘電率であり、横軸は、中空ガラス粒子の充填率であり、三角の印は、固体絶縁物の比誘電率の実測値である。図１中の破線は、中空ガラス粒子の充填率に対する比誘電率を、Ｌｏｏｙｅｎｇａモデルの推定式を用いて算出した値を示している。図１に示す結果から、中空ガラス粒子の充填率を高めるのに伴い、固体絶縁物の比誘電率の実測値が低下すること、及び、比誘電率の実測値が、Ｌｏｏｙｅｎｇａモデルの推定式によって算出した値にほぼ等しいことが確認された。
【００２５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、複合材の攪拌は、大気圧下で行われる必要はない。
【図１】
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