JP3461111B2

JP3461111B2 - 熱硬化性樹脂組成物及びこれを用いた回転機器用コイル

Info

Publication number: JP3461111B2
Application number: JP34839897A
Authority: JP
Inventors: 学山根
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1997-12-18
Filing date: 1997-12-18
Publication date: 2003-10-27
Anticipated expiration: 2017-12-18
Also published as: JPH11181295A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱硬化性樹脂組成
物及びこれを用いて絶縁処理された自動車に使用される
発電機又は駆動用モータ等の回転機器用コイルに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用モータ、発電機などの稼動
中に大きな振動が加わる回転機等の電気機器の絶縁ワニ
スには、高温時の機械特性、電気絶縁性、高電圧特性
（耐アーク性、耐トラッキング性）に優れた酸無水物硬
化型のエポキシワニスが多用されている。近年、これら
の電気機器の小型軽量化が進み、従来以上に性能及び信
頼性の向上が要求されるようになり、特に、稼動中の機
器より発生する熱を放散する対策がうまくできず、高温
での固着性能重視及び耐熱劣化特性重視のため、機器の
より小型化が困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱伝導率が
向上し、かつ耐熱特性に優れた熱硬化性樹脂組成物及び
これを用いた回転機器用コイルを提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、（Ａ）ＵＬ１
４４６で規定された耐熱寿命評価試験において、Ｆ種
（１５５℃）以上の耐熱寿命を有する熱硬化性樹脂及び
（Ｂ）無機質充填剤を含有し、（Ａ）成分及び（Ｂ）成
分を混合後、硬化したものの熱伝導率が５×１０^-4cal/
cm・s・℃以上である熱硬化性樹脂組成物及びこれを用い
て絶縁処理されてなる回転機器用コイルに関する。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明に（Ａ）成分として用いる
熱硬化性樹脂は、上記のようにＵＬ１４４６で規定され
た耐熱寿命評価試験において、Ｆ種（１５５℃）以上の
耐熱寿命を有するものであれば、特に制限はないが、
（Ａ）成分及び（Ｂ）成分を混合後、硬化したものの熱
伝導率が５×１０^-4cal/cm・s・℃以上であることが必要
である。熱伝導率が５×１０^-4cal/cm・s・℃未満である
と、稼動中の機器から発生する熱を放散しにくくなる。
また、本発明に（Ｂ）成分として用いる無機質充填剤
は、水和アルミナ、溶融シリカ、結晶シリカ、酸化マグ
ネシウム、炭酸カルシウム、タルク、珪酸ジルコニウム
等が挙げられ、その種類に特に制限はない。

【０００６】本発明の熱硬化性樹脂組成物において、
（Ａ）成分と（Ｂ）成分の混合物の、２５℃で回転型粘
度計で測定した回転数３０〜６０rpmでの粘度は、０．
０５〜１．５Pa・sの範囲にあるのが好ましい。この粘度
が０．０５Pa・s未満であると、コイルへのワニス付着量
が減少し、固着が低下する傾向があり、１．５Pa・sを超
えると、コイル内部へのワニス浸透性が低下し、コイル
とコイルの間に隙間が生じ、熱伝導率が低下する傾向が
ある。また、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分を混合後、硬化
したもののガラス転移温度が１２０℃以上であるのが好
ましい。このガラス転移温度が１２０℃未満であると機
器の稼動時の発熱により、硬化物が軟化し、変形する可
能性がある。さらに、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分を混合
後、硬化したものの１５５℃でのストラッカー接着力が
２００Ｎ以上であることが好ましい。ストラッカー接着
力が２００Ｎ未満であると、機器の稼動中の発熱によ
り、コイル固着力が低下する傾向がある。

【０００７】本発明の熱硬化性樹脂組成物において、
（Ｂ）成分として用いる無機質充填剤の配合量は、熱硬
化性樹脂１００重量部に対して１０〜５０重量部の範囲
とすることが好ましい。これより少ない場合、熱伝導率
の向上が図れず、機器の熱放散性向上が図れない。ま
た、これより多い場合、１５５℃でのストラッカー接着
力が低下し、稼動中の機器より発生する振動に耐えきれ
ず、エナメル線が動いてしまう等の問題が発生する。

【０００８】本発明における熱硬化性樹脂としては、不
飽和ポリエステル樹脂組成物、酸硬化型エポキシ樹脂組
成物などがある。

【０００９】本発明に使用される不飽和ポリエステル樹
脂組成物は、不飽和ポリエステル樹脂が架橋性モノマー
に溶解されたものである。本発明に用いられる不飽和ポ
リエステル樹脂は、不飽和二塩基酸を必須成分とする酸
成分とアルコール成分を反応させて得られる。不飽和二
塩基酸としては、無水マレイン酸、マレイン酸、フマル
酸などが用いられ、これらは単独で用いても併用しても
よい。酸成分としては、通常は、不飽和二塩基酸のほか
飽和酸が、含まれる不飽和基の量を調節して可撓性、耐
熱性、耐薬品性などの性質を付与するために併用され
る。飽和酸としては、無水フタル酸、フタル酸、イソフ
タル酸、テレフタル酸、テトラヒトロ無水フタル酸、ヘ
キサヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、テト
ラヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロフタル酸、アジピ
ン酸、セバチン酸等の飽和二塩基酸などが挙げられる。
これらは単独で用いても併用してもよい。不飽和酸の量
は、全酸成分中５０〜９０当量％の範囲で選択されるこ
とが好ましい。

【００１０】アルコール成分としては、ジエチレングリ
コール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリ
コール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコ
ール、ポリプロピレングリコール等、エーテル結合を有
する多価アルコールが好ましく用いられる。これらは単
独で用いても併用してもよい。アルコール成分として
は、エーテル結合を有するアルコール成分のほかに、エ
ーテル結合を持たないアルコール成分を用いてもよい。
このようなアルコール成分としては、エチレングリコー
ル、プロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、
ネオペンチルグリコール、グリセリン、１，６−ヘキサ
ンジオールなどが用いられる。これらは単独で用いても
併用してもよい。エーテル結合を有するアルコールを使
用することにより、可撓性を改善することができるた
め、好ましい。このために、エーテル結合を有するアル
コール成分の量は、全アルコール成分中３０〜１００当
量％の範囲で使用することが好ましく、７０〜９０当量
％の範囲で使用することが特に好ましい。

【００１１】本発明に使用される不飽和ポリエステル樹
脂は、酸成分とアルコール成分を混合して１９０〜２２
０℃に昇温させ、脱水縮合反応させて得ることができ
る。全酸成分１当量に対して全アルコール成分は１〜
１．３当量の範囲で使用することが好ましく、また、ジ
シクロペンタジエニルモノマレートを、全酸成分中３〜
３０当量％の範囲で使用することが好ましく、また、ジ
シクロペンタジエンを全酸成分１モルに対して０．１〜
０．６モル使用することが好ましい。ジシクロペンタジ
エニルモノマレート又はジシクロペンタジエンを使用す
ることにより樹脂に耐熱性を付与することができるが、
多すぎると可撓性が低下する傾向がある。

【００１２】本発明で使用される架橋性モノマーとして
は、スチレン、ビニルトルエン、アクリル酸エステル
類、メタクリル酸エステル類などが挙げられる。不飽和
ポリエステル樹脂と架橋性モノマーとの配合比は、不飽
和ポリエステル樹脂と架橋性モノマーの合計量を１００
重量部として、不飽和ポリエステル樹脂２０〜８０重量
部、架橋性モノマー８０〜２０重量部とことが好まし
く、特に不飽和ポリエステル樹脂３０〜６０重量部、架
橋性モノマー７０〜４０重量部とすることが好ましい。

【００１３】硬化剤としては、例えば、ベンゾイルパー
オキサイド、ターシャリブチルパーオキサイド、メチル
エチルケトンパーオキサイドなど一般に用いられている
有機過酸化物が用いられる。硬化剤は、少ないと硬化に
長時間を要し、多いと硬化が速すぎて作業性が悪くなる
ので（タンクライフが短くなるので）、不飽和ポリエス
テル樹脂と架橋性モノマーの総量に対して０．２〜４重
量％の範囲で適宜選定される。

【００１４】酸硬化型エポキシ樹脂組成物は、酸無水物
及びエポキシ樹脂を含む。本発明に用いられる酸無水物
としては、特に制限はないが、常温で液体のものが好ま
しく、例えば、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、メチ
ルヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレン無
水フタル酸、ドデセニル無水コハク酸などが挙げられ
る。市販品としては、ＨＮ−５５００、ＨＮ−２２０
０、ＭＨＡＣ−Ｐ（日立化成工業(株)製、商品名）、Ｑ
Ｈ−２００（日本ゼオン(株)製、商品名）などが挙げら
れる。これらは単独で又は２種以上組み合わせて用いる
こともできる。

【００１５】酸無水物の硬化促進剤としては、例えば、
２−エチル−４−メチルイミダゾール、１−シアノエチ
ル−４−メチルイミダゾール、１−ベンジル−２−エチ
ルイミダゾール等のイミダゾール及びその誘導体、トリ
スジメチルアミノフェノール、ベンジルジメチルアミン
等の第３級アミン類などが挙げられる。市販品として
は、２Ｅ４ＭＺ（四国化成工業(株)製、商品名）、ＢＤ
ＭＡ（花王(株)製、商品名）などが挙げられる。硬化促
進剤は、単独で又は２種類以上を組み合わせて用いられ
る。これらの硬化促進剤の配合量は、酸無水物１００重
量部当たり０．１〜１０重量部が反応性の点で好まし
く、０．１〜５重量部がさらに好ましく、０．１〜３重
量部が特に好ましい。

【００１６】エポキシ樹脂組成物に含まれるエポキシ樹
脂としては、１分子中に少なくとも２個のエポキシ基を
有する化合物が用いられるが、エポキシ当量が１００〜
４０００のものが好ましく、エポキシ当量が１５０〜１
０００のものがより好ましく、特に、エポキシ当量が１
７０〜５００のものが好ましい。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ＡＤ型エポ
キシ樹脂、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサン
ジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレング
リコール、トリメチロールプロパン等の多価アルコール
のポリグリシジルエーテル、フタル酸、テトラヒドロフ
タル酸、ヘキサヒドロフタル酸、セバチン酸、ドデカン
二酸等のポリカルボン酸のポリグリシジルエステル、ポ
リブタジエンのポリエポキシ化物などが用いられる。こ
れらの樹脂としては、特に制限はないが、常温で液状の
ものが好ましく、市販品としてはエピコート８２８（油
化シェルエポキシ(株)製、商品名）、ＧＹ−２６０（チ
バガイギー社製、商品名）、ＤＥＲ−３３１（ダウケミ
カル日本(株)製、商品名）などが挙げられる。これらは
単独で又は併用して用いることができる。

【００１７】また、エポキシ樹脂として、ポリプロピレ
ングリコールジグリシジルエーテル、ポリエチレングリ
コールジグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシ
ジルエーテル等の反応性希釈剤となる低分子量エポキシ
樹脂を使用する場合には、それより高分子量のものと併
用することが好ましい。さらに、エポキシ樹脂として、
１分子中にエポキシ基を１個だけ有するエポキシ化合物
を含んでいてもよい。このようなエポキシ化合物は、エ
ポキシ樹脂全量に対して０〜４０重量％の範囲で使用す
ることが好ましく、０〜２０重量％の範囲で使用するこ
とが好ましい。このようなエポキシ化合物としては、ｎ
−ブチルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエー
テル、ジブロモフェニルグリシジルエーテル、ジブロモ
クレジルグリシジルエーテルなどがある。また、メチル
（３，４−エポキシシクロヘキサン）カルボキシレート
等の脂環式エポキシ化合物を使用することもできる。

【００１８】これらエポキシ樹脂の配合量は、酸無水物
１００重量部に対して７０〜１００重量部であるのが好
ましく、９０〜１５０重量部がより好ましく、１００〜
１４０重量部がさらに好ましい。エポキシ樹脂が少なす
ぎても多すぎても、酸無水物とエポキシ樹脂のバランス
が崩れて、充分に硬化が進まない。

【００１９】本発明の熱硬化性樹脂組成物には、着色
剤、無機質充填剤の沈降防止剤等を組み合わせて使用す
ることができる。本発明の熱硬化性樹脂組成物は、耐熱
特性に優れ、熱伝導率も高いので、この組成物を用いて
絶縁処理することにより熱放散性及びコイルの固着力が
充分な電気機器が得られる。電気機器としては、自動車
に使用される発電機又は駆動用モータの構成部品である
ステータコイル及びアーマチュアコイルなどがあり、処
理法としては、浸漬含浸、滴下含浸などが挙げられる。
処理条件には、特に制限はない。

【００２０】

【実施例】次に、本発明を実施例により説明するが、本
発明はこれによって制限されるものではない。なお、下
記例中の「部」は、特に断らない限り、「重量部」を意
味する。

【００２１】実施例１ジシクロペンタジエン８モルとマレイン酸８モルを合成
釜に仕込み、さらにハイドロキノンを上記２物質の総重
量の０．０２重量％仕込み、７０℃に昇温し、水を０．
４モル添加した。反応熱に注意しながら１４０℃まで昇
温し、次に９０℃に降温した。さらに、水を０．４モル
添加し、反応熱に注意しながら１４０℃まで昇温し、１
４０℃で１時間反応させた後、１００℃以下に降温し
た。次に、エチレングリコール１モル、２，２’−オキ
シジエタノール１０モル、無水フタル酸１モル、無水マ
レイン酸５モルを仕込み、２０５℃で９時間合成し、酸
価が２５以下になったところで反応を終了させ、不飽和
ポリエステル樹脂を得た。得られた不飽和ポリエステル
樹脂１００部とスチレン４５部を８０℃で１時間混合
し、不飽和ポリエステル樹脂Ａを得た。ＵＬ１４４６で
規定された耐熱寿命評価試験において、エステルイミド
線と組み合わせたツイストペアのＴ．Ｉ．が１９３℃の
不飽和ポリエステル樹脂Ａ１００部と、無機質充填剤と
して結晶シリカ（ボクスイブラウン社製商品名Ｍ１Ｎ−
Ｕ−ＳＩＬ３０、平均粒子径５〜１５ミクロン）４０部
を混合し、均一な樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成
物の粘度及び硬化物の熱伝導率、ガラス転移温度、スト
ラッカー接着力を下記の方法で測定し、結果を表１に示
した。

【００２２】試験方法粘度ＢＬ型回転粘度計を用いて、回転数６０rpmで試験し
た。熱伝導率直径５０×５mmの硬化物を作製し、熱流法型熱伝導計を
用いて、熱盤１の数値Ｔ１（mV）、熱盤２の数値Ｔ２
（mV）、試験片の数値Ｑ（mV）及び厚みゲージより試験
片の厚みｄ（mm）を測定する。得られた数値を以下の式
を用いて熱伝導率を求めた。

【数１】ガラス転移温度厚み０．３mm、大きさ２〜３mm角の硬化物を作製し、熱
物理試験機のペネトレーションプローブを用いて８ｇの
一定加重で昇温速度１０℃／分で温度と変位との関係曲
線を得る。得られた曲線の変位の変曲点を接線を引いて
求め、その温度をガラス転移温度とした。

【００２３】ストラッカー接着力ＪＩＳＣ−２１０５のストラッカー接着力試験に準じ
て試験を行った。ただし、直径１．２mmのピアノ線を直
径２．０mmのアミドイミド線に、また試験片長１００mm
と５０mmを、それぞれ８０mmと４０mmに変更して試験片
とした。この試験片を樹脂組成物で塗布処理し、加熱処
理し、供試試験片とした。試験は１５５℃で５個行い、
その平均値をとった。さらに、得られた樹脂組成物を用
いてコイルを絶縁処理し、そのコイルの通電時の温度上
昇及びコイル固着性を下記の方法で試験し、結果を表１
に示す。コイル温度上昇樹脂組成物を用いて直径９０mm、積み厚５０mmのコンデ
ンサーモータ（ステータコイル）のコイル部分に滴下含
浸処理し、加熱硬化させて試験片を作成した。この試験
片に１００Ｖで通電し、コイルの温度上昇を測定した。コイル固着性コイル温度上昇の測定用に作成した試験片を１５５℃雰
囲気に３時間放置後、コイルの固着状態を評価した。

【００２４】実施例２無機質充填剤として使用した結晶シリカの含有量を４０
部から２０部に変更した以外は、実施例１と同様に樹脂
組成物を作製し、実施例１と同様な試験を行い、結果を
表１に示した。

【００２５】実施例３エピコート８２８（油化シェルエポキシ(株)製、商品
名）１００部、酸無水物硬化剤ＭＨＡＣ−Ｐ（日立化成
工業(株)製、商品名）８０部に２−エチル−４−メチル
イミダゾール２部を加え、均一に混合し、酸無水物硬化
型エポキシ樹脂を得た。（Ａ）ＵＬ１４４６で規定された耐熱寿命評価試験にお
いて、アミドイミド線と組み合わせたツイストペアの
Ｔ．Ｉ．が１６３℃の酸無水物硬化型エポキシ樹脂１０
０部と、無機質充填剤として結晶シリカ（ボクスイブラ
ウン社製商品名ＭＩＮ−Ｕ−ＳＩＬ３０、平均粒子径５
〜１５ミクロン）１０部を混合し、均一な樹脂組成物を
得た。得られた樹脂組成物を用いて実施例１と同様な試
験を行い、結果を表１に示した。

【００２６】比較例１実施例１の樹脂組成物から無機質充填剤を除いたものを
樹脂組成物とし、以下実施例１と同様な評価を行い、結
果を表１に示した。

【００２７】比較例２実施例３の樹脂組成物から無機質充填剤を除いたものを
樹脂組成物とし、以下実施例１と同様な評価を行い、結
果を表１に示した。

【００２８】比較例３エチレングリコール３４１部（５．５モル）、無水フタ
ル酸２９６部（２．０モル）、無水マレイン酸１９６部
（２．０モル）、大豆油脂肪酸５６０部（２．０モル）
及びハイドロキノン０．２４部を四つ口フラスコに入
れ、２００℃で約１０時間加熱縮合し、酸価２０．８の
不飽和ポリエステル樹脂を合成した。この不飽和ポリエ
ステル樹脂４０部、スチレン６０部及び８％ナフテン酸
マンガン０．５部を攪拌溶解し、不飽和ポリエステル樹
脂Ｂを得た。ＵＬ１４４６で規定された耐熱寿命評価試
験において、ポリエステル線と組み合わせたツイストペ
アのＴ．Ｉ．が１５２℃の不飽和ポリエステル樹脂Ｂ１
００部と、無機質充填剤として結晶シリカ（ボクスイブ
ラウン社製商品名ＭＩＮ−Ｕ−ＳＩＬ３０、平均粒子径
５〜１５ミクロン）４０部を混合し、均一な樹脂組成物
を得る。得られた樹脂組成物を用いて実施例１と同様な
試験を行い、結果を表１に示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【発明の効果】本発明の熱硬化性樹脂組成物は、熱伝導
率が大きく、耐熱特性に優れているため、この樹脂組成
物を用いて処理した回転機器は、小型化による機器の自
己発熱を放散できるとともに、高温での信頼性が向上す
るので、回転機器のより小型化を図ることができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）ＵＬ１４４６で規定された耐熱寿
命評価試験において、Ｆ種（１５５℃）以上の耐熱寿命
を有する熱硬化性樹脂及び（Ｂ）無機質充填剤を含有
し、（Ａ）成分及び（Ｂ）成分を混合後、硬化したもの
の熱伝導率が５×１０^-4cal/cm・s・℃以上である熱硬化
性樹脂組成物。
【請求項２】（Ａ）成分と（Ｂ）成分の混合物の、２
５℃で回転型粘度計で測定した回転数３０〜６０rpmで
の粘度が０．０５〜１．５Pa・sの範囲にある請求項１記
載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項３】硬化したもののガラス転移温度が１２０
℃以上である請求項１記載の熱硬化性樹脂組成物。
【請求項４】硬化したものの１５５℃でのストラッカ
ー接着力が２００Ｎ以上である請求項１記載の熱硬化性
樹脂組成物。
【請求項５】請求項１、２、３又は４に記載の熱硬化
性樹脂組成物を用いて絶縁処理されてなる回転機器用コ
イル。