JP4265017B2

JP4265017B2 - Phenol resin molding material for commutator and manufacturing method

Info

Publication number: JP4265017B2
Application number: JP01706399A
Authority: JP
Inventors: 晃上野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP2000212386A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動モーターの整流子（コンミテータ）を成形するために用いられるフェノール樹脂成形材料及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動モーターの整流子は、銅セグメント１とシリカ等の絶縁物２とを交互に配置して成形金型内にリング状にセットし、この内側に樹脂成形材料を射出成形して、銅セグメント１と絶縁物２とを樹脂成形品３で一体化することによって、図１に示すように形成されている。樹脂成形品３の中央にはシャフトを圧入する孔４が設けてある。ここで、樹脂成形品３を成形する成形材料としては、耐熱性や強度の面からフェノール樹脂成形材料を用いるのが一般的である。
【０００３】
そして、整流子は電動モーターの中心部に位置しており、直流電流が連続的に流れ、使用温度は１００℃以上になる。特に電動モーターが設置される場所が高温であるとその場合には使用温度は２００℃以上にもなる。また整流子は４００００ｒｐｍ以上の高速で回転するため、銅セグメント１とブラシの間でアークが発生し、発熱する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように整流子に高温や発熱が作用すると、銅セグメント１を固定・絶縁している樹脂成形品３の強度が低下し、遠心力で剥離する力が作用している銅セグメント１を抑えきれなって、整流子はばらばらに破壊されてしまうおそれがある。また、整流子が長時間、高湿にさらされると、樹脂成形品３が吸湿して強度低下が起こり、この破壊が一層発生し易くなるものであった。
【０００５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、回転強度が高く、特に高温時や吸湿時においても回転強度が高い整流子を成形することができる整流子用フェノール樹脂成形材料及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る整流子用フェノール樹脂成形材料は、重量平均分子量を数平均分子量で割った数値が１．１５以下であるノボラック型フェノール樹脂を有機主成分とし、有機主成分以外の樹脂のポリエチレングリコールを有機充填材として含有すると共に無機充填材を含有して成ることを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項２の発明は、上記無機充填材がガラス繊維と鉱物の少なくとも一方であることを特徴とするものである。
【０００９】
また請求項３の発明は、上記鉱物が、石膏、カオリンから選ばれるものであることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の請求項４に係る整流子用フェノール樹脂成形材料の製造方法は、上記の請求項１乃至３のいずれかに記載の各材料をロールによって加熱・混練することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
本発明において有機主成分の樹脂としてはノボラック型フェノール樹脂を用いるものであり、このノボラック型フェノール樹脂として重量平均分子量を数平均分子量で割った数値が１．１５以下のものを使用するものである。このように有機主成分として重量平均分子量を数平均分子量で割った数値が１．１５以下のノボラック型フェノール樹脂を用いることによって、整流子を成形する際に成形材料の均一な溶融状態を得ることができ、整流子の回転強度を向上させることができるものである。すなわち、重量平均分子量を数平均分子量で割った数値が１．１５以下のノボラック型フェノール樹脂は分子量がかなり一定であると考えられるので、溶融粘度も一定であり、この結果、均一な溶融状態を得ることができるのである。重量平均分子量を数平均分子量で割った数値の下限は特に設定されないが、実用的には下限は１．０５程度である。またこのノボラック型フェノール樹脂の重量平均分子量は２３００〜２８００の範囲、数平均分子量は２０００〜２６００の範囲であることが望ましい。
【００１３】
本発明において有機充填材として含有される有機主成分以外の樹脂としては、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）のうち少なくとも一方を用いるのが好ましい。有機充填材としてＮＢＲを用いることによって、整流子を成形する際に成形材料の均一な溶融状態を得ることができ、整流子の回転強度を向上させることができるものである。また有機充填材料としてＰＥＧを用いることによって、整流子を成形する際の成形材料の溶融粘度が低くなり、より均一な溶融状態を得ることができ、整流子の回転強度を向上させることができるものである。
【００１４】
本発明において無機充填材としては、ガラス繊維と鉱物の少なくとも一方を用いるのが好ましい。無機充填材としてこのようにガラス繊維や鉱物を用いることによって、熱変形温度の高い成形品を得ることができ、整流子の高温時での回転強度を向上させることができるものである。またこの鉱物としては、石膏とカオリンの少なくとも一方を用いるのが好ましい。このように石膏やカオリンを無機充填材として配合すると、成形品の吸湿率を低下させることができ、整流子の吸湿後の回転強度を向上させることができるものである。
【００１５】
そして上記の有機主成分としてノボラック型フェノール樹脂、有機充填材、無機充填材、さらに必要に応じて離型剤、増量剤、顔料などを配合し、これを加熱混練して反応させることによって、本発明に係る整流子成形用フェノール樹脂成形材料を得ることができるものである。このとき、この加熱、混練、反応は、ロールによって行なうのが好ましく、材料の混練や分散を均一に行なうことができ、整流子の回転強度を向上させることができるものである。このロールによる混練の条件は、特に限定されるものではないが、温度９０〜１４０℃、時間２〜５分の範囲が好ましい。また各材料の配合割合は、特に制限されるものではないが、有機主成分としてのノボラック型フェノール樹脂を２５〜３５重量％、有機充填材を４〜１０％、無機充填材を５０〜６５％の範囲に設定するのが好ましい。
【００１６】
【実施例】
次に本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００１７】
表１の実施例１、参考例１〜４、比較例１の材料を２軸のロールで加熱・混練し、この混練品を粉砕機で粉砕造粒することによって、整流子成形用フェノール樹脂成形材料を得た。このとき、ロール混練は、ロールの表面温度１００〜１３０℃、混練時間３分の条件で行なった。
【００１８】
また表１の比較例２の材料をボールミルにより１時間混合して混合粉末を調製した後、これを１軸混練押出機で温度８０〜１００℃の条件で混練押し出し、この混練品を粉砕機で粉砕造粒することによって、整流子成形用フェノール樹脂成形材料を得た。
【００１９】
ここで表１において、ノボラック型フェノール樹脂として、住友ケミカル（株）製「ＳＫＲ−Ｈ−１７」（重量平均分子量Ｍｗ：２４００、数平均分子量Ｍｎ：２２００、Ｍｗ／Ｍｎ：１．１）、松下電工（株）製「ＰＡＲ」（重量平均分子量Ｍｗ：２４５０、数平均分子量Ｍｎ：２０５０、Ｍｗ／Ｍｎ：１．２）を用いた。また、ＮＢＲはゼオン・ケミカル・インコーポレイテッド製「ハイカ１４１１」を、ＰＥＧは三洋化成工業（株）製「ＰＥＧ６０００Ｐ」を、ガラス繊維は日本電気硝子（株）製「ＲＥＳ０３」（平均直径８μｍ、平均長さ１．８ｍｍ）を、石膏は睦化学（株）製「Ａ級睦石膏」を、カオリンはストーン・コンテナー・コーポレーション製「ＥＰＫカオリン」を、タルクは竹原化学工業（株）製「ＴＴタルク」を用いた。尚、表１の各実施例や各比較例には、さらに、離型剤（ステアリン酸：堺化学工業（株）製「ＳＺ−Ｐ」）、増量剤（水酸化カルシウム：昭和電工（株）製「Ｈ３２」）、顔料（カーボン：三菱化成（株）製「＃４５」）が合計５重量部配合してある。
【００２０】
【表１】

【００２１】
上記のようにして得た実施例１、参考例１〜４、比較例１〜２の成形材料をタブレット化し、プレヒートをかけた後、トランスファー成形金型で成形温度１７５±５℃、硬化時間１５０秒の条件で成形し、図１のような直径３３ｍｍ、内径２３ｍｍ、高さ３０ｍｍのリング形の整流子成形品を得た。この整流子成形品の孔にシャフトを取り付けて回転させ、回転数を１０００ｒｐｍ／１０秒の割合で増加させて回転強度の試験を行ない、破壊が発生したときの回転数を回転強度とみなし、常温回転破壊強度、熱時回転破壊強度、吸湿後回転破壊強度をそれぞれ測定した。常温回転破壊強度とは、室温雰囲気で試験を行なったときの回転強度、熱時回転破壊強度とは、雰囲気が２５０℃の中に整流子成形品を１０分間放置した後、２５０℃を保ちながら試験を行なったときの回転強度、吸湿後回転破壊強度とは、整流子成形品を温度８０℃、湿度８０％ＲＨの雰囲気中に２５０時間放置した後、試験を行なったときの回転強度である。これらの結果を表２に示す。
【００２２】
【表２】

【００２３】
表２にみられるように各実施例のものは、常温、熱時、吸湿後のいずれにおいても回転強度が高いものであった。
【００２４】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る整流子用フェノール樹脂成形材料は、重量平均分子量を数平均分子量で割った数値が１．１５以下であるノボラック型フェノール樹脂を有機主成分とし、有機主成分以外の樹脂を有機充填材として含有すると共に無機充填材を含有するので、有機主成分として重量平均分子量を数平均分子量で割った数値が１．１５以下のノボラック型フェノール樹脂を用いることによって、整流子を成形する際に成形材料の均一な溶融状態を得ることができ、整流子の回転強度を向上させることができるものである。
【００２５】
また有機充填材料としてポリエチレングリコールを用いることによって、整流子を成形する際の成形材料の溶融粘度が低くなり、より均一な溶融状態を得ることができ、整流子の回転強度を向上させることができるものである。
【００２６】
また請求項２の発明は、上記無機充填材がガラス繊維と鉱物の少なくとも一方であるので、熱変形温度の高い成形品を得ることができ、整流子の高温時での回転強度を向上させることができるものである。
【００２７】
また請求項３の発明は、上記鉱物が、石膏、カオリンから選ばれるものであるので、成形品の吸湿率を低下させることができ、整流子の吸湿後の回転強度を向上させることができるものである。
【００２８】
本発明の請求項４に係る整流子用フェノール樹脂成形材料の製造方法は、上記の請求項１乃至３のいずれかに記載の各材料をロールによって加熱・混練するようにしたので、材料の混練や分散を均一に行なうことができ、整流子の回転強度を向上させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】整流子の一例を示すものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
１銅セグメント
２絶縁板
３樹脂成形品
４孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a phenol resin molding material used for molding a commutator of an electric motor and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
The commutator of the electric motor has copper segments 1 and insulators 2 such as silica arranged alternately and set in a ring shape in a molding die. 1 and the insulator 2 are integrated by a resin molded product 3 to form a structure as shown in FIG. A hole 4 for press-fitting the shaft is provided in the center of the resin molded product 3. Here, as a molding material for molding the resin molded product 3, a phenol resin molding material is generally used in terms of heat resistance and strength.
[0003]
And a commutator is located in the center part of an electric motor, a direct current flows continuously and use temperature becomes 100 degreeC or more. In particular, if the place where the electric motor is installed is high temperature, the use temperature is 200 ° C. or more. Further, since the commutator rotates at a high speed of 40,000 rpm or more, an arc is generated between the copper segment 1 and the brush, and heat is generated.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
When the commutator is thus subjected to high temperature or heat, the strength of the resin molded product 3 that fixes and insulates the copper segment 1 decreases, and the copper segment 1 on which the force of peeling by centrifugal force acts can be suppressed. Thus, the commutator may be broken apart. Further, when the commutator is exposed to high humidity for a long time, the resin molded product 3 absorbs moisture and the strength is reduced, and this breakage is more likely to occur.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and has a high rotational strength, and in particular, a phenol resin molding material for a commutator that can form a commutator having a high rotational strength even at high temperatures and moisture absorption, and its manufacture. It is intended to provide a method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The phenol resin molding material for a commutator according to claim 1 of the present invention has a novolac type phenol resin having a value obtained by dividing a weight average molecular weight by a number average molecular weight of 1.15 or less as an organic main component, and other than organic main components. The resin contains polyethylene glycol as a resin as an organic filler and an inorganic filler.
[0008]
The invention of claim 2 is characterized in that the inorganic filler is at least one of glass fiber and mineral.
[0009]
The invention of claim 3 is characterized in that the mineral is selected from gypsum and kaolin.
[0010]
A method for producing a phenol resin molding material for commutator according to claim 4 of the present invention is characterized in that each material according to any one of claims 1 to 3 is heated and kneaded by a roll. .
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0012]
In the present invention, a novolac type phenol resin is used as the organic main component resin, and a novolak type phenol resin having a value obtained by dividing the weight average molecular weight by the number average molecular weight is 1.15 or less. . Thus, by using a novolac type phenol resin whose weight average molecular weight divided by the number average molecular weight is 1.15 or less as an organic main component, a uniform molten state of the molding material is obtained when molding the commutator. And the rotational strength of the commutator can be improved. That is, since the novolak type phenolic resin having a value obtained by dividing the weight average molecular weight by the number average molecular weight of 1.15 or less is considered to have a fairly constant molecular weight, the melt viscosity is also constant. You can get it. The lower limit of the numerical value obtained by dividing the weight average molecular weight by the number average molecular weight is not particularly set, but practically the lower limit is about 1.05. The novolac type phenol resin preferably has a weight average molecular weight in the range of 2300 to 2800 and a number average molecular weight in the range of 2000 to 2600.
[0013]
In the present invention, it is preferable to use at least one of acrylonitrile butadiene rubber (NBR) and polyethylene glycol (PEG) as the resin other than the organic main component contained as the organic filler. By using NBR as the organic filler, a uniform molten state of the molding material can be obtained when molding the commutator, and the rotational strength of the commutator can be improved. Also, by using PEG as the organic filling material, the melt viscosity of the molding material when molding the commutator is lowered, a more uniform melt state can be obtained, and the rotational strength of the commutator can be improved It is.
[0014]
In the present invention, it is preferable to use at least one of glass fiber and mineral as the inorganic filler. By using glass fiber or mineral as the inorganic filler, a molded product having a high heat distortion temperature can be obtained, and the rotational strength of the commutator at high temperatures can be improved. As this mineral, it is preferable to use at least one of gypsum and kaolin. When gypsum or kaolin is blended as an inorganic filler in this way, the moisture absorption rate of the molded product can be reduced, and the rotational strength of the commutator after moisture absorption can be improved.
[0015]
Then, as the above organic main component, a novolac type phenol resin, an organic filler, an inorganic filler and, if necessary, a release agent, an extender, a pigment, and the like are blended, and this is heated and kneaded to react. The phenol resin molding material for commutator molding which concerns on invention can be obtained. At this time, the heating, kneading, and reaction are preferably performed by a roll, and the materials can be uniformly kneaded and dispersed, and the rotational strength of the commutator can be improved. The conditions for kneading with this roll are not particularly limited, but a temperature of 90 to 140 ° C. and a time of 2 to 5 minutes are preferable. The mixing ratio of each material is not particularly limited, but 25 to 35% by weight of novolak type phenol resin as an organic main component, 4 to 10% of organic filler, and 50 to 65% of inorganic filler. It is preferable to set in the range.
[0016]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described with reference to examples.
[0017]
Phenol resin molding for commutator molding by heating and kneading the materials of Example 1 in Table 1 , Reference Examples 1 to 4 and Comparative Example 1 with a biaxial roll and pulverizing and granulating the kneaded product with a pulverizer. Obtained material. At this time, the roll kneading was performed under conditions of a roll surface temperature of 100 to 130 ° C. and a kneading time of 3 minutes.
[0018]
Moreover, after mixing the material of the comparative example 2 of Table 1 for 1 hour with a ball mill and preparing mixed powder, this was knead | mixed and extruded by the conditions of temperature 80-100 degreeC with the uniaxial kneading extruder, and this kneaded product was pulverized with the grinder. By pulverizing and granulating, a phenol resin molding material for commutator molding was obtained.
[0019]
Here, in Table 1, as a novolak type phenol resin, “SKR-H-17” (weight average molecular weight Mw: 2400, number average molecular weight Mn: 2200, Mw / Mn: 1.1) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., Matsushita “PAR” manufactured by Denko Co., Ltd. (weight average molecular weight Mw: 2450, number average molecular weight Mn: 2050, Mw / Mn: 1.2) was used. In addition, NBR is “HIKA 1411” manufactured by Zeon Chemical Inc., PEG is “PEG6000P” manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd., and glass fiber is “RES03” manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd. (average diameter 8 μm, average) The length is 1.8mm), gypsum is "A-grade gypsum" manufactured by Sakai Chemical Co., Ltd., kaolin is "EPK Kaolin" manufactured by Stone Container Corporation, and talc is "TT talc" manufactured by Takehara Chemical Industry Co., Ltd. Was used. In addition, in each Example and each comparative example of Table 1, a mold release agent (stearic acid: “SZ-P” manufactured by Sakai Chemical Industry Co., Ltd.), a bulking agent (calcium hydroxide: Showa Denko Co., Ltd.) “H32”) and pigment (carbon: “# 45” manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd.) are mixed in a total of 5 parts by weight.
[0020]
[Table 1]

[0021]
The molding materials of Example 1 , Reference Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 obtained as described above were tableted, preheated, and then molded with a transfer molding die at a molding temperature of 175 ± 5 ° C. and a curing time of 150. Molding was performed under the conditions of seconds, and a ring-shaped commutator molded product having a diameter of 33 mm, an inner diameter of 23 mm, and a height of 30 mm as shown in FIG. A shaft is attached to the hole of this commutator molded product and rotated, the rotational speed is increased at a rate of 1000 rpm / 10 seconds, the rotational strength is tested, and the rotational speed when breakage occurs is regarded as the rotational strength. The rotational fracture strength, the hot rotational fracture strength, and the rotational fracture strength after moisture absorption were measured. The normal temperature rotational fracture strength is the rotational strength when the test is conducted in a room temperature atmosphere, and the thermal rotational fracture strength is that while the commutator molded product is left for 10 minutes in an atmosphere of 250 ° C., the temperature is maintained at 250 ° C. The rotational strength when the test is performed and the rotational fracture strength after moisture absorption are the rotational strength when the commutator molded article is left in an atmosphere of 80 ° C. and 80% humidity for 250 hours and then tested. . These results are shown in Table 2.
[0022]
[Table 2]

[0023]
As can be seen in Table 2, each example had a high rotational strength at room temperature, at the time of heating, and after moisture absorption.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, the phenol resin molding material for commutator according to claim 1 of the present invention is composed of a novolac type phenol resin having a numerical value of 1.15 or less obtained by dividing the weight average molecular weight by the number average molecular weight as an organic main component. Since a resin other than the main component is contained as an organic filler and an inorganic filler is contained, by using a novolac type phenol resin having a value obtained by dividing the weight average molecular weight by the number average molecular weight as the organic main component is 1.15 or less. When the commutator is molded, a uniform molten state of the molding material can be obtained, and the rotational strength of the commutator can be improved.
[0025]
By using polyethylene glycol as or organic filler material was melt viscosity of the molding material in molding the commutator is reduced, it is possible to obtain a more uniform molten state, to improve the rotational strength of the commutator It is something that can be done.
[0026]
In the invention of claim 2 , since the inorganic filler is at least one of glass fiber and mineral, it is possible to obtain a molded product having a high thermal deformation temperature and to improve the rotational strength of the commutator at a high temperature. It is something that can be done.
[0027]
In the invention of claim 3 , since the mineral is selected from gypsum and kaolin, the moisture absorption rate of the molded product can be reduced, and the rotational strength of the commutator after moisture absorption can be improved. It is.
[0028]
In the method for producing a phenol resin molding material for a commutator according to claim 4 of the present invention, each material according to any one of claims 1 to 3 is heated and kneaded by a roll. And dispersion can be performed uniformly, and the rotational strength of the commutator can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a commutator, where (a) is a front view and (b) is a plan view.
[Explanation of symbols]
1 Copper segment 2 Insulating plate 3 Plastic molded product 4 Hole

Claims

Novolak type phenol resin whose weight average molecular weight divided by number average molecular weight is 1.15 or less is used as an organic main component, and polyethylene glycol of a resin other than the organic main component is included as an organic filler and an inorganic filler is included. A phenol resin molding material for a commutator characterized by comprising:

The phenol resin molding material for commutators according to claim 1 , wherein the inorganic filler is at least one of glass fiber and mineral.

The phenol resin molding material for commutators according to claim 2 , wherein the mineral is selected from gypsum and kaolin.

Method of manufacturing a commutator for phenolic resin molding material, characterized by heating and kneading by the materials roll according to any one of claims 1 to 3.