(57)【要約】【課題】モータのコイルの温度上昇を軽減することができる絶縁シート、絶縁シートを有するステータの製造方法及びモータを提供する。【解決手段】ポリマーおよびモノマーからなる絶縁シート３であり、この絶縁シート３は、メソゲン基を含む液晶ポリマー９の１００重量部に対して、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマー１０を５０〜５００重量部含み、絶縁シート３中に液晶性を発現するメソゲン基を有しているため、液晶状態では分子が高次構造を形成し、結果として高分子材料の熱伝導媒体とされているフォノンによる熱伝導が促進される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーおよびモノマーからなる絶縁シートにおいて、
メソゲン基を含む液晶ポリマー１００重量部に対して、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマー５０〜５００重量部を含むことを特徴とする絶縁シート。
【請求項２】
上記液晶モノマーの重合性基および上記液晶ポリマーの主鎖骨格が、エポキシ基、アクリル酸基、及びメタクリル酸基から成る群より選ばれた少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１に記載の絶縁シート。
【請求項３】
さらに、上記液晶モノマーおよび上記液晶ポリマーよりも熱伝導率の高いフィラーを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁シート。
【請求項４】
上記フィラーの体積抵抗率が、１０１０Ωｃｍ以上を有することを特徴とする請求項３に記載の絶縁シート。
【請求項５】
請求項１〜４に記載の上記絶縁シートをステータコアに組付けてモータのステータを製造する際に、
上記絶縁シートとコイルとを、上記ステータコアのスロットに挿入した後、加熱処理することで、上記ステータコアと上記絶縁シートと上記コイル間を上記絶縁シートにより融着させることを特徴とする絶縁シートを有するステータの製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の絶縁シートを有するステータの製造方法により得られる上記ステータを有することを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのコイルとモータのステータコアの間に配置される絶縁シートと、絶縁シートを有するステータの製造方法、及びこのステータを有するモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータのステータコアは、プレス加工で打ち抜いた電磁鋼板を複数枚積層することで構成されている。このような構成を有するステータコアの端面には、プレス加工の際に生じたばりや、複数枚の電磁鋼板を積層したときに生じた電磁鋼板相互の位置ずれによる凹凸部分が存在する。
【非特許文献１】「機械工学便覧」社団法人 日本機械学会 発行 昭和６３年５月１５日 Ａ８−４３〜Ａ８−５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
モータのコイルとステータコアの間には、プレス加工の際に生じたばりによる傷つきを防止するために、絶縁シートが配置されている。しかし、上述したようにステータコアの端面には凹凸部分があるので、この凹凸部分が絶縁シートとスロット内壁との間に空隙を形成してしまう。  
【０００４】
モータのコイルを固定する目的でコイルに充填材を含浸したとしてもなお、絶縁シートとステータコアの間には多くの空隙が多く残っている。モータを運転する際には、コイルには通電をするのでコイルが発熱するが、この空隙は断熱層として作用するためにコイルの熱が外部に放出しにくくなってコイルの温度が上昇する。結果として、モータの駆動効率の低下を招く。
【０００５】
また、モータのコイルとステータコアの間に配置されている絶縁シートは、一般に有機絶縁材で構成されており、この絶縁シートは金属無機材料に対して、熱伝達性に乏しい。したがって、絶縁シートは、コイルの発生する熱をコイルからステータコアへ伝熱する際に阻害となり、コイルの温度が上昇するので、結果としてモータの駆動効率の低下を招いていた。
本発明は、上記課題に着目してなされたものであって、熱伝導が促進されることで、モータのコイルのような発熱体の温度上昇を軽減することができる絶縁シート、絶縁シートを有するステータの製造方法及びモータを提供することを目的としている。。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の絶縁シートは、ポリマーおよびモノマーからなる絶縁シートであり、メソゲン基を含む液晶ポリマー１００重量部に対して、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマー５０〜５００重量部を含むことを特徴とする。このメソゲン基とは、液晶性を発現する官能基を示す。
【０００７】
ここで、メソゲン基を含む液晶ポリマー１００重量部に対して、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマーが、５０重量部未満であると、融点の低いメソゲン基及び重合性基を分子中に含む液晶モノマーの割合が小さいため、絶縁シートが軟化しにくく、シートを組み付けた際に、相手面との空隙を排除できず、結果として熱伝達性能が劣ってしまう。
また、メソゲン基を含む液晶ポリマー１００重量部に対して、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマーが、５００重量部を超えると、ポリマー成分の割合が小さいため、製膜性が悪く、製膜時のハンドリングが劣るという問題点がある。
【０００８】
本発明の絶縁シートを有するステータの製造方法では、上記絶縁シートをステータコアに組付けてモータのステータを製造する際に、上記絶縁シートとコイルとを、上記ステータコアのスロットに挿入した後、加熱処理することで、上記ステータコアと上記絶縁シートと上記コイル間を上記絶縁シートにより融着させる。
本発明のモータでは、上記絶縁シートを有するステータの製造方法により得られる上記ステータを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の絶縁シートによれば、絶縁シート中に液晶性を発現するメソゲン基を有しているため、液晶状態では分子が高次構造を形成し、結果として高分子材料の熱伝導媒体とされているフォノンによる熱伝導が促進される。
【００１０】
本発明の絶縁シートを有するステータの製造方法によれば、絶縁シートをステータコアに組付けることで、コイルからステータコアへの熱伝達性が高められ、運転中にコイルが発熱した際のコイルの温度上昇を軽減することが可能となる。
本発明のモータによれば、コイルからステータコアへの熱伝達性が高められ、運転中にコイルが発熱した際のコイルの温度上昇を軽減することが可能となり、モータの出力向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の絶縁シートの好ましい実施形態では、上記液晶モノマーの重合性基および上記液晶ポリマーの主鎖骨格が、エポキシ基、アクリル酸基、及びメタクリル酸基から成る群より選ばれた少なくとも１種を含む。
本発明の絶縁シートの好ましい実施形態では、さらに、上記液晶モノマーおよび上記液晶ポリマーよりも熱伝導率の高いフィラーを含む。
本発明の絶縁シートの好ましい実施形態では、上記フィラーの体積抵抗率が、１０１０Ωｃｍ以上を有する。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明の絶縁シートの好ましい実施例がモータのステータに適用された例を、図面を参照して説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１は、本発明の絶縁シートの好ましい実施例が適用されるモータのステータが有するステータコアを示す平面図である。図２は、ステータコア１のスロット２の内部構造例を示す断面図である。
モータは、ステータのコイルに通電して、この通電によりコイルの発生する電磁力とマグネットの磁力との相互作用により、ロータをステータに対して回転駆動する。
図１は、モータ３０のステータコア１の一部分を示している。図１に示すステータコア１は、プレス加工により環状に打ち抜いて成形した電磁鋼板を、複数枚積層することで構成されている。
【００１４】
図１のステータコア１は、その内周側（図１と図２において上側）の一端が開放してある。スロット２は、ステータコア１をモータの軸方向に沿って貫通しており、ステータコア１は複数のスロット２を有しており、各スロット２は、ステータコア１の中心軸を中心として放射状に形成されている。
【００１５】
図２に示すように、絶縁シート３とコイル４は、スロット２内に挿入して配置されており、絶縁シート３はステータコア１の積層鋼板とコイル４との接触を防いで、電気絶縁を図っている。
図２のコイル４は、エナメルコーティングした銅線からなる駆動コイルである。このコイル４は、絶縁シート３を装着したスロット２の内側においてステータコア１に対して巻き付けてある。ウェッジ５は、このコイル４をスロット２内に保持するための保持部材であり、電気絶縁材から成る。充填材６は、スロット２内のコイル４に含浸し、コイル４を固定している電気絶縁性を有する部材である。
【００１６】
図３は、コイル４を巻き付けたステータコア１の断面図であり、複数の積層鋼板７と絶縁シート３及びコイル４を示し、加熱処理前の状態を示している。
図３に示すように、各積層鋼板７の端面７Ｂの位置は、絶縁シート３に対してそれぞれ異なっているので、絶縁シート３から見ると各積層鋼板７の端部７Ｂには凹凸部分がある。
【００１７】
図７は、図３のステータコア１を加熱処理する前の状態を示し、特に絶縁シート３の断面構造をより詳しく示している。
図７のステータコア１の構成材料は、図３のステータコア１の構成材料と同様であるが、まだ加熱処理をしていないことから、絶縁シート３が液晶構造材料や、熱伝導性の優れるフィラーで構成されるため熱伝達性は良好であるが、加熱による軟化現象が発現しない。  このように、ステータコア１を加熱処理する前の状態では、加熱されていないので、絶縁シート３と各積層鋼板７の端面７Ｂとの間の空隙８は排除できていない。このために、図３と図７に示す加熱処理前の絶縁シート３と、各積層鋼板７の端面７Ｂの凹凸部分と、の間には、空隙８が存在している。
【００１８】
図４は、図３と図７に示すステータのステータコア１を、加熱処理した後のステータコア１の実施例１の構造例を示す断面図である。
絶縁シート３を有するステータの好ましい製造方法では、絶縁シート３とコイル４が、スロット２内に挿入して配置された後に、加熱処理されることにより、ステータコア１と絶縁シート３とコイル４とを融着させる。
これにより、図４に示すように、絶縁シート３の層の内外側のおける空隙が、確実に排除可能であり、コイルからステータコアへの熱伝達性が高められ、運転中にコイルが発熱した際のコイルの温度上昇を軽減することが可能となる。
【００１９】
そして、このようにして絶縁シート３がステータコア１に組み付けられることで製造されたステータが、モータのステータとして適用されることにより、モータは、絶縁シート３の層の内外側のおける空隙が、確実に排除可能であり、コイルからステータコアへの熱伝達性が高められ、運転中にコイルが発熱した際のコイルの温度上昇を軽減することが可能となるので、結果としてモータの出力向上が可能となる。
【００２０】
図４に示す絶縁シート３は、メソゲン基を含む液晶ポリマー９と、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマー１０で構成される。しかも本実施例１では絶縁シート３には、さらに絶縁性であり熱伝導を有するフィラー１１が配合されている。
絶縁シートであり、メソゲン基を含む液晶ポリマー１００重量部に対して、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマーを５０〜５００重量部を含むことを特徴とする。このメソゲン基とは、液晶性を発現する官能基を示す。
【００２１】
ここで、メソゲン基を含む液晶ポリマー１００重量部に対して、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマーが、５０重量部未満であると、融点の低いメソゲン基及び重合性基を分子中に含む液晶モノマーの割合が小さいため、絶縁シートが軟化しにくく、シートを組み付けた際に、相手面との空隙を排除できず、結果として熱伝達性能が劣ってしまう。
また、メソゲン基を含む液晶ポリマー１００重量部に対して、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマーが、５００重量部を超えると、ポリマー成分の割合が小さいため、製膜性が悪く、製膜時のハンドリングが劣るという問題点がある。
【００２２】
絶縁シート３中には、液晶性を発現するメソゲン基を有しているため、液晶状態では分子が高次構造を形成し、結果として高分子材料の熱伝導媒体とされているフォノンによる熱伝導が促進される。
ここで、メソゲン基とは、液晶性を発現する官能基を示す。具体的には、メソゲン基としては、例えば、ビフェニル、ターフェニル、フェニルベンゾエート、アゾベンゼン、スチルベンやその誘導体等が挙げられる。
【００２３】
さらに、図４に示すステータコア１の加熱処理後の状態では、図３に示すように空隙８が絶縁シート３の内側と外側のいずれにおいても絶縁シート３により排除されている。すなわち、ステータコア１の加熱処理されると、絶縁シート３とコイル４の間には空隙が無いことはもちろんのこと、絶縁シート３と各積層鋼板７との間の空隙８が無くなり、絶縁シート３が各積層鋼板７の端面７Ｂの凹凸部分に密着している。
【００２４】
本実施例１において用いた液晶モノマー１０は、例えばエポキシ基を重合性基としていることから、熱的に、機械的に安定した強度と接着力が得られる。
図４ではフィラー１１のフィラー径が均一な例を示しているが、フィラー１１のフィラー径が均一でなくて、粒子径に分布を持っていてもなんら問題はない。
【００２５】
次に、本発明の好ましい実施例２と実施例３を説明する。
実施例２と実施例３は、上述した実施例１と同じ箇所には同じ符号を記してその説明を用いることにして、実施例２〜３については、実施例１と異なる部分について説明する。
【００２６】
（実施例２）
図５は、図３に示すステータコア１を加熱処理した後のステータコア１の実施例２の構造例を示す断面図である。
図５は、加熱処理した後のステータコアの断面図であり、３は絶縁シートである。本実施例２では、実施例１に対し、絶縁シート３にはフィラーが含まれない例を示している。絶縁シート３が液晶構造材料で構成されているため、一般材料に対しては熱伝導率が優れるものの、熱伝導性フィラーを含む実施例１に対し、熱伝達性能が劣る。
【００２７】
（実施例３）
図６は、図３に示すステータコア１を加熱処理した後のステータコア１の実施例３の構造例を示す断面図である。
図６は、加熱処理した後のステータコアの断面図であり、３は絶縁シートである。本実施例３では、実施例１に対しフィラーとして導電性フィラー１２を用いた例を示している。  
【００２８】
絶縁シート３が液晶構造材料や、一般に熱伝導性の優れる導電性フィラー１２で構成されるため、実施例１に対し、熱伝達性能が優れるものの、コイルとコア間の絶縁性が低下してしまうおそれがある。
【００２９】
次に、本発明の絶縁シートを備えるステータに対して、比較するための比較例を図８〜図１１に示す。
（比較例１）
図８は、加熱処理した後のステータコア１の比較例１の構造を示す断面図である。
比較例１では、絶縁シート１０３は、メソゲン基を含まないポリマー１３とフィラー１１で構成されている。比較例１の絶縁シート１０３では、液晶構造材料を含んでいないため、図４の実施例１〜３の絶縁シート３と、比較例１の絶縁シート１０３とを比較すると、比較例１の絶縁シート１０３の熱伝導率が低く、しかも空隙８は排除できていない。結果として、比較例１の絶縁シート１０３により得られる熱伝達性能は、本発明の好ましい実施例１〜３の絶縁シート３により得られる熱伝達性能に対して劣る。
【００３０】
（比較例２）
図９は、加熱処理した後のステータコア１の比較例２の構造を示す断面図である。
本比較例２では、絶縁シート２０３は、メソゲン基を含まない熱軟化性ポリマー１４で構成されている。加熱により、空隙がメソゲン基を含まない熱軟化性ポリマー１４で排除されている。
しかし、本比較例２では、絶縁シート２０３は液晶構造材料を含んでいないために、比較例２の絶縁シート２０３は、実施例１〜３の絶縁シート３に対して熱伝導率が低い。結果として、比較例２の絶縁シート２０３により得られる熱伝達性能は、本発明の好ましい実施例１〜３の絶縁シート３により得られる熱伝達性能に対して劣る。
【００３１】
（比較例３）
図１０は、加熱処理した後のステータコア１の比較例３の構造を示す断面図である。
比較例３では、絶縁シート３０３は、メソゲン基を含む液晶ポリマー９とフィラー１１で構成されているが、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマーが含まれていない。また、本比較例３では、絶縁シート３は液晶モノマーを含んでいないため、加熱した際に、軟化し難く、空隙８を排除できていない。結果として、比較例３の絶縁シート３０３により得られる熱伝達性能は、本発明の好ましい実施例１〜３の絶縁シート３により得られる熱伝達性能に対して劣る。
【００３２】
（比較例４）
図１１は、比較例４の絶縁シート４０３の断面図である。
本比較例４では、絶縁シート４０３は、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマー１０とフィラー１１で構成されているが、メソゲン基を含む液晶ポリマーが含まれていない。比較例４では、絶縁シート４０３はポリマー成分を含んでいないため、製膜性が悪く、製膜時のハンドリングが劣るという問題がある。
【００３３】
本発明によれば、メソゲン基を含む液晶ポリマー１００重量部に対して、メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマーを５０〜５００重量部から構成されることから、絶縁シート中に液晶性を発現するメソゲン基を有しているため、液晶状態では分子が高次構造を形成し、結果として高分子材料の熱伝導媒体とされているフォノンによる熱伝導が促進される。
【００３４】
本発明の好ましい実施例によれば、絶縁シート中に、液晶モノマーの重合性基として、エポキシ基やアクリル酸基やメタクリル酸基から成る群より選ばれた少なくとも１種を含むため、熱硬化性を有しており、また様々な被着体に対し良好な接着力を得ることが可能である。
また、液晶モノマーの重合性基と液晶ポリマーの主鎖骨格とが、同様にエポキシ基やアクリル酸基やメタクリル酸基から成る群より選ばれた少なくとも１種を含むのであれば、液晶モノマーと液晶ポリマーとの相溶性も良好となる。
なお、上述したエポキシ基やアクリル酸基やメタクリル酸基から成る群より選ばれた少なくとも１種を含むとは、モノマーの重合性基としてエポキシ基、アクリル酸基又はメタクリル酸基及びこれらの任意の組み合わせを含むことである。
【００３５】
本発明の好ましい実施例によれば、絶縁シート中には、液晶モノマーおよび液晶ポリマーよりも熱伝導率の高いフィラーを有しているために、絶縁シートの熱伝達性能の向上が可能である。液晶モノマーや液晶ポリマーよりも熱伝導率の高いフィラーとしては、酸化物、窒化物、硼化物、炭化物、ダイヤモンドなどを採用できる。
【００３６】
本発明の好ましい実施例によれば、絶縁シート中のフィラーの体積抵抗率は、好ましくは１０１０Ωｃｍ以上を有しており、絶縁性を有することから、絶縁シートの絶縁性の低下を招くことなく、ステータコアとコイル間の絶縁を確保することが可能である。このフィラーの体積抵抗率は、１０１０Ωｃｍ未満であると、絶縁シートの絶縁性を確保することが難しくなるので、好ましくない。
液晶モノマーや液晶ポリマーよりも熱伝導率の高いフィラーとしては、酸化物、窒化物、硼化物、炭化物、ダイヤモンドなどを採用できる。
【００３７】
本発明の好ましい実施例によれば、絶縁シートをステータコアのスロットの内壁に配置した後、このスロット内にコイルを配置し、さらに加熱する工程を有しており、ステータコアと絶縁シートとコイル間を融着させることで、絶縁シート層の内外側のおける空隙が排除可能である。
【００３８】
本発明の好ましい実施例によれば、絶縁シートをステータに組付けることで、コイルからステータコアへの熱伝達性が高められ、運転中にコイルが発熱した際のコイルの温度上昇を軽減することが可能となり、結果としてモータの出力向上が可能となる。
【００３９】
ところで、本発明は、上記実施例に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、種々の変形例が採用できる。
本発明の絶縁シートは、モータのコイルとモータのステータコアの間に配置されるだけでなく、本発明の絶縁シートは、モータ以外の他の種類の電子機器あるいは電気機器において、コイルのような発熱体と、この発熱体の周囲にある部材との間の空隙を埋めながら絶縁性と熱伝導性を確保する場合に適用することができる。例えば、本発明の絶縁シートは、機器のコイルと電極端子との間の空隙を埋めながら絶縁性と熱伝導性を確保する場合に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の絶縁シートの好ましい実施例１が適用されるモータのステータが有するステータコアを示す平面図である。
【図２】図１のステータコアのスロットの内部構造例を示す断面図である。
【図３】図２のステータコアの断面図であり、複数の積層鋼板と絶縁シート及びコイルを示し、加熱処理前の状態を示している図である。
【図４】本発明の好ましい実施例１を示し、加熱処理後の状態を示すステータコア断面図である。
【図５】本発明の好ましい実施例２を示し、加熱処理後の状態を示すステータコア断面図である。
【図６】本発明の好ましい実施例３を示し、加熱処理後の状態を示すステータコア断面図である。
【図７】図３の加熱処理前の状態を示し、絶縁シートの断面構造を詳しく示すステータコア断面図である。
【図８】比較例１を示すステータコア断面図である。
【図９】比較例２を示すステータコア断面図である。
【図１０】比較例３を示すステータコア断面図である。
【図１１】比較例４を示す絶縁シートの断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１      ステータコア
２      スロット
３      絶縁シート
４      コイル
５      ウェッジ
６      充填材
７      積層鋼板
７Ｂ    積層鋼板の端部
８      空隙
９      メソゲン基を含む液晶ポリマー
１０    メソゲン基および重合性基を分子中に含む液晶モノマー
１１    フィラー
１２    導電性フィラー
１３    メソゲン基を含まない液晶ポリマー
１４    メソゲン基を含まない熱軟化性ポリマー
３０    モータ
１０３  絶縁シート
２０３  絶縁シート
３０３  絶縁シート
４０３  絶縁シート
【図１】
2007215280.tif 000003
【図２】
2007215280.tif 000004
【図３】
2007215280.tif 000005
【図４】
2007215280.tif 000006
【図５】
2007215280.tif 000007
【図６】
2007215280.tif 000008
【図７】
2007215280.tif 000009
【図８】
2007215280.tif 000010
【図９】
2007215280.tif 000011
【図１０】
2007215280.tif 000012
【図１１】
2007215280.tif 000013