JP2015230752A - 絶縁ワイヤおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、前者の方法は、エナメル層に求められる他の特性(耐熱性、耐溶剤性、可とう性等)も考慮すると、比誘電率の特別低い樹脂を選択することは困難である。
しかし、熱硬化性樹脂からなるエナメル層の厚膜化のために、製造工程で高温の焼付け炉に複数回通すと、導体である銅表面に酸化銅被膜が成長し、導体とエナメル層との密着力が低下し、結果、可とう性等の加工性が大きく低下する問題があった。
また、焼付け炉に通す回数を減らすために、1回の焼付けで塗布する厚さを厚くすると、ワニスの溶媒を蒸発しきれず、エナメル層中に気泡として残るという欠点があった。
また、アルミニウム導体表面に不動態が形成されることで、銅導体で問題となっている、酸化皮膜の成長による導体とエナメル層の密着力の低下を防ぐことができ、コイル加工工程における電線皮膜の損傷、電気絶縁性能の低下を防ぐことができる。特に摩耗性等の機械強度が高い絶縁ワイヤを製造することが可能である。
その結果、ステータースロット断面積に対する導体の断面積の比率(占積率)を向上させる手段として、ごく最近では導体の断面形状が矩形(正方形や長方形)に類似した平角線を使用することが試みられている。平角線の使用は、占積率の向上には劇的な効果を示すが、平角導体上に絶縁皮膜を均一に塗布することが難しく、特に断面積の小さい絶縁ワイヤの絶縁皮膜の厚さ制御が難しいことが知られている。
(1)アルミニウム導体を使用した絶縁ワイヤであって、該アルミニウム導体上に、カルボキシ基を含むワニスを焼き付けてなる密着層を有し、該密着層の外層に絶縁層を有し、さらに該絶縁層の外層に補強絶縁層を有することを特徴とする絶縁ワイヤ。
(2)前記密着層および前記絶縁層の厚さの合計が85μm以下であることを特徴とする(1)に記載の絶縁ワイヤ。
(3)前記絶縁層を構成する樹脂が、融点180℃以上の結晶性樹脂またはガラス転移温度180℃以上の非晶性樹脂であることを特徴とする(1)または(2)に記載の絶縁ワイヤ。
(4)前記ワニスが、ポリアミック酸を含有することを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
(5)前記補強絶縁層が熱可塑性樹脂からなることを特徴とする(1)〜(4)のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
(6)前記アルミニウム導体のアルミニウムの純度が95%以上であることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
(7)前記絶縁層を構成する樹脂が、ガラス転移温度180℃以上の熱硬化性樹脂からなり、該絶縁層を構成する樹脂の50質量%を超える樹脂が、ポリアミドイミドまたは/およびポリイミドであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
(8)前記絶縁層を構成する樹脂が、ガラス転移温度180℃以上の熱硬化性樹脂からなり、該絶縁層を構成する樹脂の50質量%を超える樹脂が、ポリアミドイミドおよびポリイミドの混合樹脂であることを特徴とする(1)〜(7)のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
(9)前記補強絶縁層が、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミドおよびポリフェニレンスルフィドから選択される少なくとも1種を含有する熱可塑性樹脂で構成され、かつ該熱可塑性樹脂を押出成形してなることを特徴とする(1)〜(8)のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
(10)前記アルミニウム導体の断面形状が矩形であることを特徴とする(1)〜(9)のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
(11)アルミニウム導体を使用した絶縁ワイヤの製造方法であって、該アルミニウム導体上にカルボキシ基を含むワニスを焼き付けて密着層を形成し、該密着層の外層に絶縁層を設けた後、該絶縁層の外層に熱可塑性樹脂を押出成形して補強絶縁層を形成し、製造することを特徴とする絶縁ワイヤの製造方法。
本発明においては、密着層2、絶縁層3および補強絶縁層4の合計厚さは、50μm以上が好ましく、密着層2および絶縁層3の合計厚さは、85μm以下が好ましく、補強絶縁層4の厚さは200μm以下が好ましい。また、絶縁層3を構成する樹脂の融点またはガラス転移温度は180℃以上が好ましい。
なお、図1および図2においては、補強絶縁層4の外側にさらに最外層5を設けているが、最外層5を設けることは必須ではなく、補強絶縁層4が最外層5となっていてもよい。
従って、本発明の絶縁ワイヤは、耐熱巻線用として好適であり、例えば、インバータ関連機器、高速スイッチング素子、インバータモーター、変圧器等の電気機器コイルや宇宙用電気機器、航空機用電気機器、原子力用電気機器、エネルギー用電気機器、自動車用電気機器用のマグネットワイヤ等に用いることができる。特に耐インバータサージ絶縁ワイヤとして好ましく適用できる。
すなわち、本発明の一つの好適な実施態様は、矩形状の断面を有する導体1の外周に、少なくとも1層の密着層2および絶縁層3と、その外側に少なくとも1層の補強絶縁層4を有し、該断面において、該断面において対向する一方の2辺の各々の辺において、いずれも密着層2、絶縁層3および補強絶縁層4の合計厚さが、50μm以上、密着層2および絶縁層3の合計厚さが85μm以下、補強絶縁層4の厚さが200μm以下の絶縁ワイヤである。
密着層および絶縁層の合計厚さは、20μm〜85μmが好ましく、30μm〜60μmがさらに好ましく、35μm〜50μmが特に好ましい。
補強絶縁層の厚さは、30μm〜200μmが好ましく、50μm〜180μmがさらに好ましく、70μm〜150μmが特に好ましい。
すなわち、モーター等のステータースロット内で起きる部分放電には、スロットと電線の間で起きる場合、および電線と電線の間で起きる場合の2種類ある。そこで、絶縁ワイヤの断面形状において、絶縁層のフラット面8に設けられた補強絶縁層の厚さと、絶縁層のエッジ面9に設けられた補強絶縁層の厚さとが異なる絶縁ワイヤを用いることによって、部分放電開始電圧の値を維持しつつ、モーターのステータースロット内の全断面積に対する導体のトータル断面積の割合(占積率)を向上させることができる。
なお、図3に示すように、フラット面8とは平角線の矩形状の導体1において、対向する2辺のうち長辺の対を表し、エッジ面9とは平角線の矩形状の導体1において、対向する2辺のうち短辺の対を表す。また、密着層、絶縁層、補強絶縁層、最外層等の層をまとめて被膜層7として示した。
本発明の絶縁ワイヤにおける導体としては、絶縁ワイヤで用いられているアルミニウム(以下、単に「アルミ」とも称す。)を広く使用することができるが、好ましくは、アルミの純度(含有量)が95%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上の高純度のアルミニウム導体である。アルミニウム含有量が95%以上であれば、加熱老化による劣化を抑制できる。また酸素成分が少ないと、溶接した場合に外観不良を起こす確率を大幅に低減可能である。
導体の大きさは特に限定されないが、断面が円形の場合は直径で0.3〜3.0mmが好ましく、0.4〜2.7mmがより好ましい。
平角形状の導体は、角部からの部分放電を抑制するという点において、図1および3に示すように4隅に面取り(曲率半径r)を設けた形状であることが望ましい。曲率半径rは、0.6mm以下が好ましく、0.2〜0.4mmがより好ましい。
断面が矩形である場合も、導体の大きさは特に限定されないが、幅(長辺)は1〜5mmが好ましく、1.4〜4.0mmがより好ましく、厚さ(短辺)は0.4〜3.0mmが好ましく、0.5〜2.5mmがより好ましい。幅(長辺)と厚さ(短辺)の長さの割合は、1:1〜1:4が好ましい。
本発明において、密着層とは導体と接している熱硬化性樹脂層であり、さらに接している成分が変わらない限り1層として扱うものである。すなわち、熱硬化性樹脂で少なくとも1層に形成され、導体上に直接塗られている限りにおいて1層であっても複数層であってもよい。なお、熱硬化性樹脂を含むワニスを導体上に直接塗布、焼付けを行い、厚さを増すために複数回、同じワニスを使用して、塗布、焼付けを繰り返す場合は1層である。
本発明において密着層の厚さは、皮膜全体の強度を考慮すると20μm未満が好ましく、一方、ステータースロットに対する占積率の観点から、上限値は15μm以下がより好ましく、10μm以下がさらに好ましく、5μm以下が特に好ましい。
密着層の厚さの下限は、1μm以上が好ましく、3μm以上がより好ましい。
本発明では、このようなワニスを使用することで、焼付け後の条件によらずアルミニウム導体との密着力を十分に高くすることが可能である。これは、適量存在するカルボキシ基がアルミニウムとイオン結合や錯結合によって強固に結合することによるものである。
絶縁層に使用できる熱可塑性樹脂としては、ポリアミド(PA)(ナイロン)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンエーテル(変性ポリフェニレンエーテルを含む)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、シンジオタクチックポリスチレン樹脂(SPS)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、超高分子量ポリエチレン等の汎用エンジニアリングプラスチックの他、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、非晶性熱可塑性ポリイミド樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂(TPI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエステルイミド(PEsI)、液晶ポリエステル等のスーパーエンジニアリングプラスチック、さらに、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)をベース樹脂とするポリマーアロイ、ABS/ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル/ナイロン6,6、ポリフェニレンエーテル/ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート/ポリカーボネート等の前記エンジニアリングプラスチックを含むポリマーアロイが挙げられる。
本発明においては、耐熱性と耐ストレスクラック性の点において、シンジオタクチックポリスチレン樹脂(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、熱可塑性ポリイミド樹脂(TPI)を特に好ましく用いることができる。
また、上記に示した樹脂名によって使用樹脂が限定されるものではなく、先に列挙した樹脂以外にも、それらの樹脂より性能的に優れる樹脂であれば使用可能であるのは勿論である。
本発明においては、可とう性と耐熱性が共に優れるという点において、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミドが好ましく、ポリイミド、ポリアミドイミドがより好ましい。
また、上記に列挙した樹脂以外にも、それらの樹脂より性能的に優れる樹脂であれば使用可能であるのは勿論である。
なお、本発明では、融点やガラス転移温度の上限は、特に限定されるものではないが、現実的には、融点は450℃以下であり、非晶性樹脂のガラス転移温度は350℃以下である。
ガラス転移温度が180℃以上である非晶性の熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂としては、熱可塑性ポリイミド樹脂(Tg.250℃)、ポリイミド(PI)(Tg.400℃以上)、ポリアミドイミド(PAI)(Tg.280〜290℃)、シンジオタクチックポリスチレン樹脂(SPS)(Tg.280℃)、ポリエステルイミド(PEsI)(Tg.180℃)等が挙げられ、中でもポリイミドまたはポリアミドイミドが好ましい。
ここで、主成分とは、絶縁層を構成する樹脂の50質量%を超えることを意味し、55質量%以上が好ましく、65質量%以上がより好ましく、75質量%以上がさらに好ましい。
また、絶縁ワイヤに必要な特性である、耐電圧性、耐熱性を損なわないためには、密着層がある程度の厚さを有しているのが好ましい。熱硬化性樹脂の1回の焼き付けあたりの厚さは、ピンホールが生じない程度の厚さであれば特に制限されるものではなく、好ましくは2μm以上、更に好ましくは6μm以上である。
この好適な実施態様においては、一方の2辺および他方の2辺に設けられた密着層および絶縁層の合計厚さの少なくとも一方の2辺の各々の辺での合計厚さがいずれも85μm以下になっている。
熱可塑性樹脂をエナメル線上に被覆する方法は、常法でよく、例えば、得られたエナメル線を心線とし、押出機のスクリューを用いて熱可塑性樹脂をエナメル線上に押出被覆する方法が挙げられる。この際、押出被覆樹脂層の断面の外形の形状が導体の形状と相似形で、所定の辺部およびコーナー部の厚さが得られる形状になるように、熱可塑性樹脂の融点以上の温度(非晶性樹脂の場合にはガラス転移温度以上)で押出ダイを用いて熱可塑性樹脂の押出被覆を行う。
なお、有機溶媒等と熱可塑性樹脂を用いて熱可塑性樹脂層を形成することもできる。
エナメル線上に押出被覆もしくは焼付により前記中間層を形成し、前記中間層上にさらに押出被覆により熱可塑性樹脂層を形成することもできる。
本発明の絶縁ワイヤにおける補強絶縁層は、部分放電開始電圧の高い絶縁ワイヤを得るために、密着層および絶縁層の外側に少なくとも1層設けられ、1層であっても複数層であってもよい。
補強絶縁層は熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂から選ばれていればよく、また、補強絶縁層を形成する方法は押出成形でも絶縁テープ巻きつけでもよい。
補強絶縁層が熱可塑性樹脂の場合には、その皮膜厚さを安定化するために押出成形が好ましい。耐熱性、耐化学薬品性に優れた熱可塑性樹脂として、本発明においては、例えば、エンジニアリングプラスチックまたはスーパーエンジニアリングプラスチックの熱可塑性樹脂が好適である。
補強絶縁層の成形をワニス焼付け以外の成形方法で行うと、焼付け工程を増やす必要がなく、すなわち導体に加える熱量を大幅に低減することができるので、耐熱老化特性や加工性が向上し、好ましい。
一方、補強絶縁層の厚さは、絶縁不良を防止できる点で、20μm以上が好ましく、50μm以上がより好ましく、60μm以上がさらに好ましい。
この好適な実施態様においては、一方の2辺および他方の2辺に設けられた補強絶縁層の厚さが、それぞれ200μm以下が好ましく、180μm以下がより好ましく、130μm以下がさらに好ましい。
結晶化度は、示差走査熱量分析(DSC)を用いて測定できる値で、結晶性の熱可塑性樹脂が規則正しく配列している程度を示す。結晶化度は、例えば熱可塑性樹脂にポリフェニレンスルフィド(PPS)を用いた場合には、無発泡領域を適量採取し、例えば5℃/minの速度で昇温させ、300℃を超える領域で見られる融解に起因する吸熱量(融解熱量)と150℃周辺で見られる結晶化に起因する発熱量(結晶化熱量)とを算出し、融解熱量に対する、融解熱量から結晶化熱量を差し引いた熱量の差分を、結晶化度とする。計算式を以下に示す。
ここでの最外層は、絶縁性能とは異なる機能を付与することができる。例えば融着層、耐コロナ放電層、耐部分放電層、半導電層、耐光層、着色層が挙げられる。その結果、絶縁ワイヤ被膜としての絶縁性能が変化していても問題にならない。また、最外層を設けることは必須ではなく、前記補強絶縁層が最外層となっていてもよい。
最外層が前記補強絶縁層でない場合には、最外層の厚さは5〜50μmが好ましく、10〜30μmがより好ましい。
この好適な実施態様においては、一方の2辺および他方の2辺に設けられた密着層、絶縁層および補強絶縁層の合計厚さそれぞれが50μm以上になっている。このように、密着層および絶縁層の合計厚さを85μm以下、補強絶縁層の厚さを200μm以下、かつ密着層、絶縁層および補強絶縁層の合計厚さを50μm以上にすると、少なくとも、絶縁ワイヤの部分放電開始電圧の向上、すなわちインバータサージ劣化の防止、導体および密着層の接着強度、および、皮膜の接着強度を満足できる。なお、導体上の全皮膜の合計厚さは、280μm以下が好ましく、加工前後での電気絶縁性維持特性を考慮し、問題なく加工できるためには250μm以下がより好ましい。
この好適な実施態様における絶縁ワイヤは、後述するように、アルミ導体と密着層との接着強度に優れ、さらに耐熱老化特性等にも優れている。
この好適な実施態様における絶縁ワイヤは、1000時間はもちろん、1500時間であっても、皮膜のいずれの層にも亀裂が確認できず、耐熱老化特性に優れ、高温の環境で使用されてもより一層長期間にわたって信頼性を保つことができる。
この好適な実施態様における絶縁ワイヤは、上述の目盛値と使用した荷重の積が2000gf以上になる。
なお、密着層、絶縁層および補強絶縁層は上述の密着層、絶縁層および補強絶縁層と基本的に同様である。
ここで、耐部分放電性物質とは、部分放電劣化を受けにくい絶縁材料で、電線の絶縁皮膜に分散させることで、課電寿命特性を向上させる作用を有する物質を言う。耐部分放電性物質としては、例えば、酸化物(金属もしくは非金属元素の酸化物)、窒化物、ガラス、マイカ等があり、具体例としては、シリカ、二酸化チタン、アルミナ、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、窒化ガリウム等の微粒子等が挙げられる。
また、耐部分放電性物質を「実質的に含有していない」とは、耐部分放電性物質を絶縁層および補強絶縁層に積極的に含有させないことを意味し、完全に含有していない場合に加えて、本発明の目的を損なわない程度の含有量が含有されている場合も包含する。例えば、本発明の目的を損なわない程度の含有量として、絶縁層および補強絶縁層を形成する樹脂成分100質量部に対して30質量部以下の含有量が挙げられる。特に粉体を添加する場合には、分散剤を添加してもよい。
この部分放電開始電圧の低下を防止するためには、曲げの円弧内側にシワが生じないようにする必要があり、絶縁層と補強絶縁層との間に接着機能を有する層を導入して接着強度をさらに高めることで、上記のようなシワの発生を高度に防ぐことができる。
すなわち、本発明の絶縁ワイヤは、密着層とアルミ導体との接着強度が高いことにより高い耐摩耗性を発揮するものであり、絶縁層と補強絶縁層との間に接着層を設けることで、より一層高い耐摩耗性を発揮し、強い加工によって皮膜が破壊されることを効果的に防止できる。
具体的には、例えば、絶縁多層中で熱硬化性樹脂の層(例えば、本発明の絶縁層)と熱可塑性樹脂の層(例えば、本発明の補強絶縁層)が隣り合っていると2層間の接着力が低くなる場合が存在する。この場合、2層の間にワニス化された熱可塑性樹脂を焼き付けて接着層とし、絶縁層と補強絶縁層とを熱融着させることで、高い加工性を有する絶縁ワイヤを製造することができる。
接着層を形成する熱可塑性樹脂をワニス化する溶剤は、選択した熱可塑性樹脂を溶解させ得る溶剤であればいずれでもよい。
絶縁ワイヤは、図1および図2に示すように、アルミニウム導体1上に、前述の、カルボキシ基を含むワニスを塗布し、焼付け、密着層2を形成し、該密着層2の外層に絶縁層3を設けた後、該絶縁層3の外層に熱可塑性樹脂を押出成形して補強絶縁層4を形成し、製造することが好ましい。また、必要により、該補強絶縁層4の外層に最外層5を形成することも好ましい。
なお、被覆層の厚さは、特に断りのない限り、4辺のいずれの辺においても同じ厚さである。
各ワニスはディップコーティングにより塗布し、ダイスによって塗布量を調節した。具体的には、断面矩形(長辺3.0mm×短辺1.6mmで、四隅の面取りの曲率半径r=0.5mm)の平角導体(純度99%のアルミニウム製)に、ポリイミド(PI−1)(ユニチカ社製、商品名:Uイミド)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)で樹脂成分20質量%に調整したポリイミドワニスを塗布し、5mの自然対流式の堅型炉で、炉温500℃、通過時間30秒の条件で焼付けて厚さ5μmの密着層を形成した。
次いで、密着層上に、上記のポリイミド(PI−1)(ユニチカ社製、商品名:Uイミド)ワニスとポリアミドイミド(PAI−2)ワニス〔日立化成社製、商品名:HPC−5000、固形分濃度30%、溶剤組成比(質量):NMP/キシレン=70/30)〕を等質量で混合して得られた、固形分質量比でポリイミド:ポリアミドイミドが39:61の混合ワニスを塗布し、5mの自然対流式の堅型炉で、炉温500℃、通過時間30秒の条件で焼付けて厚さ30μmの絶縁層を形成した。
さらにこの上層に押出ダイを用いてポリフェニレンスルフィド(PPS)(東レ社製、商品名:トレリナ)の押出被覆を行った後、10秒の時間を空けて水冷して厚さ100μmの補強絶縁層を形成し、絶縁ワイヤを作製した。
実施例1と同様にして、下記表1の構成の絶縁ワイヤを作製した。
ただし、絶縁層は、ポリイミド/ポリアミドイミドの混合ワニスの替わりに、密着層とは異なるタイプのポリイミド(PI−2)ワニス〔荒川化学社製、商品名:コンポセランH850D(硬化残分15%、硬化残分中シリカ2質量%のN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)溶液)〕を用い、補強絶縁層は、PPSの替わりにポリエーテルエーテルケトン(PEEK)(ソルベイスペシャリティポリマーズ社製、商品名:キータスパイア)を用いた。
実施例1と同様にして、実施例1で用いたアルミニウム導体上に、下記表1の構成の密着層、絶縁層および補強絶縁層を設けた。
ただし、絶縁層は、ポリイミド/ポリアミドイミド混合ワニスの替わりにポリアミドイミド(PAI−2)ワニス〔日立化成社製、商品名:HPC−5000、固形分濃度30%、溶剤組成比(質量):NMP/キシレン=70/30)〕を用い、補強絶縁層は、PPSの替わりに、実施例2で使用したポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を用いた。
上記補強絶縁層上に、ポリウレタン(東特塗料社製、商品名:TPU F2−NCA)をクレゾールで樹脂成分30質量%に調整したワニスを塗布し、続いて焼付けすることで、厚さ5μmの最外層を形成することで、絶縁ワイヤを作製した。
実施例1と同様にして、下記表1の構成の絶縁ワイヤを作製した。
ただし、アルミニウム導体は、下記表1の純度のものを使用し、密着層は、ポリイミドの替わりにポリエステルイミド(PEsI)(東特塗料社製、商品名:Neoheat 8600A)を用いた。
実施例3と同様にして、下記表1の構成の絶縁ワイヤを作製した。
ただし、アルミニウム導体は、下記表1の純度のものを使用し、密着層は、ポリイミドの替わりに、ポリエステル(PEst)(東特塗料社製、商品名:LITON 2100S)を用い、絶縁層は、ポリアミドイミドの替わりに、実施例1で使用したポリイミド(PI−1)/ポリアミドイミド(PAI−2)混合ワニスを用い、最外層は、ポリウレタンの替わりに、ポリアミドイミド(PAI−2)ワニス〔日立化成社製、商品名:HPC−5000、固形分濃度30%、溶剤組成比(質量):NMP/キシレン=70/30)〕を用いた。
実施例1と同様にして、実施例1で用いたアルミニウム導体上に、下記表1の構成の密着層および絶縁層を設けた。
ただし、アルミニウム導体の純度は、下記表1の純度のものを使用し、密着層は、ポリイミドの替わりに、ポリアミドイミド(PAI−1)ワニス〔日立化成株式会社製、商品名:HI−406(樹脂成分32質量%のNMP溶液)〕を用い、絶縁層は、ポリイミド/ポリアミドイミド混合ワニスの替わりに、上記密着層とは異なるタイプのポリアミドイミド(PAI−2)ワニス〔日立化成社製、商品名:HPC−5000、固形分濃度30%、溶剤組成比(質量):NMP/キシレン=70/30)〕を用いた。
さらに絶縁層上にポリアミド紙(米国デュポン社製、商品名:ノーメックス紙)をテープ巻きすることで補強絶縁層を形成し、補強絶縁層上に押出ダイを用いて熱可塑性ポリイミド(TPI)(三井化学社製、商品名:オーラム)を押出被覆を行った後、10秒の時間を空けて水冷することで、厚さ10μmの最外層を形成し、絶縁ワイヤを作製した。
実施例6と同様にして、下記表1の構成の密着層、絶縁層および補強絶縁層を設けた。
ただし、密着層は、ポリアミドイミドの替わりにポリエーテルイミド(PEI)(SABICイノベーティブプラスチックス社製、商品名:ウルテム)を用い、絶縁層は、ポリアミドイミドの替わりに、実施例1で使用したポリイミド(PI−1)/ポリアミドイミド(PAI−2)混合ワニスを用い、ポリアミド紙の替わりにポリイミドテープ(東レ・デュポン社製、商品名:カプトン)を用いた。なお、実施例6とは異なり、最外層は設けなかった。
実施例6と同様にして、下記表2の構成の密着層、絶縁層、補強絶縁層および最外層を設けた。
ただし、密着層は、ポリアミドイミドの替わりに、実施例1の絶縁層で使用したポリイミド(PI−1)/ポリアミドイミド(PAI−2)混合ワニスを用い、絶縁層は、ポリアミドイミドの替わりに、実施例4の密着層で使用したポリエステルイミド(PEsI)を用いた。
実施例1と同様にして、下記表2の構成の密着層、絶縁層および補強絶縁層を設けた。
ただし、アルミニウム導体の純度は、下記表2の純度のものを使用し、補強絶縁層は、PPSの替わりに、実施例2で使用したPEEKを用いた。
さらに補強絶縁層上に押出ダイを用いてポリアミド(東レ社製、商品名:アミラン 66ナイロン)を押出被覆を行った後、10秒の時間を空けて水冷することで、厚さ20μmの最外層を形成した。
実施例9と同様にして、下記表2の構成の密着層、絶縁層、補強絶縁層および最外層を設けた。
ただし、アルミニウム導体の純度は、下記表2の純度のものを使用し、補強絶縁層は、PEEKの替わりにポリブチレンテレフタレート(PBT)(三菱エンジニアリングプラスチックス社製、商品名:ノバデュラン;Tg225℃)を用いた。
実施例1と同様にして、下記表2の構成の密着層、絶縁層および補強絶縁層を設けた。
実施例9と同様にして、下記表2の構成の密着層、絶縁層、補強絶縁層および最外層を設けた。
ただし、絶縁層は、ポリイミド/ポリアミドイミド混合ワニスの替わりに、実施例1の補強絶縁層で使用したポリフェニレンスルフィド(PPS)を用いた。
実施例1と同様にして、下記表2の構成の密着層、絶縁層および補強絶縁層を設けた。
ただし、絶縁層は、ポリイミド/ポリアミドイミド混合ワニスの替わりに、密着層とは異なる対応のポリイミド(PI−2)ワニス〔荒川化学社製、商品名:コンポセランH850D(硬化残分15%、硬化残分中シリカ2質量%のDMAc溶液)〕を用い、補強絶縁層は、PPSの替わりに、実施例6の最外層で使用した熱可塑性ポリイミド(TPI)を用いた。
実施例1と同様にして、下記表3の構成の密着層、絶縁層および補強絶縁層を設けた。
ただし、導体は、純度99%のアルミニウム導体を純度99%の銅導体に変更した。
比較例1と同様にして、下記表3の構成の密着層、絶縁層および補強絶縁層を設けた。
ただし、密着層は、ポリイミドに替えて、実施例6で使用したポリアミドイミド(PAI−1)を用い、補強絶縁層は、実施例2で使用したポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を用いた。
実施例1と同様にして、下記表3の構成の密着層、絶縁層および補強絶縁層を設けた。
ただし、密着層は、ポリイミドの替わりに、実施例1の補強絶縁層で使用したポリフェニレンスルフィド(PPS)を導体上に押出ダイを用いて押出被覆を行った。
実施例2で使用したアルミニウム導体上に、押出ダイを用いて、実施例2で使用したPEEKを用いて、押出被覆を行った後、10秒の時間を空けて水冷し、下記表3に記載の厚みの補強絶縁層を形成し、絶縁ワイヤを作製した。
実施例1と同様にして、下記表3の構成の密着層および絶縁層を設けた。
なお、実施例1とは異なり、補強絶縁層は設けなかった。
ここで、ポリイミドとポリアミドイミドには、それぞれ異なる対応の樹脂があるため、PI−1、PI−2、PAI−1、PAI−2と区別して表記した。
また、以下の表1〜3においては、以下の略称を用いて表記した。
PI−1(ユニチカ社製、商品名:Uイミド;酸価 KOH180mg/g)
PEsI(東特塗料社製、商品名:Neoheat 8600A;酸価 KOH150mg/g)
PEst(東特塗料社製、商品名:LITON 2100S;酸価 KOH20mg/g)
PAI−1(日立化成社製、商品名:HI−406;酸価 KOH10mg/g)
PAI−2(日立化成社製、商品名:HPC−5000;酸価 KOH20〜40mg/g)
PEI(SABICイノベーティブプラスチックス社製、商品名:ウルテム;KOH10mg/g)
PPS(東レ社製、商品名:トレリナ;カルボキシ基を有さず、酸価 KOH0mg/g)
PI−1(ユニチカ社製、商品名:Uイミド;Tg400℃以上)
PI−2(荒川化学社製、商品名:コンポセランH850D;Tg400℃以上)
PAI−2(日立化成社製、商品名:HPC−5000;Tg280℃)
PEsI(東特塗料社製、商品名:Neoheat 8600A;Tg180℃)
PPS(東レ社製、商品名:トレリナ;Tg278℃)
PPS(東レ社製、商品名:トレリナ;Tm278℃)
PEEK(ソルベイスペシャリティポリマーズ社製、商品名:キータスパイアKT−820;Tm340℃)
ポリアミド紙(米国デュポン社製、商品名:ノーメックス紙;Tg260℃)
ポリイミドテープ(東レ・デュポン社製、商品名:カプトン;Tg400℃以上)
PBT(三菱エンジニアリングプラスチックス社製、商品名:ノバデュラン;Tg225℃)
TPI(三井化学社製、商品名:オーラム;Tg250℃)
ポリウレタン(東特塗料社製、商品名:TPU F2−NCA)
PAI−2(日立化成社製、商品名:HPC−5000)
TPI(三井化学社製、商品名:オーラム)
ポリアミド(東レ社製、商品名:アミラン 66ナイロン)
絶縁層10mgを、示差走査熱量分析装置「DSC−60」(島津製作所製)を用いて、昇温速度5℃/minの条件で測定し、180℃を超える温度領域で観察される、結晶性樹脂の場合には融解ピークもしくは非晶性樹脂の場合にはガラス転移温度に起因する熱量のピーク温度を読み取って、それぞれ融点(Tm)もしくはガラス転移温度(Tg)とした。なお、ピーク温度が複数存在する場合には、より高温のピーク温度を融点とする。
絶縁ワイヤの部分放電開始電圧の測定には、部分放電試験機「KPD2050」(菊水電子工業製)を用いた。断面形状が方形の絶縁ワイヤの場合には2本の絶縁ワイヤの長辺となる面同士を長さ150mmにわたって隙間が無いように密着させた試料を作製した。丸導体の場合には2個撚り法によるツイストペアを作製した。この2本の導体間に電極をつなぎ正弦波50Hzの交流電圧を印加して、連続的に昇圧させながら放電電荷量が10pCのときの電圧(実効値)を、測定した。測定温度は25℃、50%RHとした。部分放電開始電圧は、下記のDakinの実験式により、絶縁皮膜の厚さを50μmとしたときの部分放電開始電圧に換算し、評価した。
読み取った電圧のピーク電圧(Vp)が1000以上のものを使用条件において部分放電が発生しにくいと判断して「A+」、800以上1000未満のものを部分放電がやや発生しにくいと判断して「A」、600以上800未満のものを部分放電の発生の可能性はあるがその確率が低いと判断して「B」、600未満のものを放電が発生しやすいものと判断して「C」と示した。
導体と皮膜との加工性は、JIS C 3216−3巻線試験方法の、5.可とう性及び密着性、5.1巻付け試験と同じ要領で行い、密着層の浮きが生じるまでの回転数で評価することができる。矩形断面の平角線においても同様に行うことができる。
密着層の浮きが生じるまでの回転数が15回転以上であるものを密着性良しとし「A+」、10回転以上15回転未満のものをアルミ導体において加工に耐えうるとし「A」、5回転以上10回転未満のものを加工時に皮膜の剥がれ等発生する可能性が高いとし「B」、5回未満もしくはねじり法のサンプル作製時の皮膜に切り込みを入れる際に既に剥離が発生するものを「C」とした。
耐摩耗性は、JIS C 3216−3巻線試験方法の、6.耐磨耗(エナメル丸線に適用)と同じ要領で、矩形断面の平角線の場合は四隅のコーナーについて評価した。具体的には、JIS C 3216−3で決められた摩耗試験機を用いて、25℃の条件下で、ある荷重下で皮膜が剥離するまで一方向に滑らせ、皮膜が剥離した目盛を読み取り、この目盛値と使用した荷重との積で評価した。
一方向摩耗試験の結果が2800gf以上であった場合を摩耗性が非常に優れたものとし「A+」、2000gf以上2800gf未満であった場合を好適なものとし「A」、800gf以上2000gf未満で摩耗性がやや弱い場合を「B」、800gf未満を巻線線としての要求を満たさないとして「C」で示した。
絶縁ワイヤの耐熱老化特性を、JIS C 3216−3巻線試験方法の、5.可とう性及び密着性、5.1巻付け試験に従って巻き付けたものを、190℃に設定した高温槽へ投入した。1000時間および1500時間静置した後の、皮膜に亀裂の有無がないかを目視にて調べた。1000時間静置した後にも皮膜に亀裂等の異常が確認できなかった場合を「A」、1500時間静置した後にも全ての皮膜に亀裂等の異常が確認できなかった場合を「A+」で示した。なお、1000時間静置した後に絶縁層層および補強絶縁層の少なくとも一方に亀裂等の異常が確認できた場合は絶縁体として作用するため合格として「B」、絶縁層および補強絶縁層の両方に亀裂等の異常が確認できた場合には不合格として「C」で示した。
従来の絶縁体として考えた場合には耐熱老化特性は評価「A」または「B」でもよいが、より一層長期間にわたって優れた耐熱老化特性が要求される場合には評価「A+」であることが好ましい。
絶縁ワイヤの加工後の導体破断強度の測定は絶縁ワイヤの密着層、絶縁層、補強絶縁層、最外層を剥離して導体を露出させ、この導体についてJIS C 3216−3巻線試験方法の5.2密着性のJA.5.2.2エナメル平角線を参考に、長さ約35cmの試験片3本をとり,それぞれについて標線距離を250mmとして1分間当たり300mmの引張速さで破断するまで伸ばした時の強度を測定した。80N/mm2以上を巻線として特に良好な強度を持つものとして「A+」、40N/mm2以上80N/mm2未満を巻線として良好な強度を持つものとして「A」、20N/mm2以上40N/mm2未満を充分な強度を持つものとして「B」、20N/mm2未満を巻線としての強度が不足している不合格として「C」で示した。
導体断面形状が円形の場合には、全周のうち4点の平均の各層厚さを測定値とした。また、断面矩形の場合には4辺のうち、2つの短辺の中心部分の平均厚さを、それぞれ密着層厚さ、絶縁層厚さ、密着層+絶縁層の厚さ、補強絶縁層厚さ、密着層+絶縁層+補強絶縁層の厚さ、最外層厚さとした。
なお、表1〜3では、アルミニウム導体を「アルミ」と略した。
これに対して、銅製の導体を使用した比較例1および2では、耐熱老化特性が不十分である。また、押出被覆により密着層を形成した比較例3では、導体と皮膜層との密着性が悪く、耐熱老化特性も不十分である。押出被覆により補強絶縁層のみが導体上に形成された比較例4では、密着性、耐摩耗性および耐熱老化特性がいずれも不十分であり、補強絶縁層を有さない比較例5では、部分放電開始電圧、密着性、耐熱老化特性および導体破断強度がいずれも不十分であった。
2 密着層
3 絶縁層
4 補強絶縁層
5 最外層
6 絶縁ワイヤ(電線)
7 被膜層
8 フラット面
9 エッジ面
10 スロット
Claims (11)
- アルミニウム導体を使用した絶縁ワイヤであって、該アルミニウム導体上にカルボキシ基を含むワニスを焼き付けてなる密着層を有し、該密着層の外層に絶縁層を有し、さらに該絶縁層の外層に補強絶縁層を有することを特徴とする絶縁ワイヤ。
- 前記密着層および前記絶縁層の厚さの合計が85μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の絶縁ワイヤ。
- 前記絶縁層を構成する樹脂が、融点180℃以上の結晶性樹脂またはガラス転移温度180℃以上の非晶性樹脂であることを特徴とする請求項1または2に記載の絶縁ワイヤ。
- 前記ワニスが、ポリアミック酸を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
- 前記補強絶縁層が熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
- 前記アルミニウム導体のアルミニウムの純度が95%以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
- 前記絶縁層を構成する樹脂が、ガラス転移温度180℃以上の熱硬化性樹脂からなり、該絶縁層を構成する樹脂の50質量%を超える樹脂が、ポリアミドイミドまたは/およびポリイミドであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
- 前記絶縁層を構成する樹脂が、ガラス転移温度180℃以上の熱硬化性樹脂からなり、該絶縁層を構成する樹脂の50質量%を超える樹脂が、ポリアミドイミドおよびポリイミドの混合樹脂であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
- 前記補強絶縁層が、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミドおよびポリフェニレンスルフィドから選択される少なくとも1種を含有する熱可塑性樹脂で構成され、かつ該熱可塑性樹脂を押出成形してなることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
- 前記アルミニウム導体の断面形状が矩形であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の絶縁ワイヤ。
- アルミニウム導体を使用した絶縁ワイヤの製造方法であって、該アルミニウム導体上にカルボキシ基を含むワニスを焼き付けて密着層を形成し、該密着層の外層に絶縁層を設けた後、該絶縁層の外層に熱可塑性樹脂を押出成形して補強絶縁層を形成し、製造することを特徴とする絶縁ワイヤの製造方法。
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