JP2009111150A

JP2009111150A - モールド形避雷器およびその製造方法

Info

Publication number: JP2009111150A
Application number: JP2007281774A
Authority: JP
Inventors: Yukio Ozaki; 幸夫尾崎; Makoto Yamaguchi; 誠山口
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】モールド時にボイドが発生せず、金型からの離型性に優れ、酸化亜鉛素子の締め付けトルクが低下した状態でモールドされる等の不具合を解消したモールド形避雷器を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のモールド形避雷器は、モールド部材と内部要素とを少なくとも備えるモールド形避雷器であって、前記モールド部材は、７０〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓである２液性の付加型液状シリコーンゴムにより形成される部材であり、前記内部要素は、繊維強化プラスチックからなる絶縁体と、酸化亜鉛素子と、端末金具とを含み、前記内部要素の表面にシランカップリング剤を塗布し、７０〜９０℃において前記液状シリコーンゴムを硬化してモールドすることにより、前記モールド部材と前記内部要素とを一体化することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、電力系統に接続された電気機器の回路に発生する開閉サージ、雷サージなどの異常電圧から保護する複数の酸化亜鉛素子を積層し、その周囲にシリコーンゴムまたは有機絶縁物などの絶縁材料を外被として被せたモールド形避雷器に関する。

酸化亜鉛素子の周囲にシリコーンゴムまたは有機絶縁物などの絶縁材料を外被として被せたモールド形避雷器の基本構造は、積層された酸化亜鉛素子の周囲に繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの有機絶縁物を配置し、酸化亜鉛素子の両端末に置かれた電極で有機絶縁物を固定したものである。

従来、このような構造の避雷器においては、シリコーンゴムまたは有機絶縁物などの絶縁材料はそれ自体が十分な剛性を有さないため、ＦＲＰなどの更なる有機絶縁物により避雷器としての機械的強度を担持している。そして、これらの避雷器において、シリコーンゴムと酸化亜鉛素子などの内部要素との接着性の向上や、ボイドなどが発生しないなどの点から、モールド部材を形成するシリコーンゴムには、硬化時において適度な粘性（高粘度）などが必要とされる。

しかしながら、上記のように高粘度を有するシリコーンゴムと酸化亜鉛素子との複合絶縁物を形成させる場合、シリコーンゴム注入時のボイドの問題などの点から、常温においてシリコーンゴムを注入し、その後に昇温して硬化させるものであり、シリコーンゴムと酸化亜鉛素子などの各材料の熱膨張係数が異なるために、高温時に絶縁物の締め付け強度（締め付けトルク）が低下するなどの問題があった（特許文献１〜３）。

また、シリコーンゴムを用いたモールド形避雷器には、一般に、下記に示すような問題点がある。

たとえば、シリコーンゴムの粘度が高いために、注入時またはモールド時にボイドなどが発生し、部分放電発生の原因となっていた。

さらに、高温で硬化させた場合、ＦＲＰの膨張係数が酸化亜鉛素子より大きいため、酸化亜鉛素子の締め付けトルクが低下した状態でモールドされる等の不具合があり、成形時の離型性に優れ、かつ締め付けトルクが安定であるモールド形避雷器が望まれている。
特開平２−１５８０１７号公報特開平３−２８０３１２号公報特開平８−１８５７５０号公報

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、成形時の離型性に優れ、また、締め付けトルクが安定であるモールド形避雷器およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のモールド形避雷器は、モールド部材と内部要素とを少なくとも備え、上記モールド部材は、７０〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓである２液性の付加型液状シリコーンゴムにより形成される部材であり、上記内部要素は繊維強化プラスチックからなる絶縁物と、酸化亜鉛素子と、端末金具とを含み、上記内部要素の表面にシランカップリング剤を塗布し、７０〜９０℃において液状シリコーンゴムを硬化してモールドすることにより、上記モールド部材と内部要素とを一体化したモールド形避雷器に関する。

また、本発明は、モールド部材と内部要素とを少なくとも備えるモールド形避雷器の製造方法であって、モールド部材は、７０〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓである２液性の付加型液状シリコーンゴムにより形成される部材であり、上記内部要素は、繊維強化プラスチックからなる絶縁物と、酸化亜鉛素子と、端末金具とを含み、上記内部要素の表面にシランカップリング剤を塗布する工程と、シランカップリング剤を塗布した内部要素を金型に設置して、該金型に液状シリコーンゴムを注入する工程と、液状シリコーンゴムを７０〜９０℃で硬化して、モールド部材と内部要素とをモールドして一体化する工程とを少なくとも備えるモールド形避雷器の製造方法に関する。

本発明のモールド形避雷器およびその製造方法においては、モールド部材として低粘度のシリコーンゴムを適用するので、内部素子を配置した金型への注入時に高圧条件とする必要がなく、したがって内部要素を補強する必要がない。また、シリコーンゴム注入時のボイドの発生を防止することができ、避雷器の構造の微小ギャップにおけるモールドが確実なものとなり、その結果、部分放電などの発生を防止することが可能となる。さらに、７０〜９０℃程度の低温で硬化するので、内部要素などの膨張係数の差による締め付けトルクの低下を防止することができる。

また、本発明においては、内部要素などにシランカップリング剤を塗布した後に、特定の温度条件で液状シリコーンゴムを硬化させてモールドすることにより、内部要素とシリコーンゴム（モールド部材）との接着が強固なモールド形避雷器を提供することができる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
＜モールド形避雷器＞
本発明のモールド形避雷器の実施の形態の一例（断面図）を図１に示す。図１に示すように、本発明のモールド形避雷器は、シリコーンゴムにより形成されるモールド部材１と、繊維強化プラスチックからなる絶縁物３と、酸化亜鉛素子４と、端末金具２とを備える。モールド形避雷器の構造は、特に限定されるものではなく、公知の種々の構造のものを採用することができる。

＜モールド部材＞
本発明におけるモールド部材１は、低粘度の２液性の付加型液状シリコーンゴム（ＬｉｑｕｉｄＳｉｌｉｃｏｎｅＲｕｂｂｅｒ；ＬＳＲ）により形成される。２液性とは、主剤および硬化剤を使用直前に混合して用いるシリコーンゴムをいう。本発明において、上記液状シリコーンゴムは、７０℃〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓである。液状シリコーンゴムの上記温度範囲における粘度が１，０００ｍＰａ・ｓ未満の場合は、モールド部材と内部素子との接着が十分でない傾向があり、上記粘度が３０００ｍＰａ・ｓを超える場合は、従来と同様に液状シリコーンゴムの注入時にボイドが生じ、その結果、微小ギャップにおけるモールドが正確でない虞がある。

上記液状シリコーンゴムの常温での粘度は、製造における液状シリコーンゴムの配管輸送の容易さや、液状シリコーンゴムおよび硬化剤の２液を混合する際の機械特性の点から、１００，０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましいが、本発明において液状シリコーンゴムの常温での粘度は特に限定されるものではない。

また、上記２液型の液状シリコーンゴムは、その硬化反応機構が付加型のものである。付加型の液状シリコーンゴムを用いることにより、該シリコーンゴムの硬化反応において副生物が生じないため、得られるモールド形避雷器の物性を所望のものとすることができる。このような液状シリコーンゴムとしては、たとえば図４（ｂ）に示されるような、−Ｏ−Ｓｉ（Ｈ）（ＣＨ_３）−単位の繰り返した構造を有するものを例示することができる。なお、図４（ｂ）におけるＸは上記繰り返しを示す。本発明においては液状シリコーンゴムを、上記のように７０℃〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓとなるように設定することができる。

上記２液型の液状シリコーンゴムの硬化剤としては、特に限定されず、従来公知のものを適宜選択して用いることができる。

本発明においては、上記液状シリコーンゴムは、上記粘度範囲を有する２液性の付加型のものであれば、いずれも選択することができる。なお、本発明において粘度は、回転粘度計を用いて測定した値をいう。

＜内部要素＞
本発明における内部要素は、少なくとも、繊維強化プラスチックからなる絶縁物、酸化亜鉛素子、および端末金具を含む。

上記絶縁物は、繊維強化プラスチックからなり、引っ張りや曲げ荷重等に対する構造材料となるものであり、両末端を鋼ナットで固定し、上記酸化亜鉛素子を圧着させるために用いる。繊維強化プラスチックとしては、特に限定されず、避雷器において用いられる公知の繊維強化プラスチックを用いることができるが、避雷器の特性を損ねない点から、その膨張係数が後述の酸化亜鉛素子と近似のものであることが好ましい。

また、上記酸化亜鉛素子についても、特に限定されるものではなく、避雷器に用いられる従来公知の酸化亜鉛素子を適宜選択して使用することができる。酸化亜鉛素子は、図１に示すように、端末金具２の間に連続して配置された積層構造を有する。

上記端末金具は、酸化亜鉛素子の両端部に配置されるものであり、当該金具として、多機能な端末金具を使用することにより、軽量コンパクトで電気特性に優れかつ取り付け性能にも優れたモールド避雷器を得られる効果がある。端末金具としては、軽量であり加工が容易なアルミニウムを例示することができる。

＜モールド形避雷器の製造方法＞
本発明のモールド形避雷器の製造方法は、上記内部要素の表面にシランカップリング剤を塗布する工程と、２液性の付加型液状シリコーンゴムを７０〜９０℃で硬化する工程とを少なくとも備える。

内部要素の表面にシランカップリング剤を塗布する工程は、常温において行なう。シランカップリング剤としては、上記液状シリコーンゴムにあわせて選択すればよく、特に限定されるものでなく、図２に示されるように、通常の方法で合成されたシラノールを用いて、所望のシランカップリング剤を調整し用いることができる。本発明のシランカップリング剤の反応機構については、図２〜図４に模式的に示されるものである。図２はシランカップリング剤の反応機構を示し、図３は、詳細には、シランカップリング剤による本発明のモールド部材６と内部素子である絶縁物５の結合形成反応を模式的に示す図である。また、図４は、シランカップリング剤とモールド部材との結合反応を模式的に示す図である。

本発明においては、上記内部要素の表面にシランカップリング剤を塗布したのち、常温で大気中に放置することにより、該シランカップリング剤を理論上の遷移状態とすることが好ましい。遷移状態とは、図３の鎖線を含む図に模式的に示すように、内部要素である繊維強化プラスチックからなる絶縁体の表面に存在するＯＨ基と、シランカップリング剤分子に存在するＯＨ基との相互作用により水素結合（図３の鎖線）が形成された状態をいう。なお、シランカップリング剤が遷移状態となるには、該シランカップリング剤にもよるが、通常、内部要素に塗布後、１〜１６時間、室温で放置すればよい。塗布後１時間未満では、シランカップリング剤と内部要素等との相互作用が十分でない場合があり、塗布後１６時間を超える場合には、後述の液状シリコーンゴムとの接着が劣る傾向がある。

上記内部要素は、シランカップリング剤を塗布し、常温で大気中に所望時間放置した後に、予備加熱しておくことが好ましい。具体的には、予備加熱の温度は７０℃〜９０℃程度であり、予備加熱時間を８時間〜２４時間とすることが好ましい。予備加熱温度または時間が上記範囲を外れる場合は、シランカップリング剤の絶縁物への接着強度が十分でない傾向がある。このような予備加熱により脱水反応が起こり、塗布されたシランカップリング剤と上記絶縁体表面には、図３の下側に示す模式図のように共有結合を形成し、両者は強固に接着される。ここで、本発明において上記２液性の付加型液状シリコーンゴムは、通常と同様金型を用いてモールドされるが、このモールドに用いる金型の表面の所望領域にも上記シランカップリング剤による処理、および予備加熱工程が別途行なわれる。

次いで２液性の付加型液状シリコーンゴムを７０〜９０℃で硬化する工程を施すことにより、図４（ａ）および（ｂ）に模式的に示すように、モールド部材と内部要素である繊維強化プラスチックからなる絶縁物とを強固に固定することができる。図４（ａ）におけるＲ’は、液状シリコーンゴムと反応し得る構造であれば特に限定されるものではなく、図４（ｂ）に示すような−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ_３）_２−ＣＨ＝ＣＨ_２を例示することができる。図４（ｂ）は図４（ａ）の結合形成についてより詳細に示した図であり、シランカップリング剤の処理により絶縁体の表面に形成された不飽和結合を有する置換基と液状化シリコーンゴムとが、反応系内の予備加熱による熱や、硬化のための加熱により結合することを示す。

上記２液性の付加型液状シリコーンの主剤と硬化剤は、たとえばスタティックミキサーを用いて行なうことができ、このような混合方法により、全供給経路および金型充填まで、空気（ガス成分）の混入がない条件とすることができ、モールド形避雷器のボイド発生をさらに抑制することが可能となる。

また、本発明の製造方法には、公知の避雷器の製造方法と同様に、離型などの工程を含み得る。なお、上記製造方法は、避雷器に限定されず、微小ギャップにおけるモールドが要求される金型成形による成形体の製造に適用することができる。また、正確な成形性を与えることにより所望の特性の向上が期待される。このようにして得られた本発明のモールド形避雷器は、ボイドの発生が極めて少なく、モールド後の金型からの離型性に優れ、作業効率がよく、内部要素および絶縁物の接着強度に優れるものである。

（実施の形態）
図１は本発明のモールド形避雷器の実施の形態の一例（断面図）を示すものである。図１に示すような酸化亜鉛素子４（酸化亜鉛素子は、断面上下方向に連続して複数積層された構造を有する）と、その両端部に配置された端末金具２と、さらにこれら酸化亜鉛素子４および端末金具２を固定し、かつ、引っ張りや曲げ荷重等に対する構造材料となる繊維強化プラスチックからなる絶縁体３からなる全ての内部要素に、シランカップリング剤を塗布した。その後、室温で１時間放置してシランカップリング剤が遷移状態の時に７０〜９０℃に予熱して、これらの内部要素を７０〜９０℃に予熱された金型（図示せず）に組み込む。上記内部要素を組み込んだ金型に、室温でスタティックミキサーを用いて主剤と硬化剤を１:１に混合した液状シリコーンゴムを注入する。液状シリコーンゴムは金型ランナー部（図示せず）で昇温され、金型の下部（表面）から押し上げられるようにして成型部に流れ込む。この時、液状シリコーンゴムは、内部要素と金型と同等の温度である７０〜９０℃において、粘度１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓ程度の低粘度となっている。したがって、ボイドが発生することなく、微小ギャップにも正確にモールドすることができる。このようにして、７０〜９０℃の硬化温度で硬化されることによって、内部要素に強固に固定され、また、微小ギャップに正確にモールドされた本発明のモールド形避雷器を得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のモールド形避雷器およびその製造方法は、電力系統に接続された電気機器の回路に発生する開閉サージ、雷サージなどの異常電圧から保護する複数の酸化亜鉛層を積層し、その周囲にシリコーンゴムまたは絶縁材料を外被として被せた構造を有する種々の避雷器に適用することが可能である。

本発明のモールド形避雷器の実施の形態の一例を示す断面の概略図である。シランカップリング剤の反応機構を示す図である。シランカップリング剤と内部素子の結合反応を模式的に示す図である。シランカップリング剤とモールド部材の結合反応を模式的に示す図である。

符号の説明

１，６モールド部材、２端末金具、３，５絶縁物、４酸化亜鉛素子。

Claims

モールド部材と内部要素とを少なくとも備えるモールド形避雷器であって、
前記モールド部材は、７０〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓである２液性の付加型液状シリコーンゴムにより形成される部材であり、
前記内部要素は、繊維強化プラスチックからなる絶縁体と、酸化亜鉛素子と、端末金具とを含み、
前記内部要素の表面にシランカップリング剤を塗布した後に、７０〜９０℃において前記液状シリコーンゴムを硬化してモールドすることにより、前記モールド部材と前記内部要素とを一体化したモールド形避雷器。
モールド部材と内部要素とを少なくとも備えるモールド形避雷器の製造方法であって、
前記モールド部材は、７０〜９０℃における粘度が１，０００〜３，０００ｍＰａ・ｓである２液性の付加型液状シリコーンゴムにより形成される部材であり、
前記内部要素は、繊維強化プラスチックからなる絶縁体と、酸化亜鉛素子と、端末金具とを含み、
前記内部要素の表面にシランカップリング剤を塗布する工程と、
前記シランカップリング剤を塗布した内部要素を金型に設置して、該金型に前記液状シリコーンゴムを注入する工程と、
前記液状シリコーンゴムを７０〜９０℃で硬化して前記モールド部材と前記内部要素とをモールドして一体化する工程とを少なくとも備えるモールド形避雷器の製造方法。