JPH07507733A - 絶縁体 - Google Patents

絶縁体

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JPH07507733A JP6501257A JP50125794A JPH07507733A JP H07507733 A JPH07507733 A JP H07507733A JP 6501257 A JP6501257 A JP 6501257A JP 50125794 A JP50125794 A JP 50125794A JP H07507733 A JPH07507733 A JP H07507733A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 絶縁体 本発明は、複合体、例えば、電気的絶縁体自体を含む電気絶縁性の製品、特に強 化ポリマー製絶縁体に関する。
本発明は、好ましくは単独で絶縁性機能を示す製品に関し、本明細書は、便宜上 、主に該製品に関して記載するが、一般に複合体、例えば電気的な絶縁性製品は 、他の機能もまたは代わりに示してよいと解される。従って、前記製品は、大部 分の時間を絶縁体として作動するが、例えば関連する電気装置に雷が落ちたため に過電圧がかかったときにはアースして電力の流れを転換する為に導電性となる 避雷器であってよい。しかしながら、概して本発明は電気絶縁性または導電性の いずれかである複合体製品に関する。
約1kVを超え、典型的に24 k Vの電圧で使用する電気絶縁体は、(i) 優れた電気特性を示すが、重厚で壊れやすく、そのため破壊行為に対する耐性が 乏しい磁器; (ii)軽量ではあるが、一般的に屋外での使用において磁器に 比べて電気的性能が劣るかまたは周囲を密封しなければならないエポキシ樹脂で 含浸したガラス繊維ロッド:または(iii)軽量および優れた電気的性能を合 わせ持つが、耐荷重特性に乏しい固体ポリマー材料から形成され得る。さらに、 磁器またはガラス繊維ロッドに、ポリマーチューブおよび/またはシェッド(環 状に張り出した部分)を加えるかまたは性能向上のためにポリマー絶縁体内へ取 り込まれてよい。ここで、そのような絶縁体および構成要素として、英国特許出 願公開第1 292276号、米国特許第4 045604号、英国特許出願公 開第1530994号、第1 530995号および欧州特許出願公開節025 3622号[ここまですべてレイケム[Raychem)]および英国特許出願 公開第1 313 609号[ビー・アイ・シー・シー(BICC)]を参照す ることができる。
絶縁体の構造中でのガラス(または別の)繊維の使用の不利益の一つは、繊維に 沿って水分が伝わるため、電気的に接続している絶縁体の端子(通常各末端に− か所)間で短絡させる可能性がある。しかしながら、そのような材料は、機械的 強度に優れている。
一般に、本発明の目的は、水分が繊維を伝って流れる危険を回避するかまたは少 なくとも減少させるような方法で、繊維を包含する高強度の複合体製品を作製す る方法を提供することである 本発明の目的は、絶縁体の一方の端からもう一方の端へ水分が伝うという問題を 予防するかまたは少なくとも減少させると同時に、ガラス(または他の高強度) 繊維およびポリマー材料の有用性を備える電気絶縁体を提供することおよび比較 的安価な方法でそれを行うことを提供するものである。
したがって、−要旨において、本発明は、外側溶融性材料で包囲した糸を有して なる複合体製品の製造方法を提供するものであり、この方法では、(i)高強度 繊維および溶融性ブロック材料からなる糸を鋳型に配置し、(ii)溶融性材料 を溶融状態で鋳型に入れ、該溶融性材料の温度を少なくともブロック材料が融解 する温度と等しく、好ましくはそれより高くして、それにより、前記繊維をブロ ック材料内に完全に包囲するように糸の強度繊維の間及び周囲にブロック材料を 融解および流入することによって、ブロックした糸を外側溶融性材料内に完全に 包囲する。
糸とは、モノまたは多重フィラメント繊維であってよい複数の繊維を意味するも のとして使用され、嵯り糸(strand)、綱(tow)、織り糸(thre ad)またはテープと同義であると考えられる。
「溶融性」とは、加熱すると流れ出し、熱の影響で硬化するかまたは冷却時に凝 固する材料を意味し、熱可塑性および熱硬化性材料を包含する。
本発明の方法は、絶縁性および非絶縁性複合体の両方の製造に適用できるが、便 宜上、絶縁性製品の製造するための本発明の利用について言及する。
すなわち本発明の方法は、密閉した絶縁性体をも形成する単一工程で高強度の繊 維のブロッキング(水分の伝達に対して)を提供するものである。絶縁性材料を 鋳型に入れる圧力は、特に真空時には、繊維間の隙間から空気を押し出すのを助 け、その際の温度はブロック材料を溶融させて繊維の周囲を徹底的に流れるよう にする。外側の絶縁性材料を鋳型に流し入れる温度て前記のブロック材料を溶融 することが望まれるが、外側の絶縁性材料による完全な包囲は、例えばチューブ 、ロッドまたはループを形成する高強度繊維の周囲にブロック材料が完全に残る ことを確実にするものと認識されるであろう。電気的な絶縁用途に使用する際、 そのようなブロック用材料は製品を通過する水分の流れを防ぎ、さらに製品の内 側構造芯と外側被覆材料との間で生じる電気的トラッキングも防止する。
そのような製造方法により、比較的安価で単一封止工程を利用して製品を製造す ることができる。
一つの態様において、本発明の方法により、繊維に沿った水分の伝達を封鎖する 繊維の高強度、好ましくは絶縁性の糸からなる実質上閉塞した好ましくは長尺場 のループであって、絶縁体への電気的および機械的な接続用に配置された手段の 周囲に延びており、好ましくは絶縁体の外側表面を形成する絶縁性ポリマー、好 ましくは実質上電気的に非トラツキング性材料内に閉塞され、好ましくは埋め込 まれたループを有してなる電気絶縁体、好ましくは、長尺状物を提供する。
多重フィラメントガラス繊維は、糸の強度部材として好ましいが、カーボンまた は例えばケブラー(KEVLAR)という商標で販売されているアラミド繊維の ような他の高強度繊維も使用されてよい。複数のガラスフィラメントを包含する のと同様に、各多重フィラメント繊維は、好ましくはステーブル状または連続状 または他の繊維形状で、または粉末状でまたは強度繊維上または内部の被膜とし てのブロック材料も含む。本発明の一部を形成するそのような繊維の構造および ブロッキングは、欧州特許出願公開第0 324 630号(レイケム)および 相当する他国の特許公報中に開示されており、本明細書中に参照により全開示内 容を取り入れる。あるいは、繊維はモノフィラメントであってよい。いずれの場 合にも、ブロッキングは糸のフィラメントと絶縁体の外側被覆材料のような周囲 のポリマー材料との間の隙間を無くすかまたは減少させ得る。フィラメントまた は各フィラメントの周囲へのブロック材料の供給により、糸のフィラメントまた は各フィラメントのブロッキングを強化してよい。
外側溶融性および/またはブロック材料は、熱可塑性または硬化性材料、好まし くはポリプロピレン、ポリエチレン、シリコーン、ポリアミド、ポリエチレンテ レフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエステル、アクリル、エチレ ン−ビニル−酢酸共重合体、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート または低強度ガラスから有利に構成される。
モノ繊維または多重フィラメントの溶融性ブロック材料は、実質上高強度繊維の 軸方向に並べてよく、その周囲を螺旋状に包囲するか、またはそれと共に織り混 ぜて、2次元または3次元状マットを形成してよい。前者、例えば長尺状絶縁体 の場合、製品は優れた引張り強度を有し、後者の場合、片持ち梁用途に利用でき る絶縁体が製造され得る。
あるいは、ブロック材料は、粉末または高強度繊維のフィラメント上もしくはフ ィラメント内に施された被膜であってよい。
外側の電気絶縁性材料は、ポリマー材料、好ましくはポリエチレンまたはシリコ ーンポリマーから有利に構成される。
欧州特許出願公開第0265265号および相当する他国の特許公報は、繊維を 取り込んだ製品に関し、該繊維に沿った水分(例えば、水または他の液)の伝達 に対する前記繊維のブロッキングを開示しており、該公報の全開示内容を参照に より本明細書中に取り入れる。
例えば絶縁体を作製する好ましい態様において、糸は、絶縁体の両端子間の所望 の距離で巻き方向に対して横に間隔を空けて置いた2本のマンドレルの周囲に、 例えば200または300回程度繰り返し巻き付けて、実質上閉塞された丸みの ある長方形状の長尺状ループを形成する。すなわち、ループはそれ自体は多数の フィラメントからなってよい一本の糸から形成され、糸の端が2つのみ露出して いる。その後、マンドレル間で引っ張られている糸をその周囲にポリマー絶縁性 材料を形成するために鋳型に移し、適当な形の絶縁体外側表面−典型的に側方延 伸したポリマーシェッド1個またはそれ以上からなる−を与える。封止作業の高 温高圧下で、ループに沿って、少なくともループ沿線上の一点で、好ましくは全 ループ長を通してブロッキングを形成するためにガラスフィラメント間およびそ の周囲に進むように、ブロック材料を融解または少なくとも軟化する。芯になる ブロックした繊維を冷却および/または硬化して、ポリマー絶縁性要素を鋳型か ら外す。ここで、マンドレルを除去し得る。冷却および/または硬化中、間隔を 保つためにマンドレルをしっかりと固定することが考えられる。しかしながら、 特に絶縁体をテンション絶縁体として使用する場合、ブロックした絶縁体が硬質 である必要はない。電気的および機械的な接続末端取付部品を導電性でもまたは 導電性でなくてもよいマンドレルの一部として供給してもよく、そうすると、そ の後、該部品は所定の位置に残るものと考えられる。したがって、好ましい態様 において、繊維のブロッキングおよび絶縁体の絶縁性体の封止を行う単一操作で 所定の位置に末端取付部品を固定し得る。
適宜、ロッド状またはチューブ状または他の適する形状として形成してよいマン ドレルまたは末端取付部品は、糸を受け止める外側表面上に、巻き付は操作中に 横方向の糸の保持を助けるための有利な窪みがある。末端取付部品は金属製であ ってよいが、他の適する導電性材料、例えば高強度導電性ポリマーが使用されて よい。あるいは、これらの要素は電気的に絶縁性であってよい。
ポリマー材料は、用途に則して選ばれ得るが、典型的に高密度ポリエチレンまた は同様の材料、好ましくは作動中に絶縁体の外側表面に沿ったリーク電流の流れ によって形成される、炭素質の軌跡の形成傾向を減少させるためにアルミナ3水 和物のようなトラッキング低減性充填剤を包含するものであってよい。適する材 料としては、例えば英国特許出願公開第1 337951号、第1 337 9 52号および第1 590 723号(レイケム)中に開示されている。他の材 料、例えば熱硬化性樹脂等も使用してよい。さらに、ポリマー材料および/また は糸を架橋してもよい。
したがって、繊維のループは、外側ポリマー材料、好ましくは実質上隙間のない 絶縁体内に完全に包囲され、結合していると考えられる。
ループに対して横(長尺の主軸方向)に広がった短い金属チューブであってよい 末端取付部品は、優れた機械的強度−典型的に絶縁体は24kVの電圧絶縁体と しての使用に対し、最小要求値である70kNの軸荷重に耐え得る−を与えるよ うにループ内に設置される。
末端取付部品上への電気的または機械的圧力を散らすように、例えばその周囲に 巻かれたループを破壊する可能性を最小限にするように、末端付属部品を有利に 形成する。この目的には、円形の断面よりも楕円形または洋梨型の断面の方が好 ましく、ループに対する摩擦係数が低いことが好ましい。損傷を生じる電気的作 用が生じ得る点を避けるように末端取付部品の表面も丸くすることが好ましい。
ここで使用する「絶縁体」とは、絶縁機能を果たす製品を意味すると解される。
そのような製品は全使用寿命中、絶縁機能を果たさなくてもよく、および/また は単なる絶縁性ではない機能を果たしてよいものと考えられる。この点で、該製 品は、他の機能性要素と組み合わされてよ(、例えば絶縁性ポリマー材料内に包 み込んでよいと考えられる。例えば、前記要素は、雷または関連する装置に与え られた他の過電圧から防護するために、特定の条件下で避雷器として製品を作動 させる金属酸化物成分のようなバリスターであってよい。
本発明に従った各絶縁性製品の製造方法の態様およびそれによって製造される製 品を、添付図を参照して、例として説明する。ここで、図1は、第一の絶縁体の 断面平面図である;図2は、図1の絶縁体の断面側面図である;図3は、図1の 絶縁体の末端部の断面図である;図4は、絶縁体の製造方法を図式的に示す;図 5aおよび5bは、末端取付部品への固定の2つの取り得る態様を模式的に示す ; 図6から図8は、避雷器の3態様の部分図を示す;図9から図11は、絶縁体の 別の態様の模式的な断面を示す。
図1から図3において、金属ボビン対2を、外側表面が少なくとも一方の面で凹 面になっている短い金属チューブから形成する。図示されていない手段によって 、完成された絶縁体の末端取付部品の所望の距離にボビン2を離して保持する。
丸みのある長方形状の長尺状ループ4を形成するために、ポリプロピレン製ブロ ック材料を含む一本の多重フィラメントガラス繊維混成糸を、ボビン2の凹面に 掛かるように、張力をかけながらボビンの周囲に約200回巻く。得られる形状 は、二つの滑車の周囲に張ったファンベルトと類似である。ループ4は、ボリブ ロピレンのブロッキングフィラメントと共に、ガラスの強度フィラメントからな る。
典型的に、ループは長さ200mm、幅17mm(すなわち、チューブ状の金属 ボビン2の凹部の長さ)で厚さ3mmである。
その後、なおも張力をかけながら、ループ4を注入鋳型に移す(図示せず)。
糸の中に含まれた空気を除去するために鋳型を脱気、加熱し、200℃の鋳型に 、非トラツキング性絶縁性ポリマー材料6を約2000ps iの圧力、約12 5℃の温度で注入する。鋳型の高温高圧の影響下で、ループ2を形成する繊維の ブロッキングフィラメントが融解し、ガラス成分を完全に包囲してその間の隙間 を埋めるように流れ出し、固い、水分ブロック性ループを形成する。その後、該 ポリマー材料を冷却および/または硬化する。
図示したように、絶縁体の外側表面を形成するようにポリマー材料6を配する。
そのため、複数の異なる半径方向寸法のシェッド8を与えるように、鋳型を設計 する。図2より、ポリマー材料はループ4の外側の面の周囲および内部表面上に も完全に及んでいることが分かる。重量削減および絶縁体のコスト削減(使用す る材料6をより少なくする)のため、さらに絶縁体に沿った表面リーク電流に対 するインピーダンスを向上するためにも切り抜き部10を設ける。
金属ボビン2は、完成した絶縁体内の所定の位置に残り、適する電気的装置に対 して張力下で絶縁体を電気的に接続するのに役立つ。
本発明の絶縁体の芯となる強度繊維を、直線的なループを形成するものとして示 しカリ述べているが、フィラメントを巻く工程中にループが交差することが考え られる。さらに、ループは一回または複数回ひねられ、例えば鋳型にいれる前に きつく捻られた形状になり得る。
本発明の絶縁体における簡易な末端取付部品、例えば圧縮した鋼製環状ボビン2 の利用は、従来必要とされていた機械製または鋳造製付属部品を必要とせずに済 む。例えば、汎用クリンプ付属部品では、一方では十分に強いグリップ力を提供 し、また他方では繊維ロッド状絶縁体のガラス繊維を壊さないために、狭い誤差 しか許されない。
図4には、少なくとも絶縁体部分の比較的安価な製造を可能にする、連続操作工 程を示す。
組み込まれたブロック材料を有する連続状の単ガラス繊維混成糸24が周囲に螺 旋状に巻き付けられて、間隔を空けた1対の長尺状金属ロッドマンドレル20お よび22を、熱した外側絶縁性ポリマー材料26を送出するホッパー(図示せず )に供給する。冷却すると、糸24は、鎖糸に沿った水分伝達をブロックするよ うになり、糸24並びにロッド20および22はポリマー材料26によって完全 に包み込まれる。冷却の際、別々のブロックされた絶縁体をA方向に対する横寸 法で切り離すことができ、実質上一様の断面Xからなる絶縁体を得る。
その後、シェッドを別々にまたは所定の位置に形成することによりまたは周囲に シェッドを取り付けたチューブ状の部分を回復させることにより加えてよく、そ れによって図1に示したような外側形状を与える。
本発明の絶縁体のための別の配置では、繊維を巻いた末端取付部品の絶縁性は2 種の材料によって供給されてよいものと考えられる。内側の比較的安価な材料が 、糸のフィラメントのブロッキングを促進する特性を有するように選ばれてよく 、適合する外側材料は、表面に沿った導電性トラックの形成を著しく阻害するよ うな優れた電気的表面特性を有するように選ばれてよい。
別法では、絶縁体に使用する繊維状ループは、所望の横方向寸法を持つ2本また はそれ以上のループを提供するために裂かれてよい帯を供給する編組、織物また は編物として形成されてよい。本態様では、例えば、テンション絶縁体としての 利用において、張力を絶縁体に加える方向に延びるように連続状の糸を配置する 。
図には一つの絶縁体のみを示すが、末端取付部品の適する設計および/または相 互接続によって、2個またはそれ以上の絶縁体が鎖を形成するように互いに組み 合わされ得るものと考えられる。例えば、末端取付部品は互いに直接結合するよ うに設計され、もしくは接続用環または他のデバイスが供給され得る。そのよう に延長された絶縁体は、その後、高電圧で作動するのに適している。
図5aおよび5bには、最後には絶縁体の末端取付部品を形成することになる2 つの金属小孔のうちの1つの周囲に張られた単糸ループ30を示す。図5aでは 、糸30が2つの小孔の間にひねった状態で張ってあり、同様に、図5bにおい ては繊維30の一方の自由端を相接するする糸の部分にクリンプ34で固定して いる。その後、上述の如く、絶縁性を与えるためおよび糸のブロッキングを形成 するおよび/または促進するために外側ポリマー材料を供給する。
図6において、2つの金属端子42の間に挟まれた5つの酸化亜鉛バリスターブ ロックの積み重ねを示している。単糸ループ44は、軸方向の圧縮状態を保持す るために、ブロック40と端子42の周囲に張られている。外側のポリマー絶縁 性材料46は、糸44、端子42およびブロックaOを完全に包囲しており、そ れによりブロックした単糸強度部材44を有する、避雷器として作動するシェッ ドを取り付けた絶縁体配置を与える。所望により、ブロックされたループ44の 完全な包囲を維持すると共に、避雷器として作動する間に発生するガスをバリス ターブロック40から排気するようにポリマー材料を配置してよい。
図7には、最後にポリマーを突き抜ける中央の接続用スタッド52を有する半円 筒形の金属端子50からなる、ポリマー包囲前の避雷器の端部を示す。2つの閉 塞した糸ループ54を、端子50のそれぞれの肩に掛け、避雷器の反対の端に対 応する端子(図示せず)を掛けるように伸張する。バリスターブロック56を一 つ示す。ループ54は、積み重ねたブロック56を2つの端子50の間で圧縮状 態に保つための強化部材として役立つ。
図8には、図6に示した単ループ配置と同様の方法で、避雷器内の末端取付部品 上に張られた2本の単糸ループ60および62が互いに十字形に重なり合ったポ リマー材料64中に包囲されていることを示す。
本発明の絶縁体は、電力および通信用導体のような付加的な電線用または他の配 線用の支持および/またはガイド部材として使用されてもよいと考えられる。
図9に示すように、閉塞した糸ループ70を両端のマンドレル72および74の 周囲に配置して、上述の方法でブロックし、ポリマー絶縁性材料76内で埋め込 む。しかしながら、この態様では、中間マンドレル78によってさらにもう一つ の孔を形成している。マンドレル72.74および78は、必須ではないが導電 性であってよい。その後、マンドレルそれぞれを通して、供給配線を配置してよ い。図1ないし3の態様におけるポリマー絶縁性材料6中の隙間10は、この目 的のために使用されてもよいことが分かる。したがって、マンドレル72.74 および78または隙間10は、それらを通して張られた供給配線を支持し、間隔 を維持して、相互に(必要なら)絶縁していると考えられる。
図10は、図9の単ループ代わりに、3つのマンドレル84.86および88の それぞれの対の周囲に2つの単糸ループ80および82を備えた図9の絶縁体の 改良品を示す。ループは実質上、互いに同じ平面内に伸張している。
図9の態様のさらなる改良品として、単一ループ70をマンドレル72および7 4の間にへの字に形成してよく、すなわち、中央のマンドレル78近辺により接 近して巻いて、図10と同様のものが得られる。
図11は、該絶縁体を、張力下と同様に圧縮下でも使用するために、固い軸状部 材を含むように改良された絶縁体配置を示す。セラミックロッド90は、両端で マンドレル92に固定されている。その後、閉塞した単糸ループ94をんんどえ 92の周囲に設け、外側絶縁性材料96を上述と同様の方法でその周囲に設ける 。したがって、この絶縁体はループ94によって与えられる引張強度およびロッ ド90より与えられる圧縮強度を有するため、例えば、電カケーブルシステム上 での空中絶縁体としての利用のような多目的要素を提供する。
過電圧中にどのような場合の遮蔽においても、所定の位置でバリスターブロック を保持および/または抑制するために、避雷器としても機能する絶縁体配置内の 閉塞したブロック糸ループを他の構成要素の代わりにまたはそれらに補足して使 用してよいと考えられる。
フ0 6 ^ ・ ^ \ r% − 国際調査報告 m、1.1.−^−−−mPCT/GB931012101mfiallamj l A++@&tjlle@ N・ pcrlca ==10ui○AN)4  ANG MhJhJEX ANhJEXEフロントページの続き (51) Int、 C1,6識別記号 庁内整理番号// B 29 K 1 05:08 B29L 31:34 DO3D 15100 G 7199−3BD O2G 3104 7199− 3B(31)優先権主張番号 9214967.3(32)優先臼 1992年 7月14日(33)優先権主張国 イギリス(GB)(81)指定国 EP(A T、BE、CH,DE。
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Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.外側溶融性材料で包囲した糸を有してなる、複合体製品の製造方法を提供す るものであり、この方法では、 (i)高強度繊維および溶融性ブロック材料からなる糸を鋳型に配置し、(ii )溶磁性材料を溶融状態で鋳型に入れ、該溶融性材料の温度は少なくともブロッ ク材料が融解する温度と等しく、好ましくはそれより高くし、それにより、前記 繊維をブロック材料内に完全に包囲するように糸の強度繊維の間及び周囲にブロ ック材料を融解および流入することによって、ブロックした糸を外側溶融性材料 内で完全に包囲する ことからなる製造方法。
  2. 2.外側溶融性および/またはブロック材料が熱可塑性または硬化性材料、好ま しくはポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポ リエチレン、シリコーン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタ レート、エチレン−ビニル−酢酸共重合体または低強度ガラスからなる請求項1 に記載の方法。
  3. 3.糸がガラス、カーボンまたはアラミドの高強度繊維からなる請求項1または 2に記載の方法。
  4. 4.外側溶融性材料が、電気的絶縁性であり、ASTMD2303に従って実質 上非トラッキング性である請求項1ないし3のいずれかに記載の方法。
  5. 5.ブロック材料が、糸の高強度繊維を巻いたまたは織り込んだ繊維からなる請 求項1ないし4のいずれかに記載の方法。
  6. 6.鋳型に入れる前に、2つの間隔を空けて置いた支持部材の周囲を一回または それ以上巻いたループに糸を伸張する請求項1ないし5のいずれかに記載の方法 。
  7. 7.ロッドまたはチューブを形成するように一方向または多方向に糸を配置する 請求項1ないし5のいずれかに記載の方法。
  8. 8.長尺状電気絶縁体として製品を形成し、糸は実質的に非導電性であり、支持 部材を前記絶縁体を電気回路に連結するための耐荷重部材として供給する請求項 1ないし7のいずれかに記載の方法。
  9. 9.絶縁体が一つまたはそれ以上のバリスターブロックを包含し、それにより避 雷器としても機能する請求項8に記載の方法。
  10. 10.糸の配置後および外側溶融性材料の導入前に鋳型を真空にする請求項1な いし9のいずれかに記載の方法。
  11. 11.絶縁体または避雷器を包含し、請求項1ないし10のいずれかに記載の方 法によって作製する電気絶縁性製品。
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