JP2005330390A - エポキシ樹脂組成物およびそれを用いたモールドモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 耐ヒートサイクル性と成形性に優れたエポキシ樹脂組成物およびこれを用いた高信頼性のモールドモータを得る。
【解決手段】 本発明のエポキシ樹脂組成物は、１、６−ジグリシジルナフタレンよりなる主エポキシ樹脂と、主エポキシ樹脂以外の副エポキシ樹脂と、無機充填材と、硬化剤とからなるもので、副エポキシ樹脂を、分子中に1個以上のエポキシ基を有するフェニルグリシジルエーテル、ジプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ｐ−ｔ−ブチルフェノールグリシジルエーテル、ジブロモフェニルグリシジルエーテルの少なくとも１種類としたものである。
【選択図】 無し。

Description

本発明は、モータのコイル部をモールドするに好適なエポキシ樹脂組成物およびこの樹脂によりモールドされたモールドモータに関する。

近年、モータは、小形化、高出力化が急速に進み、これに伴い、コイルモールド樹脂には、コイル部で発生した熱を速やかに放熱させる特性や、運転ＯＮ／ＯＦＦに伴うヒートサイクルに対応する強靭性が求められている。
ところで、エポキシ樹脂は、その良好な耐熱・耐湿性に加え、機械的および電気的特性にも優れた特性を有し、さらには、エポキシ樹脂硬化剤及び各種添加剤との組合せにより、目的に応じた配合設計が実現できる事から、電気部品の封止・モールドに広く用いられている。
近年では、耐熱性、強靭性、密着性などのさらなる向上をねらって、一般的なビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やビスフェノールＦ型エポキシ樹脂などの他に、ナフタレン骨格やビフェニル骨格などの特殊骨格を有するエポキシ樹脂を用いた樹脂組成物も検討され始めている。
このような特殊骨格を有するエポキシ樹脂の中で、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂を適用した樹脂組成物として、エポキシ樹脂として１、６−ジグリシジルナフタレンと、それ以外にビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、またはクレゾールノボラック型エポキシ樹脂樹脂、またはフェノールノボラック型エポキシ樹脂を用い、無機充填材の樹脂組成物中の重量比率を約８０％（約７０ｖｏｌ％）とし、エポキシ樹脂硬化剤としてフェノールノボラック樹脂を用いたものがある。（特許文献１参照）
本例の場合、ガラス転移温度の高い硬化物が得られるため、高温耐熱性が高く、半導体封止用途などに利用される。
特公平０６−０５７７４０号公報

ところが、このような従来の樹脂組成物をモータのコイルモールドに適用しようとすると、次のような問題があった。
（１）ガラス転移温度が高いため、ヒートサイクルが作用した場合に、コイルモールド部にクラックが発生する。
これは、熱応力が近似的に次式で表されるためであり、すなわち、ガラス転移温度が高くなると、それに応じて、熱応力が増加するためである。
熱応力＝Ｋ×（αｒ−αｉ）×Ｅｒ×（Ｔｇ−Ｔ）
ここで、Ｋは定数、αｒは樹脂のガラス転移温度以下の線膨張係数、αｃはコイルなどの樹脂組成物に埋め込まれたインサート物の線膨張係数、ＥｒはＴｇ以下の弾性率、Ｔｇはガラス転移温度、Ｔはヒートサイクルの下限温度である。
（２）樹脂組成物の粘度が高いため、微細なコイル線間への樹脂の充填が困難となり、発生した隙間やボイドのため絶縁不良を引き起こすという不具合を生じる。また、加圧して樹脂組成物を注形した場合、部品の変形や断線が発生する。
（３）フェノールノボラック樹脂などのオリゴマー系エポキシ樹脂硬化剤を用いた場合、高温での加熱硬化が必要であるので、インサート物の耐熱性が問題になったり、硬化収縮の増大により、製品に歪みや割れが発生したりする問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータのコイルモールド樹脂として好適な、優れた耐ヒートサイクル性と成形性を有するエポキシ樹脂組成物と、これを用いたモールドモータを提供する事を目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は，１，６−ジグリシジルナフタレンよりなる主エポキシ樹脂と，前記主エポキシ樹脂以外の副エポキシ樹脂と，無機充填材と，硬化剤とからなるエポキシ樹脂組成物において，前記副エポキシ樹脂は，分子中に1個以上のエポキシ基を有し，且つ粘度が１０００ｍＰａ・ｓ（２５℃）以下であるものとしたものである。
請求項２に記載の発明は，前記副エポキシ樹脂が，ｎ−ブチルグリシジルエーテル，フェニルグリシジルエーテル，ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル，１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル，ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルの中の少なくとも１種類としたものである。
請求項３に記載の発明は，前記無機充填材が，溶融シリカ，アルミナの少なくとも１種類であり，かつ前記エポキシ樹脂組成物中に占める配合比率が４０〜６５ｖｏｌ％としたものである。
請求項４に記載の発明は，前記硬化剤が，酸無水物化合物，芳香族ポリアミン化合物，脂環式ポリアミン化合物の少なくとも1種類としたものである。
請求項５に記載の発明は，前記エポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度を１００℃〜１３０℃としたものである。
請求項６に記載の発明は，請求項１〜５の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物により，コイル部をモールドしたモールドモータである。

請求項１に記載の発明によると，主エポキシ樹脂である１，６−ジグリシジルナフタレンに加えて，分子中に1個以上のエポキシ基を有し，且つ粘度が１０００ｍＰａ・ｓ（２５℃）以下である副エポキシ樹脂を用いるので，エポキシ樹脂組成物を低粘度化させることができる。これにより，強靭で且つ，成形性が良好なエポキシ樹脂組成物を得る事ができる。
請求項２に記載の発明によると，副エポキシ樹脂として，ｎ−ブチルグリシジルエーテル，フェニルグリシジルエーテル，ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル，１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル，ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルの中の少なくとも１種類を用いているので，エポキシ樹脂組成物を低粘度化させることができ，成形性の向上に効果がある。さらに，硬化させた際，架橋密度を下げる効果が大きいことから，強靭性の高いエポキシ樹脂組成物を得ることができる。
請求項３に記載の発明によると，無機充填材が溶融シリカ，アルミナの少なくとも１種類であり，かつ前記エポキシ樹脂組成物中に占める配合比率を４０〜６５ｖｏｌ％としているので，熱伝導率が高くコイルで発生した熱を効果的に除去する事ができる。また，硬化発熱の除去にも効果があるため，硬化後の製品の歪みや割れを低減化することができる。
請求項４に記載の発明によると，硬化剤を，酸無水物化合物，芳香族ポリアミン化合物，脂環式ポリアミン化合物の少なくとも1種類としているので，モータのコイルモールドとして好適な電気特性，機械特性，耐熱特性を有したエポキシ樹脂組成物を得る事ができる。
請求項５に記載の発明によると，硬化物のガラス転移温度が１００℃〜１３０℃としているので，耐ヒートサイクル性が高く，またモータに求められる耐熱性を確保できる。
請求項６に記載の発明によると，請求項１〜５の何れかに記載されたエポキシ樹脂組成物により，コイル部をモールドしたモータであるので，特に起動，停止に伴うヒートサイクルに対して優れ，高い信頼性を有するという効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の実施例１について述べる。本実施例は、エポキシ樹脂組成物自体の粘度及び硬化物から作製した試料によりガラス転移温度を測定したものである。
エポキシ樹脂組成物の作製方法は、表１に示す材料を用いて、各成分を表２に示す配合とし、これらをそれぞれ真空脱泡した。その後、１２０℃、３時間、一次キュアを行い、さらに、１５０℃で５時間、２次キュアを行って作製した。
本実施例を試料１〜５とし、比較例を試料６〜９とした。先ず、本実施例に用いた材料と配合量を以下に述べる。なお、文中の（部）は、（重量部）である。

主剤のエポキシ樹脂は、本実施例および比較例ともに１、６−ジグリシジルナフタレン（商品名：エピクロンＨＰ−４０３２、大日本インキ化学工業（株）製）を用いた。
（試料１）
・エポキシ樹脂 １、６−ジグリシジルナフタレン ７５部、フェニルグリシジルエーテル ２５部（商品名：デナコールＥＸ−１４１、ナガセケムテックス（株）製）
・無機充填材 溶融シリカ １７０部（商品名：ＲＤ−８、（株）龍森製）
・エポキシ樹脂硬化剤 芳香族ポリアミン化合物 ２６部（商品名：エピキュアＺ、ジャパンエポキシレジン（株）製）

（試料２）
・エポキシ樹脂 １、６−ジグリシジルナフタレン ７０部、フェニルグリシジルエーテル ３０部（商品名：デナコールＥＸ−１４１、ナガセケムテックス（株）製）
・無機充填材 溶融シリカ ６８０部（商品名：ＲＤ−８、（株）龍森製）
・エポキシ樹脂硬化剤 酸無水物化合物 １００部（商品名：エピクロンＢ−５７０、大日本インキ化学工業（株）製）
・硬化促進剤 イミダゾール化合物 １部（商品名：２Ｅ４ＭＺ、四国化成工業（株）製）

（試料３）
・エポキシ樹脂 １、６−ジグリシジルナフタレン ８５部、ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル １５部（商品名：エピクロン７０７、大日本インキ化学工業（株）製）
・無機充填材 アルミナ ３１０部（商品名：ＡＬ−３３、住友化学工業(株)製）
・エポキシ樹脂硬化剤 脂環族ポリアミン化合物 ４０部（商品名：エピキュア１１３、ジャパンエポキシレジン（株）製）

（試料４）
・エポキシ樹脂 １、６−ジグリシジルナフタレン ７５部、１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル ２５部（商品名：デナコールＥＸ−２１２、ナガセケムテックス（株）製）
・無機充填材 溶融シリカ ２５０部（商品名：ＲＤ−８、（株）龍森製）
・エポキシ樹脂硬化剤 芳香族ポリアミン化合物 ２６部（商品名：エピキュアＺ、ジャパンエポキシレジン（株）製）

（試料５）
・エポキシ樹脂 １、６−ジグリシジルナフタレン ７５部、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル ２５部（商品名：デナコールＥＸ−４１１、ナガセケムテックス（株）製）
・無機充填材 アルミナ ７５０部（商品名：ＡＬ−３３、住友化学工業(株)製）
・エポキシ樹脂硬化剤 芳香族ポリアミン化合物 ２４部（商品名：エピキュアＺ、ジャパンエポキシレジン（株）製）

つぎに、比較例の材料と配合量について述べる。
（試料６）
・エポキシ樹脂 １、６−ジグリシジルナフタレン ８部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂 ８２部（商品名：ＥＯＣＮ１０２０、日本化薬（株）製）、臭素化エポキシ樹脂 １０部（商品名：ＢＲＥＮ、日本化薬（株）製）
・無機充填材 溶融シリカ ６６０部（商品名：ＦＲ−３０Ｘ、電気化学工業（株））
・エポキシ樹脂硬化剤 フェノールノボラック樹脂 ５２部（商品名：ＴＤ２１３１、大日本インキ化学工業（株）製）
・硬化促進剤 トリフェニルホスフィン １部

（試料７）
・エポキシ樹脂 １、６−ジグリシジルナフタレン ９５部、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテル ５部（商品名：デナコールＥＸ−４１１、ナガセケムテックス（株）製）
・無機充填材 アルミナ ５００部（商品名：ＡＬ−３３、住友化学工業(株)製）
・エポキシ樹脂硬化剤 芳香族ポリアミン化合物 ２５部（商品名：エピキュアＺ、ジャパンエポキシレジン（株）製）

（試料８）
・エポキシ樹脂 １、６−ジグリシジルナフタレン ７５部、フェニルグリシジルエーテル ２５部（商品名：デナコールＥＸ−１４１、ナガセケムテックス（株）製）
・無機充填材 溶融シリカ ４７０部（商品名：ＲＤ−８、（株）龍森製）
・エポキシ樹脂硬化剤 芳香族ポリアミン化合物 ２６部（商品名：エピキュアＺ、ジャパンエポキシレジン（株）製）

（試料９）
・エポキシ樹脂 １、６−ジグリシジルナフタレン ７５部、フェニルグリシジルエーテル ２５部（商品名：デナコールＥＸ−１４１、ナガセケムテックス（株）製）
・無機充填材 溶融シリカ １４０部（商品名：ＲＤ−８、（株）龍森製）
・エポキシ樹脂硬化剤 芳香族ポリアミン化合物 ２６部（商品名：エピキュアＺ、ジャパンエポキシレジン（株）製）

つぎに、エポキシ樹脂組成物の粘度とガラス転移温度の測定方法およびその結果について述べる。
（１）粘度測定
各試料をＪＩＳ Ｚ ８８０３における円錐−平板形回転粘度計を使用した粘度の測定法に従い６０℃にて測定した。
粘度測定の結果を表２に示す。表２からわかるように、試料１〜５の粘度は、１０００〜９０００ｍＰａ・ｓの範囲にあり、モータのコイルモールド用途として適切な成形性を有している事がわかる。
一方、比較例の試料６については固体であり、モータの微細なコイル線間への充填は困難と考えられる。また、比較例の試料８においても同様に粘度が１３０００ｍＰａ・ｓと高く、成形性に問題があると考えられる。比較例の試料９は粘度が７００ｍＰａ・ｓと低く成形性は良好であると考えられるが、充填材の配合比率が低い事から、十分な放熱性を得ることが難しく、さらには線膨張係数も大きくなると予想される事から、耐クラック性の低下が懸念される。
（２）ガラス転移温度
各試料を、熱膨張法による熱機械分析を行いガラス転移温度（Ｔｇ）を測定した。
ガラス転移温度の測定結果を表２に示す。表２からわかるように、本実施例の試料１〜５のエポキシ樹脂組成物は、ガラス転移温度が、１００℃〜１３０℃の範囲にあり、モータのコイルモールド用途として適切な耐熱性を有している事がわかる。
一方、比較例の試料６や試料７においては、ガラス転移温度がそれぞれ１６０℃、１４０℃と高くモータ用途としてはオーバースペックであると考えられる。これにより、先に述べた熱応力の増加が予想される事から、耐クラック性の低下が懸念される。

本実施例は、実施例１と同じ配合のエポキシ樹脂組成物を用いてモータの電機子をモールドし、クラック特性を調べたものである。
図１は本発明のエポキシ樹脂組成物を用いたリニア型モールドモータの可動子を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う正断面図である。図において、１は可動子、２はフレーム、３は電機子コイル、４は巻線固定枠、５はモールド樹脂である。
実施例の試料１〜５および比較例の試料７〜９の電機子コイルについては、各配合のエポキシ樹脂組成物を８０℃に加温し、これらをそれぞれ、１２０℃に加熱した金型（リニア型モールドモータの電機子に適合した形状のもの）に注形した。その後、１２０℃、３時間、一次キュアを行い、さらに、１５０℃で５時間、２次キュアを行った。
また、比較例の試料６の電機子コイルについては、その配合のエポキシ樹脂組成物を９０℃の熱ロールで７分間混練した後、１５００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力下で、これをタブレット化し、得られたエポキシ樹脂組成物のタブレットを用いて、プランジャー圧力８０ｋｇ／ｃｍ２、金型温度１８０℃、成形時間９０秒の条件で成形し、モールドモータを製作した。

つぎに、クラック特性を調べた。
得られたモールドモータの可動子部を、−５０℃で４時間、１３０℃で４時間の冷熱サイクルを２００サイクル施す熱サイクル試験を行った。
クラック発生の有無を調べた結果を表２に示す。評価は、クラックが全く発生しない場合を○、わずかに発生する場合を△、著しく発生する場合を×として判定した。
表２の結果から、試料１〜５のモールドモータには、隙間やボイドなどの未充填部は見られず、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて製造されたモールドモータは、熱サイクル試験を行った後のクラックの発生が見られず、ヒートサイクル特性に優れたものである事がわかる。
一方、比較例として製作した試料６〜９のモールドモータにおいては、それぞれガラス転移温度が高い事、高粘度による未充填部の発生、低い充填材の配合比率などに起因すると考えられるクラックの発生が観察された。さらに加圧成形を行なった試料６では電機子コイルの変形や断線も発生した。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、副エポキシ樹脂として、例えば、グリセロールポリグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ｐ−ｔ−ブチルフェノールグリシジルエーテル、ジブロモフェニルグリシジルエーテルなどを使用することができる。また、本発明のエポキシ樹脂組成物には、必要に応じて硬化促進剤、難燃剤、ゴム成分、着色剤、離型剤、カップリング剤、発泡剤など、その他の成分を添加することができる。また、リニア型モールドモータを例にして、本発明を説明したが、回転型のモールドモータにも適用することができる。

本発明のエポキシ樹脂組成物は、ヒートサイクル特性が良好であり、また、低粘度で成形性に優れる事から、リレー、スイッチ、コンデンサ、パワーモジュールなどの絶縁封止用途にも適用できる。

本発明のリニア型モールドモータ可動子を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う正断面図である。

符号の説明

１ 可動子
２ フレーム
３ 電機子コイル
４ 巻線固定枠
５ モールド樹脂

Claims (6)

1. １，６−ジグリシジルナフタレンよりなる主エポキシ樹脂と，前記主エポキシ樹脂以外の副エポキシ樹脂と，無機充填材と，硬化剤とからなるエポキシ樹脂組成物において，
   前記副エポキシ樹脂は，分子中に1個以上のエポキシ基を有し，且つ粘度が１０００ｍＰａ・ｓ（２５℃）以下であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
2. 前記副エポキシ樹脂が、ｎ−ブチルグリシジルエーテル，フェニルグリシジルエーテル，
   ポリプロピレングリコールジグリシジルエーテル，１，６−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル，ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルの中の少なくとも１種類であることを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
3. 前記無機充填材が、溶融シリカ，アルミナの少なくとも１種類であり，かつ前記エポキシ樹脂組成物中に占める配合比率が４０〜６５ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項１または２に記載のエポキシ樹脂組成物。
4. 前記硬化剤が、酸無水物化合物，芳香族ポリアミン化合物，脂環式ポリアミン化合物の少なくとも1種類であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物。
5. 前記エポキシ樹脂組成物の硬化物のガラス転移温度が１００℃〜１３０℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエポキシ樹脂組成物。
6. 請求項１〜５の何れかに記載のエポキシ樹脂組成物により，コイル部がモールドされたモールドモータ。

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