JP2024022805A - 絶縁シート及びモータ - Google Patents
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Abstract
Description
互いに対向するように配置された2つの外層と、前記2つの外層の間で互いに対向するように配置された2つの接着層と、前記2つの接着層の間に配置された基材層と、を備え、
前記2つの外層は、いずれも芳香族ポリアミド紙であり、
前記基材層が、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムであり、
前記ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムに含まれるオリゴマー成分の含有率が0.8質量%未満である。
換言すると、本実施形態の絶縁シート10は、1つの基材層11と、該基材層11を厚さ方向において挟み込むように配置された2つの接着層12と、2つの接着層12を厚さ方向において挟み込むように配置された2つの外層13とを備える。
本実施形態では、基材層11と一方の接着層12とが直接接し、基材層11と他方の接着層12とが直接接している。また、基材層11の一方側において接着層12と外層13とが直接接し、他方側においても接着層12と外層13とが直接接している。
各外層13は、絶縁シート10の最外層であってもよい。
上記の絶縁シート10の厚さは、190μm以上270μm以下であってもよい。上記の絶縁シート10の厚さは、耐トラッキング性がより高くなり得るという点で、好ましくは210μm以上であり、より好ましくは220μm以上である。
2つの接着層12のうち、一方の接着層12の厚さと他方の接着層12の厚さとの差は小さいことが好ましい。例えば、一方の接着層12の厚さに対して、他方の接着層12の厚さは、0.9倍以上1.1倍以下であってもよい。
2つの外層13のうち、一方の外層13の厚さと他方の外層13の厚さとの差は小さいことが好ましい。例えば、一方の外層13の厚さに対して、他方の外層13の厚さは、0.9倍以上1.1倍以下であってもよい。
各層の厚さは、例えば、絶縁シート10の側面又は断面をデジタルマイクロスコープで観察することによって測定できる。
外層13の各厚さに対する接着層12の各厚さの比は、0.35以上であることが好ましく、0.40よりも大きいことがさらに好ましい。斯かる比が0.35以上であることにより、絶縁シート10の耐トラッキング性がより高くなり得る。
なお、質量減少分を正確に測定するために、抽出処理に利用したキシレンを十分に除去した後に、抽出処理後のフィルムサンプルの質量(M2[g])を測定する。好ましくは、抽出処理後にフィルムサンプルを水洗し、次に、表面に付着しているキシレンを軽く拭き取った後、さらに160℃の熱風オーブン中で8時間乾燥し、デシケータ内で放冷した後に、抽出処理後のフィルムサンプルの質量(M2[g])を測定する。
また、基材層11は、本実施形態におけるように、単層であってもよく、複数のポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムが積層されたラミネートフィルムであってもよい。基材層11がラミネートフィルムである場合、ラミネートフィルムを構成する少なくとも1層が、オリゴマー成分の含有率が0.8質量%未満のポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムであればよい。
上記のアクリルポリマーは、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステルの重合体であってもよく、(メタ)アクリル酸アルキルエステルと他の重合性モノマーとの共重合体であってもよい。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル」という表記は、「アクリル」及び「メタクリル」の両方を包含することを指す。
接着層12は、アクリル酸ブチル(PAB)とテルペンフェノールとポリイソシアネートとの架橋反応物を含むことがより好ましい。接着層12が斯かる架橋反応物を含むことにより、120~180℃という高温の水含有油に絶縁シート10が浸漬された場合に、外層13(芳香族ポリアミド紙)との密着性がより良好となる。テルペンフェノールの添加量は、アクリル酸ブチル(PAB)100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましい。
また、テルペンフェノールに代えてアルキルフェノールを用いた場合でも、上記のごとき密着性がより良好となり得る。アルキルフェノールの添加量も、アクリル酸ブチル(PAB)100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましい。
なお、ポリアクリル酸ブチル(PAB)は、分子中の一部にカルボキシ基を有し得る。
また、上記のポリイソシアネート成分としては、例えば、メチレンジイソシアネート、1,4-テトラメチレンジイソシアネートなどの脂肪族ジイソシアネートが挙げられる。
また、上記のポリイソシアネート成分としては、1,4-シクロへキシレンジイソシアネート、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、1,5-テトラヒドロナフタレンジイソシアネート、イソフォロンジイソシアネート、水添XDIなどの脂環式イソシアネートが挙げられる。
また、上記のポリイソシアネート成分としては、これらのジイソシアネートと、低分子量のポリオールとを、末端がイソシアネートとなるように反応させて得られるポリウレタンプレポリマーなどが挙げられる。
例えば、ウレタンポリマーは、上記のポリオール成分と上記のポリイソシアネート成分とを、ワンショット法や多段法によりウレタン化反応させることによって製造できる。
また、前記ワンショット法や多段法は、通常、20℃以上150℃以下、好ましくは、60℃以上110℃以下の範囲の温度で実施することができる。
接着層12を形成させるために、ウレタンポリマーを含む市販品として、例えば、DIC社製の製品名「タイフォース SA-30-L」などを用いることができる。
エポキシ樹脂としては、上記のフェノールノボラック型エポキシ樹脂が好ましい。フェノールノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、150g/eq以上であることが好ましく、160g/eq以上であることがより好ましく、170g/eq以上であることがより好ましい。また、フェノールノボラック型エポキシ樹脂のエポキシ当量は、200g/eq以下であることが好ましく、190g/eq以下であることがより好ましく、180g/eq以下であることがより好ましい。
エポキシ当量は、JIS K 7236により求めることができる。
斯かる硬化剤としては、例えば、フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤などが挙げられ、フェノール系硬化剤が好ましい。
フェノール系硬化剤、アミン系硬化剤、及び、酸無水物系硬化剤を、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記のアミン系硬化剤としては、例えば、ジアミノジフェニルスルホン、ジシアンジアミド、ジアミノフェニルメタン、又は、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。
上記の酸無水物系硬化剤としては、例えば、無水フタル酸、無水トリメリット酸、又は、無水マレイン酸などが挙げられる。
また、接着層12は、エポキシ樹脂として上記のフェノールノボラック型エポキシ樹脂を含み、さらに、アクリルポリマーとして上記のポリアクリル酸ブチル(PAB)を含むことが好ましい。
この場合、接着層12は、エポキシ樹脂の量を100質量部としたときに、上記のアクリルポリマーを100質量部以上含んでもよく、150質量部以上含んでもよく、200質量部以上含んでもよい。
また、接着層12は、エポキシ樹脂の量を100質量部としたときに、上記のアクリルポリマーを300質量部以下含んでもよく、250質量部以下含んでもよい。
そのため、外層13の外表面で有機物の熱分解が進行する前に、接着層12に含まれる有機物の熱分解がより進行しやすくなる。絶縁シート10が使用されるときに高温になると、高温時の熱は、接着層12の有機物の熱分解に消費される。熱が斯かる熱分解に消費される分、外層13の外表面において、外層13に含まれる有機物の熱分解が抑制され得る。外層13に含まれる有機物の熱分解が抑制される分、遊離炭素で形成される導電路が外層13の外表面に生じることが抑制される。
また、接着層12に含まれる有機物が熱分解されやすくなる分、斯かる有機物は、熱分解しても遊離炭素の状態に留まらず、二酸化炭素などのガスにまで十分に熱分解され得る。ガスが生じる反応は、吸熱反応となる場合が多いことから、この吸熱反応によっても、外層13の外表面において外層13に含まれる有機物の熱分解が抑制される。これにより、外層13の外表面において遊離炭素による導電路が形成されることが抑制される。
このように、本実施形態に係る絶縁シート10は、上記のごとく接着層12において5質量%の質量減少が認められる温度が350℃以下であることによって、外層13が全芳香族ポリアミド紙であっても、より良好な耐トラッキング性を発揮できる。
なお、接着層12において5質量%の質量減少が認められる温度は、実施例に記載の方法で求めることができる。
芳香族ポリアミド紙としては、より良好な耐熱性を有するという点で、全芳香族ポリアミド紙が好ましい。
上記の短繊維又は上記の合成パルプを構成する全芳香族ポリアミドとしては、例えば、m-フェニレンジアミンとイソフタル酸との縮重合物、p-フェニレンジアミンとテレフタル酸との縮重合物などが挙げられる。
接着層12が、上述したアクリルポリマーを含むことによって、耐トラッキング性がより良好になり得る。また、良好な耐油性を有し得る。
また、上述した、接着層12の5質量%の質量減少が認められる温度が350℃以下であることが好ましく、300℃以下であることがより好ましい。これにより、耐トラッキング性がより良好になり得る。また、良好な耐油性を有し得る。
なお、塗工装置としては、例えば、ロールコータなどを用いることができる。
駆動モータとしては、例えば、HVモータ、モータジェネレータ、オルタネータ、4WDモータ、オイルポンプモータ、EPSモータ、コンプレッサモータ、インホイールモータなどが挙げられる。
例えば、絶縁シート10は、油に浸漬された状態で使用され得る。油としては、例えば、オートマチックオイル(ATF)などが挙げられる。絶縁シート10が油に浸漬された状態で使用されると、ATFなどの油に含まれる水分が加水分解反応を生じさせ得る。
これに対して、本実施形態の絶縁シートは、良好な耐トラッキング性を有しつつ、良好な耐熱性も有することができる。よって、上記の酸化劣化を抑制できる。場合によっては、本実施形態の絶縁シートは、良好な耐油性も有し、上記の加水分解反応も抑制できる。
また、上記のごとき油冷式駆動モータでは、コイル21とスロット溝の内壁面との間の絶縁性を確保するために、モータ用絶縁シートが使用される。モータ用絶縁シート及びコイル21は、スロット溝内のそれぞれに収容されている。詳しくは、モータ用絶縁シートは、コイル21に周回された状態でスロット溝内に収容されている。
そして、モータ用絶縁シートで周回されたコイル21は、スロット溝内に含浸させた絶縁樹脂(例えば、エポキシワニス)を介して、スロット溝内に固定されている。
即ち、一般的な絶縁シート又はモータにおいて用いられる種々の形態が、本発明の効果を損ねない範囲において、採用され得る。
(1)
互いに対向するように配置された2つの外層と、前記2つの外層の間で互いに対向するように配置された2つの接着層と、前記2つの接着層の間に配置された基材層と、を備え、
前記2つの外層は、いずれも芳香族ポリアミド紙であり、
前記基材層が、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムであり、
前記ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムに含まれるオリゴマー成分の含有率が0.8質量%未満である、絶縁シート。
(2)
前記接着層を熱質量示差熱分析(TG-DTA)した場合に、5質量%の質量減少が認められる温度が、350℃以下である、上記(1)に記載の絶縁シート。
(3)
前記絶縁シートの総厚さに対する前記接着層の合計厚さの比は、0.10以上0.40以下である、上記(1)又は(2)に記載の絶縁シート。
(4)
前記基材層の一方の面側において、前記外層の厚さに対する前記接着層の厚さの比は、0.20以上1.00以下である、上記(1)乃至(3)のいずれかに記載の絶縁シート。
(5)
前記2つの接着層の両方が、それぞれアクリルポリマーを含む、上記(1)乃至(4)のいずれかに記載の絶縁シート。
(6)
前記アクリルポリマーは、少なくとも(メタ)アクリル酸アルキルエステルが重合したアクリルポリマーである、上記(5)に記載の絶縁シート。
(7)
前記アクリルポリマーは、(メタ)アクリル酸ブチルエステルと、テルペンフェノールと、ポリイソシアネートとの架橋反応物である、上記(6)に記載の絶縁シート。
(8)
上記(1)乃至(7)のいずれかに記載の絶縁シートを備える、モータ。
・全芳香族ポリアミド紙(PA紙)
製品名「ノーメックス シリーズ」(デュポン帝人アドバンスドペーパー社製)
所望の厚さを有する品番を都度使用
<接着層の原料>
・アクリルポリマー(Ac)
ポリアクリル酸ブチル(PAB)とテルペンフェノールとポリイソシアネートと有機溶媒(メチルエチルケトン(MEK))とを混合した混合液を調製した。なお、斯かる混合液から接着層を形成するときに、有機溶媒を揮発させた後、さらに温度130℃で24時間の熱硬化処理を実施した。
・ポリウレタン(Pu)
ポリオール成分とイソシアネート成分とのウレタン化反応生成物を固形分濃度が25質量%となるように、有機溶媒(トルエン及びメチルエチルケトン)と混合し、混合液を得た。なお、斯かる混合溶液から接着層を形成するときに、有機溶媒の揮発の後、さらに130℃で24時間の硬化処理を施した。
・エポキシ樹脂含有高分子化合物(Ep)
ポリアクリル酸ブチル(PAB)を含む有機溶媒(MEK)にフェノールノボラック型エポキシ樹脂及びフェノール系硬化剤を加えた混合溶液を用いた。混合溶液は、有機溶媒の100質量部に対して、ポリアクリル酸ブチルを140質量部含み、有機溶媒の100質量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂を60質量部含んでいた。また、混合溶液は、フェノールノボラック型エポキシ樹脂100質量部に対してフェノール系硬化剤を45質量部、及び、硬化促進剤を3質量部含んでいた。
なお、上記混合溶液から接着層を形成するときに、有機溶媒の揮発後、さらに130℃で24時間の硬化処理を施した。
・低オリゴマー含有率ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム(L-PET)
オリゴマー含有率:0.8質量%未満
製品名「メリネックス 238」(DuPont社製)
・ポリエチレンナフタレート樹脂フィルム(PEN)
製品名「テオネックスQ5100」(東洋紡社製)
・通常ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム(N-PET)
オリゴマー含有率:0.8質量%以上
製品名「ルミラー シリーズ」(東レ社製)
各実施例及び各比較例などの絶縁シートの構成(各層の厚さや材質など)について表1及び表2にそれぞれ示す。なお、特に言及していない限り、実施例及び比較例のいずれの絶縁シートも、図1に示すような5層積層構造を有する。
なお、参考例1~3は、いずれも樹脂フィルム1層の構成を有する。
上記の接着層を構成することとなる各成分と、有機溶媒とを含む混合物を調製した。斯かる混合物を基材層の両面に、乾燥後の接着層の厚さが所定厚さになるようにロールコータを用いてそれぞれ塗工した。塗工された混合物に含まれる有機溶媒を揮発(乾燥)させて、基材層の両側にそれぞれ接着層を作製した。さらに、各接着層に外層を貼り合わせることによって、各絶縁シートを製造した。
各例の接着層について、熱質量示差熱分析(TG-DTA)での熱分解性を評価した。
具体的には、以下の手順にしたがって評価した。
(1)各例の接着層を外層の片面の全面に塗工した後、100℃で1分間乾燥させた。なお、塗工は、乾燥後の接着層の厚さが12μmとなるように行った。
(2)130℃のオーブン中に24時間放置して、接着層における硬化反応を進行させた。硬化反応を進行させた後、接着層から外層を剥離した。
(3)熱質量示差熱分析装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社製、型式「EXSTAR6000」)を用いて硬化反応後の接着層についてTG-DTA曲線を得た。なお、空気100mL/分の雰囲気下、常温(23±2℃)から10℃/分で昇温を行った。そして、5質量%の質量減少が認められる温度を読み取った。結果を、以下の表1及び表2にそれぞれ示す。
国際電気標準会議の規格、具体的にはIEC60112に従って試験を実施した。
詳しくは、100mm×100mmのサイズ、3mm以上の厚さの平板状試験サンプルを20枚用意する。白金電極を試験サンプル表面に置き、電極間に電圧を印加し、電圧を印加した状態で電極間に一定間隔で電解液(0.1質量%塩化アンモニウム水溶液)を滴下する。トラッキングが発生するまで、又は、滴下数が100滴に達するまで試験を継続する。そして、トラッキングが発生するまでに要した電解液の滴下数をカウントする。1電圧ごとに5回の試験を実施し、カウントされた滴下数が全て50滴以上であれば、印加した電圧では合格と判断する。このような操作を25V刻みの様々な電圧で繰り返し、CTI(比較トラッキング指数)を求める。
150mm×150mmの正方形に切り出した絶縁シートの試験用試料を240℃の乾燥機中で1000時間加熱した。
その後、常温まで冷却し、電圧を上昇(1000V/秒)させつつ各試験用試料の絶縁破壊電圧(BDV)を常温にて測定した。1000時間まで測定を実施した。
500時間目でBDVが初期のBDVに対して50%未満になった場合を不良(○)、50%以上であった場合を良(○)と評価した。
結果を表1及び表2にそれぞれ示す。
150mm×150mmの正方形に切り出した絶縁シートの試験用試料をループ状に成形した試験体を用意した。試験体に対して、120℃、相対湿度100%、気圧0.2MPaの条件でプレッシャークッカー試験(PCT)を実施した。
その後、常温まで冷却し、電圧を上昇(1000V/秒)させつつ各試験用試料の絶縁破壊電圧(BDV)を常温にて測定した。150時間まで測定を実施した。
100時間目でBDVが初期のBDVに対して80%未満になった場合を不良(○)、80%以上であった場合を良(○)と評価した。
結果を表1及び表2にそれぞれ示す。
表1及び表2から把握されるように、実施例の絶縁シートは、比較例の絶縁シートに比べて、耐トラッキング性が高く、しかも、耐熱性が高かった。
実施例のうち特定の絶縁シート(接着層がアクリルポリマーを含む場合)は、耐油性も良好であった。
また、実施例の接着層を熱質量示差熱分析(TG-DTA)した場合に、5質量%の質量減少が認められる温度が350℃以下、さらには300℃以下であることによって、耐トラッキング性がより高くなった。
10:絶縁シート。
Claims (4)
- 互いに対向するように配置された2つの外層と、前記2つの外層の間で互いに対向するように配置された2つの接着層と、前記2つの接着層の間に配置された基材層と、を備え、
前記2つの外層は、いずれも芳香族ポリアミド紙であり、
前記基材層が、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムであり、
前記ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムに含まれるオリゴマー成分の含有率が0.8質量%未満である、絶縁シート。 - 前記接着層を熱質量示差熱分析した場合に、5質量%の質量減少が認められる温度が、350℃以下である、請求項1に記載の絶縁シート。
- 前記2つの接着層の両方が、それぞれアクリルポリマーを含む、請求項1又は2に記載の絶縁シート。
- 請求項1又は2に記載の絶縁シートを備える、モータ。
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