JPH10501372A

JPH10501372A - 通信用ガス放電チューブ装置およびそれに使用する組成物

Info

Publication number: JPH10501372A
Application number: JP8501161A
Authority: JP
Inventors: サイメンディンガー，ウィリアム・エイチ・ザ・サード; モートン，ロドニー・イー
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1994-06-01
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1998-02-03
Also published as: WO1995033277A1; CA2191737A1; FI964764A0; CN1149354A; CA2191740A1; AU2658795A; AU2650595A; IL113503A0; PL317330A1; CZ347996A3; KR970703609A; FI964764L; EP0763252A1; IL113502A0; BR9507836A; WO1995033278A1

Abstract

(57)【要約】ガス放電チューブ（１２）に接続するのに適しており、ポリマー成分および粒状充填材を含んでなる電気的非線形組成物から製造された電気的非線形抵抗素子（４５）を有してなる通信用ガスチューブ装置。組成物は、２５℃において少なくとも１０⁹Ω-cmの初期抵抗率ρ_iを有し、組成物を含む標準装置が初期破壊電圧Ｖ_Siを有する場合、標準装置を標準インパルス破壊試験に付した後に、装置は０．７Ｖ_Si〜１．３Ｖ_Siの最終破壊電圧Ｖ_Sfを有する。更に、装置中の組成物は、２５℃において少なくとも１０⁹Ω-cmの最終抵抗率ρ_fを有する。そのような組成物は、ベントセーフおよびフェイルセーフ保護の両方をガス放電チューブ（１２）に与えるのに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】通信用ガス放電チューブ装置およびそれに使用する組成物発明の背景発明の分野本発明は、通信設備用ガス放電チューブ装置およびそのような装置で使用する組成物に関する。発明への序論ガス放電チューブは、電気的干渉または高電圧雷パルスが生じた場合に、通信設備および回路を損傷から保護するために、通常使用される。このようにして使用されるガスチューブは、しばしばガスチューブプロテクタと呼ばれる。チューブは、高電圧でイオン化されて、電気パルスの接地を可能にし、従ってパルスにより生じる損傷を最小限にとどめるガスを含んでいる。例えば偶発的な電力線のクロスオーバーの結果として継続的な高電流過負荷が生じた場合、チューブは限定的な持続したイオン化を保持する。持続した過電流状態中の過熱からの故障の際に保護を与える為、およびチューブからイオン化ガスが排出された場合に保護を確実にする為、通常、それぞれに対応して「フェイルセーフ」および「ベントセーフ」機構がガスチューブプロテクタに組み込まれている。「フェイルセーフ」は、熱的損傷保護に関連し、しばしば溶融性金属またはプラスチック材料により提供される。この材料は、電流過負荷からのエネルギーによって加熱された場合、バイアスのかかったショート部材に変わり、ガスチューブの周囲に永久的な電流遮断を提供する。これは、２つの電極の間に配置した熱可塑性フィルムを溶融することにより生じさせることができ、それ故、電極間に接触を形成し、電流を接地へと分路することができる。「ベントセーフ」は、ガスが「ベント」され、または大気中に放出された場合に作動して過電圧保護をバックアップすることに関連する。ベントセーフ保護は、しばしば、チューブの外側構造の部分であるエアギャップにより提供される。エアギャップの割合は、通常の環境においてガスチューブがエアギャップの燃焼を防止するように、ガスチューブ自体の通常の難燃性能よりもかなり大きい、例えば２倍の難燃性能を持つように選択される。これにより、エアギャップが損傷される可能性は小さくなるが、その理由は、過電圧パルスは通常適切に機能しているガスチューブを通して害なく発火するが、安全性バックアップとして意図されているエアギャップを損傷するかもしれないからである。エアギャップベントセーフ設計の信頼性を増すためには、湿気、大気汚染、昆虫または他の環境因子による汚染を防止するように、エアギャップを環境から孤立させるのが普通である。封入材料、注封材料、相似被覆およびゲルは、一般に、すべての湿気侵入は防止できず、またそれら材料自体がエアギャップ内に侵入して電圧放電レベルを変化させおよび／または腐食を引き起こすので、多くの場合それらの有用性は限られている。放電電圧レベルの低下は、最終的に低い電圧レベルで電気的ショートを発生させることになり、放電電圧レベルの上昇は、エアギャップバックアップの目的を損なう。これら問題の幾つかは、エアギャップを特に非線形電気抵抗特性を有する固体物質の層により置き換えることにより解決されている。そのようなエアギャップは、出願中の米国特許出願第０８／０４６,０５９号（デボー（Ｄebbaut）ら、１９９３年４月１０日出願）に記載されている。その開示を引用して本明細書に組み込む。環境に対しては安定であるものの、固体物質は、連続のインパルスにより破壊電圧の低下をこうむり、実際、高電圧を放電する際の通常の作動中、雷のような高エネルギーパルスは破壊的となる。さらに、そのようなエアギャップがすべてフェイルセーフ保護を与えるのではない。発明の概要電気的破壊について試験した場合に特定の電気的性質を有する電気的非線形材料から製造された電気的非線形要素を、上記米国特許出願第０８／０４６,０５９号に記載の固体材料エアギャップに代えて用いると、ベントセーフおよびフェイルセーフ特性の両方を持つガスチューブ装置を製造できることが見い出された。加えて、非線形材料の性質並びに連続した電気的現象中のその物理的および電気的安定性の故に、典型的な通信サービス条件下で非線形要素を損なうことなく装置を繰り返し活性化できる。要素を交換する必要性が減少するので、通信システムの信頼性が増し、保守コストが低減される。好ましい形態において、材料は、ガスチューブプロテクタに追随する性能を有するゲルを含んでおり、このことにより、湿気侵入の可能性が少なくなり、製造の自由度が増す。さらに、ゲルはゲルカプセル材料に適合し、従って環境封止に寄与する。第１の要旨において、本発明は、（１）ガス放電チューブの第１端末に電気的に接続される第１電極；（２）ガス放電チューブの第２端末に電気的に接続される第２電極；および（３）第１および第２電極を分離し、電気的非線形組成物を含んでなる電気的非線形抵抗素子を有してなる通信用ガスチューブ装置であって、該電気的非線形組成物は、（ａ）（ｉ）ポリマー成分および（ii）粒状充填材を含み、（ｂ）２５℃において少なくとも１０⁹Ω-cmの初期抵抗率ρ_iを有し、（ｃ）組成物を含む標準装置が初期破壊電圧Ｖ_Siを有する場合、標準装置を標準インパルス破壊試験に付した後に、装置は０．７Ｖ_Si〜１．３Ｖ_Siの最終破壊電圧Ｖ_Sfを有し、装置中の組成物は、２５℃において少なくとも１０⁹Ω-cmの最終抵抗率ρ_fを有する通信用ガスチューブ装置を提供する。第２の要旨において、本発明は、（１）ガス放電チューブの第１端末に電気的に接続される第１電極；（２）ガス放電チューブの第２端末に電気的に接続される第２電極；および（３）第１および第２電極を分離し、電気的非線形組成物を含んでなる電気的非線形抵抗素子を有してなる通信用ガスチューブ装置であって、該電気的非線形組成物は、（ａ）（ｉ）全組成物の３０〜９５体積％のゲルおよび（ii）全組成物の５〜７０体積％の粒状導電性充填材を含み、（ｂ）２５℃において少なくとも１０⁹Ω-cmの初期抵抗率ρ_iを有する通信用ガスチューブ装置を提供する。第３の要旨において、本発明は、（Ａ）保持要素、および（Ｂ）該保持要素内に挿入された本発明の第１の要旨の通信用ガスチューブ装置を有してなるアッセンブリを提供する。第４の要旨において、本発明は、本発明の第１の要旨に記載した種類の電気的非線形抵抗組成物を提供する。図面の簡単な説明図１は、１対の通信線に組み込まれた典型的な３要素ガス放電チューブを示す模式図、図２は、図１のガスチューブの断面図、図３は、本発明のガスチューブ装置の分解図、図４は、ゲルに封入された本発明のガスチューブ装置の断面図、図５は、本発明のアッセンブリの分解図、図６は、図５のアッセンブリの断面図、図７は、本発明の組成物を試験する為の標準装置を示す模式図、図８は、インパルス試験サイクルの関数としてインパルス破壊（ボルト）を示すグラフ、図９および図１０は、本発明の組成物について、電極間距離の関数としてインパルス破壊（ボルト）を示すグラフ、図１１は、本発明の組成物について、電極間距離の関数としてＤＣ破壊電圧とインパルス破壊電圧を示すグラフである。発明の詳細な説明本発明のガスチューブ装置およびアッセンブリは共に、電気的非線形組成物を含んでなる電気的非線形抵抗素子を有している。本明細書において、「非線形」という用語は、印加電圧がインパルス破壊電圧より低い場合には、組成物は実質的に非導電性である、即ち１０⁹Ω-cmより高い抵抗率を有するが、印加電圧がインパルス破壊電圧と同じであるかまたは高くなると、組成物は導電性になる、即ち１０⁹Ω-cmより小さい抵抗率を有することを意味する。電気的非線形組成物は、ポリマー成分および粒状充填材を含んでなる。ポリマー成分は、適切なポリマー、例えば、ポリオレフィンまたはフルオロポリマーのような熱可塑性ポリマー、エポキシのような熱硬化性ポリマー、エラストマー、グリース、若しくはゲルのいずれであってもよい。ポリマー成分は、一般に全組成物の３０〜９５体積％、好ましくは３５〜９０体積％、特に４０〜８５体積％の量で含まれる。多くの用途において、ポリマー成分はポリマーゲル、即ち定常状態にある時は流動性を示さない実質的に希薄な架橋溶液からなっていてよい。連続網目構造を与える架橋は、物理的または化学的結合、微結晶または他の結合様式の結果であってよく、ゲルの使用条件下で損なわれないものでなくてはならない。多くのゲルは、液体、例えば油が網目の隙間を充填している液展ポリマーを含んでなる。適当なゲルには、シリコーン（例えば、ポリオルガノシロキサン系）、ポリウレタン、ポリウレア、スチレン−ブタジエンコポリマー、スチレン−イソプレンコポリマー、スチレン−（エチレン／プロピレン）−スチレン（ＳＥＰＳ）ブロックコポリマー（商品名「セプトン」（Ｓepto：商標）としてクラレから市販）、スチレン−（エチレン−プロピレン／エチレン−ブチレン）−スチレンブロックコポリマー（商品名「セプトン」（商標）としてクラレから市販）、および／またはスチレン−（エチレン／ブチレン）−スチレン（ＳＥＢＳ）ブロックコポリマー（商品名「クラトン」（Ｋraton：商標）としてシェル・オイル・カンパニー（Ｓhell Ｏil Ｃo.）から市販）などが包含される。適当な増量剤には、鉱油、植物油（例えば、パラフィン油）、シリコーン油、可塑剤（例えば、トリメリテート）、またはこれらの混合物が包含され、一般にゲル全重量の３０〜９０重量％の量で含まれる。ゲルは、架橋が多官能性架橋剤により形成される熱硬化性ゲル、例えばシリコーンゲル、または領域のミクロ相分離が結合点として働く熱可塑性ゲルであってよい。本発明の組成物中のポリマー成分として適当であり得るゲルの開示は、米国特許第４６００２６１号（デボー）、同第４６９０８３１号（ユーケン（Ｕken）ら）、同第４７１６１８３号（ガマラ（Ｇamarrra）ら）、同第４７７７０６３号（ダブロー（Ｄabrow）ら）、同４８６４７２５号（デボーら）、同第４８６５９０５号（ユーケンら）、同第５０７９３００号（ダブローら）、同第５１０４９３０号（リンデ（Ｒinde）ら）および同第５１４９７３６号（ガマラら）、並びに国際特許公開ＷＯ８６／０１６３４（トイ（Ｔoy）ら）、ＷＯ８８／００６０３（フランシス（Ｆrancis）ら）、ＷＯ９０／０５１６６（サザーランド（Ｓutherland））、ＷＯ９１／０５０１４（サザーランド）およびＷＯ９３／２３４７２（ハモンド（Ｈammond）ら）に見られる。これら特許および特許公報の開示を引用して本明細書に組み込む。ゲルは、１〜５０グラム、特に約５〜２５グラム、更には６〜２０グラムのボランド（Ｖoland）硬度、１〜４５％、好ましくは１５〜４０％の応力緩和、５〜４０グラム、好ましくは９〜３５グラムのタック、および少なくとも５０％、好ましくは少なくとも１００％、特に少なくとも４００％、更には少なくとも１０００％、最も特に少なくとも１５００％の極限伸びを有するのが好ましい。伸びは、ＡＳＴＭＤ２１７（その開示を引用して本明細書に組み込む）に準拠して測定する。ボランド硬度、応力緩和およびタックは、米国特許第５０７９３００号（ダブローら）（その開示を引用して本明細書に組み込む）に記載されているように、ボランド−スティーブンス（Ｓtevens）・テキスチャー・アナライザー・モデルＬＦＲＡ（１０００グラム荷重セル、５グラムトリガーおよび０．２５インチ（６．３５mm）ボールプローブ使用）を用いて測定した。ゲルの硬度を測定するために、１０ｇのゲルを含んだ２０mlガラス製シンチレーションバイアルをアナライザーに装着し、ステンレス鋼ボールプローブを０．２０mm／秒の速度で侵入距離４．０mmまでゲル中に押し込む。ボランド硬度は、上記速度でボールプローブを規定された４．０mmまで貫入させるか、またはゲルの表面を４．０ mm変形させるのに要する力（グラム単位）である。特定のゲルのボランド硬度は、米国特許第４８５２６４６号（ディトマー（Ｄittmer）ら）（その開示を引用して本明細書に組み込む）に記載された手順により測定したＡＳＴＭＤ２１７のコーン・ペネトレーション硬度に直接相関し得る。ポリマー成分に加えて、組成物は粒状充填材も含んでいる。充填材は、得られる組成物が適切な電気的非線形性を有する限り、導電性、半導性、非導電性であってよく、あるいは２種またはそれ以上の充填材の混合物であってもよい。充填材は導電性または半導性であることが一般に好ましい。導電性充填材は、一般に最大１０^-3Ω-cmの抵抗率を有し、半導性充填材は、一般に最大１０³Ω-cmの抵抗率を有するが、その抵抗率はドーパント物質、さらに温度および他の因子の関数であり、実質的に１０³Ω-cmよりも高いこともありうる。適当な充填材には、金属粉末（例えば、アルミニウム、ニッケル、銀、銀被覆ニッケル、白金、銅、タンタル、タングステン、金およびコバルト）；金属酸化物粉末（例えば、酸化鉄、ドープ化酸化鉄、ドープ化二酸化チタンおよびドープ化酸化亜鉛）；金属炭化物粉末（例えば、炭化珪素、炭化チタンおよび炭化タンタル）；金属窒化物粉末；金属ホウ化物；カーボンブラックまたはグラファイト；および合金（例えば、青銅および黄銅）が包含される。充填材として特に好ましいのは、アルミニウム、酸化鉄（Ｆe₃Ｏ₄）、二酸化チタンでドープした酸化鉄、炭化珪素および銀被覆ニッケルである。ポリマー成分がゲルであるなら、選択された充填材がゲルの架橋に影響を与えないこと、即ち「失効」させないことが重要である。充填材は、全組成物の５〜７０体積％、好ましくは１０〜６５体積％、特に１５〜６０体積％の量で含まれる。充填材の体積添加、形状および寸法は、組成物の電気的非線形特性に影響を与えるが、それは部分的には粒子間の間隔の故である。どのような形状の粒子も使用でき、例えば球、フレーク、ファイバまたはロッド状のものが使用できる。有用な組成物は、０．０１０〜１００ミクロン、好ましくは０．１〜７５ミクロン、特に０．５〜５０ミクロン、更には１〜２０ミクロンの平均寸法を有する粒子から製造できる。異なる寸法、形状および／または種類の粒子の混合物を使用してもよい。粒子は、磁性または非磁性であってよい。粒状充填材に加えて、組成物は、他の通常の添加物、例えば安定剤、顔料、架橋剤、触媒および禁止剤などを含んでもよい。本発明の組成物は、例えば溶融ブレンド、溶媒ブレンドまたは強力混合などの適当な手段により調製することができ、押出成形、カレンダー成形、注型および圧縮成形などの通常の方法により成形できる。ポリマー成分がゲルであるなら、撹拌によりゲルを充填材と混合し、組成物を基材上に注入するかまたは注型し、あるいは成型し、多くの場合加熱により硬化させることができる。本発明の組成物は、抵抗率および破壊電圧の両者により評価して、優れた安定性を有している。組成物は、電気絶縁性であり、その２５℃での初期抵抗率ρ_i は、少なくとも１０⁹Ω-cm、好ましくは少なくとも１０¹⁰Ω-cm、特に少なくとも１０¹¹Ω-cm、更には少なくとも１０¹²Ω-cmである。初期抵抗率ρ_iは、組成物を後記のように標準装置に形成した場合、初期絶縁抵抗Ｒ_iが少なくとも１０⁹ Ω、好ましくは少なくとも１０¹⁰Ω、特に少なくとも１０¹¹Ωであるようなものである。本発明の組成物が通信用装置に使用される場合、少なくとも１０⁹ΩのＲ_i値が好ましい。標準インパルス破壊試験（下記参照）に付した後、２５℃での最終抵抗率ρ_fは少なくとも１０⁹Ω-cmであり、ρ_f対ρ_iの比は、最大１×１０³、好ましくは最大５×１０²、特に最大１×１０²、更に最大５×１０¹、より特には最大１×１０¹である。標準インパルス破壊試験に付した後の標準装置の最終絶縁抵抗Ｒ_fは、少なくとも１０⁹Ω、好ましくは少なくとも１０¹⁰Ω、特に少なくとも１０¹¹Ωである。本発明の組成物は、後記のように標準装置に形成し、標準インパルス破壊試験に付す場合、装置は、初期破壊電圧Ｖ_Siと、０．７０Ｖ_Si〜１．３０Ｖ_Si、好ましくは０．８０Ｖ_Si〜１．２０Ｖ_Si、特に０．８５Ｖ_Si〜１．１５Ｖ_Si、更には０．９０Ｖ_Si〜１．１０５Ｖ_Siである最終破壊電圧Ｖ_Sfを有する。破壊電圧の値は、とりわけ、粒状充填材の体積分率、粒子寸法および粒子間距離に影響される。一般に、粒子寸法が減少すると、破壊電圧が増す。本発明の組成物のいくつかは、一回の電圧放電の後、１０⁶Ω-cm未満の抵抗率の導電状態に「縛られる」（latch）、すなわち保持されることがある。縛られた装置がゲルを含む組成物から製造されているなら、物理的変形、例えば屈曲、捩り、圧縮または引張などにより、高い抵抗率、例えば少なくとも１０⁹Ω-cmの抵抗率に装置を「リセット」することができる。縛り挙動は、粒子寸法、粒子間距離および粒子形状の関数である。ゲルの場合、例えば４ミクロン未満の粒子間距離を有する一般に小さい球状粒子、例えば１〜５ミクロンの球状粒子が縛りを生じる。ある電気的条件において、本発明の組成物、特にアルミニウムを含む組成物は、フェイルセーフ保護を与える。十分に高いエネルギー水準、例えば３０Ａおよび１０００ボルトに２秒〜３０分間曝された場合、粒状充填材は、溶融付着し、電極間に永久的な導電経路を作り、１０Ω未満、例えば１〜１０ｍΩの最終抵抗を与えることがある。そのような挙動は、交差した電力線の場合に望ましく、永久的な短絡を形成する。本発明を図面により具体的に説明する。図１は、ガスチューブ１２を通信線に組み込む通常の通信回路の模式図である。断面を図２に示したガスチューブ１２は、通信回路のチップサイド１３およびリングサイド１４にそれぞれ接続するための第１端末１６および第２端末１７を有している。加えて、ガスチューブ１２は、中心接地端末１８を有している。セラミックシェル１９は、イオン化性ガス２０を封入しており、イオン化性ガス２０は、所定の電圧でイオン化されて放電プラズマを形成する。図３は、本発明のガスチューブ装置４０の分解図である。この態様では、ガスチューブ１２の第１端末１６および第２末端１７はそれぞれ、ガスチューブ装置４０の第１および第２電極としても機能する。（図示されていないが、ガスチューブは、ガスチューブ装置の第３電極に接続できる第３端末を有していてもよい。電極の１つは、接地電極であってよい。）電気的非線形抵抗素子４５は、第１電極１６および第２電極１７に接触して配置されている。接地端末５５は、抵抗素子４５に物理的に接触しており、ガスチューブ１２の接地端末１８に電気的に接触している。好ましい態様では、抵抗素子を形成する非線形組成物は、ガスチューブ１２の形状に追随するように、十分な柔軟性を有する。図４は、ゲル封入材５０に埋設されたガスチューブ装置４０の断面図である。封入材は、例えば注封コンパウンド、相似被覆またはゲルであってよく、湿気および他の汚染からの環境保護を与える。加えて、封入材は、プラズマ放電から酸素を排除し、かつ局所的なホットスポットから熱エネルギーを奪うヒートシンクとして作用する。抵抗素子は封入材に対して化学的に不活性であるのが好ましい。図５は、本発明のアッセンブリ７０の分解図であり、図６は、そのアッセンブリの断面図である。保持要素７２は、ガスチューブ１２、抵抗素子４５および接地電極５５'を収容するように設計されている。抵抗素子４５は図示されているように、ガスチューブ１２との接触を高めるために薄片状であってよいが、カーブ状でもまたは他の形状であってもよい。スプリングリード７６，７８は、ガスチューブ１２に取り付けられ、対応する絶縁置換コネクター（図示せず）との電気的接触を形成するように機能する。ガスチューブ１２は、保持要素７２、保持キャップ７４、および保持キャップ７４の窪みまたは穴に挿入できる接地ピン８０により、抵抗素子４５および接地電極５５'に対して適当な位置に保持される。保持キャップ７４は、超音波溶接、接着または他の手段により、保持要素７２と一体化される。ガスチューブ１２と接地電極５５'との間の距離を適当に保つため、スペーサ５６が接地電極５５'から突出している。スペーサ５６の高さは、異なる水準の電圧破壊を達成するように選択される。保持要素７２は、内容物を包囲するために、封入材で充填されていてよい。本発明を、以下の実施例により説明する。実施例１〜１４表１に示す成分を、スパチュラで混合して粒状充填材を分散させ、真空オーブン中で１分間脱気し、ＰＴＦＥ被覆剥離シート上に広げ、硬化させた。下記標準装置は、電極間距離１mmとなるように製造した。次いで、サンプルを、３つの試験の内の１つに付したが、標準インパルス破壊試験は、数個のサンプルについて５〜１００サイクル行った。図８〜１１に示した結果は、シリコーンゲル１および熱可塑性ゲルをベースとする組成物が、インパルス破壊および絶縁抵抗からみて、１００サイクルにわたって優れた安定性および再現性を有していることを示している。シリコーンゲル２をベースとする組成物は、約４１サイクルまでに１０⁵Ω未満への絶縁抵抗の低下を示した。シリコーングリースをベースとする組成物は、４サイクルまでに同様の低下を示した（図８）。エポキシをベースとする実施例４は、インパルス試験条件において破壊されたが、ＤＣ破壊試験では１５サイクルまでに絶縁抵抗の低下を示した。図９および１０は、０．２５〜１．０mmの範囲の厚さのサンプルについてのインパルス破壊電圧に対する粒子寸法および充填材配合の効果を示す。図１１は、所定の粒子寸法および配合に対して、インパルス破壊およびＤＣ破壊電圧は、ほぼ同等であることを示す。標準装置直径１１．２mm（即ち表面積約１cm²）および厚さ１mmの円形サンプルを、硬化した組成物から切り出し、図７に断面図を示す試験機に取り付けた。被験組成物サンプル９０を、２個の円形アルミニウム電極９１，９２の間に配置した。電極それぞれの直径は約１１．２mmであり、組成物９０に接触する表面は約１００ mm²であった。１１．２mmよりもやや大きい内径のポリカーボネートスリーブ９３を組み立てた電極と組成物の回りに配置し、アッセンブリを、支持要素９５，９６を有する試験機９４に取り付けた。電極９１，９２間の間隔が１mmとなるようにマイクロメータ９７を調節した。（下記の改良インパルス破壊試験では、電極間の間隔、即ちサンプル厚さを０．２５〜１．０mmで変化させるように調節した。ゲルサンプルについては、サンプルは１mmの初期厚さを有していた。サンプル厚さを減少するようにマイクロメータを調節すると、余分なサンプルは電極９４中の開口９８および電極９１，９２とポリカーボネートスリーブ９３と間を通って流れる。）標準インパルス破壊試験１cm²×１mmの寸法を有する標準装置を、図７に示す試験機に取り付けた。試験前に、ゲンラド１８６４メガオーム（Ｇenrad １８６４Ｍegaohm）メータを用いて５０ボルトのバイアス電圧を印加して、標準装置の絶縁抵抗Ｒ_iを２５℃ で測定し、初期抵抗率ρ_iを計算した。標準装置を、インパルス発生器を有する回路に組み込み、各サイクルにおいて、１０×１０００μｓの波形（即ち、最高電圧への立ち上がり時間１０μｓおよび半値高１０００μｓ）および最大１Ａの電流の高エネルギーインパルスを印加した。破壊時に装置を横切って測定したピーク電圧、即ちゲルの中を電流が流れ始める電圧を、インパルス破壊電圧として記録した。標準インパルス破壊試験では、５サイクル行った。５サイクル後の標準試験での最終絶縁抵抗Ｒ_fを測定し、最終抵抗率ρ_fを計算した。改良インパルス破壊試験電極間隔を０．２５から１mmまで変化させてサンプルを製造し、標準インパルス破壊試験の手順に従って試験した。ＤＣ破壊試験標準装置を回路に組み込み、２００Ｖ／秒の速度で上昇させた電圧に付した［ハイポット・モデル（Ｈipot Ｍodel）Ｍ１０００ＤＣテスタ］。ＤＣ破壊を、５ｍＡの電流が装置中を流れ始める電圧として記録した。実施例１５〜１８本発明の組成物は電圧放電の後に導電条件に留まっているかを調べるため、表２に示す組成物を有する標準装置を製造した。上記標準インパルス破壊試験に記述した種類の電圧放電一回に装置を曝す前に、初期抵抗率を測定した。放電後、最終抵抗率を測定した。最終抵抗率が１０⁵Ω-cm未満であるなら、装置は縛られたと見なした。粒子間のおおよその間隔は、式： λ＝４（１−ｆ）ｒ／（３ｆ）［式中、λは平均自由行路（即ち、粒子間間隔）、ｆは粒子の体積分率、およびｒは粒子半径である。］を用いて計算した。組成物が縛られるか否かは、粒子寸法および粒子充填量両者の関数であった。２０ミクロンのアルミニウムは、より大きい粒子間間隔において縛ったが、これは、明らかに一部には、平均して粒子は実質的に球形であったが、全ての粒子が完全に球形ではなかったことによる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者モートン，ロドニー・イーアメリカ合衆国27502ノースカロライナ州アペックス、パークノール・レイン210 番

Claims

【特許請求の範囲】１．（ａ）（ｉ）ポリマー成分および（ii）粒状充填材を含み、（ｂ）２５℃において少なくとも１０⁹Ω-cmの初期抵抗率ρ_iを有し、（ｃ）組成物を含む標準装置が初期破壊電圧Ｖ_Siをする場合、標準装置を標準インパルス破壊試験に付した後に、装置は０．７Ｖ_Si〜１．３Ｖ_Siの最終破壊電圧Ｖ_Sfを有し、装置中の組成物は、２５℃において少なくとも１０⁹Ω-cmの最終抵抗率ρ_fを有する非線形抵抗組成物。２．ポリマー成分はゲルを含んでなる請求項１に記載の組成物。３．ゲルは熱硬化性ゲルまたは熱可塑性ゲルである請求項２に記載の組成物。４．粒状充填材は導電性または半導性充填材を含んでなる請求項１に記載の組成物。５．粒状充填材は、金属粉末、金属酸化物粉末、金属炭化物粉末、金属窒化物粉末および金属ホウ化物粉末から成る群から選択される請求項４に記載の組成物。６．粒状充填材は、アルミニウム、ニッケル、銀、銀被覆ニッケル、白金、銅、タンタル、タングステン、酸化鉄、ドープ化酸化鉄、ドープ化酸化亜鉛、炭化珪素、炭化チタンまたは炭化タンタルである請求項５に記載の組成物。７．Ｖ_Sfは０．８Ｖ_Si〜１．２Ｖ_Siである請求項１または２に記載の組成物。８．ρ_i対ρ_fの比は最大１０³である請求項１または２に記載の組成物。９．初期抵抗率ρ_iは少なくとも１０¹¹Ω-cmである請求項１または２に記載の組成物。１０．粒状充填材の形状は実質的に球形である請求項１または２に記載の組成物。