JP2016126866A - 絶縁電線およびコイル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平角導体上に熱可塑性樹脂層を有し、該平角導体の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度と該平角導体の他の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度とが互いに異なる絶縁電線。
【選択図】図1
Description
本発明は、絶縁被覆層の導体への密着性に優れ、かつ、コイルに加工する際に絶縁被覆層の剥離や亀裂が抑制される絶縁電線および該絶縁電線を用いたコイルを提供することを目的とする。
(1)平角導体上に熱可塑性樹脂層を有し、該平角導体の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度と該平角導体の他の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度とが互いに異なる絶縁電線。
(2)前記平角導体の1対の対向する辺に対する前記熱可塑性樹脂層と前記平角導体との密着強度と、前記平角導体の他の1対の対向する辺に対する前記熱可塑性樹脂層と前記平角導体との密着強度との差が10gf/mm〜50gf/mmであることを特徴とする(1)に記載の絶縁電線。
(3)前記熱可塑性樹脂層を構成する熱可塑性樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリケトン、ポリフェニレンサルファイドおよび熱可塑性ポリイミドからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする(1)または(2)に記載の絶縁電線。
(4)前記平角導体が、銅、無酸素銅および銅合金からな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。
(5)前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の絶縁電線が、巻線加工されたことを特徴とするコイル。
また、本明細書において、導体の「辺」は後述の曲率半径を有する導体のコーナー部以外の辺または面を意味する。
また、本明細書において、「導体のコーナー部」とは、所定の曲率半径で形成された導体の曲部を意味する。
また、本明細書において、平角導体は、横断面がコーナー部に後述の曲率半径を有する略長方形の導体および横断面がコーナー部に後述の曲率半径を有する略正方形の導体の両方を含む意味である。
本発明の絶縁電線は、断面における4つのコーナーが曲率半径rを有する平角導体上に、熱可塑性樹脂層を有する。本発明の絶縁電線は、平角導体上に熱可塑性樹脂層を有し、該平角導体の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度と、該平角導体の他の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度が異なる。
なお、平角導体のコーナー部に対する熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度は、該平角導体の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度と、平角導体の他の1対の対向する辺に対する熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度のうち、どちらの密着強度と同じであってもよく、小さい方の密着強度と同じであることが好ましい。
以下、導体が略長方形である場合、2組の1対の対向する辺のうち、長い方を長辺、短い方を短辺ということもある。
図1を参照して本発明の絶縁電線の実施態様を説明すると、図1は、平角導体1の短辺と熱可塑性樹脂層2との界面の密着状態がミクロ的に不均一であることなどにより、密着強度が低くなっている。平角導体1の長辺における熱可塑性樹脂層2の平角導体1との密着強度が、平角導体1の短辺における熱可塑性樹脂層2の平角導体1に対する密着強度よりも大きくなっている。このように密着強度を制御した絶縁電線の調製方法については後述する。
熱可塑性樹脂層2の右側面部2bと左側面部2dの密着強度が異なり、および/または熱可塑性樹脂層2の上部2aと下部2cの密着強度が異なる場合、「1対の対向する辺に対する熱可塑性樹脂層と平角導体との密着強度」とは対向する2つの辺における密着強度の平均値をいう。
図2を参照して本発明の絶縁電線の実施態様を説明すると、平角導体1の長辺における熱可塑性樹脂層2の平角導体1との密着強度が、平角導体1の短辺における熱可塑性樹脂層2の平角導体1に対する密着強度よりも小さくする。この密着強度の大小関係以外は図1と同様である。
以下、導体から順に説明する。
本発明に用いる導体としては、通常、絶縁電線で用いられているものを使用することができ、導電性を有する金属で構成され、その材質は導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウムもしくはアルミニウム合金、又は銅もしくは銅合金が挙げられる。平角導体がアルミニウム合金で構成される場合、低強度ではあるがアルミニウム比率が高い1000系や、Al−Mg−Si系合金、例えば6000系アルミニウム合金の6101合金などが挙げられる。アルミニウム又はアルミニウム合金は、その導電率が銅又は銅合金の約2/3であるものの、比重は約1/3であることから、コイルを軽量化することができ、車両の軽量化、燃費向上に寄与することができる。平角導体が銅又は銅合金で構成される場合、一般的に絶縁電線で用いられているものを使用することができる。本発明に用いる導体として好ましくは、銅線であり、より好ましくは、酸素含有量が30ppm以下の低酸素銅、さらに好ましくは20ppm以下の低酸素銅または無酸素銅の導体である。酸素含有量が30ppm以下であれば、導体を溶接するために熱で溶融させた場合、溶接部分に含有酸素に起因するボイドの発生がなく、溶接部分の電気抵抗が悪化することを防止するとともに溶接部分の強度を保持することができる。
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2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好ましい。曲率半径rは、0.6mm以下が好ましく、0.2〜0.4mmの範囲がより好ましい。
導体の断面の大きさは、特に限定はないが、1対の対向する辺の長さは1〜5mmが好ましく、1.4〜4.0mmがより好ましく、他の1対の対向する辺の長さは0.4〜3.0mmが好ましく、0.5〜2.5mmがより好ましい。1対の対向する辺の長さと厚み他の1対の対向する辺の長さの割合は、1:1〜4:1が好ましい。
本発明では、平角導体上に熱可塑性樹脂で構成される熱可塑性樹脂層を少なくとも1層有する。
2種の熱可塑性樹脂を混合して使用する場合は、例えば両者をポリマーアロイ化して相溶型の均一な混合物として使用するか、非相溶系のブレンドを、相溶化剤を用いて相溶状態を形成して使用することができる。
100μmを超えると密着強度が同等でも剥離しない場合があるので特に100μm以下の厚みにおいて効果が期待できる。また10μm未満においては絶縁破壊電圧が低すぎる為コイル用絶縁電線には適さなない。
上述のように、本発明の絶縁電線は、平角導体上に熱可塑性樹脂層を有し、該平角導体の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度と、該平角導体の他の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度とが異なる。以下、図1を参照して本発明の作用効果について説明する。
図1において、上述のとおり、平角導体1の長辺における熱可塑性樹脂層2の平角導体1との密着強度が、平角導体1の短辺における熱可塑性樹脂層2の平角導体1に対する密着強度よりも大きくなっている。このような本発明の絶縁電線は、コイル加工時に熱可塑性樹脂層2の右側面部2bと左側面部2dはずりの力がかかると絶縁被覆層直下に、絶縁電線の性能に影響を与えない程度の微小な空隙が発生してずれるため、図1に記載の本発明の絶縁電線は、熱可塑性樹脂層2の破断伸びを超える変形を吸収して絶縁被覆層に剥離や割れが生じるのを抑止できる。
ここで、本発明の絶縁電線において、上記「空隙」と異なり、「剥離」が発生すると実用上使用できない程絶縁電線としての性能が低下する。
なお、本発明において、平角導体が略長方形である場合、長辺に対する熱可塑性樹脂層と平角導体との密着強度が平角導体の短辺に対する熱可塑性樹脂層と平角導体との密着強度とが異なればよく、どちらが大きくてもよい。
熱可塑性樹脂層の破断伸びを超える変形を吸収するという観点から、密着強度の差および密着強度が上記範囲内にあることが好ましい。
なお、密着強度の測定法は後述する。
絶縁電線の調製方法は、密着強度が本発明の規定を満たすようにできるものであれば特に制限されないが、例えば、下記の制御による調製方法が挙げられる。
レーザ又はプラズマ照射により、熱可塑性樹脂層との密着強度を小さくする方の平角導体の1対の対向する辺の表面に凹凸を設ける。凹凸を設けた後に熱可塑性樹脂を押出被覆することにより、凹凸を設けなかった平角導体の1対の対向する辺に対する密着強度が、凹凸を設けた平角導体の1対の対向する辺に対する密着強度よりも大きい絶縁電線を得ることができる。
(2)導体表面の温度の違いを利用した調製方法
予め加熱した平角導体に熱可塑性樹脂を押出し被覆することにより絶縁電線を作成する。
平角導体の加熱は、電熱線を内側に備えた管の中を通すことにより行う。例えば、横断面が長方形の管を用いることにより、平角導体の1対の対向する辺と電熱線との距離と、平角導体の他の1対の対向する辺と電熱線との距離は異なる。これらの距離が互いに異なることにより、平角導体の1対の対向する辺の表面温度と平角導体の他の1対の対向する辺の表面温度とを相違させることができる。このように表面温度が調節された平角導体に熱可塑性樹脂を押出し被覆することにより平角導体の1対の対向する辺に対する密着強度と、平角導体の他の1対の対向する辺に対する密着強度とが異なる絶縁電線を得ることができる。
図2に示す絶縁電線を製造した。
導体1には断面平角(長辺3.0mm×短辺1.7mmで、四隅の面取りの曲率半径r=0.3mm)の平角導体(酸素含有量5ppmの銅)を用いた。
電熱線を内側に備えた横断面が長方形の管を用いて、平角導体の短辺の表面の温度が、平角導体の長辺の表面の温度より高くなるように平角導体を加熱した。
この平角導体に、熱可塑性樹脂であるポリエーテルエーテルケトン(PEEK)(商品名:PEEK381G、ビクトレックスジャパン社製)を押出し被覆することにより、熱可塑性樹脂層2の平角導体の長辺に対する密着強度が、熱可塑性樹脂層2の平角導体の短辺に対する密着強度よりも小さいPEEK被覆導体からなる絶縁電線を得た。
PEEK被覆層の厚みは0.03mmであった。また、平角導体の短辺に対する熱可塑性樹脂層2の右側面部22bと左側面部22dの密着強度の値は互いに同じであり、平角導体の長辺に対する熱可塑性樹脂層2の上部22aと下部22cの密着強度も互いに同じ値であった。また、平角導体のコーナー部に対する熱可塑性樹脂層2の密着強度は、平角導体の長辺に対する熱可塑性樹脂層2の上部22aの密着強度と同じであった。
なお、密着強度の測定方法は後述する。
導体1として断面平角(長辺3.0mm×短辺1.7mmで、四隅の面取りの曲率半径r=0.3mm)の平角導体(酸素含有量5ppmの銅)を用いた。熱可塑性樹脂層、平角導体の長辺に対する熱可塑性樹脂層と平角導体との密着強度、平角導体の短辺に対する熱可塑性樹脂層と平角導体との密着強度を下記表1に記載されるように変更した以外は、実施例1と同様にして、熱可塑性樹脂被覆導体からなる図1または図2に示す絶縁電線を得た。
なお、図1で表される絶縁電線おいて、平角導体の短辺に対する熱可塑性樹脂層2の右側面部2bと左側面部2dの密着強度の値は互いに同じであり、平角導体の長辺に対する熱可塑性樹脂層2の上部2aと下部2cの密着強度も互いに同じ値であった。また、平角導体のコーナー部に対する熱可塑性樹脂層2の密着強度は、平角導体の短辺に対する熱可塑性樹脂層2の右側面部2bの密着強度と同じであった。
熱可塑性樹脂層を一部剥離した絶縁電線を引張試験機(島津製作所社製、装置名「オートグラフAG−X」)にセットし、4mm/minの速度で熱可塑性樹脂層を上方へ引き剥がした(180°剥離)。その際に読み取った引張荷重を密着強度(gf/mm)とした。
図3で示す内部が空洞のジグ内に各絶縁電線を通し、端部を持ち引き抜き、引き抜き後の各絶縁電線を目視で確認し、絶縁層に皮膜の剥離もしくは亀裂(割れ)の発生の有無を目視で確認した。具体的な試験方法を以下に記載する。
さらに、電線試料をジグの3a側から通しジグの3c側から電線試料の一方の端部が150mm電線試料が出た状態で、ジグの3d側が下になるように引張試験機(島津製作所社製、装置名「オートグラフAG−X」)にジグと一緒にセットした。ジグの3c側から出ている電線試料の3c側の端部を100mm/minで3aから3cの方向に3bと平行に引っ張り、電線試料とジグを接触させ、絶縁被覆層に剥離もしくは亀裂が発生したか否かを観察した。次に、3bを下にして、上記と同様にジグの3a側から150mm出た状態の電線試料の3a側の端部を引っ張り、電線試料とジグを接触させ、絶縁被覆層に剥離もしくは亀裂が発生したか否かを観察した。
ここまでの工程を1回の引き抜き試験として、各電線試料につきこの引き抜き試験を4回繰り返し実施した。
「◎」、「○」、「●」が合格であり、「△」、「×」が不合格である。
得られた結果を下記表1〜3に示す。
PEEK:ビクトレックスジャパン社製のPEEK381G(商品名)
PPS:ポリプラスチックス社製のジュラファイド0220A9(商品名)
TPI:三井化学社製のオーラムPL450C(商品名)
PES:住友化学株式会社製のスミカエクセル3600G(商品名)
PEI:サビックイノベーティブプラスチックス社製のウルテム1000(商品名)
PET:帝人化成社製のTR−8550T1(商品名)
さらに、実施例1〜22の中でも、実施例1〜3、5、7〜12、14、16〜18、20および21が、より高水準で機械的特性(電線引き抜き試験結果)を満たすことがわかる。
キシレン浸漬後の折り曲げ試験を次のように評価した。1%伸張した直線状の各絶縁電線をキシレン溶液に10秒浸漬させた。浸漬後取出し、絶縁電線を半径が2mmの鉄芯を軸に180°折り曲げ試験を行った。絶縁被覆層に剥離もしくは亀裂のいずれも確認できなかった場合を合格とし、剥離もしくは亀裂のいずれかが発生し目視で確認できた場合を不合格とした。
JIS C 3216−6 「巻線試験方法−第1部:全般事項」の「3.耐熱衝撃(エナメル線及びテープ巻線に適用)」を参照して、1%伸張した直状の各絶縁電線を200℃の恒温槽内に500時間静置した後に、絶縁層に亀裂が発生しているか否かを目視にて確認した。亀裂が確認できなかった場合を合格とし、亀裂が確認できた場合を不合格とした。
2 熱可塑性樹脂層
2a、22a 熱可塑性樹脂層の平角導体上部に接する部分(上部)
2b、22b 熱可塑性樹脂層の平角導体右側面部に接する部分(右側面部)
2c、22c 熱可塑性樹脂層の平角導体下部に接する部分(下部)
2d、22d 熱可塑性樹脂層の平角導体左側面部に接する部分(左側面部)
3a〜3d ジグの各側面
4 電線試料
(1)平角導体上に熱可塑性樹脂層を有し、
前記平角導体の1対の対向する辺に対する前記熱可塑性樹脂層と前記平角導体との密着強度と、前記平角導体の他の1対の対向する辺に対する前記熱可塑性樹脂層と前記平角導体との密着強度との差が5gf/mm〜100gf/mmであることを特徴とする絶縁電線。
(2)前記差が10gf/mm〜50gf/mmであることを特徴とする(1)に記載の絶縁電線。
(3)前記熱可塑性樹脂層を構成する熱可塑性樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリケトン、ポリフェニレンサルファイドおよび熱可塑性ポリイミドからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする(1)または(2)に記載の絶縁電線。
(4)前記平角導体が、銅、無酸素銅および銅合金からな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。
(5)前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の絶縁電線が、巻線加工されたことを特徴とするコイル。
Claims (5)
- 平角導体上に熱可塑性樹脂層を有し、該平角導体の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層と該平角導体との密着強度と該平角導体の他の1対の対向する辺に対する該熱可塑性樹脂層の該平角導体との密着強度とが互いに異なる絶縁電線。
- 前記平角導体の1対の対向する辺に対する前記熱可塑性樹脂層と前記平角導体との密着強度と、前記平角導体の他の1対の対向する辺に対する前記熱可塑性樹脂層と前記平角導体との密着強度との差が10gf/mm〜50gf/mmであることを特徴とする請求項1に記載の絶縁電線。
- 前記熱可塑性樹脂層を構成する熱可塑性樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリケトン、ポリフェニレンサルファイドおよび熱可塑性ポリイミドからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1または2に記載の絶縁電線。
- 前記平角導体が、銅、無酸素銅および銅合金からな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。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の絶縁電線が、巻線加工されたことを特徴とするコイル。
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