JP2008004530A - 絶縁電線 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁被膜が傷に対して弱い押出樹脂であっても厳しい条件でのコイル加工時の被膜損傷が少ない絶縁電線を提供する。
【解決手段】導体に絶縁被覆層が形成された絶縁電線であって、該絶縁被覆層の最外層がポリエーテルスルホン樹脂層からなる絶縁電線。また、導体に少なくとも２層の絶縁被覆層が形成された絶縁電線であって、該絶縁被覆層の最外層がポリエーテルスルホン樹脂層からなり、前記最外層を除く絶縁被覆層がポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、およびＨ種ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする絶縁電線。
【選択図】なし

Description

本発明は、モーターや発電機などのコイル用として好適な、曲げ加工性および耐傷性に優れる絶縁電線に関する。

電気絶縁物で被覆された絶縁電線は各種の電気機器に組み込まれるコイルに用いられているが、コイルの巻線加工工程における高速化、合理化が進められ、コイル巻き作業も従来の手巻きから自動コイル巻き線機による加工に移行している。また、コイルのステータスロット内への挿入も自動化されてきている。しかし、この自動コイル巻線加工を行なう場合、絶縁電線に大きな張力が加わるので被膜のストレスが大きく、必然的に絶縁電線は損傷を受けやすくなる。また、コイルのステータスロット内への挿入時も従来手で押し込んでいたのものが機械によって押し込まれるようになったため、電線にはより大きいな圧力がかかるようになってきた。このような環境のもとでは、電線同士、あるいは電線と電線接触物の間での擦れがより生じやすくなっており、コイルの絶縁不良が起こりやすくなる。

また、コイルにおけるステータスロット内の絶縁電線の占積率をできるだけ大きくすることが結果として機器全体の小型化、コスト低下につながることから電線外径の細径化が要望されている。近年この細径化が求められているなかで、さらに機器のパワーアップを意図して導体径の据え置きないしは増大が求められ、絶縁被膜の薄肉化が必要となってきた。しかし、絶縁被膜の薄肉化は、コイル巻きやコイルのステータスロット内への挿入の自動化の場合、被膜損傷の頻度を増大させ、コイルの絶縁不良の発生率を高めることになってしまう。上記の問題の解決には、線同士、あるいは電線と接触する物体（金属棒・相間紙等）との摩擦係数の低下と被膜強度の向上が考えられる。摩擦係数が低いほどコイル巻き加工が容易になり、被膜強度が強いほどコイル巻き作業およびコイルのステータスロット内への挿入作業（以下、これらの作業を合わせて「コイル加工」という）の際の損傷が少なくなる。

従来から行われている被膜強度の向上の手法としては通常ポリアミドイミド塗布・焼付けした絶縁電線が使用される。この電線は他の樹脂（例えば、ポリエステル、ポリウレタン、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリイミド）を用いた電線と比べて機械強度が高く、耐摩耗性に優れるためコイル加工の条件が厳しい場合に多く使用されていた（例えば、特許文献１参照）。

ところが近年、一方では、低コスト化やモーターの性能の高まりとともに、適宜絶縁層の厚膜化が求められる場合が多くなり、前述の塗布焼付けによる絶縁膜の形成は、コストがかかる上に、厚膜化すると発泡やブツが生じてくる問題があった。そこで１つの手段として熱可塑性樹脂の溶融押出による絶縁層の形成が試みられている。しかし、熱可塑性樹脂による絶縁層は、塗布焼付けされたアミドイミド線に比べて被膜強度が弱くモーター挿入時に被膜が損傷する場合が多いという問題がある。
国際公開ＷＯ９９／４１７５７パンフレット

本発明の目的は絶縁被膜が傷に対して弱い押出樹脂であっても厳しい条件でのコイル加工時の被膜損傷が少ない絶縁電線を提供することにある。

各種の電気機器に組み込まれるコイルには耐熱性が要求されることを考慮に入れ、上記目的を達成するために、耐熱性の高いエンジニアリングプラスチックを押出樹脂として選択し、押出電線の特性評価を実施し、耐傷性を評価した。その結果、エンジニアリングプラスチックのうち、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）は、鉛筆硬度のような被覆層の硬度が特に高いわけでもないのに、極めて異例なことに一方向摩耗の値が著しく高く、耐傷性に優れており、曲げ加工性を損なうことなく耐傷性を確保することができることを見出した。
すなわち本発明は、
（１）導体に少なくとも２層の絶縁被覆層が形成された絶縁電線であって、該絶縁被覆層の最外層がポリエーテルスルホン樹脂層からなり、前記最外層を除く絶縁被覆層がポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、およびＨ種ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする絶縁電線、
（２）前記最外層を除く絶縁被覆層の最上層がポリアミドイミド樹脂からなり、該最上層に接触する下層の絶縁被覆層がポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、およびＨ種ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする（１）項記載の絶縁電線、
（３）前記絶縁電線の絶縁被覆層の最下層がポリアミドイミド樹脂からなることを特徴とする（１）または（２）記載の絶縁電線、および、
（４）前記絶縁被覆層の最外層が酸化チタンを含有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の絶縁電線、
を提供するものである。

本発明の絶縁電線は、高い曲げ加工性を確保しつつ高い耐傷性を持ち、過酷なコイル加工の条件下で高い負荷がかかっても傷が導体まで達しにくく、絶縁不良を起こしにくい。上層が押出加工により製造できるため、従来のエナメル電線と比較して製造も容易で低コスト化に寄与できるという優れた効果を奏する。

本発明の絶縁電線は、導体に少なくとも２層の絶縁被覆層が形成された絶縁電線であって、該絶縁被覆層の最外層がポリエーテルスルホン樹脂層からなり、前記最外層を除く絶縁被覆層がポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、およびＨ種ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種からなるものである。好ましくは、前記最外層を除く絶縁被覆層の最上層がポリアミドイミド樹脂からなり、該最上層に接触する下層の絶縁被覆層がポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、およびＨ種ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種からなるものである。また、絶縁被覆層の最下層がポリアミドイミド樹脂からなることも好ましい。

本発明において、導体としては従来公知のものを使用することができ、酸素含有量が３０ｐｐｍ以下の低酸素銅や無酸素銅の導体を使用してもよい。
また、導体はその横断面が所望の形状のものを使用でき、通常の断面円形状や断面平角形状とすることができる。

本発明の絶縁電線は、導体に絶縁被覆層を形成し、その最外層をポリエーテルスルホン樹脂層とするものである。本発明に用いられるポリエーテルスルホン樹脂は、特に制限はなく、例えば市販品（住友化学製、スミカエクセル（商品名）など）を用いてもよく、また、常法によりジクロルジフェニルスルホンを主原料とした縮合反応で得ることもできる。グレードは、いずれのものでもよく、非強化グレードでも、酸化チタン、ガラス繊維、炭素繊維、無機フィラーなどが充填された強化グレードでもよい。
ポリエーテルスルホン樹脂は一方向磨耗が高い値を示すため、ポリエーテルスルホン樹脂を最外層に使用することにより、曲げ加工性および耐傷性に優れた絶縁電線を供給することができるが、そのうちでも特に最外層のポリエーテルスルホン樹脂層の鉛筆硬度がＨ以上、伸び率が１０％以上とし、後述の実施例に記載された一方向磨耗試験において５０００ｇ以上とすることにより、さらに曲げ加工性および耐傷性に優れた絶縁電線を供給することができる。
さらに本発明においては、酸化チタンを含有するポリエーテルスルホン樹脂を用いることによりさらに一方向磨耗を向上させることができるため、前記絶縁被覆層の最外層には酸化チタンを含有したポリエーテルスルホン樹脂を使用することが好ましい。

なお、本発明の絶縁電線において、最外層を形成するための方法には特に制限はなく、公知の各種の方法によって行うことができるが、押出加工により形成することが好ましい。押出加工は、例えば、一般のフルフライトタイプの押出機を用いた常法により行うことができる。
本発明において前記のポリエーテルスルホン樹脂からなる最外層の厚さは、特に制限はないが、好ましくは２０〜６０μｍ、より好ましくは２０〜４０μｍである。

また本発明の最外層を形成する樹脂には、常法によりワックスや潤滑剤を分散、混合して自己潤滑樹脂として最外層の被覆として使用することもできる。これに使用されるワックスとしては、通常用いられるものを特に制限なく使用することができ、例えば、ポリエチレンワックス、石油ワックス、パラフィンワックス等の合成ワックスおよびカルナバワックス、キャデリラワックス、ライスワックス等の天然ワックス等が挙げられる。潤滑剤についても特に制限はなく、例えば、シリコーン、シリコーンマクロモノマー、フッ素樹脂等を用いることができる。

また、本発明において被覆層の一部を形成するために好ましく用いられるポリイミド樹脂は、特に制限はなく全芳香族ポリイミド及び熱硬化性芳香族ポリイミドなど周知のポリイミド樹脂を用いることができる。例えば、市販品（東レ・デュポン社製 商品名 ＃３０００など）を用いるか、常法により、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミン類を極性溶媒中で反応させて得られるポリアミド酸溶液を用い、被覆を形成する際の焼き付け時の加熱処理によってイミド化させることによって得られるものを用いることができる。
また、ポリエステルイミド樹脂は、ポリイミドの主鎖中にエステル結合を導入して得られる周知のものを用いることができる。市販品としては、例えば、Ｉｓｏｍｉｄ４０ＳＨ（日触スケネクタディ（株）製 商品名）が挙げられる。
本発明のうち、Ｈ種ポリエステル樹脂は、芳香族ポリエステルのうちフェノール樹脂などを添加することによって樹脂を変性させたもので、耐熱クラスがＨ種であるものを言う。市販のＨ種ポリエステル樹脂としては、Ｉｓｏｎｅｌ２００（米スケネクタディインターナショナル社製 商品名）等を挙げることができる。

また、最外層を除く絶縁被覆層の最上層あるいは最下層を形成するのに好ましく用いることができるポリアミドイミド樹脂は、市販品（例えば、日立化成（株）社製 商品名 ＨＩ４０６など）を用いるか、常法により、例えば極性溶媒中でトリカルボン酸無水物とジイソシアネート類を直接反応させて得たもの、あるいは、極性溶媒中でトリカルボン酸無水物にジアミン類を先に反応させて、まずイミド結合を導入し、ついでジイソシアネート類でアミド化して得たものを用いることができる。ポリアミドイミド樹脂は、他の樹脂に比べ熱伝導率が低く、絶縁破壊電圧が高く、焼付け硬化が可能なものである。
なお、本発明の絶縁電線において、被覆の各樹脂層を形成するための樹脂の形成方法には特に制限はなく、公知の各種の方法によって行うことができる。

本発明の絶縁電線においては、最外層を除く絶縁被覆層の最上層に前記ポリアミドイミド樹脂を使用することが好ましい。前記最上層にポリアミドイミド樹脂を用いることにより強い曲げ加工を受けた場合でも、クレージングや皮膜の割れといった皮膜の伸び率に起因する不具合を解消できる。

最外層を除く絶縁被覆層は、樹脂被覆用ワニスとして導体上に塗布焼き付けを行い、形成することができる。
樹脂ワニスを塗布する方法は常法でよく、たとえば、導体形状の相似形としたワニス塗布用ダイスを用いる方法や、もし導体断面形状が四角形であるならば、井桁状に形成された「ユニバーサルダイス」と呼ばれるダイスを用いることができる。これらの樹脂ワニスを塗布した導体はやはり常法にて焼付炉で焼き付けされる。具体的な焼き付け条件はその使用される炉の形状などに左右されるが、およそ５ｍの自然対流式の竪型炉であれば、４００〜５００℃にて通過時間を３０〜９０秒に設定することにより達成することができる。

また、絶縁被覆電気導体において、絶縁被覆層の最下層をポリアミドイミド樹脂とし、さらにその他の樹脂層を介するかまたは直接にポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、およびＨ種ポリエステル樹脂から選ばれる少なくとも１種である被覆金属導体とすることにより、モーターや変圧器トランスなどで、使用されるときに導体側から伝導する熱に対して、該絶縁皮膜が熱劣化を起こしにくいという作用がある。
本発明において前記のポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂およびＨ種ポリエステル樹脂の少なくとも１種からなる層の厚さは、特に制限はないが、好ましくは４〜３５μｍ、より好ましくは５〜１８μｍである。また、ポリアミドイミド樹脂層の厚さは、全体で、好ましくは１０〜４０μｍ、より好ましくは１０〜３５μｍである。

以下に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１
外径０．８ｍｍの導体（酸素含有量１５ｐｐｍの銅）を準備した。エナメル層の形成に際しては、導体の形状と相似形のダイスを使用して、ポリアミドイミド樹脂ワニス（日立化成（株）製 商品名 ＨＩ４０６）（ＰＡＩ）を導体へコーティングし、４５０℃に設定した炉長８ｍの焼付炉内を、焼き付け時間１５秒となる速度で通過させ、この１回の焼き付け工程で厚さ５μｍのエナメルを形成した。これを繰り返し４回行うことで厚さ２０μｍのエナメル層を形成し、被膜厚さ２０μｍのエナメル線を得た。
このエナメル線を芯線として、これに押出機のスクリュー、３０ｍｍフルフライト、Ｌ／Ｄ＝２０、圧縮比３を用い、絶縁被覆材料として、酸化チタン２０％含有ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）（住友化学工業（株）製、スミカエクセル４１００ＧＷ４（商品名））を用い押出温度条件は表１に従い、心線の外側に厚さ４０μｍの押出被覆層を形成し、外径１．６ｍｍの絶縁電線を得た。

実施例２
絶縁被覆材料として、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）（住友化学工業（株）製、スミカエクセル４１００Ｇ（商品名））を用いたこと以外は実施例１と同様にして絶縁電線を得た。押出温度条件は表１に従った。

比較例１
絶縁被覆材料として、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）（大日本インキ化学工業（株）製、ＭＬ−３２０Ｐ（商品名））を用いたこと以外は実施例１と同様にして絶縁電線を得た。押出温度条件は表１に従った。

比較例２
絶縁被覆材料として、液晶ポリマー（ＬＣＰ）（ユニチカ（株）ロッドランＬＣ５０００）を用いたこと以外は実施例１と同様にして絶縁電線を得た。押出温度条件は表１に従った。

比較例３
絶縁被覆材料として、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）を用いたこと以外は実施例１と同様にして絶縁電線を得た。押出温度条件は表１に従った。

実施例及び比較例について以下の評価試験を行い、結果を合わせて表１に示した。
（鉛筆硬度）
芯を約６０度の角度をもたせて刃型に削りこれを試験片に約６０℃の角度で約４．９Ｎ（５００ｇｆ）の力で押し、試験片の長さ方向に規定の硬さの芯で１回引っかいたとき、傷がつかない最大の芯の硬さを求めた。
（静摩擦係数）
水平器によって調整された台に絶縁電線を平行に２本設置した。その上に絶縁電線を２本張った台を置き、台から糸を下げて糸の先に重りがかけられるようにし、上の台に１ｋｇの荷重を乗せた。その後、糸の先の重りを上げていき滑り始める荷重を読み、（上の台の荷重（１Ｋｇ）／糸にかかる荷重）で静摩擦係数を求めた。
（一方向摩耗試験）
ＪＩＳＧ３５２２に規定するピアノ線を摩耗ヘッドに取り付けさらに受台に荷重を載せ、摩耗ヘッドを静かに線の表面上に降ろし移動した。荷重は導体が露出し磨耗ヘッドが停止するまで増加させた。このときの荷重アームの目盛りを読み取り、この目盛り値と荷重の積を破壊荷重とした。
（樹脂伸び率）
ダンベル状試験片（ＩＥＣ−Ｓダンベル）を、引張り試験装置を用いて引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎで破断するまで引っ張り、その破断時の伸び率を測定した。

なお、上記の表１の押出温度条件において、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は押出機のシリンダー部分における温度制御を分けて行っている３ゾーンを材料投入側から順に示したものである。また、Ｈは押出機のシリンダーの後ろにあるヘッドを。また、Ｄはヘッドの先にあるダイを示す。

表１から分かるように実施例１と実施例２では、一方向磨耗試験において良好な値を示し、特に最外層として酸化チタンが配合されたポリエーテルスルホン樹脂を使用することにより、さらに一方向磨耗試験の結果は良好な値を示した。それに対し、最外層がポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）で形成されている比較例１では、鉛筆硬度がＢと軟らかく、一方向摩耗試験で問題が生じた。比較例２の場合には鉛筆硬度が２Ｈと硬いが、樹脂伸び率が低く、問題が生じた。比較例３は、樹脂伸び率が比較例２の場合ほど低く、さらに静摩擦係数が０．１１と低いにもかかわらず、一方向摩耗試験で問題が生じた。

Claims (4)

1. 導体に少なくとも２層の絶縁被覆層が形成された絶縁電線であって、該絶縁被覆層の最外層がポリエーテルスルホン樹脂からなり、前記最外層を除く絶縁被覆層がポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、およびＨ種ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする絶縁電線。
2. 前記最外層を除く絶縁被覆層の最上層がポリアミドイミド樹脂からなり、該最上層に接触する下層の絶縁被覆層がポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、およびＨ種ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１記載の絶縁電線。
3. 前記絶縁電線の絶縁被覆層の最下層がポリアミドイミド樹脂からなることを特徴とする請求項１または２記載の絶縁電線。
4. 前記絶縁被覆層の最外層が酸化チタンを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁電線。