JP2009077577A

JP2009077577A - モータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物及びそれを用いた封入モータ

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Publication number: JP2009077577A
Application number: JP2007245537A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Kaneoka; 秀和金岡; Hiroaki Sugita; 浩昭杉田; Takahito Ishiuchi; 隆仁石内; Akifumi Tamura; 審史田村
Original assignee: Showa Highpolymer Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Resonac Holdings Corp
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】成形時の流動性が極めて良好で、硬化時の収縮が少なく、硬化後の線膨張率が小さく且つ熱伝導率が高いモータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物を提供すること。
【解決手段】不飽和ポリエステル樹脂、架橋剤、球状無機充填材と不定形無機充填材との混合充填材、ガラス繊維及び低収縮剤を含む不飽和ポリエステル樹脂組成物であって、
前記不飽和ポリエステル樹脂と前記架橋剤との合計１００質量部に対して、前記球状無機充填材と不定形無機充填材との混合充填材を８００〜１４００質量部、前記ガラス繊維を２０〜３００質量部、前記低収縮剤を１５〜５０質量部含み、且つ前記球状無機充填材と前記不定形無機充填材との重量比が８０：２０〜５０：５０の範囲にあることを特徴とするモータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、モータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物及びそれを用いた封入モータに関するものである。

従来、防振性による静寂性向上、一体成形による工程の簡略化などの目的で、モータ構成部品を樹脂組成物で封止することが行なわれており、このようにして得られる封入モータは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、エアコン、冷蔵庫等の種々の用途に使用されている。
これらの封入モータは、近年のエネルギー利用の更なる効率化のために小型化や高出力化が求められており、種々の改良が行なわれている。特に、封入モータの小型化や高出力化のためには、放熱性を向上させることが重要となってきている。このような熱に対する対策として、モータ構成部品を封入するための樹脂組成物の熱伝導性をより向上させることが求められている。また、このような樹脂組成物には硬化後の線熱膨張係数が小さいこと、硬化時の収縮が少ないこと、さらには成形時の流動性が十分に確保されていることが必要である。

このような問題を解決する手段として、イソフタル酸系不飽和ポリエステル、スチレンモノマー、飽和ポリエステル及びポリエチレン微粉末からなる低収縮性不飽和ポリエステル樹脂と、粉末の水酸化アルミニウムと、粉末の炭酸カルシウムと、ガラス繊維とを特定の割合で含む電動機用の封止材料が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
また、不飽和ポリエステル及び架橋剤からなる不飽和ポリエステル樹脂と、熱伝導率が２０〜２５０Ｗ／ｍ・Ｋである無機充填材と、水酸化アルミニウムと、ガラス繊維と、低収縮剤とを特定の割合で含む、自動車分野及び重電分野で使用されるモータや発電機等に使用可能な不飽和ポリエステル樹脂組成物も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

特開平７−２９８５３８号公報特開２００１−２２６５７３号公報

先に述べた用途の中でも、特に自動車のエンジンルーム内に設置される封入モータ等には、エンジンルームの省スペース化に伴い、小型化が強く要求されている。そのために封入モータを磁束密度や電流密度の高い状態で使用することが必要となり、それによって発熱量が増大する。それに加えて、小型化による封入モータそのものの表面積の減少が放熱性を悪化させている。そのため、このような封入モータに用いられる封止用樹脂組成物には、更なる熱伝導性の向上が求められている。
しかしながら、特許文献１及び２に開示されるような従来の不飽和ポリエステル樹脂組成物において、上記用途での要求を満たし得るようなレベルに熱伝導性を高めようとすると、モータ構成部品封止用として線熱膨張係数や成形収縮率が許容できない程高くなってしまったり、成形時の流動性が著しく低下してしまうという問題がある。
したがって、本発明は、成形時の流動性が極めて良好で、硬化時の収縮が少なく、硬化後の線膨張率が小さく且つ熱伝導率が高いモータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物を提供することを目的とする。

本発明のモータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物は、不飽和ポリエステル樹脂、架橋剤、球状無機充填材と不定形無機充填材との混合充填材、ガラス繊維及び低収縮剤を含む不飽和ポリエステル樹脂組成物であって、前記不飽和ポリエステル樹脂と前記架橋剤との合計１００質量部に対して、前記球状無機充填材と不定形無機充填材との混合充填材を８００〜１４００質量部、前記ガラス繊維を２０〜３００質量部、前記低収縮剤を１５〜５０質量部含み、且つ前記球状無機充填材と前記不定形無機充填材との重量比が８０：２０〜５０：５０の範囲にあることを特徴とするものである。
前記球状無機充填材は、球状酸化アルミニウムであり、且つ前記不定形無機充填材は、不定形酸化アルミニウム及び不定形窒化アルミニウムから選択される少なくとも１種であることが好ましい。
前記球状無機充填材の平均粒子径は、前記不定形無機充填材の平均粒子径よりも大きいことが好ましい。
前記モータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物からなる硬化物は、１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率、１．５×１０^−５／℃以下の線膨張係数、及び０．１％以下の成形収縮率を有することが好ましい。
また、本発明は、モータ構成部品を上記モータ封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物で封止成形してなることを特徴とする封入モータである。

本発明によれば、成形時の流動性が極めて良好で、硬化時の収縮が少なく、硬化後の線膨張率が小さく且つ熱伝導率が高いモータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物を提供することができる。

（１）不飽和ポリエステル樹脂
本発明に用いる不飽和ポリエステル樹脂としては、多価アルコールと、飽和多価酸成分及び／又は不飽和多価酸成分とのエステル化反応により得られる従来公知のものを制限なく用いることができる。また不飽和ポリエステル樹脂の一部をビニルエステル樹脂としてもよい。

不飽和ポリエステル樹脂の合成に使用される多価アルコールとしては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール（ネオペンチルグリコール）、１，２−ブタンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２，３−ブタンジオール、２−メチル−１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２−エチル−１，３−ヘキサンジオール、２，５−ジメチル−２，５−ヘキサンジオール、１，２−オクタンジオール、１，２−ノナンジオール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，２−シクロヘキサンジメタノール、１，３−シクロヘキサンジメタノール、１，４−シクロヘキサンジメタノールなどが挙げられる。更にビスフェノールＡ及びビスフェノールＦ、ビスフェノールＳなどのプロピレンオキサイド付加物またはエチレンオキサイド付加物、２，２−ジ（４−ヒドロキシシクロヘキシル）プロパン｛水素化ビスフェノールＡ｝、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどの市販の２価アルコールが挙げられる。さらにグリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールなどの市販の多価アルコールが挙げられる。

不飽和ポリエステル樹脂の合成に使用される不飽和多価酸成分としては、α、β−不飽和多価カルボン酸及びその反応性誘導体が挙げられる。α、β−不飽和多価カルボン酸の例としては、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロロマレイン酸などが挙げられる。また、これらの反応性誘導体の例としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水クロロマレイン酸などの酸無水物、上記不飽和多価カルボン酸の低級アルキルエステルなどが挙げられる。これら不飽和多価酸成分の中から一種を選択して用いてもよく、また、これらを併用し組み合わせて用いてもよい。

不飽和ポリエステル樹脂の合成に使用される飽和多価酸成分としては、琥珀酸、アジピン酸、セバシン酸、テトラヒドロフタル酸、エンドメチレンテトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸（１，２−シクロヘキサンジカルボン酸、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸）などが挙げられ、芳香族多価カルボン酸の例としては、オルソフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸など、更にクロレンディク酸（ヘット酸）、テトラブロモフタル酸のようなハロゲン化フタル酸などが挙げられる。更に無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、無水琥珀酸、無水クロレンディク酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などの上記の酸無水物、ジメチルオルソフタレート、ジメチルイソフタレート、ジメチルテレフタレートなどの低級アルキルエステルなどが挙げられる。これら飽和多価酸成分の中から一種を選択して用いてもよく、また、これらを併用し組み合わせて用いてもよい。

上記のような不飽和ポリエステル樹脂は、公知の方法で合成することができる。その反応の条件は、窒素などの不活性ガス気流中で、１４０〜２３０℃の温度で行われ、加圧下または減圧下で所要の段階までエステル化させる方法で行なう。エステル化反応では、必要に応じてエステル化触媒を使用することができる。その触媒の例としては、酢酸マンガン、ジブチル錫オキサイド、シュウ酸第一錫、酢酸亜鉛、酢酸コバルト等の公知の触媒が挙げられる。

（２）架橋剤
本発明に用いる架橋剤としては、上記の不飽和ポリエステル樹脂と重合可能な重合性二重結合を有しているものであれば適宜適当なものを用いることができる。このようなものとしては、例えば、スチレンモノマー、ジアリルフタレートモノマー、ジアリルフタレートプレポリマー、メタクリル酸メチル、トリアリルイソシアヌレート等が例示される。架橋剤の使用量は、不飽和ポリエステル樹脂と架橋剤との合計１００質量部中に、好ましくは２５〜７０質量部、更に好ましくは３５〜６５質量部である。

また、本発明において、不飽和ポリエステル樹脂と架橋剤との合計量は、不飽和ポリエステル樹脂組成物に対して、５〜１２質量％であることが好ましく、６〜９質量％であることがより好ましい。不飽和ポリエステル樹脂と架橋剤との合計量が５質量％未満であると充填材を混合し難くなることがあるため好ましくなく、１２質量％を超えると不飽和ポリエステル樹脂組成物の成形性が低下することがあるため好ましくない。

（３）球状無機充填材と不定形無機充填材との混合充填材
本発明に用いる球状無機充填材と不定形無機充填材との混合充填材としては、球状の無機充填材と不定形の無機充填材との重量比が８０：２０〜５０：５０の範囲にあるものであれば、無機充填材の種類は特に限定されない。不飽和ポリエステル樹脂組成物の流動性を考慮すると、球状無機充填材と不定形無機充填材との好ましい重量比は７０：３０〜６０：４０である。球状及び不定形の無機充填材の具体例としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、ホウ化チタン、シリカ、マイカ、炭酸カルシウム、石こう、硫酸バリウム、クレー、タルク等が挙げられる。これらの中でも、熱伝導率をより向上させる観点から、球状無機充填材として球状酸化アルミニウムを用い、不定形無機充填材として酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムから選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。また、球状及び不定形の無機充填材の大きさは、特に限定されるものではないが、成形時の流動性をより向上させる観点から、球状無機充填材の平均粒子径が、不定形無機充填剤のそれよりも大きいものを使用することが好ましい。球状無機充填材の平均粒子径は、好ましくは５〜１００μｍ、更に好ましくは１０〜５０μｍであり、不定形無機充填材の平均粒子径は、好ましくは１〜１０μｍ、更に好ましくは２〜８μｍである。
なお、本発明において球状無機充填材は完全な真球である必要はなく、一部に楕円形等の変形物が含まれていても差しつかえない。一般には、球形度が、０．８以上のものであればよい。
また、本発明において不定形無機充填材は、具体例として上記した無機充填材を粉砕して得られる粉砕物である。粉砕手段は特に限定されず、公知の粉砕手段を制限なく採用することができる。例えば、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機を用いた粉砕が一般的であり、粉砕により得られた不定形無機充填材は必要により分級して使用される。
このような混合充填材は、不飽和ポリエステル樹脂及び架橋剤の合計１００質量部に対して、８００〜１４００質量部、好ましくは９００〜１２００質量部配合される。混合充填材の配合量が８００質量部未満であると、熱伝導率が不十分となり、また１４００質量部を超えると充填材が混合し難くなるばかりか、流動性が著しく低下する。

（４）ガラス繊維
本発明に用いるガラス繊維としては、その種類は特に限定されるものではないが、例えば、ガラスチョップ、ミルドガラス、ロービングガラス等が挙げられ、ガラス繊維の繊維長は好ましくは１０ｍｍ以下であり、更に好ましくは０．０５〜３ｍｍである。繊維長が１．５ｍｍ以下のガラス繊維を用いることで、成形時の流動性をより向上させることができる。また、ガラス繊維は、不飽和ポリエステル樹脂及び架橋剤の合計１００質量部に対して、２０〜３００質量部、好ましくは５０〜２５０質量部とするのがよい。ガラス繊維の配合量が２０質量部未満であると硬化物の線膨張係数が大きくなり、３００質量部を越えると成形時の流動性が著しく低下する。

（５）低収縮剤
本発明に用いる低収縮剤としては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、飽和ポリエステル、スチレン−ブタジエン系ゴム等の低収縮剤として一般に使用されている熱可塑性ポリマーを単独で又は二種以上を組み合わせて使用することができる。好ましい低収縮剤としては、ポリスチレンが挙げられる。低収縮剤は、不飽和ポリエステル樹脂及び架橋剤の合計１００質量部に対して、１５〜５０質量部であり、好ましくは２０〜５０質量部である。低収縮剤の配合量が１５質量部未満であると硬化物の成形収縮率が大きくなり、５０質量部を越えると成形時の流動性が著しく低下する。

（６）その他の成分
本発明の不飽和ポリエステル樹脂組成物には、上記の各成分に加えて、本発明の効果を損なわない範囲で、硬化剤、離型剤、増粘剤、顔料等を必要に応じて用いることができる。

硬化剤としては、例えば、過酸化物の中から適宜選択することができる。例えばｔ−ブチルパーオキシオクトエート、ベンゾイルパーオキサイド、１，１，−ジ−ｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジクミルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド等を例示することができる。

離型剤としては、例えば、ステアリン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸マグネシウム、カルナバワックス等を挙げることができる。

増粘剤としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、イソシアネート化合物が例示される。

以上の様な成分によって構成される本発明の不飽和ポリエステル樹脂組成物の製造方法はとくに制限されず、常法によって調製することができ、例えば、双碗型ニーダにて不飽和ポリエステル樹脂、架橋剤、球状無機充填材、不定形無機充填材、低収縮剤、硬化剤、離型剤、顔料等を混練後、ガラス繊維を加えてさらに混練することにより得ることができる。また、本発明の不飽和ポリエステル樹脂組成物は、各種の成形手段に供することができる。例えば、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形のいずれの方法によっても、成形時に良好な流動性を確保しつつ、熱伝導率が高い硬化物を得ることができる。

また、本発明のモータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物を用いて、成形型内に固定されたコイル、回転子、固定子、軸受等のモータ構成部品を封止成形して封入モータを得ることもできる。封止成形は公知の手法を採用して行うことができ、例えば圧縮成形、トランスファー成形、射出成形等により行うことができる。また封止成形時の成形条件は適宜設定されるが、例えば成形温度１１０〜１８０℃、成形時間は１〜３０分、成形圧力は２〜１０ＭＰａとすることができる。

以下に実施例及び比較例を示し、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は下記の例に何ら限定されるものではない。

［実施例１〜１０］
下記表１及び２に示す配合組成でそれぞれの配合成分を、双碗型ニーダを用いて混練し、実施例１〜１０の不飽和ポリエステル樹脂組成物を得た。なお、ここで使用した不飽和ポリエステル樹脂・スチレン溶液は、フマル酸／プロピレングリコール／水素化ビスフェノールＡ＝１００モル／８０モル／２０モルの配合比の不飽和ポリエステル樹脂をスチレンモノマーで溶解させ、不飽和ポリエステル樹脂が７０質量％含まれるように調整したものである。

得られた不飽和ポリエステル樹脂組成物について、熱伝導率、線膨張係数、成形収縮率及び流動性の評価を行った。試験及び評価の方法は次の通りである。

（１）熱伝導率
成形温度１５０℃、成形圧力１０ＭＰａ、成形時間１５分で圧縮成形により１５０×１５０×厚さ２０ｍｍの平板を成形し、ＱＴＭ法（測定機：京都電子製ＱＴＭ−５００（ＳＤＫ製ＱＴＭ−ＤＩＩ））により熱伝導率を測定した。

（２）線膨張係数
成形温度１５０℃、成形圧力１０ＭＰａ、成形時間３分で圧縮成形により９０×１０×厚さ４ｍｍの平板を成形し、２０×４×４ｍｍのテストピースを切り出し、ＴＭＡ法（測定機：リガク製ＴＭＡ８３１０）により線膨張係数を測定した。

（３）成形収縮率
ＪＩＳ・Ｋ６９１１に規定される収縮円盤を、成形温度１５０℃、成形圧力１０ＭＰａ、成形時間３分で圧縮成形を行い、ＪＩＳ・Ｋ６９１１に基づいて成形収縮率を算出した。

（４）流動性
フローテスター粘度測定機（測定機：島津製ＣＦＴ−５００）にて見掛け粘度を測定した。型内流動を想定し１３０℃及び２ＭＰａの条件で測定を行った。評価において、表中、◎は１００ｄＰａ・ｓ≧、流動性が非常に良好であることを意味し、○は３００ｄＰａ・ｓ≧、流動性が良好であることを意味し、△は１０００ｄＰａ・ｓ≧、流動性がやや劣ることを意味し、×は１０００ｄＰａ・ｓ＜、流動性が悪いことを意味し、××は流動せず製造不可であることを意味する。

評価の結果を表１及び２に合わせて示した。

［比較例１〜１３］
実施例１〜１０と同様にして、表３〜５に示す配合組成でそれぞれの配合成分を、双碗型ニーダを用いて混練し、比較例１〜１３の不飽和ポリエステル樹脂組成物を得た。実施例１〜１０と同様に熱伝導率、線膨張係数、成形収縮率及び流動性の評価を行った。これら評価の結果を下記表３〜５に併せて示した。

表１〜５の結果から明らかなように、実施例１〜１０の不飽和ポリエステル樹脂組成物では、比較例１〜１３の不飽和ポリエステル樹脂組成物と比較して、極めて良好な型内流動性を確保することができ、且つ熱伝導率１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、線膨張係数１．５×１０^−５／℃以下及び成形収縮率０．１％以下というモータ構成部品封止用に適した高熱伝導性の硬化物が得られた。

Claims

不飽和ポリエステル樹脂、架橋剤、球状無機充填材と不定形無機充填材との混合充填材、ガラス繊維及び低収縮剤を含む不飽和ポリエステル樹脂組成物であって、
前記不飽和ポリエステル樹脂と前記架橋剤との合計１００質量部に対して、前記球状無機充填材と不定形無機充填材との混合充填材を８００〜１４００質量部、前記ガラス繊維を２０〜３００質量部、前記低収縮剤を１５〜５０質量部含み、且つ前記球状無機充填材と前記不定形無機充填材との重量比が８０：２０〜５０：５０の範囲にあることを特徴とするモータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物。
前記球状無機充填材が、球状酸化アルミニウムであり、且つ前記不定形無機充填材が、不定形酸化アルミニウム及び不定形窒化アルミニウムから選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載のモータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物。
前記球状無機充填材の平均粒子径が、前記不定形無機充填材の平均粒子径よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物。
前記モータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物からなる硬化物が、１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率、１．５×１０^−５／℃以下の線膨張係数、及び０．１％以下の成形収縮率を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のモータ構成部品封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物。
モータ構成部品を請求項１〜４の何れか一項に記載のモータ封止用不飽和ポリエステル樹脂組成物で封止成形してなることを特徴とする封入モータ。