JP2020150582A - モーター用絶縁フィルム、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】滑り性を改善することにより挿入性に優れ、薄肉化されたモーター用絶縁フィルムを提供する。【解決手段】モーター用絶縁フィルムは、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以上１．５０μｍ以下の面を少なくとも片面に備えた絶縁フィルムである。樹脂フィルムは、１００度以上での耐熱性やオイルなどの冷媒による耐薬品性を有したエンジニアリングプラスチックが好ましく、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルイミドが好適である。【選択図】なし

Description

本発明は、滑り性を改善することにより挿入性に優れる、薄肉化されたモーター用絶縁フィルムに関し、特に、ウェッジ紙またはスロット紙として好適に使用することができるフィルムに関する。

家電機器、産業機器などの駆動力となるモーターには、従来、ステータコア内のスロットにおいてコアと巻線コイルとの間に介装される絶縁フィルムとして、スロット紙およびスロット溝の開口を内側から閉塞するウェッジ紙が備えられている。
これらの絶縁フィルムは、通常、ステータコアの端面の開口部からスロット内に挿入されることで組み込まれる。

また近年、モーターの性能が上がってきており、特に小型で高効率なものが求められている。そのためには絶縁フィルムを薄肉化し巻線コイルの占積率を大きくする方法があるが、それに伴いウェッジ紙やスロット紙といった絶縁フィルムに優れた挿入性が必要となる。
さらには、小型化によりモーター内部に熱が籠りやすくなるため、冷媒を直接ステータコアやロータコアに浸す場合があり、耐熱性に加えて冷媒等に対する耐薬品性も求められている。

このような絶縁フィルムとして、通常、一般的な樹脂フィルムなどに比べて滑り性に優れた表面性状を有したアラミド紙や、アラミド紙に接着剤を介して樹脂フィルムと貼り合わせた積層体などが広く用いられている。

しかしながら、アラミド紙は樹脂フィルムなどに比べて薄肉化によってピンホールなどが形成されやすく、絶縁信頼性の低下を抑制しつつ薄肉化させることが困難である。
しかもアラミド紙は、同じ厚みの樹脂フィルムに比べてコシがなく、座屈を生じ易いことから薄肉化させるとスロットへの挿入時に座屈を生じさせるおそれがある。
また、アラミド紙と樹脂フィルムの積層体においては、そもそもアラミド紙が５０μｍ以上の製品しか市販されていないため、複数枚積層すると厚くなってしまい、通常数百μｍ程度の厚みとなってしまう。
さらに、アラミド紙の繊維はカットや挿入時に毛羽立ちか発生することがあり、異物としてモーター内部に残ってしまうことがあり、ロータの摩耗を引き起こし、モーター性能が著しく低下してしまう。

特許文献１には、所定の表面粗さを有する絶縁シートが開示されており、その絶縁シートによりアラミド紙と同等の滑り性を有することができる旨の記載がある。

特開２００９−０５５６７８号公報

しかしながら、特許文献１は、絶縁シートの算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０５μｍ以上０．１μｍ以下であり、Ｒａが上記範囲から外れた場合、滑り性に乏しく、挿入性が低下するおそれがあると記載されているが、定量的には開示されていない。

そこで、本発明の課題は、このような状況下でなされたものであり、滑り性を改善することにより挿入性に優れ、薄肉化されたモーター用絶縁フィルムを提供することを目的とするものである。

本発明者らは、鋭意検討した結果、上記従来技術の課題を解決し得るモーター用絶縁フィルムを得ることに成功し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以上１．５０μｍ以下の面を少なくとも片面に備えたモーター用絶縁フィルムである。

本発明によれば算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以上１．５０μｍ以下の面を少なくとも片面に備えた樹脂フィルムが用いられている。かかる表面粗さにおいては、ＳＵＳ板との動摩擦係数が低くなるため、優れた挿入性となり得る。
したがって、薄肉化されたモーター用絶縁フィルムを提供することが可能となる。
さらには、繊維を含まない樹脂フィルムであるため、スロットへの挿入時に異物の発生を抑制でき、モーターの性能を維持し得る。

本発明のモーター用絶縁フィルム（以下、「本フィルム」と称することがある。）は、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以上１．５０μｍ以下の表面粗さを有する面を少なくとも片面に備えた樹脂フィルムである。

なお、樹脂フィルムの表裏両面が必ずしも上記表面粗さとされていなくともよく、巻線コイルまたは内壁面と接触する表面側のみが上記粗さとなるように、例えば、一面側が算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以上１．５０μｍ以下であり、他面側が表面平滑に形成された樹脂フィルムを用いることも可能である。
以下、詳細に説明する。

本フィルムに用いる樹脂フィルムは特に限定されないが、例えばモーターの小型化や高効率化に伴い１００度以上での耐熱性やオイルなどの冷媒による耐薬品性を有したエンジニアリングプラスチックが好ましく、スーパーエンジニアリングプラスチックであることがさらに好ましい。
なかでも、ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルイミドが好適である。

また、一側面に例えばポリエーテルエーテルケトンが用いられ、他面側に例えばポリエーテルイミドが用いられるなどして異なる樹脂が積層されて形成された２層構造の樹脂フィルムや、あるいは、３層以上の積層構造を有する樹脂フィルムなども絶縁シートに用いることができる。

［ポリエーテルエーテルケトン］
ポリエーテルエーテルケトンは、下記構造式（１）で表される繰り返し単位（ａ−１）を有する。繰り返し単位（ａ−１）は、２つのエーテル基及び１つのケトン基を有している。

ポリエーテルエーテルケトンの繰り返し単位（ａ−１）の合計数（重合度）は下限については、１０以上であることが好ましく、２０以上であることがより好ましい。一方、上限については５００以下であることが好ましく１００以下であることがより好ましい。前記ポリエーテルエーテルケトン樹脂の繰り返し単位（ａ−１）の合計数（重合度）がかかる範囲であれば、本発明のモーター用絶縁フィルムは耐薬品性、耐熱性、耐衝撃性に優れる上、溶融時の粘度が高すぎないため溶融成形性に優れる。

ポリエーテルエーテルケトンの結晶融解熱量は、下限については、２０Ｊ／ｇ以上であることが好ましく、２５Ｊ／ｇ以上であることがより好ましく、３０Ｊ／ｇ以上であることがさらに好ましい。一方、上限については、６０Ｊ／ｇ以下であることが好ましく、５５Ｊ／ｇ以下であることがより好ましく、５０Ｊ／ｇ以下であることがさらに好ましい。ポリエーテルエーテルケトンの結晶融解熱量がかかる範囲であれば、本発明のモーター用絶縁フィルムは耐熱性に優れる上、溶融成形時に与える熱エネルギーが小さくて済むので、溶融成形性に優れる。

ポリエーテルエーテルケトンの結晶融解温度は、下限については、３００℃以上であることが好ましく、３２０℃以上であることがより好ましく、３４０℃以上であることがさらに好ましい。一方、上限については、４００℃以下であることが好ましく、３８０℃以下であることがより好ましく、３６０℃以下であることがさらに好ましい。ポリエーテルエーテルケトンの結晶融解温度がかかる範囲であれば、本発明のモーター用絶縁フィルムは耐熱性に優れる上、溶融時の粘度が高すぎないため溶融成形性に優れる。

ポリエーテルエーテルケトンのガラス転移温度は、下限については、１２０℃以上であることが好ましく、１４０℃以上であることがより好ましい。一方、上限については、２００℃以下であることが好ましく、１８０℃以下であることがより好ましい。ポリエーテルエーテルケトンのガラス転移温度がかかる範囲であれば、本発明のモーター用絶縁フィルムは耐熱性に優れる上、溶融時の粘度が高すぎないため溶融成形性に優れる。

ポリエーテルエーテルケトンは、公知の製法により製造することができ、さらに、市販品を用いることもできる。市販品の例としては、例えば、ビクトレックス社製「ＶＩＣＴＲＥＸ ＰＥＥＫ」シリーズ、ソルベイ社製「ＫｅｔａＳｐｉｒｅ」シリーズ、ダイセル・エボニック社製「ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ」シリーズ等が挙げられる。

［ポリエーテルイミド］
ポリエーテルイミドは、下記構造式（２）で表される繰り返し単位（ｂ−１）、または、下記構造式（３）で表される繰り返し単位（ｂ−２）を有する。

一般的に、ポリエーテルイミドは、結合様式の違い、すなわち、メタ結合とパラ結合の違いによって構造が分類され、それぞれ機械特性や耐熱性が異なる。

ポリエーテルイミドの繰り返し単位（ｂ−１）または（ｂ−２）の合計数（重合度）は、下限については１０以上であることが好ましく、２０以上であることがより好ましい。一方、上限については１０００以下であることが好ましく、５００以下であることがより好ましい。ポリエーテルイミドの繰り返し単位（ｂ−１）または（ｂ−２）の合計数（重合度）がかかる範囲であれば、本発明のモーター用絶縁フィルムは耐熱性に優れる上、溶融時の粘度が高すぎないため溶融成形性に優れる。

ポリエーテルイミドのガラス転移温度は、下限については１４０℃以上であることが好ましく、１６０℃以上であることがより好ましく、１８０℃以上であることがさらに好ましい。一方、上限については、３００℃以下であることが好ましく、２８０℃以下であることがより好ましく、２６０℃以下であることが更に好ましい。ポリエーテルイミドのガラス転移温度がかかる範囲であれば、本発明のモーター用絶縁フィルムは耐熱性に優れる上、溶融時の粘度が高すぎないため溶融成形性に優れる。

ポリエーテルイミドは、公知の製法により製造することができる。また、市販品を用いることも出来る。市販品の例としては、サビック社製「Ｕｌｔｅｍ」シリーズが挙げられる。

［モーター用絶縁フィルム］
本フィルムは接触式表面粗さ計を用いて測定を行い、算術平均粗さ（Ｒａ）の下限としては、０．１５μｍ以上であり、０．３０μｍ以上であることが好ましく、０．５０μｍ以上であることがより好ましい。本フィルムの算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ未満であれば、本フィルムの表面が平滑すぎて、滑り性が悪くなるため、かえってＳＵＳ板との動摩擦係数が大きくなり、モーターコアへの挿入性、ひいては挿入時の座屈や破断につながるおそれがある。
一方、上限としては、１．５０μｍ以下であり、１．２０μｍ以下であることが好ましく、１．００μｍ以下であることがより好ましい。本フィルムの算術平均粗さ（Ｒａ）が１．５０μｍを超えると、本フィルムの表面が粗すぎるため、ＳＵＳ板との動摩擦係数が大きくなり、ＳＵＳ板との動摩擦係数が大きくなるため、モーターコアへの挿入性に優れ、ひいては挿入時の座屈や破断につながるおそれがある。

本フィルムは、ＪＩＳ Ｋ７１２５：１９９９に準拠して測定した、ＳＵＳ板との動摩擦係数が０．２５０以下であることが好ましく、０．２００以下であることがより好ましく、０．１８０以下であることがさらに好ましい。一方、下限としては特に限定しないが、０．０１０以上が好ましく、０．０５０以上がより好ましい。
本フィルムのＳＵＳ板との動摩擦係数がかかる範囲であれば、モーターコアへの挿入性に優れ、ひいては挿入時の座屈や破断を防止することができる。算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以上１．５０μｍ以下の面を少なくとも片面に備えることにより、上記特性を満たすことができる。

本フィルムの厚みは下限としては、５０μｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上であることがより好ましく、１５０μｍ以上であることが更に好ましく、２００μｍ以上であることが特に好ましい。一方、上限としては、５００μｍ以下であることが好ましく、４５０μｍ以下であることがより好ましく、４００μｍ以下であることが更に好ましく、３５０μｍ以下であることが特に好ましい。厚みが５０μｍ以上であれば、本フィルムは十分な絶縁性と剛性を有しており、使用時の電流漏れと挿入時の座屈を防止することができる。また、厚みが５００μｍ以下であれば、モーターコアに挿入するコイル密度を上げることができ、ひいてはモーター効率を高く維持することができる。

なお、本フィルムは、本発明の効果を損なわない範囲で、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、抗菌・防かび剤、帯電防止剤、滑剤、顔料、染料等の各種添加剤が含まれていてもよい。

［製造方法］
本フィルムは、一般の成形法、例えば、押出成形、射出成形、ブロー成形、真空成形、圧空成形、プレス成形等によって製造することができる。それぞれの成形方法において、装置および加工条件は特に限定されないが、生産性や厚み制御の観点から、押出成形、特に、Ｔダイ法が好ましい。

本発明のモーター用絶縁フィルムの製造方法は特に限定されないが、例えば、フィルムの構成材料を、無延伸又は延伸フィルムとして得ることができ、二次加工性の観点から、無延伸フィルムとして得ることが好ましい。なお、無延伸フィルムとは、シートの配向を制御する目的で、積極的に延伸しないフィルムであり、Ｔダイ法でキャストロールにより引き取る際に配向したフィルムも含まれる。

無延伸フィルムの場合、例えば、各構成材料を溶融混練した後、押出成形し、冷却することにより製造することができる。溶融混練には、単軸又は二軸押出機等の公知の混練機を用いることができる。成形は、例えば、Ｔダイ等の金型を用いた押出成形により行うことができる。

積層フィルムを製造する場合は、各層の樹脂組成物を共押出して積層する共押出法、各層をフィルム状に形成し、これをラミネートする押出ラミネート法、各層をフィルム状に形成し、これらを熱圧着する熱圧着法のいずれを用いて成形しても良いが、生産性の観点から、共押出法で成形することが好ましい。共押出法には、口金で各層の樹脂組成物が合流するマルチマニホールド法、フィードブロックで合流するフィードブロック法等があるが、いずれを用いても良い。

本発明のモーター用絶縁フィルムは、算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以上１．５μｍ以下の表面粗さを有する面を少なくとも片面に備えることが重要である。算術平均粗さ（Ｒａ）を調整する方法としては、押出成形において、溶融状態の樹脂を所定の温度以上で加熱し、キャストロール上で固化させて賦形する方法がある。この時、キャストロールの算術表面粗さを調整することにより、樹脂フィルムの表面粗さを調整することができる。キャストロールの算術平均粗さ（Ｒａ）は、０．１５μｍ以上１．５μｍ以下が好ましい。

［用途・使用態様］
本発明のモーター用絶縁フィルムは滑り性を改善することにより挿入性に優れるため、家電製品やオーディオ機器、ＩＴ機器、通信機器、ＯＡ機器、医療機器、ヘルスケア機器、業務用機器、産業機器、自動車・鉄道・船舶等の輸送機器等向けのモーターに好適に使用できる。特に、ウェッジ紙またはスロット紙として好適に使用することができる。

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれにより限定されるものではない。

１．フィルムの製造
実施例及び比較例においては、以下の原料を用い、下記表１に示す配合組成のフィルムを製造した。

＜ポリエーテルエーテルケトン＞
（Ａ）−１：ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ ３３００Ｇ（ダイセル・エボニック社製、（ａ−１）の繰り返し単位、結晶融解温度＝３４３℃、ガラス転移温度＝１４３℃）

＜ポリエーテルイミド＞
（Ｂ）−１：Ｕｌｔｅｍ １０００−１０００（サビック社製、（ｂ−１）の繰り返し単位、ガラス転移温度＝２１７℃）
（Ｂ）−２：Ｕｌｔｅｍ ＣＲＳ５００１−１０００（サビック社製、（ｂ−２）の繰り返し単位、ガラス転移温度＝２２７℃）

（実施例１）
原料としてポリエーテルエーテルケトンの（Ａ）−１を使用した。Φ４０ｍｍ単軸押出機を用いて原料を溶融混練し、Ｔダイから連続的に押し出し、表面粗さ（Ｒａ）が１．０５μｍのロールにキャスティングしてフィルムを得た。この時、ポリエーテルエーテルケトンの押出機温度、押出機温度、口金の温度はいずれも３８０℃とした。
厚み３００μｍのフィルムを作成し、表面粗さと動摩擦係数の評価を行った。これらの結果を表１に示す。

（実施例２）
ポリエーテルエーテルケトン層（ＰＥＥＫ層）の原料として（Ａ）−１を、ポリエーテルイミド層（ＰＥＩ層）の原料として（Ｂ）−１をそれぞれ使用した。これらを、Φ４０ｍｍ押出機２台を使用して別々に溶融させた。ＰＥＥＫ層については、フィードブロックで半分ずつに分割し、ＰＥＥＫ層／ＰＥＩ層／ＰＥＥＫ層の順番となるようにフィードブロック内で積層させて２種３層構成の積層フィルムとしてＴダイから押出し、積層比が１／８／１（フィルム全体に占める、ＰＥＥＫ層の厚み割合＝２０％）となるように、表面粗さ（Ｒａ）が１．０５μｍのキャストロールにキャスティングして積層フィルムを得た。評価結果を表１に示す。

（実施例３）
ポリエーテルイミド層（ＰＥＩ層）の原料として（Ｂ）−２を使用した以外は、実施例２と同様の方法でサンプル作製した。評価結果を表１に示す。

（実施例４）
原料としてポリエーテルエーテルケトンの（Ａ）−１の代わりにポリエーテルイミドの（Ｂ）−１を使用して、キャストロールの表面粗さ（Ｒａ）を０．３２μｍに変えた以外は実施例１と同様の方法で厚み１７５μｍのサンプル作製した。評価結果を表１に示す。

（実施例５）
原料としてポリエーテルエーテルケトンの（Ａ）−１の代わりにポリエーテルイミドの（Ｂ）−２を使用した以外は実施例１と同様の方法でサンプル作製した。評価結果を表１に示す。

（実施例６）
キャストロールの表面粗さ（Ｒａ）を０．３２μｍに変えた以外は実施例５と同様の方法でサンプル作製した。評価結果を表１に示す。

（比較例１）
キャストロールの表面粗さを０．０７μｍに変えた以外は実施例３と同様の方法でサンプル作製した。評価結果を表１に示す。

２．フィルムの評価
上記実施例及び比較例で製造した各フィルムは、以下のようにして各種項目についての評価測定を行った。ここで、フィルムの「縦」とは、Ｔダイからフィルム状の成形品が押し出されてくる方向を指し、また、フィルム面内でこれに直交する方向を「横」とする。

（１）表面粗さ
各フィルムについて、接触式表面粗さ計Ｓｕｒｆ Ｃｏｄｅｒ ＥＴ４０００Ａを用いて、触針先端半径０．５ｍｍ、測定長さ８．０ｍｍ、基準長さ８．０ｍｍ、カットオフ値０．８ｍｍ、ならびに測定速度：０．２ｍｍ/秒の条件で縦方向に測定を行い、算術平均粗さ（Ｒａ）を計算した。

（２）ＳＵＳ板との動摩擦係数
各フィルムについて、ＪＩＳ Ｋ７１２５：１９９９に準拠して、プラスチックフィルムすべり試験機（インテスコ）を用いて縦方向に測定を実施し、ＳＵＳ板（ステンレス板）との動摩擦係数を評価した。

実施例１〜６で得られたフィルムは、表面粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以上であり、動摩擦係数がいずれも０．２５以下となり滑り性が優れていた。この効果は表面粗さの大きい層を配した本発明のフィルムによるものである。また、最外層の樹脂の種類や厚みに関わらず、表面粗さが大きい程滑り性が改善されていると言える。
一方、比較例１は、表面粗さが０．１５μｍ未満であり、動摩擦係数が大きくなるため、滑り性も劣っていた。

Claims (8)

1. 算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以上１．５０μｍ以下の面を少なくとも片面に備えたモーター用絶縁フィルム。
2. ポリエーテルエーテルケトンまたはポリエーテルイミドを含む請求項１に記載のモーター用絶縁フィルム。
3. ＳＵＳ板との動摩擦係数が０．２５０以下の面を少なくとも片面に備えた請求項１または２に記載のモーター用絶縁フィルム。
4. 厚みが５０μｍ以上５００μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のモーター用絶縁フィルム。
5. 押出成形により製造される請求項１〜４のいずれか１項に記載のモーター用絶縁フィルムの製造方法。
6. 算術表面粗さ（Ｒａ）が０．１５μｍ以上１．５μｍ以下のキャストロールを用いて製造させる請求項５に記載のモーター用絶縁フィルムの製造方法。
7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモーター用絶縁フィルムを用いたウェッジ紙。
8. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のモーター用絶縁フィルムを用いたスロット紙。