WO2010150669A1 - 電動機用絶縁シートおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2010150669A1
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electric motor
aramid paper
insulating sheet
film
aromatic polymer
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PCT/JP2010/059929
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與倉　三好
久志 勝又
加藤　将司
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河村産業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an insulating sheet for an electric motor such as a motor or a generator, and more particularly to an insulating sheet for an electric motor excellent in mechanical characteristics, heat resistance, electric insulation, and chemical resistance and a method for manufacturing the same.
  • aramid paper heat-resistant synthetic insulating paper
  • an aromatic polyamide paper having a thickness of 2 to 20 mil which has excellent heat resistance, mechanical properties, and electrical insulation properties (trade name: Nomex: Registered trademark) # 410, Nomex # 411) and the like are known.
  • This aramid paper is made up of I.D. E. C. It is used as an insulating material for transformers, motors, and generators that require high heat resistance of Class H (180 ° C.) in the heat resistance category of Standard 85 (1984).
  • PET films polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate
  • aramid paper E. C.
  • the heat resistance classification of standard 85 (1984) is Class E (120 ° C.). Therefore, these PET films are not suitable for electric motors of hybrid vehicles and electric vehicles.
  • Insulating material in which aramid paper and PET film are heat bonded and integrated at high temperature and pressure.
  • This insulating material is an aramid laminate in which m-aramid paper and biaxially stretched PET film are laminated, heated and heated under conditions of a temperature of 220 to 250 ° C. and a linear pressure of 50 kg / cm or more, and laminated and integrated by thermal bonding. It is.
  • a PET film is superposed on the surface of an aramid paper layer (A layer) made of aramid fibers and aramid pulp, a layer in which PET is welded or impregnated at a melting point or higher and a PET film are superimposed, a roll temperature of 220 to 250 ° C. and a pressure of 50 kg A laminate obtained by welding between PET at / cm or more, and further rapidly cooling at a rate of temperature decrease of 100 ° C./min or more.
  • a layer made of aramid fibers and aramid pulp
  • the insulating material obtained by laminating the aramid paper and the PET film of (A) with an adhesive has a relatively hard adhesive. Therefore, the excellent flexibility of the aramid paper and the PET film is impaired, and there is a disadvantage that the workability such as bending is inferior. Further, when the above (A) is applied to a device containing oil such as lubricating oil, the adhesive component may be dissolved in the oil, and the use is limited. Furthermore, since the adhesive layer has a thickness of about several ⁇ to several tens of ⁇ m, the thickness of the sheet increases, and miniaturization of the electric motor is hindered.
  • the aramid paper and the PET film are bonded by thermal welding without using an adhesive.
  • the material of (B) and (C) has eliminated the fault which uses an adhesive agent.
  • the material of the above (B) has a large dimensional change of the PET film because the temperature of the thermal welding is close to the melting point of PET (about 260 ° C.).
  • the material (B) is prone to warp, shrinkage, and wrinkles, causing problems such as partial crystallization of PET. Therefore, the material (B) is actually difficult to obtain a product of stable quality.
  • the temperature of the heat welding of the material (C) is also high like the material (B). Therefore, in the material (C), a part of PET impregnated in aramid paper is crystallized, and excellent flexibility is impaired.
  • an object of the present invention is to provide an insulating sheet for an electric motor that contributes to further miniaturization and improved performance of the electric motor, and to provide a method for manufacturing the same, which is compatible with low cost and thermal characteristics and durability.
  • An insulating sheet for an electric motor is an insulating sheet for an electric motor that insulates between a core and a winding of the electric motor, and includes an aramid paper mainly formed of aramid fibrids and short fibers, and polyphenylene. It is formed into a sheet from one or more selected from the group consisting of sulfide, polyimide, polyetheretherketone, polyetherimide, and para-aromatic polyamide, and is directly pressure-laminated with the aramid paper And an aromatic polymer film.
  • the aramid paper and the aromatic polymer film are directly pressure-laminated without using an adhesive. That is, no adhesive layer is interposed between the aramid paper and the aromatic polymer film.
  • Aromatic polymer films are less expensive than polyimide films, have high thermal characteristics such as heat dissipation, and have high durability against heat. As a result, high strength is maintained even when exposed to high temperatures for a long period of time.
  • the aramid paper and the aromatic polymer film are directly laminated without any adhesive layer, the thickness corresponding to the adhesive layer is reduced. Therefore, further thinning is achieved. As a result, an increase in the number of windings can be achieved without increasing the size of the electric motor.
  • the film thickness is reduced, the thermal conductivity is increased, contributing to the heat dissipation of the winding. Therefore, it is possible to contribute to further miniaturization and improvement of performance of the electric motor while achieving both inexpensive and thermal characteristics and durability.
  • aramid paper is laminated on both surfaces of the aromatic polymer film.
  • the aramid paper and the aromatic polymer film are directly laminated. Therefore, even if aramid paper is laminated on both sides of the aromatic polymer film, an increase in the overall thickness can be suppressed. Therefore, it can contribute to further miniaturization and performance improvement of the electric motor.
  • the insulating sheet for electric motors of the present invention uses a polyphenylene sulfide (PPS) film as an aromatic polymer film.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the method for producing an insulating sheet for an electric motor according to the present invention includes an aramid paper mainly composed of aramid fibrids and short fibers, and polyphenylene sulfide, polyimide, polyether ether ketone, polyether imide, and para-aromatic.
  • a step of preparing an aromatic polymer film formed in a sheet form from one or more selected from the group consisting of aromatic polyamides, and on the surface of at least one of the aramid paper or the aromatic polymer film A step of performing a plasma treatment, and a step of pressurizing and bonding the aramid paper and the aromatic polymer film using the surface subjected to the plasma treatment as a bonding surface.
  • plasma treatment is performed on at least one surface of an aramid paper or an aromatic polymer film. Then, the aramid paper and the aromatic polymer film are pressed and bonded using the surface subjected to the plasma treatment as the bonding surface.
  • plasma treatment is performed on the surface of the aramid paper or the aromatic polymer film, both can be joined without using an adhesive. As a result, an adhesive layer is not required and the thickness can be reduced. Therefore, it is possible to contribute to further miniaturization and improvement of performance of the electric motor while achieving both inexpensive and thermal characteristics and durability.
  • the schematic perspective view which shows the core of the electric motor to which the insulating sheet for electric motors by one Embodiment is applied The schematic perspective view which shows the slot insulation sheet which consists of an insulation sheet for electric motors by one Embodiment
  • the schematic perspective view which shows the wedge which consists of an insulating sheet for electric motors by one Embodiment The schematic perspective view which shows the phase sheet which consists of an insulating sheet for electric motors by one Embodiment Longitudinal sectional view schematically showing the configuration of a low temperature plasma processing machine
  • the figure which shows the relationship between the joining temperature of the insulating sheet for electric motors and joining pressure, and joining strength by one Embodiment The figure which shows the experimental result which compared the heat resistance of the insulation sheet for motors by one Embodiment, and a commercially available comparative example.
  • the insulating sheet for electric motors of one embodiment is an aramid-aromatic polymer film laminate.
  • the aramid paper and the aromatic polymer film are directly thermally bonded without using an adhesive.
  • the insulating sheet for an electric motor is used to insulate a core 10 and a winding of an electric motor used in, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • the core 10 of the electric motor has a shape having irregularities in the radial direction on the inner peripheral side, and a winding is wound around each of the plurality of protruding portions 11 protruding toward the inner peripheral side.
  • a slot insulating sheet 12 formed of an insulating sheet for an electric motor as shown in FIG. 2 is provided between the protruding portion 11 of the core 10 and the winding. Inserted.
  • the slot insulating sheet 12 is inserted between the protruding portions 11 of the core 10 shown in FIG. And after inserting the slot insulation sheet 12 in the core 10, a coil
  • the wedge 13 shown in FIG. 3 and the interphase sheet 14 shown in FIG. 4 are inserted or installed in the core 10 of the electric motor.
  • Such slot insulating sheet 12, wedge 13 and interphase sheet 14 are all formed of the insulating sheet for electric motors of this embodiment. Therefore, the insulating sheets for motors forming the slot insulating sheet 12, the wedge 13 and the interphase sheet 14 are not only required to have high insulation, but also have high thermal durability and heat generated by the windings.
  • the slot insulating sheet 12 is sandwiched between the core 10 and the winding, it is preferable that the slot insulating sheet 12 be as thin as possible.
  • the slot insulating sheet 12 be as thin as possible.
  • the space between the adjacent protrusions 11 in the circumferential direction of the core 10, that is, the space in which the winding can be wound increases.
  • the distance between the protrusions 11 of the core 10, that is, the space between the protrusions 11 is the same volume, the number of turns of the winding can be increased, and if the number of turns of the winding is the same, the protrusion of the core 10
  • the volume between 11 can be reduced.
  • the insulating sheet for an electric motor with a reduced thickness contributes to both the miniaturization of the electric motor and high output.
  • Aramid paper is formed into a paper shape mainly composed of fibrids and short fibers made of poly-m-phenyleneisophthalamide (m-aramid).
  • m-aramid poly-m-phenyleneisophthalamide
  • aramid paper having a thickness of 5 mil (“1 mil” is 1/1000 inch) is used as the aramid paper used in the present embodiment.
  • This aramid paper is commercially available, for example, from DuPont Teijin Advanced Paper Co., Ltd. under the trade name “Nomex”.
  • a commercially available PPS film having a thickness of 50 ⁇ m is used as the aromatic polymer film used in this embodiment.
  • This PPS film is commercially available, for example, from Toray Industries, Inc. under the trade name “Torelina”.
  • the aramid paper is obtained by subjecting the joint surface with the PPS film to low-temperature plasma treatment by changing the conditions such as treatment strength with the internal electrode type low-temperature plasma treatment machine 1 shown in FIG.
  • the processing intensity by the low temperature plasma processing machine 1 is in the range of 30 W ⁇ min / m 2 to 1500 W ⁇ min / m 2 .
  • the aramid paper has an atomic number ratio X (O / C) of 0.31 on the bonding surface side.
  • the 5 includes a process chamber 2 that can be sealed.
  • the processing chamber 2 accommodates the processing roller 3 therein, and has an electrode 4 surrounding the processing roller 3 with a slight gap therebetween.
  • the electrode 4 is connected to a high frequency power source 5 and the processing roller 3 is grounded.
  • the processing chamber 2 is decompressed by opening the valve 6 connected to the vacuum pump, and the processing gas is supplied to the processing portion, that is, the discharge portion by opening the valve 7 connected to the gas supply source.
  • argon or nitrogen is used as the processing gas.
  • the processing chamber 2 is also provided with a pressure gauge 8 for measuring the internal pressure.
  • the unprocessed aramid paper F wound in a roll shape is drawn out from the supply unit 9 and is wound around the processing roller 3 while being guided by a plurality of guide rollers 10 in the processing chamber 2. Thereby, the aramid paper F passes through the processing portion between the processing roller 3 and the electrode 4. The aramid paper F is subjected to plasma processing in this processing portion, and is then wound again in the winding portion 11 while being guided by the guide roller 10.
  • the low-temperature plasma treatment is performed on the bonding surface of the aramid paper F. That is, when the PPS film is bonded to both sides of the aramid paper F, the aramid paper F is subjected to plasma treatment on both sides. In addition, when a PPS film is bonded to one side of the aramid paper F, the aramid paper F is subjected to plasma treatment only on the side where the PPS is bonded.
  • the surface of the PPS film bonded to the aramid paper is also treated for improving the bonding property.
  • the PPS film is also subjected to the low temperature plasma treatment using the internal electrode type low temperature plasma treatment machine 1 in the same manner as described above.
  • the plasma-treated aramid paper and the PPS film are directly heat-bonded to form an insulating sheet for an electric motor.
  • a hot press using a hot press, a laminate of an aramid paper and a PPS resin film is sandwiched between, for example, heated hot plates and pressed (pressure 20 kg / cm 2 ) for 10 minutes. Thereafter, the insulating sheet for the electric motor joined by releasing the pressure is taken out and naturally cooled to room temperature.
  • the bonding temperature and bonding pressure of the insulating sheet for electric motors and the bonding strength will be described with reference to FIG.
  • the symbol “ ⁇ ” indicates “optimal” with extremely high bonding strength
  • the symbol “ ⁇ ” indicates “suitable” with high bonding strength
  • the symbol “ ⁇ ” indicates that the bonding strength is “ ⁇ : suitable”.
  • Low “possible” is indicated
  • the symbol “x” indicates “unsuitable” with insufficient bonding strength.
  • the product is preferably “ ⁇ : suitable” or higher.
  • FIG. 6 the relationship between the temperature and pressure when the aramid paper and the PPS film subjected to the plasma treatment are thermally bonded is verified.
  • FIG. 6 shows that the bonding strength increases as the bonding temperature increases and the bonding pressure increases.
  • the insulating sheet for electric motors can obtain sufficient bonding strength by appropriately selecting the bonding temperature and the bonding pressure.
  • the experimental result which compared the Example of the insulating sheet for motors with the commercially available comparative example in heat resistance is shown in FIG.
  • the comparative example is a commercially available laminate in which aramid paper and a PPS film are joined using an adhesive. That is, in the case of the comparative example, an adhesive layer is interposed between the aramid paper and the PPS film.
  • An adhesive that bonds aramid paper and a PPS film with high adhesive strength and has high heat resistance has not been developed yet. Therefore, the laminated body of a commercially available aramid paper and a PPS film has a low thermal characteristic and durability compared with a present Example, and thickness also becomes large.
  • FIG. 7 shows the results of measuring the tensile strength retention rate after putting the laminates of the example of the insulating sheet for electric motors and the comparative example in a heating oven set at 180 ° C., and after a lapse of a certain time.
  • the retention rate of the tensile strength means the tensile strength after a certain period of time, assuming that the initial tensile strength before putting in the oven is “100%”.
  • the symbol “ ⁇ ” indicates that the tensile strength retention is “100%”
  • the symbol “ ⁇ ” indicates that the tensile strength retention is “80% or more”
  • the symbol “ ⁇ ” "” Indicates that the tensile strength retention rate is "50% or more”
  • "x” indicates that the tensile strength retention rate is "less than 50%”.
  • the numbers shown in FIG. 7 indicate the tensile strength retention rate (%).
  • the tensile strength retention rate of 100% is maintained even when the time of exposure to 180 ° C. passes 2000 hours. That is, the example of the insulating sheet for electric motors maintains a sufficient tensile strength even after 2000 hours in an atmosphere of 180 ° C.
  • the tensile strength retention rate decreases as the exposure time to the atmosphere at 180 ° C. becomes longer. Specifically, in the case of the comparative example, the tensile strength retention decreases to 85% after 250 hours, and the tensile strength retention decreases to 30% after 2000 hours.
  • the example of the insulating sheet for an electric motor maintains a sufficient tensile strength even after 2000 hours.
  • the Example of the insulating sheet for electric motors has satisfy
  • the laminated body of the comparative example clearly shows the progress of deterioration, and the tensile strength retention becomes 50% or less after 2000 hours. Therefore, the laminate of the comparative example is not practical for electric motors for hybrid vehicles and electric vehicles.
  • the insulating sheet for electric motors of this embodiment has sufficient performance as an insulating sheet applied to electric motors for hybrid vehicles and electric vehicles.
  • aramid paper and a PPS film are directly pressure-laminated without using an adhesive. That is, no adhesive layer is interposed between the aramid paper and the PPS film.
  • the PPS film is less expensive than the polyimide film, has high thermal characteristics such as heat dissipation, and has high durability against heat. As a result, high strength is maintained even when exposed to high temperatures for a long period of time.
  • the aramid paper and the PPS film are directly laminated without an adhesive layer interposed therebetween, the thickness corresponding to the adhesive layer is reduced.
  • aramid paper is laminated on both sides of the PPS in the electric motor insulating sheet.
  • the aramid paper and the PPS film are directly laminated. Therefore, even if aramid paper is laminated on both sides of the aromatic polymer film, an increase in the overall thickness can be suppressed. Therefore, it is possible to contribute to further miniaturization of the electric motor and improvement of performance while maintaining insulation.
  • the insulating sheet for an electric motor uses a PPS film as an aromatic polymer film.
  • PPS has high heat resistance and high mechanical strength. Therefore, high strength is maintained even if the thickness is reduced. Therefore, it is possible to increase durability and contribute to further miniaturization and performance improvement of the electric motor.
  • the motor insulating sheet has a plasma treatment applied to at least one surface of aramid paper or PPS film. Then, the aramid paper and the PPS film are pressed and bonded together with the plasma-treated surface as the bonding surface.
  • plasma treatment applied to the surface of the aramid paper or the PPS film, both can be joined without using an adhesive. As a result, an adhesive layer is not required and the thickness can be reduced. Therefore, it is possible to contribute to further miniaturization and improvement of performance of the electric motor while achieving both inexpensive and thermal characteristics and durability.
  • the example in which the PPS film is used as the aromatic polymer film has been described.
  • the aromatic polymer not only PPS but also polyether ether ketone, polyimide, polyether imide, para-type aromatic polyamide, and the like can be applied to the insulating sheet for an electric motor in the same manner as PPS.
  • 1 is a low temperature plasma processing machine
  • 2 is a processing chamber
  • 3 is a processing roller
  • 4 is an electrode
  • F is an aramid paper.

Abstract

　スロット絶縁シート１２を形成する電動機用絶縁シートは、アラミド紙とＰＰＳフィルムとが接着剤を用いることなく直接的に加圧積層されている。すなわち、アラミド紙とＰＰＳフィルムとの間には、接着剤層が介在しない。ＰＰＳフィルムは、ポリイミドフィルムに比較して安価であるとともに、例えば放熱性などの熱的な特性も高く、熱に対する耐久性も高い。その結果、長期間高温に晒されても、高い強度を維持する。また、接着剤層が介在することなくアラミド紙とＰＰＳフィルムとが直接的に積層されているため、接着剤層に相当する厚さが低減され、薄膜化が図られる。

Description

電動機用絶縁シートおよびその製造方法
　本発明は、例えばモータや発電機などの電動機用絶縁シートに関し、特に機械特性、耐熱性、電気絶縁性、耐薬品性に優れる電動機用絶縁シートおよびその製造方法に関する。
　近年、ハイブリッド自動車や電気自動車などの普及にともない、小型かつ高出力の電動機の開発が進んでいる。このようなハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる電動機は、コイルとこのコイルを巻くコアとの間を絶縁シートによって絶縁している。電動機に用いられる絶縁シートとして、例えばアラミド紙と称される耐熱性合成絶縁紙が用いられている。具体的には、例えば米国デュポン（Du Pont）社の耐熱性、機械的特性、電気絶縁特性に優れた厚さ２～２０ミル（ｍｉｌ）の芳香族系ポリアミド紙（商品名：ノーメックス（Nomex：登録商標）＃４１０、ノーメックス＃４１１）などが知られている。このアラミド紙は、Ｉ．Ｅ．Ｃ．規格８５（１９８４）の耐熱区分においてＨ種（１８０℃）の高耐熱性が要求される変圧器、モータ、発電機の絶縁材料として使用されている。
　一方、安価なポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル系フィルム（以下ＰＥＴ系フィルム）は、アラミド紙よりも耐熱性が劣りＩ．Ｅ．Ｃ．規格８５（１９８４）の耐熱区分はＥ種（１２０℃）である。そのため、これらＰＥＴ系フィルムは、ハイブリッド自動車や電気自動車の電動機用に不適当である。
　また、Ｈ種ほどの耐熱性を必要としないＦ種（１５５℃）用の絶縁材料として、従来から次に示す（Ａ）～（Ｃ）のものが提案されている。
　（Ａ）アラミド紙の耐熱性および耐酸化性の特徴とＰＥＴ系フィルムの電気絶縁性を活かし、それら両者を接着剤で貼合せた多層構造の絶縁材料。
　（Ｂ）アラミド紙とＰＥＴ系フィルムとを高い温度、圧力で熱接着積層一体化した絶縁材料。この絶縁材料は、ｍ－アラミド紙と二軸延伸ＰＥＴフィルムを重ね合わせ、温度２２０～２５０℃、線圧５０ｋｇ/ｃｍ以上の条件で加圧・加熱し、熱接着により積層一体化したアラミド積層体である。
　（Ｃ）アラミド繊維とアラミドパルプからなるアラミド紙層（Ａ層）の表面にＰＥＴを溶着または融点以上で含浸させた層とＰＥＴフィルムを重ね合わせたあと、ロール温度２２０～２５０℃で、圧力５０ｋｇ／ｃｍ以上でＰＥＴ間を溶着させ、さらに１００℃／分以上の降温速度で急冷して得られる積層体。
　しかしながら、上記（Ａ）のアラミド紙とＰＥＴ系フィルムとを接着剤により貼合せた絶縁材料は、接着剤が比較的硬い。そのため、アラミド紙およびＰＥＴ系フィルムの優れた可撓性が損なわれてしまい、折曲げ加工等の加工性に劣る欠点がある。また、上記（Ａ）は、潤滑油などの油を含む機器に適用した際、油の中に接着剤成分が溶け出すおそれがあり、用途が制限されてしまう。さらに、接着剤の層は、数μから数十μｍ程度の厚さを有するため、シートの厚みが増加し、電動機の小型化が妨げられる。
　これに対し、上記（Ｂ）、（Ｃ）のものは、接着剤を用いずに、アラミド紙とＰＥＴ系フィルムとを熱溶着によって接合している。これにより、（Ｂ）および（Ｃ）の材料は、接着剤を用いる欠点を解消している。ところが、上記（Ｂ）の材料は、熱溶着の温度がＰＥＴの融点（約２６０℃）に近いため、ＰＥＴフィルムの寸法変化が大きくなる。その結果、（Ｂ）の材料は、反り、収縮、しわが生じやすく、ＰＥＴが一部結晶化したりするなどの問題が生じる。したがって、（Ｂ）の材料は、安定した品質の製品を得るのが困難であるのが実情である。上記（Ｃ）の材料も、熱溶着の温度が（Ｂ）の材料と同様に高温である。そのため、（Ｃ）の材料は、アラミド紙に含浸されたＰＥＴの一部が結晶化し、優れた可撓性が損なわれる。
　また、Ｉ．Ｅ．Ｃ．規格の耐熱区分がＨ種（１８０℃）を満たす材料としてアラミド紙とポリイミドフィルムを特殊な接着剤で積層したものが提案されている。しかしながら、ポリイミドフィルムは非常に高価であるとともに、結果物として得られるアラミド紙とポリイミドフィルムとの積層体も高価なものとなる。そのため、このアラミド紙とポリイミドフィルムとの積層体は、普及用のハイブリッド自動車および電気自動車への適用が進んでいない。
　これらの結果、価格の上昇を招くことなく、例えば耐熱性および放熱性などの熱的な特性と、耐久性との両立は困難となる。また、厚みの増加や可撓性の低下、ならびに熱的な特性を低下は、電動機における巻線の巻数の増大を妨げ、電動機のさらなる性能向上を妨げるという問題がある。
　そこで、本発明は、安価で熱的な特性と耐久性とを両立し、電動機のさらなる小型化および性能の向上に寄与する電動機用絶縁シートおよびその製造方法を提供することにある。
　本発明の電動機用絶縁シートは、電動機のコアと巻線との間を絶縁する電動機用絶縁シートであって、アラミドフィブリッドおよび短繊維を主体として紙状に形成されているアラミド紙と、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、およびパラ系芳香族ポリアミドからなる群から選択される一種または二種以上からシート状に形成され、前記アラミド紙と直接的に加圧積層されている芳香族ポリマーフィルムと、を備えることを特徴とする。
　上記の構成により、本発明の電動機用絶縁シートは、アラミド紙と芳香族ポリマーフィルムとが、接着剤を用いることなく直接的に加圧積層されている。すなわち、アラミド紙と芳香族ポリマーフィルムとの間には、接着剤層が介在しない。芳香族ポリマーフィルムは、ポリイミドフィルムに比較して安価であるとともに、例えば放熱性などの熱的な特性も高く、熱に対する耐久性も高い。その結果、長期間高温に晒されても、高い強度を維持する。また、接着剤層が介在することなくアラミド紙と芳香族ポリマーフィルムとが直接的に積層されているため、接着剤層に相当する厚さが低減される。そのため、さらなる薄膜化が図られる。その結果、電動機の大型化を招くことなく巻線の巻数の増加が達成される。さらに、薄膜化が図られるため、熱伝導度が高くなり、巻線の放熱に寄与する。したがって、安価で熱的な特性と耐久性とを両立しつつ、電動機のさらなる小型化および性能の向上に寄与することができる。
　また、本発明の電動機用絶縁シートは、芳香族ポリマーフィルムの両面にアラミド紙が積層されている。アラミド紙と芳香族ポリマーフィルムとは、直接的に積層されている。そのため、芳香族ポリマーフィルムの両面にアラミド紙を積層しても、全体的な厚さの増加が抑えられる。したがって、電動機のさらなる小型化および性能の向上に寄与することができる。
　さらに、本発明の電動機用絶縁シートは、芳香族ポリマーフィルムとしてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：Poly Phenylene Sulfide）フィルムを用いている。ＰＰＳは、耐熱性が高く、かつ機械的強度も高い。そのため、厚さを低減しても高い強度が維持される。したがって、耐久性を高めることができるとともに、電動機のさらなる小型化および性能の向上に寄与することができる。
　本発明の電動機用絶縁シートの製造方法は、アラミドフィブリッドおよび短繊維を主体として紙状に形成されているアラミド紙、ならびにポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、およびパラ系芳香族ポリアミドからなる群から選択される一種または二種以上からシート状に形成されている芳香族ポリマーフィルムとを準備する工程と、前記アラミド紙または前記芳香族ポリマーフィルムの少なくともいずれか一方の表面にプラズマ処理を施す工程と、プラズマ処理が施された面を接合面として、前記アラミド紙と前記芳香族ポリマーフィルムと加圧して接合する工程と、を含むことを特徴とする。
　本発明の電動機用絶縁シートの製造方法では、アラミド紙または芳香族ポリマーフィルムの少なくともいずれか一方の表面にプラズマ処理を施している。そして、プラズマ処理を施した面を接合面としてアラミド紙と芳香族ポリマーフィルムとを加圧して接合している。このように、アラミド紙または芳香族ポリマーフィルムの表面にプラズマ処理を施すことにより、接着剤を用いることなく両者を接合することができる。その結果、接着剤層が不要となり、厚さの低減が図られる。したがって、安価で熱的な特性と耐久性とを両立しつつ、電動機のさらなる小型化および性能の向上に寄与することができる。
一実施形態による電動機用絶縁シートが適用される電動機のコアを示す概略斜視図 一実施形態による電動機用絶縁シートからなるスロット絶縁シートを示す概略斜視図 一実施形態による電動機用絶縁シートからなるクサビを示す概略斜視図 一実施形態による電動機用絶縁シートからなる相間シートを示す概略斜視図 低温プラズマ処理機の構成を概略的に示す縦断面図 一実施形態による電動機用絶縁シートの接合温度および接合圧力と接合強度との関係を示す図 一実施形態による電動機用絶縁シートと市販の比較例との耐熱性を比較した実験結果を示す図
　以下、実施形態について、図面に基づいて説明する。
　一実施形態の電動機用絶縁シートは、アラミド－芳香族ポリマーフィルム積層体である。アラミド－芳香族ポリマーフィルム積層体は、アラミド紙と芳香族ポリマーフィルムとを接着剤を介さずに直接熱接合している。
　電動機用絶縁シートは、図１に示すように例えばハイブリッド自動車や電気自動車に用いられる電動機のコア１０と巻線とを絶縁するために用いられる。電動機のコア１０は、内周側に径方向の凹凸を有する形状であり、この内周側に突出した複数の突出部１１にそれぞれ巻線が巻かれる。この巻線とコア１０の突出部１１との間を絶縁するために、図２に示すような電動機用絶縁シートで形成したスロット絶縁シート１２がコア１０の突出部１１と巻線との間に挿入される。
　具体的には、図１に示すコア１０の突出部１１の間にスロット絶縁シート１２が挿入される。そして、コア１０にスロット絶縁シート１２を挿入した後、突出部１１との間にスロット絶縁シート１２を挟み込んだ状態で巻線が巻かれる。また、電動機のコア１０には、図３に示すクサビ１３や、図４に示す相間シート１４なども挿入または設置される。このようなスロット絶縁シート１２、クサビ１３および相間シート１４は、いずれも本実施例の電動機用絶縁シートで形成される。そのため、スロット絶縁シート１２、クサビ１３および相間シート１４を形成する電動機用絶縁シートには、当然高い絶縁性が要求されるだけでなく、高い熱的な耐久性、および巻線で発生する熱をコア１０へ逃がす伝熱性が要求される。また、スロット絶縁シート１２は、コア１０と巻線との間に挟み込まれるため、できるだけ薄いことが好ましい。スロット絶縁シート１２が薄くなることにより、コア１０の周方向において隣り合う突出部１１間の間隔、すなわち巻線を巻くことができる空間は増大する。その結果、コア１０の突出部１１間の距離すなわち突出部１１間の空間が同一の容積であれば巻線の巻数を増すことができ、巻線の巻数が同一であればコア１０の突出部１１間の容積を減少させることができる。クサビ１３および相間シート１４についても同様である。その結果、薄膜化が図られた電動機用絶縁シートは、電動機の小型化と高出力との両立に寄与する。
　以下、電動機用絶縁シートについて詳細に説明する。
　アラミド紙は、ポリ－ｍ－フェニレンイソフタルアミド（ｍ－アラミド）からなるフィブリッドおよび短繊維を主体として紙状に形成されている。このアラミド紙は、紙表面が低温プラズマ処理されていることにより、芳香族ポリマーフィルムとの間で直接的に熱接合可能な性質が付与されている。
　詳細には、本実施形態に用いるアラミド紙として、市販の厚さ５ｍｉｌ（「１ｍｉｌ」は１／１０００インチ）のアラミド紙を用いている。このアラミド紙は、例えばデュポン・帝人アドバンスドペーパー株式会社より、「ノーメックス」という商品名で市販されている。また、本実施形態に用いる芳香族ポリマーフィルムとして、市販の厚さ５０μｍのＰＰＳフィルムを用いている。このＰＰＳフィルムは、例えば東レ株式会社より、「トレリナ」という商品名で市販されている。
　アラミド紙は、ＰＰＳフィルムとの接合面に対し、図５に示す内部電極方式の低温プラズマ処理機１により、処理強度などの条件を変えて低温プラズマ処理を施したものである。この場合、低温プラズマ処理機１による処理強度は、３０Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2～１５００Ｗ・ｍｉｎ／ｍ2の範囲である。本実施形態の場合、アラミド紙は接合面側の原子数の比Ｘ（Ｏ／Ｃ）が０．３１である。
　図５に示す低温プラズマ処理機１は、密閉可能な処理室２を備えている。この処理室２は、内部に処理用ローラ３を収容するとともに、この処理用ローラ３の周囲に僅かな隙間を空けて囲む電極４を有している。電極４は高周波電源５に接続し、処理用ローラ３は接地されている。処理室２は、内部が真空ポンプに接続されたバルブ６の開放によって減圧されるとともに、ガス供給源に接続されたバルブ７の開放によって処理部分すなわち放電部分に処理用のガスが供給される。ここで、処理用のガスとしては、例えばアルゴンや窒素が用いられる。処理室２は、内部の圧力を計測する圧力計８も設けられている。
　ロール状に巻かれた処理前のアラミド紙Ｆは、供給部９から引き出され、処理室２内の複数個の案内ローラ１０により案内されながら処理用ローラ３に一周程度巻き付けられる。これにより、アラミド紙Ｆは、処理用ローラ３と電極４との間の処理部分を通過する。アラミド紙Ｆは、この処理部分でプラズマ処理が行われた後、案内ローラ１０により案内されながら巻取部１１において再び巻取られる。低温プラズマ処理は、アラミド紙Ｆの接合面に対して行なわれる。すなわち、アラミド紙Ｆの両面にＰＰＳフィルムを接合する場合、アラミド紙Ｆは両面にプラズマ処理が施される。また、アラミド紙Ｆの片面にＰＰＳフィルムを接合する場合、アラミド紙ＦはＰＰＳが接合される面側にのみプラズマ処理が施される。
　アラミド紙に接合されるＰＰＳフィルムも、表面に接合性改良の処理が施されている。ＰＰＳフィルムも、上記と同様に内部電極方式の低温プラズマ処理機１を用いて低温プラズマ処理が施される。これらプラズマ処理したアラミド紙とＰＰＳフィルムとは、直接熱接合され、電動機用絶縁シートして形成される。熱接合するにあたっては、熱プレスを用い、アラミド紙とＰＰＳ樹脂フィルムとを重ね合せたものを、例えば加熱した熱板間に挟み、１０分間加圧（圧力２０ｋｇ／ｃｍ2）する。その後、放圧して接合した電動機用絶縁シートを取り出して室温まで自然冷却する。
　以下、電動機用絶縁シートの接合温度および接合圧力と接合強度との関係を図６に基づいて説明する。
　図６の場合、記号「◎」は接合強度が極めて高い「最適」を示し、記号「○」は接合強度が高い「適」を示し、記号「△」は接合強度が「○：適」より低い「可」を示し、記号「×」は接合強度が不十分な「不適」を示している。製品としては、「○：適」以上が好ましい。この図６では、上記のプラズマ処理を施したアラミド紙およびＰＰＳフィルムを熱接合する際の温度と圧力との関係を検証している。図６からは、接合強度は、接合温度が高くなるほど、接合圧力が高くなるほど向上することが分かる。このように、接合温度および接合圧力を適切に選択することにより、電動機用絶縁シートは十分な接合強度を得ることができる。
　次に、電動機用絶縁シートの実施例と市販の比較例とを耐熱性において比較した実験結果を図７に示す。
　実施例および比較例は、いずれもＰＰＳフィルムの両面にアラミド紙を接合している。ここで、比較例は、実施例と異なり、アラミド紙とＰＰＳフィルムとを接着剤を用いて接合した市販の積層体である。すなわち、比較例の場合、アラミド紙とＰＰＳフィルムとの間には接着剤層が介在している。アラミド紙とＰＰＳフィルムとを高い接着力で接合し、かつ耐熱性の高い接着剤は、未だ開発されていない。そのため、市販のアラミド紙とＰＰＳフィルムとの積層体は、本実施例と比較して熱的な特性および耐久性が低く、厚さも大きくなる。
　図７は、電動機用絶縁シートの実施例および比較例の積層体を１８０℃に設定された加熱オーブンに入れ、一定時間経過した後の引っ張り強度の保持率を測定した結果を示している。ここで、引っ張り強度の保持率とは、オーブンに入れる前の初期状態の引っ張り強度を「１００％」として、一定時間経過後の引っ張り強度を意味する。図７において、記号「◎」は引っ張り強度の保持率が「１００％」であることを示し、記号「○」は引っ張り強度の保持率が「８０％以上」であることを示し、記号「△」は引っ張り強度の保持率が「５０％以上」であることを示し、記号「×」は引っ張り強度の保持率が「５０％未満」であることを示している。また、図７において示している数字は、引っ張り強度の保持率（％）を示している。
　図７から分かるように、電動機用絶縁シートの実施例は、１８０℃に曝露された時間が２０００時間を経過しても引っ張り強度の保持率１００％を維持している。すなわち、電動機用絶縁シートの実施例は、１８０℃の雰囲気で２０００時間を経過しても十分な引っ張り強度を維持していることになる。一方、比較例の積層体の場合、１８０℃の雰囲気への曝露時間が長くなるほど、引っ張り強度の保持率が低下している。具体的には、比較例の場合、２５０時間を経過すると引っ張り強度の保持率は８５％まで低下し、２０００時間を経過すると引っ張り強度の保持率は３０％まで低下する。
　ハイブリッド自動車および電気自動車の場合、１８０℃雰囲気への曝露状態で２０００時間以上、引っ張り強度の保持率を維持することが要求されている。この要求が満たされない場合、電動機の長期間の使用によって絶縁破壊を招いたり、電動機の性能の低下を招くおそれがある。
　図７に示すように、電動機用絶縁シートの実施例は、２０００時間を経過しても十分な引っ張り強度を維持している。このように、電動機用絶縁シートの実施例は、ハイブリッド自動車および電気自動車の電動機における要求性能を満たしている。これに対し、比較例の積層体は、劣化の進行が明らかであり、２０００時間が経過すると引っ張り強度の保持率が５０％以下となる。したがって、比較例の積層体は、ハイブリッド自動車および電気自動車への電動機に対して実用的でない。
　以上説明したように、本実施形態の電動機用絶縁シートは、ハイブリッド自動車および電気自動車の電動機へ適用する絶縁シートとして十分な性能を有している。本実施形態の電動機用絶縁シートは、アラミド紙とＰＰＳフィルムとが、接着剤を用いることなく直接的に加圧積層されている。すなわち、アラミド紙とＰＰＳフィルムとの間には、接着剤層が介在しない。ＰＰＳフィルムは、ポリイミドフィルムに比較して安価であるとともに、例えば放熱性などの熱的な特性も高く、熱に対する耐久性も高い。その結果、長期間高温に晒されても、高い強度を維持する。また、接着剤層が介在することなくアラミド紙とＰＰＳフィルムとが直接的に積層されているため、接着剤層に相当する厚さが低減される。そのため、さらなる薄膜化が図られる。その結果、電動機の大型化を招くことなく巻線の巻数の増加が達成される。さらに、薄膜化が図られるため、熱伝導度が高くなり、巻線の放熱に寄与する。したがって、安価で熱的な特性と耐久性とを両立しつつ、電動機のさらなる小型化および性能の向上に寄与することができる。
　また、電動機用絶縁シートは、ＰＰＳの両面にアラミド紙が積層されている。アラミド紙とＰＰＳフィルムとは、直接的に積層されている。そのため、芳香族ポリマーフィルムの両面にアラミド紙を積層しても、全体的な厚さの増加が抑えられる。したがって、絶縁性を維持しつつ、電動機のさらなる小型化および性能の向上に寄与することができる。
　さらに、電動機用絶縁シートは、芳香族ポリマーフィルムとしてＰＰＳフィルムを用いている。ＰＰＳは、耐熱性が高く、かつ機械的強度も高い。そのため、厚さを低減しても高い強度が維持される。したがって、耐久性を高めることができるとともに、電動機のさらなる小型化および性能の向上に寄与することができる。
　電動機用絶縁シートは、アラミド紙またはＰＰＳフィルムの少なくともいずれか一方の表面にプラズマ処理を施している。そして、プラズマ処理を施した面を接合面としてアラミド紙とＰＰＳフィルムとを加圧して接合している。このように、アラミド紙またはＰＰＳフィルムの表面にプラズマ処理を施すことにより、接着剤を用いることなく両者を接合することができる。その結果、接着剤層が不要となり、厚さの低減が図られる。したがって、安価で熱的な特性と耐久性とを両立しつつ、電動機のさらなる小型化および性能の向上に寄与することができる。
　以上説明した実施形態では、芳香族ポリマーフィルムとしてＰＰＳフィルムを用いる例を説明した。しかし、芳香族ポリマーは、ＰＰＳだけでなく例えば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、パラ系芳香族ポリアミドなどもＰＰＳと同様に電動機用絶縁シートに適用することができる。
　図面中、１は低温プラズマ処理機、２は処理室、３は処理用ローラ、４は電極、Ｆはアラミド紙を示す。

Claims (5)

  1. 　電動機のコアと巻線との間を絶縁する電動機用絶縁シートであって、次の構成を備える；
    　アラミド紙：アラミドフィブリッドおよび短繊維を主体として紙状に形成されている、
    　芳香族ポリマーフィルム：ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、およびパラ系芳香族ポリアミドからなる群から選択される一種または二種以上からシート状に形成され、前記アラミド紙と直接的に加圧積層されている。
  2. 　前記芳香族ポリマーフィルムの両面に前記アラミド紙が積層されていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の電動機用絶縁シート。
  3. 　前記芳香族ポリマーフィルムは、ポリフェニレンサルファイドフィルムからなることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記載の電動機用絶縁シート。
  4. 　電動機用絶縁シートの製造方法であって、次の工程を含む；
    　アラミドフィブリッドおよび短繊維を主体として紙状に形成されているアラミド紙、ならびにポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、およびパラ系芳香族ポリアミドからなる群から選択される一種または二種以上からシート状に形成されている芳香族ポリマーフィルムとを準備する工程、
    　前記アラミド紙または前記芳香族ポリマーフィルムの少なくともいずれか一方の表面にプラズマ処理を施す工程、
    　プラズマ処理が施された面を接合面として、前記アラミド紙と前記芳香族ポリマーフィルムと加圧して接合する工程。
  5. 　前記芳香族ポリマーフィルムは、ポリフェニレンサルファイドからなることを特徴とする請求の範囲第４項記載の電動機用絶縁シートの製造方法。
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