真空機器における支持絶縁物の最適設計に関する基礎研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650284
• Research Institution: KYOTO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 山本 修 京都大学, 工学研究科, 助手 (70093333)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 濱田 昌司 京都大学, 工学研究科, 講師 (20246656) ; 宅間 董 京都大学, 工学研究科, 教授 (50221370)
• Keywords: 真空 / 沿面放電 / 帯電 / 表面粗さ / 絶縁設計 / コンパクトスペーサ / スペーサ形状 / 陰極電界

Research Abstract

真空機器の電気絶縁において最弱点となるのが高電圧部分を支える固体絶縁物(スペーサ)の表面である。絶縁物表面は陰極からの電界放出電子の衝突によって帯電し、これをきっかけとして沿面放電を起こす。本研究は、固体絶縁物表面の帯電を考慮してスペーサを合理的に設計しょうとするもので、その基礎として陰極表面の埋め込みプローブを用いて帯電から絶縁破壊までの過程をオンラインで追尾した。また、帯電のシミュレーションを行って比較検討した。これによって種々の絶縁物(アルミナセラミクス、アクリル樹脂、テフロン樹脂)の帯電特性を調べるとともに、帯電特性と絶縁破壊特性との関係を明らかにした。特に、スペーサの形状と表面の粗さが帯電・放電に及ぼす影響を明らかにした。
本年度はコンパクトで絶縁性能に優れたスペーサ形状を開発するため、上記3種類の材料のうち加工が容易なアクリル材料について、帯電に影響し易い陰極近傍のスペーサ形状と帯電・放電の関係を調べた。すなわち、円柱形スペーサの陰極側の一部を円錐台形に広げたり、切り込みを付けたりした。また、その部分の表面を粗くして帯電特性および破壊電圧特性を調べた。その結果、円錐台付きスペーサは帯電しにくく破壊電圧が高いこと、切り込み付きスペーサは、切り込みの角度が30度以上で、切り込みの陰極からの高さが5mm以上であれば帯電しにくく破壊電圧が高いことが分かった。さらに、切り込み部の表面を粗くすると5mm以下でも帯電しにくくなり、破壊電圧は円錐台付きスペーサや、表面の滑らかな切り込み付きスペーサよりも高くなることが分かった。これらにより、コンパクトなスペーサの設計法が明らかになった。

Research Products

• [Publications] 山本修: "真空中の固体誘電体帯電現象における表面粗さの影響響"電気学会論文誌A. 119巻. 1221-1228 (1999)
• [Publications] Osamu Yamamoto: "Delay characteristics of surface charging on a cylindrical Insulator in Vacuum"IEEE Trans. on Dielectrics and Electrical Insulation. Vol.7. 812-817 (2000)
• [Publications] 山本修: "真空中円錐台形スペーサの帯電特性-角度依存性に関する理論と実験結果の比較-"電気学会論文誌A. 120巻. 1070-1075 (2000)