KR102164825B1 - 모터용 보빈 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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치히로 곤도
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듀폰 테이진 어드밴스드 페이퍼 가부시끼가이샤
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Abstract

권선이 권회되는 모터용 보빈의 제조 방법이며, 사출 성형의 캐비티 내에 절연 시트 및 코어재를 배치하고, 수지를 사출하는 사출 성형에 의해 모터용 보빈이 형성되고, 모터용 보빈이 절연 시트와 수지 성형체를 포함하는 제조 방법.

Description

모터용 보빈 및 그의 제조 방법{MOTOR BOBBIN AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 모터용 보빈, 더욱 상세하게는, 예를 들어 하이브리드카나 전기 자동차 등의 모터 제너레이터를 구성하는 모터 스테이터 등에 있어서, 권선이 권회되는 모터용 보빈 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
하이브리드카나 전기 자동차에는 전기 모터 및 발전기로서 선택적으로 기능하는 모터 제너레이터가 탑재된다. 이러한 모터 제너레이터는, 예를 들어 축심 둘레에 회전 가능하게 지지된 출력축에 고정된 원기둥 형상의 로터와, 상기 로터의 외주면에 대하여 소정의 간극을 이격한 내주면을 갖는 모터 스테이터와, 상기 모터 스테이터를 수용하는 모터 하우징을 구비한 것이다. 이러한 모터 제너레이터를 구성하는 모터 스테이터는 일반적으로 코어재와 권선으로 구성되어 있고, 이 코어재와 권선의 사이를 절연하기 위해 권선을 모터용 보빈에 권회하고, 그 권선이 권회된 보빈을 코어재에 끼워 넣고 있다. 종래, 이러한 모터용 보빈으로서는, 일반적으로 합성 수지로 구성되어 있고, 예를 들어 집중권 스테이터의 경우이면, 폴리페닐렌술피드 등이 사용되고 있다(예를 들어 일본 특허 공개 제2005-102454호 공보 및 일본 특허 공개 제2002-142399호 공보 참조). 또한, 폴리페닐렌술피드와 코어재를 일체적으로 성형하는 방법이 개시되어 있다(일본 특허 공개 (평)11-341714호 공보).
그러나, 이러한 합성 수지로 보빈이 구성되는 경우, 그 보빈의 두께는 0.6mm 정도가 하한으로 되어 있어, 최근의 모터 제너레이터 등의 점점 더한 고효율화, 대출력화 및 콤팩트화에는 반드시 충분한 대응이 되고 있지는 못하다. 또한, 코어재와 일체적으로 성형하는 방법에서는 하이브리드카나 전기 자동차 등에 사용되는 큰 사이즈 모터 제너레이터의 경우, 성형 시의 주위의 온도 변화에 의해 코어재가 팽창할 때에, 합성 수지가 팽창에 추종하기 어려워, 크랙이 발생하기 쉬운 등의 과제가 있었다.
이러한 상황 하에서, 콤팩트화에 관한 것으로서, 보빈 바디부 및 플랜지부가 절연지를 포함하고, 또한 상기 절연지를 포함하는 보빈 바디부 및 플랜지부의 적어도 권선과 접촉하는 면이 방향족 폴리아미드 섬유로 구성되어 있는 모터용 보빈이 제안되어 있다(일본 특허 공개 제2008-263704호 공보). 이 기술에서는 기재의 표리 양측에 접착제를 개재하여 방향족 폴리아미드 섬유를 포함하는 내열 시트가 설치된 구성을 포함하는 절연지를 사용하고 있고, 접착제로서는 아크릴계 접착제나 에폭시 수지 성분, 페놀 수지 성분, 아크릴 수지 성분 및 이미다졸계 경화제 성분을 함유하는 열경화성 수지 조성물을 사용하고 있다.
여기서, 고효율 및 대출력이 요구되는 모터 제너레이터용 보빈에는
1) 얇을 것(저두께),
2) 권선과 코어재의 지락을 방지할 것(고내전압, 내부분방전)
3) 권선의 발열에 견딜 것(내열성),
4) 기계적 강도를 가질 것
5) 코어재와의 양호한 밀착에 의해 권선의 발열이 효율적으로 코어재에 전해질 것(방열성)의 5개의 특성을 동시에 만족시키는 것이 필요해지고 있다. 특히, 저두께는 얇으면 그만큼 권선을 증량할 수 있어, 선적율을 증가시켜, 대출력화가 가능하는 의미에서 매우 중요하다고 생각된다.
본 발명은 모터 제너레이터 등의 고효율화·대출력화에 견딜 수 있는 모터용 보빈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 이러한 상황을 감안하여, 모터 제너레이터 등의 고효율화·대출력화에 견딜 수 있는 모터용 보빈을 개발하기 위해 예의 검토를 진행한 결과, 본 발명에 도달하였다.
제1 형태에 있어서, 본 발명은 권선이 권회되는 모터용 보빈의 제조 방법이며, 사출 성형의 캐비티 내에 절연 시트 및 코어재를 배치하고, 수지를 사출하는 사출 성형에 의해 모터용 보빈이 형성되고, 모터용 보빈이 절연 시트와 수지 성형체를 포함하는 제조 방법을 제공한다.
제2 형태에 있어서, 본 발명은 모터용 보빈이 적어도 그의 일부가 상기 절연 시트인 보빈 바디부를 구비하고 있는, 제1 형태에 기재된 제조 방법을 제공한다.
제3 형태에 있어서, 본 발명은 모터용 보빈이 상기 보빈 바디부의 양단에 연결된 한 쌍의 수지 성형체를 구비하고 있는, 제1 또는 제2 형태에 기재된 제조 방법을 제공한다.
제4 형태에 있어서, 본 발명은 상기 절연 시트와 수지 성형체는 접착제를 사용하지 않고 연결 고정되어 있는, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 형태에 기재된 제조 방법을 제공한다.
제5 형태에 있어서, 본 발명은 절연 시트와 수지 성형체가 접하는 면에 수지 성형체가 함침되어 있는, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 형태에 기재된 제조 방법을 제공한다.
제6 형태에 있어서, 본 발명은 수지 성형체에 권선의 위치 결정용 홈이 있는, 제1 내지 제5 중 어느 하나의 형태에 기재된 제조 방법을 제공한다.
제7 형태에 있어서, 본 발명은 수지 성형체를 성형할 때에 절연 시트와의 접착을 동시에 행하는, 제1 내지 제6 중 어느 하나의 형태에 기재된 모터용 보빈의 제조 방법을 제공한다.
제8 형태에 있어서, 본 발명은 상기 수지 성형체가, 아미드 결합을 갖는 중합체를 사용하여 형성되는 수지 성형체이며, 상기 수지 성형체와 접촉하고 있는 상기 절연 시트의 면은 아라미드 파이브리드와 아라미드 단섬유를 포함하는 아라미드지로 구성되어 있는, 제1 내지 제7 중 어느 하나의 형태에 기재된 제조 방법을 제공한다.
제9 형태에 있어서, 본 발명은 제1 내지 제8 중 어느 하나의 형태에 기재된 제조 방법에 의해 제작된 모터용 보빈을 제공한다.
제10 형태에 있어서, 본 발명은 제9 형태에 기재된 모터용 보빈에 권선을 권회한 스테이터를 사용하고 있는 모터를 제공한다.
제11 형태에 있어서, 본 발명은 제9 형태에 기재된 모터용 보빈에 권선을 권회한 스테이터를 사용하고 있는 모터 제너레이터를 제공한다.
제12 형태에 있어서, 본 발명은 제9 형태에 기재된 모터용 보빈에 권선을 권회한 스테이터를 사용하고 있는 발전기를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태의 코어재를 포함하는 모터용 보빈의 사시도.
도 2는 도 1의 코어재의 사시도.
도 3은 도 1의 모터용 보빈을 구성하는 수지 성형체의 사시도.
도 4는 도 1의 모터용 보빈을 구성하는 절곡된 절연 시트의 사시도.
도 5는 비교 형태의 모터용 보빈의 사시도.
도 6은 스테이터 코어와 조합할 때의 도 5의 모터용 보빈의 배치를 도시하는 사시도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태의 모터용 보빈에 대하여 설명하지만, 특별히 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태의 모터용 보빈(1)의 구성을 나타내는 모식적인 사시도이다.
모터용 보빈(1)은 규소 강판 등의 금속으로 형성된 코어(2)를 구비하고 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 코어(2)는 대략 직육면체 형상을 갖고 있다. 상세하게는, 코어(2)는 좌우의 측벽의 높이 방향 중앙 위치를 전후로 연장되는 단면 직사각 형상의 홈부(2a, 2b)가 형성된 대략 H자 형상의 단면을 갖고 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 보빈(1)은 코어(2)의 전후에 각각 배치된 수지 성형체(4)를 구비하고 있다. 도 3의 사시도에 도시되어 있는 바와 같이, 수지 성형체(4)는 직육면체 형상의 본체부(6)와, 본체부(6)의 상하에 각각 배치된 상판부(8)와 하판부(10)를 갖고 있다. 본 실시 형태의 모터용 보빈(1)에서는 본체부(6)와 상판부(8)와 하판부(10)는 수지에 의해 일체적으로 형성되어 있다.
상판부(8)와 하판부(10)는 본체부(6)보다 긴 가로 방향의 길이(폭)와, 본체부(6)와 대략 동일한 깊이를 갖고 있다. 이들 상판부(8)와 하판부(10)는 좌우 양측부가, 본체부(6)로부터 외측으로 돌출하도록 본체부(6)의 상하에 배치되어 있다. 그 결과, 수지 성형체(4)도 좌우 측벽의 높이 방향 중앙 위치를 전후로 연장되는 단면 직사각 형상의 홈부(4a, 4b)가 형성된 대략 H자 형상의 단면을 갖고 있다.
본 실시 형태의 보빈(1)에서는 수지 성형체(4)는 홈부(4a, 4b)가 코어(2)의 홈부(2a, 2b)와 정렬하도록 코어(2)에 대하여 배치되어 있다.
본 실시 형태의 보빈(1)은 추가로 절연 시트(12)를 구비하고 있다. 절연 시트(12)는 도 4의 사시도에 도시되어 있는 바와 같이, 직사각형의 절연 시트의 상하 가장자리부를 동일한 방향을 향해 대략 직각으로 절곡함으로써 형성된 중앙부(12a)와, 상측 절곡부(12b)와, 하측 절곡부(12c)를 포함하는 ㄷ자 형상의 단면 형상을 갖고 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 절연 시트(12)는 정렬하여 배치된 코어(2)의 홈부(2a, 2b)와 수지 성형체(4)의 홈부(4a, 4b)의 바닥에, 중앙부(12a)의 이면측이 접촉하도록 하여 코어(2)와 수지 성형체(4)에 설치되어 있다.
본 실시 형태의 모터용 보빈(1)에서는 각 수지 성형체(4)의 본체부(6)의 외측을 향한 측면(6a)의 전체에는 수평 방향으로 연장되는 권선의 위치 결정용 홈(14)이 다수개 형성되어 있다.
이와 같은 구성을 갖는 보빈(1)은 코어(2)에 대하여 절연 시트(12)가 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 배치가 되도록, 코어(2)와 절연 시트(12)를 금형 내에 배치하여 제작된다. 금형으로서, 이와 같이 코어(2)와 절연 시트(12)가 내부에 배치되었을 때, 수지 성형체(4)와 동일 형상의 공간이 내부에 잔존하는 금형이 사용된다. 금형 내에 수지 성형체(4)를 구성하는 수지를 주입함으로써, 수지 성형체(4)와 동일 형상의 공간을 수지로 충전하여, 도 1에 도시되어 있는 바와 같은 보빈(1)을 얻는다.
도 5는 비교 형태의 모터용 보빈(1')의 사시도이다.
모터용 보빈(1')은 단면 ㄷ자 형상의 보빈 바디(2')와, 보빈 바디(2')의 양단에 설치된 한 쌍의 수지 성형체(4')를 구비하고 있다.
보빈 바디(2')는 직사각형의 절연 시트의 양쪽 측연부를 동일한 방향을 향해 대략 직각으로 절곡함으로써 단면 ㄷ자 형상으로 성형되고, 중앙 부분(6')과, 양쪽 측연부의 한 쌍의 절곡부(8', 8a')를 구비하고 있다.
수지 성형체(4')는 직육면체 형상의 본체부(10')와, 본체부(10')의 양단에 설치된 한 쌍의 차양부(12', 12')를 구비하고 있다. 비교 형태의 모터용 보빈(1')에서는 본체부(10')와 한 쌍의 차양부(12', 12')는 일체적으로 형성되어 있다. 각 차양부(12')는 동일 형상을 갖고, 차양부(12')의 선단측 부분은 본체부(10')로부터 돌출된 돌출부(12a')로 되어 있다. 그 결과, 수지 성형체(4')는 대략 ㄷ자 형상의 단면 형상을 갖고 있다. 그리고, 수지 성형체(4')는 각 차양부(12')의 돌출부(12a')의 내측면(12b')과 돌출부(12a')의 돌출 방향의 본체부(10')의 측면(10a')으로, 3 방향을 둘러싸인 단면이 직사각 형상인 공간을 형성하고 있다. 한 쌍의 차양부(12')의 돌출부(12a')의 내측면(12b')의 간격은 보빈 바디(2')의 중앙 부분(6')의 폭과 대략 동등하다.
보빈 바디(2')는 길이 방향의 양단이 각각 각 수지 성형체(4')에 연결되어 있다. 상세하게는, 단면 ㄷ자 형상의 보빈 바디(2')는 양단에서 중앙 부분(6')의 외측면(6a')이 수지 성형체(4')의 본체부(10')의 측면(10a')에 접합하고, 각 절곡부(8')의 외측면(8a')이 수지 성형체(4')의 돌출부(12a')의 내측면(12b')에 접합함으로써, 각 수지 성형체(4')에 연결 고정되어 있다.
비교 형태의 모터용 보빈(1')에서는 각 수지 성형체(4')의 본체부(10')의 외측을 향한 측면(10b')의 전체에는 수평 방향으로 연장되는 권선의 위치 결정용 홈(14')이 다수개 형성되어 있다.
도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 비교 형태의 모터용 보빈(1')에서는 한쪽 수지 성형체(4')의 본체부(10')의 이면(10c')에는 돌기(16')가, 다른 쪽 수지 성형체(4')의 본체부(10')의 이면(10c')에는 오목부(18')가 형성되어 있다. 이들 돌기(16') 및 오목부(18')는 도 6에 도시되어 있는 바와 같은 배치로, 한 쌍의 모터용 보빈(1')을 이격하여 배치하고, 이 한 쌍의 모터용 보빈 사이에 배치된 스테이터 코어에 모터용 보빈(1')을 연결할 때에 사용되는 것이다.
(절연 시트)
본 발명에 있어서, 절연 시트로서, 절연성을 갖는 종이, 부직포, 필름, 혹은 그의 복합체, 적층 시트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 아라미드 파이브리드와 아라미드 단섬유를 포함하는 아라미드지 등의 절연지나, 폴리페닐렌술피드 필름, 폴리이미드 필름, 폴리에테르에테르케톤 필름, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리에틸렌나프탈레이트 필름 등의 플라스틱 필름 및 그의 적층 시트를 들 수 있다. 특히 적어도 편측의 면은 아라미드 파이브리드와 아라미드 단섬유를 포함하는 아라미드지를 포함하는 적층 시트가 바람직하다. 여기서, 아라미드지를 적층하기 위해 사용하는 접착제로서는, 당해 기술분야에서 통상 사용되는 어느 하나의 적합한 접착제를 사용할 수 있고, 예를 들어 에폭시류, 아크릴류, 페놀류, 폴리우레탄류, 실리콘류, 폴리에스테르류, 아미드류 등의 접착제를 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 필름과의 접착제에 의한 적층의 경우, 필름은 통상 연신되어 있는 경우가 대부분으로, 나중에 설명하는 본 발명의 용융 사출 성형법으로 모터용 보빈을 제조하는 경우, 수축에 의한 적층 시트의 변형이 일어나기 쉬우므로, 중합체를 용융 제막한 필름과 상기 아라미드지를 중첩하여 가열 가압하고, 중합체를 아라미드지 중에 용융 함침시킨 적층 시트, 중합체의 초조물(웹)과 아라미드지를 합쳐 뜨거나, 중첩하여, 가열 가압하고, 아라미드지 중에 수지를 용융 함침시킨 적층 시트, 아라미드지 위에 수지를 용융 압출하여 열 융착한 적층 시트 등이 바람직하게 사용된다.
상기 적층 시트의 층수는 적층체의 용도, 목적에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 일본 특허 공개 제2006-321183에 기재되어 있는 바와 같은 아라미드지 위에 수지를 용융 압출하여 열 융착하는 방법으로 제작된 방향족 폴리아미드 수지와 분자 내에 에폭시기를 갖는 에폭시기 함유 페녹시 수지를 포함하고, 상기 에폭시기 함유 페녹시 수지의 비율이 30 내지 50질량％인 중합체와 아라미드지의 2층 적층 시트, 아라미드지와 상기 중합체와 아라미드지의 3층의 적층 시트를 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
절연 시트와 후술하는 수지 성형체와의 접착성이 충분하지 않고, 권선의 권회 시에 박리하는 경우에는 절연 시트의 수지 성형체와 접하는 면을 표면 처리하여, 접착성을 향상시키는 것이 바람직하다. 여기서 표면 처리란, 플라즈마 표면 처리, 코로나 표면 처리, 액체 침지에 의한 표면 처리 등을 들 수 있다. 이들과 같은 표면 처리를 실시함으로써, 절연지 표면의 표면 에너지의 향상, 수지 성형체와의 계면 에너지의 저하 결과, 수지 성형체와의 접착성이 향상된다. 처리의 간편함 면에서 특히 플라즈마 표면 처리가 바람직하다.
절연 시트의 두께는 절연 시트의 용도 및 목적에 따라 적절히 선택할 수 있고, 절곡, 권취 등의 가공성에 문제가 없으면, 임의의 두께를 선택할 수 있다. 일반적으로는 가공성의 관점에서 50μm 내지 1000μm(특히 바람직하게는 70 내지 200μm)의 범위 내의 두께의 것이 바람직하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
(아라미드)
본 발명에 있어서, 아라미드란, 아미드 결합의 60％ 이상이 방향환에 직접 결합된 선상 고분자 화합물(방향족 폴리아미드)을 의미한다. 이러한 아라미드로서는, 예를 들어 폴리메타페닐렌이소프탈아미드 및 그의 공중합체, 폴리파라페닐렌테레프탈아미드 및 그의 공중합체, 폴리(파라페닐렌)-코폴리(3,4'-디페닐에테르)테레프탈아미드 등을 들 수 있다. 이들 아라미드는, 예를 들어 이소프탈산 염화물 및 메타페닐렌디아민을 사용한 종래 기지된 계면 중합법, 용액 중합법 등에 의해 공업적으로 제조되고 있고, 시판품으로서 입수할 수 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다. 이들 아라미드 중에서, 폴리메타페닐렌이소프탈아미드가 양호한 성형 가공성, 열 접착성, 난연성, 내열성 등의 특성을 구비하고 있는 점에서 바람직하게 사용된다.
(아라미드 파이브리드)
본 발명에 있어서, 아라미드 파이브리드란, 초지성을 갖는 필름 형상의 아라미드 입자로서, 아라미드 펄프라고도 불린다(일본 특허 공고 (소)35-11851호 공보, 일본 특허 공고 (소)37-5732호 공보 등 참조).
아라미드 파이브리드는 통상의 목재 펄프와 마찬가지로, 이해, 고해 처리를 실시하여 초지 원료로서 사용하는 것이 널리 알려져 있고, 초지에 적합한 품질을 유지할 목적에서 소위 고해 처리를 실시할 수 있다. 이 고해 처리는 디스크 리파이너, 비터, 그 밖의 기계적 절단 작용을 미치는 초지 원료 처리 기기에 의해 실시할 수 있다. 이 조작에 있어서, 파이브리드의 형태 변화는 일본 공업 규격 P8121에 규정된 여수도 시험 방법(프리니스(freeness))으로 모니터할 수 있다. 본 발명에 있어서, 고해 처리를 실시한 후의 아라미드 파이브리드의 여수도는 10cm3 내지 300cm3(카나디안 프리니스(JISP8121))의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이 범위보다 큰 여수도의 파이브리드에서는 그로부터 성형되는 아라미드지의 강도가 저하될 가능성이 있다. 한편, 10cm3보다 작은 여수도를 얻고자 하면, 투입하는 기계 동력의 이용 효율이 작아지고, 또한 단위 시간당의 처리량이 적어지는 경우가 많고, 또한 파이브리드의 미세화가 너무 진행되기 때문에, 소위 결합제 기능의 저하를 초래하기 쉽다. 따라서, 이와 같이 10cm3보다 작은 여수도를 얻고자 하여도 현저한 이점이 보이지 않는다.
(아라미드 단섬유)
아라미드 단섬유는 아라미드를 재료로 하는 섬유를 절단한 것으로서, 그러한 섬유로서는, 예를 들어 데이진(주)의 「데이진 코넥스(등록 상표)」, 듀퐁사의 「노멕스(등록 상표)」 등의 상품명으로 입수할 수 있는 것을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
아라미드 단섬유의 길이는, 일반적으로 1mm 이상 50mm 미만, 바람직하게는 2 내지 10mm의 범위 내에서 선택할 수 있다. 단섬유의 길이가 1mm보다 작으면, 시트 재료의 역학 특성이 저하되고, 한편, 50mm 이상의 것은 습식법에서의 아라미드지의 제조에 있어서 「얽힘」, 「결속」 등이 발생하기 쉬워 결함의 원인이 되기 쉽다.
(아라미드지)
본 발명에 있어서, 아라미드지란, 상기 아라미드 파이브리드 및 아라미드 단섬유로 주로 구성되는 시트상물이고, 일반적으로 20μm 내지 1000μm, 바람직하게는 25 내지 200μm의 범위 내의 두께를 갖고 있다. 또한, 아라미드지는 일반적으로 10g/m2 내지 1000g/m2, 바람직하게는 15 내지 200g/m2의 범위 내의 평량을 갖고 있다. 여기서, 아라미드 파이브리드와 아라미드 단섬유의 혼합 비율은 임의로 할 수 있지만, 아라미드 파이브리드/아라미드 단섬유의 비율(질량비)을 1/9 내지 9/1로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 2/8 내지 8/2, 특히 3/7 내지 7/3이지만, 이 범위로 한정되는 것은 아니다.
아라미드지는, 일반적으로 전술한 아라미드 파이브리드와 아라미드 단섬유를 혼합한 후 시트화하는 방법에 의해 제조된다. 구체적으로는, 예를 들어 상기 아라미드 파이브리드 및 아라미드 단섬유를 건식 블렌드한 후에, 기류를 이용하여 시트를 형성하는 방법, 아라미드 파이브리드 및 아라미드 단섬유를 액체 매체 중에서 분산 혼합한 후, 액체 투과성의 지지체, 예를 들어 망 또는 벨트 위에 토출하여 시트화하고, 액체를 제거하여 건조하는 방법 등을 적용할 수 있지만, 이들 중에서도 물을 매체로서 사용하는, 소위 습식 초조법이 바람직하게 선택된다.
습식 초조법에서는 적어도 아라미드 파이브리드, 아라미드 단섬유를 함유하는 단일 또는 혼합물의 수성 슬러리를 초지기에 송액하여 분산한 후, 탈수, 착수 및 건조 조작함으로써, 시트로서 권취하는 방법이 일반적이다. 초지기로서는 장망 초지기, 원망 초지기, 경사형 초지기 및 이들을 조합한 콤비네이션 초지기 등이 이용된다. 콤비네이션 초지기로의 제조의 경우, 배합 비율이 다른 슬러리를 시트 성형하여 합일함으로써 복수의 지층을 포함하는 복합체 시트를 얻을 수 있다. 초조 시에 필요에 따라 분산성 향상제, 소포제, 지력 증강제 등의 첨가제가 사용된다.
상기와 같이 하여 얻어진 아라미드지는 한 쌍의 롤 사이에서 고온 고압으로 열압함으로써, 밀도, 기계 강도를 향상시킬 수 있다. 열압의 조건은, 예를 들어 금속제 롤 사용의 경우, 온도 100 내지 400℃, 선압 50 내지 400kg/cm의 범위 내를 예시할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 열압 시에 복수의 아라미드지를 적층할 수도 있다. 상기 열압 가공을 임의의 순으로 복수회 행할 수도 있다.
(수지 성형체)
본 발명에 있어서, 수지 성형체란, 예를 들어 PPS 수지(폴리페닐렌술피드 수지), 아크릴니트릴·부타디엔·스티렌 공중합체 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트계 수지, 폴리아세탈계 수지, 아미드 결합을 함유하는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 612, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 공중합 폴리아미드, 폴리아미드 MXD6, 폴리아미드 46, 메톡시메틸화 폴리아미드, 반방향족 폴리아미드 등의 중합체, 혹은 일본 특허 공개 제2006-321951호 공보에 개시된 바와 같은 폴리아미드 수지 조성물을 함유하는 중합체 혹은 그들의 혼합물 또는 상기 중합체와 유리 섬유 등의 무기물과의 혼합물을 용융시킨 상태에서 원하는 금형에 삽입하고, 냉각 후 형으로부터 떼어내는 용융 사출 성형법에 의해 제작된 성형체를 나타낸다. 특히 반방향족 폴리아미드와 유리 섬유의 혼합물 성형체가, 내열성이 높고, 상기 아라미드지를 포함하는 적층 시트와의 접착성이 양호하기 때문에 바람직하다. 이러한 혼합물의 예로서, 듀퐁사의 자이텔(등록 상표) HTN51G, 52G 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다.
수지 성형체가 권선과 접하는 부분에 권선의 위치 결정용 홈을 성형함으로써, 권선의 위치가 안정되고, 정밀도가 높은 정렬 권취가 가능해져, 모터 제너레이터 등의 효율이 향상된다는 효과가 있어 바람직하다.
(모터용 보빈의 제조 방법)
본 발명의 제조 방법은 사출 성형용 캐비티 내에 절연 시트와 코어재를 삽입한 상태에서 미리 절연 시트를 적어도 일부분이 수지 성형체의 용융된 부분과 접촉하도록 배치함으로써, 용융된 중합체를 절연 시트의 적어도 표면의 부분에 함침시킬 수 있다. 수지 성형체의 부분과 절연 시트가 연결 고정된 모터용 보빈을 이와 같이 하여 제작함으로써, 접착제를 사용할 필요도 없고, 수지 성형체 제작 시에 동시에 연결 고정할 수 있다. 여기서, 함침이란, 절연 시트의 공극 부분에 용융된 중합체가 침입하는 것이다. 특히, 절연 시트가 상기 아라미드지를 포함하는 경우, 아라미드지를 구성하는 아라미드 파이브리드 및/또는 아라미드 단섬유 사이에 용융된 중합체가 침입하는 것이다. 상기 아라미드지의 공극은 15 내지 80％ 정도이지만, 함침 정도로서는, 상기 공극 중 5％ 이상 함침하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20％ 이상이지만, 여기에 한정되는 것은 아니다. 함침함으로써, 중합체와 아라미드지의 접촉 면적이 증가하여, 수지 성형체와 절연 시트의 접착이 보다 견고한 것이 된다. 또한, 함침 정도는, 구체적으로는 절연 시트 부분의 밀도 증가에 의해 확인할 수 있다.
또한, 코어재를 캐비티 내에 삽입한 상태에서 사출 성형함으로써, 모터용 보빈만으로 성형한 경우에 필요한 결합 부분은 불필요하다. 또한, 성형 시의 온도 변화에 의한 수지와 코어재의 팽창에 의해 절연 시트와 코어재의 밀착성이 향상되기 때문에, 권선의 발열이 효율적으로 코어재에 전해져서, 과잉의 온도 상승이 방지되어, 권선의 동손이 감소하고, 모터로서의 출력이 향상된다.
이하, 본 발명에 대하여 실시예를 들어 설명한다. 또한, 이들 실시예는 본 발명의 내용을 예를 들어 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 내용을 전혀 한정하는 것이 아니다.
실시예
(측정 방법)
(1) 평량, 두께의 측정
JIS C2300-2에 준하여 실시하였다.
(2) 밀도의 계산
평량÷두께로 계산하였다.
(3) 인장 강도, 인장 신도
JIS C2300-2에 준하여 실시하였다.
(4) 접착성
절연 시트와 수지 성형체의 접착 부분을 육안에 의해 관찰하고, 접착 부분에 주름(절연 시트의 융기)이 없는 것을 「양호」, 주름이 있는 것을 「불량」이라 판단하였다.
(5) 절연 시트 부분의 외관
절연 시트 부분의 성형 시의 열에 의한 휨의 정도를 육안에 의해 판정하였다.
(6) 절연 시트 부분과 코어재의 밀착성
절연 시트 부분과 코어재의 밀착성 정도를, 코어재를 포함하는 모터용 보빈을 에폭시 수지에 함침하고, 경화한 후에, 가닛 미립자 함유 워터젯(오막스사제 모델 626)에 의해 코어재를 포함하는 모터용 보빈의 중앙 부분(도 1의 3)을 절단하여 단면을 제작하고, 보빈 바디 부분의 절연 시트 부분과 코어재(도 2의 2c)의 거리의 평균값을 측정하였다.
(참고예)
(원료 제조)
일본 특허 공개 (소)52-15621호 공보에 기재된, 스테이터와 로터의 조합으로 구성되는 펄프 입자의 제조 장치(습식 침전기)를 사용하여, 폴리메타페닐렌이소프탈아미드의 파이브리드를 제조하였다. 이것을 이해기, 고해기로 처리하여 길이 가중 평균 섬유 길이를 0.9mm로 조절하였다. 얻어진 아라미드 파이브리드의 여수도는 90cm3였다.
한편, 듀퐁사제 메타아라미드 섬유(노멕스(등록 상표), 단사 섬도 2 데니어)를 길이 6mm로 절단(이하 「아라미드 단섬유」로 기재)하였다.
(아라미드지의 제조)
제조한 아라미드 파이브리드와 아라미드 단섬유를 각각 수중에서 분산하여 슬러리를 제조하였다. 이들 슬러리를, 파이브리드와 아라미드 단섬유가 1/1의 배합 비율(중량비)이 되도록 혼합하고, 태피식 수초기(단면적 625cm2)로 시트상물을 제작하였다. 계속해서, 이것을 금속제 캘린더 롤에 의해 온도 330℃, 선압 300kg/cm로 열압 가공하여, 표 1의 실시예 1 및 2, 및 표 2의 비교예 1 및 2에 나타내는 아라미드지를 얻었다.
(적층 시트의 제조)
일본 특허 공개 제2006-321183호 공보의 단락 [0024]에 기재된 방법으로, 상기와 마찬가지로 하여 제조한 아라미드지(평량: 37g/m2, 두께: 51μm, 밀도: 0.73g/cm3)와 에폭시기 함유 페녹시 수지가 50 중량％ 함유되어 있는 반방향족 폴리아미드 수지 조성물(일본 특허 공개 제2006-321183호 공보의 배합예 6)을 사용하여, 아라미드지를 외측에 배치한 아라미드지/수지 조성물/아라미드지(중량비로 37/54/37)의 3층 구조로 이루어진 아라미드지를 포함하는 표 1의 실시예 3 및 4, 및 표 2의 비교예 3 및 4에 나타내는 적층 시트를 얻었다.
또한, 상기 아라미드지(평량: 37g/m2, 두께: 51μm, 밀도: 0.73g/cm3)와 도레이사제 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(S28＃16, 두께 16μm)을 접착제로 접합하고, 아라미드지를 외측에 배치한 아라미드지/폴리에틸렌테레프탈레이트 필름/아라미드지(중량비로 37/54/37)의 3층 구조로 이루어진 아라미드지를 포함하는 표 1의 실시예 5, 6, 표 2의 비교예 5, 6에 나타내는 적층 시트를 얻었다.
(코어재의 제조)
JIS C 2552에 규정되는 무방향성 전자 강판(두께 0.5mm, 두께 공차 0.04mm)을 펀칭하고, 펀칭된 강판을 적층하여 모터 철심용 코어재(도 2)로 하였다.
(실시예 1 및 2)
(모터용 보빈의 제조)
절연 시트로서 참고예에서 제조한 아라미드지 또는 적층 시트를 사용하고, 또한 참고예에서 제조한 코어재와, 중합체로서 듀퐁사제 반방향족 폴리아미드(자이텔(등록 상표) HTN51G35G35EF)를 사용하여, 표 1에 나타내는 조건으로 삽입 성형을 실시하여, 도 1에 도시하는 코어재를 포함하는 모터용 보빈을 얻었다. 즉, (1) 사출 성형용 캐비티 내에 미리 상기 코어재를 삽입하고, (2) 보빈 바디부의 양측 단부면에 해당하는 부분에 미리 상기 절연 시트를 넣고, (3) 듀퐁사제 반방향족 폴리아미드를 도입하고, 용융 사출 성형법에 의해 사출 성형하여 수지 성형체와 절연 시트와 코어재가 일체적으로 성형되어 이루어지는 보빈 바디부를 형성함으로써, 용융된 중합체가 절연 시트의 적어도 표면의 부분에 함침하여, 절연 시트가 수지 성형체의 표면에 직접 접착하여 이루어지는 도 1에 도시한 코어재를 포함하는 모터용 보빈을 얻었다. 이와 같이 하여 얻어진 모터용 보빈의 주요 특성값을 표 1에 나타낸다.
표 1의 결과로부터, 실시예의 모터용 보빈은 보빈 바디부는 절연 시트로 이루어지기 때문에, 두께가 작아(최대 두께 135 내지 140μm), 권선의 고선적화에 의한 고효율화를 기대할 수 있다. 또한, 성형 전, 중, 후의 온도 변화에 의한 코어재의 팽창에도 인장 신도가 충분히 높게 추종할 수 있기 때문에, 코어와의 밀착성도 양호하여, 권선의 발열이 효율적으로 코어재에 전해진다. 또한, 절연 시트와 수지 성형체간의 연결 고정도 충분하기 때문에, 절연 파괴 전압도 충분히 높은 것을 기대할 수 있고, 또한 사용한 아라미드지와 중합체의 내열성이 높기 때문에, 권선의 발열에도 충분히 견딜 수 있다고 생각되는 점에서, 모터 제너레이터 등의 고효율화·대출력화에 견딜 수 있는 모터용 보빈으로서 유용함을 알 수 있다. 특히, 실시예 3 및 4는 적층 시트의 중층의 수지 조성물이 수지 성형체와 구조가 유사하기 때문에, 성형 시에 연화되어, 절연 시트와 코어재의 밀착성이 가장 양호해졌다고 생각된다.
Figure 112016029434609-pct00001
(비교예 1 내지 6)
(모터용 보빈의 제조)
절연 시트로서 참고예에서 제조한 아라미드지 또는 적층 시트를 사용하고, 또한 중합체로서 듀퐁사제 반방향족 폴리아미드(자이텔(등록 상표) HTN51G35G35EF)를 사용하여, 표 2에 나타내는 조건으로 삽입 성형을 실시하여, 도 5에 도시하는 모터용 보빈을 얻었다. 즉, (1) 사출 성형용 캐비티 내의 보빈 바디부의 양측 단부면에 해당하는 부분에 미리 상기 절연 시트를 넣고, (2) 듀퐁사제 반방향족 폴리아미드를 도입하고, 용융 사출 성형법에 의해 사출 성형하여 수지 성형체와 절연 시트와 코어재가 일체적으로 성형되어 이루어지는 보빈 바디부를 형성함으로써, 용융된 중합체가 절연 시트의 적어도 표면의 부분에 함침하여, 절연 시트가 수지 성형체의 표면에 직접 접착하여 이루어지는 도 5에 도시하는 모터용 보빈을 얻었다. 또한, 이와 같이 하여 얻어진 모터용 보빈을 도 6에 도시한 바와 같이 참고예에서 제조한 코어재에 내장하였다. 이와 같이 하여 얻어진 모터용 보빈의 주요 특성값을 표 2에 나타낸다.
표 2의 결과로부터, 비교예 1 내지 6의 모터용 보빈은 보빈의 제작 후에 코어재에 내장하기 때문에, 코어재와 절연 시트 부분의 밀착성 조정이 곤란하여, 절연 시트와 코어재 사이의 간극이 커지는 경향이 있었다. 이것은 모터 등에 사용했을 때에 권선의 발열이 코어재에 전해지는 효율의 저하, 또한 반대로 코어재의 두께 공차가 두꺼워지는 방향이었을 경우, 코어재에 끼워 넣을 때의 장애의 원인 등을 초래할 것으로 생각되는 점에서, 모터 제너레이터 등의 고효율화·대출력화에 견딜 수 있는 모터용 보빈으로서는 실시예와 비교하여 불충분하다고 생각된다.
Figure 112016029434609-pct00002

Claims (12)

  1. 권선이 권회되는 모터용 보빈을 코어재와 일체적으로 성형하는 방법이며,
    폭 방향 중앙 위치를 전후 방향으로 관통하여 연장되는 대략 직사각형 단면의 홈부를 갖는 대략 H자 형상의 단면을 갖는 코어재를 준비하는 공정과,
    상기 코어재의 홈부와 상보적인 ㄷ자 형상으로 절곡된 절연 시트를, 상기 ㄷ자 형상의 개구부가 상기 코어재의 홈부 개구와 동일한 방향으로 개구하고, 절연 시트가 상기 코어재의 홈부 내에 수용되도록 상기 코어재의 홈부 내에 설치하는 공정과,
    상기 절연 시트 및 코어재를, 금형의 캐비티 내에, 상기 코어재의 전후에 상기 코어재의 단면과 정렬되는 단면 대략 H자 형상의 공간을 잔존시키도록 배치하는 공정과,
    상기 캐비티 내의 공간 내에 수지를 주입하여, 상기 코어재의 전후에, 홈부가 상기 코어재의 홈부와 정렬된 단면 대략 H 형상의 수지 성형체를 형성하는 공정을 구비하고,
    상기 수지 성형체의 상기 홈부가 접하는 상기 절연 시트의 면에 수지 성형체가 함침되어 있는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 모터용 보빈이 적어도 그의 일부가 상기 절연 시트인 보빈 바디부를 구비하고 있는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 모터용 보빈이 상기 보빈 바디부의 양단에 연결된 한 쌍의 수지 성형체를 구비하고 있는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 절연 시트와 수지 성형체는 접착제를 사용하지 않고 연결 고정되어 있는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 수지 성형체에 권선의 위치 결정용 홈이 있는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 수지 성형체를 성형할 때에 절연 시트와의 접착을 동시에 행하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수지 성형체가, 아미드 결합을 갖는 중합체를 사용하여 형성되는 수지 성형체이며,
    상기 수지 성형체와 접촉하고 있는 상기 절연 시트의 면은 아라미드 파이브리드와 아라미드 단섬유를 포함하는 아라미드지로 구성되어 있는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제작된 모터용 보빈.
  9. 제8항에 기재된 모터용 보빈에 권선을 권회한 스테이터를 사용하고 있는 모터.
  10. 제8항에 기재된 모터용 보빈에 권선을 권회한 스테이터를 사용하고 있는 모터 제너레이터.
  11. 제8항에 기재된 모터용 보빈에 권선을 권회한 스테이터를 사용하고 있는 발전기.
  12. 삭제
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