JP2002110414A - 絶縁材料及びそれを用いた変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 セルロースと比べて機械的強度を大きく損な
うことなく低誘電率化した化合物を絶縁材料に用いて媒
体の誘電率との整合をとり、電気機器、特に油入電気機
器である油入変圧器の絶縁耐力を高め、絶縁距離を短縮
することにより小型軽量の変圧器を提供すること。 【解決手段】 変圧器用絶縁材料において、置換度０．
９〜２．１のアルキルエーテル化セルロース化合物を含
む絶縁材料を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁材料、及び絶
縁材料を使用した変圧器に関する。

【０００２】

【従来の技術】紙、ボード材又はフィルム状の材料は、
電線、変圧器、電動機等の巻線の絶縁物として広く用い
られている。これら材料は、しばしば、鉱油、シリコー
ン油、ＰＦＣ（パーフルオロカーボン）等の絶縁油と組
み合わせて油浸した状態で用いられる。

【０００３】油入電気機器として知られる高電圧大容量
油入変圧器の巻線では、絶縁物として鉱油の他に良質の
木材パルプからなる紙が大量に用いられている。例え
ば、巻線リード線の絶縁被覆としてクラフト紙やクレー
プ紙が用いられ、巻線内の冷却油道を確保するための各
種スペーサ、主絶縁を構成する絶縁物、巻線を支持する
ために巻線の上下に配置された支持絶縁物、リード線バ
リヤを構成する絶縁筒やスペーサ及びリード線を支持す
るための腕木等の素材として、紙を強圧縮したプレスボ
ードが用いられてきている。即ち、変圧器巻線の絶縁
は、これらの絶縁紙と絶縁油として用いられる鉱油の複
合絶縁になっている。ところで、これらの絶縁紙を油含
浸した油浸紙の誘電率と鉱油の誘電率を比較すると、鉱
油の誘電率が２．２程度であるのに対して油浸紙の誘電
率が３．５〜４．７程度あり、油浸紙の方が１．５〜２
倍程度大きい。このため、これらが直列に配置された絶
縁構造の電界負担は、油浸紙中では緩和され、その分が
鉱油にしわ寄せされて鉱油に電界が集中する。そのう
え、鉱油の絶縁強度は油浸紙の絶縁強度よりもはるかに
小さいので、結局、鉱油の絶縁強度で巻線の複合絶縁系
の絶縁強度が決められてくる。

【０００４】このような鉱油への電界集中は絶縁寸法中
における油浸紙の占める割合が大きい部分ほど大きく、
例えば、円板コイルからなる巻線内では、冷却ダクトを
確保するための直線スペーサやコイル間スペーサが配置
された部分の油ギャップで集中が大きい。中でも円板コ
イルが直線スペーサやコイル間スペーサに接する部分の
くさび状の微細な油ギャップの電界が、円板コイルが角
ばっていることによる幾何学的な電界集中も加わって集
中しやすい。このため、この微細油ギャップが絶縁上の
弱点になって絶縁破壊が生じる場合が多いことが知られ
ている。

【０００５】このような弱点を解消して絶縁耐力の向上
を図るため、例えば巻線内については、特開昭６２−１
４７７１０号公報に記載のように、円板コイルの絶縁被
覆やコイル間スペーサ及び直線スペーサの材料に誘電率
が鉱油の１．３倍以下のものを適用することによって、
円板コイル近傍の微細な油ギャップでの電界の集中を防
止したものがある。特公平６−４４４１１号公報は、ポ
リ４−メチルペンテン１繊維とクラフトパルプを混抄し
た低誘電率のプレスボードを提案している。また、プレ
スボード以外の絶縁紙としては、高分子繊維とパルプ状
物体（合成フィブリッド）を混抄し加熱加圧溶融して成
形した低誘電率絶縁紙（特公昭３８−１３９１２号公
報）や高分子繊維とクラフトパルプとの混抄紙２枚以上
を重ね合わせて高分子繊維を溶融して一体化した複合絶
縁紙（特開昭５７−１２４８１１号公報）が開示されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開昭６２−１４７７
１０号公報は誘導電器巻線におけるスペーサ材等の絶縁
材料として誘電率が鉱油の１．３倍以下のスペーサを用
いることを記載するが、具体的にはポリテトラフルオロ
エチレン、ポリプロピレン等の低誘電率のプラスチック
材料をそのまま用いており、鉱油で膨潤する、機械的強
度が低い等の問題がある。また、特公平６−４４４１１
号公報、特公昭３８−１３９１２号公報及び特開昭５７
−１２４８１１号公報は、いずれもクラフトパルプと高
分子繊維とを混抄する、あるいは積層する等して材料を
混合、複合化することで絶縁紙、プレスボード等の絶縁
材料を低誘電率化することを記載するが、これら材料の
場合、低誘電率と機械的強度の両立を図ることが難し
い。セルロースの化学構造を下記の式（Ｉ）に示す。

【０００７】

【化１】

【０００８】セルロースは、ピラノース環が１，４−β
−グルコシド結合した鎖状高分子であり、ピラノース環
の２と３と６の位置に水酸基を持っている。特公昭４１
−２０７６２号公報はセルロース中の水酸基をシアノエ
チル化して絶縁紙の耐熱性を上げることを記載するが、
一般にセルロース中の水酸基をシアノエチル化する等エ
ーテル化すると、置換度が高くなるとともに機械的強度
が低下することが知られている。

【０００９】本発明の目的は、機械的強度を大きく損な
うことなくセルロースと比べて低誘電率化した化合物を
絶縁材料に用いて媒体の誘電率との整合をとり、電気機
器、特にＰＦＣ、シリコーン油、鉱油等の絶縁油を用い
た油入電気機器である油入変圧器や、ＳＦ₆ガス等の絶
縁気体を用いたガス絶縁電気機器であるガス絶縁変圧器
の絶縁耐力を高め、絶縁距離を短縮することにより小型
軽量の変圧器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、変圧器用
絶縁材料において、絶縁材料を構成するセルロース化合
物を種々の置換度でアルキルエーテル化したセルロース
化合物の誘電率及び機械的強度について検討し、置換度
０．９〜２．１のアルキルエーテル化セルロース化合
物、即ちセルロースを構成するピラノース環１個につき
平均０．９〜２．１個の水酸基をアルキルエーテル化し
たセルロース化合物がセルロースと比べて低誘電率であ
り、かつ機械的強度が大きく低下しないことを見出し
た。したがって、該化合物は前述したように機械的強度
と低誘電率が要求される電気機器、特にＰＦＣ、シリコ
ーン油、鉱油等の絶縁油を用いた油入電気機器である油
入変圧器や、ＳＦ６ガス等の絶縁気体を用いたガス絶縁
電気機器であるガス絶縁変圧器の絶縁材料として有効に
適用可能であり、該絶縁材料を適用した変圧器を提供す
ることができる。

【００１１】即ち、本発明は以下の発明を包含する。 （１）変圧器用絶縁材料において、絶縁材料を構成する
セルロース化合物として置換度０．９〜２．１のアルキ
ルエーテル化セルロース化合物を用いることを特徴とす
る変圧器用絶縁材料。 （２）アルキルエーテル化がメチルエーテル化又はエチ
ルエーテル化である前記（１）に記載の変圧器用絶縁材
料。 （３）メチルエーテル化又はエチルエーテル化したセル
ロース化合物繊維が、クラフトパルプ及びプラスチック
繊維の少なくとも一つと混抄されている前記（２）に記
載の変圧器用絶縁材料。

【００１２】（４）絶縁媒体と、鉄芯脚と、この鉄芯脚
に巻装された、絶縁紙が巻回された電線からなるコイル
と、絶縁用及び絶縁媒体の冷却通路構成用絶縁物を備え
た巻線とをタンク内に備えた変圧器において、前記絶縁
紙又は絶縁物の一部又は全部がセルロース化合物を含
み、該セルロース化合物が置換度０．９〜２．１のアル
キルエーテル化セルロース化合物であることを特徴とす
る変圧器。 （５）アルキルエーテル化がメチルエーテル化又はエチ
ルエーテル化である前記（４）に記載の変圧器。 （６）メチルエーテル化又はエチルエーテル化したセル
ロース化合物繊維が、クラフトパルプ及びプラスチック
繊維の少なくとも一つと混抄されている前記（４）に記
載の変圧器。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、変圧器用絶縁材
料、例えば紙、ボード材又はフィルムにおいて、置換度
０．９〜２．１のアルキルエーテル化セルロース化合
物、即ちセルロースを構成するピラノース環１個につき
平均０．９〜２．１個の水酸基をアルキルエーテル化し
たセルロース化合物を含む絶縁材料を使用することであ
る。

【００１４】前記アルキルエーテル化における「アルキ
ル」とは、炭素数１〜６の非置換のアルキル基をいい、
例えばメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチ
ル、ペンチル、ヘキシルが挙げられる。これらのアルキ
ル基は２種以上を組み合わせてもよい。前記アルキルエ
ーテル化としては、メチルエーテル化又はエチルエーテ
ル化が好ましい。

【００１５】前記セルロース化合物はフィルム状の材料
として用いることができる他、該セルロース化合物繊維
を抄紙して絶縁紙、ボード材のような材料としても用い
ることができる。例えば、該セルロース化合物繊維の水
性スラリーから湿式抄造によって湿紙を形成し、この湿
紙を積層して乾燥後、乾燥機で再乾燥し、熱カレンダ処
理することによって絶縁紙を得ることができる。

【００１６】また、該セルロース化合物繊維の水性スラ
リーから湿式抄造によって湿紙を形成し、この湿紙を複
数枚重ねて、温度１１０〜１９０℃、圧力１〜５ＭＰａ
でホットプレスにより加熱加圧乾燥して一体化すること
によりボード材を得ることができる。この際、表面の毛
羽だちをなくし、毛羽だちによる雷インパルス破壊電圧
の低下を防止し、かつ毛羽抜けを防止する目的で、２２
０℃以上の温度で表面を加熱処理してもよい。

【００１７】該セルロース化合物繊維をクラフトパルプ
及びプラスチック繊維の少なくとも一つと混抄した絶縁
紙、ボード材として用いることができる。該セルロース
化合物繊維とクラフトパルプ及びプラスチック繊維の少
なくとも一つの繊維との混合物の水性スラリーから湿式
抄造によって湿紙を形成し、この湿紙から前述の手法と
同様にして絶縁紙、ボード材を作製することができる。

【００１８】更に、絶縁紙、ボード材の原料のパルプ自
体を化学処理して、セルロース中の水酸基をアルキルエ
ーテル化することもできる。例えば、クラフトパルプの
スラリーに水酸化ナトリウム等のアルカリ金属の水酸化
物の微粉末を触媒として加えハロゲン化アルキル化合物
と反応させることでセルロースをアルキルエーテル化し
たクラフトパルプを得ることができる。また、セルロー
スを含むフィルム、絶縁紙又はボード材を直接化学処理
することも可能である。例えば、抄紙の途中の湿紙の状
態で水酸化ナトリウム等のアルカリ金属の水酸化物の微
粉末とハロゲン化アルキル化合物とを加えた有機系溶媒
に浸漬して反応させることで、絶縁紙を構成するセルロ
ース中の水酸基をアルキルエーテル化することができ
る。更に、この湿紙を複数枚重ねてホットプレスにより
加熱加圧乾燥して一体化することによりボード材を得る
ことができる。

【００１９】本発明に用いるアルキルエーテル化セルロ
ース化合物としては、置換度が０．９〜２．１のもので
あれば特に制限はないが、セルロースを構成するピラノ
ース環がほぼ均一にアルキルエーテル化されているもの
が、機械的強度の点で好ましい。このなうな均一にアル
キルエーテル化されているアルキルエーテル化セルロー
ス化合物は、例えば、ピラノース環１個につき１〜２個
の水酸基を選択的にアルキルエーテル化することにより
得ることができる。

【００２０】前記式（Ｉ）に示したように、セルロース
はピラノース環１個につき２と３と６の位置に３個の水
酸基を持っている。ピラノース環１個につき１〜２個の
水酸基を選択的にアルキルエーテル化する場合、２、
３、あるいは６の位置の１個の水酸基をアルキルエーテ
ル化するか、２と３、２と６、あるいは３と６の位置の
２個の水酸基をアルキルエーテル化することが考えられ
るが、化学処理の容易性の点で、６の位置の１個、又は
２と３の位置の２個をアルキルエーテル化することが望
ましい。

【００２１】セルロース中の３個の水酸基は極性が高
い。また、セルロース中の水酸基は分子内又は分子間で
水素結合を形成することが知られている。したがって、
セルロース中のピラノース環１個につき平均０．９〜
２．１個の水酸基をアルキルエーテル化したセルロース
化合物は、極性が低くなり誘電率も低くなる。また、例
えば、ピラノース環１個につき３個すべての水酸基では
なく平均０．９〜２．１個の水酸基をアルキルエーテル
化したセルロース化合物は、水素結合を形成する水酸基
がピラノース環１個につき少なくとも約１個残るため、
セルロース化合物の機械的強度が大きく低下することが
なく、セルロースを100％とすると70％以上の機械的強
度を保持することができる。アルキルエーテル化セルロ
ース化合物の置換度が２.１を超えると、変圧器用材料
として実質的に使用に耐えられない。

【００２２】したがって、この特徴によれば上述したよ
うな性質の置換度０．９〜２．１のアルキルエーテル化
セルロース化合物を含むことで、フィルム、紙あるいは
ボード材を機械的強度を大きく損なうことなく低誘電率
化できる。このようなセルロース化合物を用いたフィル
ム、紙あるいはボード材は電気機器の絶縁材料として用
いることができ、特にＰＦＣ、シリコーン油、鉱油等の
絶縁油を用いた油入電気機器である油入変圧器や、 Ｓ
Ｆ₆ガス等の絶縁気体を用いたガス絶縁電気機器である
ガス絶縁変圧器の絶縁材料として好ましく用いることが
できる。更に、これらのセルロース化合物を用いたフィ
ルム、紙あるいはボード材を絶縁材料として用いること
で媒体の誘電率との整合をとり、絶縁耐力が高い電気機
器、特に油入変圧器やガス絶縁変圧器を作製することが
できる。また、容量が同じであれば絶縁距離を短縮する
ことにより巻線高さを縮小し、変圧器を小型軽量化する
ことができる。

【００２３】

【実施例】はじめに、本発明の実施例及び比較例の絶縁
材料について説明する。表１及び下記の式（II）に、本
発明の実施例及び比較例の絶縁材料の化学構造を示す。

【００２４】

【化２】

【００２５】これらはセルロース中のピラノース環１個
につき１〜３個の水酸基を、表１に示すように選択的に
アルキルエーテル化した化合物である。実施例１は２と
３の位置の水酸基をメチルエーテル化した２，３−ジ−
Ｏ−メチルセルロースであり、実施例２は６の位置の水
酸基をメチルエーテル化した６−Ｏ−メチルセルロース
であり、実施例３は２と３の位置の水酸基をエチルエー
テル化した２，３−ジ−Ｏ−エチルセルロースである。
比較例１はピラノース環１個につき３個の水酸基すべて
をメチルエーテル化した化合物、比較例２はピラノース
環１個につき３個の水酸基すべてをエチルエーテル化し
た化合物、比較例３は全く置換していないセルロース
（市販品）である。

【００２６】

【表１】

【００２７】（１）絶縁材料の合成 これらの実施例及び比較例の絶縁材料は以下の手順で合
成した。セルロースアセテートはダイセル化学工業社製
（ＤＳ＝２．２４）のものを１０５℃で３時間乾燥して
用いた。ジメチルスルホキシド、ピリジンはモレキュラ
ーシーブス３Ａで脱水した。溶媒、ヨウ化メチル及びヨ
ウ化エチルは市販の有機合成用グレードのものを特に精
製せずそのまま用いた。また、水酸化ナトリウムの粉末
は水酸化ナトリウムのペレットをミルで粉砕したものを
用いた。

【００２８】（実施例１）２，３−ジ−Ｏ−メチルセル
ロースの合成 （ａ）６−Ｏ−（トリフェニルメチル）セルロースの合
成 セルロースアセテートを１５％アンモニア水に加え室温
で３週間撹拌し脱アセチル化した。完全に脱アセチル化
して得られたセルロース３２．５gを脱水したピリジン
３００mlに加え、８０℃で３時間還流した後、ろ過し
た。この還流及びろ過の手順を３回繰り返した。このセ
ルロースに無水ピリジン５００mlとトリフェニルメチル
クロリド１４２gとを加え、冷却管、メカニカルスター
ラー及び乾燥管を接続した１０００mlの三口フラスコ中
で９５℃で２６時間撹拌した。次に、室温まで冷却した
後、反応混合物を撹拌しているメタノールに注いだ。得
られた沈殿を単離してメタノール中で１２時間洗浄し
た。沈殿は２回洗浄した後、ろ過し、１００℃で真空乾
燥した。

【００２９】（ｂ）２，３−ジ−Ｏ−メチル−６−（ト
リフェニルメチル）セルロースの合成 ６−Ｏ−（トリフェニルメチル）セルロース１gをジメ
チルスルホキシド６０mlに加え５０℃で撹拌しながら溶
解した後、水１mlを加えて室温まで冷却した。次に、こ
の溶液に水酸化ナトリウム粉末２．５gを窒素気流下で
撹拌しながら少しずつ加え分散させた。更に窒素気流下
で１時間撹拌した後、撹拌しながらヨウ化メチル２．２
mlを滴下ロートでゆっくりと滴下した。最初に溶液にヨ
ウ化メチルを加えてから２時間後、３時間後、４時間後
に、それぞれヨウ化メチル０．３mlを滴下ロートでゆっ
くりと滴下した。次に、温度を４０℃まで上げて３０分
撹拌した後、更に７０℃で窒素気流下で２０時間撹拌し
た。反応混合物の温度を室温まで下げてしばらく撹拌し
た後、撹拌しているメタノール／水＝９５／５（vol）
１００ｍｌに注いだ。しばらく静置した後、沈殿をろ過
し、ろ物を風乾後５０℃で真空乾燥した。

【００３０】（ｃ）２，３−ジ−Ｏ−メチルセルロース
の合成 得られた２，３−ジ−Ｏ−メチル−６−（トリフェニル
メチル）セルロース４．５gをジクロロメタン１５０ml
に入れ塩化水素ガスで４分間処理し脱トリチル化した。
脱トリチル化混合物を５００mlのアセトンに注いだ。生
成物をアセトンで洗浄後ろ過し、６５℃で真空乾燥し
た。得られた２，３−ジ−Ｏ−メチルセルロースの置換
度は２．０であった。

【００３１】（実施例２）６−Ｏ−メチルセルロースの
合成 （ａ）２，３−ジ−Ｏ−アリル−６−（トリフェニルメ
チル）セルロースの合成 ６−Ｏ−（トリフェニルメチル）セルロース３gをジメ
チルスルホキシド１５０mlに加え６０℃で撹拌しながら
溶解した後、室温まで冷却した。次に、この溶液に水酸
化ナトリウム粉末５．９４gを窒素気流下で撹拌しなが
ら少しずつ加え分散させた。更に窒素気流下で１時間撹
拌した後、アリルクロリド１２．１mlを一気に加えた。
混合物を窒素気流下７０℃で４時間撹拌した後、室温ま
で冷却した。反応混合物を撹拌しているメタノール／水
＝９５／５（vol）に注いで沈殿させた。沈殿はジクロ
ロメタンに溶解して水で３回洗浄した後、減圧下６０℃
でシロップ状になるまで溶媒を蒸発させた。シロップに
メタノールを加えて沈殿させ、ろ過後６５℃で真空乾燥
した。

【００３２】（ｂ）２，３−ジ−Ｏ−アリルセルロース
の合成 ２，３−ジ−Ｏ−アリル−６−（トリフェニルメチル）
セルロース４．５gをジクロロメタン１５０mlに溶解し
塩化水素ガスで３分間処理し脱トリチル化した。脱トリ
チル化混合物を５００mlのアセトンに注ぎ、生成物を遠
心分離して単離した。生成物はアセトンで洗浄後、ろ過
し、６５℃で真空乾燥した。

【００３３】（ｃ）２，３−ジ−Ｏ−（１−プロペニ
ル）セルロースの合成 ２，３−ジ−Ｏ−アリルセルロース３gをジメチルスル
ホキシド１５０mlに５０℃で２時間撹拌して溶解し、窒
素気流下tert−ブトキシカリウム７．７３gを触媒とし
て加え均一溶液とし４時間撹拌して異性化した。反応混
合物をアセトンに注ぎ、沈殿を遠心分離して単離した。
沈殿はアセトンで洗浄後、ろ過し、６５℃で真空乾燥し
た。

【００３４】（ｄ）６−Ｏ−メチル−２，３−ジ−Ｏ−
（１−プロペニル）セルロースの合成 ２，３−ジ−Ｏ−（１−プロペニル）セルロース１．５
gをジメチルスルホキシド９０mlに加え５０℃で撹拌し
ながら溶解した後、水１．５mlを加えて室温まで冷却し
た。次に、この溶液に水酸化ナトリウム粉末３．１gを
窒素気流下で撹拌しながら少しずつ加え分散させた。更
に窒素気流下で１時間撹拌した後、総量の２／３のヨウ
化メチル１．９mlを滴下ロートでゆっくりと滴下した。
最初に溶液にヨウ化メチルを加えてから２時間後、３時
間後、４時間後に、それぞれ等量のヨウ化メチル０．３
ml（総量の１／９）を滴下ロートでゆっくりと滴下し
た。次に、温度を４０℃まで上げて３０分撹拌した後、
更に７０℃で窒素気流下で２０時間撹拌した。反応混合
物の温度を室温まで下げてしばらく撹拌した後、撹拌し
ているメタノール／水＝９５／５（vol）３００ｍｌに
注いだ。しばらく静置した後、沈殿をろ過し、ろ物を風
乾後５０℃で真空乾燥した。

【００３５】（ｅ）６−Ｏ−メチルセルロースの合成 ６−Ｏ−メチル−２，３−ジ−Ｏ−（１−プロペニル）
セルロースは０．１ＭのHClを溶解したメタノール／水
＝９０／１０（vol）中で室温で３時間撹拌して加水分
解した。混合物を大量の冷水中に注ぎ、沈殿をろ過後、
蒸留水で２〜３回洗浄した。得られた固体を６５℃で真
空乾燥した。得られた６−Ｏ−メチルセルロースの置換
度は１．０であった。

【００３６】（実施例３）２，３−ジ−Ｏ−エチルセル
ロースの合成 （ａ）２，３−ジ−Ｏ−エチル−６−（トリフェニルメ
チル）セルロースの合成 ６−Ｏ−（トリフェニルメチル）セルロース１gをジメ
チルスルホキシド６０mlに加え５０℃で撹拌しながら溶
解した後、水１mlを加えて室温まで冷却した。次に、こ
の溶液に水酸化ナトリウム粉末２．５gを窒素気流下で
撹拌しながら少しずつ加え分散させた。更に窒素気流下
で１時間撹拌した後、撹拌しながらヨウ化エチル２．８
mlを滴下ロートでゆっくりと滴下した。最初に溶液にヨ
ウ化エチルを加えてから２時間後、３時間後、４時間後
に、それぞれヨウ化エチル０．４mlを滴下ロートでゆっ
くりと滴下した。次に、温度を４０℃まで上げて３０分
撹拌した後、更に７０℃で窒素気流下で２０時間撹拌し
た。反応混合物の温度を室温まで下げてしばらく撹拌し
た後、撹拌しているメタノール／水＝９５／５（vol）
１００ｍｌに注いだ。しばらく静置した後、沈殿をろ過
し、ろ物を風乾後５０℃で真空乾燥した。

【００３７】（ｂ）２，３−ジ−Ｏ−エチルセルロース
の合成 得られた２，３−ジ−Ｏ−エチル−６−（トリフェニル
メチル）セルロース４．５gをジクロロメタン１５０ml
に入れ塩化水素ガスで４分間処理し脱トリチル化した。
脱トリチル化混合物を５００mlのアセトンに注いだ。生
成物をアセトンで洗浄後、ろ過し、６５℃で真空乾燥し
た。得られた２，３−ジ−Ｏ−エチルセルロースの置換
度は２．０であった。

【００３８】（比較例１）２，３，６−トリ−Ｏ−メチ
ルセルロースの合成 セルロースアセテート１gをジメチルスルホキシド６０m
lに加え５０℃で撹拌しながら溶解した後、水１mlを加
えて室温まで冷却した。次に、この溶液に水酸化ナトリ
ウム粉末５．８６gを窒素気流下で撹拌しながら少しず
つ加え分散させた。更に１時間撹拌した後、窒素気流下
で撹拌しながらヨウ化メチル４．９mlを滴下ロートでゆ
っくりと滴下した。最初に溶液にヨウ化メチルを加えて
から２時間後、３時間後、４時間後に、それぞれヨウ化
メチル０．８mlを滴下ロートでゆっくりと滴下した。次
に、温度を４０℃まで上げて３０分撹拌した後、更に７
０℃で窒素気流下で２０時間撹拌した。反応混合物の温
度を室温まで下げてしばらく撹拌した後、撹拌している
アセトン／水＝５０／５０（vol）１００ｍｌに注い
だ。しばらく静置した後、沈殿をろ過し乾燥した。ろ物
をジクロロメタンに溶解し分液ロートを用いて水で洗浄
した後、シロップが残るまでジクロロメタンを蒸発させ
た。残ったシロップにアセトン／水＝５０／５０（vo
l）を加え、沈殿をろ過した。ろ物をジクロロメタンに
溶解しアセトン／水＝５０／５０（vol）で同様に再沈
殿した後、ろ過し、ろ物を風乾後５０℃で真空乾燥し
た。得られた２，３，６−トリ−Ｏ−メチルセルロース
の置換度は３．０であった。

【００３９】（比較例２）２，３，６−トリ−Ｏ−エチ
ルセルロースの合成 比較例１において、ヨウ化メチルの代わりにヨウ化エチ
ルを用いる以外は同様にして、２，３，６−トリ−Ｏ−
エチルセルロースを得た。得られた２，３，６−トリ−
Ｏ−エチルセルロースの置換度は３．０であった。

【００４０】（２）絶縁材料フィルムの作製 合成した絶縁材料を以下の手順でフィルム化した。２，
３−ジ−Ｏ−メチルセルロース、６−Ｏ−メチルセルロ
ース及び２，３−ジ−Ｏ−エチルセルロースをそれぞれ
約０．８wt％のジメチルアセトアミド溶液とした。約２
gの溶液を底が平坦なトレイに入れ、５０℃で減圧下３
日間処理してジメチルアセトアミドを蒸発させ、キャス
トフィルムを得た。更に５０℃で２日間真空乾燥してフ
ィルム中に残るジメチルアセトアミドを完全に除去し、
デシケータ中に保管した。２，３，６−トリ−Ｏ−メチ
ルセルロース及び２，３，６−トリ−Ｏ−エチルセルロ
ースについては、溶媒としてクロロホルムを用い、同様
にしてキャストフィルムを得た。純粋なセルロースフィ
ルムはセルロースの塩化リチウム−ジメチルアセトアミ
ド溶液をキャストして得た。

【００４１】（３）絶縁紙、ボード材の作製 合成した絶縁材料から、以下の手順で絶縁紙及びボード
材を作製した。実施例１〜３及び、比較例１、３のそれ
ぞれの化合物について、該化合物繊維の水性スラリーか
ら湿式抄造によって湿紙を形成し、この湿紙を積層して
乾燥後、乾燥機で再乾燥し、熱カレンダ処理することに
よって厚さ１００μｍの絶縁紙を得た。また、該セルロ
ース化合物繊維の水性スラリーから湿式抄造によって湿
紙を形成し、この湿紙を１９枚重ねて、温度１４０℃、
圧力４ＭＰａでホットプレスにより加熱加圧乾燥して一
体化し、厚さ１．６〜１．７mmのボード材を得た。

【００４２】また、実施例１の化合物について、該化合
物繊維をクラフトパルプと重量比で８０／２０の割合で
混ぜ水性スラリーとし、同様に湿式抄造によって湿紙を
形成し、この湿紙を積層して乾燥後、乾燥機で再乾燥
し、熱カレンダ処理することによって厚さ１００μｍの
絶縁紙を得た。また、該セルロース化合物繊維の水性ス
ラリーから湿式抄造によって湿紙を形成し、この湿紙を
１９枚重ねて、温度１４０℃、圧力４ＭＰａでホットプ
レスにより加熱加圧乾燥して一体化し、厚さ１．６〜
１．７mmのボード材を得た。

【００４３】（４）誘電率測定 作製した絶縁材料フィルムの室温、空気中における誘電
率を測定した。誘電率測定用の試料は、作製したキャス
トフィルムの表側に約４mmΦ、裏側には約１０mmΦのア
ルミニウム電極を厚さ５００ｎｍ蒸着したものを用い
た。測定は、ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ社製電極
１６４５１Ｂを用い、ＹＯＫＯＧＡＷＡＨＥＷＬＥＴＴ
ＰＡＣＫＡＲＤ社製ＩＭＰＥＤＡＮＣＥ ＡＮＡＬＹ
ＺＥＲ４１９２Ａで測定した。作製した絶縁紙、ボード
材の誘電率は、日新電機社製ＥＹ−０２５５９電極を用
い、あらかじめ真空加熱乾燥し絶縁油を含浸した供試片
（直径９０mmΦ）を電極間に０．０２５ＭＰａの圧力で
はさみ絶縁油を含浸して、安藤電気社製ＴＲ−１１００
形誘電体損測定装置で測定した。

【００４４】（５）機械的強度測定 作製した絶縁材料フィルムの室温、空気中における機械
的特性を測定した。引張弾性率（ヤング率）はアイティ
ー計測制御社製動的粘弾性測定装置ＤＶＡ−２００を用
いて測定した。また、引張強度はフィルムを５mm×３０
mmに切りスパン間２０mm、引張速度５mm／minで、ＳＨ
ＩＭＡＺＵ社製ＡＵＴＯＧＲＡＰＨ ＤＳＳ５０００を
用いて測定した。作製した絶縁紙、ボード材の引張強度
は、１５mm×２５０mmに切りスパン間１８０mm、引張速
度２００mm／minで、ＳＨＩＭＡＺＵ社製ＡＵＴＯＧＲ
ＡＰＨ ＤＳＳ５０００を用いて測定した。

【００４５】（実施例４〜６、比較例４〜６）表２に、
各絶縁材料フィルムの誘電率及び機械的特性を示す。実
施例４〜６は、比較例６のセルロースと比べて誘電率が
低い。また、機械的強度も比較例６のセルロースの約７
０〜８５％程度であり、変圧器等の絶縁材料に適用する
ことができる。比較例４〜５も実施例４〜６と同様に誘
電率は低いが、機械的強度が比較例６のセルロースの５
０％程度であり、変圧器等の絶縁材料に適用することは
困難であることが分かる。

【００４６】

【表２】

【００４７】表２の実施例４〜６の測定結果より、セル
ロースを構成するピラノース環１個につき１〜２個の水
酸基をメチルエーテル化又はエチルエーテル化した化合
物はセルロースと比べて誘電率が低く引張強度もセルロ
ースの約７０〜８５％程度であり、変圧器等の絶縁材料
に適用することができる。

【００４８】（実施例７〜14、比較例７〜10）表３及び
４に、実施例１〜３及び比較例１、３のそれぞれの化合
物を用いて作製した絶縁紙及びボード材の密度、誘電率
及び引張強度を示す。実施例７〜10の絶縁紙は、比較例
８のセルロース100%の絶縁紙と比べて誘電率が低く、ま
た、引張強度も比較例８の約７０〜８５％程度であり、
変圧器等の絶縁材料に適用することができる。また、実
施例11〜14のボード材は、比較例10のセルロース100%の
ボード材と比べて誘電率が低く、また、引張強度も比較
例10の約７０〜８７％程度であり、変圧器等の絶縁材料
に適用することができる。また、実施例８及び実施例12
からわかるように、実施例１の化合物にクラフトパルプ
を混抄して作製した絶縁紙及びボード材も、それぞれ比
較例８の絶縁紙及び比較例10のボード材と比べて誘電率
が低く、また、引張強度も比較例８の絶縁紙及び比較例
10のボード材の約８５％程度であり、変圧器等の絶縁材
料に適用することができる。

【００４９】比較例７の絶縁紙及び比較例９のボード材
も、それぞれ比較例８の絶縁紙及び比較例10のボード材
と比べて誘電率は低いが、引張強度が８及び10と比べて
それぞれ５０％程度であり、変圧器等の絶縁材料に適用
することは困難であることが分かる。

【００５０】

【表３】

【００５１】

【表４】

【００５２】表３及び４の実施例７〜14の測定結果よ
り、セルロースを構成するピラノース環１個につき１〜
２個の水酸基をメチルエーテル化又はエチルエーテル化
した化合物を用いて作製した絶縁紙又はボード材は、そ
れぞれセルロース１００％の絶縁紙又はボード材と比べ
て誘電率が低く、引張強度もセルロースの約７０〜８７
％程度であり、変圧器等の絶縁材料に適用することがで
きる。

【００５３】絶縁紙、ボード材の原料のパルプ自体を化
学処理して、セルロース中の水酸基をアルキルエーテル
化することも可能である。クラフトパルプを有機溶剤に
分散させ、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属の水酸化
物の微粉末を触媒として加え、ハロゲン化アルキル化合
物と反応させることで、クラフトパルプを構成するセル
ロースをアルキルエーテル化したクラフトパルプを得る
ことができる。例えば２，３位の水酸基をメチルエーテ
ル化する場合、まず、クラフトパルプを十分に脱水した
後、脱水した有機溶剤中でトリフェニルメチルクロライ
ドとを加えて反応させ、６位の水酸基を（トリフェニル
メチル）エーテル化する。次に、得られた６−Ｏ−（ト
リフェニルメチル）セルロースを有機溶剤に若干の水を
加えて分散させ、この溶液に窒素気流下で水酸化ナトリ
ウム粉末を少しずつ分散させた後にヨウ化メチルをでゆ
っくりと加えて反応させ２，３位の水酸基をメチルエー
テル化する。更に、得られた２，３−ジ−Ｏ−メチル−
６−（トリフェニルメチル）セルロースを有機溶剤中で
塩化水素ガスで短時間処理し脱トリチル化して、２，３
−ジ−Ｏ−メチルセルロースを得ることが可能である。

【００５４】また、セルロースを含むフィルム、絶縁紙
又はボード材を直接化学処理することも可能である。例
えば、抄紙の途中の湿紙の状態で水酸化ナトリウム等の
アルカリ金属の水酸化物とハロゲン化アルキル化合物と
を加えた水又は有機溶媒に浸漬して反応させることで、
クラフトパルプを構成するセルロースをアルキルエーテ
ル化して絶縁紙又はボード材を作製することができる。
２，３位をメチルエーテル化する場合、クラフトパルプ
を十分に脱水した後、脱水した有機溶剤中で抄紙の途中
の湿紙の状態で、トリフェニルメチルクロリドを加えた
脱水した有機溶剤中に浸漬して反応させることで、６位
の水酸基を（トリフェニルメチル）エーテル化する。次
いで、若干の水を加えた有機溶剤に窒素気流下で水酸化
ナトリウム粉末を少しずつ分散させた溶液に浸漬し、こ
の溶液に窒素気流下でヨウ化メチルをゆっくりと加えて
反応させ、２，３位の水酸基をメチルエーテル化する。
更に、有機溶剤中で塩化水素ガスで短時間処理し脱トリ
チル化して、２，３位をメチルエーテル化した絶縁紙又
はボード材を得ることが可能である。また、絶縁紙、ボ
ード材そのものを水酸化ナトリウム等のアルカリ金属の
水酸化物とハロゲン化アルキル化合物とを加えた水又は
有機溶媒に浸漬して反応させることで、絶縁紙又はボー
ド材を構成するセルロースをアルキルエーテル化するこ
とも可能である。

【００５５】（実施例12)本発明の実施例である油入電
気機器としての油入変圧器を説明する。図１は本実施例
の油入変圧器を示す縦断面図である。鉄芯１の下部に取
り付けた下部支持金具２の上に絶縁支持台３ａを置き、
この絶縁支持台３ａ上にコイル間スペーサ４ａと円板コ
イル５ａを交互に積み重ねて低圧巻線６を形成してい
る。低圧巻線６の最上部には静電シールド７ａが置かれ
る。低圧巻線６の外側に直線スペーサ８を当て、その外
側に絶縁紙を巻回して絶縁筒９を形成し、更に、その外
側に同様の直線スペーサ８と絶縁筒９を配置して主絶縁
１０を形成している。

【００５６】主絶縁１０の最も外側に位置する直線スペ
ーサ８の外側に電線を締め付けながら巻回して円板コイ
ル５ｂを形成し、この円板コイル５ｂとコイル間スペー
サ４ｂを交互に積み重ねて高圧巻線１１を構成してい
る。高圧巻線１１の最上部には静電シールド７ｂが設け
られる。

【００５７】このように形成した低圧及び高圧巻線６、
１１の上部には絶縁支持台３ｂを乗せ、更にその上に押
しボルト１３を装着した上部支持金具１２を乗せて鉄芯
１に取り付ける。そして、押しボルト１３で絶縁支持台
３ｂに荷重を加え、低圧及び高圧巻線６、１１を締め付
けて巻線本体を構成している。

【００５８】高圧巻線１１の上端から高圧リード線１４
を引き出して高圧ブッシング１５に接続するが、その
際、上部支持金具１２から、高圧リード線１４が入るよ
うな穴をあけた支持腕木１６を出し、この穴に高圧リー
ド線１４を納めてリード線１４の途中を支持している。
また、高圧リード線の周囲との絶縁距離が小さい部分に
ついてはスペーサ１７を介して絶縁紙を巻回してリード
線バリヤ１８を配置している。これらすべては鉱油２１
を満たしたタンク２０内に収納して円板巻の変圧器巻線
２２が構成されている。

【００５９】絶縁用及び絶縁油の冷却通路構成用絶縁物
として用いられるコイル間スペーサ４ａ、４ｂ、直線ス
ペーサ８の材料としては従来よりクラフトパルプからな
るプレスボード等のボード材が広く用いられている。こ
れらコイル間スペーサ４ａ、４ｂ、直線スペーサ８に用
いるボード材として、表４に示す実施例11に代表される
置換度０．９〜２．１のアルキルエーテル化セルロース
化合物を含む絶縁材料を用いることにより、ボード材と
鉱油とで形成される複合絶縁系の絶縁耐力を高くするこ
とができる。即ち、従来と比べて機械的強度を損なうこ
となく低誘電率化したボード材を用いて鉱油と絶縁材料
との誘電率差を小さくすることにより、コイル間スペー
サ４ａ、４ｂ、直線スペーサ８が配置された部分等の油
ギャップでの電界集中を緩和することができる。

【００６０】また、図２に図１中の円板コイルの拡大断
面図を示す。導体５１のまわりに用いられる絶縁被覆５
２の材料として従来よりクラフトパルプからなる絶縁紙
が広く用いられている。絶縁被覆５２に用いる絶縁紙と
して置換度０．９〜２．１のアルキルエーテル化セルロ
ース化合物を含む絶縁材料を用いることにより、ボード
材と鉱油とで形成される複合絶縁系の絶縁耐力を高くす
ることができる。本発明の絶縁材料は、ここに示した材
料に限らず、変圧器で用いられる鉱油との複合絶縁系を
形成する紙、ボード材に代表される絶縁材料に適用可能
である。また、従来より用いられるフィルム、紙、ボー
ド材と併用することもできる。

【００６１】本発明の絶縁材料は、鉱油に限らず、一般
に絶縁、冷却媒体として用いられる汎用の絶縁液体を用
いた場合でも、絶縁液体との複合絶縁系を形成する紙、
ボード材に代表される絶縁材料に適用可能である。ま
た、絶縁、冷却媒体としてガスを用いた場合にも、絶縁
ガスとの複合絶縁系を形成するフィルム、紙、ボード材
に適用可能である。例えば、油入変圧器と同様に冷却通
路構成用絶縁物であるコイル間スペーサ、直線スペーサ
の材料としてボード材を用いるガス絶縁変圧器に代表さ
れるガス絶縁電気機器にも本発明の絶縁材料を適用する
ことができる。

【００６２】前記の一定の置換度でアルキルエーテル化
されたセルロース化合物を用いたフィルム、紙又はボー
ド材を絶縁材料として用いることで媒体の誘電率との整
合をとり、絶縁耐力が高い電気機器、特に油入電気機器
である油入変圧器を作製することができる。また、容量
が同じであれば絶縁距離を短縮することにより巻線高さ
を縮小し、変圧器を小型軽量化することができる。本発
明の表４に示す実施例11のボード材を用いることによ
り、容量が同じである従来の変圧器と比べて巻線高さを
約５％縮小し、変圧器を小型化することができた。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、絶縁材料において、機
械的強度を大きく損なうことなく低誘電率化することが
できる。また、本発明の絶縁材料は電気機器の絶縁材料
として用いることができ、特に油入電気機器である油入
変圧器の絶縁材料として好ましく用いることができる。
更に、本発明の絶縁材料を用いることで媒体の誘電率と
の整合をとり、絶縁耐力が高い電気機器、特に油入電気
機器である油入変圧器を作製することができる。また、
容量が同じであれば絶縁距離を短縮することにより巻線
高さを縮小し、変圧器を小型軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の油入変圧器を示すを示す縦断面図。

【図２】実施例の油入変圧器の要部である円板コイルの
拡大断面図。

【符号の説明】

１ 鉄芯 ２ 下部支持金具 ３ａ，３ｂ 絶縁支持台 ４ａ，４ｂ コイル間スペーサ ５ａ，５ｂ 円板コイル ６ 低圧巻線 ７ａ，７ｂ 静電シールド ８ 直線スペーサ ９ 絶縁筒 １０ 主絶縁 １１ 高圧巻線 １２ 上部支持金具 １３ 押しボルト １４ 高圧リード線 １５ 高圧ブッシング １６ 支持腕木 １７ スペーサ １８ リード線バリヤ １９ 絶縁被覆 ２０ タンク ２１ 鉱油 ２２ 変圧器巻線 ５１ 導体 ５２ 絶縁被覆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｂ 3/52 Ｈ０１Ｂ 3/52 Ｚ 17/56 17/56 Ｄ Ｈ０１Ｆ 27/32 Ｈ０１Ｆ 27/32 Ｚ 41/12 41/12 Ｅ (72)発明者 伊藤 雄三 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 重勝 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所電機システム事業部内 Ｆターム(参考） 4J002 AB031 FA041 GK00 GQ01 4L055 AC06 AF09 AF10 EA29 FA11 GA02 5E044 CA01 CB03 5G305 AA03 AB02 AB10 AB15 AB40 BA18 BA21 BA23 CA43 5G333 AA02 AA03 AB05 AB28 CA01 CA03 CB01 DA06 DA12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器用絶縁材料において、絶縁材料を
   構成するセルロース化合物として置換度０．９〜２．１
   のアルキルエーテル化セルロース化合物を用いることを
   特徴とする変圧器用絶縁材料。
2. 【請求項２】 アルキルエーテル化がメチルエーテル化
   又はエチルエーテル化である請求項１記載の変圧器用絶
   縁材料。
3. 【請求項３】 メチルエーテル化又はエチルエーテル化
   したセルロース化合物繊維が、クラフトパルプ及びプラ
   スチック繊維の少なくとも一つと混抄されている請求項
   ２記載の変圧器用絶縁材料。
4. 【請求項４】 絶縁媒体と、鉄芯脚と、この鉄芯脚に巻
   装された、絶縁紙が巻回された電線からなるコイルと、
   絶縁用及び絶縁媒体の冷却通路構成用絶縁物を備えた巻
   線とをタンク内に備えた変圧器において、前記絶縁紙又
   は絶縁物の一部又は全部がセルロース化合物を含み、該
   セルロース化合物が置換度０．９〜２．１のアルキルエ
   ーテル化セルロース化合物であることを特徴とする変圧
   器。
5. 【請求項５】 アルキルエーテル化がメチルエーテル化
   又はエチルエーテル化である請求項４記載の変圧器。
6. 【請求項６】 メチルエーテル化又はエチルエーテル化
   したセルロース化合物繊維が、クラフトパルプ及びプラ
   スチック繊維の少なくとも一つと混抄されている請求項
   ４記載の変圧器。