絶縁スペーサ
【課題】シールド電極と絶縁部材との間に挟む導電材料の密着強度が弱い場合、シールド電極と絶縁部材との剥離を抑制できない。仮にこの導電材料に過剰な応力が加わると、シールド電極と絶縁部材との間で剥離が発生し、部分放電により、絶縁スペーサの絶縁性能が低下する可能性がある。
【解決手段】絶縁スペーサ６を構成する金属電極２は、導電性材料層３および接着材料層４を介して、その外周部を覆うように形成された固体絶縁体１と接続（接着）されている。
【解決手段】絶縁スペーサ６を構成する金属電極２は、導電性材料層３および接着材料層４を介して、その外周部を覆うように形成された固体絶縁体１と接続（接着）されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁スペーサに関するものであり、より特定的には、金属電極と、その表面上（外周部）に存在する固体絶縁体との密着性を向上させた絶縁スペーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
系統を切り替える装置として用いられるガス絶縁開閉装置のタンクの内部には、電力の経路となる高圧導体（母線）を支持し、かつ、高圧導体と周囲とを電気的に絶縁させる役割を有する絶縁スペーサと呼ばれる部材が設置されている。
【０００３】
近年、ガス絶縁開閉装置などの電力機器のコンパクト化の要求が高まってきている。絶縁スペーサのコンパクト化にともない、高圧導体を機械的に支持しうる強度を保ち、絶縁スペーサの絶縁体としての機能を向上することが重要である。このためには、たとえば絶縁スペーサを構成する金属電極と、金属電極を内部に埋め込むように一体注型された固体絶縁体とを接続させる接続層とが剥離を起こさないよう、強固に密着させる必要がある。絶縁スペーサがもつ、高圧導体を支持する機械的強度と、高圧導体とタンクとの間の電気的な絶縁を保つという機能は、絶縁スペーサを構成する、埋め込まれた金属電極と固体絶縁体との密着性に大きく依存する。
【０００４】
たとえば絶縁スペーサを形成するために注型を行なう際に、金属電極と固体絶縁体との熱膨張係数が異なるため、金属電極と、一体注型される固体絶縁体との間に、熱膨張係数の差に起因する応力が発生する。この応力が原因で、金属電極と固体絶縁体とが密着されている界面近傍にて剥離が生じる可能性がある。絶縁スペーサを構成する一部に剥離が存在すると、絶縁スペーサに電圧を印加させた際に剥離が発生した部分を起点とした部分放電が発生し、時間の経過とともに放電が進展して最終的に絶縁破壊を起こす可能性がある。
【０００５】
このため従来より、たとえば特開平８−３２２１１９号公報（以下、「特許文献１」）に開示されているように、絶縁スペーサを構成する導電性材料からなるシールド電極と、固体絶縁体としての絶縁部材とを、可とう性の導電材料を介して接続させることにより、シールド電極と絶縁部材との密着性を向上させる方法が用いられている。
【特許文献１】特開平８−３２２１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される従来の絶縁スペーサの形成方法においては、シールド電極と絶縁部材との間に可とう性があり、シールド電極と絶縁部材との熱膨張係数の差の影響を緩和するための導電材料を挟んでいる。このことにより、熱膨張係数の差に起因する応力による剥離を抑制している。しかし、この可とう性の導電材料の密着強度については記載されておらず、仮に可とう性の導電材料の密着強度が弱い場合、シールド電極と絶縁部材との剥離を抑制できないという問題点があった。具体的には、仮にこの導電材料に体積収縮力を超える過剰な応力が加わると導電材料と絶縁部材、すなわちシールド電極と絶縁部材との間で剥離が発生する可能性がある。すると、たとえば剥離している箇所を起点とする部分放電により、絶縁スペーサの絶縁性能が著しく低下することがある。なお、ここでいう（あるいは定義する）体積収縮力とは、たとえば可とう性を有する導電材料に外部から加える応力のうち、当該可とう性導電材料が伸縮するのみでたとえば剥離や破損を起こさない限界の応力のことである。
【０００７】
また、内部に埋め込む金属電極の加工を行なう際に、加工不良により、形成した金属電極の表面にバリなどの突起物が発生することがある。金属電極の表面に突起物を発生させた状態で一体注型を行ない、形成された絶縁スペーサに電圧を印加すると、突起物の先端部を起点とした部分放電が発生し、最終的に絶縁破壊を起こす可能性がある。
【０００８】
特許文献１に開示される、金属電極の表面上に可とう性の導電材料を塗布、またはコーティングにより供給する方法を用いると、特に可とう性の導電材料の膜厚が薄い場合には金属電極の表面上の突起の長さが可とう性の導電材料の膜より突出してしまうため、導電材料の塗布後にも突起形状が残る。その結果、通常の、導電材料がコーティングされていない金属電極である裸電極と同様に突起物を起点として部分放電を起こし、最終的に絶縁破壊を起こす可能性がある。
【０００９】
本発明は、上述した各問題に鑑みなされたものであり、その目的は、金属電極と、その表面上（外周部）に存在する固体絶縁体との密着性を向上させることにより、金属電極と固体絶縁体との界面近傍における剥離を抑制させた絶縁スペーサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の絶縁スペーサは、金属電極と、金属電極の表面上に配置された導電性材料層と、導電性材料層の表面上に配置された接着材料層を介して上記金属電極と接続された固体絶縁体とを備える、絶縁スペーサである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の絶縁スペーサは、金属電極と、その表面上（外周部）に存在する固体絶縁体との密着性が向上されており、金属電極と固体絶縁体との界面近傍における剥離を抑制させている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態が説明される。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす部位には同一の参照符号が付されており、その説明は、特に必要がなければ、繰り返さない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における絶縁スペーサの構成を示す概略図である。図２は、図１中の線分ＩＩ−ＩＩにおける、絶縁スペーサの断面模式図である。図３は、図１の絶縁スペーサの図２による断面模式図を含む、ガス絶縁開閉装置の内部の断面模式図である。さらに図４は、本発明の実施の形態１における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施の形態１における絶縁スペーサ６は、中央部分にたとえば底面が円形で、ある一定の厚み（対向する１対の円形を有する表面の距離）を持つ円柱形の金属電極２を備えている。金属電極２の表面上、すなわち図１および図２に示すように円柱形の金属電極２の長軸方向の表面上（外周部）に配置された導電性材料層３を備えている。また、導電性材料層３の表面上、すなわちたとえば円筒形に配置された導電性材料層３の長軸方向の表面の外周部に配置された接着材料層４を介して金属電極２および導電性材料層３と接続された固体絶縁体１とを備えている。本発明の実施の形態１における絶縁スペーサ６を構成する金属電極２は、導電性材料層３および接着材料層４を介して、固体絶縁体１と接続（接着）されている。なお、図１に示すように、導電性材料層３は、金属電極２の表面上（外周部）の全面に配置されていてもよいし、同様に接着材料層４は、導電性材料層３の表面上（外周部）の全面に配置されていてもよい。
【００１５】
金属電極２は、たとえばアルミニウムから形成されており、図３に示すように、絶縁スペーサ６を、たとえばガス絶縁開閉装置のタンク１０の内部に備わる、電力の経路としての高圧導体５と接続するための電極である。ここで、金属電極２と高圧導体５とは、たとえば図示しないボルトにより固定されている。絶縁スペーサ６の固体絶縁体１は、たとえばエポキシ樹脂から形成され、たとえば金属製のタンク１０に対して絶縁を保ちながら固定し、高圧導体５をタンク１０に対して支持する役割を有する。
【００１６】
固体絶縁体１については、図１の断面図である図２、および図３中において、タンク１０の内周表面に対して、たとえば４５°など斜め方向を向いた構成となっている。この場合、固体絶縁体１は、円すい状の形状を有している。このように固体絶縁体１をタンク１０に対して斜め方向を向かせることにより、金属電極２からタンク１０までの、固体絶縁体１を介する距離（固体絶縁体１の表面に沿った距離）が見かけ上大きくなる。このような構成にすることにより、固体絶縁体１の表面の導電性材料層３（接着材料層４）からタンク１０までの沿面長を見かけ上大きくすることができる。したがって、固体絶縁体１の絶縁性能を向上することができる。
【００１７】
図１および図２に示す絶縁スペーサ６は、図３に示すように、ガス絶縁開閉装置のタンク１０の内部に接続される。具体的には、複数本の高圧導体５が、高圧導体５の長手方向（図３における左右方向）に一定間隔ごとに設置された絶縁スペーサ６の金属電極２を介して接続されている。このように高圧導体５と絶縁スペーサ６とが接続されることにより、絶縁スペーサ６は高圧導体５を機械的に支持し、かつ高圧導体５と周囲とを電気的に絶縁する役割を果たす。
【００１８】
上述したように、絶縁スペーサ６を構成する金属電極２は、高圧導体５に接続されている。このため、金属電極２には高圧導体５と同様に高い電圧が加えられる。したがって、絶縁スペーサ６においては、金属電極２と固体絶縁体１との間で非常に高い電界が印加される。また、金属電極２と高圧導体５には数千アンペアの電流が流れるため、金属電極２の温度が上昇することがある。すると、金属電極２と固体絶縁体１との熱膨張係数の差に起因する応力が発生することがある。この応力が原因となって、金属電極２と固体絶縁体１との間に剥離などの欠陥が発生することがある。
【００１９】
この部位にたとえば金属電極２と固体絶縁体１とが密着せず剥離しているなどの欠陥が存在すると、たとえば剥離している箇所を起点とする部分放電により、絶縁スペーサ６の絶縁性能が著しく低下することが知られている。そのため、この欠陥の発生を抑制するために、金属電極２の表面上（外周部）を導電性材料層３にて覆っている。この導電性材料層３は、可とう性を有する、たとえばウレタンゴムやＥＰＴゴムなどを用い、たとえばここへカーボンを添加させて導電性を持たせたものである。このような可とう性を有する導電性材料層３が、金属電極２の表面上（外周部）に備えられていることにより、金属電極２と固体絶縁体１との熱膨張係数の差に起因する応力を吸収により緩和させ、たとえば剥離などの欠陥の発生を抑制させることができる。また、たとえばカーボンを添加させて導電性を持たせることにより、導電性の材料が、金属電極２と導電性材料層３との間の電位差を小さくするため、電界緩和効果を発揮する。したがって、金属電極２と導電性材料層３との間で発生した剥離における部分放電を抑制させることができる。
【００２０】
また、導電性材料層３を形成するウレタンゴムやＥＰＴゴムが、金属電極２の表面上（外周部）に備えられたときの、金属電極２と固体絶縁体１との密着強度を向上させるために、図１に示すように、導電性材料層３の表面上（外周部）には、接着材料層４が配置されている。この接着材料層４が、金属電極２、導電性材料層３および固体絶縁体１の互いの密着強度を強化させている。導電性材料層３が、上述したように可とう性により熱膨張係数の差に起因する応力を緩和させるが、仮にこの導電性材料層３に体積収縮力を超える過剰な応力が加わっても、接着材料層４の接着力により、図１および図４の導電性材料層３と固体絶縁体１との間で剥離の発生を抑制することができる。そのため、たとえ剥離が発生したとしても、金属電極２と導電性材料層３との間の領域に留まる。このため、部分放電を抑制することができ、絶縁スペーサ６の絶縁性能を確保することができる。
【００２１】
以上より、図１、図２、および図４に示すように、金属電極２と固体絶縁体１とは、導電性材料層３および接着材料層４で接続されている。接着材料層４は、非常に高い電界が印加される金属電極２と固体絶縁体１との間の領域に配置される。このため、電界を緩和させるために、接着材料層４には導電性を有する材料を添加させることが好ましい。このようにすれば、たとえば接着材料層４を配置する際に接着材料層４の内部に混入する欠陥や巻き込みボイドなどが発生しても、導電性の材料が、金属電極２と接着材料層４との間の電位差を小さくするため、電界緩和効果を発揮する。したがって、発生した欠陥（ボイド）の内部における部分放電を抑制させることができる。
【００２２】
ここで、接着材料層４の内部には、導電性材料層３中に添加されている導電材料と同一である第１の導電材料、たとえばカーボンを添加させることにより、電界緩和効果をもたらす構成としてもよい。また、導電性材料層３中に添加されている導電材料と異なる第２の導電材料、たとえば銀、銅などの金属微粒子を添加させることにより、同様の効果をもたらす構成としてもよい。
【００２３】
後述するように、注型により絶縁スペーサ６全体を形成し、その際の硬化により接着材料層４が形成される。すなわち当初の接着材料層４を形成する材料はたとえばペースト状である。したがって、接着材料層４の（添加する導電材料を除く）本体の材料としては、このペーストを直接供給する固体絶縁体１および導電性材料層３との密着性の良好な材料を用いることが好ましい。また、接着材料層４のペーストを配置（塗布）する際に、ペーストの内部におけるボイドや欠陥の発生を抑制するために、接着材料層４のペーストの粘度が低い材料を用いることが好ましい。
【００２４】
ここで絶縁スペーサ６の形成方法について説明する。まず、図１および図２に示すように、金属電極２の表面上（外周部）を覆うように、導電性材料層３として、たとえば粘土状のウレタンゴムやＥＰＴゴムにカーボンを添加させて導電性を持たせたものを供給（塗布）する。この供給した導電性材料層３は、たとえば成形用の金型を用いて所望の形状となるよう成形する。この状態で、金属電極２に導電性材料層３を供給したものを加熱成形する。次に、図１に示すように、導電性材料層３の表面上（外周部）に、上述した接着材料層４のペーストを供給する。ここでも同様に、たとえば成形用の金型を用いて所望の形状となるよう成形する。さらに、たとえば所望の形状となるよう形成できる成形用の金型を用いて、接着材料層４のペーストの表面上（外周部）に固体絶縁体１を配置させるために、たとえば液体状もしくはゲル状のエポキシ樹脂を供給し、図１または図４に示す状態となるように準備する。この状態でたとえば加熱により材料を硬化させると、図１、図３、または図４に示す状態を有する絶縁スペーサ６が形成される。以上に述べた一体注型により、固体絶縁体１、導電性材料層３および接着材料層４を、金属電極２に接続、固着させることができる。
【００２５】
以上の手順により、絶縁スペーサ６が形成される。したがって、形成時に材料を硬化させるときにもたとえば固体絶縁体１を形成するエポキシ樹脂が硬化収縮したり、過剰な応力が加わることがある。このため、たとえば仮にこの導電性材料層３が硬化するときに体積収縮力を超える過剰な応力が加わっても、接着材料層４の接着力により、図１および図４の導電性材料層３と固体絶縁体１との間で剥離の発生を抑制することができる。そのため、たとえば剥離している箇所を起点とする部分放電を抑制し、絶縁スペーサ６の絶縁性能を確保することができる。
【００２６】
なお、接着材料層４は、導電性材料層３および固体絶縁体１との密着性をさらに良好にするため、導電性材料層３および固体絶縁体１の表面のうち、接着材料層４と密着する領域の面積が大きいことがさらに好ましい。したがって、導電性材料層３および固体絶縁体１の表面のうち、接着材料層４と密着する領域の面粗度が大きいことがさらに好ましい。具体的には、上述した面粗度は３μｍ以上１０μｍ以下であることがさらに好ましい。このため、たとえば金属電極２に導電性材料層３を供給したものを加熱成形した後、導電性材料層３の表面（接着材料層４を供給する表面）の面粗度を大きくする加工を施してもよい。
【００２７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。図５に示すように、本発明の実施の形態１における導電性材料層３が複数の導電層からなり、複数の導電層は互いに異なる材料により構成されていてもよい。
【００２８】
図５に示す、本発明の実施の形態１における導電性材料層としての導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、比誘電率が異なるコーティング材料が複数の層として多層コーティングされたものである。ここで、複数の導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄそれぞれの比誘電率は金属電極２の比誘電率より小さく、固体絶縁体１の比誘電率より大きいことが好ましい。なお、ここでは金属電極２を比誘電率の非常に高い誘電体と仮定している。また、導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、金属電極２側から固体絶縁体１側へ向かうにつれて比誘電率が段階的に小さくなるように積層されていることが好ましい。以上より、比誘電率が段階的に、金属電極２＞導電層８ａ＞導電層８ｂ＞導電層８ｃ＞導電層８ｄ＞固体絶縁体１となることが好ましい。なお、金属電極２＞導電層８ａ＞導電層８ｂ＞導電層８ｃ＞導電層８ｄ＞接着材料層４＞固体絶縁体１となることがさらに好ましい。
【００２９】
図６は、本発明の実施の形態２における絶縁スペーサの、金属電極２の表面上に突起状の欠陥が存在する場合における導電層の積層状態を示す断面図である。金属電極２の加工不良あるいは異物の混入などにより、金属電極２の表面上に図６に示す、鋭利な先端を持つ突起状欠陥７が存在すると、その突起状欠陥７を起点として、金属電極２と固体絶縁体１との間に電界集中が発生する。突起状欠陥７の先端部の電界は、仮に突起が存在しない場合の１０倍以上となることがある。このため、突起状欠陥７により容易に部分放電が発生する。
【００３０】
そこで、図５に示すように金属電極２側から固体絶縁体１側に向かうにつれて比誘電率を段階的に小さくする。この場合において、図６に示すように金属電極２の表面上に突起状欠陥７が存在したとする。すると、図６に示す突起状欠陥７を有する絶縁スペーサ６に、ＡＣ電圧や雷インパルス、開閉サージなどの高電圧が印加されたとしても、突起状欠陥７の先端部の電界が容量分圧により緩和され、部分放電を抑制できる。この結果、絶縁スペーサ６の絶縁性能の低下を抑制することができる。
【００３１】
上述したように、金属電極２の加工不良あるいは異物の混入などにより、金属電極２の表面上にたとえば図６に示す、鋭利な先端を持つ突起状欠陥７が存在すると仮定する。すると、通常の、導電層がコーティングされていない金属電極２である裸電極を埋め込んで上述した一体注型により形成された絶縁スペーサ６は、たとえば金属電極２に高電圧が印加されると、突起状欠陥７の鋭利な先端から部分放電が発生する。しかし、突起状欠陥７が存在する金属電極２の表面上に導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが多層コーティングされたものを埋め込んで形成された絶縁スペーサ６は、たとえば金属電極２に高電圧が印加された場合、突起状欠陥７の先端における電界が低下する。
【００３２】
図７は、金属電極に存在する突起状欠陥の先端からの距離と、電界強度との関係を示すグラフである。図７において、横軸はたとえば図６に示す突起状欠陥７の先端からの距離を示す。ここで距離とは、突起状欠陥７の先端から、金属電極２の表面にほぼ直交する方向に引いた第１の直線上における、突起状欠陥７の先端からの距離のことである。また、縦軸は第１の直線上において、突起状欠陥７の先端からの距離に対する電界強度を示したものである。このように突起状欠陥７の先端からの距離に対する電界強度を、突起状欠陥７が裸電極の表面上に存在する絶縁スペーサ６と、突起状欠陥７がたとえば図５に示す多層コーティングされた金属電極２の表面上に存在する絶縁スペーサ６についてプロットすると、図７のようになる。
【００３３】
図７より、突起状欠陥７の先端において電界強度は最大となっており、先端からの距離が大きくなるにつれて、電界強度が小さくなっている。このことから、突起状欠陥７の先端を起点とした電界集中が発生していることがわかる。ただし、金属電極２の表面上に多層コーティングを施すことにより比誘電率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６の方が、裸電極の絶縁スペーサ６よりも、突起状欠陥７の先端における電界強度は小さくなっている。したがって、多層コーティングにより比誘電率を段階的に変化させた金属電極２を用いた方が、電界集中を抑制することができる。このため、多層コーティングにより比誘電率を段階的に変化させた金属電極２を用いた方が、部分放電を抑制することができる。
【００３４】
また、図７において、金属電極２の表面上に多層コーティングを施すことにより比誘電率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６の方が、裸電極の絶縁スペーサ６よりも、突起状欠陥７の先端から離れた場所においては電界強度が小さくなっている。なお、突起状欠陥７の先端からの距離がさらに大きくなった場所については、いずれの場合も電界強度はほぼ同じになっているが、これは突起状欠陥７の先端部の高い電界強度の影響が、先端部のごく近傍の領域だけであることを示している。すなわち、突起状欠陥７の先端部からある程度の距離だけ離れれば、突起状欠陥７による電界集中の影響が十分小さくなり、突起状欠陥７のない場合の電界値に近づく。
【００３５】
さらに、図７より、金属電極２の表面上に多層コーティングを施すことにより比誘電率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６の方が、裸電極の絶縁スペーサ６よりも、電界強度のグラフが示す傾きが小さくなっている。すなわち、距離に対する電界強度の変化率（電界勾配）が小さくなっている。距離に対する電界勾配は、金属電極２側から固体絶縁体１側へ向かうときの比誘電率の変化率に比例する。
【００３６】
構成を形成するための、導電性材料層としての導電層は、図５および図６においては導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの４層の多層コーティングとしている。しかし、導電層の層数は必ずしも４層である必要はなく、２層以上５層以下であることが好ましい。金属電極２から固体絶縁体１（接着材料層４）に向かうにつれて段階的に比誘電率が変化するようにするため、導電層の層数は２層以上で多いほど好ましい。しかし、生産効率や経済性も勘案の上、２層以上５層以下であることがさらに好ましい。
【００３７】
以上のように多層コーティングにより比誘電率を段階的に変化させた複数の導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからなる導電性材料層３と、接着材料層４とを備えた金属電極２を備える絶縁スペーサ６を用いることにより、上述したように部分放電を抑制することができる。さらに、複数の導電層と金属電極２の表面との間の領域に剥離やボイドが発生したとしても、部分放電が発生する電圧の下限値を高くすることができる。その結果、絶縁スペーサ６の絶縁性能の低下を抑制することができる。
【００３８】
以上においては突起状欠陥７が存在している金属電極２の表面上に多層コーティングを施した場合の効果について主に説明している。しかし、突起状欠陥７が存在しない金属電極２の表面上に同様の多層コーティングを施した場合においても同様に、金属電極２の表面上に多層コーティングを施すことにより比誘電率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６の方が、裸電極の絶縁スペーサ６よりも、部分放電の発生を抑制させることができる。
【００３９】
本発明の実施の形態２は、本発明の実施の形態１の構成や条件、工程、手法、効果にさらに、上述した構成や効果などが加わったものである。すなわち、本発明の実施の形態２において、上述しなかった構成や条件、工程、手法、効果などは、全て本発明の実施の形態１に準ずる。
【００４０】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。図８に示すように、本発明の実施の形態３における導電性材料層も、先述した本発明の実施の形態２における導電性材料層と同様に、複数の導電層からなり、複数の導電層は互いに異なる材料により構成されている。
【００４１】
図８に示す、本発明の実施の形態１における導電性材料層としての導電層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、電気抵抗率が異なるコーティング材料が複数の層として多層コーティングされたものである。ここで、複数の導電層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄそれぞれの電気抵抗率は金属電極２の電気抵抗率より大きく、固体絶縁体１の電気抵抗率より小さいことが好ましい。また、導電層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、金属電極２側から固体絶縁体１側へ向かうにつれて電気抵抗率が段階的に大きくなるように積層されていることが好ましい。以上より、電気抵抗率が段階的に、金属電極２＜導電層９ａ＜導電層９ｂ＜導電層９ｃ＜導電層９ｄ＜固体絶縁体１となることが好ましい。なお、金属電極２＜導電層９ａ＜導電層９ｂ＜導電層９ｃ＜導電層９ｄ＜接着材料層４＜固体絶縁体１となることがさらに好ましい。なお、導電層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの電気抵抗率は、１０９Ωｃｍ以上１０１４Ωｃｍ以下であることがさらに好ましい。電気抵抗率を上述した範囲内となるよう設定すれば、電気抵抗率の変化により段階的に耐電圧値を変化させることができる。
【００４２】
図９は、本発明の実施の形態３における絶縁スペーサの、金属電極２の表面上に突起状の欠陥が存在する場合における導電層の積層状態を示す断面図である。たとえば図９に示す突起状欠陥７を有する金属電極２の表面上に、図６に示す導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの代わりに、図９に示す導電層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを多層コーティングさせた場合も、先述した本発明の実施の形態２における多層コーティングと全く同様の効果を奏する。すなわち、図８に示すように金属電極２側から固体絶縁体１側に向かうにつれて電気抵抗率を段階的に大きくする。この場合において、図９に示すように金属電極２の表面上に突起状欠陥７が存在したとする。すると、図９に示す突起状欠陥７を有する絶縁スペーサ６に高電圧が印加されたとしても、突起状欠陥７の先端部の電界が抵抗分圧により緩和され、部分放電を抑制できる。この結果、絶縁スペーサ６の絶縁性能の低下を抑制することができる。
【００４３】
また、金属電極２の表面上に多層コーティングを施すことにより電気抵抗率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６についても、先述した比誘電率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６と同様に、図７に示すように、裸電極の絶縁スペーサ６に比べて、突起状欠陥７の先端における電界強度、突起状欠陥７の先端から離れた場所における電界強度は小さくなる。したがって、電気抵抗率を段階的に小さくした絶縁スペーサ６を用いると、電界集中を抑制することができる。
【００４４】
本発明の実施の形態３において、上述しなかった構成や条件、工程、手法、効果などは、全て本発明の実施の形態２に準ずる。
【００４５】
（実施の形態４）
以上に述べた本発明の実施の形態１〜３における絶縁スペーサに用いる導電性材料層３は、たとえば実施の形態１のように単層であっても、たとえば実施の形態２または３のように多層コーティングにより形成されたものであっても、その厚みは１００μｍ以上５００μｍ以下であることがさらに好ましい。ここで、たとえば実施の形態２または３のように多層コーティングされている場合には、多層コーティングされている複数の導電層の厚みの合計が１００μｍ以上５００μｍ以下であることがさらに好ましい。このような構成にすることにより、さらに電界集中を抑制することができる。
【００４６】
高さが１００μｍ以上ある突起状欠陥７（図６、８参照）が存在する金属電極２は、これを絶縁スペーサ６を形成するために使用した場合、絶縁スペーサ６の絶縁性能の低下を招く部分放電などの原因となる可能性がある。なお、ここで高さとは、金属電極２の表面にほぼ直交する方向における２点間の距離を表わす高さであり、導電性材料層３の厚みと同一方向を意味する。
【００４７】
たとえば突起状欠陥７の高さが１００μｍである場合、その上に厚みが１００μｍ以上の導電性材料層３を形成すれば、導電性材料層３に添加させている導電材料が突起状欠陥７の周囲をマスクする効果により、突起状欠陥７による電界集中を抑制することができる。したがって、導電性材料層３の厚みは１００μｍ以上であり、厚いほど突起状欠陥７の周囲をマスクする効果が増大されるためさらに好ましい。しかし、たとえば突起状欠陥７の高さが５００μｍ以上であれば、金属電極２を加工した段階で目視により突起状欠陥７の存在が確認できるため、突起状欠陥７の修正が可能である。したがって、品質管理上は、高さが１００μｍ以上５００μｍ以下の突起状欠陥７に対して電界集中を抑制させるための構成を備えることが好ましい。目視で確認できない、高さが５００μｍ以下の突起状欠陥７に対して電界集中を抑制させるためには、５００μｍ以下の厚みを持つ導電性材料層３を用いればよい。
【００４８】
したがって、実施の形態１〜３において、欠陥管理のレベルに合わせて１００μｍ以上５００μｍ以下の厚みの導電性材料層３を用いることにより、突起状欠陥７の、たとえば電界集中による部分放電の発生をさらに抑制することができる。すなわち、絶縁スペーサ６の絶縁機能の低下をさらに抑制することができる。
【００４９】
本発明の実施の形態４において、上述しなかった構成や条件、工程、手法、効果などは、全て本発明の実施の形態１〜３に準ずる。
【００５０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の絶縁スペーサは、金属電極と固体絶縁体との密着性を向上させ、電界集中を抑制させることにより、絶縁性能の低下を抑制させた絶縁スペーサとして特に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態における絶縁スペーサの構成を示す概略図である。
【図２】図１中の線分ＩＩ−ＩＩにおける、絶縁スペーサの断面模式図である。
【図３】図１の絶縁スペーサの図２による断面模式図を含む、ガス絶縁開閉装置の内部の断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における絶縁スペーサの、金属電極２の表面上に突起状の欠陥が存在する場合における導電層の積層状態を示す断面図である。
【図７】金属電極に存在する突起状欠陥の先端からの距離と、電界強度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態３における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３における絶縁スペーサの、金属電極２の表面上に突起状の欠陥が存在する場合における導電層の積層状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 固体絶縁体、２ 金属電極、３ 導電性材料層、４ 接着材料層、５ 高圧導体、６ 絶縁スペーサ、７ 突起状欠陥、８ａ 導電層、８ｂ 導電層、８ｃ 導電層、８ｄ 導電層、９ａ 導電層、９ｂ 導電層、９ｃ 導電層、９ｄ 導電層、１０ タンク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁スペーサに関するものであり、より特定的には、金属電極と、その表面上（外周部）に存在する固体絶縁体との密着性を向上させた絶縁スペーサに関する。
【背景技術】
【０００２】
系統を切り替える装置として用いられるガス絶縁開閉装置のタンクの内部には、電力の経路となる高圧導体（母線）を支持し、かつ、高圧導体と周囲とを電気的に絶縁させる役割を有する絶縁スペーサと呼ばれる部材が設置されている。
【０００３】
近年、ガス絶縁開閉装置などの電力機器のコンパクト化の要求が高まってきている。絶縁スペーサのコンパクト化にともない、高圧導体を機械的に支持しうる強度を保ち、絶縁スペーサの絶縁体としての機能を向上することが重要である。このためには、たとえば絶縁スペーサを構成する金属電極と、金属電極を内部に埋め込むように一体注型された固体絶縁体とを接続させる接続層とが剥離を起こさないよう、強固に密着させる必要がある。絶縁スペーサがもつ、高圧導体を支持する機械的強度と、高圧導体とタンクとの間の電気的な絶縁を保つという機能は、絶縁スペーサを構成する、埋め込まれた金属電極と固体絶縁体との密着性に大きく依存する。
【０００４】
たとえば絶縁スペーサを形成するために注型を行なう際に、金属電極と固体絶縁体との熱膨張係数が異なるため、金属電極と、一体注型される固体絶縁体との間に、熱膨張係数の差に起因する応力が発生する。この応力が原因で、金属電極と固体絶縁体とが密着されている界面近傍にて剥離が生じる可能性がある。絶縁スペーサを構成する一部に剥離が存在すると、絶縁スペーサに電圧を印加させた際に剥離が発生した部分を起点とした部分放電が発生し、時間の経過とともに放電が進展して最終的に絶縁破壊を起こす可能性がある。
【０００５】
このため従来より、たとえば特開平８−３２２１１９号公報（以下、「特許文献１」）に開示されているように、絶縁スペーサを構成する導電性材料からなるシールド電極と、固体絶縁体としての絶縁部材とを、可とう性の導電材料を介して接続させることにより、シールド電極と絶縁部材との密着性を向上させる方法が用いられている。
【特許文献１】特開平８−３２２１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される従来の絶縁スペーサの形成方法においては、シールド電極と絶縁部材との間に可とう性があり、シールド電極と絶縁部材との熱膨張係数の差の影響を緩和するための導電材料を挟んでいる。このことにより、熱膨張係数の差に起因する応力による剥離を抑制している。しかし、この可とう性の導電材料の密着強度については記載されておらず、仮に可とう性の導電材料の密着強度が弱い場合、シールド電極と絶縁部材との剥離を抑制できないという問題点があった。具体的には、仮にこの導電材料に体積収縮力を超える過剰な応力が加わると導電材料と絶縁部材、すなわちシールド電極と絶縁部材との間で剥離が発生する可能性がある。すると、たとえば剥離している箇所を起点とする部分放電により、絶縁スペーサの絶縁性能が著しく低下することがある。なお、ここでいう（あるいは定義する）体積収縮力とは、たとえば可とう性を有する導電材料に外部から加える応力のうち、当該可とう性導電材料が伸縮するのみでたとえば剥離や破損を起こさない限界の応力のことである。
【０００７】
また、内部に埋め込む金属電極の加工を行なう際に、加工不良により、形成した金属電極の表面にバリなどの突起物が発生することがある。金属電極の表面に突起物を発生させた状態で一体注型を行ない、形成された絶縁スペーサに電圧を印加すると、突起物の先端部を起点とした部分放電が発生し、最終的に絶縁破壊を起こす可能性がある。
【０００８】
特許文献１に開示される、金属電極の表面上に可とう性の導電材料を塗布、またはコーティングにより供給する方法を用いると、特に可とう性の導電材料の膜厚が薄い場合には金属電極の表面上の突起の長さが可とう性の導電材料の膜より突出してしまうため、導電材料の塗布後にも突起形状が残る。その結果、通常の、導電材料がコーティングされていない金属電極である裸電極と同様に突起物を起点として部分放電を起こし、最終的に絶縁破壊を起こす可能性がある。
【０００９】
本発明は、上述した各問題に鑑みなされたものであり、その目的は、金属電極と、その表面上（外周部）に存在する固体絶縁体との密着性を向上させることにより、金属電極と固体絶縁体との界面近傍における剥離を抑制させた絶縁スペーサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の絶縁スペーサは、金属電極と、金属電極の表面上に配置された導電性材料層と、導電性材料層の表面上に配置された接着材料層を介して上記金属電極と接続された固体絶縁体とを備える、絶縁スペーサである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の絶縁スペーサは、金属電極と、その表面上（外周部）に存在する固体絶縁体との密着性が向上されており、金属電極と固体絶縁体との界面近傍における剥離を抑制させている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態が説明される。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす部位には同一の参照符号が付されており、その説明は、特に必要がなければ、繰り返さない。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における絶縁スペーサの構成を示す概略図である。図２は、図１中の線分ＩＩ−ＩＩにおける、絶縁スペーサの断面模式図である。図３は、図１の絶縁スペーサの図２による断面模式図を含む、ガス絶縁開閉装置の内部の断面模式図である。さらに図４は、本発明の実施の形態１における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明の実施の形態１における絶縁スペーサ６は、中央部分にたとえば底面が円形で、ある一定の厚み（対向する１対の円形を有する表面の距離）を持つ円柱形の金属電極２を備えている。金属電極２の表面上、すなわち図１および図２に示すように円柱形の金属電極２の長軸方向の表面上（外周部）に配置された導電性材料層３を備えている。また、導電性材料層３の表面上、すなわちたとえば円筒形に配置された導電性材料層３の長軸方向の表面の外周部に配置された接着材料層４を介して金属電極２および導電性材料層３と接続された固体絶縁体１とを備えている。本発明の実施の形態１における絶縁スペーサ６を構成する金属電極２は、導電性材料層３および接着材料層４を介して、固体絶縁体１と接続（接着）されている。なお、図１に示すように、導電性材料層３は、金属電極２の表面上（外周部）の全面に配置されていてもよいし、同様に接着材料層４は、導電性材料層３の表面上（外周部）の全面に配置されていてもよい。
【００１５】
金属電極２は、たとえばアルミニウムから形成されており、図３に示すように、絶縁スペーサ６を、たとえばガス絶縁開閉装置のタンク１０の内部に備わる、電力の経路としての高圧導体５と接続するための電極である。ここで、金属電極２と高圧導体５とは、たとえば図示しないボルトにより固定されている。絶縁スペーサ６の固体絶縁体１は、たとえばエポキシ樹脂から形成され、たとえば金属製のタンク１０に対して絶縁を保ちながら固定し、高圧導体５をタンク１０に対して支持する役割を有する。
【００１６】
固体絶縁体１については、図１の断面図である図２、および図３中において、タンク１０の内周表面に対して、たとえば４５°など斜め方向を向いた構成となっている。この場合、固体絶縁体１は、円すい状の形状を有している。このように固体絶縁体１をタンク１０に対して斜め方向を向かせることにより、金属電極２からタンク１０までの、固体絶縁体１を介する距離（固体絶縁体１の表面に沿った距離）が見かけ上大きくなる。このような構成にすることにより、固体絶縁体１の表面の導電性材料層３（接着材料層４）からタンク１０までの沿面長を見かけ上大きくすることができる。したがって、固体絶縁体１の絶縁性能を向上することができる。
【００１７】
図１および図２に示す絶縁スペーサ６は、図３に示すように、ガス絶縁開閉装置のタンク１０の内部に接続される。具体的には、複数本の高圧導体５が、高圧導体５の長手方向（図３における左右方向）に一定間隔ごとに設置された絶縁スペーサ６の金属電極２を介して接続されている。このように高圧導体５と絶縁スペーサ６とが接続されることにより、絶縁スペーサ６は高圧導体５を機械的に支持し、かつ高圧導体５と周囲とを電気的に絶縁する役割を果たす。
【００１８】
上述したように、絶縁スペーサ６を構成する金属電極２は、高圧導体５に接続されている。このため、金属電極２には高圧導体５と同様に高い電圧が加えられる。したがって、絶縁スペーサ６においては、金属電極２と固体絶縁体１との間で非常に高い電界が印加される。また、金属電極２と高圧導体５には数千アンペアの電流が流れるため、金属電極２の温度が上昇することがある。すると、金属電極２と固体絶縁体１との熱膨張係数の差に起因する応力が発生することがある。この応力が原因となって、金属電極２と固体絶縁体１との間に剥離などの欠陥が発生することがある。
【００１９】
この部位にたとえば金属電極２と固体絶縁体１とが密着せず剥離しているなどの欠陥が存在すると、たとえば剥離している箇所を起点とする部分放電により、絶縁スペーサ６の絶縁性能が著しく低下することが知られている。そのため、この欠陥の発生を抑制するために、金属電極２の表面上（外周部）を導電性材料層３にて覆っている。この導電性材料層３は、可とう性を有する、たとえばウレタンゴムやＥＰＴゴムなどを用い、たとえばここへカーボンを添加させて導電性を持たせたものである。このような可とう性を有する導電性材料層３が、金属電極２の表面上（外周部）に備えられていることにより、金属電極２と固体絶縁体１との熱膨張係数の差に起因する応力を吸収により緩和させ、たとえば剥離などの欠陥の発生を抑制させることができる。また、たとえばカーボンを添加させて導電性を持たせることにより、導電性の材料が、金属電極２と導電性材料層３との間の電位差を小さくするため、電界緩和効果を発揮する。したがって、金属電極２と導電性材料層３との間で発生した剥離における部分放電を抑制させることができる。
【００２０】
また、導電性材料層３を形成するウレタンゴムやＥＰＴゴムが、金属電極２の表面上（外周部）に備えられたときの、金属電極２と固体絶縁体１との密着強度を向上させるために、図１に示すように、導電性材料層３の表面上（外周部）には、接着材料層４が配置されている。この接着材料層４が、金属電極２、導電性材料層３および固体絶縁体１の互いの密着強度を強化させている。導電性材料層３が、上述したように可とう性により熱膨張係数の差に起因する応力を緩和させるが、仮にこの導電性材料層３に体積収縮力を超える過剰な応力が加わっても、接着材料層４の接着力により、図１および図４の導電性材料層３と固体絶縁体１との間で剥離の発生を抑制することができる。そのため、たとえ剥離が発生したとしても、金属電極２と導電性材料層３との間の領域に留まる。このため、部分放電を抑制することができ、絶縁スペーサ６の絶縁性能を確保することができる。
【００２１】
以上より、図１、図２、および図４に示すように、金属電極２と固体絶縁体１とは、導電性材料層３および接着材料層４で接続されている。接着材料層４は、非常に高い電界が印加される金属電極２と固体絶縁体１との間の領域に配置される。このため、電界を緩和させるために、接着材料層４には導電性を有する材料を添加させることが好ましい。このようにすれば、たとえば接着材料層４を配置する際に接着材料層４の内部に混入する欠陥や巻き込みボイドなどが発生しても、導電性の材料が、金属電極２と接着材料層４との間の電位差を小さくするため、電界緩和効果を発揮する。したがって、発生した欠陥（ボイド）の内部における部分放電を抑制させることができる。
【００２２】
ここで、接着材料層４の内部には、導電性材料層３中に添加されている導電材料と同一である第１の導電材料、たとえばカーボンを添加させることにより、電界緩和効果をもたらす構成としてもよい。また、導電性材料層３中に添加されている導電材料と異なる第２の導電材料、たとえば銀、銅などの金属微粒子を添加させることにより、同様の効果をもたらす構成としてもよい。
【００２３】
後述するように、注型により絶縁スペーサ６全体を形成し、その際の硬化により接着材料層４が形成される。すなわち当初の接着材料層４を形成する材料はたとえばペースト状である。したがって、接着材料層４の（添加する導電材料を除く）本体の材料としては、このペーストを直接供給する固体絶縁体１および導電性材料層３との密着性の良好な材料を用いることが好ましい。また、接着材料層４のペーストを配置（塗布）する際に、ペーストの内部におけるボイドや欠陥の発生を抑制するために、接着材料層４のペーストの粘度が低い材料を用いることが好ましい。
【００２４】
ここで絶縁スペーサ６の形成方法について説明する。まず、図１および図２に示すように、金属電極２の表面上（外周部）を覆うように、導電性材料層３として、たとえば粘土状のウレタンゴムやＥＰＴゴムにカーボンを添加させて導電性を持たせたものを供給（塗布）する。この供給した導電性材料層３は、たとえば成形用の金型を用いて所望の形状となるよう成形する。この状態で、金属電極２に導電性材料層３を供給したものを加熱成形する。次に、図１に示すように、導電性材料層３の表面上（外周部）に、上述した接着材料層４のペーストを供給する。ここでも同様に、たとえば成形用の金型を用いて所望の形状となるよう成形する。さらに、たとえば所望の形状となるよう形成できる成形用の金型を用いて、接着材料層４のペーストの表面上（外周部）に固体絶縁体１を配置させるために、たとえば液体状もしくはゲル状のエポキシ樹脂を供給し、図１または図４に示す状態となるように準備する。この状態でたとえば加熱により材料を硬化させると、図１、図３、または図４に示す状態を有する絶縁スペーサ６が形成される。以上に述べた一体注型により、固体絶縁体１、導電性材料層３および接着材料層４を、金属電極２に接続、固着させることができる。
【００２５】
以上の手順により、絶縁スペーサ６が形成される。したがって、形成時に材料を硬化させるときにもたとえば固体絶縁体１を形成するエポキシ樹脂が硬化収縮したり、過剰な応力が加わることがある。このため、たとえば仮にこの導電性材料層３が硬化するときに体積収縮力を超える過剰な応力が加わっても、接着材料層４の接着力により、図１および図４の導電性材料層３と固体絶縁体１との間で剥離の発生を抑制することができる。そのため、たとえば剥離している箇所を起点とする部分放電を抑制し、絶縁スペーサ６の絶縁性能を確保することができる。
【００２６】
なお、接着材料層４は、導電性材料層３および固体絶縁体１との密着性をさらに良好にするため、導電性材料層３および固体絶縁体１の表面のうち、接着材料層４と密着する領域の面積が大きいことがさらに好ましい。したがって、導電性材料層３および固体絶縁体１の表面のうち、接着材料層４と密着する領域の面粗度が大きいことがさらに好ましい。具体的には、上述した面粗度は３μｍ以上１０μｍ以下であることがさらに好ましい。このため、たとえば金属電極２に導電性材料層３を供給したものを加熱成形した後、導電性材料層３の表面（接着材料層４を供給する表面）の面粗度を大きくする加工を施してもよい。
【００２７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。図５に示すように、本発明の実施の形態１における導電性材料層３が複数の導電層からなり、複数の導電層は互いに異なる材料により構成されていてもよい。
【００２８】
図５に示す、本発明の実施の形態１における導電性材料層としての導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、比誘電率が異なるコーティング材料が複数の層として多層コーティングされたものである。ここで、複数の導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄそれぞれの比誘電率は金属電極２の比誘電率より小さく、固体絶縁体１の比誘電率より大きいことが好ましい。なお、ここでは金属電極２を比誘電率の非常に高い誘電体と仮定している。また、導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄは、金属電極２側から固体絶縁体１側へ向かうにつれて比誘電率が段階的に小さくなるように積層されていることが好ましい。以上より、比誘電率が段階的に、金属電極２＞導電層８ａ＞導電層８ｂ＞導電層８ｃ＞導電層８ｄ＞固体絶縁体１となることが好ましい。なお、金属電極２＞導電層８ａ＞導電層８ｂ＞導電層８ｃ＞導電層８ｄ＞接着材料層４＞固体絶縁体１となることがさらに好ましい。
【００２９】
図６は、本発明の実施の形態２における絶縁スペーサの、金属電極２の表面上に突起状の欠陥が存在する場合における導電層の積層状態を示す断面図である。金属電極２の加工不良あるいは異物の混入などにより、金属電極２の表面上に図６に示す、鋭利な先端を持つ突起状欠陥７が存在すると、その突起状欠陥７を起点として、金属電極２と固体絶縁体１との間に電界集中が発生する。突起状欠陥７の先端部の電界は、仮に突起が存在しない場合の１０倍以上となることがある。このため、突起状欠陥７により容易に部分放電が発生する。
【００３０】
そこで、図５に示すように金属電極２側から固体絶縁体１側に向かうにつれて比誘電率を段階的に小さくする。この場合において、図６に示すように金属電極２の表面上に突起状欠陥７が存在したとする。すると、図６に示す突起状欠陥７を有する絶縁スペーサ６に、ＡＣ電圧や雷インパルス、開閉サージなどの高電圧が印加されたとしても、突起状欠陥７の先端部の電界が容量分圧により緩和され、部分放電を抑制できる。この結果、絶縁スペーサ６の絶縁性能の低下を抑制することができる。
【００３１】
上述したように、金属電極２の加工不良あるいは異物の混入などにより、金属電極２の表面上にたとえば図６に示す、鋭利な先端を持つ突起状欠陥７が存在すると仮定する。すると、通常の、導電層がコーティングされていない金属電極２である裸電極を埋め込んで上述した一体注型により形成された絶縁スペーサ６は、たとえば金属電極２に高電圧が印加されると、突起状欠陥７の鋭利な先端から部分放電が発生する。しかし、突起状欠陥７が存在する金属電極２の表面上に導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄが多層コーティングされたものを埋め込んで形成された絶縁スペーサ６は、たとえば金属電極２に高電圧が印加された場合、突起状欠陥７の先端における電界が低下する。
【００３２】
図７は、金属電極に存在する突起状欠陥の先端からの距離と、電界強度との関係を示すグラフである。図７において、横軸はたとえば図６に示す突起状欠陥７の先端からの距離を示す。ここで距離とは、突起状欠陥７の先端から、金属電極２の表面にほぼ直交する方向に引いた第１の直線上における、突起状欠陥７の先端からの距離のことである。また、縦軸は第１の直線上において、突起状欠陥７の先端からの距離に対する電界強度を示したものである。このように突起状欠陥７の先端からの距離に対する電界強度を、突起状欠陥７が裸電極の表面上に存在する絶縁スペーサ６と、突起状欠陥７がたとえば図５に示す多層コーティングされた金属電極２の表面上に存在する絶縁スペーサ６についてプロットすると、図７のようになる。
【００３３】
図７より、突起状欠陥７の先端において電界強度は最大となっており、先端からの距離が大きくなるにつれて、電界強度が小さくなっている。このことから、突起状欠陥７の先端を起点とした電界集中が発生していることがわかる。ただし、金属電極２の表面上に多層コーティングを施すことにより比誘電率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６の方が、裸電極の絶縁スペーサ６よりも、突起状欠陥７の先端における電界強度は小さくなっている。したがって、多層コーティングにより比誘電率を段階的に変化させた金属電極２を用いた方が、電界集中を抑制することができる。このため、多層コーティングにより比誘電率を段階的に変化させた金属電極２を用いた方が、部分放電を抑制することができる。
【００３４】
また、図７において、金属電極２の表面上に多層コーティングを施すことにより比誘電率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６の方が、裸電極の絶縁スペーサ６よりも、突起状欠陥７の先端から離れた場所においては電界強度が小さくなっている。なお、突起状欠陥７の先端からの距離がさらに大きくなった場所については、いずれの場合も電界強度はほぼ同じになっているが、これは突起状欠陥７の先端部の高い電界強度の影響が、先端部のごく近傍の領域だけであることを示している。すなわち、突起状欠陥７の先端部からある程度の距離だけ離れれば、突起状欠陥７による電界集中の影響が十分小さくなり、突起状欠陥７のない場合の電界値に近づく。
【００３５】
さらに、図７より、金属電極２の表面上に多層コーティングを施すことにより比誘電率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６の方が、裸電極の絶縁スペーサ６よりも、電界強度のグラフが示す傾きが小さくなっている。すなわち、距離に対する電界強度の変化率（電界勾配）が小さくなっている。距離に対する電界勾配は、金属電極２側から固体絶縁体１側へ向かうときの比誘電率の変化率に比例する。
【００３６】
構成を形成するための、導電性材料層としての導電層は、図５および図６においては導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの４層の多層コーティングとしている。しかし、導電層の層数は必ずしも４層である必要はなく、２層以上５層以下であることが好ましい。金属電極２から固体絶縁体１（接着材料層４）に向かうにつれて段階的に比誘電率が変化するようにするため、導電層の層数は２層以上で多いほど好ましい。しかし、生産効率や経済性も勘案の上、２層以上５層以下であることがさらに好ましい。
【００３７】
以上のように多層コーティングにより比誘電率を段階的に変化させた複数の導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄからなる導電性材料層３と、接着材料層４とを備えた金属電極２を備える絶縁スペーサ６を用いることにより、上述したように部分放電を抑制することができる。さらに、複数の導電層と金属電極２の表面との間の領域に剥離やボイドが発生したとしても、部分放電が発生する電圧の下限値を高くすることができる。その結果、絶縁スペーサ６の絶縁性能の低下を抑制することができる。
【００３８】
以上においては突起状欠陥７が存在している金属電極２の表面上に多層コーティングを施した場合の効果について主に説明している。しかし、突起状欠陥７が存在しない金属電極２の表面上に同様の多層コーティングを施した場合においても同様に、金属電極２の表面上に多層コーティングを施すことにより比誘電率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６の方が、裸電極の絶縁スペーサ６よりも、部分放電の発生を抑制させることができる。
【００３９】
本発明の実施の形態２は、本発明の実施の形態１の構成や条件、工程、手法、効果にさらに、上述した構成や効果などが加わったものである。すなわち、本発明の実施の形態２において、上述しなかった構成や条件、工程、手法、効果などは、全て本発明の実施の形態１に準ずる。
【００４０】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。図８に示すように、本発明の実施の形態３における導電性材料層も、先述した本発明の実施の形態２における導電性材料層と同様に、複数の導電層からなり、複数の導電層は互いに異なる材料により構成されている。
【００４１】
図８に示す、本発明の実施の形態１における導電性材料層としての導電層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、電気抵抗率が異なるコーティング材料が複数の層として多層コーティングされたものである。ここで、複数の導電層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄそれぞれの電気抵抗率は金属電極２の電気抵抗率より大きく、固体絶縁体１の電気抵抗率より小さいことが好ましい。また、導電層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、金属電極２側から固体絶縁体１側へ向かうにつれて電気抵抗率が段階的に大きくなるように積層されていることが好ましい。以上より、電気抵抗率が段階的に、金属電極２＜導電層９ａ＜導電層９ｂ＜導電層９ｃ＜導電層９ｄ＜固体絶縁体１となることが好ましい。なお、金属電極２＜導電層９ａ＜導電層９ｂ＜導電層９ｃ＜導電層９ｄ＜接着材料層４＜固体絶縁体１となることがさらに好ましい。なお、導電層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの電気抵抗率は、１０９Ωｃｍ以上１０１４Ωｃｍ以下であることがさらに好ましい。電気抵抗率を上述した範囲内となるよう設定すれば、電気抵抗率の変化により段階的に耐電圧値を変化させることができる。
【００４２】
図９は、本発明の実施の形態３における絶縁スペーサの、金属電極２の表面上に突起状の欠陥が存在する場合における導電層の積層状態を示す断面図である。たとえば図９に示す突起状欠陥７を有する金属電極２の表面上に、図６に示す導電層８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄの代わりに、図９に示す導電層９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを多層コーティングさせた場合も、先述した本発明の実施の形態２における多層コーティングと全く同様の効果を奏する。すなわち、図８に示すように金属電極２側から固体絶縁体１側に向かうにつれて電気抵抗率を段階的に大きくする。この場合において、図９に示すように金属電極２の表面上に突起状欠陥７が存在したとする。すると、図９に示す突起状欠陥７を有する絶縁スペーサ６に高電圧が印加されたとしても、突起状欠陥７の先端部の電界が抵抗分圧により緩和され、部分放電を抑制できる。この結果、絶縁スペーサ６の絶縁性能の低下を抑制することができる。
【００４３】
また、金属電極２の表面上に多層コーティングを施すことにより電気抵抗率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６についても、先述した比誘電率を段階的に変化させた絶縁スペーサ６と同様に、図７に示すように、裸電極の絶縁スペーサ６に比べて、突起状欠陥７の先端における電界強度、突起状欠陥７の先端から離れた場所における電界強度は小さくなる。したがって、電気抵抗率を段階的に小さくした絶縁スペーサ６を用いると、電界集中を抑制することができる。
【００４４】
本発明の実施の形態３において、上述しなかった構成や条件、工程、手法、効果などは、全て本発明の実施の形態２に準ずる。
【００４５】
（実施の形態４）
以上に述べた本発明の実施の形態１〜３における絶縁スペーサに用いる導電性材料層３は、たとえば実施の形態１のように単層であっても、たとえば実施の形態２または３のように多層コーティングにより形成されたものであっても、その厚みは１００μｍ以上５００μｍ以下であることがさらに好ましい。ここで、たとえば実施の形態２または３のように多層コーティングされている場合には、多層コーティングされている複数の導電層の厚みの合計が１００μｍ以上５００μｍ以下であることがさらに好ましい。このような構成にすることにより、さらに電界集中を抑制することができる。
【００４６】
高さが１００μｍ以上ある突起状欠陥７（図６、８参照）が存在する金属電極２は、これを絶縁スペーサ６を形成するために使用した場合、絶縁スペーサ６の絶縁性能の低下を招く部分放電などの原因となる可能性がある。なお、ここで高さとは、金属電極２の表面にほぼ直交する方向における２点間の距離を表わす高さであり、導電性材料層３の厚みと同一方向を意味する。
【００４７】
たとえば突起状欠陥７の高さが１００μｍである場合、その上に厚みが１００μｍ以上の導電性材料層３を形成すれば、導電性材料層３に添加させている導電材料が突起状欠陥７の周囲をマスクする効果により、突起状欠陥７による電界集中を抑制することができる。したがって、導電性材料層３の厚みは１００μｍ以上であり、厚いほど突起状欠陥７の周囲をマスクする効果が増大されるためさらに好ましい。しかし、たとえば突起状欠陥７の高さが５００μｍ以上であれば、金属電極２を加工した段階で目視により突起状欠陥７の存在が確認できるため、突起状欠陥７の修正が可能である。したがって、品質管理上は、高さが１００μｍ以上５００μｍ以下の突起状欠陥７に対して電界集中を抑制させるための構成を備えることが好ましい。目視で確認できない、高さが５００μｍ以下の突起状欠陥７に対して電界集中を抑制させるためには、５００μｍ以下の厚みを持つ導電性材料層３を用いればよい。
【００４８】
したがって、実施の形態１〜３において、欠陥管理のレベルに合わせて１００μｍ以上５００μｍ以下の厚みの導電性材料層３を用いることにより、突起状欠陥７の、たとえば電界集中による部分放電の発生をさらに抑制することができる。すなわち、絶縁スペーサ６の絶縁機能の低下をさらに抑制することができる。
【００４９】
本発明の実施の形態４において、上述しなかった構成や条件、工程、手法、効果などは、全て本発明の実施の形態１〜３に準ずる。
【００５０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の絶縁スペーサは、金属電極と固体絶縁体との密着性を向上させ、電界集中を抑制させることにより、絶縁性能の低下を抑制させた絶縁スペーサとして特に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態における絶縁スペーサの構成を示す概略図である。
【図２】図１中の線分ＩＩ−ＩＩにおける、絶縁スペーサの断面模式図である。
【図３】図１の絶縁スペーサの図２による断面模式図を含む、ガス絶縁開閉装置の内部の断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２における絶縁スペーサの、金属電極２の表面上に突起状の欠陥が存在する場合における導電層の積層状態を示す断面図である。
【図７】金属電極に存在する突起状欠陥の先端からの距離と、電界強度との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態３における絶縁スペーサの図３中に丸点線で囲んだ「ＩＶ」の領域の拡大断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３における絶縁スペーサの、金属電極２の表面上に突起状の欠陥が存在する場合における導電層の積層状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ 固体絶縁体、２ 金属電極、３ 導電性材料層、４ 接着材料層、５ 高圧導体、６ 絶縁スペーサ、７ 突起状欠陥、８ａ 導電層、８ｂ 導電層、８ｃ 導電層、８ｄ 導電層、９ａ 導電層、９ｂ 導電層、９ｃ 導電層、９ｄ 導電層、１０ タンク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属電極と、
前記金属電極の表面上に配置された導電性材料層と、
前記導電性材料層の表面上に配置された接着材料層を介して前記金属電極と接続された固体絶縁体とを備える、絶縁スペーサ。
【請求項２】
前記導電性材料層および前記接着材料層は、前記金属電極の軸方向の表面と前記固体絶縁体の端部とが相対する面の間に配置される、請求項１に記載の絶縁スペーサ。
【請求項３】
前記接着材料層には前記導電性材料層中に添加されている導電材料と同一である第１の導電材料または前記導電性材料層中に添加されている導電材料とは異なる第２の導電材料を添加させている、請求項１ないし請求項２に記載の絶縁スペーサ。
【請求項４】
前記導電性材料層は、複数の導電層からなり、
前記複数の導電層は互いに異なる材料により構成され、
前記複数の導電層の比誘電率は前記固体絶縁体の比誘電率より大きく、
前記複数の導電層は、前記金属電極側から前記固体絶縁体側へ向かうにつれて比誘電率が段階的に小さくなるように積層されている、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の絶縁スペーサ。
【請求項５】
前記導電性材料層は、複数の導電層からなり、
前記複数の導電層は互いに異なる材料により構成され、
前記複数の導電層の電気抵抗率は前記金属電極の電気抵抗率より大きく、前記固体絶縁体の電気抵抗率より小さく、
前記複数の導電層は、前記金属電極側から前記固体絶縁体側へ向かうにつれて電気抵抗率が段階的に大きくなるように積層されている、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の絶縁スペーサ。
【請求項６】
前記複数の導電層の電気抵抗率は１０９Ωｃｍ以上１０１４Ωｃｍ以下である、請求項５に記載の絶縁スペーサ。
【請求項７】
前記導電性材料の厚みは１００μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の絶縁スペーサ。
【請求項１】
金属電極と、
前記金属電極の表面上に配置された導電性材料層と、
前記導電性材料層の表面上に配置された接着材料層を介して前記金属電極と接続された固体絶縁体とを備える、絶縁スペーサ。
【請求項２】
前記導電性材料層および前記接着材料層は、前記金属電極の軸方向の表面と前記固体絶縁体の端部とが相対する面の間に配置される、請求項１に記載の絶縁スペーサ。
【請求項３】
前記接着材料層には前記導電性材料層中に添加されている導電材料と同一である第１の導電材料または前記導電性材料層中に添加されている導電材料とは異なる第２の導電材料を添加させている、請求項１ないし請求項２に記載の絶縁スペーサ。
【請求項４】
前記導電性材料層は、複数の導電層からなり、
前記複数の導電層は互いに異なる材料により構成され、
前記複数の導電層の比誘電率は前記固体絶縁体の比誘電率より大きく、
前記複数の導電層は、前記金属電極側から前記固体絶縁体側へ向かうにつれて比誘電率が段階的に小さくなるように積層されている、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の絶縁スペーサ。
【請求項５】
前記導電性材料層は、複数の導電層からなり、
前記複数の導電層は互いに異なる材料により構成され、
前記複数の導電層の電気抵抗率は前記金属電極の電気抵抗率より大きく、前記固体絶縁体の電気抵抗率より小さく、
前記複数の導電層は、前記金属電極側から前記固体絶縁体側へ向かうにつれて電気抵抗率が段階的に大きくなるように積層されている、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の絶縁スペーサ。
【請求項６】
前記複数の導電層の電気抵抗率は１０９Ωｃｍ以上１０１４Ωｃｍ以下である、請求項５に記載の絶縁スペーサ。
【請求項７】
前記導電性材料の厚みは１００μｍ以上５００μｍ以下である、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の絶縁スペーサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−９３８７３（Ｐ２０１０−９３８７３Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２５８５５３（Ｐ２００８−２５８５５３）
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３日（２００８．１０．３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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