JPH0456410B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、碍子の中央部分を貫通する内孔表面
の気密封着性を向上し、封着信頼性を高めた光フ
アイバ複合碍子に関するものである。 （従来の技術） 送配電線あるいは電力変電所では落雷事故等に
より送配電線路あるいは変電所内で発生した故障
点を速やかに検知して、復旧するシステムの開発
が望まれている。このため、従来、ポツケルス素
子、フアラデー素子を用いた光フアイバを利用し
た異常電圧、異常電流検出システムが使用されて
いる。 これらの光フアイバ複合碍子は種々構造が開示
されており、例えば特開昭60−158402号公報に於
いては、碍子の軸部の中心に貫通孔を有し、この
貫通孔に光フアイバを挿通し、貫通孔の全体また
は一部にシリコーンゴム等の有機絶縁物を充填す
ることにより光フアイバを封着し、碍子の表面漏
洩絶縁距離を減少させることを防止する技術及び
碍子の磁器全体を加熱し、貫通孔中に溶融したガ
ラスを貫通孔の全体または一部に流し込みを封着
する技術が知られている。 これらのシステムに使用する光フアイバ複合碍
子は、光フアイバを内蔵して光信号を確実に伝送
するばかりでなく、従来の碍子機能も重要であ
る。例えば、電力変電所では開閉器等の断路器を
光フアイバ複合碍子に置き換えて故障点検出シス
テムとする場合がある。この場合の光フアイバ複
合碍子は通常の断路器に使用されている中実支持
碍子と置き換える必要があるため、中実支持碍子
と同等の電気絶縁性能が要求される。 （発明が解決しようとする課題） 即ち、長時間の環境の温度変化、湿気等にさら
されても従来の碍子同様に電気絶縁性能を維持し
続けなければならない。つまり、シリコーンゴム
封着タイプ、ガラス封着タイプに限らず光フアイ
バとシリコーンゴム、ガラスの接着部の気密封着
性能あるいは碍子を貫通する内孔表面とシリコー
ンゴム、ガラスの接着部の気密封着性能を長期間
にわたつて維持することが重要な課題である。 しかしながら、碍子を貫通する内孔表面と光フ
アイバの封着材料であるシリコーンゴムまたは有
機材料との関係については、従来何等考慮がはら
われていなかつた。 本発明の目的は上述した課題を解消して、内孔
表面と封着材料との関係を調査することにより、
同一形状でも従来の中実碍子と同等の電気絶縁性
能を有する光フアイバ複合碍子を提供しようとす
るものである。 （課題を解決するための手段） 本発明の光フアイバ複合碍子は、碍子の中央部
分を貫通する内孔中に光フアイバを挿通するとと
もに、光フアイバと内孔表面をシリコーンゴムに
より封着した光フアイバ複合碍子において、前記
内孔表面を、釉薬を塗布して焼成した表面にした
ことを特徴とするものである。 また、本発明の光フアイバ複合碍子は、碍子の
中央部分を貫通する内孔中に光フアイバを挿通す
るとともに、光フアイバと内孔表面を無機材料に
より封着した光フアイバ複合碍子において、前記
内孔表面を研磨面にしたことを特徴とするもので
ある。 （作用） 本発明は有機材料または無機材料を封着材料と
して用いた光フアイバ複合碍子において、従来の
中実支持碍子と同等の電気絶縁性能を同一形状で
維持でき且つ、長期的な気密封着性に優れた内孔
表面の状態と封着材料との関係を見出したことに
よる。 すなわち、シリコーンゴムを封着材料として使
用する場合は、貫通する内孔表面を、釉薬を施し
た表面（以下施釉面と記す）とすることによつ
て、接着強度が改良されるとともに長期的な気密
性能が向上することを見出した。また、ガラス等
の無機材料を封着材料として使用する場合は、貫
通する内孔表面を研磨面にすることによつて、気
密性能が向上することを見出した。 その結果、光フアイバ複合碍子の内孔の表面を
封着材料にあわせて調整することにより、それぞ
れの封着材料に適した封着状態が得られ接着部の
気密性能が向上し、最終的に気密信頼性が高く電
気絶縁性も良好な光フアイバ複合碍子を用いた送
変電線、電力変電用の故障点検出システムを得る
ことができる。 （実施例） 以下、実際の例について説明する。 実施例 １ まず、有機材料を封着材料として使用する場合
について説明する。 磁器碍子の中央部分を貫通する内孔１を備えた
第１図に形状を示す穴開き碍子２を各種用意し
た。磁器材質は、変電所の開閉器の支持台に使用
される中実支持碍子と同一とした。碍子は胴部の
直径を105mmとし、全長を100mmとした。また碍子
軸芯中央部分の貫通する内孔径は６、８、10mmの
碍子を用意した。尚、穴開き碍子２の開放端部に
は貫通孔径に比較して10mm大きな直径で、且つ、
軸芯と30゜の角度を為すテーパ部３を設けた。こ
のテーパ部３を設けた理由は、シリコーンゴム硬
化後に環境温度の変化によつて発生する内圧を緩
和するためである。 また、碍子軸芯中央部を貫通する内孔の表面
は、碍子表面と同一の釉薬で施釉した場合（施釉
面；釉二色）及び無釉面（釉薬を塗布せずに焼成
した表面）で試験を実施した。。尚、碍子の軸芯
中央部を貫通する内孔の表面は、通常、釉薬を塗
布することが難しいため無釉の状態で作製され
る。 これらの碍子に光フアイバをシリコーンゴムで
封着した光フアイバ複合碍子を作製し性能試験を
実施した。試験体に使用する光フアイバとして
は、光フアイバ自身の気密性及び封着処理時の取
り扱い性を考慮して、一次被覆及び緩衝層のみ付
いた光フアイバを用いた。また、光フアイバの最
外層である緩衝層の表面にはシリコーンゴムとの
気密封着性を確保すべく、シランカツプリング材
等によるプライマー処理を実施した。 また、封着に使用したシリコーンゴムとして
は、高温硬化性付加反応型であり、引張強度、破
断時の伸び量が大きな材料を選択した。光フアイ
バを被覆する緩衝層およびシリコーンゴムの材料
特性値を第１表に示す。

【表】 試験体は磁器碍子の貫通する内孔内に２本の光
フアイバを挿通して、それぞれの光フアイバを１
Kgの張力で引張つた状態で周囲をシリコーンゴム
で充填して作製した。シリコーンゴムは1Torr以
下の真空圧で30分、脱泡撹拌した後に、５Kg／cm²
で圧入した。シリコーンゴムの圧入の際には、シ
リコーンゴムを圧入する端部と反対の端部より真
空に脱気すれば、シリコーンゴムと磁器の接着
面、シリコーンゴムと光フアイバの接着面に気泡
が巻き込まれずに好ましい。シリコーンゴムを充
填後、80℃の恒温槽に６時間の保管して、シリコ
ーンゴムを硬化して光フアイバ複合碍子とした。 上記工程で作製した光フアイバ複合碍子に対し
て、耐熱限界、冷熱試験、ヒートサイクル後の
AC耐電圧試験を実施した。 試験方法を以下に示す。冷熱試験に関しては10
本の試験体を用意して、90℃の湯槽と０℃の冷水
槽を30分間隔で５回づつ浸水することによつて実
施した。試験後にクラツク発生の有無について観
察し、総ての試験体でクラツクが発生しない場合
に◎、クラツクが発生した場合を×で示した。 耐熱限界試験については10本の試験体を用意し
て、30℃／Hrで所定温度まで昇温し、所定温度
で３時間保持した後に放冷して、外観々察を実施
した。試験結果は総ての試験体で問題が無い場合
を◎、1/10の試験体に外観上のクラツク発生、シ
リコーンゴムの飛び出しあるいは透光率の変化等
の異常が発生した場合を△、2/10以上の試験体に
異常が発生した場合を×で示した。尚、試験は最
初80℃で実施し、試験後健全な試験体に関して
は、引き続き90℃、100℃、110℃、120℃で実施
した。 ヒートサイクル試験については10本の試験体を
用意して、恒温槽で90℃と−20℃に３時間保持す
ることによつて実施した。ヒートサイクル数とし
ては500、1000、1500、2000、2500、3000サイク
ルで外観によるクラツク観察及びAC耐電圧試験
を実施した。AC電圧は表面閃落電圧の80％を１
分間印加した。試験の結果、総ての試験体で問題
が無い場合を◎、1/10の試験体に内部電気貫通し
た場合は△、2/10以上の試験体で貫通した場合は
×で示した。 試験結果を第２表に示す。

【表】

【表】 ある。
第２表の結果から、以下のことが確認できた。
冷熱試験に関しては内孔の表面が施釉面、無釉面
とも良好な結果を得た。しかしながら、耐熱限界
試験、ヒートサイクル試験では施釉面、無釉面が
結果の差に現れた。即ち、耐熱限界試験では、貫
通する内孔直径によらず釉薬Ａ，Ｂの施釉面であ
る光フアイバ複合碍子は、120℃迄問題が無いの
に対して、内孔内が無釉面の場合には、貫通孔径
が大きくなるに従つて、耐熱限界温度が低下する
結果が得られた。これは、シリコーンゴムと碍子
磁器の熱膨張係数差が大きく、耐熱限界試験時に
シリコーンゴムが膨張することによつて、碍子の
貫通する内孔に内圧が発生することによつて、磁
器が破壊したことによる。 またヒートサイクル試験の結果、貫通する内孔
の表面に釉薬Ａ，Ｂを施釉した光フアイバ複合碍
子は、2500サイクル迄、クラツクの発生、AC耐
電圧の低下が無く、良好な結果が得られた。一
方、内孔表面が無釉の場合は、1500サイクルから
2000サイクルで接着部の剥離に起因したAC耐電
圧の低下が認められた。AC耐電圧の低値破壊品
と同一ヒートサイクル回数の光フアイバ複合碍子
を解体調査した結果、内孔の表面とシリコーンゴ
ムとの接着界面に剥離が認められ、ヒートサイク
ル回数が大きなもの程、剥離が進行していること
を確認した。 さらに、テストピースによる接着強度試験を実
施した。光フアイバ複合碍子に使用した碍子と同
一の磁器材質で40mmφ×10mmＨのテストピースを
作製した。シリコーンゴムと接着させるテストピ
ース表面は、施釉面（釉色二水準）と無釉面で実
施した。テストピースは焼成後に所定の形状に研
磨した２枚の磁器をシリコーンゴムで接着して作
製した。シリコーンゴムは光フアイバ複合碍子と
同一条件で調合して使用した。シリコーンゴムの
硬化は、80℃、１時間で実施した。接着強度は同
一調合、硬化ロツトのテストピースを20個用意し
て、引張試験機を使用して、引張速さを25mm／分
で実施した。接着強度は接着部のシリコーンゴム
が切断した荷重を接着断面積で割つて算出した。
破壊形態はテストピース表面からシリコーンゴム
のはく離及びシリコーンゴム自身の引張破壊であ
る。 凝集破壊率は、全テストピースに占めるシリコ
ーンゴム自身の引張壊数をパーセントで示した。
試験結果を第３表に示す。

【表】 は同ブラウン釉薬である。
第３表の接着強度試験の結果、施釉面のテスト
ピースは接着強度が高く、破壊形態もシリコーン
ゴム自身の引張強度に依存した凝集破壊であり、
接着界面が強固であることが判る。また、無釉面
とシリコーンゴムの接着強度が高く、封着後の気
密特性に優れていることが判る。 実施例 ２ 次に、無機材料を封着材料として使用する場合
について説明する。 磁器碍子の中央部分を貫通する内孔１を備えた
第１図に示す穴開き碍子２を各種用意した。磁器
材質は、変電所の開閉器の支持台に使用される中
実支持碍子と同一とした。碍子は胴部の直径を
105mmとし、全長を1000mmとした。また碍子軸芯
中央部の貫通する内孔径は６mmである。また、内
孔の両端部はテーパ角度5゜、碍子の軸方向に50mm
の開孔部を有する。 内孔の内面は、中実支持碍子の表面に使用して
いる白色釉を施釉した場合、無釉の磁器焼成面と
した場合及び焼成後の磁器を研磨した状態で実施
した。 光フアイバはコア直径80μｍ、クラツド直径
125μｍの石英ガラス系フアイバである。光フア
イバはそれ自身の気密性及び取り扱い性を考慮し
て一次被覆及び緩衝層のみ付いた光フアイバを使
用した。更に封着部のガラスと光フアイバとの気
密封着を完全のものとし、且つ、熔融時の高温に
よつて有機物の光フアイバの被覆部が燃焼し封着
用ガラスを発泡させないために、光フアイバとガ
ラスの封着部に相当する被覆部35mmをエタノール
中に30分浸けた後、ジヤケツトストリツパーを用
いて機械的に除去した。 碍子の端部開孔部と同一のテーパー角度5゜の外
周部で、底部に光フアイバの挿通孔を有し、ガラ
スをあらかじめ塗布したコバール製の円筒体を作
製した。上記形状に加工成形したコバール製の円
筒体はあらかじめ、FeCl₃溶液を用いて酸処理に
よる表面洗浄、脱脂洗浄を実施した。また、ガラ
スとの濡れ特性を改善し、ガラス熔融時の接着反
応を完全なものとするための酸化処理を実施し
た。酸化処理条件は800℃の大気中で20分である。
このコバール製の円筒体の外周部にガラスをスプ
レーにて約１mm厚さに塗布した。 この後、この円筒体を80℃、30分で乾燥し、電
気炉を使用して320℃、１時間のガラスの仮焼を
実施した。このようにガラスを外周部に仮焼した
円筒体を碍子の貫通する内孔の開孔部にセツトす
る。尚、ガラスは低融点、低熱膨張係数の鉛硼酸
系ガラスを使用した。 更に円筒体の外周部と同一のテーパ角度を持
ち、長さ35mm、円筒体の内径と同一外径で光フア
イバの貫通する内孔を有するガラス仮焼体を円筒
体の底部の上にセツトする。ガラス仮焼体は鉛硼
酸系ガラスに少量のメチルセルロース（MC）に
有機バインダーを添加し調合水とともにプレス成
形した後、外周部加工、光フアイバ挿通孔の加工
を実施し、50℃／Hrで昇温し、320℃で１時間保
持することで作製した。 次に碍子の外周に七回巻きの銅製のコイルを配
置して高周波誘導電圧発生装置によりコイルに高
周波電圧を印加する。この高周波電圧によつてコ
バールの円筒体に高周波誘導電流が発生して自己
加熱される。円筒体が500℃となるように高周波
電圧、電流条件を設定した。 その結果、高周波電圧印加後、約20分後に所定
の500℃となつた。500℃で約10分保持し、この間
に円筒体の上端面を20Kgの荷重により押圧し、円
筒体の外周部と端部開孔部を気密封着した。この
後、自然冷却を実施した。 更に、碍子の開孔部のガラス封着部から突出し
た光フアイバの被覆部を保護する目的で、真空脱
泡したシリコーンゴムを注入器を用いて充填し、
80℃１時間で硬化した。上述した一連の製造工程
はまず碍子の片端部で封着工程、被覆部の補強工
程が終了した後、碍子を反転して、残りの片端部
を実施することにより光フアイバ複合碍子を作製
した。この後、通常の碍子と同一の方法で、フラ
ンジ金具をセメント付けして、光フアイバ複合碍
子が完成した。 本実施例で使用した碍子用磁器材質、封着用ガ
ラス材質を第４表に示す。

【表】 上記工程で作製した光フアイバ複合碍子に対
し、実施例１と同様に、耐熱限界試験、冷熱試
験、ヒートサイクル後のAC耐電圧試験を実施し
た。なお、耐熱限界試験は最初120℃で実施し、
試験後健全な試験体に関しては、引き続き130、
140、150℃で実施した。またヒートサイクル数は
2000、3000、4000、5000サイクルとした。 試験結果を第５表に示す。

【表】 (注) 但し、白釉は通常の中実支持碍子に使用されて
いるものである。
第５表の結果から、以下のことが確認できた。
冷熱試験に関しては貫通する内孔の内面が無釉面
及び研磨面は破壊が発生せず、良好な結果が得ら
れた。一方、施釉面はガラスと内孔内面との間で
クラツクが発生した。耐熱限界試験では、内孔内
面が無釉面、研磨面である光フアイバ複合碍子は
150℃迄問題がないのに対して内孔内面が釉薬の
場合は、140℃で一部にクラツクの発生が認めら
れた。ヒートサイクル試験の結果、内孔内面が無
釉面あるいは研磨面の光フアイバ複合碍子は、
5000サイクル迄、クラツクの発生、AC耐電圧の
低下が無く良好な結果が得られたものの、内孔内
面が施釉面の場合には、3000サイクルで内部の絶
縁低下によるAC耐電圧の低下が認められた。AC
耐電圧の低値破壊品と同一ヒートサイクル回数の
光フアイバ複合碍子を解体調査した結果、ガラス
と内孔内面の封着部にクラツクが認められ、内孔
の軸芯中央部の空洞部に水分の浸入が認められ
た。また、光フアイバと内孔表面を無機材料によ
り封着する場合は、内孔表面を研磨面とした方が
無釉面とした場合よりも耐ヒートサイクル性能に
優れている。 さらに、テストピースによる接着強度試験を実
施した。光フアイバ複合碍子に使用した碍子と同
一の磁器材質で20mmφ×10mmＨのテストピースを
作製した。ガラスと接着させるテストピース表面
は、無釉面、研磨面及び施釉面で実施した。テス
トピースは焼成後に所定の形状に端面を研磨した
後、接着面にガラスをスプレー塗布して、350℃
で１時間仮焼した後に、２枚のテストピースのガ
ラス塗布面同士を密着して500℃で１時間焼成し、
接着した。接着強度は各水準でテストピースを20
個用意し、引張試験機を使用して、引張速さを
0.5mm／分で実施した。接着強度は接着部が破壊
した荷重を接着断面積を割つて算出した。凝集破
壊率は、全テストピースに占めるガラス自身の引
張破壊数をパーセントで示した。試験結果を第６
表に示す。

【表】 (注) 但し、施釉面は碍子の表面として使用さ
れる白色釉薬を使用した。
第６表の接着強度試験の結果、無釉面あるいは
研磨面がガラスとの接着面であるテストピースは
接着強度が高く、破壊始発点も接着面ではなく、
ガラス内部であることが判つた。一方、施釉面の
テストピースは、総て接着面から破壊が始発して
いて、ガラスと釉薬の接着強度が低いことが判つ
た。 （発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明の光フ
アイバ複合碍子によれば、光フアイバが挿通する
内孔の表面を封着材料にあわせて調整することに
より、それぞれの封着材料に適した封着材料が得
られ接着部の気密性能が向上し、従来の中実支持
碍子と同等の電気絶縁性を同一形状で維持でき
る。その結果、従来の電力変電所等の開閉器に使
用されている中実支持碍子と交換しても信頼性を
保てるため、変電所等における故障点検出システ
ムを容易に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光フアイバ複合碍子で使用し
た碍子の形状を示す図である。 １……内孔、２……碍子、３……テーパ部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 碍子の中央部分を貫通する内孔中に光フアイ
   バを挿通するとともに、光フアイバと内孔表面を
   シリコーンゴムにより封着した光フアイバ複合碍
   子において、前記内孔表面を、釉薬塗布して焼成
   した表面にしたことを特徴とする光フアイバ複合
   碍子。 ２ 碍子の中央部分を貫通する内孔中に光フアイ
   バを挿通するとともに、光フアイバと内孔表面を
   無機材料により封着した光フアイバ複合碍子にお
   いて、前記内孔表面を研磨面にしたことを特徴と
   する光フアイバ複合碍子。