JPH0412562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は絶縁コイル、特にタービン発電機や水
車発電機など使用電圧の高い回転電機用として好
適な絶縁コイルの製造方法に関するものである。 タービン発電機や水車発電機等においては、電
力需要の増加による単機容量の増大に伴ない使用
電圧を上昇させる傾向が強まり、最近では30kV
に達する高い使用電圧のものまで出現している。
このような使用電圧の上昇によつて、絶縁コイル
には起動停止の反復に対するヒートサイクル性、
温度上昇による耐熱劣化性、振動や短絡などに対
する機械的性質などの多くの点で、より厳しい性
能が要求されるようになつてきている。 回転機に組み込まれた絶縁コイルは一般的に気
根中に置かれるが、高電圧下ではコイル部分に存
在する気体と空気破壊に基づくコロナ放電が発生
しコイルの絶縁層が破壊される恐れがあるため、
絶縁材として耐熱性、耐コロナ性、耐電圧性など
に優れたマイカ箔を用いた絶縁シート（テープ状
のものを含む、以下同様）が古くから使用されて
いる。 マイカ箔は、マイカ原鉱を薄くはがして得られ
る薄片から成るはがしマイカ箔と、マイカ原鉱な
いしはがしマイカ箔の残品などを焼成法、水ジエ
ツト法などで処理して細かい鱗片状とし、これを
抄紙してシート状に形成した集成マイカ箔とがあ
り、絶縁シートはいずれも紙、フイルム、ガラス
クロス、ポリエステル不織布などの多孔質絶縁材
を裏打材として樹脂を処理し、マイカ箔に貼合わ
せたものである。通常の絶縁コイルは、適当な絶
縁被膜を施した素線を組み合わせて所定の形状に
成形して成るコイル導体上に、上記絶縁シートを
巻回し、この巻回層に熱硬化性樹脂を含浸せしめ
て絶縁層を形成するものである。しかし従来、熱
硬化性樹脂の主流をなすエポキシ樹脂の多くは、
室温で高粘度であるため絶縁シート巻回後の含浸
樹脂のマイカ層の含浸性は良くなく、そのため含
浸不良の原因となり電気的、熱的などの諸特性が
悪くなるという欠点がある。このため、温度を上
げ低粘度変化して含浸するという方法を一般に用
いるが、触媒を入れたエポキシ系樹脂において
は、高温にさらすことによりポツトライフが短か
くなり、長期使用に耐えないという欠点を有す
る。この欠点を改良するために種々の検討が行な
われた結果、米国特許第3556925号に示されるよ
うに、絶縁シートを硬化剤を含まないエポキシ樹
脂と室温でエポキシのイオン反応をおこさない触
媒を配合したもので処理し、含浸樹脂として触媒
を含まないエポキシ樹脂を用いることにより、長
期使用に耐え得るレジン系と硬化特性の優れた絶
縁コイルを与えるという方法が報告されている。 しかし上記発明においては、絶縁シートを処理
するエポキシ樹脂単独では硬化剤を含まないため
に硬化せず、エポキシ含浸樹脂の含浸状態によつ
ては組織として十分な特性が得られない（即ち、
導体との間に剥離を起こすなど）ことがあり、未
だ十分に効果のある方法とはなり得ていない。 本発明者らはこれらの点の改良について鋭意検
討した結果、すぐれた特性を示しかつ含浸樹脂の
ポツトライフの短縮をもたらさない絶縁コイルの
製造方法に関し有用な知見を得、本発明を完成す
るに至つた。 即ち本発明は、コイル導体上に絶縁シートを巻
回した後、熱硬化性樹脂を含浸して加熱硬化させ
た絶縁層を有する絶縁コイルを与えるものであ
り、上記絶縁シートとして、多孔質絶縁材にビニ
ル重合可能なアリル基をペンダントにもつ（側鎖
に枝状構造としてもつ）プレポリマーと、次式
（）で示されるポリフエニルメチレンポリマレ
イミド、 （式中ｎは平均として0.5から５） さらに分子量10000〜50000のフエノキシ樹脂と
エポキシ硬化触媒を有機溶剤に溶解して均一に塗
布または含浸した後、溶媒を除去して得られる絶
縁シートを用い、熱硬化性樹脂として、エポキシ
化合物と液状の環状酸無水物およびビニル重合開
始触媒から成る組成物を用いることにより電気
的、機械的、熱的性質にすぐれた絶縁コイルを与
えるものである。 本発明においては、絶縁シートにビニル重合可
能な不飽和基例えばアリル基をもつプレポリマー
に、不飽和基を有する耐熱性の高いポリマレイミ
ドを配合することにより耐熱性の高い絶縁シート
を与えること、さらに含浸樹脂としてのエポキシ
樹脂の硬化を促進しかつ上記ビニル系化合物の反
応には影響を与えないエポキシ硬化触媒を配合
し、これに対し含浸樹脂のエポキシ樹脂に、エポ
キシ化合物と酸無水物の反応に影響を与えず、上
記絶縁シート処理レジンのビニル基の反応を促進
するビニル重合開始触媒を配合することにより、
含浸樹脂のポツトライフの延長が可能になり、か
つ含浸後に絶縁シートのレジンと含浸樹脂が一体
化して相互に触媒効果を発揮し合うことにより、
加工作業性、絶縁特性のすぐれた絶縁コイルを与
える。 さらに、ポリマレイミド等の耐熱性の高い耐熱
成分は、本来固形又は粉末のものが多く、単に熱
硬化性樹脂に添加した場合、必然的に粘度が上昇
してしまうという欠点がある。このような欠点を
改良するために、本発明では絶縁シート側に粘度
上昇の元となる耐熱成分をあらかじめ塗布又は含
浸して用いており、熱硬化性樹脂に耐熱成分を添
加していないため、含浸時における熱硬化性樹脂
の粘度上昇を防止することができる。 本発明においては、絶縁シートの処理レジン
（プレポリマー、ポリフエニルメチレンポリマレ
イミド、フエノキシ樹脂及びエポキシ硬化触媒）
としてビニル重合可能なアリル基をペンダントに
もつプレポリマーとポリマレイミドを主体に用い
るのが望ましいが、50重量パーセントを越えない
範囲でエポキシ化合物を使用しても何ら支障はな
い。 本発明において、絶縁シートの多孔質絶縁材に
塗布または含浸するレジンとしてビニル重合可能
なアリル基をペンダントにもつプレポリマー100
重量部（以下、部とする）に対してポリフエニル
メチレンポリマレイミドを５〜100部、及び分子
量10000〜50000のフエノキシ樹脂を0.1〜50部配
合することが望ましい。 ポリフエニルメチレンポリマレイミドが５部に
満たないと、十分な耐熱性を付与することができ
ない。又、100部を越えると架橋密度が上がりす
ぎ機械的特性が低下する。フエノキシ樹脂が0.1
部に満たないと接着性、可撓性が不十分となり、
50部を越えると絶縁シートの粘着性が増大し作業
性の悪いものとなり好ましくない。 絶縁シートにおいて、エポキシ硬化触媒は絶縁
シート重量の0.1〜1.5重量％であることが望まし
く、0.1重量％に満たないとエポキシ含浸樹脂に
対する十分な硬化促進効果が得られず、1.5重量
％を越えると触媒量が過剰となり逆にエポキシ樹
脂の硬化特性を低下させるなど好ましくない。 さらに、レジンの含量は絶縁シート重量の３〜
15重量％の範囲であることが望ましい。３重量％
を下回ると多孔質絶縁材が十分に一体化せず作業
性が悪くなり、15重量％を越えると含浸樹脂の含
浸が不十分となり硬化後の絶縁特性が低下する。 本発明の絶縁シートに用いるビニル重合可能な
アリル基をペンダントにもつプレポリマーとして
は、例えばジアリルイソフタレートプレポリマー
〔ダツプ100L（大阪ソーダ、商品名）〕、ジアリル
イソフタレート−ジアリルイソシアヌレート共重
合プレポリマー〔Ｘ−２（日本化成、商品名）〕な
どがあげられる。 また、絶縁シートに用いることのできるエポキ
シ硬化触媒としては、オクチル酸亜鉛、カプリン
酸亜鉛、マンガンアセチルアセトネートなどの有
機金属塩、２−エチル−４−メチルイミダゾール
などのイミダゾール類、ベンジルトリエチルアン
モニウムクロライドなどの第四級アンモニウム
塩、三フツ化ホウ素モノエチルアミン錯体などの
三フツ化ホウ素錯体などがある。 絶縁シートは上記処理レジンを通常の有機溶媒
に必要に応じ加熱して溶解させ、マイカテープな
どの多孔質絶縁材に塗布又は含浸し、次いで溶剤
を除去することによつて得られる。 本発明のエポキシ含浸樹脂に用いることのでき
る液状の環状酸無水物としては、メチルヘキサヒ
ドロフタル酸無水物〔HN−5500（日立化成商品
名）〕、メチルテトラヒドロフタル酸無水物〔HN
−2200（日立化成商品名）〕、メチルエンドメチレ
ンテトラヒドロフタル酸無水物〔無水メチルハイ
ミツク酸（日立化成商品名）〕などがあげられる。 さらに熱硬化性樹脂に用いることのできるビニ
ル重合開始触媒としては、ベンゾイルパーオキサ
イド、ジターシヤリイブチルハイドロパーオキサ
イド、ジクミルパーオキサイドなどの過酸化物、
アゾビスイソブチロニトリルなどがあげられ、そ
の配合量はエポキシ樹脂100部に対し0.1〜５部の
範囲が望ましい。 0.1部に満たないとビニル重合に対し十分な触
媒効果が得られず、５部を越えるとビニル重合の
速度が上がりすぎ反応が不均一となり硬化特性が
低下する。 本発明による絶縁コイルの製造方法は、コイル
導体上に絶縁シートを巻回し、この巻回層に上に
示したエポキシ含浸樹脂を公知の条件で真空含浸
した後金型に挿入し加熱加圧成形せしめて絶縁コ
イルを製造するものであるが、成形条件としては
加熱温度100〜250℃、加圧圧力５〜100Kg／cm²、
加熱時間４〜24時間が採用され、それにより電気
的、熱的、機械的にすぐれた絶縁コイルが得られ
る。成形条件が上記範囲をはずれると、得られる
絶縁コイルの層間接着力が弱く、その結果、加熱
劣化時の電気特性が著しく低下し、絶縁層に浮き
や剥れが生じ好ましくない。 このように本発明によれば、コイル導体上にビ
ニル重合可能なアリル基をもつプレポリマー、ポ
リフエニルメチレンポリマレイミド、フエノキシ
樹脂及びエポキシ硬化触媒からなるレジンを塗布
又は含浸した多孔質絶縁材から成る絶縁シートを
巻回し、この巻回層にエポキシ樹脂とビニル重合
開始触媒から成る組成物を含浸し加熱、加圧せし
めて絶縁コイルを形成でき、従来の絶縁シートと
含浸樹脂から得られる絶縁コイルに比べ含浸樹脂
のポツトライフの短縮なしに、初期破壊電圧の１
〜３割の向上、特に熱劣化後の電気特性のすぐれ
た絶縁層を有した絶縁コイルの製造が可能になつ
た。 以下に実施例をもつて本発明を説明する。 実施例 １ 多孔質絶縁材として集成マイカテープにガラス
クロス（有沢製作所製、厚さ0.025mm）を裏打ち
したものを用い、処理レジンとしてジアリルイソ
フタレートプレポリマー（ダツプ100L、大阪ソ
ーダ製）70部、ポリフエニルメチレンポリマレイ
ミド（ビスマレイミドＭ、三井東圧製）25部、フ
エノキシ樹脂（PKHH、UCC製）５部、オクチ
ル酸亜鉛10部から成る組成物を用い、有機溶剤に
溶解し上記多孔質絶縁材の塗布後乾燥させ樹脂含
量７重量％の絶縁シート（テープ）を製造した。 次に２×５×2000mmの２重ガラス巻き平角銅線
を２列20段に組合わせた40×10mmの断面をもつコ
イル導体上に、上で得られた絶縁シートを半重ね
巻きにして10回巻回し、さらに保護絶縁層として
テトロンテープ（帝人製、厚さ0.13mm）を１回巻
回し、熱硬化性含浸樹脂としてGY−255（チバ・
ガイギー製、ビスフエノールＡ型エポキシ）100
部とHN−2200 85部、ジクミルパーオキサイド
0.5部から成る組成物を用い、圧力0.1mmHgで180
分の真空含浸を行ない、ついで圧力３Kg／cm²で
180分加圧した後、金型に挿入し温度155℃、圧力
20Kg／cm²、処理時間12時間の条件で加熱加圧成型
を行なつて絶縁厚さ3.0mmの絶縁コイルを得た。 この絶縁コイルについて、初期の誘電正接
（Δtanδ）｛15kV−1.5kVの誘電正接の差｝、絶縁
破壊電圧｛1kV／秒の一定昇圧速度で油中での測
定、BDV｝および200℃で６日間熱劣化させた後
のΔtanδ、絶縁破壊電圧を測定した。その結果を
表に示す。 また、ポツトライフ試験（30℃、相対湿度35％
に放置し、粘度500センチポイズを越える日数の
測定）では上記エポキシ含浸樹脂は２ケ月以上の
ポツトライフを示した。 実施例 ２〜４ 実施例１と同様の方法により、絶縁テープの処
理レジンとエポキシ含浸樹脂を表に示す仕様によ
り製造した絶縁コイルの諸特性を表に示す。 比較例 １〜２ 実施例１と同様の方法により、絶縁テープの処
理レジンとエポキシ含浸樹脂を表に示す仕様によ
り製造した絶縁コイルの諸特性を表に示す。

【表】

【表】 表からわかるように、本発明により製造された
絶縁コイルはΔtanδ、絶縁破壊電圧などの電気的
性質、加熱劣化特性にすぐれたものであると共
に、エポキシ含浸樹脂のポツトライフも実用に耐
え得る十分な長さを有している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ビニル重合可能なアリル基をペンダントにも
   つプレポリマー、次式（）で示されるポリフエ
   ニルメチレンポリマレイミド、 （式中、ｎは平均として0.5〜５） 分子量10000〜50000のフエノキシ樹脂、及びエ
   ポキシ硬化触媒を溶解含有した有機溶剤溶液を多
   孔質絶縁材に塗布又は含浸し有機溶剤を除去して
   絶縁シートを作成し、この絶縁シートをコイル導
   体上に備え、この絶縁シートにエポキシ化合物、
   液状の環状酸無水物及びビニル重合開始触媒から
   なる熱硬化性樹脂を含浸加熱硬化することを特徴
   とする絶縁コイルの製造方法。 ２ プレポリマー100重量部に対し、ポリフエニ
   ルメチレンポリマレイミド５〜100重量部及びフ
   エノキシ樹脂0.1〜50重量部を配合することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の絶縁コイル
   の製造方法。 ３ 絶縁シートにおいて、エポキシ硬化触媒を絶
   縁シート重量の0.1〜1.5重量％含有することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の絶縁コイル
   の製造方法。 ４ 絶縁シートにおいて、プレポリマー、ポリフ
   エニルメチレンポリマレイミド及びフエノキシ樹
   脂含量が絶縁シート重量の３〜15重量％であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の絶縁
   コイルの製造方法。 ５ 絶縁シートにおいて、ビニル重合可能なアリ
   ル基をペンダントにもつプレポリマーとしてジア
   リルイソフタレートプレポリマー及びジアリルイ
   ソフタレート−トリアリルイソシアヌレート共重
   合プレポリマーの少くとも１種を用いることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の絶縁コイル
   の製造方法。 ６ 絶縁シートにおいて、エポキシ硬化触媒とし
   てオクチル酸亜鉛、コバルトアセチルアセトネー
   トなどの有機金属塩、２−エチル−４−メチルイ
   ミダゾールなどのイミダゾール類、ベンジルトリ
   エチルアンモニウムクロライドなどの第四級アン
   モニウム塩、三フツ化ホウ素モノエチルアミン錯
   体などの三フツ化ホウ素錯体を用いることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の絶縁コイルの
   製造方法。 ７ 熱硬化性樹脂において、液状の環状酸無水物
   としてメチルヘキサヒドロフタル酸無水物、メチ
   ルテトラヒドロフタル酸無水物及びメチルエンド
   メチレンテトラヒドロフタル酸無水物の少くとも
   １種を用いることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の絶縁コイルの製造方法。 ８ 熱硬化性樹脂において、ビニル重合開始触媒
   としてベンゾイルパーオキサイド、ジターシヤリ
   ーブチルハイドロパーオキサイド、ジクミルパー
   オキサイドなどの過酸化物及びアゾビスイソブチ
   ロニトリルの少くとも１種を用いることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の絶縁コイルの製
   造方法。 ９ 熱硬化性樹脂において、エポキシ樹脂100重
   量部に対しビニル重合開始触媒を0.1〜５重量部
   用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の絶縁コイルの製造方法。