JP7046280B1 - 絶縁ワニス組成物、絶縁ワニス硬化物、コイルおよびコイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

絶縁ワニス組成物は、重量平均分子量が２０００以上の高分子量体を含有する不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂およびビニルエステル樹脂のうち少なくとも１つの樹脂を含む熱硬化性樹脂（１５）と、気体の標準状態における蒸気圧が１ｍｍＨｇ以上８０ｍｍＨｇ未満であって液体の気泡形成成分と、を備える。

Description

本開示は、絶縁ワニス組成物、この絶縁ワニス組成物を硬化させた絶縁ワニス硬化物、この絶縁ワニス硬化物を備えるコイルおよびコイルの製造方法に関する。

従来、電動機、発電機、圧縮機などの回転機は、ステータコアに電線が巻き付けられて形成されたコイルを備えている。このようなコイルでは、コイルの電気絶縁性の確保、電線の保護および電線のステータコアへの固着を図るために、電線の自己融着化、モールド樹脂成型、絶縁ワニス処理などが行われている。このうち絶縁ワニス処理では、コイルの電線間の間隙に絶縁ワニス組成物を含浸する必要があるため、低粘度の熱硬化性樹脂を含んだ絶縁ワニス組成物が広く用いられている。

絶縁ワニス組成物には、コイルの電線間の間隙への含浸性が求められる。一方で、絶縁ワニス組成物を加熱して硬化させることにより作製される絶縁ワニス硬化物には、コイルの電線間で発生する部分放電による絶縁破壊を防ぐ特性が求められる。コイルの電線間における部分放電の発生を抑制する方法として、一般には電線の絶縁皮膜層の厚膜化および電線間の距離の増大が有効とされているが、いずれも回転機の出力の低下を招く可能性がある。

回転機の出力の低下を招くことなく、コイルの電線間における部分放電の発生を抑制する技術として、絶縁ワニス硬化物中に気泡を形成することにより絶縁ワニス硬化物の比誘電率を低減させて絶縁ワニス硬化物の部分放電開始電圧（PDIV：Partial Discharge Inception Voltage）を高める技術が開発されている。例えば、特許文献１には、熱硬化性樹脂にマイクロカプセル型発泡剤を添加することにより、気泡を含んだ絶縁ワニス硬化物を得る技術が開示されている。

特開２０２０－３３４３３号公報

絶縁ワニス硬化物に含まれる気泡の大きさが大きいほど、気泡において部分放電が発生しやすくなるため、絶縁ワニス硬化物の絶縁破壊が発生しやすくなる。しかし、特許文献１では、気泡の微細化を図ることについて考慮されていないため、気泡における部分放電の発生を抑制する効果が十分でない可能性がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、絶縁ワニス硬化物中の気泡における部分放電の発生を抑制することができる絶縁ワニス組成物を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる絶縁ワニス組成物は、重量平均分子量が２０００以上の高分子量体を含有する不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂およびビニルエステル樹脂のうち少なくとも１つの樹脂を含む熱硬化性樹脂と、気体の標準状態における蒸気圧が５ｍｍＨｇ以上４０ｍｍＨｇ未満であって液体の気泡形成成分と、を備える。熱硬化性樹脂は、１分間半減期温度が１８０℃以下の重合開始剤を含む。

本開示によれば、絶縁ワニス硬化物中の気泡における部分放電の発生を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる回転機を中心軸に沿って切った断面図 実施の形態１にかかる回転機を中心軸と直交する方向で切った断面図であって、ステータを示した部分拡大断面図 実施の形態１にかかる電線および絶縁ワニス硬化物を模式的に示した部分拡大断面図

以下に、実施の形態にかかる絶縁ワニス組成物、絶縁ワニス硬化物、コイルおよびコイルの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる回転機１を中心軸Ｃに沿って切った断面図である。回転機１は、ステータ２と、ロータ３と、シャフト４と、フレーム５と、２つのブラケット６とを備える。ステータ２は、中心軸Ｃを有する円筒形状に形成されている。以下、回転機１の各構成要素について方向を説明するときには、中心軸Ｃと平行な方向を軸方向、中心軸Ｃと直交する方向を半径方向、中心軸Ｃを中心とする回転方向を周方向とする。

ロータ３は、ステータ２の内側に配置されている。ステータ２とロータ３との間には、隙間が周方向の全周に亘って設けられている。ロータ３の中心には、シャフト４が連結されている。シャフト４とステータ２の中心軸Ｃとは、同軸に設けられている。ロータ３は、中心軸Ｃを回転軸として回転可能である。フレーム５は、回転機１の外郭を構成するとともに、ステータ２およびロータ３を収容する。フレーム５は、軸方向に沿った両端部が開口する円筒形状に形成されている。一方のブラケット６は、フレーム５の軸方向に沿った一端部の開口を塞ぐように配置されている。他方のブラケット６は、フレーム５の軸方向に沿った他端部の開口を塞ぐように配置されている。シャフト４の軸方向に沿った一端部は、一方のブラケット６に形成された孔６ａを通じて、フレーム５の外部に突出している。

ステータ２は、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成されたステータコア７と、ステータコア７に電線１１が巻き付けられて形成されたコイル１０とを備える。図２は、実施の形態１にかかる回転機１を中心軸Ｃと直交する方向で切った断面図であって、ステータ２を示した部分拡大断面図である。ステータコア７は、磁性体で形成された円筒形状のコアバック７ａと、コアバック７ａの内周面から半径方向内側に向かって突出するティース７ｂとを有する。図２では、１つのティース７ｂのみを図示しているが、実際には複数のティース７ｂが周方向に等角度で離隔して配置されている。隣り合うティース７ｂの間には、スロット８が形成されている。

スロット８内には、インシュレータ９が設けられている。インシュレータ９は、ステータコア７とコイル１０との間に配置されてステータコア７とコイル１０とを電気的に絶縁する。インシュレータ９は、コアバック７ａのうちスロット８に臨む面とティース７ｂのうちスロット８に臨む面とを覆っている。ティース７ｂには、インシュレータ９を介して電線１１が巻き付けられてコイル１０が形成されている。隣接する電線１１間には、間隙Ｇが形成される。なお、ステータ２は、図示の例に限定されることなく、公知のステータの中から適宜選択して用いればよい。また、各スロット８において隣接するコイル１０の間には、絶縁テープが配置されてもよいし、相間紙が配置されてもよい。

図３は、実施の形態１にかかる電線１１および絶縁ワニス硬化物１４を模式的に示した部分拡大断面図である。電線１１は、導電性の導線１２が絶縁被膜１３で覆われた絶縁導線である。導線１２の材質は、導電性を有すれば特に制限されないが、例えば、銅である。絶縁被膜１３の材質は、電気絶縁性を有すれば特に制限されないが、例えば、ポリアミドイミドである。隣接する電線１１間の間隙Ｇには、絶縁ワニス硬化物１４が配置されている。

絶縁ワニス硬化物１４は、隣接する電線１１間の間隙Ｇを埋めて、電線１１間で発生する部分放電による電線１１の絶縁破壊を防ぐ効果、電線１１を保護する効果および電線１１をステータコア７に固着する効果を発揮する。絶縁ワニス硬化物１４は、熱硬化性樹脂１５と、気泡１６とを含有する。絶縁ワニス硬化物１４は、絶縁ワニス組成物を加熱して硬化させることにより作製される。以下、絶縁ワニス硬化物１４に用いられる絶縁ワニス組成物の成分について詳しく説明する。

絶縁ワニス組成物は、重量平均分子量が２０００以上の高分子量体を含有する不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂およびビニルエステル樹脂のうち少なくとも１つの樹脂を含む熱硬化性樹脂１５と、気体の標準状態における蒸気圧が１ｍｍＨｇ以上８０ｍｍＨｇ未満であって液体の気泡形成成分と、を備える。本明細書において、硬化前の熱硬化性樹脂１５の重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー（GPC：Gel Permeation Chromatography）法などの従来公知の方法で測定可能な、相対的な平均分子量より求めることができる。また、本明細書において、気泡形成成分の蒸気圧とは、静止法、沸点法、示差走査熱量測定（DSC：Differential Scanning Calorimetry）法などの従来公知の方法で測定可能な、平衡蒸気圧を指す。本明細書に記載される気体の標準状態とは、基準温度を２５℃、標準圧力を１００ｋＰａとする条件（SATP：Standard Ambient Temperature and Pressure）を想定している。

不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂およびビニルエステル樹脂は、硬化前において電線１１間の間隙Ｇへの絶縁ワニス組成物の含浸性を高める機能を発揮するとともに、硬化後において絶縁ワニス硬化物１４の耐熱性、電気絶縁性およびステータコア７への固着力を高める機能を発揮する。絶縁ワニス組成物の主剤である熱硬化性樹脂１５は、重量平均分子量が２０００以上のオリゴマー、ポリマーなどを主成分とすることで、モノマーから硬化する場合と比較して硬化反応の進行に伴う増粘効果が早期に発生する。そのため、気泡形成成分の気化に伴い生じる気泡１６を絶縁ワニス硬化物１４の内部に固定化する効果が得られる。重量平均分子量が２０００未満の場合には、熱硬化性樹脂１５の増粘に時間を要するために、絶縁ワニス硬化物１４中の気泡１６の減少および気泡１６の大径化が生じる。絶縁ワニス組成物の含浸性と、絶縁ワニス硬化物１４中の気泡１６の微細化とを両立させる観点から、重量平均分子量は５０００以上２００００未満であることがより好ましい。熱硬化性樹脂１５に含まれる重量平均分子量が２０００以上の高分子量体の配合量は、１００質量部の熱硬化性樹脂１５に対して、２０質量部以上９０質量部未満であることが好ましい。重量平均分子量が２０００以上の高分子量体の配合量が前記した範囲内であれば、絶縁ワニス組成物の含浸性と、絶縁ワニス硬化物１４中の気泡１６による電線１１間における部分放電の発生を抑制する効果とを両立させることができる。

不飽和ポリエステル樹脂は、分子中に２つ以上の不飽和結合部位を有する平均分子量が２０００以上の不飽和ポリエステル成分を主成分とする主剤と、任意の割合で添加される反応性希釈剤とを混合することで得られる。

不飽和ポリエステル成分は、不飽和多塩基酸またはその無水物と、多価アルコールと、任意成分である飽和多塩基酸またはその無水物とを重合させて得られることができればその種類は特に限定されることなく、公知の不飽和ポリエステル成分の中から適宜選択して用いればよい。

不飽和多塩基酸またはその無水物としては、例えば、無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、メチルシクロヘキセン－１，２－ジカルボン酸無水物が挙げられる。これらの不飽和多塩基酸は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。

多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ビスフェノールＡが挙げられる。これらの多価アルコールは、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。

飽和多塩基酸またはその無水物としては、例えば、イソフタル酸、フタル酸、無水フタル酸、テレフタル酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、２，６－ナフタレンジカルボン酸、ビシクロ［２．２．１］ヘプタン－２，３－ジカルボン酸無水物が挙げられる。これらの飽和多塩基酸は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。

反応性希釈剤は、絶縁ワニス組成物の含浸性の向上と架橋構造形成とを目的に配合するため、不飽和ポリエステル成分よりも低粘度で、かつ、分子中に１つのラジカル重合性基を有するものであればその種類は特に限定されることなく、公知の反応性希釈剤の中から適宜選択して用いればよい。反応性希釈剤としては、例えば、スチレン、ビニルトルエン、ヒドロキシエチルメタクリル酸、ジエチレングリコールモノビニルエーテルが挙げられる。これらの反応性希釈剤は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。反応性希釈剤の配合量は、特に限定されないが、絶縁ワニス組成物の接着性と低粘度化とのバランスの観点から、１００質量部の不飽和ポリエステル成分に対して、４０質量部～２５０質量部の範囲内であることが好ましく、６０質量部～２００質量部の範囲であることがより好ましい。反応性希釈剤が２５０質量部を超えると、絶縁ワニス組成物の接着性が著しく低下する場合がある。一方、反応性希釈剤が４０質量部未満であると、反応性希釈剤の添加による絶縁ワニス組成物の低粘度化の効果が十分に得られない場合がある。

不飽和ポリエステル樹脂には、重合開始剤が添加されてもよい。重合開始剤は、加熱などによってラジカルを発生し、架橋反応を促進する作用を有する化合物であれば、その種類は特に限定されることなく、公知の重合開始剤の中から適宜選択して用いればよい。特に、重合開始剤としては、１分間半減期温度が１８０℃以下の有機過酸化物を使用することが好ましい。このような有機過酸化物としては、例えば、メチルエチルケトンパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t－ブチルパーオキサイドが挙げられる。これらの重合開始剤は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。１分間半減期温度が１８０℃よりも高い有機過酸化物を使用すると、絶縁ワニス組成物の硬化速度が低下して気泡１６を含む絶縁ワニス硬化物１４が得られないか、あるいは、気泡１６が大径化する可能性がある。重合開始剤の配合量は、特に限定されないが、不飽和ポリエステル成分と反応性希釈剤との合計１００質量部に対して、０．１質量部～１０質量部であることが好ましく、０．５質量部～５質量部であることがより好ましい。重合開始剤の配合量が０．１質量部未満であると、架橋密度が小さくなり、絶縁ワニス硬化物１４の強度および耐薬品性が低下することがある。一方、重合開始剤の配合量が１０質量部よりも多いと、硬化前の熱硬化性樹脂１５の可使時間が著しく短くなることがある。

エポキシ樹脂は、主剤であるエポキシ樹脂と、硬化剤とを混合することで得られる。エポキシ樹脂は、分子中にエポキシ基を有すればその種類は特に限定されることなく、公知のエポキシ樹脂の中から適宜選択して用いればよい。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＥ型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。また、硬化前の樹脂成分の重量平均分子量を２０００以上とするために、事前に自己重合させたエポキシ樹脂が使用されてもよい。

硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化できればその種類は特に限定されることなく、公知の硬化剤の中から適宜選択して用いればよい。硬化剤としては、例えば、酸無水物系硬化剤、アミン系硬化剤が挙げられる。酸無水物系硬化剤としては、例えば、ビシクロ［２．２．１］ヘプタン－２，３－ジカルボン酸無水物、メチル－５－ノルボルネン－２，３－ジカルボン酸無水物、メチルシクロヘキセン－１，２－ジカルボン酸無水物が挙げられる。アミン系硬化剤としては、第一級及び第二級アミンとしてトリエチレンテトラミン、４，４‘－ジアミノジフェニルメタン、メチルシクロヘキシルアミン、第三級アミンとしてＮ，Ｎ－ベンジルジメチルアミン、ジメチルアニリン、ジアザビシクロウンデセンが挙げられる。これらの硬化剤は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。酸無水物系硬化剤の配合量は、１００質量部のエポキシ化合物に対して、３０質量部～１５０質量部であることが好ましく、５０質量部～１００質量部であることがより好ましい。また、第一級および第二級アミン系硬化剤の配合量は、１００質量部のエポキシ化合物に対して、１０質量部～５０質量部であることが好ましく、２０質量部～４０質量部であることがより好ましい。また、第三級アミン系硬化剤の配合量は、１００質量部のエポキシ化合物に対して、０．１質量部～５質量部であることが好ましく、０．２質量部～３質量部であることがより好ましい。各種硬化剤の配合量が前記した範囲内であると、電気的特性および機械的特性が高い絶縁ワニス硬化物１４を得ることができる。

エポキシ樹脂には、硬化促進剤が添加されてもよい。硬化促進剤は、エポキシ化合物と硬化剤との架橋反応を早める作用を有する化合物である。硬化促進剤としては、エポキシ樹脂用の硬化促進剤として一般的に使用されるものであればその種類は特に制限されることなく、公知の硬化促進剤の中から適宜選択して用いればよい。硬化促進剤としては、例えば、イミダゾール系硬化促進剤、第三級アミン系硬化促進剤が好ましい。これらの硬化促進剤は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。

ビニルエステル樹脂は、分子の両末端に不飽和結合部位を有する平均分子量が２０００以上のビニルエステル成分を主成分とする主剤と、反応性希釈剤とを混合することで得られる。ビニルエステル成分は、任意のエポキシ樹脂と不飽和カルボン酸との付加反応によって得られるものであれば、その種類は特に限定されることなく、公知のビニルエステル樹脂の中から適宜選択して用いればよい。

ビニルエステル樹脂の原料として用いられるエポキシ樹脂は、分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有すれば、その構造は特に限定されない。このようなエポキシ樹脂としては、例えば、前記のエポキシ樹脂の項で記載した、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、クレゾールノボラック、フェノールノボラック等の骨格を有するエポキシ樹脂が挙げられる。これらのエポキシ樹脂は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。また、硬化前の樹脂成分の平均分子量を２０００以上とするために、事前に自己重合させたエポキシ樹脂が使用されてもよい。

不飽和カルボン酸は、分子中に１つの不飽和結合部位とカルボキシル基とを同時に有すれば、その構造は特に限定されない。このような不飽和カルボン酸としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸が挙げられる。これらの不飽和カルボン酸は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。特に、高い硬化物特性と耐熱寿命とに加え、高い反応性により絶縁ワニス組成物の硬化時間を短縮できるという観点から、アクリル酸をエポキシ化合物と付加反応させた不飽和カルボン酸を使用することが好ましい。

反応性希釈剤には、前記の不飽和ポリエステル樹脂の項で記載した化合物を、同様の組成で使用することができる。また、ビニルエステル樹脂には、重合開始剤が添加されてもよい。重合開始剤には、前記の不飽和ポリエステル樹脂の項で記載した化合物を、同様の組成で使用することができる。

気泡形成成分は、気体の標準状態における蒸気圧が１ｍｍＨｇ以上８０ｍｍＨｇ未満の液体である。このような液体を気泡形成成分として選択することにより、熱硬化性樹脂１５の硬化反応に伴い気泡形成成分が順次気化して、絶縁ワニス硬化物１４中に独立気泡を形成し、その後気泡形成成分の全量が気化して絶縁ワニス硬化物１４中の液体の残留を防ぐことが可能となる。気泡形成成分として蒸気圧が８０ｍｍＨｇ以上の液体を用いると、熱硬化性樹脂１５の硬化開始前に気泡形成成分の気化が進むことから、絶縁ワニス硬化物１４中の気泡１６の減少、気泡１６の大径化を引き起こす。一方、気泡形成成分として蒸気圧が１ｍｍＨｇ未満の液体を用いると、熱硬化性樹脂１５の硬化反応の最高温度付近であっても気泡形成成分が気化しないため、絶縁ワニス硬化物１４中に気泡１６を形成することができない。絶縁ワニス組成物の熱的安定性と、絶縁ワニス硬化物１４中の気泡１６の微細化との観点から、気泡形成成分は、気体の標準状態における蒸気圧が５ｍｍＨｇ以上４０ｍｍＨｇ未満の液体であることがより好ましい。

気泡形成成分は、熱硬化性樹脂１５の硬化反応を阻害しなければその種類は特に限定されることなく、公知の気泡形成成分の中から適宜選択して用いればよい。気泡形成成分としては、例えば、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、アミド系溶媒が好適である。炭化水素系溶媒としては、例えば、ノルマルヘプタン、トルエン、キシレン、シクロヘキサンが挙げられる。ケトン系溶媒としては、例えば、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノンが挙げられる。エステル系溶媒としては、例えば、酢酸ブチル、酢酸エチレングリコールモノメチルエーテルが挙げられる。アルコール系溶媒としては、例えば、プロパノール、ブタノール、ジエチレングリコールが挙げられる。アミド系溶媒としては、例えば、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミドが挙げられる。これらの気泡形成成分は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。２種類以上の気泡形成成分を混合して使用すると、より広い温度範囲で気泡形成成分の気化が生じることから、気泡１６の形成が容易になる。

気泡形成成分の気化と熱硬化性樹脂１５の硬化とを同時に進める点から、気泡形成成分の標準沸点が熱硬化性樹脂１５に添加される重合開始剤の１分間半減期温度と同程度であることが好ましい。気泡形成成分の添加量は、熱硬化性樹脂成分と反応性希釈剤との合計量１００質量部に対して、１０質量部～５０質量部であることが好ましく、２０質量部～４０質量部であることがより好ましい。気泡形成成分が１０質量部未満の場合は、気化量が少なく十分な数の気泡１６を絶縁ワニス硬化物１４中に形成することができない。一方、気泡形成成分が５０質量部よりも多い場合は、絶縁ワニス硬化物１４の強度および靭性が低下しやすくなる。

絶縁ワニス組成物には、本開示の効果を損なわない範囲で、難燃剤、難燃助剤、強化剤、酸化防止剤、光安定剤、帯電防止剤、気泡化核剤、消泡剤、界面活性剤、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、安定剤、着色剤といった公知の添加剤が配合されてもよい。これらの添加剤を添加した場合、絶縁ワニス組成物の耐熱性、機械的強度などを向上させる効果を得ることができる。前記の添加剤は、それぞれ単独で使用されてもよいし、２種類以上が混合されて使用されてもよい。

次に、図２および図３を参照して、本実施の形態にかかるコイル１０の製造方法について説明する。コイル１０の製造方法は、混合工程と、予熱工程と、空冷工程と、含浸工程と、除滴工程と、硬化乾燥工程とを含んでいる。なお、これらの工程は一例であり、コイル１０の製造方法を限定する趣旨ではない。

混合工程は、重量平均分子量が２０００以上の高分子量体を含有する不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂およびビニルエステル樹脂のうち少なくとも１つの樹脂を含んだ熱硬化性樹脂１５と、気体の標準状態における蒸気圧が１ｍｍＨｇ以上８０ｍｍＨｇ未満の液体の気泡形成成分と、各種添加剤とを混合する工程である。混合方法は、特に限定されず、公知の混合方法の中から適宜選択すればよい。例えば、攪拌機などの機械を用いて熱硬化性樹脂１５と気泡形成成分と各種添加剤とを均一に混合すればよい。混合工程により、絶縁ワニス組成物が得られる。

予熱工程は、図２に示される含浸前のコイル１０を所定の温度で加熱する工程である。空冷工程は、含浸工程での絶縁ワニス組成物の温度上昇を抑制するために、予熱工程で加熱されたコイル１０を所定の温度まで冷却する工程である。

含浸工程は、空冷工程で冷却されたコイル１０に絶縁ワニス組成物を含浸する工程である。絶縁ワニス組成物の含浸方法は、特に限定されず、公知の方法の中から適宜選択すればよい。絶縁ワニス組成物の含浸方法としては、例えば、絶縁ワニス組成物を入れた含浸槽中にコイル１０を浸漬する浸漬法（ディッピング法）、絶縁ワニス組成物をコイル１０に滴下する滴下含浸法（ドリップ法）が挙げられる。滴下含浸法を用いる場合には、含浸工程の開始前にコイル１０を予熱してもよい。また、浸漬法および滴下含浸法のいずれの方法でも、コイル１０への絶縁ワニス組成物の含浸を複数回に分けて行うことが可能である。

除滴工程は、含浸工程でコイル１０の側面などに付着した不必要な絶縁ワニス組成物を滴下させる工程である。

硬化乾燥工程は、コイル１０に含浸させた絶縁ワニス組成物を加熱して硬化させる工程である。絶縁ワニス組成物を加熱することにより、熱硬化性樹脂１５が硬化するとともに、気泡形成成分が気化して図３に示される微細な気泡１６を含んだ絶縁ワニス硬化物１４が形成される。絶縁ワニス硬化物１４は、コイル１０に固着するとともに、隣接する電線１１間の間隙Ｇを埋める。これにより、電気絶縁性を備えたコイル１０が得られる。絶縁ワニス組成物の硬化方法は、特に限定されず、公知の方法の中から適宜選択すればよい。例えば、密閉式硬化炉、連続硬化が可能なトンネル炉、通電加熱設備などを用いて、絶縁ワニス組成物を加熱して硬化させればよい。絶縁ワニス組成物の加熱温度は、特に限定されないが、一般に８０℃～２００℃であり、好ましくは１３０℃～１８０℃である。絶縁ワニス組成物の加熱温度が８０℃未満の場合には、絶縁ワニス組成物の硬化が不十分となる可能性がある。また、絶縁ワニス組成物の加熱温度が２００℃よりも高い場合には、コイル１０を電気的に絶縁する樹脂部品である絶縁ワニス、相間紙、インシュレータ９などの劣化および分解が生じる可能性が高まる。

絶縁ワニス組成物の硬化速度およびコイル１０への絶縁ワニス組成物の付着量は、絶縁ワニス組成物の組成によって異なる。したがって、絶縁ワニス組成物の加熱時間は、絶縁ワニス組成物の組成に応じて、絶縁ワニス組成物が完全固化するのに必要な加熱時間を適宜設定すればよく、一般に５分間～６時間であり、好ましくは２０分間～４時間であり、さらに好ましくは３０分～２時間である。このような硬化条件を採用することにより、電気的絶縁性が十分に確保されたコイル１０を得ることができる。特に、コイル１０に絶縁ワニス組成物を含浸し、絶縁ワニス組成物を１３０℃～１８０℃で５分間～２時間加熱して硬化させることにより、微細な気泡１６を含む絶縁ワニス硬化物１４でコイル１０の電線１１間の間隙Ｇを埋めることができるため、隣接する電線１１間における部分放電の発生を抑制する効果、コイル１０の耐熱性およびコイル１０の補強性能を向上させることができる。

絶縁ワニス硬化物１４に含まれる気泡１６は、気泡１６における部分放電の発生を抑制する観点から、全て独立気泡であることが好ましい。また、気泡１６の大きさは、最大気泡径が１０μｍ以下であることが好ましく、最大気泡径が５μｍ以下であることがさらに好ましい。気泡１６の最大気泡径が前記した範囲内であると、電気的特性、特に気泡１６における部分放電の発生を抑制する効果が高まる。気泡１６の最小径は、特に制限されないが、０．１μｍ以上であることが好ましい。気泡１６の大きさは、絶縁ワニス硬化物１４の断面を走査型電子顕微鏡（SEM：Scanning Electron Microscope）で観察することにより測定できる。具体的には、絶縁ワニス硬化物１４を切断し、その断面をＳＥＭで例えば１５０００倍に拡大した後、任意に選択した１０個の気泡１６のそれぞれの気泡径を測定し、各気泡径の測定値の算術平均を計算することで気泡１６の大きさ、すなわち気泡１６の平均径を求められる。気泡１６の断面形状は、円形の他、例えば、楕円形、矩形であってもよい。円形の気泡１６の場合には、円の直径を気泡径とする。楕円形の気泡１６の場合には、楕円の長径を径とする。矩形の気泡１６の場合には、矩形の対角を結ぶ線の長さを気泡径とする。

次に、本実施の形態にかかる絶縁ワニス組成物、絶縁ワニス硬化物１４およびコイル１０の効果について説明する。

一般に、図３に示される隣接する電線１１間では、コイル１０への通電によって強力な電場が印加されると、空気中で電子雪崩が発生して部分放電を生じる可能性がある。本実施の形態では、絶縁ワニス硬化物１４の素となる絶縁ワニス組成物は、重量平均分子量が２０００以上の高分子量体を含有する不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂およびビニルエステル樹脂のうち少なくとも１つの樹脂を含む熱硬化性樹脂１５と、気体の標準状態における蒸気圧が１ｍｍＨｇ以上８０ｍｍＨｇ未満であって液体の気泡形成成分とを備える。これにより、絶縁ワニス硬化物１４には、多量かつ微細な気泡１６が形成される。そのため、絶縁ワニス硬化物１４の比誘電率を低減させて絶縁ワニス硬化物１４の部分放電開始電圧を高めることができ、隣接する電線１１間における部分放電の発生を抑制することができる。また、絶縁ワニス硬化物１４に含まれる気泡１６を微細化できるため、絶縁ワニス硬化物１４中の気泡１６における部分放電の発生を抑制することができる。

本実施の形態では、気泡形成成分が液体であるため、コイル１０への絶縁ワニス組成物の含浸性を高めることができる。

本実施の形態では、熱硬化性樹脂１５は、１分間半減期温度が１８０℃以下の重合開始剤を含むことにより、絶縁ワニス組成物の硬化条件に適した２００℃以下の温度で、気泡１６を含む絶縁ワニス硬化物１４を作製することができる。

本実施の形態では、気泡形成成分は、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、フェノール系溶媒、アミド系溶媒のうち少なくとも１種類を含む液体であることにより、絶縁ワニス組成物を硬化する際の気泡１６の形成を容易にしながら、気泡１６の微細化を図ることができる。

本実施の形態では、絶縁ワニス硬化物１４に含まれる気泡１６の平均径は、０．１μｍから１０μｍの範囲内であることにより、気泡１６における部分放電の発生を抑制する効果と、絶縁ワニス硬化物１４の比誘電率を低減させる効果とを両立できる。したがって、コイル１０の出力の向上に伴うコイル１０への通電電流の増大にも対応することができる。

なお、本実施の形態では、回転機１のコイル１０の絶縁に本開示の絶縁ワニス組成物を用いたが、発電機、トランス、圧縮機などの各種回転機のコイルの絶縁に本開示の絶縁ワニス組成物を用いてもよい。

次に、実施例および比較例により、本開示の効果について更に説明する。

（材料組成）
表１に示す配合量に従って実施例１～８および比較例１～５にかかる絶縁ワニス組成物を作製した。なお、表１に示す各材料の詳細は、以下の通りである。

（不飽和ポリエステル樹脂）
不飽和ポリエステル樹脂Ａ：マレイン酸３０質量部、イソフタル酸２０質量部およびプロピレングリコール５０質量部を公知の方法で縮合重合し、重合平均分子量が約５０００となるように調製した不飽和ポリエステル樹脂
不飽和ポリエステル樹脂Ｂ：マレイン酸３０質量部、イソフタル酸２０質量部およびプロピレングリコール５０質量部を公知の方法で縮合重合し、重合平均分子量が約８０００となるように調製した不飽和ポリエステル樹脂
不飽和ポリエステル樹脂Ｃ：マレイン酸３０質量部、イソフタル酸２０質量部およびプロピレングリコール５０質量部を公知の方法で縮合重合し、重合平均分子量が約２０００となるように調製した不飽和ポリエステル樹脂
不飽和ポリエステル樹脂Ｄ：マレイン酸３０質量部、イソフタル酸２０質量部およびプロピレングリコール５０質量部を公知の方法で縮合重合し、重合平均分子量が約１０００となるように調製した不飽和ポリエステル樹脂
反応性希釈剤：スチレン
重合開始剤：ベンゾイルパーオキサイド

（エポキシ樹脂）
エポキシ化合物：ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（三菱ケミカル株式会社製：ｊＥＲ８２８）およびビスフェノールＡを公知の方法で交互共重合し、重合平均分子量が約５０００となるように調製した直鎖エポキシ樹脂
硬化剤：ビシクロ［２．２．１］ヘプタン－２，３－ジカルボン酸無水物
硬化促進剤：２－エチル－４－メチルイミダゾール

（ビニルエステル樹脂）
ビニルエステル成分：ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（三菱ケミカル株式会社製：ｊＥＲ８２８）およびビスフェノールＡを公知の方法で交互共重合した後、末端にメタクリル酸を修飾して、重合平均分子量が約５０００となるように調製したビスフェノールＡ型ビニルエステル樹脂
反応性希釈剤：スチレン
重合開始剤：ベンゾイルパーオキサイド

（気泡形成成分）
以下の市販品を精製せずにそのまま用いた。
２－プロパノール：気体の標準状態における蒸気圧４０ｍｍＨｇ、アルコール系
メチルイソブチルケトン：気体の標準状態における蒸気圧１５ｍｍＨｇ、ケトン系
キシレン：気体の標準状態における蒸気圧１０ｍｍＨｇ、炭化水素系
シクロヘキサノン：気体の標準状態における蒸気圧４ｍｍＨｇ、ケトン系
テトラヒドロフラン：気体の標準状態における蒸気圧１７５ｍｍＨｇ、エーテル系
酢酸エチル：気体の標準状態における蒸気圧９２ｍｍＨｇ、エステル系
２－アミノエタノール：気体の標準状態における蒸気圧０．４ｍｍＨｇ、アルコール系
エチレングリコール：気体の標準状態における蒸気圧０.０１ｍｍＨｇ、アルコール系

（実施例１）
不飽和ポリエステル樹脂Ａ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、２－プロパノール５０質量部とを均一に混合することにより、実施例１にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（実施例２）
不飽和ポリエステル樹脂Ａ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、メチルイソブチルケトン５０質量部とを均一に混合することにより、実施例２にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（実施例３）
不飽和ポリエステル樹脂Ａ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、キシレン５０質量部とを均一に混合することにより、実施例３にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（実施例４）
不飽和ポリエステル樹脂Ａ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、シクロヘキサノン５０質量部とを均一に混合することにより、実施例４にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（実施例５）
不飽和ポリエステル樹脂Ｂ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、キシレン５０質量部とを均一に混合することにより、実施例５にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（実施例６）
不飽和ポリエステル樹脂Ｃ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、キシレン５０質量部とを均一に混合することにより、実施例６にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（実施例７）
エポキシ化合物１００質量部と、硬化剤８０質量部と、硬化促進剤２質量部と、キシレン５０質量部とを均一に混合することにより、実施例７にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（実施例８）
ビニルエステル成分１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、キシレン５０質量部とを均一に混合することにより、実施例８にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（比較例１）
不飽和ポリエステル樹脂Ａ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、テトラヒドロフラン５０質量部とを均一に混合することにより、比較例１にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（比較例２）
不飽和ポリエステル樹脂Ａ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、酢酸エチル５０質量部とを均一に混合することにより、比較例２にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（比較例３）
不飽和ポリエステル樹脂Ａ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、２－アミノエタノール５０質量部とを均一に混合することにより、比較例３にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（比較例４）
不飽和ポリエステル樹脂Ａ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、エチレングリコール５０質量部とを均一に混合することにより、比較例４にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（比較例５）
不飽和ポリエステル樹脂Ｄ１００質量部と、反応性希釈剤８０質量部と、重合開始剤２質量部と、キシレン５０質量部とを均一に混合することにより、比較例５にかかる絶縁ワニス組成物を得た。

（試験方法）
実施例１～８および比較例１～５にかかる絶縁ワニス組成物を硬化させることにより得られた絶縁ワニス硬化物について、絶縁ワニス硬化物中の微細気泡の有無および絶縁ワニス硬化物の比誘電率の評価を行った。全ての実施例および比較例にかかる絶縁ワニス組成物を型枠内へ注入し、乾燥炉中で加熱硬化処理を実施することによって硬化させ、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍの絶縁ワニス硬化物を得た。全ての実施例および比較例において、加熱硬化条件は、１８０℃３０分とした。

［絶縁ワニス硬化物中に含まれる微細気泡の有無］
絶縁ワニス硬化物中に含まれる微細気泡の有無は、絶縁ワニス硬化物の断面をＳＥＭで観察することにより評価した。具体的には、１０個の気泡を任意に選択して各気泡の気泡径を測定し、各気泡径の測定値の算術平均が１０μｍ以下の場合を良とし、１０μｍよりも大きい場合を否と評価した。

［比誘電率］
絶縁ワニス硬化物の比誘電率は、絶縁ワニス硬化物を２枚の平板電極の間に挟み込み、静電容量を測定することにより算出した。温度が２５℃、周波数が１ｋＨｚの条件で取得した比誘電率が、３．０以下の場合を良とし、３．０よりも高い場合を否と評価した。

表１から明らかなように、熱硬化性樹脂に含まれる重量平均分子量が２０００以上であって、かつ、気泡形成成分の気体の標準状態における蒸気圧が４ｍｍＨｇ～４０ｍｍＨｇの範囲である実施例１～８は、絶縁ワニス硬化物中に含まれる微細気泡の有無および比誘電率の評価項目が良であった。一方、比較例１～４は、気泡形成成分の気体の標準状態における蒸気圧が１ｍｍＨｇ～８０ｍｍＨｇの範囲外であるために、絶縁ワニス硬化物中に微細気泡を形成することができないとともに、絶縁ワニス硬化物の比誘電率を低くする効果が十分に得られなかった。また、比較例５は、熱硬化性樹脂に含まれる重量平均分子量が１０００であるために、絶縁ワニス硬化物中の気泡径の増大が確認された。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 回転機、２ ステータ、３ ロータ、４ シャフト、５ フレーム、６ ブラケット、６ａ 孔、７ ステータコア、７ａ コアバック、７ｂ ティース、８ スロット、９ インシュレータ、１０ コイル、１１ 電線、１２ 導線、１３ 絶縁被膜、１４ 絶縁ワニス硬化物、１５ 熱硬化性樹脂、１６ 気泡、Ｃ 中心軸、Ｇ 間隙。

Claims (5)

1. 重量平均分子量が２０００以上の高分子量体を含有する不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂およびビニルエステル樹脂のうち少なくとも１つの樹脂を含む熱硬化性樹脂と、
   気体の標準状態における蒸気圧が５ｍｍＨｇ以上４０ｍｍＨｇ未満であって液体の気泡形成成分と、
   を備え、
   前記熱硬化性樹脂は、１分間半減期温度が１８０℃以下の重合開始剤を含むことを特徴とする絶縁ワニス組成物。
2. 前記気泡形成成分は、炭化水素系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アルコール系溶媒、フェノール系溶媒、アミド系溶媒のうち少なくとも１種類を含む液体であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁ワニス組成物。
3. 請求項１または２に記載の絶縁ワニス組成物が硬化した絶縁ワニス硬化物であって、
   前記絶縁ワニス硬化物に含まれる気泡の平均径は、０．１μｍ～１０μｍの範囲内にあることを特徴とする絶縁ワニス硬化物。
4. ステータコアに巻き付けられた電線と、
   隣接する電線間の間隙を埋める請求項３に記載の絶縁ワニス硬化物と、
   を備えることを特徴とするコイル。
5. 請求項４に記載のコイルの製造方法であって、
   請求項１または２に記載の絶縁ワニス組成物をコイルに含浸する含浸工程と、
   前記コイルに含浸した前記絶縁ワニス組成物を加熱して硬化させる加熱硬化工程と、
   を含むことを特徴とするコイルの製造方法。

Images