JP2008028221A

JP2008028221A - モールド変圧器

Info

Publication number: JP2008028221A
Application number: JP2006200518A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Okada; 重紀岡田; Hideo Uozumi; 日出男魚住
Original assignee: Takaoka Chemical Co Ltd
Current assignee: Takaoka Chemical Co Ltd
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】モールド内に埋め込み一体化させるコイルについて絶縁性を高く得ることができ、直流高電圧が重畳するような使用が良好に行えるモールド変圧器を提供すること
【解決手段】直流高電圧が重畳する側のコイル１およびコイル２を、樹脂材料による成形体（モールド３）内に埋め込み状態に一体化させるが、埋め込み側のコイル１，２に対しては導電性テープ４を巻き回して外面の全域を覆い包んで導電性膜層とする。導電性膜層は当該内側のコイル１あるいはコイル２の一所と結線して電気的に接続させる。埋め込み側のコイル１，２の端縁には絶縁性の帯部材５を配置し、帯部材５は断面を半円形に形成し、両コイル１，２の端縁と接しない側で緩やかな凸曲面形状を得る。線材の角部はこれの外側のモールド３側とは直接には接触しなく、導電性膜層に対しては略同一電位となり、電界の集中は無視でき、電気的ストレスが低い状態を得ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、モールド変圧器に関するもので、より具体的には、樹脂材料による成形体（モールド）内にコイルを埋め込み状態に一体化させるようにしたモールド変圧器について直流の高電圧に対する絶縁性の改良に関する。

図１，図２は、本発明者が先に創案した半導体製造装置用のモールド変圧器の一例を示している。これまでの半導体製造装置用の変圧器の場合、一般的に絶縁のためにコイルを収納するケース内にオイルを充填した構成を採っている。これに対し、本発明者が創案した変圧器にあっては、絶縁性を良好に得るため、コイル１およびコイル２を樹脂材料による成形体（モールド３）内に埋め込み状態に一体化させ、いわゆるモールド構成にすることがある。ここで、コイル１およびコイル２は２次側であり、筒状に形成したモールド３の中央の孔部には図示は省略するが１次コイルおよび鉄心が配置になる。

１次コイル１，２次コイル２は、例えば平角線材などの線材を所定に巻き回すことにより同心に重ねて形成する。また、モールド３は、例えばエポキシ樹脂と充填材との混合樹脂などから形成する。

半導体製造装置用のモールド変圧器は、使用に際して１次コイル１，２次コイル２の少なくとも一方に直流高電圧が重畳する設定を採ることがあり、直流の高電圧は例えば２００〜３００ｋＶ程度となる。そうした使用状況では、絶縁性を特に考慮する必要があり、コイルに重畳する直流電圧が比較的に低電圧であれば電気的ストレスは無視し得るものの、高電圧になるとモールド３において局部的に電界が集中し、このため電気的ストレスが高くなり、絶縁許容値を超えてしまう問題を起こす。

つまり、図１，図２に示す例では２次側のコイル１，２は、端縁をみると線材の引き出し部分や交差部分などがあるため巻き重なる線材は一部が突き出てズレがあり、それら線材の角部がモールド３との境界について多数存在することになる。したがって、直流高電圧が重畳する状況では、モールド３との境界におけるそれら線材の角部に、電界の集中が生じ、電気的ストレスが高くなってしまい絶縁許容値を超えてしまう問題を起こす。また、電気的ストレスのために電気的な浸食が短時間で発生し、絶縁破壊を起こす問題がある。

一方、モールド３の成形では、金型内へ樹脂材料を注入してこれを熱硬化させることから、図２に示すように、コイルの内周側境界について剥離が生じることがあり、当該境界部分に隙間９９ができる問題がある。これは、熱硬化において樹脂材料の収縮量がコイルをなす線材に比べて大きいことに起因し、熱硬化の過程で境界部分で剥離することがある。このため、直流高電圧が重畳する状況では、隙間９９において放電を起こし、その放電による熱や光によってモールド３に電気的な浸食が発生し、絶縁破壊を起こすことになる。

この発明は上述した課題を解決するもので、その目的は、モールド内に埋め込み状態に一体化させるコイルについて絶縁性を高く得ることができ、直流高電圧が重畳するような使用が良好に行えるモールド変圧器を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係るモールド変圧器は、１次コイルあるは２次コイルの少なくとも一方に直流高電圧が重畳し、直流高電圧が重畳する側のコイルは樹脂材料による成形体内に埋め込み状態に形成するモールド変圧器において、埋め込み側のコイルに対して導電性テープを巻き回して外面の全域を覆い包んで導電性膜層とし、導電性テープは成形体をなす樹指材料と接着性が良好な材料から形成し、導電性膜層は当該内側のコイルの一所と結線して電気的に接続する構成にする（請求項１）。

また、導電性テープはカーボン材料からなるカーボンテープである構成とする（請求項２）。

また、埋め込み側のコイルの端縁に絶縁性の帯部材を配置し、帯部材は端縁と接しない側で緩やかな凸曲面形状を得るため断面を円形あるいは半円形などの凸曲面形状とする構成にする（請求項３）。

前記導電性テープに替えて、半導電性テープを用いるようにしてもよい（請求項４）。ここで、半導電性とは、好ましくは数十ｋΩの抵抗を保有した導電性のテープであり、１ｋΩ〜１ＭΩの範囲内とするのがよい。このような半導電テープは、たとえば、絶縁紙用クラフトパルプに適量のカーボンを混合したものを用いる（通常のカーボンテープよりも、クラフトパルプを付加することで抵抗値を高くしている）ことで実現できる。半導電性も、一般的に言われている導電体よりは抵抗が大きいものの、通電することができるので、絶縁テープではなく（非絶縁テープ）という点で導電性テープと同様に見ることができるので、以下の説明では、単に「導電性」とのみ記載するが、これらの説明では、いずれも上記の「半導電性」を含むものである。

係る構成にすることにより本発明では、埋め込み側のコイルは外面の全域を導電性膜層により覆い包み、その導電性膜層が当該内側のコイルの一所と結線して電気的に接続するので、線材の角部はこれの外側のモールド側とは直接には接触しない。そして導電性膜層に対しては略同一電位となり、電界の集中は無視できる状態になる。

ここで、導電性膜層はこれの外側のモールド側とは接着性が良好なので、成形における熱硬化の過程では樹脂材料の収縮に追従して隙間なく密着でき、このためモールドとの境界について電界の集中を緩和でき、電気的ストレスが低い状態を得ることができる。

また、成形における熱硬化の過程ではコイルの内周側境界について隙間ができることがあるが、このとき導電性膜層はこれの外側のモールド側へ密着しているので上記隙間は導電性膜層内にあり、コイル側とは略同一電位なので放電は発生しない。

また、埋め込み側のコイルの端縁に、凸曲面形状の帯部材を配置するので、導電性膜層は当該部分ではモールド側との境界について緩やかな凸曲面形状を得ることができる。したがって、モールドとの境界について電界の集中を良好に緩和でき、電気的ストレスがより低い状態を得ることができる。

本発明に係るモールド変圧器では、埋め込み側のコイルは外面の全域を導電性膜層により覆い包み、その導電性膜層が当該内側のコイルの一所と結線して電気的に接続するので、線材の角部はこれの外側のモールド側とは直接には接触せず、そして導電性膜層に対しては略同一電位となり、電界の集中は無視できる状態になる。ここで、導電性膜層はこれの外側のモールド側とは接着性が良好なので、成形における熱硬化の過程では樹脂材料の収縮に追従して隙間なく密着でき、このためモールドとの境界について電界の集中を緩和でき、電気的ストレスが低い状態を得ることができる。

したがって、モールド内に埋め込み状態に一体化させるコイルについて絶縁性を高く得ることができ、その結果、直流高電圧が重畳するような使用が良好に行える。

図３，図４は、本発明の好適な一実施の形態を示している。本形態において、モールド変圧器は、２次側のコイル１およびコイル２を、樹脂材料による成形体（モールド３）内に埋め込み状態に一体化させるが、両コイル１，２に対しては導電性テープ４を巻き回して外面の全域を覆い包んで導電性膜層とする構成になっている。

このモールド変圧器は、使用に際して２次側のコイル１，２に直流高電圧が重畳する設定を採ることを想定しており、直流の高電圧は例えば２００〜３００ｋＶ程度となる。また、筒状に形成したモールド３の中央の孔部には図示は省略するが１次コイルおよび鉄心が配置になる。

１次コイルおよび２次側のコイル１，２は、平角線材などの線材を巻き回すことにより形成している。そして、２次側のコイル１，２の端縁には絶縁性の帯部材５を配置している。

帯部材５はゴム材料や樹脂材料等からなり、その断面を半円形に形成してあって両コイル１，２の端縁と接しない側で緩やかな凸曲面形状を得るようになっている。この帯部材５としては、図５，６に示すように、断面を円形に形成する構成を採ることもよく、両コイル１，２の端縁と接しない側で緩やかな凸曲面形状が得られるものであればよい。

導電性テープ４は、例えばカーボン材料からなるカーボンテープとし、モールド３をなす樹指材料と接着性が良好な材料から形成している。この導電性テープ４による導電性膜層は、当該内側のコイル１あるいはコイル２の一所と結線して電気的に接続させている。

モールド３は、例えばエポキシ樹脂と充填材との混合樹脂などから形成する。成形には、コイル１，コイル２と帯部材５との組み体に対して導電性テープ４を巻き回して外面の全域を覆い包んだ構成物を金型内にセットし、そこへ混合樹脂を注入して埋め込み状態とし、熱硬化させる。

このように、本発明に係るモールド変圧器では、埋め込み側のコイル１，２は外面の全域を導電性膜層（導電性テープ４）により覆い包み、その導電性膜層が当該内側のコイル１あるいはコイル２の一所と結線して電気的に接続するので、線材の角部はこれの外側のモールド３側とは直接には接触しなく、そして導電性膜層（導電性テープ４）に対しては略同一電位となり、電界の集中は無視できる状態になる。

ここで、導電性膜層（導電性テープ４）は、これの外側のモールド３側とは接着性が良好なので、成形における熱硬化の過程では樹脂材料の収縮に追従して隙間なく密着できる。このためモールド３との境界について電界の集中を緩和でき、電気的ストレスが低い状態を得ることができる。

したがって、モールド３内に埋め込み状態に一体化させるコイルについて絶縁性を高く得ることができ、その結果、直流高電圧が重畳するような使用が良好に行える。

また、成形における熱硬化の過程では、図６に示すようにコイルの内周側境界について隙間９９ができることがあるが、このとき導電性膜層（導電性テープ４）はこれを包む外側のモールド３側へ密着しているので隙間９９は導電性膜層内にあり、コイル側とは略同一電位なので放電は発生しない。

また、埋め込み側のコイル１，２の端縁に、凸曲面形状の帯部材５を配置するので、導電性膜層は当該部分ではモールド３側との境界について緩やかな凸曲面形状を得ることができる。したがって、モールド３との境界について電界の集中を良好に緩和でき、電気的ストレスがより低い状態を得ることができる。

本発明者が創案したモールド変圧器の一例であり、縦に破断して断面を示す斜視図である。図１に示すモールド変圧器についてモールドの成形状態を説明する破断斜視図である。本発明に係るモールド変圧器の好適な一実施の形態を示す側面図である。図３に示すモールド変圧器について巻き線部分を拡大して示す断面図である。本発明に係るモールド変圧器の他例であり、縦に破断して断面を示す斜視図である。図５に示す他例についてモールドの成形状態を説明する破断斜視図である。

符号の説明

１１次コイル
２２次コイル
３モールド（成形体）
４導電性テープ
５帯部材
９９隙間

Claims

１次コイルあるは２次コイルの少なくとも一方に直流高電圧が重畳し、直流高電圧が重畳する側のコイルは樹脂材料による成形体内に埋め込み状態に形成するモールド変圧器において、
前記埋め込み側のコイルに対して導電性テープを巻き回して外面の全域を覆い包んで導電性膜層とし、前記導電性テープは前記成形体をなす前記樹指材料と接着性が良好な材料から形成し、前記導電性膜層は当該内側のコイルの一所と結線して電気的に接続することを特徴とするモールド変圧器。
前記導電性テープはカーボン材料からなるカーボンテープであることを特徴とする請求項１に記載のモールド変圧器。
前記埋め込み側のコイルの端縁に絶縁性の帯部材を配置し、前記帯部材は前記端縁と接しない側で緩やかな凸曲面形状を得るため断面を円形あるいは半円形などの凸曲面形状とすることを特徴とする請求項１から２の何れかに記載のモールド変圧器。
前記導電性テープに替えて、半導電性テープを用いることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモールド変圧器。