JP2005104061A - 絶縁シートの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面部に無機フィラ層を備えて、耐コロナ性に優れ、電動機運転時に発生する熱応力により変形せず耐電圧性にも優れた相間絶縁体を形成するための絶縁シートを容易に得る。
【解決手段】 水平に設置され、且つ四方に側壁を有する平板上に目開き率が８０〜９８％のガラスクロス層を載置し、このガラスクロス層に無機充填剤と熱硬化性樹脂と有機溶剤とからなるワニスを塗布してワニス塗布層を設け、このワニス塗布層を静置して、上記ワニス塗布層中の無機充填剤を沈降させ、上記ワニス塗布層中の無機充填剤が沈降後に、上記ワニス塗布層中の有機溶剤を揮発させ、上記有機溶剤を揮発させたワニス塗布層を、上記ワニスに用いた熱硬化性樹脂の硬化温度で加熱し硬化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変速電動機の巻線の相間絶縁に用いられる絶縁シートの製造方法に関するものである。

電気鉄道用車両および昇降機は高速化、高加減速化が進展しており、これらに用いられる可変速電動機は大容量化と小形軽量化が望まれている。可変速電動機の大容量化と小形軽量化とに伴い、可変速電動機の巻線の相間に用いられる絶縁シートには、耐熱性、機械特性、耐電圧性に加え、耐コロナ特性が要求されている。

従来の耐コロナ特性が優れた絶縁シートとしては、プラスチックのフィルムに耐コロナ性を向上させる無機フィラを分散させたものがあるが、必要な耐コロナ性を確保するには、フィラを多く添加する必要があり、絶縁シートの機械強度が低下するという問題があった。しかし、無機フィラが絶縁シートの表面に存在すれば、絶縁シートの耐コロナ性が向上することが知られており、このような構成により耐コロナ性を向上させた絶縁シートとして、プラスチックフィルムに集成マイカを貼り合わせた絶縁シートや、プラスチックフィルムに真空蒸着やスパッタにより無機化合物の層を形成した絶縁シートがある（例えば、特許文献１参照）。

また、表面に無機フィラを設けて耐コロナ性を向上させた絶縁シートとして、フィラを含まないプラスチックフィルムがフィラを添加した薄いプラスチックフィルムでカバーされたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特Ｗ０９６／０２６８３３号公報（第９頁） 特開２０００−０４１３５４号公報（第３頁、第４図）

従来の、プラスチックフィルムに集成マイカを貼り合わせた絶縁シートや、フィラを含まないプラスチックフィルムがフィラを添加した薄いプラスチックフィルムでカバーされた絶縁シートは、貼り合わせのために用いられた接着剤の信頼性が低いことや、加工工程が多くなり、生産性が低いという問題があった。

また、プラスチックフィルムに真空蒸着やスパッタにより無機化合物の層を形成した絶縁シートは、無機化合物の層を形成するために、大規模な加工装置が必要であるとともに、大面積の絶縁シートの加工が難しく、製造できる絶縁シートの寸法が制限されるという問題があった。

また、絶縁シートのベースが、プラスチックフィルムのみであるので、絶縁シートを電動機の巻線の相間に用いた場合、電動機運転時に発生する熱応力により変形し、耐電圧が低下する場合があるとの問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、表面部に無機フィラ層、すなわち無機充填剤層を備えて、耐コロナ性に優れ、電動機運転時に発生する熱応力により変形せず耐電圧性にも優れた相間絶縁体を形成するための絶縁シートを容易に得る製造方法である。

本発明の絶縁シートの製造方法は、水平に設置され、且つ四方に側壁を有する平板上に目開き率が８０〜９８％のガラスクロス層を載置する工程と、上記ガラスクロス層に無機充填剤と熱硬化性樹脂と有機溶剤とからなるワニスを塗布して、ワニス塗布層を設ける工程と、上記ワニス塗布層を静置して、上記ワニス塗布層中の無機充填剤を沈降させる工程と、上記ワニス塗布層中の無機充填剤が沈降後に、上記ワニス塗布層中の有機溶剤を揮発させる工程と、上記有機溶剤を揮発させたワニス塗布層を、上記ワニスに用いた熱硬化性樹脂の硬化温度で加熱し、硬化する工程とを備えたことである。

水平に設置され、且つ四方に側壁を有する平板上に目開き率が８０〜９８％のガラスクロス層を載置する工程と、上記ガラスクロス層に無機充填剤と熱硬化性樹脂と有機溶剤とからなるワニスを塗布して、ワニス塗布層を設ける工程と、上記ワニス塗布層を静置して、上記ワニス塗布層中の無機充填剤を沈降させる工程と、上記ワニス塗布層中の無機充填剤が沈降後に、上記ワニス塗布層中の有機溶剤を揮発させる工程と、上記有機溶剤を揮発させたワニス塗布層を、上記ワニスに用いた熱硬化性樹脂の硬化温度で加熱し、硬化する工程とを備えたことであり、ガラスクロスで補強され、且つ表面に高濃度の無機充填剤を含有した層が設けられ、耐コロナ性と機械強度と耐電圧特性とに優れた相間絶縁体を形成できる絶縁シートが容易に製造できるという効果がある。

実施の形態１.
図１は、本発明の実施の形態１における絶縁シートの製造方法を説明する断面模式図である。
図１に示すように、まず、水平に設置された四方に側壁を有し、離型処理された平板１上に、ガラスクロス２を載置する。（ａ）
このとき、製造する絶縁シート１０の厚さに応じて複数枚のガラスクロス２を重ねたガラスクロス層を載置しても良い。
次に、平板１上に載置されたガラスクロス２に、無機充填剤５と熱硬化性樹脂６と有機溶剤とからなるワニス３を滴下して塗布し、ワニス塗布層４を形成する。（ｂ）

次に、ワニス塗布層４を水平に静置し、ワニス塗布層４を設けたガラスクロス２の拡大図に示すように、ワニス塗布層４中の無機充填剤５を沈降させる。（ｃ）
このとき、振動を与えて、無機充填剤５の沈降を促進しても良い。また、ワニス塗布層４を加温し、ワニス塗布層４の粘度を低下させ、無機充填剤５の沈降を促進しても良い。
次に、ワニス塗布層４を熱硬化性樹脂６の硬化温度より低い温度で加熱して、有機溶剤を揮発させるとともに、熱硬化性樹脂６をＢステージ化して、拡大図に示される無機充填剤５が一方の表面に蓄積された絶縁シート用プリプレグ７を得る。（ｄ）
次に、絶縁シート用プリプレグ７を所定の寸法に切断し、ワニス３に用いた熱硬化性樹脂６の硬化温度に加熱して、硬化させ、絶縁シート１０を製造する。（ｅ）
このようにして製造された絶縁シート１０は、電動機の巻線の相間に挿入し、絶縁体として使用する。

本実施の形態では、ワニス塗布層４の厚さは、ガラスクロス層の厚さ１〜２倍とすることが好ましい。ワニス塗布層４の厚さがガラスクロス層の厚さの１倍未満では、得られた絶縁シート１０の表面にガラスクロス２の繊維による凹凸を生じ、巻線の相間絶縁体としての絶縁特性が低下する。
また、ワニス塗布層４の厚さがガラスクロス層の厚さの２倍より大きいと、絶縁シート１０の厚さが厚くなり過ぎて、巻線の相間絶縁体として挿入できなくなる。

本実施の形態では、無機充填剤５の沈降を促進するためのワニス塗布層４の加温は５０℃までが好ましい。５０℃より高い温度での加温では、溶剤の揮発が多くなり、ワニス塗布層４の粘度が増加し、無機充填剤５の沈降が不十分となる。また、反応性の高い熱硬化性樹脂６を用いた場合に、得られた絶縁シート用プリプレグ７の保管寿命が短くなり、絶縁シートの歩留まりを低下させる。
本実施の形態では、無機充填剤５の沈降を促進するためのワニス塗布層４の振動は、２０００〜６０００Ｈｚの周波数の縦振動が好ましい。

本実施の形態では、ワニス塗布層４の溶剤の揮発は、ワニス塗布層４に用いた熱硬化樹脂６の硬化温度より低い温度で行う。この揮発温度が上記熱硬化樹脂６の硬化温度以上であると、熱硬化樹脂６が硬化してしまい、相間絶縁体の形状への加工に手間がかかる。

本実施の形態で用いられるワニス３は、無機充填剤５の体積含有率が５〜２５％である。
無機充填剤５の体積含有率が５％未満であると、得られる絶縁シート１０の表面部での無機充填剤５の含有率が少なくなり、絶縁シート１０の耐コロナ性が低く、無機充填剤５の体積含有率が２５％より大きいと、ワニス３の粘度が高くなり、均一な厚さの絶縁シート１０が得られない。
また、このワニスに用いる熱硬化性樹脂６の体積含有率は、５０〜８０％が好ましい。熱硬化性樹脂６の体積含有率５０％未満であると、得られる絶縁シート１０の強度が低下し、８０％より大きいと、ワニス３の粘度が高くなり、均一な厚さの絶縁シート１０が得られない。

本実施の形態で用いられるガラスクロス２は、目開き率が８０〜９８％のものが用いられる。目開き率が８０％未満であると、無機充填剤５の沈降を阻害し、絶縁シート表面部での無機充填剤５の濃度が小さくなり、絶縁シート１０の耐コロナ性が低下する。また、目開き率が９８％より大きいと、ガラスクロス２による補強効果が小さく、絶縁シート１０の強度が低下する。

本実施の形態で用いられる熱硬化性樹脂６は、ポリイミド樹脂が用いられる。
ポリイミド樹脂としては、溶剤への溶解性とＢステージ化ができるとの点とからポリアミック酸系のポリアミド樹脂が好ましい。

本実施の形態で用いられる有機溶剤としては、テトラヒドロフラン、アセトン、ホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、トルエン、キシレン、クレゾールが挙げられ、これらの有機溶剤は、１種類で用いても良く、複数の種類のものを用いても良い。

本実施の形態で用いられる無機充填剤５は、金属の酸化物、窒化物、炭化物、珪素化物などが用いられ、例えば、窒化ボロン、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ジルコニウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化トリウム、炭化チタン、炭化シリコン、珪素化モリブデンが挙げられる。
また、本実施の形態で用いられる無機充填剤５の粒径は、１〜６０μｍのものが好ましく、５〜３０μｍのものが特に好ましい。無機充填剤５の粒径が１μｍ未満であると、ワニス塗布層４中での無機充填剤５の沈降に長時間を要し、絶縁シート１０の生産性が低下する。無機充填剤５の粒径が６０μｍより大きいと、ガラスクロス２の目の部分に入る無機充填剤５の数が少なくなり、絶縁シート１０表面部での無機充填剤５の濃度が小さくなり、絶縁シート１０の耐コロナ性が低下する。

実施例１．
７０体積％のポリアミック酸系のポリイミド樹脂を２０体積％のＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解してなるＵーワニスＡ｛宇部興産（株）社｝９０体積部に、粒径が１０μｍの二酸化珪素１０体積部（２６重量部）を加え、所定の混合装置を用い撹拌して、無機充填剤含有率が１０体積％のワニス３を調製する。
次に、例えば、水平な台に置かれた、四方に側壁を有する幅１１００ｍｍ、長さ２１００ｍｍ、側壁の高さ３０ｍｍで、離型処理した平板１上に、幅１０００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、厚さ０．１ｍｍで目開き率９８％のガラスクロス２を載置する。
次に、このガラスクロス２に、上記ワニス３を滴下法により塗布する。この時、ワニス塗布層４の厚さは、上記ガラスクロス２の厚さの１．３倍とする。
次に、平板１上で、ワニス塗布層４が設けられたガラスクロス２を１時間静置し、ワニス塗布層４中の二酸化珪素を沈降させる。この時ワニス塗布層４を５０℃に加温し、二酸化珪素の沈降を促進させる。
次に、平板１上に載置したワニス塗布層４が設けられたガラスクロス２をオーブン入れ、２００℃で１時間の加熱を行い、有機溶剤のＮ−メチル−２−ピロリドンを揮発させ、絶縁シート用プリプレグ７を作製する。

この絶縁シート用プリプレグ７から、長さ１００×幅１００×厚さ０．１ｍｍの試験用プリプレグを切り出し、オーブンに入れ、３５０℃で１時間の加熱処理により、試験用絶縁シートを得た。
得られた試験用絶縁シートについて、ＡＳＴＭ Ｄ２２７５に規定された方法に準拠して、耐コロナ性を測定した。具体的には、温度が２３±１℃、湿度が６０±５ＲＨ％の雰囲気中で、６０Ｈｚ、１６００Ｖの交流を印加し、絶縁破壊がおこるまでの時間を測定した。測定結果は表１に示した。

実施例２．
目開き率が８０％のガラスクロス２を用いた以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

実施例３．
７０体積％のポリイミド樹脂を２０体積％のＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解してなるＵーワニスＡ｛宇部興産（株）社｝９０体積部に、粒径が１０μｍの二酸化珪素３０体積部（７８重量部）を加えた無機充填剤含有率が２５体積％であるワニス３用いた以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

実施例４．
７０体積％のポリイミド樹脂を２０体積％のＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解してなるＵーワニスＡ｛宇部興産（株）社｝９０体積部に、粒径が１０μｍの二酸化珪素４．７体積部（１２．２重量部）を加えた無機充填剤含有率が５体積％であるワニス３用いた以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

実施例５．
ワニス３に用いる無機充填剤５に、粒径が１μｍの二酸化珪素を用いた以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

実施例６．
ワニス３に用いる無機充填剤５に、粒径が６０μｍの二酸化珪素を用いた以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

実施例７．
ワニス３に用いる無機充填剤５に、粒径が１０μｍの窒化珪素（３４．４重量部）を用いた無機充填剤含有率が１０体積％のワニス３とした以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

比較例１．
目開き率が７８％のガラスクロス２を用いた以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

比較例２．
目開き率が９９％のガラスクロス２を用いた以外、実施例１と同様にして試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

比較例３．
７０体積％のポリイミド樹脂を２０体積％のＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解してなるＵーワニスＡ｛宇部興産（株）社｝９０体積部に、粒径が１０μｍの二酸化珪素３．８体積部（９．９重量部）を加えた無機充填剤含有率が４体積％であるワニス３用いた以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

比較例４．
７０体積％のポリイミド樹脂を２０体積％のＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解してなるＵーワニスＡ｛宇部興産（株）社｝９０体積部に、粒径が１０μｍの二酸化珪素３１．６体積部（８２．２重量部）を加えた無機充填剤含有率が２６体積％であるワニス３用いた以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

比較例５．
ワニス３に用いる無機充填剤５に、粒径が０．８μｍの二酸化珪素を用いた以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

比較例６．
ワニス３に用いる無機充填剤５に、粒径が６５μｍの二酸化珪素を用いた以外、実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

比較例７．
ワニス塗布層４の二酸化珪素の沈降を促進するための、ワニス塗布層４の加温温度を５５℃とした以外実施例１と同様にして、試験用絶縁シートを得た。得られた試験用絶縁シートについて、実施例１と同様にして、耐コロナ性を測定し、測定結果は表１に示した。

表１から明らかなように、目開き率が８０〜９８％のガラスクロスの補強材に、粒径が１〜６０μｍの無機充填剤を、体積含有率で５〜２５％含有するワニスを塗布し、この塗布されたワニス中の無機充填剤を沈降させたのちに硬化する本発明の製造方法によって得られた絶縁シートは、可変速電動機の巻線の相間に挿入できる強度を有し、且つ、耐コロナ性に優れている。

本発明の製造方法は、一方の表面に無機充填剤が蓄積された絶縁シートを容易に得られ、耐熱性、機械特性、耐電圧性に加え、耐コロナ特性が要求されている可変速電動機の巻線の相間に用いられる絶縁シートの製造に適用できる。

実施の形態１における絶縁シートの製造方法を説明する断面模式図である。

符号の説明

１ 平板、２ ガラスクロス、３ ワニス、４ ワニス塗布層、５ 無機充填剤、６ 熱硬化性樹脂、７ 絶縁シート用プリプレグ、１０ 絶縁シート。

Claims (3)

1. 水平に設置され、且つ四方に側壁を有する平板上に目開き率が８０〜９８％のガラスクロス層を載置する工程と、上記ガラスクロス層に無機充填剤と熱硬化性樹脂と有機溶剤とからなるワニスを塗布して、ワニス塗布層を設ける工程と、上記ワニス塗布層を静置して、上記ワニス塗布層中の無機充填剤を沈降させる工程と、上記ワニス塗布層中の無機充填剤が沈降後に、上記ワニス塗布層中の有機溶剤を揮発させる工程と、上記有機溶剤を揮発させたワニス塗布層を、上記ワニスに用いた熱硬化性樹脂の硬化温度で加熱し、硬化する工程とを備えた絶縁シートの製造方法。
2. 無機充填剤の体積含有率が５〜２５％であるワニスを用いることを特徴とする請求項１記載の絶縁シートの製造方法。
3. 無機充填剤に、粒径が１〜６０μｍの無機充填剤を用いることを特徴とする請求項１記載の絶縁シートの製造方法。
   
   

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