JP2013089585A - 絶縁電線 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温、高湿に曝されても、初期の低誘電率を保持できる絶縁電線を提供する。
【解決手段】 導体上に、絶縁層及び最外層を有する２層以上の被膜が形成されている絶縁電線において、前記最外層が、低吸水性材料で形成されている絶縁電線。前記低吸水性材料は、吸水率０．０６質量％以下の材料、特にシクロポリオレフィン系樹脂が好ましい。また、前記最外層は、絶縁層等の内側層を乾燥した状態で形成されていることが好ましい。
【選択図】 なし

Description

本発明は、絶縁電線に関し、より詳しくは、部分放電（コロナ放電）開始電圧の高い絶縁電線に関する。

適用電圧が高い電気機器、例えば高電圧で使用されるモータ等では、電気機器を構成する絶縁電線に高電圧が印加され、その絶縁被膜表面で部分放電（コロナ放電）が発生しやすくなる。コロナ放電の発生により、局部的な温度上昇やオゾンやイオンの発生が引き起こされる。その結果、絶縁被膜が侵され、早期に絶縁破壊を生じ、絶縁電線ひいては電気機器の寿命が短くなるという問題があった。

絶縁電線の絶縁被膜には、優れた絶縁性、導体に対する優れた密着性、高い耐熱性、機械的強度等が求められているが、適用電圧が高い電気機器に使用される絶縁電線には、前記の理由により、さらにコロナ放電開始電圧の向上も求められる。

コロナ放電開始電圧を上げる工夫として、絶縁層の低誘電率化が挙げられる。例えば、ポリイミド樹脂やフッ素樹脂は低誘電率であり、これらの材料で絶縁層を形成することにより、コロナ放電開始電圧を高くできることが知られている。また、特開２００９−２７７３６９号公報（特許文献１）には、ポリエステルイミドとポリエーテルスルホンとの混合樹脂を絶縁層として使用した絶縁電線が開示されている。

上記特許文献１に示すように、絶縁層に低誘電率化材料を用いる方法は、コロナ放電開始電圧の向上に有効である。しかしながら、低誘電率化材料で絶縁層を形成したにもかかわらず、保存、使用中の環境変化、例えば、高温、高湿度に曝されると、絶縁層の初期の低誘電率を維持できない場合がある。

一方、吸水、吸湿による電気的特性の影響が少ない絶縁電線としては、例えば、特開２００２−２９８６５７号公報（特許文献２）に、ポリアミド樹脂及びアイオノマー樹脂を含有する絶縁被覆を放射線照射架橋した絶縁電線が提案されている。ポリアミド樹脂は機械的特性、耐熱性、難燃性に優れているが吸水性が高く、電気絶縁性が低下しやすいことから、特許文献２では、照射架橋により吸水性を抑えて電気絶縁の低下を防止している。

また、特開２００３−１９７０４３号公報（特許文献３）では、吸水、吸湿による電気特性の変化が少ない絶縁電線として、ポリオレフィン系樹脂に、有機クレー及び金属水和物を含有してなる組成物を絶縁被覆に用いた絶縁電線が提案されている。

特開２００９−２７７３６９号公報 特開２００２−２９８６５７号公報 特開２００３−１９７０４３号公報

本発明の目的は、環境変化、特に高温、高湿に曝されても、初期の低誘電率を保持できる絶縁電線を提供することにある。

本発明者らは、絶縁層を構成する材料が、吸水、吸湿すると、誘電率が上昇することに注目し、絶縁層を低吸水性材料で被覆することにより解決できるとの考えに到り、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の絶縁電線は、導体上に、絶縁層及び最外層を有する２層以上の被膜が形成されている絶縁電線において、前記最外層が、低吸水性材料で形成されていることを特徴とする。

前記低吸水性材料は、吸水率０．０６質量％以下の材料であることが好ましく、特にシクロポリオレフィン系樹脂であることが好ましい。

本発明の絶縁電線は、前記最外層は、内側層を乾燥した状態で形成されていることが好ましい。

本発明の絶縁電線は、最外層が低吸水性材料で構成されているので、吸水、吸湿による、誘電率の上昇を防止できる。

誘電率の測定方法を説明するための図である。

以下に本発明の実施の形態を説明するが、今回、開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の絶縁電線は、導体表面に２層以上の被膜が形成されている絶縁電線であって、前記被膜は、絶縁層、及び低吸水性樹脂で構成される外表層を有する。

〔導体〕
導体としては、銅や銅合金線、アルミニウム線などの金属導体が用いられる。導体の径やその断面形状は特に限定しないが、導体径が０．４ｍｍ〜３．０ｍｍのものを一般に使用できる。

〔絶縁層〕
絶縁層を構成する樹脂は、従来より絶縁被膜に用いられているものである。具体的には、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹脂、フェノール変性キシレン樹脂等のフェノール樹脂類、フェノキシ樹脂、又はこれらの２種以上の組合せなどを用いることができる。

絶縁層は、低吸水性材料からなる最外層で被覆されることになるので、絶縁層を構成する樹脂は、吸水性、吸湿性を有する樹脂であってもよい。

また、絶縁層には、主成分となる上記樹脂の他、必要に応じて、顔料、染料、無機又は有機のフィラー、潤滑剤等の各種添加剤が含有されていてもよい。

絶縁層は、導体表面を直接被覆するように形成されてもよいし、導体表面に、下地層が形成され、その上に絶縁層が形成されてもよい。

絶縁層は、上記樹脂を有機溶剤に溶解して調製されるワニスを、導体の表面（導体表面に下地層が形成されている場合には下地層上）に塗布し、焼付けにより形成してもよいし、上記樹脂を導体（導体表面に下地層が形成されている場合には下地層が形成された導体）表面に押出して押出被覆することにより、形成してもよい。

ワニス塗布により形成する場合は、塗布、焼付け処理を２回以上繰り返してもよい。また、焼付温度、乾燥硬化のための炉内通過時間等は、樹脂の種類に応じて、適宜決定される。

絶縁皮膜の厚みは、導体を保護する観点から、１〜１００μｍが好ましく、より好ましくは１０〜５０μｍである。絶縁被膜が分厚くなりすぎると、絶縁電線の外径が大きくなり、ひいては絶縁電線を捲線したコイルの占積率が低下する傾向にあるからである。

〔低吸水性最外層〕
最外層を構成する材料は、低吸水性材料であり、具体的には、吸水率が０．０６以下の材料である。
ここで、吸水率とは、対象となる樹脂で作製したシート（厚み２０μｍ）の水分量を、カールフィシャー法にて測定し、加熱前のシート重量に対する当該水分量の重量割合（単位：質量％）をいう。

上記で定義される吸水率が０．０６質量％以下の材料であることが好ましく、より好ましくは０．０５質量％以下以下、さらに好ましくは０．０３質量％以下以下である。具体的には、シクロポリオレフィン等のシクロポリオレフィン系樹脂、ポリフェニレンエーテルなどを用いることができる。

最外層は、絶縁層と同様に、上記樹脂を有機溶剤に溶解して調製されるワニスを、絶縁層表面又は後述する他の中間層が存在する場合には、他の中間層の表面に塗布し、焼付けることにより形成してもよいし、上記樹脂を絶縁被覆された電線とともに押出して押出被覆することにより、形成してもよい。
ここで、最外層を形成するにあたり、低吸水性最外層の内側となる層（内側層）を、乾燥させた後に形成することが好ましい。通常、内側層となる絶縁層及び／又は中間層は、その材料の吸水性、吸湿性により、空気中の湿分をすでに吸水、吸湿した状態にあり、初期（吸水する前の材料）の誘電率より高くなっている。従って、吸水、吸湿した水分を乾燥により除去した後に、最外層を被覆することで、低吸水性最外層による効果が得られやすい。

低吸水性最外層は、低吸水率を損なわない範囲内（例えば、６質量％以下）であれば、必要に応じて、顔料、染料、無機又は有機のフィラー、潤滑剤等の各種添加剤を含有していてもよい。

以上のような低吸水性最外層の厚みは、５〜２０μｍであることが好ましく、より好ましくは１０〜１５μｍである。一般に低吸水性材料は、耐摩耗性が高くないため、分厚くなりすぎると、耐摩耗性が低下しすぎるからである。一方、５μｍ以下では、塗布、押出被覆により形成した場合に、ピンホールを生じるおそれがあり、その部分から、吸水、吸湿して、内側の絶縁層を水分、湿分に曝すことになり、低吸水性最外層形成の効果が得られなくなるからである。

〔中間層〕
本発明の絶縁電線は、上記絶縁層と低吸水性最外層との間に、必要に応じて中間層が形成されていてもよい。
中間層としては、使用する絶縁層、低吸水性最外層の種類にもよるが、たとえばポリウレタン系、ポリエステル系、ポリエステルイミド系、ポリエステルアミドイミド系、ポリアミドイミド系、ポリイミド系等、従来公知の種々の絶縁塗料の塗布、焼付けにより形成される被膜が挙げられる。

以上のような構成を有する絶縁電線は、最外層が低吸水性材料で構成されているので、高湿度下に放置しても、空気中の水分、湿分をほとんど吸水、吸湿せずに済む。従って、その内側にある絶縁層が水分、湿分に曝されることを防止でき、これにより、絶縁層が、吸水、吸湿により電気的特性が低下することを防止できる。

本発明を実施するための最良の形態を実施例により説明する。実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。

〔測定、計算方法〕
はじめに、本実施例で行なった測定、計算出方法について説明する。
（１）誘電率の測定
得られた各絶縁電線について、絶縁層の誘電率を測定した。測定は図１に示すように、絶縁電線の表面３か所に銀ペーストを塗布した（塗布幅は両端２か所が１０ｍｍ、中央部分が１００ｍｍである）。導体と銀ペースト間の静電容量をＬＣＲメータで測定し、測定した静電容量の値と被膜の厚みから誘電率を算出した。

（２）吸水率（質量％）
対象となる材料で構成したシートについて、カールフィシャー法にて、１９０℃に加熱した後に含まれる水分量を測定し、当該水分量について、乾燥前のシート重量に対する重量割合を算出した。

（３）吸水影響
作製した絶縁電線を、空気中で１日放置した後、（１）の方法に従って、誘電率を測定し、作製直後（又は加熱、乾燥により水分蒸発させた後）に測定した誘電率と比較した。

〔絶縁電線の作製〕
Ｎｏ．１−４：
銅線（直径１．０ｍｍ）に、表１に示すように、ポリアミドイミド樹脂（住友電工ウインテック社）又はエステルイミド樹脂（日立化成工業製のIsomid４０ＳＭ４５）を塗布、加熱乾燥（加熱温度：３００℃）して、絶縁層（厚み２０μｍ）を形成した後、低吸水性材料としてシクロポリオレフィン（ＣＯＰ：日本ゼオン社のＺＥＯＮＯＲ）又はポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ：住友電工ウインテック製）を塗布、乾燥して、厚み１０μｍの低吸水性最外層を形成した。

以上のようにして、２層構造の被膜を有する絶縁電線を作製した。作製直後の絶縁電線について、上記測定方法に誘電率を測定した。空気中で１日放置後、同様にして誘電率を測定することにより吸水影響度を測定評価した。結果を表１に示す。

Ｎｏ．５，６：
低吸水性最外層を形成しなかった以外は、それぞれＮｏ．１，３と同様にして、作製される絶縁層のみの１層構造の絶縁電線である。
作製直後（又は加熱乾燥により水分を蒸発させた状態）の絶縁電線について、上記測定方法に誘電率を測定した。空気中で１日放置後、同様にして誘電率を測定することにより吸水影響度を測定評価した。結果を表１に示す。

最外層（本実施例では絶縁層上）に、低吸水性材料であるシクロポリオレフィン又はポリフェニレンエーテルからなる層が形成されているＮｏ．１−４では、作製直後と放置後で誘電率には変化がなかった。
これに対して、低吸水性最外層がない、絶縁層単独の絶縁電線Ｎｏ．５，６では、絶縁層を構成しているポリアミドイミド樹脂、エステルイミド樹脂の吸水しやすい性質のために、放置後の誘電率は、初期の誘電率よりも大きくなった。
これらのことから、低誘電率である絶縁層の低誘電率効果を持続させるためには、低吸水性最外層を備えることが有効であることがわかる。

本発明の絶縁電線は、最外層を低吸水性材料で構成することにより、絶縁層が吸水、吸湿による影響を受けることを防止しているので、絶縁層として、吸水、吸湿による電気的特性の低下よりも、他の求められる特性（耐熱性、機械的特性）等を基準に選択することが可能となり、絶縁被膜材料の選択範囲が広がる。

Claims (4)

1. 導体上に、絶縁層及び最外層を有する２層以上の被膜が形成されている絶縁電線において、
   前記最外層が、低吸水性材料で形成されていることを特徴とする絶縁電線。
2. 前記低吸水性材料は、吸水率０．０６質量％以下の材料である請求項１に記載の絶縁電線。
3. 前記低吸水性材料は、シクロポリオレフィン系樹脂である請求項２に記載の絶縁電線。
4. 前記最外層は、内側層を乾燥した状態で形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁電線。

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