JP2017157491A - 絶縁電線及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性及び耐熱性が高く、樹脂ワニスに対する濡れ性が良好な絶縁電線を提供する。【解決手段】絶縁電線１は、導体１０と、該導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１と、該第１絶縁層１１の外表面に形成された第２絶縁層１２と、を備える。第１絶縁層１１は、ポリフェニレンサルファイド又はポリエーテルエーテルケトンからなる層厚が１００μｍ以上の熱可塑性樹脂層である。第２絶縁層１２は、ガラス転位温度が室温以上で融点が１３０℃以上かつ第１絶縁層１１を構成する熱可塑性樹脂の融点以下の熱可塑性樹脂層である。室温における第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度は、０．９Ｎ／ｍｍ２以上である。【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁電線及びその製造方法に関する。

従来からモータや変圧器などの電気機器におけるコイルに用いられる絶縁電線が知られている。絶縁電線は、一般的に、用途及び形状に合致した断面形状に成形された導体の外周に単層又は複数層の絶縁被覆が形成された構造を有している。

一例として、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）と、ＰＰＳよりも高い融点を有する熱可塑性樹脂とを含有するポリマアロイを含む押出成型用樹脂組成物からなる絶縁層を導体の外周上に備える絶縁電線が開示されている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載された絶縁電線は、前記絶縁層を備えることで、高い部分放電開始電圧を示すことができる。

また、導体の外周に、少なくとも１層のエナメル焼き付け層と、その外側に少なくとも１層の押出被覆層を有する絶縁ワイヤが開示されている（下記特許文献２を参照）。特許文献２の絶縁ワイヤは、エナメル焼き付け層と押出被覆樹脂層の厚さの合計が６０μｍ以上であることを特徴としている。特許文献２では、押出被覆樹脂層に用いる樹脂として、ＰＰＳやポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等が例示されている。

特開２０１４―１３６７３８号公報 特開２００５―２０３３３４号公報

例えば、電気機器のコイルに用いられる絶縁電線は、エポキシや不飽和ポリエステルなどの熱硬化性の樹脂ワニスを用いた固着処理が施される。ＰＰＳやＰＥＥＫ等のスーパーエンジニアリングプラスチックは、高い絶縁性及び耐熱性を有する反面、化学的に安定で他の化学物質との親和性が低い。

そのため、絶縁電線の最外層にＰＰＳやＰＥＥＫからなる絶縁層を備える場合、樹脂ワニスに対する濡れ性が低下し、コイルの固着処理が不十分となり、電気機器の信頼性が低下する虞がある。また、ＰＰＳやＰＥＥＫからなる絶縁層をその他の熱可塑性樹脂からなる絶縁層によって被覆すると、絶縁層間の剪断接着強度が低下して、絶縁電線の絶縁性及び耐熱性を低下させる虞がある。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、絶縁性及び耐熱性が高く、樹脂ワニスに対する濡れ性が良好な絶縁電線及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明の絶縁電線は、導体と、該導体の外表面に形成された第１絶縁層と、該第１絶縁層の外表面に形成された第２絶縁層と、を備える絶縁電線であって、前記第１絶縁層は、ポリフェニレンサルファイド又はポリエーテルエーテルケトンからなる層厚が１００μｍ以上の熱可塑性樹脂層であり、前記第２絶縁層は、ガラス転位温度が室温以上で、融点が１３０℃以上かつ前記第１絶縁層を構成する熱可塑性樹脂の融点以下の熱可塑性樹脂層であり、室温における前記第１絶縁層と前記第２絶縁層との剪断接着強度が０．９Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁性及び耐熱性が高く、樹脂ワニスに対する濡れ性が良好な絶縁電線及びその製造方法を提供することできる。

本発明の一実施形態に係る絶縁電線の断面図。 本発明の一実施形態に係る絶縁電線の断面図。 図１又は図２に示す絶縁電線の第１絶縁層の層厚と部分放電開始電圧及びその変化率との関係の一例を示すグラフ。 本実施形態の絶縁電線の製造方法を示すフロー図。 図４に示す第１成形工程を説明する模式図。 図４に示す第２成形工程及びプラズマ処理工程を説明する模式図。 ストラッカ法による絶縁電線の評価サンプル片の斜視図。

以下、図面を参照して本発明の絶縁電線及びその製造方法の実施形態を説明する。以下では、まず絶縁電線について説明し、次に絶縁電線の製造方法について説明する。

（絶縁電線）
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る絶縁電線１の断面図である。

本実施形態の絶縁電線１は、導体１０と、該導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１と、該第１絶縁層１１の外表面に形成された第２絶縁層１２と、を備えている。第１絶縁層１１は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）からなる層厚が１００μｍ以上の熱可塑性樹脂層である。第２絶縁層１２は、ガラス転位温度が室温以上で融点が１３０℃以上かつ第１絶縁層１１を構成する熱可塑性樹脂の融点以下の熱可塑性樹脂層である。本実施形態の絶縁電線１は、室温における第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度が０．９Ｎ／ｍｍ^２以上であることを最大の特徴としている。以下、本実施形態の絶縁電線１の構成について詳細に説明する。

絶縁電線１の導体１０は、絶縁電線１の芯線であり、例えば、断面形状が円形の丸線、断面形状が矩形の平角線、単線、又は、撚り線等を用いることができる。導体１０の材質は、例えば、銅又はアルミニウム等の金属、銅合金又はアルミニウム合金を用いることができる。

導体１０として銅線を用いる場合、例えば、タフピッチ銅、無酸素銅、又は脱酸銅からなる銅線を用いることができ、軟銅線若しくは硬銅線、又は、表面に錫、ニッケル、銀、アルミニウム等がめっきされためっき銅線等を用いることができる。また、導体１０としてアルミニウムを用いる場合、例えば、硬アルミニウム線又は半硬アルミニウム線を用いることができる。また、導体１０として合金線を用いる場合、例えば、銅−錫合金、銅−銀合金、銅−亜鉛合金、銅−クロム合金、銅−ジルコニウム合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−銀合金、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−鉄合金、又は、イ号アルミ合金（Aldrey Aluminium）からなる合金線を用いることができる。

第１絶縁層１１は、ＰＰＳ又はＰＥＥＫからなっている。ここで、第１絶縁層１１がＰＰＳ又はＰＥＥＫからなるとは、第１絶縁層１１の材質が概ね１００％の比率でＰＰＳ又はＰＥＥＫであることを含むが、ＰＰＳ又はＰＥＥＫ以外の材料を含むことを排除するものではない。すなわち、第１絶縁層１１を構成する熱可塑性樹脂は、ＰＰＳ又はＰＥＥＫの他に、融点が第２絶縁層１２を構成する熱可塑性樹脂の融点以上となる条件で、その他の材料を含むことができる。ＰＰＳとしては、例えば、東レ社製のトレリナＴ１８８１を用いることができる。ＰＰＳの融点は、例えば、概ね２８０℃程度であり、ＰＥＥＫの融点は、例えば、概ね３４０℃程度である。

換言すると、第１絶縁層１１は、ＰＰＳ若しくはＰＥＥＫ、又は、これらのいずれか一方を主体として他の材料を含む樹脂組成物によって構成することができる。第１絶縁層１１を構成する樹脂組成物は、例えば、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、シリコーン樹脂からなる群から選択される一種以上の樹脂を含むことができる。また、第１絶縁層１１を構成する樹脂組成物は、例えば、無機フィラーを含むことができる。また、第１絶縁層１１は、低誘電率化に寄与する中空構造を有してもよい。

また、第１絶縁層１１は、ＰＰＳ又はＰＥＥＫからなる複数の絶縁層を有してもよい。例えば、第１絶縁層１１は、最内層に導体１０に対する接着性の高い絶縁層を有し、最外層に第２絶縁層１２に対する接着性の高い絶縁層を有することができる。また、第１絶縁層１１は、最内層の絶縁層と最外層の絶縁層との間の中間層に、最内層の絶縁層及び最外層の絶縁層との接着性に優れた絶縁層を有することができる。

第１絶縁層１１の層厚は、１００μｍ以上であれば特に限定されないが、生産性やコスト等の観点から、２００μｍ以下であることが好ましい。

第２絶縁層１２は、ガラス転位温度が室温以上で融点が１３０℃以上かつ第１絶縁層１１を構成する熱可塑性樹脂の融点以下の熱可塑性樹脂層である。より具体的には、第２絶縁層１２は、例えば、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂からなる群から選択される一以上の熱可塑性樹脂からなることができる。

ここで、第２絶縁層１２が前記した一以上の熱可塑性樹脂からなるとは、第２絶縁層１２の材質が概ね１００％の比率で前記した一以上の樹脂であることを含むが、前記した一以上の樹脂がその他の材料を含むことを排除するものではない。すなわち、第２絶縁層１２を構成する熱可塑性樹脂は、前記した一以上の樹脂の他に、その他の樹脂や無機フィラー等を含むことができる。

より具体的には、第２絶縁層１２の素材として、例えば、新日鉄住金化学社製のＹＰ−７０やＺＸ−１３５６−２等、ビスフェノールＡエポキシとビスフェノールＦエポキシからなる共重合体を用いることができる。また、第２絶縁層１２の素材として、例えば、新日鉄住金化学社製のＹＰ−５０及びＦＸ−３１６等、ビスフェノールＡフェノキシ樹脂及びビスフェノールＦフェノキシ樹脂を用いることができる。また、第２絶縁層１２の素材として、例えば、東レ社製のトレコン１４０１Ｘ０６等のポリブチレンテレフタラートや、ポリエチレンテレフタラート等のポリエステル樹脂を用いることができる。

第２絶縁層１２に含有させる無機フィラーは、板状又は鱗片状であることが望ましく、例えば、マイカ、ガラスフレーク、水酸化アルミニウム等の無機フィラーを用いることができる。より具体的には、板状又は鱗片状の無機フィラーとして、例えば、日本板硝子社製のガラスフレークや、ヤマグチマイカ社製のマイカ等を用いることができる。第２絶縁層１２に対する無機フィラーの添加量は、第２絶縁層１２に必要な加工性や絶縁性を確保できる範囲であれば特に限定されないが、実用上は、概ね１０重量部以上かつ３０重量部以下が目安となる。

なお、絶縁電線１の樹脂ワニスに対する濡れ性を向上させる観点から、第２絶縁層１２の外表面の水接触角は、７５°以下であることが好ましい。第２絶縁層１２の外表面の水接触角は、例えば、θ／２法を用いた一般的な接触角計によって測定することができる。より具体的には、絶縁電線１を平角線にしたり、平坦なサンプルの表面に第２絶縁層１２を形成したりして、第２絶縁層１２の外表面を平坦な面とする。そして、第２絶縁層１２の外表面を水平にして、重力を無視できる程度の微小な水滴を滴下し、水滴を水平方向から観察する。そして、水滴の半径ｒと高さｈを求め、下記の式（１）によって接触角θを求めることができる。

θ＝２ｔａｎ^−１（ｈ／ｒ） …（１）

第２絶縁層１２の層厚は、絶縁電線１に必要な絶縁性を確保することができる範囲であれば特に限定されないが、絶縁電線１の耐傷性や製造性の観点から、例えば２μｍ以上かつ５０μｍ以下であることが望ましい。

絶縁電線１は、室温における第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度が０．９Ｎ／ｍｍ^２以上とされている。第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度は、例えば、ＪＩＳ Ｃ ２１０３：２０１３の付属書ＪＣに規定された常温での固着力（ストラッカ法）に基づく試験方法によって求めることができる。なお、常温、すなわち試験温度は、例えばＪＩＳ Ｚ ８７０３で規定された常温とすることができる。例えば、第１絶縁層１１の外表面をプラズマ処理が施されたプラズマ処理面とすることで、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度を０．９Ｎ／ｍｍ^２以上にすることができる。

以下、本実施形態の絶縁電線１の作用について説明する。

本実施形態の絶縁電線１は、例えばモータや変圧器などの電気機器におけるコイルの巻線として用いることができる。例えば、コイルの巻線加工時には、絶縁電線１に張力や曲げ応力が作用し、導体１０を被覆する第１絶縁層１１と第２絶縁層１２との間に剪断応力が作用する。

ここで、本実施形態の絶縁電線１は、室温における第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度が０．９Ｎ／ｍｍ^２以上とされている。これにより、例えばコイルの巻線加工時に、絶縁電線１に作用する張力や曲げ応力によって導体１０を被覆する第１絶縁層１１と第２絶縁層１２とが剥離することが防止される。したがって、絶縁電線１に作用する張力や曲げ応力に対する耐性が向上し、絶縁電線１の絶縁性能及び耐熱性能の低下を防止できる。

さらに、本実施形態の絶縁電線１は、第２絶縁層１２のガラス転位温度が室温以上である。したがって、例えば室温で絶縁電線１を巻線加工するとき等に、第２絶縁層１２の剛性を確保して耐傷性が低下するのを防止することができ、絶縁電線１の信頼性を向上させることができる。

また、絶縁電線１を例えば電気機器のコイルの巻線として用いる場合には、通常、巻線加工の後にコイルの絶縁電線１の隙間にワニスを含浸させてコイルを電気機器等に固着する固着処理が行われる。ワニスとしては、一般に、フェノール系、エポキシ系、シリコーン系等の合成樹脂が用いられる。

さらに、本実施形態の絶縁電線１において、第２絶縁層１２の外表面の水接触角が７５°以下である場合には、絶縁電線１のワニスに対する濡れ性が良好になり、特に一般的な固着ワニスである不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂との接着性が良好になる。したがって、ワニスによる絶縁電線１の固着処理をより確実に行うことができ、コイルの耐振動性、耐衝撃性、防塵性、耐水性、耐熱性、耐腐食性等を向上させ、絶縁電線１を使用する電気機器の信頼性を向上させることができる。

より具体的には、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂からなる群から選択される一以上の熱可塑性樹脂からなる第２絶縁層１２を用いることで、上述のように、絶縁電線１のワニスに対する濡れ性を向上させることができる。また、第２絶縁層１２の絶縁性を確保し、例えばコイルの部分放電を抑制することができる。

また、本実施形態の絶縁電線１は、第１絶縁層１１がＰＰＳ又はＰＥＥＫからなる層厚が１００μｍ以上の熱可塑性樹脂層であることから、通常のエナメル線と比較して、高い絶縁性と高い耐熱性を発揮することができる。

図３は、第１絶縁層１１の層厚と、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）及びその変化率（ΔＰＤＩＶ）との関係の一例を示すグラフである。図３において、黒塗りの菱形の点は、ＰＤＩＶのデータであり、白抜きの四角の点は、ΔＰＤＩＶのデータを示している。絶縁電線１の絶縁層の厚さをｌ、絶縁層の誘電率をεとすると、ＰＤＩＶは、（２×ｌ／ε）^０．４６に比例することが知られている。図３は、ＰＰＳからなる第１絶縁層１１の層厚を変化させ、ＰＰＳの誘電率を用いてＰＤＩＶ及びΔＰＤＩＶを算出した結果である。

図３に示すように、第１絶縁層１１の層厚の増加に伴ってＰＤＩＶは増大する。第１絶縁層１１の層厚が１００μｍより小さい範囲では、ΔＰＤＩＶが大きいため、第１絶縁層１１の層厚の成形誤差によるＰＤＩＶへの影響が大きくなる。一方、第１絶縁層１１の層厚が１００μｍ以上であれば、ΔＰＤＩＶが小さくなるため、第１絶縁層１１の層厚の成形誤差によるＰＤＩＶへの影響が小さくなる。したがって、絶縁電線１の第１絶縁層１１の層厚を１００μｍ以上にすることで、絶縁電線１のＰＤＩＶを十分に大きくかつ安定させることができる。

さらに、本実施形態の絶縁電線１は、第２絶縁層１２の融点が１３０℃以上であることから、例えばモータ等の電気機器に使用される場合の第２絶縁層１２の耐熱性を十分に確保することができる。したがって、絶縁電線１の耐熱寿命を十分に確保することが可能になる。

また、本実施形態の絶縁電線１は、第２絶縁層１２の融点が、第１絶縁層１１を構成する熱可塑性樹脂の融点以下の熱可塑性樹脂層である。これにより、例えば押出成形によって導体１０の外表面に第１絶縁層１１を形成した後に、さらに第１絶縁層１１の外表面に第２絶縁層１２を形成することができる。したがって、絶縁電線１の生産性を向上させることができる。

また、本実施形態の絶縁電線１において、第２絶縁層１２が無機フィラーを含む場合には、例えば絶縁電線１が電気機器のコイルに用いられた場合に、部分放電に対する耐性を向上させることができる。部分放電は、コイル間に高い電圧が加わり、ある電圧を超えたときに絶縁電線１の表面間で発生する微小な放電である。この部分放電が発生し続けると、絶縁電線１の絶縁被膜が侵食されるが、第２絶縁層１２が無機フィラーを含むことで、部分放電による第２絶縁層１２の浸食が抑制される。

以上説明したように、本実施形態の絶縁電線１は、導体１０の外表面に絶縁性及び耐熱性に優れたＰＰＳ又はＰＥＥＫからなる第１絶縁層１１を備え、最外層にワニス等に対する濡れ性に優れた第２絶縁層１２を備えている。そして、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度が０．９Ｎ／ｍｍ^２以上にされている。したがって、本実施形態の絶縁電線１によれば、絶縁性及び耐熱性が高く、樹脂ワニスに対する濡れ性が良好な絶縁電線１を提供することができる。

（絶縁電線の製造方法）
次に、本発明の本実施形態に係る絶縁電線１の製造方法について説明する。

図４は、本実施形態の絶縁電線１の製造方法を示すフロー図である。本実施形態の絶縁電線１の製造方法は、前述のように、導体１０と、該導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１と、該第１絶縁層１１の外表面に形成された第２絶縁層１２と、を備える絶縁電線１の製造方法である。本実施形態の絶縁電線１の製造方法は、主に、第１成形工程Ｓ１と、第２成形工程Ｓ２と、プラズマ処理工程ＳＰを有している。

図５は、第１成形工程Ｓ１を説明する模式図である。第１成形工程Ｓ１では、導体１０の外表面にＰＰＳ又はＰＥＥＫからなる層厚が１００μｍ以上の熱可塑性樹脂層である第１絶縁層１１を押出成形によって形成する。より具体的には、まず、導体１０を不図示の引取機によって送りながら加熱炉１０１に通して予備加熱し、予備加熱された導体１０を押出機１０２に導入する。

なお、導体１０の外表面と第１絶縁層１１との接着性を向上させるために、導体１０の外表面に対して、例えばシランカップリング剤等の有機金属化合物による表面処理を施してもよい。

また、押出機１０２のホッパーにペレット状のＰＰＳ又はＰＥＥＫを投入する。ペレット状のＰＰＳ又はＰＥＥＫに替えて、又は、ペレット状のＰＰＳ又はＰＥＥＫとともに、押出機のホッパーにＰＰＳ又はＰＥＥＫを主体として予め調製された樹脂組成物を投入してもよい。また、押出機１０２のホッパーに、第１絶縁層１１に含有させる各種の樹脂材料や無機フィラー等を投入してもよい。樹脂組成物に混合する樹脂材料は、第１絶縁層１１の耐熱性、絶縁性、及び導体１０との接着性を損なわず、第２絶縁層１２を構成する熱可塑性樹脂の融点以上の融点を有する限り、特に制限はない。

押出機１０２のホッパーに投入された熱可塑性樹脂やその他の材料は、シリンダに供給され、シリンダ内で加熱されて軟化又は溶融した熱可塑性樹脂とともに混練され、クロスヘッドに供給される。クロスヘッドに供給された第１絶縁層１１の材料は、導体１０の外表面を被覆し、導体１０とともに押出機１０２から押し出される。これにより、押出機１０２を通過した導体１０の外表面には、押出機１０２のシリンダ内で加熱及び混練された第１絶縁層１１の材料の層１１ａが形成される。

押出機１０２を通過した導体１０とその外表面の第１絶縁層１１の材料の層１１ａは、結晶化のための電気炉１０３を通過し、図示を省略する冷却装置の水槽内で冷却される。これにより、導体１０の外表面に第１絶縁層１１が形成される。この第１絶縁層１１は、ＰＰＳ若しくはＰＥＥＫ、又はその樹脂組成物からなるので、押出成形によって導体１０の外表面に厚膜成形が可能であり、通常のエナメル線の絶縁層と比較して、絶縁性と耐熱性に優れている。なお、複数の絶縁層による第１絶縁層１１の形成は、例えば、導体１０を複数回に亘って押出機１０２に通過させること、複数台の押出機１０２に連続的に通過させること、多層押出が可能なクロスヘッド構造を持つ押出機に通過させること、などによって行うことができる。

図６は、第２成形工程Ｓ２及びプラズマ処理工程ＳＰを説明する模式図である。第２成形工程Ｓ２では、第１絶縁層１１の外表面にガラス転位温度が室温以上で融点が１３０℃以上かつ第１絶縁層１１を構成する熱可塑性樹脂の融点以下の熱可塑性樹脂層である第２絶縁層１２を形成する。より具体的には、まず、外表面に第１絶縁層１１が形成された導体１０を引取機によって送りながら、押出機１０４に導入する。

そして、第１成形工程Ｓ１と同様に、押出機１０４のホッパーにペレット状の第２絶縁層１２の材料を投入する。また、押出機１０４のホッパーに、第２絶縁層１２に含有させる各種の樹脂材料や無機フィラー等を投入してもよい。押出機１０４のホッパーに投入された熱可塑性樹脂やその他の材料は、第１成形工程Ｓ１と同様に加熱及び混練され、クロスヘッドに供給される。

押出機１０４のクロスヘッドに供給された第２絶縁層１２の材料は、導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１を被覆し、導体１０とともに押出機１０４から押し出される。これにより、押出機１０４を通過した導体１０の第１絶縁層１１の外表面には、第２絶縁層１２の材料の層１２ａが形成される。押出機１０４を通過した導体１０の第１絶縁層１１の外表面の第２絶縁層１２の材料の層１２ａは、図示を省略する冷却装置の水槽内で冷却される。

これにより、導体１０と、該導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１と、該第１絶縁層１１の外表面に形成された第２絶縁層１２と、を備える絶縁電線１が製造される。なお、第２成形工程Ｓ２における第２絶縁層１２の形成方法は、押出成形に限定されず、例えば、第２絶縁層１２の材料を任意の溶剤に溶かしたワニスを第１絶縁層１１の外表面に塗布し、乾燥させることによって形成してもよい。

ここで、本実施形態の絶縁電線１の製造方法は、第１成形工程Ｓ１の後、第２成形工程Ｓ２の前に、プラズマ処理工程ＳＰを有している。プラズマ処理工程ＳＰでは、導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１の外表面にプラズマ処理を行って、室温における第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度を０．９Ｎ／ｍｍ^２以上にする。

より具体的には、第１成形工程Ｓ１によって導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１を挟むように、大気圧プラズマ装置のノズル１０５が設置される。ノズル１０５からはプラズマＰが照射され、第１絶縁層１１の表面の改質が行われる。本実施形態においては、外表面に第１絶縁層１１が形成された導体１０を挟むように設置された二つのノズル１０５が例示されているが、ノズル１０５の配置は特に限定されない。例えば、導体１０に沿って複数のノズル１０５を設置してもよい。また、ノズル１０５の断面形状は、円状でも矩形でもよい。さらに、プラズマに用いるガスは、圧縮空気や窒素ガス、酸素ガスを用いても良く、照射時間やノズル１０５と導体１０との間の距離、導体１０の押出速度を調整することで、室温における第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度を０．９Ｎ／ｍｍ^２以上にすることが可能になる。

このように、第１成形工程Ｓ１の後で、第２成形工程Ｓ２の前のプラズマ処理工程ＳＰにおいて、第１絶縁層１１の外表面をプラズマ処理が施されたプラズマ処理面に加工することで、第２成形工程Ｓ２において、第１絶縁層１１のプラズマ処理面に第２絶縁層１２を形成することができる。これにより、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２との接着性を向上させ、室温における第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度を０．９Ｎ／ｍｍ^２以上にすることができる。

また、第１絶縁層１１の外表面を強酸などで酸化したり、化学的なカップリング処理を施したりする場合と比較して、処理後の外表面の汚染や加工時の傷の発生の危険性を大幅に低減することができる。

以上説明したように、本実施形態の絶縁電線１の製造方法は、導体１０の外表面に絶縁性及び耐熱性に優れたＰＰＳ又はＰＥＥＫからなる第１絶縁層１１を形成し、最外層にワニス等に対する濡れ性に優れた第２絶縁層１２を形成することができる。そして、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２の剪断接着強度を０．９Ｎ／ｍｍ^２以上にすることができる。

したがって、本実施形態の絶縁電線１の製造方法によれば、絶縁性及び耐熱性が高く、樹脂ワニスに対する濡れ性が良好な絶縁電線１を提供することができる。本実施形態に係る絶縁電線１の用途は、特に制限されないが、例えば、家庭用電気機器、産業用電気機器、船舶、鉄道、電気自動車等に備えられる駆動用回転電機のステータコア等に捲回される巻線として用いることができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

以下、本発明の絶縁電線及びその製造方法の実施例と比較例について説明する。

［実施例１］
まず、前述の実施形態において説明した製造方法に従って絶縁電線を製造した。具体的には、まず、導体として１．５２ｍｍ×３．１９ｍｍの平角銅線を用意し、第１絶縁層の材料として、ＰＰＳ材料（東レ社製トレリナＴ１８８１）を用意し、第２絶縁層の材料として、フェノキシ樹脂材料（新日鉄住金化学社製ＹＰ−７０）を用意した。

次に、加熱炉によって３００℃に予備加熱した導体を押出機に導入し、押出機のホッパーにＰＰＳ材料を投入して、導体の外表面にＰＰＳ材料層を形成した。このとき、押出機のシリンダ供給速度と導体の送り速度を調整して、第１絶縁層の層厚が１００μｍとなるように設定し、成形公差をプラスに設定した。そして、導体の外表面に形成されたＰＰＳ材料層の結晶化を促すために、ＰＰＳ材料のガラス転移点（約９０℃）を融点（２８０℃）の中間の温度まで冷却し、同様の温度に設定した電気炉内を通過させた後、冷却装置の水槽に通過させて冷却し、導体の外表面にＰＰＳからなる第１絶縁層を形成した。

次に、導体の外表面に形成された第１絶縁層の外表面に大気圧プラズマ処理を施した。大気圧プラズマ装置に接続された一対のプラズマ照射ノズルは、第１絶縁層に被覆された導体を介して相対するように設置し、第１絶縁層の一方の面とその反対側の面が、直接、プラズマに暴露されるようにした。プラズマに用いるガスとして圧縮空気を用い、ノズル−導体間距離は１０ｍｍ、導体の押出速度は２ｍｍ／秒とした。

次に、プラズマ処理工程を経た第１絶縁層に被覆された導体を押出機に導入し、押出機のホッパーにフェノキシ樹脂材料を投入して、プラズマ処理が施された第１絶縁層の外表面にフェノキシ樹脂材料層を形成した。このとき、このとき、押出機のシリンダ供給速度と導体の送り速度を調整して、第２絶縁層の層厚が５０μｍ以下になるように設定し、成形公差をプラスに設定した。そして、導体を被覆する第１絶縁層の外表面に形成されたフェノキシ樹脂材料層を、冷却装置の水槽に通過させて冷却し、第１絶縁層の外表面にフェノキシ樹脂からなる第２絶縁層を形成して、実施例１の絶縁電線を得た。

実施例１の絶縁電線は、第１絶縁層の層厚が約１１０μｍであり、第２絶縁層の層厚が約４０μｍであった。

次に、コイルの巻線加工を模擬した以下の手順によって、実施例１の絶縁電線の表面の耐傷性、第１絶縁層と第２絶縁層との接着性、並びに、ワニスに対する濡れ性及び固着性を検証した。具体的には、まず、絶縁電線のボビンから、補助用のＳＵＳ製の口金を通しながら絶縁電線を軽く引き出し、絶縁電線を伸張させて概ね平坦になるようにした。

ここで、絶縁電線の第２絶縁層には、口金を通るときの擦れによる線状の傷が確認されたが、第１絶縁層が露出することはなかった。また、絶縁電線を伸張させたときの第１絶縁層と第２絶縁層の接着性は良好であった。

また、絶縁電線の第２絶縁層の外表面をエチルアルコールで洗浄して油膜等を除去した後、θ／２法を用いた一般的な接触角計によって水接触角を測定した。絶縁電線の第２絶縁層の水接触角は、概ね６０°であった。

その後、絶縁電線を４０ｃｍの長さに切断し、さらにオートグラフを用いて５％伸張させた後、１０ｃｍの長さに切断して、ＪＩＳ Ｃ ２１０３：２０１３の付属書ＪＣに規定された常温での固着力（ストラッカ法）を参考にして評価サンプル片を作製した。そして、ＪＩＳ Ｃ ２１０３：２０１３に記載された電気絶縁用ワニス試験方法を参考にして絶縁電線のワニスに対する固着性を検証した。

図７は、絶縁電線１の評価サンプル片ＴＳの斜視図である。この評価サンプル片ＴＳを、ソマール社製の酸無水物硬化の二液型のエポキシ樹脂Ｋ８８４０に浸漬し、所定の硬化条件（１６０℃、１時間）で硬化させた。このとき、評価サンプル片ＴＳは、エポキシ樹脂に対する濡れ性が良好で、絶縁電線１の隙間へのエポキシ樹脂の含浸は良好であった。

その後、評価サンプル片ＴＳの絶縁電線１の両端を、オートグラフのクランプでつかみ、５ｍｍ／分の速度で引っ張り、絶縁電線１の接着が破壊される最大の引っ張り強度を測定したところ、最大の引っ張り強度は約１０００Ｎであった。このとき、第１絶縁層が導体の外表面から剥離したが、第１絶縁層と第２絶縁層とは良好な接着状態を維持した。

次に、実施例１の絶縁電線の第１絶縁層と第２絶縁層との接着性を以下の手順によって評価した。具体的には、前述の評価サンプル片ＴＳと同様に絶縁電線を伸長及び切断して評価サンプル片を作成した。ただし、図７に示す前述の評価サンプル片ＴＳと異なり、ワイヤＷの代わりに、カプトン（商標）粘着テープによって絶縁電線１がずれないように仮止めした。

作成した評価サンプル片を、図７に示す上下方向から加圧しながら、１５０℃の温度で１５分間に亘って加熱し、評価サンプル片の絶縁電線を融着させた。その後、加圧を開放して冷却した評価サンプル片の両端の絶縁電線を、オートグラフのクランプでつかみ、５ｍｍ／分の速度で引っ張り、絶縁電線の接着が破壊される最大引張強度を測定した。

実施例１の絶縁電線の最大引張強度は、約９９０Ｎであった。評価サンプル片における絶縁電線同士の接触面積を導体の接触面積（１．５２ｍｍ×３．１９ｍｍ×１００ｍｍ×２）として規格化して、第１絶縁層と第２絶縁層の剪断接着強度を得た。実施例１の絶縁電線の第１絶縁層と第２絶縁層の剪断接着強度は、１．０Ｎ／ｍｍ^２であった。

以下の表１に、実施例１の絶縁電線の第１絶縁層の材質、層厚、融点、及びプラズマ処理の有無、並びに、第２絶縁層の材質、層厚、融点、及びガラス転位温度Ｔｇ、並びに、水接触角度、最大引張強度、及び剪断接着強度を示す。

［実施例２］
前述の実施例１の絶縁電線と同様に実施例２の絶縁電線を製造して実施例１の絶縁電線と同様の評価を行った。なお、実施例２の絶縁電線では、第１成形工程において第１絶縁層を２層形成した。導体の外表面に形成された第１絶縁層の第１層の材料は、９５重量部のＰＰＳ（東レ社製トレリナＴ１８８１）と５重量部のＰＥＩ（ポリエステルイミド、ＳＡＢＩＣ社製ウルテムレジン１０００）を用いた。第１層の外表面に形成された第１絶縁層の第２層の材料は、ＰＰＳ（東レ社製トレリナＴ１８８１）を用いた。

表１に、実施例２の絶縁電線の第１絶縁層の材質、層厚、融点、及びプラズマ処理の有無、並びに、第２絶縁層の材質、層厚、融点、及びガラス転位温度Ｔｇ、並びに、水接触角度、最大引張強度、及び剪断接着強度を示す。実施例２の絶縁電線の水接触角は約６０°であり、ワニスに対する濡れ性及び耐傷性が良好であった。また、最大引張強度は約１１００Ｎ、剪断接着強度は１．０Ｎ／ｍｍ^２であり、ワニスに対する接着性、及び第１絶縁層と第２絶縁層の接着性も良好であった。

［実施例３］
前述の実施例１の絶縁電線と同様に実施例３の絶縁電線を製造して実施例１と同様の評価を行った。なお、実施例３の絶縁電線では、第２成形工程において第２絶縁層の材料としてポリアミド樹脂（ユニチカ社製ナイロン６のＡ１０２５ＳＲ）を用いた。

表１に、実施例３の絶縁電線の第１絶縁層の材質、層厚、融点、及びプラズマ処理の有無、並びに、第２絶縁層の材質、層厚、融点、及びガラス転位温度Ｔｇ、並びに、水接触角度、最大引張強度、及び剪断接着強度を示す。実施例３の絶縁電線の水接触角は約７０°であり、ワニスに対する濡れ性及び耐傷性が良好であった。また、最大引張強度は約１０００Ｎ、剪断接着強度は０．９８Ｎ／ｍｍ^２であり、ワニスに対する接着性、及び第１絶縁層と第２絶縁層の接着性も良好であった。

［比較例１］
前述の実施例１の絶縁電線と同様に第１成形工程を行って層厚５０μｍの第１絶縁層を形成し、第２絶縁層を有しない比較例１の絶縁電線を製造して実施例１の絶縁電線と同様の評価を行った。

表１に、比較例１の絶縁電線の第１絶縁層の材質、層厚、融点、及びプラズマ処理の有無、並びに、水接触角、最大引張強度及び剪断接着強度を示す。比較例１の絶縁電線の水接触角は約８５°であり、実施例１から実施例３の絶縁電線と比較してワニスに対する濡れ性が低下した。また、最大引張強度は約８００Ｎであり、実施例１から実施例３の絶縁電線と比較してワニスに対する接着性が低下した。

［比較例２］
第１成形工程で第１絶縁層の層厚を５０μｍとし、プラズマ処理工程を省略した以外は、前述の実施例１の絶縁電線と同様に比較例２の絶縁電線を製造して実施例１と同様の評価を行った。

表１に、比較例２の絶縁電線の第１絶縁層の材質、層厚、融点、及びプラズマ処理の有無、並びに、第２絶縁層の材質、層厚、融点、及びガラス転位温度Ｔｇ、並びに、水接触角度、最大引張強度及び剪断接着強度を示す。比較例２の絶縁電線の水接触角は約６０°であり、ワニスに対する濡れ性は良好であった。また、剪断接着強度は０．８Ｎ／ｍｍ^２であり、実施例１から実施例３の絶縁電線と比較して第１絶縁層と第２絶縁層の接着性が低下した。そのため、ボビンから絶縁電線を引き出すときや、その後の伸張において、第１絶縁層と第２絶縁層が剥離してしまい、絶縁電線として使用は困難であった。

［比較例３］
プラズマ処理を行った以外は比較例１の絶縁電線と同様に比較例３の絶縁電線を製造して実施例１の絶縁電線と同様の評価を行った。

表１に、比較例３の絶縁電線の第１絶縁層の材質、層厚、融点、及びプラズマ処理の有無、並びに、水接触角、最大引張強度及び剪断接着強度を示す。比較例３の絶縁電線の水接触角は約５０°であったが、耐傷性が低下して傷が発生し、傷が発生した部分ではエポキシ樹脂が弾かれるなどしてワニスに対する濡れ性が低下した。最大引張強度は８００Ｎ〜９００Ｎであり、実施例１から実施例３の絶縁電線と比較してワニスに対する接着性が低下し、場所によって容易に剥離した。これにより、比較例３の絶縁電線では、ワニスに対する濡れ性の向上が達成できないことが確認された。

以上の結果から、本発明に係る実施例の絶縁電線及びその製造方法によれば、比較例の絶縁電線及びその製造方法と比較して、絶縁性及び耐熱性が高く、樹脂ワニスに対する濡れ性が良好な絶縁電線を提供することができることが確認された。

１ 絶縁電線
１０ 導体
１１ 第１絶縁層
１２ 第２絶縁層
Ｓ１ 第１成形工程
Ｓ２ 第２成形工程
ＳＰ プラズマ処理工程

Claims (5)

1. 導体と、該導体の外表面に形成された第１絶縁層と、該第１絶縁層の外表面に形成された第２絶縁層と、を備える絶縁電線であって、
   前記第１絶縁層は、ポリフェニレンサルファイド又はポリエーテルエーテルケトンからなる層厚が１００μｍ以上の熱可塑性樹脂層であり、
   前記第２絶縁層は、ガラス転位温度が室温以上で融点が１３０℃以上かつ前記第１絶縁層を構成する熱可塑性樹脂の融点以下の熱可塑性樹脂層であり、
   室温における前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の剪断接着強度が０．９Ｎ／ｍｍ^２以上であることを特徴とする絶縁電線。
2. 前記第２絶縁層の外表面の水接触角は、７５°以下であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線。
3. 前記第２絶縁層は、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂からなる群から選択される一以上の熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線。
4. 前記第２絶縁層は、無機フィラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線。
5. 導体と、該導体の外表面に形成された第１絶縁層と、該第１絶縁層の外表面に形成された第２絶縁層と、を備える絶縁電線の製造方法であって、
   前記導体の外表面にポリフェニレンサルファイド又はポリエーテルエーテルケトンからなる層厚が１００μｍ以上の熱可塑性樹脂層である前記第１絶縁層を押出成形によって形成する第１成形工程と、
   前記第１絶縁層の外表面にガラス転位温度が室温以上で融点が１３０℃以上かつ前記第１絶縁層を構成する熱可塑性樹脂の融点以下の熱可塑性樹脂層である前記第２絶縁層を形成する第２成形工程と、
   前記第１成形工程の後、前記第２成形工程の前に、前記第１絶縁層の外表面にプラズマ処理を行って室温における前記第１絶縁層と前記第２絶縁層の剪断接着強度を０．９Ｎ／ｍｍ^２以上にするプラズマ処理工程と、を有することを特徴とする絶縁電線の製造方法。

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