JP2000268653A - 高電圧用磁器がいし - Google Patents
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Abstract
すなわち急峻波強度を向上させた高電圧用磁器がいしを
提供する。 【解決手段】磁器がいし本体1と、磁器がいし本体1の
表面に設けた高誘電率結晶を含有する主として磁器質原
料からなる第1のコーティング層2と、第1のコーティ
ング層2の表面に設けた釉薬からなる第2のコーティン
グ層3とから高電圧用磁器がいしを構成する。
Description
に関するものであり、特に、機械的強度と絶縁破壊強度
すなわち急峻波強度に優れた高電圧用磁器がいしに関す
るものである。
械的支持を行う構成部材として、中実がいしや懸垂がい
し等の磁器がいしが知られている。これらの磁器がいし
は、アルミナ、粘土等の原料を混合、成形して成形体を
作製し、作製した成形体の表面に釉薬を塗布した後、釉
薬を塗布した成形体を焼成することで作製している。磁
器がいしの素地固有の絶縁破壊強度を得るためには、無
釉とすることが必要であるが、釉薬を使用することで、
素地表面の微小欠陥を埋めること、および、素地との熱
膨張率差により内部応力を生じさせることで、磁器がい
しの引張強度を発現させている。
れている磁器がいしは、通常の電圧や汚損雰囲気下での
使用には十分耐えることができる。しかしながら、より
高い電圧が加わる状態、すなわち天然雷の放電による急
峻雷インパルス電圧が加わった場合には、これらの従来
知られている磁器がいしでは不十分であり、絶縁破壊強
さを抜本的に改善する必要があった。
て、本出願人は、釉薬に所定量のMnOなどを加える技
術(特開昭63−211525号公報)、懸垂がいしに
おけるサンドと釉薬の誘電率を規定する技術(特開平9
−63379号公報)、磁器にコランダム結晶を含有さ
せる技術(特開平10−228818号公報)等を提案
しているが、いずれも磁器がいし本体の表面に釉薬を塗
布した構造であるため、急峻波強度はある程度改善され
るものの、急峻波強度の抜本的な改善を達成することが
できなかった。
長石、アルミナ、坏土のうち長石の配合比率を高め、ガ
ラス相のみを生成するようにしたものである。そのた
め、釉薬は本質的にはガラスと同等の高い絶縁破壊強度
を有するはずであるが、気孔が内在するためその強さは
磁器を下回っている。気孔(空気)の誘電率が、周囲の
ガラス相に比べて小さいので、電位が加わった場合は、
気孔に電界が集中するためと考えられる。また、釉薬の
誘電率が磁器がいし本体の誘電率よりも低いため、例え
ば、釉薬が急峻波パルスを印加した時の弱点となってい
た。そのため、磁器がいし本体の表面に釉薬を塗布した
従来の磁器がいしの構造では、抜本的な改善が難しいこ
とが判明した。
願人は、特開平7−262854号公報において、磁器
がいし本体の表面に釉薬を塗布し、その釉薬の上に釉薬
よりも絶縁破壊強度の高いコーティング層を設ける技術
を開示している。しかし、この例でも、磁器がいし本体
の表面には気孔の存在する釉薬を使用するため、上記釉
薬の問題を解消することはできなかった。
機械的強度を低下させることなく絶縁破壊強度すなわち
急峻波強度を向上させた高電圧用磁器がいしを提供しよ
うとするものである。
いしは、磁器がいし本体と、磁器がいし本体の表面に設
けた高誘電率結晶を含有する主として磁器質原料からな
る第1のコーティング層と、第1のコーティング層の表
面に設けた釉薬からなる第2のコーティング層とからな
ることを特徴とするものである。
電率結晶を含有する主として磁器質原料からなる第1の
コーティング層を設けることで、釉薬と等価もしくはそ
れ以上の圧縮ストレスを磁器がいし本体に与えることが
できるほか、釉薬の欠点である気孔量を減少させ、機械
的、電気的両面より素地の高い固有強度を発現させるこ
とができる。また、第1のコーティング層が、好ましく
は酸化チタンおよび/またはチタン酸化合物からなる比
誘電率が10以上の高誘電率結晶を含む。これにより、
第1のコーティング層の見かけの比誘電率を好ましくは
4以上とでき、第1のコーティング層と磁器がいし本体
との誘電率の差を小さくでき、第1のコーティング層が
急峻波パルス印加時の弱点とならない。さらに、第1の
コーティング層の気孔率を第2のコーティング層の気孔
率よりも小さくすることで、このことでも第1のコーテ
ィング層が急峻波パルス印加時の弱点とならず、好まし
い。
して懸垂がいしの一例の構成を示す部分断面図である。
図1に示す例において、1は磁器からなる懸垂がいし本
体、2は磁器がいし本体1の表面に設けた高誘電率結晶
を含有する主として磁器質原料からなる第1のコーティ
ング層、3は第1のコーティング層2の表面に設けた釉
薬からなる第2のコーティング層、4は第2のコーティ
ング層3に付着させた不定形のサンド、5はキャップ金
具、6はピン金具、7はキャップ金具5とサンド4との
間およびピン金具6とサンド4との間を接合するセメン
トである。図1に示す懸垂がいしの構成において、本発
明の特徴は、懸垂がいし本体1の表面に所定の第1のコ
ーティング層2を設けた点である。
主として磁器質原料、好ましくは、SiO2 :50〜6
0wt%、Ai2 O3 :20〜30wt%、その他Mg
O、CaO、K2 O+Na2 Oからなる原料を用いる。
この磁器質原料は、従来から釉薬として知られている原
料に比べて、SiO2 およびAl2 O3 の添加量におい
て明らかに異なっている。また、上記磁器質原料に対し
て添加する高誘電率結晶としては、好ましくは1MHz
における比誘電率が10以上の結晶、さらに好ましくは
酸化チタンおよび/またはチタン酸化合物(MgTiO
3 、CaTiO3 、BaTiO3 、MgO・Al2 O3
・3TiO2 )からなる結晶を使用する。そして、第1
のコーティング層2全体の比誘電率は4以上であること
が好ましい。これらの構成は急峻波強度向上に寄与す
る。さらに、第1のコーティング層2の厚さについては
特に限定しないが、0.1mm以上であることが、急峻
波特性向上の観点で好ましい。さらにまた、第1のコー
ティング層2と懸垂がいし本体1との熱膨張率の差につ
いても特に限定しないが、650℃において0.1〜
0.2%であると機械的強度が向上するため好ましい。
ら知られている釉薬を使用する。釉薬組成の一例として
は、SiO2 :60〜70wt%、Al2 O3 :10〜
20wt%、釉薬気泡を除去するため好ましくはMn
O:1wt%以上の組成があげられる。また、気孔率に
ついても特に限定しないが、第1のコーティング層2の
気孔率よりも大きい気孔率をして、第1のコーティング
層2が急峻波パルス印加時における弱点とならないよう
構成することが好ましい。さらに、厚さについても特に
限定しないが、0.5mmを超えると釉薬中に気孔が内
在するようになるので、0.5mm以下とすることが急
峻波強度向上の観点から好ましい。図1に示す例のよう
に、懸垂がいしの例では、第2のコーティング層3がサ
ンド4を磁器がいし本体1の頭部の外周面および内周面
に接着するために使用される。
法と同様に、磁器がいし本体1上に、磁器がいし本体1
と同様の素地を主成分とする原料を泥奨状態にしてディ
ッピングすることで形成される。そのため、第1のコー
ティング層2の気孔率は真空土連記で押し出した素地の
気孔率よりも高くなる。このため、第1のコーティング
層2の絶縁破壊強さは素地よりも低下することが避けら
れない。その結果可能な限り気孔率を減少し、これを補
う必要がある。また、磁器がいし本体1を構成する素地
の絶縁破壊強さは相当に高いレベルにあることにより、
素地と第1のコーティング層2の複合層を考えれば、素
地側の分担割合を増大し第1のコーティング層2に加わ
る電界を、少しでも緩和させることが必要である。この
ため、第1のコーティング層2には、誘電率が高いこと
が要求される。
は、第1のコーティング層2に好ましくは比誘電率10
以上の高誘電率結晶を含有させている。そのような高誘
電率結晶としては、酸化チタンの結晶相(比誘電率:ε
=100)、酸化チタンの焼成により得られる結晶相
(MgO・Al2 O3 ・3TiO2 、比誘電率:ε=2
0〜100)があげられる。
的性状の測定について解析する。従来、釉薬の誘電率は
流し込みにより成形された試料片を、所定の寸法に加工
することにより、その特性を測定している。本発明で
は、この方法に従って第1のコーティング層2の誘電率
を測定すると、その比誘電率が非現実的な値を示すケー
スが度々あり、実際に、磁器がいし本体1のピンホール
に施された第1のコーティング層2の性状を把握するこ
とが困難であることを見い出した。そこで、試料片にコ
ーティングされた第1のコーティング層2の誘電率を求
めるため、以下に示す方法を用いた。
グ層を形成したモデルに基づき、第1のコーティング層
2の静電容量(C1 )を、素地・コーティング複合層の
静電容量(C)と素地の静電容量(C2 )を個別に測定
し、以下の(1)式より算出する。C1 が求まれば、第
1のコーティング層2の誘電率は以下の(2)式によっ
て求まる。本例では、素地の厚さを出来るだけ薄くし、
C2 の値を大きくすることにより、Cの値との差を大き
くし、第1のコーティング層2の誘電率の測定精度を上
げた。具体的には、素地の厚さを1mmとし、C2 の値
を61.5pFとした。
コーティング層および第2のコーティング層を形成した
本発明の磁器がいしであって第1のコーティング層の誘
電率を変えた磁器がいしを準備し、峻度2500kV/
μsの急峻雷インパルス電圧(Vf=375kV)を2
0回印加したときの貫通率(貫通個数/供試数)から急
峻波強度を調べた。ここで、実際のがいしの貫通率は非
常に小さく、試験的にこれを検証するため、絶縁距離を
短くし貫通率が約10倍となるような試験用がいしを本
発明の磁器がいしとして使用した。結果を図3に示す。
また、基準として、磁器がいし本体1の表面に釉薬層の
みを設けた従来技術で製作した磁器がいしであって、上
述した本発明の試験がいしと同様に絶縁距離を短くし貫
通率が約10倍になるような試験用がいしを準備し、上
述した本発明の試験がいしと同様の試験を行ったとこ
ろ、貫通率は30%であった。図3の結果から、この貫
通率30%以下を満たすものは、第1のコーティング層
の比誘電率が4.0以上であり、第1のコーティング層
の比誘電率は4.0以上であることが、絶縁破壊強さの
点で好ましいことがわかった。
によれば、磁器がいし本体の表面に高誘電率結晶を含有
する主として磁器質原料からなる第1のコーティング層
を設けているため、釉薬と等価もしくはそれ以上の圧縮
ストレスを磁器がいし本体に与えることができるほか、
釉薬の欠点である気孔量を減少させ、機械的、電気的両
面より素地の高い固有強度を発現させることができる。
例の構成を示す部分断面図である。
めるのに使用したモデルの一例を示す図である。
率との関係を示すグラフである。
第2のコーティング層、4 サンド、5 キャップ金
具、6 ピン金具、7 セメント
Claims (5)
- 【請求項1】磁器がいし本体と、磁器がいし本体の表面
に設けた高誘電率結晶を含有する主として磁器質原料か
らなる第1のコーティング層と、第1のコーティング層
の表面に設けた釉薬からなる第2のコーティング層とか
らなることを特徴とする高電圧用磁器がいし。 - 【請求項2】前記高誘電率結晶が比誘電率10以上であ
る請求項1記載の高電圧用磁器がいし。 - 【請求項3】前記高誘電率結晶が、酸化チタンおよび/
またはチタン酸化合物である請求項1記載の高電圧用磁
器がいし。 - 【請求項4】前記第1のコーティング層の見かけの比誘
電率が4以上である請求項1〜3のいずれか1項に記載
の高電圧用磁器がいし。 - 【請求項5】前記第1のコーティング層の気孔率が、前
記第2のコーティング層の気孔率よりも小さい請求項1
記載の高電圧用磁器がいし。
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