WO2020044552A1 - 耐アーク性絶縁成形体、ガス遮断器用のノズル及びガス遮断器 - Google Patents

耐アーク性絶縁成形体、ガス遮断器用のノズル及びガス遮断器 Download PDF

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WO2020044552A1
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filler
arc
insulating molded
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average particle
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今井　隆浩
竜太 染谷
優子 今澤
嵩人 石井
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株式会社東芝
東芝エネルギーシステムズ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00—High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/70—Switches with separate means for directing, obtaining, or increasing flow of arc-extinguishing fluid

Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to an arc-resistant insulating molded body, a nozzle for a gas circuit breaker, and a gas circuit breaker.
  • a gas-insulated switchgear (hereinafter, referred to as GIS) is a device that is installed in a substation or the like and cuts off or turns on a large-capacity current.
  • the GIS includes a gas circuit breaker, a disconnector, a bus line, a lightning arrester, a transformer for an instrument, and the like.
  • a sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas as an insulating medium is sealed in a closed container.
  • the gas circuit breaker constituting the GIS is an apparatus in which an arc contact (electrode) is installed in an arc-extinguishing chamber and provided with an operation mechanism for opening and closing the arc contact.
  • FIG. 10 shows an example of a puffer type gas circuit breaker.
  • the puffer-type gas circuit breaker includes a fixed contact portion and a movable contact portion.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the fixed contact portion during a breaking operation.
  • a fixed-side arc contact 12 is arranged in a nozzle 11 made of an insulator.
  • the movable-side arc contact 13 can be inserted into the nozzle 11.
  • the nozzle 11 is a member that constitutes an arc extinguishing chamber.
  • a puffer chamber 14, a puffer cylinder 15, and a puffer piston 16 are connected to the nozzle 11, and a SF 6 gas is compressed by a piston mechanism including the puffer cylinder 15 and the puffer piston 16.
  • the compressed SF 6 gas is injected from the nozzle 11, and the arc generated between the fixed-side arc contact 12 and the movable-side arc contact 13 at the time of current interruption is extinguished.
  • a fluorine-based resin As a constituent material of the nozzle 11, a fluorine-based resin is used, but a conductive carbide is generated not only on the resin surface but also inside the resin due to the heat of an arc generated at the time of interruption and light containing a large amount of ultraviolet rays. Therefore, the insulation performance may be significantly reduced. Also, the gas generated by the internal carbonization of the fluororesin gushes from the inside of the resin, causing a phenomenon in which the fluororesin is blown off. In some cases, the strength was significantly reduced. Further, the flow of the gas when spraying the SF 6 gas is deteriorated due to the unevenness formed on the resin surface, and a sufficient cooling effect may not be obtained in some cases.
  • a nozzle in which an inorganic filler is dispersed in a fluorine resin has been developed.
  • a nozzle in which an inorganic filler is dispersed in a fluorine resin has been developed.
  • the fluorine-based resin by filling the fluorine-based resin with a filler made of boron nitride, light from an arc is reflected by the filler to prevent entry into the resin, thereby preventing internal deterioration.
  • the nozzle filled with boron nitride has a whiter color and a higher light reflectance than the nozzle filled with boron nitride.
  • whiskers made of zinc oxide are dispersed in a fluorine resin.
  • dispersing whiskers having semiconductive properties such as zinc oxide in a fluorine-based resin charging of the nozzle is prevented, insulation resistance is prevented from lowering, and arc resistance is increased.
  • a nozzle containing a pigment such as a CuO—Cr 2 O 3 system can substantially eliminate color unevenness and discoloration, but may have a lower resistance to arc than a nozzle in which boron nitride is dispersed.
  • the nozzle in which the whisker made of zinc oxide is dispersed has a conductive filler such as a carbon filler dispersed in that the whisker is semiconductive, so that the nozzle is prevented from being charged and the insulation resistance is reduced. In some cases, it was inferior to the case.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an arc-resistant insulating molded article, a nozzle for a gas circuit breaker, and a gas circuit breaker which can prevent the occurrence of color unevenness and discoloration and improve the arc resistance. is there.
  • a filler made of boron nitride having an average particle diameter of 0.1 to 1 ⁇ m is dispersed in an insulating molded article made of a fluorine-based resin in a range of 1 to 5% by mass.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a cross section of the gas circuit breaker according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a state of dispersion of filler in the arc-resistant insulating molded body according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a method for manufacturing the arc-resistant insulating molded body according to the first embodiment.
  • the schematic diagram which shows the dispersion state of the filler in the arc resistant insulation molded object concerning 2nd Embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a mechanism of developing resistance to an arc of the nozzle according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a mechanism of developing resistance to an arc of the nozzle according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a mechanism of developing resistance to arc of a nozzle of a comparative example. The schematic diagram which shows the cross section of the conventional gas circuit breaker.
  • FIG. 1 shows a puffer type gas circuit breaker of the present embodiment.
  • the puffer-type gas circuit breaker includes a fixed contact portion and a movable contact portion.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of the fixed contact portion during a breaking operation.
  • the fixed contact portion includes a nozzle 1 made of the arc-resistant insulating molded body of the present embodiment.
  • a fixed-side arc contact 12 is disposed in the hollow cylindrical nozzle 1.
  • a movable arc contact 13 can be inserted into the nozzle 1.
  • the nozzle 1 includes the fixed-side arc contact 12 and the movable-side arc contact 13.
  • the nozzle 1 is arranged near an arc generated between the contacts 12 and 13. Further, when the fixed contact terminal portion and the movable contact terminal part is in the closed state, SF 6 gas is filled in the nozzles 1. A puffer chamber 14, a puffer cylinder 15, and a puffer piston 16 are connected to the nozzle 1. The SF 6 gas in the nozzle 1 is compressed by a piston mechanism including a puffer cylinder 15 and a puffer piston 16. At the time of current interruption, compressed SF 6 gas is injected from the nozzle 1 to extinguish an arc generated between the fixed-side arc contact 12 and the movable-side arc contact 13 at the time of current interruption. .
  • Nozzle 1 is made of the arc-resistant insulating molded body of the present embodiment.
  • the arc-resistant insulating molded body of the present embodiment has a filler 22 made of boron nitride having an average particle diameter of 0.1 to 1 ⁇ m in an amount of 1 to 5 mass per an insulating molded body 21 made of a fluororesin. %.
  • the fluorine-based resin it is preferable to use a polytetrafluoroethylene resin or an ethylene tetrafluoride-perfluoroalkylvinyl ether copolymer.
  • the melting point of the polytetrafluoroethylene resin is about 327 ° C.
  • the melting point of the ethylene tetrafluoride-perfluoroalkylvinyl ether copolymer is about 302 to 310 ° C., which has the highest heat resistance among the fluororesins. Therefore, the resistance to the arc is high.
  • the polytetrafluoroethylene resin has a high viscosity at the time of melting, the original shape can be maintained even when the resin is melted at a high temperature. Therefore, the arc-resistant insulating molded body according to the present embodiment hardly undergoes deformation due to heat even when heated by an arc.
  • the filler 22 made of boron nitride has an average particle diameter in the range of 0.1 to 1 ⁇ m, and is dispersed in the insulating molded body 21 made of fluororesin at a ratio of 1 to 5% by mass. preferable.
  • a filler made of boron nitride having an average particle size of more than 1 ⁇ m and 50 ⁇ m or less is dispersed in a fluororesin at a ratio of 10% by mass. In some cases, the arc causes local deterioration.
  • the filler 22 made of fine boron nitride having an average particle size of 0.1 to 1 ⁇ m is dispersed in the fluororesin 21 at a ratio of 5% by mass or less, so that the color is improved. Unevenness and spot-like discoloration can be prevented.
  • the average particle size of the filler 22 in the range of 0.1 to 1 ⁇ m and the content of the filler in the range of 1 to 5% by mass, the number density of the particles of the filler 22 in the insulating molded body is improved. And the reflectance to arc light can be increased.
  • the filler 22 By setting the average particle size of the filler 22 to 0.1 ⁇ m or more, the filler 22 can be uniformly dispersed in the fluororesin without agglomeration.
  • the average particle size of the filler 22 By setting the average particle size of the filler 22 to 1 ⁇ m or less, the number density of the filler 22 is increased, and the reflectance of arc light can be improved.
  • the content of the filler 22 by setting the content of the filler 22 to 1% by mass or more, the number density of the filler 22 is increased, the reflectance of arc light can be improved, and the arc resistance can be improved. Furthermore, by setting the content of the filler 22 to 5% by mass or less, it is possible to prevent color unevenness and dot-like discoloration due to the filler, and improve arc resistance. Further, the workability of the arc-resistant insulating molded body can be improved, and the arc-resistant insulating molded body can be easily formed into a component having a complicated shape such as a gas circuit breaker.
  • the filler 22 contained in the arc-resistant insulating molded article of the present embodiment has a spherical particle shape.
  • the filler whose particle shape is scaly has a relatively flat surface derived from its shape, and it is thought that the presence of this flat surface is advantageous when reflecting the light of the arc.
  • the orientation direction of the scaly filler in the fluororesin is random, and the flat surface is oriented in a random direction, which is not always advantageous when reflecting arc light.
  • the spherical filler is dispersed, light by the arc can be reflected regardless of the orientation state in the fluororesin.
  • the arc-resistant insulating molded body of the present embodiment includes a step of stirring and mixing a fluororesin-based powder 31 and a filler 22 made of a predetermined amount of boron nitride to form a mixture. And baking after filling in a predetermined mold, compression forming, and baking. Further, as shown in FIG. 3, the obtained arc-resistant insulating molded body is further subjected to machining such as cutting, so that it can be molded into a nozzle for a gas circuit breaker.
  • the fluororesin powder 31 is preferably a fine powder having an average particle size in the range of 10 to 100 ⁇ m. Since it is impossible for the filler 22 made of boron nitride to enter the inside of the fluorine-based resin powder 31 in the mixing step, the particle size of the fluorine-based resin powder 31 is required to disperse the filler 22 made of boron nitride densely. Is preferably reduced. On the other hand, when a coarse fluororesin powder (granulated powder) having an average particle size exceeding 100 ⁇ m is used, the filler 22 made of boron nitride is dispersed along the grain boundaries of the fluororesin powder 31. , It cannot be dispersed precisely.
  • the average particle size of the fluororesin-based powder 31 is an average particle size measured by a laser diffraction type particle size distribution analyzer.
  • the arc-resistant insulating molded body of the present embodiment is obtained by dispersing a filler 22 made of boron nitride in an insulating molded body 21 made of a fluororesin, and setting the average particle diameter of the filler 22 in a range of 0.1 to 1 ⁇ m.
  • the content of the filler 22 in the range of 1 to 5% by mass, the number density of the particles of the filler 22 in the insulating molded body can be increased, and the reflectance to arc light can be increased. .
  • uneven color and discoloration can be suppressed.
  • the arc-resistant insulating molded article of the present embodiment can improve the arc-resistant characteristics.
  • by making the shape of the filler spherical light from the arc can be reflected regardless of the orientation state of the filler 22 in the fluororesin, and the arc resistance can be further improved.
  • the method for confirming the average particle size and content of the filler in the arc-resistant insulating molded article of the present embodiment is as follows, for example.
  • the filler in the arc-resistant insulation molded body is recovered by heating the arc-resistant insulation molded body to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the fluorine-based resin to remove the fluorine-based resin.
  • the content (% by mass) of the filler in the arc-resistant insulating molded body is determined.
  • the collected filler is observed with a scanning electron microscope to confirm whether or not the shape of the particles constituting the filler is spherical. Further, a photograph is taken by a scanning electron microscope so that 100 or more particles fall within one field of view, the diameter of each of the 100 or more particles is measured, and the average value is defined as the average particle size of the filler.
  • the arc-resistant insulating molded body of the present embodiment is used as a nozzle of a gas circuit breaker, similarly to the first embodiment.
  • the arc-resistant insulating molded body of this embodiment has a spherical filler 42 made of boron nitride and a flaky filler 43 made of boron nitride dispersed in an insulating molded body 41 made of a fluororesin. Be done.
  • the spherical filler refers to a filler having a spherical boron nitride particle shape.
  • the scaly filler refers to a filler in which the boron nitride particles have a scaly shape.
  • a polytetrafluoroethylene resin or a tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether copolymer as the fluorine-based resin.
  • fillers 42 and 43 made of two kinds of boron nitride are dispersed in the insulating molded body 41.
  • the scaly filler 43 has a relatively flat surface due to its shape, and although the reflectance of the arc light on the flat surface is relatively high, the orientation direction is irregular. In this case, the reflectance is not always advantageous.
  • the spherical fillers 42 having a relatively small particle diameter are dispersed and contained between the flaky fillers 43, the dispersion of the reflectance that tends to be influenced by the orientation state of the flaky fillers 43 is suppressed. As a result, the reflectance with respect to the arc light can be increased. Furthermore, by containing the flaky filler 43 in addition to the spherical filler 42, the content of the relatively expensive spherical filler 42 can be relatively suppressed, and the cost of the arc-resistant insulating molded body can be reduced. Become like In addition, since the flaky filler 43 is dispersed and contained, the strength of the arc-resistant insulating molded body is improved.
  • the ratio of the average particle diameter is preferably in the range of 1:10 to 1: 1000, and 1: 1. More preferably, it is in the range of 10 to 1: 500. Further, the mass ratio of the spherical filler 42 to the flaky filler 43 in the insulating molded body 41 (spherical filler: flaky filler) is preferably in the range of 1: 1 to 1:10, and 1: 1 to 1: More preferably, it is in the range of 5.
  • the total amount of the spherical filler 42 and the flaky filler 43 in the insulating molded body 41 is preferably in the range of 1 to 5% by mass.
  • the ratio of the average particle diameters is within the above range, a decrease in arc resistance can be prevented.
  • the mass ratio of the two fillers is within the above range, a decrease in arc resistance can be prevented.
  • the total content of the filler is 1% by mass or more, the number density of the filler is increased, the reflectance of arc light can be improved, and the arc resistance can be improved.
  • the total content of the filler by controlling the total content of the filler to 5% by mass or less, color unevenness and discoloration can be suppressed, arc resistance can be improved, and workability of the arc-resistant insulating molded body can be improved,
  • the arc-resistant insulating molded body can be easily formed into a component having a complicated shape such as a gas circuit breaker.
  • the total content of the filler may be 2% by mass or more.
  • the average particle diameter of the spherical filler 42 is in the range of 0.1 to 1 ⁇ m, and the content of the spherical filler 42 in the insulating molded body 41 is in the range of 1 to 5% by mass.
  • the reasons for limiting the average particle diameter and the content of the spherical filler 42 are the same as in the first embodiment.
  • the content of the spherical filler 42 may be 4% by mass or less.
  • the average particle size of the flaky filler 43 is in the range of 1 to 50 ⁇ m, and the content of the flaky filler 43 in the insulating molded body 41 is in the range of 1 to 5% by mass.
  • the average particle size of the flaky filler 43 is set to 1 ⁇ m or more, it is possible to suppress a decrease in arc light reflectance. Further, by setting the average particle size of the flaky filler 43 to 50 ⁇ m or less, a decrease in the number density of the flaky filler 43 can be suppressed, and a decrease in the reflectance of arc light can be suppressed.
  • the content of the flaky filler 43 in the insulating molded body 41 can be 1% by mass or more, the number density of the particles of the flaky filler in the insulating molded body 41 can be increased, and the reflection to the arc light can be improved. Rate can be increased. Further, by controlling the content of the flaky filler 43 to 5% by mass or less, color unevenness and discoloration can be prevented, and arc resistance can be improved.
  • the content of the flaky filler 43 may be 4% by mass or less.
  • the arc-resistant insulating molded body of this embodiment is made of a fluororesin-based powder 31 having an average particle size in the range of 10 to 100 ⁇ m and boron nitride having an average particle size in the range of 0.1 to 1 ⁇ m.
  • the first mixture M1 is mixed with a spherical filler 42 made of boron nitride having a mean particle size in the range of 1 to 50 ⁇ m to form a second mixture M2.
  • a firing step in which the second mixture M2 is filled in a predetermined mold, compressed and formed, and then fired.
  • the obtained arc-resistant insulating molded body is further subjected to machining such as cutting, whereby it can be molded into a nozzle for a gas circuit breaker.
  • the fluororesin powder 31 is a fine powder having an average particle diameter of 10 to 100 ⁇ m, as in the first embodiment.
  • the mixture M1 is mixed with scales having an average particle diameter of 1 to 50 ⁇ m.
  • the filler filler 43 is preferably mixed with stirring. Since the spherical filler 42 has a large specific surface area and a large surface energy, it tends to exist as an aggregate.
  • the fluororesin powder 31 and the spherical filler 42 are stirred and mixed, and then the scaly filler 33 is further added and stirred and mixed.
  • the arc-resistant insulating molded article of the present embodiment is in a state where the fillers 42 and 43 made of two types of boron nitride are densely and uniformly dispersed in the fluororesin. .
  • the flaky filler 43 and the fluororesin-based powder 31 are first stirred and mixed, and then the spherical filler 42 is added and stirred and mixed, the spherical filler 42 is aggregated and the spherical filler 42 is uniformly dispersed. It is not preferable because it cannot be performed.
  • the arc-resistant insulating molded body of the present embodiment is obtained by dispersing a spherical filler and a flaky filler in an insulating molded body made of a fluororesin, and determining a ratio of the average particle diameter of each filler (spherical filler: flaky filler).
  • the range of 1:10 to 1: 1000, the mass ratio of each filler (spherical filler: scale-like filler) is in the range of 1: 1 to 1:10, and the total amount of each filler is in the range of 1 to 5% by mass.
  • the method for confirming the average particle size and content of the filler in the arc-resistant insulating molded article of the present embodiment is as follows, for example.
  • the filler in the arc-resistant insulation molded body is recovered by heating the arc-resistant insulation molded body to a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the fluorine-based resin to remove the fluorine-based resin.
  • the content (% by mass) of the filler in the arc-resistant insulating molded body is determined.
  • the collected filler is observed with a scanning electron microscope, the shape of the particles constituting the filler is observed, and it is confirmed that a spherical filler and a flaky filler are contained.
  • a photograph was taken such that 100 or more of the respective particles of the spherical filler and the scale-like filler were included in one visual field, the diameter of each particle was measured, and the average value was taken as the average particle size of the filler. Diameter. The diameter of the scaly filler is defined as the maximum length of the particle.
  • Table 1 shows details of Examples 1 and 2 and Comparative Example.
  • Example 1 3% by mass of a spherical filler made of boron nitride having an average particle diameter of 0.5 ⁇ m was mixed and stirred at room temperature with a fluorine-based resin powder having an average particle diameter of 30 ⁇ m. Thereafter, the mixture was filled in a mold and molded under a pressure of 200 kg / cm. The molded body was removed from the mold, fired in a heating furnace at 500 ° C., cooled to room temperature, and then machined to obtain a hollow cylindrical nozzle made of the arc-resistant insulating molded body of Example 1. The outer diameter of the nozzle was 30 mm and the inner diameter was 18 mm.
  • Example 2 1% by mass of a spherical filler made of boron nitride having an average particle size of 0.5 ⁇ m was mixed and stirred at room temperature with a fluororesin powder having an average particle size of 30 ⁇ m. Thereafter, 3% by mass of a scaly filler composed of boron nitride having an average particle diameter of 8 ⁇ m was mixed with the mixture at room temperature with stirring. Subsequently, the obtained mixture was filled in a mold and molded at a pressure of 200 kg / cm.
  • the molded body was removed from the mold, fired in a heating furnace at 500 ° C., cooled to room temperature, and then machined to obtain a hollow cylindrical nozzle made of the arc-resistant insulating molded body of Example 2.
  • the outer diameter of the nozzle was 30 mm and the inner diameter was 18 mm.
  • the ratio of the average particle diameter of the spherical filler to the flaky filler is 1:16, and the mass ratio of the spherical filler to the flaky filler in the insulating molded article (spherical filler: flaky filler) Filler) was 1: 3, and the total amount of the spherical filler and the flaky filler in the insulating molded body was 4% by mass.
  • the scaly filler composed of boron nitride having an average particle size of 8 ⁇ m was mixed and stirred at room temperature with a fluororesin powder having an average particle size of 300 ⁇ m. Thereafter, the mixture was filled in a mold and molded under a pressure of 200 kg / cm. The molded body was removed from the mold, fired in a heating furnace at 500 ° C., cooled to room temperature, and then machined to obtain a hollow cylindrical nozzle made of the arc-resistant insulating molded body of the comparative example. The outer diameter of the nozzle was 30 mm and the inner diameter was 18 mm.
  • FIG. 6 shows the inner diameter change rate of the nozzle after the arc resistance test. Assuming that the inner diameter change rate of the nozzle according to the comparative example is 1, the inner diameter change rates of the nozzles of Example 1 and Example 2 are compared.
  • the change rate of the inner diameter of the nozzle was measured as follows. Ring-shaped samples having an outer diameter of 30 mm, an inner diameter of 18 mm, and a thickness of 10 mm were collected from the nozzles of Examples 1 and 2 and Comparative Example. This ring-shaped sample was sandwiched and fixed from a thickness direction by a pair of jigs having a hollow cylindrical shape made of polytetrafluoroethylene. At this time, the positioning was performed so that the hollow portion of the ring-shaped sample and the hollow portion of the jig communicated with each other. Then, an electrode was inserted into the ring-shaped sample from the hollow portion of the jig, and an arc was generated near the inner peripheral surface of the ring-shaped sample.
  • the amount of thinning of the inner peripheral surface of the ring-shaped sample before and after the arc was generated was measured.
  • the arc was generated under the conditions of a current of 25 kA, a frequency of 50 Hz, and an arc time of 10 ms, and the arc was continuously generated 5 times.
  • SF 6 gas was flowed through the hollow portion of the ring-shaped sample at a pressure of 0.5 MPa.
  • the filler made of boron nitride reflects the arc light on the nozzle surface, thereby improving the resistance to the arc. Can be enhanced.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the dispersion state of the filler in the nozzle of Example 1.
  • the spherical filler 22 made of densely dispersed boron nitride having an average particle diameter of 0.5 ⁇ m reflects arc light efficiently. Further, it is presumed that, by dispersing the spherical filler 22 densely, the arc light can be reflected even if the content of the spherical filler 22 is reduced as compared with the comparative example.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the state of dispersion of the filler in the nozzle of Example 2.
  • the spherical filler 42 made of densely dispersed boron nitride having an average particle diameter of 0.5 ⁇ m and the flaky filler 43 made of boron nitride having an average particle diameter of 8 ⁇ m were used. It is assumed that the arc light is efficiently reflected.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing the dispersion state of the filler in the nozzle of the comparative example.
  • the arc light could not be efficiently reflected.
  • the flaky filler 52 is dispersed in various directions, the proportion of the filler that does not contribute to the reflection of the incident arc light is large, so that the arc light is efficiently reflected. It is presumed that it could not be done.
  • the dispersed boron nitride filler can efficiently reflect the arc light, and thus it is considered that the resistance to arc is increased.
  • the filler composed of boron nitride having an average particle diameter of 0.1 to 1 ⁇ m is dispersed in the insulating molded body composed of the fluorine-based resin at a ratio of 5% by mass or less. It is possible to prevent color unevenness and discoloration from occurring, and to improve arc resistance.

Abstract

色むらや変色の発生を防止し、耐アーク性を改善することができる耐アーク性絶縁成形体及びガス遮断器を提供する。　実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、フッ素系樹脂からなる絶縁成形体に、平均粒径０．１～１μｍの窒化ホウ素からなるフィラーが１～５質量％の範囲で分散されている。

Description

耐アーク性絶縁成形体、ガス遮断器用のノズル及びガス遮断器
　本発明の実施形態は、耐アーク性絶縁成形体、ガス遮断器用のノズル及びガス遮断器に関する。
　ガス絶縁開閉装置（Ｇａｓ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ；ＧＩＳ（以下、ＧＩＳという））は、変電所などに設置され、大容量電流を遮断または投入する装置である。ＧＩＳは、ガス遮断器、断路器、母線電路、避雷器、計器用変成器などにより構成され、密閉容器内に絶縁媒体である六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスが封入されている。ＧＩＳを構成するガス遮断器は、消弧室内にアーク接触子（電極）が設置され、アーク接触子を開閉するための操作機構を備えた装置である。
　図１０に、パッファ式のガス遮断器の一例を示す。パッファ式のガス遮断器は、固定接触子部と可動接触子部とによって構成されるが、図１０には、遮断動作中の固定接触子部の断面模式図を示している。図１０に示すように、固定接触子部は、絶縁物により作製されるノズル１１内に固定側アーク接触子１２が配置されている。ノズル１１には、可動側アーク接触子１３が挿入可能となっている。また、ノズル１１は消弧室を構成する部材である。固定接触子部と可動接触子部とが投入状態にあるとき、ノズル１１内にはＳＦ６ガスが充填される。ノズル１１には、パッファ室１４，パッファシリンダ１５、パッファピストン１６が接続されており、パッファシリンダ１５およびパッファピストン１６からなるピストン機構でＳＦ６ガスを圧縮している。電流遮断時には、圧縮されたＳＦ６ガスをノズル１１から噴射し、電流遮断時に固定側アーク接触子１２と可動側アーク接触子１３との間で発生したアークを消弧する構造となっている。
　ノズル１１の構成材料としては、フッ素系樹脂が使用されるが、遮断時に発生するアークの熱や紫外線を多量に含む光により、樹脂表面だけでなく、樹脂内部にも導電性を有する炭化物が生成するため、絶縁性能が著しく低下する場合があった。また、フッ素系樹脂の内部炭化により発生したガスが樹脂内部から噴出し、フッ素系樹脂が吹き飛ばされるという現象が起きることで、樹脂表面に著しい凸凹が形成され、遮蔽用に設置したノズルの機械的強度が大幅に低下する場合もあった。さらに、樹脂表面に形成された凸凹のために、ＳＦ６ガスを吹き付ける際のガスの流れが悪くなり、十分な冷却効果が得られない場合もあった。
　そこで、フッ素系樹脂に無機フィラーを分散したノズルが開発されている。このようなノズルでは、フッ素系樹脂に窒化ホウ素からなるフィラーを充填することにより、アークからの光をフィラーによって反射して樹脂内部への進入を防ぎ、内部劣化を防いでいる。また、窒化ホウ素を充填したノズルは、未充填のものよりも色が白くなり、光の反射率も高くなっている。
　また、フッ素系樹脂に、ＣｕＯ－Ｃｒ２Ｏ３系、ＣｏＯ－Ｃｒ２Ｏ３－Ｍｎ２Ｏ３系、ＣｏＯ－Ｆｅ２Ｏ３－Ｃｒ２Ｏ３系、あるいはＣｕＯ－Ｆｅ２Ｏ３－Ｍｎ２Ｏ３系のいずれかを主成分とする顔料を分散したノズルも開発されている。このようなノズルでは、顔料をフッ素樹脂に分散させることで、アークの熱や紫外線を多量に含む光を樹脂表層で吸収し、内部劣化を防いでいる。
　さらに、フッ素系樹脂に、酸化亜鉛からなるウィスカを分散させたノズルも開発されている。酸化亜鉛のような半導電性の性質をもつウィスカをフッ素系樹脂中に分散させることにより、ノズルの帯電を防止し、絶縁抵抗の低下を防止し、アークに対する耐性を高めている。
　しかし、フッ素系樹脂に窒化ホウ素を充填したノズルを製造する際には、窒化ホウ素の分散工程やフッ素系樹脂の焼成工程などにおいて窒化ホウ素からガスが発生する。ガスの発生量は、フィラーの充填量が多くなるほど顕著になる。発生したガスがフッ素系樹脂中に滞留すると、窒化ホウ素を充填しないフッ素樹脂単独では起きない色むらや点状の変色が発生する場合があった。このような変色部は、白色で反射率が高い他の部分に比べ、アークからの熱や紫外線光を吸収しやすく、局所的な劣化の原因になる場合があった。
　また、ＣｕＯ－Ｃｒ２Ｏ３系などの顔料を含むノズルは、色むらや変色をほぼなくすことが可能であるが、アークに対する耐性は、窒化ホウ素を分散したノズルよりも劣る場合があった。
　さらに、酸化亜鉛からなるウィスカを分散させたノズルは、ウィスカが半導電性であることから、ノズルの帯電を防止して絶縁抵抗の低下を防止する点において、カーボンフィラーなど導電性フィラーを分散した場合と比較して劣る場合があった。
特公平１－３７８２２号公報 特許第４９４５１０４号公報 特許第６１５７８９６号公報
　本発明が解決しようとする課題は、色むらや変色の発生を防止し、耐アーク性を改善することができる耐アーク性絶縁成形体、ガス遮断器用のノズル及びガス遮断器を提供することである。
　実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、フッ素系樹脂からなる絶縁成形体に、平均粒径０．１～１μｍの窒化ホウ素からなるフィラーが１～５質量％の範囲で分散されている。
第１実施形態に係るガス遮断器の断面を示す模式図。 第１実施形態に係る耐アーク性絶縁成形体におけるフィラーの分散状態を示す模式図。 第１実施形態の耐アーク性絶縁成形体の製造方法を説明する模式図。 第２実施形態に係る耐アーク性絶縁成形体におけるフィラーの分散状態を示す模式図。 第２実施形態の耐アーク性絶縁成形体の製造方法を説明する模式図。 実施例１、実施例２及び比較例の各ノズルの耐アーク試験による内径変化率を示す図。 実施例１のノズルのアークに対する耐性発現のメカニズムを説明する模式図。 実施例２のノズルのアークに対する耐性発現のメカニズムを説明する模式図。 比較例のノズルのアークに対する耐性発現のメカニズムを説明する模式図。 従来のガス遮断器の断面を示す模式図。
　以下、実施形態の耐アーク性絶縁成形体、ガス遮断器用のノズル及びガス遮断器を、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
　図１に、本実施形態のパッファ式のガス遮断器を示す。パッファ式のガス遮断器は、固定接触子部と可動接触子部とによって構成されるが、図１には、遮断動作中の固定接触子部の断面模式図を示している。図１に示すように、固定接触子部は、本実施形態の耐アーク性絶縁成形体からなるノズル１を備える。中空円筒状のノズル１内には、固定側アーク接触子１２が配置されている。また、ノズル１内には、可動側アーク接触子１３が挿入可能となっている。固定接触子部と可動接触子部とが投入状態にあるとき、ノズル１は固定側アーク接触子１２及び可動側アーク接触子１３を内包する。これにより、ノズル１は、各接触子１２、１３の間に発生するアークの近傍に配置されることになる。また、固定接触子部と可動接触子部とが投入状態にあるとき、ノズル１内にＳＦ６ガスが充填される。ノズル１には、パッファ室１４、パッファシリンダ１５、パッファピストン１６が接続されている。パッファシリンダ１５およびパッファピストン１６からなるピストン機構によって、ノズル１内のＳＦ６ガスを圧縮している。電流遮断時に、圧縮されたＳＦ６ガスをノズル１から噴射させて、電流遮断時に固定側アーク接触子１２と可動側アーク接触子１３との間で発生したアークを消弧する構造となっている。
　ノズル１は、本実施形態の耐アーク性絶縁成形体から構成される。本実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、図２に示すように、フッ素系樹脂からなる絶縁成形体２１に、平均粒径０．１～１μｍの窒化ホウ素からなるフィラー２２が１～５質量％の範囲で分散されたものである。
　フッ素系樹脂としては、ポリ四フッ化エチレン樹脂、あるいは四フッ化エチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重体を用いることが好ましい。ポリ四フッ化エチレン樹脂の融点は約３２７℃であり、また、四フッ化エチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重体の融点は約３０２～３１０℃であり、これらはフッ素系樹脂の中でも高い耐熱性を有しているため、アークに対する耐性が高い。また、ポリ四フッ化エチレン樹脂は溶融時の粘度が高いため、高温で溶融しても元の形状を維持できる。このため、本実施形態に係る耐アーク性絶縁成形体は、アークによって加熱された場合においても、熱による変形がほとんどない。
　窒化ホウ素からなるフィラー２２は、その平均粒径が０．１～１μｍの範囲にあること、また、フッ素樹脂からなる絶縁成形体２１中に１～５質量％の割合で分散されていることが好ましい。平均粒径１μｍ超５０μｍ以下の窒化ホウ素からなるフィラーをフッ素樹脂中に１０質量％の割合で分散させた絶縁成形体では、窒化ホウ素からなるフィラーに起因する色むらや点状の変色が発生する場合あり、また、アークに対して局所的な劣化の原因となっていた。本実施形態の耐アーク性絶縁成形体では、平均粒径が０．１～１μｍの微細な窒化ホウ素からなるフィラー２２を、フッ素系樹脂２１に５質量％以下の割合で分散させることで、色むらや点状の変色を防止できる。
　また、フィラー２２の平均粒径を０．１～１μｍの範囲とし、かつ、フィラーの含有量を１～５質量％の範囲とすることで、絶縁成形体中でのフィラー２２の粒子の個数密度を高めることができ、アーク光に対する反射率を高めることができる。フィラー２２の平均粒径を０．１μｍ以上とすることで、フッ素樹脂中でフィラー２２を凝集させずに均一に分散させることができる。また、フィラー２２の平均粒径を１μｍ以下とすることで、フィラー２２の個数密度が高くなり、アーク光の反射率を向上できる。また、フィラー２２の含有量を１質量％以上とすることで、フィラー２２の個数密度が高くなり、アーク光の反射率を向上でき、耐アーク性を向上できる。更に、フィラー２２の含有量を５質量％以下とすることで、フィラーに起因する色むらや点状の変色を防止でき、耐アーク性を向上できる。また、耐アーク性絶縁成形体の加工性を向上することができ、耐アーク性絶縁成形体をガス遮断器のような複雑な形状の部品にも容易に成形することができる。
　また、本実施形態の耐アーク性絶縁成形体に含まれるフィラー２２は、その粒子形状が球状であることが好ましい。粒子形状が鱗片状であるフィラーは、一見すると、その形状に由来して比較的平坦な面を持ち、この平坦面の存在がアークの光を反射する際に有利になると考えられるが、実際には、鱗片状のフィラーのフッ素樹脂中での配向方向はランダムになり、平坦面がランダムな方向を向くため、アーク光を反射する際に必ずしも有利にならない。一方、球状のフィラーを分散させた場合は、フッ素樹脂中での配向状態によらず、アークによる光を反射させることができる。
　本実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、図３に示すように、フッ素樹脂系粉末３１と所定量の窒化ホウ素からなるフィラー２２を攪拌混合して混合物とする工程と、得られた混合物を所定の型に充填して圧縮形成した後に焼成する焼成工程とを経ることによって製造できる。また、図３に示すように、得られた耐アーク性絶縁成形体に対して、更に切削等の機械加工を施すことで、ガス遮断器用のノズルに成形することができる。
　この製造方法において、フッ素系樹脂粉末３１は、平均粒径が１０～１００μｍの範囲の微粉末であることが好ましい。混合工程においてフッ素系樹脂粉末３１の内部に窒化ホウ素からなるフィラー２２が侵入することは不可能であるため、窒化ホウ素からなるフィラー２２を緻密に分散させるには、フッ素系樹脂粉末３１の粒径を小さくすることが好ましい。一方、平均粒径が１００μｍを超えるような粗大なフッ素系樹脂粉末（造粒粉）を使用した場合は、窒化ホウ素からなるフィラー２２は、フッ素系樹脂粉末３１の粒界に沿って分散することになるため、緻密に分散させることができない。なお、フッ素樹脂系粉末３１の平均粒径は、レーザー回折式の粒度分布測定装置で測定した平均粒径とする。
　本実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、フッ素樹脂からなる絶縁成形体２１中に、窒化ホウ素からなるフィラー２２を分散させてなり、フィラー２２の平均粒径を０．１～１μｍの範囲とし、かつ、フィラー２２の含有量を１～５質量％の範囲とすることで、絶縁成形体中でのフィラー２２の粒子の個数密度を高めることができ、アーク光に対する反射率を高めることができる。また、色むらや変色を抑制することができる。これにより、本実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、耐アーク特性を向上できる。
　また、フィラーの形状を球状にすることで、フッ素樹脂中でのフィラー２２の配向状態によらず、アークによる光を反射させることができ、耐アーク特性をより向上できる。
　なお、本実施形態の耐アーク性絶縁成形体におけるフィラーの平均粒径及び含有量の確認方法は例えば次の通りとする。まず、フッ素系樹脂の分解温度以上の温度まで耐アーク性絶縁成形体を加熱してフッ素系樹脂を除去することで、耐アーク性絶縁成形体中のフィラーを回収する。回収したフィラーの質量から、耐アーク性絶縁成形体中のフィラーの含有量（質量％）を求める。また、回収したフィラーを走査型電子顕微鏡によって観察し、フィラーを構成する粒子の形状が球状かどうかを確認する。更に、走査型電子顕微鏡によって１００個以上の粒子が一視野に収まるように写真撮影し、１００個以上の各粒子の直径をそれぞれ測定し、その平均値をフィラーの平均粒径とする。
（第２実施形態）
　次に、第２実施形態の耐アーク性絶縁成形体について説明する。
　本実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、第１の実施形態と同様に、ガス遮断器のノズルとして用いられる。
　本実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、図４に示すように、フッ素系樹脂からなる絶縁成形体４１に、窒化ホウ素からなる球状フィラー４２と、窒化ホウ素からなる鱗片状フィラー４３とが分散されてなる。ここで、球状フィラーとは、窒化ホウ素の粒子形状が球状になっているフィラーをいう。また、鱗片状フィラーとは、窒化ホウ素の粒子形状が鱗片状になっているフィラーをいう。
　フッ素系樹脂としては、第１実施形態と同様に、ポリ四フッ化エチレン樹脂、あるいは四フッ化エチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重体を用いることが好ましい。
　本実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、絶縁成形体４１中に、２種類の窒化ホウ素からなるフィラー４２、４３が分散されている。鱗片状のフィラー４３は、その形状に由来して比較的平坦な面を持ち、その平坦面におけるアーク光の反射率が比較的高いものの、配向方向が不規則になるため、鱗片状フィラー４３単独では反射率が必ずしも有利にならない。
　このような鱗片状のフィラー４３同士の間に、比較的粒径が小さな球状のフィラー４２が分散して含まれることで、鱗片状フィラー４３の配向状態に左右されがちな反射率のばらつきが抑制され、アーク光に対する反射率を高めることができる。更に、球状のフィラー４２に加えて鱗片状フィラー４３を含有させることで、比較的高価な球状フィラー４２の含有量を相対的に抑制することができ、耐アーク性絶縁成形体のコストを低減できるようになる。また、鱗片状フィラー４３が分散して含有されることで、耐アーク性絶縁成形体の強度が向上するようになる。
　平均粒径及び形状が相互に異なる二種類のフィラー４２、４３については、平均粒径の比（球状フィラー：鱗片状フィラー）が１：１０～１：１０００の範囲にあることが好ましく、１：１０～１：５００の範囲にあることがより好ましい。また、絶縁成形体４１中の球状フィラー４２と鱗片状フィラー４３との質量比（球状フィラー：鱗片状フィラー）は１：１～１：１０の範囲にあることが好ましく、１：１～１：５の範囲にあることがより好ましい。更に、絶縁成形体４１中の球状フィラー４２と鱗片状フィラー４３の合計量は１～５質量％の範囲にあることが好ましい。平均粒径の比が上記の範囲内にあることで、耐アーク性の低下を防止できる。同様に、２種類のフィラーの質量比が上記の範囲内にあることで、耐アーク性の低下を防止できる。また、フィラーの合計の含有量を１質量％以上にすることで、フィラーの個数密度が高くなり、アーク光の反射率を向上でき、耐アーク性を向上できる。更に、フィラーの合計の含有量を５質量％以下とすることで、色むらや変色を抑制でき、耐アーク性を向上できるとともに、耐アーク性絶縁成形体の加工性を向上することができ、耐アーク性絶縁成形体をガス遮断器のような複雑な形状の部品に容易に成形することができる。フィラーの合計の含有量は２質量％以上であってもよい。
　球状フィラー４２の平均粒径は０．１～１μｍの範囲であり、絶縁成形体４１中の球状フィラー４２の含有量は１～５質量％の範囲である。球状フィラー４２の平均粒径及び含有量の限定理由は、第１の実施形態の場合と同様である。球状フィラー４２の含有量は４質量％以下でもよい。
　鱗片状フィラー４３の平均粒径は１～５０μｍの範囲であり、絶縁成形体４１中の鱗片状フィラー４３の含有量は１～５質量％の範囲である。鱗片状フィラー４３の平均粒径を１μｍ以上にすることで、アーク光の反射率の低下を抑制できる。また、鱗片状フィラー４３の平均粒径を５０μｍ以下にすることで、鱗片状フィラー４３の個数密度の低下を抑制し、アーク光の反射率の低下を抑制できる。また、絶縁成形体４１中の鱗片状フィラー４３の含有量を１質量％以上とすることで、絶縁成形体４１中での鱗片状フィラーの粒子の個数密度を高めることができ、アーク光に対する反射率を高めることができる。また、鱗片状フィラー４３の含有量を５質量％以下とすることで、色むらや変色を防止して、耐アーク性を向上できる。鱗片状フィラー４３の含有量は４質量％以下でもよい。
　本実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、図５に示すように、平均粒径が１０～１００μｍの範囲のフッ素樹脂系粉末３１と平均粒径が０．１～１μｍの範囲の窒化ホウ素からなる球状フィラー４２とを混合して第１の混合物Ｍ１とし、第１の混合物Ｍ１に更に平均粒径が１～５０μｍの範囲の窒化ホウ素からなる鱗片状フィラー４３を混合して第２の混合物Ｍ２とする混合工程と、第２の混合物Ｍ２を所定の型に充填して圧縮形成した後に焼成する焼成工程とを経ることにより製造できる。また、図５に示すように、得られた耐アーク性絶縁成形体に対して、更に切削等の機械加工を施すことで、ガス遮断器用のノズルに成形することができる。
　この製造方法において、フッ素系樹脂粉末３１は、第１の実施形態と同様に、平均粒径１０～１００μｍの微粉末であることが好ましい。加えて、図５に示すように、平均粒径０．１～１μｍの球状のフィラー４２をフッ素樹脂系粉末３１に加えて攪拌混合した後、その混合物Ｍ１に、平均粒径１～５０μｍの鱗片状フィラー４３を攪拌混合するとよい。球状フィラー４２は、比表面積が大きく表面のエネルギーが大きいため凝集体として存在しやすい。この凝集体を粉砕して緻密に分散するためには、最初にフッ素系樹脂粉末３１と球状フィラー４２を攪拌混合し、その後、鱗片状フィラー３３を更に加えて攪拌混合するとよい。このような混合工程を行うことにより、本実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、二種類の窒化ホウ素からなるフィラー４２、４３が、フッ素系樹脂中で、緻密且つ均一に分散した状態となる。一方、最初に鱗片状フィラー４３とフッ素樹脂系粉末３１とを撹拌混合し、その後、球状フィラー４２を加えて撹拌混合した場合は、球状フィラー４２が凝集してしまい、球状フィラー４２を均一に分散させることができないため、好ましくない。
　本実施形態の耐アーク性絶縁成形体は、フッ素樹脂からなる絶縁成形体中に、球状フィラーと鱗片状フィラーとを分散させ、各フィラーの平均粒径の比（球状フィラー：鱗片状フィラー）を１：１０～１：１０００の範囲とし、各フィラーの質量比（球状フィラー：鱗片状フィラー）を１：１～１：１０の範囲とし、各フィラーの合計量を１～５質量％の範囲とすることで、色むらや変色の発生を防止し、アーク光の反射率を高め、耐アーク性を改善することができる。
　なお、本実施形態の耐アーク性絶縁成形体におけるフィラーの平均粒径及び含有量の確認方法は例えば次の通りとする。まず、フッ素系樹脂の分解温度以上の温度まで耐アーク性絶縁成形体を加熱してフッ素系樹脂を除去することで、耐アーク性絶縁成形体中のフィラーを回収する。回収したフィラーの質量から、耐アーク性絶縁成形体中のフィラーの含有量（質量％）を求める。また、回収したフィラーを走査型電子顕微鏡によって観察し、フィラーを構成する粒子の形状を観察し、球状フィラー及び鱗片状フィラーが含まれること確認する。更に、走査型電子顕微鏡によって、球状フィラー及び鱗片状フィラーのそれぞれの粒子の１００個以上が一視野に収まるように写真撮影し、各粒子の直径をそれぞれ測定し、その平均値をフィラーの平均粒径とする。鱗片状フィラーの直径は、粒子の最大長さを直径とする。
　次に、実施例と比較例について説明する。表１に、実施例１、２及び比較例の詳細を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１では、平均粒径０．５μｍの窒化ホウ素からなる球状フィラーの３質量％相当量を、平均粒径３０μｍのフッ素系樹脂粉末とともに室温にて混合攪拌した。その後、混合物を金型に充填し、２００ｋｇ／ｃｍの圧力により成形した。成形体を金型から取り外し、５００℃の加熱炉で焼成し、室温まで冷却した後に、機械加工により、実施例１の耐アーク性絶縁成形体からなる中空筒状のノズルを得た。ノズルの外径は３０ｍｍ、内径は１８ｍｍであった。
　実施例２では、平均粒径０．５μｍの窒化ホウ素からなる球状フィラーの１質量％相当量を、平均粒径３０μｍのフッ素系樹脂粉末とともに室温にて混合攪拌した。その後、その混合物に、平均粒径８μｍの窒化ホウ素からなる鱗片状フィラーの３質量％相当量を、室温にて攪拌混合した。続いて、得られた混合物を金型に充填し、２００ｋｇ／ｃｍの圧力により成形した。成形体を金型から取り外し、５００℃の加熱炉で焼成し、室温まで冷却した後に、機械加工により、実施例２の耐アーク性絶縁成形体からなる中空筒状のノズルを得た。ノズルの外径は３０ｍｍ、内径は１８ｍｍであった。
　また、球状フィラーと鱗片状フィラーの平均粒径の比（球状フィラー：鱗片状フィラー）が１：１６であり、絶縁成形体中の球状フィラーと鱗片状フィラーとの質量比（球状フィラー：鱗片状フィラー）は１：３であり、絶縁成形体中の球状フィラーと鱗片状フィラーの合計量は４質量％であった。
　比較例では、平均粒径８μｍの窒化ホウ素からなる鱗片状フィラーの１０質量％相当量を、平均粒径３００μｍのフッ素系樹脂粉末ととともに室温にて混合攪拌した。その後、混合物を金型に充填し、２００ｋｇ／ｃｍの圧力により成形した。成形体を金型から取り外し、５００℃の加熱炉で焼成し、室温まで冷却した後に、機械加工により、比較例の耐アーク性絶縁成形体からなる中空筒状のノズルを得た。ノズルの外径は３０ｍｍ、内径は１８ｍｍであった。
　図６に、耐アーク性試験後のノズルの内径変化率を示す。比較例によるノズルの内径変化率を１として、実施例１および実施例２のノズルの内径変化率を比較している。
　ノズルの内径変化率は以下のようにして測定した。実施例１、２及び比較例のノズルから、外径３０ｍｍ、内径１８ｍｍ、厚さ１０ｍｍのリング状サンプルを採取した。このリング状サンプルをポリ四フッ化エチレン製の中空円柱状の一対の治具によって厚み方向から挟んで固定した。このとき、リング状サンプルの中空部と治具の中空部とが連通するように位置合わせした。そして、治具の中空部からリング状サンプルに電極を挿入し、リング状サンプルの内周面近傍においてアークを発生させた。アーク発生前後でのリング状サンプルの内周面の減肉量を測定した。アークの発生条件は、電流２５ｋＡ、周波数５０Ｈｚ、アーク時間１０ｍｓとし、アークを連続して５回発生させた。試験中はリング状サンプルの中空部にＳＦ６ガスを０．５ＭＰａの圧力で流した。
　図６に示すように、実施例１および実施例２によるノズルの内径変化率は、比較例によるノズルの内径変化率に対して小さくなっていることがわかる。これにより、実施例１および実施例２のノズルは、比較例のノズルよりもアークに対する耐性が高まっていることが確認できる。また、実施例１及び実施例２のノズルでは色むらや変色は確認されなかったが、比較例では若干の変色が確認された。
　以上の結果から明らかなように、フッ素樹脂中に窒化ホウ素からなるフィラーが適切に分散されたノズルでは、窒化ホウ素からなるフィラーが、ノズル表面において、アーク光を反射することで、アークに対する耐性を高めることができる。
　図７には実施例１のノズルにおけるフィラーの分散状態を模式図で示している。図７に示すように、実施例１のノズルでは、緻密に分散した平均粒径０．５μｍの窒化ホウ素からなる球状フィラー２２が、アーク光を効率的に反射させていると推測される。また、球状フィラー２２を緻密に分散させることで、比較例と比べて、球状フィラー２２の含有量を少なくしても、アーク光を反射することが可能になったと推測される。窒化ホウ素からなる球状フィラー２２の含有量が少なくなれば、窒化ホウ素からなる球状フィラー２２に起因したノズル表面の色ムラや変色も抑制できるようになる。
　図８には実施例２のノズルにおけるフィラーの分散状態を模式図で示している。図８に示すように、実施例２のノズルでは、緻密に分散した平均粒径０．５μｍの窒化ホウ素からなる球状フィラー４２と、平均粒径８μｍの窒化ホウ素からなる鱗片状フィラー４３の両者により、アーク光を効率的に反射させていると推測される。
　図９には比較例のノズルにおけるフィラーの分散状態を模式図で示している。図９に示すように、比較例のノズルでは、絶縁成形体５１中の、平均粒径８μｍの窒化ホウ素からなる鱗片状フィラー５２の存在割合が低かったため、効率的にアーク光を反射できなかったと推測された。また、鱗片状フィラー５２は、様々な方向を向いた状態で分散しているところ、アーク光の入射に対して反射に寄与しないフィラーの割合が多いために、アーク光を効率的に反射することができなかったものと推測される。
　このように、実施例１および実施例２のノズルでは、分散した窒化ホウ素フィラーが、効率的にアーク光反射することができるため、アークに対する耐性が高まっていると考えられる。
　以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、フッ素系樹脂からなる絶縁成形体に平均粒径０．１～１μｍの窒化ホウ素からなるフィラーが５質量％以下の割合で分散されていることにより、色むらや変色の発生を防止し、耐アーク性を改善することができる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
　１…ノズル、１２…固定側アーク接触子、１３…可動側アーク接触子、２１、４１…絶縁成形体、２２…球状フィラー（フィラー）、４２…球状フィラー、４３…鱗片状フィラー。

Claims (9)

  1. 　フッ素系樹脂からなる絶縁成形体に、平均粒径０．１～１μｍの窒化ホウ素からなるフィラーが１～５質量％の範囲で分散されている耐アーク性絶縁成形体。
  2. 　前記フィラーが球状フィラーである請求項１に記載の耐アーク性絶縁成形体。
  3. 　フッ素系樹脂からなる絶縁成形体に、窒化ホウ素からなる球状フィラーと、窒化ホウ素からなる鱗片状フィラーとが分散されており、
    　前記球状フィラーと前記鱗片状フィラーの平均粒径の比（球状フィラー：鱗片状フィラー）が１：１０～１：１０００の範囲であり、
    　前記絶縁成形体中の前記球状フィラーと前記鱗片状フィラーとの質量比（球状フィラー：鱗片状フィラー）が１：１～１：１０の範囲であり、
    　前記絶縁成形体中の前記球状フィラーと前記鱗片状フィラーの合計量が１～５質量％の範囲である耐アーク性絶縁成形体。
  4. 　前記球状フィラーの平均粒径が０．１～１μｍの範囲であり、前記絶縁成形体中の前記球状フィラーの含有量が１～５質量％の範囲であり、
    　前記鱗片状フィラーの平均粒径が１～５０μｍの範囲であり、前記絶縁成形体中の前記鱗片状フィラーの含有量が１～５質量％の範囲である請求項３に記載の耐アーク性絶縁成形体。
  5. 　前記フッ素系樹脂が、ポリ四フッ化エチレン樹脂又は四フッ化エチレン－パーフルオロアルキルビニルエーテル共重体である請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の耐アーク性絶縁成形体。
  6. 　平均粒径が１０～１００μｍの範囲のフッ素樹脂系粉末と、平均粒径が０．１～１μｍの範囲の窒化ホウ素からなるフィラーとを混合して混合物とする混合工程と、前記混合物を所定の型に充填して圧縮形成した後に焼成する焼成工程とにより製造される請求項１、請求項２または請求項５の何れか一項に記載の耐アーク性絶縁成形体。
  7. 　平均粒径が１０～１００μｍの範囲のフッ素樹脂系粉末と平均粒径が０．１～１μｍの範囲の窒化ホウ素からなる球状フィラーとを混合して第１の混合物とし、前記第１の混合物に更に平均粒径が１～５０μｍの範囲の窒化ホウ素からなる鱗片状フィラーとを混合して第２の混合物とする混合工程と、前記第２の混合物を所定の型に充填して圧縮形成した後に焼成する焼成工程とにより製造される請求項３、請求項４または請求項５の何れか一項に記載の耐アーク性絶縁成形体。
  8. 　請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の耐アーク性絶縁成形体からなる、ガス遮断器用のノズル。
  9. 　固定側アーク接触子と、前記固定側アーク接触子に接離する可動側アーク接触子と、前記固定側アーク接触子及び前記可動側アーク接触子を内包するように設けられたノズルとを備え、電流遮断時に前記固定側アーク接触子及び前記可動側アーク接触子間に発生するアークにガスを吹き付けて前記アークを消孤するガス遮断器であって、
    　前記ノズルが、請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の耐アーク性絶縁成形体からなるガス遮断器。
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