JP5956314B2 - モーター用電気絶縁性樹脂シート - Google Patents

Description

本発明は、モーター用電気絶縁性樹脂シートに関する。

従来、モーターのコイル線間やコイル線と鉄心間の絶縁に用いられる絶縁部材としてモーター用電気絶縁性樹脂シートが知られている。これらは、コイル線間やコイル線と鉄心間を電気的に絶縁することが要求されるが、モーターを高出力とする場合、電流密度が大きくなり、高温となるため、耐熱性を有する絶縁部材が提案されている（例えば、特許文献１、２）。

また近年、モーターは省エネルギー化および小型化高性能化のため高電圧でのインバータ制御が必要となっている。しかし、インバータ電源を使用してモーター駆動を制御する場合、インバータから発生する高いサージ電圧がモーターに侵入する。このためモーターに使用される絶縁部材は、サージ電圧に対応するために絶縁部材の劣化を抑制する必要があった。

サージ電圧による絶縁部材の劣化を抑制する手法としては、（１）サージによる部分放電が発生した場合でも絶縁破壊に至る寿命を長くする、（２）部分放電開始電圧をサージ電圧以上にする、ことが考えられる。（１）の場合では、無機フィラーを絶縁部材に添加する手法があるが、樹脂シートの可とう性が低下し、成型加工によるストレスが加えられた場合に絶縁性が低下するといった問題が発生する。（２）の場合では、絶縁部材の部分放電開始電圧がサージ電圧以上であればコロナ放電が発生せず寿命が長くなるが、部分放電開始電圧を向上するには絶縁部材を厚膜化する必要があり、この場合、モーターにおいてコイル占積率が低下し高出力が得られないという問題がある。

上記問題を解決するために、特許文献３では、絶縁部材を低誘電化する技術が提案されている。詳しくは、熱可塑性樹脂を含む多孔質樹脂層を備えており、１ＧＨｚにおける比誘電率が２．０以下であるモーター用電気絶縁性樹脂シートが提案されている。

絶縁性樹脂シートは、モーターなどに組み込む際に折り曲げ加工がなされるが、従来の絶縁性樹脂シートは、折り曲げ加工すると割れが生じることがあり、折り曲げ部分の割れによって絶縁性が低下するという問題があった。

特開平９−２３６０１号公報 特開２００６−３２１１８３号公報 特開２０１２−１８２１１６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、折り曲げ加工した際に割れが生じ難い（耐割れ性に優れる）モーター用電気絶縁性樹脂シートを提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、以下に示すモーター用電気絶縁性樹脂シートにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、多孔質樹脂層の両面に高密度樹脂層を有しており、各高密度樹脂層の厚さ方向断面における空孔の面積割合が５０％以下であり、かつシート全体の体積空孔率が２０％以上であるモーター用電気絶縁性樹脂シート（以下、単に「絶縁性樹脂シート」ともいう）、に関する。

従来の絶縁性樹脂シートは、シート全体が多孔化しているため、折り曲げ加工した際に空孔（気泡）をきっかけとして割れが生じると考えられる。本発明のように、多孔質樹脂層の両面に、空孔が少ない高密度樹脂層を設けて折り曲げ部分の強度を上げることにより、折り曲げ部分の割れを効果的に防止することができる。その結果、折り曲げ加工した際に絶縁性樹脂シートの絶縁性が低下し難くなる。

各高密度樹脂層の厚さ方向断面における空孔の面積割合が５０％を超える場合には、高密度樹脂層の樹脂密度が低くなるため折り曲げ部分の強度が不足し、折り曲げ部分に割れが生じやすくなる。

また、絶縁性樹脂シート全体の体積空孔率が２０％以上であれば、多孔質樹脂層中に均等に空孔が存在する状態となるため誘電特性のバラツキが低減され、低誘電率化を図ることができる。一方、体積空孔率が２０％未満の場合には、多孔質樹脂層中に不均一に空孔が存在する状態となるため誘電特性のバラツキが生じやすくなり、比誘電率を低くすることができない。また、絶縁性樹脂シート全体の剛性が高くなるため、絶縁性樹脂シートを折り曲げ難くなったり、折り曲げたとしても外力を取り除くと元の形状に戻りやすくなる。そのため、モーターに絶縁性樹脂シートを取り付けることが困難になったり、取り付け精度が低下する。

高密度樹脂層の総厚さは、シート全体の厚さの２〜３０％であることが好ましい。２％未満の場合には、折り曲げ部分の強度が不足し、折り曲げ部分に割れが生じやすくなる。一方、３０％を超える場合には、シート全体の体積空孔率が低下するため比誘電率を低くすることができない。また、シート全体の剛性が高くなるため、絶縁性樹脂シートを折り曲げ難くなったり、折り曲げたとしても外力を取り除くと元の形状に戻りやすくなる。そのため、モーターに絶縁性樹脂シートを取り付けることが困難になったり、取り付け精度が低下する。

高密度樹脂層の表面粗さ（Ｒａ）は２．０μｍ以下であることが好ましい。表面粗さが２．０μｍを超えると、絶縁性樹脂シートを折り曲げた際に割れが生じやすくなる。

多孔質樹脂層の平均気泡径は５μｍ以下であることが好ましい。平均気泡径が５μｍ以下であれば、絶縁性及び機械的強度を低下させることなく比誘電率を低くすることができる。平均気泡径が５μｍを超えると、絶縁性及び機械的強度が低下する傾向にある。

絶縁性樹脂シート全体の厚さは１０〜５００μｍであることが好ましい。

また本発明は、前記絶縁性樹脂シートの片面又は両面にシート材を有するモーター用電気絶縁性積層樹脂シート、に関する。

本発明の絶縁性樹脂シートは、耐割れ性に優れているため、折り曲げ加工した場合であっても絶縁性が著しく低下することがない。また本発明の絶縁性樹脂シートは、電気絶縁性に優れ、比誘電率が低く、部分放電開始電圧が高いため、絶縁部材の劣化が抑制され長寿命化が図れる。そのため、本発明の絶縁性樹脂シートは、インバータ制御を伴う自動車用又は産業用モーターなどに組み込まれる絶縁性シートとして好適に用いられる。

図１は、本発明のモーター用電気絶縁性樹脂シートの一実施形態についての断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明の絶縁性樹脂シートは、多孔質樹脂層の両面に高密度樹脂層を有する。

多孔質樹脂層を構成する熱可塑性樹脂は特に限定されないが、耐熱性を有する熱可塑性樹脂であることが好ましく、特にガラス転移温度が１５０℃以上、好ましくは１８０℃以上の耐熱性を有するものが好適に使用される。このような熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリエーテルイミドなどが挙げられる。熱可塑性樹脂は単独で又は２種以上混合して使用できる。

本発明においては、上記の熱可塑性樹脂の中でも、高温時の寸法安定性がよく長期での耐久性が高いことから、特にポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホンを好適に使用することができる。また高ガラス転移温度（例えば２２０℃以上、さらに２３０℃以上)の樹脂と、低ガラス転移温度（例えば１５０℃以上２２０℃未満）の樹脂を併用することが好ましい。それにより、耐久性を維持しつつ微細な気泡を形成することができる（加工性の向上が可能）。ガラス転移温度が異なる熱可塑性樹脂を併用する場合、その配合割合（重量）は、高ガラス転移温度／低ガラス転移温度＝２０／８０〜８０／２０程度が好ましく、３０／７０〜７０／３０程度がより好ましい。

前記ポリイミドは公知乃至慣用の方法により得ることができる。例えば、ポリイミドは、有機テトラカルボン酸二無水物とジアミノ化合物（ジアミン）とを反応させてポリイミド前駆体（ポリアミド酸）を合成し、このポリイミド前駆体を脱水閉環することにより得ることができる。

上記有機テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン二無水物、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物等が挙げられる。これらの有機テトラカルボン酸二無水物は単独で又は２種以上混合して用いてもよい。

上記ジアミノ化合物としては、例えば、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、３，４′−ジアミノジフェニルエーテル、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、４，４′−ジアミノジフェニルスルホン、３，３′−ジアミノジフェニルスルホン、２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、２，４−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、ジアミノジフェニルメタン、４，４′−ジアミノ−２，２−ジメチルビフェニル、２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジアミノビフェニル等が挙げられる。これらは単独で又は２種以上混合して用いてもよい。

ポリイミドの原料としては、有機テトラカルボン酸二無水物として、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用い、ジアミノ化合物としてｐ−フェニレンジアミン及び／又は４，４′−ジアミノジフェニルエーテルを用いることが好ましい。

前記ポリイミド前駆体は、略等モルの有機テトラカルボン酸二無水物とジアミノ化合物（ジアミン）とを、通常、有機溶媒中、０〜９０℃で１〜２４時間程度反応させることにより得られる。前記有機溶媒としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の極性溶媒が挙げられる。

ポリイミド前駆体の脱水閉環反応は、例えば、３００〜４００℃程度に加熱したり、無水酢酸とピリジンの混合物などの脱水環化剤を作用させることにより行われる。一般に、ポリイミドは有機溶媒に不溶であり、成形困難なポリマーである。そのため、ポリイミドからなる多孔質体を製造する場合、前記ミクロ相分離構造を有するポリマー組成物の調製には、ポリマーとして上記のポリイミド前駆体を用いるのが一般である。

なお、ポリイミドは、上記方法のほか、有機テトラカルボン酸二無水物とＮ−シリル化ジアミンとを反応させて得られるポリアミド酸シリルエステルを加熱閉環させる方法などよっても得ることができる。

前記ポリエーテルイミドは、前記ジアミノ化合物と、２，２，３，３−テトラカルボキシジュフェニレンエーテル二無水物のような芳香族ビスエーテル無水物との脱水閉環反応により得ることができるが、市販品、例えば、ウルテム樹脂（ＳＡＢＩＣ社製）、スペリオ樹脂（三菱樹脂社製）などを用いてもよい。

前記ポリエーテルスルホンは、ジクロロジフェニルスルホンとジヒドロキシジフェニルスルホンのカリウム塩との縮重合反応により得ることができるが、市販品、例えば、ウルトラゾーンＥシリーズ（ＢＡＳＦ社製）、レーデルＡシリーズ（ソルベイ社製）などを用いてもよい。

多孔質樹脂層は、熱可塑性樹脂のほか、本発明の効果を損ねない範囲において、種々の添加剤を含んでいてもよい。この添加剤の種類は特に限定されず、粘着付与樹脂、難燃剤、酸化防止剤、無機フィラー、気泡核剤、結晶核剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、顔料、架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤などの一般的なプラスチック用配合剤などを挙げることができる。これらの添加剤は、樹脂組成物１００重量部に対して、例えば０．１〜５重量部用いることができる。

多孔質樹脂層は、前記熱可塑性樹脂およびその他の添加剤を含む熱可塑性樹脂組成物を多孔質化することで得ることができる。多孔質化する方法は特に限定されず、従来周知の化学発泡、物理発泡などにより発泡させることで得ることが出来るが、低比誘電率の多孔質樹脂層を得るためには、微細な気泡を高い空孔率で均一に形成することが好ましく、この点から、（１）非反応性ガスにより発泡させる方法、または（２）熱可塑性樹脂中に相分離させた相分離化剤を抽出する方法、のいずれかが好ましい。これらの方法では、化学発泡の場合に用いられる発泡剤に起因する反応残渣が残らず、また気泡が独立気泡構造となるため、吸湿などによる電気特性の変動が起こりにくい。

上記（１）の発泡方法は、例えば、熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物に非反応性ガスを加圧下で含浸させるガス含浸工程、ガス含浸工程後に圧力を減少させて熱可塑性樹脂組成物を発泡させる発泡工程を含む。

ガス含浸工程は、少なくとも熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物に非反応性ガスを加圧下に含浸させる工程であり、非反応性ガスとしては、例えば二酸化炭素、窒素ガス、空気等が挙げられる。これらのガスは、単独で使用してもよく、混合して使用してもよい。

これらの非反応性ガスのうち、多孔質樹脂層の素材として用いる熱可塑性樹脂への含浸量が多く、含浸速度も速い二酸化炭素の使用が特に好ましい。

非反応性ガスを含浸させる際の圧力および温度は、非反応性ガスの種類、熱可塑性樹脂または熱可塑性樹脂組成物の種類、および目的とする多孔質樹脂層の平均気泡径や空孔率によって適宜調整する必要がある。例えば非反応性ガスとして二酸化炭素を用い、熱可塑性樹脂としてポリイミドを用いた場合において、平均気泡径５μｍ以下、体積空孔率３０％以上の多孔質樹脂層を製造するためには、圧力は７．４〜１００ＭＰａ程度、好ましくは２０〜５０ＭＰａであり、温度は１２０〜３５０℃程度、好ましくは１２０〜３００℃程度である。また例えば非反応性ガスとして二酸化炭素を用い、熱可塑性樹脂としてポリエーテルイミドを用いた場合において、平均気泡径５μｍ以下、体積空孔率３０％以上の多孔質樹脂層を製造するためには、圧力は７．４〜１００ＭＰａ程度、好ましくは２０〜５０ＭＰａであり、温度は１２０〜２６０℃程度、好ましくは１２０〜２２０℃程度である。

また、ポリマー中への含浸速度を速めるという観点から、前記非反応性ガスは超臨界状態であることが好ましい。例えば、二酸化炭素の場合、臨界温度が３１℃、臨界圧力が７．４ＭＰａであり、温度３１℃以上、圧力７．４ＭＰａ以上の超臨界状態にすると、ポリマーへの二酸化炭素の溶解度が著しく増大し、高濃度の混入が可能となる。また、超臨界状態でガスを含浸させるとポリマー中のガス濃度が高いため、急激に圧力を降下させると、気泡核が多量に発生し、その気泡核が成長してできる気泡の密度が大きくなり、非常に微細な気泡を得ることができる。

発泡工程は、前記ガス含浸工程後に圧力を減少させて熱可塑性樹脂組成物を発泡させる工程である。圧力を減少させることにより、熱可塑性樹脂組成物中に気泡核が多量に発生する。圧力を減少させる程度（減圧速度）は特に制限されないが、５〜４００ＭＰａ／秒程度である。

発泡工程により気泡核が形成された熱可塑性樹脂組成物からなる多孔質樹脂層を、１５０℃以上の温度で加熱する加熱工程を設けてもよい。気泡核が生じた多孔質樹脂層を加熱することにより、気泡核が成長し、気泡が形成される。加熱温度は１８０℃以上であることが好ましく、より好ましくは２００℃以上である。加熱温度が１５０℃未満では、空孔率の高い多孔質樹脂層を得ることが困難な場合がある。なお加熱工程後には、多孔質樹脂層を急冷して気泡の成長を防止したり、気泡形状を固定してもよい。

上記（１）の発泡方法は、バッチ方式、連続方式の何れの方式で行ってもよい。

バッチ方式によれば、例えば以下のようにして発泡体を製造できる。すなわち、少なくとも熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物を単軸押出機、二軸押出機等の押出機を使用して押し出すことにより、熱可塑性樹脂を基材樹脂として含むシートが形成される。あるいは、少なくとも熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物を、ローラ、カム、ニーダ、バンバリ型等の羽根を設けた混錬機を使用して均一に混錬しておき、熱板のプレスなどを用いて所定の厚みにプレス成形することにより、熱可塑性樹脂を基材樹脂として含むシートが形成される。こうして得られる未発泡シートを高圧容器中に入れて、二酸化炭素、窒素、空気などからなる非反応性ガスを注入し、前記未発泡シート中に非反応性ガスを含浸させる。十分に非反応性ガスを含浸させた時点で圧力を解放し（通常、大気圧まで）、基材樹脂中に気泡核を発生させる。そして、この気泡核を加熱することによって気泡を成長させた後、冷水などで急激に冷却し、気泡の成長を防止したり、形状を固定することにより発泡体が得られる。

一方、連続方式によれば、例えば、少なくとも熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物を単軸押出機、二軸押出機等の押出機を使用して混練しながら非反応性ガスを注入し、十分に非反応性ガスを樹脂中に含浸させた後、押し出すことにより圧力を解放（通常、大気圧まで）して気泡核を発生させる。そして、加熱することによって気泡を成長させた後、冷水などで急激に冷却し、気泡の成長を防止したり、形状を固定化することにより発泡体を得ることができる。

上記（２）の発泡方法は、例えば、熱可塑性樹脂と、該熱可塑性樹脂の硬化体と相分離する相分離化剤とを含む熱可塑性樹脂組成物を基板上に塗布し、硬化させてミクロ相分離構造を有する樹脂シートを作製する工程、樹脂シートから相分離化剤を除去する工程を含む。

相分離化剤は、ミクロ相分離構造の非連続相を構成する成分であり、熱可塑性樹脂と混合した場合に相溶性であり、かつ該熱可塑性樹脂の硬化体と相分離する化合物である。ただし熱可塑性樹脂と相分離する化合物であっても、適宜な媒体（例えば有機溶剤）を加えることで均一状態（均一溶液）となるものは使用可能である。

このような相分離化剤としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール；前記ポリアルキレングリコールの片末端もしくは両末端メチル封鎖物、又は片末端もしくは両末端（メタ）アクリレート封鎖物；ウレタンプレポリマー；フェノキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ε-カプロラクトン（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、オリゴエステル（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリレート系化合物などが例示される。これらの相分離化剤は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して使用することも出来る。

相分離化剤を用いることで、微小なミクロ相分離構造を得ることができ、それにより多孔質樹脂層の平均気泡径を５μｍ以下にすることができる。

相分離化剤の分子量は特に制限はないが、後の除去操作が容易になることから、重量平均分子量として１００００以下、例えば１００〜１００００程度であるのが好ましく、より好ましくは１００〜２０００である。重量平均分子量が１００未満の場合には、樹脂成分の硬化体と相分離し難くなり、一方、重量平均分子量が１００００を超えると、ミクロ相分離構造が大きくなりすぎたり、樹脂シート中から除去し難くなる。

相分離剤の添加量は、該相分離剤と前記樹脂成分の組み合わせに応じて適宜選択出来るが、多孔質樹脂層の体積空孔率を３０％以上にするためには、通常樹脂成分１００重量部に対して２５〜３００重量部用いることが好ましく、より好ましくは３０〜２００重量部である。

以下、上記（２）の発泡方法を用いた多孔質樹脂層の製造方法について詳しく説明する。

まず、前記熱可塑性樹脂と相分離化剤とを含む熱可塑性樹脂組成物を基板上に塗布する。

均一な熱可塑性樹脂組成物を調製するために、トルエン、及びキシレンなどの芳香族炭化水素；メタノール、エタノール、及びイソプロピルアルコールなどのアルコール類；メチルエチルケトン、及びアセトンなどのケトン類；Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、及びジメチルホルムアミドなどのアミド類などの有機溶媒を使用してもよい。有機溶媒の使用量は、樹脂成分１００重量部に対して通常１００〜５００重量部であり、好ましくは２００〜５００重量部である。

基材としては、平滑な表面を有するものであれば特に制限されず、例えば、ＰＥＴ、ＰＥ、及びＰＰなどのプラスチックフィルム；ガラス板；ステンレス、銅、及びアルミニウムなどの金属箔が挙げられる。連続して樹脂シートを製造するために、ベルト状の基材を用いてもよい。

熱可塑性樹脂組成物を基材上に塗布する方法は特に制限されず、連続的に塗布する方法としては、例えば、ワイヤーバー、キスコート、及びグラビアなどが挙げられ、バッチで塗布する方法としては、例えば、アプリケーター、ワイヤーバー、及びナイフコーターなどが挙げられる。

次に、基板上に塗布した熱可塑性樹脂組成物を硬化させて、相分離化剤がミクロ相分離した熱可塑性樹脂シートを作製する。ミクロ相分離構造は、通常、樹脂成分を海、相分離化剤を島とする海島構造となる。

熱可塑性樹脂組成物が溶媒を含まない場合には、塗布膜に熱硬化処理などの硬化処理を施し、塗布膜中の熱可塑性樹脂成分を硬化させて相分離化剤を不溶化する。

熱可塑性樹脂組成物が溶媒を含む場合には、塗布膜中の溶媒を蒸発（乾燥）させてミクロ相分離構造を形成した後に熱可塑性樹脂成分を硬化させてもよく、熱可塑性樹脂成分を硬化させた後に溶媒を蒸発（乾燥）させてミクロ相分離構造を形成してもよい。溶媒を蒸発（乾燥）させる際の温度は特に制限されず、用いた溶媒の種類により適宜調整すればよいが、通常１０〜２５０℃であり、好ましくは６０〜２００℃である。

次に、熱可塑性樹脂シートからミクロ相分離した相分離化剤を除去して多孔質樹脂層を作製する。なお、相分離化剤を除去する前に熱可塑性樹脂シートを基材から剥離しておいてもよい。

熱可塑性樹脂シートから相分離化剤を除去する方法は特に制限されないが、溶剤で抽出する方法が好ましい。溶剤は、相分離化剤に対して良溶媒であり、かつ熱可塑性樹脂成分の硬化体を溶解しないものを用いる必要があり、例えば、トルエン、エタノール、酢酸エチル、及びヘプタンなどの有機溶剤、液化二酸化炭素、亜臨界二酸化炭素、超臨界二酸化炭素などが挙げられる。液化二酸化炭素、亜臨界二酸化炭素及び超臨界二酸化炭素は、樹脂シート内に浸透しやすいため相分離化剤を効率よく除去することができる。

溶剤として液化二酸化炭素、亜臨界二酸化炭素または超臨界二酸化炭素を用いる場合には、通常、圧力容器を用いる。圧力容器としては、例えば、バッチ式の圧力容器、耐圧性のシート繰り出し・巻き取り装置を有する圧力容器などを用いることができる。圧力容器には、通常、ポンプ、配管、及びバルブなどにより構成される二酸化炭素供給手段が設けられている。

液化二酸化炭素、亜臨界二酸化炭素または超臨界二酸化炭素で相分離化剤を抽出する際の温度及び圧力は、二酸化炭素の臨界点以上であればよく、通常、３２〜２３０℃、７．３〜１００ＭＰａであり、好ましくは４０〜２００℃、１０〜５０ＭＰａである。

抽出は、熱可塑性樹脂シートを入れた圧力容器内に、液化二酸化炭素、亜臨界二酸化炭素または超臨界二酸化炭素を連続的に供給・排出して行ってもよく、圧力容器を閉鎖系（投入した樹脂シート、液化二酸化炭素、亜臨界二酸化炭素または超臨界二酸化炭素が容器外に移動しない状態）にして行ってもよい。超臨界二酸化炭素および亜臨界二酸化炭素を用いた場合には、熱可塑性樹脂シートの膨潤が促進され、かつ不溶化した相分離化剤の拡散係数の向上によって効率的に熱可塑性樹脂シートから相分離化剤が除去される。液化二酸化炭素を用いた場合には、前記拡散係数は低下するが、熱可塑性樹脂シート内への浸透性が向上するため効率的に樹脂シートから相分離化剤が除去される。

抽出時間は、抽出時の温度、圧力、相分離化剤の配合量、及び樹脂シートの厚みなどにより適宜調整する必要があるが、通常、１〜１０時間であり、好ましくは２〜１０時間である。

一方、溶剤として有機溶剤を用いて抽出する場合、大気圧下で相分離化剤を除去できるため、液化二酸化炭素または超臨界二酸化炭素を用いて抽出する場合に比べて多孔質樹脂層の変形を抑制できる。また、抽出時間を短縮することもできる。さらに、有機溶剤中に順次熱可塑性樹脂シートを通すことにより、連続的に相分離化剤の抽出処理を行うことができる。

有機溶剤を用いた抽出方法としては、例えば、有機溶剤中に熱可塑性樹脂シートを浸漬する方法、熱可塑性樹脂シートに有機溶剤を吹き付ける方法などが挙げられる。相分離化剤の除去効率の観点から浸漬法が好ましい。また、数回に亘って有機溶剤を交換したり、撹拌しながら抽出することで効率的に相分離化剤を除去することができる。

相分離化剤を除去した後に多孔質樹脂層を乾燥処理等してもよい。

相分離化剤として加熱により蒸発または分解できるものを用いた場合は、上記抽出の前に、相分離化剤を加熱して蒸発又は分解することで除去する方法と組み合わせることもできる。相分離化剤を加熱により蒸発又は分解する場合の加熱温度は、相分離化剤の沸点、分解温度に応じて適宜選択できるが、一般に１００℃以上、例えば１００〜５００℃、好ましくは２５０〜４５０℃程度である。蒸発、分解操作は、前記相分離化剤の除去効率を高めるため、減圧下（例えば、１ｍｍＨｇ以下）で行うことが好ましい。蒸発又は分解と抽出操作とを組み合わせて行うと、一方の操作では除去出来ない添加剤の残渣を他の操作により完全に取り除くことができ、比誘電率の極めて低い多孔質樹脂層を得ることができる。

多孔質樹脂層の平均気泡径は５μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは４．５μｍ以下であり、さらに好ましくは４μｍ以下である（通常０．０１μｍ以上）。

多孔質樹脂層の体積空孔率は、３０％以上であることが好ましく、より好ましくは４０％以上である（通常、９０％以下）。多孔質樹脂層の体積空孔率が３０％以上であれば、多孔質樹脂層内に均等な空孔が存在する状態となり誘電特性のバラツキが低減され、低誘電率化を図れる。体積空孔率が３０％未満であると空孔形成状態が不均一になって誘電特性のバラツキが生じやすくなり、比誘電率を低くすることが困難になる傾向にある。

多孔質樹脂層は、１ＧＨｚにおける比誘電率が２．０以下であることが好ましく、より好ましくは１．９以下であり、さらに好ましくは１．８以下である（通常１．４以上）。多孔質樹脂層の比誘電率が２．０以下であれば、絶縁性樹脂シートの１ＧＨｚにおける比誘電率を２．０以下にすることが可能となり、モーターの絶縁部材として使用した際に、サージ電圧による絶縁破壊を防止することができる。一方、１ＧＨｚにおける比誘電率が２．０を超えると、絶縁性樹脂シートの比誘電率を２．０以下にすることが困難となる。なお、比誘電率は、多孔質樹脂層の形成材料固有の比誘電率に依存するが、体積空孔率を高くすることで低誘電化することが可能である。

多孔質樹脂層の厚さは７〜４９０μｍであることが好ましく、より好ましくは１４〜２８０μｍである。多孔質樹脂層の厚さが７〜４９０μｍであれば、絶縁性樹脂シートにおいて、高い絶縁性を維持できる。多孔質樹脂層の厚さが７μｍ未満であると絶縁破壊が起こりやすく、一方、４９０μｍを超えるとコイル線の巻数が低下して、モーター出力が低下する傾向にある。

次に、本発明の絶縁性樹脂シートについて、図１を参照して説明する。

図１は、本発明の絶縁性樹脂シートの一実施形態についての断面図である。絶縁性樹脂シート１は、多孔質樹脂層２の両面に高密度樹脂層３を有している。高密度樹脂層３は１層であってもよく、２層以上積層されたものであってもよい。

絶縁性樹脂シートの形状は特に限定されず、シート状又はテープ状であってもよく、適宜必要な形状に打ち抜き加工されていてもよく、また３次元的に折り曲げ加工がなされていてもよい。

高密度樹脂層３の形成方法としては、例えば、１）高密度樹脂層３を多孔質樹脂層２の表面に接着する方法、２）多孔質樹脂層２の表面を加熱溶融して当該表面を高密度化する方法、３）前記熱可塑性樹脂シートを作製する際に、熱可塑性樹脂組成物を基材に接触させることにより、熱可塑性樹脂シートの表面にスキン層を形成する方法、が挙げられる。多孔質樹脂層２と高密度樹脂層３は同一材料で一体形成されていることが好ましいため、上記２）及び３）の形成方法が好ましい。

上記１）の方法において、高密度樹脂層３の形成材料である熱可塑性樹脂は特に限定されないが、耐熱性を有する熱可塑性樹脂であることが好ましく、具体的にはガラス転移温度が１５０℃以上の熱可塑性樹脂であることが好ましく、より好ましくはガラス転移温度が１８０℃以上の熱可塑性樹脂である。このような熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、液晶ポリマー、及びポリエーテルイミドなどが挙げられる。これら熱可塑性樹脂は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記熱可塑性樹脂の中でも、高温時の寸法安定性がよく長期間の耐久性が高いことから、ポリイミド、ポリエーテルイミド、及びポリエーテルスルホンが好適である。

高密度樹脂層３を多孔質樹脂層２に接着するための接着剤は特に限定されないが、例えば、エポキシ接着剤、ウレタン接着剤、及びアクリル接着剤などを挙げることができる。

上記２）の方法において、多孔質樹脂層２の表面を加熱溶融する方法は特に限定されないが、例えば、多孔質樹脂層２の表面を熱板又は熱ロールでプレスする方法、多孔質樹脂層２の表面にレーザーを照射する方法、加熱したロール間に多孔質樹脂層２を通す方法などが挙げられる。なお、ロールの材質としては、ゴム、金属、及びフッ素系樹脂（例えば、テフロン（登録商標））などが挙げられる。

加熱溶融する際の温度は特に限定されないが、多孔質樹脂層２を構成する樹脂のガラス転移温度よりも１０〜４０℃高い温度（より好ましくは２０〜３０℃高い温度）であることが好ましい。ガラス転移温度よりも１０〜４０℃高い温度で多孔質樹脂層２の表面を加熱溶融することにより、効率よく多孔質樹脂層２の表面を高密度化して高密度樹脂層３を形成することができる。加熱溶融する際の温度が、前記温度より低い場合には、多孔質樹脂層２の表面を高密度化することが難しくなり、高密度樹脂層３の厚さ方向断面における空孔の面積割合が５０％以下になり難い傾向にある。一方、加熱溶融する際の温度が、前記温度より高い場合には、シート全体の体積空孔率が２０％未満になりやすい傾向にある。

また、加熱溶融の時間は、処理温度にもよるが、通常０．１秒〜１０秒程度であり、好ましくは０．５秒〜７秒である。処理時間が短すぎると溶融による高密度化が進行し難くなり、処理時間が長すぎるとシート全体の体積空孔率が２０％未満になりやすい傾向にある。

加熱溶融処理に用いられる装置としては、例えば、圧力を調整可能な加熱ロールを有する連続処理装置が挙げられる。

本発明において、各高密度樹脂層３は、厚さ方向断面における空孔の面積割合が５０％以下であることが必要であり、好ましくは４５％以下であり、より好ましくは４０％以下である。

高密度樹脂層３の表面粗さ（Ｒａ）は２．０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１．０μｍ以下であり、さらに好ましくは０．６μｍ以下である（通常０．０１μｍ以上）。

高密度樹脂層３の総厚さは、絶縁性樹脂シート１の厚さの２〜３０％であることが好ましく、より好ましくは４〜２５％である。具体的には、高密度樹脂層３の総厚さは、３〜７５μｍ程度であり、好ましくは６〜５０μｍである。

絶縁性樹脂シート１の厚さは特に限定されないが、１０〜５００μｍであることが好ましく、より好ましくは２０〜３００μｍである。絶縁性樹脂シート１の厚さが１０〜５００μｍの範囲であれば、モーター用の電気絶縁性樹脂シートとして、十分に絶縁性を維持できる。絶縁性樹脂シート１の厚さが１０μｍ未満であると、絶縁破壊が起こりやすく、５００μｍを超えるとコイル線の巻数が低下して、モーター出力が低下する傾向にある。

絶縁性樹脂シート１全体の体積空孔率は２０％以上であることが好ましく、より好ましくは２５％以上であり、さらに好ましくは３０％以上である。

絶縁性樹脂シート１の片面又は両面にシート材を設けて絶縁性積層樹脂シートとしてもよい。シート材を設けることにより、絶縁性樹脂シートの強度及び滑り性が向上する。

シート材としては、例えば、不織布、紙、又はフィルム等が挙げられる。

シート材としては、湿式抄紙法により作製されたもの（湿式不織布等）、大気中で乾式法により作製されたもの（乾式不織布等）などが挙げられる。シート材としては、絶縁性樹脂シートの耐熱性がより優れたものになり得るという点で、湿式抄紙法により作製された紙が好ましい。

紙の材質としては、ポリアミド、ポリエステルなどの合成高分子化合物、セルロースなどの天然高分子化合物等が挙げられ、絶縁性樹脂シートの耐熱性がより優れたものになり得るという点で、ポリアミドが好ましい。

ポリアミドとしては、構成モノマーの全てが芳香族炭化水素を有する全芳香族ポリアミド、構成モノマーの全てが脂肪族炭化水素のみを有する脂肪族ポリアミド、構成モノマーの一部が芳香族炭化水素を有する半芳香族ポリアミドなどが挙げられ、絶縁性樹脂シートの耐熱性がより優れたものになり得るという点で、全芳香族ポリアミドが好ましい。すなわち、シート材は、全芳香族ポリアミドを含んでいることが好ましい。

また、前記紙としては、絶縁性樹脂シートの耐熱性がより優れたものになり得るという点で、全芳香族ポリアミド繊維を含む全芳香族ポリアミド紙がさらに好ましい。即ち、全芳香族ポリアミド繊維を用いて湿式抄紙法により作製された全芳香族ポリアミド紙がさらに好ましい。

全芳香族ポリアミド紙（アラミド紙）としては、例えば、アミド基以外がベンゼン環で構成されたフェニレンジアミンとフタル酸との縮合重合物（全芳香族ポリアミド）を繊維化し、繊維化した全芳香族ポリアミド繊維を主たる構成材として形成されたものが挙げられる。

全芳香族ポリアミド紙は、力学的特性に優れ、絶縁性積層樹脂シートの製造工程におけるハンドリングが良好であるという点で、坪量が５ｇ／ｍ^２以上であることが好ましい。坪量が５ｇ／ｍ^２以上であることにより、力学的強度の不足が抑制され、絶縁性積層樹脂シートの製造中に破断しにくいという利点がある。

なお、全芳香族ポリアミド紙には、本発明の効果を損なわない範囲で他の成分を加えることができ、他の成分としては、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリエステル繊維、アリレート繊維、液晶ポリエステル繊維、及びポリエチレンナフタレート繊維などの有機繊維；ガラス繊維、ロックウール、アスベスト、ボロン繊維、及びアルミナ繊維などの無機繊維が挙げられる。

全芳香族ポリアミド紙としては、デュポン社より「ノーメックス」などの商品名で市販されているもの等を用いることができる。

シート材として、耐熱性を有するフィルムも用いることができ、絶縁性樹脂シートの耐熱性及び強度がより優れたものになり得るという点で、ガラス転移温度が１５０℃以上の耐熱性を有する熱可塑性樹脂からなるフィルムが好適に使用される。そのようなフィルムとしては、例えば、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、及びポリエーテルイミドなどが挙げられる。

絶縁性樹脂シート１の両面にシート材を設ける場合、２つのシート材は同じものであってもよく、異なるものであってもよい。

シート材の表面にはコロナ処理を施しておいてもよい。コロナ処理を施しておくことにより、多孔質樹脂層２又は高密度樹脂層３とシート材との層間剥離を抑制できる。コロナ処理は、シート材の一方の面に放電処理を行い、極性を持つカルボキシル基又は水酸基を生成させ荒面化する処理である。コロナ処理としては、従来公知の方法を採用することができる。

以下に実施例をあげて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例によりなんら限定されるものではない。

〔測定及び評価方法〕
（空孔の面積割合の測定）
絶縁性樹脂シートを液体窒素で冷却し、刃物を用いてシート面に対して垂直に切断してサンプルを作製した。サンプルの切断面にＡｕ蒸着処理を施し、該切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立製作所社製、Ｓ−３４００Ｎ）で観察した。その画像を画像処理ソフト（三谷商事社製、ＷｉｎＲＯＯＦ）で二値化処理し、スキン層の表面から厚さ方向５μｍ×幅方向４０μｍの領域、及び高密度樹脂層の表面から厚さ方向５μｍ×幅方向４０μｍの領域における空孔の面積割合（％）を求めた。

（平均気泡径の測定）
多孔質樹脂層を液体窒素で冷却し、刃物を用いてシート面に対して垂直に切断してサンプルを作製した。サンプルの切断面にＡｕ蒸着処理を施し、該切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立製作所社製、Ｓ−３４００Ｎ）で観察した。その画像を画像処理ソフト（三谷商事社製、ＷｉｎＲＯＯＦ）で二値化処理し、気泡部と樹脂部とに分離して気泡の最大垂直弦長を測定した。気泡径の大きい方から５０個の気泡について平均値をとり、平均気泡径とした。

（体積空孔率の測定）
原料であるポリエーテルイミド樹脂、多孔質樹脂層、及び絶縁性樹脂シートの比重を比重計（Ａｌｆａ Ｍｉｒａｇｅ社製、ＭＤ−３００Ｓ）により測定し、下記式より体積空孔率を算出した。
絶縁性樹脂シートの体積空孔率（％）＝[１−(絶縁性樹脂シートの比重／ポリエーテルイミド樹脂の比重)]×１００
多孔質樹脂層の体積空孔率（％）＝[１−(多孔質樹脂層の比重／ポリエーテルイミド樹脂の比重)]×１００

（表面粗さの測定）
ＪＩＳ Ｂ０６０１に準拠して、光学式表面粗さ計（Ｖｅｅｃｏ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ社製、Ｗｙｋｏ ＮＴ９１００）を用いて、高密度樹脂層の表面粗さＲａ（μｍ）を測定した。サンプルサイズは７０ｍｍ×６０ｍｍであり、マイクロスライドガラス（（株）松浪硝子工業社製、Ｓ１２１４)に乗せて測定した。測定範囲は２．５ｍｍ×５．０ ｍｍとした。

（絶縁破壊電圧の測定）
ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準拠して、絶縁性樹脂シートの折り曲げ前後の絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）を測定した。折り曲げ条件を以下に記す。
絶縁性樹脂シートからサンプル（５０ｍｍ×５０ｍｍ）を切り取り、サンプルに電極を当てて、昇圧速度１ｋＶ／秒の条件で絶縁破壊電圧を測定した。また、サンプルのＴＤ方向中央部を厚み方向に沿って２ＭＰａで１秒間加圧し、サンプルをＴＤ方向と直行する方向に沿って１８０°折り曲げた。その後、サンプルを開き、折り曲げ部分に電極を当てて、昇圧速度１ｋＶ／秒の条件で絶縁破壊電圧を測定した。

（ＡＴＦ浸み込みの評価）
絶縁性樹脂シートからサンプル（５０ｍｍ×５０ｍｍ）を切り取り、サンプルのＴＤ方向中央部を厚み方向に沿って２ＭＰａで１秒間加圧し、サンプルをＴＤ方向と直行する方向に沿って１８０°折り曲げた。折り曲げたサンプルをＡＴＦ（トヨタ自動車社製、オートフールドＷＳ）に１晩浸漬させた。サンプルを取り出し、表面に付着したＡＴＦを拭きとり、折り曲げ部分へのＡＴＦの浸み込みの有無を目視で確認した。浸み込みがない場合は○、浸み込みがある場合は×とした。

実施例１
１０００ｍ１の４つ口フラスコに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン(ＮＭＰ)６６７．７ｇを加えて７０℃に加熱した。そこにポリエーテルイミド(ＰＥＩ)樹脂(ＳＡＢＩＣ Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｐｌａｓｔｉｃｓ社製、Ｕｌｔｅｍ１０００)２５０ｇを加え、５時間撹拌してＰＥＩ樹脂溶液（Ｉ）を得た。

ＰＥＩ樹脂溶液（Ｉ）に重量平均分子量４００のポリプロピレングリコールをＰＥＩ樹脂１００重量部に対して３０重量部添加し、撹拌して透明な均一のＰＥＩ樹脂溶液（II）を得た。ＰＥＩ樹脂溶液（II）をコンマダイレクト方式で、ＰＥＴフィルム上に塗布し、その後１３０℃で８分間乾燥させてＮＭＰを蒸発除去し、ミクロ相分離構造を有する相分離構造体を作製した。ＰＥＴフィルムを相分離構造体から剥離し、相分離構造体を３０Ｌの耐圧容器に入れ、４５℃の雰囲気中で二酸化炭素を注入し、２５ＭＰａに加圧し、その圧力を保ったまま約１．８ｋｇ／ｈｒの流量で、総使用量が１．８ｋｇになるまで二酸化炭素流体を注入、排出して残存溶媒およびポリプロピレングリコールを抽出する操作を行った。その後、雰囲気温度を８５℃に設定して二酸化炭素流体を昇温させながら、さらに７．２ｋｇの二酸化炭素流体を注入、排出して抽出処理を行い、片面に厚さ３０μｍのスキン層（高密度樹脂層）を有する多孔質樹脂層を作製した。

その後、多孔質樹脂層のスキン層を有さない面を、熱ロール（２５０℃）を用いて０．２ＭＰａ、１ｍ／ｍｉｎの条件で加圧及び加熱して、多孔質樹脂層上に厚さ７μｍの高密度樹脂層を形成して絶縁性樹脂シートを作製した。

実施例２
実施例１と同様の方法で作製した多孔質樹脂層のスキン層を有さない面に、厚み１５μｍのポリエーテルイミドフィルム（三菱樹脂株式会社製、スペリオ）を置き、熱ロール（３００℃）を用いて０．２ＭＰａ、０．５ｍ／ｍｉｎの条件で加圧及び加熱して、多孔質樹脂層上に厚さ１５μｍの高密度樹脂層を形成して絶縁性樹脂シートを作製した。

比較例１
実施例１と同様の方法で作製した多孔質樹脂層のスキン層を有さない面に、高密度樹脂層を形成しなかった以外は実施例１と同様の方法で絶縁性樹脂シートを作製した。

本発明の絶縁性樹脂シートは、インバータ制御を伴う自動車用又は産業用モーターなどに組み込まれる絶縁部材として有用である。

１：モーター用電気絶縁性樹脂シート
２：多孔質樹脂層
３：高密度樹脂層

Claims (6)

1. 多孔質樹脂層の両面に高密度樹脂層を有しており、各高密度樹脂層の厚さ方向断面における空孔の面積割合が５０％以下であり、かつシート全体の体積空孔率が２０％以上であるモーター用電気絶縁性樹脂シート。
2. 高密度樹脂層の総厚さが、シート全体の厚さの２〜３０％である請求項１記載のモーター用電気絶縁性樹脂シート。
3. 高密度樹脂層の表面粗さ（Ｒａ）が２．０μｍ以下である請求項１又は２記載のモーター用電気絶縁性樹脂シート。
4. 多孔質樹脂層の平均気泡径が５μｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のモーター用電気絶縁性樹脂シート。
5. シート全体の厚さが１０〜５００μｍである請求項１〜４のいずれかに記載のモーター用電気絶縁性樹脂シート。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のモーター用電気絶縁性樹脂シートの片面又は両面にシート材を有するモーター用電気絶縁性積層樹脂シート。
   
   

Images