CN109564798B - 绝缘电线、线圈和电气电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种绝缘电线以及包含该绝缘电线的线圈和电气电子设备，该绝缘电线为在导体的外周具有热固性树脂层、在所述热固性树脂层的外周具有热塑性树脂层的绝缘电线，其中，所述热固性树脂层与所述热塑性树脂层的总厚度为100μm以上250μm以下，并且所述热塑性树脂层中由下述式1算出的热塑性树脂的取向度为20％以上90％以下。式1 取向度H(％)＝[(360‑ΣWn)/360]×100Wn：利用X射线衍射得到的方位角强度分布曲线中的取向峰的半峰宽n：β角度为0°以上360°以下的取向峰数。

Description

绝缘电线、线圈和电气电子设备
技术领域
本发明涉及绝缘电线、线圈和电气电子设备。
背景技术
作为电气电子设备(以下也简称为电气设备)的绕线用电线(电磁线)，使用由所谓的漆包线构成的绝缘电线(绝缘线)、或具有多层结构(包含由瓷漆树脂构成的层、以及由不同于瓷漆树脂的种类的树脂构成的包覆层)的绝缘层的绝缘电线等。作为具有2层结构的绝缘层的绝缘电线，例如可以举出专利文献1中记载的绝缘电线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开公报第2015/098640号
发明内容
发明所要解决的课题
使用电动机等旋转电机或变压器等的电气设备为了实现其小型化或高效化而进行变换器控制。
对于旋转电机等中使用的绝缘电线，要求使由变换器浪涌引起的局部放电所致的劣化为最低限度。为此，使绝缘电线的绝缘层的厚度较厚是有效的。使绝缘层较厚时，产生局部放电的电压升高，能够减少局部放电的产生频率。
另一方面，这些绝缘电线中，要求绝缘层高密合性地包覆导体。即，在这样的电气设备中，常见到将绝缘电线加工(例如绕线加工(线圈加工))而成的绕线(线圈)压入到非常狭窄的部分中来使用的使用方式。例如，在上述电气设备中，说其性能是由在定子芯的槽楔中置入多少根线圈来决定的也不为过。因此，在用于这些电气设备的情况下，绝缘电线进行复杂且弯曲半径小的弯曲加工。但是，若出于上述原因而使绝缘层较厚，则导体与绝缘层的密合性降低。因此，在绕线加工之中或之后绝缘层从导体剥离。特别是在小型化的电气设备中容易发生绝缘层的剥离。
此外，近年来对于绝缘电线要求更高的耐热性。在小型化或高性能化的旋转电机等中，从其高效化出发将使用电压设定得较高，与之相伴发热量也增大。另外，在小型化的旋转电机等中，也难以确保充分的散热性。因此，要求绝缘电线具有即使暴露在例如230℃以上这样的高温下也能够稳定地维持绝缘性能的耐热性。
本发明的课题在于提供一种耐热性、电气特性(局部放电起始电压)和密合性均优异的绝缘电线、以及线圈和电气电子设备。
用于解决课题的手段
本发明人发现，在导体上依次具有热固性树脂层和热塑性树脂层的绝缘电线中，在将热固性树脂层和热塑性树脂层的总厚度设定为特定范围、进而使热塑性树脂层中的热塑性树脂以特定取向度范围进行取向时，可兼具优异的电气特性和密合性，而且显示出高度的耐热性，还能够满足近来的小型化或高性能化的电气设备用的绝缘电线所要求的特性。本发明是基于这些发现而进行的。
即，本发明的上述课题通过下述手段而实现。
(1)一种绝缘电线，其为在导体的外周具有热固性树脂层、并在所述热固性树脂层的外周具有热塑性树脂层的绝缘电线，其中，所述热固性树脂层与所述热塑性树脂层的总厚度为100μm以上250μm以下，并且所述热塑性树脂层中由下述式1算出的热塑性树脂的取向度为20％以上90％以下。
式1取向度H(％)＝[(360-ΣWn)/360]×100
Wn：利用X射线衍射得到的方位角强度分布曲线中的取向峰的半峰宽
n：β角度为0°以上360°以下的取向峰数
(2)如(1)所述的绝缘电线，其中，所述热塑性树脂层包含选自由聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺和聚苯硫醚组成的组中的至少一种热塑性树脂，该热塑性树脂的熔点为260℃以上390℃以下。
(3)如(1)或(2)所述的绝缘电线，其中，所述热塑性树脂层的厚度为15μm以上100μm以下。
(4)如(1)～(3)中任一项所述的绝缘电线，其中，所述热固性树脂层包含选自由聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺和聚酯酰亚胺组成的组中的至少一种热固性树脂。
(5)一种线圈，其由(1)～(4)中任一项所述的绝缘电线构成。
(6)一种电气电子设备，其使用(5)所述的线圈而成。
本发明中，热固性树脂层是指热固性树脂固化而成的固化树脂层，可以通过将固化前的热固性树脂固化而形成。
发明效果
本发明可以提供耐热性、电气特性和密合性均优异的绝缘电线。本发明的绝缘电线具有上述优异的特性，也可适合用于小型化或高性能化的电气设备。
另外，本发明可以提供使用了上述绝缘电线的线圈和电气设备。
适当参照附图由下述记载可进一步明确本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。
附图说明
图1是示出本发明的绝缘电线的优选实施方式的示意性剖面图。
图2是示出本发明的绝缘电线的另一优选实施方式的示意性剖面图。
图3是示出本发明的绝缘电线的又一优选实施方式的示意性剖面图。
图4是示出本发明的绝缘电线的再一优选实施方式的示意性剖面图。
图5是用于求出取向度的方位角强度分布曲线的说明图。
图6是示出本发明的电气设备中使用的定子的优选形态的示意性立体图。
图7是示出本发明的电气设备中使用的定子的优选形态的示意性分解立体图。
具体实施方式
<<绝缘电线>>
本发明的绝缘电线在导体的外周依次具有热固性树脂层和热塑性树脂层。热固性树脂层与热塑性树脂层的总厚度为100μm以上250μm以下。此外，本发明的绝缘电线中，热塑性树脂层所含有的热塑性树脂的下述取向度为20％以上90％以下。上述总厚度和取向度的详细情况如后所述。
在本发明中，热固性树脂层可以直接设置在上述导体的外周，也可以隔着后述的绝缘层设置在上述导体的外周(即，可以在上述导体与上述热固性树脂层之间具有绝缘层)。
另外，热固性树脂层、热塑性树脂层和绝缘层分别可以为1层，也可以由2层以上的多层构成。
以下，参照附图对本发明的绝缘电线的优选实施方式进行说明，但对于本发明而言，除了本发明中规定的事项以外，并不限于下述实施方式。另外，各附图所示的形态是用于使本发明易于理解的示意图，为了便于说明，有时改变了各部件的尺寸、厚度或相对的大小关系等的大小，并非原样显示出实际的关系。另外，除了本发明中规定的事项以外，并不限于这些附图所示的外形、形状。
图1中示出了剖面图的本发明的优选绝缘电线1A具有导体11、设置在导体11的外周的热固性树脂层12A、以及设置在热固性树脂层12A的外周的热塑性树脂层13A。热固性树脂层12A由1层构成，热塑性树脂层13A由1层构成。热固性树脂层12A与热塑性树脂层13A的总厚度为100μm以上250μm以下。热塑性树脂层13A中的取向度为20％以上90％以下。
图2中示出了剖面图的本发明的优选绝缘电线1B除了形成热固性树脂层的层数不同以外，与绝缘电线1A为相同的构成。即，绝缘电线1B具有导体11、设置在导体11的外周的热固性树脂层12B、以及设置在热固性树脂层12B的外周的热塑性树脂层13B。该热固性树脂层12B由从导体11侧起依次设置的、内侧的热固性树脂层14A和外侧的热固性树脂层14B这2层构成。
图3中示出了剖面图的本发明的优选绝缘电线1C除了形成热塑性树脂层的层数不同以外，与绝缘电线1A为相同的构成。即，绝缘电线1C具有导体11、设置在导体11的外周的热固性树脂层12C、以及设置在热固性树脂层12C的外周的热塑性树脂层13C。该热塑性树脂层13C由从热固性树脂层12C侧起依次设置的、内侧的热塑性树脂层15A和外侧的热塑性树脂层15B这2层构成。
图4中示出了剖面图的本发明的优选绝缘电线1D除了形成热固性树脂层和热塑性树脂层的层数分别不同以外，与绝缘电线1A为相同的构成。即，绝缘电线1D具有导体11、设置在导体11的外周的热固性树脂层12D、以及设置在热固性树脂层12D的外周的热塑性树脂层13D。热固性树脂层12D由从导体11侧起依次设置的、内侧的热固性树脂层14C和外侧的热固性树脂层14D这2层构成，热塑性树脂层13D由从热固性树脂层12D侧起依次设置的、内侧的热塑性树脂层15C和外侧的热塑性树脂层15D这2层构成。
图1～4分别示出了垂直于轴线的剖面的轮廓形状为矩形的绝缘电线1A～1D，但在本发明中，也可以使各绝缘电线中剖面的轮廓形状为圆形。
在本发明中，虽未进行图示，但在绝缘电线1A～1D中，也可以在导体11与热固性树脂层之间设置绝缘层。
<导体>
作为本发明中使用的导体，可以广泛使用在绝缘电线中使用的通常的导体，例如可以使用铜线、铝线等金属导体。优选氧含量为30ppm以下的低氧铜、进一步优选氧含量为20ppm以下的低氧铜或无氧铜的导体。氧含量若为30ppm以下，则在为了将导体焊接而利用热使其熔融的情况下，不会在焊接部分产生由含有的氧所致的空孔，能够防止焊接部分的电阻劣化，并且能够保持焊接部分的强度。
导体的剖面形状没有特别限定，可以举出圆形或矩形(平角形)等。其中，剖面形状优选为矩形。在本发明中，矩形除了长方形以外也包括正方形。与圆形的导体相比，平角形的导体在绕线时能够提高相对于定子芯的槽楔的占空系数。
从抑制自角部的局部放电的方面出发，平角形的导体优选为如图1～4所示在4角设置有倒角(曲率半径r)的形状。曲率半径r优选为0.6mm以下、更优选为0.2～0.4mm。
导体的尺寸没有特别限定，在平角导体的情况下，在矩形的剖面形状中，宽度(长边)优选为1.0～5.0mm、更优选为1.4～4.0mm，厚度(短边)优选为0.4～3.0mm、更优选为0.5～2.5mm。宽度(长边)与厚度(短边)的长度的比例(宽度：厚度)优选为1：1～4：1。长边是指1对相对的边或各边，短边是指另1对相对的边或各边。另一方面，在剖面形状为圆形的情况下，直径优选为0.8～4.5mm、优选为1.2～4.0mm。
<热固性树脂层>
本发明的绝缘电线在导体的外周具有热固性树脂层。
热固性树脂层相当于瓷漆(树脂)层。以下，有时将有形成瓷漆层的导体称为漆包线。
热固性树脂层含有热固性树脂和根据需要的各种添加剂。
作为上述热固性树脂，只要是在电线或绕线中通常使用的热固性树脂就没有特别限制。例如可以举出聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚酰亚胺(PI)、聚酯(PEst)、聚氨酯、聚苯并咪唑、聚酯酰亚胺(PEsI)、三聚氰胺树脂、环氧树脂等。其中，从耐溶剂性的观点出发，更优选选自由聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺和聚酯酰亚胺组成的组中的至少一种热固性树脂，进一步优选聚酰胺酰亚胺或聚酰亚胺。
热固性树脂层中含有的热固性树脂可以为1种，也可以为2种以上。
与其他树脂相比，聚酰胺酰亚胺的热导率低、绝缘击穿电压高、能够进行烘烤固化。聚酰胺酰亚胺没有特别限定，可以举出下述的市售品或利用通常的方法得到的聚酰胺酰亚胺。例如可以举出在极性溶剂中使三羧酸酐和二异氰酸酯化合物直接反应而得到的聚酰胺酰亚胺；或者在极性溶剂中使二胺化合物先与三羧酸酐反应，首先导入酰亚胺键，接着再利用二异氰酸酯化合物进行酰胺化而得到的聚酰胺酰亚胺。
聚酰亚胺没有特别限定，可以使用全芳香族聚酰亚胺和热固性芳香族聚酰亚胺等通常的聚酰亚胺。另外，除了下述市售品以外，还可以使用如下得到的聚酰亚胺：使用利用通常的方法使芳香族四羧酸二酐和芳香族二胺化合物在极性溶剂中反应而得到的聚酰胺酸溶液，通过烘烤时的加热处理进行酰亚胺化，由此得到聚酰亚胺。
聚酯只要是在分子内具有酯键的聚合物且为热固性即可，优选H级聚酯(HPE)。作为这样的H级聚酯，除了下述市售品以外，还可以举出例如芳香族聚酯中通过添加酚醛树脂等对树脂进行了改性、耐热等级为H级的聚酯。
聚酯酰亚胺只要是在分子内具有酯键和酰亚胺键的聚合物且为热固性就没有特别限定。可以举出下述的市售品或合成品。例如可以使用如下得到的聚酯酰亚胺：由三羧酸酐和胺化合物形成酰亚胺键，由醇和羧酸或其烷基酯形成酯键，并且对酰亚胺键的游离酸基或酸酐基实施酯化反应，由此得到聚酯酰亚胺。聚酯酰亚胺也可以使用例如使三羧酸酐、二羧酸化合物或其烷基酯、醇化合物和二胺化合物利用公知的方法进行反应而得到的聚酯酰亚胺。
热固性树脂可以使用市售品。例如，作为聚酰亚胺的市售品，可以举出U Imide(商品名、Unitika公司制)、U-Varnish(商品名、宇部兴产公司制)等。作为聚酰胺酰亚胺的市售品，可以举出HI406或HCI系列(均为商品名、日立化成公司制)等。作为H级聚酯的市售品，可以举出Isonel200(商品名、美国Schenectady International公司制)等。作为聚酯酰亚胺的市售品，可以举出NEO HEAT 8600A(商品名、东特涂料公司制)等。
各种添加剂只要是在电线或绕线的热固性树脂层中通常使用的添加剂就没有特别限定，例如可以举出后述的添加剂。作为添加剂的含量，没有特别限定，相对于热固性树脂100质量份，优选为5质量份以下、更优选为2质量份以下。
热固性树脂层如上所述可以为多层，但优选由1层或2层构成。
在热固性树脂层由多层构成的情况下，以最大含量含有在各层中的热固性树脂优选相互不同。例如，在由2层构成的情况下，以最大含量含有的热固性树脂的优选组合从导体侧朝向下述热塑性树脂层侧可以举出聚酰胺酰亚胺和聚酯酰亚胺的组合、聚酰亚胺和聚酰胺酰亚胺的组合等。
关于热固性树脂层的厚度，只要与热塑性树脂层的总厚度为后述范围内就没有特别限定。热固性树脂层的厚度优选为15～120μm、更优选为40～100μm。热固性树脂层的厚度的上限也可以考虑后述的总厚度而设定为例如90μm。在热固性树脂层由多层构成的情况下，只要各层的总厚度为上述热固性树脂层的厚度的优选范围内即可。
<热塑性树脂层>
本发明的绝缘电线在热固性树脂层的外周具有热塑性树脂层。
热塑性树脂层含有热塑性树脂和根据需要的各种添加剂。
作为上述热塑性树脂，只要是在电线或绕线中通常使用的热塑性树脂就没有特别限定。例如，除了聚酰胺(也称为尼龙)、聚缩醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、间规聚苯乙烯树脂(SPS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、超高分子量聚乙烯等通用工程塑料以外，还可以举出聚砜(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮(PEK)、聚芳醚酮(PAEK)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、聚醚醚酮(PEEK、包括改性PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性聚酰亚胺(TPI)、热塑性聚酰胺酰亚胺、液晶聚酯等超级工程塑料、以及以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)作为基础树脂的聚合物合金、包含ABS/聚碳酸酯、尼龙6,6、芳香族聚酰胺、聚苯醚/尼龙6,6、聚苯醚/聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯等上述工程塑料的聚合物合金。
热塑性树脂层中含有的热塑性树脂可以为1种，也可以为2种以上。
其中，优选结晶性的热塑性树脂。作为结晶性的热塑性树脂，在上述热塑性树脂之中，例如可以举出聚酰胺、聚缩醛、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、超高分子量聚乙烯等通用工程塑料、间规聚苯乙烯树脂、聚苯硫醚、聚醚酮、聚醚醚酮、聚芳醚酮、聚醚酮酮、热塑性聚酰亚胺等。
从耐热性的方面出发，热塑性树脂优选具有250℃以上的熔点的热塑性树脂、更优选具有260℃以上390℃以下的熔点的热塑性树脂。作为这样的树脂，在上述之中，优选间规聚苯乙烯树脂、聚苯硫醚(PPS)、聚芳醚酮、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮、聚酰胺(特别是尼龙6,6)、聚醚酮、热塑性聚酰亚胺，更优选选自PPS、PEEK和热塑性聚酰亚胺中的至少一种热塑性树脂。
热塑性树脂可以根据耐热性或机械特性等从上述中选择适当的树脂来使用。
从树脂的机械特性的方面出发，热塑性树脂优选选自由聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚和聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的组中的至少一种，更优选选自由聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺和聚苯硫醚组成的组中的至少一种。
从耐热性和机械特性、以及耐溶剂性的观点出发，热塑性树脂更优选为选自由聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺和聚苯硫醚组成的组中的至少一种、且在260℃以上390℃以下的范围具有熔点的热塑性树脂。
在本发明中，作为改性PEEK，只要是PEEK的改性物就没有特别限定，包括PEEK的化学修饰物、与PEEK制成聚合物合金(聚合物共混物)而得到的物质等。例如可以举出将PEEK与PPS、PES、PPSU或PEI制成合金而得到的物质等。
热塑性树脂可以使用市售品。作为PEEK，例如可以举出KetaSpire KT-820(SolvaySpecialty Polymers公司制、商品名)、PEEK450G(Victrex Japan公司制、商品名)，作为改性PEEK的AvaSpire AV-650(Solvay Specialty Polymers公司制、商品名)、作为TPI的Aurum PL450C(三井化学公司制、商品名)、作为PPS的FORTRON 0220A9(Polyplastics公司制、商品名)、PPS FZ-2100(DIC公司制、商品名)等市售品。
作为改性PEEK的市售品，除了上述以外，例如还可以举出Solvay SpecialtyPolymers公司制的AvaSpireAV-621、AV-630、AV-651、AV-722、AV-848等。
各种添加剂只要是在电线或绕线的热塑性树脂层中通常使用的添加剂就没有特别限定，例如可以使用后述的添加剂。作为添加剂的含量，没有特别限定，相对于热塑性树脂100质量份，优选为5质量份以下、更优选为3质量份以下。
热塑性树脂层如上所述可以为多层，但优选由1层或2层构成。
在热塑性树脂层由多层构成的情况下，以最大含量含有在各层中的热塑性树脂优选相互不同。例如，在由2层构成的情况下，以最大含量含有的热塑性树脂的优选组合从上述热固性树脂层侧朝向外侧可以举出改性PEEK和PEEK的组合、热塑性聚酰亚胺和PEEK的组合。
关于热塑性树脂层的厚度，只要与热固性树脂层的总厚度为后述范围内就没有特别限定。从加工性的观点出发，热塑性树脂层的厚度优选为15～100μm、更优选为30～70μm。在热塑性树脂层由多层构成的情况下，只要各层的总厚度为上述范围内即可。
热塑性树脂层中含有的热塑性树脂的取向度为20～90％。此处，在热塑性树脂层含有两种以上的热塑性树脂的情况下，取向度是指体积比最大的热塑性树脂的取向度。
上述取向度小于20％时，有时无法对绝缘电线赋予所期望的耐热性。取向度的上限没有特别限定，若考虑实际的制造容易性，则为90％。取向度优选为50～85％、进一步优选为60～80％。上述取向度处于50～85％时，能够制成耐热性更优异的绝缘电线。通过使热塑性树脂以20～90％的取向度进行取向，即使在长时间暴露于热的情况下，也可抑制树脂的热分解和热劣化的进展。因此，与未取向的情况下相比，尽管含有同种热塑性树脂，在长时间暴露于例如230℃的高温气氛下时也能够维持初期的绝缘性能。
热塑性树脂只要以上述范围的取向度进行取向即可，对于取向的方向(分子链的延伸方向)没有特别限定。例如优选电线的走线(轴线)方向。
上述取向度可以如下求出：依据JIS K 0131-1996X射线衍射分析通则第15项“取向性的评价”中的“使用纤维试样台的方法”，得到X射线强度相对于旋转角的图，基于该曲线求出上述取向度。但是，由于测定中使用了二维检测器，因此实际上不需要旋转试样，可以由二维检测器输出的二维谱图得到X射线强度相对于旋转角的图。使用由该图求出的取向峰的半峰宽，根据下式算出取向度H(％)。
这种情况下，通常，将图的横轴称为方位角而不是称为旋转角，因此，以下将X射线强度相对于旋转角的图称为方位角强度分布曲线。
取向度具体而言可以如下确认。
1.试验片
从绝缘电线上裁取热塑性树脂层，制成试验片。
2.二维谱图的取得
X射线衍射装置使用Bruker公司制D8DISCOVER(从X射线源到测角仪一体化而成的测定装置)，检测器使用二维检测器(Bruker公司制VANTEC500)。
将裁取的试验片按照电线长度方向为上下方向、并且X射线相对于热塑性树脂层的厚度方向垂直入射的方式设置在X射线衍射装置中。接着，对设置的试验片照射X射线使X射线透过，由二维检测器得到输出的二维谱图。
3.二维谱图的分析
在所得到的二维谱图中，选择作为取向度分析对象的树脂的衍射环，得到示出X射线强度相对于旋转角的关系的方位角强度分布曲线(校正前)。对该方位角强度分布曲线(校正前)进行减去空气散射、非晶晕、其他树脂的结晶峰等的各方位角强度分布曲线(校正前)的校正后，得到分析对象树脂的方位角强度分布曲线。非晶晕的方位角强度分布曲线(校正前)可以利用二维谱图得到，该二维谱图除了采用使用与分析对象树脂相同的树脂制作的非晶无取向试样以外，与上述同样地得到。另外，空气散射的方位角强度分布曲线(校正前)可以利用二维谱图得到，该二维谱图除了使用作为空白的试验片以外，与上述同样地得到。
求出如此得到的方位角强度分布曲线中的取向峰的半峰宽，由下述式1算出取向度H(％)。
式1取向度H(％)＝[(360-ΣWn)/360]×100
Wn：利用X射线衍射得到的方位角强度分布曲线中的取向峰的半峰宽
n：β角度(方位角)为0°以下360°以下的取向峰数
在具有多层热塑性树脂层的情况下，各热塑性树脂层的取向度使用从热塑性树脂层分别裁取的试验片，如上所述地进行计算。
这种情况下，优选至少最外侧的热塑性树脂层的取向度处于上述范围内，更优选各层的取向度为上述范围内。其中，各层中的取向度只要为上述范围内即可，可以相同也可以不同。
另外，在热塑性树脂层含有两种以上的热塑性树脂的情况下，关于该热塑性树脂层的取向度，算出体积比最大的热塑性树脂的取向度。具体而言，求出上述二维谱图，在对该二维谱图进行分析时如下进行校正。即，首先，与含有1种热塑性树脂的情况下同样地求出上述二维谱图。在该二维谱图的分析时，仅着眼于占最多体积比的热塑性树脂，将该热塑性树脂以外的热塑性树脂的峰作为基线来处理。这样，得到占最多体积比的热塑性树脂的方位角强度分布曲线，基于该曲线，算出取向度。
(热固性树脂层与热塑性树脂层的总厚度)
在本发明中，热固性树脂层与热塑性树脂层的总厚度为100μm以上250μm以下。总厚度小于100μm时，有时电气特性差。另一方面，总厚度超过250μm时，有时密合性差。从维持高耐热性并且以高水平兼顾电气特性和密合性的方面出发，总厚度优选为100μm以上200μm以下、更优选为115μm以上160μm以下。
在本发明中，使热固性树脂层与热塑性树脂层的总厚度为100μm以上250μm以下、并使热塑性树脂层中的热塑性树脂的取向度为20％以上90％以下时，能够以高水平兼具耐热性、电气特性和密合性，能够满足绝缘电线的要求特性。
<绝缘层>
在本发明中，可以在导体与热固性树脂层之间设置绝缘层。该绝缘层含有上述热固性树脂以外的树脂。作为这样的树脂，优选即使对热固性树脂进行烘烤也不会产生外观不良、与导体和热固性树脂层密合的树脂。例如可以举出聚氨酯、聚酯等热塑性树脂。
<绝缘电线的特性>
本发明的绝缘电线的耐热性、电气特性和密合性优异。
本发明的绝缘电线优选具有在后述的耐热性试验中即使在230℃的环境下暴露500小时，也不会在热塑性树脂层的表面产生裂纹的程度的耐热性，更优选具有即使在230℃的环境下暴露1000小时、进而1500小时，也不会在热塑性树脂层的表面产生裂纹的程度的耐热性。
另外，本发明的绝缘电线在后述的电气特性试验中的局部放电起始电压优选为700Vp以上、更优选为1000Vp以上。局部放电起始电压的上限没有特别限定，例如优选为2500Vp以下。
另外，本发明的绝缘电线具备在后述的弯曲加工性试验中无法确认到导体与树脂层(在该试验中将热固性树脂层和热塑性树脂层合称为树脂层)的剥离的程度的密合性，该弯曲加工性试验中，使用预先在绝缘电线上形成了伤痕的绝缘电线。
<<绝缘电线的制造方法>>
本发明的绝缘电线通过在导体的外周形成热固性树脂层和其外周的热塑性树脂层而制造。
更详细而言，可以通过在导体的外周依次或者同时形成热固性树脂层和热塑性树脂层而制造。另外，可以根据期望并入上述绝缘层的形成工序。
热固性树脂层通常通过涂布烘烤而形成于导体的外周。具体而言，优选在导体的外周对含有热固性树脂的清漆进行涂布烘烤而形成。
涂布清漆的方法可以没有特别限定地应用通常的方法。例如可以举出使用形状与导体的剖面形状相似的清漆涂布用模具的方法、在导体的剖面形状为矩形的情况下使用形成为井栏状的称为“通用模具”的模具的方法。
清漆涂布后的烘烤可以利用通常的方法进行，例如可以使用烘烤炉进行烘烤。这种情况下的具体烘烤条件取决于其所使用的炉的形状等，不能一概而论，若是约8m的自然对流式的立式炉，例如可以举出炉内温度400～650℃、通过时间10～90秒的条件。
清漆的涂布和烘烤可以为1次，但通常优选重复进行多次。在重复进行多次的情况下，可以为相同的烘烤条件，也可以为不同的烘烤条件。
这样，能够形成热固性树脂层。
在本发明的绝缘电线由具有2层以上的热固性树脂层的多层构成的情况下，多个热固性树脂层可以分别通过上述记载的工序来形成。
上述清漆中，可以在不影响各层的特性的范围内含有各种添加剂。作为各种添加剂，没有特别限定，例如可以举出气泡成核剂、防氧化剂、抗静电剂、防紫外线剂、光稳定剂、荧光增白剂、颜料、染料、增溶剂、润滑剂、强化剂、阻燃剂、交联剂、交联助剂、增塑剂、增粘剂、减粘剂或弹性体等。
为了使热固性树脂清漆化，优选清漆含有有机溶剂等。作为该有机溶剂，例如可以举出N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等酰胺系溶剂、N,N-二甲基乙烯脲、N,N-二甲基丙烯脲、四甲基脲等脲系溶剂、γ-丁内酯、γ-己内酯等内酯系溶剂、碳酸亚丙酯等碳酸酯系溶剂、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮等酮系溶剂、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁基乙酸溶纤剂、丁基卡必醇乙酸酯、乙基乙酸溶纤剂、乙基卡必醇乙酸酯等酯系溶剂、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚等乙二醇二甲醚系溶剂、甲苯、二甲苯、环己烷等烃系溶剂、甲酚、苯酚、卤代苯酚等酚系溶剂、环丁砜等砜系溶剂、二甲亚砜(DMSO)等。
有机溶剂等可以仅单独使用1种，也可以组合使用2种以上。
热塑性树脂层通常通过挤出包覆而形成。具体而言，优选将热塑性树脂加热熔融，挤出包覆于热固性树脂层的外周而形成。例如可以举出下述方法：使用具有与导体的剖面形状相似的形状或基本相似的形状的开口的挤出模具，在热塑性树脂的熔融温度以上的温度下将其挤出至热固性树脂层的外周。
在本发明中，作为热塑性树脂的取向度的设定方法，没有特别限定，作为其一例，可以举出下述方法或条件。例如挤出包覆时的条件(温度条件)、热塑性树脂层的厚度、电线制作时的线速度等。
更具体而言，可以举出将漆包线预热至低于热塑性树脂的挤出温度(螺杆温度)的温度的方法。这样将漆包线预热时，具有取向度提高的倾向。漆包线的预热温度根据所使用的热塑性树脂的种类、要形成的热塑性树脂层的厚度等而异，不能一概而论。在形成满足上述范围的总厚度的热塑性树脂层的情况下，例如，预热温度优选为比挤出包覆时的热塑性树脂的挤出温度低120～280℃左右的温度，更优选为低150～280℃的温度。作为具体的预热温度，例如，下限优选为80℃以上，上限优选为200℃以下。根据热塑性树脂的种类，例如，可以将预热温度的下限设定为100℃、将上限设定为150℃、进而130℃。
另外，可以举出利用模具加热器将模具温度设定为与挤出温度不同的温度的方法。模具温度根据所使用的热塑性树脂的种类等而异，不能一概而论，例如可以设定为220～300℃。这样，能够利用上述导体(漆包线)或模具与热塑性树脂的温度差以及挤出所致的剪切力等使挤出的热塑性树脂中的热塑性树脂发生取向。
此外，可以举出加快电线制作时(挤出成型时)的线速度的方法。提高电线制作时的线速度时，具有取向度提高的倾向。
另外，使热塑性树脂层的厚度厚时，具有取向度减小的倾向。
在本发明中，也可以将上述方法适当组合。
作为取向度的设定方法，其中优选上述进行预热的方法。这种情况下，本发明的绝缘电线的制造方法具有下述工序：将上述漆包线设定为比热塑性树脂的挤出温度低120～280℃的温度，并与上述热塑性树脂一起挤出。
除了上述方面以外，对于挤出条件没有特别限定，可以根据所使用的树脂适当设定。
在本发明的绝缘电线中，在热塑性树脂层由2层以上的多层构成的情况下，多个树脂层可以分别通过上述记载的工序而形成。另外，也可以使用共挤出机同时形成。
在本发明的绝缘电线具有绝缘层的情况下，可以利用公知的方法将树脂包覆于导体的外周而形成。
<<线圈和电气设备>>
本发明的绝缘电线可以作为线圈在各种电气设备等需要电气特性(耐电压性)、耐热性的领域中利用。例如，本发明的绝缘电线可用于电动机、变压器等，能够构成高性能的电气设备。特别是优选用作HV(Hybrid Vehicle、混合动力汽车)、EV(Electric Vehicle、电动汽车)的驱动电动机用的绕线。这样，本发明可以提供使用本发明的绝缘电线作为线圈的电气设备、特别是HV和EV的驱动电动机。需要说明的是，本发明的绝缘电线在用于电动机线圈的情况下也称为电动机线圈用绝缘电线。特别是利用具有上述优异特性的本发明的绝缘电线加工而成的线圈，能够实现电气设备的进一步的小型化或高性能化。因此，本发明的绝缘电线适合用作近年来的、显著小型化或高性能化的HV或EV的驱动电动机用的绕线。
本发明的线圈只要具有适合于各种电气设备的形态即可，可以举出对本发明的绝缘电线进行线圈加工而形成的线圈、对本发明的绝缘电线进行弯曲加工后将规定的部分进行电连接而成的线圈等。
作为对本发明的绝缘电线进行线圈加工而形成的线圈，没有特别限定，可以举出将长条的绝缘电线卷绕为螺旋状而成的线圈。在这样的线圈中，绝缘电线的绕线数等没有特别限定。通常，在对绝缘电线进行卷绕时使用铁芯等。
作为对本发明的绝缘电线进行弯曲加工后将规定的部分进行电连接而成的线圈，可以举出旋转电机等的定子中使用的线圈。这样的线圈例如可以举出如图7所示，将本发明的绝缘电线切割为规定的长度并弯曲加工成U字形状等而制作多个电线段34，将各电线段34的U字形状等的2个开放端部(末端)34a交替地连接而制作的线圈33(参照图6)。
作为使用本发明的线圈的电气设备，没有特别限定。作为这样的电气设备的优选的一个方式，例如可以举出具备如图6所示的定子30的旋转电机(特别是HV和EV的驱动电动机)。该旋转电机除了具备定子30以外，可以采用与现有的旋转电机同样的构成。
定子30中，除了电线段34由本发明的绝缘电线形成以外，可以采用与现有的定子同样的构成。即，定子30具有定子芯31；以及例如图7所示那样由本发明的绝缘电线构成的电线段34被插入到定子芯31的槽楔32中、且开放端部34a进行了电连接的线圈33。此处，电线段34可以以1根插入到槽楔32中，但优选如图7所示那样2根一组地插入到槽楔32中。该定子30中，在定子芯31的槽楔32中收纳有线圈33，该线圈33是将如上所述进行了弯曲加工的电线段34的作为其2个末端的开放端部34a交替地连接而成的。此时，可以将电线段34的开放端部34a连接后收纳在槽楔32中；另外，也可以将绝缘段34收纳在槽楔32中后，对电线段34的开放端部34a进行弯曲加工而进行连接。
实施例
以下，基于实施例进一步详细地说明本发明，但该实施例并不对本发明进行限制。
在实施例1～10中制造图1所示的绝缘电线1A，在实施例11和12中制造图2所示的绝缘电线1B，在实施例13中制造图3所示的绝缘电线1C，在实施例14中制造图4所示的绝缘电线1D。对于制造出的各绝缘电线，评价下述特性，将其结果示于表1。
各例中使用的树脂或清漆的详细情况如后所述。
实施例1
作为导体11，使用剖面为平角形(长边3.3mm×短边1.8mm、四角的倒角的曲率半径r＝0.3mm)的平角导体(氧含量15ppm的铜)。
使用形状与导体的剖面形状相似的模具，在导体11的外周涂布聚酰胺酰亚胺树脂清漆，使其以通过时间为15秒的速度通过炉内温度设定为450℃的炉长8m的烘烤炉内。重复进行31次该涂布和烘烤，得到具有厚度100μm的由PAI构成的热固性树脂层的漆包线。
接着，在所得到的漆包线的外周形成厚度15μm的由聚醚醚酮构成的热塑性树脂层13A。具体而言，使用形状与热固性树脂层12A的剖面的外形相似的模具，在将PEEK挤出到预热至180℃的漆包线的外周(螺杆部分的温度(挤出温度)设定为380℃、模具温度设定为300℃)。将挤出温度与预热温度之差作为温度差(℃)示于表1中。作为挤出机，使用具备30mm全程螺杆(螺杆L/D＝25、螺杆压缩比＝3)作为螺杆的挤出机。
这样，得到具备热固性树脂层12A和热塑性树脂层13A的绝缘电线1A。
实施例2～10、比较例1～3
在上述实施例1中，如下表所示那样对形成热固性树脂层12A和热塑性树脂层13A的树脂清漆或树脂的种类、各层的厚度、挤出温度、漆包线的预热温度和模具温度进行变更，除此以外与实施例1同样地得到实施例2～10、比较例1～3的绝缘电线。
此处，比较例2为以现有的挤出条件(预热温度)形成了热塑性树脂层的实验例。在比较例2中，热塑性树脂层的挤出温度为380℃，漆包线的预热温度为约280℃。
实施例11
使用形状与导体11的剖面形状相似的模具，在实施例1的导体11的外周涂布聚酰亚胺清漆，使其以通过时间为15秒的速度通过炉内温度设定为450℃的炉长8m的烘烤炉内。重复进行18次该涂布、烘烤，形成厚度50μm的由PI构成的热固性树脂层14A。
接着，使用形状与热固性树脂层14A的剖面的外形的形状相似的模具，在热固性树脂层14A的外周涂布PAI清漆，使其以通过时间为15秒的速度通过炉内温度设定为450℃的炉长8m的烘烤炉内。重复进行11次该涂布、烘烤，形成厚度30μm的由PAI构成的热固性树脂层14B。
这样，得到具有热固性树脂层14A和热固性树脂层14B的2层结构的热固性树脂层12B的漆包线。
接着，在热固性树脂层14A的外周形成厚度60μm的由PEEK构成的热塑性树脂层13B。具体而言，使用形状与热固性树脂层12B的剖面的外形的形状相似的模具，将PEEK挤出到预热至180℃的漆包线的外周(挤出温度和模具温度设定为380℃)。作为挤出机，使用具备30mm全程螺杆(螺杆L/D＝25、螺杆压缩比＝3)作为螺杆的挤出机。
这样，得到具备2层结构的热固性树脂层12B和热塑性树脂层13B的绝缘电线1B。
实施例12
在上述实施例11中，如下表所示那样对形成热固性树脂层12B和热塑性树脂层13B的树脂清漆和树脂的种类、各层的厚度、挤出温度和漆包线的预热温度进行变更，除此以外与实施例11同样地得到实施例12的绝缘电线1B。
实施例13
与实施例5同样地得到在热固性树脂层12C的外周设有由改性PEEK构成的热塑性树脂层15A的漆包线。
接着，形成厚度40μm的由PEEK构成的热塑性树脂层15B。具体而言，使用形状与热塑性树脂层15A的剖面的外形的形状相似的模具，将PEEK挤出到预热至180℃的上述漆包线的外周(挤出温度设定为380℃、挤出模具的温度(模具温度)设定为280℃)。作为挤出机，使用具备30mm全程螺杆(螺杆L/D＝25、螺杆压缩比＝3)作为螺杆的挤出机。
这样，得到具备热固性树脂层12C和2层结构的热塑性树脂层13C的绝缘电线1C。
实施例14
在实施例11中，对聚酰胺酰亚胺树脂清漆的涂布、烘烤次数进行变更，使热固性树脂层14D的厚度如下表所示，除此以外与实施例11同样地得到漆包线。该漆包线具备2层结构的热固性树脂层12D。
将厚度变更为30μm，除此以外与实施例6同样地在所得到的漆包线的外周形成由TPI构成的热塑性树脂层15C。接着，在该热塑性树脂层15C的外周，与实施例13同样地形成由PEEK构成的热塑性树脂层15D。
这样，得到具备2层结构的热固性树脂层12D和2层结构的热塑性树脂层13D的绝缘电线1D。
对于各绝缘电线，进行下述的测定和评价。
将所得到的结果归纳示于下述表1中。
[热塑性树脂层的取向度]
各绝缘电线中的热塑性树脂层的取向度利用上述方法算出。
实施例1中的二维谱图取得时的条件如下所述。
·温度：25±5℃
·通常状态(并非真空状态或氦气充满状态。普通的空气中)
·X射线产生源(Cu球管)电力40kV 40mA(1.6kW)
·狭缝直径和准直器直径
Figure BDA0001949881910000171
·样品厚度15μm
·样品-检测器间距100mm
·测定时间20分钟
[弯曲加工性试验(密合性试验)]
通过下述弯曲加工性试验对绝缘电线中的导体与树脂层的密合性进行评价。
从制造出的各绝缘电线切出长度300mm的直条试验片。使用专用工具，在该直条试验片的边缘面的热塑性树脂层的中央部在长度方向和垂直方向这2方向上分别形成深度约5μm、长度2μm的伤痕(切口)(此时，热固性树脂层与导体是密合的，未剥离)。此处，边缘面是指在平角形的绝缘电线的剖面形状中短边(厚度、图1～4中沿着上下方向的边)沿轴线方向连续而形成的面。因此，上述伤痕设置在图1～4所示的绝缘电线的左右侧面中的任一个侧面上。
以该伤痕作为顶点，以直径1.0mm的铁芯作为轴，将直条试验片弯曲180°(U字状)，维持该状态5分钟。通过目视对在直条试验片的顶点附近产生的导体与树脂层的剥离的进展进行观察。
在本试验中，将形成在热塑性树脂层中的任一个伤痕均未至扩大至热固化树脂层、热固性树脂层未从导体剥离的情况作为“A”，将形成在热塑性树脂层中的伤痕中的至少1个伤痕扩大、树脂层整体从导体等剥离的情况作为“C”。
[电气特性(局部放电起始电压(PDIV))试验]
制造出的各绝缘电线的局部放电起始电压的测定使用局部放电试验机“KPD2050”(商品名、菊水电子工业公司制)。
制作使各绝缘电线按照2根绝缘电线的扁平面在150mm的长度上彼此没有间隙的方式密合而成的试验试样。在该试验试样的2根导体间连接电极，在温度25℃下一边施加50Hz的交流电压一边连续地升压，以峰电压(Vp)读取产生10pC的局部放电的时刻的电压。此处，“扁平面”是指在平角形的绝缘电线的剖面形状中长边(图1～图4中沿着左右方向的边)沿轴线方向连续而形成的面。因此，上述试验试样例如成为在图1所示的绝缘电线1的上方或下方重叠另一绝缘电线1的状态。
将峰电压为1000(Vp)以上的情况作为“A”，将峰电压为700(Vp)以上且小于1000(Vp)的情况作为“B”，将峰电压小于700(Vp)的情况作为“C”。在本试验中，评价“B”以上为合格水平，“A”为特别优异的水平。
[耐热性试验]
通过下述热老化试验对各绝缘电线的耐热性进行评价。具体而言，将1％拉伸的直线状的各绝缘电线在230℃的高温槽内静置500小时、1000小时和1500小时后，通过目视对在最外层表面是否产生了裂纹进行确认。
根据在热塑性树脂层的最外层表面产生裂纹的时间(静置时间)按照下述基准进行评价。将即使静置1500小时在最外层表面也无法确认到裂纹的情况作为“AA”，将即使静置1000小时在最外层表面也无法确认到裂纹(在静置1500小时时可确认到裂纹)的情况作为“A”，将即使静置500小时在最外层表面也无法确认到裂纹(在静置1000小时时可确认到裂纹)的情况作为“B”，将通过500小时的静置在最外层表面可确认到裂纹的情况作为不合格，记作“C”。在本试验中，评价“B”以上为合格水平，“AA”为特别优异的水平。
各例中使用的树脂或树脂清漆的详细情况如下所述。
PAI树脂清漆：聚酰胺酰亚胺(商品名：HI406、日立化成公司制、清漆)
PI树脂清漆：聚酰亚胺(商品名：U Imide AR、Unitika公司制、清漆)
PEsI树脂清漆：聚酯酰亚胺(商品名：NEO HEAT 8600A、东特涂料公司制、清漆)
PEEK：聚醚醚酮(商品名：450G、Victrex Japan公司制、熔点343℃)
PPS：聚苯硫醚(商品名：DICPPS、DIC公司制、熔点280℃)
改性PEEK：改性聚醚醚酮(商品名：AV-651、Solvay Specialty Polymers公司制、熔点345℃)
TPI：热塑性聚酰亚胺(商品名：Aurum PL450C、三井化学公司制、熔点388℃)
PET：聚对苯二甲酸乙二醇酯(商品名：TR-8550、帝人公司制、熔点252℃)
Figure BDA0001949881910000201
由表1表明，具备热固性树脂层和具有特定取向度的热塑性树脂层的实施例1～14的绝缘电线在弯曲加工性试验、电气特性试验和耐热性试验中均合格。
由实施例1～7与实施例10的比较可知，在热塑性树脂层的热塑性树脂的熔点为260℃以上390℃以下的情况下，耐热性更优异。
另外可知，实施例1～14的绝缘电线均密合性优异(在上述弯曲加工性试验中合格)，因此在将绝缘电线插入到定子芯的槽楔内时热固性树脂层与热塑性树脂层未剥离。
比较例1的绝缘电线中，热固性树脂层与热塑性树脂层的总厚度薄，未显示出充分的电气特性。比较例2的绝缘电线中，热塑性树脂层的取向度低，得到耐热性差的结果。比较例3的绝缘电线中，热固性树脂层与热塑性树脂层的总厚度厚，得到密合性差的结果。
由以上结果可知，具有上述层构成、并满足规定的取向度和总厚度这两者的本发明能够提供弯曲加工性、电气特性和耐热性优异的绝缘电线。
将本发明与其实施方式一起进行了说明，但若无特别指定，则并没有在说明的任何细节处对本发明进行限定的意图，应当在不违反所附的权利要求书所示的发明的精神和范围的情况下宽泛地进行解释。
本申请要求基于2016年7月19日在日本提交的日本特愿2016-141817的优先权，此处参照该申请并将其内容作为本说明书的记载的一部分并入本说明书中。
符号说明
1A、1B、1C、1D 绝缘电线
11 导体
12A、12B、12C、12D 热固性树脂层
13A、13B、13C、13D 热塑性树脂层
14A、14C 内侧的热固性树脂层
14B、14D 外侧的热固性树脂层
15A、15C 内侧的热塑性树脂层
15B、15D 外侧的热塑性树脂层
30 定子
31 定子芯
32 槽楔
33 线圈
34 电线段
34a 开放端部

Claims (7)

1.一种绝缘电线，其为在导体的外周具有热固性树脂层、并在所述热固性树脂层的外周具有热塑性树脂层的绝缘电线，其中，所述热固性树脂层与所述热塑性树脂层的总厚度为100μm以上250μm以下，并且所述热塑性树脂层中由下述式1算出的热塑性树脂的取向度为20％以上90％以下，
式1取向度H(％)＝[(360-ΣWn)/360]×100
Wn：利用X射线衍射得到的方位角强度分布曲线中的取向峰的半峰宽；
n：β角度为0°以上360°以下的取向峰数。
2.如权利要求1所述的绝缘电线，其中，所述热塑性树脂层包含选自由聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺和聚苯硫醚组成的组中的至少一种热塑性树脂，该热塑性树脂的熔点为260℃以上390℃以下。
3.如权利要求1或2所述的绝缘电线，其中，所述热塑性树脂层的厚度为15μm以上100μm以下。
4.如权利要求1或2所述的绝缘电线，其中，所述热固性树脂层包含选自由聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺和聚酯酰亚胺组成的组中的至少一种热固性树脂。
5.如权利要求3所述的绝缘电线，其中，所述热固性树脂层包含选自由聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺和聚酯酰亚胺组成的组中的至少一种热固性树脂。
6.一种线圈，其由权利要求1～5中任一项所述的绝缘电线构成。
7.一种电气电子设备，其使用权利要求6所述的线圈而成。
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