JPH09231849A - 碍子及びその汚れ防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 碍子表面の清浄性に優れており、その表面抵
抗が高く保たれるので、フラッシュオーバー電圧低下の
問題点が解消される碍子を提供する。 【解決手段】 本発明の碍子は絶縁材からなる基体と、
この基体上に形成された光半導体を含む表面層と、から
なり；該表面層の表面の水との接触角が１０°未満であ
ることを特徴とする。碍子の表面が水との接触角が１０
°以下の親水性であれば、雨水や簡単なシャワー程度で
碍子の汚れを十分に落とすことができる。また、疎水性
の汚れは付着しにくい。そのため、碍子の表面を清浄に
保ち易い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気絶縁碍子及び
その汚れ防止方法に関する。特には、表面の清浄性に優
れており表面抵抗が高く保たれるので、フラッシュオー
バー電圧低下を回避できる碍子、並びに、そのための碍
子の汚れ防止方法に関する。なお、本明細書にいう碍子
は、広義には碍管をも含むものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な碍子は、アルミナ含有磁器やク
リストバライト磁器からなる。碍子は電気絶縁のための
部材であるが、その絶縁性能においては碍子材料そのも
のの絶縁と沿面絶縁とが問題となる。沿面絶縁は、碍子
の表面を伝って電気が流れることを防止する特性であ
る。碍子の沿面絶縁は、気象条件及び表面汚損そしてそ
の湿潤程度に大きく影響される。たとえば、２５０mm懸
垂碍子１個の交流フラッシュオーバー電圧は乾燥時８０
kVであるが、注水時には５０kV程度、０．１mg/cm²の塩
分が付着し且つ十分湿潤した時には、１０kV程度にまで
低下するという深刻なものである。したがって、汚損が
ある地域では、汚損が電力系統の外部絶縁設計の決定的
要因となる。

【０００３】この沿面絶縁低下に起因するフラッシュオ
ーバー電圧低下の問題に対処する古典的な方法として
は、碍子を洗浄する方法、碍子を遮蔽する方法、碍子の
基本的絶縁性能を安全を見て高くしておく方法（過絶縁
設計）等がある。しかし、洗浄法には労力がかかり、遮
蔽や過絶縁設計では碍子（装置）のイニシャルコストが
大幅に高くなる。

【０００４】このような古典的な対策に対して、近年新
たに提案された対策がある。それらは以下である。 全面導電釉碍子：全面導電釉碍子は、その導電釉に
よる抵抗均圧効果とジュール熱による発熱効果により、
従来のうわぐすりを用いた碍子に比べ汚損耐電圧特性及
びコロナ特性の点で格段に優れている。したがって、汚
損地区での碍子連の短縮が期待できる。しかしながら、
うわぐすりを流れる電流のために、うわぐすり及びうわ
ぐすり金具間が劣化し、寿命は１０〜１５年とされてい
る。このため現在は、汚損コロナ対策等の特殊な用途に
のみ適用されている。

【０００５】 撥水性物質の塗布：碍子が汚損されて
も湿潤によって表面の絶縁が低下しないよう、碍子表面
に撥水性のある物質を塗布して絶縁を保つ方法である。
各種の撥水性物質の中でも、現在はシリコンコンパウン
ドが広く使用されている。シリコンコンパウンドはシリ
コンオイルとシリカの微粉末を混合したもので、優れた
撥水性と電気絶縁性をもっている。シリコンコンパウン
ドは塗布した碍子に汚損物が付着すると、シリコンオイ
ルが滲み出して汚損物を包み、碍子表面は撥水性が保た
れるので高い表面抵抗が保たれフラッシュオーバー電圧
の低下を防止することが期待できる。

【０００６】しかし、実際には、海塩のように汚損粒子
が小さいものには効果があるが、煤煙や塵埃汚損物には
あまり期待できない。例えば、汚損物が多く付着すると
表面の撥水性が失われて局部アークが発生し、極端な場
合にはトラッキングが生じて碍子のかさ欠けなどの損傷
が生じることがある。このような地域では、シリコン塗
布表面に局部アークや漏れ電流の発生を認めた場合に
は、すみやかに古いシリコンコンパウンドを除去し、再
塗布を行うことが必要である。そのため、シリコンコン
パウンドの寿命は汚損環境条件によって異なるが通常半
年〜３年程度である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の従来
技術の問題点を克服するためになされたもので、以下を
目的とする。 碍子表面の清浄性に優れており、その表面抵抗が高
く保たれるので、フラッシュオーバー電圧低下の問題点
が解消される碍子及びその汚れ防止方法を提供する。 長期にわたり降雨による汚れ洗浄機能を有する碍子
を提供する。 汚染によるフラッシュオーバー事故の防止のために
従来行っていた、碍子の定期的な洗浄を省略する。 最大汚染状態に耐えるように過絶縁設計していた従
来と比較し、シンプルかつ安価な碍子を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の碍子は絶縁材からなる基体と、この基体上
に形成された光半導体を含む表面層と、からなり； 該
表面層の表面の水との接触角が１０°未満であることを
特徴とする。

【０００９】また、本発明の碍子の汚れ防止方法は、碍
子表面を水との接触角１０°未満の親水性とし、該表面
を水で洗浄することを特徴とする。

【００１０】碍子の表面が水との接触角が１０°以下の
親水性であれば、雨水や簡単なシャワー程度で碍子の汚
れを十分に落とすことができる。また、疎水性の汚れは
付着しにくい。そのため、碍子の表面を清浄に保ち易
い。また後述の実験からも分るように、そのような親水
性表面を有する碍子の方がフラッシュオーバー電圧が高
い。なお、このような観点からは、水との接触角が５°
以下であることがより好ましい。

【００１１】次に、親水性と光半導体との関係について
述べる。本発明者は、光半導体を光励起すると光半導体
の表面が高度に親水化されることを発見した。すなわ
ち、光半導性チタニアを紫外線で光励起したところ、水
との接触角が１０°以下、より詳しくは５°以下、特に
約０°になる程度に表面が高度に親水化されること、及
び、光の照射により高度の親水性が維持・回復されるこ
と、さらには特定条件下では一旦高度に親水化された状
態が３週間以上暗所にあっても維持されることを発見し
た。

【００１２】光半導体のバンドギャップエネルギーより
高いエネルギーの波長をもった光を充分な照度で充分な
時間照射すると、光半導体含有層の表面は超親水性を呈
するに至る。光半導体の光励起によって起こる表面の親
水化現象は、現在のところ、必ずしも明確に説明するこ
とはできない。光半導体による親水化現象は、光半導体
の化学反応への応用に関する分野において従来知られて
いる光触媒的酸化還元反応による物質の光分解とは必ず
しも同じではないように見受けられる。この点に関し、
光触媒的酸化還元反応に関する従来の定説は、光励起に
より電子−正孔対が生成し、生成した電子は表面酸素を
還元してスーパーオキサイドイオン（Ｏ₂ ^-）を生成し、
正孔は表面水酸基を酸化して水酸ラジカル（・ＯＨ）を
生成し、これらの高度に反応性の活性酸素種（Ｏ₂ ^-や・
ＯＨ）の酸化還元反応によって物質が分解されるという
ものであった。

【００１３】しかしながら、光半導体による親水化現象
は、少なくとも２つの点において、物質の光触媒的分解
に関する従来の知見と合致しない。第一に、従来の定説
では、ルチルや酸化錫のような光半導体は、伝導体のエ
ネルギー準位が十分に高くないため、還元反応が進行せ
ず、その結果、伝導体に光励起された電子が過剰とな
り、光励起により生成した電子−正孔対が酸化還元反応
に関与することなく再結合すると考えられていた。これ
に対して、光半導体による親水化現象は、ルチルや酸化
錫のような光半導体でも起こることが確認された。

【００１４】第二に、従来、光触媒性酸化還元反応によ
る物質の分解は光半導体層の膜厚が少なくとも１００nm
以上でないと起こらないと考えられている。これに対し
て、光半導体による親水化は、光半導体含有層の膜厚が
数nmのオーダーでも起こることが観察された。

【００１５】したがって、明確には結論できないが、光
半導体による親水化現象は、光触媒的酸化還元反応によ
る物質の光分解とはやや異なる現象であると考えられ
る。しかしながら、光半導体のバンドギャップエネルギ
ーより高いエネルギーの光を照射しなければ表面の親水
化は起こらないことが確認された。おそらくは、光半導
体の励起により生成した伝導電子と正孔によって光半導
体含有層の表面に極性が付与され水が水酸基（ＯＨ^- ）
の形で化学吸着され、さらにその上に物理吸着水層が形
成されて、表面が超親水性になると考えられる。

【００１６】光励起により光半導体含有層の表面が一旦
高度に親水化されたならば、基材を暗所に保持しても、
表面の親水性はある程度の期間持続する。時間の経過に
伴い表面水酸基に汚染物質が吸着され、表面が次第に親
水性を失った時には、再び光励起すれば親水性は回復す
る。

【００１７】光半導体含有層を最初に親水化するために
は、光半導体のバンドギャップエネルギーより高いエネ
ルギーの波長をもった任意の光源を利用することができ
る。チタニアのように光励起波長が紫外線領域に位置す
る光半導体の場合には、光半導体含有層で被覆された基
材に太陽光が当たるような条件では、太陽光に含まれる
紫外線を好適に利用することができる。屋内や夜間に
は、人工光源により光半導体を光励起することができ
る。後述するように、光半導体含有層がシリカ配合チタ
ニアからなる場合には、蛍光灯に含まれる微弱な紫外線
でも容易に親水化することができる。

【００１８】光半導体含有層の表面が一旦親水化された
後には、比較的微弱な光によって親水性を維持し、或い
は、回復させることができる。例えば、チタニアの場合
には、親水性の維持と回復は、蛍光灯のような室内照明
灯に含まれる微弱な紫外線でも充分に行うことができ
る。

【００１９】光半導体含有層は非常に薄くしても親水性
を発現し、特に金属酸化物からなる光触媒半導体材料は
充分な硬度を有するので、光半導体含有層は充分な耐久
性と耐摩耗性を有する。

【００２０】屋外に配置された碍子は、日中は太陽光に
さらされるので、光半導体含有層の表面は高度に親水化
される。さらに、表面は時折降雨にさらされる。親水化
された表面が降雨を受ける都度、碍子の表面に付着した
煤塵や汚染物質は雨滴により洗い流され、表面は自己浄
化される。

【００２１】光半導体含有層の表面は水との接触角が１
０°以下、好ましくは５°以下、特に約０°になる程度
に高度に親水化されるので、親油性成分を多く含む都市
煤塵だけでなく、粘土鉱物のような無機質塵埃も容易に
表面から洗い流される。こうして、碍子の表面は自然の
作用により高度に自己浄化され、清浄に維持される。

【００２２】光半導体 本発明の親水性繊維に使用する光半導体としては、チタ
ニア（ＴｉＯ₂ ）が最も好ましい。チタニアは、無害で
あり、化学的に安定であり、かつ、安価に入手可能であ
る。さらに、チタニアはバンドギャップエネルギーが高
く、従って、光励起には紫外線を必要とし、光励起の過
程で可視光を吸収しないので、補色成分による発色が起
こらない。

【００２３】チタニアとしてはアナターゼとルチルのい
ずれも使用することができる。アナターゼ型チタニアの
利点は、非常に細かな微粒子を分散させたゾルを市場で
容易に入手することができ、非常に薄い薄膜を容易に形
成することができることである。ルチル型チタニアはア
ナターゼ型よりも伝導帯準位が低いが、光半導体による
親水化の目的に使用することができる。基材をチタニア
からなる光半導体含有層で被覆し、チタニアを紫外線に
よって光励起すると、水が水酸基（ＯＨ^- ）の形で表面
に化学吸着され、さらにその上に物理吸着水層が形成さ
れて、その結果、表面が親水性になると考えられる。

【００２４】本発明の使用可能な他の光半導体として
は、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂ 、ＳｒＴｉＯ₃、ＷＯ₃ 、Ｂｉ₂
Ｏ₃ 、Ｆｅ₂ Ｏ₃ のような金属酸化物がある。これらの
金属酸化物は、チタニアと同様に、表面に金属元素と酸
素が存在するので、表面水酸基（ＯＨ^- ）を吸着しやす
いと考えられる。また、光半導体の粒子をシリカ等の光
半導体でない金属酸化物と混合してもよい。特に、シリ
カ又は酸化錫に光半導体を配合した場合には、表面を高
度に親水化することができる。

【００２５】そのようなシリカ配合チタニアからなる光
半導体層の作製方法の一例として、無定型シリカの前駆
体（例えば、テトラエトキシシラン、テトライソプロポ
キシシラン、テトラｎ−プロポキシシラン、テトラブト
キシシラン、テトラメトキシシラン、等のテトラアルコ
キシシラン；それらの加水分解物であるシラノール；又
は平均分子量３，０００以下のポリシロキサン）と結晶
性チタニアゾルとの混合物を基材の表面に塗布し、必要
に応じて加水分解させてシラノールを形成した後、室温
又は必要に応じて加熱してシラノールを脱水縮重合に付
すことにより、チタニアが無定型シリカで結着された光
半導体層を形成する。

【００２６】無定形チタニアの焼成による光触媒層の形
成 基材が金属、セラミックス、ガラスのような耐熱性の材
料で形成されている場合には、水との接触角が０°にな
る程度の親水性を呈する耐摩耗性に優れた光半導体含有
層を形成する好ましいやり方の１つは、先ず基材の表面
を無定形チタニアで被覆し、次いで焼成により無定形チ
タニアを結晶性チタニア（アナターゼ又はルチル）に相
変化させることである。無定形チタニアの形成には、次
のいずれかの方法を採用することができる。

【００２７】（１）有機チタン化合物の加水分解と脱水
縮重合 チタンのアルコキシド、例えば、テトラエトキシチタ
ン、テトライソプロポキシチタン、テトラｎ−プロポキ
シチタン、テトラブトキシチタン、テトラメトキシチタ
ン、に塩酸又はエチルアミンのような加水分解抑制剤を
添加し、エタノールやプロパノールのようなアルコール
で希釈した後、部分的に加水分解を進行させながら又は
完全に加水分解を進行させた後、混合物をスプレーコー
ティング、フローコーティング、スピンコーティング、
ディップコーティング、ロールコーティングその他のコ
ーティング法により、基材の表面に塗布し、常温から２
００℃の温度で乾燥させる。乾燥により、チタンのアル
コキシドの加水分解が完遂して水酸化チタンが生成し、
水酸化チタンの脱水縮重合により無定形チタニアの層が
基材の表面に形成される。チタンのアルコキシドに代え
て、チタンのキレート又はチタンのアセテートのような
他の有機チタン化合物を用いてもよい。

【００２８】（２）無機チタン化合物による無定形チタ
ニアの形成 無機チタン化合物、例えば、ＴｉＣｌ₄ 又はＴｉ（ＳＯ
₄)₂ の酸性水溶液をスプレーコーティング、フローコー
ティング、スピンコーティング、ディップコーティン
グ、ロールコーティングにより、基材の表面に塗布す
る。次いで無機チタン化合物を約１００〜２００℃の温
度で乾燥させることにより加水分解と脱水縮重合に付
し、無定形チタニアの層を基材の表面に形成する。或い
は ＴｉＣｌ₄の化学蒸着により基材の表面に無定形チ
タニアさせてもよい。

【００２９】（３）スパッタリングによる無定形チタニ
アの形成 金属チタン又はＴｉＯ₂ のターゲットに酸化雰囲気で電
子ビームを照射することにより基材の表面に無定形チタ
ニアを被着する。

【００３０】（４）焼成温度 無定形チタニアの焼成は少なくともアナターゼの結晶化
温度以上の温度で行う。４００〜５００℃以上の温度で
焼成すれば、無定形チタニアをアナターゼ型チタニアに
変換させることができる。６００〜７００℃以上の温度
で焼成すれば、無定形チタニアをルチル型チタニアに変
換させることができる。

【００３１】シリカ配合チタニアからなる光触媒層 水との接触角が０°になる程度の親水性を呈する耐摩耗
性に優れた光半導体含有層を形成する他の好ましいやり
方は、チタニアとシリカとの混合物からなる光半導体含
有層を基材の表面に形成することである。チタニアとシ
リカとの合計に対するシリカの割合は、５〜９０モル
％、好ましくは１０〜７０モル％、より好ましくは１０
〜５０モル％にすることができる。シリカ配合チタニア
からなる光半導体含有層の形成には、次のいずれかの方
法を採用することができる。

【００３２】（１）アナターゼ型又はルチル型チタニア
の粒子とシリカの粒子とを含む懸濁液を基材の表面に塗
布し、基材の軟化点以下の温度で焼結する。 （２）無定形シリカの前駆体（例えば、テトラエトキシ
シラン、テトライソプロポキシシラン、テトラｎ−プロ
ポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラメトキシ
シラン、等のテトラアルコキシシラン；それらの加水分
解物であるシラノール；又は平均分子量３，０００以下
のポリシロキサン）と結晶性チタニアゾルとの混合物を
基材の表面に塗布し、必要に応じて加水分解させてシラ
ノールを形成した後、約１００℃以上の温度で加熱して
シラノールを脱水縮重合に付すことにより、チタニアが
無定形シリカで結着された光半導体含有層を形成する。
特に、シラノールの脱水縮重合温度を約２００℃以上の
温度で行えば、シラノールの重合度を増し、光半導体含
有層の耐アルカリ性能を向上させることができる。

【００３３】（３）無定形チタニアの前駆体（チタンの
アルコキシド、キレート、又はアセテートのような有機
チタン化合物、又はＴｉＣｌ₄ 又はＴｉ（ＳＯ₄)₂ のよ
うな無機チタン化合物）の溶液にシリカの粒子を分散さ
せてなる懸濁液を基材の表面に塗布し、チタン化合物を
常温から２００℃の温度で加水分解と脱水縮重合に付す
ことにより、シリカ粒子が分散された無定形チタニアの
薄膜を形成する。次いで、チタニアの結晶化温度以上の
温度、かつ、基材の軟化点以下の温度に加熱することに
より、無定形チタニアを結晶性チタニアに相変化させ
る。

【００３４】（４）無定形チタニアの前駆体（チタンの
アルコキシド、キレート、又はアセテートのような有機
チタン化合物、又はＴｉＣｌ₄ 又はＴｉ（ＳＯ₄)₂ のよ
うな無機チタン化合物）の溶液に無定形シリカの前駆体
（例えば、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキ
シシラン、テトラｎ−プロポキシシラン、テトラブトキ
シシラン、テトラメトキシシラン、等のテトラアルコキ
シシラン；それらの加水分解物であるシラノール；又は
平均分子量３，０００以下のポリシロキサン）を混合
し、基材の表面に塗布する。次いで、これらの前駆体を
加水分解と脱水縮重合に付すことにより、無定形チタニ
アと無定形シリカの混合物からなる薄膜を形成する。次
いで、チタニアの結晶化温度以上の温度、かつ、基材の
軟化点以下の温度に加熱することにより、無定形チタニ
アを結晶性チタニアに相変化させる。

【００３５】酸化錫配合チタニアからなる光半導体層 水との接触角が０°になる程度の親水性を呈する耐摩耗
性に優れた光半導体含有層を形成する更に他の好ましい
やり方は、チタニアと酸化錫との混合物からなる光半導
体含有層を基材の表面に形成することである。チタニア
と酸化錫との合計に対する酸化錫の割合は、１〜９５重
量％、好ましくは１〜５０重量％にすることができる。
酸化錫配合チタニアからなる光半導体含有層の形成に
は、次のいずれかの方法を採用することができる。

【００３６】（１）アナターゼ型又はルチル型チタニア
の粒子と酸化錫の粒子とを含む懸濁液を基材の表面に塗
布し、基材の軟化点以下の温度で焼結する。 （２）無定形チタニアの前駆体（チタンのアルコキシ
ド、キレート、又はアセテートのような有機チタン化合
物、又はＴｉＣｌ₄ 又はＴｉ（ＳＯ₄)₂ のような無機チ
タン化合物）の溶液に酸化錫の粒子を分散させてなる懸
濁液を基材の表面に塗布し、チタン化合物を常温から２
００℃の温度で加水分解と脱水縮重合に付すことによ
り、酸化錫粒子が分散された無定形チタニアの薄膜を形
成する。次いで、チタニアの結晶化温度以上の温度、か
つ、基材の軟化点以下の温度に加熱することにより、無
定形チタニアを結晶性チタニアに相変化させる。

【００３７】光半導体含有シリコーン塗料 水との接触角が０°になる程度の親水性を呈する光半導
体層を形成する更に他の好ましいやり方は、未硬化の若
しくは部分的に硬化したシリコーン（オルガノポリシロ
キサン）又はシリコーンの前駆体からなる塗膜形成要素
に光半導体の粒子を分散させてなる組成物を用いること
である。この組成物を基材の表面に塗布し、塗膜形成要
素を硬化させた後、光半導体を光励起すると、シリコー
ン分子のケイ素原子に結合した有機基は光半導体の作用
により水酸基に置換され、光半導体含有層の表面は親水
化される。

【００３８】このやり方には、幾つかの利点がある。光
半導体含有シリコーン塗料は常温又は比較的低温で硬化
させることができるので、プラスチックスや有機物のよ
うな非耐熱性の材料にも適用することができる。光半導
体を含有したこのコーティング組成物は、表面の親水化
を要する既存の基材に、ディッピング、刷毛塗り、スプ
レーコーティング、ロールコーティング等により必要に
応じ何時でも塗布することができる。光半導体の光励起
による親水化は、太陽光のような光源でも容易に行うこ
とができる。

【００３９】光半導体含有シリコーン組成物はシロキサ
ン結合を有するので、光半導体（光半導体）の光酸化作
用に対する充分な対抗性を有する。光半導体含有シリコ
ーン塗料からなる光半導体含有層の更に他の利点は、表
面が一旦親水化された後には、暗所に保持しても長期間
親水性を維持し、かつ、蛍光灯のような室内照明灯の光
でも親水性を回復することである。

【００４０】塗膜形成要素としては、メチルトリクロル
シラン、メチルトリブロムシラン、メチルトリメトキシ
シラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリイソプ
ロポキシシラン、メチルトリｔ−ブトキシシラン；エチ
ルトリクロルシラン、エチルトリブロムシラン、エチル
トリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチ
ルトリイソプロポキシシラン、エチルトリｔ−ブトキシ
シラン；ｎ−プロピルトリクロルシラン、ｎ−プロピル
トリブロムシラン、ｎ−プロピルトリメトキシシラン、
ｎ−プロピルトリエトキシシラン、ｎ−プロピルトリイ
ソプロポキシシラン、ｎ−プロピルトリｔ−ブトキシシ
ラン；ｎ−ヘキシルトリクロルシラン、ｎ−ヘキシルト
リブロムシラン、ｎ−ヘキシルトリメトキシシラン、ｎ
−ヘキシルトリエトキシシラン、ｎ−ヘキシルトリイソ
プロポキシシラン、ｎ−ヘキシルトリｔ−ブトキシシラ
ン；ｎ−デシルトリクロルシラン、ｎ−デシルトリブロ
ムシラン、ｎ−デシルトリメトキシシラン、ｎ−デシル
トリエトキシシラン、ｎ−デシルトリイソプロポキシシ
ラン、ｎ−デシルトリｔ−ブトキシシラン；ｎ−オクタ
デシルトリクロルシラン、ｎ−オクタデシルトリブロム
シラン、ｎ−オクタデシルトリメトキシシラン、ｎ−オ
クタデシルトリエトキシシラン、ｎ−オクタデシルトリ
イソプロポキシシラン、ｎ−オクタデシルトリｔ−ブト
キシシラン；フェニルトリクロルシラン、フェニルトリ
ブロムシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニル
トリエトキシシラン、フェニルトリイソプロポキシシラ
ン、フェニルトリｔ−ブトキシシラン；テトラクロルシ
ラン、テトラブロムシラン、テトラメトキシシラン、テ
トラエトキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメトキ
シジエトキシシラン；ジメチルジクロルシラン、ジメチ
ルジブロムシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチ
ルジエトキシシラン；ジフェニルジクロルシラン、ジフ
ェニルジブロムシラン、ジフェニルジメトキシシラン、
ジフェニルジエトキシシラン；フェニルメチルジクロル
シラン、フェニルメチルジブロムシラン、フェニルメチ
ルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラ
ン；トリクロルヒドロシラン、トリブロムヒドロシラ
ン、トリメトキシヒドロシラン、トリエトキシヒドロシ
ラン、トリイソプロポキシヒドロシラン、トリｔ−ブト
キシヒドロシラン；ビニルトリクロルシラン、ビニルト
リブロムシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルト
リエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、
ビニルトリｔ−ブトキシシラン；トリフルオロプロピル
トリクロルシラン、トリフルオロプロピルトリブロムシ
ラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリ
フルオロプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプ
ロピルトリイソプロポキシシラン、トリフルオロプロピ
ルトリｔ−ブトキシシラン；γ−グリシドキシプロピル
メチルジメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメ
チルジエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリ
メトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキ
シシラン、γ−グリシドキシプロピルトリイソプロポキ
シシラン、γ−グリシドキシプロピルトリｔ−ブトキシ
シラン；γ−メタアクリロキシプロピルメチルジメトキ
シシラン、γ−メタアクリロキシプロピルメチルジエト
キシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリメトキ
シシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリエトキシ
シラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリイソプロポ
キシシラン、γ−メタアクリロキシプロピルトリｔ−ブ
トキシシラン；γ−アミノプロピルメチルジメトキシシ
ラン、γ−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ
−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロ
ピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリイソ
プロポキシシラン、γ−アミノプロピルトリｔ−ブトキ
シシラン；γ−メルカプトプロピルメチルジメトキシシ
ラン、γ−メルカプトプロピルメチルジエトキシシラ
ン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−
メルカプトプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプ
トプロピルトリイソプロポキシシラン、γ−メルカプト
プロピルトリｔ−ブトキシシラン；β−（３，４−エポ
キシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、β−
（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリエトキ
シシラン；及び、それらの部分加水分解物；及びそれら
の混合物を使用することができる。

【００４１】シリコーン塗膜の良好な硬度と平滑性を確
保するためには、３次元架橋型シロキサンを１０モル％
以上含有させるのが好ましい。さらに、良好な硬度と平
滑性を確保しながら塗膜の充分な可撓性を提供するため
には、２次元架橋型シロキサンを６０モル％以下含有さ
せるのが好ましい。また、シリコーン分子のケイ素原子
に結合した有機基が光励起により水酸基に置換される速
度を速めるには、シリコーン分子のケイ素原子に結合す
る有機基がｎ−プロピル基若しくはフェニル基からなる
シリコーンを使用するのが好ましい。シロキサン結合を
有するシリコーンに替えて、シラザン結合を有するオル
ガノポリシラザン化合物を使用することも可能である。

【００４２】光活性増強剤の添加 光半導体含有層には、さらに、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒ
ｕ、Ｏｓ、Ｉｒのような白金族金属をドーピングするこ
とができる。これらの金属も、同様に、光還元析出や可
溶性塩の添加により光半導体にドーピングすることがで
きる。光半導体を白金族金属でドーピングすると、光半
導体の酸化還元活性を増強させることができ、表面に付
着した汚染物質を分解することができる。

【００４３】光励起・紫外線照射 本発明においては、チタニアのように高いバンドギャッ
プエネルギーを有し紫外線によってのみ光励起される光
半導体で光半導体含有層を形成するのが好ましい。そう
すれば、可視光が光半導体含有層に吸収されることがな
く、部材が補色成分によって発色することがない。アナ
ターゼ型チタニアは波長３８７nm以下、ルチル型チタニ
アは４３１nm以下、酸化錫は３４４nm以下、酸化亜鉛は
３８７nm以下の紫外線で光励起することができる。

【００４４】紫外線光源としては、蛍光灯、白熱電灯、
メタルハライドランプ、水銀ランプのような室内照明灯
を使用することができる。太陽光にさらされる条件で
は、有利なことに太陽光に含まれる紫外線により光半導
体は自然に光励起される。

【００４５】光励起は、表面の水との接触角が約１０°
以下、好ましくは約５°以下、特に約０°になるまで行
い、或いは行わせることができる。一般には、０．００
１mW/cm²以上の紫外線照度で光励起すれば、数日で水と
の接触角が約０°になるまで親水化することができる。
地表に降り注ぐ太陽光に含まれる紫外線の照度は約０．
１〜１mW/cm²であるから、太陽光にさらせばより短時間
で表面を親水化することができる。

【００４６】碍子の表面を降雨により自己浄化（セルフ
クリーニング）したり、汚染物質の付着を防止するに際
しては、紫外線或いは可視光で光励起可能な光半導体で
光半導体含有層を形成することができる。光半導体含有
層で被覆された親水性碍子は屋外に配置され、太陽光の
照射と降雨にさらされる。

【００４７】光半導体含有層がチタニア含有シリコーン
で形成されている場合には、シリコーン分子のケイ素原
子に結合した表面有機基が充分な量だけ水酸基に置換さ
れるに充分な照度で光触媒を光励起するのが好ましい。
このための最も有利な方法は、太陽光を利用することで
ある。表面が一旦高度に親水化された後は、親水性は夜
間でも持続する。再び太陽光にさらされる度に親水性は
回復され、維持される。

【００４８】本発明の碍子を使用者に提供するに際して
は、碍子を予め親水化しておくことが望ましい。

【００４９】

【実施例】１．試料の作製 以下のようにして実施例１〜５及び比較例１〜３の試料
を作製した。 実施例１：直径２５０mmの磁器製円板形懸垂碍子［ＪＩ
Ｓ／Ｃ３８１０］上に、石原産業製アナターゼ型酸化チ
タンゾルＳＴＳ−１１を固形分換算で１２．５mg塗布
し、８８０℃で１０分焼成した。

【００５０】実施例２：直径２５０mmの磁器製円板形懸
垂碍子［ＪＩＳ／Ｃ３８１０］を準備した。また、石原
産業製酸化チタンゾルＳＴＳ−１１と多木化学製酸化ス
ズゾル（濃度２０重量％、平均結晶子径３．５nm）を重
量比８５：１５で撹拌・混合して混合ゾルを準備した。
この混合ゾルを上記碍子表面に固形分換算で１２．５mg
塗布し、８８０℃で１０分焼成した。

【００５１】実施例３：直径２５０mmの磁器製円板形懸
垂碍子［ＪＩＳ／Ｃ３８１０］を準備した。また、石原
産業製酸化チタンゾルＳＴＳ−１１と日産化学製シリカ
ゾル（スノーテックス２０、濃度２０重量％、平均結晶
子径１０〜２０nm）を重量比９０：１０で撹拌・混合し
て混合ゾルを準備した。この混合ゾルを上記碍子表面に
固形分換算で１２．５mg塗布し、８８０℃で１０分焼成
した。

【００５２】実施例４：直径２５０mmの磁器製円板形懸
垂碍子［ＪＩＳ／Ｃ３８１０］を準備した。また、石原
産業製酸化チタンゾルＳＴＳ−１１とメチルトリメトキ
シシランを重量比５０：５０で撹拌・混合して混合ゾル
を準備した。この混合液を上記碍子表面に塗布し、１７
０℃で１５分保持して硬化させ、その後０．６mW/cm²の
ＢＬＢランプを７２時間照射した。

【００５３】実施例５：直径２５０mmの磁器製円板形懸
垂碍子［ＪＩＳ／Ｃ３８１０］を準備した。また、チタ
ンテトラエトキシドをエタノール中で分散し、塩酸を添
加してチタニア前駆液を準備した。この液を上記碍子表
面に塗布し、数分室温放置後、５００℃で１時間焼成し
た。

【００５４】比較例１：直径２５０mmの磁器製円板形懸
垂碍子［ＪＩＳ／Ｃ３８１０］上に、日産化学製シリカ
ゾル（スノーテックス２０、濃度２０重量％、平均結晶
子径１０〜２０nm）を固形分換算で１２．５mg塗布し、
８８０℃で１０分焼成した。

【００５５】比較例２：直径２５０mmの磁器製円板形懸
垂碍子［ＪＩＳ／Ｃ３８１０］を準備した。 比較例３：直径２５０mmの磁器製円板形懸垂碍子［ＪＩ
Ｓ／Ｃ３８１０］上に、撥水性物質であるシリコンコン
パウンド（シリコンオイルとシリカ粉末の混合物）を塗
布した。

【００５６】これらの試料に対して以下の項目を測定し
た。 （１）水との接触角：０．２mW/cm²のＢＬＢランプを上
記試料表面に４８時間連続照射し、その後接触角測定器
（協和界面科学社製、ＣＡ−Ｘ１５０型）により水を約
５μl 滴下後、３０秒後に測定した。 （２）水との接触角の維持性：暗所に１６時間放置後に
同上の手法で測定した。

【００５７】（３）汚染物質懸濁水の流下による汚染促
進試験：約４５°に傾斜した試料表面へ、表１に示す組
成の懸濁水を０．７５±０．０５リットル／ｍ流下し、
１５分乾燥させる。その後、蒸留水を０．７５±０．０
５リットル／ｍ流下し、１５分乾燥させる。上記操作を
１サイクルとし、２５サイクル後の色差及び光沢度を測
定し、汚染の度合いを評価する。なお、懸濁水は汚染物
質をそれぞれ所定量計り取り、蒸留水を加えて濃度１．
０５ｇ／リットルで分散させたものである。

【００５８】

【表１】

【００５９】ここで、色差については測色色差計を用
い、ＪＩＳ／Ｚ８７３０（色差表示方法）に規定する方
法により、試験前後の試料の色差を求めた。測色色差計
は、日本電色工業（株）製色差計ＮＤ−３００Ａを使用
した。光沢度については光沢度計を用い、ＪＩＳ／Ｚ８
７４１（鏡面光沢度測定方法）に規定する方法により、
Ｇｓ（６０°）から試料の光沢残存率を下式により算出
した。光沢度計は、日本電色工業（株）製変角光沢度計
ＶＧＳ−１Ｄを使用した。 光沢残存率（％）＝１００×試験後の光沢度／試験前の
光沢度

【００６０】（４）フラッシュオーバー電圧：水を碍子
表面に飽和するまでスプレーし、数分後、表面がなお湿
潤している間に電圧を印加上昇してフラッシュオーバー
電圧を測定した（ＪＩＳ／Ｃ３８０１）。

【００６１】実験効果 結果を表２に示す。水との接触角については、チタニア
（ＴｉＯ₂ ）の表面層を有するものは５°以下の親水性
を示した。その中でも、チタニアとシリカ、シリコー
ン、との混合層を有する実施例３、４、５については接
触角が０となり、超親水性を示した。

【００６２】

【表２】

【００６３】親水性の維持性（接触角）については、実
施例５を除くほぼ全試料について上記の水との接触角
（照射直後）の値と比較して少し接触角が高くなった。
しかしそれでも、実施例については接触角１０°以下を
維持した。

【００６４】色差及び光沢残存率については，実施例の
ものはいずれも汚れが付きにくいことを示す値となっ
た。５％フラッシュオーバー電圧については、汚染促進
試験で汚れにくい試料（実施例１、２、３）の方が高い
フラッシュオーバー電圧を示した。その理由は、次のと
うりと考えられる。すなわち、汚れやすい試料（比較例
１、２、３）では、表面に付着した多量の汚染物質によ
る湿潤ないし保水性能の違いにより不平等湿潤が生じ、
その部分の抵抗が小さくなり、フラッシュオーバー電圧
が低下する。一方、汚れにくい試料（実施例１、２、
３）では、付着した汚染物質量が少なく、また、親水性
表面であることから平等湿潤が起こり、フラッシュオー
バーが起こりにくくなったものと考えられる。

【００６５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は以下の効果を発揮する。 碍子表面の清浄性に優れ、その表面抵抗が高く保た
れるので、碍子のフラッシュオーバー電圧低下の問題点
が解消される。 長期にわたり降雨による汚れ洗浄機能を有する碍子
を提供できる。 碍子汚染によるフラッシュオーバー事故の防止のた
めに行っていた、碍子の定期的な洗浄を省略できる。 最大汚染状態に耐えるように過絶縁設計していた従
来と比較し、経済的な碍子を提供できる。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁材からなる基体と、この基体上に形
   成された光半導体を含む表面層と、からなり；該表面層
   の表面の水との接触角が１０°未満であることを特徴と
   する碍子。
2. 【請求項２】 上記水との接触角が５°未満である請求
   項１記載の碍子。
3. 【請求項３】 上記光半導体が酸化チタンである請求項
   １又は２記載の碍子。
4. 【請求項４】 基体表面に酸化チタン及び酸化スズを含
   む表面層が形成されており、該表面層の最表面には酸化
   チタン及び酸化スズが露出固定されている請求項１又は
   ２記載の碍子。
5. 【請求項５】 基体表面に酸化チタンとシリカを含む表
   面層が形成されており、該表面層の最表面には酸化チタ
   ンとシリカが露出固定されている請求項１又は２記載の
   碍子。
6. 【請求項６】 碍子表面を水との接触角１０°未満の親
   水性とし、該表面を水で洗浄することを特徴とする碍子
   の汚れ防止方法。
7. 【請求項７】 碍子表面を水との接触角５°未満の親水
   性とし、該表面を水で洗浄することを特徴とする碍子の
   汚れ防止方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜５いずれか１項記載の碍子に
   上記光半導体の励起波長以下の波長の光が照射されるよ
   うに該碍子を配置して碍子表面を親水性に維持し、そし
   て、該表面を水で洗浄する碍子の汚れ防止方法。
9. 【請求項９】 上記光が太陽光の紫外線であり、上記水
   が降雨である請求項８記載の汚れ防止方法。