電動機用絕緣片及其制造方法

專利名稱：電動機用絕緣片及其制造方法
技術領域：
本發明涉及例如電動機或發電機等的電動機用絕緣片，特別涉及機械特性、耐熱性、電絕緣性、耐化學藥品性優異的電動機用絕緣片及其制造方法。
背景技術：
近年來，隨著混合動力汽車或電動汽車等的普及，對小型且高輸出的電動機進行了開發。在這樣的用于混合動力汽車或電動汽車的電動機中，利用絕緣片在線圈與卷繞該線圈的鐵心之間進行絕緣。作為用于電動機的絕緣片，例如使用被稱為芳綸紙的耐熱性合成絕緣紙。具體而言，例如已知有美國杜邦(Du Pont)公司的耐熱性、機械特性、電絕緣特性優異的、厚度2 20密耳(mil 千分之一英寸)的芳族聚酰胺紙(商品名稱諾梅克斯 (Nomex 注冊商標)#410、諾梅克斯#411)等。使用該芳綸紙作為I. E. C.標準85(1984)的耐熱分級中要求H級(180°C)的高耐熱性的變壓器、電動機、及發電機的絕緣材料。另一個面，較便宜的聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯類薄膜 (以下稱為PET類薄膜)的耐熱性比芳綸紙要差，在I.E. C.標準85(1984)的耐熱分級中是 E級(120°C)。因此，這些PET類薄膜無法適用于混合動力汽車或電動汽車的電動機。另外，作為無需滿足H級左右的耐熱性的F級(155°C )用絕緣材料，以往提出有如下所示的㈧ (C)的材料。(A)有效利用芳綸紙的耐熱性和抗氧化性的特征以及PET類薄膜的電絕緣性，將這兩者用粘接劑進行貼合而形成的多層結構的絕緣材料。(B)將芳綸紙和PET類薄膜在高溫、高壓下進行熱粘接并層疊成一體而形成的絕緣材料。該絕緣材料是使間位芳綸紙與雙向拉伸PET薄膜相重合、在溫度220 250°C、線壓50kg/cm以上的條件下進行加壓、加熱、從而通過熱粘接來層疊成一體的芳綸層疊體。(C)將PET熔接或以熔點以上的溫度浸漬于包括芳綸纖維和芳綸漿粕的芳綸紙層 (A層)的表面上，使所獲得的層與PET薄膜相重合，然后，在220 250°C的輥子溫度下，以 50kg/cm以上的壓力使PET之間進行熔接，再以100°C /分鐘以上的降溫速度進行急冷，從而獲得層疊體。然而，將上述(A)的芳綸紙和PET類薄膜利用粘接劑進行貼合而形成的絕緣材料的粘接劑較硬。因此，存在以下缺點即，有損芳綸紙和PET類薄膜的優異的柔性，從而彎曲加工等的加工性較差。另外，在將上述(A)運用于含有潤滑油等油的設備時，粘接劑成分有可能會溶出至油中，從而限制了用途。此外，由于粘接劑的層具有幾μ至幾十Pm左右的厚度，因此，片材的厚度會增加，從而會妨礙電動機的小型化。與此不同的是，上述(B)、(C)的材料未使用粘接劑，而是利用熱熔接將芳綸紙與 PET類薄膜進行接合。由此，⑶和(C)的材料消除了使用粘接劑的缺點。然而，由于上述 (B)的材料的熱熔接的溫度接近PET的熔點(約260°C )，因此，PET薄膜的尺寸變化較大。 其結果是，(B)的材料容易發生翹曲、收縮、褶皺，從而會產生PET有一部分晶化等的問題。 因而，實際情況是⑶的材料難以獲得質量穩定的產品。上述(C)的材料也與⑶的材料相同，熱熔接溫度較高。因此，在(C)的材料中，浸漬于芳綸紙的PET的一部分會發生晶化， 從而會有損優異的柔性。另外，作為I.E. C.標準的耐熱分級中滿足H級(180°C )的材料，提出有用特殊的粘接劑將芳綸紙與聚酰亞胺薄膜進行層疊而獲得的材料。然而，聚酰亞胺薄膜非常昂貴，且作為結果而獲得的芳綸紙和聚酰亞胺薄膜的層疊體也是昂貴的材料。因此，無法將該芳綸紙和聚酰亞胺薄膜的層疊體推廣運用于普及用的混合動力汽車和電動汽車。其結果是，難以在不導致價格的上升的前提下，兼顧例如耐熱性和散熱性等熱特性與耐久性。另外，厚度增加或柔性降低、以及熱特性降低會妨礙電動機中的線圈匝數增力口，從而存在會妨礙電動機性能的進一步提高的問題。

發明內容
因此，本發明提供一種電動機用絕緣片及其制造方法，該電動機用絕緣片以低廉的價格兼顧熱特性和耐久性，從而有助于電動機進一步小型化和提高性能。本發明的電動機用絕緣片是在電動機的鐵心與線圈之間進行絕緣的電動機用絕緣片，其特征在于，包括芳綸紙，該芳綸紙以芳綸纖維和短纖維為主體，形成為紙狀；以及芳族聚合物薄膜，該芳族聚合物薄膜由從包括聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、 及對位芳族聚酰胺的組中選出的一種或兩種以上所形成，呈片狀，將其直接與所述芳綸紙進行加壓層疊。利用上述結構，本發明的電動機用絕緣片將芳綸紙和芳族聚合物薄膜直接進行加壓層疊，而不使用粘接劑。即，在芳綸紙與芳族聚合物薄膜之間，未設置粘接劑層。與聚酰亞胺薄膜相比，芳族聚合物薄膜較為廉價，且例如散熱性等熱特性也較好，從而對熱的耐久性也較好。其結果是，即使長時間暴露于高溫下，也能維持較高的強度。另外，由于將芳綸紙和芳族聚合物薄膜直接進行層疊而未設置粘接劑層，因此，能減小相當于粘接劑層的厚度。因而，能進一步實現薄膜化。其結果是，能實現線圈匝數增加而不導致電動機大型化。 而且，由于能實現薄膜化，因此，熱傳導率較高，從而有助于線圈散熱。因而，既能以低廉的價格兼顧熱特性和耐久性，又能有助于電動機進一步小型化和提高性能。另外，本發明的電動機用絕緣片是在芳族聚合物薄膜的兩個面上都層疊有芳綸紙。將芳綸紙與芳族聚合物薄膜直接進行層疊。因此，即使在芳族聚合物薄膜的兩個面上都層疊芳綸紙，也能抑制整個厚度增加。因而，能有助于電動機進一步小型化和提高性能。此外，本發明的電動機用絕緣片使用聚苯硫醚(PPS =Poly Phenylene Sulfide)薄膜來作為芳族聚合物薄膜。PPS的耐熱性較好，且機械強度也較高。因此，即使減小厚度也能維持高強度。因而，既能提高耐久性，又能有助于電動機進一步小型化和提高性能。本發明的電動機用絕緣片的制造方法的特征在于，包括準備芳綸紙和芳族聚合物薄膜的工序，所述芳綸紙以芳綸纖維和短纖維為主體，形成為紙狀，所述芳族聚合物薄膜由從包括聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、及對位芳族聚酰胺的組中選出的一種或兩種以上的材料所形成，呈片狀；對所述芳綸紙或所述芳族聚合物薄膜之中的至少一種材料的表面實施等離子體處理的工序；以及以實施了等離子體處理的面作為接合面、對所述芳綸紙和所述芳族聚合物薄膜進行加壓并進行接合的工序。在本發明的電動機用絕緣片的制造方法中，對芳綸紙或芳族聚合物薄膜之中的至
4少一種材料的表面實施等離子體處理。然后，以實施了等離子體處理的面作為接合面，對芳綸紙和芳族聚合物薄膜進行加壓并進行接合。這樣，通過對芳綸紙或芳族聚合物薄膜的表面實施等離子體處理，從而能將兩者進行接合而不使用粘合劑。其結果是，無需粘接劑層， 從而能實現厚度減小。因而，既能以低廉的價格兼顧熱特性和耐久性，又能有助于電動機進一步小型化和提高性能。


圖1是表示運用一個實施方式所涉及的電動機用絕緣片的電動機的鐵心的簡要立體圖。圖2是表示包括一個實施方式所涉及的電動機用絕緣片的線槽絕緣片的簡要立體圖。圖3是表示包括一個實施方式所涉及的電動機用絕緣片的楔子的簡要立體圖。圖4是表示包括一個實施方式所涉及的電動機用絕緣片的相間片材的簡要立體圖。圖5是簡要表示低溫等離子體處理機的結構的縱向剖視圖。圖6是表示一個實施方式所涉及的電動機用絕緣片的接合溫度和接合壓力與接合強度之間的關系的圖。圖7是表示對一個實施方式所涉及的電動機用絕緣片與市售的比較例的耐熱性進行比較而獲得的試驗結果的圖。
具體實施例方式下面，基于附圖，對實施方式進行說明。—個實施方式的電動機用絕緣片是芳論一芳族聚合物薄膜層疊體。在芳論一芳族聚合物薄膜層疊體中，直接將芳綸紙和芳族聚合物薄膜進行熱接合，而不設置粘接劑。如圖1所示，電動機用絕緣片用于對例如混合動力汽車或電動汽車所使用的電動機的鐵心10與線圈進行絕緣。電動機的鐵心10為內周側具有徑向凹凸的形狀，在向其內周側突出的多個突出部11上分別卷繞有線圈。為了在該線圈與鐵心10的突出部11之間進行絕緣，在鐵心10的突出部11與線圈之間插入由如圖2所示的電動機用絕緣片所形成的線槽絕緣片12。具體而言，在圖1所示的鐵心10的突出部11之間插入線槽絕緣片12。然后，在將線槽絕緣片12插入鐵心10之后，以將絕緣片12夾在線圈與突出部11之間的狀態繞上線圈。另外，對電動機的鐵心10，再插入或設置圖3所示的楔子13、或圖4所示的相間片材14 等。這樣的線槽絕緣片12、楔子13及相間片材14都由本實施例的電動機用絕緣片形成。 因此，對于形成線槽絕緣片12、楔子13及相間片材14的電動機用絕緣片，不僅理所當然地需要有較高的絕緣性，而且需要有較高的熱耐久性、以及將線圈所產生的熱傳導至鐵心10 的導熱性。另外，由于將線槽絕緣片12夾在鐵心10與線圈之間，因此，越薄越好。使線槽絕緣片12減薄，從而在鐵心10的圓周方向上相鄰的突出部11之間的間隔、即能繞上線圈的空間會增大。其結果是，若鐵心10的突出部11之間的距離、即突出部11之間的空間具有相同的容積，則能增加線圈的匝數，若線圈的匝數相同，則能減少鐵心10的突出部11之
5間的容積。對于楔子13和相間片材14也相同。其結果是，實現了薄膜化的電動機用絕緣片能有助于兼顧電動機的小型化和高輸出。下面，對電動機用絕緣片進行詳細說明。芳綸紙形成為以包含聚間亞苯基間苯二甲酰胺(間位芳綸)的纖維和短纖維為主體的紙狀。對該芳綸紙的紙表面進行低溫等離子體處理，從而賦予該芳綸紙能在其自身與芳族聚合物薄膜之間直接進行熱接合的特性。詳細而言，作為本實施方式所使用的芳綸紙，采用市售的厚度5mil( “lmil”是 1/1000英寸)的芳綸紙。該芳綸紙例如由杜邦帝人特種紙(日本)有限公司(DuPont Teijin Advanced Papers (Japan) Ltd.)以“諾美(NOMEX) ”的商品名稱進行市售。另外，作為本實施方式所使用的芳族聚合物薄膜，采用市售的厚度50 μ m的PPS薄膜。該PPS薄膜例如由日本東麗株式會社(Toray Industries, Inc)以“T0RERINA”的商品名稱進行市售。利用圖5所示的內部電極方式的低溫等離子體處理機1，改變處理強度等條件，對芳綸紙與PPS薄膜之間的接合面實施低溫等離子體處理。在這種情況下，低溫等離子體處理機1的處理強度在30W ·π η/πι2 1500W ·π η/πι2的范圍內。在本實施方式的情況下，芳綸紙的接合面側的原子數之比X(0/C)為0.31。圖5所示的低溫等離子體處理機1包括可進行密封的處理室2。該處理室2的內部收納有處理用輥子3，并具有電極4，所述電極4稍稍空開間隙而包圍在該處理用輥子3 的周圍。電極4與高頻電源5相連接，處理用輥子3接地。通過打開與真空泵相連接的閥門6來對處理室2的內部進行減壓，并通過打開與氣體提供源相連接的閥門7來向處理室2 的處理部分、即放電部分提供處理用的氣體。這里，作為處理用的氣體，例如采用氬氣或氮氣。處理室2還設置有測量內部壓力的壓力計8。將卷繞成輥筒狀的處理前的芳綸紙F從提供部9拉出，一邊利用處理室2內的多個導向輥10對所述芳綸紙F進行導向，一邊將其在處理用輥子3上卷繞一周左右。由此， 芳綸紙F通過處理用輥子3與電極4之間的處理部分。在該處理部分對芳綸紙F進行等離子體處理之后，一邊利用導向輥10對所述芳綸紙F進行導向，一邊在卷繞部11將其進行再卷繞。對芳綸紙F的接合面進行低溫等離子體處理。即，在將PPS薄膜與芳綸紙F的兩面相接合的情況下，對芳綸紙F的兩面都實施等離子體處理。另外，在將PPS薄膜與芳綸紙F 的單面相接合的情況下，只對芳綸紙F的與PPS相接合的一側的面實施等離子體處理。對與芳綸紙相接合的PPS薄膜的表面也實施改善接合性的處理。利用內部電極方式的低溫等離子體處理機1，與上述相同地也對PPS薄膜實施低溫等離子體處理。直接將這些經等離子體處理的芳綸紙和PPS薄膜進行熱接合，以形成電動機用絕緣片。在進行熱接合時，使用熱壓機，將使芳綸紙與PPS樹脂薄膜重合而得的層疊體夾在例如經加熱的熱板間，并進行10分鐘的加壓(壓力20kg/cm2)。之后，釋放壓力，取出已接合的電動機用絕緣片，使其自然冷卻至室溫。下面，基于圖6，對電動機用絕緣片的接合溫度和接合壓力與接合強度之間的關系進行說明。在圖6的情況下，標記“◎”表示接合強度極高的“最好”，標記“〇”表示接合強度較高的“較好”，標記“ Δ，，表示接合強度比“〇較好，，要低的“ 一般”，標記“ X，，表示接合強度不夠的“差”。作為產品，優選為達到“〇較好”以上。在該圖6中，對將實施了上述的
6等離子體處理的芳綸紙和PPS薄膜進行熱接合時的溫度與壓力之間的關系進行了驗證。由圖6可知，接合溫度越高，接合強度越高，且接合壓力越大，接合強度越高。這樣，適當地選擇接合溫度和接合壓力，從而能使電動機用絕緣片獲得足夠的接合強度。接著，在耐熱性上對電動機用絕緣片的實施例與市售的比較例進行比較，將比較的試驗結果示出于圖7。實施例和比較例都在PPS薄膜的兩面上接合有芳綸紙。這里，比較例與實施例不同，是利用粘接劑將芳綸紙與PPS薄膜相接合的市售的層疊體。即，在比較例的情況下，在芳綸紙與PPS薄膜之間，設置有粘接劑層。以較高的粘接力將芳綸紙與PPS薄膜進行接合、 且耐熱性較好的粘接劑還未開發出來。因此，與本實施例相比，市售的芳綸紙與PPS薄膜的層疊體的熱特性和耐久性較差，厚度也較大。圖7表示對將電動機用絕緣片的實施例和比較例的層疊體放入設定為180°C的加熱烘箱并經過一定時間之后的、拉伸強度的保持率進行測定而得的結果。這里，所謂拉伸強度的保持率是指將放入烘箱之前的初始狀態的拉伸強度設為“100%”的、經過一定時間之后的拉伸強度。在圖7中，標記“◎”表示拉伸強度的保持率為“100%”，標記“〇”表示拉伸強度的保持率為“80%以上”，標記“Δ”表示拉伸強度的保持率為“50%以上”，標記“ X ” 表示拉伸強度的保持率為“小于50%”。另外，在圖7中所示的數字表示拉伸強度的保持率)。由圖7可知，即使暴露于180°C下的時間經過2000小時，電動機用絕緣片的實施例的拉伸強度的保持率也維持在100%。S卩，即使在180°C的環境中經過2000小時，電動機用絕緣片的實施例也維持足夠的拉伸強度。另一方面，在比較例的層疊體的情況下，暴露在 180°C的環境中的時間越長，拉伸強度的保持率下降得越低。具體而言，在比較例的情況下， 若經過250小時，則拉伸強度的保持率將下降至85%，若經過2000小時，則拉伸強度的保持率將下降至30%。在混合動力汽車和電動汽車的情況下，要求當暴露在180°C的環境中的狀態下經過2000小時以上時、維持拉伸強度的保持率。在無法滿足該要求的情況下，電動機的長時間使用有可能會導致絕緣破壞，或者有可能會導致電動機性能下降。如圖7所示，即使經過2000小時，電動機用絕緣片的實施例也能維持足夠的拉伸強度。這樣，電動機用絕緣片的實施例能滿足混合動力汽車和電動汽車的電動機所要求的性能。與此不同的是，比較例的層疊體的惡化的進展較為明顯，若經過2000小時，則拉伸強度的保持率將下降至50%以下。因此，比較例的層疊體對于混合動力汽車和電動汽車的電動機不實用。如以上所說明的那樣，本實施方式的電動機用絕緣片作為適用于混合動力汽車和電動汽車的電動機的絕緣片具有足夠的性能。對于本實施方式的電動機用絕緣片，是直接將芳綸紙和PPS薄膜進行加壓層疊，而不使用粘接劑。即，在芳綸紙與PPS薄膜之間，未設置粘接劑層。與聚酰亞胺薄膜相比，PPS薄膜較為廉價，且例如散熱性等熱特性也較好，對熱的耐久性也較好。其結果是，即使長時間暴露于高溫下，也能維持較高的強度。另外，由于將芳綸紙和PPS薄膜直接進行層疊而未設置粘接劑層，因此，能減小相當于粘接劑層的厚度。因而，能進一步實現薄膜化。其結果是，能實現線圈匝數增加而不導致電動機大型化。 而且，由于能實現薄膜化，因此，熱傳導率較高，從而有助于線圈散熱。因而，既能以低廉的價格兼顧熱特性和耐久性，又能有助于電動機進一步小型化和提高性能。另外，電動機用絕緣片在PPS的兩個面上都層疊有芳綸紙。將芳綸紙與PPS薄膜直接進行層疊。因此，即使在芳族聚合物薄膜的兩個面上都層疊芳綸紙，也能抑制整個厚度增加。因而，既能維持絕緣性，又能有助于電動機進一步小型化和提高性能。此外，電動機用絕緣片使用PPS薄膜來作為芳族聚合物薄膜。PPS的耐熱性較好， 且機械強度也較高。因此，即使減小厚度也能維持高強度。因而，既能提高耐久性，又能有助于電動機進一步小型化和提高性能。電動機用絕緣片對芳綸紙和PPS薄膜之中的至少一種材料的表面實施等離子體處理。然后，以實施了等離子體處理的面作為接合面，對芳綸紙和PPS薄膜進行加壓并進行接合。這樣，通過對芳綸紙或PPS薄膜的表面實施等離子體處理，從而能將兩者進行接合而不使用粘合劑。其結果是，無需粘接劑層，從而能實現厚度減小。因而，既能以低廉的價格兼顧熱特性和耐久性，又能有助于電動機進一步小型化和提高性能。在以上所說明的實施方式中，對使用PPS薄膜來作為芳族聚合物薄膜的例子進行了說明。但是，芳族聚合物不僅可使用PPS，例如聚醚醚酮、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、以及對位芳族聚酰胺等也與PPS相同能夠適用于電動機用絕緣片。標號說明圖中，標號1表示低溫等離子體處理機，標號2表示處理室，標號3表示處理用輥子，標號4表示電極，標號F表示芳綸紙。
權利要求
1.一種電動機用絕緣片，所述電動機用絕緣片是在電動機的鐵心與線圈之間進行絕緣的電動機用絕緣片，其特征在于，包括芳綸紙，該芳綸紙以芳綸纖維和短纖維為主體，形成為紙狀；以及芳族聚合物薄膜，該芳族聚合物薄膜由從包括聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、及對位芳族聚酰胺的組中選出的一種或兩種以上的材料所形成，呈片狀，將其直接與所述芳綸紙進行加壓層疊。
2.如權利要求1所述的電動機用絕緣片，其特征在于，在所述芳族聚合物薄膜的兩個面上都層疊有所述芳綸紙。
3.如權利要求1或2所述的電動機用絕緣片，其特征在于，所述芳族聚合物薄膜包括聚苯硫醚薄膜。
4.一種電動機用絕緣片的制造方法，其特征在于，包括準備芳綸紙和芳族聚合物薄膜的工序，所述芳綸紙以芳綸纖維和短纖維為主體，形成為紙狀，所述芳族聚合物薄膜由從包括聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚酰亞胺、及對位芳族聚酰胺的組中選出的一種或兩種以上的材料所形成，呈片狀；對所述芳綸紙或所述芳族聚合物薄膜之中的至少一種材料的表面實施等離子體處理的工序；以及以實施了等離子體處理的面作為接合面、對所述芳綸紙和所述芳族聚合物薄膜進行加壓并進行接合的工序。
5.如權利要求4所述的電動機用絕緣片的制造方法，其特征在于，所述芳族聚合物薄膜包括聚苯硫醚。
全文摘要
形成線槽絕緣片(12)的電動機用絕緣片是將芳綸紙和PPS薄膜直接進行加壓層疊而不使用粘接劑。即，在芳綸紙與PPS薄膜之間，未設置粘接劑層。與聚酰亞胺薄膜相比，PPS薄膜較為廉價，且例如散熱性等熱特性也較好，從而對熱的耐久性也較好。其結果是，即使長時間暴露于高溫下，也能維持較高的強度。另外，由于將芳綸紙和PPS薄膜直接進行層疊而未設置粘接劑層，因此，能減小相當于粘接劑層的厚度，從而能實現薄膜化。
文檔編號H01B17/56GK102460906SQ201080028738
公開日2012年5月16日 申請日期2010年6月11日 優先權日2009年6月22日
發明者與倉三好, 加藤將司, 勝又久志 申請人:河村產業株式會社