JP2019039024A - 高アスペクト比を有する絶縁平角導線、その製造方法及びコイル - Google Patents

高アスペクト比を有する絶縁平角導線、その製造方法及びコイル Download PDF

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Abstract

【課題】導線の周囲に均一な絶縁皮膜が形成された高アスペクト比を有する平角導線、高アスペクト比を有する平角導線の製造方法及び絶縁性の高いコイルを提供すること。【解決手段】本発明の高アスペクト比を有する平角導線は、矩形断面の長辺の長さａと短辺の長さｂとの比であるアスペクト比ａ／ｂが１２以上である平角導線と、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂からなり、平角導線を皮膜する絶縁皮膜と、を備え、絶縁皮膜は、矩形断面の長辺中央部の膜厚ｔ１が１０μｍ以上であり、長辺中央部の膜厚ｔ１と矩形断面の長辺端部の膜厚ｔ２との膜厚比ｔ１／ｔ２が０．８０以上１．３５以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ等のコイルに使用される高アスペクト比を有する絶縁平角導線、その製造方法、及びコイルに関する。
従来、モータ等のコイルには、電線の表面が絶縁皮膜により被覆された絶縁電線が用いられている。このような電線の表面に絶縁皮膜を形成する方法として、浸漬法や押し出し被覆法、電着法が知られている。これらのうち電着法は、電着液に浸漬させた被塗装体と、電着液に挿入した電極との間に直流電流を流すことで電荷を帯びた塗料粒子を被塗装体側に析出させて絶縁皮膜を形成する方法である。
電着法は他の方法に比べて均一な膜厚で電線を塗装するのが容易であり、また、焼き付け後に高い防錆力や密着性を持つ絶縁皮膜が形成できることから注目されており、様々な改良がなされている。例えば、このような電着法により絶縁皮膜を形成するための水分散型絶縁皮膜形成用電着液が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載の水分散型絶縁皮膜形成用電着液は、ポリマー粒子、有機溶媒、塩基性化合物及び水を含有し、ポリマー粒子は主鎖中にアニオン性基を有しないポリアミドイミド及び／又はポリエステルイミドからなり、ポリマー粒子は個数基準のメジアン径（Ｄ５０）が０．０５〜０．５μｍであり、かつメジアン径（Ｄ５０）の粒子径の±３０％以内に有る粒子が全粒子の５０％（個数基準）以上の構成とされている。
このため、ポリマーの合成に多様なモノマーを用いることが可能であり、電着液の作製時に熱溶融等の作業が必要なく、容易に、かつ安価に製造することができ、かつ、形成する絶縁皮膜の厚膜化が容易であって、電着液の保存安定性にも優れていると記載されている。
特許第５９９４９５５号公報
ところで、特許文献１に記載の水分散型絶縁皮膜形成用電着液を用いて、平角導線に比較的厚い（例えば、１０μｍ以上）絶縁皮膜を形成する場合、平角導線のアスペクト比（例えば、１２以上）が大きくなると、平角導線の中央部に形成される絶縁皮膜の厚さ寸法よりも、平角導線の端部に形成される絶縁皮膜の厚さ寸法が大きくなるおそれがある。このような平角導線を巻回して得られるコイルには、絶縁皮膜間に隙間ができ、占積率の観点から好ましくない。
このため、導線の周囲に均一な絶縁皮膜が形成された高アスペクト比を有する絶縁平角導線及びその製造方法が望まれている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、導線の周囲に均一な絶縁皮膜が形成された高アスペクト比を有する絶縁平角導線、その製造方法及び絶縁性の高いコイルを提供することを目的とする。
本発明の高アスペクト比を有する絶縁平角導線は、矩形断面の長辺の長さａと短辺の長さｂとの比であるアスペクト比ａ／ｂが１２以上である平角導線と、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂からなり、前記平角導線を皮膜する絶縁皮膜と、を備え、前記絶縁皮膜は、前記矩形断面の長辺中央部の膜厚ｔ１が１０μｍ以上であり、前記長辺中央部の膜厚ｔ１と前記矩形断面の長辺端部の膜厚ｔ２との膜厚比ｔ１／ｔ２が０．８０以上１．３５以下である。
本発明の絶縁平角導線は、絶縁皮膜の膜厚が１０μｍ以上であり、平角導線の矩形断面における長辺中央部の膜厚と長辺端部の膜厚との膜厚比が小さい、すなわち、本発明の導線は、導線の周囲に均一な絶縁皮膜が形成された高アスペクト比を有する絶縁平角導線であるので、これを巻回して得られるコイルの絶縁皮膜間に隙間ができることを抑制でき、占積率を向上できる。また、絶縁皮膜の膜厚が１０μｍ以上であるため、高アスペクト比を有する絶縁平角導線の絶縁性を高めることができる。
本発明の高アスペクト比を有する絶縁平角導線の好ましい態様としては、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下であるとよい。
上記態様では、ポリアミドイミド又はポリイミドの数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下であるため、均一な厚さの絶縁皮膜を構成することができる。
本発明のコイルは、上記高アスペクト比を有する絶縁平角導線を巻回してなる。
上記絶縁平角導線は、導線の周囲に均一な絶縁皮膜が形成された高アスペクト比を有する絶縁平角導線であるので、これを巻回して得られるコイルの絶縁皮膜間には、隙間ができない。したがって、コイルの絶縁平角導線の占積率を向上できる。
本発明の高アスペクト比を有する絶縁平角導線の製造方法は、数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下のポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂、極性有機溶媒及び塩基を混合して２０℃以上２５℃以下で３時間以上撹拌して、その後水を加えた電着液を準備する電着液準備工程と、矩形断面の長辺の長さａと短辺の長さｂとの比であるアスペクト比ａ／ｂが１２以上である平角導線を、前記電着液内に浸漬させ、前記電着液内に１５０Ｖ以上の電圧の直流電流を流して前記ポリアミドイミド樹脂又は前記ポリイミド樹脂の粒子を前記平角導線の周囲に電着させる電着工程と、前記ポリアミドイミド樹脂又は前記ポリイミド樹脂の粒子が電着された前記平角導線を加熱することにより前記平角導線の周囲に絶縁皮膜を形成する焼付工程と、を備える。
本発明では、電着液を構成するポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下であるので、この電着液に平角導線を浸漬させて直流電流を流すと平角導線における矩形断面の長辺における端部に電界が集中することから、該端部に電荷を帯びたポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の粒子が電着される。このポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂は数平均分子量Ｍｎが大きいため、これらの該粒子が電着した端部の電気抵抗は、その電着量に応じて大きくなる。そして、矩形断面の長辺における端部の電気抵抗が矩形断面の長辺における中央部の電気抵抗よりも大きくなると、電気抵抗の小さい中央部近傍にポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の粒子が電着され、その結果、平角導線の周囲には、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の粒子が平均的に電着される（膜厚飽和）。このような膜厚飽和が生じた平角導線を焼付することにより、導線の周囲に均一な絶縁皮膜が形成された高アスペクト比を有する絶縁平角導線を製造できる。
一方、電着液を構成するポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４未満の場合、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが小さいため、上記端部に多量の粒子が電着された場合でも、端部の電気抵抗が中央部の電気抵抗よりも高くなりにくい。このため、平角導線の矩形断面の長辺における端部に多量のポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂が電着され、中央部に少量のポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂が電着されることとなり、その結果、導線の周囲に皮膜される絶縁皮膜の膜厚分布が大きくなり、絶縁皮膜が均一になりにくい。また、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが４．０×１０４を超えている場合、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の粘度が大きく安定的に合成できない。
ここで、数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下のポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂と極性有機溶媒と水と塩基とを含む電着液において、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂と極性有機溶媒と塩基と水とが単に撹拌されただけでは、塩基とポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂との中和反応が確実に行われないので、電着液の保存安定性が低下する。この中和反応が確実に行われない場合、電着液内において、塩基が高分子のポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂を分解し続けるので、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の分子量が時間の経過とともに小さくなってしまう。このため、劣化した電着液（例えば、製造後１か月以上経過した電着液）内に平角導線を浸漬させて上記電圧の直流電流を流した場合、低分子量のポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂が平角導線に電着されることとなり、上述したように絶縁皮膜の膜厚分布の均一性が低下してしまう。
これに対し、本発明では、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂、極性有機溶媒及び塩基を混合して２０℃以上２５℃以下で３時間以上撹拌しているので、電着液内において塩基とポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂との中和反応が確実に行われる。これにより、製造されてから時間が経過した場合であっても、電着液が劣化しないので、電着液の保存安定性を高めることができ、例えば、製造後１か月以上経過した電着液であっても、導線の周囲に均一な絶縁皮膜が形成された高アスペクト比を有する絶縁平角導線を好適に製造できる。
本発明の高アスペクト比を有する絶縁平角導線の製造方法の好ましい態様としては、前記焼付工程は、前記ポリアミドイミド樹脂又は前記ポリイミド樹脂の粒子が電着された前記平角導線を１５０℃以上２２０℃以下の低温で０．２５分以上３０分以下加熱する低温加熱工程と、前記低温で加熱された前記平角導線を前記低温加熱工程の温度より３０℃以上高い高温で０．２５分以上３０分以下加熱する高温加熱工程と、を有するとよい。
ここで、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の粒子が電着された平角導線は、高アスペクト比であることから一般的な導線よりも表面積が大きい。このため、上記平角導線を高温で急激に加熱すると、温度が上がりやすく、平角導線の周囲に電着されたポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂以外の成分（例えば、極性有機溶媒や水）が急激に揮発することにより発泡するおそれがあり、絶縁皮膜の膜厚を均等に保つことが難しい。
これに対し、上記態様では、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂を１５０℃以上２２０℃以下の低温で０．２５分以上３０分以下加熱するので、平角導線の周囲に電着されたポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂以外の成分の少なくとも一部を揮発させることができる。そして、上記成分が揮発した後、低温で加熱された平角導線を低温加熱工程の温度より３０℃以上高い高温で０．２５分以上３０分以下加熱するので、高温加熱工程においてポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂以外の成分に基づく発泡を抑制しながら焼付けることができる。これにより、高アスペクト比を有する絶縁平角導線の絶縁皮膜の膜厚をより均等に保つことができる。
本発明によれば、高アスペクト比を有する絶縁平角導線及び絶縁性の高いコイルを提供できる。
上記実施形態に係る電着塗装装置を表した模式図である。 上記実施形態における電着塗装装置により絶縁皮膜が平角導線に形成される様子を段階的に示した模式図である。 上記実施形態におけるポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎに応じた電着液中におけるポリアミドイミド樹脂の粒子により形成される湿潤皮膜の膜厚及び湿潤皮膜の電気抵抗を示す図である。
以下、本発明に係る高アスペクト比を有する絶縁平角導線及びその製造方法について、図面を用いて説明する。なお、図１及び図２は模式図であり、例えば、平角導線１０のアスペクト比や絶縁皮膜１１の厚さなどは、図面の見やすさを考慮し、実際のものとは一部異なる場合がある。
［絶縁皮膜平角導線の構成］
本実施形態に係る高アスペクト比を有する絶縁平角導線１は、図２（ｄ）に示すように、平角導線１０と、平角導線１０の周囲に形成された絶縁皮膜１１と、を有する。この絶縁平角導線１は、例えば、巻回されることにより、コイル（図示省略）となる。
［平角導線の構成］
平角導線１０は、タフピッチ銅又は無酸素銅により形成されている。この平角導線１０は、該平角導線１０の矩形断面の長辺の長さａと短辺の長さｂとの比であるアスペクト比ａ／ｂが１２以上６０以下に設定されている。また、平角導線１０は、矩形断面と同じ断面積の丸線に換算したときの直径が０．５ｍｍ以上４．５ｍｍ以下に設定される。
なお、丸線換算径が０．５ｍｍ未満又は４．５ｍｍ超であっても本発明の絶縁皮膜は成膜可能であるが、リアクトル、駆動モータ、インダクタ等の車載用コイルに使用する平角導線としては、丸線換算径０．５ｍｍ以上４．５ｍｍ以下の導線が好適である。
［絶縁皮膜の構成］
絶縁皮膜１１は、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂からなり、電着法により平角導線１０に形成される皮膜である。この絶縁皮膜１１は、平角導線１０の矩形断面の長辺中央部の膜厚ｔ１が１０μｍ以上１００μｍ以下であり、長辺中央部の膜厚ｔ１と矩形断面の長辺端部の膜厚ｔ２との膜厚比ｔ１／ｔ２が０．８０以上１．３５以下である。
なお、長辺中央部の膜厚ｔ１は、長辺中央部における上側及び下側の二か所の平均値であり、長辺端部の膜厚ｔ２は、長辺の両端部における上側及び下側の四か所の平均値である。また、長辺端部の膜厚ｔ２とは、絶縁皮膜１１の端部における丸みがなくなり、かつ、平角導線１０の長辺と絶縁皮膜１１の表面とが平行になり始めた最厚部分をいう。
絶縁皮膜１１を構成するポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎは、２．０×１０４以上４．０×１０４以下である。数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４未満のポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂により絶縁皮膜１１が構成されると、均一な厚さの絶縁皮膜１１を構成できない。一方、数平均分子量Ｍｎが４．０×１０４を超えると、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の粘度が大きくなり安定的に合成できない。
このため、本実施形態では、絶縁皮膜１１を構成するポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎは、上記範囲に設定されていることから、絶縁皮膜１１の厚さを均一にでき、これにより絶縁平角導線１の絶縁性を高めている。
［絶縁平角導線の製造方法］
このような絶縁平角導線１の製造方法について説明する。なお、この製造方法では、電着液に含まれる樹脂は、ポリアミドイミド樹脂であることとして説明する。
本製造方法は、電着液を準備する電着液準備工程と、断面円形状の導線を圧延して平角導線を形成する圧延工程と、ポリアミドイミド樹脂の粒子を平角導線の周囲に電着させる電着工程と、ポリイミド樹脂の粒子が電着された平角導線を焼付けることにより平角導線の周囲に絶縁皮膜を形成する焼付工程と、を備えている。
以下、この工程順に説明する。
［電着液準備工程］
電着液準備工程では、以下の方法により電着液を製造（準備）する。
まず、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）と、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネートと、無水トリメリット酸とを所定の割合で混合して混合液を調製した後、この混合液を４０〜６０℃に昇温し、この温度で１〜２時間撹拌する。そして、この混合液を１７０〜１８０℃まで昇温し、この温度で２〜５時間保持して反応させた後に４０〜８０℃まで冷却する。これにより、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）を含む混合液が得られる。次いで、この混合液を極性有機溶媒でさらに希釈し、希釈した混合液に貧溶媒及び塩基を所定量ずつ加えて、室温（２０℃以上２５℃以下）で３時間以上撹拌する。
ここで、ポリアミドイミド樹脂のカルボキシル基と塩基との中和反応がポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが大きくなるほど反応性が低下すると考えられている。このため、本実施形態では、数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下のポリアミドイミド樹脂、極性有機溶媒及び塩基を混合して３時間以上十分に撹拌処理を実行して、製造した電着液の保存安定性の低下を抑制している。
そして、長時間攪拌した混合液を８０００〜１２０００ｒｐｍの回転速度で撹拌しながら水を所定量滴下して加えることにより、ポリアミドイミド樹脂の粒子が分散した電着液が得られる。
このようにして製造される電着液は、数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下のポリアミドイミド樹脂、極性有機溶媒、塩基及び水を含む。
この電着液中の各成分の割合は、ポリアミドイミド樹脂が１〜１０質量％、極性有機溶媒が７０〜７９質量％、塩基が０．０１〜０．１質量％、水が残部である。
［電着塗装装置の構成］
圧延工程、電着工程及び焼付工程は、図１に示す電着塗装装置１００により行われる。この電着塗装装置１００は、円筒状に巻き込まれた断面円形状の導線１０ａ、導線１０ａを圧延する一対の圧延ローラ１０６、圧延された導線１０ａにポリアミドイミド樹脂を電着させる電着槽１０７及びポリアミドイミド樹脂が電着された導線１０ａを加熱する焼付炉１０９を備えている。この導線１０ａには、直流電源１０３の正極に接続された陽極１０４が設けられている。また、直流電源１０３の負極には、陰極１０８（電極）が接続され、この電極は、電着槽１０７の電着液１０２内に挿入されている。
この導線１０ａは、矢印１０５の方向に沿って引き上げられ、各種処理が実行される。
［圧延工程］
円筒状に巻き込まれた導線１０ａは、一対の圧延ローラ１０６により断面平角状に圧延されて、平角状の導線（上記平角導線１０）となる。
［電着工程］
そして、平角導線１０は、電着液１０２が充填された電着槽１０７内を通過する。この電着液１０２内には、平角導線１０が電着槽１０７内を通過する際に、この平角導線１０の周囲を囲むように配置されている。この電着槽１０７内を通過する際には、上記陽極１０４からの直流電圧が印加されていることから、平角導線１０の表面には、電着液１０２中に分散されたポリアミドイミド樹脂の粒子が図２（ｃ）に示すように電着される。
具体的には、電着液１０２に平角導線１０を浸漬させて直流電流を流すと、平角導線１０における矩形断面の長辺における端部に電界が集中することから、図２（ａ）に示すように、平角導線１０の端部に電荷を帯びたポリアミドイミド樹脂の粒子が電着される。このポリアミドイミド樹脂は数平均分子量Ｍｎが大きいため、これらの該粒子が電着した端部の電気抵抗（ポリアミドイミド樹脂の粒子により形成される湿潤皮膜の電気抵抗）は、その電着量に応じて大きくなる。そして、矩形断面の長辺における端部の電気抵抗が矩形断面の長辺における中央部の電気抵抗よりも大きくなると、電気抵抗の小さい中央部近傍に、図２（ｂ）に示すようにポリアミドイミド樹脂の粒子が電着され、その結果、平角導線１０の周囲には、図２（ｃ）に示すように、ポリアミドイミド樹脂の粒子が平均的に電着される（膜厚飽和）。
なお、電着液１０２の温度は、５〜６０℃の範囲内であることが好ましい。また、直流電圧は、１５０Ｖ以上の範囲内であることが好ましく、通電時間は、５〜６０秒の範囲内であることが好ましい。また、直流電圧が上記範囲内に設定されているのは、直流電圧が１５０Ｖ未満であると、平角導線１０に電着されたポリアミドイミド樹脂の粒子により形成される湿潤皮膜内の極性溶媒（極性有機溶媒又は水）の量が増え、その後の焼付工程において発泡を抑制できないためである。
図３は、ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎに応じた電着液中におけるポリアミドイミド樹脂の粒子により形成される湿潤皮膜の膜厚及び湿潤皮膜の電気抵抗を示す図である。
ここで、ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが１．０×１０４の場合（電着液を構成するポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４未満の場合）、ポリアミドイミド樹脂の両末端にカルボキシル基があると、重量当たりの官能基量は大きくなる。この官能基が極性基として極性溶媒（極性有機溶媒又は水）と相互作用することで、電着後の湿潤皮膜に多くの極性溶媒が取り込まれる。このように極性溶媒を多く含む湿潤皮膜は、図３に示すように、平角導線１０の表面に堆積して膜厚が増加しても湿潤皮膜の電気抵抗が大きく上がらず、電着中は平角導線１０の端部への電界集中が継続され、平角導線１０に電着される湿潤皮膜の形状がいわゆるドックボーン形状となり、これを焼付工程にて加熱しても、絶縁皮膜１１の膜厚分布が大きくなる。また、ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが小さいと、湿潤皮膜内の極性溶媒の量が多くなるので、焼付工程において発泡を抑制できない。
これに対し、ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが３．０×１０４の場合（電着液を構成するポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下の場合）、ポリアミドイミド樹脂の粒子により形成される湿潤皮膜の膜厚が厚くなるにつれて、湿潤皮膜の電気抵抗が指数関数的に増加する。
これらのことから、電着液１０２を構成するポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４未満の場合、ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが小さいため、上記端部に多量の粒子が電着された場合でも、端部の電気抵抗（端部の湿潤皮膜の電気抵抗）が中央部の電気抵抗よりも高くなりにくい。このため、平角導線１０の矩形断面の長辺における端部に多量のポリアミドイミド樹脂の粒子が電着され、中央部に少量のポリアミドイミド樹脂の粒子が電着されることとなり、その結果、平角導線１０の周囲に被覆される絶縁皮膜の膜厚分布が大きくなり、絶縁皮膜１１の膜厚が均一になりにくい。また、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが４．０×１０４を超えている場合、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の粘度が大きく安定的に合成できない。
このため、電着液１０２のポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎは、２．０×１０４以上４．０×１０４以下に設定されている。
なお、電着液準備工程では、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂、極性有機溶媒及び塩基を混合して２０℃以上２５℃以下で３時間以上長時間撹拌しているので、電着液１０２内において塩基とポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂との中和反応が確実に行われる。これにより、製造されてから時間が経過した場合であっても、電着液１０２が劣化しないので、電着液１０２の保存安定性を高めることができ、例えば、製造後１か月以上経過した電着液１０２であっても、平角導線１０の周囲に均一な絶縁皮膜１１が形成された絶縁平角導線１を好適に製造できる。
［焼付工程］
焼付工程では、電着槽１０７から引き揚げられた平角導線１０は、焼付炉１０９を通過し、平角導線１０に電着されたポリアミドイミド樹脂が平角導線１０に焼き付けられて絶縁皮膜１１となる。
具体的には、焼付工程は、ポリアミドイミド樹脂の粒子が電着された平角導線１０を１５０℃以上２２０℃以下の低温で０．２５分以上３０分以下加熱する低温加熱工程と、低温で加熱された平角導線１０を低温加熱工程の温度より３０℃以上高い高温で０．２５分以上３０分以下加熱する高温加熱工程と、を有している。
ここで、ポリアミドイミド樹脂の粒子が電着された平角導線１０は、高アスペクト比であることから一般的な導線よりも表面積が大きい。このため、上記平角導線１０を高温で急激に加熱すると、温度が上がりやすく、平角導線１０の周囲に電着されたポリアミドイミド樹脂以外の成分（例えば、極性有機溶媒や水）が急激に揮発することにより発泡するので、絶縁皮膜１１の膜厚を均等に保つことが難しい。
これに対し、本実施形態では、ポリアミドイミド樹脂を１５０℃以上２２０℃以下の低温で０．２５分以上３０分以下加熱するので、平角導線１０の周囲に電着されたポリアミドイミド樹脂以外の成分の少なくとも一部を揮発させることができる。そして、上記成分が揮発した後、低温で加熱された平角導線を低温加熱工程の温度より３０℃以上高い高温で０．２５分以上３０分以下加熱するので、高温加熱工程においてポリアミドイミド樹脂以外の成分に基づく発泡を抑制できる。これにより、絶縁平角導線１の絶縁皮膜１１の膜厚をより均等に保つことができる。
なお、低温加熱工程、高温加熱工程共に加熱時間が０．２５分未満では平角導線１０の周囲に電着されたポリアミドイミド樹脂以外の成分（例えば、極性有機溶媒や水）が十分に揮発せず、絶縁耐圧が低下するおそれがある。一方、低温加熱工程、高温加熱工程共に加熱時間が３０分を超えると樹脂が劣化する可能性がある。
このようにして製造された絶縁平角導線１は、上記構成を有し、これが巻回されてコイルとして使用される。
上記実施形態の絶縁平角導線１は、平角導線１０の周囲に均一な絶縁皮膜が形成された高アスペクト比を有する導線であるので、これを巻回して得られるコイルの絶縁皮膜間に隙間ができることを抑制でき、占積率を向上できる。また、絶縁皮膜の膜厚が１０μｍ以上であるため、高アスペクト比を有する平角導線の絶縁性を高めることができる。
また、絶縁皮膜１１を均一な厚さに構成できるので、絶縁平角導線１の絶縁性をより高めることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
上記実施形態では、電着液１０２は、数平均分子量Ｍｎが数平均分子量Ｍｎは、２．０×１０４以上４．０×１０４以下のポリアミドイミド樹脂を含むこととしたが、これに限らず、数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下のポリイミド樹脂を含むこととしてもよい。この場合であっても、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
上記実施形態では、図１に示すように、電着塗装装置１００は、縦方向に連続して圧延、電着及び焼付工程等を実行する例を示したが、これに限らず、横方向に各工程を実行してもよいし、１つの工程を行ってから次の工程を行うバッチ方式などの方式により実行されてもよい。また、上記実施形態では、絶縁平角導線の製造方法において、圧延工程を行うこととしたが、例えば、圧延工程はなくてもよい。この場合、予め断面平角状に形成された導線をそのまま供給すればよい。
諸条件を変更しながら、電着液及び該電着液を用いて絶縁平角導線を製造し、電着液の保存安定性、絶縁平角導線の絶縁皮膜の膜厚（発泡の有無）及び絶縁耐圧に関する実験を行った。得られた実施例１〜６、比較例１〜４及び参考例１のサンプルについて、表１及び表２を参照しながら説明する。
［実施例１］
まず、撹拌機、冷却管、窒素導入管及び温度計を備えた２リットルの４つ口フラスコにＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）３２０ｇ（３．２３モル）と、４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート１８１ｇ（０．７２モル）と、無水トリメリット酸１３９ｇ（０．７２モル）とを混合して混合液を調製し、この混合液を６０℃に昇温し、この温度で１時間撹拌した。次いで、この混合液を１８０℃まで昇温させ、この温度にて２時間保持して反応させた後に、６０℃まで冷却した。そして、この冷却した混合液に極性有機溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を９６０ｇ（９．６８モル）加えてさらに希釈することにより、表１にそれぞれ示す数平均分子量Ｍｎが３．０×１０４であり不揮発分が２０質量％であるポリアミドイミド（ＰＡＩ）を含む混合液を得た。
この混合液（ＰＡＩ：ＮＭＰ＝２０質量％：８０質量％）２．５ｇを１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン（ＤＭＩ）でさらに希釈し、次いで、この希釈した混合液に、貧溶媒としての１−メトキシプロパノール（１Ｍ２Ｐ）０．８ｇと、塩基としてのトリプロピルアミン（ＴＰＡ）０．０１５ｇとを加えて室温（２０℃以上２５℃以下）で３時間以上長時間撹拌した。そして、この混合液を高速で撹拌しながら、水１，７ｇを滴下して加え、ポリアミドイミド樹脂の粒子が分散した電着液を得た。
なお、数平均分子量Ｍｎの測定は、高速ＧＰＣ装置（東ソー社製：HLC-8320GPC）を使用し、排除限界分子量４×１０７以上のカラム（東ソー社製：TSKgel Super AWM-H）を用い、示唆屈折率計にて検出した数値を標準ポリスチレン換算して分子量測定を行った。ここで、流量は０．６００ｃｃ／分であり、制御温度は４０℃であり、サンプリング速度は５×１０−３ｃｃ／秒であり、サンプル注入量は０．０１０ｃｃであった。なお、移動相には、ジメチルアセトアミドに吸着抑制剤として臭化リチウム１ミリモルとリン酸１００ミリモルを添加したものを用いた。この数平均分子量Ｍｎの測定は、他の実施例２〜６、比較例１〜４及び参考例１も同様に測定した。本実施例では数平均分子量Ｍｎを電着液において測定しているが、数平均分子量Ｍｎは絶縁皮膜成膜後も変わらないため、絶縁皮膜を適切な溶媒に溶解させた上で測定してもよい。
続いて、上記電着液を用いて絶縁物を作成した。具体的には、まず、電着液を電着槽内に貯留し、この電着槽内の電着液の温度を２５℃とした。次いで、幅１７．８ｍｍ、厚さ０．４２ｍｍ、長さ２００ｍｍとなる銅板（上記実施形態の平角導線に相当、アスペクト比は４２．４）を陽極とし、上記電着槽内の電着液に挿入されたステンレス鋼板を陰極とし、銅板とステンレス鋼板との間に直流電圧５００Ｖを印加した状態で３０秒間保持した。これにより銅板の表面に湿潤皮膜が形成された。なお、実施例２、３、比較例１〜４及び参考例１については、実施例１と同じアスペクト比の銅板を使用し、実施例５についてはアスペクト比１２の銅板（幅６．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ）を使用し、実施例６についてはアスペクト比６０の銅板（幅１８．０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）を使用した。
なお、湿潤皮膜中の溶媒量は、電着直後の皮膜重量から焼付け後の皮膜重量を差し引くことで、電子天秤を用い測定した。この湿潤皮膜中の溶媒量は、他の実施例２〜６、比較例１〜４及び参考例１も同様に測定した。
次に、表面に湿潤皮膜が形成された銅板に焼付処理を行った。具体的には、湿潤皮膜が形成された銅板を２１０℃で３分加熱した後（低温加熱工程）、３００℃で３分加熱した（高温加熱工程）。これにより、表２に示す膜厚の絶縁皮膜が形成された絶縁物を得た。
なお、実施例２、３、５、６及び比較例１〜３については、実施例１と略同様の方法により表１に示す電着液を製造した。また、実施例４及び比較例４では、詳しい説明は省略するが、ポリアミドイミド樹脂の粒子に代えてポリイミド樹脂の粒子が分散した電着液を得た。さらに、参考例１においては、上記実施例１における電着液の製造方法において長時間攪拌を行わなかった。
また、実施例２〜６、比較例１〜４及び参考例１については、それぞれ製造された電着液を用いて、表１に示す電着電圧を上記銅板と鋼板との間に印加することで、表１に示す湿潤皮膜中の溶媒量の湿潤皮膜を形成し、この湿潤皮膜が形成された銅板を表１に示す焼付温度にて加熱した。
このようにして実施例１〜６、比較例１〜４及び参考例１にて得られた電着液及び電着液を用いて得られた絶縁物に対する各種評価を下記手法にて行った。この結果は、表２に示すとおりである。
［電着液の保存安定性］
実施例１〜６、比較例１〜４及び参考例１のそれぞれにおいて調製（製造）した電着液を、室温（２０℃以上２５℃以下）で一定期間放置した後、沈殿の有無を目視により確認した。
この電着液の保存安定性の評価では、電着液の調製後１か月経過した後も目視では沈殿が全く確認されなかった場合を「Ａ」と判定し、調製後１週間経過した後は沈殿が全く確認されなかったが、調製後１か月経過後では沈殿が確認された場合を「Ｂ」と判定し、調製後１週間経過した後に沈殿が確認された場合を「Ｃ」と判定した。
［平均膜厚］
実施例１〜６、比較例１〜４及び参考例１のそれぞれにおいて調製（製造）した電着液を用いて製造された絶縁物の表面に形成された絶縁皮膜の膜厚の平均膜厚を測定した。なお、平均膜厚は、銅板の矩形断面の長辺中央部における上側及び下側の二か所、及び長辺両端部における上側及び下側の四か所の算術平均値とした。また、焼付工程において湿潤皮膜の発泡が生じた場合は、適切な絶縁皮膜を得ることができていないため、該絶縁皮膜の膜厚の測定は行わなかった。
［膜厚分布］
実施例１〜６、比較例１〜４及び参考例１のそれぞれの絶縁皮膜の膜厚分布を算出した。この膜厚分布の評価では、銅板の矩形断面の長辺中央部の膜厚ｔ１と矩形断面の長辺端部の膜厚ｔ２との膜厚比ｔ１／ｔ２を記載した。
［絶縁耐圧］
実施例１〜６、比較例１〜４及び参考例１のそれぞれの絶縁皮膜に対し、絶縁耐圧試験を行った。この絶縁耐圧試験では、絶縁皮膜に電圧を印加して徐々に印加電圧を高め、絶縁性能に異常を生じたときの電圧を測定した。
なお、焼付工程において絶縁皮膜が適切に形成されていない場合は、絶縁耐圧の測定は実行せず、「ＮＤ」と評価した。
Figure 2019039024
Figure 2019039024
ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下である実施例１〜６は、銅板の周囲に形成された絶縁皮膜の膜厚分布が小さかった。その中でも、実施例１及び３〜６は、電着電圧が実施例２よりも高かったため、特に絶縁皮膜の膜厚分布が小さかった。
また、実施例１〜６のいずれも絶縁耐圧が３．５ｋＶ以上で十分に高かった。
電着液の保存安定性は、実施例１〜６の全てにおいて高く、１か月以上放置した場合でも、沈殿が全く確認されなかった。これは、電着液の製造工程において長時間攪拌を行っていること、及び、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下であることが理由と考えられた。
一方、比較例１〜４のそれぞれは、ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４未満であることから、湿潤皮膜中の溶媒量が多くなり、発泡せずに絶縁皮膜の膜厚を厚くすることができず、銅板の周囲に絶縁皮膜を適切に設けることができなかった。このため、比較例１〜４のそれぞれは、膜厚分布、絶縁耐圧及び電着液の保存安定性の全てにおいて実施例１〜６に対して劣っていた。
また、参考例１では、ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下であることから絶縁耐圧が良好であるものの、電着液の調製時に長時間攪拌を行っていなかったため、膜厚分布及び電着液の保存安定性が実施例１〜６に対して劣っていた。
１ 絶縁平角導線
１０ 平角導線
１０ａ 導線
１１ 絶縁皮膜
１００ 電着塗装装置
１０２ 電着液
１０３ 直流電源
１０４ 陽極
１０５ 矢印
１０６ 圧延ローラ
１０７ 電着槽
１０８ 陰極
１０９ 焼付炉

Claims (5)

  1. 矩形断面の長辺の長さａと短辺の長さｂとの比であるアスペクト比ａ／ｂが１２以上である平角導線と、
    ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂からなり、前記平角導線を被覆する絶縁皮膜と、を備え、
    前記絶縁皮膜は、前記矩形断面の長辺中央部の膜厚ｔ１が１０μｍ以上であり、前記長辺中央部の膜厚ｔ１と前記矩形断面の長辺端部の膜厚ｔ２との膜厚比ｔ１／ｔ２が０．８０以上１．３５以下であることを特徴とする高アスペクト比を有する絶縁平角導線。
  2. ポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂の数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下であることを特徴とする請求項１に記載の高アスペクト比を有する絶縁平角導線。
  3. 請求項１又は２に記載の高アスペクト比を有する絶縁平角導線を巻回してなるコイル。
  4. 数平均分子量Ｍｎが２．０×１０４以上４．０×１０４以下のポリアミドイミド樹脂又はポリイミド樹脂、極性有機溶媒及び塩基を混合して２０℃以上２５℃以下で３時間以上撹拌して、これに水を加えた電着液を準備する電着液準備工程と、
    矩形断面の長辺の長さａと短辺の長さｂとの比であるアスペクト比ａ／ｂが１２以上である平角導線を、前記電着液内に浸漬させ、前記電着液内に１５０Ｖ以上の電圧の直流電流を流して前記ポリアミドイミド樹脂又は前記ポリイミド樹脂の粒子を前記平角導線の周囲に電着させる電着工程と、
    前記ポリアミドイミド樹脂又は前記ポリイミド樹脂の粒子が電着された前記平角導線を加熱することにより前記平角導線の周囲に絶縁皮膜を形成する焼付工程と、を備えることを特徴とする高アスペクト比を有する絶縁平角導線の製造方法。
  5. 前記焼付工程は、前記ポリアミドイミド樹脂又は前記ポリイミド樹脂の粒子が電着された前記平角導線を１５０℃以上２２０℃以下の低温で０．２５分以上３０分以下加熱する低温加熱工程と、前記低温で加熱された前記平角導線を前記低温加熱工程の温度より３０℃以上高い高温で０．２５分以上３０分以下加熱する高温加熱工程と、を有することを特徴とする請求項４に記載の高アスペクト比を有する絶縁平角導線の製造方法。
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