JP2016046969A - モーター用絶縁シート - Google Patents
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Abstract
Description
また、前記スロット絶縁シートは、一般的には、モーターの回転軸方向におけるステーターコアの両端面よりも外側に両端部を突出させた形でモーター内に備えられており、前記突出させた部分に巻線コイルと接する側とは逆側に折返す“カフス折り”という加工が施されたりしている。
前記空調機器においては、冷媒はハーメチックコンプレッサーによって循環され、該ハーメチックコンプレッサーにおける前記冷媒の搬送動力となるモーターは、前記冷媒に接するような状態で用いられる。
また、この種の代替フロン冷媒を冷凍サイクルに利用するコンプレッサーは、フロン冷媒を用いるものに比べて運転時における温度が高温になる傾向がある。
そのため、この種のコンプレッサーを構成する部材には耐熱性が求められ、下記特許文献1に示すように、従来、ポリエチレンテレフタレートフィルムがモーター用絶縁シートとして利用されている。
なお、低分子量成分の含有量が一般的なポリエステル樹脂フィルムよりも低い“低オリゴマー品”などと称されるフィルムが市販されたりしている。
しかし、前記のような低分子量成分は、ポリエステル樹脂に対して可塑剤的な機能を有している。
そのため“低オリゴマー品”などと称されるフィルムは、汎用のフィルムに比べて引張破断伸びなどの特性に劣る傾向があり、単に低分子量成分の含有量の低いフィルムをモーター用絶縁シートに用いると折曲加工において折曲げ部に割れやクラックが生じ易くなるおそれがある。
なお、低分子量成分をある程度含んだ汎用ポリエステル樹脂フィルムであっても、前記のように低分子量成分が冷媒によって抽出されると可とう性が失われるおそれがある。
そして、このように冷媒によって低分子量成分が抽出された後のモーター用絶縁シートは、モーターの運転・停止にともなう温度サイクルや、運転時の振動などによって折曲げ部に割れやクラックを生じるおそれがある。
本発明は、上記のような点に鑑み、代替フロン冷媒を搬送するモーターにおいて前記代替フロン冷媒に接する状態で用いられるのに適したモーター用絶縁シートを提供することを課題としている。
また、本発明者は、ポリエステル樹脂フィルムを貼合する樹脂組成物をポリエステル樹脂フィルムに対して低弾性なものにすることで当該樹脂組成物によって形成されるポリエステル樹脂フィルム間の中間層にポリエステル樹脂フィルムとの共割れが生じることを抑制し得る点を見出し本発明を完成させるに至った。
本実施形態のスロット絶縁シートは、冷凍・冷蔵システムや空調システムにおける熱輸送を行う冷媒の搬送用モーターに備えられ、前記冷媒に接液する状態で用いられるものである。
本実施形態のスロット絶縁シートは、平坦な積層シートが折曲加工されて立体的な形状が備えられた状態で使用されるものである。
まず、図1〜3を参照しつつスロット絶縁シートの形成に用いる積層シートについて説明する。
具体的には、積層シート1は、2枚のポリエステル樹脂フィルムが熱可塑性樹脂組成物によって貼合されてなり、前記ポリエステル樹脂フィルムからなる2つのフィルム層10,20と前記熱可塑性樹脂組成物からなる中間層30との3層構造を有している。
本実施形態のスロット絶縁シートは、このように3層構造を有している。
従って、本実施形態のスロット絶縁シートは、同じ厚みのもので比較すると、全体がポリエステル樹脂フィルムで形成されている従来のものに比べポリエステル樹脂フィルムの占める割合が低減されている。
即ち、本実施形態のスロット絶縁シートは、ポリエステル樹脂フィルムに由来する低分子量物質の含有量が、従来のスロット絶縁シートに比べて低減されている。
従って、本実施形態のスロット絶縁シートは、ポリエステル樹脂フィルムよりも低分子量物質の含有量が低い熱可塑性樹脂組成物を中間層30の形成に利用することで、シート全体としての低分子量物質の含有量を従来のスロット絶縁シートに比べて低減されることになる。
その一方で、積層シート1は、フィルム層10,20の厚みを厚くさせると低分子量物質の含有量を増大させることになるばかりでなく、折曲加工における作業性が低下し、スロット絶縁シートの作製を困難にさせるおそれがある。
従って、フィルム層10,20は、電気絶縁性に優れた所定厚みのポリエステル樹脂フィルムによって形成されることが好ましい。
より具体的には、フィルム層10,20は、JIS C2151−2006に規定の体積抵抗率(A法、b条件(IEC60212の表1の標準条件B:23℃、50%RH))が1×1012Ω・cm以上の電気絶縁性を有する、厚み10μm〜100μmのポリエステル樹脂フィルムによって形成させることが好ましい。
なお、ポリエステル樹脂フィルムの体積抵抗率の上限値は、通常、1×1018Ω・cm程度である。
これらのポリエステル樹脂フィルムは、所謂「低オリゴマー品」であっても、所謂「汎用品」であってもよい。
該ポリエステル樹脂フィルムは、前記中間層30を構成する熱可塑性樹脂組成物との接着性を向上させるべく、表面処理が施されたものであってもよい。
特にポリエチレンナフタレート樹脂フィルムは高い耐熱性、耐加水分解性を有する点において、第1フィルム層10及び第2フィルム層20の内の少なくとも一方の形成に用いられることが好ましい。
また、前記中間層30は、代替フロン冷媒による抽出物の発生量がフィルム層を構成するポリエステル樹脂フィルムに比べて少ない樹脂組成物で構成されることが好ましい。
即ち、前記中間層30を構成する樹脂としては、例えば、ポリアミド樹脂(PA6、PA66、PA610、PA46、PA6T、PA9T等)やポリフェニレンエーテル樹脂(m−PPE、PPE/PAアロイ)やポリサルフォン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂等が挙げられる。
(弾性率の測定方法)
なお、この“弾性率”は、JIS K7161における“引張弾性率”の測定方法に準じて求めることができ、例えば、幅15mm×長さ250mmの試料を作製し、チャック間180mmとなるように引張り試験機にセットして200mm/minの引張速度で引張り試験を実施し、得られる「引張応力−ひずみ曲線」の初めの直線部分を用いて、以下のようにして算出することができる。
弾性率=Δσ/Δε
(ただし、「Δε」は、「引張応力−ひずみ曲線」の直線区間における2点間の「ひずみの差」であり、具体的には1%である。「Δσ」は、この2点間の「応力の差」である。)
前記ポリエステル樹脂フィルムとしては、上記のようにして求められる弾性率が、3000MPa〜6000MPaのものが好ましく、前記熱可塑性樹脂組成物としては、弾性率が、1500MPa〜3000MPaのものが好ましい。
また、前記ポリエステル樹脂フィルムの弾性率を100%とした場合の前記熱可塑性樹脂組成物の弾性率は、25%〜80%であることが好ましい。
なお、第1フィルム層10と第2フィルム層20とに引張弾性率の異なるポリエステル樹脂フィルムが使用される場合、前記中間層30は、少なくとも一方に対して25%〜80%の弾性率となっていることが好ましく、両方に対して25%〜80%の弾性率となっていることが特に好ましい。
前記中間層30を形成するポリアミド樹脂組成物は、フィルム層10,20を形成するポリエステル樹脂フィルムと同等以上の耐熱性を有し、且つ、靱性に優れていることが好ましい。
前記中間層30を形成するポリアミド樹脂組成物は、耐熱性の観点からは芳香族ポリアミド樹脂を含有させることが考えられる。
しかし、前記中間層30は、ポリアミド樹脂組成物に含有させる樹脂を芳香族ポリアミド樹脂だけにしてしまうと、優れた靱性が発揮されなくなるおそれがあるとともにフィルム層10,20との接着性などにおいて十分な特性が発揮されなくなるおそれがある。
このようなことから、前記ポリアミド樹脂組成物は、芳香族ポリアミド樹脂だけではなく、分子末端にエポキシ基を備えたフェノキシ樹脂を含有することが好ましい。
前記ジアミンとしては、脂肪族ジアミン、脂環族ジアミン、芳香族ジアミンなどを用いることができ、脂肪族ジアミンあるいは脂環族ジアミンとしては、例えば、下記一般式(1)で表されるものが挙げられる。
また、芳香族ジアミンとしては、キシリレンジアミンなどを用いることができる。
該芳香族ジカルボン酸としては、高温においても優れた特性を中間層30に発揮させる上においてテレフタル酸とイソフタル酸との混合物を採用することが特に好ましい。
前記芳香族ポリアミド樹脂は、これらのジアミンとジカルボン酸とを、それぞれ単独の種類としてもよく、それぞれ、複数の種類のものとしてもよい。
さらに、芳香族ポリアミド樹脂は、要すれば、ジアミンとジカルボン酸以外の成分が含まれた変性品であってもよい。
なお、該重量平均分子量(Mw)は、GPC法により、例えば、下記条件にて測定される。
標準試薬:TSK標準ポリスチレン(A−500、A−2500、F−1、F−4、
F−20、F−128;東ソー社製)
溶媒 :THF
カラム :GF−1G7B+GF−7MHQ(昭和電工社製)
フェノキシ樹脂の重量平均分子量が上記範囲内であることが好ましいのは、本実施形態の積層シート1を作製する方法として後述するようなTダイを利用した方法が採用し難くなるためである。
即ち、前記フェノキシ樹脂の重量平均分子量が15000未満の場合は、ポリエステル樹脂フィルムを貼合すべくポリアミド樹脂組成物を熱溶融し、該溶融樹脂をTダイなどから押出させようとした際に気泡が巻き込まれ易くなり中間層30にボイドを生じさせるおそれがある。
一方で、フェノキシ樹脂の重量平均分子量が50000を超える場合は、溶融樹脂の流れ性が不足してTダイなどから押出すことが困難になるおそれを有する。
このようなことからフェノキシ樹脂の重量平均分子量は、上記範囲内であることが好ましい。
なお、前記エポキシ当量とはJIS K 7236により求められる値を意図している。
ポリアミド樹脂組成物に配合されるエポキシ基含有フェノキシ樹脂の配合量がこのような範囲であることが好ましいのは、前記割合が30質量%未満の場合には、ポリアミド樹脂組成物の流れ性を抑制する効果が得られ難く、前記割合が50質量%を超える場合には、芳香族ポリアミド樹脂の優れた耐熱性、耐湿熱性などの特性がポリアミド樹脂組成物に十分発揮されなくなるおそれを有するためである。
このような点に加え、ポリアミド樹脂組成物の伸びや引張り強さなどの物理特性を高め得るにおいて、エポキシ基含有フェノキシ樹脂の前記割合は、35質量%を超え45質量%以下であることがさらに好ましい。
前記芳香族ポリアミド樹脂及び前記エポキシ基含有フェノキシ樹脂以外に前記ポリアミド樹脂組成物に含有させることができる他の成分としては、例えば、アルキルフェノール樹脂、アルキルフェノール−アセチレン樹脂、キシレン樹脂、クマロン−インデン樹脂、テルペン樹脂、ロジンなどの粘着付与剤、ポリブロモジフェニルオキサイド、テトラブロモビスフェノールAなどの臭素化合物、塩素化パラフィン、パークロロシクロデカンなどのハロゲン系難燃剤、リン酸エステル、含ハロゲンリン酸エステルなどのリン系難燃剤、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなどの水和金属化合物、または三酸化アンチモン、ホウ素化合物などの難燃剤、フェノール系、リン系、硫黄系の酸化防止剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、滑剤、顔料、架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤などの一般的なプラスチック用配合薬品や、シリカ、クレー、炭酸カルシウム、酸化アルミ、酸化マグネシウム、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムといった無機フィラーなどが挙げられる。
また、前記ポリアミド樹脂組成物は、トリアリルイソシアネート、テトラ−n−ブトキシチタン、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアネートの何れかを芳香族ポリアミド樹脂及びエポキシ基含有フェノキシ樹脂の合計100質量部に対して0.1〜5質量部となる割合で含有させることによって高強度化を図ることができる。
なお、このトリアリルイソシアネートとしては、日本化成社から「TAIC」の商品名で市販のもの、テトラ−n−ブトキシチタンとしては、日本曹達社から「B−1」の商品名で市販のもの、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアネートとしては、日産化学社から「TEPIC−G」の商品名で市販のものなどが採用可能である。
また、前記ポリアミド樹脂組成物は、そのような場合に、低分子量物質によって代替フロン冷媒を汚染し、前記熱輸送における機能低下を招くおそれがある。
このことから、前記ポリアミド樹脂組成物は、芳香族ポリアミド樹脂及びエポキシ基含有フェノキシ樹脂を合計95質量%以上含有させることが好ましく、芳香族ポリアミド樹脂及びエポキシ基含有フェノキシ樹脂を合計98質量%以上含有させることがより好ましく、芳香族ポリアミド樹脂及びエポキシ基含有フェノキシ樹脂を合計99質量%以上含有させることが特に好ましい。
即ち、前記ポリアミド樹脂組成物の成分は、実質的に芳香族ポリアミド樹脂及びエポキシ基含有フェノキシ樹脂のみとすることが好ましい。
図3に例示の設備は、第1フィルム層10を形成するためのポリエステル樹脂フィルムがロール状に巻き取られた第1ロール10Rを備え、該第1ロール10Rから長尺な帯状のポリエステル樹脂フィルムを第1原料シート10sとして送出する第1送出機10x、及び、第2フィルム層20を形成するためのポリエステル樹脂フィルムがロール状に巻き取られた第2ロール20Rを備え、該第2ロール20Rから長尺な帯状のポリエステル樹脂フィルムを第2原料シート20sとして送出する第2送出機20xを備えている。
また、当該設備は、前記第1原料シート10sと前記第2原料シート20sとの間に溶融状態のポリアミド樹脂組成物をシート状に押出す押出機50、及び、溶融状態のポリアミド樹脂組成物を2枚のポリエステル樹脂フィルム(第1、第2原料シート)の間に挟み込んだ積層物(積層シート)の厚みを矯正するとともに前記ポリアミド樹脂組成物を冷却するための一対の絞りローラ61,62を備えた絞り装置60を備えている。
さらに、当該設備は、前記絞り装置60によって所定厚みとされた長尺帯状の積層シート1sを巻取る巻取機1xを備えている。
そして、この中間層30の厚みは、通常、絞りローラ61,62の間の距離によって決定されることになる。
即ち、絞りローラ61,62を通過した後の積層シート1sの厚みは、通常、絞りローラ61,62の間に設けた間隙の広さとなる。
この絞りローラ61,62の間隙の広さを「T0」、第1原料シート10sの厚みを「T1」、第2原料シート10sの厚みを「T2」とすると、中間層30の厚みは「T0−(T1+T2)」となる。
従って、前記積層シート1を構成する第1フィルム層10、第2フィルム層20、及び、中間層30は、原料シートとして用いる2枚のポリエステル樹脂フィルムの厚みとこの2枚のポリエステル樹脂フィルムをポリアミド樹脂組成物によって貼合する際の条件設定によって所望の厚みに調整することができる。
図5示したスロット絶縁シート100は、モーターのステーターコアのスロット溝に収容される胴部101と、該胴部101をスロット溝に収容させた際にモーターの回転軸方向におけるコアの端面よりも外側に突出する折返し部102,103とを備えている。
前記スロット絶縁シート100は、モーターの回転軸方向に直交する平面で切断した際の断面形状が“コ”の字状となるように前記胴部101が形成されており、前記回転軸方向における当該胴部101の一端側と他端側とのそれぞれに前記折返し部102,103が所謂「カフス折」の状態となって備えられている。
この折返し部102,103は、それぞれ図4の破線「a1」、及び、「a2」に沿って折り目が形成されるように積層シート1を折返すことによって形成され部位である。
即ち、図5に示したスロット絶縁シート100は、例えば、図4に示した積層シート1を「a1」、「a2」に沿って同じ方向に折返した後で、この折返し方向とは逆に破線「b1」、及び、「b2」に沿って積層シート1を約90度の角度に折り曲げることによって作製される。
一方で本実施形態のスロット絶縁シート100においては、靱性に優れ、第1フィルム層10、及び、第2フィルム層20に対する接着性に優れるポリアミド樹脂組成物によって中間層30が形成されていることから折曲加工に際して第1フィルム層10や第2フィルム層20が折目において受ける応力集中が中間層30の存在によって緩和され、割れやクラックが生じることが抑制される。
従って、PETフィルムなどに比べて高い耐熱性を有するもののPETフィルムに比べて硬質であるがために折曲加工に際して割れを生じ易く、単独ではスロット絶縁シートなどのように複雑な形状に折曲加工されるモーター用絶縁シートの形成材料として採用することが困難であったPENフィルムなどについても第1フィルム層10や第2フィルム層20の形成材料として好適に利用し得る。
なお、PETフィルム等のオリゴマー含有量については、例えば、一辺が5cmの正方形程度の大きさのフィルムサンプルをメタノール洗浄した後で、該フィルムサンプルを160℃の熱風オーブン中で1時間乾燥して初期質量(M1(g))を求めた後に、該フィルムサンプルをソックスレー抽出器などを用いて沸騰キシレン(約400ml)で48時間抽出し、該抽出後のフィルムサンプルの質量(M2(g))を測定して初期質量(M1)に対する質量減少(M1−M2)の割合((M1−M2)/M1)を計算することにより求めることができる。
ここで抽出後のフィルムサンプルの質量(M2(g))は、抽出に利用したキシレンをフィルムサンプルから十分に除去して測定を行わないと質量減少が正確に求められないため、キシレン抽出後にフィルムサンプルを水洗し、且つ表面付着しているキシレンを軽く拭き取った後で、さらに160℃の熱風オーブン中で8時間乾燥し、デシケーター内で放冷した後に測定することが好ましい。
なかでも、本実施形態のスロット絶縁シートは、ジフルオロメタン(HFC32)を含む代替フロン冷媒と接する用途などにおいて上記のような機能がより顕著に発揮され得る。
言い換えると、上記のようなもの以外のモーター用絶縁シートも本発明の意図する範囲内のものである。
まず、下記表に示すような試料を用意し、後述するような評価を実施した。
なお、No.1、2、6については、図3に示したような方法で作製した。
即ち、2枚の帯状のPEN(PET)フィルムの間に加熱溶融させた樹脂組成物を押出し、この樹脂組成物で2枚のPEN(PET)フィルムを貼り合わせるようにして作製した。
また、No.3、4は、市販の樹脂フィルムをそのまま用いた。
さらに、No.5は、PETフィルムの両面に粘着剤層を形成させ、これを両側からPENフィルムで挟み込むようにして作製した。
(オリゴマー抽出量)
各試料に対し、先述の方法でオリゴマー含有量を測定した。
各試料から、15mm×250mmの短冊状試料を複数切り出し、120℃、相対湿度100%、気圧0.2MPaの条件でプレッシャークッカーテスト(PCT)を実施した。
初期の短冊状試料、及び、PCT(50時間、100時間、150時間、200時間)後の短冊状試料について、JIS K7127に基づく引張試験(引張速度200mm/min、標線間100mm、チャック間100mm)を実施した。
初期の引張り強さを100%とし、PCT後の引張り強さの残率を求めた。
各試料から、20mm×100mmの短冊状試料(TP)を切り出した。
該短冊状試料(TP)よりも大きなステンレス鋼板(SP)を用意し、これを平置きにした上に、該鋼板(SP)からはみ出さないようにして短冊状試料(TP)を載置した。
この短冊状試料(TP)の上側に直刃状のナイフ(KC)を刃先(R=0.1mm)が下向きになるようにセットした。
また、このナイフ(KC)は、刃先が短冊状試料(TP)の長さ方向中央部において、当該短冊状試料(TP)を幅方向に横断する形になるようにセットした。
この刃先を短冊状試料(TP)の上面に当て、下向き荷重(F)を加えて短冊状試料(TP)が裂けるのに要した最大荷重を測定した。
Claims (4)
- 代替フロン冷媒を搬送するモーターに備えられるモーター用絶縁シートであって、
熱可塑性樹脂組成物によって2枚のポリエステル樹脂フィルムが貼合されてなり、前記ポリエステル樹脂フィルムからなる2つのフィルム層と前記熱可塑性樹脂組成物からなる中間層とを含む3層以上の積層構造を有しており、前記フィルム層が前記代替フロン冷媒に接する状態で用いられ且つ前記熱可塑性樹脂組成物が前記ポリエステル樹脂フィルムよりも低弾性率であるモーター用絶縁シート。 - 前記ポリエステル樹脂フィルムが、ポリエチレンナフタレート樹脂フィルム、又は、オリゴマー含有量が1質量%以下のポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムであり、且つ、前記熱可塑性樹脂組成物が、芳香族ポリアミド樹脂及び分子末端にエポキシ基を備えたフェノキシ樹脂を含むポリアミド樹脂組成物である請求項1記載のモーター用絶縁シート。
- 前記代替フロン冷媒がジフルオロメタンを含んでいる請求項1又は2記載のモーター用絶縁シート。
- 前記モーターのステーターコアのスロット内で用いられ、該ステーターコアと前記スロット内に収容される巻線コイルとの間の絶縁に用いられるスロット絶縁シートである請求項1乃至3の何れか1項に記載のモーター用絶縁シート。
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