(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、樹脂の射出成型により生じるウェルドライン部分（不均一層）での、絶縁破壊を防止し、高電圧の機器部品を提供することにある。【解決手段】  上記課題を解決する本発明は、ヴェルドラインへの電圧の集中を防止する高電圧機器部品用射出成型品である。本発明の特徴は、ウェルドラインの方向と電界方向を一致させないことにある。また、ウェルドラインの電極間方向成分長さを電極間長さの３７％以下とすることにある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成型時に樹脂を型へ流し込む複数の注入口を有し、少なくとも一対の埋め込み高電圧電極および埋め込み低電圧電極を有する筐体において、樹脂の絶縁破壊電界をＥｒ、筐体の媒体絶縁破壊電界をＥｅ、電極間距離をＬｔ、ウェルドラインの電界方向射影長さをＬｕとすると、（式３）を満足することを特徴とする直流高電圧機器部品用射出成型品。
Ｌｕ＜（Ｅｒ−Ｅｅ）×Ｌｔ／Ｅｒ                                  （式３）
【請求項２】
請求項１に記載された直流高電圧機器部品用射出成型品であって、
上記複数の注入口と複数の電極において、一組の注入口と電極を同じ面上に配置し、他の注入口と金属を他の面上の配置したことを特徴とする直流高電圧機器部品用射出成型品。
【請求項３】
同一面上の対抗辺近傍に一組の注入口と金属をそれぞれ配置したことを特徴とする高電圧機器部品用射出成型品。
【請求項４】
少なくとも一対の電極間に設けられた高電圧部と、前記高電圧部の上下面及び側面のうち少なくとも４面を覆う樹脂部を有する５００Ｖ以上の直流高電圧機器であって、
前記樹脂は複数の樹脂射出成型口からの射出成型により形成されており、
前記複数の樹脂射出成型口は前記少なくとも一対の電極から等距離の点をプロットした平面ａに対する両側に形成されていることを特徴とする直流高電圧機器。
【請求項５】
第一の電極及び第二の電極の間に設けられた５００Ｖ以上の高電圧部の上下面及び側面のうち少なくとも４面を覆う直流高電圧機器用樹脂成型品であって、
前記樹脂成型品は複数の樹脂射出成型口からの射出成型により形成されており、
前記電極から等距離の点をプロットした平面ａに対する前記樹脂射出成型口から等距離の点をプロットした平面ｂの平面間距離が、最短の部分と最長の部分で前記電極間距離の３０％以下であることを特徴とする直流高電圧機器用樹脂成型品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実効電圧５００Ｖ以上の直流高電圧が印加される樹脂射出成型品に関するもので、射出成型に用いる樹脂射出口を２以上用いて成型される直流高電圧機器部品用射出成型品に関する。特にＸ線設備，電子顕微鏡設備などの直流高電圧電源に使用する電源部を収納する絶縁筺体などに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の直流高電圧機器部品用射出成型品は、高電圧で使用することを考慮せず、一般の射出成型品と同じように熱可塑性樹脂を用いた射出成型にて製作されている。射出成型では、一般にウェルドラインと呼ばれる境界が発生する。複数の樹脂射出口がある場合は、ひとつの射出口から進入した樹脂と他の射出口から進入した樹脂とが両者の中間地点で出会い、樹脂先端の温度が下がっており、また樹脂の先端は型の塵などの異物を拾い集めてきたことから、お互いに溶け合うことのない境界が生ずる。これをウェルドラインと呼んでいる。また樹脂射出口が１つの場合にも、樹脂の型内での流れ方により、両側から樹脂が流れ込む部分にもウェルドラインが形成される。ウェルドラインでは混じり合わない界面に気泡を含んでいたり、型内の塵埃を集めることなどから、高電圧が加わると電界集中や部分放電などを発生し、電気的な絶縁破壊に至る場合がある。そこで、特開平１０−
３３５０２９号公報では、射出成型にて成型される放電灯の樹脂プラグに高電圧が加わることから、リード線間に射出成型用の樹脂射出口を配置することで、ウェルドラインが形成されないように工夫している。また、特開平４−３０１４２０号公報においては、底部の機械強度の低下を防止することを目的に有底筒型部品の射出成型において、流量の異なる２つの樹脂射出口を設けることによってウェルドラインを底面に形成しないようにし、機械力が加わらない側面にＹ字型のウェルドラインを作るとしている。
【０００３】
従来から特に直流高電圧で使用される機器においては、交流の場合と異なりエポキシ樹脂やポリエステル樹脂のような熱硬化性樹脂を使用することなく、ポリエチレン，ＰＥＴ，ＰＰＳなどの熱可塑性樹脂を使っている。熱可塑性樹脂は軟化点を有し、これ以上の温度で使用すると変形や流出を生じ、本来の絶縁性能を保持できなくなる。局部的な放電によっても熱可塑性樹脂の薄い膜は直ちに溶けてしまう。これは、直流電圧での電気絶縁の劣化を考慮しなかったためである。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３５０２９号公報
【特許文献２】特開平４−３０１４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の製造方法で生じたウェルドラインは、その界面に空気，塵埃または不純物などを含む。それらが繋がり、その長手方向に電圧が加わると、導電性の塵埃であれば塵埃の繋がった両端に大きな電界集中が発生する。その電界値が著しく高くなるとそこからトリーと呼ばれる部分的な導電路が形成され、直流電圧印加時にも徐々に進展して導電路が高電圧電極と低電圧電極間を繋ぎ、全路絶縁破壊になる。この状態で大きな電流が流れ、射出成型品で電圧を絶縁できなくなる。従来から直流電圧で時間的な絶縁劣化現象が認められなかったのは、絶縁的な弱点で生じる部分放電が間欠的であり、樹脂のバルク材料が直接に分解などを生じなかったためである。しかし、ウェルドライン部分に生じる不均一層では、小さなエネルギーでも容易に劣化が進み、直流高電圧で絶縁劣化が進むようになる。またウェルドライン中に微小な気泡が含まれ、その微小な気泡がウェルドラインに沿って繋がっていると、微小な気泡中で簡潔的な放電が起こるのみで気泡間の壁を破壊し、微小気泡間を次々に繋ぎ、最終的には全路絶縁破壊に至る。このような現象は、樹脂射出成型品に加えられる電圧が３５０Ｖを超えると発生するようになる。いずれの現象も製品の寿命を左右する。そのために高電圧機器部品として高電圧が加わった状況で使用すると、空気を含むボイド，導電性の塵埃や不純物などを介した絶縁破壊が起こる場合がある。
【０００６】
これは、ウェルドラインが高電圧導体と低電圧導体とを繋ぐように存在すると、空気を含むボイドでは、高電圧を印加するとボイド中で放電が発生し、その放電によって樹脂部分が劣化し、導電性物質に変化し、高電圧導体と低電圧導体との間の電気抵抗が低下し、全路絶縁破壊に至る。また導電性塵埃の場合には、導電性塵埃が多数繋がることで導電路が形成され、電気抵抗が著しく低下し、全路絶縁破壊に至る。本発明は、全路絶縁破壊に至る危険性を有するウェルドラインを無害化することを課題とする。
【０００７】
これらの問題は、直流高電圧で使用されるＸ線設備，電子顕微鏡加速電源などで発生する危険性が高い。しかし熱硬化性樹脂を使用することは製造を困難にする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ウェルドラインは、複数の樹脂注入口から一斉に樹脂が注入され、金型を充填しながら進んで行き、複数の注入口から注入された樹脂が互いに接するようになった面であり、金型の中を流れてくる最中に金型中の微細な塵埃を表面に載せた状態になる。従って、お互いの表面との接着が悪く、その界面に空気の泡であるボイドを含み、また導電性塵埃を含む可能性がある。これらは電気絶縁上の弱点になる。しかし、その弱点が連続したウェルドラインが樹脂射出成型品内の電界方向に沿った成分が大きくなければ全路絶縁破壊に至ることがない。これを実現できれば電気絶縁的に安定な高電圧機器部品用射出成型品を得ることができる。
【０００９】
高電圧が印加された状況でウェルドラインが全路破壊に至るのは、ウェルドラインが電極間に印加された電圧で生ずる電界の方向を向いていることによる。ウェルドラインが電界方向と垂直であれば、全路破壊にいたることを防止できる。また、ある程度の電界方向成分を持っていても、それが全体に占める割合が小さければ全路絶縁破壊に達することを防止できる。
【００１０】
ウェルドラインの電界方向成分を小さくするためには、射出成型時の複数個の樹脂射出口が高電圧電極と低電圧電極から同方向にあればよい。または電極と複数個の樹脂射出口との方向が互いに逆であっても、等距離になければ良い。
【００１１】
従って、複数の樹脂射出口の中間に高電圧が印加される電極がないように配置すれば良い。
【００１２】
さらに、高電圧電極と低電圧電極から等距離の点をプロットした平面ａに対し、第一の樹脂射出口と第二の樹脂射出口とから等距離の点をプロットした平面ｂが平行に近くなるように配置すればよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電気絶縁上の弱点であるウェルドラインがあっても、十分に高い絶縁信頼性を有する直流高電圧機器部品用射出成型品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の一実施例になる直流高電圧機器部品用射出成型品を図１に示す。直流高電圧機器部品用射出成型品は、例えばＸ線管用直流高電圧電源の筐体などである。筐体１の内外周は鉱油やシリコーン油などの絶縁油，ＳＦ6 ガスやフレオンガスなどの絶縁気体，絶縁に優れた真空、または大気などの絶縁媒体で満たされている。その筐体１内に高電圧部２が納められている。筐体１は図中の左右の面に設けられら樹脂射出口３−ａと３−ｂから樹脂が射出されて成形される。左の樹脂射出口３−ａからの樹脂の進入と右の樹脂射出口３−ｂからの樹脂の進入はほぼ同時に進行するので、その中間部で左右から侵入した樹脂が出会う。ここにウェルドライン５が形成される。このウェルドライン５は、内部に多数の微小気泡（ボイド）または導電性塵埃を含むので電気絶縁上の弱点になる。そこで内部の高電圧部２への電気端子の位置を工夫する必要がある。本発明例では、左右の樹脂射出口３−ａと３−ｂのある面にそれぞれに高電圧電極４−ａと低電圧電極４−ｂを配置している。このように配置すると樹脂の射出時に発生するウェルドライン５は筐体１の中央に発生する。この位置は高電圧電極４−ａおよび低電圧電極４−ｂを結ぶ方向である電界方向６と垂直なのでウェルドライン５に沿った電界は低く、ウェルドライン５から絶縁破壊に至ることはない。
【００１５】
これを模擬的に２次元平面として図２に示す。筐体１の両端に樹脂射出口３−ａと３−ｂを配置し、電圧端子である高電圧電極４−ａと低電圧電極４−ｂをそれぞれに樹脂射出口３−ａと３−ｂのある面に配置することで電圧電極４−ａと４−ｂを結ぶ方向である電界方向６とウェルドライン５とはほぼ垂直になる。ウェルドライン５に加わる電圧は、電界値とウェルドライン５の電界方向６の成分の長さとの積となるので、このような状況では、ウェルドライン５の電界方向６の成分の長さが小さいので、ウェルドライン５に加わる電圧は十分に低い。このようにウェルドライン５と電界方向６とをほぼ垂直にすることができれば、本発明の目的を達することができる。しかしながら、全ての直流高電圧機器用射出成形品の筐体で電極を繋ぐ方向とウェルドラインの方向とをほぼ垂直に設計することは難しい。
【００１６】
図３にウェルドライン５の近傍の様子を示す。ウェルドライン５の領域には、両側から流れてきた樹脂が遭遇して境界領域を構成し、ボイドを含む場合には、図に示すように各種の気泡（ボイド）７の集合体となる。気泡の大きさも分布があり、図４に示すような幅広い分布となる。模式的に図５にウェルドライン５と正規な樹脂部分８とを示す。これを各部の抵抗値として示すと図６のようになる。正規な樹脂部分８の電気抵抗Ｒ１は、ウェルドライン５の電気抵抗Ｒ２に比して値が小さい。それは、ウェルドライン５が気泡であるために電気を流す部分が少ないことによる。直流電圧を加えた場合の電位分担は抵抗値に比例するので、その結果として、電極間の電圧は殆どをウェルドライン５の抵抗Ｒ２で分担する。従って、５００Ｖの電圧が加わる場合でも、その殆どがウェルドライン５の部分に加わることになる。ウェルドライン５部に５００Ｖの電圧が加わるとウェルドライン５部に含まれる気泡（ボイド）７で放電が始まる。図７にこのような気泡（ボイド）７の径に対して、気泡内部で部分放電が発生する電圧を示す。最も低い電圧で放電する気泡の径は、図から７.２μｍ であることが分かる。しかし図４に示すように７.２μｍ 径の気泡も多く見られ、ほとんどのウェルドライン部分は、３５２Ｖ以上の電圧が加わると放電を開始する。また図３に示すように気泡７間の壁は極めて薄く、熱容量が極端に小さいために部分放電に一度晒されるだけで溶けて流失し、連続した欠陥になる。ウェルドライン５の全体が繋がった放電路となり、樹脂中に導電性の薄い面ができたことと等しくなる。これは、ウェルドライン５が微小な導電性塵埃で構成される場合も同じで、結果的に気泡が含まれる場合と導電性塵埃が含まれる場合とは同じ状況になる。絶縁破壊される仕組みを図８に示す。
【００１７】
筐体１の樹脂射出口３−ａと３−ｂから流入した樹脂が遭遇するウェルドライン５は、両樹脂射出口３−ａと３−ｂとから等距離になるように形成される。そこでウェルドライン５の両電極４−ａと４−ｂとを結ぶ電界方向６の成分を求め、その長さ９とする。この長さが両電極４間の距離を実質的に縮め、その影響で筐体１中の電界が集中し、健全な樹脂部分の絶縁破壊に至る。
【００１８】
表１に各種絶縁体の絶縁破壊電界を示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
熱可塑性樹脂の周囲にある媒体絶縁物によって、直流高電圧機器用射出成形品の筐体の絶縁設計がなされるので、例えば、大気が媒体であれば、３ＭＶ／ｍの値を用いて絶縁設計されている。一方、熱可塑性樹脂の絶縁破壊電界は２５ＭＶ／ｍである。従って電極４間の絶縁距離Ｌｔは、３ＭＶ／ｍを基準にしてある。そこで熱可塑性樹脂の絶縁破壊電界である２５ＭＶ／ｍまで許容できるので、ウェルドライン５の電界方向成分長９をＬｕとすると、
２５＞（３×Ｌｔ）／（Ｌｔ−Ｌｕ）                                （式１）
を満足するまでは、良いことになる。式を変形して、
Ｌｕ＜０.８８×Ｌｔ                                               （式２）
となる。これから、ウェルドラインの電界方向成分Ｌｕが電極間距離Ｌｔの８８％未満であれば良い。
【００２１】
一般的な関係で表現すると、熱可塑性樹脂の絶縁破壊電界をＥｒ、筐体の媒体絶縁破壊電界をＥｅ、電極間距離をＬｔ、ウェルドラインの電界方向射影長さをＬｕとすると次式となる。
【００２２】
Ｌｕ＜（Ｅｒ−Ｅｅ）×Ｌｔ／Ｅｒ                                  （式３）
このようにして求めた限界ウェルドライン長（電界方向成分）Ｌｕを表２に示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
この表２の限界長未満であれば、ウェルドライン５からの全路絶縁破壊にいたることはない。鉱油については、変圧器油，シリコーン油，フロン系油などを含む。またＳＦ6 ガスについては使用圧力によって絶縁破壊電界が変わるので、その圧力に応じた絶縁破壊電界値で補正する必要がある。
【００２５】
図９に本発明の他の実施例を示す。直流高電圧機器用射出成形品の筐体１は熱可塑性樹脂の射出成形で製作されるので射出成形口３が設けられている。なお、この射出成形口３は、製品が完成すると削り落とされるが、その痕跡は製品にも残留している。この射出成形口３を左側面では上に配置した樹脂射出口３−ａとなっており、右側面では下に配置した樹脂射出口３−ｂとなっている。この状態で射出成形すると、両方の樹脂射出口３−ａと３−ｂとから等距離となるようなウェルドライン５が形成される。電気絶縁としては、前述のようにウェルドライン５の両電極４−ａと４−ｂとを結んだ電界方向６へ投影した長さ９が重要になる。例えば、絶縁媒体が鉱油であるとすると、表２に示したように投影した長さ９が電極間距離の３２％未満であれば、全路絶縁破壊に達することはない。
【００２６】
この状態を実現するためには、樹脂射出口と電極とを同じ面に配置することが簡便である。更には、射出口を両電極から等距離となる地点から外すことによっても実現できる。その外し方は表２を満足するようにすれば良い。
【００２７】
他の本発明の実施例を図１０に示す。樹脂射出口３−ａと３−ｂを別の面に付け、電極４−ａと４−ｂをその一方の面のみに配置する。これによってウェルドラインは電極間に生ずることはない。図示した例では、ウェルドラインは底面と両端面に発生するが、電界方向にほぼ垂直になる。この類似例は面を変えても成立する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る直流高電圧機器部品用射出成型品を示す立面図。
【図２】本発明に係る直流高電圧機器部品用射出成形品を示す断面図。
【図３】直流高電圧機器部品用射出成形品のウェルドラインを示す模式図。
【図４】ウェルドライン部分に含まれる気泡（ボイド）の径の分布を示す特性図。
【図５】ウェルドライン近傍の樹脂構成を示す模式図。
【図６】ウェルドライン近傍の抵抗構成を示す回路図。
【図７】気泡（ボイド）の径と部分放電開始電圧を示す特性図。
【図８】本発明に係る直流高電圧機器部品用射出成形品を示す断面図。
【図９】本発明に係る直流高電圧機器部品用射出成型品を示す立面図。
【図１０】本発明に係る高電圧機器部品用射出成型品を示す立面図。
【符号の説明】
【００２９】
１…高電圧機器部品用射出成型品の筐体、２…高電圧部、３−ａ…樹脂射出口、３−ｂ…他の樹脂射出口、４−ａ…高電圧電極、４−ｂ…低電圧電極、５…ウェルドライン、６…電界方向、７…気泡（ボイド）、８…正規な樹脂部分、９…ウェルドラインの電界方向長。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005131841.tif 000009
【図６】
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【図７】
2005131841.tif 000011
【図８】
2005131841.tif 000012
【図９】
2005131841.tif 000013
【図１０】
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