(57)【要約】  本発明は、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、破砕状無機充填剤とを含むエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂をクレゾールノボラック型とし、その重量平均分子量は７００〜１８００とし、エポキシ樹脂硬化剤をフェノール樹脂とし、その重量平均分子量は７００〜１４００としたものである。これにより、安価で、かつ、成形性、耐熱性、機械的強度及び耐衝撃性に優れ、適切な熱膨張係数を有するエポキシ樹脂硬化物を提供することができる。
2014184859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、破砕状無機充填剤とを含み、前記エポキシ樹脂は、クレゾールノボラック型であり、その重量平均分子量が７００〜１８００であり、前記エポキシ樹脂硬化剤は、フェノール樹脂であり、その重量平均分子量が７００〜１４００であることを特徴とするエポキシ樹脂組成物。
【請求項２】
前記破砕状無機充填剤は、破砕状シリカであり、その平均粒径が２〜４０μｍであることを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項３】
前記破砕状無機充填剤の配合量は６５〜９５重量％であることを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項４】
前記破砕状無機充填剤は、シリカ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ガラス、タルク、硫酸バリウム、マイカ、アルミナ又は水酸化カルシウムからなることを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項５】
反応性のモノマ及びオリゴマを含有しないことを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項６】
さらに、可とう性付与剤を含むことを特徴とする請求項１記載のエポキシ樹脂組成物。
【請求項７】
請求項１記載のエポキシ樹脂組成物を硬化して作製したエポキシ樹脂硬化物であって、ＪＩＳ  Ｃ４００３により求めた耐熱温度クラスは、Ｆ種（１５５℃）以上であることを特徴とするエポキシ樹脂硬化物。
【請求項８】
固定子と、回転子と、これらを収容する金属製のハウジングとを備え、前記固定子は、前記ハウジングに請求項１記載のエポキシ樹脂組成物を硬化したエポキシ樹脂硬化物で固定され、前記エポキシ樹脂硬化物と前記ハウジングとの熱膨張係数の差は、±５ｐｐｍ／℃以内であることを特徴とするモータ。
【請求項９】
固定子と、回転子と、これらを収容する金属製のハウジングとを備え、前記固定子は、前記ハウジングに請求項１記載のエポキシ樹脂組成物を硬化したエポキシ樹脂硬化物で固定され、前記エポキシ樹脂硬化物の破壊靭性値は、２．８ＭＰａ√ｍ以上であり、前記エポキシ樹脂硬化物と前記ハウジングとの界面のせん断強度は、５．０ＭＰａ以上であることを特徴とするモータ。
【請求項１０】
固定子と、回転子と、これらを収容する金属製のハウジングとを備え、前記固定子は、前記ハウジングに請求項１記載のエポキシ樹脂組成物を硬化したエポキシ樹脂硬化物で固定され、前記固定子は、箔帯状のアモルファス電磁鋼板を複数層重ねボビンに挿入した構成を有する鉄心と、前記鉄心の外周部に導線を巻き回して形成したコイル部とを含む部材を複数個、前記ハウジングの内部に周方向に並べて配置した構成を有することを特徴とするモータ。
【請求項１１】
固定子と、二個の回転子と、これらを収容する金属製のハウジングとを備え、前記固定子は、前記二個の回転子の間に配置され、かつ、前記ハウジングに請求項１記載のエポキシ樹脂組成物を硬化したエポキシ樹脂硬化物で固定されていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アキシャルギャップ型モータの固定子の製造に好適なエポキシ樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
国内で使用される全モータの電力消費量は、全電力消費量の約６割を占める。モータの使用量や使用範囲は、今後更に広がっていくことが予想されており、モータの高効率化によるエネルギ消費量の削減は、低環境負荷への重要な手段として期待されている。【０００３】
モータの高効率化は、小型化、インバータ駆動、磁石モータの採用、強磁石の採用、高精度設計技術、低損失材料の適用など、多方面より進められている。その中でも、レアメタルを用いた強力磁石の採用が主流となっている。【０００４】
しかし、レアメタルは、産出国が限られており、供給不安や価格変動が起きやすい。そのため、安定供給することができる材料を用いた強力磁石の開発が期待されている。このような時流から、レアメタルの使用量を低減する技術やレアメタルフリーの強力磁石の開発が盛んに行われている。その一つとして、レアメタルフリーで、小型で高効率のアキシャルギャップ型モータがある。【０００５】
アキシャルギャップ型モータは、２枚の円板状のマグネットを使用し、これらのマグネットの間に鉄心、ボビン及び巻き線を含むコイル部を挟む構成を有するものであり、従来型に比べて、電気抵抗の少ない導線を用いることができる等、高効率化が可能である。【０００６】
アキシャルギャップ型モータに用いるエポキシ樹脂も、モータの信頼性や量産性等の観点から検討が進められている。【０００７】
特許文献１には、ノボラック型多官能エポキシ樹脂およびビスフェノールＡ型エポキシ樹脂からなるエポキシ樹脂、硬化剤、無機充填材、硬化促進剤および応力緩和剤を必須成分として含有するエポキシ樹脂系粉体塗料において、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂として平均分子量９００〜２０００のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を、無機充填材として平均粒径１３μｍの溶融破砕シリカを用いることが開示されている。【０００８】
特許文献２には、重量平均分子量が３００〜１５００であるフェノール系硬化剤と、２５℃で液状であるエポキシ樹脂と、フラックス活性を有する化合物と、重量平均分子量が１万〜１００万である成膜性樹脂とを含む接着フィルムが開示されている。特許文献２には、この接着フィルムは、シランカップリング剤や、破砕シリカを含む無機充填剤を含んでいてもよいとの記載もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１３０５４２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５５０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載された硬化剤の具体例は、分子量８４のジシアンジアミドのみである。【００１１】
特許文献２に記載されたエポキシ樹脂については、２５℃で液状であること、２５℃における粘度が５００〜５００００ｍＰａ・ｓであること等が開示されているが、分子量に関する記載はない。【００１２】
本発明の目的は、安価なクレゾールノボラック型のエポキシ樹脂及び破砕状無機充填剤を用いてトランスファー成形を可能とする樹脂組成物を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、エポキシ樹脂と、エポキシ樹脂硬化剤と、破砕状無機充填剤とを含むエポキシ樹脂組成物において、エポキシ樹脂は、クレゾールノボラック型とし、その重量平均分子量は７００〜１８００とし、エポキシ樹脂硬化剤は、フェノール樹脂とし、その重量平均分子量は７００〜１４００としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安価で、かつ、成形性、耐熱性、機械的強度及び耐衝撃性に優れ、適切な熱膨張係数を有するエポキシ樹脂硬化物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】アキシャルギャップ型モータの内部構造の例を示す模式分解斜視図である。
【図２】アキシャルギャップ型モータの固定子の状態を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
アキシャルギャップ型モータに用いる固定子に適用する樹脂組成物（成形材料）は、安価であること、成形性、耐熱性、機械的強度及び耐衝撃性を有すること、並びに適切な熱膨張係数を有することが要求される。
【００１７】
以下、これらについて説明する。
【００１８】
成形材料のコストは、これを用いた製品の価格や収益性に影響するため、できるだけ安価であることが望ましい。
【００１９】
トランスファー成形において成形材料に要求される条件（成形性）としては、（１）成形時間が３分以内であること、（２）コイル部間のギャップが２００μｍと狭い固定子内及びコイル部の巻き線（直径：１．０ｍｍ超）の隙間等に充填可能であることが挙げられる。さらに、５５ｋＷ用の固定子のサイズは、直径２５０ｍｍ、高さ１２５ｍｍと大きいため、高い流動性も要求される。
【００２０】
成形時間は、製品の量産性に影響するため、低価格化には３分以内が不可欠であり、且つ、後硬化処理が不要であることが望ましい。
【００２１】
モータは、高出力化や小型・軽量化によりコイル部における発熱密度が上昇する。例えば、５５ｋＷアキシャルギャップ型モータの場合、コイル部の温度は、稼働時に１２０〜１５０℃に達するため、成形材料の硬化物は、長期にわたる１５０℃以上の耐熱性が要求される。
【００２２】
固定子は、ハウジングであるアルミニウム金属と成形材料の硬化物との間のせん断強度（エポキシ樹脂硬化物とハウジングとの界面のせん断強度）や、複数の小固定子を保持するため、成形材料が受ける反磁性トルクに対する耐久性として長期間の樹脂強度が要求される。また、製造の際及びモータの駆動の際に受ける熱的や機械的な衝撃に対して、固定子の樹脂硬化物がクラックを起さない、耐衝撃性に優れた破壊靭性値が要求される。破壊靭性値は、２．８ＭＰａ√ｍ以上が好ましい。
【００２３】
また、固定子は、ハウジング（例えば、アルミニウムの熱膨張係数：２４ｐｐｍ／℃）と樹脂硬化物との熱膨張係数の差が大きいと、環境条件により、樹脂硬化物に各種応力が発生し、クラック等が発生しやすくなる。そのため、モータの駆動時の１００〜１５０℃における環境下では、熱膨張係数の差は±５ｐｐｍ／℃以内が好ましい。
【００２４】
このようにアキシャルギャップ型モータ用の固定子は、従来にない多くの性能を同時に満たすことが要求されている。
【００２５】
無機充填剤の配合量は、成形材料の硬化物の熱膨張係数を、ハウジングを構成するアルミニウムの熱膨張係数に近づけるため、成形材料の７５ｗｔ％以上とする必要がある。
【００２６】
安価な無機充填剤としては、破砕フィラがある。破砕フィラを配合した成形材料の硬化物は、破壊靭性値が向上する。
【００２７】
しかし、破砕フィラの表面積が、一般的な成形材料に多く使用されている球状フィラより大きく、これを用いた成形材料の成形性が大きく低下する。そのため、これまでは、硬化物の成形性と熱膨張係数とを両立するため、球状フィラが主に利用されている。しかし、球状フィラは高価である。そのため、本発明のような安価な成形材料には利用できない。
【００２８】
そこで、安価な破砕フィラを用いて成形性を向上する手段を検討した。
【００２９】
その結果、破砕型充填剤のサイズや量並びにエポキシ樹脂及び硬化剤の重量平均分子量を限定することにより、破砕フィラを用いても成形性が低下せず、狭い空隙を充填しなければならない５５ｋｗのアキシャルギャップ型モータの固定子に適用できるエポキシ樹脂組成物を見出した。また、重量平均分子量を限定した多官能エポキシ樹脂及び多官能硬化剤を用いるため、短い成形時間にもかかわらず、硬化反応が促進され、成形後の後硬化処理が不要となった。
【００３０】
本発明のエポキシ樹脂組成物（エポキシ樹脂成形材料）は、アキシャルギャップ型モータの固定子の材料として好適である。
【００３１】
本発明の成形材料であるエポキシ樹脂成形材料を説明する。
【００３２】
本発明のエポキシ樹脂組成物は、少なくとも（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）硬化剤、及び（Ｃ）破砕型無機充填剤を含み、（Ａ）エポキシ樹脂は、クレゾールノボラック型であり、その重量平均分子量が７００〜１８００であり、（Ｂ）エポキシ樹脂硬化剤は、フェノール樹脂であり、その重量平均分子量が７００〜１４００であることを特徴とする。ここで、重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフ（ＧＰＣ）により測定することができる。
【００３３】
エポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦグリシジルエーテル型、ビスフェノールＳグリシジルエーテル型、ビスフェノールＡＤグリシジルエーテル型、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジヒドロキシビフェニルグリシジルエーテル型などがあるが、低価格であること、樹脂硬化物の反応性が高いこと、及び強度の観点から、多官能樹脂であるフェノールノボラック型及びクレゾールノボラック型が好ましい。これらは単独でも二種類以上混合しても差し支えない。
【００３４】
また、エポキシ樹脂の重量平均分子量は、７００〜１８００の範囲が好ましい。重量平均分子量が１８００を超える場合、耐熱性は向上するが、成形性が低下する。一方、重量平均分子量が７００未満の場合は、成形性は向上するが、耐熱性が低下し、好ましくない。
【００３５】
（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）硬化剤とは、エポキシ基と水酸基との反応によって結合する。よって、（Ａ）エポキシ樹脂と（Ｂ）硬化剤との混合比率は、化学当量の観点から、エポキシ基と水酸基とが０．９０〜１．１０の比率となるように調整する。この比率は、０．９５〜１．０５であることが更に望ましい。
【００３６】
本発明で用いられる硬化剤は、価格及び硬化後の強度の観点から、多官能樹脂であるフェノール系硬化剤及びノボラック型フェノール系硬化剤が好ましい。これらは単独でも二種類以上混合しても差し支えない。
【００３７】
硬化剤の重量平均分子量は、７００〜１８００の範囲が好ましい。重量平均分子量が１８００を超える場合、耐熱性は向上するが、成形材料の成形性が低下する。また、重量平均分子量が７００未満の場合は、成形性に優れる半面、耐熱性の低下が大きく、好ましくない。
【００３８】
充填剤は、極めて多くの種類があり、化学組織、形状、粒子径等の点で変化に富んでいる。その中で、無機充填剤は、酸化ケイ素（シリカ）、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、各種ガラス、タルク、硫酸バリウム、マイカ、アルミナ、水酸化カルシウムなどがある。その形状により、針状、板状、球状、破砕状等に分類できるが、成形材料に用いた場合、製造法が簡単なため低価格であって、樹脂硬化物の破断強度が向上する破砕状が好ましい。上記の充填剤は、単独でも二種類以上混合しても差し支えない。
【００３９】
特に、トランスファー成形の際、狭ギャップにも成形できる、平均粒径２〜４０μｍの範囲のフィラーサイズが好ましい。粒径が４０μｍを超えるものは、成形部品に狭ギャップが存在すると、成形の際に充填剤が引っ掛かり、充填剤の含有割合が不均一になりやすい。一方、粒径２μｍ未満の無機充填剤では、充填剤の表面積が大きくなるため、流動性が低下するため好ましくない。その中で好ましいものは、平均粒径が２〜４０μｍの範囲で、その平均粒径は４．０〜６．０μｍである。また、無機充填剤は、各種カップリング剤で表面処理したものも使用できる。
【００４０】
また、無機充填剤として、メインの破砕状充填剤に針状又は板状の充填剤を配合することができる。本発明では、ガラス繊維のチョップドストランドも含むことができる。チョップドストランドは、ストランド（連続した１本の繊維を数百本〜数千本束ねたもの）を所定の長さに切断した形状のものであり、エンジニアリングプラスチックスをはじめとする熱可塑性樹脂の補強材、及び熱硬化性樹脂におけるＢＭＣ（Ｂｕｌｋ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）用の強化材として知られている。
【００４１】
本発明において使用するガラス繊維は、個々の繊維がランダムに配向していて、長さは１〜１０ｃｍが好ましく、フィラメントの径及び硬さ、ストランドを形成するフィラメントの本数、及び表面処理剤の種類に制限はない。チョップドストランドの銘柄に制限はないが、日東紡績製のＣＳ６ＰＥ−２２１、ＣＳ６Ｅ−４０１、ＣＳ６ＰＢ−５４２、ＣＳ６ＰＥ−２３１、ＣＳ６ＰＥ−４０１、ＣＳ６ＰＥ−４０３、ＣＳ６ＰＥ−４７１、ＣＳ６ＰＥ−４７２、ＣＳ６ＰＥ−４２２、ＣＳ５０Ｅ−２２１、ＣＳ２５Ｅ−２２１、ＣＳ１３Ｅ−２２１、ＣＳ６Ｅ−２２１、ＣＳ３Ｅ−２２１、ＣＳ６ＰＡ−４０１、ＣＳ２５Ｚ−７００等がある。
【００４２】
チョップドストランドの配合量は、無機充填剤の３〜１２ｗｔ％であるが好ましい。１２ｗｔ％を超えると成形性の低下が大きく、３ｗｔ％未満では配合の効果がない。当該配合量は、５〜１０ｗｔ％が更に望ましい。
【００４３】
無機充填剤の配合量は、６５〜９５ｗｔ％が好ましい。配合量が６５ｗｔ％未満では、エポキシ樹脂成形材料の硬化物の熱膨張係数が、アルミニウムと比較して、その差が５ｐｐｍ／℃以上になるため、アキシャルギャップ型モータへの固定子への適用は難しい。一方、配合量が９５ｗｔ％を超えると、成形性が大きく低下する。当該配合量は、７４〜８８ｗｔ％が更に好ましい。
【００４４】
成形性については、うず巻き（スパイラル）状の溝をもった金型を実際のトランスファー成形機に取り付けて行う流れ試験方法であるスパイラスフロー値で評価する。例えば、スパイラスフロー値が１０インチ以下では、コイル部間が狭い空間であるアキシャルギャップ型モータの固定子等への適用は難しい。好ましくは、スパイラスフロー値は２０〜４０インチである。しかし、スパイラスフロー値が４０インチ以上では、金型や成形機の間に樹脂が浸み込みやすいため、生産性が低下する。
【００４５】
また、本発明は、スチレンや、メタクリル酸など、反応性のモノマやオリゴマを実質的に含有しないエポキシ樹脂組成物である。反応性のモノマやオリゴマが含まれると、トランスファー成形の際に臭気が激しくなり、作業員の健康に良くない。また、成形材料の保存安定性の点で好ましくない。
【００４６】
成形材料の成形時間は短い方が、量産性の点で有利である。例えば、トランスファー成形における成形時間は、３分以内が好ましい。
【００４７】
また、成形材料の硬化物の耐熱温度クラスは、Ｆ種（１５５℃）以上であることが好ましい。理由は、５５ｋＷのアキシャルギャップ型モータの場合、運転時にコイル部の温度が１４０〜１５０℃に達するためである。そのため、成形材料の硬化物の耐熱温度クラスは、Ｆ種（１５５℃）が不可欠である。
【００４８】
成形材料の硬化物の耐クラック性の評価項目である破壊靭性値は、ＡＳＴＭ  Ｄ５０４５−９１に準拠して求めた。成形品の試験片に所定の初期クラックを入れ、上下に引張変形して、完全に破壊が起きた時点の荷重から応力拡大係数（ＫＩＣ）を求めた。
【００４９】
破壊靭性値が２．８ＭＰａ√ｍ未満である場合、トランスファー成形後、金型から成形品の固定子を外す場合、急激な降温や機械的衝撃により、硬化物にクラック等が起こりやすくなるため好ましくない。そのため、破壊靭性値は２．８ＭＰａ√ｍ以上であることが好ましい。
【００５０】
ここで、破壊靱性とは、亀裂が存在する材料に応力がかかっている場合、この亀裂進展に対する抵抗力をいう。その値を向上させるには、可とう性添加剤の樹脂中への配合が知られている。例えば、可とう性添加剤のゴム粒子を樹脂中に配合した場合、樹脂の弾性率が低下するため、成形の際に突起部などで発生する局部的な熱や機械的応力が緩和され、破壊靭性値が大きくなる。
【００５１】
可とう性添加剤は、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ＳＢＲ（スチレン・ブタジエンゴム（ｓｔｙｒｅｎｅ−ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  ｒｕｂｂｅｒ））、シリコーンゴム、ＣＴＢＮ（反応性末端カルボキシ基ＮＢＲ）等のゴム類、ポリウレタン類、ポリエステル類、ウレタン変性エポキシ樹脂、ＮＢＲ（アクリロニトリル−ブタジエンゴム）、ＣＴＢＮ変性エポキシ樹脂及びシリコーン変性エポキシ樹脂が挙げられるが、単独または二種類以上の応力緩和剤を用いることができる。本発明においては、樹脂中に均一に分散した場合、大幅な性能向上が図られる架橋ＮＢＲ粒子や、一次粒子の粒径が１００μｍ以下のコアシェル型ゴム粒子が好ましい。
【００５２】
固定子の金属ハウジングと成形材硬化物とのせん断強度は５ＭＰａ以上であることが好ましい。せん断強度が５ＭＰａ未満である場合、モータの長期運転中に、振動や内外部の熱によって、金属ハウジングと成形材硬化物との接触面でクラックや剥離が起きやすくなるため、好ましくない。
【００５３】
本発明に用いる硬化促進剤は、イミダゾール系やリン系等、一般に知られている促進剤が利用できる。しかし、本発明では、硬化時にエポキシ樹脂の自己重合を起こさず、成形材料の保存安定性に優れたリン系の硬化促進剤が特に好ましい。硬化促進剤は、単独或いは二種類以上を用いることができる。
【００５４】
具体的には、トリフェニルホスフィン、トリオルトトリルホスフィン、トリメタトリルホスフィン、トリパラトリルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート、トリターシャリーブチルホスホニウムテトラフェニルボレート等がある。
【００５５】
本発明には、目的に応じて、上記成形材料に着色剤、離型剤、応力緩和剤、カップリング剤又は難燃剤を添加することができる。
【００５６】
着色剤は、特に制限はないが、カーボンブラック、酸化チタン、フタロシアニン、クロームグリーン、硫酸鉛、酸化クロム、コバルトグリーンなどが挙げられる。着色剤は、単独或いは二種類以上を用いることができる。
【００５７】
離型剤は、パラフィンワックス、マイクロワックス、ポリエチレンワックス等の炭化水素系離型剤、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸等の高級脂肪酸系離型剤、ステアリルアミド、パルミチンアミド等の高級脂肪族アミド系離型剤、カルナバワックス、モンタン酸ワックス等の天然ワックス系離型剤があげられる。離型剤は、単独或いは二種類以上を用いることができる。
【００５８】
カップリング剤としては、具体的に、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシシラン、３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、２−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−トリエトキシシリル−Ｎ−（１，３−ジメチル−ブチリデン）プロピルアミン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、ビス（トリエトキシシリルプロピル）テトラスルフィド、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３−トリメトキシシリルプロピルコハク酸無水物、ｐ−スチリルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、チタンテトラノルマルブトキシド、チタンテトラ−２−エチルヘキソキシド、チタンラクテート、チタンジイソプロポキシ、ビス（トリエタノールアミネート）、チタンラクテートアンモニウム塩等がある。カップリング剤は、単独あるいは二種類以上用いることができる。
【００５９】
難燃剤は、難燃化のメカニズムにより、以下に示すいくつかの組み合わせがあるが、本発明では、特に限定されない。
【００６０】
（酸化アンチモンその他の金属化合物）
酸化アンチモンには、三酸化アンチモン及び五酸化アンチモンがある。その他の金属化合物には、硫酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、酸化モリブデン、錫酸亜鉛、酸化錫等がある。
【００６１】
（リン化合物及びハロゲン化合物）
リン化合物には、トリフェニルホスフェートなどの芳香族のリン酸エステル、赤リンなど、ハロゲンを含むリン酸エステル等がある。
【００６２】
ハロゲン化合物には、テトラブロモビスフェノールＡ、デカブロモジフェニルエーテル、オクタブロモジフェニルエーテル、ペンタブロモジフェニルエーテル、テトラブロモジフェニルエーテル、ヘキサブロモシクロドデカン、トリブロモフェノール、ビス（トリブロモフェノキシエタン）、ビス（ペンタブロモジフェニルエタン）、ヘキサブロモベンゼンポリブロモビフェニル等がある。
【００６３】
（窒素含有化合物）
窒素含有化合物には、例えばメラミンシアヌレート、アゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミンや、ビステトラゾール・ジアンモニウム、ビステトラゾール・ピペラジンなどのテトラゾール系化合物などが挙げられる。難燃性又は分解開始温度の観点からは、メラミンシアヌレート、アゾジカルボンアミド、テトラゾール系化合物が好ましく、メラミンシアヌレート、テトラゾール系化合物がより好ましい。ただし、窒素含有化合物は、これらの例に特に限定されない。
【００６４】
（マンガン化合物及び亜鉛化合物）
マンガン化合物には、酸化マンガン、酢酸マンガン、硫酸マンガン等がある。亜鉛化合物には、酸化亜鉛、酢酸亜鉛、硫酸亜鉛等がある。
【００６５】
（金属水酸化物及び難燃助剤）
金属水酸化物には、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等がある。難燃助剤には、硝酸銅、硝酸鉄、シリコーン化合物、硼酸亜鉛等がある。
【００６６】
本発明においては、単独または二種類以上の難燃剤を用いることができる。難燃剤は、用いなくてもよい。
【００６７】
次に、実際の作製方法及び測定方法について具体的に説明する。ただし、本発明は、これらの方法によって限定されるものではない。
【００６８】
（１）成形材料の作製
本発明のエポキシ樹脂成形材料を調製するには、エポキシ樹脂、硬化剤、硬化促進剤、無機充填剤、可とう性添加剤、カップリング剤、着色材及び離型剤を、各成分を評量した後、ポリ袋の中で軽く混合する。必要に応じて、難燃剤等も混合する。その後、熱ミキシングロールを用いて混錬して成形材料を作製する。５５ｋＷ用アキシャルギャップ型モータの固定子をトランスファー成形する場合は、混錬を終えた成形材料をタブレット成形機でタブレット化した成形材料を用いた。固定子金型を挟んだトランスファープレス機のポットにタブレットを投入し、加熱成形して、５５ｋＷ用アキシャルギャップ型モータの固定子を得た。
【００６９】
各素材を所定の割合で配合し、ポリ袋の中で軽く混合した。その後、素材を８インチミキシングロール（朋来製作所製、ロールサイズ：２００ｍｍφ×５００ｍｍ）を用いて混錬して成形材料を作製した。前ロール６５℃、後ロール５５℃とし、混錬時間はロールに各素材が巻付いた後１５〜２０分とした。混錬を終えた成形材料は、粉砕機（朋来製作所製、ＤＢ−３２００型）で粉砕した。また、トランスファー成形で物性評価用試験片やアキシャルギャップ型モータの固定子を成形する時には、タブレット成形機（藤和精機製、ＰＨ２０ＡＳ型）で成形されたタブレットを用いた。このタブレットを、高周波プレヒータ（富士電波工機製、ＦＤＰ−３２３型）を用いて７５℃まで予備加熱し、金型を挟んだトランスファープレス機（藤和精機社製）のポットに投入し、成形した。成形条件は、温度１８０℃で、時間３．０分、成形圧力７．５ＭＰａである。後硬化はしなかった。
【００７０】
（各物性値の測定法）
（１）Ｍｗの測定
エポキシ樹脂や硬化剤などの重量平均分子量Ｍｗ（ポリスチレン換算値）は、検出器としてＬ−３３００（ＲＩ）型（日立化成製）を用いて測定した。測定条件は、次のとおりである。
【００７１】
カラム：Ｇｅｌｐａｋ  ＧＬ−Ｒ４４０＋Ｒ４５０＋Ｒ４００Ｍ、カラム温度：３０℃、流量：１．５ｍｌ／分、溶離液：テトラヒドロフラン。
【００７２】
（２）曲げ強度
曲げ強さは、トランスファー成形により作製したダンベル形状の試験片（サイズ：１２．７ｍｍ×１２７ｍｍ×５ｍｍｔ）を用い、オートグラフ万能試験機（島津製、ＡＧ−Ｘ型１００ｋＮ）を用いて測定した。曲げ速度２ｍｍ／分、支点間距離８０ｍｍ、測定温度：室温で測定した。
【００７３】
（３）熱膨張係数
熱膨張係数は、トランスファー成形により作製したφ１０ｍｍ×１００ｍｍの丸棒を長さ約１０ｍｍに切断し、昇温速度２℃／分でＡＳＴＭ−Ｄ６９６に準じて、熱機械的分析装置（ＴＭＡ：アルバック製、ＴＭ−９３００型）で伸びを測定して１００〜１５０℃範囲の熱膨張係数を求めた。
【００７４】
（４）破壊靱性値
ＡＳＴＭＤ５０４５−９１に従い、３点曲げ試験片にカミソリ刃を用いて初期亀裂を生成し、圧縮荷重を加えて亀裂が進展して破断した際の荷重から破壊靱性値を算出した。試験は、室温にて実施した。クロスヘッド速度は１．０ｍｍ／分とした。これらは万能引張試験機を用いて測定した。
【００７５】
（５）流動性
成形材料の流動性は、ＳＰＩ−ＥＭＭＩ−１−６６に準じて、スパイラスフロー測定用金型を用いてトランスファー成形を行い、スパイラル状の成形物を作製し、その流動長さを測定することにより評価した。５５ｋＷ用アキシャルギャップ型モータの固定子に適用するには、流動長さが２５インチ以上の値であることが好ましい。
【００７６】
（６）せん断強度
アキシャルギャップ型モータの固定子のハウジングのアルミニウムと同じ材質のアルミニウム板（材質ＡＤＬ１２、表面粗さ４μｍ）の上に、下部が直径５ｍｍφ、上部が直径４ｍｍφ、高さ３ｍｍの円柱成形品をトランスファー成形（１８０℃／３分、４．５ＭＰａ）により作製し、せん断強度測定試験片とした。これを万能テスタ（デイジ社製、ＰＣ２４００型）の上に固定し、せん断冶具下部がアルミニウム基板上１００μｍを通過するようにセットし、せん断刃を移動（速度：２ｍｍ／分）し、せん断強さ（ＭＰａ）を測定した。
【００７７】
（７）耐熱温度クラス
絶縁材料は、ＪＩＳ  Ｃ４００３（日本工業規格）により、耐熱温度の指標である耐熱温度クラスが決められており、Ｙ種（９０℃）、Ａ種（１０５℃）、Ｅ種（１２０℃）、Ｂ種（１３０℃）、Ｆ種（１５５℃）、Ｈ種（１８０℃）、２００℃、２２０℃、２４０℃に分類される。ここで、かっこ内の温度は最高許容温度である。
【００７８】
一般に、絶縁材料は高温に長時間さらされると、物性が低下する。物性が初期値に対して一定の割合に低下するまでの時間（Ｌ）及び絶対温度（Ｔ）は、次のアレニウスの式に従う。
【００７９】
Ｌｏｇ（Ｌ）＝ａ＋ｂ／Ｔ
ここで、Ｌｏｇは、自然対数を表すものであり、Ｌは寿命時間であり、Ｔは絶対温度であり、ａ及びｂは定数である。
【００８０】
時間Ｌをその絶縁材料の寿命時間とすると、対数の寿命時間と１／Ｔの温度とは直線関係にあり、高温ほど寿命が短い。したがって、成形材料の熱劣化の加速試験を行い、各加速温度での寿命時間を求め、より低温での寿命予測を行った。成形材料を熱劣化させる加速条件は、化学的劣化速度が１０℃上昇するごとに二倍になるという経験則から決定した。
【００８１】
本発明のエポキシ樹脂成形材料の耐熱温度クラスは、Ｆ種（１５５℃／２００００ｈ）の寿命をクリアすると仮定して加速試験を行った。
【００８２】
モータ寿命の原因は、故障しやすいコイル部を構成する絶縁材料の劣化である。このことから、成形材料の劣化要因と考えられる−１０％熱重量減少率を寿命時間として各温度から耐熱温度クラスを求めた。
【００８３】
実施例で用いた材料は、次のとおりである。
【００８４】
エポキシ樹脂１：ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（住友化学製、商品名：ＥＳＣＮ−１９０、Ｍｗ１１００、エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ）
エポキシ樹脂２：ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（新日鐵住金化学製、商品名：ＹＤＣＮ−７００−３、Ｍｗ１５００、エポキシ当量１９５ｇ／ｅｑ）
エポキシ樹脂３：ｏ−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂（新日鐵住金化学製、商品名：ＹＤＣＮ−７００−１０、Ｍｗ２２００、エポキシ当量２０６ｇ／ｅｑ）
エポキシ樹脂４：ｏ−クレゾールノボラックエポキシ樹脂（ＤＩＣ製、商品名：エピクロンＮ−６６０、Ｍｗ６８０、エポキシ当量２１０ｇ／ｅｑ）
硬化剤１：ノボラック型フェノール樹脂（明和化成製、商品名：Ｈ−１、Ｍｗ１１００、水酸基当量１０６ｇ／ｅｑ）
硬化剤２：ノボラック型フェノール樹脂（明和化成製、商品名：Ｈ−４、Ｍｗ６７０、水酸基当量１０２ｇ／ｅｑ）
硬化剤３：ノボラック型フェノール樹脂（明和化成製、商品名：ＨＦ−４Ｍ、Ｍｗ１３００、水酸基当量１０７ｇ／ｅｑ）
無機充填剤１：破砕シリカ（龍森製、商品名：クリスタライトＸＪ−７、平均粒径４．９μｍ）
無機充填剤２：日東紡製、商品名：チョップドストランド、ＣＳ６Ｅ−２２７、長さ６ｍｍ、直径１０μｍ
無機充填剤３：平均粒径の異なる３種類の球状シリカ充填剤の混合物（組成は、表１に示す。）
【００８５】
【表１】
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【００８６】
硬化促進剤：リン系硬化促進剤（北興化学製、商品名：ＴＰＰ−ｋ）
可とう性付与剤１：コアシェル型ゴム粒子（ローム＆ハース製、商品名：ＢＴＡ−７３１Ｊ、一次粒子径１００〜６００ｎｍ）
可とう性付与剤２：ＮＢＲゴム粒子（三洋貿易製、商品名：ＶＰ−５０１、一次粒径５０〜１００ｎｍ）
カップリング剤（信越化学製、商品名：ＫＢＭ４０３）
離型剤（クライアントジャパン製、商品名：リコワックスＥパウダー）
（実施例１〜４及び比較例１〜４）
表２は、実施例及び比較例のエポキシ樹脂組成物の組成を示したものである。
【００８７】
【表２】
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【００８８】
本表に示す実施例及び比較例はいずれも、エポキシ樹脂、硬化剤等の樹脂分に対して無機充填剤を７８重量％含むものである。
【００８９】
実施例１のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂１、硬化剤１、無機充填剤１、無機充填剤２、硬化促進剤、可とう性付与剤１、可とう性付与剤２、カップリング剤及び離型剤を含む。
【００９０】
実施例２のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂２及び硬化剤３を用いた点以外は、実施例１と同じである。
【００９１】
実施例３のエポキシ樹脂組成物は、硬化剤３を用いた点、及び無機充填剤１の配合を増やし、無機充填剤２を減らした点以外は、実施例１と同じである。
【００９２】
実施例４のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂２を用いた点、及び硬化剤１をわずかに減らした点以外は、実施例１と同じである。
【００９３】
比較例１のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂３を用いた点、並びに硬化剤１、可とう性付与剤１及び可とう性付与剤２の量を微調整した点以外は、実施例１と同じとした。
【００９４】
比較例２のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂４及び硬化剤２を用いた点以外は、実施例１と同じとした。
【００９５】
比較例３のエポキシ樹脂組成物は、実施例１及び２と同様にエポキシ樹脂１を用い、比較例２と同様に硬化剤２を用い、無機充填剤として平均粒径の異なる３種類からなる球状シリカ（無機充填剤３）を用いた。
【００９６】
比較例４のエポキシ樹脂組成物は、エポキシ樹脂２及び硬化剤３を用いた点、並びに可とう性付与剤を用いない点以外は、実施例１と同じとした。
【００９７】
表３は、実施例及び比較例の特性を示したものである。
【００９８】
【表３】
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【００９９】
本表に示すとおり、実施例１のスパイラルフロー値は２５インチ、せん断強度は６．８ＭＰａ、耐熱温度クラスは１５６℃、熱膨張係数は２６ｐｐｍ／℃、破壊靭性値は３．１ＭＰａ√ｍである。したがって、実施例１は、無機充填剤に安価な破砕フィラを主成分に用いているにもかかわらず、各特性値のバランスがよいことがわかる。また、実施例２〜４も、実施例１と同程度の特性を有し、バランスがよいことがわかる。
【０１００】
比較例１のスパイラルフロー値は、１２インチと実施例１〜４に比べて低下した。他の物性は実施例とほぼ同等であった。
【０１０１】
比較例２のスパイラルフロー値は、４２インチと優れた値を示すが、破壊靭性値が２．３ＭＰａ√ｍと大きく低下した。
【０１０２】
比較例３のスパイラルフロー値は、７６インチと優れた値を示すが、破壊靭性値が２．０ＭＰａ√ｍと大きく低下した。
【０１０３】
比較例４のスパイラルフロー値は、７０インチと優れた値を示すが、破壊靭性値が１．２ＭＰａ√ｍと大きく低下した。
【０１０４】
以上のように、本発明の実施例は、比較例に比べ、無機充填剤に安価な破砕フィラを主成分に用いているにかかわらず、スパイラルフロー値、せん断強度値、耐熱温度クラス、熱膨張係数及び破壊靭性値の各特性値のバランスが優れていることが分かる。
【０１０５】
したがって、本発明のエポキシ樹脂組成物は、アキシャルギャップ型モータをはじめとして各種製品の絶縁材料や構造材料に用いることができる。
【０１０６】
次に、本発明のエポキシ樹脂組成物をモータに適用した場合の効果について説明する。
【０１０７】
図１は、本発明のエポキシ樹脂組成物を適用したアキシャルギャップ型モータを分解して内部構造を模式的に示したものである。
【０１０８】
本図において、アキシャルギャップ型モータは、二個の回転子２、３の間に固定子１を配置した構成を有している。固定子１及び回転子２、３は、アルミニウム製のハウジング４の中に収容されている。破線で示す範囲は、固定子１及び回転子２、３のそれぞれに含まれる部材を表している。固定子１は、複数の鉄心５が回転子２、３の回転軸に対して放射状に配置されている。これらの複数の鉄心５は、本発明のエポキシ樹脂組成物を硬化したエポキシ樹脂硬化物でハウジング４に固定されている。
【０１０９】
図２は、図１のアキシャルギャップ型モータに用いた固定子を固定した状態を示したものであって、アキシャルギャップ型モータを中心軸付近で二分割した一方の部分を示したものである。
【０１１０】
本図においては、固定子１は、鉄心５及び鉄心５の周囲に巻き回されたコイル等で構成されている。固定子１の構成要素の隙間には、エポキシ樹脂硬化物６が充填されている。また、固定子１は、ハウジング４の内壁に接着により固定されている。回転子２、３は、シャフト７（回転軸）に固定され、回転子２、３及びシャフト７は、ベアリング１０を有する軸受８、９によって固定子１及びハウジング４に対して回転可能に支持されている。
【０１１１】
固定子１は、モータ駆動時の温度上昇や振動によって、熱応力や振動に起因する応力が発生するため、エポキシ樹脂硬化物６の割れやクラック又はエポキシ樹脂硬化物６とハウジング４との界面における剥離が発生しやすい。エポキシ樹脂硬化物６の破壊は、複数の鉄心間での相対位置や固定子１の軸ずれを引き起こし、モータの性能を著しく低下させる。
【０１１２】
しかしながら、本発明のエポキシ樹脂組成物を用いて作製したエポキシ樹脂硬化物６は、耐熱温度クラスが高く、熱膨張係数がアルミニウムと同等程度であること、及びせん断強度や破壊靱性値が大きいことから、樹脂クラックが発生しにくい。そのため、固定子１の信頼性は向上し、信頼性の高いモータを得ることができる。
【０１１３】
さらに、硬化時間１８０℃／３分のトランスファー成形を用いることにより、硬化時間を大幅に短縮させることができ、生産性が向上し、エポキシ樹脂硬化物６とハウジング４との界面における接着性を大幅に改善することができる。
【０１１４】
本発明によれば、安価な破砕状充填剤並びに重量平均分子量を限定したエポキシ樹脂及び硬化剤を組み合わせることにより、優れた成形性を有するエポキシ樹脂成形材料（エポキシ樹脂組成物）を得ることができる。このエポキシ樹脂成形材料を用いれば、狭空間など複雑な内部構造を有する製品も、容易に、短サイクルで製造することができる。
【０１１５】
また、その樹脂硬化物は、耐熱性、機械的強度及び長期信頼性に優れている。このエポキシ樹脂組成物から製造された製品は、安価であり、アキシャルギャップ型モータなど複雑な形状の電子・電気部品に適している。
【０１１６】
本発明は、アキシャルギャップ型モータを用いた自動車や、各種工作機械等の製造に有用である。
【符号の説明】
【０１１７】
１：固定子、２、３：回転子、４：ハウジング、５：鉄心、６：エポキシ樹脂硬化物、７：シャフト、８、９：軸受、１０：ベアリング。
【図１】
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【図２】
2014184859.tif 000007
【国際調査報告】
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2014184859.tif 000009
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