JP2011246553A - ワニス組成物およびコイル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて安価かつ効率的に高い信頼性を有するコイル装置を製造することのできるワニス組成物を提供すること。
【解決方法】マイカテープを巻回したコイルに含浸、硬化させてコイル装置を製造するために用いられるワニス組成物であって、（Ａ）脂環式エポキシ樹脂、（Ｂ）脂環式酸無水物、（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体を必須成分とし、前記（Ａ）脂環式エポキシ樹脂１００質量部に対して、前記（Ｂ）脂環式酸無水物が８０〜１２０質量部、前記（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体が０．０１〜０．３質量部であるもの。
【選択図】なし

Description

本発明は、ワニス組成物およびコイル装置に係り、特にコイル装置の製造に好適に用いられるワニス組成物、およびこのワニス組成物を用いて製造されるコイル装置に関する。

従来、コイル等の電気・電子部品を外部雰囲気や機械的衝撃から保護するために、エポキシ樹脂等からなるワニス組成物を用いて注形絶縁することが行われている。このような注形物については、より厳しい環境下、例えば１００℃以上の高温環境下で使用されるようになっており、このような高温環境下においても長時間、安定的に動作することが望まれている。

すなわち、注形物については、電気・電子部品等の被注形物とワニス組成物（硬化物）との熱膨張係数が異なるために、被注形物とワニス組成物（硬化物）との界面に剥離が発生しやすく、またワニス組成物（硬化物）にクラックが発生しやすい。また、近年の電気・電子部品の小型化により、巻き線間等に未充填部分が発生しやすく、高温環境下においてクラックが発生しやすい。さらに、絶縁用マイカテープを巻いたコイルにワニス組成物を注形して得られるコイル装置については、マイカテープ表面における硬化阻害により未充填部分が発生しやすく、高温環境下においてクラックが発生しやすい。

このような注形物の信頼性を向上させる観点から、注形物の製造に用いられるワニス組成物には、充填性を向上させるためのより一層の低粘度化、注形、硬化後の耐熱性、耐クラック性等が求められている。また、ワニス組成物には、上記特性に加えて、所定の硬化特性や、注形、硬化後の機械的特性、電気的特性が求められている。

このようなワニス組成物として、例えばグリシジルタイプエポキシ樹脂、脂環タイプエポキシ樹脂、反応性希釈剤、および酸無水物系硬化剤を含有し、硬化促進剤が塗布されたマイカテープが巻回されたコイルに含浸させて用いるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなものによれば、ポットライフを犠牲にせず、硬化速度を速めて未充填部分の発生や電気的特性の低下を抑制することができる。

また、このようなマイカテープを製造するための接着剤として、脂環式エポキシ樹脂およびブチラール樹脂を含有するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。このようなものによれば、マイカテープへの硬化促進剤の塗布による電気的特性の低下を抑制することができる。

特開平１−２１８３４２号公報 実開平３−８０６４５号公報

しかしながら、上記したワニス組成物、あるいは該ワニス組成物を用いた注形方法については、マイカテープに硬化促進剤を塗布する工程が必要であり、必ずしも汎用性の高い注形方法とはなっていない。また、注形物はより厳しい環境下で使用されるようになっており、これに用いられるワニス組成物についても厳しい環境下で高い信頼性を得られるものであることが求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、安価かつ効率的に高い信頼性を有するコイル装置を製造することができるワニス組成物を提供することを目的としている。また、本発明は、このようなワニス組成物を用いて製造されるコイル装置であって、安価かつ効率的に製造することができ、かつ高い信頼性を有するものを提供することを目的としている。

本発明のワニス組成物は、マイカテープを巻回したコイルに含浸、硬化させてコイル装置を製造するために用いられるワニス組成物であって、（Ａ）脂環式エポキシ樹脂、（Ｂ）脂環式酸無水物、（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体を必須成分とし、前記（Ａ）脂環式エポキシ樹脂１００質量部に対して、前記（Ｂ）脂環式酸無水物が８０〜１２０質量部、前記（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体が０．０１〜０．３質量部であることを特徴としている。

前記（Ａ）脂環式エポキシ樹脂は２官能脂環式エポキシ樹脂であることが好ましい。また、前記（Ｂ）脂環式酸無水物はメチルヘキサヒドロ無水フタル酸（Ｍｅ−ＨＨＰＡ）およびメチルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｍｅ−ＴＨＰＡ）の少なくとも一方であることが好ましい。さらに、前記（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体は１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）またはその誘導体であることが好ましい。

本発明のコイル装置は、マイカテープを巻回したコイルにワニス組成物を含浸、硬化させてなるコイル装置であって、前記ワニス組成物が本発明のワニス組成物であることを特徴としている。

本発明のワニス組成物によれば、（Ａ）脂環式エポキシ樹脂、（Ｂ）脂環式酸無水物、（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体を必須成分とし、（Ａ）脂環式エポキシ樹脂１００質量部に対して、（Ｂ）脂環式酸無水物を８０〜１２０質量部、（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体を０．０１〜０．３質量部とすることで、コイルに含浸、硬化させることにより、安価かつ効率的に高い信頼性を有するコイル装置を製造することができる。

また、本発明のコイル装置によれば、上記した本発明のワニス組成物を用いることで、安価かつ効率的に製造することができ、また高い信頼性を有するものとすることができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

本発明のワニス組成物は、（Ａ）脂環式エポキシ樹脂、（Ｂ）脂環式酸無水物、（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体を必須成分とし、（Ａ）脂環式エポキシ樹脂１００質量部に対して、（Ｂ）脂環式酸無水物が８０〜１２０質量部、（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体が０．０１〜０．３質量部であることを特徴としている。以下、各成分について説明する。

（Ａ）脂環式エポキシ樹脂
（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂は、その分子中にエポキシ基を有する脂環族系化合物である限り、分子構造、分子量等に制限されることなく、一般に使用されているものを広く用いることができる。具体的には、１，２−エポキシ−４−ビニルシクロヘキサン、３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、１，２，８，９−ジエポキシリモネン等を用いることができ、これらは単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

これらの中でも２官能脂環式エポキシ樹脂が好適に用いられる。具体的には、下記化学式（１）、（２）に示されるようなシクロヘキサン誘導体の脂環族系エポキシ樹脂が好適に用いられる。

脂環式エポキシ樹脂を含有させることにより、ワニス組成物の粘度を低下させるとともに、ガラス転移点を高くすることができる。また、脂環式エポキシ樹脂は沸点が比較的高いために、高温で真空成形する際に揮発しにくく、真空成形性を向上させることができる。

本発明では、（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂とともに、これ以外の一般に使用されているエポキシ樹脂を本発明の目的に反しない限度において併用することができる。このようなエポキシ樹脂としては、分子内にエポキシ基を２以上有する化合物であればよく、分子構造、分子量等は特に制限されるものではない。

（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂としては、例えばフェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂等のフェノール類とアルデヒド類のノボラック樹脂をエポキシ化したもの；ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、アルキル置換ビスフェノール等のジグリシジルエーテル；ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸等のポリアミンとエピクロルヒドリンとの反応により得られるグリシジルアミン型；オレフィン結合を過酢酸等の過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂；ビフェニル型エポキシ樹脂等を用いることができる。

（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂以外のエポキシ樹脂を併用する場合、エポキシ樹脂の全量中、すなわち（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂とこれ以外のエポキシ樹脂との合計量中、（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂は７０質量％以上である。脂環式エポキシ樹脂の割合が７０質量％未満の場合、ワニス組成物の粘度が高くなるために含浸性が低下しやすく、また硬化物の機械的特性や電気的特性も十分でなくなるおそれがあり、特に硬化物の靭性が低下するために脆くなるおそれがある。（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂の割合は、含浸性、硬化物の機械的特性や電気的特性の観点から、エポキシ樹脂の全量中、９０質量％以上が好ましい。

（Ｂ）脂環式酸無水物
（Ｂ）成分の脂環式酸無水物は、（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂と反応し、硬化させることができるものであれば、特に制限なく使用することができる。具体的には、分子中に酸無水物基を有する脂環族系化合物であれば特に制限されるものではなく、一般に注形用エポキシ樹脂等の硬化剤として用いられているものを使用することができる。硬化剤として脂環式酸無水物を用いることで、（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂等と併せて、耐熱性、接着性等に優れるものとすることができ、また粘度を低下させて充填性に優れるものとすることができる。

具体的には、ヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、テトラヒドロ無水フタル酸（ＴＨＰＡ）、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸（Ｍｅ−ＨＨＰＡ）、メチルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｍｅ−ＴＨＰＡ）等が挙げられ、これらは単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、耐熱性、接着性等の観点から、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸が好適なものとして挙げられる。

（Ｂ）成分の脂環式酸無水物の配合量は、（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂１００質量部に対して８０〜１２０質量部である。（Ｂ）成分の脂環式酸無水物の配合量が８０質量部未満の場合、（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂を十分に硬化させることができないおそれがあり、また硬化物の耐熱性も十分でなくなるおそれがある。一方、（Ｂ）成分の脂環式酸無水物の配合量が１２０質量部を超える場合、コイルへの接着力が十分でなくなるおそれがあり、また硬化物の機械的特性や電気的特性も十分でなくなるおそれがある。（Ｂ）成分の脂環式酸無水物の配合量は、（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂１００質量部に対して８５〜１１５質量部であることが好ましい。

（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体
（Ｃ）成分のジアザビシクロアルケンまたはその誘導体は硬化促進剤として使用される。このようなものとしては、１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）、１，５−ジアザビシクロ［４，３，０］ノネン−５、これらの誘導体等を好適に用いることができ、これらは単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。

ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体としては市販されているものを使用することができ、例えばＵ−ＣＡＴ５００２（サンアプロ株式会社製、商品名、ＤＢＵ系テトラフェニルボレート塩）、Ｕ−ＣＡＴ ＳＡ １０２（サンアプロ株式会社製、商品名、ＤＢＵ−オクチル酸塩）を使用することができる。

（Ｃ）成分のジアザビシクロアルケンまたはその誘導体の配合量は、（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂１００質量部に対して０．０１〜０．３質量部である。（Ｃ）成分のジアザビシクロアルケンまたはその誘導体の配合量が０．０１質量部未満の場合、ワニス組成物のゲルタイムが長くなり、良好な硬化特性を得ることができない。一方、（Ｃ）成分のジアザビシクロアルケンまたはその誘導体の配合量が０．３質量部を超える場合、硬化物の機械的特性や電気的特性が十分でなくなるおそれがある。（Ｃ）成分のジアザビシクロアルケンまたはその誘導体の配合量は、（Ａ）成分の脂環式エポキシ樹脂１００質量部に対して０．０５〜０．２５質量部であることが好ましい。

本発明のワニス組成物には、本発明の効果を阻害しない限度において、上記した（Ａ）〜（Ｃ）成分以外の他の成分を含有させることができる。他の成分としては、例えば無機充填材が挙げられ、具体的にはシリカ、アルミナ、ベリリア、ジルコニア、ジルコン、タルク、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、チタンホワイト、クレー、ベンガラ、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素等の粉末、これらを球形化したビーズ等が挙げられる。さらに、ワニス組成物に関する分野において一般に配合される成分、例えば反応性希釈剤、カップリング剤、沈降防止剤、カーボンブラック等の着色剤、消泡剤等を配合することができる。

本発明のワニス組成物は公知の調製方法を適用して調製することができる。すなわち、（Ａ）脂環式エポキシ樹脂、（Ｂ）脂環式酸無水物、（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体、および必要に応じて配合されるその他の成分を混合槽等によって十分に均一混合することにより調製することができる。

本発明のコイル装置は、マイカテープを巻回したコイルに上記したワニス組成物を含浸させ、硬化させることにより製造することができる。具体的には、例えば磁気コアに平角線コイルワイヤ等のコイル導体を巻回してコイルを組み立て、このコイルにマイカテープを巻回したものを注形用金型内に配置した後、この注形用金型内にワニス組成物を真空下で注形し、加熱、硬化させることにより製造することができる。このようなコイル装置としては、特に限定されるものではなく、公知の電磁機器が挙げられ、具体的には回転電気、変圧器等の誘導機器が挙げられる。

次に、本発明について実施例を参照して詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

以下に、実施例および比較例のワニス組成物の調製に用いた成分を示す。
［（Ａ）脂環式エポキシ樹脂］
セロキサイド２０２１Ｐ（ダイセル化学株式会社製、商品名、化学名：３，４−エポキシシクロヘキセニルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート、２官能脂環式エポキシ樹脂）
［（Ｂ）脂環式酸無水物］
ＨＮ５５００Ｅ（日立化成株式会社製、商品名、化学名：メチルヘキサヒドロ無水フタル酸）
［（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体］
Ｕ−ＣＡＴ５００２（サンアプロ株式会社製、商品名、ＤＢＵ系テトラフェニルボレート塩）
Ｕ−ＣＡＴ ＳＡ １０２（サンアプロ株式会社製、商品名、ＤＢＵ−オクチル酸塩）
［その他］
エポキシ樹脂：
ｊＥＲ８０７（ジャパンエポキシ株式会社製、商品名）
ｊＥＲ６３０（ジャパンエポキシ株式会社製、商品名）
アラルダイトＣＹ１８４（ハンツマン・ジャパン株式会社製、商品名）
ＨＰ−４０３２（ＤＩＣ株式会社製、商品名）
ＤＥＮ４３１（ダウケミカル株式会社製、商品名）
硬化促進剤：
Ｕ−ＣＡＴ３５０２（サンアプロ株式会社製、商品名、芳香族ジメチルウレア化合物）
１Ｂ２ＭＺ（四国化成工業株式会社製、商品名、化学名：１−ベンジル−２−メチルイミダゾール）

（実施例１〜２、比較例１〜７）
上記した各成分を表１に示す割合で配合し、混合撹拌して実施例および比較例のワニス組成物を調製した。なお、実施例のワニス組成物は、（Ａ）脂環式エポキシ樹脂、（Ｂ）脂環式酸無水物、（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体を含有するものである。一方、比較例のワニス組成物は、上記した（Ａ）〜（Ｃ）成分の少なくとも１種を含有しないものである。

次に、長さ３００ｍｍ、直径２６ｍｍの磁気コアにその長さ方向の略全体に渡って４ｍｍ□の平角線コイルワイヤを２回巻回してコイルを組み立てた。このコイルにマイカテープを３回巻回し、注型用金型内に配置した。そして、注型用金型内にワニス組成物を１〜３Ｔｏｒｒの真空下で注形し、１５０℃、２時間の加熱硬化を行い、注型用金型から取り出して評価用コイル装置を製造した。

実施例および比較例のワニス組成物、および評価用コイル装置について以下の測定、評価を行った。結果を表１に併せて示す。

（１）粘度、ゲルタイム
実施例および比較例のワニス組成物（未硬化物）について、以下の方法により粘度およびゲルタイムを測定した。
（粘度）
Ｂ型粘度計（ロータＮｏ．２０）を用い、２５℃でのワニス組成物の粘度を測定した。
（ゲルタイム）
ＪＩＳ Ｃ ２１０５に準じ、試験管にワニス組成物を１０ｇ入れ、１５０℃のオイルバスでガラス棒により１回／秒の割合で上下に撹拌し、固まるまでの時間を測定した。

（２）弾性率、誘電正接
実施例および比較例のワニス組成物を１５０℃、５時間の条件で硬化させた硬化物について、以下の方法により弾性率および誘電正接を求めた。
（弾性率）
ＪＩＳ Ｃ ６４８１に準じ、粘弾性測定器（ＤＭＡ）を用いて弾性率を求めた。
（誘電正接）
ＪＩＳ Ｃ ２１０５に準じ、ＬＣＲメータを用いて誘電正接を求めた。

（３）含浸性、硬化性、熱処理後の外観
評価用コイル装置について、以下の方法により含浸性、硬化性、および熱処理後の外観を評価した。
（含浸性）
評価用コイル装置の断面観察を行い、該評価用コイル装置におけるワニス組成物の含浸性を評価した。評価基準は以下の通りである。
○：１００％含浸
△：９５％以上１００％未満含浸
×：９５％未満含浸
（硬化性）
評価用コイル装置の断面観察を行い、該評価用コイル装置におけるワニス組成物の硬化性を評価した。評価基準は以下の通りである。
○：完全硬化
△：一部未硬化
×：全体がべたつく（未硬化）
（熱処理後の外観）
評価用コイル装置に対して１５０℃、２時間の熱処理を行い、熱処理後の評価用コイル装置の外観（ひび割れの有無）を観察した。評価基準は以下の通りである。
○：良好（ひび割れなし）
△：微細なひび割れあり
×：全面にひび割れあり

表１から明らかなように、（Ａ）脂環式エポキシ樹脂、（Ｂ）脂環式酸無水物、および（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体を含有する実施例のワニス組成物については、含浸性、硬化性が良好であり、硬化物の機械的特性、電気的特性、耐クラック性も良好であることが分かる。一方、上記した（Ａ）〜（Ｃ）成分のいずれかを含まない比較例のワニス組成物については、全体的に粘度が高く含浸性に優れず、一部に粘度が高く含浸性が良好なものも認められるが、硬化物の機械的特性や電気的特性が低く、全ての特性を満足するものは得られないことが分かる。

Claims (5)

1. マイカテープを巻回したコイルに含浸、硬化させてコイル装置を製造するために用いられるワニス組成物であって、
   （Ａ）脂環式エポキシ樹脂、（Ｂ）脂環式酸無水物、（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体を必須成分とし、前記（Ａ）脂環式エポキシ樹脂１００質量部に対して、前記（Ｂ）脂環式酸無水物が８０〜１２０質量部、前記（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体が０．０１〜０．３質量部であることを特徴とするワニス組成物。
2. 前記（Ａ）脂環式エポキシ樹脂が２官能脂環式エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載のワニス組成物。
3. 前記（Ｂ）脂環式酸無水物がメチルヘキサヒドロ無水フタル酸（Ｍｅ−ＨＨＰＡ）およびメチルテトラヒドロ無水フタル酸（Ｍｅ−ＴＨＰＡ）の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１または２記載のワニス組成物。
4. 前記（Ｃ）ジアザビシクロアルケンまたはその誘導体が１，８−ジアザビシクロ［５，４，０］ウンデセン−７（ＤＢＵ）またはその誘導体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のワニス組成物。
5. マイカテープを巻回したコイルにワニス組成物を含浸、硬化させてなるコイル装置であって、
   前記ワニス組成物が請求項１乃至４のいずれか１項記載のワニス組成物であることを特徴とするコイル装置。