JP2005263945A - コンミテータ用フェノール樹脂成形材料 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のガラス繊維を主基材とするコンミテータ用フェノール樹脂成形材料と比較して、機械的強度を実用的なレベルに維持しつつ、銅密着性を付与することにより、銅セグメントが樹脂から剥離しにくく片間段差の低減に優れたコンミテータ用フェノール樹脂成形材料を提供する。
【解決手段】 フェノール樹脂、無機充填材、メラミンシアヌレートを含有することを特徴とし、前記メラミンシアヌレートの含有量が前記フェノール樹脂１００重量部に対して、０．５〜１０重量部であり、好ましくは、前記無機充填材は第１の無機充填材としてガラス繊維を含有し、第２の無機充填材としてクレー、炭酸カルシウム、ウォラストナイト、及びタルクから選ばれた１種以上を含有する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、コンミテータ用フェノール樹脂成形材料に関するものである。

広範囲の分野に利用されているフェノール樹脂成形材料の用途のひとつとしてコンミテータ（整流子）がある。コンミテータはモーターの一部品であり、一般的には、銅セグメントと絶縁体としてフェノール樹脂成形材料に代表される熱硬化性樹脂成形材料を成形した成形品により構成されている。
コンミテータの絶縁体に使用される成形材料に要求される基本的な特性には、機械的強度、耐熱性（特に、熱時の強度・加熱寸法安定性）や寸法安定性などがあるため、ガラス繊維で強化されたフェノール樹脂成形材料が多く使用されている。

しかしながら近年、コンミテータに対する要求レベルは益々高度化しており、このようなガラス繊維強化フェノール樹脂成形材料をもってしても、銅セグメント間段差（以下、片間段差）において満足する特性を得られない場合がある。特に、フェノール樹脂成形材料は通常、銅と密着性が希薄なため成形収縮等の寸法変化やコンミテータの回転によって銅セグメントと樹脂が剥離してしまい、それに伴い片間段差が大きくなることが問題となっている。

フェノール樹脂を銅と接着させる方法として成形材料の一部にメラミン樹脂を含有させる方法がある（例えば、特許文献１）が、メラミン樹脂を含有させた場合、高温時に機械的強度が低下することや寸法変化が大きくなる問題がある。また、長期耐熱性及び長期寸法安定性を向上させる目的で成形材料の一部にメラミンを含有させる方法がある（例えば、特許文献２）が、メラミン含有量が多すぎるため機械的強度が低下する問題がある。

特開２０００−１２９０８２号公報 特開２０００−１４３９３６号公報

本発明は、従来のガラス繊維を主基材とするフェノール樹脂成形材料と比較して、機械的強度を実用的レベルに維持しつつ、銅密着性を付与したコンミテータ用フェノール樹脂成形材料を提供するものである。

このような目的は、下記の本発明（１）〜（４）によって達成される。
（１） フェノール樹脂、無機充填材、及びメラミンシアヌレートを含有するコンミテータ用フェノール樹脂成形材料であって、前記フェノール樹脂１００重量部に対して、前記メラミンシアヌレート０．５〜１０重量部を含有することを特徴とするコンミテータ用フェノール樹脂成形材料。
（２） 前記無機充填材は、第１の無機充填材としてガラス繊維を含有する上記（１）に記載のコンミテータ用フェノール樹脂成形材料。
（３） 前記無機充填材は、前記第１の無機充填材とともに、第２の無機充填材としてクレー、炭酸カルシウム、ウォラストナイト、及びタルクから選ばれた１種以上を含有する上記（１）又は（２）に記載のコンミテータ用フェノール樹脂成形材料。
（４） さらに、成形材料全体に対して、エラストマー２〜８重量％を含有する上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のコンミテータ用フェノール樹脂成形材料。

本発明は、フェノール樹脂、無機充填材、及びメラミンシアヌレートとを含有することを特徴とするものであり、機械的強度を実用的なレベルに維持しつつ、銅密着性を付与したコンミテータ用フェノール樹脂成形材料を提供するものである。

以下、本発明のコンミテータ用フェノール樹脂成形材料（以下、「成形材料」ということがある）について説明する。
本発明の成形材料は、フェノール樹脂、無機充填材、及びメラミンシアヌレートを含有するコンミテータ用フェノール樹脂成形材料であって、前記フェノール樹脂１００重量部に対して、前記メラミンシアヌレート０．５〜１０重量部を含有することを特徴とするものである。

本発明の成形材料において、フェノール樹脂としては、ノボラック型フェノール樹脂またはレゾール型フェノール樹脂を単独、あるいは両者を併用する。ノボラック型フェノール樹脂を使用する場合、通常、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用する。ヘキサメチレンテトラミンを用いる場合、その含有量は特に限定されないが、ノボラック型フェノール樹脂１００重量部に対して、１０〜３０重量部を含有することが好ましく、更に１５〜２０重量部含有することが好ましい。ヘキサメチレンテトラミンの含有量が前記上限値を超えると、成形体の機械的強度が低下する場合があり、前記下限値未満では、成形収縮を十分低減することができず、成形体の機械的強度が低下する場合がある。

本発明の成形材料は、フェノール樹脂とメラミンシアヌレートとを使用することが一つの特徴である。メラミンシアヌレートをフェノール樹脂とともに使用すると、フェノール樹脂の銅密着性が向上する。その理由は明確ではないが、メラミンシアヌレートが有するアミノ基と銅とが、アミノ基中の窒素原子の孤立電子対を介して配位的に結合することで銅接着性を向上させていると考えられる。また、メラミンシアヌレートの熱分解温度は約４００℃と高いため、高温においても高い銅密着力が維持できる。

メラミンシアヌレートの割合は、フェノール樹脂１００重量部に対し、０．５〜１０重量部であり、３〜５重量部が更に好ましい。前記下限値未満では、銅密着性向上効果が小さくなる傾向があり、前記上限値を超えると、成形材料製造時の生産性を低下させる場合があり、機械的強度等の特性が低下することがある。

前記フェノール樹脂の含有量は特に限定されないが、成形材料全体に対して２０〜５０重量％が好ましく、更に２５〜４５重量％が好ましい。この場合、ヘキサメチレンテトラミンもフェノール樹脂に含むものとする。前記含有量が前記下限値未満では、成形材料製造時の生産性や成形体の機械的強度が低下する場合があり、前記上限値を超えると、成形体の耐熱性、寸法安定性などが充分でない場合がある。

本発明の成形材料には、第１の無機充填材としてガラス繊維を含有する。ガラス繊維を含有することにより、成形体に高度の機械的強度を付与することができる。ガラス繊維としては特に限定されないが、平均繊維径が１０〜１５μｍのものが好ましい。また、平均繊維長は１〜３ｍｍのものが好ましい。これにより、成形材料化段階での作業性を向上させ、得られた成形体の機械的強度を良好なものとすることができる。平均繊維径が前記下限値未満では機械的強度の向上効果が小さくなることがある。また、前記上限値を超えると、成形材料製造時に混練ロールを使用する場合は、ロールへの追従性が低下し、混練が充分に行えなくなることがある。平均繊維長が前記下限値未満では機械的強度の向上効果が小さくなる傾向があり、前記上限値を超えるとロール混練時に繊維が折れ、機械的強度の向上効果がこれ以上大きくならないことが多い。

ガラス繊維の含有量は特に限定されないが、成形材料全体に対し３５〜７０重量％が好ましく、更に４０〜６０重量％が好ましい。含有量が前記下限値未満では機械的強度の向上効果が充分でないことがあり、前記上限値を越えると成形材料段階での作業性が低下することがある。

本発明の成形材料には、前記ガラス繊維と併せて、これ以外の第２の無機充填材を配合することができる。かかる無機充填材としては特に限定されないが、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、焼成クレー、未焼成クレー、ウォラストナイト、タルク、シリカ、ケイソウ土、アルミナ、酸化マグネシウム、硫酸バリウム等を用いることができる。これらの中でも、焼成クレー、未焼成クレー、炭酸カルシウム、ウォラストナイト、タルクが好ましく、特に未焼成クレーを用いることが好ましい。これにより、更に寸法精度を向上させることができるためコンミテータ用に用いた場合、銅セグメントと樹脂との剥離を抑えやすくなる。

前記第２の無機充填材の含有量は特に限定されないが、成形材料全体の５〜３０重量％が好ましく、更に１０〜２５重量％が好ましい。含有量が前記下限値未満であると成形体の耐熱性、寸法安定性などが十分でない場合があり、前記上限値を超えると成形材料製造時の作業性や、成形体の機械的強度が低下する場合がある。

前記ガラス繊維と第２の無機充填材の合計含有量は特に限定されないが、成形材料全体に対し４０〜７５重量％であることが好ましく、更に４５〜６５重量％が好ましい。前記ガラス繊維と第２の無機充填材との合計含有量が前記下限値未満では機械的強度の向上効果が充分でないことがあり、寸法変化も大きくなる傾向がみられる。また、前記上限値を越えると成形材料段階での作業性が低下し、相対的に樹脂分の含有量が低下することから機械的強度の低下につながることがある。

本発明の成形材料には、エラストマーを含有することが好ましい。エラストマーを配合することにより、成形収縮を低減することができるとともに成形体の弾性率を低減することができるので、コンミテータ用として用いた場合、銅セグメントと樹脂との剥離を抑えやすくなる。

本発明の成形材料で用いられるエラストマーとしては特に限定されないが、例えば、アクリロニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセタール、ポリビニルブチラールなどが挙げられる。
これらのエラストマーの中でも、アクリロニトリルブタジエンゴムとポリビニルブチラールを配合することが好ましい。アクリロニトリルブタジエンゴムとポリビニルブチラールという異なるタイプのエラストマーを併用しているので、これらの相乗作用により、一方のエラストマーを単独で配合した場合よりも、成形収縮を低減することができるとともに、可撓性及び靭性をバランスよく付与することができる。

本発明の成形材料において、エラストマーの含有量としては特に限定されないが、成形材料全体に対して、２〜８重量％であることが好ましい。
また、アクリロニトリルブタジエンゴム及びポリビニルブチラールを用いる場合の含有量としては、特に限定されないが、成形材料全体に対して、それぞれ、０．５〜６重量％が好ましい。更に好ましくはそれぞれ、１〜３重量％である。
アクリロニトリルブタジエンゴムの含有量が前記下限値未満では靭性等、上記効果が小さい場合があり、前記上限値を越えると機械的強度が低下することがある。また、ポリビニルブチラールの含有量が前記下限値未満では機械的強度向上が小さい場合があり、前記上限値を超えると熱時特性が低下することがある。
また、アクリロニトリルブタジエンゴムとポリビニルブチラールとを用いる場合、その割合は特に限定されないが、２５：７５〜８０：２０が好ましい。更に好ましくは５０：５０〜７５：２５である。前記下限値未満及び前記上限値を超えると可撓性及び靭性のバランスが充分でない場合がある。

本発明のコンミテータ用フェノール樹脂成形材料には、以上に説明した成分のほかにも、本発明の目的を損なわない範囲で離型剤、硬化助剤、顔料等の添加剤を添加することができる。

本発明の成形材料を製造する方法は、通常の混練方法が適用できる。すなわち、フェノール樹脂、メラミンシアヌレート、ガラス繊維及び他の無機充填材を所定の割合で配合し、さらに必要に応じてエラストマー、硬化助剤、顔料、離型剤を加えて混合した後、溶融混練し、冷却後粉砕して得ることができる。溶融混練は、ロール、コニーダ、ニ軸押出し機等の混練機単独あるいはロールと他の混合機との組み合わせにより行うことができる。

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例及び比較例の配合と特性を表１に示す。表１に示す含有量は全て重量％を表す。

（表１の注）
１．原材料
（１）ノボラック型フェノール樹脂：住友ベークライト社製 Ａ-１０８２（数平均分子量８５０）
（２）ガラス繊維：日本板硝子社製 ＲＥＳ０３−ＢＭ３８（平均繊維径１１μｍ、平均繊維長３ｍｍのチョップドストランド）
（３）未焼成クレー：白石工業社製 カオブライト（３２５メッシュパス）
（４）硬化助剤：秩父石灰工業社製 消石灰
（５）離型剤：日本油脂社製 ステアリン酸
（６）アクリロニトリルブタジエンゴム：ＪＳＲ社製 ＰＮＣ−３８
（７）ポリビニルブチラール：積水化学工業社製 エスレックＢＬ−１
（８）顔料：三菱化学社製 カーボンブラック＃７５０Ｂ
（９）メラミンシアヌレート：日産化学工業社製 ＭＣ−６１０

２．成形材料の作製
（実施例１）
ノボラック型フェノール樹脂２５．８重量％、ガラス繊維４２重量％、無機充填材として未焼成クレー２０重量％、ヘキサメチレンテトラミン５重量％、硬化助剤として消石灰１重量％、離型剤としてステアリン酸１重量％、エラストマー成分としてアクリロニトリルブタジエンゴム１．５重量％、ポリビニルブチラール１．５重量％、顔料１重量％、メラミンシアヌレート１．２重量％を混合し、組成物を得た。前記組成物を８０〜９０℃の加熱ロールで約１５分間溶融混練し、冷却後粉砕して成形材料を得た。

（実施例２）
ノボラック型フェノール樹脂を２６．８重量％に増量し、メラミンシアヌレートを０．２重量％に減量した以外は実施例１と同様として、成形材料を得た。

（実施例３）
ノボラック型フェノール樹脂を２４．６重量％に減量し、ヘキサメチレンテトラミンを４．８重量％に減量し、メラミンシアヌレートを２．６重量％に増量した以外は実施例１と同様として、成形材料を得た。

（比較例１）
メラミンシアヌレートを用いずに、ノボラック型フェノール樹脂を２７．０重量％に増量した以外は実施例１と同様として、成形材料を得た。

３．テストピースの作製及び評価方法
（１）成形収縮率、曲げ強さ、曲げ弾性率
トランスファー成形（金型温度１７５℃，硬化時間３分間）によりテストピースを作製し、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準拠して行った。
（２）銅密着強度
銅密着性は、図１に示す方法で評価を行った。
成形材料成形品２との接着面４の大きさが１５×１５ｍｍである銅試験片３を用意し、接着面４を粗さ８０番のペーパーで均一に磨いた後、金型の反ゲート側にセットし、トランスファー成形にてゲート部より溶融した成形材料を注入して、銅試験片３と成形材料成形品２との一体成形品１を作成した。
この一体成形品１の銅試験片３側をテンシロンの固定冶具６で固定し、成形材料成形品２側を可動冶具５で引張り、接着面４における銅試験片３と成形材料成形品２との密着力を測定した。
成形条件、測定条件は以下のとおり。
（2.1）成形条件
金型温度：１８０℃
型締圧(実効圧)：１０ＭＰａ
成形材料予熱：有り（１００±５℃）
硬化時間：１１０秒間
（2.2）測定条件
接着面積：２２５ｍｍ²（１５ｍｍ×１５ｍｍ）
引張り速度：２ｍｍ／ｍｉｎ
（2.3）測定温度
常温、２００℃

表１から明らかなように、実施例１ないし３はいずれも、フェノール樹脂、メラミンシアヌレート、及びガラス繊維を含む無機充填材を所定量配合した本発明の成形材料であり、これらから得られた成形体は、メラミンシアヌレートを含まない比較例１の成形体と比較して、機械的強度は実用的レベルを維持し、銅密着性が付与されている。

本発明のコンミテータ用フェノール樹脂成形材料は、機械的強度を実用的なレベルに維持しつつ、銅密着性を付与させることができるため、銅セグメントが樹脂から剥離しにくく片間段差の低減に優れたコンミテータ成形品を得ることができる。

本発明の実施例における銅密着性の測定法を示す概略図

符号の説明

１ 一体成形品
２ 銅試験片
３ 成形材料成形品
４ 接着面
５ 可動冶具
６ 固定冶具

Claims (4)

1. フェノール樹脂、無機充填材、及びメラミンシアヌレートを含有するコンミテータ用フェノール樹脂成形材料であって、前記フェノール樹脂１００重量部に対して、前記メラミンシアヌレート０．５〜１０重量部を含有することを特徴とするコンミテータ用フェノール樹脂成形材料。
2. 前記無機充填材は、第１の無機充填材としてガラス繊維を含有する請求項１に記載のコンミテータ用フェノール樹脂成形材料。
3. 前記無機充填材は、前記第１の無機充填材とともに、第２の無機充填材としてクレー、炭酸カルシウム、ウォラストナイト、及びタルクから選ばれた１種以上を含有する請求項１又は２に記載のコンミテータ用フェノール樹脂成形材料。
4. さらに、成形材料全体に対して、エラストマー２〜８重量％を含有する請求項１ないし３のいずれかに記載のコンミテータ用フェノール樹脂成形材料。
   

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