(57)【要約】【課題】内部に金属インサートを含むモールド品の内部ひずみの計測が可能なモールド品の内部ひずみ測定法に関する。【解決手段】内部に金属インサート３を含む高分子絶縁材料２よりなるモールド品の成型時に前記インサート近傍に光ファイバセンサ１を埋め込み、モールド品内部のひずみの挙動をモニタリングすることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に金属インサートを含む高分子絶縁材料よりなるモールド品の成型時に前記インサート近傍に光ファイバセンサを埋め込み、モールド品内部のひずみの挙動をモニタリングすることを特徴とするモールド品の内部ひずみ測定法。
【請求項２】
前記光ファイバセンサにより、内部ひずみの変化を定量的に測定し、モールド品が破壊等の異常に到る過程を監視することを特徴とする請求項１記載のモールド品の内部ひずみ測定法。
【請求項３】
前記光ファイバセンサとして、ファブリ・ペロー干渉計型光ファイバを用いることを特徴とする請求項１又は２記載のモールド品の内部ひずみ測定法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モールド品の内部ひずみ測定法に関する。詳しくは、高電圧機器で、内部に金属インサートを含んだ高分子絶縁材料を用いてモールドした、絶縁特性及び構造物としての機械特性の両立が求められている成形品の予防保全・劣化診断及び余寿命診断に関するものであり、例えば、絶縁母材、碍子、ブッシング、変成器などに適用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
高分子絶縁材料として代表的なエポキシ樹脂は、その電気特性、機械特性、接着性が良好であることから、古くから回転機のコイル絶縁や変圧器等の静止機器絶縁などの大型成形品を始めとして、半導体パッケージに代表される小型・高精度品まで、電気絶縁材料として広く使用されてきた。
【０００３】
特に、静止機器部品である樹脂がいしに代表される、内部に金属インサートを含んだモールド品といわれる、高電圧下で絶縁特性及び構造物としての機械特性の両立が求められる構造体は、モールド成型時の硬化過程において、力学的特性を変化させながら、体積収縮を起こす。
【０００４】
このため、樹脂内部に残留応力が発生し、樹脂やそれを含む構造全体の強度に悪影響を与えることが多く、モールドした樹脂内に亀裂が発生したり、樹脂と金属インサートの間に剥離が発生したりする。
また、そうして小さなクラックや亀裂の発生部分には応力集中が起こり、構造体全体に大きな損傷を与えることになってしまう。
【０００５】
そこで、モールド品を対象として、その予防保全・劣化診断及び余寿命診断技術が古くから求められてきた。
現在、モールド品の構造材料の劣化や損傷・破壊の検出手段については、構造体の変形、ひずみ、振動、弾性波放出現象等を測定して異常を検知する間接法と、電界或いは磁界の変化、放射線、超音波等を利用して構造体の表面又は内部に発生する大小のクラックを評価する直接法とがある。
【０００６】
間接法であるひずみ計測法としては、埋め込み型の電気式ひずみセンサを用いた例があるが、金属インサートを含まないモールド品に限られ、内部に金属インサートを含むモールド品の内部ひずみ計測はできなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
モールド品の構造材料の劣化や損傷破壊の検知手段（間接法）としては、構造物の変形、ひずみ、振動、弾性波放出現象等を測定して異常を検知する方法が挙げられるが、特にひずみ計測においては、そのセンシング部分は、下記の条件を満たす必要がある。
【０００８】
▲１▼センサを埋め込むことで応力なりひずみ分布が攪乱されない。
▲２▼温度による変動がない。
▲３▼大きな圧縮ひずみに耐え尚かつ感度が良い。
▲４▼電気的ストレスに対して耐える。
更に、金属インサートを含むモールド品の機械的劣化を含めた内部ひずみ挙動を正確に知るためには、インサート近傍の応力集中している極所部分の情報を計測する必要がある。
【０００９】
埋め込み型電気式ひずみセンサを用いた測定では、次のような不都合が指摘されていた。
（１）モールド品の成形時硬化収縮量、内部残留ひずみ及び熱収縮時の内部ひずみ挙動を把握するには感度が非常に悪い。
（２）ひずみセンササイズが大きいために、インサート近傍に位置させた場合のセンサの存在がその周囲の応力状態に影響を及ぼすために、正確な情報を得るのは困難である。
（３）モールド品外部に現れない、機械的劣化による内部微小クラックの発生等、モールド品の破壊に到る前過程を把握・検出することも非常に困難である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係るモールド品の内部ひずみ測定法は、内部に金属インサートを含む高分子絶縁材料よりなるモールド品の成型時に前記インサート近傍に光ファイバセンサを埋め込み、モールド品内部のひずみの挙動をモニタリングすることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るモールド品の内部ひずみ測定法は、請求項１において、前記光ファイバセンサにより、内部ひずみの変化を定量的計測し、モールド品が破壊等の異常に到る過程を監視することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係るモールド品の内部ひずみ測定法は、請求項１又は２において、前記光ファイバセンサとして、ファブリ・ペロー干渉計型光ファイバを用いることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上述したように金属インサートを含むモールド品の劣化を含めた機械的挙動を正確に知るためには、インサート近傍の応力集中している極所部分の情報を計測する必要がある。
【００１４】
そこで、本実施例では、図１に示す、干渉計型センサの一種であるファブリ・ペロー干渉計型（ＥＦＰＩ：Ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ　Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）光ファイバセンサ１を採用した。
即ち、ＥＦＰＩ光ファイバセンサ１をモールド樹脂２のモールド品成形時に内部応力集中部である金属インサート３付近に埋め込み、モールド品内部ひずみの挙動をモニタリングする方式としたものである。
【００１５】
ＥＦＰＩ光ファイバセンサ１は、シリカガラス管１０内に、反射ファイバ２０と入出力ファイバ３０を接着剤４０にて固定し、二つのファイバ２０，３０の端面２１，３１で反射し、干渉した光を測定することにより、端面２１，３１の距離（エアギャップ）Ｇを計測するものである。
即ち、対向する高反射率を与えた平行な端面２１，３１で一定の厚さの空気間隙を挟み、繰り返し反射を行わせると、多数の光束が干渉に関与するため、干渉縞は極めて細い縞となり、この縞のずれを測定するものである。
【００１６】
尚、モールド樹脂２としては、エポキシ樹脂或いはフェノール樹脂等の高分子絶縁材料を用いることができる。
金属インサート３を含むモールド品の劣化を含めた機械的挙動を正確に知るために、インサート近傍の応力集中している極所部分の情報を計測するセンサ１としてＥＦＰＩ光ファイバセンサを採用することで、次の利点が挙げられる。
【００１７】
▲１▼細径
▲２▼軽量
▲３▼可撓性
▲４▼無誘導性
▲５▼高絶縁性
▲６▼高耐腐食性
【００１８】
これにより、本センサは感度が良く、また、ひずみセンサ自体が小さいことから、インサート近傍に位置させた場合のセンサの存在がその周囲の応力状態に影響を及ぼすことも殆どなく、モールド品の成形硬化時の収縮量、内部残留ひずみ及び熱収縮時の内部ひずみ挙動を正確に把握することが可能になった。
特に、本発明では、内部ひずみ挙動を正確に把握することに加え、更に、劣化進展等によるモールド品破壊（外部）に到る前過程での、内部クラックの発生を検出することを確認した。
【００１９】
図３に金属インサートを含むモールド品を用いてヒートサイクルを繰り返し実施し、熱膨張差により繰り返し応力を加え、モールド内部にクラックを発生させた時の内部ひずみとヒートサイクル数の関係を示した。
ヒートサイクル条件の上限温度は８５℃、下限温度は−２０℃に固定し、サイクル毎にクラック発生の有無の観察を行いながらひずみの連続計測を行った。
図３において、太線は、無機充填材含有率５５ｖｏｌ％の例を示し、細線は含有率２７ｖｏｌ％の例を示すものである。
【００２０】
エポキシ樹脂配合時の無機充填材量を半減させたのは、モールド樹脂の熱膨張率を大きくしてモールド樹脂と金属インサートの熱膨張係数差を大きくするためである。
図３に示す結果から明らかなように、無機充填材含量を半減させると、クラック発生時において、急激な挙動を示すことが判る。
【００２１】
即ち、図中、細線で示す内部応力を高くした例についてはヒートサイクル９サイクル目でクラック発生が見られており、内部ひずみ計測の結果を非常に良く反映している。
また、図中、太線で示す内部応力を低くした例については２０サイクルでもクラックの発生は認められなかった。
【００２２】
図３の結果から上述したようにクラック発生時点でひずみ挙動に連続性が無くなっており、さらにクラックの発生は、低温時（正確には下限温度になる直前）に発生したことが判る。
また、疲労挙動としてもサイクル数に比例して、内部応力を高くした例についてはひずみの振幅が徐々に、内部応力を低くした例については急激に増加していることが明確となった。
【００２３】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明によれば、モールド品の成型時に金属インサート付近に光ファイバセンサを埋め込むので、内部に金属インサートを含むモールド品の内部ひずみの計測が可能となった。特に、内部ひずみの変化を定量的に測定することにより、モールド品が（劣化等による）破壊等の異常に到る過程を監視することが可能となった。これにより破壊の前過程を把握・検出することが可能となり、本発明を予防保全技術として適用することが可能となった。更に、光ファイバセンサとして、ファブリ・ペロー干渉計型光ファイバを用いることにより、細径、軽量、可撓性、無誘導性、高絶縁性及び高耐腐食性の利点を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ファブリ・ペロー干渉計型光ファイバセンサの原理図である。
【図２】本発明の一実施例に係るモールド品の内部ひずみ測定法の説明図である。
【図３】ヒートサイクルとひずみとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　光ファイバセンサ
２　モールド樹脂
３　金属インサート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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