(57)【要約】      （修正有）【課題】粘度が低く、電気機器のコイルへの含浸率が高く、ボイドの生じ難くて、高い絶縁破壊電圧が得られる、粘性の低い樹脂組成物の提供。【解決手段】エポキシ樹脂中にフラーレンが分散し、前記フラーレンの含有量が０．１〜３質量％である樹脂組成物。前記フラーレンがＣ６０及びＣ７０以上の高次フラーレンを含む樹脂組成物。前記樹脂組成物を硬化剤を含む絶縁ワニス。前記絶縁ワニスの硬化物を絶縁層として用いるコイル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂中にフラーレンが分散し、前記フラーレンの含有量が０．１〜３質量％である樹脂組成物。
【請求項２】
前記フラーレンは、Ｃ６０およびＣ７０以上の高次のフラーレンを含む請求項１に記載の樹脂組成物。
【請求項３】
請求項１または２に記載の樹脂組成物と硬化剤とを含む絶縁ワニス。
【請求項４】
請求項３に記載の絶縁ワニスの硬化物が、絶縁層として用いられているコイル。
【請求項５】
請求項３に記載の絶縁ワニスの硬化物が、絶縁材料として用いられている電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフラーレンを含む樹脂組成物、絶縁ワニス及びその用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のごとく、発電機や回転電機に組み込まれるコイルは、電気を流すための導体同士間や導体と対地間とを絶縁するための絶縁層を具備している。
【０００３】
また、六フッ化硫黄ガス絶縁開閉装置や管路気中送電装置などの送変電機器においては、例えば金属容器内で高圧導体を絶縁支持する絶縁部材として注型部が用いられている。
【０００４】
このような高電圧機器の絶縁層や注型部材には、エポキシ樹脂をベース材料とする絶縁樹脂材料が用いられるのが一般的である。
【０００５】
ところで、前記絶縁コイルの絶縁層はマイカなどからなるマイカ紙をエポキシ樹脂で含浸して製造されることが多く（例えば特許文献１参照）、マイカ自体が部分放電に対して優れた耐性を有しているため、絶縁層全体としても耐部分放電性が発現している。
【０００６】
更に、近年、産業用低圧モーターなどでは、インバータによる可変速駆動の普及に伴い、インバータサージによりモーターが損傷しないよう、モーターの巻線の絶縁被膜材料として耐部分放電性の高い材料が求められている。
【０００７】
このような点に対して、エポキシ系ワニスにシリカゾルを均一に分散添加して耐サージ性を付与した例が報告されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３４５８６９３号
【特許文献２】特許第４０６１９８１号
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＭＩＫＨＡＩＬ  Ｖ．  ＫＯＲＯＢＯＶ  ａｎｄ  ＡＬＬＡＮ  Ｌ．  ＳＭＩＴＨ，”ＳＯＬＵＢＩＬＩＴＹ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＦＵＬＬＥＲＥＮＥＳ”，ＦＵＬＬＥＲＥＮＥＳ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  ＫＡＲＬ  Ｍ．  ＫＡＤＩＳＨ，  ＲＯＤＮＥＹ  Ｓ．  ＲＵＯＦＦ，  ｐｐ．５３−８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述したマイカやシリカゾル等の無機粒子含有ワニスは、その無機粒子のために粘度が高くなり、そのため電気機器のコイルへの含浸率が低いと言う欠点があった。含浸率が低いと、ワニスが含浸されていない個所はボイドとなり、耐サージ性や耐部分放電性が劣る。
【００１１】
本発明は、前記した従来技術の欠点を解消するため、高い絶縁破壊電圧が得られ、粘性の低い樹脂組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明は以下の発明を含む。
［１］  エポキシ樹脂中にフラーレンが分散し、前記フラーレンの含有量が０．１〜３質量％である樹脂組成物。
［２］  前記フラーレンは、Ｃ６０およびＣ７０以上の高次のフラーレンを含む前項［１］に記載の樹脂組成物。
［３］  前項［１］または［２］に記載の樹脂組成物と硬化剤とを含む絶縁ワニス。
［４］  前項［３］に記載の絶縁ワニスの硬化物が、絶縁層として用いられているコイル。
［５］  前項［３］に記載の絶縁ワニスの硬化物が、絶縁材料として用いられている電気機器。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、絶縁破壊電圧が高く、かつ低粘度のエポキシ樹脂組成物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１〜９、比較例１の樹脂組成物中のフラーレン含有量に対する樹脂シートの絶縁破壊電圧の関係を示す図である。
【図２】フラーレン３質量％含有エポキシ樹脂組成物とフラーレン未添加のエポキシ樹脂の剪断速度に対する粘度の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態に係る樹脂組成物について説明する。
【００１６】
本実施形態の樹脂組成物は、エポキシ樹脂にフラーレンが分散しており、フラーレンの含有量は０．１〜３質量％である。なお、フラーレンがＣ６０，Ｃ７０など、異なるフラーレン種の混合物であるときは、それらの合計含有量をフラーレン含有量とする。
【００１７】
（製造方法）
フラーレンは直径１ｎｍ程度の分子で、通常は数十μｍの大きさに凝集して存在する。エポキシ樹脂に凝集したフラーレンを直接添加して機械的に混合しても分散させるのは難しい。非特許文献１によると、フラーレンは、芳香族炭化水素には良く溶解し、ハロゲン化炭素に少し溶解する。フラーレンとエポキシ樹脂共に溶解する溶媒を選択し、それぞれの溶液を作製し、それら溶液を混合した後、溶媒を除去することにより、エポキシ樹脂中にフラーレンを均一に分散させることができる。溶媒の除去は、エバポレータなどを使って溶媒を留去する方法などが挙げられる。なお、具体的な前記溶媒としては、トルエンやエチルベンゼンが溶解性の観点から好ましい。
【００１８】
(フラーレン)
本実施形態に用いるフラーレンは、Ｃ６０であっても良いし、Ｃ７０であってもよく、Ｃ７０より高次のフラーレンでもよい。さらに、フラーレンは、それらの混合物であってもよい。これは、フラーレンの電子受容体としての特徴は、Ｃ６０だけでなくＣ７０以上の高次フラーレンの全てに共通した特徴であるためである。
【００１９】
一般にフラーレンは、Ｃ６０やＣ７０以上の高次フラーレンの混合物で得られる。このため、過度な精製を行なわずに得たフラーレン混合物は、比較的安価であり、容易に入手可能であり好ましい。
【００２０】
エポキシ樹脂中のフラーレン含有量が多くなるに従って、硬化後のエポキシ樹脂の絶縁破壊電圧は大きくなる（図１を参照）。ただし、絶縁破壊電圧は、エポキシ樹脂組成物中のフラーレン含有量が１質量％付近になると高止まりしてくる。その後一定となり、同含有量が２質量％付近を越えると次第に減少してくる。このため、フラーレンの含有量としては０．１〜３質量％であり、０．３〜２．５質量％が好ましく、０．４〜２質量％がより好ましく、０．７〜１．５質量％がさらに好ましい。
【００２１】
フラーレン含有量が多くなり過ぎると、フラーレンの凝集が起こり、絶縁破壊電圧向上の効果が抑制されると推定される。
【００２２】
（エポキシ樹脂）
本実施形態で用いるエポキシ樹脂は特に限定は無いが、絶縁ワニス用に使用されるものであれば好ましく用いることができる。エポキシ樹脂としては、例えば、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノール型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂等を挙げることができる。
【００２３】
フェノールノボラック型エポキシ樹脂としては、例えばＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）Ｎ−７７０（ＤＩＣ株式会社製）、ｊＥＲ（登録商標）−１５２（三菱化学株式会社製）等が挙げられる。
【００２４】
クレゾールノボラック型エポキシ樹脂としては、例えばＥＰＩＣＬＯＮ（登録商標）Ｎ−６９５（ＤＩＣ株式会社製）、ＥＯＣＮ（登録商標）−１０２Ｓ（日本化薬株式会社製）等が挙げられる。
【００２５】
ビスフェノール型エポキシ樹脂としては、例えばｊＥＲ（登録商標）８２８、ｊＥＲ（登録商標）１００１（三菱化学株式会社製）、ＹＤ−１２８（商品名、新日鉄住金化学株式会社製）等のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ｊＥＲ（登録商標）８０６（三菱化学株式会社製）、ＹＤＦ−１７０（商品名、新日鉄住金化学株式会社製）等のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００２６】
ビフェノール型エポキシ樹脂としては、例えばｊＥＲ（登録商標）ＹＸ−４０００、ｊＥＲ（登録商標）ＹＬ−６１２１Ｈ（三菱化学株式会社製）等が挙げられる。
【００２７】
ナフタレン骨格含有エポキシ樹脂としては、例えばＮＣ−７０００（商品名、日本化薬株式会社製）、ＥＸＡ−４７５０（商品名、ＤＩＣ株式会社製）等が挙げられる。
【００２８】
脂環式エポキシ樹脂としては、例えばＥＨＰＥ（登録商標）−３１５０（ダイセル化学工業株式会社製）等が挙げられる。
【００２９】
複素環式エポキシ樹脂としては、例えばＴＥＰＩＣ（登録商標），ＴＥＰＩＣ−Ｌ，ＴＥＰＩＣ−Ｈ、ＴＥＰＩＣ−Ｓ（日産化学工業株式会社製）等が挙げられる。
【００３０】
（粘度）
さて、一般的に樹脂に無機材料を添加すると粘度が増大する。しかし、本実施形態のフラーレンを分散させたエポキシ樹脂では、一般的な無機材料を添加結果とは逆に、フラーレン未添加のエポキシ樹脂より粘度が低くなる。そのため、本実施形態のエポキシ樹脂を用いて作製される絶縁ワニスは含浸性に優れたものとなる。
【００３１】
（絶縁ワニス）
前記樹脂組成物と硬化剤と混合して、絶縁ワニスを作製できる。硬化剤としては、用いるエポキシ樹脂を硬化させられるものであればよく、特に制限されない。また、絶縁ワニスには、必要に応じて重合開始剤等、硬化剤以外の添加剤をさらに添加してもよい。
【００３２】
（用途）
この絶縁ワニスを加熱等により硬化させて、電気機器の絶縁材料として好ましく用いることができる。例えば、モーターの巻線のコイルに前記絶縁ワニスを含浸させて硬化させ、絶縁層とを形成できる。
【実施例】
【００３３】
以下に本発明の実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、これらは説明のための単なる例示であって、本発明はこれらによって何ら制限されるものではない。
【００３４】
実施例１〜９：
（樹脂組成物の作製）
エポキシ樹脂であるＪＥＲ８２８（三菱化学社製）と、フラーレンであるナノム（登録商標）ミックス（フロンティアカーボン社製、Ｃ６０６１質量％、Ｃ７０２８質量％、Ｃ７０より大きい高次のフラーレン１１質量％を含有する混合物）を、トルエン（関東化学社製）に、それぞれ溶解させて、エポキシ樹脂の１０質量％溶液およびフラーレン０．２質量％溶液を作製した。
【００３５】
それぞれの溶液を、樹脂組成物中のフラーレンが表１に記載の含有量となるような割合で混合して混合溶液を作製した。
【００３６】
エバポレータを使って混合溶液からトルエンを留去し、さらに真空乾燥機を使って、真空下１６０℃に1時間放置しトルエンを除き、フラーレン含有エポキシ組成物を得た。
【００３７】
（樹脂組成物のシートの作製）
得られたエポキシ樹脂組成物に硬化剤であるＨＮ−２２００（日立化成社製）および硬化促進剤である１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール（和光純薬工業社製）をエポキシ樹脂組成物１００質量部に対してそれぞれ８０質量部、１質量部を混合した。
【００３８】
この混合液を１ｍｍ厚のシートが作製できる枠に流し入れて、乾燥機を使って７０℃、１２時間の加熱硬化を行って、樹脂シートを作製した。
【００３９】
（絶縁破壊電圧の測定）
絶縁破壊試験装置ＹＳＴ−２４３−１００ＲＨ０（ヤマヨ試験器社製）を用い、ＪＩＳ法のＣ２１１０−１に準拠し、２０秒段階法で絶縁破壊電圧を測定した。
まず、絶縁破壊電圧を測定する予定の箇所のシートの厚みを測定した。次に、樹脂シートをシリコン油浴中に入れて、樹脂シートの厚み方向から上下に直径２５ｍｍの電極で挟み、所定の電圧で２０秒間絶縁破壊されなければ、昇圧ステップを繰り返し、絶縁破壊される前の設定電圧を絶縁破壊電圧とした。なお、２０ｋＶまでは１ｋＶずつ昇圧し、２０ｋＶ以降は２ｋＶずつ昇圧した。なお、絶縁破壊電圧を測定する雰囲気を２３±２℃、５０±５％ＲＨとした。表１に、測定結果を示した。
【００４０】
比較例１：
エポキシ樹脂であるＪＥＲ８２８（三菱化学社製）に硬化剤であるＨＮ−２２００（日立化成社製）及び硬化促進剤である１−シアノエチル−２−エチル−４−メチルイミダゾール（和光純薬工業社製）をエポキシ樹脂１００質量部に対してそれぞれ８０質量部、１質量部の割合で添加して撹拌混合して、この混合液を１ｍｍ厚のシートが作製できる枠に流し入れて、乾燥機を使って７０℃、１２時間の加熱硬化を行って、樹脂シートを作製した。この樹脂シートを用い実施例１と同様に絶縁破壊電圧の測定を行った。表１に、測定結果を示した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
実施例１０：
（粘度測定）
実施例１と同様に樹脂組成物を作製した。ただし、樹脂組成物中のフラーレン含有量が３質量％となるように、エポキシ樹脂溶液とフラーレン溶液とを混合した。
【００４３】
作製した樹脂組成物をコーンプレート型のＥ型粘度計（ＢＲＯＯＫＦＩＥＬＤ社製）に約０．２ｇ装填して２５℃の雰囲気で剪断速度を変えて粘度を測定した。
【００４４】
比較例２：
比較例１で用いたエポキシ樹脂についても、実施例１０と同様に粘度を測定した。
【００４５】
実施例１０及び比較例２の結果を図２に示す。図２では剪断速度に対する粘度の変化をプロットした。全ての剪断速度域でフラーレンを含むエポキシ樹脂組成物の粘度の方がフラーレンを添加していないエポキシ樹脂より低くなった。
【図１】
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【図２】
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