JP2010161065A - 絶縁スペーサ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁部と埋込導体との接合面の簡易な形状により、高い気密性を有する絶縁スペーサを提供することを目的とする。
【解決手段】絶縁部と、前記絶縁部の内部に埋め込まれ、且つ、前記絶縁部と接合する側面上に３つ以上のヒダ形状を有する埋込導体とを備えた絶縁スペーサを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、絶縁スペーサ及びその製造方法に関する。

ガス絶縁開閉装置（以下「ＧＩＳ」と言う。）は、断路器や遮断器等の機器をそれぞれ収納する複数の容器を有する。そして、複数の容器には、それぞれ絶縁ガスが封入され、絶縁スペーサを介在させて互いに連結される。絶縁スペーサは、容器相互間のガス区分を行うとともに、容器内に配置された埋込導体を支持する。

近年、ＩＥＣ（国際電気標準会議）では、絶縁スペーサの設計圧力として、最高使用圧力の３倍の安全率を求めている（下記非特許文献１）。そのため、近年の絶縁スペーサは、この設計圧力を満たした高い気密性が要求される。

図８及び９を用いて従来の絶縁スペーサを説明する。
図８に示す絶縁スペーサ２０５は、絶縁部２０５ｂの中心部に高圧電極部２０５ａを一体成形したものである（下記特許文献１）。高圧電極部２０５ａの両端面でかつ接合面２０５ｃからｗだけ離れた位置には円周上に深さｔ、幅２ｒの溝２０５ｄを設けている。また、高圧電極部２０５ａの側面である接合面２０５ｃの厚さ方向中央部に凹部２０５ｅが形成される。さらに、絶縁部２０５ｂの内側面の厚さ方向中央部に凸部２０５ｆが形成されている。このように、高圧電極部２０５ａの凹部２０５ｅと、絶縁部２０５ｂの凸部２０５ｆとが接合面２０５ｃで嵌合する。

このように、絶縁スペーサ２０５は、接合面２０５ｃに１つの凹凸を設け且つ高圧電極部２０５ａの接合面２０５ｃ付近に溝２０５ｄを設けて、高圧電極部２０５ａの変形能を大きくすると共に、高圧電極部２０５ａと絶縁部２０５ｂとの界面剥離を防いでいる。

図９に示す絶縁スペーサは、鋳込み樹脂から円形状に形成されている絶縁本体３０８の中心部に鋳埋込み部品３１１を担持して一体成形したものである（下記特許文献２）。鋳埋込み部品３１１は、円筒形に形成された担持体３１２とそのジャケット面３１５上に薄く塗布された付着層３１３を有する。図示のように、ジャケット面３１５は、波形面として形成され、軸方向に作用する力を吸収する。また、担持体３１２は付着層３１３との結合のために、サンドブラスト処理されている。付着層３１３には、接着剤が使用される。
付着層３１３はジャケット面３１５に塗布し、１２０℃で１時間硬化した後、鋳埋込み部品３１１が鋳型内に埋設され、絶縁本体３０８が鋳埋込み部品３１１の周囲に鋳込まれることで、絶縁本体３０８と鋳埋込み部品３１１とが一体成形される。

このようにして、成形された絶縁スペーサは、サンドプラスト処理及び脱脂肪処理された場合の引張強度が８ＭＰａ〜１２ＭＰａであるのに対して、引張強度が２２ＭＰａ〜２９ＭＰａと改善される。

特開平１−１１００１１号公報 特開平７−２６２８５５号公報

ＩＥＣ ６２２７１−２０３「６．１０３ Ｐｌｅｓｓｕｒｅ Ｔｅｓｔ ｏｎ ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ」，２００３年発行

しかし、図８に示す絶縁スペーサは、高圧電極部２０５ａの変形能を大きくするために、高圧電極部２０５ａに凹部２０５ｅと溝２０５ｄとを必要とする。凹部２０５ｅの機械加工に加えて、空洞である溝２０５ｄを形成するための機械加工は、絶縁スペーサの製造時間を長期化させる。
また、上記のように近年の設計規格は、絶縁スペーサに対して高い設計圧力を満たすことを要求するが、上記特許文献１に記載の絶縁スペーサは、どれ程の高い設計圧力を満たすか否かが明らかではない。

さらに、図９に示す絶縁スペーサは、軸方向に作用する力を吸収するために、鋳埋込み部品３１１は担持体３１２に付着層３１３を塗布して形成される。そのため、ジャケット面３１５のサンドブラスト処理、及び、付着層３１３を担持体３１２の上のジャケット面３１５へ塗布及び硬化する処理を必要とする。これらの処理は、絶縁スペーサの製造時間を長期化させる。

本発明は、絶縁部と埋込導体との接合面の簡易な形状により絶縁部と埋込導体とに間に高い接着性を有し、且つ高い気密性を有する絶縁スペーサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、絶縁スペーサ及び絶縁スペーサ製造方法が提供される。
本発明に係る絶縁スペーサ又は製造方法は、下記の（１）〜（９）に記載のとおりである。
（１）絶縁部と、
前記絶縁部の内部に埋め込まれ、且つ前記絶縁部と接合するための３つ以上のヒダ形状を側面上に有する埋込導体と、
を備えることを特徴とする絶縁スペーサ。
（２）前記３つ以上のヒダ形状は、前記埋込導体の側面上の両端部にあることを特徴とする（１）に記載の絶縁スペーサ。
（３）前記埋込導体は、前記絶縁部に対して前記埋込導体の軸方向に偏在し、且つ前記埋込導体の側面の中心から偏在側にのみ前記ヒダ形状を有することを特徴とする（１）に記載の絶縁スペーサ。
（４）前記ヒダ形状の頂部が直線形状を有する（１）〜（３）のいずれかに記載の絶縁スペーサ。
（５）前記埋め込み胴体の表面に、前記ヒダ形状と比して微小な凹凸を設けた（１）〜（４）のいずれか１項に記載の絶縁スペーサ。
（６）絶縁部と接合するための３つ以上のヒダ形状を有するように導体の側面を加工するステップと、
絶縁部を成形する金型内に前記導体を位置決め配置するステップと、
前記金型内に熱硬化性樹脂を注型することにより絶縁部を成形して、前記導体を絶縁部に埋設された状態で固定するステップと、
を有することを特徴とする絶縁スペーサ製造方法。
（７）前記加工ステップでは、前記ヒダ形状を前記導体の側面の中心から偏在側にのみ有するように前記導体の側面を加工し、
前記金型は、前記導体を前記絶縁部に対して前記導体の軸方向に偏在するように構成されることを特徴とする（６）に記載の絶縁スペーサ製造方法。
（８）前記ヒダ形状の頂部が直線形状を有する（６）又は（７）に記載の絶縁スペーサ製造方法。
（９）前記加工ステップの後であり、前記配置ステップの前に、前記埋め込み胴体の表面に、前記ヒダ形状と比して微小な凹凸を設ける処理を、さらに有する（６）〜（８）のいずれか１項に記載の絶縁スペーサ製造方法。

この絶縁スペーサは、絶縁部と埋込導体との接合面の簡易な形状により絶縁部と埋込導体とに間に高い接着性を有し、それにより高い気密性を有することが出来る。

図１（ａ）は、３相の導体と接続可能な３相絶縁スペーサである絶縁スペーサ５０ａの一例を導体軸方向から見た断面図であり、図１（ｂ）は、単相の導体と接続可能な単相絶縁スペーサである絶縁スペーサ５０ｂの一例を導体軸方向から見た断面図である。 図２は、絶縁スペーサの一例を導体軸方向と平行な側面から見た断面図である。 図３（ａ）は、ヒダ形状の接合面１４−１を示す図であり、図３（ｂ）は、ヒダ形状の接合面１４−２を示す図であり、図３（ｃ）は、四角形の接合面５４ａを示す図であり、図３（ｄ）は、三角形の接合面５４ｂを示す図である。 図４は、埋込導体の側面上の両端部にヒダ形状を有する絶縁スペーサの一例を説明する図である。 図５は、絶縁部の端面に対して偏在する埋込導体を有する絶縁スペーサの一例を説明する図である。 図６は、絶縁スペーサの製造工程の一例を示す図である。 図７は、埋込導体の加工方法の一例を示す図である。 図８は、従来の絶縁スペーサを示す図である。 図９は、従来の絶縁スペーサを示す図である。 図１０は、一実施例に係る絶縁スペーサの製造工程の一例を示す図である。 図１１は、一実施例に係る埋込導体の加工処理の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、絶縁スペーサの一実施形態を説明する。
図１（ａ）は、３相の導体と接続可能な３相絶縁スペーサである絶縁スペーサ５０ａの一例を導体軸方向から見た断面図である。図１（ｂ）は、単相の導体と接続可能な単相絶縁スペーサである絶縁スペーサ５０ｂの一例を導体軸方向から見た断面図である。
絶縁スペーサ５０ａは、絶縁部１１ａ、埋込導体２１ａ、固定部１９を有する。埋込導体２１ａは、絶縁部１１ａの内部に埋め込まれる。固定部１９には、ボルトを通す穴や、めねじ等である穴部１５が設けられる。
絶縁スペーサ５０ｂは、絶縁部１１ｂ、埋込導体２１ｂ、固定部１９を有する。埋込導体２１ｂは、絶縁部１１ｂの内部に埋め込まれる。
絶縁部１１ａ、１１ｂには、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が用いられる。

絶縁スペーサ５０ａ又は絶縁スペーサ５０ｂは、固定部１９を介してＧＩＳ等を構成する容器の間に挟みこまれることで、容器相互間のガス区分を行う。また、埋込導体２１ａ又は２１ｂは、容器内に収納された導体と接続することで、異なる容器内の導体を電気的に接続する。

図２は、絶縁スペーサの一例を導体軸方向と平行な側面から見た断面図である。図示のように、埋込導体２１ｂの側面上に複数のヒダ形状２２ｂがあり、また、絶縁部１１ｂの側面上には複数のヒダ形状１２ｂがある。埋込導体２１ｂのヒダ形状２２ｂと絶縁部１１ｂのヒダ形状１２ｂとは、接合面１４ａで嵌合する。なお、この「ヒダ形状」とは、本明細書において、凹凸を有し且つ凸部に尖った部位を有さない形状を称す。
なお、上記では単相の絶縁スペーサ５０ｂの断面図を示したが、三相の絶縁スペーサ５０ａであっても、埋込導体２１ａを３つ有するだけで他の構成は同じである。

図３は、埋込導体と絶縁部との接合面の一例を示す図である。図３（ａ）は、ヒダ形状の接合面１４−１を示す。図３（ｂ）は、ヒダ形状の接合面１４−２を示す。接合面１４−２は、埋込導体２１の側面のヒダ形状において、絶縁部側の凸形状の頂部に直線部１３がある。
図３（ｃ）は、四角形の接合面５４ａを、図３（ｄ）は、三角形の接合面５４ｂを示す。接合面５４ａ及び５４ｂには、尖った頂部である先端部６１ａ及び６１ｂがそれぞれある。このように先端部６１ａ又は６１ｂがあると、尖端放電の原理により導体からの放電を通す電路６２ａ及び６２ｂが生成する。
したがって、絶縁スペーサの絶縁性能を維持するために、本願の一実施形態に係る絶縁スペーサは、接合面１４−１及び１４−２のような尖端部の無いヒダ形状を有する。そのため、ヒダ部分における電界が低下し、尖端放電を受けないため、本願の一実施形態に係る絶縁スペーサは、長期劣化を防ぎ、且つ製品寿命を十分確保することができる。

また、図３（ｂ）に示す接合面のヒダ形状は、直線部１３によりヒダ頂部の曲線が緩くなるため、図３（ａ）に示す接合面のヒダ形状と比して、実効値を下げる効果がある。なお、ここで言う実効値とは、埋込導体２１から外周方向への単位長さあたりの交流電界の実効値を言う。この実効値が下がることによって、ヒダ部分における電界が低下し、絶縁スペーサは、長期劣化を防ぎ、且つ製品寿命を十分確保することができる。
なお、本明細書において、接合面又は埋込導体のヒダ形状と記載した場合、そのヒダ形状は、接合面１４−１及び１４−２に示すヒダ形状を含むものとする。

図４を用いて、埋込導体の側面上の両端部にヒダ形状を有する絶縁スペーサの一例を説明する。埋込導体２１ｃは、絶縁部１１ｃと、埋込導体２１ｃのヒダ形状２２ｃと絶縁部１１ｃのヒダ形状１２ｃとの接合面１４ｃにより勘合する。
図面右側から応力３１ｃが加わる場合、埋込導体２１ｃの側面の接触部４２、４４には、矢印４８で示す圧縮応力が加わり、且つ、接触部４１、４３には、矢印４６で示す剥離応力が加わる。また、図面左側から応力３２ｃが加わる場合、埋込導体２１ｃの側面の接触部４２、４４には、矢印４７で示す剥離応力が加わり、且つ、接触部４１、４３には、矢印４５で示す圧縮応力が加わる。これら接触部にかかる応力はモーメントの影響により端部方向に大きくなる傾向を有する。
このように、埋込導体への応力の向きによって、埋込導体２１ｃの側面中心から両端部にかける接触部は、剥離応力が加えられる。そのため、絶縁スペーサ５０ｃは、応力モーメントが大きくなる埋込導体の側面上の両端部にヒダ形状を有することにより、剥離応力に対して十分な接着力を提供することが出来る。

図５を用いて、絶縁部の端面に対して偏在する埋込導体を有する絶縁スペーサの一例を説明する。図示される絶縁スペーサ５０ｄの埋込導体２１ｄは、絶縁部１１ｄに対して埋込導体２１ｄの軸方向の一方に偏在する。このように埋込導体２１ｄが偏在することにより、埋込導体２１ｄから固定部１９までの距離が長くなる。そのため、この距離の延長化により、絶縁部１１ｄによる絶縁距離も延長化され、絶縁スペーサの絶縁性能を向上することが出来る。

一方、埋込導体２１ｄの偏在により、埋込導体２１ｄと絶縁部１１ｄとの接合面１４ｄにかかる応力が変動する。埋込導体２１ｄは、絶縁部１１ｄと、埋込導体２１ｄのヒダ形状２２ｄと絶縁部１１ｄのヒダ形状１２ｄとの接合面１４ｄにより勘合する。
図面右側から応力３１ｄが加わる場合、埋込導体２１ｄの側面である接合面１４ｄの中心から偏在側の反対側に位置するヒダ形状を有さない部分である接触部５５には、矢印５３で示す剥離応力が加わる。また、図面右側から応力３１ｄが加わる場合、接合面１４ｄの中心から偏在側に位置するヒダ形状を有する部分である接触部５６には、矢印５３より大きい矢印５４で示す剥離応力が加わる。
一方、図面左側から応力３２ｄが加わる場合、接合面１４ｄの接触部５５及び５６の両方に圧縮応力がかかる。この場合、接触部５６の方が接触部５５より大きい圧縮応力が加わる。このように、応力３１ｄでは、剥離方向の応力を生じ、応力が加わる方向（図面右側）ほど応力は小さく、応力３２ｄでは圧縮方向の応力を生じ、応力が加わる方向（図面左側）ほど応力は大きい。

つまり、図示のように埋込導体２１ｄが偏在することにより、絶縁スペーサ５０ｄは、応力３２ｄに対しては圧縮応力により密着性及び気密性が向上するが、応力３１ｄに対しては、接触部５６に剥離応力がかかり当該部分で密着性が低下する。そのため、応力３１ｄがかかる場合に、接合面１４ｄの接触部５６の接着力を向上させる必要がある。
そのため、図示のように埋込導体２１ｄの接触部５６に複数のヒダ形状を設けて、接触部５６では、応力３１ｄに対して埋込導体２１ｄと絶縁部１１ｄとの高い接着力により界面剥離を防ぐと共に、絶縁スペーサの高圧化における高い気密性を維持することが出来る。

なお、上記では単相の絶縁スペーサ５０ｄの断面図を示したが、三相の絶縁スペーサであっても、３相分の埋込導体２１ｄに対して埋込導体２１ｄの軸方向の一方に偏在する。そのため、３相スペーサであっても、上記のような応力３１ｄ、３２ｄの作用が生じ、接触部５６による応力３１ｄに対する接着性を提供することが出来る。

図６及び７を用いて、絶縁スペーサの製造方法の一例を説明する。
図６は、絶縁スペーサの製造工程の一例を示す図である。最初に、埋込導体を旋盤７０に固定して（Ｓ１０１）、埋込導体を加工する（Ｓ１０２）。この加工ステップでは、埋込導体の側面上に複数のヒダ形状を有するように加工を行う。
図７は、埋込導体の加工方法の一例を示す図である。埋込導体２１は、旋盤７０の固定装置７１で固定され、切削装置７２により埋込導体２１の表面上にヒダ形状が施される。埋込導体２１ｄが、矢印７３で示すように回転移動し、及び／又は、矢印７４に示すように水平移動することで、切削装置７２は、埋込導体２１の表面にヒダ形状を形成することが出来る。
なお、埋込導体２１ｄの表面には複数のヒダ形状が施されるが、数値制御（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置を有するＮＣ旋盤を行えば、迅速に埋込導体２１ｄの表面にヒダ形状を設けることが可能である。

また、埋込導体２１ｄと異なり、図２に示す埋込導体２１ｂのように絶縁物との接合面前面にヒダ形状を設ける場合、固定装置７１で固定した埋込導体２１ｄの表面部分は、切削装置７２が切削することが出来ない。そのため、固定装置７１で固定した表面部分を切削するためには、固定装置７１による埋込導体２１ｄの掴み直し処理を行う必要がある。つまり、固定装置７１は埋込導体２１ｄを固定状態から解放して、埋込導体２１ｄの向きを変え、ヒダ形状の加工処理が終わった場所で固定し直して、切削がなされていない部分を切削装置７２で切削する。このようにして、埋込導体の外周表面は全てヒダ形状を施して、埋込導体２１ｂのヒダ形状を形成することが出来る。

また、ヒダ形状が、図５に示す接触部５６のように埋込導体２１ｄの外周表面の半分を加工する場合は、固定装置７１が固定した表面部に対する加工を施す必要は無い。そのため、図５に示す接触部５６の形状を加工する場合は、上記したような固定装置７１による掴み直し処理が不要になり、埋込導体の加工処理並びに絶縁スペーサの製造工程をさらに簡易化し、絶縁スペーサの製造時間を短期化することが出来る。

次に、ヒダ形状の加工を施した埋込導体を金型に配置する（Ｓ１０３）。金型内において、埋込導体２１ｂ又は２１ｄと固定部１９とを位置決め固定しておき、その金型内の埋込導体２１ｂ又は２１ｄと固定部１９内に熱硬化性樹脂を注型する。熱硬化性樹脂を加熱（Ｓ１０４）して、熱硬化性樹脂が硬化することにより絶縁部１１が形成されて、絶縁スペーサの製造方法を終了する。

以下、図面を参照して、絶縁スペーサの一実施例を説明する。

図１０は、本実施例に係る絶縁スペーサの製造工程の一例を示す図である。なお、図６を用いて説明したので、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５の説明を省略する。微細加工処理（Ｓ２０１）は、埋込導体の表面に対して、ヒダ形状と比して微小な凹凸を設ける処理である。微細加工処理（Ｓ２０１）は、埋込導体の加工処理（Ｓ１０２）と、埋込導体の金型配置処理（Ｓ１０４）との間で行われる。埋込導体の微細加工処理（Ｓ１０２）の後に、微細加工処理を施すのは、埋込導体の微細加工処理（Ｓ２０１）によって形成されたヒダ形状の表面に微細加工を施すためである。

図１１は、図１０の埋込導体の微細加工処理の一例を説明する図である。図１１には、噴射ガン８２、埋込導体２１ｅが示される。噴射ガン８２は、吹き付け物体８４を、圧縮空気投入口８３から投入される圧縮空気によって、埋込導体２１ｅに物体８４を吹き付けるように動作する。

ヒダ形状に微細な凹凸を設ける加工処理には、例えば、液体ホーニング処理と、サンドブラスト処理がある。噴射ガン８２は、液体ホーニング処理を行う場合、物体８４として、研磨剤と水からなるスラリーを埋込導体２１ｅに吹き付ける。また、噴射ガン８２は、サンドブラスト処理を行う場合、物体８４として、水を使わないで粒子を埋込導体２１ｅに吹き付ける。

なお、物体８４がスラリーである場合、スラリーは図示されないポンプによって加圧され、噴射ガン８２に供給される。物体８４が粒子である場合、粒子は図示されない圧縮機によって噴射ガン８２に供給される。

このように、物体８４が埋込導体２１ｅに吹き付けられることで、埋込導体２１ｅに微小加工が形成される。液体ホーニング処理及びサンドブラスト処理は、微細な粒子が対象に吹き付けられる。そのため、それら処理により形成される微小な凹凸は、例えば、数〜数十ナノメータの単位の凹凸形状である。上記したヒダ形状は、例えば、数ミリメートルの形状であるので、図１０を用いて説明される微小加工処理で形成される凹凸は、ヒダ形状と比して微小な凹凸である。

下記式１には、微細加工処理後の接着強度Ｐと、微細加工対象の表面積Ａとの関係を示す。
Ｐ∝Ａ ・・・（１）
式１に示すように、接着強度Ｐは、微細加工対象の表面積Ａに比例する。そのため、対象表面積Ａが大きければ、微細加工処理後の接着強度Ｐが比例して増加する。

従来は、図９に示されるように、平坦な面にサンドブラスト処理を施すようにして、鋳埋込み部品３１１と付着層３１３との表面積を増やすことで、鋳埋込み部品３１１と付着層３１３との接着強度を高めていた。一方、図１１に示す微小加工処理では、平坦形状に対してヒダ形状を加えることで増加した表面積に対してさらに、微小加工処理を行っている。本実施例では、ヒダ形状を埋込導体に設けることで、式３に示す表面積Ａを増加させることができる。そのため、本実施例に係る絶縁スペーサと埋込導体との接着強度は、ヒダ形状による接着強度と、ヒダ形状加工前の平坦面に微小加工処理による接着強度とを加えた接着強度より、大きな値となる。

１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 絶縁部
１２ｂ、１２ｃ ヒダ形状
１３ 直線部
１４−１、１４−２、１４ａ、１４ｃ、１４ｄ 接合面
１５ 穴部
１９ 固定部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｅ 埋込導体
２２ｂ、２２ｃ ヒダ形状
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 絶縁スペーサ
５４ａ、５４ｂ 接合面
６１ａ、６１ｂ 頂部
６２ａ、６２ｂ 電路
７０ 旋盤
７１ 固定装置
７２ 切削装置
８２ 噴射ガン

Claims (5)

1. 絶縁部と、
   前記絶縁部の内部に埋め込まれ、且つ前記絶縁部と接合するための３つ以上のヒダ形状を側面上に有する埋込導体と、
   を備えることを特徴とする絶縁スペーサ。
2. 前記３つ以上のヒダ形状は、前記埋込導体の側面上の両端部にあることを特徴とする請求項１に記載の絶縁スペーサ。
3. 前記埋込導体は、前記絶縁部に対して前記埋込導体の軸方向に偏在し、且つ前記埋込導体の側面の中心から偏在側にのみ前記ヒダ形状を有することを特徴とする請求項１に記載の絶縁スペーサ。
4. 前記ヒダ形状の頂部が直線形状を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁スペーサ。
5. 前記埋め込み胴体の表面は、前記ヒダ形状と比して微小な凹凸を設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁スペーサ。

Images