(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱硬化性樹脂からなるプリプレグでコイルを覆い、または同プリプレグを介して板状その他の形状の素体を積層し、このプリプレグを液状の加熱・加圧媒体によって硬化させる回転電機コイルの液圧硬化成形方法において、前記加熱・加圧媒体として、分子量が２００００以下、融点が１３５℃以下、１５０℃における粘度が１００Ｐａ・Ｓ以下であるポリエチレン系材料を使用することを特徴とする液圧硬化成形方法。
【請求項２】
請求項１記載の液圧硬化成形方法において、ポリエチレン系材料として低密度ポリエチレンを適用することを特徴とする液圧硬化成形方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の液圧硬化成形方法において、ポリエチレン系材料としてポリエチレンをクラッキングしたポリエチレンワックス系材料を適用することを特徴とする液圧硬化成形方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれかに記載の液圧硬化成形方法において、ポリエチレン系材料として酸化防止剤または帯電防止剤等からなる添加剤を配合したものを適用することを特徴とする液圧硬化成形方法。
【請求項５】
導電体からなるコイルを、その表面に熱硬化性樹脂からなるプリプレグ状の絶縁テープを巻き付けるとともに同絶縁テープの外側にポリアミド板を当て、さらにその外側に加熱収縮するテープを巻回した状態として圧力容器内に設置し、この圧力容器内を減圧した後に加熱状態として、同圧力容器内に分子量が２００００以下のポリエチレン系材料からなる加熱・加圧媒体を注入し、その後加圧に切り替えて前記プリプレグ絶縁テープを硬化させることを特徴とするコイルの製造方法。
【請求項６】
請求項５記載のコイルの製造方法において、ポリアミド板として、融点が２００℃以上で、板厚が０．２〜５．０ｍｍのものを使用することを特徴とするコイルの製造方法。
【請求項７】
繊維強化複合材料の板状その他の形状の素体を熱硬化性樹脂からなるプリプレグシートを介して積層したものを、融点が２００℃以上のフィルムで袋状に包み込み、これを成形型に設置して加熱した後、前記成形型内に分子量が２００００以下、融点が１３５℃以下、１５０℃における粘度が１００Ｐａ・Ｓ以下であるポリエチレン系材料からなる加熱・加圧媒体を注入し、加圧により前記プリプレグシートを硬化させることを特徴とする回転電機コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は液圧硬化成形方法およびコイル、積層成形品の製造方法に係り、特に熱硬化性樹脂からなるプリプレグ材料でコイルの被覆、積層等を行う際に、そのプリプレグ材料を液状の加熱・加圧媒体によって硬化させる回転電機コイルの液圧硬化成形方法、および同方法を応用した回転電機コイルの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱硬化性樹脂からなるプリプレグでコイルを覆い、または同プリプレグを介して板状その他の形状の素体を積層し、このプリプレグを液状の加熱・加圧媒体によって硬化させる液圧硬化成形方法が知られている。
【０００３】
例えば、コイル絶縁被覆の成形方法等においては、プリプレグの表面に金属板、ガラスマットなどの硬い材料をあてて硬化し、表面の平滑性と寸法精度を高める技術が提案されている（例：ＵＳＰ  ３０５０７８７）。この場合、加熱・加圧媒体としては、アスファルトコンパウンドが使用されている。ただし、このような法では、直線部分の仕上がりは良好であるが、コイルの端部は曲線形状になっていて硬い材料では対応できないため、やや平滑性や寸法精度に劣る。また、加熱・加圧媒体としては、アスファルトコンパウンドが使用されているが、分子量分布が広いため、コイル端部の絶縁層に若干侵入する。さらに、成形装置は繰り返し使用するので、装置内の配管壁に徐々に付着物の層が形成され、流量の低下が発生する。また、成形後のコイルから当て板や離型テープを取り除く作業において、黒色で薄く固まったアスファルトコンパウンドは離型性に劣り、複雑な形状部位に付着したものを容易に除去することができない。さらにまた、アスファルトコンパウンドは離型の際に粉塵として飛散するので、作業性に劣るなどの課題がある。
【０００４】
一方、積層板の製造方法については一般に、素体にプリプレグシートを積層して熱プレスで加圧硬化している。円筒や複雑な形状では、これまで金型に積層して加熱・加圧硬化する方法が多く使用されていたが、最近では高温液圧成形法が開発されている（例：次世代複合材料技術ハンドブック：ｐ２４５）。
【０００５】
これらの技術に使用される加熱・加圧媒体としては従来、耐熱性の熱媒体が多用されており、なかでもシリコンオイルが一般的である。この場合、シリコンオイルは常に液体であり、成形品取り出し時に成形品の表面にシリコンオイルが付着するため、表面清掃が必要になる。成形品の硬化中にシリコンオイルが触れると、積層間隙に注入して正常な特性が得られないなどの欠点が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術では、コイルの端部での平滑性や寸法精度に劣り、また加熱・加圧媒体として用いるアスファルトコンパウンドの分子量分布が広いため、コイル端部の絶縁層に若干侵入する等の問題がある。また、成形装置が繰り返し使用されるので、装置内の配管壁に徐々に付着物の層が形成され、流量の低下が発生したり、成形後のコイルから当て板や離型テープを取り除く作業において、黒色で薄く固まったアスファルトコンパウンドが付着し、容易に除去できない等の問題もある。さらにアスファルトコンパウンドは離型の際に粉塵として飛散するので、作業性に劣るなどの課題がある。
【０００７】
一方、積層板の製造方法については、加熱・加圧媒体として耐熱性の熱媒体が多用されており、なかでもシリコンオイルが一般的であったが、シリコンオイルは常に液体であり、成形品取り出し時に成形品の表面にシリコンオイルが付着するため、表面清掃が必要になったり、成形品の硬化中にシリコンオイルが触れて積層間隙に浸入し、正常な特性が得られないなどの欠点が生じた。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、プリプレグ絶縁の硬化技術を改良し、成形性、離型性、作業性等の諸点についての向上が図れる液圧硬化成形方法、および同方法を応用したコイル、積層成形品の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段および作用】
前記の課題を解決するために、請求項１の発明では、熱硬化性樹脂からなるプリプレグでコイルを覆い、または同プリプレグを介して板状その他の形状の素体を積層し、このプリプレグを液状の加熱・加圧媒体によって硬化させる回転電機コイルの液圧硬化成形方法において、前記加熱・加圧媒体として、分子量が２００００以下、融点が１３５℃以下、１５０℃における粘度が１００Ｐａ・Ｓ以下であるポリエチレン系材料を使用することを特徴とする液圧硬化成形方法を提供する。
【００１０】
本発明において、加熱・加圧媒体にポリオレフィン系、ポリエチレン系を用いることは、両成分とも熱硬化性樹脂との反応性がなく、非相溶で金属や絶縁物との離型性に優れた特性を有することによる。また、分子量に関しては、分子量が大きくなると溶融しても流動性が十分ではなく、装置への注入、返送などに支障をきたすので、分子量２００００程度が使用できる上限値である。
【００１２】
本発明において１３５℃以下の融点に関しては、通常プリプレグ絶縁の硬化温度が１００〜１８０℃の範囲が多いことによる。流動性は、融点温度より２０〜３０℃高い温度が必要とされる。また、装置の配管温度もそれに対応した高さに保つ必要があるので、設備費、維持費共に高価になっていたが、本発明ではこれらの点の改善が図れる。
【００１４】
本発明において、１５０℃における粘度を１００Ｐａ・Ｓと設定したのは、上記と同様の理由による。
【００１５】
請求項２の発明では、請求項１記載の液圧硬化成形方法において、ポリエチレン系材料として低密度ポリエチレンを適用することを特徴とする液圧硬化成形方法を提供する。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項１または２に記載の液圧硬化成形方法において、ポリエチレン系材料としてポリエチレンをクラッキングしたポリエチレンワックス系材料を適用することを特徴とする液圧硬化成形方法を提供する。
【００１７】
請求項２、３の発明は、低密度ポリエチレンが高密度に比べて同じ分子量でも融点が低く、粘度が低いことに基づくものである。ポリエチレンワックスは、一般のポリエチレンに比べて流動性と離型性により優れた特徴を持っており、特に作業性に優れている。
【００１８】
請求項４の発明では、請求項１から５までのいずれかに記載の液圧硬化成形方法において、ポリエチレン系材料として酸化防止剤または帯電防止剤等からなる添加剤を配合したものを適用することを特徴とする液圧硬化成形方法を提供する。
【００１９】
本発明においては、酸化防止剤、帯電防止剤などの添加剤がこの種の熱媒体として使用される場合、高温度で長時間さらされるので、酸素を含有した気体に触れると重合が進み、粘度が高くなる可能性があるので材料の長期安定性の点から有効である。また帯電防止剤は、装置配管内の流速が速い場合には流動帯電の可能性があるので安定性の面からも有効である。
【００２０】
請求項５の発明では、導電体からなるコイルを、その表面に熱硬化性樹脂からなるプリプレグ状の絶縁テープを巻き付けるとともに同絶縁テープの外側にポリアミド板を当て、さらにその外側に加熱収縮するテープを巻回した状態として圧力容器内に設置し、この圧力容器内を減圧した後に加熱状態として、同圧力容器内に分子量が２００００以下のポリエチレン系材料からなる加熱・加圧媒体を注入し、その後加圧に切り替えて前記プリプレグ絶縁テープを硬化させることを特徴とするコイルの製造方法を提供する。
【００２１】
請求項６の発明では、請求項５記載のコイルの製造方法において、ポリアミド板として、融点が２００℃以上で、板厚が０．２〜５．０ｍｍのものを使用することを特徴とするコイルの製造方法を提供する。
【００２２】
請求項５、６の発明においては、コイル成形における当て板として融点が２００℃以上のポリアミド板を使用する。このポリアミド板としては例えばナイロン６、４６、６６などがあげられる。現行では金属板や積層板などの硬い当て板が使用されている。これは直線部に関しては優れているが、コイル端部などの曲線部に対しては使用できないので不十分である。しかしながら、ポリアミド板を使用すると曲線部にも十分対応することができ、コイル全ての面で均一で寸法の安定した製品を製造できる。また、金属などでは予め離型剤を塗布処理する必要もあるが、ポリアミド板を使用することで離型剤は不要になり、取り外しの作業も容易になる等の利点が得られる。
【００２３】
請求項７の発明では、繊維強化複合材料の板状その他の形状の素体を熱硬化性樹脂からなるプリプレグシートを介して積層したものを、融点が２００℃以上のフィルムで袋状に包み込み、これを成形型に設置して加熱した後、前記成形型内に分子量が２００００以下、融点が１３５℃以下、１５０℃における粘度が１００Ｐａ・Ｓ以下であるポリエチレン系材料からなる加熱・加圧媒体を注入し、加圧により前記プリプレグシートを硬化させることを特徴とする回転電機コイルの製造方法を提供する。
【００２４】
本発明においては、積層板を成形する方法において、融点が２００℃以上のポリアミドシートを使用する。このポリアミドシートとしては例えばナイロン６、４６、６６などがあげられる。従来のシリコンオイルなどでは、表面に付着した分の拭とりなどで溶媒を使用するなど作業性に課題があるが、本発明による加圧媒体を使用すると作業する室温では固体になっており、汚れの心配もなく簡便である。またポリアミドシートを使用することで成形物を減圧状態で外部から加熱媒体で加圧ができるので、含有ボイドを非常に少なくすることができ、品質の高い積層板を製造することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の方法を実施するために使用する装置構成を示す図である。
【００２６】
本実施形態の装置は、大別して含浸容器１および媒体加熱容器２を有する。媒体加熱容器２には加熱・加圧媒体３が収容され、攪拌モータ４で攪拌されるようになっている。
【００２７】
含浸容器１内には、コイルまたは積層板（代表的にモデルコイルとする）５が、コイル設置容器６を介して収納されている、このコイル設置容器６内には、バルブ７を有する導入管８を介して熱媒体３が供給される。含浸容器１には、窒素ガス（Ｎ2 ）排出用のバルブ９付き配管１０、および連成計１１が設けられている。
【００２８】
（実施例１〜５）
モデルコイル５として、導電体上に１５０℃で硬化するマイカプリプレグテープを１／２ラップで６回、巻き回し、その上にテフロンテープを、当て板として２ｍｍ厚さのナイロン６６をセットし、さらにその外側に収縮テープを巻き付けたものを使用した。
【００２９】
このモデルコイル５を図１に示す含浸容器１内にコイル設置容器６を介して設置し、含浸容器１内を減圧すると同時に１５０℃に加熱した。所定時間後、あらかじめ１５０℃に予熱していた媒体加熱容器２内の加熱・加圧媒体３を、コイル設置容器６内に導入管８を介して注入した。加熱・加圧媒体３は、表１に示す実施例１〜３ではポリエチレンワックスとし、実施例４，５ではポリエチレンとした。実施例１で使用したポリエチレンワックスの平均分子量は２０００であり、実施例２では３５００であり、実施例３では５０００である。実施例４で使用したポリエチレンの平均分子量は１００００であり、実施例５では２００００である。また、これらの加熱・加圧媒体３の融点は、１０７℃から１３３℃までの範囲のものであり、１５０℃の粘度は０．２５から５０．０Ｐａ・Ｓまでの範囲のものである。
【００３０】
そして、所定時間後に含浸容器１内を減圧状態から加圧に切り換え、硬化完了までその状態を保持した。しかる後、加熱・加圧媒体３を元の媒体加熱容器２内に返送した。含浸容器１内の冷却後、モデルコイル５を取り出し、そのモデルコイル５の表面側の離形テープや付着した加熱・加圧媒体を取り除き、試験用コイルとした。
【００３１】
このコイルの外観として、マイカプリプレグテープの層間への侵入、作業性の容易さをチェックした。なお、表１において、三角形で示したものはやや良好、丸印（○）で示したものは良好、二重丸で示したものは極めて良好である。実施例１〜５の外観は表１に示すように全て良好であった。
【００３２】
成形したコイルについて、加熱・加圧媒体の侵入程度、剥離性、作業性、ｖ−ｔａｎδ比、および短時間昇圧法による破壊特性試験（ＢＤＶ比）等の検査を実施した。前記侵入程度については、実施例４，５で極めて少なく、実施例１ではやや良好、実施例２，３では良好であった。剥離性は全ての実施例で良好であった。作業性は実施例１〜３で極めて良好であり、実施例４で良好、実施例５でやや良好であった。ｖ−ｔａｎδ比は低い程優れており、実施例２および３が最も優れていた。また、ＢＤＶ比は実施例１から５に従い、順次に高まっていた。
【００３３】
（比較例１）
モデルコイル５の構成は、当て板のみ２ｍｍ厚さの鉄板とし、その他は上記実施例と同様とした。加熱・加圧媒体としては、アスファルトコンパウンドを使用した。硬化条件などは実施例と同様とした。
【００３４】
表１から、比較例１の製品の特性に比して、本発明の各実施例が優れていることが認められる。
【００３５】
（実施例６）
表１には示していないが、本実施例ではガラスクロスにエボキシ樹脂を含浸したプリプレグシートを作製した。これを外径５００ｍｍ，長さ５００ｍｍの鉄製円筒の上にナイロン66のシートを巻いた上にエポキシプリプレグシートを１０ｍｍの厚さに巻き付け、さらにナイロン66のシートを配置した。
【００３６】
これを含浸容器１に設置して、あらかじめ１５０℃に溶融加熱した実施例３と同一の媒体を注入し、加圧硬化を実施した。その後、媒体を返送し、冷却後、円筒積層品の成形試料を取り出した。
【００３７】
この実施例６で得られた積層成形品では、離型性が艮好で、積層成形品の端部には、加熱・加圧媒体の侵入がほとんどなく、作業性は極めて良好であることが認められた。
【００３８】
（比較例２）
表１には示していないが、条件は実施例６とほぼ同様で、加熱・加圧媒体のみシリコンオイルに変えて実施した。
【００３９】
この結果、得られた積層成形品としての試料は、シリコンオイルが付着して、べたつきが有り、作業性が劣った。そのうえ、積層成形品の端部には、加熱・加圧媒体の侵入があり、表面にも若干侵入していた。そのため、溶媒で表面を拭き取っても、加熱・加圧媒体が完全には払拭できず、品質が劣ったものとなった。
【００４０】
（他の実施例）
加熱・加圧媒体３として、ポリオレフィン系材料を使用し、前記実施例と同様の試験を行ったところ、前記各実施例で示したものとほぼ同様の効果が認められた。また、当て板としてナイロン６、４６等を使用した場合にも前記実施例と同様の効果が認められた。
【００４１】
【表１】
0003808943.tif 000002
【００４２】
【発明の効果】
以上で詳述したように、本発明によれば、プリプレグの硬化について、加熱・加圧媒体にポリエチレン系を使用することで、コイルにおいては剥雛性、離形性に優れ、作業時間の短縮とともにコイルの絶縁特性の向上が図れ、また積層成形品においては、層間や表面層に侵入がなく、作業性とともに品質の向上が図れる。このように、本発明によれば、成形性、離型性、作業性等の諸点についての向上が図れるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するための装置構成を示す図。
【符号の説明】
１  含浸容器
２  媒体加熱容器
３  加熱・加圧媒体
４  撹拌モータ
５  モデルコイル
６  コイル設置容器
７  バルブ
８  導入管
９  バルブ
１０  ガス配管
１１  練成計
【図１】
0003808943.tif 000003