JP2008028222A - モールド変圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】 直流高電圧に係る電界の変動があってもモールドの表面における電荷の帯電や放電を防止でき、モールドをなす樹脂材料の劣化を防止できて絶縁性を高く得ることができ、直流高電圧が重畳するような使用が良好に行えるモールド変圧器を提供すること
【解決手段】 直流高電圧が重畳する２次側のコイルを、樹脂材料による成形体（モールド５）内に埋め込み状態に形成する。モールド５内には、３相変圧器のための各相２次コイル１２，２２，３２および単相変圧器のための単相２次コイル４２を配置し、モールド５から連なる状態にブッシング６を一体に形成し、モールド５の３相側および単相側とにそれぞれ１次コイルおよび鉄心７を組み付ける。ブッシング６には所定の全長に多数のフランジ６０を設けて沿面距離を長くし、モールド５の本体側の表面には導電性塗料５０を塗布して接地線へ電気的に接続させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、モールド変圧器に関するもので、より具体的には、樹脂材料による成形体（モールド）内に複数のコイルを埋め込み状態に一体化させるようにしたモールド変圧器について直流の高電圧に対する絶縁性の改良に関する。

これまでの半導体製造装置用の変圧器の場合、一般的に絶縁のためにコイルを収納するケース内にオイルを充填した構成を採っている。これに対し、本発明者が創案した変圧器にあっては、絶縁性を良好に得るため、コイル１およびコイル２を樹脂材料による成形体（モールド）内に埋め込み状態に一体化させ、いわゆるモールド構成にした。１次側，２次側のコイルは、例えば平角線材などの線材を所定に巻き回すことにより形成し、モールドは例えばエポキシ樹脂と充填材との混合樹脂などから形成している。

半導体製造装置用のモールド変圧器は、使用に際して１次コイル１，２次コイル２の少なくとも一方に直流高電圧が重畳する設定を採ることがあり、直流の高電圧は例えば２００〜３００ｋＶ程度となる。

しかし、そうした使用状況であっても、コイルから延びる引き出し線はブッシングへ結線しているので接続部分が露出し、当該接続部分では放電を起こすことがあり、このためモールドつまり樹脂材料の劣化を招き、絶縁不良になる問題がある。

コイルへの直流高電圧の重畳は、電圧を適宜に上昇させてオン動作させ、電圧を適宜に降下させてオフ動作させることがある。このオン・オフ動作のため電界の変動があり、モールドの表面では電荷の帯電あるいは放電を起こし、これは高電圧による強い電界に起因することから大きな空電音を伴う。したがって、電荷の帯電，放電による熱や光により、モールドをなす樹脂材料が劣化し、やはり絶縁不良を起こす。

この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、直流高電圧に係る電界の変動があってもモールドの表面における電荷の帯電や放電を防止でき、モールドをなす樹脂材料の劣化を防止できて絶縁性を高く得ることができ、直流高電圧が重畳するような使用が良好に行えるモールド変圧器を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明に係るモールド変圧器は、１次コイルあるいは２次コイルの少なくとも一方に直流高電圧が重畳し、直流高電圧が重畳する側は樹脂材料による成形体内に埋め込み状態に形成するモールド変圧器において、成形体内に、３相変圧器のための第１相コイルと第２相コイルと第３相コイルとを埋め込み状態に一体化させるとともに、それら各相コイルから延びる引き出し線をブッシングに収容させ、当該ブッシングは成形体から連なり一体に形成し、直流高電圧に対して絶縁を得るため所定全長に多数のフランジを設け、成形体の本体側表面には導電性塗料を塗布して当該塗布表面を接地線へ電気的に接続する構成にする（請求項１）。

また、成形体内に、単相変圧器のための単相コイルも含めて埋め込み状態に一体化させる構成とする（請求項２）。

また、ブッシングの根元は成形体の本体側の外径を太くした略テーパ形状に形成する構成にする（請求項３）。

また、ブッシングの根元に当該部位を周回する溝部を設け、導電性塗料は溝部の底まで到達させて塗布する構成にする（請求項４）。

前記導電性塗料に替えて、半導電性塗料を用いるようにしてもよい（請求項５）。ここで、半導電性とは、好ましくは数ｋΩの抵抗を保有した導電性の塗料であり、１００Ω〜１０，０００Ωの範囲内とするのがよい。このような半導電塗料は、たとえば、エポキシ樹脂とカーボンを混合したものを用いることで実現できる。半導電性も、一般的に言われている導電体よりは抵抗が大きいものの、通電することができるので、絶縁性の塗料ではないという点で導電性塗料と同様に見ることができるので、以下の説明では、単に「導電性」とのみ記載するが、これらの説明では、いずれも上記の「半導電性」を含むものである。

係る構成にすることにより本発明では、樹脂材料による成形体（モールド）には各相コイルを埋め込ませるとともに、各相コイルから延びる引き出し線を収容させるブッシングも一体に形成するので、引き出し線の接続部分がモールドに収まり露出せず、したがって、直流高電圧に対して絶縁性を高く得ることができる。そして、モールドの本体側の表面に導電性塗料を塗布し、当該塗布表面は接地線へ電気的に接続するので、モールドの本体側の表面は全域が接地層となり、このため、直流高電圧に係る電界の変動があっても電荷の帯電や放電を防ぐことができる。

また、成形体内に、単相変圧器のための単相コイルも含めて埋め込み状態に一体化させる構成にすることにより、全体を小型化することができる。

また、ブッシングの根元は成形体の本体側の外径を太くした略テーパ形状に形成するので、成形体の形成においては樹脂材料の熱硬化に伴う収縮の応力が分散し、局部的に残留応力が高くなる部位が生じることがなく、ブッシングの根元の機械的な強度を向上できる。したがって、当該根元部分の亀裂などの損傷を防止でき、絶縁性について信頼性を高く保つことができる。

また、ブッシングの根元には当該部位を周回する溝部を設けて当該溝部の底までを導電性塗膜面つまり接地膜層とするので、非接地側の表面との境界について電界の集中を緩和できる。溝部は断面を略半円形状に形成することが好ましく、境界が穏やかな曲面で連なることは電界の局所的な集中を防止する面で有利になる。

本発明に係るモールド変圧器では、樹脂材料による成形体（モールド）には各相コイルを埋め込ませるとともに、各相コイルから延びる引き出し線を収容させるブッシングも一体に形成するので、引き出し線の接続部分がモールドに収まり露出せず、したがって、直流高電圧に対して絶縁性を高く得ることができる。そして、モールドの本体側の表面に導電性塗料を塗布し、当該塗布表面は接地線へ電気的に接続するので、モールドの本体側の表面は全域が接地層となり、このため、直流高電圧に係る電界の変動があっても電荷の帯電や放電を防ぐことができる。その結果、帯電，放電に伴う空電音が生じなく、モールドをなす樹脂材料の劣化を防止でき、絶縁性を高く得ることができ、直流高電圧が重畳するような使用が良好に行える。

図１は本発明の好適な一実施の形態を示している。本形態において、モールド変圧器は、２次コイルに直流高電圧が重畳し、その直流高電圧が重畳する２次側は樹脂材料による成形体（モールド５）内に埋め込み状態に形成する構成であり、モールド５内に、３相変圧器のための各相２次コイル１２，２２，３２および単相変圧器のための単相２次コイル４２を配置し、さらにモールド５から連なる状態にブッシング６を一体に形成し、モールド５の３相側および単相側とにそれぞれ１次コイルおよび鉄心７が組み付く構成になっている。

２次コイルに重畳することになる直流高電圧は、例えば２００〜３００ｋＶ程度となる。そこで絶縁性を良好に得るため、２次側のコイルはモールド５内に埋め込んでおり、モールド５は、各２次コイルを埋め込んだ筒状部位が順に積み重なっていて、図２に示すように、ｕ相（第１相）の筒状部位１とｖ相（第２相）の筒状部位２とｗ相（第３相）の筒状部位３と単相の筒状部位４とが順に積み重なる形状の本体側からブッシング６が突き出して連なる形状になっている。

各筒状部位１，２，３，４には中央の孔部に、Ｕ相１次コイル１１，Ｖ相１次コイル２１，Ｗ相１次コイル３１，単相１次コイル４１をそれぞれ配置し、さらにそれぞれ中央に鉄心７が配置される。

１次コイルおよび２次コイルは、平角線材などの線材を巻き回すことにより形成している。モールド５内に埋め込み状態に形成する２次側は、３相変圧器のための各相ではそれぞれ２つのコイルを有し、図３，図４に示すように、２次コイルａおよび２次コイルｂを同心に重ねて形成するが、これら２次コイルａ，ｂに対しては、端縁に絶縁性の帯部材８を配置し、そして導電性テープ９を巻き回して外面の全域を覆い包んで導電性膜層とする構成になっている。

帯部材８はゴム材料や樹脂材料等からなり、その断面を半円形に形成してあって２次コイルａ，ｂの端縁と接しない側で緩やかな凸曲面形状を得るようになっている。

導電性テープ９は、例えばカーボン材料からなるカーボンテープとし、モールド５をなす樹脂材料と接着性が良好な材料から形成している。この導電性テープ９による導電性膜層は、当該内側のコイルａあるいはコイルｂの一所と結線して電気的に接続している。

モールド５は例えばエポキシ樹脂と充填材との混合樹脂などから形成し、成形には、コイルａ，コイルｂと帯部材８との組み体に対して導電性テープ９を巻き回して外面の全域を覆い包んだ構成物を金型内にセットし、そこへ混合樹脂を注入して埋め込み状態とし、熱硬化させる。なお、モールド５には、１次コイルおよび鉄心７を支持させる金具の取り付け部を設け、１次コイルおよび鉄心７はその金具により所定に組み付けする。

各相２次コイルから延びる引き出し線はブッシング６に収容させており、ブッシング６には所定の全長に多数のフランジ６０を設け、沿面距離を長くして絶縁性を高めている。そして、モールド５の本体側の表面には導電性塗料５０を塗布し、当該塗布表面を接地線へ電気的に接続している。

ブッシング６は、図５に拡大して示すように、その根元についてモールド５の本体側の外径を太くした略テーパ形状に形成し、その略テーパ形状の根元には当該部位を周回する溝部６１を設けている。溝部６１は好ましくは断面を略半円形状に形成する。そして、導電性塗料５０は、モールド５の本体側の表面から溝部６１の底まで到達させるように塗布する。

このように、本発明に係るモールド変圧器では、樹脂材料による成形体（モールド５）には各相２次コイル１２，２２，３２および単相２次コイル４２を埋め込ませるとともに、それら２次コイルから延びる引き出し線を収容させるブッシング６も一体に形成するので、引き出し線の接続部分がモールド５に収まり露出せず、したがって、直流高電圧に対して絶縁性を高く得ることができる。そして、モールド５の本体側の表面に導電性塗料５０を塗布し、当該塗布表面は接地線へ電気的に接続するので、モールド５の本体側の表面は全域が接地層となり、このため、直流高電圧に係る電界の変動があっても電荷の帯電や放電を防ぐことができる。その結果、帯電，放電に伴う空電音が生じなく、モールド５をなす樹脂材料の劣化を防止でき、絶縁性を高く得ることができ、直流高電圧が重畳するような使用が良好に行える。

モールド５内には３相変圧器のための構成とともに、単相変圧器のための構成も含めて埋め込み状態に一体化させるので、全体を小型化することができる。また、モールド５には１次コイルおよび鉄心７を支持させる金具の取り付け部を設けるので、１次コイルおよび鉄心７などの構成要素はモールド５に対して金具により所定に組み付けでき、組み立て性がよい。

また、ブッシング６の根元はモールド５の本体側の外径を太くした略テーパ形状に形成するので、モールド５の形成においては樹脂材料の熱硬化に伴う収縮の応力が分散し、局部的に残留応力が高くなる部位が生じることがなく、ブッシング６の根元の機械的な強度を向上できる。したがって、当該根元部分の亀裂などの損傷を防止でき、絶縁性について信頼性を高く保つことができる。

また、ブッシング６の根元には当該部位を周回する溝部６１を設けて当該溝部６１の底までを導電性塗膜面つまり接地膜層とするので、非接地側の表面との境界について電界の集中を緩和でき、溝部６１は断面を略半円形状に形成するので境界が穏やかな曲面で連なり、これは電界の局所的な集中を防止する面で有利になる。その結果、直流高電圧に係る電界の変動があっても電荷の帯電や放電を防ぐことができ、帯電，放電に伴う空電音が生じなく、モールド５をなす樹脂材料の劣化を防止でき、直流高電圧に対して絶縁を良好に得ることができる。

なお、本発明に係る構成としては、図６に示すように、単相変圧器を削除した構成を採ることもよく、モールド５には３相変圧器のための各相コイル１２，２２，３２のみを埋め込み状態に一体化させることもできる。

本発明に係るモールド変圧器の好適な一実施の形態を示す正面図である。 モールド部分を示す正面図である。 コイルの埋め込み状態を一部破断して示す側面図である。 コイルの巻き線部分を拡大して示す断面図である。 ブッシングの根元部分を拡大して示す正面図である。 モールド部分の他例を示す正面図である。

符号の説明

１，２，３，４ 筒状部位
５ モールド（成形体）
６ ブッシング
７ 鉄心
８ 帯部材
９ 導電性テープ
１１ Ｕ相１次コイル
１２ ｕ相２次コイル
２１ Ｖ相１次コイル
２２ ｖ相２次コイル
３１ Ｗ相１次コイル
３２ ｗ相２次コイル
４１ 単相１次コイル
４２ 単相２次コイル
５０ 導電性塗料
６０ フランジ
６１ 溝部
ａ，ｂ ２次コイル

Claims (5)

1. １次コイルあるいは２次コイルの少なくとも一方に直流高電圧が重畳し、直流高電圧が重畳する側は樹脂材料による成形体内に埋め込み状態に形成するモールド変圧器において、
   前記成形体内に、３相変圧器のための第１相コイルと第２相コイルと第３相コイルとを埋め込み状態に一体化させるとともに、それら各相コイルから延びる引き出し線をブッシングに収容させ、当該ブッシングは前記成形体から連なり一体に形成し、前記直流高電圧に対して絶縁を得るため所定全長に多数のフランジを設け、前記成形体の本体側表面には導電性塗料を塗布して当該塗布表面を接地線へ電気的に接続することを特徴とするモールド変圧器。
2. 前記成形体内に、単相変圧器のための単相コイルも含めて埋め込み状態に一体化させることを特徴とする請求項１に記載のモールド変圧器。
3. 前記ブッシングの根元は前記成形体の本体側の外径を太くした略テーパ形状に形成することを特徴とする請求項１あるいは２の何れかに記載のモールド変圧器。
4. 前記ブッシングの根元に当該部位を周回する溝部を設け、前記導電性塗料は前記溝部の底まで到達させて塗布することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のモールド変圧器。
5. 前記導電性塗料に替えて、半導電性塗料を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモールド変圧器。
   

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