JPH0945819A

JPH0945819A - 樹脂モールド部品及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0945819A
Application number: JP19175895A
Authority: JP
Inventors: Toshio Shimizu; 敏夫清水; Yasufumi Nagata; 恭文永田; Masaru Miyagawa; 勝宮川; Kimiya Sato; 公哉佐藤; Yoshikazu Jinno; 美和神野; Yoshihiko Hirano; 嘉彦平野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1995-07-27
Publication date: 1997-02-14
Anticipated expiration: 2015-07-27
Also published as: JP3207720B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、界面の熱応力が低減された樹脂モ
ールド部品を作業効率よく製造することを目的とする。【解決手段】埋め込み物２を、無機質粒子を充填した
それぞれ組成の異なる熱硬化性樹脂を順次コーティング
することにより複数層積層した後、注型用熱硬化性樹脂
７で注型することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば重電機器に
おけるモールドバルブ等のような樹脂モールド部品及び
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】重電機器の分野において、高圧絶縁用樹
脂モールド部品が電気絶縁材料及び構造材料として多数
用いられている。エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリ
イミド樹脂、ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂は、三
次元的に架橋しており、耐熱性、耐湿性、耐薬品性、寸
法安定性、電気的特性等に多くの優れた特性を有する材
料であり、樹脂モールド部品の樹脂材料として広く使用
されている。しかし、これらの熱硬化性樹脂は、一般的
に非常に脆い材料であり、応力集中部や微小亀裂、異
物、欠陥、ボイド等が存在すると著しく機械的強度が低
下する。また高圧絶縁用樹脂モールド部品にはモールド
バルブのように金属やセラミックスを内蔵するものがあ
る。この場合、熱膨張率の差異により、樹脂／セラミッ
クス・金属の接着界面には、注型時の残留応力が発生し
たり、或いは温度差、温度変化により大きな熱応力が発
生し、靭性の低い熱硬化性樹脂中に亀裂が発生し易い。
一旦亀裂が発生すると、これが停留することなく速やか
に樹脂中を進展し、破壊に至る。また時として、地絡等
の事故を誘発する。

【０００３】例えば、モールドバルブ１０は図７に示す
ような構造からなり、シリカ粉末を充填したエポキシ樹
脂１１で真空バルブ２を包み込んでいる。このモールド
バルブ１０は、真空遮断器に組み込まれる。真空バルブ
２をエポキシ樹脂１１でモールドすることにより、真空
バルブ２沿面の絶縁が強化され、また、これを構造的に
保持する機能が付与されるものである。その結果、真空
遮断器全体が非常に小形・縮小化される。しかし、前述
のように、真空バルブ２を構成するアルミナとエポキシ
樹脂１１との熱膨張率の差は大きく、注型時の高温から
室温まで冷却する過程で大きな残留応力が発生する。或
いは、運転休止時の温度変化により大きな熱応力が発生
する。また寒冷地に保持する場合、空輪により極地圏上
空を通過する際などに−３５℃程度まで冷却されること
が予想され、極めて大きな応力に曝される。このため真
空バルブ２を包むエポキシ樹脂１１が割れ、機械的・電
気的に破壊する。

【０００４】現状では、こうした問題を回避するため、
緩衝層を利用した二段モールド法が適用されている。こ
れは、真空バルブ２を一度柔らかい可撓性エポキシ樹脂
で数mmの厚さに包んでクッション層１２を形成し、その
外側を硬いエポキシ樹脂１１で再度注型し、所定の外形
寸法に仕上げる手法である。真空バルブ２のように、熱
膨張率、形状から特に直接モールドしにくいコンポーネ
ントに対しては、こうした二段モールド法を適用せざる
を得ない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、二段モ
ールド法は、所定厚さのクッション層を付与する必要が
あり、また従来の注型用樹脂と異なる設備、硬化条件が
必要となるため、作業効率の低下を招く。また注型用エ
ポキシ樹脂という新たな接着界面が出現し、これが弱点
部となりやすい。このため、注型工程の厳しい品質管理
が不可欠であり、設備面、作業面での負荷が増加する。

【０００６】樹脂／セラミックス・金属界面に発生する
応力を低減させるためには、理想的にはエポキシ樹脂自
身の熱膨張率をセラミックス・金属に近付けることであ
る。エポキシ樹脂は、樹脂単体ではセラミックス等に比
較して１桁程度大きい熱膨張率を持つため、前記のよう
にシリカ、アルミナ等の無機質粒子を多量に充填し、熱
膨張率の低減を図っている。この場合、熱膨張率は、お
およそ複合則に従い変化するため、より多くの無機質粒
子を充填することにより、界面の応力を低減することが
できる。しかし、充填材を多量に充填すると混合物の粘
度が著しく増大し、注型材料が本来持つ流動性、作業
性、脱泡性が損なわれる。このため、実用的には充填量
には上限が存在し、充填量は注型材料としての特性を維
持するレベルに抑えられている。

【０００７】以上のように、二段モールド法や無機質充
填材の高充填法には、それぞれ問題点があり、真空バル
ブ等のコンポーネントのモールドは困難なものである。

【０００８】そこで、本発明は、上述の問題点のある柔
軟なクッション層を有する二段モールド法を用いること
なく、界面の熱応力を低減し、界面の剥離や亀裂の発生
を防止し、耐クラック性、耐ヒートサイクル性等の長期
信頼性、耐コロナ性等の電気的特性に優れた樹脂モール
ド部品及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の樹脂モールド部品の製造方法は、埋
め込み物を電気絶縁性熱硬化性樹脂でモールドした樹脂
モールド部品の製造方法において、前記埋め込み物を、
無機質粒子を充填したそれぞれ組成の異なる熱硬化性樹
脂を順次コーティングすることにより複数層積層した
後、注型用熱硬化性樹脂で注型することを要旨とする。
上記構成において、熱硬化性樹脂の熱膨張率がその組成
の変化に応じて変化し、埋め込み物の界面部に、熱膨張
率がその厚さ方向に変化する樹脂層が容易に形成され
る。これにより熱膨張率差に起因する界面部の熱応力を
低減することが可能となる。

【００１０】請求項２記載の樹脂モールド部品は、請求
項１記載の樹脂モールド部品の製造方法で製造した樹脂
モールド部品であって、前記熱硬化性樹脂は、前記無機
質粒子の充填量を変化させることにより組成を異ならせ
てなることを要旨とする。上記構成において、熱膨張率
の異なる熱硬化性樹脂は、無機質粒子の充填量を変化さ
せて組成を変えることにより、容易に実現される。

【００１１】請求項３記載の樹脂モールド部品は、請求
項１記載の樹脂モールド部品の製造方法で製造した樹脂
モールド部品であって、前記熱硬化性樹脂は、前記無機
質粒子の粒径を変化させることにより組成を異ならせて
なることを要旨とする。上記構成において、熱膨張率の
異なる熱硬化性樹脂は、無機質粒子の粒径を変化させて
組成を変えることによっても実現され、この場合は、細
密充填が可能となって熱膨張率を一層広い範囲で変える
ことが可能となる。

【００１２】請求項４記載の樹脂モールド部品は、請求
項１記載の樹脂モールド部品の製造方法で製造した樹脂
モールド部品であって、前記組成の異なる熱硬化性樹脂
の複数層積層部で熱膨張率が連続的に変化する樹脂層を
形成してなることを要旨とする。上記構成において、組
成の異なる熱硬化性樹脂の複数層積層部で、埋め込み物
の界面部に、熱膨張率が連続的に変化する樹脂層が実現
される。

【００１３】請求項５記載の樹脂モールド部品は、請求
項１記載の樹脂モールド部品の製造方法で製造した樹脂
モールド部品であって、前記無機質粒子として、シリ
カ、アルミナ、ガラス繊維又はドロマイトの少なくとも
何れかを用いてなることを要旨とする。上記構成におい
て、無機質粒子には、使用環境等に応じて、シリカ、ア
ルミナ、ガラス繊維又はドロマイトの少なくとも何れか
が用いられる。

【００１４】請求項６記載の樹脂モールド部品は、請求
項１記載の樹脂モールド部品の製造方法で製造した樹脂
モールド部品であって、前記組成の異なる熱硬化性樹脂
及び前記注型用熱硬化性樹脂の樹脂主剤は、エポキシ樹
脂、ポリイミド樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂の何れ
かを用いてなることを要旨とする。上記構成において、
組成の異なる熱硬化性樹脂及び注型用熱硬化性樹脂の樹
脂主剤には、使用環境等に応じて、エポキシ樹脂、ポリ
イミド樹脂又は不飽和ポリエステル樹脂の何れかが用い
られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。通常、重電機器でよく用いられる
ビスフェノール系固形エポキシ樹脂（例えば、ＣＹ２２
５、チバガイギー社の商品名）を酸無水物硬化剤（例え
ば、ＨＹ９２５、チバガイギー社の商品名）及び無機質
粉末であるシリカ粉末（例えば、ヒューズレックスＲＤ
−８、（株）龍森の商品名、平均粒径１５μｍ）充填材
の組み合わせからなる加熱硬化形エポキシ注型材料を基
本組成として特性評価を行った。

【００１６】

【表１】標準的な加熱硬化形エポキシ注型材料の組成を表１に示
す。通常、注型作業を行うためには、粘度が数千ｃｐ以
下であることが必須であり、このため、シリカ粉末は４
００ｐｈｒ（per hundred of resin by weight）程度の
充填で抑えられている。図４にシリカ粉末充填量と粘度
の関係を示す。充填量が７００ｐｈｒ以上になると１０
０００ｃｐ以上となり、注型には適さない領域になる。

【００１７】

【表２】次に、シリカ粉末充填量と熱膨張率の関係を図５及び表
２に示す。熱膨張率は、充填量の増加とともに低下する
傾向にある。シリカ粉末の粒径が大きい場合には充填量
に限界があるため、６０ｖｏｌ％以上の高充填領域で
は、粒径の小さいシリカ粉末（例えば、ヒューズレック
スＦＦ、（株）龍森の商品名、平均粒径２μｍ）と１：
１で充填し、細密充填を図る。

【００１８】埋め込み物として、例えば、真空バルブを
モールドする場合、真空バルブ外管を構成するアルミナ
の熱膨張率は８×１０^-6／℃であり、樹脂単体では約５
０×１０^-6／℃アモルファスシリカは４×１０^-7／℃で
ある。図５、表２に示すようにアモルファスシリカ粉末
の充填量を変化させると、任意の熱膨張率を有する組成
が得られ、組成Ｄの８０ｖｏｌ％の充填で真空バルブの
外管に近い熱膨張率を得る。この組成を用いて真空バル
ブを直接モールドすれば、熱膨張率の差が小さいため、
熱応力の発生を小さく抑え、亀裂や剥離の発生を防ぐこ
とができる。しかし、前記のように６０ｖｏｌ％以上の
高充填域では粘度が著しく高くなるので注型作業には適
さない。実際の注型に適する組成は表１にあるような組
成Ａの重量部４００ｐｈｒ、体積率５０ｖｏｌ％程度の
充填量である。

【００１９】そこで、図２に示すように真空バルブ２表
面を組成Ｄの樹脂Ｄ層３でコーティングした後、それぞ
れ組成Ｃ，Ｂからなる樹脂Ｃ層４、樹脂Ｂ層５で順次コ
ーティングする。コーティングには、ハケ塗り、ディッ
プ等を用いる。これらの組成Ｂ，Ｃ，Ｄの樹脂は、粘度
が高く、注型には適さないが、未硬化で流動性を有する
ため、若干予熱した真空バルブ２表面にコーティングす
ることは可能である。この状態で図３に示すように、金
型８に真空バルブ２をセットし、組成Ａからなる通常の
注型材料である樹脂Ａ７を注入する。硬化温度は、通常
８０〜１５０℃であるので、コーティングした樹脂Ｄ層
３、樹脂Ｃ層４、樹脂Ｂ層５の各樹脂が溶融し、界面が
消失する。各層３，４，５の樹脂は全て同じ組成のもの
を用いているので、図１に示すように、硬化後のモール
ドバルブ１において、真空バルブ２近傍から注型樹脂Ａ
層７に向かってシリカ粉末の充填量が段階的に変化する
傾斜層６が形成される。この傾斜層６は、熱膨張率が真
空バルブ２から標準の注型材料である樹脂Ａ層７まで変
化する、いわゆる傾斜機能を有するものであり、熱膨張
率差に起因する残留応力、熱応力を低減することが可能
となる。

【００２０】一次硬化を８０℃、１５時間、二次硬化を
１３０℃、１５時間として、図１の構造のモールドバル
ブ１を注型、製作した。この傾斜型樹脂モールドバルブ
の他に、比較のため、図７の構造の可撓性エポキシ樹脂
をクッション層とする二段モールド法適用のモールドバ
ルブ、標準的な注型樹脂Ａのみで直接モールドしたモー
ルドバルブを作製した。

【００２１】次に、得られた各モールドバルブについ
て、信頼性評価を行った。信頼性評価の方法として、０
℃で１時間及び１００℃で１時間の液相ヒートサイクル
試験を１０回繰り返し、樹脂モールドバルブに亀裂が発
生したか否かを目視により確認した。その結果、従来の
直接モールド法適用のモールドバルブは１サイクル終了
後に樹脂表面に亀裂の発生が認められた。しかし、二段
モールド法適用モールドバルブ及び本実施の形態の傾斜
型樹脂モールドバルブの場合には、１０サイクル終了後
も特に異常はなく、亀裂の発生は認められなかった。

【００２２】さらに液相ヒートサイクル試験終了後の二
段モールド法適用モールドバルブ、本実施の形態の傾斜
型樹脂モールドバルブについて部分放電試験を行った。
この試験はコロナ発生開始の放電電荷量を１ｃｐとし
て、交流を印加した。その結果、二段モールド法適用モ
ールドバルブ、本実施の形態の傾斜型樹脂モールドバル
ブは、ともに５０ｋＶの交流電圧を印加してもコロナ放
電は発生せず、初期の耐コロナ特性を維持していた。こ
の場合、二段モールド法適用モールドバルブは注型工程
を厳しく管理して製作したもので、作業効率の面で本実
施の形態の傾斜型樹脂モールドバルブがより優れてい
る。

【００２３】次に、同組成の耐クラック性を調べるた
め、図６に示すＩＥＣｐｄ４５５−２に準拠する軟
鋼製のオリファント熱衝撃ワッシャー９を５個注型し、
表３に示す条件で熱衝撃試験を行った。軟鋼の熱膨張率
は１１×１０^-6／℃であるため、表２の樹脂Ｃ、樹脂Ｂ
でワッシャー９をコーティングした後、標準的な樹脂Ａ
で注型した本実施の形態の傾斜型樹脂モールド部品と樹
脂Ａのみで直接モールドした従来樹脂モールド部品とを
製作した。

【００２４】供試品を決められた温度で決められた時間
冷熱試験を繰り返す。試験が進むにつれて温度幅は徐々
に増加する。低温はドライアイスで所望の温度まで冷却
したエタノールを入れた冷却槽で、また高温は室温放置
又は加熱炉によって得られる。判定は、低温側から取り
出した後、亀裂の有無を目視で観察する。その結果を表
４に示す。

【００２５】表４から分かるように、従来樹脂モールド
部品が９〜１１サイクルで亀裂発生が確認されたのに対
し、本実施の形態の傾斜型樹脂モールド部品は１７サイ
クルでも亀裂は発生せず、優れた耐熱衝撃性を示した。
またばらつきも少なく安定した特性が得られた。

【００２６】また対象とする内蔵物が導体等に使用され
る銅であるならば、熱膨張率は１７×１０^-6／℃である
ため、表２の樹脂Ｂでワッシャーをコーティングした
後、標準的な樹脂Ａで注型してやれば、残留応力、熱応
力の低減に効果を発揮する。

【００２７】以上のように、本実施の形態の傾斜型樹脂
モールド部品は、従来樹脂モールド部品と比較して、熱
的、機械的、電気的に優れ、信頼性に富むことが実験的
に証明された。

【００２８】

【表３】

【表４】なお、上述の実施の形態では、充填用無機質粒子の材料
として、シリカを用いたが、このシリカに加えてアルミ
ナ、ガラス繊維又はドロマイトの少なくとも何れかを用
いることもできる。また組成の異なる熱硬化性樹脂及び
前記注型用熱硬化性樹脂の樹脂主剤として、エポキシ樹
脂を用いたが、ポリイミド樹脂又は不飽和ポリエステル
樹脂を用いることもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の樹
脂モールド部品の製造方法によれば、埋め込み物を、無
機質粒子を充填したそれぞれ組成の異なる熱硬化性樹脂
を順次コーティングすることにより複数層積層した後、
注型用熱硬化性樹脂で注型するようにしたため、埋め込
み物の界面部に、熱膨張率がその厚さ方向に変化する樹
脂層を作業効率よく形成することができて熱膨張率差に
起因する界面部の熱応力を低減することができる。した
がって界面の剥離や亀裂の発生を防止し、耐クラック
性、耐ヒートサイクル性等の長期信頼性、耐コロナ性等
の電気的特性に優れた樹脂モールド部品とすることがで
きる。

【００３０】請求項２記載の樹脂モールド部品によれ
ば、前記熱硬化性樹脂は、前記無機質粒子の充填量を変
化させることにより組成を異ならせるようにしたため、
熱膨張率の異なる熱硬化性樹脂を容易に実現することが
できる。

【００３１】請求項３記載の樹脂モールド部品によれ
ば、前記熱硬化性樹脂は、前記無機質粒子の粒径を変化
させることにより組成を異ならせるようにしたため、熱
膨張率の異なる熱硬化性樹脂を、無機質粒子の粒径を変
化させて組成を変えることによっても容易に実現するこ
とができ、さらに、この場合は、細密充填が可能となっ
て熱膨張率を一層広い範囲で変えることができる。

【００３２】請求項４記載の樹脂モールド部品によれ
ば、前記組成の異なる熱硬化性樹脂の複数層積層部で熱
膨張率が連続的に変化する樹脂層を形成するようにした
ため、埋め込み物の界面部に、熱膨張率が連続的に変化
する樹脂層が容易に実現されて熱膨張率差に起因する界
面部の熱応力を低減することができる。

【００３３】請求項５記載の樹脂モールド部品によれ
ば、前記無機質粒子として、シリカ、アルミナ、ガラス
繊維又はドロマイトの少なくとも何れかを用いるように
したため、無機質粒子を使用環境等に応じた材質とする
ことができて一層確実に界面部の熱応力を低減すること
ができる。

【００３４】請求項６記載の樹脂モールド部品によれ
ば、前記組成の異なる熱硬化性樹脂及び前記注型用熱硬
化性樹脂の樹脂主剤は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂
又は不飽和ポリエステル樹脂の何れかを用いるようにし
たため、組成の異なる熱硬化性樹脂及び注型用熱硬化性
樹脂の樹脂主剤を、使用環境等に応じた樹脂材料とする
ことができて、界面部の熱応力を確実に低減することが
できるとともに界面の剥離や亀裂の発生防止、耐クラッ
ク性、耐ヒートサイクル性等の長期信頼性、耐コロナ性
等の電気的特性を一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る樹脂モールド部品の実施の形態で
あるモールドバルブの断面図である。

【図２】図１の要部拡大断面図である。

【図３】本実施の形態の樹脂モールド部品の製造方法に
おいて注型用熱硬化性樹脂の注型を説明するための図で
ある。

【図４】エポキシ樹脂にアモルファスシリカ粉末を充填
した場合の充填量と粘度の関係を示す図である。

【図５】エポキシ樹脂にアモルファスシリカ粉末を充填
した場合の充填量と熱膨張率の関係を示す図である。

【図６】本実施の形態における埋め込み物の例であるオ
リファント熱衝撃ワッシャーを示す図である。

【図７】従来の二段モールド法で製造したモールドバル
ブを示す断面図である。

【符号の説明】

１モールドバルブ（樹脂モールド部品）２真空バルブ（埋め込み物）３樹脂Ｄ層（組成の異なる熱硬化性樹脂）４樹脂Ｃ層（組成の異なる熱硬化性樹脂）５樹脂Ｂ層（組成の異なる熱硬化性樹脂）６傾斜層７樹脂Ａ層（注型用熱硬化性樹脂）８金型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤公哉東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者神野美和東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者平野嘉彦神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】埋め込み物を電気絶縁性熱硬化性樹脂で
モールドした樹脂モールド部品の製造方法において、前
記埋め込み物を、無機質粒子を充填したそれぞれ組成の
異なる熱硬化性樹脂を順次コーティングすることにより
複数層積層した後、注型用熱硬化性樹脂で注型すること
を特徴とする樹脂モールド部品の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の樹脂モールド部品の製造
方法で製造した樹脂モールド部品であって、前記熱硬化
性樹脂は、前記無機質粒子の充填量を変化させることに
より組成を異ならせてなることを特徴とする樹脂モール
ド部品。
【請求項３】請求項１記載の樹脂モールド部品の製造
方法で製造した樹脂モールド部品であって、前記熱硬化
性樹脂は、前記無機質粒子の粒径を変化させることによ
り組成を異ならせてなることを特徴とする樹脂モールド
部品。
【請求項４】請求項１記載の樹脂モールド部品の製造
方法で製造した樹脂モールド部品であって、前記組成の
異なる熱硬化性樹脂の複数層積層部で熱膨張率が連続的
に変化する樹脂層を形成してなることを特徴とする樹脂
モールド部品。
【請求項５】請求項１記載の樹脂モールド部品の製造
方法で製造した樹脂モールド部品であって、前記無機質
粒子として、シリカ、アルミナ、ガラス繊維又はドロマ
イトの少なくとも何れかを用いてなることを特徴とする
樹脂モールド部品。
【請求項６】請求項１記載の樹脂モールド部品の製造
方法で製造した樹脂モールド部品であって、前記組成の
異なる熱硬化性樹脂及び前記注型用熱硬化性樹脂の樹脂
主剤は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂又は不飽和ポリ
エステル樹脂の何れかを用いてなることを特徴とする樹
脂モールド部品。