JP3852922B2 - コンミテーター用フェノール樹脂成形材料 - Google Patents

コンミテーター用フェノール樹脂成形材料 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンミテーター用のフェノール樹脂成形材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
コンミテーターはモーターの一部品であり、耐熱性が要求されるコンミテーターは銅セグメントと絶縁体としてフェノール樹脂成形材料に代表される熱硬化性樹脂成形材料により構成されている。コンミテーターに使用される材料への基本的な要求特性には耐熱性(機械的強度・寸法安定性)や耐湿寸法安定性があり、最近は耐熱性への要求が厳しくなっていることから、ガラス繊維を主基材としたフェノール樹脂成形材料を絶縁体として使用する例が多くなっている。また、コンミテーターは、銅セグメントとリード線をフュージングにより熱圧着し使用する。フュージングとは、リード線を圧着する銅セグメントの一部分に主電極と副電極とを当てて加圧し、1セグメントあたり0.5秒程度通電することで、ジュール熱により接触部の温度を瞬間的に約700〜800℃にし、リード線の皮膜の焼失と銅セグメントの軟化を同時に起こし、リード線と銅セグメントを瞬間的に圧着させることである。このフュージングは、リード線が太いほど、リード線皮膜の耐熱性が高いほど加熱・加圧条件は厳しくなり、また銅セグメント数が多いほど樹脂部にかかる熱履歴が多くなり熱的な負担が大きくなる。最近では、モーターの高性能化に伴い、リード線が太くまた皮膜については耐熱性が高いものを使用するようになり、銅セグメント数も多くなっていることから、フュージング時に樹脂部へかかる負担は大きくなる傾向がある。よってガラス主基材のフェノール樹脂成形材料をもってしても、この工程時にコンミテーターの樹脂部にクラックが発生する場合もでてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、処理条件が厳しいフュージング工程においても、従来のガラス主基材のフェノール樹脂成形材料と比較して、クラックが発生しないコンミテーター用成形材料を提供するものである。
【0004】
【問題を解決するための手段】
(1)成形材料全体に対し、レゾール型フェノール樹脂25〜35重量%、ガラス繊維を含む無機充填材55〜65重量%、及び重合度250〜3000のポリビニルブチラール1〜5重量%を配合し、前記レゾール型フェノール樹脂が、(a)ジメチレンエーテル型レゾールフェノール樹脂と、(b)メチロール型レゾールフェノール樹脂とを、(a):(b)=2:1〜5:1で併用したものであることを特徴とするコンミテーター用フェノール樹脂成形材料。
【0005】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のコンミテーター用フェノール樹脂成形材料(以下、「成形材料」という)について説明する。本発明の成形材料は、成形材料全体に対し、レゾール型フェノール樹脂25〜35重量%、ガラス繊維を含む無機充填材55〜65重量%、及び重合度250〜3000のポリビニルブチラール1〜5重量%を配合し、前記レゾール型フェノール樹脂が、(a)ジメチレンエーテル型レゾールフェノール樹脂と、(b)メチロール型レゾールフェノール樹脂とを、(a):(b)=2:1〜5:1で併用したものであることを特徴とする。
【0006】
本発明の成形材料には、フェノール樹脂としてレゾール型フェノール樹脂を用いる。レゾール型フェノール樹脂は、成形材料全体に対して25〜35重量%配合する。これにより、コンミテーターの寸法安定性を向上させることができる。配合量が25重量%未満では成形材料製造時の生産性が低下するようになる。また、35重量%を越えると成形収縮率及びアニール処理前後の寸法変化率が大きくなり、内部応力発生の原因となることから、シャフト圧入時及びフュージング時にコンミテーターにクラックが発生する可能性がある。
【0007】
前記レゾール型フェノール樹脂としては特に限定されないが、(a)ジメチレンエーテル型レゾールフェノール樹脂と、(b)メチロール型レゾールフェノール樹脂とを併用することが好ましい。これにより、靭性に優れたジメチレンエーテル型レゾールフェノール樹脂と、耐熱性に優れたメチロール型レゾールフェノール樹脂の特性とを発現でき、機械的強度と耐熱性を両立させることができる。前記2種類のレゾール型フェノール樹脂の配合比は、a:b=2:1〜5:1とする。このように、ジメチレンエーテル型レゾールフェノール樹脂の比率を多くして材料に靭性を付与することで、フュージング工程におけるクラックの発生を防止する効果をさらに高めることができる。
【0008】
本発明の成形材料には、成形品に可撓性及び靭性を付与するために、ポリビニルブチラールを配合する。ポリビニルブチラールは樹脂との相溶性が良いため、樹脂の海の中にゴムが島状に分散した海島構造となり、可撓性及び靭性に優れた成形品を得ることが出来る。これにより、コンミテーターのフュージング時においても、高温状態での樹脂内部の応力発生を緩和し、クラックの発生を抑制することが出来ると考えられる。また、ポリビニルブチラールを配合することで、成形収縮率及びアニール処理前後の寸法変化率を低減させることができるため、内部応力の発生を低減できる。これにより、成形品に微細クラックが発生することを防ぐことができる。
【0009】
前記ポリビニルブチラールは、重合度が250〜3000のものを用いる。これにより、熱時機械的強度を向上させることができる。また、重合度1500〜3000のものは、さらに耐熱性に優れるため特に好ましい。本発明の成形材料においては、前記のように重合度が高く熱分解温度が高いポリビニルブチラールを用いることにより、フュージング時の耐熱性に優れた成形材料とすることができる。
ポリビニルブチラールの配合量は、成形材料全体に対して1〜5重量%である。配合量が1重量%未満では配合効果が小さく、5重量%を超えると機械的強度が低下することがある。ポリビニルブチラールの配合量は、より好ましくは1〜3重量%である。
【0010】
本発明の成形材料には、成形品に機械的強度を付与する為にガラス繊維を配合する。ガラス繊維としては特に限定されないが、平均繊維径が10〜15μm、平均繊維長が1〜3mmのものが好ましい。これにより、成形材料化段階での作業性、得られた成形品の機械的強度を良好なものとすることができる。平均繊維径が10μmより小さいと機械的強度が低下することがある。また、15μmより大きいと、成形材料製造時に混練ロールを使用する場合は、ロールへの追従性が低下し、混練が充分に行えなくなることがある。また、平均繊維長は1mmより小さいと機械的強度が低下する傾向があり、3mmより大きい場合は、ロール混練時に繊維が折れ、機械的強度の向上効果が小さくなることがある。
【0011】
本発明の成形材料には、前記ガラス繊維と併せて、これ以外の無機基材を配合することができる。かかる無機基材としては特に限定されないが、例えば炭酸カルシウム、焼成クレー、未焼成クレー、タルク、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、シリカ、ケイソウ土、アルミナ、酸化マグネシウム等を用いることができる。これらの中でも、微粉末状の無機基材であるクレーを用いることが好ましい。これにより、更に寸法精度を向上させることができる。
前記無機基材は、ガラス繊維を含めて、成形材料全体に対し55〜65重量%配合する。これにより、前記効果を付与することができる。配合量が55重量%未満では機械的強度が充分でないことがあり、寸法変化も大きくなる傾向がみられる。また、65重量%を越えると成形材料段階での作業性が低下し、相対的に樹脂分の配合量が低下することから機械的強度の低下につながることがある。
【0012】
本発明の成形材料を製造する方法は、通常の方法が適用できる。すなわち、レゾール型フェノール樹脂、ガラス繊維及び他の無機基材、ポリビニルブチラールを所定の範囲で配合し、さらに必要に応じて硬化助剤、顔料、離型剤を加えて混合した後、ロール、コニーダ、ニ軸押出し機等の混練機単独あるいはロールと他の混合機との組み合わせにより加熱混練し、冷却後粉砕して得ることができる。
【0013】
【実施例】
以下に、本発明を実施例により説明する。
【0014】
表1に示した配合からなる材料を90℃の加熱ロールで15分間混練し、冷却後粉砕して成形材料を得た。実施例及び比較例の配合と特性を表1に示す。表1に示す配合量は全て重量%を表す。特性評価用試験片はコンプレッション成形により成形した。評価方法は以下の通りである。
(成形条件)
予熱温度:95〜100℃
金型温度:170〜175℃
硬化時間:3分
【0015】
【表1】
Figure 0003852922
【0016】
(表の注)
1.原材料
(1)ジメチレンエーテル型レゾールフェノール樹脂:下記の方法により製造した。
フェノール(P)100kg、87重量%パラホルムアルデヒド(F)62kg(F/Pモル比1.70)、酢酸亜鉛0.5kgを還流コンデンサー撹拌機、加熱装置、真空脱水装置、スタティックミキサー付きレジン循環装置を備えた300リッター反応釜内に入れ、還流反応を3時間行った。この時点のフェノール反応率は92%であった。その後、脱水を行いながら115℃迄加熱し、更に115℃、真空度100Torrを1時間維持して反応を進めた後、冷却バット上に取り出し、数平均分子量700のジメチレンエーテル型レゾールフェノール樹脂105kgを得た。
(2)メチロール型レゾールフェノール樹脂:住友ベークライト製 PR−51723(数平均分子量450)
(3)ノボラック型フェノール樹脂:住友ベークライト製 A-1082(数平均分子量850)
(4)ガラス繊維:日本板硝子製 RES03−BM38(平均線維径11μm、平均繊維長3mm)
(5)クレー:325メッシュパス
(6)ポリビニルブチラール:積水化学工業(株)製 エスレックBX−5(重合度2500)
(7)ポリビニルブチラール:積水化学工業(株)製 エスレックBL−1(重合度500)
(8)離型剤:ステアリン酸(融点60℃)
(9)硬化助剤:消石灰
(10)顔料:カーボンブラック
なお、上記(1)〜(3)に示したフェノール樹脂の数平均分子量は、GPC測定によりフェノール換算で算出したものである。
【0017】
2.評価方法
(1)成形収縮率、曲げ強さ、シャルピー衝撃強さ、熱時圧縮強さ、荷重たわみ温度:JIS K 6911に基づいて行なった。
(2)フュージング試験
▲1▼コンミテーター仕様
・寸法:外径30mm、ツバ部径45mm、高さ30mm
・セグメント数:29極
▲2▼フュージング条件
・主電極荷重:700(N)
・電流値:開始時(1極目)を2.40kAとし、終了時(29極目)で2.10kAとなるように、徐々に電流値を下げて実施した。
・通電時間:各セグメント0.5秒とした。
▲3▼フュ−ジング後の回転破壊強度測定:電動回転試験機を用いて測定を行った。
▲4▼フュージング後のクラック:ツバ部及びツバ部端面を切断し、マイクロスコープ(倍率50倍)によりクラックの有無を観察した。
【0018】
実施例1〜4はいずれも、レゾール型フェノール樹脂、ガラス繊維を含む無機充填材、及び重合度250〜3000のポリビニルブチラールを所定量配合した本発明の成形材料であり、これらの成形品はフュージング時にクラックの発生がなく、耐熱性に優れたものとなった。一方、比較例はいずれもフュージング時のクラックの発生がみられた。
【0019】
【発明の効果】
本発明は、成形材料全体に対し、レゾール型フェノール樹脂25〜35重量%、ガラス繊維を含む無機充填材55〜65重量%、及び重合度250〜3000のポリビニルブチラール1〜5重量%を配合した成形材料である。本発明の成形材料をコンミテーターに用いると、厳しいフュージング条件下においてもクラックが発生せず、他の特性に影響を与えることなく耐熱性に優れたコンミテーター用成形品を得ることができる。

Claims (1)

  1. 成形材料全体に対し、レゾール型フェノール樹脂25〜35重量%、ガラス繊維を含む無機充填材55〜65重量%、及び重合度250〜3000のポリビニルブチラール1〜5重量%を配合し、前記レゾール型フェノール樹脂が、(a)ジメチレンエーテル型レゾールフェノール樹脂と、(b)メチロール型レゾールフェノール樹脂とを、(a):(b)=2:1〜5:1で併用したものであることを特徴とするコンミテーター用フェノール樹脂成形材料。
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