JP4673688B2

JP4673688B2 - エポキシ樹脂注形品の製造方法

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Publication number: JP4673688B2
Application number: JP2005205141A
Authority: JP
Inventors: 圭祐島上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: JP2007021824A

Description

本発明は、例えば、ＳＦ₆ガスを用いるガス絶縁開閉装置に使用される絶縁スペーサなどのエポキシ樹脂注形品とその製造方法、およびエポキシ樹脂注形品を備えたガス絶縁機器に関するものである。

エポキシ樹脂注形品は、固体絶縁物としての電気絶縁性や機械的特性に優れていることから、例えば、ガス絶縁開閉装置のような高電圧の電力変電機器の絶縁物として多く利用されている。ガス絶縁開閉装置では、接地された金属容器内に高電圧導体を絶縁支持するために、エポキシ樹脂を注形して作られた絶縁スペーサが数多く使用されている。

図２は、従来の絶縁スペーサの構造の一例を示す断面図である。この図２に示すように、高電圧導体１ａ，１ｂは、絶縁スペーサ２によって金属容器３に絶縁支持されている。この絶縁スペーサ２には、隣接する高電圧導体１ａ，１ｂを接合するための通電部材４が一体に注形されている。一方、金属容器３には隣接する容器相互を連結するための連結フランジ５が設けられている。

そして、絶縁スペーサ２の外縁部には、金属容器３に形成された連結フランジ５に挟持され、取付けボルト６により金属容器３に絶縁スペーサ４を固定するための金属フランジ７が一体に注形されている。また、絶縁スペーサ２には導電性リング８が一体に注形されている。この導電性リング８は、常時接地され、金属容器３と絶縁スペーサ２との結合部の電界を緩和し、絶縁性能の向上を図っている。このように構成された絶縁スペーサ２がＯリング９を介して金属容器３の連結フランジ５に取付け固定されている。

ガス絶縁開閉装置は、高電圧の常時通電状態で長時間使用されるため、長期に亘る信頼性が要求されるが、特に、絶縁スペーサの内部に気泡が介在すると、電気絶縁性能を著しく低下させる。このような気泡の介在を防止するために、絶縁スペーサの製造法としては、減圧下で金型内に加圧した樹脂を注入する加圧ゲル化法が広く適用されている。

図３は、従来の加圧ゲル化法で使用する注形装置の一例を示す構成図である。この図３に示す注形装置は、鉄板２１を含む外郭壁によって囲まれた真空チャンバ２２内に、樹脂成形用のキャビティ２３を有する金型２４を設置する構成となっている。鉄板２１は、例えば金型２４の両側面部を支持する１対の対向壁として構成され、油圧式駆動装置２５のシリンダ２６によって開閉可能とされている。また、金型２４内には、ヒータ２７および温度センサ２８が設けられ、この温度センサ２８に接続された温度制御装置２９によって、温度制御が行われるようになっている。

真空チャンバ２２は、真空バルブ３０を有する真空配管３１を介して真空ポンプ３２に接続されている。また、金型２４の、例えば下部には、注入口３３が設けられ、この注入口３３には、真空チャンバ２２を経て外部に導出された注入配管３４を介して樹脂混合タンク３５が接続されている。樹脂混合タンク３５には、溶融状態の樹脂４１が収容され、加圧装置３６および加圧バルブ３７の操作によって樹脂４１を注入口３３からキャビティ２３に供給できるようになっている。また、図中３８は、キャビティ２３における注入口３３と反対側の部分を示している。

さらに、金型２４は、鉄板２１に着脱可能な複数の金属製の金型脚３９を介して固定支持されている。これらの金型脚３９は、例えば、断面形状が「凸」字形状であり、各金型脚３９の幅広い部分の端面が、ボルト等の締結具４０によって鉄板２１に着脱可能に固定され、また、幅の狭い部分の端面が、金型２４の側面に当接されることで、金型２４を両側から挟持する状態で固定支持している。

そして、注形時には、まず、金型２４に予め加熱乾燥したインサート物４２を設置し、この金型２４を真空チャンバ２２内に設置して真空チャンバ２２を閉鎖した後、真空ポンプ３２と真空バルブ３０の操作により真空チャンバ２を真空にする、この後、樹脂混合タンク３５の真空を開放し、加圧バルブ３７および加圧装置３６の操作によって樹脂混合タンク３５内を加圧することにより、金型２４の底部に設けられた注入口３３からキャビティ２３内へ樹脂４１の注入を行う。キャビティ２３内に樹脂４１が充填された後は、金型２４内のヒータ２７に通電することによって加熱し、硬化させる。

この図３に示した注形装置は、鉄板２１に着脱可能な金型脚３９を介して金型２４を固定支持することで、最適な厚みの金型を搭載可能とし、また、金型２４内にヒータ２７を埋め込むことで、金型温度の制御を詳細かつ厳密に行うことができるようにしたものである（特許文献１参照）。
特開２００１−３４１１４２

一般的に、加圧ゲル化法では、金型温度が１３０℃以上の高温であり、成形サイクルが３０分と短時間であるのが特徴である。また、使用されるエポキシ樹脂も短時間で硬化するように高温での反応性の高い樹脂が使用される。そして、金型内に注入された樹脂は、１３０℃以上の高温に曝される上、さらに、樹脂の自己発熱により約１７０℃の高温になる。なお、樹脂は、金型に注入する前に、予め１Ｔｏｒｒまで真空引きされることで、樹脂中の空気が脱気される。

しかし、注入時の金型の熱および反応熱により、樹脂中の揮発成分（特に硬化剤）は、ある減圧レベルを超えると急激に昇華し始める。昇華した硬化剤が気泡となって絶縁スペーサ内に介在すると、電気絶縁性能の低下を招くことになる。また、硬化剤の昇華により樹脂の配合が変化すると、絶縁スペーサの強度低下・耐熱性の低下の原因となる。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、加圧ゲル化法を用いた絶縁スペーサなどのガス絶縁機器用エポキシ樹脂注形品の製造において、真空チャンバ内の金型に樹脂を注入する際の硬化剤の昇華を防止し、内部に気泡がなく電気絶縁性能に優れたエポキシ樹脂注形品とその製造方法、およびそれを備えたガス絶縁機器を提供することである。

本発明は、上記のような目的を達成するために、熱硬化性樹脂は、加圧された前記金型に注入される前に、予め１Ｔｏｒｒ以下で真空脱泡されたものであって、熱硬化性樹脂の注入時における前記真空チャンバ内の真空度は、予め求められた当該熱硬化性樹脂の反応時の温度における蒸気圧より低い真空度とすることにより、樹脂注入時の硬化剤の昇華を防止して、内部に気泡がなく電気絶縁性能に優れたエポキシ樹脂注形品を製造できるようにしたものである。

すなわち、本発明のエポキシ樹脂注形品の製造方法は、加圧した熱硬化性樹脂を、真空チャンバ内に設置された金型内に減圧下で注入するエポキシ樹脂注形品の製造方法において、前記熱硬化性樹脂は、加圧された前記金型に注入される前に、予め１Ｔｏｒｒ以下で真空脱泡されたものであって、熱硬化性樹脂の注入時における前記真空チャンバ内の真空度は、予め求められた当該熱硬化性樹脂の反応時の温度における蒸気圧より低い真空度とすることを特徴としている。

本発明のエポキシ樹脂注形品とそれを備えたガス絶縁機器は、上記製造方法の特徴を、製造された製品の観点からそれぞれ把握したものである。

本発明によれば、真空チャンバ内の金型に樹脂を注入する際の硬化剤の昇華を防止し、内部に気泡がなく電気絶縁性能に優れたエポキシ樹脂注形品とその製造方法、およびそれを備えたガス絶縁機器を提供することができる。

以下には、本発明に係るエポキシ樹脂注形品の製造方法の実施形態として、図３に示したような注形装置を用いて、２液性の熱硬化性樹脂を使用し、アルミ電極付の絶縁スペーサを製造した実施例について、具体的に説明する。

［第１の実施例］
第１の実施例においては、２液性の熱硬化性樹脂として、次のようなＡ液、Ｂ液を使用した。まず、Ａ液としては、室温で液状のビスフェノールＡ系のエポキシ樹脂、シリカ充填材、および充填材の沈降を防ぐ沈降防止剤を配合した樹脂を用いた。また、Ｂ液としては、酸無水物系硬化剤、シリカ充填材、硬化促進剤、および充填材の沈降を防ぐ沈降防止材を配合した樹脂を用いた。図１は、この２液性の熱硬化性樹脂の蒸気圧曲線を示す図である。また、Ａ液の粘度は６０℃で５０Ｐ、Ｂ液の粘度は６０℃で４０Ｐ、Ａ液とＢ液の混合樹脂の粘度は６０℃で５０Ｐであった。

以上のようなＡ液とＢ液は、それぞれ１Ｔｏｒｒ以下で真空脱泡して樹脂中の空気を完全に脱気した後、６０℃に保たれた樹脂混合タンク３５で混合し、加圧バルブ３７および加圧装置３６の操作によって樹脂混合タンク３５内を加圧することにより、樹脂４１を加圧した状態で、真空チャンバ２２内に設置した金型２４に注入した。なお、金型２４内には、インサート物４２として予めアルミ電極を設置しておき、この状態で樹脂４１を注入し、硬化させることにより、アルミ電極付の絶縁スペーサを製造した。

この場合、金型２４の温度は１３０℃であり、金型２４内に注入された樹脂４１は、金型２４の熱を吸収しながら反応が進んでいくが、樹脂４１自体の反応熱により、最高で約１７０℃まで発熱する。ここで、図１に示すように、Ａ液・Ｂ液の混合樹脂の蒸気圧曲線から、反応時の最高温度１７０℃におけるＡ液の蒸気圧は１００Ｔｏｒｒである。そのため、樹脂注入時における真空チャンバ２２内の真空度を、真空ポンプ３２の操作によって、反応時の最高温度１７０℃における蒸気圧：１００Ｔｏｒｒよりも低い真空度：１５０Ｔｏｒｒとした。

以上のようにして金型２４内に注入した樹脂４１を硬化させた後、金型２４から離型して絶縁スペーサを得た。得られた絶縁スペーサの外観は良好であった。当該絶縁スペーサをＸ線検査した結果、絶縁スペーサ内部に気泡の介在はなく、良好であることが確認できた。また、当該絶縁スペーサに対して電気試験として、製品要求特性である３２５ｋＶ×３０分のＡＣ課電試験を行ったところ、部分放電を発生することなく、良好な結果が得られた。さらに、当該絶縁スペーサの切断調査を行い、内部の欠陥の有無を調査したが、気泡などの欠陥はなく、良好であることを確認した。

［第２の実施例］
第２の実施例においては、上記の第１の実施例と同じ熱硬化性樹脂を使用して、アルミ電極付の絶縁スペーサを製造した。第２の実施例において、第１の実施例と異なる点は、真空チャンバ２２内の真空度の調整を、樹脂注入時だけでなく、樹脂注入前と樹脂注入時の２段階で行った点のみである。

すなわち、樹脂注入前に、真空チャンバ２２内に設置された金型２４内にインサート物４２としてアルミ電極を予め設置した状態で、真空チャンバ２２内を５Ｔｏｒｒ以下に減圧して、真空チャンバ２２内に設置された金型２４内の空気、および、金型２４とインサート物４２の間に残留した空気を完全に脱気する。

そして、樹脂注入時には、真空チャンバ２２内の真空度を、反応時の最高温度１７０℃における蒸気圧：１００Ｔｏｒｒよりも低い真空度：１５０Ｔｏｒｒまで上昇させて樹脂４１を注入した。すなわち、樹脂注入時には、第１の実施例と同様の真空度で金型２４内に樹脂４１を注入し、硬化させることにより、アルミ電極付の絶縁スペーサを製造した。なお、真空度以外の金型温度・注入時間・注入速度などの条件は、全て第１の実施例と同じとした。

以上のような条件で製造した第２の実施例の絶縁スペーサも、第１の実施例と同様、外観は良好であった。また、第２の実施例の絶縁スペーサに対して、第１の実施例と同様に、Ｘ線検査、電気試験、切断調査を行ったところ、内部に気泡などの欠陥はなく、電気特性も良好であることを確認した。

比較例として、上記の第１、第２の実施例と同じ熱硬化性樹脂を使用して、アルミ電極付の絶縁スペーサを製造した。この比較例において、第１、第２の実施例と異なる点は、真空チャンバ２２内の真空度の調整のみである。すなわち、比較例においては、樹脂注入時における真空チャンバ２２内の真空度を、樹脂の蒸気圧よりも高い真空度：５Ｔｏｒｒとした。なお、真空度以外の金型温度・注入時間・注入速度などの条件は、全て第１の実施例と同じとした。

以上のような条件で製造した比較例の絶縁スペーサは、外観は良好であったが、第１、第２の実施例と同様に、Ｘ線検査、電気試験、切断調査を行ったところ、以下のような結果が得られた。すなわち、比較例の絶縁スペーサは、Ｘ線検査において、内部に直径０．５ｍｍの気泡が介在していることが判明した。電気試験においても、製品要求特性より低いレベルの、２６５ｋＶ×５分のＡＣ課電試験で部分放電が発生した。

［効果］
以上のように、樹脂注入時の真空チャンバ内の真空度条件を限定した本発明に係る第１、第２の実施例は、当該真空度条件を満たさない比較例に比べて、明らかに電気特性に優れている。

このように、本発明に係る第１、第２の実施例によれば、当該真空度条件を満たすことにより、したがって、熱硬化性樹脂の注入時における真空チャンバ内の真空度を、樹脂反応時の温度における蒸気圧よりも低い真空度とすることにより、真空チャンバ内の金型に樹脂を注入する際の硬化剤の昇華を防止して、内部に気泡がなく電気絶縁性能に優れた絶縁スペーサを製造できる。

さらに、第２の実施例によれば、樹脂注入前に、真空チャンバ内を５Ｔｏｒｒ以下に減圧して、真空チャンバ内に設置された金型内の空気、および、金型とインサート物の間に残留した空気を完全に脱気することができるため、得られる絶縁スペーサにおける気泡の介在をより確実に防止できる。

［他の実施形態］
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。まず、本発明で使用する注形装置の具体的な構成や熱硬化性樹脂の具体的な組成は適宜選択可能である。

また、樹脂注入時における真空チャンバ内の具体的な真空度は、使用する熱硬化性樹脂の具体的な反応時の温度における具体的な蒸気圧に応じて適宜選択可能であり、樹脂注入前における真空チャンバ内の具体的な真空度もまた、状況に応じて適宜選択可能である。

また、真空度の調整は、前記第１の実施例に示したような注入前と注入時の２段階に限らず、さらに、注入時に真空度を２段階以上に調整したり、あるいは、注入後に真空度を調整するなど、３段階以上の多段階で真空度を調整してもよい。その場合には、状況に応じた柔軟な真空度調整が可能となるため、得られる製品の電気絶縁性能を確保できるとともに、製造効率の向上にも貢献可能となる。逆に、第１の実施例に示したように、注入時にのみ真空度を調整するだけでも、本発明の効果は得られるものである。

また、前記実施例においては、アルミ電極付の絶縁スペーサを製造する場合について説明したが、本発明は、アルミ電極などのインサート物のない絶縁スペーサあるいはその他のエポキシ樹脂注形品にも同様に適用可能であり、同様に優れた効果が得られるものである。

また、本発明の真空度条件により製造された絶縁スペーサなどのガス絶縁機器用エポキシ樹脂注形品は、本発明の一つの態様であるが、本発明の真空度条件により製造されたガス絶縁スペーサなどのエポキシ樹脂注形品を備えたガス絶縁機器もまた、本発明の一つの態様である。

さらに、本発明は、絶縁スペーサなどのガス絶縁機器用エポキシ樹脂注形品の製造に好適であるが、これに限らず、内部に気泡がなく優れた電気絶縁性能が要求される多様な分野の各種のエポキシ樹脂注形品の製造に同様に適用可能であり、同様に優れた効果が得られるものである。

すなわち、本発明は、熱硬化性樹脂の注入時における真空チャンバ内の真空度を、樹脂反応時の温度における蒸気圧よりも低い真空度とする真空度条件を満足するものである限り、その具体的な実施形態は自由に選択可能である。

本発明の実施例で使用した熱硬化性樹脂の蒸気圧曲線を示す図。従来の絶縁スペーサの構造の一例を示す断面図。本発明で使用する注形装置の一例を示す構成図。

符号の説明

２２…真空チャンバ
２３…キャビティ
２４…金型
３２…真空ポンプ
３３…注入口
３５…樹脂混合タンク
３６…加圧装置
３７…加圧バルブ
４１…樹脂
４２…インサート物

Claims

加圧した熱硬化性樹脂を、真空チャンバ内に設置された金型内に減圧下で注入するエポキシ樹脂注形品の製造方法において、
前記熱硬化性樹脂は、加圧された前記金型に注入される前に、予め１Ｔｏｒｒ以下で真空脱泡されたものであって、
前記熱硬化性樹脂の注入時における前記真空チャンバ内の真空度は、予め求められた当該熱硬化性樹脂の反応時の温度における蒸気圧より低い真空度とする
ことを特徴とするエポキシ樹脂注形品の製造方法。
前記熱硬化性樹脂の注入前と注入時を含む複数の段階で、前記真空チャンバ内の真空度をそれぞれ調整する
ことを特徴とする請求項１に記載のエポキシ樹脂注形品の製造方法。
前記熱硬化性樹脂の注入前に、前記真空チャンバ内を５Ｔｏｒｒ以下に減圧して当該真空チャンバ内に設置された前記金型内の空気を脱気した後、
前記熱硬化性樹脂の注入時に、前記真空チャンバ内の真空度を、予め求められた当該熱硬化性樹脂の反応時の温度における蒸気圧より低い真空度まで低下させる
ことを特徴とする請求項２に記載のエポキシ樹脂注形品の製造方法。