バスバー絶縁体は、電気システムにおいて電気的絶縁と通電導体の機械的支持の両方を提供する重要な部品です。その製造工程は、高い信頼性、熱安定性、耐環境性を必要とする現代の配電ネットワークの要求を満たすために大きく進化している。本レポートでは、材料選択、製造技術、品質管理、環境への配慮に重点を置きながら、バスバー絶縁体の製造における最新の進歩と伝統的な手法を統合している。
材料の選択と準備
コアマテリアル
バスバー絶縁体は、電気抵抗、機械的強度、熱安定性を最適化した誘電体材料から製造されます。最も一般的な材料は以下の通りです：
- ポリマー複合材料： グラスファイバーで強化されたバルクモールディングコンパウンド（BMC）とシートモールディングコンパウンド（SMC）は、その軽量性、高い絶縁耐力（～4kV/mm）、耐熱性（最大140℃）により、低電圧から中電圧の用途で主流となっている。
- 磁器： 高電圧の屋外設備に好まれる磁器は、卓越した耐久性と耐候性を備えています。その製造には、高純度のアルミナ粘土を1,200℃を超える温度で焼成し、緻密で無孔の構造を実現します。
- エポキシ樹脂： バスバーの封止に使用されるエポキシは、強固な絶縁と環境保護を提供します。高度な配合では、熱伝導性を高め、CTE（熱膨張係数）の不一致を低減するためにシリカフィラーが組み込まれています。
- 熱可塑性プラスチック： ポリフェニレンサルファイド（PPS）やポリアミド（PA66）のような材料は、電気自動車や再生可能エネルギーシステムの高温用途（最高220℃）の射出成形絶縁体に使用されることが多くなっている。
材料の準備
原材料は厳格な前処理を受ける：
- ポリマー複合材料： BMC/SMCペレットは、成形前に80～100℃に予熱して粘度を下げる。ガラス繊維含有量（重量比20-30%）は、機械的強度のために最適化されている。
- 磁器： 粘土、カオリン、長石、石英を100μm以下に粉砕し、正確な比率で混合し、ブランクに押し出します。耐汚染性を高めるためにグレージング化合物（例えば、茶色のRAL 8016または灰色のANSI 70）が塗布される。
- エポキシ： 2液性システム（樹脂＋硬化剤）は、真空下で脱気して気泡を除去し、均一な絶縁特性を確保する。
製造工程
1.圧縮成形
ステップ
- 金型の準備： 鋼鉄製の鋳型は150～180℃に加熱される。
- 材料の装填： あらかじめ秤量されたBMC/SMCが金型キャビティに入れられる。
- 圧縮： 油圧プレスは100～300トンの力を加え、2～5分で材料を硬化させる。
- 脱型と仕上げ： 碍子は排出され、バリ取りされ、表面処理（例えば、耐紫外線性のためのシリコンコーティング）が施される。
アプリケーション 低電圧用六角碍子（高さ16～70mm）、真鍮または亜鉛メッキ鋼製インサート付き。
2.射出成形
ステップ
- バスバーの準備： 銅またはアルミニウムの導体は、プレス、メッキ（スズ、ニッケル）、洗浄される。
- 金型の組み立て： 導体は、ロボットアームを使用してマルチキャビティ金型に位置決めされるため、精度が高い（公差±0.1mm）。
- 樹脂注入： 熱可塑性プラスチック（PA66、PPSなど）を280～320℃、800～1,200barの圧力で射出し、シームレスな絶縁層を形成する。
- 冷却と排出： 冷却チャンネルは金型温度を80～100℃に維持し、サイクルタイムは30～90秒である。
利点がある：
- 複雑な形状（J字型、多段コネクターなど）を可能にします。
- 自動化された生産ラインでは、99.5%以上の歩留まりと500～1,000ユニット/時のスループットを達成している。
3.高電圧絶縁体のラミネーション
ステップ
- レイヤースタッキング： 導電層（銅）と絶縁層（プリプレグ）を交互にレーザーガイドで位置合わせする。
- 接着剤塗布： 硬化性エポキシまたはアクリル系接着剤をスプレー／圧延して層状に塗布する（塗布量：50～80 g/m²）。
- プレスする： 加熱プラテン（150～200℃）で10～20MPaの圧力を30～60分間かけ、ボイドの発生を最小限に抑えながら層を接着する（＜0.5%）。
品質管理とテスト
電気テスト：
- 絶縁耐力：絶縁体は絶縁破壊することなく2.5-4倍の定格電圧に耐える。
- 部分放電（PD）：許容レベル <5 pC（2.55 kV時）。
機械的試験：
- カンチレバー荷重：A20/A30磁器碍子は8～12kNの静荷重に耐える。
- 熱サイクル：-40℃～+130℃で50サイクル、クラックなし。
環境および経済的考察
サステナビリティへの取り組み：
- バイオベースポリマー：ヒマシ油由来のPA66はカーボンフットプリントを40%削減。
- リサイクル：磁器碍子は粉砕されて道路建設用の骨材となり、95%のリサイクル性を実現する。
コストドライバー：
- 銅はバスバー絶縁体のコストの60-70%を占め、低電流用途ではアルミニウムへの置き換えを促している。
- 自動射出成形は、人件費を総経費の10%未満に削減する。
結論
バスバー絶縁体の製造は、材料科学、精密工学、厳格な品質保証を統合し、世界的な電化の進化に対応します。低電圧用途では圧縮成形のような伝統的な方法が依然として普及している一方で、インサート成形やセラミックプリプレグ積層などの高度な技術は高電圧や高温の課題に対応しています。積層造形やバイオベース材料の革新は、持続可能性と性能のさらなる向上を約束する。再生可能エネルギーと電気自動車の市場が拡大するにつれ、メーカーはコスト効率と、多様な環境条件下で比類のない信頼性を提供する絶縁体の必要性とのバランスを取る必要がある。今後の研究では、絶縁体の性能の限界を押し広げるために、ナノテクノロジーで強化された複合材料とAI主導のプロセス最適化に焦点を当てるべきである。
