JP2010123333A - 絶縁電線 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱軟化性、可とう性及び耐熱変形性に優れるとともに、耐含浸ワニス性（耐薬品性）にも優れ、ワニスの含浸によってもクラックが発生しにくい絶縁層を有する絶縁電線を提供する。
【解決手段】導体１、及び、その外周を直接、又は他の樹脂層を介して被覆する絶縁層を有する絶縁電線１０であって、前記絶縁層が、ポリエーテルイミド樹脂にシロキサン基を導入してシリコンエラストマーが示す柔軟性を付与したシリコーン変性ポリエーテルイミド樹脂を主体とする樹脂組成物からなることを特徴とする絶縁電線。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載モータ用の巻線等として使用される絶縁電線に関する。

近年、車載モータの低コスト化やモータの性能向上に対応するため、車載モータ用の巻線の絶縁層の厚膜化が求められる場合がある。絶縁電線の絶縁層は、通常、導体表面に樹脂を焼付する方法（焼付法）により形成されるが、この焼付法による絶縁層の厚膜化は、高コストな上、皮膜内の残留溶剤による皮膜の発泡で所謂ブツが生じ外観が悪化する等の問題が生じやすい。そこで、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。

車載モータ用の巻線の絶縁層には、優れた耐熱軟化性（高いＴｇ）、可とう性、電気特性等が求められる。又、使用時のコイルへの側圧によるコイルの変形を防ぐため、高い弾性率、特に高温環境でのコイルの使用が考えられるので高温でも高い弾性率を有し、側圧により変形しにくいこと（高い耐熱変形性）が望まれる。

これらの特性を満たす熱可塑性樹脂としてはポリエーテルスルホン樹脂（以下、ＰＥＳとする。）やポリエーテルイミド樹脂（以下、ＰＥＩとする。）が知られている。例えば、特許文献１（特開平１１−６６９５８号公報、請求項１）や、特許文献２（特開平１１−１７６２４４号公報、請求項１等）に、ＰＥＳを含んでなる樹脂により形成されている絶縁層を有する絶縁電線が記載されている。
特開平１１−６６９５８号公報 特開平１１−１７６２４４号公報

しかし、ＰＥＳやＰＥＩ等の非晶性樹脂（結晶構造を持たない樹脂）は、耐薬品性に乏しく、含浸ワニス処理の際にクラックを発生しやすいとの問題がある。クラックは、残留応力の存在する樹脂に薬品が浸透し、ポリマー鎖が動き易くなる結果、局所的に応力が緩和され皮膜に亀裂が発生する現象と考えられ、ＰＥＳやＰＥＩのような非晶性樹脂に発生しやすい傾向がある。例えば、絶縁電線を巻線してコイルを形成し、エポキシ樹脂等の含浸ワニスに浸漬後、含浸ワニスを硬化するときに、含浸ワニスの浸透を受けてクラックが発生しやすい。

一方、耐薬品性に優れクラックが発生しにくい樹脂としては、緻密な結晶構造を有する結晶性樹脂が挙げられる。しかし、結晶性樹脂は、一般に伸びが小さく又ガラス転移温度（Ｔｇ）も低く、従って可とう性及び耐熱軟化性に劣り、かつ耐熱変形性も低い傾向がある。従って、結晶性樹脂の単層被覆は、可とう性や耐熱変形性が求められる車載モータ用の巻線の絶縁層の材料としては適用が困難である。

本発明は、耐熱軟化性、可とう性及び耐熱変形性に優れるとともに、耐含浸ワニス性（耐薬品性）にも優れ、ワニスの含浸によってもクラックが発生しにくい絶縁層を有する絶縁電線を提供することを課題とする。

本発明者は、前記の課題を達成するため鋭意検討した結果、非晶性材料であるＰＥＩに柔軟成分を導入することで、クラック要因となる押出層内残留応力を吸収させ、クラックを防止することができることを見出し、下記の構成からなる発明を完成した。

請求項１に記載の発明は、導体、及び、その外周を直接又は他の絶縁層を介して被覆する絶縁層を有する絶縁電線であって、前記絶縁層が、シリコーン変性ポリエーテルイミド樹脂を主体とする樹脂組成物からなることを特徴とする絶縁電線である。

即ち、本発明の絶縁電線は、絶縁層を形成するＰＥＩを、シリコーンで変性することで、ＰＥＩの優れた性質、可とう性、耐熱軟化性を維持しながら、絶縁層の耐含浸ワニス性を改善することを特徴とするものである。

ここで、シリコーン変性ポリエーテルイミド樹脂とは、ＰＥＩにシロキサン基を導入してシリコンエラストマーが示す柔軟性を付与した樹脂であり、本発明では、Ｔｇが１８０℃以上、曲げ弾性率が１０００〜２５００ＭＰａのものが好ましく用いられる。より好ましくは曲げ弾性率が２０００〜２２００ＭＰａのものである。ＰＥＩは、公知の非晶性熱可塑性樹脂で押出成形可能であり、耐熱性と強度を持つイミド結合と加工性を持つエーテル結合を分子内に有する。このＰＥＩに柔軟性を付与したシリコーン変性ポリエーテルイミド樹脂は、高い耐熱性と良好な加工性（押出塗装性）とともに、優れた柔軟性を有する樹脂である。

絶縁層を形成する樹脂組成物は、シリコーン変性ポリエーテルイミド樹脂を主体とするが、主体とするとは、後述する無機フィラーを含まない樹脂組成物中の、少なくとも５０重量％以上含むことを意味し１００重量％の場合も含まれる。好ましくは８０重量％以上含む場合である。

請求項２に記載の発明は、前記樹脂組成物が、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、チタン酸カリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、クレー及びタルクから選ばれる少なくとも１種の無機フィラーを、前記樹脂組成物１００重量部に対して０．５〜３０重量部含有していることを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線である。

絶縁層に無機フィラーを添加することにより、亀裂の伝播を抑制し、耐含浸ワニス性をさらに向上できるので好ましい。この無機フィラーとしては、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、チタン酸カリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、クレー、タルク等が挙げられ、これらから選ばれた無機フィラーが好ましく使用される。

無機フィラーの配合割合は、前記樹脂組成物１００重量部に対し０．５〜３０重量部が好ましい。０．５重量部未満では所望の効果が不十分となる場合がある。一方、３０重量部を越えると、無機フィラーの分散安定性、電線としての可とう性が低下し、電気特性（破壊電圧、耐圧）の悪化、耐溶剤性の低下等の問題も生じやすくなる。

請求項３に記載の発明は、前記無機フィラーが、平均粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にある酸化チタンであることを特徴とする請求項２に記載の絶縁電線である。

無機フィラーとしては、前記の例示のものが使用されるが、中でも酸化チタン及びシリカが好ましく、特に酸化チタンが、樹脂への分散性の理由で好ましい。又、無機フィラーの平均粒径が大きすぎると気泡の混入や表面の平滑性の低下の問題等による電線外観の悪化を招くことがあるので、平均粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にある酸化チタンが好ましい。特に、球状で平均粒径が２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内にある酸化チタンが好ましい。

本発明の絶縁電線の絶縁層には、本発明の目的とする作用効果を損なわない範囲で、さらに、通常使用される添加剤、加工助剤、着色剤等を含めることができる。

本発明の絶縁電線は、シリコーン変性ポリエーテルイミド樹脂を主体とする樹脂組成物を、導体表面、又はあらかじめ他の層（絶縁層）を形成した導体の当該層上に溶融押出しして塗布することにより製造することができる。なお、溶融押出しの条件や使用する装置等は、従来の絶縁電線の製造における熱可塑性樹脂の押出しによる絶縁層の形成と、同様な条件、装置を採用することができる。

このようにして製造された絶縁電線は、自動車に搭載されるモータ等の巻線等として、好適に用いられる。

本発明の絶縁電線の絶縁層は、耐熱軟化性、可とう性及び耐熱変形性に優れる。さらにこの絶縁層は、耐含浸ワニス性（耐薬品性）にも優れ、ワニスの含浸によってもクラックが発生しにくいとの特徴を有する。

次に、本発明を実施するための形態、特に最良の形態につき説明するが、本発明の範囲はこの形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々の変更を加えることは可能である。

本発明の絶縁電線の絶縁層の構成成分であるシリコーン変性ポリエーテルイミド樹脂としては、市販品も用いることができる。市販品としてはＳＡＢＩＣイノベーティブプラスチックスジャパン社製のシルテム１５００（Ｔｇ：１６６℃、ショアＤ硬度６２）、シルテム１６００（Ｔｇ：１８０℃、ショアＤ硬度７４）、シルテム１７００（Ｔｇ：２００℃、ショアＤ硬度８０）等を挙げることができる。

又、絶縁層に添加される無機フィラーとしても市販品を用いることができる。例えば、酸化チタンとしては、古河機械金属社製の、ＦＲ−８８（平均粒径０．１９μｍ）、ＦＲ−４１（平均粒径０．２１μｍ）、ＲＬＸ−Ａ（平均粒径３〜４μｍ）等を挙げることができる。又、シリカとしては、龍森社製のＵＦ−００７（平均粒径５μｍ）、５Ｘ（平均粒径１．５μｍ）、アルミナとしては、岩谷産業社製のＲＡ−３０（平均粒径０．１μｍ）、炭酸カルシウムとしては白石工業社製のＶｉｇｏｔ−１５（平均粒径０．１５μｍ）、備北粉化工業社製のソフトン（平均粒径３μｍ）等を挙げることができる。

本発明の絶縁電線を構成する導体の材質や形態は、特に限定されない。単線でもよいし、拠り線でもよい。断面形状も真円でもよいし、他の形状でもよい。その太さも限定されない。材質も、通常の電線に使用されるものであれば、いかなるものでもよい。

絶縁層は、導体上に直接設けても良いし、他の層を介して設けても良い。好ましくは、導体上に絶縁樹脂を焼付けて形成した焼付層を設け、その外側に押出形成による絶縁層を設ける。また、焼付層と絶縁層との密着性を高めるために、焼付層と絶縁層との間にさらに接着層を設けても良い。

焼付層を形成する絶縁樹脂としては、従来用いられているものを使用することができ、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミド等が挙げられる。これらの樹脂は単独で用いても良いし、複数種を併用して用いても良い。これらの樹脂を溶剤に溶解したワニスを導体に塗布、焼付けすることで焼付層を形成する。

接着層としては、熱融着可能で、溶剤に溶けやすい非晶性樹脂が好ましい。具体的には、フェノキシ樹脂、ＰＥＳ，ポリサルホン樹脂（ＰＳＵ）、ポリフェニルサルホン樹脂（ＰＰＳＵ）等が例示される。これらの樹脂を溶剤に溶解したワニスを、焼付層を形成した導体上に塗布、焼付けすることで接着層を形成する。

次に、本発明の絶縁電線１０を好適に製造するための製造装置について、図１に基づいて説明する。図１に示すように、製造装置は、加熱炉１１、被覆装置１２、保温炉１３、冷却水槽１４、及びドライヤーゾーン１５を備えている。

被覆装置１２には、押出し機ゾーン２３が設けられている。心線１は、巻出し部２１に巻き取られて保管されているが、巻出し部２１より、図中の矢印の方向に繰り出され押出し機ゾーン２３を通る。押出し機ゾーン２３内に設けられている押出し機により、心線１の表面上に絶縁層を構成する樹脂（シリコーン変性ポリエーテルイミド樹脂を主体とする樹脂組成物）が押出され、心線１が当該樹脂により被覆され被覆電線５が形成される。ここで、心線１とは、導体、又はその表面上にあらかじめ他の樹脂層（焼付層等）が形成された導体である。押出し機ゾーン２３内に設けられている押出し機としては、単軸押出し機等、公知の押出し機を用いることができる。

なお、他の樹脂層がある場合、押出しにより形成される層と当該他の樹脂層（下地）との接着を向上させるために、押出直前に電線を熱風機等で予備加熱しておくことが好ましい。そこで、図１に示す例では、被覆装置１２の前に、加熱炉１１が設けられている。

被覆装置１２を出た被覆電線５は、冷却水槽１４を通ることにより冷却され絶縁層の樹脂が固化される。被覆装置１２を出た被覆電線の、冷却による被覆内残留応力を低減させるために、保温炉等に通して除冷しても良い。そこで、図１に示す例では、被覆装置１２と冷却水槽１４の間に保温炉１３が設けられている。

その後、被覆電線５は、ドライヤーゾーン１５に送られ乾燥され、本発明の絶縁電線１０となる。乾燥の方法としては、例えば、ドライヤーゾーンに冷風を当てて水分を除去する方法、ドライヤーゾーン１５に設けられた乾燥炉を、５０〜８０℃程度に設定し電線を１〜３分位で通す方法、ドライヤーゾーン１５を通る電線に、ドライヤー温風を数十秒間当てる方法等が挙げられる。自然乾燥すなわち空冷区間を数十秒通す方法でもよい。ドライヤーゾーン１５を出た絶縁電線１０は、リール１７に巻き取られる。

次に本発明をより具体的に説明するための実施例を示すが、実施例は本発明の範囲を限定するものではない。

［使用した原材料］
・ＰＥＩ：ウルテム１０００
・シリコーン変性ポリエーテルイミド樹脂（以下、シリコーン変性ＰＥＩとする。）：シルテム１６００（曲げ強度：４８ＭＰａ、曲げ弾性率：１２５０ＭＰａ）（Ｄ７９０ ２３℃）
・シリコーン変性ＰＥＩ：シルテム１７００（曲げ強度：９４ＭＰａ、曲げ弾性率：２１５０ＭＰａ）（Ｄ７９０ ２３℃）
以上いずれも、ＳＡＢＩＣイノベーティブプラスチックスジャパン社製

［絶縁電線の作製］
直径２ｍｍφの銅線の外周に、ポリアミドイミド樹脂を０．０５５ｍｍ、更にその上にＰＥＳを０．００５ｍｍの厚さで焼付被覆したエナメル線を心線として用いた。この心線の外周に、押出し機を用いて、表１に示す樹脂組成物を押出被覆し、冷却後、絶縁電線を得た。押出層（絶縁層）の厚さは０．０９０ｍｍであった。得られた絶縁電線のそれぞれについて、以下に示す評価を行った。その結果を、表１に示す。

（耐熱軟化性の評価）
絶縁層のガラス転位温度（Ｔｇ）を、動的粘弾性測定装置により測定した。具体的には、表１に示す絶縁層材料のペレットを熱プレスして厚さ約０．１ｍｍのフィルムを作製し、周波数１０Ｈｚ、昇温速度１０℃／分で昇温し、ｔａｎδピーク温度をＴｇとした。Ｔｇが１５０℃以上のものを○、Ｔｇが１５０℃未満のものを×とした。

（可とう性の評価）
作製した絶縁電線を、外径４．６ｍｍの丸棒に３０回巻き付けた後、絶縁層の外観を観察した。絶縁層の割れ、浮き、シワのいずれもがないものを○とし、割れ、浮き、シワの少なくとも１つが見られるものを×とした。

（耐含浸ワニス性の評価）
作製された絶縁電線を３％伸張後、１３５℃で１時間加熱した。加熱後、絶縁電線表面に含浸ワニス（エポキシ樹脂）を素早く塗る。その後、再度１３５℃で１時間加熱した後、皮膜表面を観察して亀裂の有無を確認し、以下の基準で評価した。

○： 亀裂がない。
×： 亀裂発生

（弾性率の測定法）
耐熱軟化性の評価と同様の方法で、動的粘弾性測定装置により絶縁層の２５℃及び１８０℃における弾性率（Ｅ’）を測定し、以下の基準で評価した。

２５℃でのＥ’ ： ○ １０００ＭＰａ以上
× １０００ＭＰａ未満
１８０℃でのＥ’： ○ １００ＭＰａ以上
△ ５０ＭＰａ以上で１００ＭＰａ未満
× ５０ＭＰａ未満
高温域（１８０℃程度）での弾性率（Ｅ’）は、電線コイルの側圧での耐熱変形性の低下を防ぐため、１００ＭＰａ以上が好ましい。

表１より明らかなように、絶縁層を形成する材料としてシリコーン変性ＰＥＩを用いた実験Ｎｏ.２及び３（本発明例）では、可とう性及び耐熱軟化性に優れるとともに、耐含浸ワニス性にも優れた絶縁層が得られている。一方、絶縁層を形成する材料としてＰＥＩを用いた実験Ｎｏ.１（比較例）では、可とう性及び耐熱軟化性には優れるが、耐含浸ワニス性が低い。従って、この結果は、ポリエーテルイミド樹脂をシリコーンで変性することにより、可とう性及び耐熱軟化性等のポリエーテルイミド樹脂が有する特徴を損ねることなく、耐含浸ワニス性が改善できることを示している。

なお、高温域（１８０℃程度）での弾性率（Ｅ’）は、シリコーン変性ＰＥＩを用いた場合は、ＰＥＩを用いた場合より低く、耐熱変形性についてはＰＥＩを用いた場合より劣る。しかし、シリコーン変性ＰＥＩとして、曲げ弾性率が２０００ＭＰａを超えるもの（シルテム１７００）を用いた場合（実験Ｎｏ.３）は、耐熱変形性が大きく向上しており、シリコーン変性ＰＥＩとしては曲げ弾性率が２０００ＭＰａを超えるものが好ましいことが示されている。

本発明の絶縁電線の製造装置の一例を模式的に示す模式図である。

符号の説明

１、 心線
５、 被覆電線
１０、絶縁電線
１１、加熱炉
１２、被覆装置
１３、保温炉
１４、冷却水槽
１５、ドライヤーゾーン
１７、リール
２１、巻出し部
２３、押出し機ゾーン

Claims (3)

1. 導体、及び、その外周を直接又は他の絶縁層を介して被覆する絶縁層を有する絶縁電線であって、前記絶縁層が、シリコーン変性ポリエーテルイミド樹脂を主体とする樹脂組成物からなることを特徴とする絶縁電線。
2. 前記樹脂組成物が、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、チタン酸カリウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、クレー及びタルクから選ばれる少なくとも１種の無機フィラーを、前記樹脂組成物１００重量部に対して０．５〜３０重量部含有していることを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線。
3. 前記無機フィラーが、平均粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にある酸化チタンであることを特徴とする請求項２に記載の絶縁電線。

Images