JP4083136B2 - 樹脂モールド品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチギヤに用いられる真空バルブや接続導体のような主回路部材をエポキシ樹脂のような絶縁材料でモールドし、電気的特性を向上し得る樹脂モールド品の製造方法に関する。

従来、スイッチギヤの主回路を構成する真空バルブや接続導体のような主回路部材においては、これらの主回路部材が汚損湿潤の影響を受けて絶縁耐力が低下するのを防ぐため、エポキシ樹脂のような絶縁材料によりモールドして絶縁外皮を形成し、その絶縁外皮の外装に接地層を設けた樹脂モールド品が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、スイッチギヤの定格電圧が３ｋＶ以上の高電圧になると、電界強度が高くなり絶縁外皮の絶縁厚さが厚くなるので、樹脂モールド品が重量物になってしまう。

これを解決するため、絶縁外皮の絶縁層内の電界分布を制御して絶縁厚さを薄くできるように、誘電率の異なる絶縁層を多層に形成したものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。これは、図９に示すように、高電圧電極１と接地電極２間において、絶縁層３を高電圧側絶縁層４と接地側絶縁層５とに分け、高電圧側絶縁層４よりも接地側絶縁層５の誘電率を小さくすることである。

このような異なる絶縁層４および５を二層設ける場合には、従来、一方の絶縁層４（５）をモールドした後、接着性を向上させるためにその表面にサンドブラスト処理を施し、他方の絶縁層５（４）をモールドする二段モールドが用いられている（例えば、特許文献３参照。）。

これにより、高電圧側絶縁層４の最大電界強度がＥａ、また接地側絶縁層５の最大電界強度がＥｂとなり、単一の誘電率からなる絶縁層３を設けた場合の最大電界強度Ｅｃと比べて、電界強度を抑制することができる。そして、電界強度を抑制した割合で絶縁厚さを薄くすることができる。

しかしながら、サンドブラスト処理は、砂などを高圧力で吹き付けるものであり、絶縁層４（５）表面を満遍なく粗面化することは困難な作業であった。このサンドブラスト処理が不均一になると、接着性が低下して互いの絶縁層４および５が接着している面、即ち界面が剥離する。これにより、界面では、最大電界強度がＥｄとなり、異なる誘電率からなる絶縁材料を二段モールドした場合の最大電界強度Ｅａ、Ｅｂ、および単一の誘電率からなる絶縁材料をモールドした場合の最大電界強度Ｅｃよりも高くなる問題がある。
特開２００１−２８６０１８号公報 （第４ページ、図４） 特開平１１−２６２１２０号公報 （第５ページ、図１） 特開平７−２１４５７６号公報 （第２ページ、図９）

上記の従来の樹脂モールド品においては、最大電界強度を抑制するために異なる誘電率からなる絶縁材料を二段モールドした場合、サンドブラスト処理による粗面化の不均一から界面が剥離し、電界強度が上昇する問題がある。このため、界面の接着性を向上させ、電界強度を抑制し得る樹脂モールド品の製造方法が望まれていた。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、異なる誘電率からなる多層の絶縁層の界面の接着性を向上させ、電界強度を抑制し得る樹脂モールド品の製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の樹脂モールド品の製造方法は、スイッチギヤの主回路部材を液状の第１のエポキシ樹脂中に浸漬し、この主回路部材の周りに絶縁層を形成する浸漬工程と、前記絶縁層を形成した前記主回路部材を金型内にセット後、この金型内に前記第１のエポキシ樹脂よりも誘電率の小さい液状の第２のエポキシ樹脂を注入して硬化させ、二層の絶縁層を形成する金型注型工程とを備え、前記金型内にセットした直後の前記絶縁層は、ゲル化の状態であることを特徴とする。

このような構成によれば、先ず、主回路部材を液状の第１のエポキシ樹脂中に浸漬させてゲル化の状態で絶縁層を形成し、次いで、この状態を保って金型にセットし、第１のエポキシ樹脂よりも誘電率の小さい液状の第２のエポキシ樹脂を注入して硬化させているので、誘電率の異なる二層の絶縁層界面の接着が強固なものとなり、電気的特性を向上し得る樹脂モールド品の製造方法を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、本発明の実施例１に係る樹脂モールド品の製造方法を図１乃至６を参照して説明する。図１は、本発明の実施例１に係るスイッチギヤの構成を一部断面して示す側面図、図２は、本発明の実施例１に係る一段目の絶縁層をモールドする装置を示す断面図、図３は、本発明の実施例１に係るエポキシ樹脂の複素粘度と時間との関係を説明する特性図、図４は、本発明の実施例１に係る二段目の絶縁層をモールドする金型を示す断面図、図５は、本発明の実施例１に係る二段目の絶縁層をモールドする装置を示す断面図、図６は、本発明の実施例１に係る接地層の形成を説明する断面図である。

図１に示すように、真空バルブや接続導体のような主回路部材に絶縁外皮を設けたスイッチギヤは、背面側のケーブル部１０ａ、中央の開閉部１０ｂ、正面側の母線部１０ｃで電源系統が構成されている。

ケーブル部１０ａには、ケーブルヘッド１１が設けられ、このケーブルヘッド１１に変流器１２を貫通した電力用ケーブル１３が接続されている。

開閉部１０ｂには、遮断部１４が設けられ、遮断部１４の一方の主回路端がコ字状の接続導体１５でケーブルヘッド１１の主回路端に接続されている。この遮断部１４には、接離自在の一対の接点を有する真空バルブ１６が設けられている。また、真空バルブ１６には、主回路導体両端部を露出させて、この真空バルブ１６の周りにエポキシ樹脂をモールドして第１の絶縁層１７、および第１の絶縁層１７の周りに第２の絶縁層１８が設けられている。更に、第２の絶縁層１８の周りには、接地層１９が設けられている。

遮断部１４の他方の主回路端には、軸方向に絶縁操作ロッド２０を介して、真空バルブ１６内の一対の接点を開閉する操作機構２１が設けられている。また、真空バルブ１６の軸方向と直交する方向には、真空バルブ１６の外部導体が連絡導体２２と摺動接触されている。

母線部１０ｃには、断路部２３が設けられ、一方の主回路端が連絡導体２２に摺動接触し、他方の主回路端が母線２４に接続されている。この断路部２３には、遮断部１４と同様な真空バルブ２５が設けられ、真空バルブ２５の軸方向に絶縁操作ロッド２６を介して、真空バルブ２５内の一対の接点を開閉する操作機構２７が設けられている。

なお、遮断部１４、断路部２３、接続導体１５および母線２４などのモールドされた主回路部材の主回路端は、いずれもテーパ状に形成された界面接続部となっており、図示しない可撓性絶縁体を介して互いの主回路端が接続されている。また、正面側には、制御盤２８が設けられている。

これらモールドされた樹脂モールド品のうち、遮断部１４を例にとり、その製造方法を図２乃至図６を参照して説明する。

図２に示すように、真空バルブ１６の外周に第１の絶縁層１７を設けるための第１の真空タンク３０を用意する。第１の真空タンク３０内には、第１のエポキシ樹脂３１が充填されており、側壁には、第１の真空タンク３０内を真空引きする真空ポンプ３２、および第１の真空タンク３０内の加熱を行うヒータ３３が設けられている。また、真空バルブ１６には、主回路導体両端部に第１のエポキシ樹脂３１を付着させないようなマスキング部材３４が取付けられている。そして、第１の真空タンク３０内の真空度を維持しながら真空バルブ１６を移動自在に移動させることができる可動棒３５がＯリング３６を介して設けられている。

次に、図４に示すように、第２の絶縁層１８を設けるための金型３７を用意する。この金型３７は、二分割された一方の金型３８と他方の金型３９、および界面接続部を形成する入れ子４０から構成されている。この一方の金型３７と他方の金型３８、および入れ子４０を組み合わせたときには、注入口４１が形成されるようになっている。

また、図５に示すように、組み合わせた金型３７を収納する第２の真空タンク４２を用意する。この第２の真空タンク４２には、内部を真空引きする真空ポンプ４３、および加熱するヒータ４４が設けられている。また、金型３７内に第２のエポキシ樹脂４５を注入する樹脂タンク４６が注入口４１上の第２の真空タンク４２外に設けられている。

次に、図６に示すように、接地層１９を設けるための例えばカーボン塗料のような導電性塗料を吹き付けるつけるスプレー４７とマスキング部材４８を用意する。

そして、真空バルブ１６の周りに絶縁層を設ける場合、図２に示すように、真空バルブ１６の主回路導体両端にマスキング部材３４を取り付け、可動棒３５に固定する。また、第１の真空タンク３０内には、第１のエポキシ樹脂３１をこのタンク３０の高さ方向の略中間部まで充填する。

ここで、第１のエポキシ樹脂は、液状のビスフェノール型エポキシ樹脂に、チキソ性を増大させるため粒径を１μｍ以下の微粒子にしたシリカ、ヒューズドシリカ、コアシェルゴムの少なくとも一種類からなる成分を数体積％充填している。更に、酸化チタンやチタン酸バリウムのような金属酸化物とシリカとを溶融させた充填剤を６５〜７５体積％充填させている。これにより、誘電率ε１は、ε１＝７〜８となる。なお、金属酸化物とシリカとを溶融させた充填剤の充填量を上記以上に増量すれば誘電率ε１を大きくすることができるが、機械的強度が低下する。逆に、この充填量を減量すれば誘電率ε１を大きくすることができず好ましくない。

また、第１のエポキシ樹脂３１は、ポットライフが長くなるように例えば６０℃の低温にヒータ３３で保温されている。更に、第１の真空タンク３０内は、真空ポンプ３２により例えば０．５ｋＰａの真空に保持されている。

この状態において、例えば１６０℃の高温に加熱し、表面を脱脂した真空バルブ１６を図示しない駆動装置で可動棒３５を移動させて第１のエポキシ樹脂３１内に浸漬する。数分間浸漬させた後、可動棒３５を移動させて真空バルブ１６を第１のエポキシ樹脂３１の液面上に引き上げると、真空バルブ１６の周りには数ｍｍの絶縁厚さを有する第１の絶縁層１７が形成される。ここで、図３に示すように、浸漬直後の第１の絶縁層１７は液状であるが、時間ｔの経過とともに硬化を始めて複素粘度が上昇する。そして、例えば３分経過して所定の時間ｔ１になると液状から固体に変わるゲル化の状態となるので、第１の真空タンク３０の真空を解除し、第１の絶縁層１７が形成された真空バルブ１６を取り出す。なお、浸漬の回数を重ねることにより、第１の絶縁層１７の絶縁厚さを所定の絶縁厚さに調整することができる。

ここで、真空バルブ１６を第１のエポキシ樹脂３１に浸漬して第１の絶縁層１７を形成する工程を、浸漬工程とする。

次いで、図４に示すように、直ちにマスキング部材３４を取り外して真空バルブ１６を入れ子４０に固定し、一方の金型３８と他方の金型３９とを組み合わせて強固に締め付ける。この組み合わせた金型３７は、図５に示すように、第２の真空タンク４２内に設置する。そして、第２の真空タンク４２内を、真空ポンプ４３により例えば０．５ｋＰａまで真空引きするとともに、ヒータ４４により例えば１２０℃に加熱する。加熱後、樹脂タンク４６のバルブを開き、液状の第２のエポキシ樹脂４５を金型３７内に注入口４１から注入する。

この第２のエポキシ樹脂４５は、液状のビスフェノール型エポキシ樹脂に、一般のシリカを６５〜７５体積％充填させたものである。これにより、第２のエポキシ樹脂４５の誘電率ε２は、ε２＝３〜４となる。これは、第１のエポキシ樹脂３１の誘電率ε１＝７〜８の約１／２であり、異なる誘電率からなる二層の絶縁層で電界緩和を行う上で好ましくなる。

注入が完了すれば、第２の真空タンク４２の真空を解除して、図示しない乾燥炉に金型３７を入炉し、強靭に硬化させる。これにより、第１の絶縁層１７の周りには、十数ｍｍの所定の絶縁厚さを有する第２の絶縁層１８が形成される。この硬化においては、第１の絶縁層１７はゲル化の状態から硬化し、また第２の絶縁層１８は液状からゲル化を経て硬化するので、互いの絶縁層１７および１８の界面は化学的に結合され、その界面の全体は強固に接着したものとなる。

また、第１の絶縁層１７の誘電率を第２の絶縁層１８の約２倍にすることにより、単一の誘電率を用いた場合に比べて、真空バルブ１６表面の電界強度を約２０％低減させることができる。

ここで、第１の絶縁層１７が形成された真空バルブ１６を金型３７内に設置して第２の絶縁層１８を形成する工程を、金型注型工程とする。

硬化後においては、金型３７を離型し、図６に示すように、注入口４１まで形成された第２の絶縁層１８を切削加工し、界面接続部をマスキング部材４８で覆う。そして、スプレー４７により導電性塗料を吹き付け、接地層１９を形成させる。接地層１９が乾燥してマスキング部材４８を取り外せば、真空バルブ１６の周りには第１および第２の絶縁層１７および１８が二段モールドされた樹脂モールド品が得られる。

上記実施例１の樹脂モールド品の製造方法によれば、先ず、真空バルブ１６を第１のエポキシ樹脂３１中に浸漬して第１の絶縁層１７をゲル化の状態で形成し、次いで、この状態を保って金型３７内にセットし、第１のエポキシ樹脂よりも誘電率の小さい第２のエポキシ樹脂４５を注入して第２の絶縁層１８を形成し、互いの絶縁層１７および１８が硬化後、接地層１９を設けているので、第１の絶縁層１７と第２の絶縁層１８との界面の接着性が強固なものとなり電気的特性を向上させることができる。

次に、本発明の実施例２に係る樹脂モールド品の製造方法を図７および図８を参照して説明する。図７は、本発明の実施例２に係る一段目の絶縁層を形成したシールドを示す断面図、図８は、本発明の実施例２に係るシールドを装着した真空バルブを示す断面図である。なお、この実施例２が実施例１と異なる点は、一段目の絶縁層を形成する部材である。実施例２において、実施例１と同様の構成部分においては、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図７に示すように、中央部に孔を有する椀状の金属製のシールド５０には、孔部５０ａを除いた全体に第３の絶縁層５１が設けられている。この第３の絶縁層５１は、実施例１で説明した浸漬工程により、第１のエポキシ樹脂３１がゲル化の状態で形成されているものである。

このシールド５０は、図８に示すように、真空バルブ１６の主回路導体端部に孔部５０ａ内面が接触するように貫通されるとともに、椀状の外周が真空バルブ１６を覆うようにそれぞれ真空バルブ１６の両端に装着されている。これは、真空バルブ１６の両端には真空封着する金属フランジが気密溶接され、シャープエッジとなるので、このシャープエッジを覆うように装着して電界強度を抑制するためである。そして、実施例１で説明した金型注型工程により、第２の絶縁層１８をモールドする。このため、第３の絶縁層５１は、実施例１で説明した第１の絶縁層１７に相当するものとなり、第２の絶縁層１８の誘電率よりも大きくなっている。

上記実施例２の樹脂モールド品の製造方法によれば、実施例１による効果の他に、シャープエッジを有する部分の電界緩和を、シールド５０と誘電率の大きい第３の絶縁層５１とで行うので、電界を抑制する効果が大きなものとなる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。上記実施例では、主回路部材に真空バルブ１６を用いて樹脂モールド品を説明したが、主回路部材に接続導体や変流器のコイルなどを用いてもよい。

また、第２の絶縁層１８の外周に接地層１９を設けて説明したが、スイッチギヤの各相を、所定の定格電圧に耐え得る気中ギャップを介して独立固定すれば、接地層１８を設けなくてもよい。

本発明の実施例１に係るスイッチギヤの構成を一部断面して示す側面図。 本発明の実施例１に係る一段目の絶縁層をモールドする装置を示す断面図。 本発明の実施例１に係るエポキシ樹脂の複素粘度と時間との関係を説明する特性図。 本発明の実施例１に係る二段目の絶縁層をモールドする金型を示す断面図。 本発明の実施例１に係る二段目の絶縁層をモールドする装置を示す断面図。 本発明の実施例１に係る接地層の形成を説明する断面図。 本発明の実施例２に係る一段目の絶縁層を形成したシールドを示す断面図。 本発明の実施例２に係るシールドを装着した真空バルブを示す断面図。 従来の異なる誘電率からなる多層絶縁層の電界強度を説明する説明図。

符号の説明

１ 高電圧電極
２ 接地電極
３ 絶縁層
４ 高電圧側絶縁層
５ 接地側絶縁層
１０ａ ケーブル部
１０ｂ 開閉部
１０ｃ 母線部
１１ ケーブルヘッド
１２ 変流器
１３ 電力用ケーブル
１４ 遮断部
１５ 接続導体
１６、２５ 真空バルブ
１７ 第１の絶縁層
１８ 第２の絶縁層
１９ 接地層
２０、２６ 絶縁操作ロッド
２１、２７ 操作機構
２２ 連絡導体
２３ 断路部
２４ 母線
２８ 制御盤
３０ 第１の真空タンク
３１ 第１のエポキシ樹脂
３２、４３ 真空ポンプ
３３、４４ ヒータ
３４、４８ マスキング部材
３５ 可動棒
３６ Ｏリング
３７ 金型
３８ 一方の金型
３９ 他方の金型
４０ 入れ子
４１ 注入口
４２ 第２の真空タンク
４５ 第２のエポキシ樹脂
４６ 樹脂タンク
４７ スプレー
５０ シールド
５０ａ 孔部
５１ 第３の絶縁層

Claims (3)

1. スイッチギヤの主回路部材を液状の第１のエポキシ樹脂中に浸漬し、この主回路部材の周りに絶縁層を形成する浸漬工程と、
   前記絶縁層を形成した前記主回路部材を金型内にセット後、この金型内に前記第１のエポキシ樹脂よりも誘電率の小さい液状の第２のエポキシ樹脂を注入して硬化させ、二層の絶縁層を形成する金型注型工程とを備え、
   前記金型内にセットした直後の前記絶縁層は、ゲル化の状態であることを特徴とする樹脂モールド品の製造方法。
2. 前記第１のエポキシ樹脂は、ビスフェノール型エポキシ樹脂に、粒径を１μｍ以下の微粒子にしたシリカ、ヒューズドシリカ、コアシェルゴムの少なくとも一種類からなる成分を数体積％、金属酸化物とシリカとを溶融させた充填剤を６５〜７５体積％充填し、
   前記第２のエポキシ樹脂は、ビスフェノール型エポキシ樹脂に、シリカを６５〜７５体積％充填したことを特徴とする請求項１に記載の樹脂モールド品の製造方法。
3. 前記第１のエポキシ樹脂の誘電率ε１をε１＝７〜８とし、前記第２のエポキシ樹脂の誘電率ε２をε２＝３〜４としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の樹脂モールド品の製造方法。

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