JP4794207B2 - 電気絶縁用注型品およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、電気絶縁用注型品およびその製造方法、特に、金属部品を絶縁体であるエポキシ樹脂中に埋め込んで製作する電気絶縁用注型品およびその製造方法に関するものである。

屋外で使用される電気機器は、季節及び昼夜による気温の変化（温度サイクル）に長期間晒されており、金属部品をエポキシ樹脂中に埋め込んで製作した注型品においては、金属部品とエポキシ樹脂の境界面に両者の線膨張係数の違いに起因する応力が発生する。一般に、電気絶縁用注型品には、少なくとも、２０年〜３０年の耐久性が要求されるので、使用年数に相当する温度サイクルの影響で、境界面に繰り返し応力が印加される。この繰り返し応力により、金属部品とエポキシ樹脂の密着力が低下して、境界面における剥離の発生に至ることがある。剥離により形成されたギャップ部では、部分放電が発生して、エポキシ樹脂内に放電ツリーが進展し、最終的には、絶縁物の内部破壊に至る。

この剥離発生を抑制する方法として、金属部品とエポキシ樹脂間の密着力を強固にすることが考えられる。密着力強化の具体的方法としては、金属部品の表面粗度を増加させて、エポキシ樹脂の硬化収縮によるアンカー効果を利用する方法が一般的であり、最も良く知られている方法として、サンドブラスト法による金属部品の表面処理がある。サンドブラスト法とは、コンプレッサーで硬い粒子（アルミナ）を吹きかけて、金属部品表面を研磨する方法であり、金属部品表面に微小な凹凸を形成することにより、エポキシ樹脂と金属部品との密着力を向上させる。

サンドブラスト法以外の表面処理法としては、陽極酸化処理が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この方法は、希硫酸水溶液中で金属部品に直流電圧を印加して、アルミニウムイオンと酸素イオンの結合による陽極酸化により、金属部品表面に活性な状態の酸化皮膜を形成するものである。硫酸中の陽極酸化皮膜には、硫酸イオンにより表面が多孔性となる。このような陽極酸化処理を施した金属部品にエポキシ樹脂をモールドすることにより、陽極酸化皮膜中の微細孔部にエポキシ樹脂が充填され、良好な密着力が得られる。

特開平９−２６６６１７号公報

従来の金属表面処理法の一つであるサンドブラスト法では、金属部品表面に微小な凹凸が形成されるが、この凹凸が電界集中の原因になることがある。電気絶縁用注型品は埋め込まれた金属部品に高電圧が印加され、エポキシ樹脂により絶縁される構造であり、金属部品表面には非常に高い電界が発生する。
サンドブラスト処理を施した金属部品の表面に金属突起部が形成されると、更なる電界集中が起こり、この電界集中部が起点となり、エポキシ樹脂が絶縁破壊する恐れがある。このような理由から、サンドブラスト処理では注型品の電界をあまり高くできないとの問題点があった。
一方、陽極酸化処理の場合、上記電界集中は抑制できる効果があるが、陽極酸化処理で形成された微細孔は汚損されやすく、良好な密着力を得るためには、表面が活性な状態を保っている内に、エポキシ樹脂でモールドすることが必要であり、陽極酸化処理後の金属部品の厳格な管理が必要であるとの問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電界集中が起こらず、比較的容易に製造できて、良好な密着力が確保できる電気絶縁用注型品およびその製造方法を得ようとするものである。

この発明に係る電気絶縁用注型品では、アルミニウムで構成される金属部品をエポキシ樹脂によりモールド成形する電気機器用注型品において、前記エポキシ樹脂と接する前記金属部品の表面にクロメート皮膜が配置され、表面に前記クロメート皮膜が配置された前記金属部品と前記エポキシ樹脂との間に前記クロメート皮膜に接してプライマーが配置されているものである。

また、この発明に係る電気絶縁用注型品の製造方法では、アルミニウムで構成される金属部品をエポキシ樹脂によりモールド成形する電気機器用注型品の製造方法において、アルミニウムで構成される前記金属部品の表面にクロメート皮膜を形成するクロメート皮膜形成工程と、前記クロメート皮膜形成工程によって表面に前記クロメート皮膜が配置された前記金属部品と前記エポキシ樹脂との間に前記クロメート皮膜に接してプライマーが配置されている状態で前記エポキシ樹脂によりモールド成形する成形工程とを含むものである。

この発明によれば、エポキシ樹脂と接する表面にクロメート皮膜が配置された金属部品とエポキシ樹脂との間に前記クロメート皮膜に接してプライマーが配置されていることにより、電界集中が起こらず、比較的容易に製造できて、良好な密着力が確保できる電気絶縁用注型品およびその製造方法を得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態を図について説明する。図１は、この発明による実施の形態における電気絶縁用注型品の構成を示す断面図である。図２は、この発明による実施の形態における電気絶縁用注型品の強度比較データを示す線図である。

図１において、金属部品１は、エポキシ樹脂２と接する表面にクロメート皮膜３を備えており、金属部品１とエポキシ樹脂２の間には、プライマー４が配置されている。

金属をある種の溶液中に浸漬して表面に金属塩皮膜を形成する処理は、化成処理と呼ばれており、この金属を浸漬させる溶液として、クロム酸または重クロム酸塩を主成分として利用したものが、クロメート処理であり、クロメート処理で生成される皮膜がクロメート皮膜である。クロメート処理は代表的な化成処理法で、耐食性付与の後処理法として、また塗装下地用として密着性向上に、極めて有効な方法である。

この発明による実施の形態における電気絶縁用注型品の製作は、以下の手順で行なわれる。
機械加工にて所定の形状に加工された金属部品１は、溶剤を用いた超音波脱脂後、アルカリ溶液による脱脂を行い、塩酸または硫酸に浸漬して、表面不純物を除去後、水洗にて、前工程での付着液を除去する。
クロメート処理は、市販の処理液〔セルメートＡ−４０４：日本マルセル（株）製〕を用いて、３０℃に温度管理したクロメート処理液中に１分間、浸漬する。
その後、水洗にて、クロメート処理液を除去後、熱風乾燥によりにより付着している水分を除去する。
上記の方法で製作された金属部品にエポキシ樹脂を有機溶媒で希釈したプライマーを塗布して、１３０℃／２時間の温度条件で加熱処理後、エポキシ樹脂２をモールドすることにより、電気絶縁用注型品が製造される。
このプライマーは、主剤であるビスフェノール型エポキシ樹脂とノボラック型エポキシ樹脂、および、硬化剤であるイミダゾールの混合物を有機溶剤（トルエンとメチルエチルケトンの混合物）で希釈したものである。また、エポキシ樹脂２は、主剤としての芳香族系エポキシ樹脂と、硬化剤としての酸無水物と、充填材としての電融アルミナ粉砕粒子とを、その組成とするものである。

このようにして製造された電気絶縁用注型品について、引張強度を比較すると、図２のうようになる。
従来技術によるサンドブラスト処理では２０ＭＰａ程度の強度であり、この発明によるクロメート処理だけの場合には３０ＭＰａ程度の強度となり、この発明によるクロメート処理にプライマーによる強化策を加えた場合には５０ＭＰａ程度の強度となる。

以上のような構成を有する電気絶縁用注型品は、エポキシ樹脂と接する金属部品の表面がクロメート皮膜を備え、金属部品をエポキシ樹脂の間にプライマーを配置することにより、優れた密着性を有しており、長期間に亘る使用により、金属部品とエポキシ樹脂の間に剥離が生じない。
また、クロメート皮膜は、安価に製作でき、一般環境で非常に安定な膜であり、陽極酸化膜のような厳格な管理が不要である。更に金属部品表面に突起が形成されないので、サンドブラスト法の弊害である電界集中が起こらず、注型品の電界を高く設計することが可能となり、機器のコンパクト化が可能となる効果がある。

この発明の活用例としては、ＳＦ_６ガスを絶縁媒体として用いるガス絶縁母線装置（ＧＩＳ）やガス絶縁開閉装置（ＧＣＢ）などのガス絶縁機器の絶縁スペーサや絶縁ロッド等を挙げることができる。

この発明による実施の形態によれば、アルミニウムで構成される金属部品１をエポキシ樹脂２中に埋め込んでエポキシ樹脂２によりモールド成形する電気機器用注型品において、エポキシ樹脂２と接する金属部品１の表面にクロメート皮膜３が配置されているようにしたので、電界集中が起こらず、比較的容易に製造できて、良好な密着力が確保できる電気絶縁用注型品を得ることができる。

また、この発明による実施の形態によれば、前項の構成において、表面にクロメート皮膜３が配置された金属部品１とエポキシ樹脂２との間にプライマー４が配置されているようにしたので、電界集中が起こらず、比較的容易に製造できて、更に良好な密着力が確保できる電気絶縁用注型品を得ることができる。

さらに、この発明による実施の形態によれば、アルミニウムで構成される金属部品１をエポキシ樹脂２中に埋め込んでエポキシ樹脂２によりモールド成形する電気機器用注型品の製造方法において、アルミニウムで構成される金属部品１の表面にクロメート皮膜３を形成するクロメート皮膜形成工程と、前記クロメート皮膜形成工程によって表面にクロメート皮膜３が配置された金属部品１とエポキシ樹脂２との間にプライマー４が配置されている状態でエポキシ樹脂２によりモールド成形するモールド成形工程とを含むことを特徴とするので、電界集中が起こらず、陽極酸化膜による場合のような表面処理後の厳格な管理が不要で比較的容易に製造できて、良好な密着力が確保できる電気絶縁用注型品の製造方法を得ることができる。

この発明による実施の形態における電気絶縁用注型品の構成を示す断面図である。 この発明による実施の形態における電気絶縁用注型品の強度比較データを示す線図である。

符号の説明

１ 金属部品、２ エポキシ樹脂、３ クロメート皮膜、４ プライマー。

Claims (2)

1. アルミニウムで構成される金属部品をエポキシ樹脂によりモールド成形する電気機器用注型品において、前記エポキシ樹脂と接する前記金属部品の表面にクロメート皮膜が配置され、表面に前記クロメート皮膜が配置された前記金属部品と前記エポキシ樹脂との間に前記クロメート皮膜に接してプライマーが配置されていることを特徴とする電気絶縁用注型品。
2. アルミニウムで構成される金属部品をエポキシ樹脂によりモールド成形する電気機器用注型品の製造方法において、アルミニウムで構成される前記金属部品の表面にクロメート皮膜を形成するクロメート皮膜形成工程と、前記クロメート皮膜形成工程によって表面に前記クロメート皮膜が配置された前記金属部品と前記エポキシ樹脂との間に前記クロメート皮膜に接してプライマーが配置されている状態で前記エポキシ樹脂によりモールド成形するモールド成形工程とを含むことを特徴とする電気絶縁用注型品の製造方法。

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