JP2010108820A

JP2010108820A - 電気機器絶縁用樹脂組成物及びそれを用いて電気絶縁処理した電気機器

Info

Publication number: JP2010108820A
Application number: JP2008281110A
Authority: JP
Inventors: Isao Umagami; 伊三雄馬上; Manabu Okada; 学岡田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-05-13
Anticipated expiration: 2028-10-31
Also published as: JP5392535B2

Abstract

【課題】電気機器絶縁用樹脂組成物が滴下処理後に電気機器の予熱によって高温にさらされた場合でも、コイルからの垂れ落ちが少なく、含浸性が良好で、且つ、コアへの付着が少ない、電気機器絶縁用樹脂組成物及びこの電気機器絶縁用樹脂組成物を用いて電気絶縁処理してなる電気機器を提供する。
【解決手段】８０℃における粘度が１０〜５００ｍＰａ・ｓで、ストラッカー固着力が３００Ｎ以上である電気機器絶縁用樹脂組成物。前記樹脂組成物が、（Ａ）ポリエポキシドとα，β−不飽和塩基酸とを反応させ、更に不飽和二塩基酸を反応させて得られる不飽和エポキシエステル樹脂を１０〜５０質量部、（Ｂ）ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレ−トを（Ａ）成分１０〜５０質量部に対して、１〜５０質量部、（Ｃ）トリス（２−アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレートを（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して０〜３０質量部、（Ｄ）３官能以上のアクリレートまたはメタクリレートを（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して１０〜２００質量部含有すると好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気絶縁用樹脂組成物及びそれを用いて電気絶縁処理した電気機器に関し、ツイストペアの寿命評価において、２００００時間の耐熱温度が１５５℃以上のモータ、トランスなどの電気機器の処理方法に用いる電気機器絶縁用樹脂組成物、及び、この電気機器絶縁用樹脂組成物を用いて電気絶縁処理してなる電気機器に関する。

モータ、トランス等の電気機器は、鉄コアの固着又は防錆、コイルの絶縁若しくは固着等を目的として、電気機器絶縁用樹脂組成物で処理されている。電気機器絶縁用樹脂組成物としては、固着性、硬化性、電気絶縁性などのバランスに優れた不飽和ポリエステル樹脂組成物が広く用いられている。

近年の電気機器は、小型・軽量化、高出力化が進んだため、実機スロット内の電線が占有する割合（占積率）が高くなる傾向があり、スロット内の空隙が減少し、電気機器絶縁用樹脂組成物がスロットの中へ含浸し難くなってきている。

特に、ドリップ処理では、予熱後の未だ熱い実機コイルへ電気機器絶縁用樹脂組成物を滴下しても、電気機器へ滴下した後に電気機器絶縁用樹脂組成物の温度が上昇して粘度が低下するため、電気機器絶縁用樹脂組成物が直ぐに垂れてしまい、満足する含浸性が得られず、さらに垂れた電気機器絶縁用樹脂組成物がコアへ付着してしまうことにより、コアに付着した電気機器絶縁用樹脂組成物を剥がし取る作業が生じ、生産性が低下してしまう事があった。

また、含浸性の向上を目指し、電気機器絶縁用樹脂組成物の滴下量を増やして滴下するが、電気機器絶縁用樹脂組成物がまた直ぐに垂れてしまい、満足する含浸性が得られず、更に、垂れた電気機器絶縁用樹脂組成物が更にコアへ付着してしまうという悪循環が生じ、さらに、生産性が低下していた。
近年の電気機器は、高出力化が進展したため、電気機器が運転時に、より高温にさらされるようになってきた。特に、モータの回転子の場合、運転時の温度がより高くなるとともに、回転速度がより速くなり、回転子の遠心力によって、電気絶縁処理した回転子の固着性が低下し、コイルが変形してしまい、回転のバランスがとれない場合があった。このため、高温で高接着性を示す電気機器絶縁用樹脂組成物が求められるようになってきた。

特開２０００−２３５８１３号公報

本発明の目的は、電気機器絶縁用樹脂組成物が滴下処理後に電気機器の予熱によって高温にさらされた場合でも、コイルからの垂れ落ちが少なく、含浸性が良好で、且つ、コアへの付着が少ない電気機器絶縁用樹脂組成物及びこの電気機器絶縁用樹脂組成物を用いて電気絶縁処理してなる電気機器を提供することにある。
特に、環境対応の面から、ワニス処理時に発生するＶＯＣを従来の不飽和エポキシエステル樹脂よりも、大幅に低減することが可能となる電気機器絶縁用樹脂組成物を提供することにある。
更に、近年の電気機器の高出力化・高速回転化に対応して、高温で高接着性を示す電気機器絶縁用樹脂組成物を提供することにある。

本発明者らは鋭意検討の結果、高温でさらされる温度での電気機器絶縁用樹脂組成物の粘度範囲を規定する事により、滴下処理後に電気機器絶縁用樹脂組成物のコイルからの垂れ落ちが少なく、含浸性が良好で、且つ、コアへの付着が少なく、結果として、電気絶縁用樹脂組成物の滴下量を低減できることを見出した。

本発明は、［１］８０℃における粘度が１０〜５００ｍＰａ・ｓで、２００℃でのストラッカー固着力が３００Ｎ以上である電気機器絶縁用樹脂組成物に関する。
また、本発明は、［２］上記［１］に記載の電気機器絶縁用樹脂組成物とＭＷ３０、ＭＷ３５、ＭＷ７３またはＭＷ８１の電線を組み合わせた時のツイストペアの寿命評価において、２００００時間の耐熱温度が１５５℃以上である上記［１］に記載の電気機器絶縁用樹脂組成物に関する。
また、本発明は、［３］上記［１］又は［２］に記載の電気機器絶縁用樹脂組成物が、（Ａ）ポリエポキシドとα，β−不飽和塩基酸とを反応させ、更に不飽和二塩基酸を反応させて得られる不飽和エポキシエステル樹脂を１０〜５０質量部、（Ｂ）ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレ−トを（Ａ）成分１０〜５０質量部に対して、１〜５０質量部、（Ｃ）トリス（２−アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレートを（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して０〜３０質量部、（Ｄ）３官能以上のアクリレートまたはメタクリレートを（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して１０〜２００質量部含有してなる電気機器絶縁処理用樹脂組成物に関する。
また、本発明は、［４］上記［１］ないし上記［３］のいずれかに記載の電気機器絶縁用樹脂組成物を用いた電気絶縁処理方法が、ドリップ処理方法を用いて電気絶縁処理してなる電気機器に関する。

本発明になる電気機器絶縁用樹脂組成物は、高温でさらされる温度での電気機器絶縁用樹脂組成物の粘度範囲を規定する事によって、滴下処理後に電気絶縁用樹脂組成物のコイルからの垂れ落ちが少なく、含浸性が良好で、且つ、コアへの付着が少なく、結果として、電気機器絶縁用樹脂組成物の滴下量を低減でき、コアに付着した電気機器絶縁用樹脂組成物の削り取り作業を削減することができる。また、この電気機器絶縁用樹脂組成物は高温における固着性にも優れ、これを用いて電気機器絶縁処理された電気機器は、コイルの変形が防止され回転のバランスがとれるためより高温にさらされる高出力モータに対応できるなど工業的に極めて優れる。

本発明において、電気機器絶縁用樹脂組成物は、特に制限は無く、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アルキド樹脂等の熱硬化樹脂が挙げられ、単独で用いても、複数を組合せて用いても良い。
また、これらの電気機器絶縁用樹脂組成物に、二酸化珪素、窒化アルミニウム、タルク等のフィラーを用いても良く、フィラーは特に制限は無く、単独で用いても、複数を組合せて用いても良い。
前記熱硬化性樹脂の中でも、不飽和エポキシエステル樹脂が好ましいものとして挙げられる。本発明で用いられる不飽和エポキシエステル樹脂は、ポリエポキシドとα，β-不飽和塩基酸とを反応させて、樹脂酸価を１０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下とし、次いで、不飽和二塩基酸を反応させて得られる樹脂酸価が１０〜３０ｍｇＫＯＨ／ｇとして得られるものである。
不飽和エポキシエステル樹脂の製造条件には制限は無く、例えば、触媒を用いて１００℃〜１２０℃で、５〜１０時間反応させて合成される。本発明に用いられるポリエポキシドは、分子あたり１個以上のエポキシ基を含有する化合物で、多価アルコールもしくは、多価フェノールのグリシジルポリエーテル、エポキシ化脂肪酸もしくは、乾性油酸、エポキシジオレフィン、エポキシ化ジ不飽和酸のエステル、エポキシ化飽和ポリエステル等が挙げられる。

α，β-不飽和塩基酸としては、メタクリル酸、アクリル酸、クロトン酸等があり、併用してもさしつかえない。
不飽和二塩基酸としては、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸等の不飽和酸、テトラヒドロフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸などが用いられる。
付加触媒としては、塩化亜鉛、塩化リチウムなどのハロゲン化物、ジメチルサルファイト、メチルフェニルサルファイトなどのサルファイト類、ジメチルスルホキサイド、メチルスルホキサイド、メチルエチルスルホキサイドなどのスルホキサイド類、Ｎ,Ｎ−ジメチルアニリン、ピリジン、トリエチルアミン、ヘキサメチレンジアミンなどの３級アミン及びその塩基酸または臭酸塩、テトラメチルアンモニウムクロライド、トリメチルドデシルベンジルアンモニウムクロライドなどの４級アンモニウム塩、パラトルエンスルホン酸などのスルホン酸類、エチルメルカプタン、プロピルメルカプタンなどのメルカプタン類などが用いられる。
ポリエポキシドとα，β-不飽和塩基酸との反応は、ポリエポキシド１．０モルに対し、α，β-不飽和塩基酸を１．０〜２．０モル反応させることが望ましい。
更に、次の不飽和エポキシエステルと不飽和二塩基酸との反応は、ポリエポキシド１．０モルに対し、α，β-不飽和塩基酸を１．０〜２．０モル反応させて得られた不飽和エポキシエステルに対し、不飽和二塩基酸を、０．１〜１．０モル反応させることが望ましく、不飽和エポキシエステルのモル数と、α，β-不飽和塩基酸及び不飽和二塩基酸のモル数の合計が、ほぼ同じモル数になる事が望ましい。

本発明で用いられる（Ｂ）成分のジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレ−ト以外に、ジシクロペンタニルメタクリレートを用いても良い。（Ｂ）成分の使用量は、（Ａ）成分１０〜５０質量部に対して１〜５０質量部の範囲とされる。

本発明で用いられる（Ｃ）成分として、トリス（２−アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレートを用い、その使用量は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して、０〜３０重量部の範囲とされ、（Ｃ）成分を用いない場合もある。

本発明で用いられる（Ｄ）成分は、３官能以上のアクリル基を持つアクリレートまたは３官能以上のメタクリル基を持つメタクリレートであればよい。
３官能以上のアクリル基を持つアクリレートとしては、トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、ジメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート等が挙げられる。
３官能以上のメタクリル基を持つメタクリレートとしては、トリメチロールプロパントリメタクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリメタクリレート、ジメチロールプロパンテトラメタクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ペンタエリスリトールエトキシテトラメタクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサメタクリレート等が挙げられる。
これらは、単品で用いても、複数の種類を組み合わせて用いてもよく、その使用量は、（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して、１０〜２００質量部の範囲とされる。

本発明の電気機器絶縁用樹脂組成物は、コア汚染が少なく、良好な含浸性を得る点から、８０℃における粘度が１０〜５００ｍＰａ・ｓとする。８０℃における粘度は２０〜１００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、４０〜８０ｍＰａ・ｓであることがより好ましい。８０℃における粘度が１０ｍＰａ・ｓ未満であると電気機器へ滴下したワニスが垂れ易くなってコアへ付着し易くなる傾向があり、５００ｍＰａ・ｓを超えると浸透性が悪くなって含浸性が低下する傾向がある。

本発明では、電気機器絶縁用樹脂組成物として、上記の８０℃における粘度が５〜５００ｍＰａ・ｓであることの他に、２００℃でのストラッカー固着力が３００Ｎ以上である必要がある。
高温における固着性に優れたものとし、これを用いて電気機器絶縁処理された電気機器のコイルの変形が防止され回転のバランスがとれるためより高温にさらされる高出力モータに対応できるようにする。
ストラッカー固着力はＪＩＳＣ２１０３（電機絶縁用ワニス試験方法）に記載された方法により測定する。試験片は、電機バインド用すずめっきピアノ線で、目視で傷がない真っ直ぐな直径１．２ｍｍ、長さ５０ｍｍ±１ｍｍ及び約１００ｍｍのものを用い、粗粒を全く含まない塗料用べんがら、粘土、けいそう土、軽質酸化マグネシウムなどの研磨剤を水でぬらし、これでピアノ線をよく磨いて、さび、その他の付着物を落とし、流水中でよく洗ってから、汚れがない布などで水をふき取り、約１００℃の恒温槽中で乾かした後、デシケ-タ(固形乾燥剤入り)中に保管しておく。このピアノ線各２本をとり、長い方のピアノ線（約１００ｍｍ）２本の一端を突き合わせ、その接点を中心に短い方のピアノ線（５０ｍｍ）を両側に沿わせ、その上を軟銅線で片道１０回ずつ、往復で２０回軽く巻き止める。この巻き止めた接合部に原液のままの試料をはけで十分に塗布し、水平の位置で室温に約３０分間放置した後、既定の条件によって乾燥する。
そして、引張試験機を用い、つかみの間隔を１００〜１５０ｍｍとして５０〜２００ｍｍ/ｍｉｎの速さで引張って、試験片の接点を引き剥がした時の荷重を固着力（Ｎ）とする。
本発明では、測定に用いたエナメル線は、直径２.０ｍｍの１ＡＩＷを用い、ワニスの硬化は、１５０℃で１時間硬化させた。そして、２００℃の雰囲気中で、つかみ間隔を１２５ｍｍ、引張り速度１００ｍｍ／ｍｉｎで測定した。
ストラッカー固着力は、高出力モータに対応するため３００Ｎ以上であることが好ましい。３４０Ｎ以上であることがより好ましい。

本発明の電気機器絶縁用樹脂組成物はエアコン用ファン、扇風機、洗濯機等のコンデンサーモートル、電気ドリルなどのアマチュア、テレビ、ステレオ、コンパクトディスクプレーヤー等電源トランスなどの電気機器の絶縁処理に適用される。電気機器絶縁用樹脂組成物を、電気機器自体、又は電気機器の部品に塗布、含浸、又は充填した後、通常、１００〜２００℃、好ましくは１２０〜１５０℃で加熱することにより、電気機器絶縁用樹脂組成物を硬化させる。加熱時間は、通常、０．２〜３．０時間である。

以下実施例により本発明を説明する。下記例中の部は、質量部を意味する。
（製造例１）
不飽和エポキシエステル樹脂（Ａ−１）の合成
４，４−イソピリデンジフェノール（ビスフェノールＡ）のジグリシジルエーテル（シェル化学株式会社製、ＥＰ−８２８，エポキシ当量１８８）３７６部、メタクリル酸１７２部、ベンジルジメチルアミン２部、ハイドロキノン０．０５部を反応釜に仕込み、１１５℃、１０時間反応させ、樹脂酸価が８ｍｇＫＯＨ／ｇとなった所で、フマル酸５部を仕込み、１１５℃、２時間反応させて樹脂酸価２０ｍｇＫＯＨ／ｇの不飽和エポキシエステル樹脂（Ａ−１）を得た。

（実施例１）
（Ａ）成分として不飽和エポキシエステル樹脂（Ａ−１）３０部、（Ｂ）のジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレ−トとしてＦＡ−５１２ＭＴ（日立化成工業株式会社製）２０部、（Ｄ）成分の３官能以上のアクリレートとしてトリメチロールプロパントリアクリレート５０部、ベンゾイルパーオキサイド１．０部を撹拌混合して電気機器絶縁用樹脂組成物を調製した。

（実施例２）
（Ａ）成分として不飽和エポキシエステル樹脂（Ａ−１）３０部、（Ｂ）のジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレ−トとしてＦＡ−５１２ＭＴ（日立化成工業株式会社製）２０部、（Ｃ）成分のトリス（２−アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレートとしてＦＡ−７３１Ａ（日立化成工業株式会社製）１０部、（Ｄ）成分の３官能以上のアクリレートとしてトリメチロールプロパントリアクリレート６０部、ベンゾイルパーオキサイド１．０部を撹拌混合して電気機器絶縁用樹脂組成物を調製した。

（比較例１）
不飽和エポキシエステル樹脂（Ａ−１）４０部、スチレン６０部、ベンゾイルパーオキサイド１．０部を撹拌混合して電気機器絶縁用樹脂組成物を調製した。

（比較例２）
不飽和エポキシエステル樹脂（Ａ−１）３０部、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレ−ト（日立化成工業株式会社製ＦＡ−５１２ＭＴ）５０部、ベンゾイルパーオキサイド１．０部を撹拌混合して電気機器絶縁用樹脂組成物を調製した。

得られた電気機器絶縁用樹脂組成物について、所定雰囲気温度で粘度、ストラッカー固着力、コア汚染及びステータコイルの含浸性を調べた。その結果を表１に示した。
尚、粘度の試験方法は、ＪＩＳＣ２１０５に準じて測定を行った。
ストラッカー固着力、ＶＯＣ、コア汚染及びステータコイルの含浸性は以下の試験方法に準じて評価を行った。

（１）ストラッカー固着力
ＪＩＳＣ−２１０３のストラッカー法に準じて測定した。
測定に用いたエナメル線は、直径２.０ｍｍの１ＡＩＷを用い、ワニスの硬化は、１５０℃で１時間硬化させた。
（２）ＶＯＣ（揮発性有機化合物、volatile organic compounds）
ワニス５．０ｇを直径６０ｍｍ金属シャーレに投入し、１３０℃、１時間硬化を行い、硬化時に減少した質量減少率（％）とした。
（３）コア汚染
コア汚染の試験方法は、ステータコイル（直径２００ｍｍ、質量１０ｋｇ）を用い、回転速度１５回転／分とし、ステータコイルのコア表面温度が８０℃の時にコイルエンドの(1)リード線有り側の外側、(2)リード線有り側の内側、(3)リード線無し側の外側、(4)リード線無し側の内側の合計四ヶ所（図１）にノズルを配置し、所定のワニスを２０分間に合計３００ｍｌ滴下し、滴下終了後、回転を続行しながら１５０℃の乾燥機へ投入し、１時間後に乾燥機から取り出して、コア部に付着したワニスの付着の有無を目視で調査した。

（４）ステータコイルの含浸性
含浸性の試験方法は、コア汚染の試験方法でワニス処理したステータコイルのコアをコア積み厚の半分の部位で輪切り状に切断し、スロット内の空隙に対して含浸したワニスの割合を目視で評価した。
スロット内の空隙に対して含浸したワニスの割合が７０％以上を良好とし、５０％未満を含浸不足とした。

表１に示したように、実施例１及び２で得られた電気機器絶縁用樹脂組成物は、８０℃での粘度が適正範囲内であるため、コア汚染が発生し難く、含浸性が良好である。更に、高温での接着力が高い。また、ＶＯＣが少なく作業環境面から良好である。
これに対して、比較例１で得られた電気絶縁用樹脂組成物は、８０℃での粘度が適正範囲よりも低く、コア汚染が発生してしまい、含浸不足となっている。更に、高温での固着力（接着力）が低い。
また、比較例２で得られた電気絶縁用樹脂組成物は、高温での固着力（接着力）が低い。

本発明のドリップ処理のノズル位置とコア汚染の試験方法を説明するためのステータコイルを用いた模式図であり、（ａ）は、正面からみた図で、（ｂ）は、横から見た図である。

Claims

８０℃における粘度が１０〜５００ｍＰａ・ｓで、２００℃でのストラッカー固着力が３００Ｎ以上である電気機器絶縁用樹脂組成物。
請求項１に記載の電気機器絶縁用樹脂組成物とＭＷ３０、ＭＷ３５、ＭＷ７３またはＭＷ８１の電線を組み合わせた時のツイストペアの寿命評価において、２００００時間の耐熱温度が１５５℃以上である請求項１に記載の電気機器絶縁用樹脂組成物。
請求項１又は請求項２に記載の電気機器絶縁用樹脂組成物が、（Ａ）ポリエポキシドとα，β−不飽和塩基酸とを反応させ、更に不飽和二塩基酸を反応させて得られる不飽和エポキシエステル樹脂を１０〜５０質量部、（Ｂ）ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレ−トを（Ａ）成分１０〜５０質量部に対して、１〜５０質量部、（Ｃ）トリス（２−アクリロイルオキシエチル）イソシアヌレートを（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して０〜３０質量部、（Ｄ）３官能以上のアクリレートまたはメタクリレートを（Ａ）成分と（Ｂ）成分の合計１００質量部に対して１０〜２００質量部含有してなる電気機器絶縁処理用樹脂組成物。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電気機器絶縁用樹脂組成物を用いた電気絶縁処理方法が、ドリップ処理方法を用いて電気絶縁処理してなる電気機器。