JP6119468B2 - 絶縁構造 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置を盤等の収納枠に実装するために、制御装置と収納枠との間に耐電圧に必要な絶縁距離を取るための絶縁構造に関するものである。

制御装置を盤等の収納枠に実装する場合、制御装置と収納枠間で耐電圧を確保するためには、各導体間で絶縁距離をとる必要がある。すなわち、制御機器側の、例えば鋼板からなる取り付け部（導体）と、収納枠側の、例えば鋼板からなる取り付け部（導体）とを、耐電圧を確保するために各導体間で絶縁距離を取る必要がある。絶縁距離には、空間距離と沿面距離があり、それぞれの距離の考え方は、例えば「JISC1010−1（測定，制御及び研究室用電気機器の安全性−第１部:一般要求事項の付属書Ｃ（規定）空間距離及び沿面距離の測定」に示されている。また、耐電圧や装置が設置される汚染度のレベルによっても必要な空間距離、沿面距離は異なる。汚染度の区分としては、JISC1010−1規格内の３．６．６．１〜３に示されている。

制御機器側の取り付け部と収納枠側の取り付け部の間の絶縁構造として、図１３に示すように、制御機器側の導電性素材からなる取り付け部１０１と、収納枠側の導電性素材からなる取り付け部１０２を、絶縁素材からなるカラー１０３とブッシュ１０４及び導電性素材からなる取り付けネジ１０５で結合してなる絶縁構造が開発されている。図１４に示すように、制御機器側の取り付け部１０１に形成された取り付け孔１０１ａには、ブッシュ１０４の小径部１０４ａが挿入されていて、該小径部１０４ａの外周面と、取り付け孔１０１ａの内周面には、両者が接触するのを防止するための隙間Ｇが設定されている。

また、特許文献１には、導電性の基板上に半導体モジュール素子を複数個直列接続し、これらの半導体モジュール素子のそれぞれの導電性の基板を共通の導電性の冷却体と対向させて、間（あいだ）に熱伝導性の絶縁シートを介して前記冷却体に結合してなる高電圧用半導体電力変換装置が開示されている。この高電圧用半導体電力変換装置においては、前記半導体モジュール素子の導電性基板を絶縁性の結合手段により前記冷却体に結合し、絶縁シートが結合手段により短絡されないようにする技術が開示されている。すなわち、特許文献１では、導電性の基板と導電性の冷却体との絶縁を、絶縁シートと、絶縁材からなる取り付けボルトとで絶縁するが、特に絶縁材製の円筒状の絶縁ブッシュを、絶縁材からなる取り付けボルトと導電性基板との間に設けることで、沿面絶縁距離を確保する技術が開示されている。

特開２００７−２５２０２３号公報

図１３，図１４に示した従来の絶縁構造においては、図１５に示すように、前記取り付けネジ１０５が、前記ブッシュ１０４を介して制御機器側の取り付け部１０１の取り付け孔１０１ａの内周面に接触し、且つカラー１０３に形成したブッシュ受け孔１０３ａの内周面が同じ面になった場合に、空間距離と沿面距離が同じ距離Ｌとなり沿面距離が不足することがある。

すなわち、図１４に示したように、制御機器側の取り付け孔１０１ａの内周面と、該取り付け孔１０１ａに挿入されるブッシュ１０４の小径部１０４ａの外周面との間には隙間Ｇがあり、ブッシュ１０４と取り付けネジ１０５の中心軸に対して垂直な方向にブッシュ１０４が可動な配置となっているために、ブッシュ１０４が中心軸に対して垂直な方向の何れか一方の方向に移動し、図１５に示すような偏心した位置関係になると、制御機器側の取り付け孔１０１ａの内周面と、取り付けネジ１０５の外周面との間の空間距離と沿面距離が同じ距離Ｌとなる。これは言い換えると、取り付けネジ１０５は収納枠側に導通しているので、制御機器と収納枠との間の絶縁のための空間距離と沿面距離が同じ距離となり、耐電圧の仕様にもよるが、耐電圧の仕様、沿面距離が不足し、絶縁不良となる場合があった。

前述のように、ブッシュ１０４が中心軸に対して垂直な方向のどちらかに移動し、偏心するのを防止するためには、例えば、数ヶ所ある制御機器側の取り付け部１０１と収納枠側の取り付け部１０２のそれぞれのピッチ寸法を高精度に作り、制御機器を取り付ける際、数ヶ所ある各取り付け部でカラー１０３とブッシュ１０４が偏心しないように治具等を使用して取り付ければ可能であるが、部品加工の精度上限界があり、部品コストや加工コストの上昇の要因になる。

本発明は、ブッシュの位置が偏心した場合でも、取り付け孔の内周面と、ブッシュの小径部の外周面との間に所望の間隙を保持し、沿面距離を確保することの可能な絶縁構造を提供するものである。

本発明は、制御機器側の導電性素材からなる取り付け部と、収納枠側の導電性素材からなる取り付け部との間に、絶縁素材からなるカラーを挟み、該カラーとの間で前記取り付け部のうち一方を挟む絶縁素材からなるブッシュを配置し、該ブッシュの鍔状の大径部に設けられた小径部を、前記一方の取り付け部に形成した取り付け孔に挿入し、且つ前記小径部の先端部を、前記カラー内に挿入するとともに、前記ブッシュの中心部を貫通するネジ挿入孔に導電性素材からなる取り付けネジを挿入し、該ネジの先端を収納枠側の導電性素材に取り付けた絶縁構造において、
前記ブッシュの小径部の根元部分に、前記ブッシュの偏心時に前記取り付け孔の内周面と前記ブッシュの小径部の外周面との間に段差を発生させる段部を設けた。

また、前記ネジ挿入孔を、前記ブッシュの大径部に前記ネジの外径と略同径に形成された第1ネジ孔部と、前記ブッシュの小径部に前記第1ネジ孔部よりも大径に形成されて前記ネジの外周面との間に段差を発生させる第２ネジ孔部と、で構成し、前記ネジの外周面と前記小径部側の第２ネジ孔部の内周面との間に段差を発生させた。

前記取り付け孔の中心位置に対して前記小径部及びネジの位置が偏心した場合には、前記段部によって、ブッシュの小径部の外周面と、取り付け孔の内周面との間に段差を発生させて間隙を確保する。

また、前記ネジ挿入孔を、前記ブッシュの大径部に前記ネジの外径と略同径に形成された第1ネジ孔部と、前記ブッシュの小径部に前記第1ネジ孔部よりも大径に形成されて前記ネジの外周面との間に段差を発生させる第２ネジ孔部と、で構成したので、ネジの軸部をネジ挿入孔に挿入したときに、ネジの軸部の外周面と前記第２ネジ孔部の内面との間に前記段差で空隙を形成して、沿面距離を確保する。

第1実施例の段部を設けた絶縁構造の分解斜視図。 同断面図。 ブッシュの側面図。 ブッシュの断面図。 第1実施例の段部を使用した場合の絶縁構造の空間距離を示す断面図。 第1実施例の段部を使用した場合の絶縁構造の沿面距離を示す断面図。 段部の第２実施例を示す説明図。 第２実施例の段部を使用した場合の絶縁構造の空間距離を示す断面図。 第２実施例の段部を使用した場合の絶縁構造の沿面距離を示す断面図。 段部の第３実施例を示す説明図。 第３実施例の段部を使用した場合の絶縁構造の空間距離を示す断面図。 第３実施例の段部を使用した場合の絶縁構造の沿面距離を示す断面図。 背景技術を示す分解斜視図。 背景技術の絶縁構造の断面図。 背景技術の問題点を示す断面図。

図１〜図６は、本発明の第１実施形態を示し、図１は分解斜視図、図２は断面図である。本発明の絶縁構造は、制御機器側の導電性素材からなる取り付け部（以下、第1取り付け部と称する）１と、収納枠側の導電性素材からなる取り付け部（以下、第２取り付け部と称する）２を、絶縁素材からなるカラー３とブッシュ４及び導電性素材からなる取り付けネジ５で結合することにより構成されている。

第１取り付け部１は、鋼板（導体）で板状に形成されていて、ブッシュ４の小径部４ｃを挿入する取り付け孔１ａが設けられている。

第２取り付け部２は、鋼板（導体）で板状に形成されていて、取り付けネジ５の軸部５ａを螺合するネジ孔２ａが形成されている。

カラー３は、絶縁素材で有底円筒状に形成されていて、底面３ａにブッシュ４の小径部４ｃを挿入する孔部３ｂを備えている。カラー３は、底面３ａを第1取り付け部１に重ね合わせた状態で、第1取り付け部１と第２取り付け部２の間に挟着される。

ブッシュ４は、取り付けネジ５の頭部５ｂを収容するネジ頭部収納部４ａを設けたフランジ状の大径部４ｂと、大径部４ｂにこれと同心状に一体に形成された小径部４ｃとからなっている。ブッシュ４の中心部には大径部４ｂと小径部４ｃの中心部を貫通するネジ挿入孔４ｄが形成されている。

小径部４ｃの先端には、外周面に抜け止め突起４ｅを設けた複数の弾性爪片４ｆが突出形成されている。前記複数の弾性爪片４ｆは、小径部４ｃの先端をカラー３の孔部３ｂに挿入する際に、該孔部３ｂの内周面で押されて内側に撓み、該孔部３ｂの内周面を通過してカラー３内に侵入すると、孔部３ｂによる押圧を解除され、元の位置に復帰して、ブッシュ４が孔部３ｂから抜け落ちるのを防止する。（図２参照）
大径部４ｂは、取り付け孔１ａ内に侵入しないように、取り付け孔１ａの直径よりも大径に形成されている。一方、小径部４ｃの直径は、前記取り付け孔１ａの直径よりも小径に形成されていて、取り付け孔１ａを介して、その先端が、前記カラー３の孔部３ｂに挿入される。

小径部４ｃが取り付け孔１ａの中心に挿入されると、図２に示すように、小径部４ｃの外周面と、取り付け孔１ａの内周面との間には間隙Ｇが発生する。この間隙Ｇの存在によりブッシュ４が中心軸に対して垂直な方向の何れか一方の方向に移動して、取り付け孔１ａの内周面と、取り付けネジ５の軸部５ａの外周面との間の空間距離と沿面距離が同じ距離になって、沿面距離不足の原因になっていたことは、前述した通りである。

本発明は、ブッシュ４の偏心による沿面距離不足を防止するために、図５，図６に示すように、ブッシュ４の小径部４ｃの根元部分に段部１１を設け、該段部１１により、ブッシュ４の偏心時に、ブッシュ４の小径部４ｃの外周面と前記取り付け孔１ａの内周面との間に段差ａを発生させて沿面距離を確保する。

段部１１は、小径部４ｃの根元部分の小径部４ｃと大径部４ｂのコーナー部分に、該コーナー部分を埋めるように形成されている。

また、図２，図５に示すように、ブッシュ４のネジ挿入孔４ｄは、ブッシュ４の大径部４ｂに取り付けネジ５の軸部５ａの外径と略同径に形成された第1ネジ孔部４ｇと、ブッシュ４の小径部４ｃに前記第1ネジ孔部４ｇよりも大径に形成された第２ネジ孔部４ｈと、で構成されていて、ネジ挿入孔４ｄに取り付けネジ５の軸部５ａを挿入すると、該軸部５ａの外周面と、小径部側の第２ネジ孔部４ｈの内周面との間に段差ｂが発生し、ブッシュ４の内周側（ネジ挿入孔４ｄ側）においても沿面距離を確保する。

図１〜図６においては、第1実施例の段部１１が使用されている。第１実施例の段部１１は、図３，図４に示すように、断面略直角三角形状に形成されていて、直角をなす一方の辺が、ブッシュ４の小径部４ｃの根元部分の外周面に連続し、直角をなす他方の辺が、ブッシュ４の大径部４ｂの表面に連続している。残りの一辺である傾斜辺の傾斜角度αは、何度であってもよいが、好ましくは、４５°以下であることが望ましい。第1実施例の段部１１は、取り付け時に、断面略直角三角形状に形成された段部１１が、ブッシュの中心軸がブッシュの取り付け孔１ａの中心軸からずれることを軽減する効果がある。さらに、傾斜角度αを４５°以下にすると取り付け時にブッシュの中心軸が取り付け孔１ａの中心軸からずれても、断面略三角形状の段部１１が前記ずれを、取り付けネジ５の締め付け時に速やかに軽減する効果がある。

次に、第１実施例の段部１１の作用、効果を、図５，図６を参照して説明する。
図５，図６は、第１実施例の段部１１を使用した場合の最短絶縁距離時の断面図であり、図５は最短の空間距離を、図６は最短の沿面距離を示す。

図５は、ブッシュ４が中心軸に対して垂直のどちらかに移動し、導電性素材からなる第１取り付け部１の取り付け孔１ａの端面と、導電性素材からなる取り付けネジ５の端面との間の絶縁距離が最短となった場合の空間距離を太い実線で示し、図６はその時の沿面距離を太い点線で示している。

すなわち、取り付け孔１ａの端面と取り付けネジ５の端面との間の最短距離が空間距離となるのに対して、沿面距離は、前記段差ａ及びｂを設けたことにより、
沿面距離＝ｃ＋（ｈ−ｄ）＋ｔ＋ｈ＋ｂ ・・・式（１−１）
空間距離＝ａ＋（ｈ−Ａ）＋ｔ＋ｂ ・・・式（１−２）
となる。

なお、上記式（１−１）、（１−２）において、ａはブッシュ４の小径部４ｃの外周面と取り付け孔１ａの内周面の間の段差、ｂは取り付けネジ５の軸部５ａの外周面と第２ネジ孔部４ｈの内周面の間の段差、ｃは傾斜辺の長さ、ｄは段部１１の高さ、ｈは小径部４ｃの長さ、ｔはブッシュ４の小径部４ｃの肉厚、Ａは第1取り付け部１の肉厚を示す。（図５、図６参照）
図７は、第２実施例の段部１１を示す。第２実施例において、段部１１は、断面矩形状に形成されている。第２実施例は、段部１１を断面矩形状に形成し、段部１１の垂直状の外周面を取り付け孔１ａの内周面に面接触させることにより、沿面距離を確実に保持できるようにした。その他の構成は第１実施例の場合と同様である。

図８，図９は、第２実施例の断面矩形状の段部１１を使用した場合の最短絶縁距離時の断面図であり、図８は最短の空間距離を、図９は最短の沿面距離を示す。

図８は、ブッシュ４が中心軸に対して垂直のどちらかに移動し、導電性素材からなる制御機器側の取り付け部１の取り付け孔１ａの端面と、導電性素材からなる取り付けネジ５の端面との間の絶縁距離が最短となった場合の空間距離を太い実線で示し、図９はその時の沿面距離を太い点線で示している。

すなわち、取り付け孔１ａの端面と取り付けネジ５の端面との間の最短距離が空間距離となるのに対して、沿面距離は、矩形状の段部１１を設けたことにより、
沿面距離＝ａ＋（ｈ−ｅ）＋ｔ＋ｈ＋ｂ ・・・式（２−１）
空間距離＝ａ＋（ｈ−Ａ）＋ｔ＋ｂ ・・・式（２−２）
となる。

上記式（２−１）、（２−２）において、ａ，ｂ，ｅ，ｈ，ｔ，Ａは、式（１−１）、（１−２）と同じであり、ｅは段部１１の高さを示す。

以上のことから第２実施例の段部１１は、取り付け時に、矩形状の段部１１が、ブッシュの中心軸が取り付け孔１ａの中心軸からずれることを確実に軽減する効果がある。

図１０は、第３実施例の段部１１を示す。第３実施例において、段部１１は、矩形状部分１１ａと傾斜状部分１１ｂを組み合わせた台形状に形成されていて、矩形状部分１１ａの外側面を取り付け孔１ａの端面に面接触させることにより、沿面距離を確実に保持できるようにした。その他の構成は第１，第２実施例の場合と同様である。第３実施例の段部１１は、第１実施例の傾斜状の段部の長所と、第２実施例の矩形状の段部の長所を合わせ持っている。

図１１，図１２は、第３実施例のテーパー状の段部１１を使用した場合の最短絶縁距離時の断面図であり、図１１は最短の空間距離を、図１２は最短の沿面距離を示す。

図１１は、ブッシュ４が中心軸に対して垂直のどちらかに移動し、導電性素材からなる前記第１取り付け部１の取り付け孔１ａの端面と、導電性素材からなる取り付けネジ５の端面との間の絶縁距離が最短となった場合の空間距離を太い実線で示し、図１２はその時の沿面距離を太い点線で示している。

すなわち、取り付け孔１ａの端面と取り付けネジ５の端面との間の最短距離が空間距離となるのに対して、沿面距離は、台形状の段部１１を設けたことにより、
沿面距離＝ｇ＋（ｈ−ｆ）＋ｔ＋ｈ＋ｂ ・・・式（３−１）
空間距離＝ａ＋（ｈ−Ａ）＋ｔ＋ｂ ・・・式（３−２）
となる。

上記式（３−１）、（３−２）において、ａ，ｂ，ｔ，ｈ，Ａは、式（１−１）、（１−２）の場合と同じであり、ｆは段部１１の高さ，ｇは傾斜辺の長さ、βは傾斜角度を示す。

傾斜角度βは、何度であってもよいが、好ましくは、４５°以下であることが望ましい。

第３実施例の台形状の段部１１は、取り付け時に、断面略台形状の形状に形成された段部１１が、ブッシュの中心軸がブッシュの取り付け孔１ａの中心軸からずれることを確実に軽減する効果がある。さらに、傾斜角度βを４５°以下にすると取り付け時にブッシュの中心軸が取り付け孔１ａの中心軸からずれても、断面略台形状の段部１１が前記ずれを取り付けネジ５の締め付け時に速やかに、且つ確実に軽減する効果がある。

なお、上記ａ,ｂの寸法は、耐電圧のレベル及び環境の汚染度により異なるが、実施例１〜３では、耐電圧のレベル及び環境の汚染度に合わせて0.25〜2.5ｍｍになる。

ａ,ｂは、JISC1010−１から汚染度1:0.25ｍｍ以上、汚染度2:1.0ｍｍ以上、汚染度4:2.5ｍｍ以上である。耐電圧のレベルに対しての絶縁距離は、一般的に空間距離で１ｍｍ/1000V、沿面距離１ｍｍ/500Vとなる。

よって、汚染度に合わせて上記ａ,ｂを上記のような寸法にすれば、沿面距離を空間距離より大きく取れる。

耐電圧が2000Vの時、汚染度を1とすると、ａ，ｂの寸法は、0.25ｍｍ以上あれば良いので、必要な沿面距離は、[c＋（ｈ−d）＋ｔ＋ｈ＋ｂ]で4ｍｍ以上、空間距離は少なくとも［a+（h−Ａ）＋t＋b］で2ｍｍ以上になるように、ｃ，ｄ，ｔ，ｈ，Ａの各寸法を決めればよいことになる。

上記実施例においては、段部１１により取り付け孔１ａの内周面とブッシュ４の小径部４ｃの外周面との間に段差ａを発生させ、且つ、ネジ挿入孔４ｄを、取り付けネジ５の外径と略同径に形成された第1ネジ孔部４ｇと、第1ネジ孔部４ｇよりも大径に形成された第２ネジ孔部４ｈとで構成し、第２ネジ孔部４ｈの内周面と取り付けネジ５の軸部５ａの外周面との間に段差ｂを発生させる構成にしたが、段差ａ，ｂのうちの何れか一方の段差を発生させる構成としてもよい。

また、上記実施例においては、段部１１を、ブッシュ４の大径部４ｂと小径部４ｃの成すコーナー部分に両者に跨るように形成した場合を示したが、大径部４ｂ又は小径部４ｃの何れか一方に形成してもよい。

１……制御機器側の取り付け部（第1取り付け部）
２……収納枠側の取り付け部（第２取り付け部）
３……カラー
４……ブッシュ
４ｂ…ブッシュの大径部
４ｃ…ブッシュの小径部
４ｄ…ネジ挿入孔
４ｇ…第1ネジ孔部
４ｈ…第２ネジ孔部
５……取り付けネジ
１１…段部

Claims (5)

1. 制御機器側の導電性素材からなる取り付け部と、収納枠側の導電性素材からなる取り付け部との間に、絶縁素材からなるカラーを挟み、該カラーとの間で前記取り付け部のうち一方を挟む絶縁素材からなるブッシュを配置し、該ブッシュのフランジ状の大径部に設けられた小径部を、前記一方の取り付け部に形成した取り付け孔に挿入し、且つ前記小径部の先端部を、前記カラー内に挿入するとともに、前記ブッシュの中心部を貫通するネジ挿入孔に導電性素材からなる取り付けネジを挿入して該ネジの先端を収納枠側の導電性素材に取り付ける絶縁構造において、
   前記ブッシュの小径部の根元部分に、前記ブッシュの偏心時に前記取り付け孔の内周面と前記ブッシュの小径部の外周面との間に段差を発生させる段部を設けたことを特徴とする絶縁構造。
2. 前記ネジ挿入孔は、前記ブッシュの大径部に前記ネジの外径と略同径に形成された第1ネジ孔部と、前記ブッシュの小径部に前記第1ネジ孔部よりも大径に形成されて前記ネジの外周面との間に段差を発生させる第２ネジ孔部と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁構造。
3. 前記段部は、末広がりの傾斜面を有する断面略三角形状に形成されていることを特徴とする請求項1又は２に記載の絶縁構造。
4. 前記段部は、断面矩形状に形成されていることを特徴とする請求項1又は２に記載の絶縁構造。
5. 前記段部は、断面台形状に形成されていることを特徴とする請求項1又は２に記載の絶縁構造。

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