(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁器がいし本体と、磁器がいし本体の表面に設けた高誘電率結晶を含有する主として磁器質原料からなる第１のコーティング層と、第１のコーティング層の表面に設けた釉薬からなる第２のコーティング層とからなることを特徴とする高電圧用磁器がいし。
【請求項２】
前記高誘電率結晶が、酸化チタンおよび／またはチタン酸化合物である請求項１記載の高電圧用磁器がいし。
【請求項３】
前記第１のコーティング層の気孔率が、前記第２のコーティング層の気孔率よりも小さい請求項１記載の高電圧用磁器がいし。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高電圧用磁器がいしに関するものであり、特に、機械的強度と絶縁破壊強度すなわち急峻波強度に優れた高電圧用磁器がいしに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、架空送電線等の電気絶縁と機械的支持を行う構成部材として、中実がいしや懸垂がいし等の磁器がいしが知られている。これらの磁器がいしは、アルミナ、粘土等の原料を混合、成形して成形体を作製し、作製した成形体の表面に釉薬を塗布した後、釉薬を塗布した成形体を焼成することで作製している。磁器がいしの素地固有の絶縁破壊強度を得るためには、無釉とすることが必要であるが、釉薬を使用することで、素地表面の微小欠陥を埋めること、および、素地との熱膨張率差により内部応力を生じさせることで、磁器がいしの引張強度を発現させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来から知られている磁器がいしは、通常の電圧や汚損雰囲気下での使用には十分耐えることができる。しかしながら、より高い電圧が加わる状態、すなわち天然雷の放電による急峻雷インパルス電圧が加わった場合には、これらの従来知られている磁器がいしでは不十分であり、絶縁破壊強さを抜本的に改善する必要があった。
【０００４】
また、急峻波強度特性を高める技術として、本出願人は、釉薬に所定量のＭｎＯなどを加える技術（特開昭６３−２１１５２５号公報）、懸垂がいしにおけるサンドと釉薬の誘電率を規定する技術（特開平９−６３３７９号公報）、磁器にコランダム結晶を含有させる技術（特開平１０−２２８８１８号公報）等を提案しているが、いずれも磁器がいし本体の表面に釉薬を塗布した構造であるため、急峻波強度はある程度改善されるものの、急峻波強度の抜本的な改善を達成することができなかった。
【０００５】
ここで、釉薬は、磁器がいしの原料である長石、アルミナ、坏土のうち長石の配合比率を高め、ガラス相のみを生成するようにしたものである。そのため、釉薬は本質的にはガラスと同等の高い絶縁破壊強度を有するはずであるが、気孔が内在するためその強さは磁器を下回っている。気孔（空気）の誘電率が、周囲のガラス相に比べて小さいので、電位が加わった場合は、気孔に電界が集中するためと考えられる。また、釉薬の誘電率が磁器がいし本体の誘電率よりも低いため、例えば、釉薬が急峻波パルスを印加した時の弱点となっていた。そのため、磁器がいし本体の表面に釉薬を塗布した従来の磁器がいしの構造では、抜本的な改善が難しいことが判明した。
【０００６】
さらに、磁器がいしの構造について、本出願人は、特開平７−２６２８５４号公報において、磁器がいし本体の表面に釉薬を塗布し、その釉薬の上に釉薬よりも絶縁破壊強度の高いコーティング層を設ける技術を開示している。しかし、この例でも、磁器がいし本体の表面には気孔の存在する釉薬を使用するため、上記釉薬の問題を解消することはできなかった。
【０００７】
本発明の目的は上述した課題を解消して、機械的強度を低下させることなく絶縁破壊強度すなわち急峻波強度を向上させた高電圧用磁器がいしを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の高電圧用磁器がいしは、磁器がいし本体と、磁器がいし本体の表面に設けた高誘電率結晶を含有する主として磁器質原料からなる第１のコーティング層と、第１のコーティング層の表面に設けた釉薬からなる第２のコーティング層とからなることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、磁器がいし本体の表面に高誘電率結晶を含有する主として磁器質原料からなる第１のコーティング層を設けることで、釉薬と等価もしくはそれ以上の圧縮ストレスを磁器がいし本体に与えることができるほか、釉薬の欠点である気孔量を減少させ、機械的、電気的両面より素地の高い固有強度を発現させることができる。また、第１のコーティング層が、好ましくは酸化チタンおよび／またはチタン酸化合物からなる比誘電率が１０以上の高誘電率結晶を含む。これにより、第１のコーティング層の見かけの比誘電率を好ましくは４以上とでき、第１のコーティング層と磁器がいし本体との誘電率の差を小さくでき、第１のコーティング層が急峻波パルス印加時の弱点とならない。さらに、第１のコーティング層の気孔率を第２のコーティング層の気孔率よりも小さくすることで、このことでも第１のコーティング層が急峻波パルス印加時の弱点とならず、好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の磁器がいしの例として懸垂がいしの一例の構成を示す部分断面図である。図１に示す例において、１は磁器からなる懸垂がいし本体、２は磁器がいし本体１の表面に設けた高誘電率結晶を含有する主として磁器質原料からなる第１のコーティング層、３は第１のコーティング層２の表面に設けた釉薬からなる第２のコーティング層、４は第２のコーティング層３に付着させた不定形のサンド、５はキャップ金具、６はピン金具、７はキャップ金具５とサンド４との間およびピン金具６とサンド４との間を接合するセメントである。図１に示す懸垂がいしの構成において、本発明の特徴は、懸垂がいし本体１の表面に所定の第１のコーティング層２を設けた点である。
【００１１】
第１のコーティング層２の原料としては、主として磁器質原料、好ましくは、ＳｉＯ2 ：５０〜６０ｗｔ％、Ａｉ2 Ｏ3 ：２０〜３０ｗｔ％、その他ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｋ2 Ｏ＋Ｎａ2 Ｏからなる原料を用いる。この磁器質原料は、従来から釉薬として知られている原料に比べて、ＳｉＯ2 およびＡｌ2 Ｏ3 の添加量において明らかに異なっている。また、上記磁器質原料に対して添加する高誘電率結晶としては、好ましくは１ＭＨｚにおける比誘電率が１０以上の結晶、さらに好ましくは酸化チタンおよび／またはチタン酸化合物（ＭｇＴｉＯ3 、ＣａＴｉＯ3 、ＢａＴｉＯ3 、ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・３ＴｉＯ2 ）からなる結晶を使用する。そして、第１のコーティング層２全体の比誘電率は４以上であることが好ましい。これらの構成は急峻波強度向上に寄与する。さらに、第１のコーティング層２の厚さについては特に限定しないが、０．１ｍｍ以上であることが、急峻波特性向上の観点で好ましい。さらにまた、第１のコーティング層２と懸垂がいし本体１との熱膨張率の差についても特に限定しないが、６５０℃において０．１〜０．２％であると機械的強度が向上するため好ましい。
【００１２】
第２のコーティング層３としては、従来から知られている釉薬を使用する。釉薬組成の一例としては、ＳｉＯ2 ：６０〜７０ｗｔ％、Ａｌ2 Ｏ3 ：１０〜２０ｗｔ％、釉薬気泡を除去するため好ましくはＭｎＯ：１ｗｔ％以上の組成があげられる。また、気孔率についても特に限定しないが、第１のコーティング層２の気孔率よりも大きい気孔率をして、第１のコーティング層２が急峻波パルス印加時における弱点とならないよう構成することが好ましい。さらに、厚さについても特に限定しないが、０．５ｍｍを超えると釉薬中に気孔が内在するようになるので、０．５ｍｍ以下とすることが急峻波強度向上の観点から好ましい。図１に示す例のように、懸垂がいしの例では、第２のコーティング層３がサンド４を磁器がいし本体１の頭部の外周面および内周面に接着するために使用される。
【００１３】
第１のコーティング層２は、従来の施釉方法と同様に、磁器がいし本体１上に、磁器がいし本体１と同様の素地を主成分とする原料を泥奨状態にしてディッピングすることで形成される。そのため、第１のコーティング層２の気孔率は真空土練機で押し出した素地の気孔率よりも高くなる。このため、第１のコーティング層２の絶縁破壊強さは素地よりも低下することが避けられない。その結果可能な限り気孔率を減少し、これを補う必要がある。また、磁器がいし本体１を構成する素地の絶縁破壊強さは相当に高いレベルにあることにより、素地と第１のコーティング層２の複合層を考えれば、素地側の分担割合を増大し第１のコーティング層２に加わる電界を、少しでも緩和させることが必要である。このため、第１のコーティング層２には、誘電率が高いことが要求される。
【００１４】
一方、誘電率を高めるために、本発明では、第１のコーティング層２に好ましくは比誘電率１０以上の高誘電率結晶を含有させている。そのような高誘電率結晶としては、酸化チタンの結晶相（比誘電率：ε＝１００）、チタン酸化合物の焼成により得られる結晶相（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ・３ＴｉＯ2 、比誘電率：ε＝２０〜１００）があげられる。
【００１５】
ここで、問題となる誘電率やその他の電気的性状の測定について解析する。従来、釉薬の誘電率は流し込みにより成形された試料片を、所定の寸法に加工することにより、その特性を測定している。本発明では、この方法に従って第１のコーティング層２の誘電率を測定すると、その比誘電率が非現実的な値を示すケースが度々あり、実際に、磁器がいし本体１のピンホールに施された第１のコーティング層２の性状を把握することが困難であることを見い出した。そこで、試料片にコーティングされた第１のコーティング層２の誘電率を求めるため、以下に示す方法を用いた。
【００１６】
まず、図２に示す素地の表面にコーティング層を形成したモデルに基づき、第１のコーティング層２の静電容量（Ｃ1 ）を、素地・コーティング複合層の静電容量（Ｃ）と素地の静電容量（Ｃ2 ）を個別に測定し、以下の（１）式より算出する。Ｃ1 が求まれば、第１のコーティング層２の誘電率は以下の（２）式によって求まる。本例では、素地の厚さを出来るだけ薄くし、Ｃ2 の値を大きくすることにより、Ｃの値との差を大きくし、第１のコーティング層２の誘電率の測定精度を上げた。具体的には、素地の厚さを１ｍｍとし、Ｃ2 の値を６１．５ｐＦとした。
【数１】
0004094162.tif 000002
【００１７】
実際に、磁器がいし本体１の表面に第１のコーティング層および第２のコーティング層を形成した本発明の磁器がいしであって第１のコーティング層の誘電率を変えた磁器がいしを準備し、峻度２５００ｋＶ／μｓの急峻雷インパルス電圧（Ｖｆ＝３７５ｋＶ）を２０回印加したときの貫通率（貫通個数／供試数）から急峻波強度を調べた。ここで、実際のがいしの貫通率は非常に小さく、試験的にこれを検証するため、絶縁距離を短くし貫通率が約１０倍となるような試験用がいしを本発明の磁器がいしとして使用した。結果を図３に示す。また、基準として、磁器がいし本体１の表面に釉薬層のみを設けた従来技術で製作した磁器がいしであって、上述した本発明の試験がいしと同様に絶縁距離を短くし貫通率が約１０倍になるような試験用がいしを準備し、上述した本発明の試験がいしと同様の試験を行ったところ、貫通率は３０％であった。図３の結果から、この貫通率３０％以下を満たすものは、第１のコーティング層の比誘電率が４．０以上であり、第１のコーティング層の比誘電率は４．０以上であることが、絶縁破壊強さの点で好ましいことがわかった。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、磁器がいし本体の表面に高誘電率結晶を含有する主として磁器質原料からなる第１のコーティング層を設けているため、釉薬と等価もしくはそれ以上の圧縮ストレスを磁器がいし本体に与えることができるほか、釉薬の欠点である気孔量を減少させ、機械的、電気的両面より素地の高い固有強度を発現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁器がいしの例として懸垂がいしの一例の構成を示す部分断面図である。
【図２】第１のコーティング層の見かけの比誘電率を求めるのに使用したモデルの一例を示す図である。
【図３】第１のコーティング層の比誘電率と製品の貫通率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  磁器がいし本体、２  第１のコーティング層、３  第２のコーティング層、４  サンド、５  キャップ金具、６  ピン金具、７  セメント
【図１】
0004094162.tif 000003
【図２】
0004094162.tif 000004
【図３】
0004094162.tif 000005