JPH08283448A

JPH08283448A - 樹脂複合材料

Info

Publication number: JPH08283448A
Application number: JP8676095A
Authority: JP
Inventors: Kaneo Hamashima; 兼男浜島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1996-10-29

Abstract

(57)【要約】【目的】熱伝導率が高くて放熱性に優れ、鋼に近い熱膨
張率を備えた樹脂複合材料を提供する。【構成】平均粒径１０μｍのアルミナ粒子と平均粒径１
μｍのシリカ粒子とが、不飽和ポリエステル樹脂に複合
添加されている。アルミナ粒子は１５〜６０ｖｏｌ％、
シリカ粒子は１５〜５０ｖｏｌ％であり、粒子の総ｖｏ
ｌ％は６０％以上である。樹脂複合材料は、電動モータ
の固定子１１の溝１５に装填され、溝１５内の巻線コイ
ル部１７を封止する封止材２０に適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は樹脂複合材料に関する。
本発明に係る樹脂複合材料は、例えば産業機器や車両機
器や電子機器や電子素子等の封止用として利用できる。
具体的には電動モータの固定子や回転子に装備される巻
線コイル部を封止する封止材、半導体素子をモールドし
て包む封止材等に利用できる。

【０００２】

【従来の技術】電動モ−タに用いられる封止材を例にと
って従来技術について説明する。電動モータでは樹脂材
料で封止することが行われている。この様に封止すれ
ば、水分や湿度等の侵入を防止でき、電気絶縁性を確保
するのに有利である。しかし電動モータの使用に伴い、
電動モータの内部で次第に蓄熱が生じる。特に電流が流
れる巻線コイル部がジュール熱で昇温し、蓄熱され易
い。殊に気密性が高い電動モータ、例えば水中あるいは
高湿度環境下で使用される電動モータでは、巻線コイル
部が昇温し易い。この場合には巻線コイル部における電
気抵抗が増加し、電動モータ駆動時におけるエネルギ−
損失が大きくなり、モータ駆動効率が低下し易い。

【０００３】そこで電動モータにおける蓄熱に対応すべ
く、ＣａＣＯ₃あるいはＡｌ（ＯＨ）₃等の無機フィラ
ーを、耐熱性の向上のために含有させた樹脂材料で封止
する技術が知られている。また特開平４−３３９５８号
公報には、ポリフェニレンサルファイド樹脂に、平均粒
径５μｍ以下のアルミナ粒子を添加して熱伝導性を高め
ると共に、ガラス繊維や炭素繊維等の繊維状強化材を添
加して機械的強度を高めた封止用樹脂材料が開示されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したＣａＣＯ₃あ
るいはＡｌ（ＯＨ）₃等の無機フィラーを複合した樹脂
材料によれば、耐熱性の向上を図り得るものの、熱伝導
率が小さく、放熱性は充分ではない。そのため巻線コイ
ル部が昇温しがちである。また前記公報に係る樹脂材料
によれば、アルミナ粒子が含まれているので熱伝導率を
高め得るものの、樹脂材料の熱膨張率はかなり大きい。
そのため、激しいヒートサイクルが負荷される環境で使
用すると、クラックが発生するおそれがある。

【０００５】特に樹脂材料よりも熱膨張率がかなり小さ
い鋼系材料が相手材である場合には、相手材との熱膨張
差に起因して樹脂材料にクラックが発生するおそれがあ
る。この様にクラックが発生すると、クラックを経て水
分や湿度の侵入を招き易く、耐候性の低下、電気絶縁性
の低下が誘発され易い。更にガラス繊維等の繊維状強化
材が添加される前記公報に係る樹脂材料によれば、繊維
状強化材が嵩むため、熱伝導率を高くし得るアルミナ粒
子の含有率は制約され、樹脂材料の放熱性を向上させる
のに不利である。

【０００６】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、高熱伝導性及び低熱膨張性の双方を確保するこ
とにより、放熱性に優れ、かつ、激しいヒートサイクル
条件が負荷される環境に使用されたとしても、鋼系等の
様に相手材の熱膨張率が樹脂よりも小さな場合であって
も、クラックの発生を抑えるのに有利な樹脂複合材料を
提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る樹脂複合
材料は、高熱伝導性を有するアルミナ粒子（以下Ａｌ ₂
Ｏ₃粒子ともいう）と低熱膨張性を有するシリカ粒子
（以下ＳｉＯ₂粒子ともいう）とが、樹脂マトリックス
に複合添加されていることを特徴とするものである。

【０００８】請求項２に係る樹脂複合材料は、請求項１
において、アルミナ粒子は１５〜６０ｖｏｌ％、シリカ
粒子が１５〜５０ｖｏｌ％であることを特徴とするもの
である。

【０００９】

【作用】請求項１に係る樹脂複合材料によれば、高熱伝
導性を有するアルミナ粒子と、低熱膨張性を有するシリ
カ粒子との双方が樹脂マトリックスに複合添加されてい
るため、樹脂複合材料の熱伝導性が向上して放熱性が高
まると共に、樹脂複合材料の熱膨張率が抑制され、樹脂
マトリックス自体の熱膨張率に比べて低下する。よっ
て、樹脂マトリックスよりも低い熱膨張率が得られる。
例えば、鋼系材料に近い熱膨張率（〔１０〜１８〕×１
０^-6／℃）が得られる。

【００１０】請求項２に係る樹脂複合材料によれば、ア
ルミナ粒子は１５〜６０ｖｏｌ％であるため、樹脂複合
材料の熱伝導性が向上して放熱性が高まると共に、シリ
カ粒子が１５〜５０ｖｏｌ％あるため、樹脂複合材料の
熱膨張率は低下する。よって、樹脂マトリックスよりも
低い熱膨張率が得られる。例えば、強磁性体である鋼系
材料に近い熱膨張率（〔１０〜１３〕×１０^-6／℃）が
得られる。

【００１１】

【実施例】Ａｌ₂Ｏ₃粒子とＳｉＯ₂粒子との双方を複
合したハイブリッド複合材料を形成するに先立ち、ま
ず、Ａｌ₂Ｏ₃粒子を複合した複合材料、ＳｉＯ₂粒子
を複合した複合材料を形成し、その特性を調べる試験を
行った。この試験で用いるＡｌ₂Ｏ₃粒子、ＳｉＯ₂粒
子、比較例で用いるガラス繊維の熱伝導率及び熱膨張率
をそれぞれ表１に示した。このＳｉＯ₂粒子は非晶質性
をもつものである。非晶性ＳｉＯ₂は、結晶性ＳｉＯ₂
に比較して熱伝導率及び熱膨張率が小さい。なお熱伝導
率の単位ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃は、ｃａｌ・ｃｍ^-1・ｓ
^-1・℃^-1の意味である。

【００１２】

【表１】（１）Ａｌ₂Ｏ₃粒子複合材料の特性樹脂マトリックスを構成する不飽和ポリエステル樹脂
（比重ρ＝１．４）の原料１ｋｇに対し、Ａｌ₂Ｏ₃粒
子（比重ρ＝３．９６）を、それぞれ０．３８４ｋｇ、
０．８６７ｋｇ、１．４８９ｋｇ、２．３１７ｋｇ、
３．４７３ｋｇ、５．２０７ｋｇ、８．１０２ｋｇ、１
０．４２ｋｇを混練機を用いて均一に混ぜ合わせた。Ａ
ｌ₂Ｏ₃粒子は平均粒径１０μｍ程度である。Ａｌ₂Ｏ
₃粒子は、表１から理解できる様にＳｉＯ₂粒子に比較
して熱伝導率が大きく、放熱性を向上させる。

【００１３】更に硬化触媒としてベンゾイルパーオキサ
イド５ｇを樹脂にそれぞれ添加して充分に攪拌し、成形
用原料とした。そして各試験例に係る成形用原料を１５
０℃の金型のキャビティに装入して１０分間保持して樹
脂を加熱硬化させた。これにより、Ａｌ₂Ｏ₃粒子含有
量が１０ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ％、３０ｖｏｌ％、４０
ｖｏｌ％、５０ｖｏｌ％、６０ｖｏｌ％、７０ｖｏｌ
％、７５ｖｏｌ％の不飽和ポリエステル樹脂複合材料を
成形した。

【００１４】更にＡｌ₂Ｏ₃粒子を含有しない、つまり
Ａｌ₂Ｏ₃粒子が０ｖｏｌ％の不飽和ポリエステル樹脂
のみの成形材料を形成した。そして各材料の熱伝導率及
び熱膨張率を測定した。熱伝導率はレーザフラッシュ法
に基づき測定した。熱膨張率は熱膨張計により測定し
た。試験結果を図１に示す。図１の横軸はＡｌ₂Ｏ₃粒
子含有量を示し、左方の縦軸は熱伝導率を示し、右方の
縦軸は熱膨張率を示す。図１の特性線Ａ１は複合材料の
熱伝導率の結果を示し、特性線Ｂ１は複合材料の熱膨張
率の結果を示す。図１から理解できる様にＡｌ₂Ｏ₃粒
子含有量が０％のときには、つまり樹脂のみの材料では
熱伝導率は４×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃程度であ
り、熱膨張率は５０×１０^-6／℃程度である。

【００１５】特性線Ａ１から理解できる様に、樹脂にＡ
ｌ₂Ｏ₃粒子を複合すると、熱伝導率は大幅に向上す
る。特にＡｌ₂Ｏ₃粒子含有率２０ｖｏｌ％を超えたＰ
１領域あたりから、急激に熱伝導率が大きくなることが
わかる。特性線Ａ１から理解できる様に、例えば含有率
６０ｖｏｌ％では７０×１０^-4ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃程
度であった。

【００１６】一方、熱膨張率については、熱膨張率を示
す特性線Ｂ１から理解できる様にＡｌ₂Ｏ₃粒子の含有
率の増加に伴って、熱膨張率は低下するものの、ほぼ複
合可能な上限値付近である７５ｖｏｌ％であっても、熱
膨張率は１７．５×１０^-6／℃程度であり、強磁性体系
の鋼の熱膨張率（〔１０〜１３〕×１０^-6／℃）に比較
して大きい。故に、Ａｌ₂Ｏ₃粒子による複合だけで
は、前記した低い熱膨張率を備えた複合材料は、事実上
得られないことがわかる。（２）ＳｉＯ₂粒子複合材料の特性前述のＡｌ₂Ｏ₃粒子をＳｉＯ₂粒子（比重ρ＝２．２
１）に代えた。そして前述同様に、樹脂マトリックスを
構成する不飽和ポリエステル樹脂の原料に、ＳｉＯ₂粒
子を混練して成形用原料とした。ＳｉＯ₂粒子の平均粒
径は１μｍである。用いたＳｉＯ₂粒子は、表１から理
解できる様に熱膨張率が０．５×１０^-6／℃であり、Ａ
ｌ₂Ｏ₃粒子の熱膨張率に比較してかなり小さい。

【００１７】この試験例では、樹脂原料１ｋｇに対する
ＳｉＯ₂粒子の混合量は、０．２１５ｋｇ、０．４８５
ｋｇ、０．８３１ｋｇ、１．２９２ｋｇ、１．９３８ｋ
ｇ、２．９０７ｋｇ、４．５２２ｋｇ、５．８１５ｋｇ
である。従って成形後の複合材料中のＳｉＯ₂粒子含有
量は、１０ｖｏｌ％、２０ｖｏｌ％、３０ｖｏｌ％、４
０ｖｏｌ％、５０ｖｏｌ％、６０ｖｏｌ％、７０ｖｏｌ
％、７５ｖｏｌ％である。

【００１８】そして前述した（１）の場合と同様に、こ
れらＳｉＯ₂粒子複合材料の熱伝導率、熱膨張率を測定
した。その結果を図２に示す。図２の横軸はＳｉＯ₂粒
子含有量を示し、左方の縦軸は熱伝導率を示し、右方の
縦軸は熱膨張率を示す。図２の特性線Ａ２は複合材料の
熱伝導率の結果を示し、図２の特性線Ｂ２は複合材料の
熱膨張率の結果を示す。

【００１９】熱伝導率を示す特性線Ａ２から理解できる
様に、樹脂にＳｉＯ₂粒子を複合化しても、熱伝導率は
緩やかな上昇特性を示すものの、Ａｌ₂Ｏ₃粒子の場合
のようには熱伝導率は急激に大きくならない。一方、図
２の特性線Ｂ２から理解できる様に、ＳｉＯ₂粒子が増
加すると、熱膨張率は急激に低下し、ＳｉＯ₂粒子含有
量６０ｖｏｌ％にて１０×１０^-6／℃付近と大幅に低下
し、ほぼ強磁性体系の鋼の熱膨張率並み（〔１０〜１
３〕×１０^-6／℃）となる。更に、複合可能限界値付近
である７５ｖｏｌ％までＳｉＯ₂粒子を添加すると、４
×１０^-6／℃という、極めて熱膨張率が小さな複合材料
を得ることができる。（３）Ａｌ₂Ｏ₃粒子とＳｉＯ₂粒子とを含むハイブリ
ッド複合材料の特性樹脂マトリックスを構成する不飽和ポリエステル樹脂の
原料にＡｌ₂Ｏ₃粒子とＳｉＯ₂粒子との双方を添加し
たハイブリッド複合材料を成形した。成形方法は（１）
の場合と基本的には同様である。ここでは、Ａｌ₂Ｏ₃
粒子及びＳｉＯ ₂粒子の割合及び総ｖｏｌ％を変化さ
せ、ＮＯ．１〜ＮＯ．１３の本発明に係る各種の複合材
料を形成した。

【００２０】ここでも前述同様に熱伝導率及び熱膨張率
を測定した。表２にその結果を示す。比較例１〜３につ
いても同様に試験した。比較例１ではＡｌ₂Ｏ₃粒子が
７５ｖｏｌ％含まれており、ＳｉＯ₂粒子は複合されて
いない。比較例２では、Ａｌ ₂Ｏ₃粒子含有率は５０ｖ
ｏｌ％であり、ガラス繊維含有率は１０ｖｏｌ％であ
る。比較例２に係るガラス繊維は平均直径が２０μｍ、
平均長さが１ｍｍである。比較例３は従来のモータ封止
材であり、ＣａＣＯ₃粒子（平均粒径１０μｍ）含有率
は５５ｖｏｌ％であり、ガラス繊維含有率は１０ｖｏｌ
％である。比較例３に係るガラス繊維は平均直径が２０
μｍ、平均長さが１ｍｍである。比較例１〜３の結果も
表２に示す。なお表２におけるｖｏｌ％は、複合材料全
体を１００ｖｏｌ％としたときの割合を示す。

【００２１】

【表２】表２から理解できる様に、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３の複合
材料では、Ａｌ₂Ｏ₃粒子とＳｉＯ₂粒子との総ｖｏｌ
％は６４〜７５ｖｏｌ％とかなり高い。

【００２２】Ｎｏ．１の複合材料ではＡｌ₂Ｏ₃粒子含
有率１０ｖｏｌ％である。この場合には、ＳｉＯ₂粒子
を５４ｖｏｌ％複合することにより、熱膨張率が１１．
０×１０^-6／℃となり、鋼並みの低い熱膨張率が得られ
るが、熱伝導率は比較例３で示す従来のモータ封止材と
大差ない。従ってＮｏ．１の複合材料は、この様な熱膨
張率が要請されるものの、放熱性の要請があまり大きく
ない用途に適する。

【００２３】Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１１の複合材料では、Ａ
ｌ₂Ｏ₃粒子含有率１５〜６０ｖｏｌ％である。この場
合にはＳｉＯ₂粒子を５０〜１５ｖｏｌ％ハイブリッド
複合することにより、前記した鋼並みの低い熱膨張率
で、かつ、比較例３で示す従来のモ−タ封止材を大幅に
上回る高い熱伝導率の封止材を得ることができる。Ｎ
ｏ．１２及びＮｏ．１３の複合材料ではＡｌ₂Ｏ₃粒子
含有率は６５ｖｏｌ％及び７０ｖｏｌ％である。複合で
きる粒子体積率の上限値が７５ｖｏｌ％付近であるた
め、Ａｌ₂Ｏ₃粒子が多量に含有されているＮｏ．１２
及びＮｏ．１３の複合材料では、ＳｉＯ₂粒子は１０〜
５ｖｏｌ％程度しか含有させることができない。従っ
て、熱伝導率は高く良好な放熱性が得られるものの、熱
膨張率が１３．５×１０^-6／℃、１４．５×１０^-6／℃
となり、前記した低い熱膨張率が得られない。従って、
Ｎｏ．１２及びＮｏ．１３の複合材料は、放熱性の要請
は高いものの、熱膨張率の要請が高くない場合に有利で
ある。

【００２４】また上記した比較例１では前述の様にＡｌ
₂Ｏ₃粒子のみの複合であり、ＳｉＯ₂粒子は複合され
ていないため、Ａｌ₂Ｏ₃粒子を７５ｖｏｌ％まで複合
化しており、熱伝導率はかなり大きく良好な放熱性が得
られるものの、熱膨張率が１７．５×１０^-6／℃とかな
り大きい。比較例２では、前述の様にＡｌ₂Ｏ₃粒子は
５０ｖｏｌ％、ガラス繊維含有率は１０ｖｏｌ％であ
る。この様な比較例２ではガラス繊維が嵩むことによ
り、フィラー含有率が制約され、熱膨張率は２５．５×
１０^-6／℃とさらに大きくなる。

【００２５】比較例３は前述の様にＣａＣＯ₃粒子含有
率は５５ｖｏｌ％であり、ガラス繊維含有率は１０ｖｏ
ｌ％である。この様な比較例３では表２に示す様に熱伝
導率が小さく放熱性が不充分であり、熱膨張率も２０．
２×１０^-6／℃と大きい。以上の説明から理解できる様
に、Ａｌ₂Ｏ₃粒子とＳｉＯ₂粒子とのハイブリッド複
合により、複合材料の熱膨張率を低く抑えることがで
き、特に強磁性体系の鋼に近い熱膨張率を容易に得るこ
とができる。更に高い熱伝導率を得ることができ、放熱
性も高め得る。

【００２６】この様な特性が得られる組成比は、表２か
ら理解できる様に、複合材料全体を１００ｖｏｌ％とし
たとき、Ａｌ₂Ｏ₃粒子１５〜６０ｖｏｌ％、ＳｉＯ₂
粒子５０〜１５ｖｏｌ％が好ましい。但し、複合材料の
用途や種類、複合材料の要求特性、相手材の熱膨張率等
に応じて、Ａｌ₂Ｏ₃粒子及びＳｉＯ₂粒子の割合は適
宜変更できる。例えば放熱性の要求が大きな場合にはＡ
ｌ₂Ｏ₃粒子の割合を増加させる。例えばＡｌ₂Ｏ₃粒
子３０〜６０ｖｏｌ％、ＳｉＯ₂粒子１５〜４０ｖｏｌ
％とすることにより、極めて放熱性に優れた封止材料と
することができる。

【００２７】樹脂も不飽和ポリエステル樹脂に限定され
るものではなく、公知の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹
脂を採用できる。例えばフェノール樹脂、エポキシ樹
脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹
脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリアミド樹脂
等の少なくとも１種を採用できる。（４）上記複合材料を封止材として適用した場合の例上記複合材料を封止材として用いた場合について試験し
た。この場合には出力１５ＫＷの電動モータを用い、電
動モータの固定子のうち巻線コイル部を保持する溝に、
表２に示すＮｏ．１〜１３の各複合材料を封止材として
それぞれ装填した。固定子は強磁性体系の炭素鋼（熱膨
張率：１１．２×１０^-6／℃）で形成されている。巻線
コイル部は銅系である。ちなみに文献によれば、銅の熱
膨張率は〔１６〜１８〕×１０^-6／℃程度である。

【００２８】そして放熱性測定試験として、電動モータ
を全出力で始動し、始動から３０分後の巻線コイル部の
温度を熱電対で測定した。更に比較例１〜３の各材料を
用い、同様な条件で巻線コイル部を保持した溝に複合材
料を装填し、同様に巻線コイル部の温度を測定した。測
定結果を表３の温度の欄に示す。

【００２９】

【表３】表３における温度の欄から理解できる様に、ＮＯ．１で
は１５０℃、ＮＯ．２では１３０℃、ＮＯ．３では１２
５℃、ＮＯ．４では１２０℃であり、Ａｌ₂Ｏ ₃粒子の
含有率が高くなるつれて、巻線コイル部の温度が次第に
低下する傾向が得られる。これは熱伝導率が高いＡｌ₂
Ｏ₃粒子が多く含有されているため、封止材を構成する
複合材料における放熱性が向上しているためと推察され
る。

【００３０】従来の一般的なモータ封止材である比較例
３では、熱伝導率及び放熱性が充分ではないため、表３
に示す様に、巻線コイル部の温度は１６０℃と最も高温
であった。Ａｌ₂Ｏ₃粒子が含有されているＮｏ．２〜
Ｎｏ．１３の複合材料、同様にＡｌ₂Ｏ₃粒子が含有さ
れている比較例１、２の複合材料では、従来の一般的な
モータ封止材である比較例３と比べて、巻線コイル部の
温度が明らかに低く、放熱性が高まっていることがわか
る。

【００３１】更に同様の電動モータを用いてヒートサイ
クル試験を行った。この試験では上記電動モ−タにて、
冷却（−２０℃）−加熱（１５０℃）を１サイクルとし
て、１０００サイクルまで実施し、封止材に発生するク
ラックについて観察した。この試験では冷却は、電動モ
ータのハウジングに冷風を２時間吹きつけたことによ
り、加熱は熱風をハウジングに２時間吹きつけることに
より行った。更にヒートサイクル後における封止材と固
定子との境界における隙間の有無についても肉眼及び顕
微鏡で観察した。その結果を表３に示す。

【００３２】表３から理解できる様にＮｏ．１〜Ｎｏ．
１１の複合材料によれば、１０００サイクルまで全くク
ラックが発生することはなかった。またＮｏ．１〜Ｎ
ｏ．１３の複合材料によれば、１０００サイクルまで封
止材と固定子との境界における隙間も発生することはな
かった。しかし、Ｎｏ．１２の複合材料では８００サイ
クルでクラックが発生していた。またＮｏ．１３の複合
材料では６００サイクルでクラックが発生していた。Ｎ
ｏ．１２の複合材料はＳｉＯ₂粒子含有量が１０ｖｏｌ
％と小さいため、熱膨張率が１３．５×１０^-6／℃と大
きく、固定子と封止材との熱膨張差が大きいためである
と推察される。Ｎｏ．１３の複合材料も、同様にＳｉＯ
₂粒子含有量が５ｖｏｌ％と小さいため、熱膨張率が１
４．５×１０^-6／℃と大きいためであると推察される。
このことからも、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１３の複合材料
は、熱膨張率が比較的大きな用途に適するといえる。

【００３３】これに対して表２から理解できる様に、比
較例１の材料では２００サイクルでクラックが発生し、
４００サイクルで隙間が発生した。比較例２の材料では
クラックは発生しないものの、１００サイクルで隙間が
発生していた。比較例３の材料ではクラックは発生しな
いものの、２００サイクルで隙間が発生していた。以上
の結果より、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１３の本発明に係る複合
材料によれば、特にＮｏ．２〜Ｎｏ．１１の本発明に係
る複合材料によれば、高い放熱性と、高いヒートサイク
ル性つまり熱衝撃性とを併有することを確認できた。

【００３４】Ｎｏ．２〜Ｎｏ．１１の複合材料は封止材
として良好な特性を示すが、放熱性に主眼を置いた場合
には、中でもＮｏ．５〜Ｎｏ．１１、即ちＡｌ₂Ｏ₃粒
子３０〜６０ｖｏｌ％、ＳｉＯ₂粒子４０〜１５ｖｏｌ
％の範囲で、とり分け良好な特性が得られることがわか
る。（適用例）電動モータに適用した例を図３及び図４に示
す。この電動モータは、アルミ合金製のハウジング１０
と、ハウジング１０に固定された筒状の固定子１１と、
固定子１１の内部に配置された永久磁石をもつ回転子１
２と、回転子１２に同軸的に保持された回転軸１３とを
備えている。ハウジング１０は蓋体１０ａ及び軸受１０
ｂをもつ。

【００３５】固定子１１は固定子鉄芯を構成するもので
あり、強磁性体からなる鋼で構成されている。固定子１
１の内周部には、内周１１ｘ側が開口する溝１５が周方
向に所定の間隔で多数個列設されており、回転子１２を
回転させる回転磁界を形成すべく、露出部１７ａをもつ
巻線コイル部１７が各溝１５に保持されている。そし
て、巻線コイル部１７が各溝１５に配置された固定子１
１を金型（１５０℃程度）のキャビティに保持し、その
状態でキャビティ内を減圧し、Ａｌ₂Ｏ₃粒子及びＳｉ
Ｏ₂粒子を添加した流動性を備えた樹脂材料をキャビテ
ィに装填した。更に樹脂材料を金型内で加熱硬化させ、
封止材２０を成形した。巻線コイル部１７は封止材２０
により封止され、電気絶縁性が向上している。

【００３６】この封止材２０は上記した複合材料で構成
されており、封止材全体を１００ｖｏｌ％としたときＡ
ｌ₂Ｏ₃粒子３０〜６０ｖｏｌ％、ＳｉＯ₂粒子４０〜
１５ｖｏｌ％を含む。固定子１１の溝１５付近を図５に
模式的にかつ概念的に示す。巻線コイル部１７付近を模
式的にかつ概念的に図６に示す。巻線コイル部１７は、
銅線１７ａと、銅線１７ａに被覆された絶縁層としての
エナメル層１７ｂとをもつ。図６に模式的に示す様に隣
設し合う巻線コイル部１７の隙間に、封止材２０が含浸
している場合には、巻線コイル部１７と封止材２０との
密着性の向上、封止性向上に有利である。

【００３７】巻線コイル部１７と封止材２０との境界に
おいては、固定子１１と封止材２０との境界に比較し
て、クラックや隙間は発生しにくく、問題は事実上生じ
ない。巻線コイル部１７の銅線１７ａは線状に伸びてい
ること、銅線１７ａ自体の容積が小さいことによると、
推察される。封止材２０に含有されるＡｌ₂Ｏ₃粒子及
びＳｉＯ₂粒子は、繊維ではなく、上記した様に微小な
粒であるため、巻線コイル部１７間の隙間が微小である
場合であっても、巻線コイル部１７間の隙間に封止材２
０を含浸させ易い。

【００３８】この例では、回転子１２の外周部と固定子
１１の内周部との間の距離を高精度化するため、溝１５
に封止材２０を封入した状態の固定子１１の内周１１ｘ
側を切削刃具により切削加工する。一般的にＡｌ₂Ｏ₃
粒子の硬度はＨｖ１８００以上、ＳｉＯ₂粒子の硬度は
Ｈｖ７００〜９００程度と考えられている。これらの粒
子は前述の様に微細であるため、切削加工性は確保でき
る。

【００３９】また図７は半導体素子に適用した場合であ
る。この例では多数個の脚２３をもつ半導体素子基板の
外側を封止材２２で一体的にモールドしている。（その他） ○上記した説明では、電動モ−タの固定子１１である強
磁性体である鋼系材料と同程度の低い熱膨張率を有し、
かつ熱伝導性が高くて放熱性が高い特性を備えた封止材
について述べてきたが、本発明に係る複合材料の用途
は、上記した封止材のみに限定されるものではない。 ○更に本発明に係る上記樹脂複合材料を封止材として用
いる場合においても、必ずしも電動モ−タの固定子の溝
に保持されている巻線コイル部の封止に限定されるもの
ではなく、回転子に巻線コイル部が巻回される構造の電
動モ−タの場合には、回転子の巻線コイル部を封止する
封止材に適用することもできる。

【００４０】更に他の産業機器、電気機器、電子機器、
車両機器の封止材にも適用できる。また、Ａｌ₂Ｏ₃粒
子とＳｉＯ₂粒子との割合を種々に変えることにより、
相手材がオーステナイト鋼系の材料の場合にも適応でき
る。オーステナイト鋼系の材料（オーステナイト系であ
る１８−８ステンレス鋼や高Ｍｎ鋼）の場合には、文献
によれば、熱膨張率率は一般的には１７．３×１０^-6／
℃である。

【００４１】更に本発明に係る樹脂複合材料を、鋼系以
外の金属に近い熱膨張率へと適応させることもできる。
例えばＡｌ₂Ｏ₃粒子やＳｉＯ₂粒子の割合を調整し
て、熱膨張率を（２３〜２６）×１０^-6／℃に設定すれ
ば、アルミニウム系やマグネシウム系にも適応できる。 ○また上記した例では、Ａｌ₂Ｏ₃粒子の平均直径は１
０μｍであり、ＳｉＯ₂粒子の平均直径は１μｍとして
いるが、粒径はこれに限定されるものではなく、適宜変
更できる。Ａｌ₂Ｏ₃粒子の粒径範囲とＳｉＯ₂粒子の
粒径範囲を変えれば、大きな粒径の粒子間に小さな粒径
の粒子を配置させるのに有利となり、双方の粒子を高密
度で複合させ得るのに、つまり複合材料におけるＡｌ₂
Ｏ₃粒子やＳｉＯ₂粒子の含有量を多くするのに有利で
ある。従って複合材料に課される要求特性に応じて、粒
径が大きなＡｌ₂Ｏ₃粒子と粒径が小さなＳｉＯ₂粒子
とを複合する第１形態、或いは、粒径が小さなＡｌ₂Ｏ
₃粒子と粒径が大きなＳｉＯ ₂粒子とを複合する第２形
態を選択でき、或いは、粒径が同程度のＡｌ₂Ｏ₃粒子
とＳｉＯ₂粒子とを複合する第３形態を選択することも
できる。

【００４２】但し粒径が０．１μｍ未満では粒子が凝集
し易く、通常の攪拌混合手段では均一混合性が容易では
ないため、配慮が必要である。また粒径が過大になる
と、例えば１００μｍを越えると、複合材料の強度が低
下する傾向となる。 ○上記した例では非晶質のＳｉＯ₂粒子を用いている
が、場合によっては非晶質のＳｉＯ₂粒子と結晶質のＳ
ｉＯ₂粒子とを併用することもできる。

【００４３】（付記）上記した例から次の技術的思想も
把握できる。 ○アルミナ繊維、シリカ繊維、ガラス繊維等の繊維が含
有されていない非繊維型であることを特徴とする請求項
１に係る樹脂複合材料。 ○ＳｉＯ₂粒子は非晶質性をもつ請求項１に記載の樹脂
複合材料。 ○低熱膨張性を有する非晶質性のシリカ粒子が樹脂マト
リックスに添加されていることを特徴とする樹脂複合材
料。 ○ＳｉＯ₂粒子は、熱伝導率が（３０〜５０）×１０^-4
cal/cm・s ・℃、特に４０×１０^-4cal/cm・s ・℃であ
り、熱膨張率が（０．２〜１）×１０^-6／℃、特に０．
５×１０^-6／℃である請求項１に記載の樹脂複合材料。 ○樹脂複合材料における熱伝導率は（３７〜１０５）ｃ
ａｌ／ｃｍ・ｓ・℃、熱膨張率は（１１〜１２）×１０
^-6／℃であることを特徴とする請求項１に記載の樹脂複
合材料。 ○固定子と、固定子に対して回転可能な回転子と、回転
子及び固定子の一方に保持された巻線コイル部と、巻線
コイル部を封止する請求項１に係る樹脂複合材料からな
る封止材とを備えた電動モータ。

【００４４】

【発明の効果】請求項１に係る樹脂複合材料によれば、
樹脂複合材料の熱伝導性が向上して放熱性が高まると共
に、樹脂複合材料の熱膨張率は抑制される。そのため樹
脂マトリックス自体よりも放熱性に優れ、樹脂マトリッ
クス自体よりも低い熱膨張率が得られる。従って相手材
と共に用いる際に、相手材の熱膨張率が低い場合であっ
ても、クラックや隙間の発生を抑制できる。

【００４５】アルミナやシリカは繊維の形態で複合する
ことも考えられる。しかしこの場合には繊維は嵩ばるの
で、含有率を高めるのに不利である。この点請求項１に
係る樹脂複合材料によれば、アルミナやシリカを粒子の
形態で複合しているので、繊維の形態で複合する場合に
比較して含有率を高めるのに有利であり、従って熱伝導
性の向上、熱膨張率の低減に有利である。アルミナ粒子
の粒径とシリカ粒子の粒径とを変えた場合には、含有率
を高めるのに一層有利であり、樹脂複合材料に課される
要求特性が厳しい場合においても対処し易い。

【００４６】請求項２に係る樹脂複合材料によれば、ア
ルミナ粒子は１５〜６０ｖｏｌ％、シリカ粒子が１５〜
５０ｖｏｌ％であるため、樹脂複合材料の熱伝導性が向
上して放熱性が高まると共に、樹脂複合材料の熱膨張率
は抑制され、鋼系材料、特に強磁性体系の鋼に近似した
熱膨張率を得るのに有利である。従って相手材が鋼系材
料である場合に適する。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａｌ₂Ｏ₃粒子の含有量と熱伝導率及び熱膨張
率との関係を示すグラフである。

【図２】ＳｉＯ₂粒子の含有量と熱伝導率及び熱膨張率
との関係を示すグラフである。

【図３】適用例に係る電動モータの縦断面図である。

【図４】電動モータの固定子付近の横断面図である。

【図５】巻線コイル部が保持された溝付近の拡大断面図
である。

【図６】巻線コイル部が封止材で封止されている状態を
示す断面図である。

【図７】半導体素子に適用して例を示す斜視図である。

【符号の説明】

図中、１１は固定子、１２は回転子、１５は溝、１７は
巻線コイル部、２０は封止材を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高熱伝導性を有するアルミナ粒子と低熱膨
張性を有するシリカ粒子とが、樹脂マトリックスに複合
添加されていることを特徴とする樹脂複合材料。
【請求項２】アルミナ粒子は１５〜６０ｖｏｌ％、シリ
カ粒子が１５〜５０ｖｏｌ％であることを特徴とする請
求項１に記載の樹脂複合材料。