JP2001508588A - 絶縁電気導体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 改良された屈曲寿命を有する絶縁電気導体が、長い導体、および導体を包囲する電気絶縁材を有する。絶縁材は３つの層；すなわち、巻き付けポリマーテープまたは押出しポリマー層である内層、ポリマー接着剤層である中間層、および押出ポリマー層である外層を有する。接着剤層は内層および外層の両方に付着している。

Description

【発明の詳細な説明】 絶縁電気導体 本発明は、絶縁された電気導体に関する。 ポリイミド、例えば、ポリピロメリトイミドおよびポリエーテルイミドはよく 知られている。ほとんどのポリイミドは、熱硬化性であり、押出不可能である。 したがって、電気導体を絶縁するためにポリイミドを使用する場合に、ポリイミ ドは、通常、導体のまわりに巻き付けられるテープの形態で使用する。しばしば テープの両方の面にフルオロポリマーが塗布され、テープは巻き付けられた後に テープ同士で融合する（例えば、米国特許第３，６１６，１７７号、第４，６２ ８，００３号、第５，１０６，６７３号、第５，２３８，７４８号および第４， ３９９，４３４号参照）。ポリイミドの欠点は、乏しい耐アークトラッキング性 である。したがって、ポリイミドテープ巻き付け絶縁をフルオロポリマー外層、 特にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）外層で覆うことが提案されている （米国特許第５，２２０，１３３号参照）。しかし、望ましいよりも重くかつ高 価になるようにポリイミドテープが全く厚く（例えば、２００μｍ以上）ないな らば、このように絶縁された導体は、乏しい屈曲寿命を有している。他の欠点は 、ＰＴＦＥはマークするのが困難であり、所定位置で焼き付けられるテープとし て適用されるべきであり、錫メッキ銅導体の錫メッキにダメージを与え得る温度 を使用する。 本発明者は、本発明によれば、改良された屈曲寿命を有する絶縁導体が、 （ｉ）巻き付けポリマーテープ、特にポリイミドテープを有してなる内層と（ｉ i）押出ポリマー組成物、好ましくはフルオロポリマーの外層の間に、溶融押出 ポリマー接着剤、好ましくはフルオロエラストマーの中間層を配置することによ って得られることを見いだした。 さらに、本発明者は、本発明によれば、改良された屈曲寿命を有する絶縁導体 が、第１溶融押出ポリマーの内絶縁層と第２溶融押出ポリマーの外絶縁層との間 に中間接着剤層を配置することによって得られることを見いだした。 第１の好ましい要旨において、本発明は、 （Ａ）長い電気導体；ならびに （Ｂ）導体を包囲している電気絶縁材であり、 （１）（ａ）導体を包囲し、 （ｂ）導体に直接に接触し、および （ｃ）導体のまわりに巻付られたポリマーテープを有してなる 第１の内層、 （２）（ａ）第１層を包囲し、 （ｂ）ポリマー接着剤からなり、 （ｃ）第１層のまわりに溶融押出されており、および （ｄ）第１層と直接に付着接触している 第２の中間層、ならびに （３）（ａ）第２層を包囲し、 （ｂ）ポリマー組成物からなり、 （ｃ）第２層のまわりに溶融押出されており、および （ｄ）第２層と直接に付着接触している 第３の外層 を有してなる電気絶縁材 を有してなる絶縁電気導体を提供する。 第２の好ましい要旨において、本発明は、 （Ａ）導体のまわりにポリマーテープを巻き付け、 （Ｂ）巻き付けたポリマーテープの上にポリマー接着剤を溶融押出し、および （Ｃ）ポリマー接着剤のまわりにポリマー組成物を溶融押出する ことを特徴とする前記の絶縁電気導体の製造方法を提供する。 第３の好ましい要旨において、本発明は、 （Ａ）長い電気導体；ならびに （Ｂ）導体を包囲している電気絶縁材であり、 （１）導体を包囲し、導体に直接に物理的接触し、未架橋の押出ポリマー層 である内電気絶縁層、 （２）内層を包囲し、内層と直接に物理的接触している押出ポリマー接着剤 層、および （３）接着剤層を包囲し、接着剤層と直接に物理的接触している未架橋の押 出ポリマー外電気絶縁層 を有してなる電気絶縁材 を有してなる絶縁電気導体であって、 接着剤層が内層および外層の両方に付着している絶縁電気導体を提供する。導体 電気導体は、一般に金属ワイヤであり、非中空または撚り線であってよい。例 えば飛行機におけるように振動が因子である場合に特に、撚りワイヤが好ましい 。金属は一般に銅であるが、銅合金またはアルミニウムであってもよい。銅は、 酸化を防止するためおよびハンダ付け適性を改良するために、Ｓｎ、Ａｇまたは Ｎｉでメッキされていることが好ましい。テープ巻き付け内絶縁層 本発明において使用する絶縁テープは、適切なポリマー、好ましくはポリイミ ド、例えばポリピロメリトイミドからなる連続的な自立性テープを有してなる。 使用できる他のポリマーには、フルオロポリマー、例えば、エチレン／テトラフ ルオロエチレンコポリマー（ＥＴＦＥ）、およびポリエステル、例えばポリエチ レンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）および ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）が挙られる。ポリマーは一般に配向してい る。 自立性テープが、加熱によってそれ自体に結合できないポリイミドまたは他の ポリマーからできている場合に特に、１つまたは両方の面に適切な熱可塑性ポリ マーまたはポリマー混合物からできている少なくとも１つの層を被覆することが 好ましい。したがって、巻き付けテープが加熱された場合に、テープの隣接巻き 付けが相互に結合し、好ましくは導体にも結合する。適切な熱可塑性ポリマーに は、フルオロポリマー、例えば、ポリテトラフルオロエチレン;テトラフルオロ エチレンコポリマー、例えば、ＥＴＦＥ、テトラフルオロエチレン／ヘキサフル オロプロピレンコポリマー（フッ素化エチレン／プロピレンコポリマー（ＦＥ Ｐ）としても知られている。）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキ ルビニルエーテルのホモポリマーおよびコポリマー、具体的にはテトラフルオロ エチレン／パーフルオロメチルビニルエーテルコポリマー（ＭＦＡ）およびテト ラフルオロエチレン／パーフルオロプロピルビニルエーテルポリマー（ＰＦＡ） ；ポリビニリデンフルオライド；ビニリデンフルオライドコポリマー；ポリクロ ロトリフルオロエチレン；およびクロロトリフルオロエチレンのホモポリマーお よびコポリマーが挙られる。溶融押出内絶縁層 内絶縁層が、巻き付けテープではなく、溶融押出層である場合に、適切な溶融 押出可能なポリマーとしては、フルオロポリマー、例えば、ＥＴＦＥ、エチレン ／クロロトリフルオロエチレンコポリマー（ＥＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチ レン／パーフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、例えばＭＦＡおよびＰ ＦＡ；ポリエステル、例えば、ＰＥＴ、ＰＢＴおよびＰＥＮ；ポリエーテル、例 えば、ポリ（エーテルケトン）およびポリ（エーテルエーテルケトン）（ＰＥＥ Ｋ）；ポリ（エーテルスルホン）が挙げられる。好ましいものは、フルオロポリ マー、特にＥＴＦＥ、ＥＣＴＦＥ、ＭＦＡおよびＰＦＡである。内層が架橋され ておらず、架橋剤を含有しないことが好ましい。中間絶縁接着剤層 中間層用のポリマー接着剤は、内層および外層を考慮して、選択すべきである 。接着剤層は、内層および外層の両方に付着するが、強固に結合する必要はない 。層間のわずかな粘着が絶縁導体の屈曲寿命を向上させるのに役立つ。ポリマー 接着剤はエラストマーであることが好ましく、すなわち、適当な変形の後に元の 形状に容易に回復することが好ましい。接着剤層の材料の１％セカントモジュラ ス［ＡＳＴＭ（アメリカ材料試験学会）の標準Ｄ８８２−８８に説明されている 方法によって測定］が、内層および外層のそれぞれの材料の１％セカントモジュ ラスよりも小さい、好ましくは内層および外層のそれぞれの材料の１％セカント モジュラスの５０％、特に３３％よりも小さいことが好ましい。内層が巻き付け テープであり、テープが融合性ポリマーで被覆されているベーステープである場 合に、この目的のために比較されるモジュラスはベーステープ材料のモジュラス で ある。 内層がその外表面にフルオロポリマーを有し、外層がその内表面にフルオロポ リマーを有する場合に、ポリマー接着剤もフルオロポリマー、特にフルオロエラ ストマーであることが好ましい。例えば、フルオロポリマーは、３Ｍ社から市販 されているテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン／ビニリデンフ ルオライドから誘導された単位を有するＴＨＶポリマーの１つ、デュポン社から 市販されているVitonフルオロエラストマー（同様のモノマーを含有するブロッ クコポリマー）の１つ、３Ｍ社から市販されているAflasフルオロエラストマー の１つ、あるいはダイキン工業（株）から市販されているＴ−５３０およびＴ− ６３０の１つであってよい。内層および外層がポリエステル、例えばＰＥＴに基 づく場合に、接着剤は低溶融コポリエステルまたはアクリル樹脂であってよい。 当業者は、本明細書の開示および自身の知識に基づいて、何の困難なく、接着剤 用の適切な材料を選択できる。外溶融押出絶縁層 外絶縁層は、溶融押出ポリマー、好ましくはフルオロポリマー、例えば、ＥＴ ＦＥ、ＣＴＦＥ、ＭＦＡまたはＰＦＡ、あるいはポリエステル、例えば、ＰＥＴ 、ＰＢＴまたはＰＥＮからなる。 内層が巻き付けテープからできている場合に、外層は一般に架橋されていない （したがって、架橋剤を含有しない）。しかし、架橋されてもよい。テープ上の ポリマー、例えばＰＴＦＥ被覆の１つを劣化させるならば、照射架橋は避けるべ きである。 内層が溶融押出層である場合に、外層は架橋されていない（したがって、架橋 剤を含有しない）。内層が溶融押出層である場合に、内層および外層は、一般に 同様の材料からできていない。なぜなら、同様の厚さを有するその材料の単一層 が、相当する性能を有しており、より容易に製造できると予想されるからである 。しかし、特に単一材料が低可撓性（高い１％セカントモジュラス）を有する場 合に、本発明の３層絶縁は、２層絶縁の望ましいノッチ伝播特性を維持しながら 、改良された屈曲寿命特性を達成する。したがって、弱く結合された低強度接着 剤層を選択でき、ノッチで絶縁導体を鋭く屈曲した時に、外層に生じたノッチが 接 着剤層に伝播しない。ポリマー組成物における他の成分 絶縁層の材料は、上記で、主要なポリマー成分を挙げて説明した。しかし、絶 縁層材料は、他の通常の成分、例えば、酸化防止剤、紫外線安定剤、顔料、他の 着色剤または不透明剤（例えば、二酸化チタン）および難燃剤を含有してよい。絶縁材の適用 絶縁材の内層が巻き付けテープである場合に、テープは、例えば上記の米国特 許に記載されているような標準方法によって適用することができる。畝を最小に するため、４５〜５０％、例えば４６〜４９％の重なりが好ましいことがある。 テープが融合性材料を含んでなり、重なりテープが相互に結合される場合に、テ ープ巻き付け導体は、好ましくは追加的な絶縁層が適用される前に、通常の方法 によって加熱され、そのような結合を生じさせる。 絶縁材の溶融押出層は、標準的な技術によって適用される。中間層および外層 は、単一の共押出工程で適用されることが好ましい。しかし、融点が５０℃以上 で異なっている場合には、これは可能ではない。図面 本発明は添付図面において示されている。添付図面において、図１は、本発明 の絶縁電気導体の断面図である。図２は、層が部分的に除去されている、本発明 の第１の好ましい要旨の絶縁電気導体の斜視図である。図３は、層が部分的に除 去されている、本発明の第３の好ましい要旨の絶縁導体の斜視図である。それぞ れの図面において、絶縁導体は、撚り金属ワイヤ導体１０、内絶縁層２２、中間 接着剤層２４および外絶縁層２６を有する。導体のストランドのそれぞれは、銅 芯１２および電気メッキされた錫被覆１４を有する。図２において、内層はテー プ巻き付け２Ａである。図３において、内層は溶融押出層２２Ｂである。実施例 本発明を以下の例により説明する。例の中の幾つかは比較例である。例におい て使用されている導体は、公称外直径９５０μｍ（３７．５ミル）および同等の 導体直径８１３μｍ（２０ＡＷＧ）を有する、均一撚りの１９本の直径２００μ ｍ（３２ＡＷＧ）錫メッキ銅ストランドを有する撚り導体であった。 例で製造した絶縁導体は、Boeing Specification Support Standard 7324(199 2)Section 7.24の方法によって試験した。この試験において、導体が破損するま で、９００ｇ（２ポンド）の重りを負荷したワイヤを、１８サイクル／分で１． ８ｍｍ（０．０７インチ）離れた向かい合う対の１２．７ｍｍ（０．５インチ） 直径マンドレルの間で繰り返して１８０°の全弧（±９０°）で屈曲する。絶縁 導体も、負荷が４５０ｇ（１ポンド）である以外は、上記と同様の方法によって 試験した。導体を破損する屈曲サイクル数（１サイクルは、＋９０°→−９０° →＋９０°である。）を記録した。各例において、９つの試料を試験した。以下 の表は、得られた結果の平均を示す。９００g負荷で試験した裸導体は、３８０ サイクル後に破損した（３つの試料の平均）。例１ 導体に、重なり４６〜４９％で、それぞれの表面に厚さ１３μｍ（０．５ミル ）のフルオロポリマー被覆を有する厚さ１９μｍ（０．７５ミル）および幅５． ５ｍｍ（０．２１８インチ）のポリイミドテープを巻き付けた。このテープは、 Chemfab Corporation(ニューハンプシャー州、メリマク在)から商品名Chemfilm DF2909として市販されているものである。巻き付け導体を、８００℃に設定され たリンドバーグ型の輻射ヒーターを用いた長さ９０ｃｍの水平炉に８．５ｍ／分 で供給し、テープ層の巻き付けを相互におよび導体に結合した。次いで、ヒータ ー出口から４０ｍｍに位置する冷水クエンチに通過させることによって急冷した 。これら条件下において、導体の錫メッキの変色は最小であり、一方、物理的ダ メージなくテープ巻き付けを剥離することはできなかった。巻き付け導体の公称 外直径は１１００μｍ（４３．５ミル）であった。巻き付け導体を６０℃で２４ 時間以上乾燥した後、接着剤層および外層を、共押出装置を使用して、巻き付け 導体の上にチューブ押出した。巻き付け導体をリンドバーグ型ヒーターで予備加 熱したので、内層の外表面の温度は、押出装置に入っていくときに約２６０℃で あった。接着剤はテトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン／ビニリ デンフルオライドのエラストマー状コポリマー（３Ｍ社から市販されている商品 名THV−５００Ｇ）であり、約２８０℃で公称厚さ１３μｍ（０．５ミル）に押 出した。外層は、ＥＴＦＥおよび二酸化チタンの白色濃縮物（ＩＣＩから市販 されている商品名Tefzel 210）４重量％を加えたＥＴＦＥ（デュポンから市販さ れている商品名Tefzel-280）であり、約３１０℃で公称厚さ８７μｍ（３．５ミ ル）に押出した。絶縁電気導体の公称外直径は１３００μｍ（５１．５ミル）で あった。例２（比較） 接着剤層を用いず、外層を公称厚さ１００μｍ（４ミル）に押出す以外は例１ の手順を繰り返し、同様の外直径を有する絶縁電気導体を得た。例３ 導体に、ＥＴＦＥ（Tefzel-280）を約３３０℃で公称厚さ７５μｍ（３ミル） で押出した。次いで、共押出装置を用いて、接着剤層および外層を押出被覆導体 上に押出した。ＥＴＦＥ被覆導体を予備加熱し、押出装置に入っていくときにＥ ＴＦＥの外表面温度が約２００℃になるようにした。接着剤は例１および例２と 同様のフルオロエラストマーであり、約２８０℃で公称厚さ２５μｍ（１ミル） に押出した。外層はＥＴＦＥ（Tefzel-280）であり、約３１０℃で公称厚さ７５ μｍ（３ミル）に押出した。絶縁電気導体の公称外直径は１３００μｍ（５１． ５ミル）であった。例４（比較） （ａ）接着剤層を用いず、（ｂ）内層の公称厚さが８８μｍ（３．５ミル）で あり、（ｃ）外層の公称厚さが８８μｍ（３．５ミル）である以外は例３の手順 を繰り返した。絶縁電気導体は１３００ｐｍ（５１．５ミル）であった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，Ａ Ｕ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ， ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．絶縁電気導体であって、 （Ａ）長い電気導体；ならびに （Ｂ）導体を包囲している電気絶縁材であり、 （１）（ａ）導体を包囲し、 （ｂ）導体に直接に接触し、および （ｃ）導体のまわりに巻付られたポリマーテープを有してなる 第１の内層、 （２）（ａ）第１層を包囲し、 （ｂ）ポリマー接着剤からなり、 （ｃ）第１層のまわりに溶融押出されており、および （ｄ）第１層と直接に付着接触している 第２の中間層、ならびに （３）（ａ）第２層を包囲し、 （ｂ）ポリマー組成物からなり、 （ｃ）第２層のまわりに溶融押出されており、および （ｄ）第２層と直接に付着接触している 第３の外層 を有してなる電気絶縁材 を有してなる絶縁電気導体。 ２．内層がポリイミドテープを有してなる請求の範囲第１項に記載の絶縁導体 。 ３．内層がそれぞれの表面上のフルオロポリマー被覆を有するポリイミドテー プからなり、ポリイミドテープの重なり部分がフルオロポリマー被覆を介して相 互に融合している請求の範囲第２項に記載の絶縁導体。 ４．ポリイミドがポリピロメリトイミドである請求の範囲第２項または第３項 に記載の絶縁導体。 ５．内層の厚さが４０〜１５０μｍ、好ましくは５０〜１２５μｍである請求 の範囲第１〜４項のいずれかに記載の絶縁導体。 ６．接着剤層が、フルオロエラストマー、好ましくはテトラフルオロエチレン とヘキサフルオロプロピレンとビニリデンフルオライドのコポリマーである請求 の範囲第１〜５項のいずれかに記載の絶縁導体。 ７．接着剤層の厚さが５〜５０μｍ、好ましくは１２〜４０μｍである請求の 範囲第１〜６項のいずれかに記載の絶縁導体。 ８．ポリマーテープが１％セカントモジュラスＭ₁を有する材料からなり、第 ２層が１％セカントモジュラスＭ₂を有する材料からなり、第３層が１％セカン トモジュラスＭ₃を有する材料からなり、Ｍ₂は、（ａ）Ｍ₁、好ましくは０.５Ｍ₁ よりも小さく、（ｂ）Ｍ₃、好ましくは０.５Ｍ₃よりも小さい請求の範囲第１〜 ７項のいずれかに記載の絶縁導体。 ９．外層はフルオロポリマー、好ましくはエチレン／テトラフルオロエチレン コポリマーを含んでなる請求の範囲第１〜８項に記載の絶縁導体。 １０．外層の厚さが４０〜１５０μｍ、好ましくは５０〜１２５μｍである請 求の範囲第１〜９項のいずれかに記載の絶縁導体。 １１．導体は、４００〜１０００μｍ、５００〜８００μｍの有効導体直径を 有する撚りメッキ銅である請求の範囲第１〜１０項のいずれかに記載の絶縁導体 。 １２．請求の範囲第１〜１１項のいずれかに記載の絶縁導体を製造する方法で あって、 （Ａ）導体のまわりにポリマーテープを巻き付け、 （Ｂ）巻き付けたポリマーテープの上にポリマー接着剤を溶融押出し、および （Ｃ）ポリマー接着剤のまわりにポリマー組成物を溶融押出する ことを特徴とする製造方法。 １３． （Ａ）長い電気導体；ならびに （Ｂ）導体を包囲している電気絶縁材であり、 （１）導体を包囲し、導体に直接に物理的接触し、未架橋の押出ポリマー層 である内電気絶縁層、 （２）内層を包囲し、内層と直接に物理的接触している押出ポリマー接着剤 層、および （３）接着剤層を包囲し、接着剤層と直接に物理的接触している未架橋の押 出ポリマー外電気絶縁層 を有してなる電気絶縁材 を有してなる絶縁電気導体であって、 接着剤層が内層および外層の両方に付着している絶縁電気導体。