JP2018045774A - エナメル線、該エナメル線の製造方法、該エナメル線を用いたコイル、および該コイルを用いた電機部品 - Google Patents
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Abstract
Description
前記エナメル被覆は、イミド系樹脂を主成分としフィラーを含有する主絶縁層と、該主絶縁層の直内層および直外層の少なくとも一方に形成されイミド系樹脂を主成分としフィラーを含有しない延性補助層とを有し、
前記フィラーは、前記主絶縁層に対して0.2以上0.5以下の質量比率で含有しており、該フィラーの質量比率0.5以上がイミド系樹脂粒子であることを特徴とするエナメル線を提供するものである。
イミド系樹脂が主成分となる樹脂組成物からなる主絶縁層用ワニスを前記金属導体線の外周に塗布・焼付して前記主絶縁層を形成する主絶縁層形成工程と、
イミド系樹脂が主成分となる樹脂組成物からなる延性補助層用ワニスを前記主絶縁層の直内層および直外層の少なくとも一方に塗布・焼付して前記延性補助層を形成する延性補助層形成工程とを有し、
前記主絶縁層用ワニスは、前記イミド系樹脂の基となる固形分100質量部に対して25質量部以上100質量部以下の範囲で前記フィラーを含有し、
前記フィラーは、その質量比率0.5以上がイミド系樹脂粒子であることを特徴とするエナメル線の製造方法を提供するものである。
(i)前記主絶縁層、前記延性補助層および前記フィラーのイミド系樹脂は、それぞれポリイミド、ポリアミドイミド、およびポリエステルイミドのいずれかである。
(ii)前記フィラーは、シリコーンゴムまたはスチレンブタジエンゴムからなるゴム粒子を更に含む。
(iii)前記フィラーは、ケイ素酸化物粒子および無機化合物の鱗片状粒子の少なくとも一方からなる無機物粒子を更に含む。
(iv)前記フィラーの平均粒子径が、0.1μm以上20μm以下である。
(v)前記主絶縁層は、前記エナメル被覆の中で最大厚さを有する層である。
本発明者らは、金属導体線の外周にエナメル被覆が形成されたエナメル線において、エナメル線の各種性能(例えば、耐熱性、耐圧性、寸法精度)を犠牲にすることなく製造コスト低減に貢献できるエナメル線の構造と製造方法とについて鋭意検討した。その結果、エナメル被覆が少なくとも2層(主絶縁層および延性補助層)となるように構成し、特に主絶縁層用ワニスにポリイミド系樹脂粒子を含むフィラーを含有させることにより、エナメル線の各種性能を犠牲にすることなくワニスの1回の塗布・焼付で従来よりも厚肉の絶縁被膜を形成できることを見出した。1回塗布・焼付での絶縁被膜の厚肉化は、塗布・焼付工程の繰り返し回数の低減に直結し、エナメル線の製造コストを低減することができる。本発明は、それらの知見に基づいて完成されたものである。
(エナメル線およびその製造方法)
図1は、本発明の第1実施形態に係るエナメル線の一例を示す断面模式図であり、金属導体線の断面形状が丸形状の場合を例示している。図2は、本発明の第1実施形態に係るエナメル線の他の一例を示す断面模式図であり、金属導体線の断面形状が四辺形状の場合を例示している。
フィラー含有率=フィラー質量部/(フィラー質量部+ワニス固形分質量部) ・・・式(1)。
イミド系樹脂粒子含有率=イミド系樹脂粒子質量部/フィラー質量部 ・・・式(2)。
(エナメル線およびその製造方法)
図3は、本発明の第2実施形態に係るエナメル線の一例を示す断面模式図であり、金属導体線の断面形状が丸形状の場合を例示している。図4は、本発明の第2実施形態に係るエナメル線の他の一例を示す断面模式図であり、金属導体線の断面形状が四辺形状の場合を例示している。
(エナメル線およびその製造方法)
図5は、本発明の第3実施形態に係るエナメル線の一例を示す断面模式図であり、金属導体線の断面形状が丸形状の場合を例示している。図6は、本発明の第3実施形態に係るエナメル線の他の一例を示す断面模式図であり、金属導体線の断面形状が四辺形状の場合を例示している。
(コイルおよび電機部品)
上述した本発明に係るエナメル線は、回転電機や変圧器などの電機部品のコイル用電線として好適に用いることができる。図7は、本発明に係る電機部品(回転電機)の固定子および該固定子に組み込まれたコイルの一例を示す部分拡大模式図である。図7に示したように、回転電機の固定子50は、ステータコア6のスロット7の内部に、本発明のエナメル線10’が捲回されたコイル40が組み込まれている。
N,N-ジメチルアセトアミドの溶媒にポリイミド(PI)の前駆体であるポリアミック酸樹脂を溶解した固形分濃度20質量%のPIワニス(低濃度PIワニス、従来技術のPIワニス)を用意した。次に、バーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて該PIワニスを銅板(100 mm×100 mm×1 mm)上に1回塗布した。PIワニスを塗布した該銅板を直ちにホットプレート上に乗せて焼付し(250℃で3分間保持)、従来技術の基準となる比較例1-1のエナメル線疑似試料を作製した。
バーコータの塗布ギャップを200μmに調整したこと以外は比較例1-1と同様にして、比較例1-2のエナメル線疑似試料を作製した。比較例1-2は、比較例1-1との比較により、低濃度PIワニスを用いて塗布ギャップを拡大した場合の影響を見ることができる。
1回のワニス塗布・焼付によるエナメル被覆の厚膜化を意図して、上記の低濃度PIワニスと同じ溶媒とポリアミック酸樹脂を用い、固形分濃度40質量%の高濃度PIワニスを用意した。次に、比較例1-1と同様の手法で、該高濃度PIワニスを銅板上に1回塗布した。
比較例1-1の低濃度PIワニスをベースとし、該ワニス90質量部に対して10質量部のPI粒子(宇部興産株式会社製、UIP-R、平均一次粒径10〜15μm)を添加し、自公転ミキサにより撹拌混合してフィラー添加PIワニスを用意した。該フィラー添加PIワニスを用いたこと以外は比較例1-1と同様にして、比較例1-4のエナメル線疑似試料を作製した。比較例1-4は、比較例1-1との比較により、低濃度PIワニスにフィラーを添加混合した場合の影響を見ることができる。
もう一つの従来技術として、N,N-ジメチルアセトアミドの溶媒にポリアミドイミド(PAI)樹脂を溶解した固形分濃度25質量%のPAIワニス(低濃度PAIワニス、従来技術のPAIワニス)を用意した。次に、バーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて該PAIワニスを銅板(100 mm×100 mm×1 mm)上に1回塗布した。PAIワニスを塗布した該銅板を直ちにホットプレート上に乗せて焼付し(250℃で3分間保持)、従来技術の基準となる比較例2-1のエナメル線疑似試料を作製した。
バーコータの塗布ギャップを200μmに調整したこと以外は比較例2-1と同様にして、比較例2-2のエナメル線疑似試料を作製した。比較例2-2は、比較例2-1との比較により、低濃度PAIワニスを用いて塗布ギャップを拡大した場合の影響を見ることができる。
比較例2-1の低濃度PAIワニスをベースとし、該ワニス85質量部に対して15質量部のPI粒子(宇部興産株式会社製、UIP-R、平均一次粒径10〜15μm)を添加し、自公転ミキサにより撹拌混合してフィラー添加PAIワニスを用意した。該フィラー添加PAIワニスを用いたこと以外は比較例2-1と同様にして、比較例2-3のエナメル線疑似試料を作製した。比較例2-3は、比較例2-1との比較により、低濃度PAIワニスにフィラーを添加混合した場合の影響を見ることができる。
実施例1のシリーズでは、第1実施形態に係るエナメル線疑似試料を作製した。バーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて比較例1-4と同じフィラー添加PIワニスを銅板(100 mm×100 mm×1 mm)上に1回の塗布・焼付(250℃で3分間保持)を行って、一層目の主絶縁層を形成した。次に、同じくバーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて、比較例1-1と同じ低濃度PIワニスを該主絶縁層上に1回の塗布・焼付(250℃で3分間保持)を行って、二層目の外側延性補助層を形成した。以上の工程により、第1実施形態に係る実施例1-1のエナメル線疑似試料を得た。
バーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて比較例2-3と同じフィラー添加PAIワニスを銅板(100 mm×100 mm×1 mm)上に1回の塗布・焼付(250℃で3分間保持)を行って、一層目の主絶縁層を形成した。次に、同じくバーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて、比較例1-1の低濃度PIワニスを該主絶縁層上に1回の塗布・焼付(250℃で3分間保持)を行って、二層目の外側延性補助層を形成した。以上の工程により、第1実施形態に係る実施例1-2のエナメル線疑似試料を得た。
比較例2-1の低濃度PAIワニスをベースとし、該ワニス85質量部に対して10質量部のPI粒子(宇部興産株式会社製、UIP-R、平均一次粒径10〜15μm)と、5質量部のシリコーンゴム(SiR)粒子(信越化学工業株式会社製、KMP-605、平均粒径2μm)とを添加し、自公転ミキサにより撹拌混合して主絶縁層用のフィラー添加PAIワニスを用意した。
実施例1-4では、銅板(100 mm×100 mm×1 mm)上にアルミ箔(厚さ12μm)を貼り付けた基板を用いた以外は実施例1-1と同様にしてエナメル線疑似試料(アルミ箔上にエナメル被覆を形成)を作製した。
実施例2のシリーズでは、第2実施形態に係るエナメル線疑似試料を作製した。バーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて、比較例1-1と同じ低濃度PIワニスを銅板(100 mm×100 mm×1 mm)上に1回の塗布・焼付(250℃で3分間保持)を行って、一層目の内側延性補助層を形成した。次に、同じくバーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて、比較例1-4と同じフィラー添加PIワニスを該内側延性補助層上に1回の塗布・焼付(250℃で3分間保持)を行って、二層目の主絶縁層を形成した。以上の工程により、第2実施形態に係る実施例2-1のエナメル線疑似試料を得た。
比較例2-1の低濃度PAIワニスをベースとし、該ワニス85質量部に対して10質量部のPI粒子(宇部興産株式会社製、UIP-R、平均一次粒径10〜15μm)と、5質量部のスチレンブタジエンゴム(SBR)粒子(ダウケミカル日本株式会社製、BTA731、平均一次粒径0.6μm)とを添加し、自公転ミキサにより撹拌混合して主絶縁層用のフィラー添加PAIワニスを用意した。
比較例2-1の低濃度PAIワニスをベースとし、該ワニス85質量部に対して8質量部のPI粒子(宇部興産株式会社製、UIP-R、平均一次粒径10〜15μm)と、5質量部のSBR粒子(ダウケミカル日本株式会社製、BTA731、平均一次粒径0.6μm)と、1質量部のシリカ粒子(株式会社龍森製、XJ-7、平均粒径6.3μm)と、1質量部のマイカ粒子(株式会社ヤマグチマイカ製、SJ-005、平均粒径5μm)とを添加し、自公転ミキサにより撹拌混合して主絶縁層用のフィラー添加PAIワニスを用意した。
実施例3のシリーズでは、第3実施形態に係るエナメル線疑似試料を作製した。バーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて、比較例1-1と同じ低濃度PIワニスを銅板(100 mm×100 mm×1 mm)上に1回の塗布・焼付(250℃で3分間保持)を行って、一層目の内側延性補助層を形成した。次に、同じくバーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて、実施例2-2と同じフィラー添加PAIワニスを該内側延性補助層上に1回の塗布・焼付(250℃で3分間保持)を行って、二層目の主絶縁層を形成した。さらに、同じくバーコータ(塗布ギャップ100μm)を用いて、比較例2-1と同じ低濃度PAIワニスを該主絶縁層上に1回の塗布・焼付(250℃で3分間保持)を行って、三層目の外側延性補助層を形成した。以上の工程により、第3実施形態に係る実施例3-1のエナメル線疑似試料を得た。
2,2’,2”…エナメル被覆、3…主絶縁層、4,4’…延性補助層、5…フィラー、
6…ステータコア、7…スロット、40…コイル、50…固定子。
Claims (13)
- 金属導体線の外周にエナメル被覆が形成されているエナメル線であって、
前記エナメル被覆は、イミド系樹脂を主成分としフィラーを含有する主絶縁層と、該主絶縁層の直内層および直外層の少なくとも一方に形成されイミド系樹脂を主成分としフィラーを含有しない延性補助層とを有し、
前記フィラーは、前記主絶縁層に対して0.2以上0.5以下の質量比率で含有しており、該フィラーの質量比率0.5以上がイミド系樹脂粒子であることを特徴とするエナメル線。 - 請求項1に記載のエナメル線において、
前記主絶縁層、前記延性補助層および前記フィラーのイミド系樹脂は、それぞれポリイミド、ポリアミドイミド、およびポリエステルイミドのいずれかであることを特徴とするエナメル線。 - 請求項1又は請求項2に記載のエナメル線において、
前記フィラーは、シリコーンゴムまたはスチレンブタジエンゴムからなるゴム粒子を更に含むことを特徴とするエナメル線。 - 請求項3に記載のエナメル線において、
前記フィラーは、ケイ素酸化物粒子および無機化合物の鱗片状粒子の少なくとも一方からなる無機物粒子を更に含むことを特徴とするエナメル線。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のエナメル線において、
前記フィラーの平均粒子径が、0.1μm以上20μm以下であることを特徴とするエナメル線。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載のエナメル線において、
前記主絶縁層は、前記エナメル被覆の中で最大厚さを有する層であることを特徴とするエナメル線。 - 請求項1に記載のエナメル線の製造方法であって、
イミド系樹脂が主成分となる樹脂組成物からなる主絶縁層用ワニスを前記金属導体線の外周に塗布・焼付して前記主絶縁層を形成する主絶縁層形成工程と、
イミド系樹脂が主成分となる樹脂組成物からなる延性補助層用ワニスを前記主絶縁層の直内層および直外層の少なくとも一方に塗布・焼付して前記延性補助層を形成する延性補助層形成工程とを有し、
前記主絶縁層用ワニスは、前記イミド系樹脂の基となる固形分100質量部に対して25質量部以上100質量部以下の範囲で前記フィラーを含有し、
前記フィラーは、その質量比率0.5以上がイミド系樹脂粒子であることを特徴とするエナメル線の製造方法。 - 請求項7に記載のエナメル線の製造方法において、
前記主絶縁層、前記延性補助層および前記フィラーのイミド系樹脂は、それぞれポリイミド、ポリアミドイミド、およびポリエステルイミドのいずれかであることを特徴とするエナメル線の製造方法。 - 請求項7又は請求項8に記載のエナメル線の製造方法において、
前記フィラーは、シリコーンゴムまたはスチレンブタジエンゴムからなるゴム粒子を更に含むことを特徴とするエナメル線の製造方法。 - 請求項9に記載のエナメル線の製造方法において、
前記フィラーは、ケイ素酸化物粒子および無機化合物の鱗片状粒子の少なくとも一方からなる無機物粒子を更に含むことを特徴とするエナメル線の製造方法。 - 請求項7乃至請求項10のいずれか一項に記載のエナメル線の製造方法において、
前記フィラーの平均粒子径が、0.1μm以上20μm以下であることを特徴とするエナメル線の製造方法。 - 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のエナメル線を用いてコイル巻線されたことを特徴とするコイル。
- 請求項12に記載のコイルを用いたことを特徴とする電機部品。
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