JP6181969B2 - 電気絶縁紙、それを加熱して得られた電気絶縁体及び電気絶縁空間を有する電気モーターまたは変圧器 - Google Patents

Description

本発明は電気・電子部品などに利用される電気絶縁紙に関し、特に電気絶縁性、耐熱性に優れるとともに狭い空間における隙間充填機能を有する電気絶縁紙であって、電気モーター及び変圧器の相間絶縁用途にも使用可能な電気絶縁紙に関する。

変圧器や電気モーターにおいては、コイル間（相間）やコイル線と鉄芯等のコア材との間には電位差による放電や短絡を防止するために絶縁部材が設置され、該絶縁部材には、電気絶縁性に加えて通電に伴う発熱に対する耐熱性が要求される。

近年、温室ガス発生に伴う地球温暖化や化石燃料の枯渇化などに象徴される地球環境保全の全世界的な流れに従い、燃料エンジンから電気モーターへの転換が加速している。必然的に電気モーターの小型化、高出力化、高効率化の追求が進んでおり、高電圧でのインバーター制御による電気モーター駆動もそのための重要な技術である。電気モーターを設計するにあたり、電気モーター中のコイル占有率を上げることにより電気エネルギー変換効率を高めることができ、更にインバーターへの印加電圧を上げることにより高出力となることが見込める。コイル占有率を上げることは、電気絶縁のための絶縁部材の占める空間が狭く薄くなることにつながる。高電圧にすることは、絶縁部材において、インバーターから発生する高いサージ電圧の侵入を防止すること、高電圧に伴う発熱に対して耐熱性があること、及び狭い絶縁空間において確実に電気絶縁性を確保することが求められる。一般的にこのような絶縁部材としては高耐熱性の樹脂、紙、セラミックス、オイル等の電気絶縁性を有する絶縁部材が用途に応じて単独もしくは複合的に選択されて使用されている。（例えば、特許文献１、２参照）。さらに、電気モーターの内部温度が１５０℃を超えるような温度で使用することが可能な絶縁紙として、耐熱性のある接着剤を用いたものが検討されている（例えば、特許文献３参照）。また、低誘電材料によりサージ電圧の侵入を防止する観点で熱可塑性樹脂を含む多孔質樹脂層を予め形成した絶縁シートが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
また、ハイブリッドカーや電気自動車には、電気モーター及び発電機として選択的に機能するモータージェネレータが搭載されているが、自動車の加速や減速の操作によって１００℃以上の高温となるために、所定の性能を維持するため該モータージェネレータ内部に冷却油を循環させる方法が特開２００６−０８１２４０号公報等で知られている。この種の油浸モーター用の絶縁部材においては、耐油性に優れることも必要となる。
従来、このような電気モーター用絶縁部材としては、所定の強度や絶縁破壊電圧など求められる諸特性を担保するため、異なる特性を有する複数のシート材が接着剤などにより接着されて積層された積層シートが用いられたりしている。例えば、ポリエステル系フィルムの両面に、ウレタン系やアクリル系の常温硬化型あるいは熱硬化型接着剤を介して耐熱紙を積層したものが検討されている（例えば、特許文献５参照）。
以上のように、小型化及び電気エネルギー変換の高効率化の要望等から、高温かつ狭い空間において確実に電気絶縁性能を得ることができる絶縁部材が求められている。

特開平９−２３６０１号公報 特開２００６−３２１１８３号公報 特開２００８−１７８１９７号公報 特開２０１２−１８２１１６号公報 特開２００６−２６２６８７号公報

変圧器、電気モーター、その他の各種電気製品、電子製品におけるコイル、コア材等の電気絶縁が必要な導電性部材の各部において、高温かつ狭い空間において確実に電気絶縁性能を得るためには、耐熱性の絶縁部材を狭い空間に確実に充填する必要がある。前記従来の各種絶縁部材を用いる場合、その絶縁部材を組み込む製造方法において、コイル、コア材等の電気絶縁が必要な導電性部材と絶縁部材とを交互に挟み込みながら組み立てていく方法と、未絶縁の部分を残したまま組み立てた導電性部材に対して後から絶縁処理を行う方法とがある。

前者の導電性部材と絶縁部材とを交互に挟み込みながら組み立てていく方法においては、組み立て各工程において電気絶縁性を確保する工程が必要であり、工数が多く時間がかかる。

後者の組み立てた導電性部材に対して後から絶縁処理を行う方法としては、耐熱性の樹脂を絶縁部材として選択して電気絶縁が必要な空間に該樹脂の原料を流し込んで固化もしくは架橋反応等により硬化させる方法、シート状の絶縁部材を選択して電気絶縁が必要な空間に挿入して固定する方法、等がある。耐熱性の樹脂を選択した場合、樹脂原料を確実に流し込んで充填する工程は困難を伴い、さらに該充填する工程に加えて固化もしくは硬化反応を行う工程を順次行うため、各工程において加熱及び冷却工程を含む放置時間を要する等、各種電気製品、電子製品の効率的な製造を阻害する要因となっていた。また、シート状の絶縁部材を選択した場合、シート状の絶縁部材が樹脂フィルムであると、可撓性が乏しいために電気絶縁が必要な狭い空間の細部にまで到達できなかったり、多層構成の複合シートであると、厚さが大きすぎて電気絶縁が必要な狭い空間に挿入できなかったり、さらに電気絶縁が必要な狭い空間を絶縁部材で充填することができなかったり電気絶縁が必要な導電性部材との密着性が不十分であったりしたために電気絶縁性が損なわれたりする等の問題があった。

そこで本発明は、前記の問題を解決したシート状の絶縁部材として電気絶縁紙を提供することを課題とした。具体的には、各種電気製品、電子製品において、電気絶縁が必要な狭い空間の細部にまで到達し、電気絶縁が必要な狭い空間を絶縁部材で充填することができるとともに電気絶縁が必要な導電性部材との密着性が高く、さらに、電気絶縁性、耐熱性に優れ、耐油性も有し、モーター相間絶縁用途にも使用可能な電気絶縁紙を提供することを課題とした。

本発明は、鋭意検討の結果、下記の技術的構成により前記課題を解決できたものである。
（１）紙状物の片面もしくは両面に熱膨張性の機能性樹脂微粒子を含む熱膨張性絶縁層が配されており、前記紙状物は、少なくともセルロース成分を含み、樹脂が含浸されていることを特徴とする電気絶縁紙。
（２）前記紙状物がジシアンジアミドを有することを特徴とする前記（１）記載の電気絶縁紙。
（３）前記樹脂がフェノール系樹脂であることを特徴とする前記（１）または（２）のいずれかに記載の電気絶縁紙。
（４）前記セルロース成分のカナダ標準ろ水度が４００ｍｌ〜６００ｍｌであることを特徴とする前記（１）〜（３）に記載の電気絶縁紙。
（５）機能性樹脂微粒子が、平均粒径５〜５０μｍで膜厚２〜１５μｍの熱可塑性高分子からなる外殻と、該外殻に内包される低沸点炭化水素とで構成され、該低沸点炭化水素の沸点が熱可塑性高分子の軟化温度以下である熱膨張性マイクロカプセルであることを特徴とする前記（１）〜（５）に記載の電気絶縁紙。
（６）前記機能性樹脂微粒子の外殻がアクリロニトリル系共重合体であることを特徴とする前記（１）〜（５）に記載の電気絶縁紙。

本発明の電気絶縁紙を用いると、変圧器、電気モーター、その他の各種電気製品、電子製品におけるコイル、コア材等の電気絶縁が必要な導電性部材の各部の製造において、未絶縁の部分を残したまま組み立てた導電性部材に対して後から絶縁処理を行う方法が採用できるので、組み立て各工程において電気絶縁性を確保する工程が不要であり、工数を少なくできる。
本発明の電気絶縁紙は、可撓性のある紙状物を基材としていることから可撓性と薄葉化が可能であり、これにより各種電気製品、電子製品において、電気絶縁が必要な狭い空間の細部にまで到達させることが可能である。
本発明の電気絶縁紙は、表面に熱膨張性の機能性樹脂微粒子を配置したことにより加熱により厚さが増大し、狭い空間における隙間充填機能を有するので、電気絶縁が必要な狭い空間を絶縁部材で充填した電気絶縁空間を形成することができるとともに電気絶縁が必要な導電性部材との密着性を高くすることが可能である。さらに電気絶縁が必要な複数の導電性部材どうしをそれらの立体位置関係を変化させずに前記電気絶縁空間を形成した状態で接着固定することも可能である。
本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間において電気絶縁性、耐熱性に優れ、耐油性を有しているので、電気モーター及び変圧器の相間絶縁用途として使用可能である。

本発明の電気絶縁紙の一実施形態についての断面図である。 本発明の電気絶縁紙を用いた電気モーターのコイル線とコア材との電気絶縁加工を説明する概略図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
＜電気絶縁紙＞
本発明の電気絶縁紙について、図１を使用して説明する。本発明の電気絶縁紙は、耐熱性樹脂を含浸または内包した紙状物１の片面（ａ）もしくは両面（ｂ）に熱膨張性絶縁層２を配置している。

（紙状物）
紙状物としては、各種の繊維材料を湿式法や乾式法を用いた公知の方法によりシート化した抄造紙、不織布が使用できる。紙状物の厚さは、適用すべき前記電気絶縁が必要な空間の寸法に応じて適宜設計すればよく、一般的な抄造紙、不織布が作製できる範囲において特に限定するものではない。
本発明の電気絶縁紙を構成する紙状物の繊維材料としては化学パルプ（針葉樹の晒クラフトパルプ（ＮＢＫＰ）または未晒クラフトパルプ（ＮＵＫＢ）、広葉樹の晒クラフトパルプ（ＬＢＫＰ）または未晒クラフトパルプ（ＬＵＫＰ）等）、機械パルプ（グランドパルプ（ＧＰ）、サーモメカニカルパルプ（ＴＭＰ）、ケミサーモメカニカルパルプ（ＣＴＭＰ）等）等のセルロース成分、ケナフ、麻、竹等の非木材系のパルプ、ガラス繊維、ポリエチレン、ポリエステル繊維、セラミック繊維等の化学繊維、セラミック繊維、各種のエンジニアリングプラスチック及び各種のフッ素系樹脂を単独または任意の割合で混合して使用することができる。また、必要に応じてこれらの繊維材料を粉砕して配合することも可能である。

前記エンジニアリングプラスチック及びフッ素系樹脂としては、例えば、ポリアセタール、ポリアミド、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ガラス繊維強化ポリエチレンテレフタレート、超高分子量ポリエチレン、シンジオタクチックポリスチレン、非晶ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、部分フッ素化樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、エチレン・四フッ化エチレン共重合体、エチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体などが挙げられる。

紙状物を湿式の抄造により作製する場合、パルプ叩解度はカナダ標準ろ水度で４００ｍｌ以上６００ｍｌ以下にすることが必須である。ろ水度が６００ｍｌを超える場合には、紙層を形成するパルプ繊維間の結合強度が大幅に弱くなり、引張強度、層間強度、破裂強度が低下することにより、加工時に破壊、破断が発生しやすくなる。またカナダ標準ろ水度が４００ｍｌ未満では形成加工して使用する際に、折部で紙層表面に割れが発生しやすくなり、また紙の密度が高くなるため、同じ厚さの電気絶縁紙を得るために坪量を増やす必要がありコストアップとなる。さらに柔軟性が低くなり加工性が悪化する。

また、本発明では紙状物に耐熱安定化剤を含有することが好ましい。紙に耐熱安定化剤を添加することにより紙状物の酸化劣化が抑制されることにより耐熱性が向上する。耐熱安定化剤として、熱や光による紙状物の酸化劣化を防止する成分として、酸化防止剤、光酸化防止剤、紫外線吸収剤、光遮蔽剤、消光剤などを適宜添加することが好ましい。例えば、酸化防止剤としてはフェノール系、リン系、硫黄系、アミン系の酸化防止剤が使用でき、特にジシアンジアミド等のアミン系化合物が好適に用いられる。アミン添加紙とすることによりパルプの耐熱性が向上する。耐熱安定化剤の添加量は適宜の設計事項であるが、例えばパルプの乾燥質量１００に対して１〜２０程度の質量比である。耐熱安定化剤は抄紙用のパルプスラリーに混合したり、サイズプレスを用いたりして紙層中に含有することができる。

さらに本発明の電気絶縁紙には、品質に影響のない範囲で、サイズ剤、紙力増強剤、定着剤、歩留まり向上剤、染料などの内添薬品及び、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、水酸化アルミニウムなどの内添填料を使用することが出来る。

紙状物を湿式の抄造により作製する場合、抄紙機の型式は特に限定は無く、例えば丸網式、長網式、短網式、傾斜網式などの抄紙機を用いて抄紙し、これをヤンキードライヤー、ロータリードライヤー、バンドドライヤー等で乾燥して紙状物を製造できる。プレス線圧は通常の操業範囲内で用いられる。表面処理剤は塗布しても良いし、しなくても良い。表面処理剤を塗布する場合、表面処理剤の成分には特に限定は無く、またサイズプレスの型式も限定はなく、２ロールサイズプレス、ゲートロールサイズプレス、ロッドメタリングサイズプレスのような液膜転写方式サイズプレスなどを適宜用いることができる。

表面処理剤は、特に限定は無く、例えば、生澱粉や、酸化澱粉、エステル化澱粉、カチオン化澱粉、酵素変性澱粉、アルデヒド化澱粉、ヒドロキシエチル化澱粉などの変性澱粉、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリビニルアルコール、カルボキシル変性ポリビニルアルコールなどの変性アルコール、スチレンブタジエン共重合体、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリル酸エステル、ポリアクリルアミドなどを単独又は併用できる。

紙層への塗工の有無は問わないが、塗工層を設ける場合には顔料として重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、カオリン、タルク、マイカ、酸化チタン、ホワイトカーボン、サチンホワイト、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、石膏、水酸化アルミニウム、焼成カオリン、デラミネーテッドカオリン、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛、亜硫酸カルシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウムなどの無機顔料やプラスチックピグメントなどの有機顔料等を適宜使用できる。好ましくは、軽質炭酸カルシウム、カオリン、マイカ等の無機顔料を塗工層中に含有させることで絶縁性をより向上させることができる。紙層に塗工層を設ける場合に用いる添加剤は特に限定するものではなく、バインダー、分散剤、保水剤、消泡剤等の助剤を適宜使用することができる。

紙状物に塗工層を設ける方法としては、ブレードコーター、エアナイフコーター、ロールコーター、コンマコーター、ブラッシュコーター、キスコーター、カーテンコーター、バーコーター、グラビアコーター、ダイコーター等の公知の塗工機を用いた方法の中から適宜選択することができる。

塗工後は、塗工層を乾燥させ、塗工紙を得る。乾燥方法としては例えば、蒸気加熱ヒーター、ガスヒーター、赤外線ヒーター、電気ヒーター、熱風加熱ヒーター、マイクロウェーブ、シリンダードライヤー等の通常の方法を採用することができ、乾燥後、必要に応じて、後加工であるスーパーカレンダー、ソフトカレンダー等の仕上げ工程によって平滑性を付与することが可能である。又、その他、一般的な紙加工方法をいずれも適用可能である。

（含浸樹脂）
紙状物に含浸または内包する樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル等の架橋性ポリマー、ゴム成分、各種熱可塑性樹脂が使用できる。前記ゴム成としては、天然ゴム、イソプレンゴム（ＩＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、ポリイソブチレン（ブチルゴム ＩＩＲ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ， ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ， ＥＣＯ）、ウレタンゴム（Ｕ）、シリコーンゴム（Ｑ）などが挙げられる。ゴム成分の添加により紙状物に可撓性を付与することができる。前記熱可塑性樹脂として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、ポリエーテルイミド、各種アクリル樹脂、液晶ポリマーなどが挙げられる。前記紙状物に含浸または内包する樹脂は単独で又は２種以上混合して使用できる。

（熱膨張性の機能性樹脂微粒子）
熱膨張性の機能性樹脂微粒子は、外部からの加熱により不可逆的に体積膨張する性質を持つ微粒子である。熱膨張性の機能性樹脂微粒子は、熱可塑性高分子からなる外殻と、該外殻に内包される低沸点炭化水素とで構成され、該低沸点炭化水素の沸点が熱可塑性高分子の軟化温度以下である熱膨張性マイクロカプセルであることが好ましい。該熱可塑性高分子からなる外殻の平均粒径は５〜５０μｍが好ましく２０〜４５μｍがより好ましく、２５〜４０がさらに好ましい、同外殻の膜厚は２〜１５μｍが好ましい。平均粒径が５０μｍを超えると、加熱膨張時に破裂して内包物が漏れ出す恐れがあり、そうなると耐熱性や電気絶縁特性を損ねる恐れがある。平均粒径が５μｍ未満では十分な膨張が得られない恐れがあり、そうなると狭い空間における隙間充填機能が不十分となるので、電気絶縁が必要な狭い空間を絶縁部材で充填することができず、電気絶縁が必要な導電性部材との密着性が不十分となり、電気絶縁特性を損ねる恐れがある。

熱膨張性の機能性樹脂微粒子の外殻を構成する熱可塑性高分子は、加熱により軟化して膨張する内包物が脱出漏洩するのを防ぎながらマイクロカプセルの膨張を阻害しないことが必要であり、軟化温度が１００℃以上であることが好ましく、さらに好ましくは１２０〜２５０℃、より好ましくは１５０℃〜２００℃であることが好ましい。１００℃以下ではモーターの発熱に耐えることができず電気絶縁部材として不適である。２５０℃以上では加熱して電気絶縁空間を得る工程においてモーター等を構成する他の部材の耐熱性が問題となるため現実的ではない。外殻の構成物質としてはこのような熱可塑性高分子であれば特に限定されるものではないが、高い熱膨張率を得るには塩化ビニリデン−アクリロニトリル、塩化ビニリデン−アクリロニトリル−アクリル酸メチル、塩化ビニリデン−アクリロニトリル、アクリル酸エチル、塩化ビニリデン−アクリロニトリル−メタクリル酸メチル、塩化ビニリデン−アクリロニトリル−酢酸ビニル、塩化ビニリデン−メタクリル酸メチル、アクリロニトリル−メタクリル酸メチル−アクリロニトリル−酢酸ビニル共重合樹脂が特に好ましい。さらに耐熱性及び電気絶縁性の観点からアクリロニトリル系の共重合体であることがさらに好ましい。

前記アクリロニトリル系の共重合体としては、特にモノマー成分としてニトリル系モノマーを８０重量％以上使用したものが好適であり、ニトリル系モノマーとしてはアクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロルアクリロニトリル、α−エトキシアクリロニトリル、フマロニトリル、これらの任意の混合物等が例示されるが、アクリロニトリル及び／またはメタクリロニトリルが特に好ましい。非ニトリル系モノマーとしてはメタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ブタジエン、ビニルピリジン、α−メチルスチレン、クロロプレン、ネオプレン、これらの任意の混合物等が例示されるが、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸メチルが特に好ましい。

前記アクリロニトリル系の共重合体におけるモノマー成分としての非ニトリル系モノマーの使用量は２０重量％以下である。さらに架橋剤を添加してもよく、例えばジビニルベンゼン、ジメタクリル酸エチレン、グリコール、ジメタクリル酸トリエチレングリコール、トリアクリルホルマール、トリメタクリル酸トリメチロールプロパン、メタクリル酸アリル、ジメタクリル酸１，３−ブチルグリコール、トリアリルイソジアネート等が例示されるが、トリアクリルホルマールやトリメタクリル酸トリメチロール等の三感応性架橋剤を、０〜１重量％使用してもよい。

熱膨張性の機能性樹脂微粒子の外殻に内包される低沸点炭化水素としてはその沸点が前記熱可塑性高分子の軟化温度以下であれば特に限定されるものではないが、例えばプロパン、プロピレン、ブタン、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の低沸点炭化水素であり、フロロトリクロロメタン、ジフロロクロロブロムメタン、テトラフロロジブロムエタン等の低沸点有機ハロゲン化合物類であり、又低沸点炭化水素と低沸点有機ハロゲン化合物を併用することもできるが、特に好ましくは熱膨張率を高くすることができ生産の容易さからイソブタン、ブタン、ヘキサンが良い。そして低沸点炭化水素に対する揮発性液体の含有量は３〜５０％が好ましく高い熱膨張率を得るには、５〜３０％が特に好ましい。このような熱膨張性の機能性樹脂微粒子は、例えば特公平５−１５４９９に開示されている。

（熱膨張性絶縁層）
熱膨張性絶縁層の形成は、熱膨張性絶縁層を予め形成しておき前記樹脂含浸した紙状物と熱溶融させたり耐熱性接着剤を介したりして複合化して形成することもできるし、熱膨張性の機能性樹脂微粒子を含む塗料を前記樹脂含浸した紙状物に塗工して形成することもできる。

熱膨張性絶縁層の厚さは、本発明の電気絶縁紙の熱膨張後の寸法と適用すべき前記電気絶縁が必要な空間の寸法とから適宜設計すればよく、特に限定するものではないが、少なくとも前記熱膨張性の機能性樹脂微粒子の粒子が１層以上含まれていることから、該機能性樹脂微粒子の平均粒径以上の厚さを有していればよく、５μｍ以上の厚さである。熱膨張性絶縁層の厚さの上限はないが、熱膨張性絶縁層が熱膨張した後の厚さと前記紙状物の厚さとのバランスを考慮して、紙状物と電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間（後述する。）とを合わせた電気絶縁体の電気絶縁性が損なわれない範囲で設計すればよい。

熱膨張性絶縁層には、耐熱性を向上させるために熱硬化性樹脂を適宜添加することができる。熱硬化性樹脂の形状は、塗工などによる熱膨張性絶縁層の形成を妨げない形状であれば特に限定するものではなく微粒子状でも繊維状でもよくその大きさは適宜の設計事項である。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ノボラック系フェノール樹脂、レゾール系フェノール樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、熱硬化性ポリイミドなどが挙げられる。

本発明の電気絶縁紙における熱膨張性絶縁層を、前記樹脂含浸した紙状物に塗工により形成する場合は、該熱膨張性の機能性樹脂微粒子をエマルジョン化し、塗工することができる。塗工層を設ける場合に用いる添加剤は特に限定するものではなく、バインダー、分散剤、保水剤、消泡剤等の助剤を適宜使用することができる。

熱膨張性の機能性樹脂微粒子の塗工層を設ける方法としては、ブレードコーター、エアナイフコーター、ロールコーター、コンマコーター、ブラッシュコーター、キスコーター、カーテンコーター、バーコーター、グラビアコーター、ダイコーター等の公知の塗工機を用いた方法の中から適宜選択することができる。

塗工後の乾燥方法としては、前記熱膨張性の機能性樹脂微粒子の外殻に内包される低沸点炭化水素の沸点より低い乾燥温度で行う必要があることに留意さえすれば、公知の方法を使用すればよく、例えば、蒸気加熱ヒーター、ガスヒーター、赤外線ヒーター、電気ヒーター、熱風加熱ヒーター、マイクロウェーブ、シリンダードライヤー等の通常の方法を採用することができ、乾燥後、必要に応じて、後加工であるスーパーカレンダー、ソフトカレンダー等の仕上げ工程によって平滑性を付与することが可能であるし、その他、一般的な紙加工方法をいずれも適用可能であるが、この場合にも前記低沸点炭化水素の沸点より低い温度で処理する必要がある。

（その他の成分）
本発明において、紙状物、含浸樹脂、熱膨張性絶縁層には、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。これらの添加剤の配合比率は、適宜の設計事項である。

＜電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間＞
本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間について、図２を使用して説明する。図２（ａ）は電気モーターまたは変圧器の一部分の部材の位置関係を示しており、鉄芯等からなるコア材４とコイル５とが電気絶縁が必要な狭い空間１０を介して配置されている。図２（ｂ）は前記図２（ａ）の電気絶縁が必要な狭い空間１０に本発明の電気絶縁紙１１を挿入した状態を示している。電気絶縁紙１１は図１（ｂ）で示した紙状物１の両面に熱膨張性絶縁層２を配置したものを例示している。図２（ｃ）は、前記図２（ｂ）の全体を加熱することにより電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間３が形成されている状態を示している。紙状物１と電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間３とを合わせた状態が本発明の電気絶縁体である。

電気絶縁紙は加熱により厚さが増大し、狭い空間における隙間充填機能を有するので、電気絶縁が必要な狭い空間１０を絶縁部材で充填した電気絶縁空間３を形成することができるとともに電気絶縁が必要な導電性部材（例えばコア材４やコイル５）との密着性を高くすることが可能である。さらに電気絶縁が必要な複数の導電性部材（例えばコア材４とコイル５）どうしをそれらの立体位置関係を変化させずに前記電気絶縁空間３を形成した状態で接着固定することも可能である。本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間において電気絶縁性、耐熱性に優れ、耐油性を有しているので、電気モーター及び変圧器の相間絶縁用途として使用可能である。

本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間の比誘電率は、空洞共振器接動法により、周波数１ＧＨｚにおける複素誘電率を測定し、その実数部を比誘電率とした。測定機器は、円筒空洞共振機（アジレント・テクノロジー社製「ネットワークアナライザ Ｎ５２３０Ｃ」、関東電子応用開発社製「空洞共振器１ＧＨｚ」）によって、短冊状のサンプル（サンプルサイズ２ｍｍ×７０ｍｍ長さ）を用いて測定した。

本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間は、１ＧＨｚにおける比誘電率が２．０以下であることが好ましい。該電気絶縁空間の比誘電率が２．０以下であれば、モーター用電気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、耐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、モーター用電気絶縁性樹脂シートを構成した際に、比誘電率を２．０以下にすることが困難となる。本発明においては、多孔質樹脂層の１ＧＨｚにおける比誘電率は、１．９以下、さらに１．８以下であることが好ましい（通常１．４以上）。なお比誘電率は、電気絶縁空間固有の比誘電率に依存するが、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。

本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間の比誘電率は、空洞共振器接動法により、周波数１ＧＨｚにおける複素誘電率を測定し、その実数部を比誘電率とした。測定機器は、円筒空洞共振機（アジレント・テクノロジー社製「ネットワークアナライザ Ｎ５２３０Ｃ」、関東電子応用開発社製「空洞共振器１ＧＨｚ」）によって、短冊状のサンプル（サンプルサイズ２ｍｍ×７０ｍｍ長さ）を用いて測定した。

本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間は厚さが１０μｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは２０〜５００μｍの範囲である。該厚さが１０μｍ以上の範囲であれば、モーター用電気絶縁性樹脂シートにおいて、絶縁性を維持できるという利点がある。一方多孔質樹脂シートの厚さが１０μｍ未満であると、絶縁破壊が起こりやすく、５００μｍを超えると電気エネルギー変換効率が低下して、モーター出力が低下するという不具合が発生する恐れがある。

本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間に含まれる気泡の平均気泡径は、５．０μｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは４．５μｍ以下であり、特に４．０μｍ以下であることが好ましい（通常０．０１μｍ以上）。多孔質樹脂層の平均気泡径が５．０μｍ以下であれば、絶縁性や機械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という利点があり、５．０μｍを超えると絶縁性や機械強度が低下する場合がある。

本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間に含まれる気泡の平均気泡径は、多孔質樹脂層の切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立製作所社製「Ｓ−３４００Ｎ」）で観察したのち、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。気泡径の大きいほうから５０個の気泡について平均値をとり、平均気泡径とした。

また本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間の空孔率は、３０％以上であることが好ましく、さらに好ましくは４０％以上である。多孔質樹脂層の空孔率が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という利点があり、３０％未満であると空孔形成状態が偏より誘電特性のバラツキが発生しやすくなり、比誘電率を下げることができない場合がある。

本発明の電気絶縁紙を加熱して得られた電気絶縁空間の空孔率は、多孔化前の熱可塑性樹脂組成物、及び多孔化後の多孔質樹脂層の比重を測定し、下記式より算出した。
空孔率（％）＝［１−（多孔質樹脂層の比重／多孔化前の熱可塑性樹脂組成物の比重）］×１００

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。

＜試料の作製＞
［実施例１］
紙状物として、
耐熱絶縁紙（新巴川製紙社製、商品名：ＴＺＡ）
を用い、それぞれ３０ｃｍ×２０ｃｍの寸法に裁断した。
含浸樹脂として電気絶縁性ワニスである、
フェノール系ワニス（日立化成社製、商品名：ＨＰＤ−２００）
を用い、エチルアルコールで固形分４０％となるように含浸樹脂溶液を調整した。
ステンレス製バットに前記含浸樹脂溶液を１００ｇを流し入れ、前記裁断した紙状物をバットに投入し、１分間静置して樹脂を含浸させた。
バットから紙状物を引き出し、温度１２０℃に設定した温風乾燥機に５分投入することにより乾燥し、樹脂含浸量が２０ｇ／ｃｍ^２である紙状物を作製した。
続いて、
熱膨張性の機能性樹脂粒子（松本油脂製薬社製、商品名：Ｆ１９０Ｄ） ２０ｇ
をトルエン２０ｇに溶解し、メイヤーバーを使用して、前記樹脂含浸した紙状物に塗工し、温度１２０℃に設定した温風乾燥機で乾燥して、塗工量５０ｇ／ｍ^２の熱膨張性絶縁層を形成し、実施例１の電気絶縁紙を得た。

［参考例２］
紙状物を下記のアラミド紙に変更した以外は実施例１と同様にして参考例２の電気絶縁紙を得た。
アラミド紙（デュポン社製、商品名：ノーメックス）

［実施例３］
紙状物を下記の紙／フィルム積層紙に変更した以外は実施例１と同様にして実施例３の電気絶縁紙を得た。
紙／フィルム積層紙（新巴川製紙社製、商品名：半合成紙２００Ｍ）

［参考例１］
実施例１の紙状物を参考例１の電気絶縁紙とした。ただし、参考例１の電気絶縁紙は、電気絶縁が必要な狭い空間に先に電気絶縁紙を設置してから該空間にワニスを流し込んで樹脂含浸を実施することにより電気絶縁体を形成する従来の方法を再現したものである。そこで、参考例１の電気絶縁紙からなる絶縁破壊強度の低下率の測定及び固定強度の低下率の測定においては、電気絶縁が必要な狭い空間に先に電気絶縁紙を設置してから樹脂含浸を実施する必要があるため、後述する別の方法により参考例１の電気絶縁紙が形成する電気絶縁体を作製した。
耐熱絶縁紙（新巴川製紙社製、商品名：ＴＺＡ）

＜測定・評価方法＞
耐熱性評価として実施例及び参考例の試料に形成された電気絶縁体について、熱履歴付与前後の絶縁破壊強度の低下率と固定強度の低下率とを評価した。
なお、本発明でいう固定強度とは、複数の導電性部材どうしをそれらの立体位置関係を変化させずに前記電気絶縁空間を形成した状態で接着固定するという本発明の電気絶縁紙の作用効果を評価する指標である。以下の実施例および参考例では、固定強度を鉄板と銅箔のはく離強度に置き換えて評価した。

（絶縁破壊強度の低下率）
・試験片の作製
実施例１、３及び参考例２の電気絶縁紙の試験片は、幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ１ｍｍの鉄板片を水平に置き、該鉄片の２つの長辺それぞれの上に幅２ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ５００μｍのＰＴＦＥ製スペーサーを設置し、さらにその上側に前記鉄板片と同寸法の銅板片を設置し、スペーサーにより形成されている隙間に幅４０ｍｍ×長さ１００ｍｍの実施例の電気絶縁紙を設置した状態で、温風乾燥機中で温度１８０℃で１分加熱した後に常温で自然冷却して、実施例の電気絶縁紙の試験片を作製した。この際、実施例の試験片は熱膨張して鉄板片と銅板片との間隙が充填されていることを目視で確認した。

参考例１の電気絶縁紙の試験片も前記実施例の試験片に準じて作製した。幅５０ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ１ｍｍの鉄板片を水平に置き、該鉄板片の２つの長辺それぞれの上に幅２ｍｍ×長さ１００ｍｍ×厚さ５００μｍのＰＴＦＥ製スペーサーを設置し、さらにその上側に前記鉄板片と同寸法の銅板片を設置し、スペーザーにより形成されている隙間に幅４０ｍｍ×長さ１００ｍｍの実施例の電気絶縁紙を設置した状態で前記フェノール系ワニス（日立化成社製、商品名：ＨＰＤ−２００）を充填し、ワニス成分が漏出しないように鉄板片の２つの短辺をＰＴＦＥテープで封止し、温風乾燥機中で温度１８０℃で３０分加熱した後に常温で自然冷却して、実施例の電気絶縁紙の試験片を作製した。この際、実施例の試験片は熱膨張して鉄板片と銅板片との間隙が充填されていることを目視で確認した。

・熱履歴付与（曝露）後の試験片の作製
前記評価用の試験片を温風乾燥機中で、温度２００℃で１０００時間曝露した後に常温で自然冷却して曝露後の試験片を作製した。
電気絶縁体が形成されている試験片を温風乾燥機を用いて温度２００℃で１０００時間曝露し、曝露前後の電気絶縁体の絶縁破壊強度（単位：ｋＶ／ｍｍ）をＪＩＳ Ｃ２３００−２に準じて測定し、その低下率を以下の式により算出した。

（絶縁破壊強度の低下率）［％］
＝（曝露前の絶縁破壊強度−曝露後の絶縁破壊強度）／（曝露前の絶縁破壊強度）×１００

絶縁破壊強度の低下率［％］値は０％に近いほど曝露による絶縁破壊強度の低下が小さく優秀といえるが、上記条件による曝露では概ね５０％以下であれば従来の電気絶縁紙から形成した電気絶縁体程度の性能があるといえる。

（固定強度の低下率）
固定強度の評価は、電気絶縁紙からなる電気絶縁体が、スペーサーを介して一定の面間距離を保っている鉄板と銅箔の間に密着して挟まれており、銅箔の一部がつかみしろを有しており、前記電気絶縁体により鉄板と銅箔とが接着固定されている態様の試験片を使用した。以下にさらに詳しく述べる。

・試験片の作製
実施例１〜３の電気絶縁紙の試験片は、一辺２０ｃｍの正方形で厚さ２ｍｍの鉄板を水平に置き、その上面に一辺２０ｃｍの正方形で厚さ５００μｍであって中心部に幅２５ｍｍ×長さ１５０ｍｍの貫通窓があるＰＴＦＥ製スペーサーを設置し、該貫通窓に幅２５ｍｍ×長さ１５０ｍｍの実施例の電気絶縁紙をはめ込み、その上側に幅３５ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ３８μｍの銅箔を電気絶縁紙が完全に隠れかつ３０ｍｍ程度のつかみしろが残るように鉄板と平行に設置した状態で、温風乾燥機中で温度１８０℃で１分加熱した後に常温で自然冷却して、実施例の電気絶縁紙の試験片を作製した。この際、実施例の試験片は熱膨張して鉄板と銅箔との間隙が充填されていることを目視で確認した。

参考例１の電気絶縁紙の試験片も前記実施例の試験片に準じて作製した。一辺２０ｃｍの正方形で厚さ２ｍｍの鉄板を水平に置き、その上面に一辺２０ｃｍの正方形で厚さ５００μｍであって中心部に幅２５ｍｍ×長さ１５０ｍｍの貫通窓があるＰＴＦＥ製スペーサーを設置し、該貫通窓の内側に幅２５ｍｍ×長さ１５０ｍｍの参考例の電気絶縁紙を設置したのち前記フェノール系ワニス（日立化成社製、商品名：ＨＰＤ−２００）を充填し、その上側に幅３５ｍｍ×長さ２００ｍｍ×厚さ３８μｍの銅箔を電気絶縁紙が完全に隠れかつ３０ｍｍ程度のつかみしろが残るように鉄板と平行に設置した状態で、温風乾燥機中で温度１８０℃で３０分加熱した後に常温で自然冷却して、参考例の電気絶縁紙の試験片を作製した。この際、参考例の試験片はワニスにより鉄板と銅箔との間隙が充填されていることを目視で確認した。

・熱履歴付与（曝露）後の試験片の作製
前記評価用の試験片を温風乾燥機中で、温度２００℃で１０００時間曝露した後に常温で自然冷却して曝露後の試験片を作製した。

・固定強度の測定・評価
実施例１、３及び参考例１、２の曝露前及び曝露後の試験片をそれぞれ５個ずつ準備し、万能引張試験機を用い、鉄板を水平に設置し、銅箔のつかみしろをチャックではさんで９０度はく離強度（単位：Ｎ）をＪＩＳ Ｋ６８５４−１に準じて測定し、５個の平均値を測定値とした。前記のように、曝露前に対する曝露後のはく離強度の低下率を固定強度の低下率とみなして、以下の式により算出した。

（固定強度の低下率）［％］
＝（はく離強度の低下率）［％］
＝（曝露前のはく離強度−曝露後のはく離強度）／（曝露前のはく離強度）×１００

固定強度の低下率［％］値は０％に近いほど曝露による絶縁破壊強度の低下が小さく優秀といえるが、上記条件による曝露では概ね５０％以下であれば従来の電気絶縁紙から形成した電気絶縁体程度の性能があるといえる。

実施例および参考例の電気絶縁紙を用いた試験片の構成を表１に、評価結果を表２に示す。

表２に示した結果から、実施例１、３及び参考例２に示した本発明の電気絶縁紙から形成した電気絶縁体と、参考例１に示した従来の電気絶縁紙から形成した電気絶縁体とは、絶縁破壊電圧低下率及び固定強度低下率がほぼ同等であることがわかる。すなわち、本発明の電気絶縁紙は、絶縁破壊電圧及び固定強度において従来の電気絶縁紙と同等の特性を有している。
これに加えて、本発明の電気絶縁紙は、電気絶縁が必要な狭い空間における電気絶縁体の形成方法において、従来の電気絶縁紙で必要であったワニスの流し込み工程が不要であり、さらに加熱時間も１分とごく短時間で完了できる。すなわち、本発明の電気絶縁紙は、電気絶縁が必要な狭い空間における電気絶縁体の形成において従来の電気絶縁紙より
も優れている。
このように、本発明の電気絶縁紙は、電気絶縁が必要な狭い空間を絶縁部材で充填した電気絶縁空間を形成することができるとともに電気絶縁が必要な導電性部材との密着性を高くすることが可能である。さらに電気絶縁が必要な複数の導電性部材どうしをそれらの立体位置関係を変化させずに前記電気絶縁空間を形成した状態で接着固定することも可能である。

１ 紙状物
２ 熱膨張性絶縁層
３ 熱膨張性絶縁層を加熱して得られた電気絶縁空間
４ コア材
５ コイル
１０ 電気絶縁が必要な狭い空間
１１、１２ 電気絶縁紙

Claims (6)

1. 紙状物の片面もしくは両面に熱膨張性の機能性樹脂微粒子を含む熱膨張性絶縁層が配されており、前記紙状物は、少なくともセルロース成分を含み、樹脂が含浸されていることを特徴とする電気絶縁紙。
2. 前記紙状物がジシアンジアミドを有することを特徴とする請求項１に記載の電気絶縁紙。
3. 前記樹脂がフェノール系樹脂であることを特徴とする請求項１または２に記載の電気絶縁紙。
4. 前記セルロース成分のカナダ標準ろ水度が４００ｍｌ〜６００ｍｌであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の電気絶縁紙。
5. 機能性樹脂微粒子が、平均粒径５〜５０μｍで膜厚２〜１５μｍの熱可塑性高分子からなる外殻と、該外殻に内包される低沸点炭化水素とで構成され、該低沸点炭化水素の沸点が熱可塑性高分子の軟化温度以下である熱膨張性マイクロカプセルであることを特徴とする請求項１乃至４いずれか一項に記載の電気絶縁紙。
6. 前記機能性樹脂微粒子の外殻がアクリロニトリル系共重合体であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか一項に記載の電気絶縁紙。

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