JP2011165576A

JP2011165576A - 絶縁電線及びその製造方法

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Publication number: JP2011165576A
Application number: JP2010029301A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Ando; 好幸安藤; Tomiya Abe; 富也阿部
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】導体と絶縁皮膜との界面において、常温でシランカップリング剤を用いた場合と同等の密着性を有すると共に、熱劣化後であっても常温と同等の密着性を有する絶縁電線を提供する。
【解決手段】電気機器のコイル用電線として用いられる絶縁電線１であって、導体２と、導体２の外周に、珪素原子、チタン原子、アルミニウム原子のいずれかを有する改質剤化合物を含む燃料ガスで炎処理を施すことにより形成された改質皮膜３と、改質皮膜３の外周に、エナメル樹脂塗料を塗布、焼付けして形成された絶縁皮膜４とを有するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属導体の表面に絶縁塗料からなる絶縁皮膜を形成した絶縁電線及びその製造方法に係り、特に、モータや変圧器等の電気機器のコイルとして好適な絶縁電線及びその製造方法に関するものである。

絶縁電線（エナメル被覆絶縁電線）は、モータや変圧器などの電気機器のコイル用電線として広く用いられており、コイルの用途・形状に合致した断面形状（例えば、丸型や平角）に形成された導体の外層に単層又は複数層の絶縁皮膜が形成された構造をしている。

この絶縁電線は、一般的にポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド等の樹脂を有機溶剤に溶解させた絶縁皮膜塗料（単に絶縁皮膜という場合もある）を導体上に塗布し、焼付けすることで作製される。

近年、世界的な省エネルギー政策の推進に伴い、小型で高効率のモータの開発が進んでいる。モータが小型になる一方で高効率化を実現させるために、モータ内に組み込まれる絶縁電線の占積率を向上させる必要がある。これに伴いモータのスロット部に絶縁電線を挿入するとき、絶縁電線は大きな機械的応力を受けながら挿入されるため、絶縁皮膜に傷等が発生したり、絶縁皮膜が導体から剥離してしまう等の問題がある。

このような問題を解決するため、従来では、例えば、最外層に設けられた絶縁皮膜の表面の滑り性を向上させたり、或いは、メルカプトアルコキシシラン、アミノアルコキシシラン、エポキシアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アリルアルコキシシラン等のシランカップリング剤を用いて、絶縁皮膜と導体との界面の密着性を向上させること等が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００１−９３３４０号公報特開２００１−２５６８３５号公報特開平１０−８８１０４号公報

ところで、モータや変圧器等の電気機器は、使用中における振動、或いは熱によってステータ部から絶縁電線が抜けたり、熱劣化しないように、コイル成形後に含浸処理を施す。このとき、処理ワニスにコイルを含浸させて硬化させる際に、１５０〜１６０℃で数時間加熱する場合があり、このような場合、熱劣化後の密着性が重要となるが、シランカップリング剤を用いて導体と絶縁皮膜との界面の密着性を向上させる方法では、常温（２５℃）での密着性（初期の密着性）向上には効果があるが、熱劣化後に密着性の低下が大きいため、含浸処理後において、導体から絶縁皮膜が剥離してしまうという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上述の課題を解決し、導体と絶縁皮膜との界面において、常温でシランカップリング剤を用いた場合と同等の密着性を有すると共に、熱劣化後であっても常温と同等の密着性を有する絶縁電線及びその製造方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、電気機器のコイル用電線として用いられる絶縁電線であって、導体と、該導体の外周に、珪素原子、チタン原子、アルミニウム原子のいずれかを有する改質剤化合物を含む燃料ガスで炎処理を施すことにより形成された改質皮膜と、該改質皮膜の外周に、エナメル樹脂塗料を塗布、焼付けして形成された絶縁皮膜とを有する絶縁電線である。

請求項２の発明は、前記改質皮膜は、前記導体に対して少なくとも２方向より前記改質剤化合物を含む燃料ガスからなる４００〜１２００℃の火炎を、１〜６０秒間吹き付ける炎処理を施すことにより形成される請求項１に記載の絶縁電線である。

請求項３の発明は、前記エナメル樹脂塗料は、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタンのいずれかを含む樹脂組成物からなる請求項１又は２に記載の絶縁電線である。

請求項４の発明は、電気機器のコイル用電線として用いられる絶縁電線の製造方法であって、導体の外周に、珪素原子、チタン原子、アルミニウム原子のいずれかを有する改質剤化合物を含む燃料ガスで炎処理を施すことにより改質皮膜を形成し、該改質皮膜の外周に、エナメル樹脂塗料を塗布、焼付けして絶縁皮膜を形成することを特徴とする絶縁電線の製造方法である。

請求項５の発明は、前記炎処理は、前記導体に対して少なくとも２方向より前記改質剤化合物を燃料中に含む４００〜１２００℃の火炎を、１〜６０秒間吹き付けることにより行う請求項４に記載の絶縁電線の製造方法である。

請求項６の発明は、前記エナメル樹脂塗料は、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタンのいずれかを含む樹脂組成物からなる請求項４又は５に記載の絶縁電線の製造方法である。

本発明によれば、導体と絶縁皮膜との界面において、常温でシランカップリング剤を用いた場合と同等の密着性を有すると共に、熱劣化後であっても常温と同等の密着性を有する絶縁電線を提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る絶縁電線を示す横断面図である。本発明の炎処理時の模式図である。炎処理の変形例を示す模式図である。炎処理の変形例を示す模式図である。炎処理の変形例を示す模式図である。炎処理の変形例を示す模式図である。比較例の炎処理時の模式図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る絶縁電線を示す横断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係る絶縁電線１は、導体２と、導体２の外周に、珪素原子、チタン原子、アルミニウム原子のいずれかを有する改質剤化合物を含む燃料ガスで炎処理を施すことにより形成された改質皮膜３と、改質皮膜３の外周に、エナメル樹脂塗料を塗布、焼付けして形成された絶縁皮膜（エナメル樹脂皮膜）４とを有するものである。

絶縁皮膜４は、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタンのいずれかを含む樹脂化合物からなるエナメル樹脂塗料を、改質皮膜３の外周に塗布し、焼付け硬化したものである。

改質剤化合物としては、例えば、アルキルシラン化合物、アルコキシシラン化合物、アルキルチタン化合物、アルコキシチタン化合物、アルキルアルミニウム化合物、アルコキシアルミニウム化合物等が挙げられる。また、これらの化合物にアルコール類を添加しても良い。

アルキルシラン化合物やアルコキシシラン化合物の例としては、テトラメチルシラン、テトラエチルシラン、ジメチルジクロロシラン、ジメチルジフェニルシラン、ジエチルジクロロシラン、ジエチルジフェニルシラン、メチルトリクロロシラン、メチルトリフェニルシラン、ジメチルジエチルシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジクロロジメトキシシラン、ジクロロジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリクロロメトキシシラン、トリクロロエトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。

アルキルチタン化合物やアルコキシチタン化合物の例としては、テトラメチルチタン、テトラエチルチタン、ジメチルジクロロチタン、ジメチルジフェニルチタン、ジエチルジクロロチタン、ジエチルジフェニルチタン、メチルトリクロロチタン、メチルトリフェニルチタン、ジメチルジエチルチタン、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、メチルトリメトキシチタン、ジメチルジメトキシチタン、フェニルトリメトキシチタン、ジクロロジメトキシチタン、ジクロロジエトキシチタン、ジフェニルジメトキシチタン、ジフェニルジエトキシチタン、トリフェニルエトキシチタン等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。

アルキルアルミニウム化合物やアルコキシアルミニウム化合物の例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、ジメチルクロロアルミニウム、ジメチルフェニルアルミニウム、ジエチルクロロアルミニウム、ジエチルフェニルアルミニウム、メトルジクロロアルミニウム、メチルジフェニルアルミニウム、ジメチルエチルアルミニウム、トリメトキシアルミニウム、トリエトキシアルミニウム、メチルジメトキシアルミニウム、ジメチルメトキシアルミニウム、フェニルジメトキシアルミニウム、ジクロロメトキシアルミニウム、ジクロロエトキシアルミニウム、ジフェニルメトキシアルミニウム、ジフェニルエトキシアルミニウム等の一種単独又は二種以上の組み合わせが挙げられる。

燃料ガスとしては、例えば、炭化水素ガス、プロパンガス、プロパンガス以外の液化石油ガス等が挙げられ、これに例えば空気等の酸素を含む気体を混合させたものを用いる。

この絶縁電線１の製造方法を説明する。

先ず、導体２の外周に、珪素原子、チタン原子、アルミニウム原子のいずれかを有する上述の改質剤化合物を含む燃料ガスで炎処理を施すことにより改質皮膜３を形成する。

このとき炎処理は、導体２の周囲に、導体２を中心として等間隔に異なる方向から改質剤化合物を含む燃料ガスからなる火炎を吹き付けることにより行う。この炎処理により、導体２の表面が活性化され、後に形成する絶縁皮膜４と導体２との密着性が向上される。

例えば２方向であれば、図２（ａ），（ｂ）に示すように、導体２の周囲に導体２を中心として１８０度の間隔で異なる２方向から同時又は所定の間隔をおいて各方向から交互に火炎Ｆを吹き付ける。これ以外にも、例えば図３に示すように、導体２の周囲に１８０度の間隔をおいて且つ導体２の同じ部分へ火炎Ｆを同時に吹き付けても良い。さらに、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、導体２の長手方向に亘って複数箇所で火炎Ｆを吹き付けても良い。

また、例えば３方向であれば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、約１２０度の間隔で異なる３方向から同時又は所定の間隔をおいて各方向から交互に火炎Ｆを吹き付ける。これ以外にも、例えば図６に示すように、導体２の同じ部分へ火炎Ｆを同時に吹き付けるようにしても良い。さらに、３方向の場合も２方向の場合と同様に、導体２の長手方向に亘って複数箇所で火炎Ｆを吹き付けても良い。

つまり、導体２の同じ部分へ火炎Ｆを吹き付ける場合は同時に、導体２の異なる部分へ火炎Ｆを吹き付ける場合は同時又は交互に吹き付けるようにすると良い。

この炎処理において、導体２に吹き付けるときの火炎の温度は、約４００〜１２００℃の範囲とすることが好ましい。また、導体２に火炎Ｆを吹き付けるときの時間は、０．６秒間程度でも効果が認められるが、約１〜６０秒間程度が好ましく、さらには約２〜３０秒間程度がより好ましい。

その後、改質皮膜３の外周に、エナメル樹脂塗料を塗布、焼付けして、絶縁皮膜４を形成することで、絶縁電線１を得られる。

以上説明した絶縁電線１によれば、導体２と、導体２の外周に、珪素原子、チタン原子、アルミニウム原子のいずれかを有する改質剤化合物を含む燃料ガスで炎処理を施すことにより形成された改質皮膜３と、改質皮膜３の外周に、エナメル樹脂塗料を塗布、焼付けして形成された絶縁皮膜４とを有しているため、改質皮膜３を介して導体２と絶縁皮膜４とが密着し、導体２と絶縁皮膜４との界面において、常温でシランカップリング剤を用いた場合と同等の密着性を有すると共に、熱劣化後であっても常温と同等の密着性を維持することができる。

以下、本発明の実施例１〜４、及び比較例１〜６について説明する。

導体としては、実施例１〜４、比較例１〜６とも共通して、直径１ｍｍの導線を用いた。

実施例１〜４では、炎処理については、炎処理をする際に送り込む燃料ガスの全体量を約１００モル％としたとき、空気を９６モル％、プロパンガスを４モル％、改質剤化合物としてテトラメチルシランを０．１モル％とした。また、炎処理における処理温度は約８００℃とした。

実施例１，２では、導体に対して、１方向から２秒、それと同時に断面において約１８０度異なる方向からも２秒、炎処理を実施した。

また、実施例３，４では、導体の周囲に、導体を中心として約１２０度の等間隔で異なる３方向から同時に２秒、炎処理を実施した。

比較例１，４として、図７に示すように、１方向からのみ、炎処理を実施した。

また、比較例２，５として、「炎処理なし」も行った。

さらに、比較例３，６として、従来のシランカップリング剤として、代表的なメルカプトシランである３−メルカプトプロピルトリメトキシシランを用いた。シランカップリング剤による被覆は、この３−メルカプトプロピルトリメトキシシランの０．５％メタノール溶液を調製し、その溶液に導体を浸漬した後、メタノールを乾燥・除去することにより行った。

実施例１〜４、比較例１〜６により得られた各絶縁電線の密着性評価は、以下の方法に従って実施した。

各絶縁電線の直線状サンプルを同軸上で２５０ｍｍ離れた２つのクランプに固定し、サンプルの長さ方向に平行な２辺の皮膜を導体に達するまで取り除き、その後常温において一方のクランプを正逆回転させ、皮膜が浮いた時点の回転回数を測定することにより初期の密着性を得た。

熱劣化後の密着性は、直線状サンプルを１６０℃の恒温槽中で６時間加熱した後、初期と同様の方法にて皮膜が浮いた時点の回転回数を測定したものである。

実施例１〜４、比較例１〜６の詳細をその実験結果と共に説明する。

（実施例１）
導体に、珪素原子を含む燃料ガスで炎処理を、図２に示すように、約１８０度異なる２方向から実施して、珪素原子を含む改質皮膜を形成し、その外周にポリエステルイミド塗料を皮膜厚３０μｍとなるように塗布及び焼付けして絶縁皮膜を形成した。しかる後に、初期及び熱劣化後の密着性を評価した結果、初期が９０回、熱劣化後が８９回と、比較例２に比べて共に優れていた。

（実施例２）
導体に、珪素原子を含む燃料ガスで炎処理を、図２に示すように、約１８０度異なる２方向から実施して、珪素原子を含む改質皮膜を形成し、その外周にポリアミドイミド塗料を皮膜厚３０μｍとなるように塗布及び焼付けして絶縁皮膜を形成した。しかる後に、初期及び熱劣化後の密着性を評価した結果、初期が６０回、熱劣化後が５７回と、比較例５に比べて共に優れていた。

（実施例３）
導体に、珪素原子を含む燃料ガスで炎処理を、図５に示すように、約１２０度異なる３方向から実施して、珪素原子を含む改質皮膜を形成し、その外周にポリエステルイミド塗料を皮膜厚３０μｍとなるように塗布及び焼付けして絶縁皮膜を形成した。しかる後に、初期及び熱劣化後の密着性を評価した結果、初期が９２回、熱劣化後が９０回と、比較例２に比べて共に優れていた。

（実施例４）
導体に、珪素原子を含む燃料ガスで炎処理を、図５に示すように、約１２０度異なる３方向から実施して、珪素原子を含む改質皮膜を形成し、その外周にポリアミドイミド塗料を皮膜厚３０μｍとなるように塗布及び焼付けして絶縁皮膜を形成した。しかる後に、初期及び熱劣化後の密着性を評価した結果、初期が６１回、熱劣化後が５８回と、比較例５に比べて共に優れていた。

（比較例１）
導体に、珪素原子を含む燃料ガスで炎処理を、図７に示すように、１方向から実施して、珪素原子を含む皮膜を形成し、その外周にポリエステルイミド塗料を皮膜厚３０μｍとなるように塗布及び焼付けして絶縁皮膜を形成した。しかる後に、初期及び熱劣化後の密着性を評価した結果、初期が８３回、熱劣化後が８３回と、比較例２に比べて大きな効果は得られなかった。

（比較例２）
導体の外周にポリエステルイミド塗料を皮膜厚３０μｍとなるように塗布及び焼付けした。しかる後に、初期及び熱劣化後の密着性を評価した結果、初期が８１回（基準）、熱劣化後が８２回（基準）であった。

（比較例３）
導体に、メルカプトシラン化合物を被覆し、その外周にポリエステルイミド塗料を皮膜厚３０μｍとなるように塗布及び焼付けした。しかる後に、初期及び熱劣化後の密着性を評価した結果、初期が９３回と比較例２に比べて優れていたが、熱劣化後が４４回と比較例２に比べて非常に劣っていた。

（比較例４）
導体に、珪素原子を含む燃料ガスで炎処理を、図７に示すように、１方向から実施して、珪素原子を含む皮膜を形成し、その外周にポリアミドイミド塗料を皮膜厚３０μｍとなるように塗布及び焼付けして絶縁皮膜を形成した。しかる後に、初期及び熱劣化後の密着性を評価した結果、初期が５１回、熱劣化後が５１回と、比較例５に比べて大きな効果は得られなかった。

（比較例５）
導体の外周にポリアミドイミド塗料を皮膜厚３０μｍとなるように塗布及び焼付けした。しかる後に、初期及び熱劣化後の密着性を評価した結果、初期が４９回（基準）、熱劣化後が５１回（基準）であった。

（比較例６）
導体に、メルカプトシラン化合物を被覆し、その外周にポリアミドイミド塗料を皮膜厚３０μｍとなるように塗布及び焼付けした。しかる後に、初期及び熱劣化後の密着性を評価した結果、初期が６２回と比較例５に比べて優れていたが、熱劣化後が３１回と比較例５に比べて非常に劣っていた。

これら実施例１〜４、比較例１〜６の実験結果をまとめて表１に示す。なお、表１では、「炎処理なし」とした比較例２，５を基準として、エナメル樹脂塗料の材質毎に、初期及び熱劣化後の密着性について評価を行った。なお、評価条件としては、導体上に密着性を向上させる処理を施していない比較例２、比較例５と比較して回転回数が５回以上増加しているものを「◎：合格の意味」とし、比較例２、比較例５と比較して回転回数が２回以下増加したものを「△：不合格の意味」、及び５回以上減少したものを「×：不合格の意味」とした。

表１から分かるように、本発明に係る実施例１〜４では、導体と絶縁皮膜との界面において、常温でシランカップリング剤を用いた場合と同等の密着性を有すると共に、熱劣化後であっても常温と同等の密着性を維持することができた。

１絶縁電線
２導体
３改質皮膜
４絶縁皮膜

Claims

電気機器のコイル用電線として用いられる絶縁電線であって、導体と、該導体の外周に、珪素原子、チタン原子、アルミニウム原子のいずれかを有する改質剤化合物を含む燃料ガスで炎処理を施すことにより形成された改質皮膜と、該改質皮膜の外周に、エナメル樹脂塗料を塗布、焼付けして形成された絶縁皮膜とを有することを特徴とする絶縁電線。
前記改質皮膜は、前記導体に対して少なくとも２方向より前記改質剤化合物を含む燃料ガスからなる４００〜１２００℃の火炎を、１〜６０秒間吹き付ける炎処理を施すことにより形成される請求項１に記載の絶縁電線。
前記エナメル樹脂塗料は、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタンのいずれかを含む樹脂組成物からなる請求項１又は２に記載の絶縁電線。
電気機器のコイル用電線として用いられる絶縁電線の製造方法であって、導体の外周に、珪素原子、チタン原子、アルミニウム原子のいずれかを有する改質剤化合物を含む燃料ガスで炎処理を施すことにより改質皮膜を形成し、該改質皮膜の外周に、エナメル樹脂塗料を塗布、焼付けして絶縁皮膜を形成することを特徴とする絶縁電線の製造方法。
前記炎処理は、前記導体に対して少なくとも２方向より前記改質剤化合物を燃料中に含む４００〜１２００℃の火炎を、１〜６０秒間吹き付けることにより行う請求項４に記載の絶縁電線の製造方法。
前記エナメル樹脂塗料は、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリウレタンのいずれかを含む樹脂組成物からなる請求項４又は５に記載の絶縁電線の製造方法。