JP2022506759A - 硬化性樹脂、並びにそれによって電気物品を絶縁するための方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
ほとんどの場合、物品は、ブラシ、スプレー、ディップ(真空ディップ及び真空加圧ディップ)、トリクル(trickling)、及びロールを含む方法によって、樹脂又はワニスで含浸される。選択される方法は、物品の種類及び求められる特性に応じて異なる。
最も典型的に用いられる樹脂及びワニスとしては、限定されないが、不飽和ポリエステル(イミド)とビニルトルエン、スチレン、ジアリルフタレート、アクリレート、及びスチレン類、が挙げられる。他の樹脂としては、溶媒中又は溶媒なしでの、及び触媒あり又は触媒なしでの、アルキル樹脂、フェノール樹脂、及びエポキシ樹脂が挙げられる。
欧州特許第1,852,479号、研磨剤表面のためのエポキシ樹脂含有コーティングを開示。
米国特許第5,631,332号、エポキシ樹脂のための硬化剤を開示。
絶縁樹脂及びワニスは、求められる特性、並びに使いやすさ、重合速度、及び保存安定性を含む他の因子に基づいて選択される。
i)60~90重量%のエピクロロヒドリン及びビスフェノールF;
ii)10~40重量%のエピクロロヒドリン及びビスフェノールA;並びに
iii)2~10重量%の、封入脂肪族ポリアミンであり、80℃超で硬化する高反応性触媒、
を含む、潜在硬化性一成分系エポキシ樹脂が提供される。
脂肪族ポリアミンは、本技術分野で公知のいかなる手段によって修飾されていてもよく、限定されないが、ポリエチレンポリアミンとニトリル、アルキレンオキシド、アルデヒド、及びケトン、さらにはモノ及びジエポキシドとのアダクトである。
i)エピクロロヒドリン及びビスフェノールFは、70~90%の量で存在し;
ii)エピクロロヒドリン及びビスフェノールAは、10~30%の量で存在し;並びに
iii)高反応性触媒は、4~8重量%の量で存在する。
耐熱性クラス UL1446 200℃
ショアD硬度 DIN53505 90
たわみ温度 IEC1006 120℃
結合強度 IEC1033 23℃ >400N
ツイストコイル試験 155℃ □□□
破断伸び ISO527 <0.5%
熱伝導度 ISO8894-1 0.4W/M/K
絶縁耐力 IEC60243-1 >200kV/mm
誘電率 IEC250 50Hzで3.9
体積抵抗率 IEC93 >1013オーム/cm3
電気機器の物品は、回転式装置及び静止型装置の2種類の装置を含み、永久磁石、シャフト、筐体、及び整流器などを例とする追加の構成部品を備えていても、又は備えていなくてもよい。
最も好ましい実施形態では、物品は、樹脂で完全に含浸されている。
これらの物品は、工業用モーター、走行用モーター、電気輸送手段、自動車、家庭用電気器具、又は電動工具などの製品とされる。
i)物品を予備加熱するための第一の加熱チャンバー;
ii)樹脂用のタンク;
iii)含浸チャンバー;
iv)含浸チャンバーと操作可能に接続された第一の真空ポンプ;
v)樹脂含浸物品をゲル化するための第二の加熱チャンバー;
vi)1又は複数の硬化オーブン;及び
vii)物品が冷却される冷却チャンバー、
を備えたシステムが提供される。
本発明の第三の態様のシステム、及び以降で述べる関連する第四の態様の方法は、これらの問題を克服し、現行の処理体制の多大な設備コスト及び付随する高エネルギーの運転コストが掛からない比較的速く「清浄な」プロセスを提供する。
必須ではないが好ましくは、第二の加熱チャンバーは、磁気誘導によって加熱される。このチャンバーは、樹脂をゲル化するように機能する。
本発明の第四の態様によると、電気絶縁樹脂を適用することが必要である構成部品を備えた電気機器の物品を処理する方法であって:
i)物品を、ある時間にわたって第一の温度まで予備加熱する工程;
ii)電気絶縁樹脂を適用する工程;
iii)樹脂をゲル化する工程;
iv)物品を、少なくとも165℃の温度まで、好ましくは約200℃まで段階を追って加熱することによって樹脂を硬化させる工程;及び
v)物品を冷却する工程、
を含む方法が提供される。
最も好ましくは、過剰の樹脂は、遠心工程によって除去される。
方法は、樹脂を、含浸、ブラシ、スプレー、ディップ、ロール、及び/又はトリクルのうちの1つによって適用してよい。
最も好ましくは、方法は、樹脂を、含浸によって、最も好ましくは真空下で適用する。
含浸の後、物品を取り出し(又は含浸チャンバーを空にし)、過剰の樹脂を、最も好ましくは遠心力を用いて、除去する。
i)物品を、第一の加熱チャンバー中で、ある時間にわたって第一の温度まで予備加熱する工程;
ii)タンク中で樹脂を第二の温度まで加熱してその粘度を低下させる工程;
iii)樹脂を含浸チャンバーへポンプで送るか又は移動させ、真空下、物品を樹脂で含浸する工程;
iv)含浸チャンバーから樹脂を排出する工程;
v)遠心機を用いて物品から過剰の樹脂を除去する工程;
vi)樹脂含浸物品を、第二の加熱チャンバー中で、少なくとも約130℃、より好ましくは約160℃の温度までそれを加熱することによってゲル化する工程;
vii)ある時間にわたって約165℃まで温度を上昇させる1又は複数の硬化オーブン中でのインライン硬化によって重合を最大化させる工程;並びに
viii)物品を、冷却チャンバー中で冷却する工程、
を含む。
i)において、第一の温度は、約50℃、より好ましくは約70℃であり、
ii)において、第二の温度は、約40℃であり、
vi)において、ゲル化温度は、約130℃であり、
vii)において、温度は、約165℃まで、最大で約200℃まで上昇される。
好ましくは、真空ポンプは、約5ミリバール(500Nm-2)で運転される。
好ましくは、遠心機は、動いている部分が樹脂と接触しないように、二重チャンバーを有する。これによって、プロセスの持続性及び安定性が高まる。コンパクトな設計、及び素早い充填と素早い排出とを確保するために、樹脂の入口管及び出口管は、実質的に半円の断面であることが好ましく、それによって、含浸チャンバー内の、例えば含浸されるべき物品のための空間が最大化される。
- 95%のエネルギー節約;
- 93%のサイクルタイム短縮 - 270分間から18分間へ;
- 50%の樹脂消費量削減;
- 廃棄物ゼロ;
- 有機物排出量ゼロ;
- より効率的な生産(含浸ライン中に360ではなく24のステーター);
- 機械の占有空間の低減(150立方メートルから5立方メートルへ);
- メンテナンスコスト(90%低減)及び運転コスト(エネルギーを含む)の低減;
- 設備投資の低減;及び
- 制御された供給/過剰樹脂の除去、による物品の品質/性能の向上、
が挙げられる。
例1
i)60~90重量%のエピクロロヒドリン及びビスフェノールF;
ii)10~40重量%のエピクロロヒドリン及びビスフェノールA;並びに
iii)2~10重量%の、封入脂肪族ポリアミンであり、80℃超で硬化する高反応性触媒。
i)物品を予備加熱するための第一の加熱チャンバー(110);
ii)樹脂(14)用のタンク(120);
iii)含浸チャンバー(130);
iv)含浸チャンバー(130)と操作可能に接続された第一の真空ポンプ(140);
v)樹脂含浸物品をゲル化するための第二の加熱チャンバー(150);
vi)1又は複数の硬化オーブン(160);及び
vii)物品が冷却される冷却チャンバー(190)、
を備える。
i)物品(10)を、ある時間(t1)にわたって第一の温度(T1)まで予備加熱する(310)工程;
ii)本発明の樹脂(14)を、物品(10)に適用する(330)工程;
iii)樹脂をゲル化する(350)工程;
iv)物品を、少なくとも約165℃の温度まで、最大200℃まで段階を追って加熱することによって樹脂を硬化させる(360)工程;及び
v)物品(10)を冷却する(390)工程、
を含む。
i)物品(10)を、第一の加熱チャンバー(110)中で、ある時間(t1)にわたって第一の温度(T1)まで予備加熱する(310)工程;
ii)タンク(120)中で樹脂(14)を第二の温度(T2)まで加熱して(320)その粘度を低下させる工程;
iii)樹脂(14)を含浸チャンバー(130)へポンプで送り(322)、真空下(340)、物品(10)を樹脂で含浸する(334)工程;
iv)含浸チャンバー(130)から樹脂(14)を排出する(324)工程;
v)遠心機を用いて(332)物品(10)から過剰の樹脂(14’)を除去する工程;
vi)樹脂含浸物品(10)を、第二の加熱チャンバー(150)中で、少なくとも約160℃の温度までそれを加熱することによってゲル化する(350)工程;
vii)ある時間(t)にわたって温度(T)を上昇させる1又は複数の硬化オーブン(160)中でのインライン硬化(360)によって重合を最大化させる工程;並びに続いて、
viii)物品(10)を、冷却チャンバー(190)中で(Tr)の温度まで冷却する(390)工程、
を含む。
例2
電気モーター巻線
示される例では、電気モーターステーター巻線の含浸について記載する。ステーター、及び付随する巻線は、内径100mm、外径150mm、高さ100mmの寸法である。重量は、銅巻線を含めて8.5kgである。
ステーターは、磁気誘導を用いて予備加熱される。特定の強度及び周波数の局所的な磁場が、ステーターに適用される。誘導は、熱伝導性が良好である材料を用いて製造されている巻線への熱の移動も引き起こす。
例示的なサイクル運転時間を以下に示す:
00:15 - 45秒間、5kWでのステーターの予備加熱。1分間の遅延後の到達温度 56℃
02:11 - 含浸のためのケーブルの設置(回転時の損傷を防止するため)
02:40 - 真空形成のためのバルブの確認(開/閉)
02:54 - 真空ポンプのスイッチオン
03:00 - 真空ゲージで真空レベルを確認
03:07 - 真空レベル到達
03:30 - 樹脂入口バルブを開いて遠心タンクを充填(樹脂は、真空であることで吸引されることに留意)
03:36 - 樹脂は、タンクから接続部を通って真空タンクへ流入
03:48 - ガラス壁から樹脂レベルを確認
04:32 - 樹脂が所望されるレベルに到達(巻線ヘッドの少し上)
04:35 - 樹脂入口部を閉じる
04:44 - 真空を開放
04:55 - 樹脂を流出されるために樹脂入口バルブを再度開く
05:28 - 樹脂レベルがマンドレルよりも下にあることを確認
05:44 - 遠心(5秒間で2070rpmに到達;10秒間回転;5秒間で0rpmに到達)
06:08 - 遠心機を開く
06:32 - ドリップの確認(ドリップなし!)
06:39 - 硬化プロセスために配置
06:47 - 第一の硬化サイクル 5kWで45秒間、1分間の遅延後の到達温度91℃
08:36 - 第二の硬化サイクル 5kWで45秒間、1分間の遅延後の到達温度135℃
10:20 - 第三の硬化サイクル 5kWで45秒間、1分間の遅延後の到達温度165℃
13:36 - ドリップ/樹脂状態の目視確認
5:55 - 第四の硬化サイクル 5kWで20秒間、1分間の遅延後の到達温度180℃。
構成部品上に堆積された樹脂は、約80グラムであり、プロセスは、冷却を合わせて、約500Wを用いた。
例3
モーターローター
電気装置上のローターは、非常に多くの場合、例えばシャフト、接点マニホルド、及びベアリングシートなどの含浸を必要としない部分を有する。そのような物品の場合、全体を含浸する技術を用いることができず、真空技術も用いることができない。したがって、トリクル又はロール技術を、構成部品を回転させながら用いる必要がある。遠心は必要ない。利点は依然として同じである。
ローター及びステーターシート
このシステムは、必要なパック高さでシートを一緒に固定し、及び必要に応じて同時に永久磁石を取り付けるために用いることができる。この手順は、プロファイルが複雑であることから、従来の固定システムを用いることがほとんど不可能であり、設計者によって敬遠もされている自動車用途の場合に理想的である。さらに、この技術は、絶縁が固定及び含浸プロセス時に適用されることから、絶縁シートを不要とする。
トランス及び静止型装置
このプロセスを、予備加熱、ヘッドを保護するためにゆっくりした遠心又は遠心なしでの真空加圧含浸に用いることができる。
Claims (36)
- i)60~90重量%のエピクロロヒドリン及びビスフェノールF
ii)10~40重量%のエピクロロヒドリン及びビスフェノールA、及び
iii)2~10重量%の、封入脂肪族ポリアミンであり、80℃超で硬化する高反応性触媒、
を含む潜在硬化性一成分系エポキシ樹脂(14)。 - 前記脂肪族ポリアミンが、修飾ポリアミンである、請求項1に記載の潜在硬化性一成分系エポキシ樹脂。
- 前記脂肪族ポリアミンが、ポリエチレンポリアミンとニトリル、アルキレンオキシド、アルデヒド、ケトン、又はモノ及びジエポキシドとのアダクトのうちの1つによって修飾されている、請求項2記載の潜在硬化性一成分系エポキシ樹脂。
- i)前記エピクロロヒドリン及びビスフェノールFが、70~90%の量で存在する、請求項1~3のいずれか一項に記載の潜在硬化性一成分系エポキシ樹脂。
- ii)前記エピクロロヒドリン及びビスフェノールAが、10~30%の量で存在する、請求項1~4のいずれか一項に記載の潜在硬化性一成分系エポキシ樹脂。
- iii)前記高反応性触媒が、4~8重量%の量で存在する、請求項1~5のいずれか一項に記載の潜在硬化性一成分系エポキシ樹脂。
- 別の構成部品に結合されており、請求項1~6のいずれか一項に記載のエポキシ樹脂の触媒反応生成物である平均分子量700未満の樹脂(14)でコーティング又は含浸された構成部品(12)を備えた、電気機器の物品(10)。
- 前記樹脂が以下の特性:
- 耐熱性クラス UL1446 200℃
- ショアD硬度 DIN53505 90
- たわみ温度 IEC1006 120℃
- 結合強度 IEC1033 23℃ >400N
- ツイストコイル試験 155℃ □□□
- 破断伸び ISO527 <0.5%
- 熱伝導度 ISO8894-1 0.4W/M/K
- 絶縁耐力 IEC60243-1 >200kV/mm
- 誘電率 IEC250 50Hzで3.9
- 体積抵抗率 IEC93 >1013オーム/cm3
を有するように硬化された、請求項7に記載の電気機器の物品。 - 回転式装置である、請求項7又は8のいずれか一項に記載の電気機器の物品。
- 前記回転式装置が、ステーター巻線及びローターを備えたモーター、発電機、又は交流発電機のうちの1つである、請求項9に記載の電気機器の物品。
- 静止型装置である、請求項7又は8のいずれか一項に記載の電気機器の物品。
- 前記静止型装置が、静止型電気巻線、トランス、リアクトル、チョークコイル、又は誘導子のうちの1つである、請求項11に記載の電気機器の物品。
- 導電性巻線(16)を備える、請求項7~12のいずれか一項に記載の電気機器の物品。
- 前記樹脂(14)で完全に含浸されている、請求項7~13のいずれか一項に記載の電気機器の物品。
- 工業用モーター、走行用モーター、電気輸送手段、自動車、家庭用電気器具、又は電動工具のうちの1つである、請求項7~14のいずれか一項に記載の電気機器の物品を備えた製品。
- 請求項7~14のいずれか一項に記載の電気機器の物品(10)を製造するためのシステム(100)であって、
i)前記物品を予備加熱するための第一の加熱チャンバー(110)、
ii)樹脂(14)用のタンク(120)、
iii)含浸チャンバー(130)、
iv)前記含浸チャンバーと操作可能に接続された第一の真空ポンプ(140)、
v)前記樹脂含浸物品をゲル化するための第二の加熱チャンバー(150)、
vi)1又は複数の硬化オーブン(160)、及び
vii)前記物品が冷却される冷却チャンバー(190)、
を備えた、システム。 - 複数のオーブン(160a、160b、160c、160d)を備える、請求項16に記載のシステム。
- 前記複数のオーブンの間で前記物品を運搬するための物品取り扱い手段(162)を備える、請求項17に記載のシステム。
- 前記第一の加熱チャンバー(110)が、磁気誘導によって加熱される、請求項16~18のいずれか一項に記載のシステム。
- 樹脂用の前記タンク(120)が、納品された状態の樹脂の容器である、請求項16~18のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記含浸チャンバーが、遠心機(132)を備える、請求項16~20のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記第二のチャンバー(150)が、磁気誘導によって加熱される、請求項16~21のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記物品(10)の、硬化が制御されるようにある時間(t)にわたってある温度(T)で前記物品が保持されるオーブン(160a、160b、160c、160d)への運搬を促進する制御手段(164)を備える、請求項16~23のいずれか一項に記載のシステム。
- 前記冷却チャンバー(190)が、エアコンプレッサ(170)、エアクーラー(180)、及び真空ポンプ(200)をさらに備える、請求項16~22のいずれか一項に記載のシステム。
- 電気絶縁樹脂(14)を適用する必要のある構成部品(12)を備えた電気機器の物品(10)を処理する方法(300)であって、
i)前記物品を、ある時間(t1)にわたって第一の温度(T1)まで予備加熱する(310)工程、
ii)電気絶縁樹脂(14)を、前記物品(10)に適用する(330)工程、
iii)前記樹脂をゲル化する(350)工程、
iv)前記物品を、少なくとも約165℃~200℃の温度まで、段階を追って加熱することによって前記樹脂を硬化させる(360)工程、及び
v)前記物品(10)を冷却する(390)工程、
を含む、方法。 - 工程ii)とiii)との間で過剰の樹脂(14’)が除去される、請求項25に記載の方法。
- 前記過剰の樹脂が、遠心工程(332)によって除去される、請求項26に記載の方法。
- 前記樹脂(14)が、含浸、ブラシ、スプレー、ディップ、ロール、又はトリクルのうちの1つによって前記物品(10)に適用される、請求項25又は26のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ディップが、真空又は真空加圧ディップである、請求項28に記載の方法。
- 含浸(334)を用いる、請求項25~28のいずれか一項に記載の方法。
- 前記含浸が、真空(140)で行われる、請求項30に記載の方法。
- 過剰の樹脂(14)が、遠心(332)によって前記物品(10)から除去される、請求項30又は31に記載の方法。
- i)前記物品(10)を、第一の加熱チャンバー(110)中で、ある時間(t1)にわたって第一の温度(T1)まで予備加熱する(310)工程、
ii)タンク(120)中で前記樹脂(14)を第二の温度(T2)まで加熱して(320)その粘度を低下させる工程、
iii)前記樹脂(14)を含浸チャンバー(130)へポンプで送り(322)、真空下(340)、前記物品(10)を樹脂で含浸する(334)工程、
iv)前記含浸チャンバー(130)から樹脂(14)を排出する(324)工程、
v)遠心機を用いて(332)前記物品(10)から過剰の樹脂(14’)を除去する工程、vi)前記樹脂含浸物品(10)を、第二の加熱チャンバー(150)中で、少なくとも約130℃~約160℃の温度までそれを加熱することによってゲル化する(350)工程、
vii)ある時間(t)にわたって温度(T)を上昇させる1又は複数の硬化オーブン(160)中でのインライン硬化(360)によって重合を最大化させる工程、並びに続いて、
viii)前記物品(10)を、冷却チャンバー(190)中で(Tr)の温度まで冷却する(390)工程、
を含む、請求項25~32のいずれか一項に記載の方法。 - i)において、前記第一の温度が、約50℃、より好ましくは約70℃であり、
ii)において、前記第二の温度が、約40℃であり、
vii)において、前記ゲル化温度が、約130℃であり、及び
vii)において、前記温度が、約165℃まで、最大で約200℃まで上昇される、
請求項33に記載の方法。 - v)において、前記遠心機が、1000~2500rpmの速度で運転される、
請求項33又は34に記載の方法。 - 前記真空ポンプが、約5ミリバール(500Nm-2)で運転される、請求項31~35のいずれか一項に記載の方法。
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