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研究内容

研究内容

植原研究室では，主に電力用機器・装置や電子デバイス・電子機器等の絶縁部を想定した誘電体物性
及び電気絶縁工学に関連する基礎的研究を実施しています。研究テーマの例をいくつか列記します。

1. 複合絶縁体の境界面におけるトリーイング劣化

電力ケーブルの絶縁には，現在プラスチック材料が使用されています。電力ケーブルの中間接続部や終端部には必ず複合絶縁体の境界面が存在し，電気的に弱点となっています。この電気的弱点に局部的な高電界（電圧がかかっている空間の状態）が形成されると木の根っこのような樹枝状の劣化が進展します。このような現象を「トリーイング劣化」と呼び，形成された樹枝状の破壊路を「電気トリー」と呼んでいます。図1のように母材となる絶縁材料中にフィラー（充填物）を添加した場合の電気トリー進展の変化を実験とシミュレーションによって検討しています。

図1 複合絶縁体の境界面におけるトリーイング劣化の実験およびシミュレーション

2. 水トリー劣化現象

水分と高電界の共存によってプラスチック材料中に発生する水トリー劣化現象は，これまで交流課電での研究が多くおこなわれてきました(図2(a)参照)。一方，地球温暖化防止，メンテナンス性向上，高効率化を目指し，近年インバータ波で運転される電気機器が増加しています。このため，インバータ波が水トリー発生・進展にどのような影響をおよぼすかを明確にしておく必要があります。
しかしながら，インバータ波印加時の水トリー発生・進展特性については調査例がほとんどないのが現状です。そこで本研究室では，将来的なインバータ波印加時の水トリー発生・進展特性を調査しています。図2(b)の試験装置を用いて民間企業との共同研究を行っています。

図2 水トリー劣化現象および試験装置

3. 0.5GHz～13GHz帯における複素比誘電率の測定

現代社会では，携帯電話，無線LAN，レーダー等，電気絶縁材料のUHF帯及びマイクロ波帯での使用が増大してきています。特に，5G（第五世代移動通信システム）では，高速・大容量，低遅延，多接続を実現するため，電気絶縁材料に求められる性能もより厳しくなることが予想されます。電気絶縁材料の持つ誘電率は，信号の伝搬速度と密接な関係があり，材料の電磁波吸収によって損失が生じます。そこで，図3のSパラメータネットワークアナライザを使用して，0.5GHz～13GHz帯の複素比誘電率を測定することにより（例えば，NTTドコモでは周波数帯として，3.5GHz，4.7GHz，28GHzの使用が予定されています），高周波損失の少ない（誘電正接（tanδ）の小さい）材料の開発に役立てたいと考えています。

4. 強誘電体のヒステリシス特性評価

強誘電体は，コンデンサ，イヤホン，ソナーなどに応用されていますが，分極と電界の関係は直線関係が成立せず，ヒステリシス特性となることが知られています。本研究室では，これまでに強誘電体のヒステリシス特性を得るために使用される図4(a)のソーヤータワー回路を製作し，試料としてチタン酸ジルコン酸鉛を使用して図4(b)に示すようなヒステリシス特性を評価しました。今後は他の強誘電体を試料として研究を進め，コンデンサ用絶縁体の新素材開発に役立てたいと考えています。

図4 ソーヤータワー回路及びチタン酸ジルコン酸鉛のヒステリシス特性