(57)【要約】【課題】ポリマー避雷器の外皮と、内部部品である避雷器素子、電極および絶縁ロッドとの接着性を高め、内部部品への水分浸透を防止し、これにより、製品の信頼性向上および長寿命化を実現して品質信頼性を向上させる。【解決手段】実施形態のポリマー避雷器製造方法は、避雷器素子積層体と、避雷器素子積層体の両端部に配置された電極と、二つの電極同士を連結する絶縁ロッドと、を備えた内部組立体を形成する内部組立体形成工程Ｓ４と、内部組立体の外側面にプラズマ放電処理によって親水層を形成する親水処理工程Ｓ６と、内部組立体の外側面を取り囲むように外皮形成用の型を配置する型配置工程Ｓ８と、型の中に高分子材料から成る樹脂を注入し硬化させて外皮を形成する外皮形成工程Ｓ９と、型取外し工程Ｓ１０と、を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円柱状の避雷器素子が軸方向に積層された避雷器素子積層体と、前記避雷器素子積層体の積層方向両端部に配置されて前記避雷器素子の外形より大きい外形を有する二つの電極と、前記避雷器素子積層体の周囲に配置されて前記避雷器素子積層体の積層方向に延びて前記二つの電極同士を連結する複数の絶縁ロッドと、を備えた内部組立体を形成する内部組立体形成工程と、
前記内部組立体形成工程の後に、前記内部組立体の外側面の少なくとも一部に、プラズマ放電処理によって親水層を形成する親水処理工程と、
前記親水処理工程の後に、前記内部組立体の外側面を取り囲むように外皮形成用の型を配置する型配置工程と、
前記型配置工程の後に、前記型の中に高分子材料から成る樹脂を注入し、硬化させて、外皮を形成する外皮形成工程と、
前記外皮形成工程の後に、前記型を取り外す型取外し工程と、
を有することを特徴とするポリマー避雷器製造方法。
【請求項２】
前記内部組立体形成工程の前に、前記避雷器素子と前記電極と前記絶縁ロッドとの表面のうちで、前記外皮形成工程で前記外皮と接しない表面部分の少なくとも一部に、プラズマ放電処理によって撥水層を形成する組立前撥水処理工程をさらに有すること、
を特徴とする請求項１に記載のポリマー避雷器製造方法。
【請求項３】
前記組立前撥水処理工程の前に、前記外皮形成工程で前記外皮と接する表面部分の少なくとも一部に、撥水層形成を阻止するための撥水処理マスキング工程をさらに有すること、
を特徴とする請求項２に記載のポリマー避雷器製造方法。
【請求項４】
前記高分子材料から成る樹脂は、液状シリコーンゴムを含むこと、
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のポリマー避雷器製造方法。
【請求項５】
前記外皮形成工程の後に、前記電極の外表面部分の少なくとも一部に、プラズマ放電処理によって撥水コーティングを形成する組立後撥水処理工程をさらに有すること、
を特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のポリマー避雷器製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、外部からの水分の浸入を抑制できるポリマー避雷器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力用の避雷器は、通常、外側に笠型の突起を有する管（以下、碍管）に、避雷器素子を詰めた構造をしている。この碍管は、従来、磁器製であったため、耐衝撃性が弱いといった不具合があり、これを補うために肉厚構造になり、大型化していたことから重量が大きくなっていた。
【０００３】
そこで近年では、磁器製であった部分に高分子（ポリマー）を使用したポリマー避雷器が、急速に普及している。ポリマー避雷器は、軽量で耐衝撃性に優れており、事故時の安全性が高いといったメリットがある。
【０００４】
従来の典型的なポリマー避雷器は、笠型の外皮、複数本のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）からなる絶縁ロッド、円柱状の積層された複数の避雷器素子、避雷器素子積層体の両端に配置された電極などで構成されている。
【０００５】
ここで、従来の一般的なポリマー避雷器の製造方法について説明する。
【０００６】
まず、定格電圧に応じて円柱状の避雷器素子を所定数積層して避雷器素子積層体を形成し、避雷器素子積層体の両端に電極を配置する。避雷器素子の外周に複数本の絶縁ロッドを配設し、この絶縁ロッドで避雷器素子積層体両端に設けた電極を連結し、電極と避雷器素子積層体、並びに避雷器素子同士を密着させる。そして、避雷器素子および電極がずれないように起立させる。
【０００７】
このように、避雷器素子、電極および絶縁ロッド（以下、これらを「内部部品」とも呼ぶ）で構成された内部組立体を外皮形成用の型にセットし、この型に液状シリコーンゴムなどの高分子材料から成るゴム材を注入し、熱硬化させて、型から外して、電極間に外皮を形成させてポリマー避雷器が作製される。
【０００８】
ポリマー避雷器を構成する部材のうち、絶縁ロッドは、ガラス繊維とエポキシ樹脂などの熱硬化型樹脂から成るＦＲＰであり、機械強度が高く、耐衝撃性の高い材料である。避雷器素子は酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする非直線抵抗体素子である。電極には鉄やアルミニウムなどの金属が使用されている。ポリマー避雷器は、上記した絶縁ロッド、避雷器素子および電極を主な構成部品として、高分子製の外皮で包み込んだ構造となっている。
【０００９】
以上のようなポリマー避雷器は屋外で使用されることが多い。このため、太陽光や降雨などにさらされるとともに、大気中に浮遊する塵埃の付着により汚損されることが多い。
【００１０】
このような使用環境において、光、雨晒しや汚損物付着に耐えるよう、外皮には耐候性があり、かつ衝撃に強いゴム材料が使用されている。
【００１１】
外皮に用いるゴム材料としては、たとえば、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、シリコーンゴムなどの高分子材料が用いられている。特に近年では、シリコーンゴム製の外皮が広く適用されるようになった。シリコーンゴムは高い耐候性を持ち、長期間にわたって撥水性を維持することにより高い耐汚損性を発揮し続けることが可能である。
【００１２】
ところで、外皮に用いられるシリコーンゴムは、長期にわたり撥水性を維持するといった特徴に加えて、ガス透過性が高く、特に水蒸気を透過し易いという特徴も有している。このため、湿潤、高温多湿な環境にシリコーンゴム製の外皮を適用したポリマー避雷器を設置した場合、まれではあるが、外皮を透過した水蒸気が絶縁ロッドや避雷器素子にまで浸透し、内部に達する可能性がある。また、外皮と電極との接合面の接着強度が不十分で、両者の剥離や欠陥などの問題が起きた場合には、剥離した外皮と電極の界面を通して水分が内部に浸入して、ポリマー避雷器の性能を低下させるおそれがあった。
【００１３】
つまり、外皮にシリコーンゴムを使用したポリマー避雷器においては、外皮と内部部品との間に水分が浸透することを防ぎ、両者の界面に水分が溜まらないようにする必要がある。
【００１４】
これを確実に実現するためには、内部部品である絶縁ロッド、避雷器素子および電極と、これらを包む外皮とを強固に固着する必要がある。この対策としては、内部部品である避雷器素子、電極、および絶縁部材の表面にプライマー剤と称するシリコーン系液体を下地剤として塗布し、外皮と内部部品との接着性を高めるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平８−１４８３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記した従来のポリマー避雷器においては、次のような課題がある。すなわち、プライマー剤はシリコーン系の液体であり、これを内部部品である絶縁ロッド、避雷器素子および電極の表面に塗布する場合には、刷毛やスプレーによって塗布作業を行っている。このプライマー剤の塗布作業は、前記内部部品の組み立て後に塗り残し部分を塗布する必要があるなど、作業を機械化することは困難であり、手作業となることが多く、作業者の負荷が大きく、多くの時間を要していた。
【００１７】
さらに、仮にプライマー剤の塗布作業を機械化できたとしても、プライマー剤の塗布量を適切にコントロールしてプライマー剤層の厚さを均一に管理することは非常に難しい。プライマー剤の塗布ムラがあれば、内部部品と外皮との接着性が低下する要因となる。そのため、プライマー剤の塗布作業は丁寧な作業が要求されている。したがって、プライマー剤の塗布作業は作業効率が低く、製造コストの増大を招いていた。
【００１８】
一方、絶縁性能上問題にならない程度であったとしても、外皮を水分が透過した場合、透過した水分はわずかずつではあるが、内部部品に浸透していく。したがって、製品の信頼性向上および長寿命化のためには、外皮と内部部品の接着性をいっそう向上させると同時に、こうした内部部品自体への水分の浸透を防ぐことが求められている。
【００１９】
以上のように、ポリマー避雷器に関しては、外皮と、内部部品を構成する絶縁ロッド、避雷器素子および電極との接着性を高め、内部部品への水分浸透を防止して、製品の信頼性および寿命を延ばすと共に、接着性を高める層を確実且つ安定して形成させることにより、作業効率の向上と製造コストの低減が望まれている。
【００２０】
本発明の実施形態の目的は、ポリマー避雷器の外皮と、内部部品である避雷器素子、電極および絶縁ロッドとの接着性を高め、内部部品への水分浸透を防止し、これにより、製品の信頼性向上および長寿命化を実現して品質信頼性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
実施形態に係るポリマー避雷器製造方法は、複数の円柱状の避雷器素子が軸方向に積層された避雷器素子積層体と、前記避雷器素子積層体の積層方向両端部に配置されて前記避雷器素子の外形より大きい外形を有する二つの電極と、前記避雷器素子積層体の周囲に配置されて前記避雷器素子積層体の積層方向に延びて前記二つの電極同士を連結する複数の絶縁ロッドと、を備えた内部組立体を形成する内部組立体形成工程と、前記内部組立体形成工程の後に、前記内部組立体の外側面の少なくとも一部に、プラズマ放電処理によって親水層を形成する親水処理工程と、前記親水処理工程の後に、前記内部組立体の外側面を取り囲むように外皮形成用の型を配置する型配置工程と、前記型配置工程の後に、前記型の中に高分子材料から成る樹脂を注入し、硬化させて、外皮を形成する外皮形成工程と、前記外皮形成工程の後に、前記型を取り外す型取外し工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の実施形態によれば、ポリマー避雷器の外皮と、内部部品である避雷器素子、電極および絶縁ロッドとの接着性を高め、内部部品への水分浸透を防止し、これにより、製品の信頼性向上および長寿命化を実現して品質信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１および第２の実施形態に係るポリマー避雷器の立断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るポリマー避雷器の部分立断面図であって、図１の左上部の部分拡大断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るポリマー避雷器の製造方法の手順を示す流れ図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るポリマー避雷器の部分立断面図であって、図１の左上部の部分拡大断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るポリマー避雷器の製造方法の手順を示す流れ図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係るポリマー避雷器の製造方法の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００２５】
［第１の実施形態］
本発明に係るポリマー避雷器の製造方法の第１の実施形態について、図１ないし図３を用いて具体的に説明する。
【００２６】
［ポリマー避雷器の構成］
図１は本発明の第１および第２の実施形態に係るポリマー避雷器の立断面図である。図２は、第１の実施形態に係るポリマー避雷器の部分立断面図であって、図１の左上部の部分拡大断面図である。
【００２７】
本実施形態に係るポリマー避雷器は、上下に延びる内部組立体２１と、内部組立体２１の側部を取り囲む外皮１４とから構成されている。内部組立体２１は、複数の避雷器素子１６を上下に積層して形成した避雷器素子積層体２０と、避雷器素子積層体２０の上下両端に配置された電極１７と、避雷器素子積層体２０の外側に配置されて上下に延びて２個の電極１７間を連結する複数の絶縁ロッド１５とを有する。
【００２８】
避雷器素子１６は、たとえば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする非直線抵抗体素子である。避雷器素子１６は、それぞれが軸を上下方向とする円柱形であって、ほぼ同じ形状・寸法の避雷器素子１６が軸方向に積層されて避雷器素子積層体２０が形成されている。
【００２９】
電極１７は、避雷器素子１６よりも直径が大きな円柱状であって、鉄製やアルミニウム製などの金属製である。
【００３０】
絶縁ロッド１５は、たとえば円柱形であって、複数本が避雷器素子積層体２０の外側を取り囲むように、互いに周方向に間隔をあけて配列されている。絶縁ロッド１５は、ガラス繊維とエポキシ樹脂などの熱硬化型樹脂から成るＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製であり、機械強度が高く、耐衝撃性の高い材料である。
【００３１】
絶縁ロッド１５の両端部は、ネジ（図示せず）などによって電極１７と係合し、絶縁ロッド１５に引張り荷重がかかり、絶縁ロッド１５によって２個の電極１７が互いに引き寄せられている。これにより、避雷器素子積層体２０を構成する各避雷器素子１６は、２個の電極１７によってはさみつけられて互いに押し付けられている。
【００３２】
外皮１４は、高分子製であって、耐候性があり、かつ衝撃に強いゴム材料が使用されている。外皮に用いるゴム材料としては、たとえば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などの高分子材料が適している。外皮１４は、縁面距離を長くし、雨や埃の付着などによる放電を避けるために、たとえば、多数の鍔３０が張り出して並べられた笠型である。
【００３３】
この第１の実施形態では、絶縁ロッド１５、避雷器素子１６および電極１７のそれぞれが外皮１４と接する表面の全体または一部に、プラズマ放電処理にて親水層１１を形成する。さらに、避雷器素子１６の外皮１４と接しない表面、すなわち、避雷器素子１６同士の接触面および避雷器素子１６と電極１７の接触面の全体または一部に、プラズマ放電処理で形成した撥水層１２を設ける。
【００３４】
［ポリマー避雷器の製造方法］
この第１の実施形態のポリマー避雷器の製造方法について説明する。
【００３５】
図３は、本発明の第１の実施形態に係るポリマー避雷器の製造方法の手順を示す流れ図である。
【００３６】
まず、内部組立体２１を形成する前に、内部組立体２１を構成する絶縁ロッド１５、避雷器素子１６および電極１７の各表面のうち、後述する組立前撥水処理工程Ｓ２で撥水処理されるべき部分を限定するために、組立前撥水処理マスクを取り付ける（組立前撥水処理マスキング工程Ｓ１）。これにより、後述する親水処理工程Ｓ６で親水処理されるべき部分が撥水処理されるのを阻止する。
【００３７】
つぎに、内部組立体２１を構成する絶縁ロッド１５、避雷器素子１６および電極１７の各表面のうち、親水処理工程Ｓ６で親水処理されるべき部分を除く部分に組立前撥水処理を行う（組立前撥水処理工程Ｓ２）。この撥水処理には、プラズマ放電処理として、プラズマＣＶＤ（化学蒸着：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの蒸着法を用いる。
【００３８】
つぎに、組立前撥水処理マスクを取り外す（組立前撥水処理マスク取外し工程Ｓ３）。
【００３９】
つぎに、絶縁ロッド１５、避雷器素子１６および電極１７を組み合わせて、内部組立体２１の形成を行う（内部組立体形成工程Ｓ４）。具体的には、まず、下部に位置する電極１７の上に避雷器素子１６を所定枚数積層し、積層した避雷器素子積層体２０の上端部に上部に位置する電極１７を配置する。上下の電極１７の間に避雷器素子１６を外周側から支持するように複数本の絶縁ロッド１５を配設して、絶縁ロッド１５に避雷器素子１６の積層方向に張力を与える。これにより、電極１７と避雷器素子１６、並びに避雷器素子１６同士を支持固定する。そして、避雷器素子１６および電極１７がずれないように起立させる。
【００４０】
つぎに、内部組立体２１の表面のうちで、後述する親水処理工程Ｓ６で親水処理を必要としない部分を覆うように、親水処理マスクを取り付ける（親水処理マスキング工程Ｓ５）。
【００４１】
つぎに、内部組立体２１に対して親水処理を行う（親水処理工程Ｓ６）。この親水処理には、プラズマ放電処理として、プラズマＣＶＤなどの蒸着法を用いる。
【００４２】
つぎに、親水処理マスクを取り外す（親水処理マスク取外し工程Ｓ７）。
【００４３】
つぎに、内部組立体２１を外皮形成用の所定の型にセットする（型配置工程Ｓ８）。
【００４４】
つぎに、この型に液状シリコーンゴムを注入し、熱硬化させ、外皮１４を形成する（外皮形成工程Ｓ９）。
【００４５】
つぎに、この型から、ポリマー避雷器を取り出す（型取外し工程Ｓ１０）。
【００４６】
上記のように、本実施形態においては、親水層１１は、密着性を向上させる特性を有しており、内部組立体２１を構成する内部部品である絶縁ロッド１５、避雷器素子１６および電極１７と、外皮１４とを隙間なく密着させることができる。これにより、たとえば、電極１７と外皮１４の境界に生じた隙間から水分が浸入することを防ぐことが可能になる。
【００４７】
また、撥水層１２は、水を弾き、内部に水を浸入させない特性を有しており、避雷器素子１６同士の接触面および避雷器素子１６と電極１７との接触面の表面に撥水層１２を形成することにより、外皮１４を透過した水分、特に水蒸気が避雷器内部に浸透することを確実に防ぐことが可能になる。
【００４８】
さらに、親水層１１および撥水層１２は、プラズマＣＶＤなどの蒸着法により形成可能であるため、刷毛塗りやスプレー塗装に比べて膜厚の制御、管理を容易に実施することができる。
【００４９】
以上の説明の中で、プラズマ放電処理（プラズマ表面処理）とは、プラズマ放電で励起させた分子を用いて対象物の表面状態を制御する手法である。プラズマ放電中に供給ガス（たとえば加湿空気）を送風してガス中の分子をラジカル化させ、そのラジカル化した分子や官能基（たとえばＯＨ基）を対象物の表面に付着させることで、表面のぬれ性を制御することができる。本発明の実施形態においては、このようなプラズマ放電処理を適用して、ポリマー避雷器の内部部品である絶縁ロッド１５、電極１７および避雷器素子１６の表面のうちで外皮１４に接する部分に親水層１１を形成するとともに、内部部品の表面のうちで外皮１４と接しない面に撥水層１２を形成することで、水分が外皮１４を透過したとしても、内部部品に水分が浸透することを確実に防ぐことができる。
【００５０】
また、プラズマ放電処理は対象物表面に一分子からなる層を付着させることができるため、他の蒸着などの手法と比べ、対象物そのものの物理的特性を変化させることはない。
【００５１】
また、わずかな隙間に対しても均一な層厚で安定して且つ一括して、親水層１１および撥水層１２を形成することができる。その結果、製品であるポリマー避雷器の品質信頼性を高めることができ、しかも製造コストの低減を図ることも可能となる。
【００５２】
さらに、上記蒸着法による親水層１１および撥水層１２のコーティング作業においては、一度に複数本のポリマー避雷器の処理が可能であり、丁寧な手作業を求められていた従来技術と比較して、格段に作業効率を高めることができる。したがって、表面処理作業の作業品質の向上と製造コストの低減を同時に実現することができる。これにより、品質信頼性および経済性に優れたポリマー避雷器を提供することができる。
【００５３】
以上述べたように、本実施形態に係るポリマー避雷器によれば、ポリマー避雷器の内部組立体２１を構成する絶縁ロッド１５、避雷器素子１６および電極１７の表面に親水層１１および撥水層１２を形成し、シリコーンゴム製の外皮１４で包み込むといった極めて簡単な構成により、外皮１４と内部部品との接着性を一層高めることができる。また、内部組立体２１を構成する絶縁ロッド１５、避雷器素子１６および電極１７への水分浸透を防止することが可能であって、製品の信頼性向上および長寿命化が可能である。
【００５４】
さらには、親水層１１および撥水層１２を形成する際、プラズマＣＶＤなどの蒸着法を採用可能なので、必要とする層厚の制御や管理が容易であり、複数の部材への表面処理を一括して実施することができる。これにより、作業効率を格段に高めることができ、品質信頼性および生産性の向上が期待できる。
【００５５】
なお、第１の実施形態において、各構成部材の形状や配置数などは適宜変更可能であり、たとえば、外皮を構成する液状シリコーンゴムの種類なども適宜選択可能である。
【００５６】
また、第１の実施形態において、組立前撥水処理工程Ｓ２と、これに付随する組立前撥水処理マスキング工程Ｓ１および組立前撥水処理マスク取外し工程Ｓ３は、省略することもできる。その場合も、親水処理（工程Ｓ６）によって、水分の外皮１４内への浸入を防ぐことができる。
【００５７】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について、図１、図４および図５を用いて説明する。
【００５８】
前出の図１は、第２の実施形態に係るポリマー避雷器の立断面図でもある。図４は第２の実施形態に係るポリマー避雷器の部分立断面図であって、図１の左上部の部分拡大断面図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係るポリマー避雷器の製造方法の手順を示す流れ図である。
【００５９】
この第２の実施形態に係るポリマー避雷器においては、図４に示すように、電極１７の外面の全体または一部に撥水コーティング１３が設けられている。また、このポリマー避雷器の製造方法においては、図５に示すように、型取外し工程Ｓ１０の後に、組立後撥水処理を行う（組立後撥水処理工程Ｓ１１）。上記以外の構成及び製造方法は第１の実施形態と同様である。
【００６０】
この第２の実施形態によれば、第１の実施形態の効果と同様の効果が得られるとともに、次のような追加の効果も得られる。すなわち、外皮１４と、内部組立体２１を構成する内部部品である絶縁ロッド１５、避雷器素子１６および電極１７との密着不足により、電極１７と外皮１４の隙間から内部に水が浸入することを、撥水コーティング１３により防ぐことができる。したがって、より信頼性を向上させたポリマー避雷器を提供することができる。
【００６１】
［他の実施形態］
上記説明で、「上」、「下」などの表現を用いたが、これは説明の便宜のために用いたものであって、本発明においては、上下を逆にしても、また上下方向を水平方向に置き換えてもよい。
【００６２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組合せを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６３】
１１…親水層、１２…撥水層、１３…撥水コーティング、１４…外皮、１５…絶縁ロッド、１６…避雷器素子、１７…電極、２０…避雷器素子積層体、２１…内部組立体、３０…鍔
【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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