(57)【要約】      （修正有）【課題】熱伝導性かつ電気絶縁性のコンポジット組成物を提供する。【解決手段】コンポジット組成物はエポキシ樹脂とフィラーとを含む。エポキシ樹脂は１分子あたり少なくとも２つのエポキシド基を有し、反応性希釈剤を有する。コンポジット組成物はコンポジット組成物の全体積に対して約５体積％〜約２０体積％のフィラーを含む。コンポジット組成物のコーティングを有する電気部品。【選択図】図１
2014122346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１分子あたり少なくとも２つのエポキシド基を有し、反応性希釈剤を有するエポキシ樹脂と、前記コンポジット組成物の全体積に対して約５体積％〜約２０体積％のフィラーとを含む、熱伝導性かつ電気絶縁性のコンポジット組成物。
【請求項２】
前記反応性希釈剤がスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンの異性体またはその混合物、ｔ−ブチルスチレンの異性体またはその混合物、ジビニルベンゼンの異性体またはその混合物、およびジイソプロペニルベンゼンの異性体またはその混合物、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択され、
前記反応性希釈剤が前記エポキシ樹脂の全重量に対して約３重量％〜約３３重量％の間の量で存在する、請求項１に記載のコンポジット組成物。
【請求項３】
前記エポキシ樹脂がフェノール系促進剤を前記エポキシ樹脂の全重量に対して約０．１重量％〜約１５重量％の間の量でさらに含む、請求項１に記載のコンポジット組成物。
【請求項４】
前記エポキシ樹脂が２５℃で約３０００ｃｐｓ未満の粘度を有する、請求項１に記載のコンポジット組成物。
【請求項５】
前記エポキシ樹脂が約６％〜約１２％の範囲の体積収縮を有する、請求項１に記載のコンポジット組成物。
【請求項６】
前記フィラーが窒化ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、およびアルミナからなる群から選択される材料を含み、
記フィラーが約８体積％〜約１５体積％の間の量で存在する、
請求項１に記載のコンポジット組成物。
【請求項７】
前記フィラーが約１００ｎｍ〜約１００μｍの平均サイズを有する粒子を含む、請求項１に記載のコンポジット組成物。
【請求項８】
コンポジット組成物のコーティングによって少なくとも部分的に覆われた電気部品であって、前記コンポジット組成物が、１分子あたり少なくとも２つのエポキシド基を有し反応性希釈剤を有するエポキシ樹脂と、前記コンポジット組成物の全体積に対して約５体積％〜約２０体積％のフィラーとを含む、電気部品。
【請求項９】
工業用モーター、スターター発電機およびモーター、ならびに高出力エレクトロニクスを構成する、請求項８に記載の電気部品。
【請求項１０】
前記コーティングが約１Ｗ／ｍ−Ｋ〜約３Ｗ／ｍ−Ｋの範囲の熱伝導度を有する、請求項８に記載の電気部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に電気絶縁に関し、より具体的には電気機器、たとえばモーターおよび発電機のコイルの絶縁のために用いられる、熱伝導性が改良されたコンポジット組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器、たとえばモーターおよび発電機の電力密度は、ステーターおよびローターの中の銅の巻き線が発生する熱を除去することが困難なため、限界があるのが普通である。銅の巻き線の上に用いられる電気絶縁材料の熱伝導性が低いために、熱の移動は一般に妨げられる。そのような用途における絶縁材料としては、一般にガラス布、ガラス繊維、マイカテープ、熱可塑性フィルムおよび同様の材料がある。そのような絶縁材料は一般に、適当な絶縁を提供しつつ、電気機器の様々な電気的厳密性に耐え得る機械的および物理的特性を有する必要がある。また、絶縁材料は操作温度の極端な変動に耐え、長い寿命を提供する必要がある。
【０００３】
一般に、マイカテープ等のこれらの絶縁材料は、銅の巻き線に適用する前に、硬化可能なポリマー材料に含浸、即ち前含浸されるか、またはその後に、真空含浸法によって含浸される。いずれの場合においても、樹脂組成物は所定の位置に空隙なく適用され、硬化されなければならない。それは、これらの空隙により、たとえば電気的ストレス下の破壊の結果として、絶縁体の使用期間が短くなる可能性があるからである。そのため、樹脂組成物は事実上、溶媒を含まないものでなくてはならない。同時に、樹脂がコイルの巻き線の周囲およびその間に容易に流れ、前含浸材料の調製の際に効率的に浸透するように、樹脂の粘度は比較的低くなくてはならない。
【０００４】
これらの種類の応用のためには、通常、エポキシ樹脂がポリエステル樹脂よりも好ましい。それは、エポキシ樹脂の熱的安定性、接着、引っ張り強度、曲げ強度および圧縮強度、ならびに溶媒、オイル、酸およびアルカリに対する耐性が実質的に優れているからである。しかし、これらの樹脂の粘度は典型的には高く、たとえば４，０００〜６，０００センチポイズ（ｃｐｓ）、またはそれより高いオーダーである。ある種の硬化剤を添加すると、その粘度は７，０００〜２０，０００ｃｐｓの範囲になることがあり、これは有用な含浸の目的には高すぎることが多い。ある種のエポキシ希釈剤を用いることによってこの種の粘度を実質的に低下させることはできるものの、この方法による従来のいくつかの試みは組成物の熱的安定性を低下させ、それにより絶縁特性を犠牲にするように作用するだけであった。
【０００５】
近年、一般的な絶縁体の熱伝導度は、ポリマー材料に無機フィラーを添加することによって、たとえば約０．２Ｗ／ｍＫから約０．５Ｗ／ｍＫに改善された。これらのフィラーは熱伝導性であるが、電気絶縁性である。しかし、絶縁材料中のフィラーが高いレベルであると、材料の誘電特性を損ねることがある。たとえば、大部分の無機フィラーは絶縁材料に比べて誘電率が高く、そのためコンポジット絶縁材料の全体の誘電率が増大する傾向がある。材料の誘電率が高すぎると、その材料が用いられる用途が限定されることがある。また、これらのフィラーを含む絶縁材料は、フィラーを含まない材料よりも脆いことがある。
【０００６】
したがって、電気機器における熱輸送を改善することができる高熱伝導性絶縁材料に対するニーズが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第８，０３９，５３０号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明の実施形態は電気機器の絶縁のためのコンポジットコーティングを対象としている。
【０００９】
１つの実施形態において、熱伝導性かつ電気絶縁性のコンポジット組成物はエポキシ樹脂とフィラーとを含む。エポキシ樹脂は１分子あたり少なくとも２つのエポキシド基を有し、反応性希釈剤を含む。コンポジット組成物はコンポジット組成物の全体積に対して約５体積％〜約２０体積％のフィラーを含む。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、電気絶縁のためのコンポジット組成物のコーティングを有する電気部品を対象としている。コンポジットコーティングはエポキシ樹脂とフィラーとを含む。エポキシ樹脂は１分子あたり少なくとも２つのエポキシド基を有し、反応性希釈剤を含む。コーティングはコンポジット組成物の全体積に対して約５体積％〜約２０体積％のフィラーを含む。
【００１１】
付随する図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、本発明のこれらのおよびその他の特徴、態様、および利点をより良く理解することができよう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態による、フィラーを含むコンポジット組成物の概略図である。
【図２】本発明の実施形態による、マイカテープを巻き付け、コンポジット組成物でコートおよび含浸した導電体バーの断面図である。
【図３】本発明の実施形態による、真空含浸コンポジット組成物を設けた導電体の拡大した部分断面図である。
【図４】比較試料と発明試料の熱伝導度を比較して示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、電気絶縁のために電気機器、たとえばステーターまたはローターにおける銅の巻き線に適用または使用され得るコンポジット組成物に関する実施形態を含む。本明細書全体を通して、「コンポジット組成物」は、「コンポジット材料」、または「絶縁する材料」、または「絶縁材料」とも称することがある。
【００１４】
以下に詳細に議論するように、本発明の実施形態のいくつかは、電気機器の電気絶縁のための高熱伝導性コンポジット組成物（または「材料」もしくは「ワニス」）およびこれを用いた電気機器を提供する。これらの実施形態は有利には電気絶縁のための高熱伝導性の改善されたコーティングを提供する一方、誘電特性、電気抵抗、耐電圧、熱安定性、および熱膨張係数等のその他の絶縁特性、さらには線形粘弾性、非線形粘弾性、動的モジュラス等の粘弾性特性には悪影響を及ぼさない。
【００１５】
本発明の種々の実施形態の要素を導入する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」および「前記（ｓａｉｄ）」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味すると意図されている。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」は包含的であると意図されており、列挙した要素以外に追加的な要素があり得ることを意味する。本明細書においては、用語「および／または」は、１つまたは複数の関連した記載項目の任意かつ全ての組み合わせを含む。
【００１６】
本明細書においては、用語「ｍａｙ」および「ｍａｙ  ｂｅ」は、一連の状況において存在すること、指定された特性、特徴または機能を有することの可能性を意味し、および／または限定された動詞に関連する１つまたは複数の能力、可能性、または実現性を表現することによって別の動詞を限定する。したがって、「ｍａｙ」および「ｍａｙ  ｂｅ」の使用は、ある状況においては修飾された用語が時には適切でなく、可能でなく、または適していないかも知れないことを考慮しつつ、修飾された用語が指示された可能性、機能、または使用に明らかに適切であり、可能であり、または適していることを示す。たとえば、ある状況においてはある事象または可能性が期待し得るが、他の状況においてはその事象または可能性は起こり得ない。この相違は用語「ｍａｙ」および「ｍａｙ  ｂｅ」によって得られる。
【００１７】
本明細書および特許請求の範囲を通してここで用いる近似的用語は、それが関連する基本的機能に変化をもたらすことなく、許容範囲で変動し得る任意の定量的表現を改変するために適用され得る。したがって、「約」等の用語で修飾された値は指定された正確な値に限定されない。いくつかの例においては、近似的用語は値を測定するための装置の精度に対応することがある。
【００１８】
本発明のいくつかの実施形態は、熱伝導性かつ電気絶縁性のコンポジット組成物を提供する。絶縁性組成物はエポキシ樹脂とフィラーとを含む。エポキシ樹脂は１分子あたり少なくとも２つのエポキシド基を有するエポキシ材料と、反応性希釈剤とを含む。エポキシ樹脂は、フェノール系促進剤と触媒的硬化剤の一方または両方の少量であるが有効な量をさらに含む。硬化剤は金属ハライドまたは金属−ハロゲン結合を含む化合物を含まない。本発明に関係する種々のエポキシ樹脂は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，６０３，１８２号に詳細に記載されている。
【００１９】
適切なエポキシ材料のいくつかの例としては、ビスフェノールＡジグリシジルエーテルエポキシ樹脂（Ｓｈｅｌｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．によってＥＰＯＮ（登録商標）８２６およびＥＰＯＮ８２８という商品名で販売されているもの等）が挙げられる。この配合のその他の液体樹脂（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙによってＤＥＲ（商標）３３０、３３１および３３２という商品名で販売されているもの、Ｃｅｌａｎｅｓｅ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＥｐｉ−ＲＥｚ（登録商標）５０８、５０９および５１０、ならびにＣｉｂａ−ＧｅｉｇｙのＡｒａｌｄｉｔｅ（登録商標）６００４、６００５および６０１０等）。この種のさらに他の適切な樹脂は、エポキシノボラック樹脂（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＣｏｍｐａｎｙのＤＥＮ（商標）４３１およびＤＥＮ４３８ならびにＣｅｌａｎｅｓｅ  Ｃｏｒｐ．のＥｐｉ−Ｒｅｚ  ＳＵ−２．５等）、ハロゲン化エポキシ樹脂（Ｃｉｂａ−ＧｅｉｇｙのＡｒａｌｄｉｔｅ８０６１等）ならびに脂環式エポキシ樹脂（Ｕｎｉｏｎ  ＣａｒｂｉｄｅのＥＲＬ４２０６、４２２１、４２２１Ｅ、４２３４、４０９０および４２８９ならびにＣｉｂａ−ＧｅｉｇｙのＡｒａｌｄｉｔｅ  ＣＹ１８２および１８３等）である。
【００２０】
触媒的硬化剤および促進剤は所望の硬化速度を提供し、最終製品の電気絶縁性および物理的特性を高めることができる。本発明の組成物に適した種々の硬化剤および促進剤は、米国特許第４，６０３，１８２号に記載されている。選択されたエポキシ樹脂または樹脂の混合物のための硬化剤は、一般にフェノール系促進剤と不安定なハロゲン不含有機チタン酸塩または金属アセチルアセトネートとの混合物からなる。フェノール系促進剤の量は、通常エポキシ樹脂の約０．１重量％〜約１５重量％の間であり、その他の成分は、金属アセチルアセトネートの場合には同じ基準で約０．０２５重量％〜約５重量％、有機チタン酸塩の場合には約０．０５重量％〜約１０重量％の量で用いられる。特定の実施形態においては、カテコールが望ましい促進剤である。
【００２１】
反応性希釈剤はエポキシ樹脂の粘度を低下させる。特に、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンの異性体またはその混合物、ｔ−ブチルスチレンの異性体またはその混合物、ジビニルベンゼンの異性体またはその混合物、およびジイソプロペニルベンゼンの異性体またはその混合物、ならびにそれらの組み合わせが、エポキシ樹脂の粘度を低下させるために本発明の範囲内で選択される化合物である。ある特定の実施形態においては、反応性希釈剤はビニルトルエンの異性体、即ちオルト−、メタ−、パラ−ビニルトルエンまたはそれらの組み合わせであってよい。その他の特定の実施形態においては、反応性希釈剤はｔ−ブチルスチレンの異性体、即ちオルト−、メタ−、パラ−ｔ−ブチルスチレンおよびそれらの組み合わせであってよい。反応性希釈剤または希釈剤の組み合わせの使用量は、全組成物の約３重量％〜約３３重量％の間であってよい。ある実施形態においては、反応性希釈剤の量は望ましい結果を得るために約５重量％〜約２０重量％の間であってよい。
【００２２】
種々の成分、たとえば硬化剤、促進剤、および希釈剤は、全部まとめて、または順次、エポキシ樹脂と混合することができる。いくつかの実施形態においては、エポキシ樹脂の必要な特徴を得るために、成分を特定の順序で混合することが効果的であり得ることが認められた。
【００２３】
硬化剤、促進剤、および希釈剤を含むこれらのエポキシ樹脂は、上述のように、約２５℃で通常、たとえば米国特許第４，６０３，１８２号に記載されているように、約３０００ｃｐｓ未満、ある場合には約１０００ｃｐｓ未満の比較的低い粘度を有している。
【００２４】
これらのエポキシ樹脂は、絶縁材料、たとえば絶縁紙およびマイカテープの上にコーティング、層またはフィルムとして適用することができる。樹脂は通常絶縁材料の上に含浸される。含浸は、これらのテープまたは層を電気部品に適用する前または後に、前含浸または後含浸、たとえば真空含浸法によって実施することができる。その他の手法としては、ドクターブレード法、噴霧、散布、押出しコーティング、および当技術で既知のその他の方法が挙げられる。
【００２５】
典型的には、これらの含浸されたコーティングまたは層は、次に高温で硬化される。硬化したエポキシ樹脂は基材の絶縁材料、たとえば銅に優れた接着性を示す。硬化に際して、これらの低粘度エポキシ樹脂は、他の多くのポリマーと異なり、望ましくは高い収縮特性を示し、揮発性生成物を放出しない。本明細書における用語「収縮」は、一般に温度変化、物理的プロセスもしくは化学的プロセス、または材料の相変化等に起因する材料（たとえばエポキシ樹脂）の寸法または体積の比例的減少と定義される。寸法（たとえば長さ等の平面的寸法）の減少は「線収縮」と称され、材料の体積の減少は「体積収縮」と称される。材料の線収縮は一般に材料の体積収縮の約３分の１である。いくつかの実施形態においては、エポキシ樹脂は約１５０℃における硬化の際、約１％〜約４％の間の線収縮および約３％〜約１２％の間の体積収縮を示す。低収縮材料は通常約０．５％までの線収縮を有する。特定の実施形態においては、エポキシ樹脂の体積収縮は約６％〜１２％の範囲であり得る。エポキシ樹脂の体積収縮は、組成物中の反応性希釈剤の量を変化させることによって調節することができる。
【００２６】
上述のように、樹脂の熱伝導性を改良し、高熱伝導性コンポジット組成物を形成させるために、高熱伝導性フィラーがエポキシ樹脂に添加される。適切な高熱伝導性フィラーの例としては、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）が挙げられる。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、炭化ケイ素、またはダイヤモンド（炭素）等の他の同様の材料も用いられる。特定の実施形態においては、六方晶系窒化ホウ素が望ましいフィラーである。窒化ホウ素の熱伝導度は約２７０〜３００Ｗ／ｍ−Ｋである。さらに、窒化ホウ素は他のいくつかの上述したフィラーに比べて比較的硬度が低い。そのような材料は、良好な靱性を有し、熱膨張の不一致の影響を受けにくい高熱伝導性層またはコーティングを提供するために極めて有用である。
【００２７】
フォノン分布は一般に材料中の熱輸送に関与する。フォノン輸送の増大およびフォノン散乱の低減は、材料中の高熱伝導性に帰する。より大きな粒子はフォノン輸送を増大させる一方、より小さな粒子はフォノン散乱に影響を及ぼすことがある。したがって、フィラーの粒子サイズはこれらの効果を支持するのに十分であり、フォノン散乱の低減およびフォノン輸送の増大のために要求される粒子間距離（または粒子間隙）を満足させるのに充分であり得る。さらに、フィラー粒子のサイズ分布は、ホストの絶縁テープまたは層中の空孔に関する所望の目標を満たすために選択され得る。１つの実施形態においては、フィラーの平均粒子サイズは約１０ｎｍ〜１００μｍの範囲であり得る。いくつかの実施形態においては、平均粒子サイズは約１００ｎｍ〜約１００μｍ、ある実施形態においては約３０μｍ〜約７５μｍの範囲である。
【００２８】
エポキシ樹脂中の粒子の分布について別途検討する。高熱伝導性フィラーは一般に、フィラー粒子が短い、およびより長い範囲の周期性を有する整列したネットワーク構造を形成するように、エポキシ樹脂中に分散している。フィラー粒子の整列したネットワーク構造は、適切な粒子サイズおよび粒子間隙と相まってフォノン散乱を低減させ、フォノン輸送を提供して、フィラー材料中に良好な熱伝導性界面を生成させ得る。いくつかの実施形態においては、フィラー粒子はエポキシ樹脂全体にわたって均一に分布している。いくつかの実施形態においては、フィラー粒子はランダムに分布している。
【００２９】
本明細書においては、粒子間隙は整列したネットワーク中の２つの隣接した粒子の間の平均中心間距離をさす。図１（以下にも記載する）に、高収縮性エポキシ樹脂１２の中に均一に分散したフィラーの２つの隣接した粒子１４の間の粒子間隙「ｄ」を示す。粒子サイズは別として、フィラー粒子間の粒子間隙の減少は、フィラーの量、およびフィラー粒子の分布等の他のパラメーターに依存し得る。エポキシ樹脂中に分散したフィラーの量が多いと、通常フィラー粒子間の粒子間隙の減少をもたらすことになる。しかし、フィラーの量が多いことは常に望ましいわけではない場合がある。なぜならば、フィラーの量が多いと樹脂の誘電特性がいくらか低下する可能性があるからである。
【００３０】
１つの実施形態においては、電気部品はコンポジット組成物のコーティングを有する。実例は導電体バー上の銅の巻き線を含む電気部品に関連し得る。コーティングはマイカテープ等の絶縁性ベース材料の上に、そのようなテープを銅の巻き線の上に適用する前または後に適用することができる。１つの実施形態においては、コンポジット組成物のコーティングは含浸法、たとえば前含浸法または後含浸法によって適用される。議論を簡潔にするため、コンポジット組成物のこれらのコーティングをも「コンポジットコーティング」と称し得る。コンポジットコーティングは、大気条件下で選択した温度において、コーティングを加熱することによって硬化させることができる。１つの実施形態においては、硬化温度は約１５０℃〜約１７０℃の間であってよい。１つの実施形態においては、コンポジットコーティングは圧力下（たとえば約８０ｐｓｉ〜約１００ｐｓｉ）で硬化させてもよい。
【００３１】
いかなる理論にも縛られるものではないが、以前に議論したエポキシ樹脂の高い体積収縮は、高熱伝導性コンポジットコーティングを達成するために重要である。フィラーはエポキシ樹脂中に分散され、得られるコンポジット組成物は絶縁性ベース材料の上にコートされ、硬化される。硬化に際して、フィラー粒子間の粒子間隙が減少し、これによりフォノンの輸送が増大し、したがってこれらのエポキシ樹脂コンポジットコーティングにおける高熱伝導性の達成が助けられ得る。図１にそのようなシナリオの概略図を示す。図示されるように、図１は硬化前および硬化後のコンポジットコーティングをそれぞれ１０および２０として示している。コンポジットコーティング（１０および２０）は、エポキシ樹脂１２中に均一に分散したフィラー粒子１４を有する。硬化前には、コーティング１０は粒子間隙「ｄ」を有するフィラー粒子１４を含んでいる。硬化後には、コーティング２０においてフィラー粒子１４の間の粒子間隙は「ｄ’」（ｄ’＜ｄ）に減少している。
【００３２】
本発明の大部分の実施形態によるコンポジットコーティング（または「ワニス」）は、高熱伝導性を有している。１つの実施形態においては、コンポジットコーティングまたはワニスの熱伝導度は約１Ｗ／ｍ−Ｋ〜約３Ｗ／ｍ−Ｋの範囲であり得る。たとえば、図４は、以下に詳細に述べるコンポジット組成物の改良された熱伝導性を示している。通常、他の既知のワニスに添加する場合には、同レベルの熱伝導性を得るために大量（約３０体積％を超える）のフィラー（たとえばＢＮ）が必要である。しかし、本発明の実施形態によれば、エポキシ樹脂に添加し、これと組み合わせた場合には、ずっと少ない量のフィラーを使用して高熱伝導性を達成することができる。いくつかの実施形態においては、フィラーはコンポジット組成物中に約５体積％〜約２０体積％の量で存在し得る。特定の実施形態においては、フィラーは約８体積％〜約１５体積％の量で存在し得る。
【００３３】
さらに、コンポジット組成物またはコーティングは、優れた散逸率を有する。「散逸率」は、誘電体層を通しての電磁場の損失率の尺度である。低い散逸率は、失われた、または誘電体層を通して吸収されたエネルギーの量が低いことに相関する。フィラーの量およびフィラー粒子のサイズは、コンポジット組成物の散逸率に影響し得る。一般に、フィラーの存在により、望ましくはコンポジット組成物の散逸率を低下させることができる。コンポジット組成物の散逸率が低ければ、これらは電気絶縁用途においてより有用になる。室温および６０Ｈｚにおけるコンポジット組成物の散逸率は約０．５％であり、約１５０℃および６０Ｈｚにおいては約１．５％であり得る。
【００３４】
このように、本発明の実施形態は、電気絶縁のための高熱伝導性コンポジット組成物を提供する。上述の特質により、電気機器の種々の部品、たとえば銅の巻き線の間およびその中の熱輸送を改善することができ、機器の電力密度を改善することができる。コンポジット組成物は有利に、比較的少量のフィラーで高熱伝導度を得、したがって、誘電特性、その他の電気特性、および粘弾性特性などの特徴を犠牲にすることなく、改善された熱輸送を示す。コンポジット組成物は、その硬化された形態において硬く強靭な固体の形態で、２５℃〜約１７０℃の範囲にわたって優れた電気特性を有する。コンポジット組成物はまた、高温において絶縁効果を低下させる傾向のあるイオン種を実質的に含まない。コンポジット組成物は低粘度であるので、製造が容易、即ち電気部品へのコーティングの適用が容易である。
【００３５】
いくつかの実施形態に従って本発明のコンポジット組成物をガラス布、マイカ紙、マイカテープ等に含浸する場合、得られるシートまたはテープは、図２に示す導電体バー等の電気部品の絶縁のために手または機械によって巻くことができる。図示するように、複数の導電体の巻き物または巻き線３２を有し、絶縁体３３によって相互に絶縁された典型的な導電体バー３０は、ストランドセパレーター３４によって分離された導電体の列を有している。巻き線バーの周囲には、本発明のコンポジット組成物によってコートされ含浸されたマイカ紙テープ３６の複数の層が巻き付けられている。そのような絶縁導電体バーを調製する際には、全体のアセンブリーを犠牲テープで覆い、加圧タンクの中に入れて減圧にする。減圧にする唯一の目的は、トラップされた空気を除去することである。真空処理の後、溶融したビチューメン、または他のある種の加熱された伝達流体を加圧下にタンクに入れ、公知の方法によって組成物を硬化させる。硬化段階が完了すれば、浴からバーを取り出し、冷却し、犠牲テープを除去する。
【００３６】
図３は、本発明の例示的かつ非限定的な実施形態による、真空含浸した絶縁体４２を有する導電体４０の拡大した部分断面図である。補強または裏打ち材料４６を有する２層のマイカ紙４３および４４があり、この２層の間には小空間４８がある。内側テープ層４４と導電体４０との間には空間５０がある。空間４８および５０はコンポジット組成物で満たされており、テープ層４３および４４はコンポジット組成物でコートされている。この絶縁構造がそのように満たされていること、および導電体カバーに空孔がないという特性は、含浸組成物の粘度が低いことに帰するものである。
【００３７】
上記の手順の代替として、本発明のコンポジット組成物は、それによって絶縁されるべき導電体への適用に先立って、標準的な含浸および適用の手法を用いて、本発明の新規な組成物を用いることによってそのような布またはテープまたは紙に適用することが可能であることは、上記から理解されよう。
［実施例］
以下の実施例は単に例示的であって、特許を請求する発明の範囲を何ら限定するものと解釈されるべきではない。
【００３８】
比較試料：低収縮性樹脂を用いたコンポジット組成物
約５０重量％のビスフェノールＡ−ジグリシジルエーテルエポキシ、約５０重量％の１，３−イソベンゾフランジオン、ヘキサヒドロメチル−メチル  ヘキサヒドロフタル酸無水物、および約１〜２％の三塩化ホウ素−アミン錯体から樹脂組成物を調製した。真空下で高速遊星せん断混合器を用いて、平均粒子サイズ６０μｍの窒化ホウ素（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製）１２．５体積％を液体樹脂組成物中に分散させ、種々の時間で混合して均一な粒子分散物を得た。コートテープを銅バーの上に巻き付けるのに先立ち、得られたＢＮ含有樹脂組成物（ワニス１）をドクターブレードコーター手法によって幅１インチのマイカテープにコートし、約１５０℃で約２０分硬化させ、ｂ−ステージのコートテープを得た。次いでコートテープを銅バーに巻き付け、テープを巻いた銅バーを再び約１５０℃で約６時間硬化させた。
【００３９】
発明試料：高収縮エポキシ樹脂を用いたコンポジット組成物
約７０重量％のビスフェノールＡ−ジグリシジルエーテルエポキシ樹脂、約１５重量％のビニルトルエン、約１０重量％のフェノールノボラック、および約５重量％のカテコールを混合することによって高収縮樹脂組成物を調製した。真空下で高速遊星せん断混合器を用いて、平均粒子サイズ６０μｍの窒化ホウ素（Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ製）約１２．５体積％を液体樹脂組成物中に分散させ、種々の時間で混合して均一な粒子分散物を得た。コンポジットテープを銅バーの上に巻き付けるのに先立ち、得られたＢＮ含有コンポジット組成物（ワニス２）をドクターブレードコーター手法によって幅１インチのマイカテープにコートし、約１５０℃で約２０分硬化させ、ｂ−ステージのコートテープを得た。次いでコートテープを銅バーに巻き付け、テープを巻いた銅バーを再び約１５０℃で約６時間硬化させた。
【００４０】
図４に窒化ホウ素を含む、および含まない、低収縮樹脂および高収縮樹脂の熱伝導度の比較を示す。低収縮エポキシ樹脂および高収縮エポキシ樹脂の熱伝導度は同程度である。しかし、本発明の試料（ＢＮフィラーを含む高収縮エポキシ樹脂）は比較試料（ＢＮフィラーを含む低収縮樹脂）と比較してずっと高熱伝導度を有していた。本発明の試料（ワニス２）は同量のＢＮフィラーを含む比較試料（ワニス１）と比較して熱伝導性の大幅な改良を示すことは明らかである。
【００４１】
本検討においては、電気産業、典型的にはスターターモーターおよび発電機、ならびに工業用モーターにおいて用いられる電気機器用の絶縁性コンポジット組成物との関連における実施例を提供したが、絶縁性組成物またはワニスはその他の分野においても同様に適用可能である。熱伝達性を増大させる必要がある工業は本発明により同様に恩恵を受けるであろう。例としてはエネルギー、化学プロセスおよび製造業が挙げられ、これにはオイルおよびガス、ならびに自動車および航空宇宙産業が含まれる。その他の焦点としては、パワーエレクトロニクス、変換エレクトロニクスおよび集積回路が挙げられる。これらの分野では部品の集積度を高めることへの要求が高まっているので、部品の種々の領域から効率的に熱を除去する必要性が増大している。
【００４２】
本発明のある特徴のみを本明細書に説明し記述したが、当業者には多くの改変および変更が気付かれるであろう。したがって、添付した特許請求の範囲は、本発明の真の精神に包含される全ての改変および変更に及ぶことが意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４３】
１０  硬化前のコンポジットコーティング
２０  硬化後のコンポジットコーティング
１２  高収縮エポキシ樹脂
１４  粒子間隙
３０  導電体バー
３２  巻き線
３３  絶縁体
３４  ストランドセパレーター
３６  マイカ紙テープ
４０  導電体
４２  真空含浸した絶縁体
４３  マイカ紙の層
４４  マイカ紙の層
４６  裏打ち材
４８  ２層の間の小空間
５０  内層と導電体との間の空間
【図１】
2014122346.tif 000003
【図２】
2014122346.tif 000004
【図３】
2014122346.tif 000005
【図４】
2014122346.tif 000006
【外国語明細書】
2014122346000001.pdf