JPS64763B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は変圧器用樹脂モールド電気巻線に関
し、詳しくは熱硬化性樹脂から成るモールド樹脂
が硬化するまでの充填剤の沈降が非常に少なく、
硬化後均一な充填剤分布を有する成形用樹脂組成
物でモールドした電気巻線に関する。 従来、成形用樹脂組成物においては、インサー
トをモールド成形する場合、樹脂とインサートと
の熱膨脹係数が異なるために硬化時や使用時の温
度変化によつて熱歪が発生する。そのために、無
機質充填剤等を添加して熱膨脹係数の差を小さく
する方法がとられている。しかしながら、充填剤
含有熱硬化性樹脂組成物は、樹脂と充填剤との比
重差によつて硬化するまでに充填剤の沈降が起る
ため、硬化後の充填剤分布が不均一になる。充填
剤分布が不均一になると、成形品中の硬化収縮率
並びに熱膨脹係数が各部分によつて異なり、特に
充填剤含量が少ないモールド最上部において、最
も残留歪が大きくなり、上部からクラツクが生じ
るという問題がある。 これまで、充填剤の沈降を防ぐために樹脂粘度
を高くしたり硬化時間を短くする方法がとられて
いるが、特に大型機器のモールド成形において
は、樹脂を大量に扱うため作業性が問題となる。
更に、大型になればなるほど残留歪は大となつて
クラツクが入り易くなるので、通常は残留歪を小
さくするため低温でゆつくりと硬化する方法をと
らざるを得ない。これは逆に沈降がより多くなる
ことにつながる。又、充填剤の粒径を小さくして
沈降速度を小さくする方法もとられているが、従
来、粒径の小さい充填剤を用いると成形用樹脂組
成物の粘度が著しく高くなつてしまう傾向があつ
た。そのため充填剤の粒径を小さくすると必ず粘
度が高くなるものと信じられていた。そして充填
剤を多量に添加する場合には、粒径の大きいもの
が用いられていた。又充填剤の沈降を少なくしな
ければならないときには、粒径の小さい充填剤を
少量添加し、残留歪が大きくなつた分は樹脂を柔
軟にして破断伸びを大きくする方法がとられてい
た。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、樹脂の耐熱性を高くすると、一
般に樹脂は硬くかつもろくなる性質があるため、
充填剤を多量に添加して残留歪をできるだけ小さ
くする必要があるが、この場合は、上記のように
粒径の小さいものは使えず、又可撓化剤を添加し
てやわらかくする方法も耐熱性の点からできな
い。以上の理由から、従来は大型電気巻線のモー
ルド用成形樹脂としてはＢ種以下のものが限度で
あつた。 本発明の目的は、このような現状に鑑み、上記
の問題点を改善するため、充填剤の粒径を小さく
し、沈降による成形品中の充填剤含量分布の偏り
を少なくし、かつ低粘度で作業性の良好な熱硬化
性樹脂組成物を以つてモールドされた耐クラツク
性の優れた変圧器用電気巻線を提供するものであ
る。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は前記の目的を達成するため次の構成を
とるものである。 即ち、多官能エポキシ化合物を含む熱硬化性樹
脂に粒径が80μ以下であり、かつRRS粒度線図に
おいて最大粒径からの累積重量％の25重量％と75
重量％の２点を結ぶ直線の勾配が0.9以下である
粒度分布を有する無機充填剤が40〜65容量％含有
した熱硬化性樹脂組成物でモールドして成ること
を特徴とする変圧器用樹脂モールド電気巻線にあ
る。 本明細書でいうRRS粒度線図とは、下記の
Rosin−Rammlerの式に従う粒度分布を表わす粒
度線図のことである。 Ｒ（Dp）＝100exp（−bDpⁿ） （但し式中Ｒ（Dp）は最大粒径から粒径Dpまで
の累積重量％、Dpは粒径、ｂ及びｎは定数であ
る）そして、式中のＲ（Dp）は積算残留重量％と
も呼ばれている。又、RRS粒度線図における勾
配とは、RRS粒度線図の最大粒径からの累積重
量％が25重量％と75重量％との２点を結んだ直線
で代表されるRosin−Rammlerの式のｎ値のこと
をいう。 〔作用〕 一般に、充填剤を粉砕した場合、充填剤の粒度
分布はRosin−Rammlerの式に合い、この式に基
づいた粒度分布の表わし方であるRRS粒度線図
においてほぼ直線になるとされている。 本発明は、各種充填剤の粒度分布が上記の式に
合うか否かを検討した結果、上記RRS粒度線図
でほとんど直線関係が得られ該式に適合すること
を確認した。又、熱硬化性樹脂に各種充填剤を添
加した系の粘度を測定した結果、上記RRS粒度
線図の直線の勾配、すなわちRosin−Rammlerの
式のｎ値と成形用樹脂組成物の粘度には密接な関
係があることを見出したことに起因するものであ
る。 すなわち、Rosin−Rammlerの式のｎ値が1.0
以上の充填剤を用いると成形用樹脂組成物の粘度
は非常に高くなり、0.9以下の場合にその粘度上
昇は非常に少ないことがわかつた。そして更に、
最大粒子径が100μ以上の充填剤はｎ値が0.9以下
のものもあるが、最大粒子径が80μ以下となると
ほとんどのものはｎ値が1.0を越えてしまうこと
がわかつた。従来から、一般に粒径の小さい充填
剤を用いると成形用樹脂組成物の粘度が高くなる
と信じられていたのはこのためと考えられる。 そこで本発明者等は、粒径が80μ以下の充填剤
について、粒度分布を広くすることすなわちｎ値
を小さくすることを鋭意研究した結果、粒度分布
の異なる充填剤を適度に混合することにより、
RRS粒度線図の上記の直線の勾配すなわちRosin
−Rammlerの式のｎ値を0.9以下にすることがで
き、かつこの混合充填剤を用いることにより成形
用樹脂組成物の粘度を低下できることがわかつ
た。 又、充填剤を混合した場合、RRS粒度線図に
プロツトすると直線からずれる場合もある。この
場合、Rosin−Rammlerの式のｎ値を数式から求
めることは困難であるが、種々検討した結果、
RRS粒度線図の最大粒径からの累積重量％が25
重量％と75重量％の２点を結んだ直線の勾配のｎ
値で代用させればよいことがわかつた。すなわ
ち、直線の引き方でｎ値は多少変わるが、RRS
粒度線図で直線にのるような充填剤のｎ値と成形
用樹脂組成物の粘度との関係に、直線にのらない
混合充填剤を用いた成形用樹脂組成物の粘度をプ
ロツトしてみると、そのｎ値は、RRS粒度線図
の25重量％と75重量％の２点を結んだ直線から求
めたｎ値にほぼ合うことがわかつた。 以上述べた知見により本発明は完成されたもの
であり、本発明によれば、充填剤の粒径が80μ以
下でも、粉砕条件の適切な設定及び種種の粒度の
充填剤の混合等の方法により、RRS粒度線図の
上記勾配（ｎ値）が0.9以下の充填剤を得ること
ができ、このような充填材を用いれば成形用樹脂
組成物の粘度上昇を比較的小さくすることができ
る。更にまた種々の充填剤を混合する場合も、そ
の粒度分布をRRS粒度線図で表わした場合に直
線関係が成り立たなくなることもあるが、この場
合も、RRS粒度線図において最大粒径からの累
積重量％の25重量％及び75重量％の２点を直線で
結び、その直線の勾配が0.9以下の場合には同様
の効果がある。このことからRRS粒度線図の上
記勾配が1.0以上のものでも、粒度の異なる２種
以上の充填剤を混合し、25重量％と75重量％の２
点を結ぶ直線の勾配を0.9以下にすることにより、
粘度上昇を防止することができる。 本発明で使用する充填剤としては、シリカ、ア
ルミナ、アルミニウムシリケート、三酸化アンチ
モン、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、硫酸カル
シウム、クレイ、石英、溶融石英、炭酸マグネシ
ウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、
水和アルミナ、マグネシウムシリケート、セリサ
イト、砂、ジルコン、タルク、ウオラストナイ
ト、ドロマイト、黒鉛、フエライト、カーボンブ
ラツク、亜鉛華、チタン白、二硫化モリブデン、
セメント、ガラス、マイカ及びケイソウ土等を挙
げることができる。 本発明のように粒径80μ以下の細かい充填剤を
使用すると、機械特性において、弾性は変らない
が多少強靭性が増す。すなわち脆さが少なくな
り、破断強度や破断伸びが大きくなる傾向がある
ので、モールドした電気巻線の機械的性質を改善
する上で効果が大である。 熱硬化性樹脂は、多官能エポキシ化合物を含む
熱硬化性エポキシ樹脂で、通常のエポキシ樹脂、
イソシアネート変性エポキシ樹脂が適している。
又、本発明においては、樹脂と充填剤との濡れ性
も粘度に大きな影響を及ぼすので、カツプリング
剤や界面活性剤等の添加がより一層の効果を高め
る。 本発明者等は、先に、耐熱性及び耐熱衝撃性に
非常に優れている樹脂として、(a)10〜80重量％の
脂肪酸のポリグリシジルエステルを含む多官能エ
ポキシ化合物１当量に対し、(b)多官能イソシアネ
ート化合物1.5〜５当量の割合で配合し、(c)前記
樹脂組成物の0.01〜10重量％の硬化触媒とを必須
成分とする熱硬化性樹脂組成物を見出している
（特公昭57−27894号）。この熱硬化性樹脂組成物
は大型モールド成形に適用した場合、特に耐熱衝
撃性が向上し、クラツクを生じることなくモール
ドすることができる。なお、本発明の電気巻線の
応力解析を行なつた結果、残留歪は約1/2以下に
低下させることができ、安全率が２倍以上になる
ことが確認された。 上記熱硬化性樹脂組成物の充填剤の添加量は本
発明においては、65容量％以内の量で用いられ
る。特に大型モールド成形になると、線膨脹係数
を小さくし、かつ作業時にかなり流動性の良い状
態にしなければならず、通常は40〜65容量％が適
する。 上記熱硬化性樹脂組成物においては、大型電気
巻線をモールドする場合、初めは比較的低い温度
でゆつくり硬化させ、その後高温で十分硬化させ
るのが、残留歪及び硬化後の特性の点で望まし
い。硬化温度を何段階にも分けて硬化したり、又
温度を徐々に上げながら硬化する方法がより望ま
しい。 本発明で用いる無機充填剤を流体に配合した場
合の粒度分布と粘度との相関関係を知るために、
モデルの流体としてプロピレングリコールを使用
し、これに充填剤を配合したときの粘度を測定し
た。その結果を第２図に示す。 第２図は、横軸に充填剤量と流体との容積比、
縦軸にlogスケールで粘度をプロツトした。第２
図によれば両者の関係は直線になり、その勾配は
配合された充填剤のRRS粒度線図の勾配が大き
い順になることがわかつた。なお図中Ｆ−２、Ｆ
−５、Ｆ−６は後記実施例に示す充填剤を使用し
た実験例である。 充填剤はRRS粒度線図の勾配が小さい程、こ
れを配合した流体の粘度が低くなる。 本発明は、前記の構成と作用により優れた効果
を発揮し、粒径80μ以下の充填剤を使用し、成形
時に充填剤の沈降を起さず又粘度上昇が少ないの
で、均一な充填剤組成のモールド電気巻線を提供
することができる。本発明は、特に大型の電気巻
線のモールドに有利に適用でき、クラツクを生じ
ることなく又残留歪の小さい成形品を作ることが
できるので、安全性の点からも極めて信頼性が高
い。 次に、本発明を実験例及び実施例により更に詳
細に説明するが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。 実験例１〜２及び比較実験例１〜３ 充填剤として第３図及び第１表に示す各種粒度
分布を有する溶融石炭粉を、又熱硬化性樹脂とし
て第１表に示す組成のものを使用した。 第３図は各種溶融石英粉よりなる充填剤につい
てのRRS粒度線図であり、その最大粒径からの
累積重量％の25重量％と75重量％の２点を結んだ
直線の勾配すなわちRosin−Rammlerの式のｎ値
が、Ｆ−１の充填剤は0.72、Ｆ−２は0.72、Ｆ−
３は0.75、Ｆ−４は0.75、Ｆ−５は0.94、Ｆ−６
は1.02、Ｆ−７は0.99、Ｆ−８は1.22であり、Ｆ
−４の充填剤を除いて、他の充填剤の粒径は80μ
以下である。 上記の成形用樹脂組成物を80℃で調合し、脱気
した後に50×50×100mm（高さ）のブリキ製型中
にそれぞれ流し込み、110℃で５時間、次いで180
℃で15時間硬化させた。この場合の80℃における
粘度と成形用樹脂組成物との関係を第１表に示
す。なお、第１表の無機充填剤の配合割合は、い
ずれも50容量％である。

【表】 又、硬化後の成形品中の充填剤分布を第４図に
示すが、これは、成形品を１mmの厚さに切り出
し、それぞれを600℃で１時間、次いで800℃で１
時間焼却しその前後の重量変化から各部分の充填
剤含量を求めたものである。この結果から次のこ
とがわかる。すなわち、Ｆ−１〜Ｆ−３（実験例
１〜３）は、前記第１表から粘度が低く又第４図
から充填剤含量分布も均一である。しかし、Ｆ−
４（比較実験例４：80μより大きい粒径の充填剤
を使用）においては、粘度は低いが充填剤含量分
布が成形品の上部と下部でかなりの差のあること
が認められる。 Ｆ−５〜Ｆ−６（比較実験例５〜６）において
は、粘度の上昇が著しく作業性は不良である。実
験例１〜３は、粘度が比較実験例１〜３に比して
小さく、又成形品中の充填剤含量分布が均一で沈
降が少なかつた。 実験例４〜９及び比較実験例４〜６ 前記実験例と同系の原料を使用し、充填剤（溶
融石英粉）の含量を変化させた系で、充填剤の沈
降が非常に少ない場合と多い場合における耐熱衝
撃性と機械特性との違いをＣ字型ワツシヤ試験に
より比較した。組成割合を第２表に示す。注入作
業は前記実験例１と同じ要領で80℃で行なつた。
次いで、80℃で15時間、140℃で８時間、180℃で
10時間の条件で硬化した。

【表】 耐熱衝撃性の試験は、第５図に示した注形樹脂
３をスペーサ２でＣ字型ワツシヤ１に固定したＣ
字型ワツシヤ測定器を用い、冷熱衝撃性試験機
で、１サイクルが高温側180℃／１時間、室温２
分、低温側１時間、室温２分とし、低温側を０℃
から−70℃まで10℃ずつ下げてゆくヒートサイク
ル条件で試験した。耐熱衝撃性の評価は、クラツ
クが生じた低温側の温度で示した。又、機械的特
性は、13×５×120mmの試験片を用いて、測定温
度180℃、スパン間80mm、曲げ速度２mm／分の条
件で曲げ特性を検討した。測定結果を第３表に示
す。

【表】

【表】 以上の結果から、充填剤配合割合は40〜65容量
％が良いことが明らかである。また、充填剤の配
合割合が同じ場合においては本発明の成形用樹脂
組成物が優れていることがわかる。 実験例10及び比較実験例７〜８ 次に示す組成の樹脂を使用し、添加充填剤を変
えて実験例１と同様の試験を行ない、100℃にお
ける粘度の相違を比較した。その結果を第４表に
示す。 ３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−（３，
４−エポキシ）シクロヘキサンカルボキシレート
30ｇ ビスフエノールＡ型エポキシ樹脂（エポキシ当量
410） 70ｇ ビニルシクロヘキセンジオキサイド 20ｇ メチルテトラヒドロフタル酸無水物 100ｇ 充填剤 360ｇ （47容量％）

【表】 (8) 粘度が非常に高く混合できず
実施例１〜３及び比較例１ 前記の実験例１、７、８及び比較実験例１の成
形用樹脂組成物を使用し、第１図に示す形状のコ
イルを成形し、ヒートサイクル試験を行なつた。
第１図においてコイル４はアルミ箔（0.5t）を段
間材で絶縁して巻回（130ターン、100φ）したも
ので、段間材としてはガラスクロスにケイ素樹脂
を塗布し、硬化したフイルム状のものを用いた。
注型樹脂５は前記の樹脂組成物を減圧（0.05mm
Hg）注入した。硬化条件は、110℃で10時間（一
次硬化）、160℃で15時間（二次硬化）の２回に分
けて行なつた。成形コイルはそれぞれ４個ずつ作
り、そのうち２個は一次硬化後80℃まで冷却して
から鋳型から離型作業を行ない、他の２つは、二
次硬化後50℃まで徐冷してから同じく離型作業を
行なつた。ヒートサイクルは、180℃、７時間、−
30℃、７時間を１サイクルとして100回行なつた。
結果を第５表に示す。 実施例 ４ 実施例１で用いたコイルを用い、前記実験例10
のエポキシ樹脂組成物を同様に注型した。硬化条
件は、100℃で15時間（一次硬化）、150℃で15時
間（二次硬化）の２回に分けて行なつた。 上記の成形コイルはそれぞれ４個ずつ作成し、
上記実施例１と同様条件でヒートサイクルを行な
つた。その結果を第５表に示す。

【表】 第５表の結果から、一次硬化後の硬化物はかな
りもろい性質があり、多少の衝撃でもクラツクが
入り易いことがわかつた。又、比較例１は、一次
硬化後と二次硬化後のいずれもコイル上面にクラ
ツクが発生しており、それが充填剤の沈降による
充填剤含量の少ない部分に起きていることが認め
られた。 実験例11〜14及び比較実験例10〜12 前記第３図に示した溶融石英粉充填剤のＦ−７
（ｎ＝0.99）及びＦ−８（ｎ＝1.22）を用いて混合
充填剤をつくり、第６表に示す充填剤50容量％配
合の成形用樹脂組成物について粘度を測定した。
その結果を第６表に示す。

【表】 この結果より、ｎ値の高い充填剤でも、粒径の
異なる２種以上の充填剤を混合することにより粘
度を著しく低下できることがわかる。 前記実験例及び比較実験例において、ｎ値と相
対粘度（充填剤添加系の粘度と充填剤無添加系の
粘度の比）との関係を第６図にまとめて示す。こ
の結果から、RRS粒度線図の勾配（ｎ値）が0.9
以上になると相対粘度が著しく増大することがわ
かる。 実験例15〜19及び比較実験例13〜16 第７図に示した粒度分布を有する結晶質シリカ
粉充填剤のＦ−９（ｎ＝1.7）、Ｆ−10（ｎ＝1.55）
及びＦ−11（ｎ＝1.2）並びにそれらの混合充填剤
をつくり、実験例11と同一の熱硬化性樹脂を用い
て成形用樹脂組成物をつくり、粘度を測定した。
なお充填剤は合計357ｇ（40容量％）をそれぞれ
使用した。その結果を第７表に示す。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、成形用樹
脂組成物の粘度上昇を抑え、モールド中の充填剤
含有量分布が均一で物性の優れた変圧器用樹脂モ
ールド電気巻線を提供することができ、当該技術
分野で果す本発明の役割は極めて重要なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の具体例及び各種試験及び結果を
示すものであり、第１図は本発明の一実施例であ
る電気巻線の構造を示す図、第２図はモデル流体
中に添加した本発明の充填剤の添加量と粘度の関
係を示したグラフ、第３図及び第７図は本発明で
使用する充填剤のRRS粒度線図、第４図は本発
明における成形品中の充填剤分布状況を示したグ
ラフ、第５図は本発明で使用した耐クラツク性試
験片の斜視図、第６図は本発明の具体例における
ｎ値と相対粘度との関係を示したグラフである。 第１図及び第５図において、１……Ｃ字型ワツ
シヤ、２……スペーサ、３……注型樹脂、４……
コイル（アルミ箔＋段間材）、５……注型樹脂。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多官能エポキシ化合物を含む熱硬化性樹脂に
   粒径が80μ以下であり、かつRRS粒度線図におい
   て最大粒径からの累積重量％の25重量％と75重量
   ％の２点を結ぶ直線の勾配が0.9以下である粒度
   分布を有する無機充填剤が40〜65容量％含有した
   熱硬化性樹脂組成物でモールドして成ることを特
   徴とする変圧器用樹脂モールド電気巻線。