JP2009051979A

JP2009051979A - モールド整流子用フェノール樹脂成形材料及びモールド整流子

Info

Publication number: JP2009051979A
Application number: JP2007221805A
Authority: JP
Inventors: Rindai Kitatani; 林大北谷; Yuya Kitagawa; 祐矢北川
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】異常運転等によりモータが高回転で長時間駆動するような事態が生じても突然の破壊によりモータの運転が不可能になるようなことを防止することができるようなモールド整流子を得るために使用できるモールド整流子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、ガラス繊維及びエラストマー成分を含有する。前記エラストマー成分が、アクリロニトリル含有量が３６％以上のアクリロニトリルブタジエンゴムである。
【選択図】なし

Description

本発明は、自動車等のエンジン始動モータ等に搭載されるモールド整流子の成形に使用されるフェノール樹脂成形材料及びこのフェノール樹脂成形材料にて形成されたモールド整流子に関する。

エンジンスタータに使用されるモータは高電流により短時間で高出力を発生する設計となっているが、エンジン始動までの時間が長引けばその電流によるジュールにより温度上昇及び高回転による遠心力による負荷がかかるため、このようなエンジンスタータ等に使用されるモータのモールド整流子（コンミテータ）には高い耐久性が必要とされる。また、近年の車載部品の小型化、高出力化のニーズの高まりにより、モールド整流子には更なる耐久性の向上が望まれている。

そこで、従来、このようなモールド整流子を成形するために使用されるフェノール樹脂成形材料について、ガラス繊維の高充填やカップリング剤等の添加による樹脂密着性の向上等により破壊強度を向上したり、樹脂改質により耐熱性の向上を図ったりすることが為されていた（特許文献１参照）。
特開２００５−７５８８２号公報

しかし、上記従来技術によりモールド整流子の耐久性向上を図った場合、モータ駆動初期に必要な出力を得るための強度や耐熱性を得ることができるが、その耐久性向上にも限度があり、エンジン始動モータを駆動しても不具合によりエンジンが始動しないなどの異常運転によりモータが長時間駆動するような場合には通常運転時を超える熱や遠心力がかかってしまって、モールド整流子が破壊されてしまい、モータの起動が不可能になってしまうという問題があり、このような問題は、単にモールド整流子の強度や耐熱性を向上するだけでは克服が困難なものであった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、異常運転等によりモータが高回転で長時間駆動するような事態が生じても突然の破壊によりモータの運転が不可能になるようなことを防止することができるようなモールド整流子を得るために使用できるモールド整流子用フェノール樹脂成形材料及びこのフェノール樹脂成形材料にて形成されたモールド整流子を提供することを目的とする。

請求項１に係るモールド整流子用フェノール樹脂成形材料は、フェノール樹脂、ガラス繊維及びエラストマー成分を含有し、前記エラストマー成分が、アクリロニトリル含有量が３６％以上のアクリロニトリルブタジエンゴムであり、エラストマー成分の含有量が２〜７質量％の範囲であり、ガラス繊維の含有量が４０〜６０質量％の範囲であることを特徴とする。

請求項２に係るモールド整流子は、請求項１に記載のモールド整流子用フェノール樹脂成形材料を成形して成ることを特徴とする。

本発明によれば、充分に高い強度を有すると共に加熱時の引張り伸び率の大きいモールド整流子を得ることができ、このモールド整流子をエンジン始動モータ等に適用した場合、通常運転時には充分な耐久性を有すると共に、異常運転等によりモータが高回転で長時間駆動するような事態が生じた場合にはモールド整流子の形状が歪んで金属セグメント間に段差が生じやすくなり、これによりモールド整流子の回転に抵抗力がかかってモールド整流子の回転数が抑制され、モールド整流子の温度上昇と回転による遠心力が軽減されるものであり、このため、モールド整流子によるモータの整流機能を維持しつつ、このモールド整流子が突然破壊することを回避することができ、モータが使用不能になることを防ぐことができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明に係るフェノール樹脂成形材料はモールド整流子を製造するために使用されるものであり、フェノール樹脂、ガラス繊維及びエラストマー成分を含有する。

フェノール樹脂としては適宜のものを採用し得るが、例えばレゾール型フェノール樹脂や、ヘキサメチレンテトラミン硬化剤を併用するノボラック型フェノール樹脂等を使用することができる。このフェノール樹脂の含有量は、成形材料全量に対して３０〜６０質量％の範囲であることが好ましい。この範囲において、安定した成形材料の混練性・製造性及びモールド整流子の成形に適した成形性を確保することができる。

ガラス繊維はモールド整流子の強度維持のために含有される。このガラス繊維の含有量は成形材料全量に対して４０〜６０重量％の範囲となるようにする。この含有量が４０重量％に満たないとモールド整流子の耐久性（機械的強度）が充分に得られず、また６０重量％を超えるとモールド整流子の熱時の引張り伸び率が充分に得られないおそれがある。

また、エラストマー成分としては、アクリロニトリル含有量（結合ＡＮ量）が３６％以上の高結合のアクリロニトリルブタジエンゴムが含有される。この結合ＡＮ量はモル百分率（モル％）で規定される。このようなエラストマー成分は、同時に使用されるフェノール樹脂に近い溶解度パラメータ（ＳＰ値）を有することとなって、フェノール樹脂との相溶性が高くなって、成形材料中で層分離せず、このエラストマー成分の機能が充分発揮されることとなり、２００℃に加熱された状態での成形品の引張り伸び率が大きくなる。このためモールド整流子の温度が過剰に上昇した場合に破壊に先立って熱変形を誘発することができる。このとき前記結合ＡＮ量が３６％に満たないとエラストマーのＳＰ値が小さくなって成形材料中でフェノール樹脂と相溶しにくくなって、エラストマー成分による上記の加熱された状態での引張伸び率の向上等の機能が発揮されなくなってしまったり、成形材料の硬化物中でエラストマー成分が層分離することで強度の低下したり製品の形状を保持することができなくなったりするおそれがあり、また成形材料の硬化物からエラストマー成分が溶出して成形金型を汚したり製品外観が悪化するなどの問題も生じてしまう。またこの結合アクリロニトリルの上限は特に制限されないが、実質上の上限は４２％となる。

このエラストマー成分の含有量は、成形材料全量に対して２〜７質量％の範囲であることが好ましい。この含有量が２質量％に満たないと、モールド整流子の熱時の引張り伸び率が充分に向上しないおそれがあり、また７質量％を超えると成形材料におけるフェノール樹脂の三次元架橋反応が阻害されてモールド整流子の強度及び耐熱性が著しく低下するおそれがある。

また、フェノール樹脂成形材料には、上記成分のほか、必要に応じて無機充填材、有機充填材、離型剤、硬化剤、着色剤等、適宜の添加剤を含有させることができる。

上記成分を用いたフェノール樹脂成形材料の調製は適宜の手法にて行うことができる。例えば上記成分を混合した後、二軸ロール混練機を用いて混練し、得られた混練物を粉砕した冷却粉砕物として得ることができる。また、ヘンシェルミキサー等の高速ミキサーを用いて造粒物として得ることもできる。

このようなフェノール樹脂成形材料を銅セグメント等の金属セグメントと共に成形することにより、例えば図１に示すような、樹脂成形品部分３の周面に複数の金属セグメント２が埋設されたモールド整流子１を得ることができる。フェノール樹脂成形材料の成形方法は特に制限されず、射出成形、トランスファ成形、圧縮成形、加熱プレス成形等の適宜の手法を採用し得る。

このようにして得られたモールド整流子１を搭載したモータを使用する場合、異常運転等によりモータが高回転で長時間駆動することでモールド整流子１の温度が上昇すると共に回転による大きな遠心力がかかると、熱時の引張り伸び率の高いモールド整流子１は熱により樹脂成形品部分３が変形しやすくなり、このためモールド整流子１の形状が歪んで、本来モールド整流子１の周面に真円状に並んだ金属セグメント２間に段差が生じやすくなる。このような段差が生じると、モールド整流子１の回転に抵抗力がかかり、モールド整流子１の回転数が抑制されて、モールド整流子１の温度上昇と回転による遠心力が軽減される。このため、モールド整流子１によるモータの整流機能を維持しつつ、このモールド整流子１が突然破壊することを回避することができ、モータが使用不能になることを防ぐことができる。従って、このモールド整流子１を特に自動車等のエンジン始動モータに搭載した場合に、モータが異常運転した後、モータが使用不可能になるまでの間、一定の猶予を得ることができ、モールド整流子１を交換しなければエンジンの始動が不可能になるような事態を回避することができるものである。

（実施例１〜５、比較例１〜７）
各実施例及び比較例について、表１に示す各成分を１分間混合した後、二軸ロール混練機（関西ロール社製、テスト用ロール機）にて、前ロールを２０ｒｐｍ／１００℃、後ロールを１７ｒｐｍ／１３０℃、ロール間ピッチ２．０ｍｍの条件で１５回混練し、得られた混練物を冷却粉砕した後、造粒して、フェノール樹脂成形材料を得た。

（混練性評価）
各実施例及び比較例について、成形材料の調製の際の混練時における剥がれ、こぼれの有無に基づいて混練性を評価した。

（成形性評価）
各実施例及び比較例で得られた成形材料について、ＪＩＳＫ６９１１に基づく押出式流れ試験の流出時間を測定した。

尚、この流出時間が４０〜７０秒の範囲であると成形性が良好であると評価できる。

（外観評価）
各実施例及び比較例で得られたフェノール樹脂成形材料を、金型温度１７０℃、射出圧力９０ＭＰａ、硬化時間６０秒の条件で射出成形し、ＩＳＯＴｙｐｅ−１Ａ形状の試験片を得た。

この試験片を目視で観察し、斑、光沢、割れ等の有無に基づいて外観を評価した。

（引張り強さ測定）
各実施例及び比較例につき、上記外観評価で用いたものと同一の試験片を作製し、この試験片について、ＩＳＯ−５２７に基づく引張り強さ測定を行った。

尚、モールド整流子をエンジン始動用モータに適用する場合には、８０ＭＰａ以上の引張り強さが要求される。

（熱時引張り伸び率測定）
各実施例及び比較例につき、上記外観評価で用いたものと同一の試験片を作製し、この試験片について、２００℃の雰囲気中でＩＳＯ−５２７に基づく引張り伸び率測定を行った。

尚、モールド整流子をエンジン始動用モータに適用した場合、回転時に２００℃で変形して金属セグメント間に段差が生じるようにするためには、０．６５％以上の熱時引張り伸び率が要求される。

（破壊回転数測定）
各実施例及び比較例で得られたフェノール樹脂成形材料を、金型温度１７０℃、射出圧力８０ＭＰａ、硬化時間９０秒の条件でトランスファ成形し、図１に示すような、長さＬが２０ｍｍ、全体外径Ｄ_１が３３ｍｍ、樹脂成形品部分３の外径Ｄ_２が２６ｍｍ、内径Ｄ₃が１４ｍｍ、銅製の金属セグメント２（銅セグメント）が２８ｂａｒのモールド整流子１を作製した。

得られたモールド整流子１をシャフトに取り付けた状態で回転させると共に回転数を１０００ｒｐｍ／１０秒の割合で増加させ、モールド整流子１が破壊された際の回転数を破壊回転数とした。

尚、モールド整流子１をエンジン始動用モータに適用した場合、通常運転時に充分な耐久性を発揮するためには、破壊回転数が４００００以上であることが要求される。

（加熱回転後隣接間最大段差測定）
各実施例及び比較例につき、上記破壊回転数測定と同様にして作製したモールド整流子１をシャフトに取り付け、このモールド整流子１を２００℃に加熱した状態で２００００ｒｐｍで１０分間回転させた後、このモールド整流子１の隣接する金属セグメント２間に生じる段差の最大値を、真円度計を用いて測定した。

尚、モールド整流子１をエンジン始動用モータに適用した場合、変形により発生する金属セグメント２間の段差によって抵抗力を生じさせて回転数の上昇を抑えるためには、最大段差が３μｍ以上になることが要求される。

以上の結果を表１に示す。

この試験結果に基づけば、実施例１〜５では混練性、成形性、外観が良好であり、また得られたモールド整流子は引張り強さ及び破壊回転数が大きいことから充分な耐久性を有し、熱時引張り伸び率が高く且つ加熱回転後隣接間最大段差が大きいことからエンジン始動用モータに適用した場合、回転時に２００℃で変形して金属セグメント間に段差が生じるようにして回転数を低減することができた。

これに対して、エラストマー成分を含有せず或いはその含有量が少ない比較例１，２、並びにガラス繊維の含有量が過剰な比較例６では熱時引張り伸び率及び加熱回転後隣接間最大段差が小さくなって異常運転時に回転数を抑制することができず、またエラストマー成分の含有量が過剰な比較例３，４、並びにガラス繊維の含有量が過少な比較例５では引張り強さと破壊回転数が小さくなって通常運転時に充分な耐久性が得られなくなった。更にエラストマー成分として結合ＡＮ量が少ないものを用いた比較例７ではエラストマー成分の溶出によるものと思われる外観の悪化がみられると共に、引張り強さと破壊回転数が小さくなって通常運転時に充分な耐久性が得られなくなり、また熱時引張り伸び率も十分とはいえないものであった。

モールド整流子の構成の一例を示す断面図である。

Claims

フェノール樹脂、ガラス繊維及びエラストマー成分を含有し、前記エラストマー成分が、アクリロニトリル含有量が３６％以上のアクリロニトリルブタジエンゴムであり、エラストマー成分の含有量が２〜７質量％の範囲であり、ガラス繊維の含有量が４０〜６０質量％の範囲であることを特徴とするモールド整流子用フェノール樹脂成形材料。
請求項１に記載のモールド整流子用フェノール樹脂成形材料を成形して成ることを特徴とするモールド整流子。