JP6975098B2 - 固体絶縁開閉器および鉄道車両 - Google Patents
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Description
図1は本発明の固体絶縁開閉器の平面模式図である。図1に示すように、本発明の固体絶縁開閉器1は、固定電極9および固定電極9に対向して配置された可動電極10を有する真空バルブ4と、可動電極10に接続され、可動電極10を操作する操作ロッド13と、操作ロッド13に接続され、操作ロッド13の動作を制御する操作機構15を備える。そして、真空バルブ4、操作ロッド13および操作機構15を覆う筐体40を備えている。
図3は本発明の鉄道車両の一例を示す模式図である。図3に示すように、本発明の鉄道車両30は、複数の車体31が連結されて構成されている。車体31の上部には、本発明の固体絶縁開閉器1およびパンタグラフ32が搭載されている。固体絶縁開閉器1およびパンタグラフ32は、高圧引き通しケーブル33によって接続されている。
まず始めに、表面粗さの異なる樹脂板(固体絶縁層2に相当する材料)を3種類用意し、その表面に亜鉛層(表面接地層7に相当する層)を設けた試験片を用意し(実験例1、実験例2および実験例3)、この試験片のせん断接着力を評価した。試験片の作製に用いた供試材は、以下の通りである。
(1)jER−828:三菱化学株式会社製 ビスフェノールA型エポキシ樹脂(25℃で液状、エポキシ当量190g/eq)
(2)jER−807:三菱化学株式会社製 ビスフェノールF型エポキシ樹脂(25℃で液状、エポキシ当量170g/eq)
(3)NH−5500:日立化成株式会社製 3−または4−メチル−ヘキサヒドロ無水フタル酸(25℃で液状、酸無水物当量168g/eq)
(4)2E4MZ−CN:四国化成工業株式会社製 1−シアノエチル−2−エチル−4−メチルイミダゾール、エポキシ硬化触媒
(5)パーヘキシン25B:日油株式会社製 1,2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン、ラジカル重合開始剤、10時間半減期温度128.4℃
(6)XJ−7:株式会社龍森製 結晶性破砕状シリカ、粒径約6.3μm
(7)FB−20D:電気化学工業株式会社製 溶融シリカ、粒径約22μm
(8)コアシェルゴム粒子:ダウケミカル日本株式会社 パラロイドBTA−731、一次粒径約0.6μm
(9)スチレン:東京化成工業株式会社製 スチレン、ラジカル重合禁止剤として30ppmの4−tert−ブチルカテコールを含有
(10)N−フェニルマレイミド:東京化成株式会社製 N−フェニルマレイミド
(11)KBM−503:信越化学工業株式会社製 3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、シラン系カップリング剤
(12)KBM−403:信越化学工業株式会社製 3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、シラン系カップリング剤
(13)分散剤:ビッグケミージャパン株式会社製 BYK−W−9010
(14)消泡剤:信越化学工業株式会社製 KS603
固体絶縁層2に相当する樹脂板の原料となるモールドワニスを以下のように作製した。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂jER−828を105質量部、ビスフェノールF型エポキシ樹脂jER−807を10質量部、シランカップリング剤KBM−403を2.7質量部、消泡剤KS603を0.04質量部、ラジカル重合開始剤パーヘキシン25Bを0.1質量部、分散剤BYK−W−9010を2.9質量部、コアシェルゴム粒子BTA−731を11質量部、破砕状結晶質シリカXJ−7を319質量部、溶融シリカBF−20Dを88質量部の比率で採取し、脱泡攪拌装置(倉敷紡績株式会社製 型式:KK−5000)を用いて混練して主剤Aを作製した。主剤Aの総作製量は25kgとした。
酸無水物HN−5500を30質量部、スチレンを9質量部、N−フェニルマレイミドを15質量部の比率で5Lのポリ容器に採取し、50℃の恒温水槽中で1時間攪拌して各成分を溶解して反応誘起剤Cを作製した。反応誘起剤Cの総作製量は、2.5kgとした。
上述したモールドワニスの硬化物の物性を確認するため、以下のように評価用サンプルを作製した。
破壊じん性評価用サンプルを用いて、ASTM(American Society for Testing and Materials) E399に準拠して、引張試験によりサンプルが破壊されるまで加重をかけることによって、破壊じん値(KIC)を求めた。本モールドワニスの硬化物の破壊じん性値は、4.5MPa・m0.5であった。
樹脂板サンプルから長さ10mm、幅5mm、厚さ5mmの熱膨張率評価用サンプルを切り出した。真空理工株式会社製熱機械試験機(型式:TM−9300)を用いて、熱膨張率評価用サンプルの長尺方向の熱膨張係数およびガラス転移温度を観測した。観測条件は、大気下、昇温速度2℃/分、観測範囲は30℃から180℃とした。温度と熱膨張による変位量の関係曲線の屈曲点をガラス転移温度として求めた値は、124℃であった。また、30℃から100℃における熱膨張係数は、24ppm/℃であった。
樹脂板と樹脂板の表面荒さ(Ra)と亜鉛層との接着力の関係を以下のようにして確認した。
亜鉛層の表面への塗料層の設置効果を以下のように確認した。
表面粗さRaが4.0μmの樹脂板の表面に、平均厚さ60μmの亜鉛層を溶射によって設けた。次に、エポキシ系塗料(日本ペイント・インダストリアルコーティングス株式会社製 商品名:ユニエポック30プライマーNC)をスプレーで塗布し、60℃で30分間乾燥した。乾燥膜厚は平均で30μmとした。次いで、ウレタン塗料(日本ペイント・インダストリアルコーティングス株式会社製 商品名:naxマイティーラックG2 KB型)をスプレーで塗布し、80℃で2時間乾燥し、実施例1のサンプルを得た。乾燥膜厚は平均で30μmとした。
表面粗さRaが4.0μmの樹脂板の表面に平均厚さ30μm(実施例2)、60μm(実施例3)、100μm(実施例4)および150μm(実施例5)の亜鉛層を溶射によって形成した。各亜鉛層の表面に、エポキシ系塗料(日本ペイント・インダストリアルコーティングス株式会社製 商品名:ユニエポック30プライマーNC)をスプレーで塗布し、60℃で30分間乾燥した。乾燥膜厚は平均で30μmとした。次いで、ウレタン塗料(日本ペイント・インダストリアルコーティングス株式会社製 商品名:naxマイティーラックG2 KB型)をスプレーで塗布し、80℃で2時間乾燥した。乾燥膜厚は平均で30μmとした。上述した<接着力の確認1>と同様にして塗料付きの樹脂板を切断して接着し、せん断接着力(MPa)を求めた。結果を後述する表3に記載する。
上述した(イ)接着力の評価と同様に実施例2から5の塗料付き樹脂板を作製し、温度85℃、湿度85%の恒温恒湿層内に1000h保管して外観の異常の有無を観察した。外観に異常がない樹脂板については、上述した<接着力の確認1>と同様にして塗料付樹脂板に切断、接着加工を施し、せん断接着力(MPa)を求めた。結果を後述する表3に併記する。破壊モードは、何れも樹脂板と亜鉛層の界面であった。
図1に示す固体絶縁開閉器を作製し、冷熱耐性の評価を行った。日東シンコウ株式会社製のニットール600(40質量%溶液)50gと、ゴム粒子を30質量%含有する株式会社カネカ製KaneAceMX153(固形分濃度100質量%)25gと、シンナー100gとを混合、攪拌して接着層用塗料を作製した。開閉器の内部部品を組み、その表面に接着層用塗料を約10μmの厚さに塗布し、120℃で1時間乾燥した。その後、内部部品を金型に組み込み、金型と共に真空注計装置内にて80℃に予熱した。
以上、説明したように、本発明によれば、屋外での使用に耐える固体絶縁開閉器を提供することができることが実証された。
Claims (14)
- 固定電極および前記固定電極に対向して配置された可動電極を有する真空バルブと、
前記可動電極に接続され、前記可動電極を操作する操作ロッドと、
前記操作ロッドに接続され、前記操作ロッドの動作を制御する操作機構と、
前記真空バルブ、前記操作ロッドおよび前記操作機構を覆う筐体とを備え、
前記筐体は、固体絶縁層と、金属性の操作機器箱とを有し、
前記固体絶縁層は、前記固体絶縁層の表面に設けられ、前記金属性の操作機器箱に電気的に接続された接地層と、前記接地層の表面に設けられた塗料層とを有することを特徴とする固体絶縁開閉器。 - 前記筐体は、前記固体絶縁層と前記金属性の操作機器箱との間に設けられた金属製のフランジを更に有し、前記筐体の内部が密閉される構成を有し、
前記接地層は、前記金属性のフランジおよび前記金属性の操作機器箱の表面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の固体絶縁開閉器。 - 前記固体絶縁開閉器を接地する配線が、前記金属性のフランジまたは前記金属製の操作機器箱に設けられていることを特徴とする請求項2に記載の固体絶縁開閉器。
- 前記金属性のフランジまたは前記金属性の操作機器箱の表面に、前記接地層の海水中腐食電位以下である海水中腐食電位を有する犠牲アノード部材が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の固体絶縁開閉器。
- 前記固体絶縁層の表面粗さRaが1.5μm以上4.0μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の固体絶縁開閉器。
- 前記接地層は貫通気孔を有することを特徴とする請求項1に記載の固体絶縁開閉器。
- 前記接地層の前記貫通気孔に前記塗料層が含まれていることを特徴とする請求項6に記載の固体絶縁開閉器。
- 前記接地層の平均厚さが30μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の固体絶縁開閉器。
- 前記塗料層の平均厚さが50μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の固体絶縁開閉器。
- 前記固体絶縁層の熱膨張係数が23ppm/℃以上30ppm/℃であり、破壊じん性値が3.0MPa・m0.5以上5.0MPa・m0.5以下であり、ガラス転移温度が115℃以上であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の固体絶縁開閉器。
- 前記固体絶縁層は、25℃において液状のエポキシ樹脂と、25℃において液状の酸無水物と、スチレンと、フェニルマレイミドと、コアシェルゴム粒子と、破砕状結晶質シリカと、溶融シリカと、エポキシ硬化触媒と、ラジカル重合開始剤の混合物の硬化体であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の固体絶縁開閉器。
- 前記接地層が亜鉛またはアルミニウムであることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の固体絶縁開閉器。
- 前記該塗料層は、エポキシ系の下塗り塗料層とウレタン系の上塗り塗料層の2層構造を有することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の固体絶縁開閉器。
- 車体と、前記車体に設けられた固体絶縁開閉器とを備え、
前記固体絶縁開閉器は、請求項1から9のいずれか1項に記載の固体絶縁開閉器であることを特徴とする鉄道車両。
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