JP2012182116A - モーター用電気絶縁性樹脂シート及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 熱可塑性樹脂を含む多孔質樹脂層を備えているモーター用電気絶縁性樹脂シートであって、当該多孔質樹脂層は1GHzにおける比誘電率が2.0以下であることを特徴とするモーター用電気絶縁性樹脂シートを提供する。前記多孔質層は、平均気泡径が5.0μm以下であり、空孔率が30%以上となる気泡を有することが好ましい。
【選択図】図1
Description
本発明に用いられる熱可塑性樹脂としては特に限定されないが、耐熱性を有する熱可塑性樹脂であることが好ましく、特にガラス転移温度が150℃以上、好ましくは180℃以上の耐熱性を有するものが好適に使用される。このような熱可塑性樹脂としては、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリイミド、液晶ポリマー、ポリエーテルイミドなどが挙げられる。熱可塑性樹脂は単独で又は2種以上混合して使用できる。
本発明において、多孔質樹脂層には、熱可塑性樹脂のほか、本発明の効果を損ねない範囲において、種々の添加剤を含んでいてもよい。この添加剤の種類は特に限定されず、粘着付与樹脂、難燃剤、酸化防止剤、無機フィラー、気泡核剤、結晶核剤、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、顔料、架橋剤、架橋助剤、シランカップリング剤などの一般的なプラスチック用配合剤などを挙げることができる。これらの添加剤は、樹脂組成物100重量部に対して、例えば0.1〜5重量部用いることができる。
本発明のモーター用電気絶縁性樹脂シートは、熱可塑性樹脂を含む多孔質樹脂層を備えており、多孔質樹脂層は、前記熱可塑性樹脂およびその他の添加剤を含む熱可塑性樹脂組成物を多孔質化することで得ることができる。多孔質化する方法は特に限定されず、従来周知の化学発泡、物理発泡などにより発泡させることで得ることが出来るが、本発明の低比誘電率の多孔質樹脂層を得るためには、微細な気泡を高い空孔率で均一に形成することが好ましく、この点から、(1)非反応性ガスにより発泡させる方法、または(2)熱可塑性樹脂中に相分離させた相分離化剤を抽出する方法、のいずれかが好ましい。これらの方法では、化学発泡の場合に用いられる発泡剤に起因する反応残渣が残らず、また気泡が独立気泡構造となるため、吸湿などによる電気特性の変動が起こりにくい。
本発明のモーター用電気絶縁性樹脂シートに用いる多孔質樹脂層は、1GHzにおける比誘電率が2.0以下であることが好ましい。多孔質樹脂層の比誘電率が2.0以下であれば、モーター用電気絶縁性樹脂シートの1GHzにおける比誘電率を2.0以下にすることが可能となり、モーターの絶縁部材として使用した際に、耐サージ電圧による絶縁破壊を防止することができる。一方1GHzにおける比誘電率が2.0を超えると、モーター用電気絶縁性樹脂シートを構成した際に、比誘電率を2.0以下にすることが困難となる。本発明においては、多孔質樹脂層の1GHzにおける比誘電率は、1.9以下、さらに1.8以下であることが好ましい(通常1.4以上)。なお比誘電率は、多孔質樹脂層固有の比誘電率に依存するが、空孔率を高くすることで低誘電化することが可能である。
空孔率(%)=[1−(多孔質樹脂層の比重/多孔化前の熱可塑性樹脂組成物の比重)]×100
次に、本発明のモーター用電気絶縁性樹脂シートについて、図1を参照して、説明する。
(比誘電率)
空洞共振器接動法により、周波数1GHzにおける複素誘電率を測定し、その実数部を比誘電率とした。測定機器は、円筒空洞共振機(アジレント・テクノロジー社製「ネットワークアナライザ N5230C」、関東電子応用開発社製「空洞共振器1GHz」)によって、短冊状のサンプル(サンプルサイズ2mm×70mm長さ)を用いて測定した。
多孔質樹脂層を液体窒素で冷却し、刃物を用いてシート面に対して垂直に切断して評価サンプルを作製した。サンプルの切断面にAu蒸着処理を施し、該切断面を走査型電子顕微鏡(SEM)(日立製作所社製「S−3400N」)で観察した。その画像を画像処理ソフト(三谷商事社製「WinROOF」)で二値化処理し、気泡部と樹脂部とに分離して気泡の最大垂直弦長を測定した。気泡径の大きいほうから50個の気泡について平均値をとり、平均気泡径とした。
発泡前の熱可塑性樹脂組成物、および発泡後の多孔質樹脂層の比重を比重計(Alfa Mirage社製「MD−300S」)により測定し、下記式より算出した。
空孔率(%)=[1−(多孔質樹脂層の比重/多孔化前の熱可塑性樹脂組成物の比重)]×100
50mm×50mmに切り出した試料を真鍮電極とステンレス板間挟み、交流電源を接続し、200V/秒で0kVから電圧を印加し、電荷量が100Pcを示したときの印加電圧(放電開始電圧)Vpeakを測定した。本発明においては、部分放電開始電圧が1200Vpeak以上であれば良い。
シートの流れ方向に沿って15mm幅で切断した試験サンプルを作製した。作製したサンプルを220℃に加熱した恒温槽に1000時間放置した。恒温槽に放置する前と後のサンプルについて、JIS C2151における「引張強さ」に準じ、23℃において、200mm/分、標線100mmの条件で引張試験を行い、引張強度を測定した。下記の式により、強度残率を算出した。
強度残率(%)= [(放置後の引張強度)/(放置前の引張強度)]×100
本発明においては、上記評価で得られる強度残率が50%以上であれば良い。
ポリエーテルイミド樹脂(SABIC社製、商品名「ウルテム1000」、Tg217℃ 比重1.27)を二軸押出機により厚さ120μmの単層シートとした。未発泡の単層シートを、500ccの耐圧容器に入れ、槽内を200℃、25MPaの二酸化炭素雰囲気中に0.5時間保持することにより、二酸化炭素を含浸させた。その後、300MPa/秒でこのシートを大気圧に戻した後、厚さ200μmのポリエーテルイミドからなる多孔質樹脂層を得た。得られた多孔質樹脂層の平均気泡径は4.1μm、空孔率は55%、比誘電率は1.8(1GHz)であった。
ポリエーテルイミド樹脂(SABIC社製、商品名「ウルテム1000」、Tg217℃ 比重1.27)と、相分離化剤としてポリプロピレングリコール(日油社製、商品名「ユニーオールD−400」、平均分子量400)を重量比100:75で、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解させ、固形分濃度20%の熱可塑性樹脂組成物を得た。この熱可塑性樹脂組成物をアプリケーターを用いて塗布し、その後110℃で10分乾燥させてNMPを蒸発除去し、厚さ100μmの熱可塑性樹脂シートを得た。
ポリエーテルイミド樹脂(SABIC社製、商品名「ウルテム1000」、Tg217℃ 比重1.27)とポリエーテルイミド樹脂(SABIC社製、商品名「ウルテムXH6050」、Tg247℃ 比重1.30)を質量比40:60になるように二軸押出機により混練し厚さ120μmの単層シートを得た以外は、実施例1と同様の方法で厚さ200μmの多孔質樹脂層を得た。得られた多孔質樹脂層の平均気泡径は3.9μm、空孔率は49%、比誘電率は1.9(1GHz)であった。
実施例2の相分離化剤を添加しない以外は、同様な方法で厚さ100μmのポリエーテルイミドからなる無孔の樹脂層を得た。得られた無孔樹脂層の比誘電率は2.7(1GHz)であった。
ポリエチレンナフタレート(PEN)の無孔フィルム(帝人デュポンフィルム社製商品名「テオネックス100μm」)を電気絶縁性樹脂シートとした。
2(2´) 多孔質樹脂層
3(3´) シート材
Claims (12)
- 熱可塑性樹脂を含む多孔質樹脂層を備えているモーター用電気絶縁性樹脂シートであって、1GHzにおける比誘電率が2.0以下であることを特徴とする、モーター用電気絶縁性樹脂シート。
- 前記多孔質樹脂層は、平均気泡径が5.0μm以下であり、空孔率が30%以上となる気泡を有することを特徴とする、請求項1に記載のモーター用電気絶縁性樹脂シート。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホンから選ばれるいずれか1種であることを特徴とする、請求項1または2に記載のモーター用電気絶縁性樹脂シート。
- 前記熱可塑性樹脂が、ガラス転移温度が異なる2種類以上の熱可塑性樹脂の混合物であることを特徴とする、請求項1〜3に記載のモーター用電気絶縁性樹脂シート。
- 前記多孔質樹脂層の少なくとも片面にシート材を備えていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のモーター用電気絶縁性樹脂シート。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のモーター用電気絶縁性樹脂シートの製造方法であって、
少なくとも熱可塑性樹脂を含む熱可塑性樹脂組成物に非反応性ガスを加圧下で含浸させるガス含浸工程、ガス含浸工程後に圧力を減少させて熱可塑性樹脂組成物を発泡させる発泡工程、により多孔質樹脂層を製造することを特徴とする、モーター用電気絶縁性樹脂シートの製造方法。 - 前記発泡工程後に、150℃以上の温度で多孔質樹脂層を加熱する加熱工程を含むことを特徴とする、請求項6に記載のモーター用電気絶縁性樹脂シートの製造方法。
- 非反応性ガスが二酸化炭素であることを特徴とする、請求項6または7に記載のモーター用電気絶縁性樹脂シートの製造方法。
- 非反応性ガスを超臨界状態で含浸させることを特徴とする、請求項6〜8のいずれか1項に記載のーター用電気絶縁性樹脂シートの製造方法。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のモーター用電気絶縁性樹脂シートの製造方法であって、
熱可塑性樹脂と、該熱可塑性樹脂の硬化体と相分離する相分離剤とを含む熱可塑性樹脂組成物を基板上に塗布し、乾燥あるいは硬化させてミクロ相分離構造を有する熱可塑性樹脂シートを作製する工程、熱可塑性樹脂シートから相分離化剤を除去する工程、により多孔質樹脂層を製造することを特徴とする、モーター用電気絶縁性樹脂シートの製造方法。 - 相分離化剤を溶剤抽出により除去することを特徴とする、請求項10に記載のモーター用電気絶縁性樹脂シートの製造方法。
- 溶剤が液化二酸化炭素、亜臨界二酸化炭素または超臨界二酸化炭素から選ばれる一種であることを特徴とする、請求項11に記載のモーター用電気絶縁性樹脂シートの製造方法。
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