高温下におけるPEA法を用いた空間電荷分布測定の校正信号取得方法に関する検討

摘要

近年、高温、高電界下という苛酷な条件で電気機器および電子デバイスが使われるようになり、それらに用いられる絶縁材料に要求される絶縁性能の高水準化が進hでいる。その一例としては、SiC(Siliconcarbide)を用いたパワーデバイスやモータ卷線（エナメル線)、直流電力送電ケーブルなどに用いられる絶縁材料が举げられる。したがって、従来以上の高温、高電界下における絶縁性能を正しく評価することが必要とされている。このような材料の絶縁特性評価手法として、筆者らは、パルス静電応力(pulsed electro-acoustic: PEA)法による空間電荷分布測定の適用を試みており、これまで高温かつ直流高電界下においてエポキシ樹脂や、スーパーエンジニアリングプラスチックに蓄積する空間電荷分布測定を行ってきた。このうち、エポキシ樹脂は半導体封止材料として、ポリイミド（PI)系スーパーエンジニアリングプラスチックはモータ卷線用被覆材料として用いられる際に、このような苛酷な環境下に晒される可能性がある。空間電荷の蓄積状態を絶縁特性の判断材料に利用している理由は、高分子絶縁材料に直流高電圧を印加すると、材料中に空間電荷が蓄積し、材料の絶縁破壊電界を低下させる場合があるとの報告があるためであり、この報告ではポリエチレンに直流高電圧を印加することにより多量の空間電荷が材料内部に蓄積し、材料内部で局所的に高電界が生 じた後、絶縁破壊が生じていた。したがって、絶縁材料の絶縁特性を評価する上でも、高温直流高電界下における空間電荷分布の測定は、有効な手法であると考えられる。そこで、筆者らは、これまで開発してきた空間電荷分布測定装置を改良することにより、150°Cの高温まで、空間電荷分布を測定できる装置を開発し、150 °Cにおいてエポキシ樹脂や、スーパーエンプラ中に蓄積する空間電荷分布の測定を試み、多量の空間電荷の蓄積が生じる場合があることを明らかにしてきた。また、これらの測定結果の中には、比較的低い印加電界（20kV/mm以下）においても空間電荷の蓄積が観測されている場合がある。一般的に空間電荷分布測定では、試料に、空間電荷が蓄積しない程度の低い直流電圧を印加することにより得られた信号（参照信号）を理論値として取得し、この参照信号により、波形の歪補正や校正を行う必要があるが、理論値として利用するためには、この参照信号取得時に空間電荷が蓄積していないことが必要である。しかし、前述したように、高温下では、比較的低い印加電界下においても、短時間で電荷の蓄積が生じるため、参照信号を取得することが困難となる場合がある。そこで、本報告では、そのような環境においても適切な参照信号を取得するための電圧印加方法の検討を行った。