JP2021161164A - 回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物、当該組成物を使用した回転電機ロータコア、及び当該回転電機ロータコアの製造方法 - Google Patents

回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物、当該組成物を使用した回転電機ロータコア、及び当該回転電機ロータコアの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】常温付近での取扱性、流動特性に優れる回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物を提供する。【解決手段】積層鋼板で形成される回転電機のロータコア4に設けられる磁石収容部10に挿入される磁石と前記積層鋼板とを固定する結晶性ラジカル重合性組成物であって、前記結晶性ラジカル重合性組成物は結晶性ラジカル重合性化合物Aと無機充填材Bとシランカップリング剤Cとラジカル重合開始剤Dとを少なくとも含み、前記結晶性ラジカル重合性化合物Aは23℃で固体でありかつ加熱により流動性を付与できる特性をもつものであり、前記無機充填材Bは前記結晶性ラジカル重合性組成物全量に対して50〜90質量%含有されており、高化式フローテスタにより測定される前記結晶性ラジカル重合性組成物の溶融粘度が90℃、せん断速度1/sにおいて500Pa・s以上である、回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物。【選択図】図1

Description

本発明は、回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物、当該組成物を使用した回転電機ロータコア、及び当該回転電機ロータコアの製造方法に関する。
地球環境への負担を軽減するために、エネルギー効率が良好な電動化車両の開発が盛んに行われている。電動化車両はガソリンを使用しない電気のみを動力とするEV、電気のみで走行するが、電力がなくなるとガソリン走行に切り替わるHVE、発進用の補助モータをつけたガソリン車のマイルドHVE、及び水素と酸素の化学反応で発電した電力で走行するFCV等が開発されている。電動化に重要な部品は機械エネルギーを発生させるモータ、電気エネルギーの元となる電池、それらを制御する半導体がある。電動化車両は航続距離の延伸がもとめられているため、各部品において活発に研究されている。モータは主にロータ、ベアリング、ステータ、ブラケット、リード線から構成される。モータを構成する材料は電気を流す電線、磁束の通路である鉄心、電流が所定の場所以外に流れないように遮断する絶縁材(体)、磁界の発生源となる永久磁石である。モータはステータに電気を流して発生する磁界と、ロータに固定された永久磁石の磁界による吸引・反発により機械エネルギーを発生させる。永久磁石はロータに固定されて使用され、固定する方法が種々提案されている。最近では充填性や信頼性が良好な熱硬化性樹脂であるロータコア磁石固定用エポキシ樹脂成形材料が増えている。
ロータコア磁石固定用エポキシ樹脂成形材料はタブレット状であり、高い生産性を有するトランスファー成形法で使用され、密着性や線膨張率等の物理的特性に優れていることから高い信頼性を確立しているが、冷凍保管、後硬化工程が必要であることから、使用方法の簡素化が求められている。
特開2016−197995号公報
上記特許文献1において、孔部と磁石の隙間への充填性に優れた固定用樹脂組成物からなるロータが提案されている。固定用樹脂組成物の充填特性は無機充填材の最大粒径と孔部と磁石の離間部の比の範囲を規定することで、充填性、放熱性が向上することが記載されているが、実施例に於いては、充填特性、放熱性共に定性的な効果しか示されておらず、測定および評価の定量的な判断の点では不明確である。
一般的にトランスファー成形に使用するエポキシ樹脂組成物は常温でエポキシ樹脂と硬化剤の反応が進行するため、冷凍保管する必要があり、使用時に冷凍保管した樹脂組成物を常温に戻す工程が必要となる。また成形時間中に完全硬化しないため、十分な成形品特性を得る必要上成形後に数時間の後硬化を行う等、生産効率面での課題がある。
そこで、本発明の目的は、常温付近での取扱性、流動特性に優れる回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物を提供することにある。
本発明者は、結晶性ラジカル重合性化合物Aと無機充填材Bを少なくとも含む組成物について種々の観点から多角的に検討を重ねた結果、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物を見出すに至った。
すなわち、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物は、
積層鋼板で形成される回転電機のロータコアに設けられる磁石収容部に挿入される磁石と前記積層鋼板とを固定する結晶性ラジカル重合性組成物であって、
前記結晶性ラジカル重合性組成物は結晶性ラジカル重合性化合物Aと無機充填材Bとシランカップリング剤Cとラジカル重合開始剤Dとを少なくとも含み、
前記結晶性ラジカル重合性化合物Aは23℃で固体でありかつ加熱により流動性を付与できる特性をもつものであり、
前記無機充填材Bは前記結晶性ラジカル重合性組成物全量に対して50〜90質量%含有されており、
高化式フローテスタにより測定される前記結晶性ラジカル重合性組成物の溶融粘度が90℃、せん断速度1/sにおいて500Pa・s以上である、
ことを特徴とする。
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、結晶性ラジカル重合性組成物は、高化式フローテスタにより測定される溶融粘度が90℃、せん断速度250/sにおいて100Pa・s以下であることを特徴とする。
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、高化式フローテスタにより測定される結晶性ラジカル重合性組成物の溶融粘度の商(A)/(B)が10〜100の範囲であることを特徴とする。
(A)せん断速度1/sにおける溶融粘度
(B)せん断速度250/sにおける溶融粘度
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、前記無機充填材Bは、非晶質球状シリカを少なくとも含むことを特徴とする。
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、前記非晶質球状シリカの含有量が、前記無機充填材Bに対して、50〜100質量%であることを特徴とする。
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、前記結晶性ラジカル重合性組成物は、滑剤Eを含むことを特徴とする。
また、本発明の回転電機ロータコアは、本発明の回転電機ロータコア磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物を用いて磁石を固定した回転電機ロータコアを特徴とする。
また、本発明の回転電機ロータコアの製造方法は、本発明の前記回転電機ロータコア磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物を用いて、注入は射出成形法、トランスファー成形法、又は注型法によるインサート成形法により、積層鋼板で形成されている回転電機のロータコアに設けられた磁石収容部に加熱により流動性を付与した結晶性ラジカル重合性組成物を注入する工程を有することを特徴とする。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物は、常温付近での取扱性に優れ、かつ、注入工程から硬化工程における流動特性に優れる、との効果を発揮し、また硬化物の強度にも優れ充填性も良好であることから、高性能な回転電機ロータコアの製造に寄与することができる。
なお、固定とは一つの場所から動かないようにすること、また、動かないことである。固定は接着や封止等を含み、固定用途は接着用途や封止用途等を含む。本電気電子部品固定用結晶性ラジカル重合性組成物を使用した固定は、固定される装置及び/または部品の一部及び/または全部を固定することができる。
本発明の組成物を適用可能な一例におけるロータ(回転電機)の構成を示す平面図である。 本発明の組成物を適用する場合の一例における積層コアを押圧する治具、および、前記治具に配置された完成後のロータコアを示す断面図である。 本発明の組成物を適用する場合の一例におけるロータコアの製造システムの構成を示す概略図である。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物は、
積層鋼板で形成される回転電機のロータコアに設けられる磁石収容部に挿入される磁石と前記積層鋼板とを固定する結晶性ラジカル重合性組成物であって、
前記結晶性ラジカル重合性組成物は結晶性ラジカル重合性化合物Aと無機充填材Bとシランカップリング剤Cとラジカル重合開始剤Dとを少なくとも含み、
前記結晶性ラジカル重合性化合物Aは23℃で固体でありかつ加熱により流動性を付与できる特性をもつものであり、
前記無機充填材Bは前記結晶性ラジカル重合性組成物全量に対して50〜90質量%含有されており、
高化式フローテスタにより測定される前記結晶性ラジカル重合性組成物の溶融粘度が90℃、せん断速度1/sにおいて500Pa・s以上である、
ことを特徴とする。これは、結晶性ラジカル重合性組成物の使用により、後述する実施例に示されているように、流動特性、取扱性に優れる重合性組成物を実現可能なためである。
本発明において、結晶性ラジカル重合性化合物としては、結晶性不飽和ポリエステル、結晶性エポキシ(メタ)アクリレート、結晶性ウレタン(メタ)アクリレート、結晶性ポリエステル(メタ)アクリレート、結晶性ポリエーテル(メタ)アクリレート等から選ばれる1種以上を含むことができる。これらの結晶性ラジカル重合性化合物を使用することにより、本発明の結晶性ラジカル重合性組成物の常温付近での取扱性が良好となる。また、本発明の結晶性ラジカル重合性組成物の硬化物の機械特性も良好となる。これらの化合物は、結晶性化合物であることが好ましい。また、これらの化合物は、加熱により流動性を付与できる特性を有する化合物であることが必要である。
本明細書において、結晶性化合物とは融点を有する化合物であり、ガラス転移点と融点を有する化合物であってもよい。これらの温度はDSC( 示差走査熱量計 )、TGDTA( 示差熱熱重量同時測定装置 )等の熱分析装置により確認できる。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、前記結晶性ラジカル重合性化合物Aの融点は30℃以上あることが好ましく、40℃以上であることがより好ましく、50℃以上であることがさらに好ましく、また、150℃以下であることが好ましく、140℃以下であることがより好ましく、130℃以下であることが更に好ましい。融点が30℃未満の結晶性ラジカル重合性化合物、または融点が150℃より高い結晶性ラジカル重合性化合物を使用した場合に比較して、30〜150℃の範囲で融点を示す結晶性ラジカル重合性化合物を使用すると、より良好な取扱性を実現可能であるためである。結晶性ラジカル重合性化合物Aの融点が上記範囲よりも低い場合は、常温で液体になりやすいため、結晶性ラジカル重合性組成物が固体を維持しにくくなる虞がある。結晶性ラジカル重合性化合物Aの融点が上記範囲よりも高い場合は、後述する硬化温度と可塑化温度が近接するため、注入時の溶融保管時に増粘する虞がある。結晶性ラジカル重合性化合物を含む結晶性ラジカル重合性組成物は結晶性ラジカル重合性化合物の融点以上の温度で粘度が急激に低下するため、低溶融粘度の組成物を得ることができる。一方、結晶性ラジカル重合性化合物を含まない非晶性ラジカル重合性組成物には融点が存在しないため、組成物の温度上昇に従って緩やかに粘度が低下する。非晶性ラジカル重合性組成物を所望の粘度まで低下させるためには必要以上の温度まで昇温する虞があるため、上述の通り硬化温度と可塑化温度が近接して、製造安定性が低下する虞がある。
融点が30℃未満の結晶性ラジカル重合性化合物のみを使用した場合は、23℃で固体の結晶性ラジカル重合性組成物になりにくい傾向がある。但し、融点が30℃未満の結晶性ラジカル重合性化合物を本発明の結晶性ラジカル重合性化合物の一部として配合することは、本発明の目的を損なわない範囲において、排除しない。また、融点が150℃より高い結晶性ラジカル重合性化合物のみを使用した場合は、射出成形法において、シリンダー内で結晶性ラジカル重合性組成物を可塑化する際に、可塑化温度と硬化温度が近接しているため、シリンダー内で硬化反応が一部進行し安定性に乏しくなる傾向がある。但し、融点が150℃を超える結晶性ラジカル重合性化合物を本発明の結晶性ラジカル重合性化合物の一部として配合することは、本発明の目的を損なわない範囲において、排除しない。
本発明において、前記結晶性ラジカル重合性組成物は、取扱性という観点から、23℃で固体であることが好ましく、35℃でも固体であることがより好ましい。上記範囲としたのは、結晶性ラジカル重合性組成物の製造・成形・輸送環境下において組成物の形状が変化しないため、汎用の製造設備・条件で連続生産が可能であり、また、輸送や保管も容易となるためである。なお、本発明において、固体とは外力によって容易に形及び体積が変化しないものを指し、本明細書の実施例の項に記載の硬さの測定値が5以上であるものであることが好ましい。
本発明において、前記無機充填材Bとしては、平均粒子径が100μm以下、好ましくは0.01〜50μmのものを使用することができる。上記平均粒子径を有する無機充填材を使用することにより、注入時の流動性および硬化物の強度に優れた回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物とすることができる。また、前記無機充填材Bの含有量は、前記結晶性ラジカル重合性組成物全量に対して、50質量%以上であることが好ましく、55質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上であることが更に好ましく、また、90質量%以下であることが好ましい。上記範囲としたのは、無機充填材Bの量が上記範囲より少ない場合には、回転電機ロータコアの磁石収容部に充填した本発明の結晶性ラジカル重合性組成物が、注入工程、注入工程から硬化工程への移行期間、および/または、硬化工程において、磁石収容部の外部に流出し磁石の固定不良等の製品品質への悪影響を生じるおそれがあり、一方、前記範囲よりも多い場合には本発明の結晶性ラジカル重合性組成物を前記磁石収容部に注入する際の溶融粘度が高くなるため回転電機ロータコアに負荷がかかり、回転電機ロータコアに変形・損傷をきたす虞があるためである。
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、硬化物の機械強度、注入時の流動性という観点から、前記無機充填材Bは、非晶質球状シリカを含むことが好ましい。前記非晶質球状シリカは、前記無機充填材B全量に対して、50質量%以上であることが好ましく、55質量%以上であることがより好ましく、60質量%以上であることが更に好ましい。
高化式フローテスタにより測定される本発明の結晶性ラジカル重合性組成物の溶融粘度が、90℃、せん断速度1/sにおいて、好ましくは、500Pa・s以上、より好ましくは、700Pa・s以上である。上記範囲よりも低い場合、本発明の結晶性ラジカル重合性組成物が、充填工程、および/または、注入工程から硬化工程への移行工程、および/または、硬化工程において、ロータコアを構成する積層された電磁鋼板同士の間隙に浸透することなく、また硬化工程への移送過程においても組成物に保持性があるため液だれせず、良好な製品品質を有することができる。
前記結晶性及び非晶性ラジカル重合性化合物全量に対する結晶性ラジカル重合性化合物Aの割合は、30質量%以上であることが好ましく、35質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることが更に好ましい。上記範囲としたのは、結晶性ラジカル重合性化合物Aの割合が上記範囲よりも少ない場合には、本発明の結晶性ラジカル重合性組成物が常温付近においてペースト状や粘土状となって取扱性に劣る虞がある。
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、結晶性ラジカル重合性組成物の品質管理という観点から、前記結晶性ラジカル重合性化合物Aの重量平均分子量は、100,000以下であることが好ましく、50,000以下であることがより好ましく、30,000以下であることが更に好ましい。上記範囲としたのは、上記範囲よりも大きい場合は結晶性ラジカル重合性組成物の分子量が高精度に制御できないため、化合物特性、組成物特性が変動する虞がある。
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、結晶性ラジカル重合性組成物は、本発明の結晶性ラジカル重合性組成物の注入工程を容易とする観点から、高化式フローテスタにより測定される結晶性ラジカル重合性組成物の溶融粘度が90℃、せん断速度250/sにおいて、好ましくは100Pa・s以下、より好ましくは75Pa・s以下である。上記範囲としたのは、結晶性ラジカル重合性組成物の注入圧力が高くなるとロータコアが変形する虞がある。
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、流動性のバランスという観点から、高化式フローテスタにより測定される結晶性ラジカル重合性組成物の溶融粘度の商(A)/(B)が10〜100の範囲であることを特徴とする。上記範囲にすることでロータコア生産時に冷却工程を設ける必要がなく連続生産可能であり、ロータコア磁石収容部注入時の流動性を確保できる。
(A)せん断速度1/sにおける溶融粘度
(B)せん断速度250/sにおける溶融粘度
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の好ましい実施態様において、磁石と磁石収容部への結晶性ラジカル重合性組成物の信頼性という観点から、前記結晶性ラジカル重合性組成物は滑剤Eを含むことを特徴とする。前記滑剤Eは、前記結晶性ラジカル重合性組成物全量に対して、好ましくは0.1〜5質量%、より好ましくは0.3〜3質量%とすることができる。上記範囲とすることで結晶性ラジカル重合性組成物に滑性が付与され、結晶性ラジカル重合性組成物が磁石と回転電機ロータコア磁石収容部の隙間に充填しやすくなるため磁石固定力が向上して信頼性を増すことができる。
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物からなる粒状物の形状は特に限定されないが、粒状、粉末状、タブレット状、または、それらの1種以上からなる混合物であることが好ましい。
また、本発明の回転電機ロータコアは、本発明の回転電機ロータコア磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物を用いて磁石を固定したことを特徴とする。固定の方法は、常法により特に限定されず、本発明の回転電機ロータコア磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物を用いる限り、特に限定されない。
本発明の回転電機ロータコアの製造方法は、積層鋼板で形成されている回転電機ロータコアに設けられた磁石収容部に加熱により流動性を付与した本発明の結晶性ラジカル重合性組成物を注入する工程を経て製造される。前記注入は射出成形法、トランスファー成形法、又は注型法によるインサート成形法によることが好ましい。なお、上述したように、ロータコアの磁石を樹脂固定する工法としては、常法により特に限定されない。一般的に、種々の公知のコアの押圧手段および樹脂の注入手段を適用することが可能である。例えば、コアの押圧手段としては、樹脂注入装置の金型で押圧、治具による押圧を挙げることができる。また、樹脂の注入手段としては、トランスファー成形機、射出成形機等を挙げることができる。また、常法により、コアの押圧方法と各種樹脂注入装置とを組み合わせて製造してもよい。後述する実施例においては、治具押圧手段と、射出成形機とを組み合わせて用いているが、これに限定されない。例えば、組み合わせとして、金型押圧手段と、トランスファー成形機との組み合わせ、治具押圧手段と、トランスファー成形機との組み合わせ、又は、金型押圧手段と、射出成形機との組み合わせなど、常法により、本発明の組成物を用いて、ロータコアの磁石を固定することが可能である。
<結晶性不飽和ポリエステルの製造方法>
本発明に使用される不飽和ポリエステルとしては、例えば、不飽和多塩基酸、飽和多塩基酸とグリコール類との公知の脱水縮合反応を行うことにより得ることができる。通常、2〜40mg―KOH/gの酸価を有することができる。不飽和ポリエステルの製造において、不飽和多塩基酸、飽和多塩基酸の酸成分の選択や組合せ、及びグリコール類の選択や組合せ、それらの配合割合等を適宜選択することにより結晶性を有する23℃で固体でありかつ加熱により流動性を付与できる特性をもつ不飽和ポリエステルとすることができる。
不飽和多塩基酸類としては、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸、テトラヒドロフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、グルタコン酸等を挙げることができる。
飽和多塩基酸類としては、フタル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、ヘット酸、テトラブロム無水フタル酸等を挙げることができる。
グリコール類は、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,3−ブタンジオール、水素化ビスフェノールA、ビスフェノールAプロピレンオキシド化合物、シクロヘキサンジメタノール、ジブロムネオペンチルグリコール等を挙げることができる。
本発明においては、結晶性不飽和ポリエステルの中でも、不飽和多塩基酸としてフマル酸、飽和多塩基酸としてイソフタル酸やテレフタル酸を使用することが好ましく、グリコールとして主成分にエチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、シクロヘキサンジメタノールを使用した不飽和ポリエステルが好適である。
<結晶性エポキシ(メタ)アクリレートの製造方法 >
本発明に使用されるエポキシ(メタ)アクリレートとしては、それ自体公知の方法で製造することが出来る。公知の重合禁止剤、公知のエステル化触媒の存在下又は非存在下、不活性ガス気流中又は空気雰囲気下にてエポキシ樹脂と不飽和一塩基酸とを反応させることにより得ることができる。エポキシ樹脂および不飽和一塩基酸を適宜選択することにより、23℃で固体でありかつ加熱により流動性を付与できる特性をもつ結晶性を有するエポキシ(メタ)エポキシアクリレートとすることが出来る。必要に応じて反応系の溶融粘度を下げる目的で他のラジカル重合性化合物や有機溶剤を入れて反応させることが出来る。
本発明におけるエポキシ(メタ)アクリレートとしては、例えば、1分子中に2個以上のグリシジルエーテル基を有するエポキシ樹脂にアクリル酸またはメタクリル酸を付加反応させて得られる分子末端にアクリレートまたはメタクリレートの二重結合を有するエポキシ(メタ)アクリレートとすることができる。エポキシ(メタ)アクリレートをラジカル重合性化合物に溶解したエポキシ(メタ)アクリレート樹脂でもよい。上記1分子中に2個以上のグリシジルエーテル基を有するエポキシ樹脂は、例えば、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等、あるいはこれらの誘導体からのビスフェノール型エポキシ樹脂、ビキシレノール及びその誘導体からのビキシレノール型エポキシ樹脂、ビフェノール及びその誘導体からのビフェノール型エポキシ樹脂、あるいはナフタレン及びその誘導体からのナフタレン型エポキシ樹脂、さらにはノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂が挙げられ、これらは単独で、または2種以上を混合して使用することができる。エポキシ樹脂の分子量の目安になるエポキシ当量は174〜2,000eq/gのものが好ましい。
<結晶性ウレタン(メタ)アクリレートの製造方法>
本発明におけるウレタン(メタ)アクリレートは、例えば、一分子中に2個以上の水酸基を有するポリアルコール及び/またはポリエステルポリオール及び/またはポリエーテルポリオールとジイソシアネートとを反応させた分子末端のイソシアネート、及び/または 一分子中に1個以上のイソシアネートにアルコール性水酸基と1個以上のアクリレート基またはメタクリレート基を有する化合物を反応させるか、または先ずアルコール性水酸基と1個以上のアクリレート基またはメタクリレート基を有する化合物とジイソシアネートとをイソシアネート基が残るように反応させ、残ったイソシアネート基と一分子中に2個以上の水酸基を有するポリアルコール及び/またはポリエステルポリオール及び/またはポリエーテルポリオールとを反応させて得られる分子末端にアクリレートまたはメタクリレートの二重結合を有するウレタンアクリレートとすることができる。ウレタン(メタ)アクリレートの製造において、イソシアネートと、ポリアルコール及び/またはポリエステルポリオール及び/またはポリエーテルポリオールの組み合わせ、及びアルコール性水酸基と1個以上のアクリレート基またはメタクリレート基を有する化合物を適宜選択する事により結晶性を有するウレタン(メタ)エポキシアクリレートとすることが出来る。ウレタンアクリレート、またはウレタンメタクリレートを、スチレン、ジエチレングリコールジメタクリレートなどのラジカル重合性化合物に溶解したウレタン(メタ)アクリレート樹脂でもよい。これらは単独で、または2種以上の混合物で使用することができる。これらの化合物は、その構成成分を適宜調整することにより、23℃で固体でありかつ加熱により流動性を付与できる特性を持たせることができる。
上記アルコール性水酸基と1個以上のアクリレート基またはメタクリレート基を有する化合物には、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、フェノキシヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等を用いることができる。
また、上記一分子中に2個以上の水酸基を有するポリアルコールには、例えば、ネオペンチルグリコール、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、 1,5−ペンタンジオール、 1,6−ヘキサンジオール、 1,7−へプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、水添ビスフェノールA、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物等を、上記一分子中に2個以上の水酸基を有するポリエステルポリオールには、ネオペンチルグリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、水添ビスフェノールA、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物等のポリアルコールと、アジピン酸、(無水)フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸等の多塩基酸との脱水縮合反応から得られる分子量1,000〜2,000の飽和ポリエステルポリオールを、上記一分子中に2個以上の水酸基を有するポリエーテルポリオールには、エチレンオキシド或いはプロピレンオキシドの開環反応により得られる分子量300〜2,000のポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール類又は、カプロラクトンの開環反応で得られるポリカプロラクトン等を、単独或いは2種類以上を併用して使用することができる。
上記一分子中に2個以上のイソシアネート基を有する化合物としては、芳香族及び/又は脂肪族ポリイソシアネート化合物が用いられ、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、水添ジフェニルメタンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、2官能イソシアネート化合物が3量化されたイソシアヌレート環を有する3官能イソシアネート、市販されているポリオールで変性されたイソシアネートプレポリマー等を挙げることができる。これらを単独或いは2種類以上を混合して用いることができる。
<結晶性ポリエステル(メタ)アクリレートの製造方法>
本発明におけるポリエステル(メタ)アクリレートは、一例として、例えば、ポリエステルポリオールとアクリル酸あるいはメタクリル酸とのエステル化、あるいは酸末端ポリエステルとグリシジル基を有するアクリレートまたはメタクリレートとの反応により得られる分子末端にアクリレートまたはメタクリレートの二重結合を有するポリエステルアクリレート、またはポリエステルメタクリレートとすることができる。ポリエステル(メタ)アクリレート の製造において、ポリエステルポリオールと アクリル酸あるいはメタクリル酸、あるいは 酸末端ポリエステルとグリシジル基を有するアクリレートまたはメタクリレートを適宜選択する事により結晶性を有するポリエステル(メタ)アクリレート とすることが出来る。ポリエステルアクリレート、またはポリエステルメタクリレートを例えばスチレン、ジエチレングリコールジメタクリレートなどのラジカル重合性化合物に溶解したポリエステルアクリレート樹脂、またはポリエステルメタクリレート樹脂でもよい。これらは単独で、または2種以上の混合物で使用することができる。これらの化合物は、その構成成分を適宜調整することにより、23℃で固体でありかつ加熱により流動性を付与できる特性を持たせることができる。
<結晶性ポリエーテル(メタ)アクリレートの製造方法>
本発明におけるポリエーテル(メタ)アクリレートは、一例として、例えば、ポリエーテルポリオールとアクリル酸あるいはメタクリル酸とのエステル化、あるいは酸末端ポリエーテルとグリシジル基を有するアクリレートまたはメタクリレートとの反応により得られる分子末端にアクリレートまたはメタクリレートの二重結合を有するポリエーテルアクリレート、またはポリエーテルメタクリレートとすることができる。ポリエーテル(メタ)アクリレートの製造において、ポリエーテルポリオールとアクリル酸あるいはメタクリル酸、あるいは酸末端ポリエステルとグリシジル基を有するアクリレートまたはメタクリレートを適宜選択する事により結晶性を有するポリエステル(メタ)アクリレートとすることが出来る。ポリエーテルアクリレート、またはポリエーテルメタクリレートを例えばスチレン、ジエチレングリコールジメタクリレートなどのラジカル化合物に溶解したポリエーテルアクリレート樹脂、またはポリエーテルメタクリレート樹脂でもよい。これらは単独で、または2種以上の混合物で使用することができる。これらの化合物は、その構成成分を適宜調整することにより、23℃で固体でありかつ加熱により流動性を付与できる特性を持たせることができる。
本発明の結晶性ラジカル重合性化合物Aの好ましい態様の例として、エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート(融点約50℃)、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート(融点35〜53℃)、メトキシポリエチレングリコール(メタ)アクリレート(融点33〜40℃)、ベヘニルアクリレート(融点46℃)、テトラメチルピペリニジルメタクリレート(融点56〜60℃)、トリメタリルイソシアヌレート(融点83〜87℃)、ダイアセトンアクリルアミド(融点約56℃)、イタコン酸ジメチルエステル(融点36℃)、ステアリン酸ビニル(融点36℃)、N−ビニルカルバゾール(融点67℃)、N−メチロールアクリルアミド(融点71〜75℃)、アクリルアミド(融点84℃)、トリレンジアリルカルバメート(融点85〜110℃)、マレイミド(融点93℃)、アセナフチレン(融点95℃)等から選ばれる1種以上を含むことができる。これらの結晶性ラジカル重合性化合物を使用すると取扱性が良好となる。
本発明の目的を損なわない範囲において、本発明における結晶性ラジカル重合性組成物の一部として、常温にて液体のラジカル重合性化合物を配合することができる。例えば、ビニル基を有するスチレンモノマー、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、α−クロルスチレンなどのビニル芳香族化合物;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、乳酸ビニル、酪酸ビニル、ベオバモノマー(シェル化学社製)などのビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチルなどの(メタ)アクリル酸エステルなどが挙げられる。
また、トリアリルシアヌレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、ジアリルテトラブロムフタレート、フェノキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、アリル基を有するジアリルフタレート、トリアリルイソシアヌレートなどの2官能以上のラジカル重合性基を有するラジカル重合性化合物を用いることができる。これらのラジカル重合性化合物は単独で用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。
さらに、本発明におけるラジカル重合性化合物は、例えば、ジアリルフタレートプレポリマー、タイクプレポリマー、エポキシプレポリマー、ウレタンプレポリマー、アクリレートプレポリマーを用いることが出来る。これらのラジカル重合性化合物は単独で用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物において、無機充填材Bを配合することができる。該無機充填材Bとしては、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、アルミナ、シリカ、酸化亜鉛、マイカ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素が挙げられるが、これらのうち、本発明の結晶性ラジカル重合性組成物の成形物強さの観点から、シリカが好ましく、非晶質球状シリカであることがより好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物において、各種添加剤、シランカップリング剤Cを配合することができる。シランカップリング剤Cは、無機充填材Bや後述する強化材と他の成分との密着性を向上させる効果を有する。シランカップリング剤としては、例えば、エポキシシラン系、アミノシラン系、カチオニックシラン系、ビニルシラン系、アクリルシラン系、メルカプトシラン系、及びこれらの複合系等を用いることができる。これらのうち、本発明の結晶性ラジカル重合性組成物の硬化物の強度向上の観点から、アクリルシラン系カップリング剤が好ましい。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物において、各種添加剤、例えば、無機充填材や後述する強化材と他の成分との密着性を向上させる効果を有する(メタ)アクリレート化合物やシランカップリング剤以外のカップリング剤を配合することが出来る。
極性基を有する(メタ)アクリレート化合物としては、特に限定されないが、例えば、炭素、水素以外の原子を含む置換基がエステル結合する(メタ)アクリレート化合物が挙げられ、置換基としては、水酸基、エポキシ基、グリシジルエーテル基、テトラヒドロフルフリル基、イソシアネート基、カルボキシル基、アルコキシシリル基、リン酸エステル基、ラクトン基、オキセタン基、テトラヒドロピラニル基、アミノ基等を挙げることができる。カップリング剤としては、特に限定されないが、例えば、シラン系カップリング剤やチタネート系カップリング剤等を用いることができる。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物において、樹脂製基板や金属との密着性を向上させる各種密着付与剤を配合することが出来る。
樹脂製基板や金属との密着性を向上させる密着付与剤としては、特に限定されないが、例えば、ロジン系樹脂、テルペン系樹脂、アルキルフェノール樹脂、キシレン樹脂、ベンゾトリアゾール系樹脂、トリアジン系樹脂、リン酸エステル系化合物、アルコール系化合物、カップリング剤が挙げられる。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物においては、ラジカル重合開始剤Dとして、通常不飽和ポリエステル樹脂組成物、ラジカル重合性組成物に用いられる加熱分解型の有機過酸化物用いることができる。
有機過酸化物としては、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート、1,1−ジ(t−ヘキシルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、t−ブチルパーオキシオクトエート、ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ジクミルパーオキサイド等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。
これらの中でも、成形条件、貯蔵安定性という観点から、10時間半減期温度が100℃以上の有機過酸化物を用いることが好ましく、具体的にはジクミルパーオキサイドを好適に用いることができる。10時間半減期温度が低い過酸化物を用いた場合は射出成形法において、シリンダー内で結晶性ラジカル重合性組成物を可塑化する際に、可塑化温度と硬化温度が近接しているため、シリンダー内で硬化反応が一部進行し注入安定性に乏しくなる虞がある。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物においては、重合禁止剤を配合することができる。重合禁止剤としてはハイドロキノン、モノメチルエーテルハイドロキノン、トルハイドロキノン、ジ−t−4−メチルフェノール、モノメチルエーテルハイドロキノン、フェノチアジン、t−ブチルカテコール、パラベンゾキノン、ピロガロール等のキノン類、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール、2,2−メチレン−ビス−(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、1,1,3−トリス−(2−メチル−4−ヒドロキシ−5−t−ブチルフェニル)ブタン等のフェノール系化合物、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン1−オキシル、4−オキソ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−カルボキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル等のピペリジン−1−オキシル類を挙げることができる。これらを使用することにより成形時の充填途中における増粘を抑制し、低溶融粘度な結晶性ラジカル重合性組成物にすることが出来る。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物においては、強化材を配合することができる。強化材を用いることにより、更に優れた強度特性、寸法安定性を有する硬化物とすることができる場合がある。
本発明に用いられる強化材としては通常、BMC(バルク・モールディング・コンパウンド)、SMC(シート・モールディング・コンパウンド)等の繊維強化プラスチックスに使用されているガラス繊維を用いることができるが、ガラス繊維に限定されずそれ以外のものも用いることができる。
ガラス繊維としては、珪酸ガラス、ホウ珪酸ガラスを原料とするEガラス(電気用無アルカリガラス)、Cガラス(化学用含アルカリガラス)、Aガラス(耐酸用ガラス)、Sガラス(高強度ガラス)等のガラス繊維を挙げることができ、これらを長繊維(ロービング)、短繊維(チョップドストランド)、ミルドファイバーとしたものを用いることができる。さらに、これらのガラス繊維は表面処理を施したものを用いることもできる。
また、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物においては、組成物の流動性や、固定材としたときの特性を阻害しない範囲において、他の無機充填材を適宜配合することができる。
これらのものとしては、酸化物及びその水和物、無機発泡粒子、シリカバルーン等の中空粒子等を挙げることができる。
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物においては、滑剤Eを用いることができる。滑剤としては、一般に熱硬化性樹脂に離型剤として用いられる脂肪酸系、脂肪酸金属塩系、鉱物系等のワックス類であり、特に、耐熱変色性に優れた脂肪酸系、脂肪酸金属塩系、及びワックス類を好適に用いることができる。
これらの滑剤としては、具体的にはステアリン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム、パラフィンワックス等を挙げることができる。これらの滑剤は単独で用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。
本発明においては、これらの配合成分以外に、本発明の結晶性ラジカル重合性組成物の硬化条件を調整するための硬化触媒、重合禁止剤、着色剤、増粘剤、湿潤分散剤、表面調整剤、減粘剤、流動改質剤、その他有機系添加剤、無機系添加剤等を必要に応じて適宜配合することができる。
<結晶性ラジカル重合性組成物の製造方法>
本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物は、各成分を配合して、ミキサー、ブレンダー等を用いて十分均一に混合した後、加熱加圧可能な混練機、押し出し機等にて調製し、造粒して製造することができる。
以下、実施例により本発明の一実施態様についてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
<回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物の製造例>
実施例1〜4、及び比較例1
表2に示す実施例1〜4の結晶性ラジカル重合性組成物、及び表3に示す比較例1の非晶性ラジカル重合性組成物は、下記表2、及び3に記載の配合量にて配合し、加圧加熱・冷却可能な混練機を用いて均一に調製した後、調製物を押し出し機に投入してホットカットして粒状物とした。一部の粒状物、塊状のラジカル重合性組成物は粉砕機を用いて粉末とした。
配合成分としては以下のものを用いた。
(1)ラジカル重合性化合物
1.結晶性ラジカル重合性化合物1:ウレタンメタクリレート(1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートの2−ヒドロキシエチルメタクリレート付加物)
2.結晶性ラジカル重合性化合物2:エトキシ化イソシアヌル酸トリアクリレート(新中村化学(株)製 A−9300)
3.非晶性ラジカル重合性化合物3:ビスフェノールA型エポキシアクリレート(ビスフェノールA型エポキシのアクリル酸付加物 エポキシ当量450g/eq.)
(2)無機充填材
1.無機充填材1:溶融シリカ(デンカ(株)製 平均粒子径24μm)
2.無機充填材2:酸化マグネシウム(宇部マテリアル(株)製 平均粒子径70μm)
(3)添加剤
1.シランカップリング剤:メタクリル系シラン(信越化学工業(株)製 KBM−503)
2.ラジカル重合開始剤:ジクミルパーオキサイド(日油(株)製 パークミルD)
3.滑剤:ステアリン酸亜鉛(日油(株)製 GF−200)
4.重合禁止剤:パラベンゾキノン(精工化学(株)製 PBQ)
5.着色剤:カーボンブラック(三菱化学(株)製 CB40)
<ラジカル重合性化合物の特性>
ラジカル重合性化合物の特性を表1に示した。
Figure 2021161164
Figure 2021161164
Figure 2021161164
<化合物特性、組成物特性、物性評価方法>
(1)融点
表1に示すラジカル重合性化合物を示差走査熱量分析計「DSC6220」(セイコーインスツル(株)製)にて、測定試料10mgをアルミパンに入れ、蓋を押さえて密封し、−60℃から200℃まで、10℃/minの昇温速度で測定した。得られた曲線の吸熱ピークを融点とした。その結果を表1に示す。
また、ガラス転移点はJIS K 7121に従い求め、中間点ガラス転移温度とした。
(2)重量平均分子量
表1に示すラジカル重合性化合物の重量平均分子量はラジカル重合性化合物をテトラヒドロフラン(THF)に1.0質量%にて溶解させ、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いてポリスチレン換算により測定した。測定条件を下記に示す。その結果を表1に示す。
機器装置:昭和電工(株)製 Shodex GPC−101
カラム:昭和電工(株)製 KF−802、803、804、805
溶媒、キャリア液:THF
流量:1.0ml/分
サンプル濃度:1.0%
温度:40℃
サンプル注入量:200μl
検出器:示差屈折率検出器
(3)硬さ
測定方法はJIS K 7215を参考とした。表2に示す実施例1〜4の結晶性ラジカル重合性組成物、及び表3に示す比較例1の非晶性ラジカル重合性組成物の硬さをデュロメーター(西東京精密(株) WR−105D)にて測定した。90℃に温調したラジカル重合性組成物を約100mm×100mm×10mmの平板状にして23℃の恒温室で冷却固化した。23℃に温調した硬化前のラジカル重合性組成物を水平な硬い台の上に設置した。デュロメーターの加圧基準面を、ラジカル重合性組成物表面に平行を保ちながら、衝撃を伴うことなく、できるだけ速やかにラジカル重合性組成物表面に押し付け、加圧基準面とラジカル重合性組成物とをよく密着させた。1秒以内に速やかに指示装置の指針の最大指示値を読み取った。その結果を表2、及び3に示す。目標とする硬さは、20以上を固体として、30以上を優、20以上を可とした。但し、前記厳格な基準をクリアせずとも、所望の用途、要求される品質等によっては、20未満の条件が適合する場合もあるので、一つの目安として検討すればよいものである。
(4)せん断速度1/sの溶融粘度(A)
表2に示す実施例1〜4の結晶性ラジカル重合性組成物、及び表3に示す比較例1の非晶性ラジカル重合性組成物を高化式フローテスタ((株)島津製作所製 CFT−100EX)にて溶融粘度を測定した。直径2mmで長さ10mmダイスを備え、90℃に加熱したシリンダー試料挿入孔にラジカル重合性組成物を入れ、240秒の予備加熱後に圧力を3水準以上変えて、せん断速度と溶融粘度の関係を得た。0.2、0.3、0.4MPaの圧力で測定した。測定結果が得られない場合は、1、2、3MPaまたは3MPa以上の圧力にて測定を行い、外挿法によりせん断速度1/sの溶融粘度を求めた。その結果を表2、及び3に示す。目標とするせん断速度1/sの溶融粘度は500Pa・s以上とし、700Pa・s以上を優、500Pa・s以上を可とした。
(5)せん断速度250/sの溶融粘度(B)
表2に示す実施例1〜4の結晶性ラジカル重合性組成物、及び表3に示す比較例1の非晶性ラジカル重合性組成物を高化式フローテスタ((株)島津製作所製 CFT−100EX)にて溶融粘度を測定した。直径2mmで長さ10mmダイスを備え、90℃に加熱したシリンダー試料挿入孔にラジカル重合性組成物を入れ、240秒の予備加熱後に圧力を3水準以上変えて、せん断速度と溶融粘度の関係を得た。0.2、0.3、0.4MPaの圧力で測定した。測定結果が得られない場合は、1、2、3MPaまたは3MPa以上の圧力にて測定を行い、内挿法によりせん断速度250/sの溶融粘度を求めた。その結果を表2、及び3に示す。目標とするせん断速度250/sの溶融粘度は100Pa・s以下とし、80Pa・s以下を優、100Pa・s以下を可とした。但し、前記厳格な基準をクリアせずとも、所望の用途、要求される品質等によっては、100以外で条件が適合する場合もあるので、一つの目安として検討すればよいものである。
(6)チクソ性
表2に示す実施例1〜4の結晶性ラジカル重合性組成物、及び表3に示す比較例1の非晶性ラジカル重合性組成物に関し、高化式フローテスタによるせん断速度1/sの溶融粘度をAとし、せん断速度250/sの溶融粘度をBとした。溶融粘度A/Bの商をチクソ性とした。その結果を表2、及び3に示す。目標とするチクソ性は10〜100とし、20〜90を優、10〜100を可とした。但し、前記厳格な基準をクリアせずとも、所望の用途、要求される品質等によっては、10〜100以外で条件が適合する場合もあるので、一つの目安として検討すればよいものである。
<評価結果>
表2及び表3に示すように、本発明における回転電機ロータコア磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物は、常温で固体状であるため常温付近での取扱性に優れ、磁石挿入孔に磁石を挿入後し、溶融状態の結晶性ラジカル重合性組成物を注入してもロータコアを構成する積層された電磁鋼板同士の間隙に浸透することなく、また硬化工程への移送過程においても液だれしないためロータコアの生産性に優れることが判明した。本発明における電気電子部品固定用結晶性ラジカル重合性組成物は、全体的に優れた結果を示すことが判明した。
比較例1は実施例1の結晶性ラジカル重合性化合物を非晶性ラジカル重合性化合物に変え、無機充填材の配合量を減らした非晶性ラジカル重合性組成物である。比較例1は固体であり、250/sの溶融粘度は低いが、1/sの時の溶融粘度も低く重合性組成物の保持性に劣る結果であった。
以上に述べたように、本発明の結晶性ラジカル重合性組成物は、流動特性、取扱性に優れることが判明した。
実施例8
次に、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物を用いて、実際に磁石を固定した回転電機ロータコアを製造した。
(ロータコアの構造)
まず、図1を参照して、本実施形態のロータコア4の構造について説明する。
図1に示すように、回転電機100は、ロータ1(ロータコア4)と、ステータ2と、を備える。ロータ1およびステータ2は、それぞれ、円環状に形成されている。そして、ロータ1は、ステータ2の径方向(R方向)の内側(R1側)に対向して配置されている。すなわち、回転電機100は、インナーロータ型の回転電機として構成されている。また、ロータ1の径方向(R方向)の内側(R1側)には、シャフト3が配置されている。シャフト3は、ギア等の回転力伝達部材を介して、エンジンや車軸に接続されている。たとえば、回転電機100は、モータ、ジェネレータ、または、モータ兼ジェネレータとして構成されており、車両に搭載されるように構成されている。
ステータ2は、ステータコア2aと、ステータコア2aに配置されたコイル2bと、を含む。ステータコア2aは、たとえば、複数の電磁鋼板(珪素鋼板)が軸方向(Z方向)に積層されており、磁束を通過可能に構成されている。コイル2bは、外部の電源部に接続されており、電力(たとえば、3相交流の電力)が供給されるように構成されている。そして、コイル2bは、電力が供給されることにより、磁界を発生させるように構成されている。また、ロータ1およびシャフト3は、コイル2bに電力が供給されない場合でも、エンジン等の駆動に伴って、ステータ2に対して回転するように構成されている。なお、図1では、コイル2bの一部のみを図示しているが、コイル2bは、ステータコア2aの全周に亘って配置されている。
ロータコア4は、積層コア4d(図2参照)と、永久磁石5と、を備える。積層コア4dは、複数の電磁鋼板4a(図2参照)がロータコア4の回転軸線Aに沿った方向(Z方向)に積層される(積層鋼板)とともに、電磁鋼板4aの積層方向(Z方向)に延びる磁石収容部10を有する。永久磁石5は、積層コア4d(ロータコア4)の軸方向(Z方向)に直交する断面が長方形形状を有している。たとえば、永久磁石5は、磁化方向(着磁方向)が短手方向となるように構成されている。永久磁石5は、積層コア4dの磁石収容部10に挿入されている。磁石収容部10は、積層コア4dに複数(ロータコア4では32個)設けられている。すなわち、回転電機100は、埋込永久磁石型モータ(IPMモータ:Interior Permanent Magnet Motor)として構成されている。磁石収容部10は、積層コア4d(ロータコア4)のうちの径方向(R方向)の外側(R2側)の部分に配置されている。また、互いに隣接する2つの磁石収容部10は、V字状に配置されている。なお、磁石収容部10の配置は、これに限られない。
ロータコア4は、磁石収容部10に充填されている樹脂材6(図2参照)を備える。樹脂材6として、本発明の組成物を使用することができる。樹脂材6は、磁石収容部10に配置されている永久磁石5を固定するように設けられている。樹脂材6は、第1温度T1において溶融するとともに第1温度T1よりも高い第2温度T2において硬化する材料(熱硬化性樹脂)により構成されている。詳細には、樹脂材6は、第1温度T1よりも低い常温において固形(フレーク状、ペレット状、または、粉状など)であり、常温から加熱されて、樹脂材6の温度が第1温度T1以上になると溶融する。そして、樹脂材6は、第1温度T1以上でかつ第2温度T2未満の状態では、溶融状態を維持する(硬化しない)ように構成されている。そして、樹脂材6は、第2温度T2以上の温度に加熱されることにより、硬化するように構成されている。なお、図1では、簡略化のため、樹脂材6の図示を省略している。
図2に示すように、治具20は、上方プレート21と、押圧ばね22と、押圧プレート23と、下方プレート24と、断熱部材25と、位置決めプレート26と、クランプ部材27と、を含む。なお、上方プレート21、押圧プレート23、下方プレート24および位置決めプレート26の各々は、SUS(ステンレス)製である。また、図2に示すように、上方プレート21は、中心部に貫通孔21aを有し、円環状に形成されている。また、上方プレート21は、複数の樹脂注入孔21bを含む。樹脂注入孔21bは、樹脂注入装置103の金型ノズルが挿入可能に設けられている。なお、樹脂注入孔21bは、複数(ロータコア4では32個)の磁石収容部10の各々とオーバラップするように設けられている。
なお、後述する予熱用加熱装置102(図3参照)の図示しない誘導加熱コイルは、上方プレート21の貫通孔21a、および、押圧プレート23の貫通孔23aの各々を介して、積層コア4dの径方向(R方向)の内側(R1側)に挿入される。また、硬化用加熱装置104(図3参照)に設けられる図示しない誘導加熱コイルも、同様に、上方プレート21の貫通孔21a、および、押圧プレート23の貫通孔23aの各々を介して、積層コア4dの径方向(R方向)の内側(R1側)に挿入される。
押圧ばね22は、上方プレート21と、押圧プレート23との間に設けられている。また、押圧ばね22は、回転軸線Aに沿った方向(Z方向)から見て、積層コア4dの周方向(E方向)に沿って、等角度間隔に複数設けられている。なお、治具20では、押圧ばね22は、4つ設けられている。複数の押圧ばね22の各々は、治具20に積層コア4dが配置された状態で、上方(Z1側)から見て、積層コア4dとオーバラップする位置に設けられている。
また、押圧プレート23は、Z方向から見て、中心部に貫通孔23aを有し、円環状に形成されている。また、押圧プレート23は、複数の樹脂注入孔23bを含む。複数の樹脂注入孔23bは、上方(Z1側)から見て、上方プレート21の複数の樹脂注入孔21bとオーバラップする位置に設けられている。
また、積層コア4dは、下方プレート24に配置(載置)されている。すなわち、下方プレート24は、積層コア4dの下端面4cと接触している。下方プレート24は、中心部に貫通孔24aを有し、円環状に形成されている。また、下方プレート24は、複数(治具20では3つ)の切り欠き部24bを含む。
また、断熱部材25は、下方プレート24と、位置決めプレート26との間に挟まれるように設けられている。断熱部材25は、中心部に貫通孔25aを有し、円環状に形成されている。また、断熱部材25は、樹脂製である。クランプ部材27は、回転軸線Aに沿った方向(Z方向)から見て、積層コア4dの周方向(C方向)に沿って、略等角度間隔(すなわち90度間隔)に設けられている。
(ロータコアの製造システム)
次に、図3を参照して、本実施形態のロータコア4を製造するためのロータコア4の製造システム200について説明する。
図3に示すように、ロータコア4の製造システム200は、組立装置101と、予熱用加熱装置102と、樹脂注入装置103と、硬化用加熱装置104と、を備える。また、ロータコア4の製造システム200は、積層コア4dを搬送する搬送用コンベア105を備える。なお、組立装置101、予熱用加熱装置102、樹脂注入装置103、および硬化用加熱装置104は、互いに別個の装置である。
組立装置101は、治具20に積層コア4dを配置する(組み付ける)ように構成されている。具体的には、組立装置101は、治具20に積層コア4dを配置するとともに、永久磁石5を磁石収容部10に配置(挿入)するように構成されている。
予熱用加熱装置102は、積層コア4dを加熱することにより予熱するように構成されている。具体的には、予熱用加熱装置102は、治具20に配置された状態の積層コア4dを、第1温度T1(たとえば50℃)以上第2温度T2(たとえば120℃)未満で加熱することにより予熱するように構成されている。なお、第1温度T1とは、樹脂材6が溶融する温度(溶融が開始される温度)である。また、第2温度T2とは、樹脂材6が硬化(熱硬化)する温度(硬化(熱硬化)が開始される温度)であるとともに第1温度T1よりも大きい温度である。
樹脂注入装置103は、磁石収容部10に樹脂材6を注入するように構成されている。具体的には、樹脂注入装置103は、治具20に積層コア4dが配置された状態で、かつ、磁石収容部10に永久磁石5が挿入された状態で、磁石収容部10に、第1温度T1以上で溶融した樹脂材6を注入するように構成されている。
硬化用加熱装置104は、積層コア4dを加熱することによって、磁石収容部10内の樹脂材6を硬化させるように構成されている。具体的には、硬化用加熱装置104は、治具20に配置された状態で、かつ、磁石収容部10に樹脂材6が注入された状態の積層コア4dを、樹脂材6が硬化する温度である第2温度T2以上で加熱することによって、磁石収容部10内の樹脂材6を硬化させるように構成されている。また、ロータコア4の製造システム200は、積層コア4dを搬送する搬送用コンベア105を備える。
このようにして、本発明の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物を用いて、実際に磁石を固定した回転電機ロータコアを製造した結果、回転電機ロータコアを変形等させることなく、磁石を固定することが可能となることが判明した。
2 ステータ
2a ステータコア
2b コイル
3 シャフト
4 ロータコア
4a 電磁鋼板
4c 下端面
4d 積層コア
5 永久磁石
6 樹脂材
10 磁石収容部
20 治具
21 上方プレート
21a 貫通孔
21b 樹脂注入孔
22 押圧ばね
23 押圧プレート
23a 貫通孔
23b 樹脂注入孔
24 下方プレート
24a 貫通孔
24b 切り欠き部
25 断熱部材
25a 貫通孔
26 位置決めプレート
27 クランプ部材
101 組立装置
102 予熱用加熱装置
103 樹脂注入装置
104 硬化用加熱装置
105 搬送用コンベア
200 製造システム
A 回転軸線
C 積層コア4dの周方向

Claims (8)

  1. 積層鋼板で形成される回転電機のロータコアに設けられる磁石収容部に挿入される磁石と前記積層鋼板とを固定する結晶性ラジカル重合性組成物であって、
    前記結晶性ラジカル重合性組成物は結晶性ラジカル重合性化合物Aと無機充填材Bとシランカップリング剤Cとラジカル重合開始剤Dとを少なくとも含み、
    前記結晶性ラジカル重合性化合物Aは23℃で固体でありかつ加熱により流動性を付与できる特性をもつものであり、
    前記無機充填材Bは前記結晶性ラジカル重合性組成物全量に対して50〜90質量%含有されており、
    高化式フローテスタにより測定される前記結晶性ラジカル重合性組成物の溶融粘度が90℃、せん断速度1/sにおいて500Pa・s以上である、
    回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物。
  2. 高化式フローテスタにより測定される結晶性ラジカル重合性組成物の溶融粘度が90℃、せん断速度250/sにおいて100Pa・s以下であることを特徴とする、請求項1記載の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物。
  3. 高化式フローテスタにより測定される結晶性ラジカル重合性組成物の溶融粘度の商(A)/(B)が10〜100の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物。
    (A)せん断速度1/sにおける溶融粘度
    (B)せん断速度250/sにおける溶融粘度
  4. 前記無機充填材Bは、非晶質球状シリカを少なくとも含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物。
  5. 前記非晶質球状シリカの含有量が、前記無機充填材Bに対して、50〜100質量%であることを特徴とする、請求項4記載の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物。
  6. 前記結晶性ラジカル重合性組成物は、滑剤Eを含むことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の回転電機ロータコア磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物を用いて磁石を固定した回転電機ロータコア。
  8. 積層鋼板で形成されている回転電機のロータコアに設けられた磁石収容部に加熱により流動性を付与した結晶性ラジカル重合性組成物を注入する工程を有する回転電機ロータコアの製造方法であって、前記結晶性ラジカル重合性組成物は請求項1〜6のいずれか1項に記載の回転電機ロータコア磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物であり、前記注入は射出成形法、トランスファー成形法、又は注型法によるインサート成形法によるものである、回転電機ロータコアの製造方法。
JP2020061983A 2020-03-31 2020-03-31 回転電機ロータコアの磁石固定用結晶性ラジカル重合性組成物、当該組成物を使用した回転電機ロータコア、及び当該回転電機ロータコアの製造方法 Active JP7511372B2 (ja)

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