JP2018074672A - スロットライナー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
従来、このような絶縁シートには、ポリメタフェニレンイソフタルアミド(以下、メタアラミドと称す)のファイブリッド及び繊維から構成されるアラミド紙(例えば、ノーメックス(登録商標)など)、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム、前記アラミド紙と前記樹脂フィルムとが積層されてなるアラミド−樹脂フィルム積層体、等が使用されている。
一般的に前記絶縁シートは、例えば、実開昭60−162951号公報の第3図に記載されているように、両端部を折り返し、その折り返し部を外側にして略U字型に曲げてスロットライナーが形成され、その後スロットに挿入される。この時、折り返し部がコア材端面から軸方向に突出した状態で存在し、折り返しの先端がコア材端面に接触することで、スロットライナーがスロット軸方向に位置ずれしないように構成されている。
しかし、前記折り返し部はコア材から突出して存在しているため、コイルを挿入、巻回する際に折り返し部が変形や損傷を生じやすく、また、スロット端部のバリ等により破損されやすいという問題がある。
これらの問題を解決するスロットライナーとして、前述の実開昭60−162951号公報には、前記折り返し部をさらに外側に二つ折りにして折り返し部を補強したスロットライナーが提案され、また、特開2010−288405号公報の第4実施例には、補強の目的ではないが、折り曲げ部と胴体部とをプレス等により密着させたスロットライナーが提案されている。
これらの技術ではたしかに折り返し部の変形や破損への耐性は向上するものの、いずれも折り返し部がコア材端面から軸方向に突出している分、コア材の軸方向長さが長くなるため、例えば、ハイブリッド車等の車両の駆動用に用いられる電気モータ等の、限られたスペースに搭載される回転電機としては好ましくなく、より回転電機の小型化に寄与するスロットライナーが所望されていた。
すなわち、本願発明の一実施態様は、ステータコアの内周面に形成されたスロットに装着されるスロットライナーであって、
1枚の絶縁シートから形成され、
前記スロットの内面を覆う胴体部と、前記胴体部の長手方向の両端部の少なくとも一方に設けられた鍔部と、を有することを特徴とするスロットライナーを提供するものである。
ステータコアに装着した際に、鍔部がステータコアの軸方向端面に接触していてもよい。
絶縁シートが、アラミドファイブリッドとアラミド短繊維からなるアラミド紙、前記アラミド紙と、樹脂フィルムとが積層されてなるアラミド−樹脂フィルム積層体、又は前記アラミド紙上に樹脂を溶融押し出しして形成されたシートのいずれかから選ばれてもよい。
本願発明の他の実施態様は、絶縁シートの胴体部内面を、スロット内周面の形状を有する略U字型の加熱した金型に挟んで固定した後に、金型から突出した絶縁シートの端部を引き延ばしながら胴体部に対して略直角となるように外側に折り曲げ、その後に折り曲げた絶縁シートを端部側に設置した金型と前記略U字型の金型の側面部とで挟んで固定して鍔部を形成することを特徴とするスロットライナーの製造方法を提供するものである。
本願発明の他の実施態様は、上記スロットライナーが内周面に装着されたスロットに、コイルが巻回されたステータコアを有することを特徴とするモータを提供するものである。
本願発明の他の実施態様は、上記スロットライナーが内周面に装着されたスロットに、コイルが巻回されたステータコアを有することを特徴とする発電機を提供するものである。
本願発明の他の実施態様は、上記スロットライナーが内周面に装着されたスロットに、コイルが巻回されたステータコアを有することを特徴とする回転電機を提供するものである。
スロットライナー1は、1枚の絶縁シートから形成され、ステータコアのスロット内面を覆う断面略U字型の胴体部2と、略U字型の軸線方向両端に設けられ外方に向かって伸びる半円形の鍔部3を備えている。本実施形態の鍔部とは、絶縁シートの一端を胴体部2に対して略垂直方向に折り曲げて形成されたフランジ状の部位を意味する。このような鍔部を形成する構造を採用することにより、端部に折り返し部を形成する場合と比較して、ステータコアの軸先方向におけるスロットライナーの長さを短くすることができる。また、折り返し部を鍔部にすることにより、折り返し部で発生する変形や損傷を抑制することができる。
なお、本明細書において「略垂直/略直角」とは、90°±5°であることを意味し、好ましくは90°±3°であり、より好ましくは90°±1°である。
図1や図4に示されているスロットライナーは、ステータコアのスロットに嵌合して使用される。この時、鍔部3がステータコア端面に接触した状態で存在するため、スロットにコイルを巻回する際にスロットライナーの位置ずれを防止することができる。
本発明においてアラミドとは、アミド結合の60%以上が芳香環に直接結合した線状高分子化合物を意味する。このようなアラミドとしては、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミド及びその共重合体、ポリパラフェニレンテレフタルアミドおよびその共重合体、コポリパラニフェニレン・3,4’−ジフェニルエーテルテレフタルアミドなどが挙げられる。これらのアラミドは、例えば、芳香族酸二塩化物及び芳香族ジアミンとの縮合反応による溶液重合法、二段階界面重合法等により工業的に製造されており、市販品として入手することができるが、これに限定されるものではない。これらのアラミドの中では、ポリメタフェニレンイソフタルアミドが良好な成型加工性、難燃性、耐熱性などの特性を備えている点で好ましく用いられる。
本発明においてアラミドファイブリッドとは、アラミドからなるフィルム状微小粒子で、アラミドパルプと称することもある。製造方法は、例えば特公昭35−11851号、特公昭37−5732号公報等に記載の方法が例示される。アラミドファイブリッドは、通常の木材パルプと同じように抄紙性を有するため、水中分散した後、抄紙機にてシート状に成形することができる。この場合、抄紙に適した品質を保つ目的でいわゆる叩解処理を施すことができる。この叩解処理は、ディスクリファイナー、ビーター、その他の機械的切断作用を及ぼす抄紙原料処理機器によって実施することができる。この操作において、ファイブリッドの形態変化は、JIS P8121に規定の濾水度(フリーネス)でモニターすることができる。本発明において、叩解処理を施した後のアラミドファイブリッドの濾水度は、10〜300cm3(カナディアンスタンダードフリーネス)の範囲内にあることが好ましい。この範囲より大きな濾水度のファイブリッドでは、それから成形されるシートの強度が低下する可能性がある。他方、10cm3よりも小さな濾水度を得ようとすると、投入する機械動力の利用効率が小さくなり、また、単位時間あたりの処理量が少なくなることが多く、さらに、ファイブリッドの微細化が進行しすぎるため、いわゆるバインダー機能の低下を招きやすい。
本発明においてアラミド短繊維とは、アラミドを原料とする繊維を所定の長さに切断したものであり、そのような繊維としては、例えば、帝人(株)の「コーネックス(登録商標)」、「テクノーラ(登録商標)」、デュポン社の「ノーメックス(登録商標)」、「ケブラー(登録商標)」、テイジンアラミド社の「トワロン(登録商標)」などが例示できるが、これらに限定されるものではない。
アラミド短繊維は、好ましくは、0.05dtex以上25dtex未満の範囲内の繊度を有することができる。繊度が0.05dtex未満の繊維は、湿式法での製造(後述)において凝集を招きやすく、また、繊度が25dtex以上の繊維は、繊維直径が大きくなり過ぎるため、アスペクト比の低下、力学的補強効果の低減、アラミド紙の均一性不良が生じるおそれがある。
アラミド短繊維の長さは、1mm以上25mm未満、好ましくは2〜12mmの範囲から選ぶことができる。短繊維の長さが1mmよりも小さいと、アラミド紙の力学特性が低下し、他方、25mm以上のものは、後述する湿式法でのアラミド紙の製造に際して「からみ」「結束」などが発生しやすく欠陥の原因となりやすい。
本発明においてアラミド紙とは、前記のアラミドファイブリッド及びアラミド短繊維を主として構成されるシート状物であり、一般に20μm〜1000μmの範囲内の厚さを有している。さらにアラミド紙は、一般に10g/m2〜1000g/m2の範囲内の目付を有している。ここで、アラミドファイブリッドとアラミド短繊維の混合割合は任意とすることができるが、アラミドファイブリッド/アラミド短繊維の割合(質量比)を1/9〜9/1とするのが好ましく、より好ましくは2/8〜8/2であるが、この範囲に限定されるものではない。
アラミド紙は、一般に、前述したアラミドファイブリッドとアラミド短繊維とを混合した後シート化する方法により製造される。具体的には、例えば上記アラミドファイブリッド及びアラミド短繊維を乾式ブレンドした後に、気流を利用してシートを形成する方法、アラミドファイブリッド及びアラミド短繊維を液体媒体中で分散混合した後、液体透過性の支持体、例えば網またはベルト上に吐出してシート化し、液体を除いて乾燥する方法などが適用できるが、これらのなかでも水を媒体として使用する、いわゆる湿式抄造法が好ましく選択される。
上記のようにして得られたアラミド紙は、一対のロール間にて高温高圧で加熱加圧加工することにより、密度、機械的強度を向上することができる。加熱加圧加工の条件は、例えば金属製ロールを使用する場合、温度100℃〜400℃、線圧50〜400kg/cmの範囲を例示することができるが、これらに限定されるものではない。熱圧の際に複数のアラミド紙を積層することもできる。また、上記の加熱加圧加工を任意の順に複数回行うこともできる。
本発明において絶縁シートとは、電気絶縁性を有するシートを意味する。絶縁シートは、好ましくは1×1010〜1×1020Ω・cmの体積抵抗率を有し、より好ましくは1×1012〜1×1020Ω・cmの体積抵抗率を有する。前記アラミド紙単体、前記アラミド紙と樹脂フィルムとを積層し、接着剤などで接着したアラミド−樹脂フィルム積層体、又は前記アラミド紙上に樹脂を溶融押出して形成されたシートが挙げられる。
アラミド−樹脂フィルム積層体に使用される樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフェニレンサルファイドなどが例示される。これらは単独で使用してもよく、また2種以上をブレンドした樹脂や共重合体を使用しても良い。また、アラミド紙を積層するために用いる接着剤としては、当該技術分野において通常用いられる、いずれの接着剤を使用しても良く、例えば、エポキシ系、アクリル系、フェノール系、ウレタン系、シリコン系、ポリエステル系、アミド系などの接着剤が挙げられるがこれらに限定されるものではない。
積層の層数は積層体の用途、目的に応じて適宜選択できるが、少なくとも片側の表層にアラミド紙を配すると、すべり性が良好となるため、モータにおいて例えばステータコアに設けたスロットに上記のようなスロットライナーを挿入しやすくなるという効果があり、好ましい。例えば、特開2006−321183号に記載されているような、アラミド紙上に樹脂を溶融押出して熱融着する方法で作製された、芳香族ポリアミド樹脂と分子内にエポキシ基を有するエポキシ基含有フェノキシ樹脂とからなり、前記エポキシ基含有フェノキシ樹脂の比率が30〜50質量%であるポリマーとアラミド紙の2層積層シート、アラミド紙と前記ポリマーとアラミド紙の3層の積層シートが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
絶縁シートの厚みは、ステータコアの大きさやスロット形状、及び用途や目的に応じて適宜選択でき、折り曲げ加工性に問題なければ、任意の厚みを選択することができる。一般には、加工性の観点から50μm〜1000μm、好ましくは50μm〜500μm、更に好ましくは70〜300μmであるが、これに限定されるものではない。
次に、絶縁シートから、立体形状のスロットライナー1を構成する方法について説明する。図2は、本発明の第1実施形態のスロットライナー1を形成するために用いる絶縁シート4の正面図である。長方形状の絶縁シート4の長手方向両端に示された一点鎖線3aと、絶縁シート4の端3bとの間の領域は、後に、鍔部に加工される箇所である。絶縁シート4の2本の一点鎖線3a、3a間の距離は、スロットライナー1の軸線方向長さとなり、この軸線方向長さがステータコアの軸方向長さに対応している。図3は、絶縁シート4がスロットライナー1に加工される途中の中間品の斜視図である。本実施形態の製造方法では、まず、図2に示すような長方形或いは正方形状に裁断した絶縁シートを、図2の2本の破線部3c、3cを起点として、略U字状に折り曲げ、図3に示すような形状に加工する。詳細には、略U字型の内面を有する金型内に絶縁シート4を配置し、図2の破線部3c、3cを、正面から見て谷折りにした状態になるように、絶縁シート4をU字型に折り曲げる。2本の破線部3c、3c間の距離は、スロットの幅および金型のU字型内面の幅に対応するように設定されている。金型の略U字型の内面に沿って曲げられた絶縁シート4の部分が、スロットライナー1の胴体部2となる。金型内に絶縁シート4を配置するときには、絶縁シート4は、絶縁シート4の両端において、絶縁シート4の一点鎖線3aと端3bの間の領域が金型のU字型内面からU字型内面の軸線方向外方に突出するように、配置される。
[実施例1]
(原料調製)
特開昭52−15621号公報に記載のステータとローターの組み合わせで構成されるパルプ粒子の製造装置(湿式沈殿機)を用いて、ポリメタフェニレンイソフタルアミドのファイブリッドを製造した。これを、離解機、叩解機で処理して長さ加重平均繊維長を0.9mmに調製した。得られたファイブリッドの濾水度は90cm3であった。一方、デュポン社製メタアラミド繊維(ノーメックス(登録商標)、単糸繊度2.2dtex)を長さ6mmに切断し、抄紙用原料とした。
(アラミド紙の製造)
上記の通り調製したアラミドファイブリッドとアラミド短繊維をおのおの水中で分散しスラリーを作製した。これらのスラリーを、アラミドファイブリッドとアラミド短繊維が1/1の混合比率(重量比)となるように混合した後、タッピー式手抄き機(断面積625cm2)にてシート状物を作製した。次いで、これを金属製カレンダーロールにより温度330℃、線圧300kg/cmで加熱加圧加工しアラミド紙を得た。
更に、アラミド紙とポリエチレンナフタレートフィルム(帝人デュポンフィルム株式会社製、「テオネックス(登録商標)Q51」、厚さ100μm)を接着剤で貼り合わせ、アラミド紙を外側に配置した、アラミド紙/ポリエチレンナフタレートフィルム/アラミド紙の3層構造からなるアラミド−樹脂フィルム積層体を得た。
上記アラミド−樹脂フィルム積層体を用いて、図2に示す通りに裁断し、図2の2本の破線部3c、3cを起点として軽く折り曲げた後、外周面の輪郭がスロット内周面と同じ形状、且つ高さが図2の2本の一点鎖線部3a、3a間と同一である金型の凸部と凹部を、金型温度を240℃に加熱した状態で挟み込んだ後、金型から突出したシート部(図3の上下端部3)に圧空を30秒間吹き付けて上下端部を胴体部に対して直角となるように倒して鍔部を形成し、即座に240℃に加熱した、鍔部に水平な盤面で両側から挟み込み、150kg/cm2の面圧で10秒間圧縮し、胴体部との接合部から鍔端縁までの距離が10mmである、図1に示す形状のスロットライナーを得た。このようにして得られたスロットライナーの主要特性値を下記の方法で評価した。結果を表1に示す。
[測定方法]
(1)目付、厚み、密度
JIS C 2300-2に準じて実施し、密度は(目付/厚み)により算出した。
(2)鍔部しわ
鍔部の外観を目視により観察し、しわがないものを「良好」、僅かにしわがあるものを「ほぼ良好」、顕著なしわがあるものを「不良」と判断した。
(3)鍔部反り
鍔部の外観を目視により観察し、反りがないものを「良好」、僅かに反りがあるものを「ほぼ良好」、顕著な反りがあるものを「不良」と判断した。
(4)鍔部絶縁破壊電圧
ASTM D149に準じて、径6mmの電極を用いて交流による直昇圧法により実施した。この時沿面破壊を防ぐため、鍔部の端縁全面に電気絶縁用テープ((株)寺岡製作所製、650S#50)を貼付け、鍔部で絶縁破壊した時の値を鍔部絶縁破壊電圧とした。
実施例1で得たアラミド紙と、エポキシ基含有フェノキシ樹脂が50重量%含有されている半芳香族ポリアミド樹脂組成物(デュポン社製ザイテル(登録商標)HTN501 50重量部と、エポキシ基含有フェノキシ樹脂50重量部を用いて、特開2006−321183号公報の[0027]に記載の方法で調製した半芳香族ポリアミド樹脂組成物)を用いて、特開2006−321183号公報の[0024]に記載の方法で、アラミド紙を外側に配置した、アラミド紙/樹脂組成物/アラミド紙の3層構造からなる積層シートを得た。その積層シートを用いて、図1に示す形状のスロットライナーを得た。このようにして得られたスロットライナーの主要特性値を実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
絶縁シートを表1に示す特性を有するアラミド紙に変更した以外は実施例1と同様に実施し、図1に示す形状のスロットライナーを得た。このようにして得られたスロットライナーの主要特性値を実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
実施例1〜3の比較からは、アラミドファイブリッドとアラミド短繊維とからなるアラミド紙および樹脂フィルムが積層されてなるアラミド−樹脂フィルム積層体、および前記アラミド紙上に樹脂を溶融押し出しして形成されたシートからなる群より選択を用いることによって、高い鍔部絶縁破壊電圧が得られることがわかる。
2 胴体部
3 鍔部
3a 絶縁シート一点鎖線部
3b 絶縁シート端縁部
3c 絶縁シート破線部
4 絶縁シート
5 スロットライナー
6 胴体部
7 鍔部
8 カフス部
8a カフス端部
Claims (7)
- ステータコアの内周面に形成されたスロットに装着されるスロットライナーであって、
1枚の絶縁シートから形成され、
前記スロットの内面を覆う胴体部と、前記胴体部の長手方向の両端部の少なくとも一方に設けられた鍔部とを有することを特徴とするスロットライナー。 - ステータコアに装着した際に、鍔部がステータコアの側端面に接触することを特徴とする請求項1に記載のスロットライナー。
- 絶縁シートが、(i)アラミドファイブリッドとアラミド短繊維とからなるアラミド紙、(ii)前記アラミド紙と樹脂フィルムとが積層されてなるアラミド−樹脂フィルム積層体、および(iii)前記アラミド紙上に樹脂を溶融押し出しして形成されたシートからなる群より選択されることを特徴とする、請求項1〜2のいずれか1項に記載のスロットライナー。
- 絶縁シートの胴体部内面を、スロット内周面の形状を有する略U字型の加熱した金型に挟んで固定した後に、金型から突出した絶縁シートの端部を引き延ばしながら胴体部に対して略直角となるように外側に折り曲げ、その後に折り曲げた絶縁シートを端部側に設置した金型と前記略U字型の金型の側面部とで挟んで固定して鍔部を形成することを特徴とするスロットライナーの製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のスロットライナーが内周面に装着されたスロットに、コイルが巻回されたステータコアを有する、モータ。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のスロットライナーが内周面に装着されたスロットに、コイルが巻回されたステータコアを有する、発電機。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のスロットライナーが内周面に装着されたスロットに、コイルが巻回されたステータコアを有する、回転電機。
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