JP2002522876A

JP2002522876A - 電気絶縁体の製造方法

Info

Publication number: JP2002522876A
Application number: JP2000564212A
Authority: JP
Inventors: リーバーマン、ヨハネス; バールマン、アルフレート; ディーターフィッシング、クラウス; ヘンネマン、オットー‐ディードリッヒ
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-08-07
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2002-07-23
Also published as: NO20010658D0; NO20010658L; DE19835883A1; CZ2001431A3; CN1312945A; BR9912783A; US6497923B2; WO2000008658A3; WO2000008658A2; US20010015284A1; EP1114427A2

Abstract

(57)【要約】絶縁体の成形体に疎水性のプラズマポリマー被覆が形成される電気絶縁体の製造方法を提示する。プラズマポリマー被覆は無極性或いは無極群を備えた操作ガスにおいてプラズマを発生させ１×１０^-5〜５×１０^-1ｈＰａの操作圧力において作られる。真空室容積当りの電気入力量は０．５〜５ｋＷ／ｍ³、真空室容積当りのガス流量は１０〜１０００ｓｃｃｍ／ｍ³の間にある。その質が成形体の材料に無関係であり、耐久性があって、硬くかつ疎水性のあるプラズマポリマー被覆が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】この発明は、絶縁体の成形体に疎水性プラズマポリマーの被覆を形成した電気
絶縁体を製造する方法に関する。

【０００２】電気絶縁体とは、この場合、電気回路又は電気設備における電気絶縁構造部品
を意味する。このような絶縁構造部品は、例えば電気回路に使用される絶縁層、
通電導体の絶縁被覆或いは電子基板である。本明細書において電気絶縁体は又、
特に電気開閉技術において通電導体を引き回し或いは間隔を保持するために利用
されるような絶縁体である。特に、電気絶縁体とは、強電技術の送電架線を引き
回し或いは間隔を保持するために使用されるような高圧絶縁体を意味する。さら
に、高出力半導体或いは電気的開閉素子、例えばサイリスタ或いはサイラトロン
の絶縁ケースも本明細書の意味での電気絶縁体である。

【０００３】電気絶縁体は多数の異なる材料から作られる。しかしながら、主としてプラス
チック、ガラス及びセラミックス、特に磁器が使用される。電気絶縁体を上記の
材料から製造するには、通常、成形可能な原材料に形状を与え、次いで硬化する
ことによって行われる。この硬化は、その場合、使用される材料に応じて、冷却
、光照射或いはセラミックスの場合は焼成により行われる。成形された絶縁体は
、異なる材料の数個の部片からなることもある（この場合複合絶縁体と言う）が
、以下においてはこれも成形体と呼ぶ。電気絶縁体のこのような成形体の製造は
一般的な従来技術である。例えば、セラミックスの高圧絶縁体の製造に関してシ
ーメンス社の社内文献「あらゆる適用のための高電圧セラミックス―パワ・エン
ジニアリングのパイオニアによる(High-Voltage Ceramics for all Application
s−by the Pioneer of Power Engineering)」、注文番号A96001−U10−A444−Ｘ
−7600、１９９７が挙げられる。

【０００４】電気絶縁体を長期にわたり使用すると、絶縁体は使用場所に関係して多かれ少
なかれかなりの表面汚染を受け、清浄な絶縁体の本来の絶縁性能を著しく劣化さ
せることがある。例えば、この汚染により表面閃絡が生ずる。粗表面は平滑表面
より速く汚染するので、例えばセラミック絶縁体は、この絶縁体を技術的に改善
する表面釉薬が施される。他の電気絶縁体に対しても、汚染を防ぐワニスや被覆
を長期使用の際の表面汚染を減少するために設けることは一般的である。

【０００５】絶縁特性喪失の同じ問題は、電気絶縁体が湿った環境或いは高湿度において使
用されるとき、或いは屋外において霧或いは雨のような湿気のある天候の影響を
受けるときに生ずる。結露或いは雨に伴い電気絶縁体の表面に水が沈着する。蒸
発時、先に溶解していた汚染粒子が絶縁体の表面に付着して残る。時間が経つと
再び表面汚染が生じ、清浄な絶縁体の絶縁耐性を劣化させる。平滑表面でもこの
汚染は防げない。同じ問題は、絶縁体が塩分を含む環境において、例えば海岸の
近く或いは工業地帯の近くにおいて使用されるときに生ずる。

【０００６】絶縁体の湿った或いは汚れた表面に沿って早期に閃絡が発生するのを回避する
ため、高圧絶縁体にいわゆる笠形リブを備えねばならず、これにより互いに絶縁
される部分間の表面にわたる漏洩距離を著しく延長する。この面倒な手段は、し
かしながら、高い材料費を必要とし、高い製造コストにつながる。

【０００７】特に湿気のある環境での表面汚染のこのような問題に対する解決策として、シ
ーメンス社の社内資料「SIMOTEC複合絶縁体：新世代開閉装置への鍵」、注文番
号A96001-U10-A413、１９９７により、シリコーンゴムからなる笠形リブを備え
た所謂複合絶縁体が公知である。シリコーンゴムの疎水性表面は水膜の形成及び
異物層の付着を妨げる。このような絶縁体では、表面に結露した水がその水に溶
けている異物とともに玉になり、この場合は汚染膜が形成されない。

【０００８】シリコーンゴムは、しかしながら、湿気のある環境でその疎水性表面特性にも
かかわらず次第に水を沈着させる傾向がある。これにより高い大気湿度において
絶縁耐力の一時的な低下を招き、絶縁すべき電圧が高い場合には、閃絡発生時に
絶縁体の破壊につながる。水の沈着により閃絡は、即ち最早、表面に沿ってでは
なく、一部は絶縁体自体を通って生じる。また、同一のマイナス作用で塵埃及び
汚物の粒子がシリコーンゴムの表面に沈着する。

【０００９】電気絶縁体に疎水性被覆を作るためのもう１つの提案は、高圧エンジニアリン
グに関する第９回シンポジウム（Grazで1995年８月28日から９月１日開催）にお
けるTyman, A; Pospieszna, I; Inchuniewicz, Iによる発表論文「プラズマプロ
セスにより変性された絶縁体釉薬(Insulators Graze Modified by Plasma Proce
sses)」により公知である。この場合、プラズマ処理プロセスにより疎水性のプ
ラズマポリマー被覆がセラミックの釉薬上に作られる。このため、第１の作業工
程で、閉塞された容器内にアルゴンからなる希ガスプラズマを作り、釉薬中にあ
るナトリウム或いはカリウム等のアルカリイオンをガスボンバードメントによっ
て表面から溶出させる。この表面処理の後容器に操作ガスとしてヘキサメチルジ
シロキサン（ＨＭＤＳＯ）を導入し、このガスから１．１２ｈＰａ以上の圧力で
再びプラズマを発生させる。このプラズマ重合プロセスにより、上記アルカリイ
オンを化学的に固定結合された疎水性のグループに置換する。その場合、プラズ
マポリマーの疎水性被覆が生ずる。プラズマポリマー被覆の疎水性及び付着性は
釉薬の種類に関係する。かくして、白色釉薬よりナトリウムイオンが大幅に少な
い褐色釉薬が、プラズマ重合プロセスに対しよりよい前提を提供し、疎水性被覆
を形成するための好ましい化合物を提供する。

【００１０】この公知の方法は、従ってプラズマ重合により疎水性被覆をセラミック絶縁体
の透明釉薬上に作る。しかしながら、この被覆の質は、透明釉薬の組成に著しく
関係する。この方法はライデン瓶内で非常に小さいセラミック部片について実施
されたものであり、大形の電気絶縁体の被覆には適しない。

【００１１】この発明の課題は、絶縁体の成形体に疎水性、プラズマポリマーの被覆を形成
する電気絶縁体の製造方法を提供することにある。そしてその場合、疎水性のプ
ラズマポリマーの被覆は、成形体の材料に無関係に或いはその表面材料に無関係
に同品質に形成されるようにするものである。さらに、この製造方法は、任意の
大きさの絶縁体、即ちマイクロエレクトロニクスの絶縁体から数メートル長の高
圧絶縁体まで同様に適するようにしようとするものである。そしてこの形成され
た被覆が、耐久性を持つようにかつ硬く並びに成形体の材料に固く結合するよう
にしようとするものである。

【００１２】この課題は、この発明によれば、次の工程を備えた製造方法によって解決され
る。即ち、・公知の方法で製造された絶縁体の成形体をプラズマ炉の真空室に挿入し、・この真空室を真空にし、・無極性或いは無極性群を備えた操作ガスをこの真空室に入れ、・連続的なガス流入の下で、真空室の中を１×１０^-5〜５×１０^-1ｈＰａの操作圧力に設定し、・電界の形成によりこの操作ガスからプラズマを形成し、その際真空室容積当りの電気入力量を０．５〜５ＫＷ／ｍ³に、真空室容積当りのガス流量を１０
〜１０００ｓｃｃｍ／ｍ³の間に設定し、・このプラズマを少なくとも、この操作ガスのプラズマから形成されたプラズマポリマーの全面被覆が成形体の表面に形成されるまで維持し、・この電界を遮断し、完成した、被覆された絶縁体を真空室から取り出す。

【００１３】単位ｓｃｃｍはプラズマ技術においてよく使われる単位であり、標準立方糎米
（standard cubic centimeter）を意味し、標準条件に変換したガス流量を表
す。この標準条件は、温度２５℃及び圧力１０１３ｈＰａと定義されている。

【００１４】この発明は、その場合、従来の技術によれば、セラミック絶縁体の透明釉薬の
上に疎水性のプラズマポリマー被覆を作る方法において１．１２ｈＰａ以上の操
作圧力が使用されるという事実を前提としている。比較的高い操作圧力において
プラズマのイオン化された分子間の平均自由行程長は比較的小さい。従って、既
にプラズマにおいて、イオン化された分子の相互作用により重合化及び形成され
た物質の脱落が生ずる。本来、プラズマポリマーを形成すべき絶縁体自身の表面
に被覆の非均質性が生ずる。従来の技術によれば被覆される基板の表面にイオン
爆撃が形成される。このイオン爆撃は非均質である。このようにして、被覆され
る基板のイオン爆撃を受けた範囲は、もはやプラズマのイオン化された分子が達
することがないので、そこにはプラズマポリマーによる被覆形成は行われない。
１ｈＰａ以上の操作圧力では基板の一様に均質の被覆は均整のとれた、小さい寸
法の基板上にしか形成されない。プラズマの空間的広がりは、その場合、数セン
チメートル以内でしか動くことができない。実験によれば、５０ｃｍ以上のプラ
ズマの空間的広がりにおいて均質な被覆形成は１ｈＰａ以上の操作圧力では物理
的理由からもはや不可能であることが分かった。

【００１５】セラミック絶縁体に釉薬を被着する従来の技術による方法においては、しかし
ながら、操作圧力を簡単に下げることはできない。その場合、前に処理された釉
薬をプラズマのイオンによってもはや処理できないからである。釉薬から出たア
ルカリイオンを、形成されたプラズマポリマーの化学的に固定結合されたグルー
プと置換することは、その場合、もはや達成できない。

【００１６】驚くべきことに、操作圧力を１×１０^-5〜５×１０^-1ｈＰａに設定し、加えて
プラズマを真空室容積当りの電気入力量を０．５〜５ｋＷ／ｍ³及び容積当りの
ガス流量が１０〜１０００ｓｃｃｍ／ｍ³において形成するならば、耐久力のあ
るプラズマポリマー被覆を得られることが判った。

【００１７】また付加的にかつさらに驚くべきことに、このような工程で形成したプラズマ
ポリマーは、選択した絶縁体の材料に無関係であることが分かった。また、例え
ばアルゴンのスパッタにより釉薬からアルカリイオンを取り出すことにより反応
性表面を作り、そこにプラズマポリマーが化学的に結合するようにするため、絶
縁体の表面を前処理する必要がない。選択した操作圧力と電気入力量において、
明らかに、形成されたプラズマポリマーが相互によく網状化するので、絶縁体の
表面に化学結合が生ずることが全くない。プラズマポリマーからなり、磨耗に強
くかつ硬い被覆が得られる。無極性の操作ガス或いは無極性群を備えた操作ガス
により反応の少ない、即ちエネルギーの乏しいプラズマポリマー表面が絶縁体の
表面に被覆として生ずる。この表面は高度に疎水性、即ち撥水性である。さらに
、プラズマポリマー被覆は紫外線作用に対して安定している。さらに、このよう
な被覆或いは被覆は水を吸収しない。かつ、塵埃或いは汚染粒子が表面に侵入す
ることを阻止する。

【００１８】提示した操作圧力において、プラズマ成分の方向性のある運動が生ずることは
ない。イオン爆撃も生ずることはない。プラズマ成分の比較的大きな自由行程長
により、既にプラズマにおいてではなく、むしろ被覆される試料のその場所で初
めて重合が生ずる。大きい寸法の絶縁体に対しても均質な被覆が得られる。

【００１９】プラズマポリマーなる表現はプラズマ法で作られたポリマーを表し、従来の化
学的に作られたポリマーとは異なり個々の分子群相互の遥かに高い網状結合を備
え、方向性がなく、むしろ無定形であり、その上遥かに高い密度を有する。プラ
ズマポリマーは、例えば従来のポリマーに対してＩＲ分光器を介して測定された
赤外振動幅の拡大に特徴がある。

【００２０】この発明による方法は、耐久性があり、磨耗に強くそして高度に疎水性のプラ
ズマポリマー被覆を備えた電気絶縁体を製造できる利点を持つ。被覆すべき絶縁
体の成形体の材料及び大きさは何ら重要でない。この方法は、この点で、特に大
きな寸法の絶縁体、例えば数メートルの長さを持つ高圧絶縁体に適している。

【００２１】この発明の有利な構成例においては、真空室容積当りの電気入力量は１〜３．
５ｋＷ／ｍ³の間にある。

【００２２】さらに、容積当りの真空室ガス流量は２０〜３００ｓｃｃｍ／ｍ³に設定する
のが有利である。

【００２３】プラズマポリマー被覆の耐性及び成形体の外的作用からの保護に対して、プラ
ズマポリマー被覆が１００ｎｍ〜１０μmの間の層厚を持つまで、プラズマを維
持するのが有利である。

【００２４】油或いは脂肪のような、絶縁体の成形体の表面に付着する酸化性成分を除去す
るために、真空室を真空にする際に酸素を含むガス、特に空気を、その真空室に
一時的に１〜５ｈＰａの圧力が支配するように、同時にそのガスに１秒から５分
の間プラズマが発生するように、真空室に供給するのが有利である。このように
して表面不純物の酸化が起きる。酸化された成分は脱離する。この処理後、絶縁
体の成形体の清浄な表面が残る。

【００２５】この発明のさらに有利な構成例においては、プラズマを周期的に発生する。こ
のようにして、プラズマポリマー被覆の均質性が向上する。

【００２６】周期的に発生させる場合、プラズマを０．１〜１００Ｈｚの周期で発生させる
のが有利である。

【００２７】電界によるプラズマの発生は公知の方法で行うことができる。例えば、電界は
マイクロ波発電機を用い誘導的或いは容量的に結合される。研究の結果、特に大
形及び長幹の絶縁体の成形体を処理するためには、真空室に配置した電極に電圧
を印加することによりプラズマを発生させる方法が特に好適なことが分かった。
一方の電極は、その場合、例えば棒状に形成され、他方の電極は真空室の壁自体
によって形成される。また、２つの対向した棒状電極を使用することもできる。
電極によりプラズマを発生させると、成形体の届きにくい表面部分にも確実にプ
ラズマポリマーが被着する。

【００２８】原理的には、プラズマは時間的に一定の電界により発生させられる。しかしな
がら、この電界は１ｋＨｚ〜５ＧＨｚの周波数を持つ交流電界であると有利であ
る。実際に使用する周波数は、その場合、利用される操作ガスに関係する。

【００２９】この発明のさらに有利な構成例において、真空室には操作圧力が１×１０^-3
〜１×１０^-1ｈＰａの間に設定される。

【００３０】プラズマポリマー被覆の形成には、操作ガスとして炭化水素、特にアセチレン
及び／又はメタンを使用するのが特に好ましい。

【００３１】絶縁体の成形体上に形成されたプラズマポリマーの品質に関し、操作ガスとし
てケイ素有機或いはフッ素有機化合物を使用するのが有利である。この化合物の
プラズマから形成されたプラズマポリマーは、個々の分子群相互間の高度な網状
化により優れている。この網状化により形成された被覆は極めて安定しており、
異物の作用に対して保護されている。この被覆は高い硬度を示す。その上、無極
性或いは無極性群を持つケイ素有機或いはフッ素有機化合物のプラズマから作ら
れたプラズマポリマーは高くかつ耐久性のある疎水性を示す。

【００３２】プラズマポリマー被覆の疎水性、硬度及び品質に対しては、操作ガスがヘキサ
メチルジシロキサン、テトラエチルオルソケイ酸塩、ビニルトリメチルシラン或
いはオクトフルオロシクロブタンを使用するのが特に好ましい。同様に、上記の
操作ガスの混合物も良好な結果を示した。

【００３３】この発明の有利な構成例において、操作ガスに添加ガスが混合される。その場
合、添加ガスは希ガス、ハロゲン、特にフッ素、酸素、窒素或いはこれらの混合
物であるのが有利である。

【００３４】プラズマで被覆された絶縁体の製造方法は、特に高圧絶縁体に適する。高圧絶
縁体は数センチメートルから数メートルの寸法を持つ。特にこの方法は、送電線
を支持するために使用されるような長幹絶縁体に適している。このような絶縁体
は成形体として多数の円板状の笠形リブを備えて作られ、このようにして絶縁体
の両端間の漏洩距離を拡大する。このような絶縁体は、その表面が汚染していて
も、閃絡に対する確実な保護を提供する。

【００３５】この発明による製造方法に従ってプラズマポリマー被覆を備えた絶縁体は、高
度に疎水性の表面を持っているから、この絶縁体は水に溶けている汚染物による
汚れの堆積から保護されている。このようにして、この絶縁体は正に屋外におい
て比較的長期にわたり汚れから保護されているので、笠形リブを形成することに
よる漏洩距離の拡大を不要とする。この場合、絶縁体を理想的な形状で長く伸び
た管として形成することすら考えられる。このようにして、従来の高圧絶縁体に
対し極めて大きな材料節約が図れる。また成形体を作る製造方法も特に簡単で、
その上、笠形リブを備えた成形体の製造方法よりも著しく好ましく展開する。

【００３６】形成されたプラズマポリマーの被覆の質は電気絶縁体の成形体の材料に無関係
なので、成形体は焼成されたセラミック、釉薬をかけた焼成セラミック、ガラス
或いは例えばシリコーンゴム、エポキシ樹脂又はガラス繊維で強化したプラスチ
ック等からなるのが特に目的に適っている。焼成された、しかし釉薬をかけてい
ないセラミックのような粗い表面の場合でさえ、この発明による製造方法は、釉
薬をかけているが、疎水性の被覆を備えていないセラミック絶縁体の特性を凌駕
する、高度に疎水性の表面を備えた絶縁体を提供する。粗い表面は被覆の形成に
対して何らの困難も伴わない。シリコーンゴムからなる成形体でも、この発明に
よる方法で疎水性のプラズマポリマー被覆を備えた絶縁体に加工できる。こうし
てシリコーンゴムからなる絶縁体の良好な電気的及び汚染防止特性が変わらずに
維持され、しかもその際シリコーンゴムの望ましくない性質、即ち水の沈着及び
／又は塵埃及び汚染粒子の沈着が確実に回避される。その上、任意のプラスチッ
クもこの発明の方法により疎水性表面を備えた、価値の高い絶縁体に加工可能で
ある。この発明により、絶縁体の成形体を任意のプラスチックから作り、この成
形体をプラズマ重合により疎水性の被覆で覆う可能性が開ける。このようなプラ
スチック絶縁体は、従来のプラスチック絶縁体に対し、その絶縁耐性に関して明
らかに改善された長期特性を示す。長期的にはこのようなプラスチック絶縁体は
、高価なシリコーンゴム絶縁体に代わり得る。この場合にも、この発明は漏洩距
離を上げるための絶縁体の複雑な形状を回避する可能性をも開いている。

【００３７】この発明を説明するために、以下に、２つの例を示す。

【００３８】例１公知の方法で原材料カオリン、長石、陶土及び石英を水と混合して粘土状物質
を作り、これからろくろを用い多数の笠形リブを備えた中空状の粘土体を作る。
この粘土体を乾燥し成形体に焼成する。成形体の長さは約５０ｃｍである。セラ
ミック絶縁体の成形体をプラズマ炉の１m³の容積を持つ真空室に入れる。真空室
を真空にした後、操作ガスとしてヘキサメチルジシロキサン及びヘリウムの混合
物を導入する。ヘキサメチルジシロキサンを３０ｓｃｃｍ及びヘリウムを３０ｓ
ｃｃｍの流量で連続して流入させた状態で排出ポンプを制御し、真空室内の操作
圧力を９×１０^-3ｈＰａに設定する。この条件で電極により操作ガス内にプラズ
マを発生させる。このために、電極には１３．５６ＭＨｚの周波数及び2 ｋＷの
電力を持つ交流電界を印加する。３０分の後疎水性プラズマポリマー被覆を備え
た成形体、即ち仕上がった高圧絶縁体を換気された真空室から取り出す。

【００３９】例２例１に従って作られたセラミック高圧絶縁体の成形体を、プラズマ炉の容積３
５０リットルの真空室に搬入する。操作ガスとしてビニルトリメチルシランを使
用する。１００ｓｃｃｍの流量において真空室に１．５×１０^-1ｈＰａの操作圧
力を設定する。電極に電圧を印加することにより真空室にプラズマが発生する。
この電圧は１３．５６ＭＨｚの周波数を持つ交流電圧である。消費電力量は１．
２ｋＷである。疎水性プラズマポリマー被覆を備えた成形体は２０分の経過の後
換気された真空室から取りだされる。

【００４０】この発明の実施例を、図面を参照して説明する。

【００４１】図１は電気絶縁体の成形体に疎水性プラズマポリマー被覆を形成するための設
備を示す。この設備は、内部に覗き窓３を備え、排気可能な金属室２として形成
されたプラズマ炉１を備える。この真空室２を真空にするためにポンプスタンド
５が設けられ、このスタンドは拡散ポンプ６、ルーツポンプ７及びロータリポン
プ８を直列に接続して備えている。真空室２を真空にするため、先ずロータリー
ポンプ８、次いでルーツポンプ７、最後に拡散ポンプ６を動作させる。

【００４２】３方向弁10を介して、ポンプスタンド５或いは換気弁１２が、真空室２に接続
された吸引管１３に接続可能である。ポンプ出力を制御するために、さらに、吸
引管１３には制御可能な絞り弁１４が設けられている。

【００４３】圧力監視のため真空室２の内部にはピラニ圧力測定器15が接続され、これに圧
力表示器１７が接続されている。ピラニ測定器１５は、１０^-3ｈＰａの圧力範囲
まで確実に動作する。真空室２を支配している操作圧力を制御するために、真空
室の内部に所謂バラトロン１９が接続されている。バラトロン１９において、圧
力は１つの膜と１つの固定板との間の容量の変動を介して測定される。バラトロ
ン１９は１０^-4ｈＰａ迄の手ごろな圧力値を出す。圧力を制御するためにバラト
ロン１９の出力側に圧力調節器２１が接続され、この圧力調節器は現在の圧力の
測定された現在値を所定の基準値と比較し、制御管２２を介して絞り弁１４を制
御する。例えばバラトロン１９で測定された真空室２の内部の操作圧力が所定の
基準値より低いと、制御配管２２を介して絞り弁１４が少し開かれ、真空室２に
関するポンプスタンド５の吸引力が減少する。バラトロン１９の電流及び電圧の
供給のために電源装置２５が設けられている。

【００４４】操作ガスをプラズマ炉１の真空室２に導入するため、真空室２には供給配管２
７が接続されている。調整弁２８及び多数の流量調節器２９を介して供給配管２
７には一連のプロセスガス配管３０が接続可能である。このプロセスガス配管30
はそれぞれ１つの圧力ガスタンクに接続されている。図１に示された５個のプロ
セスガス配管３０は、例えばヘキサメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラ
ン、アルゴン、酸素もしくは窒素の圧力ガスタンクに接続されている。

【００４５】流量調節器２９を介して特別のガス混合物が生じ、真空室２に供給配管２７を
介して供給される。

【００４６】プラズマポリマー被覆を作る際に操作ガスが消費されるので、この操作ガスは
真空室２に連続的に流される。こうにして、絶えずプラズマポリマー被覆形成の
ための補給が行われる。操作ガス成分のそれぞれの流れは、流量調節器２９を用
い、接続配管３１によりガス流量調節器３３を介して制御される。ガス流量調節
器３３自体は圧力調節器２１に接続されている。これにより操作ガス成分の所定
流量において、正確に真空室２における所望の操作圧力が絞り弁１４に制御によ
って達成される。

【００４７】真空室２内部の操作ガス中でのプラズマの発生は、電圧を高周波電極35に印加
することにより行われる。この電極は、真空室２の内部では長く伸びた棒電極３
６として形成されている。第２の電極として、真空室２の金属ケース自体が機能
している。電圧を発生させるために電圧発生器３７が設けられている。

【００４８】それ自体公知の方法で作られた電気絶縁体の成形体は、プラズマ炉１の真空室
２に搬入される。次いで真空室２はポンプスタンド５により３方弁１０の適当な
位置において排気される。

【００４９】流量調節器２９を制御し、同時に真空室２に作用しているポンプスタンド５の
吸引出力を絞り弁１４で調節することにより、真空室２には一定の流量で酸素が
流入する。その場合、真空室の圧力は３ｈＰａに制御される。同時に真空室２に
は、電圧発生器により高周波電極３５に電圧を印加することによってプラズマが
１秒〜５分間発生する。これにより表面の不純物、特に脂肪及び油が表面から除
去されて清浄にされる。

【００５０】次いで対応する流量調節器２９により酸素の供給を絞る。真空室を改めて真空
にし、３００ｓｃｃｍの制御された供給量でヘキサメチルジシロキシン及びヘリ
ウムを真空室に導入する。絞り弁１４を介するポンプスタンド５の吸引量は、真
空室２を支配する操作圧力が９×１０²ｈＰａになるように制御される。電圧発
生器を介し高周波電極３５により真空室２には操作ガスのプラズマが発生する。
電圧として１３．５６ＭＨｚの周波数を持つ交流電圧が使用される。疎水性のプ
ラズマポリマー被覆を作るための消費電力は３．５ｋＷである。

【００５１】５分から６０分間にわたりプラズマを発生する。次いで真空室２を、３方弁１
０を適当な位置にし、絞り弁１４をゆっくり開くことによって換気弁１２を介し
て換気する。疎水性のプラズマポリマー被覆を備えた、完成した絶縁体を真空室
２から取り出す。

【００５２】図２は、多数の笠形リブ４６を備えたセラミック高圧絶縁体４５を部分的に破
断した状態で示す。高圧絶縁体４５は全体がセラミックからなる。絶縁された通
電部と接続するため、高圧絶縁体４５はその両側に端子キャップ47を備える。

【００５３】この高圧絶縁体４５は、図1に従って構成した設備を用い、操作ガス、ヘキサ
メチルジシロキサンのプラズマによる疎水性のプラズマポリマーを備えている。

【００５４】この疎水性プラズマポリマー被覆の構造を、図３に、図２による切り取り部分
ＩＩＩを拡大して示す。形成された被覆の厚さは約１０００ｎｍである。この図
から、プラズマポリマー被覆の分子群の間に高度の網状化が起っていることが容
易に分かる。従来のポリマーにおけるような方向性の構造は認められない。この
構造は、むしろ無定形である。この高度の網状化により、このプラズマポリマー
被覆は高度の構造密度を持ち、これにより酸素、水素或いは二酸化炭素のような
分子がその中に拡散するのを阻止する。その上、このプラズマポリマー被覆は高
い硬度を持ち、これは個々のケイ素原子の酸素結合によって説明可能である。ヘ
キサメチルジシロキサンの無極性のＣＨ₃群により、この操作ガスから作られた
プラズマポリマー被覆は低いエネルギーを持ち、従って高度に疎水性である。

【００５５】この発明による製造方法に従って作られたプラズマポリマー被覆の疎水性及び
長時間耐性を、以下に試験結果を参照して明らかにする。

【００５６】実験１釉薬を備えたセラミック高圧絶縁体と、形状が同一で、疎水性のプラズマポリ
マー被覆を備えたセラミック高圧絶縁体とを比較した。このプラズマポリマー被
覆はヘキサメチルジシロキサンとヘリウムからなる操作ガス内でプラズマを発生
させることにより形成した。選択したパラメーターは例１に挙げたものと同一で
あった。プラズマポリマー被覆を形成する時間は３０分であった。生成したプラ
ズマポリマー被覆の膜厚は１０００ｎｍであった。プラズマポリマー被覆は直接
釉薬の上に形成されている。

【００５７】両高圧絶縁体の長さは５０ｃｍである。この高圧絶縁体は9個の笠形リブを備
え、これらのリブは互いに４５ｍｍ離れて配置されている。笠の直径は２２３ｍ
ｍである。胴部の直径は７５ｍｍである。この数の笠形リブにより両絶縁体は１
６１２ｍｍの漏洩距離を持っている。

【００５８】両絶縁体の絶縁耐性をIEC 507(1991)に相当する塩霧法に従って試験した。プ
ラズマポリマー被覆は直接釉薬の上に形成した。このために、両絶縁体はトリナ
トリウムリン酸塩で洗浄して準備した。次いで、両高圧絶縁体について空気もし
くは霧の２２４ｋｇ／ｍ³の最高塩分濃度において条件試験及び1時間の塩霧試験
を２３ｋＶの試験電圧（高流電圧）において行った。試験電圧は高圧絶縁体の関
与電圧としてＵ_max＝１６１ｋＶのシステムにおける４分枝チェーンにおいて生
ずる。全実験期間の間試験電圧と洩れ電流を連続的に記録した。

【００５９】プラズマポリマーを備えた高圧絶縁体について初期条件試験において求められ
た閃絡電圧は釉薬をかけたセラミック高圧絶縁体の測定された閃絡電圧に相当す
る。これは、プラズマポリマー被覆により疎水性を高めても閃絡電圧に何らの影
響もないことを意味する。

【００６０】初期条件試験の後１時間の塩霧試験を２３ｋＶの試験電圧において３回実施し
た。その際それぞれ最高洩れ電流を測定した。その結果を、未処理の、釉薬をか
けたセラミック高圧絶縁体については表１に、プラズマポリマーを備え、釉薬を
かけた高圧絶縁体について表２に示した。未処理の高圧絶縁体（表１を参照）に
比較して、１時間の塩霧試験においてプラズマポリマーを備えた高圧絶縁体（表
２を参照）についてリブの橋絡の発生はより少ない。最高洩れ電流は、プラズマ
ポリマー被覆を備えた高圧絶縁体において、未処理の釉薬をかけた高圧絶縁体に
おけるより明らかに小さい。

【表１】

【表２】

【００６１】実験２実験１により形成した、プラズマポリマー被覆を備えたセラミック高圧絶縁体
について、IEC-1109による１０００時間の塩散布テストを行った。塩霧下で１０
００時間の使用後にもこの絶縁体は試験の始めと同一の特性をなお維持していた
。このことはプラズマポリマー被覆の耐久性及び高い疎水性を証明している。か
かる結果は未処理の、釉薬をかけたセラミック高圧絶縁体では達成できない。

【００６２】実験３全て例１に従って、プラズマポリマー被覆を備えた３つの異なるセラミック高
圧絶縁体について濡れ角度を調査した。取り扱った成形体は全てセラミック成形
体である。成形体Ａにおいては絶縁体材料は付加的に褐色釉薬を、成形体Ｂにお
いては白色釉薬を備えていた。成形体Ｃは釉薬をかけていない。規格DIN-EN 828
による濡れ角度を蒸留水について及び２５重量%のＮａＣｌ成分を含む水につい
て決定した。その結果を表３に纏めた。この表で、釉薬をかけていない絶縁体の
表面は、その粗さが比較的大きいことにより同じ疎水性において釉薬をかけた表
面よりも濡れ角度が大きいことが分かる。

【表３】

【図面の簡単な説明】

【図１】絶縁体の成形体上に疎水性のプラズマポリマーを形成する設備の構成図。

【図２】疎水性のプラズマポリマー被覆を備えたセラミック高圧絶縁体の破断図。

【図３】図２による高圧絶縁体のプラズマポリマー被覆の拡大切取り図。

【符号の説明】

１プラズマ炉２真空室３覗き窓５ポンプスタンド６拡散ポンプ７ルーツポンプ８ロータリポンプ１０３方弁１２換気弁１３吸引管１４絞り弁１５ピラニ測定器１７圧力表示器１９バラトロン２１圧力調節器２２制御配管２５電源装置２７供給配管２８供給弁２９流量調節器３９プロセスガス配管３１接続配管３３ガス流量調節器３５高周波電極３７棒状電極４５絶縁体４６笠形リブ４７胴部４８端子キャップ III 切取り部

───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｃ０８Ｌ 101:00 (72)発明者リーバーマン、ヨハネスドイツ連邦共和国デー‐96215 リヒテンフェルスヒューナーベルク 16 (72)発明者バールマン、アルフレートドイツ連邦共和国デー‐27711 オスターホルツ‐シャルムベックヘルマン‐レンス‐ヴェーク 34 (72)発明者フィッシング、クラウスディータードイツ連邦共和国デー‐27321 モルズムアルテドルフシュトラーセ 10 (72)発明者ヘンネマン、オットー‐ディードリッヒドイツ連邦共和国デー‐27711 オスターホルツ‐シャルムベックアムヴァルトベルク８Ｆターム(参考） 4F006 AA34 AA42 AA53 AB13 AB19 AB39 BA11 CA08 DA01 4F073 AA02 BA22 BA33 CA02 CA62 CA65 CA66 CA69 CA70 HA03 HA12 5G333 BA06 CA01 CB14 CB15 CC04 CC09 DA01 DA03 FA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体の成形体に疎水性のプラズマポリマー被覆を形成した電
気絶縁体を製造する方法において、・成形体をプラズマ炉（１）の真空室（２）に挿入し、・この真空室（２）を真空にし、・無極性或いは無極性群を備える操作ガスをこの真空室（２）に導入し、・このガスを連続的に流入した状態で、真空室（２）内を１×１０^-5〜５×１０ ^-1ｈＰａの操作圧力に設定し、・電界の形成によりこの操作ガスからプラズマを発生させ、その際真空室容積当りの電気入力量を０．５〜５ｋＷ／ｍ³に、真空室容積当りのガス流量を１０〜１０００ｓｃｃｍ／ｍ³に設定し、・このプラズマを少なくとも、この操作ガスのプラズマから形成されたプラズマポリマー（５０）の全面被覆が成形体の表面に形成されるまでの間維持し、・この電界を遮断し、完成した被覆絶縁体を真空室（２）から取り出す工程を備えた電気絶縁体の製造方法。
【請求項２】真空室容積当りの電気入力量が１〜３．５ｋＷ／ｍ³に設定す
ることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】真空室容積当りの流量を２０〜３００ｓｃｃｍ／ｍ³に設定す
ることを特徴とする請求項１又２に記載の製造方法。
【請求項４】プラズマポリマー被覆が１００ｎｍ〜１０μmの間の厚さを持
つまで、プラズマを維持することを特徴とする請求項１から３の１つに記載の製
造方法。
【請求項５】真空室（２）を排気する際に、酸素を含むガス、特に空気を真
空室（２）に、この真空室（２）を一時的に１〜５ｈＰａの圧力が支配するよう
に供給し、同時に真空室（２）のガスに清浄化プラズマを１秒から５分間発生さ
せることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の製造方法。
【請求項６】プラズマを周期的に発生させることを特徴とする請求項１から
５の１つに記載の製造方法。
【請求項７】プラズマを周期的に０．１〜１００Ｈｚのサイクルで発生させ
ることを特徴とする請求項６記載の製造方法。
【請求項８】プラズマを真空室（２）に配置した電極に電圧を印加すること
により発生させることを特徴とする請求項１から７の１つに記載の製造方法。
【請求項９】電界として１ｋＨｚ〜５ＧＨｚの周波数を持つ交流電界を形成
することを特徴とする請求項１から８の１つに記載の製造方法。
【請求項１０】真空室（２）に１×１０^-3〜１×１０^-1ｈＰａの操作圧力を
設定することを特徴とする請求項１から９の１つに記載の製造方法。
【請求項１１】操作ガスとして炭化水素、特にアセチレン及び／又はメタン
を使用することを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の製造方法.
【請求項１２】操作ガスとしてケイ素有機或いはフッ素有機化合物を使用す
ることを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の製造方法。
【請求項１３】操作ガスとしてヘキサメチルジシロキサン、テトラエチルオ
ルソケイ酸塩、ビニルトリメチルシラン或いはオクトフルオロシクロブタン或い
はこれらの混合物を使用することを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の
製造方法。
【請求項１４】操作ガスに添加ガスを混合することを特徴とする請求項１か
ら１３の１つに記載の製造方法。
【請求項１５】添加ガスとして希ガス、ハロゲン、特にフッ素、酸素又は窒
素或いはこれらの混合物を混合することを特徴とする請求項１４記載の製造方法
。
【請求項１６】絶縁体が高圧絶縁体（４５）、特に長幹絶縁体であることを
特徴とする請求項１から１５の１つに記載の製造方法。
【請求項１７】成形体が焼成されたセラミックス（４８）、ガラス状にされ
た焼成セラミックス（４８）、ガラス或いはプラスチック、特にシリコーンゴム
、エポキシ樹脂或いはガラスファイバーで強化したプラスチックからなることを
特徴とする請求項１から１６の１つに記載の製造方法。