JPH05304040A - 電気機器の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ケース内のフィラーにウレタン樹脂組成物が
均一に含浸され、硬化性、耐クラック性等に優れた電気
機器を提供する。 【構成】 コイル、部品等を収納したケース内に平均粒
子径が３００μｍ以上のフィラーを充填した後、（Ａ）
ヒマシ油、（Ｂ）ジイソシアネートおよび（Ｃ）エポキ
シ基、アミノ基またはメルカプト基を有するシランカッ
プリング剤を含むウレタン樹脂組成物を、１００Ｔｏｒ
ｒ以下の真空度で注入し、硬化させる電気機器の製造
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気機器の製造法に関
し、さらに詳しくは、硬化性、耐クラック性、熱伝導
率、作業性に優れ、さらに耐湿特性、耐電圧特性に優れ
た電気機器の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来電気機器の絶縁処理方法としては、
プラスチックケースまたは金属ケースにコイル、回路部
品等の部品をセットし、これに樹脂と無機フィラーの均
一混合物を常圧または真空下で注入して硬化するポッテ
ィング法が知られている。しかし、この方法では作業性
の面から混合する無機フィラーの添加量に限界があるた
め、製品価格が高くなる欠点がある。また樹脂組成物が
硬化する際に体積収縮が生じるため硬化物にクラックが
生じ、内蔵されているコイルなどの部品に剥離やクラッ
クが発生し易くなる。さらに熱伝導率が悪いために機器
の温度が高くなり、使用する温度が制限されるなどの問
題がある。さらに樹脂組成物と無機フィラーを混合して
真空下で脱泡した後に注入作業を行うため、樹脂組成物
の硬化時間の長いものを使用する必要があり、したがっ
て注入後の硬化時間が長くなり、作業工程の合理化、省
エネルギー化に限界がある。最近、上記の欠点を解決す
る方法として、あらかじめフィラーを充填した後、樹脂
組成物を注入、硬化するという方法が検討されている。
この方法によれば、クラック性、熱伝導性、作業合理化
等の向上が図れるが、耐湿特性、耐電圧特性に劣るとい
う問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の従来
技術の欠点をなくし、硬化性、耐クラック性、熱伝導
率、作業性に優れ、さらに耐湿特性、耐電圧特性に優れ
た電気機器の製造法を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、コイル、部品
等を収納したケース内に平均粒子径が３００μｍ以上の
フィラーを充填した後、（Ａ）ヒマシ油、（Ｂ）ジイソ
シアネートおよび（Ｃ）エポキシ基、アミノ基またはメ
ルカプト基を有するシランカップリング剤を含むウレタ
ン樹脂組成物を１００Ｔｏｒｒ以下の真空度で注入し、
硬化させる電気機器の製造法に関する。

【０００５】本発明に用いられるフィラーの平均粒子径
は３００μｍ以上、好ましくは６００〜１２００μｍと
される。粒子径は、ＪＩＳ Ｚ ２６０２−１９７６に
よって測定される。平均粒子径が３００μｍ未満では、
粒子が細かく、粒子間隙が小さいため、ウレタン樹脂組
成物の注入時に未含浸部が残り、熱伝導性が低下し、絶
縁性も損なわれる。また部品間にフィラーが不均一に充
填され、機器全体の線膨脹率が不均一となり、ヒートサ
イクル時にコイルや部品の周辺に剥離クラックが発生
し、また基板のはんだ接合部にはんだクラックが発生す
る。フィラーとしては、例えば硅砂、シリカ、アルミ
ナ、水和アルミナ、クレー、マイカ、ガラスビーズ等が
用いられ、特に種類の制限はない。市販品では、パール
サンド４号、三河硅砂Ｖ−３（トウチュウ社製）、ＧＢ
−Ｂ（東芝バロティーニ社製）、ＡＧＳＣＯ ＳＩＬＩ
ＣＡ ＳＡＮＤ＃８−１２（ＡＧＳＣＯ社製）、等を用
いることができる。これらのフィラーは併用することも
できる。さらに、これらのフィラーは脱湿、脱水を目的
として７０〜６００℃で乾燥させることが好ましい。フ
ィラーとウレタン樹脂組成物の使用割合は、総量を１０
０重量部としてフィラーを７０〜８０重量部、ウレタン
樹脂組成物を３０〜２０重量部の範囲で用いることが好
ましい。

【０００６】本発明に用いられるヒマシ油は、リシノー
ル酸（１，２−ヒドロキシオレイン酸）を主成分とする
トリグリセライドであり、分子内に約２．７の水酸基を
有するものである。この他に、例えばヘキサンジオー
ル、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロ
ピレングリコール、オクタンジオール、２−エチル−
１，３−ヘキサンジオール、グリセリン、ペンタエリス
リトール、トリメチロールプロパンなどの低分子ポリオ
ールを希釈剤あるいは変性剤として併用することも可能
である。

【０００７】本発明に用いられるジイソシアネートは、
前記ポリオールの硬化剤として使用され、例えばトリレ
ンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネー
ト、ナフタレンジイソシアネート、キシリレンジイソシ
アネート、ジフェニルスルホンジイソシアネート、トリ
フェニルメタンジイソシアネート、ヘキサンメチレンジ
イソシアネート、ジフェニルプロパンジイソシアネー
ト、フェニレンジイソシアネート、シクロヘキシレンジ
イソシアネート、３，３−ジイソシアネートジプロピル
エーテル、ジフェニルエーテル−４，４−ジイソシアネ
ート、カルボジイミド変性ジフェニルメタン−４，４′
−ジイソシアネート、ポリメリックジフェニルメタン−
４，４′−ジイソシアネートなどのジイソシアネートま
たは上記イソシアネートをフェノール類、オキシム類、
イミド類、メルカプタン類、アルコール類、ε−カプロ
ラクタム、エチレンイミン、α−ピロリドン、マロン酸
ジエチル、亜硫酸水素、ナトリウム、ホウ酸等でブロッ
クしたものなどが用いられる。これらは単独でまたは２
種類以上を組み合わせて用いられる。ヒマシ油とジイソ
シアネートは水酸基とイソシアネート基とが当量となる
量で用いることが好ましい。

【０００８】本発明に用いられるエポキシ基、アミノ基
またはメルカプト基を有するシランカップリング剤とし
ては、例えば、ＫＢＭ−３０３、ＫＢＭ−４０３、ＫＢ
Ｍ−５０３、ＫＢＭ−６０３、ＫＢＭ−８０３（信越シ
リコーン社製商品名）、Ａ−１８７、Ａ−１１００、Ａ
−１８９（日本ユニカ社製商品名）等が用いられる。こ
れらは併用してもよい。この配合量は、ヒマシ油および
ジイソシアネートに対して０．５〜５重量％が好まし
い。配合量が０．５重量％未満では、フィラーとウレタ
ン樹脂組成物の界面の濡れ性が劣り、電気機器の耐湿特
性が低下する。また５重量％を超えるとウレタン樹脂組
成物中にシランカップリング剤が未反応成分として残存
し、硬化が不十分となる。

【０００９】ウレタン樹脂組成物には、水酸基を有しな
い可塑剤、例えばジオクチルフタレート、トリフェニル
ホスフェート、トリクレジルホスフェート、クレジルジ
フェニルホスフェート等のフタル酸エステル、リン酸エ
ステルなどを併用することができる。また必要に応じて
赤リン、ヘキサブロモベンゼン、ジブロモフェニルグリ
シジルエーテル、ジブロモクレジルグリシジルエーテ
ル、三酸化アンチモン等の難燃剤、ベンガラ、酸化第２
鉄、カーボン、チタンホワイト等の着色剤、シリコーン
系消泡剤等の各種添加剤を配合させることができる。

【００１０】本発明において、電気機器は、あらかじめ
フィラーを充填した、コイル、部品等を収納したケース
内に、ウレタン樹脂組成物を、真空度１００Ｔｏｒｒ以
下で注入し、硬化して得られる。真空度が１００Ｔｏｒ
ｒを超えるとフィラーへのウレタン樹脂組成物の含浸性
が低下し、熱伝導率が低下し、絶縁性が損なわれる。本
発明の適用される電気機器としては、高圧トランス、電
源トランス等があげられる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明するが、本
発明はこれらに制限されるものではない。なお特性は以
下に示す方法で評価した。 （１） モデル含浸率：直径５０ｍｍのポリエチレン製
ビーカにフィラーを加振しながら充填後秤量してフィラ
ー（Ａ）の重量（Ｗ₀ｇ）を求めた。次に樹脂組成物を
注入し、１０Ｔｏｒｒの減圧下で１０分間放置し、常
圧、８０℃で３時間硬化させた。次いでポリエチレン製
ビーカから硬化物を取出し、下部の樹脂組成物が含浸さ
れず硬化物から分離されるフィラーの重量（Ｗ₁ｇ）を
求め、次式からモデル含浸率を算出した。

【数１】 モデル含浸率（％）＝〔（Ｗ₀−Ｗ₁）／Ｗ₀〕×１００ モデル含浸率は、樹脂組成物がフィラー中に含浸した割
合を求めるものであり、未含浸部のフィラーが少なけれ
ばモデル含浸率が高くなり、含浸性に優れることを示
す。

【００１２】（２） モデル機器への含浸性：１次コイ
ル、２次コイルおよび部品を金属ケースに収納したモデ
ル機器に、６００℃で２時間乾燥したフィラーを、７０
℃まで温度を下げて加振しながら充填した。次にウレタ
ン樹脂組成物を１０Ｔｏｒｒの減圧下で注入した後、１
０Ｔｏｒｒで３分間放置し、常圧に戻し７０℃で６時間
硬化させた。次いで得られたモデル機器を切断し、コイ
ルおよび部品間隙への含浸状態と、フィラーに対するウ
レタン樹脂組成物の含浸状態について観察し、次のよう
に評価した。 ○：コイルおよび部品の間隙に含浸し、かつフィラーに
ウレタン樹脂組成物が含浸している。 △：フィラーにウレタン樹脂組成物の未含浸部分が若干
残る。 ×：フィラーにウレタン樹脂組成物の未含浸部分がかな
り残る。

【００１３】（３） 耐クラック性：直径６０ｍｍの金
属シャーレに１／２インチの鉄製スプリングワッシャー
をセットし、ウレタン樹脂組成物をワッシャーの上端ま
で注入、硬化して試験片とした。その後、金属シャーレ
をはずし、ＪＩＳ Ｃ ２１０５のヒートサイクル条件
に従ってヒートサイクル試験を行い、クラックの発生状
況を観察し、クラックが発生するサイクル数で示した。

【００１４】（４） 熱伝導率：直径５０ｍｍのポリエ
チレン製ビーカに、フィラーを加振しながら充填した。
次に樹脂組成物を注入し、１０Ｔｏｒｒの減圧下で１０
分間放置し、常圧、８０℃で３時間で硬化させ、直径５
０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板状の試験片を作製し、熱伝
導率測定器（ダイナテック社製）で熱伝導率（ｃａｌ／
ｃｍ・ｓｅｃ・℃）を求めた。

【００１５】（５） 耐湿特性：（２）と同様の方法で
処理したモデル機器を１００℃沸とう水に２時間放置
後、冷水中に２時間放置し、これを１サイクルとして行
い、サイクル毎に樹脂硬化物のクラック、はくりの有無
を観察した。

【００１６】（６） 絶縁破壊強さ：３ｍｍ厚に調整し
た金型に６００℃で２時間乾燥したフィラーを７０℃ま
で温度を下げて加振しながら充填した。次に、ウレタン
樹脂組成物を１０Ｔｏｒｒの減圧下で注入した後、１０
Ｔｏｒｒで３分間放置し、常圧に戻し７０℃で６時間硬
化させた。次いで得られた３ｍｍ厚の樹脂硬化板に球−
平板電極をセットし、絶縁油中で短時間破壊電圧を測定
した。

【００１７】実施例１〜１２ 表１に示すフィラーを用い、さらに表２に示す配合（単
位は重量部）で調整したウレタン樹脂組成物を用いて、
上記試験方法に従って特性を調べ、その結果を表２に示
した。

【００１８】

【表１】 表２から、本実施例のいずれの場合も、モデル含浸性、
実機トランスへの含浸性、耐クラック性、熱伝導率、冷
水煮沸特性、絶縁破壊強さに優れることが示される。

【００１９】比較例１〜３ 実施例１において、エポキシ系シランカップリング剤の
含有量を非添加、０．５重量部（０．３３重量％）およ
び１０．０重量部（６．３重量％）とした以外は、実施
例１と同様にして特性を調べ、結果を表２に示した。シ
ランカップリング剤含有量が０．５重量％より少ない比
較例１、２では、耐電圧特性（絶縁破壊強さ）が低下
し、また５重量％を超える比較例３では、耐湿特性が著
しく低下した。

【００２０】比較例４，５ ポリオール成分として、ヒマシ油以外のものを用いた比
較例４およびイソシアネート成分としてジイソシアネー
ト以外のものを用いた比較例５は、いずれも耐電圧特性
および耐湿特性が低下した。

【００２１】比較例６ フィラーとして、平均粒子径３００μｍ未満のものを用
いた比較例６では、モデル含浸性および実機トランスへ
の含浸性が著しく低下した。

【００２２】比較例７ フィラーを用いていない比較例７では、耐クラック性、
熱伝導率が著しく劣った。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】本発明の製法により得られる電気機器
は、ケース内のフィラーにウレタン樹脂組成物が均一に
充分に含浸されているため、その硬化物には気泡がな
く、部品、コイル等によく密着し、従来のポッティング
法と同様に優れた含浸性と密着性を示す。また従来のポ
ッティング法では、注入作業性の点から、フィラー１．
０に対する樹脂組成物の使用割合は、重量比で０．４が
限界であったが、本発明によればフィラーの量をこれよ
りも多くできるため、トータルコストの低減が可能であ
り、また硬化時の硬化収縮が小さく、耐クラック性硬化
物の熱伝導率、ヒートサイクル性が向上する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイル、部品等を収納したケース内に平
   均粒子径が３００μｍ以上のフィラーを充填した後、
   （Ａ）ヒマシ油、（Ｂ）ジイソシアネートおよび（Ｃ）
   エポキシ基、アミノ基またはメルカプト基を有するシラ
   ンカップリング剤を含むウレタン樹脂組成物を１００Ｔ
   ｏｒｒ以下の真空度で注入し、硬化させることを特徴と
   する電気機器の製造法。