JP2019067683A - Manufacturing method for continuously manufacturing insulation wire in which conductor is insulated by aggregate of maghemite fine particles - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、飽和磁化させたマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着した微粒子の集まりで、導体が絶縁化された絶縁電線を連続して製造する製造方法に関わる。 The present invention relates to a manufacturing method for continuously manufacturing an insulated wire in which a conductor is insulated by a collection of fine particles in which saturated and magnetized maghemite fine particles are magnetically adsorbed.
導体を絶縁体で被覆した電線を絶縁電線と呼び、様々な用途に用いられている。導体は単線ないしは撚り線からなる。また、導体は、断面が略円形からなる丸線と、断面が矩形に加工された平角導線とがある。さらに、導体の多くは、銅ないしはアルミニウムからなるが、合金によるメリットが合金材料のコストアップのデメリットより大きければ、導電率が高い銅合金ないしはアルミニウム合金が用いられる。なお、複数の絶縁電線を束ねた外側にシース(保護外被覆)を施した電線をケーブルと呼び、電気信号を伝えるメタル通信ケーブルと光信号を送る光ファイバケーブルとがある。 A wire in which a conductor is covered with an insulator is called an insulated wire and is used in various applications. The conductor consists of a single or stranded wire. Moreover, the conductor has a round wire whose cross section has a substantially circular shape and a flat wire whose cross section is processed into a rectangular shape. Furthermore, although many of the conductors are made of copper or aluminum, copper alloys or aluminum alloys having high conductivity may be used if the merit of the alloy is greater than the disadvantage of the cost increase of the alloy material. A wire obtained by bundling a plurality of insulated wires and having a sheath (protective outer coating) outside is called a cable, and there are a metal communication cable for transmitting an electrical signal and an optical fiber cable for transmitting an optical signal.
丸線からなる絶縁電線は、許容できる電流に応じて、送電用、配電用、配線用の電線に分けられる。なお、屋外で使用される電線は、紫外線対策として黒色の絶縁層からなり、日本電線工業会による耐用年数の目安は15−20年である。
送電用の絶縁電線に、直流の700Vを超え、交流の600Vを超え、7kV以下の電圧を送る高圧配電線がある。導体は7−19本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が90℃の架橋ポリエチレン樹脂、ないしは、連続最高使用温度が75℃のポリエチレン樹脂で構成される。また、3300−6600Vの屋外配電線から電柱上の変圧器のところまでをつなぐ高圧引込線がある。導体は7本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が90℃の架橋ポリエチレン樹脂、ないしは、連続最高使用温度が80℃のエチレンプロピレンゴムで構成される。さらに、変圧器を使って高圧引込線から受けた電力を、100Vないしは200Vの単相ないしは三相に落とす低圧配電線路に用いられる低圧架空電線がある。導体は7−19本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が60℃のビニル樹脂で構成される。
配電用の絶縁電線に、電柱から建物に電気を引き込む架空引込配線に用いられる低圧引込線がある。導体は7−19本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が60℃のビニル樹脂で構成される。
配線用の絶縁電線は、最終の使用箇所によって多岐にわたるが、主な絶縁電線に建築物の屋内配線がある。屋内配線の多くは、600Vまでの低圧屋内配線であり、導体は7本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が60℃のビニル樹脂で構成される。なお、日本電線工業会による屋内の耐用年数の目安は20−30年である。
Insulated wires consisting of round wires can be divided into wires for power transmission, distribution and wiring according to the allowable current. In addition, the electric wire used outdoors consists of a black insulating layer as a countermeasure against ultraviolet rays, and the standard of the service life by the Japan Wire Industry Association is 15 to 20 years.
Among the insulated wires for power transmission, there is a high voltage distribution line that delivers a voltage of more than 700 V DC, more than 600 V AC and less than 7 kV. The conductor is formed by twisting 7 to 19 strands, and the insulating layer is formed of a crosslinked polyethylene resin having a continuous maximum use temperature of 90 ° C. or a polyethylene resin having a continuous maximum use temperature of 75 ° C. There is also a high voltage service lead from the 3300-6600 V outdoor distribution line to the transformer on the pole. The conductor is formed by twisting seven strands, and the insulating layer is formed of a crosslinked polyethylene resin having a continuous maximum use temperature of 90 ° C. or an ethylene propylene rubber having a continuous maximum use temperature of 80 ° C. In addition, there are low voltage overhead wires used in low voltage distribution lines that use a transformer to drop power received from high voltage drop lines into single or three phases of 100V or 200V. The conductor is formed by twisting 7-19 strands, and the insulating layer is made of a vinyl resin having a continuous maximum operating temperature of 60.degree.
Among the insulated wires for power distribution, there is a low voltage lead-in wire used for an overhead lead-in wire for drawing electricity from a utility pole into a building. The conductor is formed by twisting 7-19 strands, and the insulating layer is made of a vinyl resin having a continuous maximum operating temperature of 60.degree.
Insulated wires for wiring vary widely depending on the final use place, but the main insulated wires include indoor wiring in buildings. Most of the indoor wiring is low voltage indoor wiring up to 600 V, the conductor is made by twisting seven strands, and the insulating layer is made of vinyl resin having a continuous maximum operating temperature of 60 ° C. In addition, the standard of the useful life of the indoor by the Japan Wire Industry Association is 20-30 years.
さらに、丸線からなる絶縁電線を、コイル、モータ、プランジャ、リレー、自動車の電装品に用いる巻線(マグネットワイヤともいう)がある。巻線には、絶縁材料を塗布して焼付けるエナメル線と、繊維、フィルム、テープ、紙、糸などを巻き付ける横巻線と、これらを組み合わせた電線とがある。エナメル線は絶縁層の耐熱温度で分けられ、105℃のポリビニルホルマール銅線、120℃のポリウレタン銅線、155℃のポリエステル銅線、180℃のポリエステルイミド銅線、200℃のポリアミドイミド銅線、220℃のポリイミド銅線がある。巻線の絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になる。丸線が用いられる機器によって、使用される環境と印加される負荷が大きく変わり、これによって、絶縁層に要求される性能も大きく変わる。特に、自動車に搭載される各種電装品に用いられる巻線は、要求される性能が高い。 Furthermore, there is a coil (also referred to as a magnet wire) that uses an insulated wire made of a round wire for a coil, a motor, a plunger, a relay, and an electrical component of a car. The winding includes an enameled wire for applying and baking an insulating material, a transverse winding for winding a fiber, a film, a tape, a paper, a thread and the like, and an electric wire combining these. Enamel wire is divided by the heat resistance temperature of the insulating layer, polyvinyl formal copper wire of 105 ° C, polyurethane copper wire of 120 ° C, polyester copper wire of 155 ° C, polyesterimide copper wire of 180 ° C, polyamideimide copper wire of 200 ° C, There is a polyimide copper wire at 220 ° C. The insulating layer of the winding requires various performances such as dielectric breakdown, wear resistance, solvent resistance, chemical resistance, oil resistance, hydrolysis resistance, thermal shock resistance, heat resistance life and the like. Depending on the equipment in which the round wire is used, the environment to be used and the load to be applied largely change, and thereby the performance required for the insulating layer also changes greatly. In particular, the windings used for various electrical components mounted on automobiles have high required performance.
いっぽう、平角導線は、アスペクト比が比較的小さいものは伸線加工で、大きいものは丸線の圧延加工や、圧延板のスリット加工で製造される。従って、平角導線への加工費用は安価で済む。平角導線は、表面に絶縁層を形成し、コイルの巻線として、あるいは、コイルとして使用した時に、コイルの断面積中に占める導体の断面積率が、丸線よりも高くなり、小型化・高性能化が要求される各種電気・電子部品に、巻線ないしはコイルとして使用されている。
すなわち、平角導線は、民生用機器では、パソコン、テレビ、制御回路などに、表面実装型コイルとして、タブレット端末やスマートフォンなどに、小型表面実装型コイルとして用いられている。自動車では、ハイブリッド車用駆動モータ、電動コンプレッサー用モータ、電動パワステ用モータ、ワイパーモータ、オルタネータ、スターター、イグニッションコイルなどの電装品に、巻線として用いられている。また、産業用モータ、家電用モータ、小型モータなどの各種モータの巻線として用いられている。また、リレーコイルやクラッチコイルなどの各種コイルとして、電力用トランス、照明機器用トランス、小型トランスなどの各種トランスのコイルとして用いられている。
いっぽう、平角導線の絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になるが、平角導線が用いられる機器によって、使用される環境と印加される負荷が大きく変わり、これによって、絶縁層に要求される性能も大きく変わる。巻線と同様に、自動車に搭載される各種電装品に用いられる巻線は、要求される性能が高い。
また、平角導線の厚みと幅は、平角導線が用いられる機器によって大きく変わる。例えば、小型表面実装型コイルに用いられる極細平角線では、導体厚が0.02mmで、導体幅が0.1−0.3mmからなり、絶縁層の厚さが僅かに0.005mmである。これに対し、一般平角線では、導体厚が0.8−1.0mmで導体幅が1.7−3.5mmからなり、絶縁層の厚さが0.05mmである。このように、絶縁層の厚みが導体厚に応じて1桁も変わる。また、コイルの間隔は、導体厚に応じて1桁変わる。
さらに、平角導線を用いたコイルには様々な形状がある。例えば、平角導線を曲げにくい幅方向に曲げたエッジワイズコイルには、矩形エッジワイズコイル、円形エッジワイズコイル、長円エッジワイズコイル、楕円エッジワイズコイルなどの形状があり、2レア巻コイル、亀の甲羅状に巻いた亀甲コイル、トロイダル状に巻いたトロイダルコイルなど様々な形状のコイルが存在する。
On the other hand, flat conductors with a relatively small aspect ratio are produced by wire drawing, and those with a large aspect ratio are produced by rolling of a round wire or slitting of a rolled sheet. Therefore, the processing cost to the flat wire can be low. The flat wire has an insulating layer on the surface, and when used as a coil winding or as a coil, the cross-sectional area ratio of the conductor in the cross-sectional area of the coil becomes higher than that of the round wire, resulting in miniaturization It is used as a winding or coil in various electric and electronic parts that require high performance.
That is, flat conductors are used in consumer devices as personal computers, televisions, control circuits, etc., as surface mount coils, as tablet terminals, smart phones, etc., as small surface mount coils. In automobiles, coils are used as coils for electric vehicles such as drive motors for hybrid vehicles, motors for electric compressors, motors for electric power steering, wiper motors, alternators, starters, ignition coils and the like. Moreover, it is used as a winding of various motors, such as an industrial motor, a motor for household appliances, and a small motor. In addition, various coils such as relay coils and clutch coils are used as coils of various transformers such as transformers for electric power, transformers for lighting equipment, and small transformers.
On the other hand, the insulating layer of the flat wire needs various performances such as insulation breakdown, wear resistance, solvent resistance, chemical resistance, oil resistance, hydrolysis resistance, thermal shock resistance, heat resistant life, etc. Depending on the equipment used, the environment to be used and the load to be applied may be largely changed, which in turn greatly changes the performance required for the insulating layer. Similar to the windings, the windings used for various electrical components mounted in automobiles have high required performance.
Also, the thickness and width of the flat wire vary depending on the device in which the flat wire is used. For example, in the case of an extremely thin rectangular wire used for a small surface mount coil, the conductor thickness is 0.02 mm, the conductor width is 0.1 to 0.3 mm, and the thickness of the insulating layer is only 0.005 mm. On the other hand, in a general rectangular wire, the conductor thickness is 0.8-1.0 mm, the conductor width is 1.7-3.5 mm, and the thickness of the insulating layer is 0.05 mm. Thus, the thickness of the insulating layer changes by one digit according to the thickness of the conductor. Also, the coil spacing varies by an order of magnitude depending on the conductor thickness.
Furthermore, there are various shapes of coils using flat wire. For example, an edgewise coil obtained by bending a flat wire in a width direction which is difficult to bend has shapes such as a rectangular edgewise coil, a circular edgewise coil, an oval edgewise coil, an elliptical edgewise coil, etc. There are coils of various shapes such as a tortoise shell coil wound in a loop shape and a toroidal coil wound in a toroidal shape.
以上に説明したように、絶縁電線は様々な用途において、様々な環境で使用され、様々な負荷が絶縁層に加わる。このため、絶縁層に要求される性能は、用途に応じて変わる。従って、一種類の絶縁層で、全ての絶縁電線に関わる全ての性能を満たす絶縁層は存在しない。また、平角導線の導体厚と導体幅は、用途に応じて大きく変わる。従って、全ての導体厚と導体幅に適応できる絶縁層は存在しない。 As explained above, insulated wires are used in different applications and in different environments, and different loads are applied to the insulating layer. Therefore, the performance required for the insulating layer varies depending on the application. Therefore, there is no insulating layer that fulfills all the performances of all the insulated wires in one kind of insulating layer. In addition, the conductor thickness and the conductor width of the flat wire largely change depending on the application. Thus, there is no insulating layer that can accommodate all conductor thicknesses and conductor widths.
例えば、特許文献1には、平角導線からなるコイルに、電着塗装で絶縁層を形成するに当たり、コイルの弾性変形領域内で、予めコイルの複数の巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持し、その伸長状態で電着塗装工程と焼き付け工程とを行って、絶縁層を形成することが記載されている。
しかしながら、コイルの巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持する工程が必要になり、絶縁層を形成するコストが増大する。さらに、コイルの巻回部どうしの間隔が僅か0.01mmのようなコイルは、巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持することは不可能である。従って、限定されたコイルのみに絶縁層が形成できる。
For example, according to
However, the process of maintaining the stretched state by opening the coil windings is required, which increases the cost of forming the insulating layer. Furthermore, a coil with a spacing of only 0.01 mm between the turns of the coil can not be maintained in an extended state with a spacing between the turns. Therefore, the insulating layer can be formed only on the limited coil.
特許文献2には、絶縁層の熱膨張率を銅の熱膨張率に近づけ、耐熱衝撃性を向上させるため、球状シリカとポリフェニレンサルファイド樹脂との複合材を押し出し、平角導線に絶縁皮膜を形成することが記載されている。
しかし、平均粒径が0.5−10μmからなる球状シリカを、溶解したPPS樹脂に、25−32%の体積割合で複合化させるため、球状シリカの配合割合を高めるほど、つまり、複合材料の熱膨張率を銅に近づけるほど、複合材料の可撓性は低下する。このような複合材料で絶縁被覆された巻線を用いてコイルを形成する際、屈曲部で絶縁層にクラックが入り、コイルに加工できない。従って、屈曲を必要としない巻線の用途に限定され、使用できる巻線の用途は極めて狭い。
なお、球状シリカの熱膨張率が0.55×10−6/Kで、PPS樹脂の熱膨張率が49―55×10−6/Kで、銅の熱膨張率が16.8×10−6/Kであるため、複合材料の熱膨張率を銅の熱膨張率に一致させるには、シリカ球の混合割合を2/3の体積割合まで高める必要がある。しかし、シリカ球の配合割合を高めるほど、複合材料における粘度が増大し、押出成形が困難になる。また、押出成形機の摩耗が顕著になる。従って、球状シリカの配合割合に制約があるため、複合材料の熱膨張率にも制約がある。このため、複合材料からなる絶縁層の耐熱衝撃性の改良にも限界がある。
In patent document 2, in order to make the thermal expansion coefficient of an insulating layer close to the thermal expansion coefficient of copper and to improve a thermal shock resistance, the composite material of spherical silica and polyphenylene sulfide resin is extruded and an insulating film is formed on a flat wire. It is described.
However, since spherical silica having an average particle diameter of 0.5 to 10 μm is compounded with the dissolved PPS resin at a volume ratio of 25 to 32%, the compounding ratio of spherical silica is increased, that is, the composite material The closer the coefficient of thermal expansion to copper, the lower the flexibility of the composite. When a coil is formed using a winding insulated with such a composite material, the insulating layer is cracked at the bend and can not be processed into a coil. Therefore, the application of the winding which is limited to the use of the winding which does not require bending, and which can be used is very narrow.
The thermal expansion coefficient of the spherical silica is 0.55 × 10 -6 / K, a thermal expansion coefficient of the PPS resin is 49-55 × 10 -6 / K, the thermal expansion coefficient of copper is 16.8 × 10 - Since it is 6 / K, in order to make the coefficient of thermal expansion of the composite material match the coefficient of thermal expansion of copper, it is necessary to increase the mixing ratio of silica spheres to a volume ratio of 2/3. However, as the proportion of the silica spheres is increased, the viscosity of the composite material increases and extrusion becomes difficult. In addition, the abrasion of the extruder becomes remarkable. Therefore, since the blending ratio of spherical silica is limited, the thermal expansion coefficient of the composite material is also limited. Therefore, there is a limit to the improvement of the thermal shock resistance of the insulating layer made of a composite material.
特許文献3には、平角導線の断面形状における短辺に対応する部分の絶縁層の厚さが、長辺に対応する部分の絶縁層の厚さよりも厚くさせるため、電着塗装に用いるワニスを、塗装用樹脂と水と水溶性溶媒とで構成することが記載されている。
しかし、絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になるが、水溶性を持つ合成樹脂の材質が限定されるため、このようなワニスで目的とする絶縁層が形成できたとしても、絶縁層の性能が水溶性樹脂によって制約され、平角導線の使用できる用途は限られる。
In Patent Document 3, a varnish used for electrodeposition coating is used in order to make the thickness of the insulating layer in the portion corresponding to the short side in the cross sectional shape of the flat wire larger than the thickness of the insulating layer in the portion corresponding to the long side. It is described that it comprises a resin for coating, water and a water-soluble solvent.
However, the insulating layer is required to have various performances such as insulation breakdown, wear resistance, solvent resistance, chemical resistance, oil resistance, hydrolysis resistance, thermal shock resistance, heat resistance life, etc. Even if the target insulating layer can be formed with such a varnish, the performance of the insulating layer is restricted by the water-soluble resin, and the use of the flat wire is limited.
特許文献4には、誘電率が低い絶縁塗料によって、複数の絶縁層を形成する絶縁電線が記載されている。つまり、例えば、インバータサージ電圧の影響で、誘電率が大きい絶縁層ほど、絶縁層の表面で誘電分極に伴う部分放電が発生し、部分放電による劣化を原因として絶縁層が侵食され、最終的に絶縁破壊が起こる。このため、内側の第一層に、誘電率が3.8未満である低誘電率ポリエステルイミド樹脂、誘電率が4.0未満である低誘電率ポリアミドイミド樹脂、又は誘電率が3.2未満である低誘電率ポリイミド樹脂の何れか一種を主成分とする低誘電率絶縁塗料を焼付け塗装し、第二層に、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、又はポリイミド樹脂の何れか一種を主成分とすると共に無機微粒子を副成分とする低誘電率絶縁塗料を焼付け塗装することが記載されている。
いっぽう、従来における耐アーク性、耐トラッキング性に最も優れる絶縁材料は、誘電率が3.1−3.2からなるシリコーンワニスである。しかし、シリコーンワニスであっても、耐アーク性、耐トラッキング性に限界がある。従って、特許文献4に記載された低誘電率絶縁塗料を用いても、耐アーク性、耐トラッキング性に限界がある。さらに、第一層と第二層とは別々に焼付塗装され、異なる材質からなる境界面が融点の違いで融着されず、境界面に層離れによるギャップが形成される。このようなギャップが存在すると、ギャップの部分で部分放電が起こる。この放電の繰り返しで徐々に絶縁体が侵食され、最終的に絶縁破壊に至る。また、単層からなる従来の絶縁層に比べ、製造コストが増える。
Patent Document 4 describes an insulated wire in which a plurality of insulating layers are formed by an insulating paint having a low dielectric constant. That is, for example, due to the influence of the inverter surge voltage, partial discharge accompanied by dielectric polarization occurs on the surface of the insulating layer as the insulating layer has a larger dielectric constant, and the insulating layer is eroded due to deterioration due to partial discharge. Breakdown occurs. Therefore, in the inner first layer, a low dielectric constant polyesterimide resin having a dielectric constant of less than 3.8, a low dielectric constant polyamideimide resin having a dielectric constant of less than 4.0, or a dielectric constant of less than 3.2 The low dielectric constant insulating paint mainly composed of any one kind of low dielectric constant polyimide resin is baked and painted, and any one kind of polyester imide resin, polyamide imide resin, or polyimide resin is mainly used as the second layer. At the same time, it is described that a low dielectric constant insulating paint containing inorganic fine particles as a secondary component is baked and coated.
On the other hand, the insulating material most excellent in conventional arc resistance and tracking resistance is a silicone varnish having a dielectric constant of 3.1 to 3.2. However, even silicone varnishes have limitations on arc resistance and tracking resistance. Therefore, even if the low dielectric constant insulating paint described in Patent Document 4 is used, arc resistance and tracking resistance are limited. Furthermore, the first layer and the second layer are separately baked and coated, and interfaces made of different materials are not fused due to the difference in melting point, and gaps due to layer separation are formed in the interfaces. When such a gap is present, partial discharge occurs in the gap. In the repetition of this discharge, the insulator is gradually eroded and eventually leads to dielectric breakdown. In addition, the manufacturing cost is increased as compared with the conventional insulating layer consisting of a single layer.
以上に説明した特許文献にも記載されているように、記載された技術は限定された用途にのみ有効で、普遍性はない。従って、一種類の絶縁層で、全ての絶縁電線に関わる全ての性能を満たす絶縁層は存在しない。
本発明は、絶縁電線が使用される環境の如何に関わらず、また、電線が単線であっても撚り線であっても、平角線であっても、電線の如何に関わらず、さらに、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、また、コイルの巻回部の間隔の大きさの如何に関わらず、全ての電線について、従来の性能より優れ、さらに、安価な製法で連続して絶縁電線を製造する方法を実現することが、本発明の課題である。
As described in the patent documents described above, the described techniques are effective only for limited applications and are not universal. Therefore, there is no insulating layer that fulfills all the performances of all the insulated wires in one kind of insulating layer.
In the present invention, regardless of the environment in which the insulated wire is used, and whether the wire is a single wire, a stranded wire or a flat angle wire, regardless of the wire, the flat angle Regardless of the conductor thickness of the conductor, the conductor width, and regardless of the size of the coil winding interval, it is superior to the conventional performance for all the wires, and it is continuous in an inexpensive manufacturing method. It is an object of the present invention to realize a method of manufacturing an insulated wire.
絶縁電線を連続して製造する製造方法は、アルコールで希釈された有機化合物に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液に、導体を浸漬して通過させる第一の工程と、大気雰囲気で室温から前記有機化合物が気化する温度に昇温される第一の熱処理装置を、前記導体を通過させる第二の工程と、大気雰囲気で前記酸化第一鉄の微粒子がマグヘマイトの微粒子に酸化される温度に昇温される第二の熱処理装置に、前記導体を移動させる第三の工程と、前記マグヘマイト微粒子の磁化が飽和する磁場が発生している大気雰囲気の空間を、前記導体を通過させる第四の工程と、前記導体を巻き取る第五の工程からなり、これら5つの工程を連続して実施する製造方法が、マグヘマイト微粒子の集まりで導体が絶縁化される絶縁電線を連続して製造する製造方法である。 The manufacturing method for continuously manufacturing the insulated wire includes a first step of immersing and passing the conductor in a suspension in which fine particles of ferrous oxide are dispersed in an organic compound diluted with alcohol, and an air atmosphere. The first heat treatment apparatus is heated to a temperature at which the organic compound evaporates from room temperature, the second step of passing the conductor, and the fine particles of ferrous oxide are oxidized into fine particles of maghemite in the air atmosphere. The conductor is passed through the third heat treatment apparatus, which is heated to a predetermined temperature, and the space of the atmospheric atmosphere in which the magnetic field to saturate the magnetization of the maghemite fine particles is generated. A manufacturing method comprising the fourth step and the fifth step of winding the conductor, wherein the five steps are carried out successively, continuously produces an insulated wire in which the conductor is insulated with a collection of maghemite fine particles. The It is a manufacturing method.
つまり、導体が懸濁液に浸漬して懸濁液を通過すると、懸濁液の粘度に応じた厚みで、導体に懸濁液が付着する。従って、導体が単線ないしは撚り線からなる丸線の導体であっても、平角導体であっても、また、単線の太さ、撚り線の本数、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、どのような導体であっても、懸濁液の粘度に応じた厚みで懸濁液が付着する。この後、導体が第一の熱処理装置を移動して昇温され、懸濁液からアルコールが気化した後に有機化合物が気化し、導体の表面に酸化第一鉄(FeOの化学式で示される)の微粒子の集まりが付着する。さらに、導体は第二の熱処理装置に移動し、一定の時間放置され、酸化第一鉄の2価の鉄イオン(Fe2+)の全てが、3価の鉄イオン(Fe3+)に酸化され、酸化第一鉄がマグヘマイト(酸化第二鉄Fe2O3のガンマ相でγ−Fe2O3の化学式で示される)に酸化される。これによって、導体は磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで覆われる。さらに、導体は磁場が発生している空間を通過し、マグヘマイト微粒子の磁化が飽和し、飽和した磁化同士が磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで導体が覆われ、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層が導体に形成される。この後、導体を巻き取る。こうして絶縁電線が連続して製造される。
上記した絶縁電線の製造方法は、以下の特徴によって優れた作用効果がもたらされる。
第一に、5つの工程がいずれも大気雰囲気での処理としたため、5つの工程を連続して実施することができる。これによって、絶縁電線が連続して製造できる。また、5つの処理はいずれも極めて簡単な処理で、安価な製造費用で連続して絶縁電線が製造される。
なお、複数本の単線ないしは撚り線の導体を、ないしは、複数本の平角導体を、間隔を置いて平行に移動させ、上記した5つの工程を連続して実施すると、複数本の絶縁電線が同時に連続して製造できる。これによって、絶縁電線の製造費用はさらに安価になる。
第二に、第一の工程において、絶縁層の厚みは懸濁液の粘度で決まり、懸濁液の粘度はアルコールの希釈率で如何様にも変えられる。これによって、絶縁層の厚みは如何様にも変えられる。つまり、5段落で記載したように、平角導体の厚みと幅は、平角導線が用いられる機器によって大きく変わり、これによって、絶縁層の厚みが導体厚に応じて1桁も変わり、また、平角導線を用いたコイルの間隔は、導体厚に応じて1桁も変わる。このため、絶縁層の厚みが容易に一桁変えられるよう、懸濁液をアルコールで希釈された有機化合物で構成し、アルコールの希釈率で懸濁液の粘度が一桁変えられる構成とした。これによって、絶縁層の厚みが如何様にも変えられ、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として用いることができる。従って、コイルの巻回部の間隔が狭い巻線として用いる時は、アルコールの希釈率を高める。例えば、コイルの巻回部の間隔が狭く、絶縁層の厚さが僅かに0.005mmのような巻線に対しても、絶縁層が形成できる。
第三に、第四の工程を、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる工程とすることで、第五の製造工程で絶縁化された導体を巻き取ることができ、これによって、絶縁電線を連続して製造できる。つまり、巻き取られた絶縁電線は、隣接する絶縁電線の絶縁層から磁気吸引力を受ける。しかし、同じ方向に磁化が飽和したマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着するため、絶縁層を形成するマグヘマイト微粒子同士の磁気吸引力は、隣接する絶縁電線の絶縁層から受ける磁気吸引力より大きい。このため、隣接する絶縁電線の絶縁層からの磁気吸引力で、絶縁層のマグネタイト微粒子が引き取られず、これによって、絶縁電線を巻き取ることができる。さらに、マグヘマイトの磁気キュリー点が675℃で、大気中の450℃以上の温度で酸化第二鉄のα相であるヘマタイト(α−Fe2O3の化学式で示される)に徐々に相転移する。この相転移は不可逆変化である。従って、マグヘマイト微粒子同士の磁気吸着力は、450℃に近い耐熱性を持つ。このため、巻き取った絶縁電線は、高温に長期間放置することができる。
第四に、第四の工程を、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる工程とすることで、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として巻き回すことができる。つまり、絶縁電線を巻線として用いる際に絶縁層に大きな負荷が加わるため、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させた。すなわち、マグヘマイト微粒子が、10−100nmの大きさからなる質量が極僅かな粒状微粒子であり、飽和した磁化で隣接する粒状微粒子同士が互いに磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりから、マグヘマイト微粒子は引き剥がされない。従って、絶縁電線を巻線として様々なコイルに巻く際に、負荷がマグヘマイト微粒子の集まりに印加されるが、磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりが僅かに一時的に変形するだけで、絶縁層からマグヘマイト微粒子は引き剥がされない。さらに、導体の径に比べると、絶縁層の厚みは3桁も小さく、巻線の巻き回し間隔が小さいコイルに対しても、絶縁電線を巻き回すことができる。また、変形した絶縁層は磁気吸着力で元の形状に戻り、絶縁層は優れた可撓性を持つ。さらに、前記したように、マグヘマイトが450℃に近い耐熱性を持つため、コイルも450℃に近い耐熱性を持つ。また、従来の絶縁層のピンホールの大きさは、マグヘマイト微粒子より3桁も大きく、絶縁層の厚みが薄くても、マグヘマイト微粒子が磁気吸着した絶縁層に、電気的弱点部であるピンホールは存在しない。
さらに、前記の製造方法によって製造された絶縁電線は、絶縁層に要求される全ての性能が、従来の絶縁電線の絶縁層の性能より著しく向上する作用効果がもたらされる。
第一に、マグヘマイトが自発磁化を持つ強磁性体である。このため、マグヘマイト微粒子同士は互いに磁気吸着する。さらに、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させると、同一方向にそろって磁化が飽和し、マグヘマイト微粒子同士の磁気吸着力が著しく増大する。これによって、前記したように、絶縁電線が巻き取ることができ、また、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として用いることができる。
第二に、マグヘマイトの磁気キュリー点は675℃で、大気中の450℃以上の温度でヘマタイトに徐々に相転移する。従って、マグヘマイト微粒子の磁気吸着力は、450℃に近い耐熱性を持つ。いっぽう、絶縁層に用いられている高分子材料の中で、耐熱性が最も高い高分子材料にポリアミドイミド樹脂があり、ポリアミドイミド樹脂の軟化点は270℃であり、耐熱温度は軟化点の270℃である。従って、絶縁電線の耐熱温度は、従来の絶縁層の耐熱温度より150℃以上向上し、また、耐熱寿命も著しく伸びる。
第三に、絶縁電線の温度が変わっても、10−100nmの大きさからなるマグヘマイト微粒子の熱膨張・熱収縮の大きさは極めて微小であり、マグヘマイト微粒子は殆ど熱膨張・熱収縮をしない。このため、絶縁層も殆ど熱膨張・熱収縮をしない。また、マグヘマイトの磁気キュリー点が高いため、絶縁電線の温度が450℃より低ければ、磁気吸着力はほとんど変わらない。従って、絶縁電線が搭載された機器の温度が急激に変わっても、マグヘマイト微粒子に熱応力は発生しない。これによって、絶縁電線の耐熱衝撃性は、従来の絶縁電線より著しく向上する。
第四に、マグヘマイトは比抵抗が106Ωmで、比誘電率が1.6−1.8の絶縁体である。従来の絶縁層の中で、耐アーク性、耐トラッキング性に最も優れるシリコーンワニスの誘電率が3.1−3.2である。このため、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層は、シリコーンワニスより著しく耐アーク性、耐トラッキング性に優れる。従って、絶縁層の絶縁破壊が従来の絶縁層より著しく向上する。なお、絶縁層にマグヘマイト微粒子で囲まれた数ナノレベルの大きさの空孔が多数存在する。しかし、空孔の大きさが、従来の絶縁塗料の焼付塗装で生成されるボイド(気泡)より3桁も小さく、また、空孔を囲むマグヘマイト微粒子の誘電率が低いため、空孔に部分放電は起こらない。従って、インバータ制御のモータに本絶縁電線を用いても、インバータサージによる部分放電浸食が絶縁層に起こらず、絶縁破壊が起こらない。また、従来の絶縁層の厚みより著しく薄くしても、絶縁破壊が起こらない。このため、小型表面実装型コイルに用いられる極細平角線のように、絶縁層の厚さが僅かに0.005mmである巻線として用いることができる。なお、前記したポリアミドイミド樹脂の比誘電率は、3.8−4.1と高い値を持つ。
第五に、マグヘマイトは、極めて安定した黒色の金属酸化物からなる無機物で、鉄の不働態皮膜を形成する物質として知られている。従って、全ての溶剤、酸やアルカリ、ナフサ・灯油・ガソリンなどと全く反応しない。また、磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まり、つまり、絶縁層に、全ての液体は表面張力で侵入することができない。このため、従来の絶縁層より、耐溶剤・耐薬品・耐油性に優れる。また、加水分解せず、課電劣化も起こらず、紫外線による劣化も起きない。また、絶縁層は殆ど熱膨張・熱収縮を起こさない。従って、従来の高分子材料のように、低温において絶縁層が硬化せず、高温において絶縁層が軟化しない。このため、長期間極低温に放置されても、絶縁層は脆弱化せず、長期間高温に放置されても、絶縁層は熱劣化しない。
第六に、モース硬度が6.5で、電磁鋼板より著しく硬い物質であり、他の部品や基材と接触しても摩耗しない。なお、接触した際に絶縁層が極僅か一時的に変形するため、接触した部品や基材を攻撃しない。いっぽう、絶縁電線を巻線として機器に巻く際に、負荷がマグヘマイト微粒子の集まりに印加されるが、マグヘマイト微粒子は粒状の微粒子であり、粒状微粒子同士は接触部位で僅かに滑り、粒状微粒子同士の接触で微粒子は破壊されない。従って、従来の絶縁層より耐摩耗性が著しく向上する。このため、摩耗によって絶縁層の表面に傷が入り、そこから部分放電が発生し、絶縁破壊に至ることがない。
以上に説明したように、飽和した磁化でマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで絶縁化された絶縁電線は、絶縁電線が使用される環境の如何に関わらず、また、電線が単線であっても撚り線であっても、丸線であっても平角線であっても、電線の如何に関わらず、さらに、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、全ての電線について、要求される性能が従来の絶縁電線より著しく向上する。さらに、こうした優れた性能を持つ絶縁電線が、前記した簡単な5つの工程を連続して実施することで、連続して製造されるため、絶縁電線の製造費用は安価である。この結果、12段落に記載した課題が解決された。
That is, when the conductor is immersed in the suspension and passes through the suspension, the suspension adheres to the conductor with a thickness corresponding to the viscosity of the suspension. Therefore, regardless of whether the conductor is a round conductor consisting of a single wire or a stranded wire or a flat angle conductor, the thickness of the single wire, the number of strands, the conductor thickness of the flat wire, the conductor width Also, regardless of the type of conductor, the suspension adheres at a thickness corresponding to the viscosity of the suspension. Thereafter, the conductor is moved through the first heat treatment apparatus to raise the temperature, and after alcohol is vaporized from the suspension, the organic compound is vaporized, and ferrous oxide (represented by the chemical formula of FeO) is formed on the surface of the conductor. A collection of particles adheres. Furthermore, the conductor moves to the second heat treatment apparatus, is left for a certain time, and all ferrous oxide divalent iron ions (Fe 2+ ) are oxidized to trivalent iron ions (Fe 3+ ), ferrous is oxidized to maghemite (represented by the chemical formula of γ-Fe 2 O 3 in the gamma phase of ferric oxide Fe 2 O 3) oxide. As a result, the conductor is covered with a collection of magnetically adsorbed maghemite fine particles. Furthermore, the conductor passes through the space where the magnetic field is generated, the magnetization of the maghemite particles is saturated, the conductors are covered with a collection of maghemite particles in which the saturated magnetizations are magnetically adsorbed, and the insulating layer is composed of a collection of maghemite particles. It is formed on a conductor. After this, the conductor is wound up. Thus, the insulated wire is continuously manufactured.
The manufacturing method of the above-mentioned insulated wire brings about the outstanding effect by the following features.
First, since all five steps are treated in the atmosphere, the five steps can be carried out continuously. Thereby, the insulated wire can be manufactured continuously. In addition, all five processes are extremely simple processes, and insulated wires are continuously manufactured at low cost.
In addition, a plurality of single-wire or stranded-wire conductors or a plurality of flat-angle conductors are moved in parallel at intervals, and the above-mentioned five steps are continuously carried out. It can be manufactured continuously. This further reduces the cost of manufacturing the insulated wire.
Second, in the first step, the thickness of the insulating layer is determined by the viscosity of the suspension, and the viscosity of the suspension can be changed in any way by the dilution rate of alcohol. By this, the thickness of the insulating layer can be changed in any way. That is, as described in the fifth paragraph, the thickness and width of the flat conductor greatly vary depending on the device in which the flat conductor is used, whereby the thickness of the insulating layer changes by one digit according to the conductor thickness, and the flat conductor The spacing of the coils using V varies by an order of magnitude depending on the conductor thickness. Therefore, the suspension is made of an organic compound diluted with alcohol so that the thickness of the insulating layer can be easily changed by one digit, and the viscosity of the suspension can be changed by one digit at the dilution rate of alcohol. Thereby, the thickness of the insulating layer can be changed in any way, and the insulated wire can be used as a winding for any coil. Therefore, when used as a winding in which the distance between turns of the coil is narrow, the dilution rate of alcohol is increased. For example, the insulating layer can be formed even for a winding in which the distance between turns of the coil is narrow and the thickness of the insulating layer is only 0.005 mm.
Thirdly, by conducting the fourth step as the step of saturating the magnetization of the maghemite fine particles, the conductor insulated in the fifth manufacturing step can be wound up, whereby the insulated wire is continuously formed. It can be manufactured. That is, the wound up insulated wire receives magnetic attraction from the insulating layer of the adjacent insulated wire. However, since maghemite fine particles having magnetizations saturated in the same direction magnetically adsorb each other, the magnetic attractive force of the maghemite fine particles forming the insulating layer is larger than the magnetic attractive force received from the insulating layer of the adjacent insulated wire. For this reason, the magnetite particulates of the insulating layer are not pulled up by the magnetic attraction force from the insulating layer of the adjacent insulated wire, and the insulated wire can be wound up by this. Furthermore, the magnetic Curie point of maghemite is 675 ° C, and phase transition is gradually made to hematite (shown by the chemical formula of α-Fe 2 O 3 ), which is the α phase of ferric oxide, at a temperature of 450 ° C or higher in the atmosphere. . This phase transition is an irreversible change. Therefore, the magnetic adsorption force of the maghemite fine particles has a heat resistance close to 450 ° C. Therefore, the wound insulated wire can be left at high temperature for a long time.
Fourth, by making the magnetization of the maghemite fine particles saturate in the fourth step, the insulated wire can be wound as a winding for any coil. That is, since a large load is applied to the insulating layer when the insulated wire is used as a winding, the magnetization of the maghemite fine particles is saturated. That is, the maghemite fine particles are not separated from a collection of maghemite fine particles in which the maghemite fine particles are particulate fine particles having a very small mass of 10 to 100 nm and adjacent granular fine particles magnetically adsorbed with saturated magnetization. . Therefore, when winding the insulated wire as a winding around various coils, a load is applied to the collection of maghemite fine particles, but the collection of the magnetically adsorbed maghemite fine particles is only temporarily deformed, so that the insulating layer can The particles are not pulled off. Furthermore, compared with the diameter of the conductor, the thickness of the insulating layer is as small as three digits, and the insulated wire can be wound even for a coil having a small winding interval. Also, the deformed insulating layer returns to its original shape by magnetic attraction, and the insulating layer has excellent flexibility. Furthermore, as described above, since maghemite has heat resistance close to 450 ° C., the coil also has heat resistance close to 450 ° C. Moreover, the pinhole size of the conventional insulating layer is three orders of magnitude larger than that of the maghemite fine particles, and even if the thickness of the insulating layer is thin, the pinhole which is an electrical weak point is the insulating layer to which the maghemite fine particles are magnetically adsorbed. not exist.
Furthermore, the insulated wire manufactured by the above-mentioned manufacturing method has an effect that all the performance required for the insulating layer is significantly improved over the performance of the insulating layer of the conventional insulated wire.
First, maghemite is a ferromagnetic material with spontaneous magnetization. For this reason, the maghemite fine particles magnetically adsorb to each other. Furthermore, when the magnetization of the maghemite fine particles is saturated, the magnetization is saturated in the same direction, and the magnetic attraction between the maghemite fine particles is significantly increased. Thereby, as described above, the insulated wire can be wound up, and the insulated wire can be used as a winding for any coil.
Second, the magnetic Curie point of maghemite is 675 ° C, and it gradually phase-transfers to hematite at a temperature of 450 ° C or higher in the atmosphere. Therefore, the magnetic adsorption power of the maghemite fine particles has heat resistance close to 450 ° C. On the other hand, among polymer materials used for the insulating layer, polyamideimide resin is the polymer material having the highest heat resistance, the softening point of the polyamideimide resin is 270 ° C., and the heat resistance temperature is 270 of the softening point. ° C. Accordingly, the heat resistance temperature of the insulated wire is improved by 150 ° C. or more than the heat resistance temperature of the conventional insulating layer, and the heat resistance life is also significantly extended.
Third, even if the temperature of the insulated wire changes, the magnitude of thermal expansion and thermal contraction of the maghemite fine particles having a size of 10 to 100 nm is extremely small, and the maghemite fine particles hardly thermally expand and shrink. For this reason, the insulating layer also hardly thermally expands and contracts. Also, since the magnetic Curie point of maghemite is high, if the temperature of the insulated wire is lower than 450 ° C., the magnetic attraction hardly changes. Therefore, even if the temperature of the device on which the insulated wire is mounted changes rapidly, no thermal stress is generated in the maghemite fine particles. As a result, the thermal shock resistance of the insulated wire is significantly improved over the conventional insulated wire.
Fourth, maghemite is an insulator having a specific resistance of 10 6 Ωm and a relative dielectric constant of 1.6 to 1.8. Among the conventional insulating layers, the dielectric constant of the silicone varnish which is most excellent in arc resistance and tracking resistance is 3.1-3.2. For this reason, the insulating layer formed of a collection of maghemite fine particles is remarkably excellent in arc resistance and tracking resistance than silicone varnish. Therefore, the dielectric breakdown of the insulating layer is significantly improved over the conventional insulating layer. In the insulating layer, there are many holes of several nano-sized size surrounded by the maghemite fine particles. However, since the size of the pores is three orders of magnitude smaller than the void (bubble) generated by baking coating of the conventional insulating paint, and the dielectric constant of the maghemite fine particles surrounding the pores is low, partial discharge to the pores Does not happen. Therefore, even if this insulated wire is used for the motor of inverter control, partial discharge erosion by the inverter surge does not occur in the insulating layer, and the dielectric breakdown does not occur. In addition, even if the thickness is significantly thinner than the conventional insulating layer, no dielectric breakdown occurs. For this reason, it can be used as a winding in which the thickness of the insulating layer is only 0.005 mm, as in the case of an ultra-fine rectangular wire used for a small surface mount coil. The relative dielectric constant of the above-described polyamideimide resin has a high value of 3.8 to 4.1.
Fifth, maghemite is an inorganic substance consisting of a very stable black metal oxide and is known as a substance that forms a passive film of iron. Therefore, it does not react at all with any solvent, acid, alkali, naphtha, kerosene, gasoline, etc. at all. In addition, all the liquid can not penetrate into the collection of magnetically adsorbed maghemite fine particles, that is, the insulating layer by surface tension. For this reason, solvent resistance, chemical resistance and oil resistance are superior to conventional insulating layers. In addition, it does not hydrolyze, does not cause electrical degradation, and does not cause degradation due to ultraviolet light. In addition, the insulating layer hardly causes thermal expansion and thermal contraction. Therefore, the insulating layer does not cure at low temperatures and does not soften at high temperatures, as in conventional polymeric materials. Therefore, the insulating layer is not weakened even if it is left at a very low temperature for a long time, and the insulating layer is not thermally deteriorated even if it is left at high temperature for a long time.
Sixth, it has a Mohs hardness of 6.5, which is a significantly harder material than electromagnetic steel sheet, and does not wear when it comes in contact with other parts or substrates. In addition, since the insulating layer is deformed temporarily only slightly when it contacts, it does not attack the contacted component or the base material. On the other hand, when the insulated wire is wound around the device as a winding, a load is applied to the collection of maghemite fine particles, but the maghemite fine particles are granular fine particles, and the granular fine particles slip slightly at the contact site. Particulates are not destroyed by contact. Therefore, the wear resistance is significantly improved over the conventional insulating layer. For this reason, the surface of the insulating layer is scratched by abrasion, and a partial discharge is generated therefrom, which does not lead to dielectric breakdown.
As described above, the insulated wire insulated with a collection of maghemite particles in which the magnetite particles of the maghemite particles are magnetically adsorbed with saturation magnetization is independent of the environment in which the insulated wire is used, and the wire is a single wire. Regarding all the wires regardless of the wire thickness of the flat wire, regardless of the wire thickness regardless of the wire whether it is a wire, a stranded wire, a round wire or a flat wire The required performance is significantly improved over conventional insulated wires. Furthermore, since the insulated wire having such excellent performance is continuously manufactured by continuously performing the above-described five simple steps, the manufacturing cost of the insulated wire is low. As a result, the problems described in the 12th paragraph were solved.
前記した懸濁液を製造する製造方法は、熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物をアルコールに分散してアルコール分散液を作成する第一の工程と、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、前記アルコールより粘度が高い第二の性質と、沸点が、前記有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、前記酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い第三の性質を兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合して混合液を作成する第二の工程と、大気雰囲気で前記混合液を前記有機鉄化合物が熱分解温度する温度に昇温する第三の工程と、前記熱処理した混合液に前記アルコールを混合する第四の工程とからなり、これら4つの工程を連続して実施する製造方法が、アルコールで希釈された有機化合物中に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液を製造する製造方法である。 The production method for producing the above-mentioned suspension comprises the first step of dispersing an organic iron compound which precipitates ferrous oxide by thermal decomposition in alcohol to prepare an alcohol dispersion, and dissolving or mixing in the alcohol. The first property, the second property having a viscosity higher than that of the alcohol, and the boiling point that is higher than the thermal decomposition temperature of the organic iron compound and lower than the temperature at which the ferrous oxide is oxidized to maghemite A second step of mixing an organic compound having the following properties into the alcohol dispersion liquid to form a liquid mixture, and raising the temperature of the liquid mixture to a temperature at which the organic iron compound is thermally decomposed in an air atmosphere. A manufacturing method comprising three steps and a fourth step of mixing the alcohol with the heat-treated mixed solution, wherein the four steps are continuously performed is oxidation of an organic compound diluted with alcohol. Microparticles monoferric is a method of manufacturing the suspension dispersed.
つまり、熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物をアルコールに分散すると、有機鉄化合物がアルコール中に均一に分散する。次に、3つの性質を持つ有機化合物を、アルコール分散液に混合すると、有機化合物がアルコールに溶解ないしは混和し、有機鉄化合物が混合液に均一に分散し、アルコールより粘度が高い混合液になる。さらに、混合液を大気雰囲気で有機鉄化合物の熱分解温度まで昇温する。最初にアルコールが気化し、有機化合物中に有機鉄化合物の微細結晶が析出する。微細結晶の大きさは、酸化第一鉄の微粒子の大きさに近い。さらに、有機鉄化合物を構成する有機酸の沸点を超えると、有機鉄化合物が有機酸と酸化第一鉄とに分解する。さらに昇温すると、有機酸の気化が進み、有機酸の気化が完了すると、有機化合物中に酸化第一鉄の粒状微粒子が析出する。なお、酸化第一鉄は非磁性体であり、微粒子同士は磁気吸着せず、有機化合物中に均一に分散する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、アルコールで希釈された有機化合物中に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液が製造される。
上記の有機鉄化合物と有機化合物とは汎用的な工業用薬品で安価である。また、4つの工程がいずれも大気雰囲気での処理であるため、4つの工程を連続して実施することができる。このため、安価な薬品を原料として用い、安価な費用で懸濁液が製造できる。
That is, when the organic iron compound which precipitates ferrous oxide by thermal decomposition is dispersed in alcohol, the organic iron compound is uniformly dispersed in the alcohol. Next, when an organic compound having three properties is mixed in an alcohol dispersion, the organic compound dissolves or mixes with the alcohol, the organic iron compound is uniformly dispersed in the mixture, and a mixture having a viscosity higher than that of the alcohol is obtained. . Further, the mixture is heated to the thermal decomposition temperature of the organic iron compound in the air atmosphere. First, the alcohol is vaporized to precipitate fine crystals of the organic iron compound in the organic compound. The size of the fine crystals is close to the size of the ferrous oxide fine particles. Furthermore, if the boiling point of the organic acid which comprises an organic iron compound is exceeded, an organic iron compound will decompose | disassemble into an organic acid and ferrous oxide. When the temperature is further raised, the vaporization of the organic acid proceeds, and when the vaporization of the organic acid is completed, particulate microparticles of ferrous oxide precipitate in the organic compound. The ferrous oxide is a nonmagnetic substance, and the fine particles are not magnetically adsorbed, and are uniformly dispersed in the organic compound. The suspension is diluted with alcohol to produce a suspension of ferrous oxide microparticles dispersed in an alcohol-diluted organic compound.
The above organic iron compounds and organic compounds are general-purpose industrial chemicals and inexpensive. In addition, since all of the four steps are treatment in the air atmosphere, the four steps can be performed continuously. For this reason, a suspension can be manufactured at low cost using inexpensive chemicals as raw materials.
前記した懸濁液を製造する製造方法において、前記有機鉄化合物が、カルボキシル基を構成する酸素イオンが鉄イオンに配位結合したカルボン酸鉄化合物である、前記した懸濁液を製造する製造方法。 In the production method for producing the above-mentioned suspension, the production method for producing the above-mentioned suspension, wherein the organic iron compound is a carboxylic acid iron compound in which an oxygen ion constituting a carboxyl group coordinates to an iron ion. .
つまり、カルボキシル基を構成する酸素イオン(O−)が配位子になって、2価の鉄イオン(Fe2+)に近づいて配位結合するカルボン酸鉄化合物は、熱分解によって酸化第一鉄を析出する。このため、16段落で説明した有機鉄化合物をカルボン酸鉄化合物で構成し、カルボン酸鉄化合物が分散された混合液を大気雰囲気で熱処理すると、350℃より低い温度でカルボン酸鉄化合物が熱分解し、大きさが10−100nmの範囲に入る粒状の酸化第一鉄の微粒子の集まりが、有機化合物中に析出する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、16段落で説明した懸濁液が製造される。
すなわち、カルボキシル基を構成する酸素イオンが配位子になって、2価の鉄イオンに近づいて配位結合するカルボン酸鉄化合物は、最も大きいイオンである鉄イオンに酸素イオンが近づいて配位結合するため、両者の距離は短くなる。これによって、鉄イオンに配位結合する酸素イオンが、鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの距離が最も長くなる。こうした分子構造上の特徴を持つカルボン酸鉄化合物は、カルボン酸鉄化合物を構成するカルボン酸の沸点を超えると、カルボキシル基を構成する酸素イオンが鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの結合部が最初に分断され、鉄イオンと酸素イオンとの化合物である酸化第一鉄とカルボン酸とに分解する。さらに昇温すると、カルボン酸が気化熱を奪って気化し、カルボン酸の気化が完了した後に酸化第一鉄が析出する。
こうしたカルボン酸鉄化合物として、分子量の順に、酢酸鉄化合物、カプリル酸鉄化合物、安息香酸鉄化合物、ナフテン酸鉄化合物がある。なお、酢酸鉄とカプリル酸鉄と安息香酸鉄とは、いずれも酸素イオンが鉄イオンに近づいて配位結合して、複核錯塩を形成する。いっぽう、熱分解の途上において生成される物質は、ナフテン酸鉄の熱分解で生成される物質が最も安定している。このため、カルボン酸鉄化合物の熱分解で酸化第一鉄を析出させるには、ナフテン酸鉄が最も簡単な熱処理になる。なお、ナフテン酸は5員環をもつ飽和脂肪酸の混合物で、CnH2n−1COOHからなる一般式で示され、主成分は沸点が268℃で、分子量が170のC9H17COOHからなる。このため、ナフテン酸鉄は、大気雰囲気の340℃で熱分解が完了し、酸化第一鉄を析出する。
さらに、前記したカルボン酸鉄化合物は、いずれも容易に合成できる安価な工業用薬品である。すなわち、汎用的なカルボン酸を強アルカリと反応させるとカルボン酸アルカリ金属化合物が生成される。この後、カルボン酸アルカリ金属化合物を無機鉄化合物と反応させることで、カルボン酸鉄化合物が合成される。また、原料となるカルボン酸は、有機酸の沸点の中で相対的に低い沸点を有する有機酸であるため、大気雰囲気においては350℃より低い熱処理で酸化第一鉄の微粒子が有機化合物中に析出する。
以上に説明したように、安価な原料で、熱分解で酸化第一鉄を析出するカルボン酸金属化合物は、16段落に記載した有機鉄化合物として好適である。
That is, an iron carboxylate compound in which an oxygen ion (O − ) constituting a carboxyl group becomes a ligand and approaches a divalent iron ion (Fe 2+ ) to coordinate bond is a ferrous oxide by thermal decomposition. Precipitate out. Therefore, when the organic iron compound described in the 16th paragraph is composed of an iron carboxylate compound and the liquid mixture in which the iron carboxylate compound is dispersed is heat-treated in the atmosphere, the iron carboxylate compound is thermally decomposed at a temperature lower than 350 ° C. A collection of particulate ferrous oxide particulates falling in the range of 10-100 nm in size precipitates in the organic compound. The suspension is diluted with alcohol to produce the suspension described in paragraph 16.
That is, an iron carboxylate compound in which an oxygen ion constituting a carboxyl group becomes a ligand and approaches a divalent iron ion and coordinates is coordinated with an oxygen ion approaching an iron ion which is the largest ion. Because of the coupling, the distance between the two becomes short. As a result, the distance between the oxygen ion coordinated to the iron ion and the ion covalently bonded to the opposite side of the iron ion is maximized. The iron carboxylate compound having such a molecular structural feature is bound to an ion in which the oxygen ion constituting the carboxyl group is covalently bonded on the opposite side of the iron ion when the boiling point of the carboxylic acid constituting the iron carboxylate compound is exceeded. The part is first divided and decomposed into ferrous oxide, which is a compound of iron ion and oxygen ion, and carboxylic acid. When the temperature is further raised, the carboxylic acid takes heat of vaporization and is vaporized, and after vaporization of the carboxylic acid is completed, ferrous oxide is deposited.
As such an iron carboxylate compound, there are an iron acetate compound, an iron caprylate compound, an iron benzoate compound, and an iron naphthenate compound in the order of molecular weight. In all of iron acetate, iron caprylate and iron benzoate, oxygen ions approach iron ions and coordinate bond to form a dinuclear complex salt. On the other hand, the substances produced in the course of thermal decomposition are the most stable substances produced in the thermal decomposition of iron naphthenate. For this reason, iron naphthenate is the simplest heat treatment for depositing ferrous oxide by thermal decomposition of the iron carboxylate compound. Naphthenic acid is a mixture of saturated fatty acids having a 5-membered ring and is represented by a general formula consisting of C n H 2 n-1 COOH, the main component having a boiling point of 268 ° C. and a molecular weight of 170 C 9 H 17 COOH Become. Therefore, the thermal decomposition of iron naphthenate is completed at 340 ° C. in the air atmosphere to precipitate ferrous oxide.
Furthermore, the above-mentioned iron carboxylates are inexpensive industrial chemicals that can be easily synthesized. That is, when a general purpose carboxylic acid is reacted with a strong alkali, a carboxylic acid alkali metal compound is formed. Thereafter, an alkali metal carboxylate compound is reacted with an inorganic iron compound to synthesize an iron carboxylate compound. In addition, since the carboxylic acid as the raw material is an organic acid having a relatively low boiling point among the boiling points of the organic acid, fine particles of ferrous oxide are contained in the organic compound by heat treatment lower than 350 ° C. in the atmosphere. It precipitates.
As described above, a metal carboxylate compound which is an inexpensive raw material and which deposits ferrous oxide by thermal decomposition is suitable as the organic iron compound described in the 16th paragraph.
前記した懸濁液を製造する製造方法において、前記有機化合物が、カルボン酸エステル類に属する有機化合物である、前記した懸濁液を製造する製造方法。 In the manufacturing method which manufactures the above-mentioned suspension, the manufacturing method which manufactures the above-mentioned suspension whose said organic compound is an organic compound which belongs to carboxylic acid ester.
つまり、カルボン酸エステル類に、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二に前記アルコールより粘度が高く、第三に、沸点が、有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い、これら3つの性質を兼備する有機化合物が、カルボン酸エステル類に属する有機化合物に存在する。また、このようなカルボン酸エステル類は、繊維油剤・金属油剤・合成潤滑油・合成樹脂用・化粧品用・界面活性剤原料に用いられている汎用的な工業用薬品である。
従って、16段落で説明した有機鉄化合物のアルコール分散液に、3つの性質を兼備するカルボン酸エステル類を混合すると、カルボン酸エステル類がアルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高い16段落で説明した混合液が作成される。
このため、カルボン酸エステル類は16段落に記載した有機化合物として好適である。
That is, the carboxylic acid esters are first dissolved or mixed in alcohol, secondly higher in viscosity than the alcohol, thirdly higher in boiling point than the thermal decomposition temperature of the organic iron compound, and first oxidized Organic compounds that combine these three properties below the temperature at which iron is oxidized to maghemite are present in the organic compounds belonging to carboxylic esters. In addition, such carboxylic esters are general-purpose industrial chemicals used for fiber oil agents, metal oil agents, synthetic lubricating oils, synthetic resins, cosmetics, and surfactants.
Therefore, when the carboxylic acid esters having three properties are mixed with the alcohol dispersion of the organic iron compound described in the 16th paragraph, the carboxylic esters are dissolved or mixed in the alcohol, and the viscosity is higher in the 16th stage than the alcohol. The described mixture is made.
For this reason, carboxylic acid esters are suitable as the organic compound described in the 16th paragraph.
実施形態1
本実施形態において、ナフテン酸鉄を有機鉄化合物として用い、16段落で説明した懸濁液を作成し、この懸濁液を付着させた導体を熱処理し、導体に絶縁層を形成する方法を説明する。
ナフテン酸鉄は、ナフテン酸のカルボキシル基を構成する酸素イオンが、配位子になって2価の鉄イオンに近づき、2価の鉄イオンに配位結合する錯体である。つまり、最も大きいイオンである2価の鉄イオンに酸素イオンが近づいて配位結合するため、両者の距離は短くなる。これによって、2価の鉄イオンに配位結合する酸素イオンが、鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの距離が最も長くなる。こうした分子構造上の特徴を持つナフテン酸鉄は、ナフテン酸の主成分の沸点を超えると、ナフテン酸鉄におけるカルボキシル基を構成する酸素イオンが、2価の鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの結合部が最初に分断され、2価の鉄イオンと酸素イオンとの化合物である酸化第一鉄とナフテン酸とに分解する。さらに昇温すると、ナフテン酸が気化熱を奪って気化し、ナフテン酸の気化が完了すると、酸化第一鉄が析出して熱分解を終える。このため、ナフテン酸鉄は、16段落で説明した熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物である。
ナフテン酸鉄をアルコールに分散すると、ナフテン酸鉄がアルコール中に均一に分散する。次に、16段落で説明した3つの性質を持つ有機化合物を、アルコール分散液に混合すると、有機化合物がアルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高い混合液が作成される。さらに混合液を、第一の熱処理装置によって昇温する。最初にアルコールが気化し、有機化合物中にナフテン酸鉄の微細結晶が析出する。次に、ナフテン酸の主成分の沸点である268℃を超えると、ナフテン酸鉄がナフテン酸と酸化第一鉄とに分解する。こ後、昇温速度を速めてナフテン酸の気化を進め、気化が完了する340℃で、有機化合物中に酸化第一鉄の粒状微粒子が析出する。なお、酸化第一鉄は非磁性体で、酸化第一鉄の微粒子は互いに磁気吸着せず、有機化合物中に均一に分散する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、懸濁液が作成される。
次に導体を懸濁液に浸漬して通過させ、第二の熱処理装置において、大気雰囲気で昇温速度を抑えて340℃から380℃まで昇温し、380℃に一定時間放置する。この際、酸化第一鉄の2価の鉄イオンが3価の鉄イオンになる酸化反応が進む。この酸化反応の初期では、酸化第一鉄(FeO)の2価の鉄イオンの一部が3価の鉄イオンになって酸化第二鉄(Fe2O3)になり、組成式がFeO・Fe2O3のマグネタイトに酸化される。さらに、放置を延ばすと酸化反応がさらに進み、酸化第一鉄の全てがマグネタイトに酸化される。さらに、放置を延ばすと、マグネタイトを構成する2価の鉄イオンの全てが3価の鉄イオンになり、酸化第二鉄になって酸化反応を終える。この酸化第二鉄は、マグネタイトと同様の立方晶系である、酸化第二鉄のガンマ相であるマグへマイト(γ−Fe2O3)である。いっぽう、酸化第二鉄のアルファ相であるヘマタイト(α−Fe2O3)の結晶構造は三方晶系であり、マグネタイトとは結晶構造が異なる。この結果、導体は磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで覆われる。さらに、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる磁場を導体が通過すると、絶縁電線が製造される。
なお、ナフテン酸鉄は、18段落で説明したように、容易に合成できる安価な工業用薬品で、有機酸鉄化合物の中で最も安価な化合物の一つである。また、原料となるナフテン酸は、有機酸の沸点の中で相対的に沸点が低いため、大気雰囲気で340℃程度の熱処理で酸化第一鉄が析出する。このような性質を持つナフテン酸は、塗料・印刷インキ用のドライヤー、ゴム・タイヤの接着剤、潤滑油の極圧剤、ポリエステルの硬化剤、助燃剤や重合触媒などに汎用的に使用されている。
In this embodiment, using iron naphthenate as the organic iron compound, the suspension described in the 16th paragraph is prepared, and the conductor to which the suspension is attached is heat-treated to form the insulating layer on the conductor. Do.
Iron naphthenate is a complex in which an oxygen ion constituting a carboxyl group of naphthenic acid becomes a ligand, approaches a divalent iron ion, and coordinates to a divalent iron ion. That is, since the oxygen ion approaches and coordinates with the divalent iron ion which is the largest ion, the distance between the two becomes short. As a result, the distance between the oxygen ion coordinated to the divalent iron ion and the ion covalently bonded to the opposite side of the iron ion is maximized. When iron naphthenate having such a molecular structural feature exceeds the boiling point of the main component of naphthenic acid, an ion in which an oxygen ion constituting a carboxyl group in iron naphthenate is covalently bonded on the opposite side of a divalent iron ion At first, the bond portion with is decomposed to decompose into ferrous oxide and naphthenic acid, which are compounds of divalent iron ions and oxygen ions. When the temperature is further raised, naphthenic acid takes heat of vaporization and is vaporized, and when vaporization of naphthenic acid is completed, ferrous oxide is precipitated and thermal decomposition is finished. For this reason, iron naphthenate is an organic iron compound which precipitates ferrous oxide by the thermal decomposition described in the sixteenth paragraph.
When iron naphthenate is dispersed in alcohol, iron naphthenate is uniformly dispersed in the alcohol. Next, when the organic compound having the three properties described in the sixteenth paragraph is mixed with the alcohol dispersion, the organic compound is dissolved or mixed with the alcohol, and a mixed solution having a viscosity higher than that of the alcohol is produced. Further, the temperature of the mixture is raised by the first heat treatment apparatus. First, the alcohol is vaporized to precipitate fine crystals of iron naphthenate in the organic compound. Next, if it exceeds 268 ° C. which is the boiling point of the main component of naphthenic acid, iron naphthenic acid is decomposed into naphthenic acid and ferrous oxide. Thereafter, the temperature rising rate is increased to vaporize naphthenic acid, and particulate particles of ferrous oxide precipitate in the organic compound at 340 ° C. at which the vaporization is completed. The ferrous oxide is a nonmagnetic substance, and the fine particles of ferrous oxide are not magnetically adsorbed to one another, and uniformly dispersed in the organic compound. The suspension is diluted with alcohol to form a suspension.
Next, the conductor is immersed in the suspension and passed, and in the second heat treatment apparatus, the temperature rising rate is suppressed in the air atmosphere, the temperature is raised from 340 ° C. to 380 ° C., and it is left at 380 ° C. for a fixed time. At this time, an oxidation reaction proceeds in which divalent iron ions of ferrous oxide become trivalent iron ions. At the initial stage of this oxidation reaction, part of the divalent iron ions of ferrous oxide (FeO) becomes trivalent iron ions to form ferric oxide (Fe 2 O 3 ), and the composition formula is FeO ·· It is oxidized to magnetite of Fe 2 O 3 . Furthermore, when it is left for a long time, the oxidation reaction proceeds further, and all of the ferrous oxide is oxidized to magnetite. Further, if the standing is extended, all of the divalent iron ions constituting magnetite become trivalent iron ions, become ferric oxide, and complete the oxidation reaction. The ferric oxide is maghemite (γ-Fe 2 O 3 ), which is a gamma system of ferric oxide, which is a cubic system similar to magnetite. On the other hand, the crystal structure of hematite (α-Fe 2 O 3 ), which is the alpha phase of ferric oxide, is a trigonal system, and the crystal structure is different from that of magnetite. As a result, the conductor is covered with a collection of magnetically adsorbed maghemite fine particles. Furthermore, when the conductor passes a magnetic field that saturates the magnetization of the maghemite particles, an insulated wire is manufactured.
In addition, iron naphthenate is an inexpensive industrial chemical that can be easily synthesized, as described in the eighteenth paragraph, and is one of the least expensive compounds among organic acid iron compounds. In addition, since naphthenic acid as a raw material has a relatively low boiling point among the boiling points of organic acids, ferrous oxide is precipitated by heat treatment at about 340 ° C. in the air atmosphere. Naphthenic acid having such properties is widely used in paint / printing ink driers, rubber / tire adhesives, lubricant extreme pressure agents, polyester curing agents, flame retardants, polymerization catalysts, etc. There is.
実施形態2
本実施形態において、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二に前記アルコールより粘度が高く、第三に、沸点が、有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い、これら3つの性質を兼備する有機化合物を説明する。ここでは、有機鉄化合物をナフテン酸鉄とするため、有機化合物の沸点は、340℃より高く、380℃より低い性質が必要になる。また最も汎用的な工業用アルコールであるメタノールをアルコールとする。
こうした3つの性質を兼備する有機化合物に、カルボン酸エステル類に属する有機化合物がある。いっぽう、カルボン酸エステル類は、飽和カルボン酸からなる第一のエステル類と、不飽和カルボン酸からなる第二のエステル類と、芳香族カルボン酸からなる第三のエステル類とからなる、3種類のエステル類に分けられる。
Embodiment 2
In this embodiment, first, it is dissolved or mixed with alcohol, secondly, its viscosity is higher than that of the alcohol, and third, its boiling point is higher than the thermal decomposition temperature of the organic iron compound, and ferrous oxide is maghemite The organic compound combines these three properties below the temperature at which it is oxidized. Here, the boiling point of the organic compound is required to be higher than 340 ° C. and lower than 380 ° C. in order to use the organic iron compound as iron naphthenic acid. Also, methanol, which is the most versatile industrial alcohol, is used as the alcohol.
Among the organic compounds that combine these three properties, there are organic compounds belonging to carboxylic esters. On the other hand, three kinds of carboxylic acid esters consist of a first ester consisting of saturated carboxylic acid, a second ester consisting of unsaturated carboxylic acid, and a third ester consisting of aromatic carboxylic acid. Can be divided into esters of
第一の飽和カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が340−380℃に入るカルボン酸エステルは、カプリン酸エステル類より分子量が大きいカルボン酸エステル類に存在する。ラウリン酸エステル類の中では、沸点が355℃であるラウリン酸オクチルのみが該当する。ミリスチン酸エステル類の中には、該当するエステルが存在しない。なお、ミリスチン酸エチルの沸点は295℃で、ミリスチン酸ブチルの沸点は389℃である。また、パルミチン酸エステル類の中では、沸点が362℃であるパルミチン酸ブチルのみが該当する。また、ステアリン酸エステル類の中では、沸点が376℃であるステアリン酸プロピルのみが該当する。 Among the esters consisting of the first saturated carboxylic acid, carboxylic acid esters which are dissolved in methanol and whose viscosity is higher than the boiling point of methanol and whose boiling point falls within the range of 340-380 ° C. have higher molecular weight than capric acid esters. Present in esters. Among the laurates, only octyl laurate having a boiling point of 355 ° C. is relevant. There is no corresponding ester in myristic esters. The boiling point of ethyl myristate is 295 ° C., and the boiling point of butyl myristate is 389 ° C. Further, among palmitic acid esters, only butyl palmitate having a boiling point of 362 ° C. corresponds. Further, among stearic esters, only propyl stearate having a boiling point of 376 ° C. is applicable.
第二の不飽和カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が340−380℃に入るカルボン酸エステル類は、オレイン酸エステル類、リノール酸エステル類、リノレン酸エステル類に存在する。オレイン酸エステル類の中では、沸点が351℃であるオレイン酸メチルが該当し、リノール酸エステル類の中では、沸点が373℃のリノール酸メチルが該当し、リノレン酸エステル類の中では、沸点が364℃のリノレン酸メチルが該当する。 Among the esters composed of the second unsaturated carboxylic acid, carboxylic acid esters which are dissolved in methanol and whose viscosity is higher than the boiling point of methanol and whose boiling point falls within the range of 340 to 380 ° C. are oleic acid esters and linoleic acid esters And linolenic acid esters. Among oleic acid esters, methyl oleate having a boiling point of 351 ° C. corresponds, and among linoleic acid esters, methyl linoleate having a boiling point of 373 ° C. corresponds, and among linolenic acid esters, a boiling point There is 364 ° C of methyl linolenate.
第三の芳香族カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が340−380℃に入るカルボン酸エステル類は、フタル酸エステル類にわずかに存在し、フタル酸ジヘキシルの沸点は350℃である。 Among esters composed of a third aromatic carboxylic acid, carboxylic acid esters which are dissolved in methanol and whose viscosity is higher than the boiling point of methanol and which has a boiling point of 340-380 ° C. are slightly present in phthalic acid esters. And the boiling point of dihexyl phthalate is 350 ° C.
実施例1
実施例1において、実施形態1に従って、マグへマイト微粒子の集まりで銅線に絶縁層を形成する方法を説明する。ナフテン酸鉄は、金属石鹸として市販されているナフテン酸鉄(例えば、東栄化工株式会社の製品)を用いた。有機化合物は、沸点が351℃のオレイン酸メチル(例えば、和光純薬工業株式会社の製品)を用いた。なお、オレイン酸メチルは、合成繊維油剤、金属油剤、合成潤滑剤、合成樹脂用、化粧品用、界面活性剤原料に用いられている。メタノールは試薬一級品を用いた。導体は、電気用軟銅線からなる導体の断面積が0.785mm2で、素線径が1.0mmからなる裸銅単線(例えば、福田電線株式会社の製品)を用いた。なお、メタノールの粘度は0.59mPaで、オレイン酸メチルの粘度は5.5mPaであり、メタノールの9.3倍の粘度に相当する。
最初に、ナフテン酸鉄をメタノールに対し10重量%の割合になるように秤量し、ナフテン酸鉄をメタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のメタノール分散液を作成した。次に、オレイン酸メチルが20重量%になるように、ナフテン酸鉄のメタノール分散液に混合した。この混合液を容器に移し、容器が熱処理装置を通過し、大気雰囲気で20℃/分の昇温速度で270℃まで昇温し、この後、50℃/分の昇温速度で340℃まで昇温し、340℃に1分間放置した後に室温まで戻し、この後、容器に混合液の体積が4倍になるようにメタノールを混合し、懸濁液を作成した。
次に、裸銅単線を上記の懸濁液に浸漬して取り出し、この後、熱処理装置を移動させ、大気雰囲気で20℃/分の昇温速度で340℃に昇温し、さらに、1℃/分の昇温速度で380℃まで昇温し、380℃に30分間放置した後に室温まで戻した。熱処理装置から裸銅単線を取り出し、12キロエルステッドの磁界が裸銅単線の長さ方向に発生している磁場を通過させ、試料を作成した。
さらに、試料の表面と断面とを電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、JFEテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧SEMを用いた。この装置は100Vからの極低加速電圧による表面観察が可能で、さらに試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を有する。
最初に、反射電子線の900−1000Vの間にある2次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面を観察した。試料の表面は、40−60nmの大きさからなる粒状の微粒子で満遍なく覆われ、欠陥は見られなかった。次に、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、酸素原子の双方が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄からなる微粒子であることが確認できた。さらに極低加速電圧SEMの機能にEBSP解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果から、試料表面に形成された微粒子が酸化第二鉄のγ相であるマグへマイトであることが確認できた。なお、EBSP解析機能とは、試料に電子線を照射したとき、反射電子が試料中の原子面によって回折されることによってバンド状のパターンを形成し、このバンドの対称性が結晶系に対応し、バンドの間隔が原子面間隔に対応しているため、このパターンを解析することで、結晶方位や結晶系を測定する機能をいう。
以上の試料表面の観察結果から、裸銅単線の表面全体がマグへマイトの微粒子で覆われていることが確認できた。この結果から、ナフテン酸鉄を熱処理すると、裸銅単線の表面にマグへマイト微粒子が満遍なく磁気吸着することが確認できた。
次に、試料の絶縁抵抗を測定した。共立電気計器の絶縁抵抗計を用い、試料の長さを1mとし、裸銅単線と絶縁層との間の電気抵抗を測定した。絶縁抵抗は1MΩに近い値を示した。従って、絶縁層は電線に必要となる絶縁抵抗を有することが分かった。
さらに、試料を直径が5mmのパイプに、巻き付ける際のテンションを変えて連続5回巻き付け、試料を取り去った後のパイプの表面をSEMで観察したが、マグヘマイト微粒子の存在は認められなかった。さらに、試料が3重に重なるようにテンションを変えて前記のパイプに連続5回巻き付け、この後、試料の表面をSEMで観察したが、最初の状態と変わりがなかった。また、いずれの場合も、試料表面に亀裂などの異常は見られなかった。このため、マグヘマイトの微粒子同士が強固に磁気吸着していることが分かった。これらの結果から、試料はコイルに用いる巻線として用いることができる。
また、試料が巻き付けられたパイプを、−40℃と400℃とに各々30分間さらした後に、試料表面をSEMで観察したが、最初の状態と変わりがなかった。この結果から、−40℃の耐寒性と400℃の耐熱性と優れた耐熱衝撃性とを持つことが分かった。
次に、試料を輪切りにし、断面をSEMで観察した。マグヘマイトの粒状微粒子の20−22個が積み重なって、裸銅単線を覆っていた。従って、20−22個のマグヘマイト微粒子が磁気吸着して、1μmに近い厚みの絶縁層を形成している。図1に、試料の断面を模式的に拡大して図示した。1は裸銅単線で、2はマグヘマイト微粒子である。
さらに、東京精電株式会社の絶縁破壊試験器EB0181を用い、JIS C 3216−1の巻線試験法の絶縁破壊試験に基づき絶縁破壊電圧を測定した。この結果、試料の絶縁破壊電圧は12kVであった。この絶縁耐圧の大きさは、ポリイミド絶縁層の厚さが0.035mmで、裸銅単線の径が1.0mmからなるエナメル線(例えば、日立金属株式会社の耐熱エナメル線IMW)と同等である。いっぽう、試料の絶縁層の厚みは、前記耐熱電線の絶縁層の厚みの僅か1/35にもかかわらず、同等の絶縁耐圧を持つため、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層が高い絶縁耐圧を持つことが分かった。
以上に説明したように、試料は耐熱性、耐寒性、耐熱衝撃性、絶縁破壊電圧、可撓性、絶縁層と導体との密着性、耐摩耗性、捲線性に優れる。いっぽう、試料は、13段落で説明した簡単な処理からなる5つの工程を連続して実施することで連続して製造される。また、酸化第一鉄の原料となる18段落で説明した有機鉄化合物は、合成が容易なカルボン酸鉄化合物である。さらに、懸濁液を構成する有機化合物も、汎用的なカルボン酸エステル類に属する有機化合物である。従って、優れた性能を持つ絶縁電線が、安価な原料を用いて、安価な加工費用で連続して製造できる。
Example 1
In Example 1, according to
First, iron naphthenate was weighed to a ratio of 10% by weight to methanol, and iron naphthenate was mixed with methanol and stirred to prepare a methanol dispersion of iron naphthenate. Next, it was mixed with a methanol dispersion of iron naphthenate so that methyl oleate was 20% by weight. The mixture is transferred to a vessel, and the vessel passes through a heat treatment apparatus, and is heated to 270 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min in the air atmosphere, and then to 340 ° C. at a heating rate of 50 ° C./min. The temperature was raised, and left at 340 ° C. for 1 minute, and then returned to room temperature, after which methanol was mixed in the container so that the volume of the mixture became 4 times, to prepare a suspension.
Next, the bare copper single wire is dipped in the above suspension and taken out, then the heat treatment apparatus is moved, and the temperature is raised to 340 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min in the air atmosphere, and further 1 ° C. The temperature was raised to 380 ° C. at a temperature rising rate of 1 / min, left at 380 ° C. for 30 minutes, and returned to room temperature. A bare copper single wire was taken out from the heat treatment apparatus, and a magnetic field of 12 kilooersteds was allowed to pass through the magnetic field generated along the length of the bare copper single wire to prepare a sample.
Furthermore, the surface and the cross section of the sample were observed with an electron microscope. The electron microscope used the ultra-low acceleration voltage SEM of JFE Techno Research Ltd. This device is capable of surface observation with an extremely low accelerating voltage from 100 V, and further has a feature that the surface of the sample can be observed directly without forming a conductive film on the sample.
First, the secondary electron beam between 900 and 1000 V of the reflected electron beam was taken out for image processing, and the sample surface was observed. The surface of the sample was evenly covered with particulate particles of 40-60 nm in size, and no defects were observed. Next, the energy of the characteristic X-ray and its intensity were subjected to image processing, and the types of elements constituting the film formed on the surface and their distribution states were analyzed. Since both iron atoms and oxygen atoms were uniformly present on the surface and no particularly uneven distribution was found, it was confirmed that they were fine particles of iron oxide. Furthermore, the EBSP analysis function was added to the function of ultra-low acceleration voltage SEM to analyze the crystal structure. From these results, it was confirmed that the fine particles formed on the sample surface were maghemite, which is the γ phase of ferric oxide. In the EBSP analysis function, when a sample is irradiated with an electron beam, reflected electrons are diffracted by atomic planes in the sample to form a band-like pattern, and the symmetry of this band corresponds to the crystal system. Since the band spacing corresponds to the atomic plane spacing, the function of measuring crystal orientation and crystal system by analyzing this pattern is said.
From the above observation results of the sample surface, it can be confirmed that the entire surface of the bare copper single wire is covered with fine particles of maghemite. From these results, it has been confirmed that when the iron naphthenate is heat-treated, magnetic particles of magnet fines uniformly adsorb to the surface of the bare copper single wire.
Next, the insulation resistance of the sample was measured. Using an insulation resistance meter of Kyoritsu Electric Instrument, the length of the sample was 1 m, and the electrical resistance between the bare single copper wire and the insulating layer was measured. The insulation resistance showed a value close to 1 MΩ. Therefore, it turned out that an insulating layer has the insulation resistance required for a wire.
Furthermore, the sample was continuously wound five times around a pipe having a diameter of 5 mm while changing the tension during winding, and the surface of the pipe after removing the sample was observed by SEM, but the presence of the maghemite fine particles was not recognized. Furthermore, the tension was changed so that the sample was triple-folded, and the pipe was continuously wound around the pipe five times continuously. After that, the surface of the sample was observed by SEM, but it was not different from the initial state. Moreover, in any case, no abnormality such as a crack was observed on the surface of the sample. Therefore, it was found that the fine particles of maghemite are strongly magnetically adsorbed. From these results, the sample can be used as a winding used for a coil.
Moreover, after exposing the pipe in which the sample was wound to -40 degreeC and 400 degreeC each for 30 minutes, although the sample surface was observed with SEM, it was not different from the initial state. From this result, it was found that it has cold resistance of -40 ° C, heat resistance of 400 ° C and excellent thermal shock resistance.
Next, the sample was cut into round slices and the cross section was observed by SEM. Twenty to twenty-two particulate particles of maghemite were stacked to cover the bare copper single wire. Accordingly, 20 to 22 maghemite fine particles are magnetically adsorbed to form an insulating layer having a thickness close to 1 μm. The cross section of the sample is schematically shown enlarged in FIG. 1 is a bare copper single wire and 2 is a maghemite fine particle.
Furthermore, the dielectric breakdown voltage was measured based on the dielectric breakdown test of the winding test method of JIS C 3216-1 using dielectric breakdown tester EB0181 of Tokyo Seiden Co., Ltd. As a result, the dielectric breakdown voltage of the sample was 12 kV. This insulation withstand voltage is equivalent to that of an enameled wire (for example, heat resistant enameled wire IMW of Hitachi Metals, Ltd.) having a polyimide insulation layer thickness of 0.035 mm and a bare copper single wire diameter of 1.0 mm. . On the other hand, the thickness of the insulating layer of the sample is only 1/35 of the thickness of the insulating layer of the heat-resistant wire, but has the same withstand voltage, so the insulating layer consisting of aggregation of maghemite particles has high withstand voltage I found that.
As described above, the sample is excellent in heat resistance, cold resistance, thermal shock resistance, dielectric breakdown voltage, flexibility, adhesion between the insulating layer and the conductor, abrasion resistance, and winding resistance. On the other hand, the sample is manufactured continuously by performing five steps consisting of the simple process described in the 13th paragraph in succession. In addition, the organic iron compounds described in the eighteenth paragraph, which are the raw materials of ferrous oxide, are iron carboxylate compounds which can be easily synthesized. Furthermore, the organic compound which comprises a suspension is also an organic compound which belongs to general purpose carboxylic acid esters. Therefore, an insulated wire with excellent performance can be manufactured continuously at low processing costs using inexpensive raw materials.
1 裸銅単線 2 マグヘマイト微粒子
1 bare copper single wire 2 maghemite fine particles
本発明は、飽和磁化させたマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着した微粒子の集まりで、導体が絶縁化された絶縁電線を連続して製造する製造方法に関わる。 The present invention relates to a manufacturing method for continuously manufacturing an insulated wire in which a conductor is insulated by a collection of fine particles in which saturated and magnetized maghemite fine particles are magnetically adsorbed.
導体を絶縁体で被覆した電線を絶縁電線と呼び、様々な用途に用いられている。導体は単線ないしは撚り線からなる。また、導体は、断面が略円形からなる丸線と、断面が矩形に加工された平角導線とがある。さらに、導体の多くは、銅ないしはアルミニウムからなるが、合金によるメリットが合金材料のコストアップのデメリットより大きければ、導電率が高い銅合金ないしはアルミニウム合金が用いられる。なお、複数の絶縁電線を束ねた外側にシース(保護外被覆)を施した電線をケーブルと呼び、電気信号を伝えるメタル通信ケーブルと光信号を送る光ファイバケーブルとがある。 A wire in which a conductor is covered with an insulator is called an insulated wire and is used in various applications. The conductor consists of a single or stranded wire. Moreover, the conductor has a round wire whose cross section has a substantially circular shape and a flat wire whose cross section is processed into a rectangular shape. Furthermore, although many of the conductors are made of copper or aluminum, copper alloys or aluminum alloys having high conductivity may be used if the merit of the alloy is greater than the disadvantage of the cost increase of the alloy material. A wire obtained by bundling a plurality of insulated wires and having a sheath (protective outer coating) outside is called a cable, and there are a metal communication cable for transmitting an electrical signal and an optical fiber cable for transmitting an optical signal.
丸線からなる絶縁電線は、許容できる電流に応じて、送電用、配電用、配線用の電線に分けられる。なお、屋外で使用される電線は、紫外線対策として黒色の絶縁層からなり、日本電線工業会による耐用年数の目安は15−20年である。
送電用の絶縁電線に、直流の700Vを超え、交流の600Vを超え、7kV以下の電圧を送る高圧配電線がある。導体は7−19本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が90℃の架橋ポリエチレン樹脂、ないしは、連続最高使用温度が75℃のポリエチレン樹脂で構成される。また、3300−6600Vの屋外配電線から電柱上の変圧器のところまでをつなぐ高圧引込線がある。導体は7本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が90℃の架橋ポリエチレン樹脂、ないしは、連続最高使用温度が80℃のエチレンプロピレンゴムで構成される。さらに、変圧器を使って高圧引込線から受けた電力を、100Vないしは200Vの単相ないしは三相に落とす低圧配電線路に用いられる低圧架空電線がある。導体は7−19本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が60℃のビニル樹脂で構成される。
配電用の絶縁電線に、電柱から建物に電気を引き込む架空引込配線に用いられる低圧引込線がある。導体は7−19本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が60℃のビニル樹脂で構成される。
配線用の絶縁電線は、最終の使用箇所によって多岐にわたるが、主な絶縁電線に建築物の屋内配線がある。屋内配線の多くは、600Vまでの低圧屋内配線であり、導体は7本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が60℃のビニル樹脂で構成される。なお、日本電線工業会による屋内の耐用年数の目安は20−30年である。
Insulated wires consisting of round wires can be divided into wires for power transmission, distribution and wiring according to the allowable current. In addition, the electric wire used outdoors consists of a black insulating layer as a countermeasure against ultraviolet rays, and the standard of the service life by the Japan Wire Industry Association is 15 to 20 years.
Among the insulated wires for power transmission, there is a high voltage distribution line that delivers a voltage of more than 700 V DC, more than 600 V AC and less than 7 kV. The conductor is formed by twisting 7 to 19 strands, and the insulating layer is formed of a crosslinked polyethylene resin having a continuous maximum use temperature of 90 ° C. or a polyethylene resin having a continuous maximum use temperature of 75 ° C. There is also a high voltage service lead from the 3300-6600 V outdoor distribution line to the transformer on the pole. The conductor is formed by twisting seven strands, and the insulating layer is formed of a crosslinked polyethylene resin having a continuous maximum use temperature of 90 ° C. or an ethylene propylene rubber having a continuous maximum use temperature of 80 ° C. In addition, there are low voltage overhead wires used in low voltage distribution lines that use a transformer to drop power received from high voltage drop lines into single or three phases of 100V or 200V. The conductor is formed by twisting 7-19 strands, and the insulating layer is made of a vinyl resin having a continuous maximum operating temperature of 60.degree.
Among the insulated wires for power distribution, there is a low voltage lead-in wire used for an overhead lead-in wire for drawing electricity from a utility pole into a building. The conductor is formed by twisting 7-19 strands, and the insulating layer is made of a vinyl resin having a continuous maximum operating temperature of 60.degree.
Insulated wires for wiring vary widely depending on the final use place, but the main insulated wires include indoor wiring in buildings. Most of the indoor wiring is low voltage indoor wiring up to 600 V, the conductor is made by twisting seven strands, and the insulating layer is made of vinyl resin having a continuous maximum operating temperature of 60 ° C. In addition, the standard of the useful life of the indoor by the Japan Wire Industry Association is 20-30 years.
さらに、丸線からなる絶縁電線を、コイル、モータ、プランジャ、リレー、自動車の電装品に用いる巻線(マグネットワイヤともいう)がある。巻線には、絶縁材料を塗布して焼付けるエナメル線と、繊維、フィルム、テープ、紙、糸などを巻き付ける横巻線と、これらを組み合わせた電線とがある。エナメル線は絶縁層の耐熱温度で分けられ、105℃のポリビニルホルマール銅線、120℃のポリウレタン銅線、155℃のポリエステル銅線、180℃のポリエステルイミド銅線、200℃のポリアミドイミド銅線、220℃のポリイミド銅線がある。巻線の絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になる。丸線が用いられる機器によって、使用される環境と印加される負荷が大きく変わり、これによって、絶縁層に要求される性能も大きく変わる。特に、自動車に搭載される各種電装品に用いられる巻線は、要求される性能が高い。 Furthermore, there is a coil (also referred to as a magnet wire) that uses an insulated wire made of a round wire for a coil, a motor, a plunger, a relay, and an electrical component of a car. The winding includes an enameled wire for applying and baking an insulating material, a transverse winding for winding a fiber, a film, a tape, a paper, a thread and the like, and an electric wire combining these. Enamel wire is divided by the heat resistance temperature of the insulating layer, polyvinyl formal copper wire of 105 ° C, polyurethane copper wire of 120 ° C, polyester copper wire of 155 ° C, polyesterimide copper wire of 180 ° C, polyamideimide copper wire of 200 ° C, There is a polyimide copper wire at 220 ° C. The insulating layer of the winding requires various performances such as dielectric breakdown, wear resistance, solvent resistance, chemical resistance, oil resistance, hydrolysis resistance, thermal shock resistance, heat resistance life and the like. Depending on the equipment in which the round wire is used, the environment to be used and the load to be applied largely change, and thereby the performance required for the insulating layer also changes greatly. In particular, the windings used for various electrical components mounted on automobiles have high required performance.
いっぽう、平角導線は、アスペクト比が比較的小さいものは伸線加工で、大きいものは丸線の圧延加工や、圧延板のスリット加工で製造される。従って、平角導線への加工費用は安価で済む。平角導線は、表面に絶縁層を形成し、コイルの巻線として、あるいは、コイルとして使用した時に、コイルの断面積中に占める導体の断面積率が、丸線よりも高くなり、小型化・高性能化が要求される各種電気・電子部品に、巻線ないしはコイルとして使用されている。
すなわち、平角導線は、民生用機器では、パソコン、テレビ、制御回路などに、表面実装型コイルとして、タブレット端末やスマートフォンなどに、小型表面実装型コイルとして用いられている。自動車では、ハイブリッド車用駆動モータ、電動コンプレッサー用モータ、電動パワステ用モータ、ワイパーモータ、オルタネータ、スターター、イグニッションコイルなどの電装品に、巻線として用いられている。また、産業用モータ、家電用モータ、小型モータなどの各種モータの巻線として用いられている。また、リレーコイルやクラッチコイルなどの各種コイルとして、電力用トランス、照明機器用トランス、小型トランスなどの各種トランスのコイルとして用いられている。
いっぽう、平角導線の絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になるが、平角導線が用いられる機器によって、使用される環境と印加される負荷が大きく変わり、これによって、絶縁層に要求される性能も大きく変わる。巻線と同様に、自動車に搭載される各種電装品に用いられる巻線は、要求される性能が高い。
また、平角導線の厚みと幅は、平角導線が用いられる機器によって大きく変わる。例えば、小型表面実装型コイルに用いられる極細平角線では、導体厚が0.02mmで、導体幅が0.1−0.3mmからなり、絶縁層の厚さが僅かに0.005mmである。これに対し、一般平角線では、導体厚が0.8−1.0mmで導体幅が1.7−3.5mmからなり、絶縁層の厚さが0.05mmである。このように、絶縁層の厚みが導体厚に応じて1桁も変わる。また、コイルの間隔は、導体厚に応じて1桁変わる。
さらに、平角導線を用いたコイルには様々な形状がある。例えば、平角導線を曲げにくい幅方向に曲げたエッジワイズコイルには、矩形エッジワイズコイル、円形エッジワイズコイル、長円エッジワイズコイル、楕円エッジワイズコイルなどの形状があり、2レア巻コイル、亀の甲羅状に巻いた亀甲コイル、トロイダル状に巻いたトロイダルコイルなど様々な形状のコイルが存在する。
On the other hand, flat conductors with a relatively small aspect ratio are produced by wire drawing, and those with a large aspect ratio are produced by rolling of a round wire or slitting of a rolled sheet. Therefore, the processing cost to the flat wire can be low. The flat wire has an insulating layer on the surface, and when used as a coil winding or as a coil, the cross-sectional area ratio of the conductor in the cross-sectional area of the coil becomes higher than that of the round wire, resulting in miniaturization It is used as a winding or coil in various electric and electronic parts that require high performance.
That is, flat conductors are used in consumer devices as personal computers, televisions, control circuits, etc., as surface mount coils, as tablet terminals, smart phones, etc., as small surface mount coils. In automobiles, coils are used as coils for electric vehicles such as drive motors for hybrid vehicles, motors for electric compressors, motors for electric power steering, wiper motors, alternators, starters, ignition coils and the like. Moreover, it is used as a winding of various motors, such as an industrial motor, a motor for household appliances, and a small motor. In addition, various coils such as relay coils and clutch coils are used as coils of various transformers such as transformers for electric power, transformers for lighting equipment, and small transformers.
On the other hand, the insulating layer of the flat wire needs various performances such as insulation breakdown, wear resistance, solvent resistance, chemical resistance, oil resistance, hydrolysis resistance, thermal shock resistance, heat resistant life, etc. Depending on the equipment used, the environment to be used and the load to be applied may be largely changed, which in turn greatly changes the performance required for the insulating layer. Similar to the windings, the windings used for various electrical components mounted in automobiles have high required performance.
Also, the thickness and width of the flat wire vary depending on the device in which the flat wire is used. For example, in the case of an extremely thin rectangular wire used for a small surface mount coil, the conductor thickness is 0.02 mm, the conductor width is 0.1 to 0.3 mm, and the thickness of the insulating layer is only 0.005 mm. On the other hand, in a general rectangular wire, the conductor thickness is 0.8-1.0 mm, the conductor width is 1.7-3.5 mm, and the thickness of the insulating layer is 0.05 mm. Thus, the thickness of the insulating layer changes by one digit according to the thickness of the conductor. Also, the coil spacing varies by an order of magnitude depending on the conductor thickness.
Furthermore, there are various shapes of coils using flat wire. For example, an edgewise coil obtained by bending a flat wire in a width direction which is difficult to bend has shapes such as a rectangular edgewise coil, a circular edgewise coil, an oval edgewise coil, an elliptical edgewise coil, etc. There are coils of various shapes such as a tortoise shell coil wound in a loop shape and a toroidal coil wound in a toroidal shape.
以上に説明したように、絶縁電線は様々な用途において、様々な環境で使用され、様々な負荷が絶縁層に加わる。このため、絶縁層に要求される性能は、用途に応じて変わる。従って、一種類の絶縁層で、全ての絶縁電線に関わる全ての性能を満たす絶縁層は存在しない。また、平角導線の導体厚と導体幅は、用途に応じて大きく変わる。従って、全ての導体厚と導体幅に適応できる絶縁層は存在しない。 As explained above, insulated wires are used in different applications and in different environments, and different loads are applied to the insulating layer. Therefore, the performance required for the insulating layer varies depending on the application. Therefore, there is no insulating layer that fulfills all the performances of all the insulated wires in one kind of insulating layer. In addition, the conductor thickness and the conductor width of the flat wire largely change depending on the application. Thus, there is no insulating layer that can accommodate all conductor thicknesses and conductor widths.
例えば、特許文献1には、平角導線からなるコイルに、電着塗装で絶縁層を形成するに当たり、コイルの弾性変形領域内で、予めコイルの複数の巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持し、その伸長状態で電着塗装工程と焼き付け工程とを行って、絶縁層を形成することが記載されている。
しかしながら、コイルの巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持する工程が必要になり、絶縁層を形成するコストが増大する。さらに、コイルの巻回部どうしの間隔が僅か0.01mmのようなコイルは、巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持することは不可能である。従って、限定されたコイルのみに絶縁層が形成できる。
For example, according to
However, the process of maintaining the stretched state by opening the coil windings is required, which increases the cost of forming the insulating layer. Furthermore, a coil with a spacing of only 0.01 mm between the turns of the coil can not be maintained in an extended state with a spacing between the turns. Therefore, the insulating layer can be formed only on the limited coil.
特許文献2には、絶縁層の熱膨張率を銅の熱膨張率に近づけ、耐熱衝撃性を向上させるため、球状シリカとポリフェニレンサルファイド樹脂との複合材を押し出し、平角導線に絶縁皮膜を形成することが記載されている。
しかし、平均粒径が0.5−10μmからなる球状シリカを、溶解したPPS樹脂に、25−32%の体積割合で複合化させるため、球状シリカの配合割合を高めるほど、つまり、複合材料の熱膨張率を銅に近づけるほど、複合材料の可撓性は低下する。このような複合材料で絶縁被覆された巻線を用いてコイルを形成する際、屈曲部で絶縁層にクラックが入り、コイルに加工できない。従って、屈曲を必要としない巻線の用途に限定され、使用できる巻線の用途は極めて狭い。
なお、球状シリカの熱膨張率が0.55×10−6/Kで、PPS樹脂の熱膨張率が49―55×10−6/Kで、銅の熱膨張率が16.8×10−6/Kであるため、複合材料の熱膨張率を銅の熱膨張率に一致させるには、シリカ球の混合割合を2/3の体積割合まで高める必要がある。しかし、シリカ球の配合割合を高めるほど、複合材料における粘度が増大し、押出成形が困難になる。また、押出成形機の摩耗が顕著になる。従って、球状シリカの配合割合に制約があるため、複合材料の熱膨張率にも制約がある。このため、複合材料からなる絶縁層の耐熱衝撃性の改良にも限界がある。
In patent document 2, in order to make the thermal expansion coefficient of an insulating layer close to the thermal expansion coefficient of copper and to improve a thermal shock resistance, the composite material of spherical silica and polyphenylene sulfide resin is extruded and an insulating film is formed on a flat wire. It is described.
However, since spherical silica having an average particle diameter of 0.5 to 10 μm is compounded with the dissolved PPS resin at a volume ratio of 25 to 32%, the compounding ratio of spherical silica is increased, that is, the composite material The closer the coefficient of thermal expansion to copper, the lower the flexibility of the composite. When a coil is formed using a winding insulated with such a composite material, the insulating layer is cracked at the bend and can not be processed into a coil. Therefore, the application of the winding which is limited to the use of the winding which does not require bending, and which can be used is very narrow.
The thermal expansion coefficient of the spherical silica is 0.55 × 10 -6 / K, a thermal expansion coefficient of the PPS resin is 49-55 × 10 -6 / K, the thermal expansion coefficient of copper is 16.8 × 10 - Since it is 6 / K, in order to make the coefficient of thermal expansion of the composite material match the coefficient of thermal expansion of copper, it is necessary to increase the mixing ratio of silica spheres to a volume ratio of 2/3. However, as the proportion of the silica spheres is increased, the viscosity of the composite material increases and extrusion becomes difficult. In addition, the abrasion of the extruder becomes remarkable. Therefore, since the blending ratio of spherical silica is limited, the thermal expansion coefficient of the composite material is also limited. Therefore, there is a limit to the improvement of the thermal shock resistance of the insulating layer made of a composite material.
特許文献3には、平角導線の断面形状における短辺に対応する部分の絶縁層の厚さが、長辺に対応する部分の絶縁層の厚さよりも厚くさせるため、電着塗装に用いるワニスを、塗装用樹脂と水と水溶性溶媒とで構成することが記載されている。
しかし、絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になるが、水溶性を持つ合成樹脂の材質が限定されるため、このようなワニスで目的とする絶縁層が形成できたとしても、絶縁層の性能が水溶性樹脂によって制約され、平角導線の使用できる用途は限られる。
In Patent Document 3, a varnish used for electrodeposition coating is used in order to make the thickness of the insulating layer in the portion corresponding to the short side in the cross sectional shape of the flat wire larger than the thickness of the insulating layer in the portion corresponding to the long side. It is described that it comprises a resin for coating, water and a water-soluble solvent.
However, the insulating layer is required to have various performances such as insulation breakdown, wear resistance, solvent resistance, chemical resistance, oil resistance, hydrolysis resistance, thermal shock resistance, heat resistance life, etc. Even if the target insulating layer can be formed with such a varnish, the performance of the insulating layer is restricted by the water-soluble resin, and the use of the flat wire is limited.
特許文献4には、誘電率が低い絶縁塗料によって、複数の絶縁層を形成する絶縁電線が記載されている。つまり、例えば、インバータサージ電圧の影響で、誘電率が大きい絶縁層ほど、絶縁層の表面で誘電分極に伴う部分放電が発生し、部分放電による劣化を原因として絶縁層が侵食され、最終的に絶縁破壊が起こる。このため、内側の第一層に、誘電率が3.8未満である低誘電率ポリエステルイミド樹脂、誘電率が4.0未満である低誘電率ポリアミドイミド樹脂、又は誘電率が3.2未満である低誘電率ポリイミド樹脂の何れか一種を主成分とする低誘電率絶縁塗料を焼付け塗装し、第二層に、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、又はポリイミド樹脂の何れか一種を主成分とすると共に無機微粒子を副成分とする低誘電率絶縁塗料を焼付け塗装することが記載されている。
いっぽう、従来における耐アーク性、耐トラッキング性に最も優れる絶縁材料は、誘電率が3.1−3.2からなるシリコーンワニスである。しかし、シリコーンワニスであっても、耐アーク性、耐トラッキング性に限界がある。従って、特許文献4に記載された低誘電率絶縁塗料を用いても、耐アーク性、耐トラッキング性に限界がある。さらに、第一層と第二層とは別々に焼付塗装され、異なる材質からなる境界面が融点の違いで融着されず、境界面に層離れによるギャップが形成される。このようなギャップが存在すると、ギャップの部分で部分放電が起こる。この放電の繰り返しで徐々に絶縁体が侵食され、最終的に絶縁破壊に至る。また、単層からなる従来の絶縁層に比べ、製造コストが増える。
Patent Document 4 describes an insulated wire in which a plurality of insulating layers are formed by an insulating paint having a low dielectric constant. That is, for example, due to the influence of the inverter surge voltage, partial discharge accompanied by dielectric polarization occurs on the surface of the insulating layer as the insulating layer has a larger dielectric constant, and the insulating layer is eroded due to deterioration due to partial discharge. Breakdown occurs. Therefore, in the inner first layer, a low dielectric constant polyesterimide resin having a dielectric constant of less than 3.8, a low dielectric constant polyamideimide resin having a dielectric constant of less than 4.0, or a dielectric constant of less than 3.2 The low dielectric constant insulating paint mainly composed of any one kind of low dielectric constant polyimide resin is baked and painted, and any one kind of polyester imide resin, polyamide imide resin, or polyimide resin is mainly used as the second layer. At the same time, it is described that a low dielectric constant insulating paint containing inorganic fine particles as a secondary component is baked and coated.
On the other hand, the insulating material most excellent in conventional arc resistance and tracking resistance is a silicone varnish having a dielectric constant of 3.1 to 3.2. However, even silicone varnishes have limitations on arc resistance and tracking resistance. Therefore, even if the low dielectric constant insulating paint described in Patent Document 4 is used, arc resistance and tracking resistance are limited. Furthermore, the first layer and the second layer are separately baked and coated, and interfaces made of different materials are not fused due to the difference in melting point, and gaps due to layer separation are formed in the interfaces. When such a gap is present, partial discharge occurs in the gap. In the repetition of this discharge, the insulator is gradually eroded and eventually leads to dielectric breakdown. In addition, the manufacturing cost is increased as compared with the conventional insulating layer consisting of a single layer.
以上に説明した特許文献にも記載されているように、記載された技術は限定された用途にのみ有効で、普遍性はない。従って、一種類の絶縁層で、全ての絶縁電線に関わる全ての性能を満たす絶縁層は存在しない。
本発明は、絶縁電線が使用される環境の如何に関わらず、また、電線が単線であっても撚り線であっても、平角線であっても、電線の如何に関わらず、さらに、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、また、コイルの巻回部の間隔の大きさの如何に関わらず、全ての電線について、従来の性能より優れ、さらに、安価な製法で連続して絶縁電線を製造する方法を実現することが、本発明の課題である。
As described in the patent documents described above, the described techniques are effective only for limited applications and are not universal. Therefore, there is no insulating layer that fulfills all the performances of all the insulated wires in one kind of insulating layer.
In the present invention, regardless of the environment in which the insulated wire is used, and whether the wire is a single wire, a stranded wire or a flat angle wire, regardless of the wire, the flat angle Regardless of the conductor thickness of the conductor, the conductor width, and regardless of the size of the coil winding interval, it is superior to the conventional performance for all the wires, and it is continuous in an inexpensive manufacturing method. It is an object of the present invention to realize a method of manufacturing an insulated wire.
絶縁電線を連続して製造する製造方法は、導体が、アルコールで希釈された有機化合物に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液に浸漬して通過する第一の工程と、該導体が、大気雰囲気で室温から前記有機化合物が気化する温度に昇温される第一の熱処理装置を通過する第二の工程と、該導体が、大気雰囲気で前記酸化第一鉄の微粒子がマグヘマイトの微粒子に酸化される温度に昇温される第二の熱処理装置を移動する第三の工程と、該導体が、前記マグヘマイト微粒子の磁化が飽和する磁場が発生している大気雰囲気の空間を通過する第四の工程と、該導体を巻き取る第五の工程からなり、これら5つの工程を連続して実施する製造方法が、前記導体がマグヘマイト微粒子の集まりで絶縁化される絶縁電線を連続して製造する製造方法である。 Manufacturing method for continuously producing insulated wires, conductors, and the first step particles of ferrous oxide to an organic compound that is diluted with alcohol you pass immersed in the suspension dispersed, conductor comprises a second step you over through the first heat treatment apparatus is heated to a temperature for vaporizing said organic compound from room air atmosphere, the conductor is, the ferrous oxide in the atmosphere atmospheric particles and the second heat treatment apparatus move third you steps to be heated to a temperature which is oxidized to fine particles of maghemite, conductor is, the magnetic field the magnetization of the maghemite particles is saturated occurs a fourth step you over through the space atmosphere consists fifth step of winding the conductor, insulated production process be carried out continuously these five steps, the conductor is a collection of maghemite particles Manufacturing method to continuously manufacture insulated wires That.
つまり、導体が懸濁液に浸漬して懸濁液を通過すると、懸濁液の粘度に応じた厚みで、導体に懸濁液が付着する。従って、導体が単線ないしは撚り線からなる丸線の導体であっても、平角導体であっても、また、単線の太さ、撚り線の本数、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、どのような導体であっても、懸濁液の粘度に応じた厚みで懸濁液が付着する。この後、導体が第一の熱処理装置を移動して昇温され、懸濁液からアルコールが気化した後に有機化合物が気化し、導体の表面に酸化第一鉄(FeOの化学式で示される)の微粒子の集まりが付着する。さらに、導体は第二の熱処理装置に移動し、一定の時間放置され、酸化第一鉄の2価の鉄イオン(Fe2+)の全てが、3価の鉄イオン(Fe3+)に酸化され、酸化第一鉄がマグヘマイト(酸化第二鉄Fe2O3のガンマ相でγ−Fe2O3の化学式で示される)に酸化される。これによって、導体は磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで覆われる。さらに、導体は磁場が発生している空間を通過し、マグヘマイト微粒子の磁化が飽和し、飽和した磁化同士が磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで導体が覆われ、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層が導体に形成される。この後、導体を巻き取る。こうして絶縁電線が連続して製造される。
上記した絶縁電線の製造方法は、以下の特徴によって優れた作用効果がもたらされる。
第一に、5つの工程がいずれも大気雰囲気での処理としたため、5つの工程を連続して実施することができる。これによって、絶縁電線が連続して製造できる。また、5つの処理はいずれも極めて簡単な処理で、安価な製造費用で連続して絶縁電線が製造される。
なお、複数本の単線ないしは撚り線の導体を、ないしは、複数本の平角導体を、間隔を置いて平行に移動させ、上記した5つの工程を連続して実施すると、複数本の絶縁電線が同時に連続して製造できる。これによって、絶縁電線の製造費用はさらに安価になる。
第二に、第一の工程において、絶縁層の厚みは懸濁液の粘度で決まり、懸濁液の粘度はアルコールの希釈率で如何様にも変えられる。これによって、絶縁層の厚みは如何様にも変えられる。つまり、5段落で記載したように、平角導体の厚みと幅は、平角導線が用いられる機器によって大きく変わり、これによって、絶縁層の厚みが導体厚に応じて1桁も変わり、また、平角導線を用いたコイルの間隔は、導体厚に応じて1桁も変わる。このため、絶縁層の厚みが容易に一桁変えられるよう、懸濁液をアルコールで希釈された有機化合物で構成し、アルコールの希釈率で懸濁液の粘度が一桁変えられる構成とした。これによって、絶縁層の厚みが如何様にも変えられ、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として用いることができる。従って、コイルの巻回部の間隔が狭い巻線として用いる時は、アルコールの希釈率を高める。例えば、コイルの巻回部の間隔が狭く、絶縁層の厚さが僅かに0.005mmのような巻線に対しても、絶縁層が形成できる。
第三に、第四の工程を、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる工程とすることで、第五の製造工程で絶縁化された導体を巻き取ることができ、これによって、絶縁電線を連続して製造できる。つまり、巻き取られた絶縁電線は、隣接する絶縁電線の絶縁層から磁気吸引力を受ける。しかし、同じ方向に磁化が飽和したマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着するため、絶縁層を形成するマグヘマイト微粒子同士の磁気吸引力は、隣接する絶縁電線の絶縁層から受ける磁気吸引力より大きい。このため、隣接する絶縁電線の絶縁層からの磁気吸引力で、絶縁層のマグネタイト微粒子が引き取られず、これによって、絶縁電線を巻き取ることができる。さらに、マグヘマイトの磁気キュリー点が675℃で、大気中の450℃以上の温度で酸化第二鉄のα相であるヘマタイト(α−Fe2O3の化学式で示される)に徐々に相転移する。この相転移は不可逆変化である。従って、マグヘマイト微粒子同士の磁気吸着力は、450℃に近い耐熱性を持つ。このため、巻き取った絶縁電線は、高温に長期間放置することができる。
第四に、第四の工程を、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる工程とすることで、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として巻き回すことができる。つまり、絶縁電線を巻線として用いる際に絶縁層に大きな負荷が加わるため、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させた。すなわち、マグヘマイト微粒子が、10−100nmの大きさからなる質量が極僅かな粒状微粒子であり、飽和した磁化で隣接する粒状微粒子同士が互いに磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりから、マグヘマイト微粒子は引き剥がされない。従って、絶縁電線を巻線として様々なコイルに巻く際に、負荷がマグヘマイト微粒子の集まりに印加されるが、磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりが僅かに一時的に変形するだけで、絶縁層からマグヘマイト微粒子は引き剥がされない。さらに、導体の径に比べると、絶縁層の厚みは3桁も小さく、巻線の巻き回し間隔が小さいコイルに対しても、絶縁電線を巻き回すことができる。また、変形した絶縁層は磁気吸着力で元の形状に戻り、絶縁層は優れた可撓性を持つ。さらに、前記したように、マグヘマイトが450℃に近い耐熱性を持つため、コイルも450℃に近い耐熱性を持つ。また、従来の絶縁層のピンホールの大きさは、マグヘマイト微粒子より3桁も大きく、絶縁層の厚みが薄くても、マグヘマイト微粒子が磁気吸着した絶縁層に、電気的弱点部であるピンホールは存在しない。
さらに、前記の製造方法によって製造された絶縁電線は、絶縁層に要求される全ての性能が、従来の絶縁電線の絶縁層の性能より著しく向上する作用効果がもたらされる。
第一に、マグヘマイトが自発磁化を持つ強磁性体である。このため、マグヘマイト微粒子同士は互いに磁気吸着する。さらに、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させると、同一方向にそろって磁化が飽和し、マグヘマイト微粒子同士の磁気吸着力が著しく増大する。これによって、前記したように、絶縁電線が巻き取ることができ、また、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として用いることができる。
第二に、マグヘマイトの磁気キュリー点は675℃で、大気中の450℃以上の温度でヘマタイトに徐々に相転移する。従って、マグヘマイト微粒子の磁気吸着力は、450℃に近い耐熱性を持つ。いっぽう、絶縁層に用いられている高分子材料の中で、耐熱性が最も高い高分子材料にポリアミドイミド樹脂があり、ポリアミドイミド樹脂の軟化点は270℃であり、耐熱温度は軟化点の270℃である。従って、絶縁電線の耐熱温度は、従来の絶縁層の耐熱温度より150℃以上向上し、また、耐熱寿命も著しく伸びる。
第三に、絶縁電線の温度が変わっても、10−100nmの大きさからなるマグヘマイト微粒子の熱膨張・熱収縮の大きさは極めて微小であり、マグヘマイト微粒子は殆ど熱膨張・熱収縮をしない。このため、絶縁層も殆ど熱膨張・熱収縮をしない。また、マグヘマイトの磁気キュリー点が高いため、絶縁電線の温度が450℃より低ければ、磁気吸着力はほとんど変わらない。従って、絶縁電線が搭載された機器の温度が急激に変わっても、マグヘマイト微粒子に熱応力は発生しない。これによって、絶縁電線の耐熱衝撃性は、従来の絶縁電線より著しく向上する。
第四に、マグヘマイトは比抵抗が106Ωmで、比誘電率が1.6−1.8の絶縁体である。従来の絶縁層の中で、耐アーク性、耐トラッキング性に最も優れるシリコーンワニスの誘電率が3.1−3.2である。このため、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層は、シリコーンワニスより著しく耐アーク性、耐トラッキング性に優れる。従って、絶縁層の絶縁破壊が従来の絶縁層より著しく向上する。なお、絶縁層にマグヘマイト微粒子で囲まれた数ナノレベルの大きさの空孔が多数存在する。しかし、空孔の大きさが、従来の絶縁塗料の焼付塗装で生成されるボイド(気泡)より3桁も小さく、また、空孔を囲むマグヘマイト微粒子の誘電率が低いため、空孔に部分放電は起こらない。従って、インバータ制御のモータに本絶縁電線を用いても、インバータサージによる部分放電浸食が絶縁層に起こらず、絶縁破壊が起こらない。また、従来の絶縁層の厚みより著しく薄くしても、絶縁破壊が起こらない。このため、小型表面実装型コイルに用いられる極細平角線のように、絶縁層の厚さが僅かに0.005mmである巻線として用いることができる。なお、前記したポリアミドイミド樹脂の比誘電率は、3.8−4.1と高い値を持つ。
第五に、マグヘマイトは、極めて安定した黒色の金属酸化物からなる無機物で、鉄の不働態皮膜を形成する物質として知られている。従って、全ての溶剤、酸やアルカリ、ナフサ・灯油・ガソリンなどと全く反応しない。また、磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まり、つまり、絶縁層に、全ての液体は表面張力で侵入することができない。このため、従来の絶縁層より、耐溶剤・耐薬品・耐油性に優れる。また、加水分解せず、架電劣化も起こらず、紫外線による劣化も起きない。また、絶縁層は殆ど熱膨張・熱収縮を起こさない。従って、従来の高分子材料のように、低温において絶縁層が硬化せず、高温において絶縁層が軟化しない。このため、長期間極低温に放置されても、絶縁層は脆弱化せず、長期間高温に放置されても、絶縁層は熱劣化しない。
第六に、モース硬度が6.5で、電磁鋼板より著しく硬い物質であり、他の部品や基材と接触しても摩耗しない。なお、接触した際に絶縁層が極僅か一時的に変形するため、接触した部品や基材を攻撃しない。いっぽう、絶縁電線を巻線として機器に巻く際に、負荷がマグヘマイト微粒子の集まりに印加されるが、マグヘマイト微粒子は粒状の微粒子であり、粒状微粒子同士は接触部位で僅かに滑り、粒状微粒子同士の接触で微粒子は破壊されない。従って、従来の絶縁層より耐摩耗性が著しく向上する。このため、摩耗によって絶縁層の表面に傷が入り、そこから部分放電が発生し、絶縁破壊に至ることがない。
以上に説明したように、飽和した磁化でマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで絶縁化された絶縁電線は、絶縁電線が使用される環境の如何に関わらず、また、電線が単線であっても撚り線であっても、丸線であっても平角線であっても、電線の如何に関わらず、さらに、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、全ての電線について、要求される性能が従来の絶縁電線より著しく向上する。さらに、こうした優れた性能を持つ絶縁電線が、前記した簡単な5つの工程を連続して実施することで、連続して製造されるため、絶縁電線の製造費用は安価である。この結果、12段落に記載した課題が解決された。
That is, when the conductor is immersed in the suspension and passes through the suspension, the suspension adheres to the conductor with a thickness corresponding to the viscosity of the suspension. Therefore, regardless of whether the conductor is a round conductor consisting of a single wire or a stranded wire or a flat angle conductor, the thickness of the single wire, the number of strands, the conductor thickness of the flat wire, the conductor width Also, regardless of the type of conductor, the suspension adheres at a thickness corresponding to the viscosity of the suspension. Thereafter, the conductor is moved through the first heat treatment apparatus to raise the temperature, and after alcohol is vaporized from the suspension, the organic compound is vaporized, and ferrous oxide (represented by the chemical formula of FeO) is formed on the surface of the conductor. A collection of particles adheres. Furthermore, the conductor moves to the second heat treatment apparatus, is left for a certain time, and all ferrous oxide divalent iron ions (Fe 2+ ) are oxidized to trivalent iron ions (Fe 3+ ), ferrous is oxidized to maghemite (represented by the chemical formula of γ-Fe 2 O 3 in the gamma phase of ferric oxide Fe 2 O 3) oxide. As a result, the conductor is covered with a collection of magnetically adsorbed maghemite fine particles. Furthermore, the conductor passes through the space where the magnetic field is generated, the magnetization of the maghemite particles is saturated, the conductors are covered with a collection of maghemite particles in which the saturated magnetizations are magnetically adsorbed, and the insulating layer is composed of a collection of maghemite particles. It is formed on a conductor. After this, the conductor is wound up. Thus, the insulated wire is continuously manufactured.
The manufacturing method of the above-mentioned insulated wire brings about the outstanding effect by the following features.
First, since all five steps are treated in the atmosphere, the five steps can be carried out continuously. Thereby, the insulated wire can be manufactured continuously. In addition, all five processes are extremely simple processes, and insulated wires are continuously manufactured at low cost.
In addition, a plurality of single-wire or stranded-wire conductors or a plurality of flat-angle conductors are moved in parallel at intervals, and the above-mentioned five steps are continuously carried out. It can be manufactured continuously. This further reduces the cost of manufacturing the insulated wire.
Second, in the first step, the thickness of the insulating layer is determined by the viscosity of the suspension, and the viscosity of the suspension can be changed in any way by the dilution rate of alcohol. By this, the thickness of the insulating layer can be changed in any way. That is, as described in the fifth paragraph, the thickness and width of the flat conductor greatly vary depending on the device in which the flat conductor is used, whereby the thickness of the insulating layer changes by one digit according to the conductor thickness, and the flat conductor The spacing of the coils using V varies by an order of magnitude depending on the conductor thickness. Therefore, the suspension is made of an organic compound diluted with alcohol so that the thickness of the insulating layer can be easily changed by one digit, and the viscosity of the suspension can be changed by one digit at the dilution rate of alcohol. Thereby, the thickness of the insulating layer can be changed in any way, and the insulated wire can be used as a winding for any coil. Therefore, when used as a winding in which the distance between turns of the coil is narrow, the dilution rate of alcohol is increased. For example, the insulating layer can be formed even for a winding in which the distance between turns of the coil is narrow and the thickness of the insulating layer is only 0.005 mm.
Thirdly, by conducting the fourth step as the step of saturating the magnetization of the maghemite fine particles, the conductor insulated in the fifth manufacturing step can be wound up, whereby the insulated wire is continuously formed. It can be manufactured. That is, the wound up insulated wire receives magnetic attraction from the insulating layer of the adjacent insulated wire. However, since maghemite fine particles having magnetizations saturated in the same direction magnetically adsorb each other, the magnetic attractive force of the maghemite fine particles forming the insulating layer is larger than the magnetic attractive force received from the insulating layer of the adjacent insulated wire. For this reason, the magnetite particulates of the insulating layer are not pulled up by the magnetic attraction force from the insulating layer of the adjacent insulated wire, and the insulated wire can be wound up by this. Furthermore, the magnetic Curie point of maghemite is 675 ° C, and phase transition is gradually made to hematite (shown by the chemical formula of α-Fe 2 O 3 ), which is the α phase of ferric oxide, at a temperature of 450 ° C or higher in the atmosphere. . This phase transition is an irreversible change. Therefore, the magnetic adsorption force of the maghemite fine particles has a heat resistance close to 450 ° C. Therefore, the wound insulated wire can be left at high temperature for a long time.
Fourth, by making the magnetization of the maghemite fine particles saturate in the fourth step, the insulated wire can be wound as a winding for any coil. That is, since a large load is applied to the insulating layer when the insulated wire is used as a winding, the magnetization of the maghemite fine particles is saturated. That is, the maghemite fine particles are not separated from a collection of maghemite fine particles in which the maghemite fine particles are particulate fine particles having a very small mass of 10 to 100 nm and adjacent granular fine particles magnetically adsorbed with saturated magnetization. . Therefore, when winding the insulated wire as a winding around various coils, a load is applied to the collection of maghemite fine particles, but the collection of the magnetically adsorbed maghemite fine particles is only temporarily deformed, so that the insulating layer can The particles are not pulled off. Furthermore, compared with the diameter of the conductor, the thickness of the insulating layer is as small as three digits, and the insulated wire can be wound even for a coil having a small winding interval. Also, the deformed insulating layer returns to its original shape by magnetic attraction, and the insulating layer has excellent flexibility. Furthermore, as described above, since maghemite has heat resistance close to 450 ° C., the coil also has heat resistance close to 450 ° C. Moreover, the pinhole size of the conventional insulating layer is three orders of magnitude larger than that of the maghemite fine particles, and even if the thickness of the insulating layer is thin, the pinhole which is an electrical weak point is the insulating layer to which the maghemite fine particles are magnetically adsorbed. not exist.
Furthermore, the insulated wire manufactured by the above manufacturing method has an effect that all performances required for the insulating layer are significantly improved over the performance of the insulating layer of the conventional insulated wire.
First, maghemite is a ferromagnetic material with spontaneous magnetization. For this reason, the maghemite fine particles magnetically adsorb to each other. Furthermore, when the magnetization of the maghemite fine particles is saturated, the magnetization is saturated in the same direction, and the magnetic attraction between the maghemite fine particles is significantly increased. Thereby, as described above, the insulated wire can be wound up, and the insulated wire can be used as a winding for any coil.
Second, the magnetic Curie point of maghemite is 675 ° C, and it gradually phase-transfers to hematite at a temperature of 450 ° C or higher in the atmosphere. Therefore, the magnetic adsorption power of the maghemite fine particles has heat resistance close to 450 ° C. On the other hand, among polymer materials used for the insulating layer, polyamideimide resin is the polymer material having the highest heat resistance, the softening point of the polyamideimide resin is 270 ° C., and the heat resistance temperature is 270 of the softening point. ° C. Accordingly, the heat resistance temperature of the insulated wire is improved by 150 ° C. or more than the heat resistance temperature of the conventional insulating layer, and the heat resistance life is also significantly extended.
Third, even if the temperature of the insulated wire changes, the magnitude of thermal expansion and thermal contraction of the maghemite fine particles having a size of 10 to 100 nm is extremely small, and the maghemite fine particles hardly thermally expand and shrink. For this reason, the insulating layer also hardly thermally expands and contracts. Also, since the magnetic Curie point of maghemite is high, if the temperature of the insulated wire is lower than 450 ° C., the magnetic attraction hardly changes. Therefore, even if the temperature of the device on which the insulated wire is mounted changes rapidly, no thermal stress is generated in the maghemite fine particles. As a result, the thermal shock resistance of the insulated wire is significantly improved over the conventional insulated wire.
Fourth, maghemite is an insulator having a specific resistance of 10 6 Ωm and a relative dielectric constant of 1.6 to 1.8. Among the conventional insulating layers, the dielectric constant of the silicone varnish which is most excellent in arc resistance and tracking resistance is 3.1-3.2. For this reason, the insulating layer formed of a collection of maghemite fine particles is remarkably excellent in arc resistance and tracking resistance than silicone varnish. Therefore, the dielectric breakdown of the insulating layer is significantly improved over the conventional insulating layer. In the insulating layer, there are many holes of several nano-sized size surrounded by the maghemite fine particles. However, since the size of the pores is three orders of magnitude smaller than the void (bubble) generated by baking coating of the conventional insulating paint, and the dielectric constant of the maghemite fine particles surrounding the pores is low, partial discharge to the pores Does not happen. Therefore, even if this insulated wire is used for the motor of inverter control, partial discharge erosion by the inverter surge does not occur in the insulating layer, and the dielectric breakdown does not occur. In addition, even if the thickness is significantly thinner than the conventional insulating layer, no dielectric breakdown occurs. For this reason, it can be used as a winding in which the thickness of the insulating layer is only 0.005 mm, as in the case of an ultra-fine rectangular wire used for a small surface mount coil. The relative dielectric constant of the above-described polyamideimide resin has a high value of 3.8 to 4.1.
Fifth, maghemite is an inorganic substance consisting of a very stable black metal oxide and is known as a substance that forms a passive film of iron. Therefore, it does not react at all with any solvent, acid, alkali, naphtha, kerosene, gasoline, etc. at all. In addition, all the liquid can not penetrate into the collection of magnetically adsorbed maghemite fine particles, that is, the insulating layer by surface tension. For this reason, solvent resistance, chemical resistance and oil resistance are superior to conventional insulating layers. Also, does not hydrolyze, it does not occur even call-degradation does not occur deterioration due to ultraviolet rays. In addition, the insulating layer hardly causes thermal expansion and thermal contraction. Therefore, the insulating layer does not cure at low temperatures and does not soften at high temperatures, as in conventional polymeric materials. Therefore, the insulating layer is not weakened even if it is left at a very low temperature for a long time, and the insulating layer is not thermally deteriorated even if it is left at high temperature for a long time.
Sixth, it has a Mohs hardness of 6.5, which is a significantly harder material than electromagnetic steel sheet, and does not wear when it comes in contact with other parts or substrates. In addition, since the insulating layer is deformed temporarily only slightly when it contacts, it does not attack the contacted component or the base material. On the other hand, when the insulated wire is wound around the device as a winding, a load is applied to the collection of maghemite fine particles, but the maghemite fine particles are granular fine particles, and the granular fine particles slip slightly at the contact site. Particulates are not destroyed by contact. Therefore, the wear resistance is significantly improved over the conventional insulating layer. For this reason, the surface of the insulating layer is scratched by abrasion, and a partial discharge is generated therefrom, which does not lead to dielectric breakdown.
As described above, the insulated wire insulated with a collection of maghemite particles in which the magnetite particles of the maghemite particles are magnetically adsorbed with saturation magnetization is independent of the environment in which the insulated wire is used, and the wire is a single wire. Regarding all the wires regardless of the wire thickness of the flat wire, regardless of the wire thickness regardless of the wire whether it is a wire, a stranded wire, a round wire or a flat wire The required performance is significantly improved over conventional insulated wires. Furthermore, since the insulated wire having such excellent performance is continuously manufactured by continuously performing the above-described five simple steps, the manufacturing cost of the insulated wire is low. As a result, the problems described in the 12th paragraph were solved.
13段落に記載した懸濁液を製造する製造方法は、熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物をアルコールに分散してアルコール分散液を作成する第一の工程と、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、前記アルコールより粘度が高い第二の性質と、沸点が、前記有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、前記酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い第三の性質を兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合して混合液を作成する第二の工程と、大気雰囲気で前記混合液を前記有機鉄化合物が熱分解温度する温度に昇温する第三の工程と、前記熱処理した混合液に前記アルコールを混合する第四の工程とからなり、これら4つの工程を連続して実施する製造方法が、アルコールで希釈された有機化合物中に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液を製造する製造方法である。 The production method for producing the suspension described in paragraph 13 comprises: a first step of dispersing an organic iron compound that precipitates ferrous oxide by thermal decomposition in alcohol to form an alcohol dispersion, and dissolving it in the alcohol The first property to be miscible, the second property having a viscosity higher than that of the alcohol, and the boiling point is higher than the thermal decomposition temperature of the organic iron compound, and the temperature at which the ferrous oxide is oxidized to maghemite A second step of mixing an organic compound having a low third property with the alcohol dispersion to form a mixture, and raising the mixture to a temperature at which the organic iron compound is thermally decomposed in an air atmosphere. An organic compound comprising: a third step of warming; and a fourth step of mixing the alcohol with the heat-treated mixed solution, the method of continuously carrying out these four steps comprising: Particles of ferrous oxide is a method of manufacturing the suspension dispersed in.
つまり、熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物をアルコールに分散すると、有機鉄化合物がアルコール中に均一に分散する。次に、3つの性質を持つ有機化合物を、アルコール分散液に混合すると、有機化合物がアルコールに溶解ないしは混和し、有機鉄化合物が混合液に均一に分散し、アルコールより粘度が高い混合液になる。さらに、混合液を大気雰囲気で有機鉄化合物の熱分解温度まで昇温する。最初にアルコールが気化し、有機化合物中に有機鉄化合物の微細結晶が析出する。微細結晶の大きさは、酸化第一鉄の微粒子の大きさに近い。さらに、有機鉄化合物を構成する有機酸の沸点を超えると、有機鉄化合物が有機酸と酸化第一鉄とに分解する。さらに昇温すると、有機酸の気化が進み、有機酸の気化が完了すると、有機化合物中に酸化第一鉄の粒状微粒子が析出する。なお、酸化第一鉄は非磁性体であり、微粒子同士は磁気吸着せず、有機化合物中に均一に分散する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、アルコールで希釈された有機化合物中に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液が製造される。
上記の有機鉄化合物と有機化合物とは汎用的な工業用薬品で安価である。また、4つの工程がいずれも大気雰囲気での処理であるため、4つの工程を連続して実施することができる。このため、安価な薬品を原料として用い、安価な費用で懸濁液が製造できる。
That is, when the organic iron compound which precipitates ferrous oxide by thermal decomposition is dispersed in alcohol, the organic iron compound is uniformly dispersed in the alcohol. Next, when an organic compound having three properties is mixed in an alcohol dispersion, the organic compound dissolves or mixes with the alcohol, the organic iron compound is uniformly dispersed in the mixture, and a mixture having a viscosity higher than that of the alcohol is obtained. . Further, the mixture is heated to the thermal decomposition temperature of the organic iron compound in the air atmosphere. First, the alcohol is vaporized to precipitate fine crystals of the organic iron compound in the organic compound. The size of the fine crystals is close to the size of the ferrous oxide fine particles. Furthermore, if the boiling point of the organic acid which comprises an organic iron compound is exceeded, an organic iron compound will decompose | disassemble into an organic acid and ferrous oxide. When the temperature is further raised, the vaporization of the organic acid proceeds, and when the vaporization of the organic acid is completed, particulate microparticles of ferrous oxide precipitate in the organic compound. The ferrous oxide is a nonmagnetic substance, and the fine particles are not magnetically adsorbed, and are uniformly dispersed in the organic compound. The suspension is diluted with alcohol to produce a suspension of ferrous oxide microparticles dispersed in an alcohol-diluted organic compound.
The above organic iron compounds and organic compounds are general-purpose industrial chemicals and inexpensive. In addition, since all of the four steps are treatment in the air atmosphere, the four steps can be performed continuously. For this reason, a suspension can be manufactured at low cost using inexpensive chemicals as raw materials.
15段落に記載した懸濁液を製造する製造方法は、前記有機鉄化合物として、カルボキシル基を構成する酸素イオンが鉄イオンに配位結合したカルボン酸鉄化合物を用い、前記有機化合物として、カルボン酸エステル類に属する有機化合物を用い、前記した懸濁液を製造する製造方法に従って懸濁液を製造する製造方法である。 Method of manufacturing a suspension as described in 15 paragraphs, as the organic iron compound, using acid iron compound oxygen ions constituting the carboxyl group is coordinated to an iron ion, as the organic compound, carboxylic acid It is a manufacturing method which manufactures a suspension according to the manufacturing method which manufactures the above-mentioned suspension using the organic compound which belongs to ester .
つまり、カルボキシル基を構成する酸素イオン(O−)が配位子になって、2価の鉄イオン(Fe2+)に近づいて配位結合するカルボン酸鉄化合物は、熱分解によって酸化第一鉄を析出する。このため、16段落で説明した有機鉄化合物をカルボン酸鉄化合物で構成し、カルボン酸鉄化合物が分散された混合液を大気雰囲気で熱処理すると、350℃より低い温度でカルボン酸鉄化合物が熱分解し、大きさが10−100nmの範囲に入る粒状の酸化第一鉄の微粒子の集まりが、有機化合物中に析出する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、16段落で説明した懸濁液が製造される。
すなわち、カルボキシル基を構成する酸素イオンが配位子になって、2価の鉄イオンに近づいて配位結合するカルボン酸鉄化合物は、最も大きいイオンである鉄イオンに酸素イオンが近づいて配位結合するため、両者の距離は短くなる。これによって、鉄イオンに配位結合する酸素イオンが、鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの距離が最も長くなる。こうした分子構造上の特徴を持つカルボン酸鉄化合物は、カルボン酸鉄化合物を構成するカルボン酸の沸点を超えると、カルボキシル基を構成する酸素イオンが鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの結合部が最初に分断され、鉄イオンと酸素イオンとの化合物である酸化第一鉄とカルボン酸とに分解する。さらに昇温すると、カルボン酸が気化熱を奪って気化し、カルボン酸の気化が完了した後に酸化第一鉄が析出する。
こうしたカルボン酸鉄化合物として、分子量の順に、酢酸鉄化合物、カプリル酸鉄化合物、安息香酸鉄化合物、ナフテン酸鉄化合物がある。なお、酢酸鉄とカプリル酸鉄と安息香酸鉄とは、いずれも酸素イオンが鉄イオンに近づいて配位結合して、複核錯塩を形成する。いっぽう、熱分解の途上において生成される物質は、ナフテン酸鉄の熱分解で生成される物質が最も安定している。このため、カルボン酸鉄化合物の熱分解で酸化第一鉄を析出させるには、ナフテン酸鉄が最も簡単な熱処理になる。なお、ナフテン酸は5員環をもつ飽和脂肪酸の混合物で、CnH2n−1COOHからなる一般式で示され、主成分は沸点が268℃で、分子量が170のC9H17COOHからなる。このため、ナフテン酸鉄は、大気雰囲気の340℃で熱分解が完了し、酸化第一鉄を析出する。
さらに、前記したカルボン酸鉄化合物は、いずれも容易に合成できる安価な工業用薬品である。すなわち、汎用的なカルボン酸を強アルカリと反応させるとカルボン酸アルカリ金属化合物が生成される。この後、カルボン酸アルカリ金属化合物を無機鉄化合物と反応させることで、カルボン酸鉄化合物が合成される。また、原料となるカルボン酸は、有機酸の沸点の中で相対的に低い沸点を有する有機酸であるため、大気雰囲気においては350℃より低い熱処理で酸化第一鉄の微粒子が有機化合物中に析出する。
以上に説明したように、安価な原料で、熱分解で酸化第一鉄を析出するカルボン酸金属化合物は、16段落に記載した有機鉄化合物として好適である。
また、カルボン酸エステル類に、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二に前記アルコールより粘度が高く、第三に、沸点が、有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い、これら3つの性質を兼備する有機化合物が、カルボン酸エステル類に属する有機化合物に存在する。また、このようなカルボン酸エステル類は、繊維油剤・金属油剤・合成潤滑油・合成樹脂用・化粧品用・界面活性剤原料に用いられている汎用的な工業用薬品である。
従って、16段落で説明した有機鉄化合物のアルコール分散液に、3つの性質を兼備するカルボン酸エステル類を混合すると、カルボン酸エステル類がアルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高い16段落で説明した混合液が作成される。
このため、カルボン酸エステル類は16段落に記載した有機化合物として好適である。
That is, an iron carboxylate compound in which an oxygen ion (O − ) constituting a carboxyl group becomes a ligand and approaches a divalent iron ion (Fe 2+ ) to coordinate bond is a ferrous oxide by thermal decomposition. Precipitate out. Therefore, when the organic iron compound described in the 16th paragraph is composed of an iron carboxylate compound and the liquid mixture in which the iron carboxylate compound is dispersed is heat-treated in the atmosphere, the iron carboxylate compound is thermally decomposed at a temperature lower than 350 ° C. A collection of particulate ferrous oxide particulates falling in the range of 10-100 nm in size precipitates in the organic compound. The suspension is diluted with alcohol to produce the suspension described in paragraph 16.
That is, an iron carboxylate compound in which an oxygen ion constituting a carboxyl group becomes a ligand and approaches a divalent iron ion and coordinates is coordinated with an oxygen ion approaching an iron ion which is the largest ion. Because of the coupling, the distance between the two becomes short. As a result, the distance between the oxygen ion coordinated to the iron ion and the ion covalently bonded to the opposite side of the iron ion is maximized. The iron carboxylate compound having such a molecular structural feature is bound to an ion in which the oxygen ion constituting the carboxyl group is covalently bonded on the opposite side of the iron ion when the boiling point of the carboxylic acid constituting the iron carboxylate compound is exceeded. The part is first divided and decomposed into ferrous oxide, which is a compound of iron ion and oxygen ion, and carboxylic acid. When the temperature is further raised, the carboxylic acid takes heat of vaporization and is vaporized, and after vaporization of the carboxylic acid is completed, ferrous oxide is deposited.
As such an iron carboxylate compound, there are an iron acetate compound, an iron caprylate compound, an iron benzoate compound, and an iron naphthenate compound in the order of molecular weight. In all of iron acetate, iron caprylate and iron benzoate, oxygen ions approach iron ions and coordinate bond to form a dinuclear complex salt. On the other hand, the substances produced in the course of thermal decomposition are the most stable substances produced in the thermal decomposition of iron naphthenate. For this reason, iron naphthenate is the simplest heat treatment for depositing ferrous oxide by thermal decomposition of the iron carboxylate compound. Naphthenic acid is a mixture of saturated fatty acids having a 5-membered ring and is represented by a general formula consisting of C n H 2 n-1 COOH, the main component having a boiling point of 268 ° C. and a molecular weight of 170 C 9 H 17 COOH Become. Therefore, the thermal decomposition of iron naphthenate is completed at 340 ° C. in the air atmosphere to precipitate ferrous oxide.
Furthermore, the above-mentioned iron carboxylates are inexpensive industrial chemicals that can be easily synthesized. That is, when a general purpose carboxylic acid is reacted with a strong alkali, a carboxylic acid alkali metal compound is formed. Thereafter, an alkali metal carboxylate compound is reacted with an inorganic iron compound to synthesize an iron carboxylate compound. In addition, since the carboxylic acid as the raw material is an organic acid having a relatively low boiling point among the boiling points of the organic acid, fine particles of ferrous oxide are contained in the organic compound by heat treatment lower than 350 ° C. in the atmosphere. It precipitates.
As described above, a metal carboxylate compound which is an inexpensive raw material and which deposits ferrous oxide by thermal decomposition is suitable as the organic iron compound described in the 16th paragraph.
In addition, carboxylic acid esters are first dissolved or mixed in alcohol, secondly higher in viscosity than the alcohol, thirdly higher in boiling point than the thermal decomposition temperature of the organic iron compound, and first oxidized Organic compounds that combine these three properties below the temperature at which iron is oxidized to maghemite are present in the organic compounds belonging to carboxylic esters. In addition, such carboxylic esters are general-purpose industrial chemicals used for fiber oil agents, metal oil agents, synthetic lubricating oils, synthetic resins, cosmetics, and surfactants .
Therefore, when the carboxylic acid esters having three properties are mixed with the alcohol dispersion of the organic iron compound described in the 16th paragraph, the carboxylic esters are dissolved or mixed in the alcohol, and the viscosity is higher in the 16th stage than the alcohol. The described mixture is made .
For this reason, carboxylic acid esters are suitable as the organic compound described in the 16th paragraph .
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実施形態1
本実施形態において、ナフテン酸鉄を有機鉄化合物として用い、16段落で説明した懸濁液を作成し、この懸濁液を付着させた導体を熱処理し、導体に絶縁層を形成する方法を説明する。
ナフテン酸鉄は、ナフテン酸のカルボキシル基を構成する酸素イオンが、配位子になって2価の鉄イオンに近づき、2価の鉄イオンに配位結合する錯体である。つまり、最も大きいイオンである2価の鉄イオンに酸素イオンが近づいて配位結合するため、両者の距離は短くなる。これによって、2価の鉄イオンに配位結合する酸素イオンが、鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの距離が最も長くなる。こうした分子構造上の特徴を持つナフテン酸鉄は、ナフテン酸の主成分の沸点を超えると、ナフテン酸鉄におけるカルボキシル基を構成する酸素イオンが、2価の鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの結合部が最初に分断され、2価の鉄イオンと酸素イオンとの化合物である酸化第一鉄とナフテン酸とに分解する。さらに昇温すると、ナフテン酸が気化熱を奪って気化し、ナフテン酸の気化が完了すると、酸化第一鉄が析出して熱分解を終える。このため、ナフテン酸鉄は、16段落で説明した熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物である。
ナフテン酸鉄をアルコールに分散すると、ナフテン酸鉄がアルコール中に均一に分散する。次に、16段落で説明した3つの性質を持つ有機化合物を、アルコール分散液に混合すると、有機化合物がアルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高い混合液が作成される。さらに混合液を、第一の熱処理装置によって昇温する。最初にアルコールが気化し、有機化合物中にナフテン酸鉄の微細結晶が析出する。次に、ナフテン酸の主成分の沸点である268℃を超えると、ナフテン酸鉄がナフテン酸と酸化第一鉄とに分解する。こ後、昇温速度を速めてナフテン酸の気化を進め、気化が完了する340℃で、有機化合物中に酸化第一鉄の粒状微粒子が析出する。なお、酸化第一鉄は非磁性体で、酸化第一鉄の微粒子は互いに磁気吸着せず、有機化合物中に均一に分散する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、懸濁液が作成される。
次に導体を懸濁液に浸漬して通過させ、第二の熱処理装置において、大気雰囲気で昇温速度を抑えて340℃から380℃まで昇温し、380℃に一定時間放置する。この際、酸化第一鉄の2価の鉄イオンが3価の鉄イオンになる酸化反応が進む。この酸化反応の初期では、酸化第一鉄(FeO)の2価の鉄イオンの一部が3価の鉄イオンになって酸化第二鉄(Fe2O3)になり、組成式がFeO・Fe2O3のマグネタイトに酸化される。さらに、放置を延ばすと酸化反応がさらに進み、酸化第一鉄の全てがマグネタイトに酸化される。さらに、放置を延ばすと、マグネタイトを構成する2価の鉄イオンの全てが3価の鉄イオンになり、酸化第二鉄になって酸化反応を終える。この酸化第二鉄は、マグネタイトと同様の立方晶系である、酸化第二鉄のガンマ相であるマグへマイト(γ−Fe2O3)である。いっぽう、酸化第二鉄のアルファ相であるヘマタイト(α−Fe2O3)の結晶構造は三方晶系であり、マグネタイトとは結晶構造が異なる。この結果、導体は磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで覆われる。さらに、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる磁場を導体が通過すると、絶縁電線が製造される。
なお、ナフテン酸鉄は、18段落で説明したように、容易に合成できる安価な工業用薬品で、有機酸鉄化合物の中で最も安価な化合物の一つである。また、原料となるナフテン酸は、有機酸の沸点の中で相対的に沸点が低いため、大気雰囲気で340℃程度の熱処理で酸化第一鉄が析出する。このような性質を持つナフテン酸は、塗料・印刷インキ用のドライヤー、ゴム・タイヤの接着剤、潤滑油の極圧剤、ポリエステルの硬化剤、助燃剤や重合触媒などに汎用的に使用されている。
In this embodiment, using iron naphthenate as the organic iron compound, the suspension described in the 16th paragraph is prepared, and the conductor to which the suspension is attached is heat-treated to form the insulating layer on the conductor. Do.
Iron naphthenate is a complex in which an oxygen ion constituting a carboxyl group of naphthenic acid becomes a ligand, approaches a divalent iron ion, and coordinates to a divalent iron ion. That is, since the oxygen ion approaches and coordinates with the divalent iron ion which is the largest ion, the distance between the two becomes short. As a result, the distance between the oxygen ion coordinated to the divalent iron ion and the ion covalently bonded to the opposite side of the iron ion is maximized. When iron naphthenate having such a molecular structural feature exceeds the boiling point of the main component of naphthenic acid, an ion in which an oxygen ion constituting a carboxyl group in iron naphthenate is covalently bonded on the opposite side of a divalent iron ion At first, the bond portion with is decomposed to decompose into ferrous oxide and naphthenic acid, which are compounds of divalent iron ions and oxygen ions. When the temperature is further raised, naphthenic acid takes heat of vaporization and is vaporized, and when vaporization of naphthenic acid is completed, ferrous oxide is precipitated and thermal decomposition is finished. For this reason, iron naphthenate is an organic iron compound which precipitates ferrous oxide by the thermal decomposition described in the sixteenth paragraph.
When iron naphthenate is dispersed in alcohol, iron naphthenate is uniformly dispersed in the alcohol. Next, when the organic compound having the three properties described in the sixteenth paragraph is mixed with the alcohol dispersion, the organic compound is dissolved or mixed with the alcohol, and a mixed solution having a viscosity higher than that of the alcohol is produced. Further, the temperature of the mixture is raised by the first heat treatment apparatus. First, the alcohol is vaporized to precipitate fine crystals of iron naphthenate in the organic compound. Next, if it exceeds 268 ° C. which is the boiling point of the main component of naphthenic acid, iron naphthenic acid is decomposed into naphthenic acid and ferrous oxide. Thereafter, the temperature rising rate is increased to vaporize naphthenic acid, and particulate particles of ferrous oxide precipitate in the organic compound at 340 ° C. at which the vaporization is completed. The ferrous oxide is a nonmagnetic substance, and the fine particles of ferrous oxide are not magnetically adsorbed to one another, and uniformly dispersed in the organic compound. The suspension is diluted with alcohol to form a suspension.
Next, the conductor is immersed in the suspension and passed, and in the second heat treatment apparatus, the temperature rising rate is suppressed in the air atmosphere, the temperature is raised from 340 ° C. to 380 ° C., and it is left at 380 ° C. for a fixed time. At this time, an oxidation reaction proceeds in which divalent iron ions of ferrous oxide become trivalent iron ions. At the initial stage of this oxidation reaction, part of the divalent iron ions of ferrous oxide (FeO) becomes trivalent iron ions to form ferric oxide (Fe 2 O 3 ), and the composition formula is FeO ·· It is oxidized to magnetite of Fe 2 O 3 . Furthermore, when it is left for a long time, the oxidation reaction proceeds further, and all of the ferrous oxide is oxidized to magnetite. Further, if the standing is extended, all of the divalent iron ions constituting magnetite become trivalent iron ions, become ferric oxide, and complete the oxidation reaction. The ferric oxide is maghemite (γ-Fe 2 O 3 ), which is a gamma system of ferric oxide, which is a cubic system similar to magnetite. On the other hand, the crystal structure of hematite (α-Fe 2 O 3 ), which is the alpha phase of ferric oxide, is a trigonal system, and the crystal structure is different from that of magnetite. As a result, the conductor is covered with a collection of magnetically adsorbed maghemite fine particles. Furthermore, when the conductor passes a magnetic field that saturates the magnetization of the maghemite particles, an insulated wire is manufactured.
In addition, iron naphthenate is an inexpensive industrial chemical that can be easily synthesized, as described in the eighteenth paragraph, and is one of the least expensive compounds among organic acid iron compounds. In addition, since naphthenic acid as a raw material has a relatively low boiling point among the boiling points of organic acids, ferrous oxide is precipitated by heat treatment at about 340 ° C. in the air atmosphere. Naphthenic acid having such properties is widely used in paint / printing ink driers, rubber / tire adhesives, lubricant extreme pressure agents, polyester curing agents, flame retardants, polymerization catalysts, etc. There is.
実施形態2
本実施形態において、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二に前記アルコールより粘度が高く、第三に、沸点が、有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い、これら3つの性質を兼備する有機化合物を説明する。ここでは、有機鉄化合物をナフテン酸鉄とするため、有機化合物の沸点は、340℃より高く、380℃より低い性質が必要になる。また最も汎用的な工業用アルコールであるメタノールをアルコールとする。
こうした3つの性質を兼備する有機化合物に、カルボン酸エステル類に属する有機化合物がある。いっぽう、カルボン酸エステル類は、飽和カルボン酸からなる第一のエステル類と、不飽和カルボン酸からなる第二のエステル類と、芳香族カルボン酸からなる第三のエステル類とからなる、3種類のエステル類に分けられる。
Embodiment 2
In this embodiment, first, it is dissolved or mixed with alcohol, secondly, its viscosity is higher than that of the alcohol, and third, its boiling point is higher than the thermal decomposition temperature of the organic iron compound, and ferrous oxide is maghemite The organic compound combines these three properties below the temperature at which it is oxidized. Here, the boiling point of the organic compound is required to be higher than 340 ° C. and lower than 380 ° C. in order to use the organic iron compound as iron naphthenic acid. Also, methanol, which is the most versatile industrial alcohol, is used as the alcohol.
Among the organic compounds that combine these three properties, there are organic compounds belonging to carboxylic esters. On the other hand, three kinds of carboxylic acid esters consist of a first ester consisting of saturated carboxylic acid, a second ester consisting of unsaturated carboxylic acid, and a third ester consisting of aromatic carboxylic acid. Can be divided into esters of
第一の飽和カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が340−380℃に入るカルボン酸エステルは、カプリン酸エステル類より分子量が大きいカルボン酸エステル類に存在する。ラウリン酸エステル類の中では、沸点が355℃であるラウリン酸オクチルのみが該当する。ミリスチン酸エステル類の中には、該当するエステルが存在しない。なお、ミリスチン酸エチルの沸点は295℃で、ミリスチン酸ブチルの沸点は389℃である。また、パルミチン酸エステル類の中では、沸点が362℃であるパルミチン酸ブチルのみが該当する。また、ステアリン酸エステル類の中では、沸点が376℃であるステアリン酸プロピルのみが該当する。 Among the esters consisting of the first saturated carboxylic acid, carboxylic acid esters which are dissolved in methanol and whose viscosity is higher than the boiling point of methanol and whose boiling point falls within the range of 340-380 ° C. have higher molecular weight than capric acid esters. Present in esters. Among the laurates, only octyl laurate having a boiling point of 355 ° C. is relevant. There is no corresponding ester in myristic esters. The boiling point of ethyl myristate is 295 ° C., and the boiling point of butyl myristate is 389 ° C. Further, among palmitic acid esters, only butyl palmitate having a boiling point of 362 ° C. corresponds. Further, among stearic esters, only propyl stearate having a boiling point of 376 ° C. is applicable.
第二の不飽和カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が340−380℃に入るカルボン酸エステル類は、オレイン酸エステル類、リノール酸エステル類、リノレン酸エステル類に存在する。オレイン酸エステル類の中では、沸点が351℃であるオレイン酸メチルが該当し、リノール酸エステル類の中では、沸点が373℃のリノール酸メチルが該当し、リノレン酸エステル類の中では、沸点が364℃のリノレン酸メチルが該当する。 Among the esters composed of the second unsaturated carboxylic acid, carboxylic acid esters which are dissolved in methanol and whose viscosity is higher than the boiling point of methanol and whose boiling point falls within the range of 340 to 380 ° C. are oleic acid esters and linoleic acid esters And linolenic acid esters. Among oleic acid esters, methyl oleate having a boiling point of 351 ° C. corresponds, and among linoleic acid esters, methyl linoleate having a boiling point of 373 ° C. corresponds, and among linolenic acid esters, a boiling point There is 364 ° C of methyl linolenate.
第三の芳香族カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が340−380℃に入るカルボン酸エステル類は、フタル酸エステル類にわずかに存在し、フタル酸ジヘキシルの沸点は350℃である。 Among esters composed of a third aromatic carboxylic acid, carboxylic acid esters which are dissolved in methanol and whose viscosity is higher than the boiling point of methanol and which has a boiling point of 340-380 ° C. are slightly present in phthalic acid esters. And the boiling point of dihexyl phthalate is 350 ° C.
実施例1
実施例1において、実施形態1に従って、マグへマイト微粒子の集まりで銅線に絶縁層を形成する方法を説明する。ナフテン酸鉄は、金属石鹸として市販されているナフテン酸鉄(例えば、東栄化工株式会社の製品)を用いた。有機化合物は、沸点が351℃のオレイン酸メチル(例えば、和光純薬工業株式会社の製品)を用いた。なお、オレイン酸メチルは、合成繊維油剤、金属油剤、合成潤滑剤、合成樹脂用、化粧品用、界面活性剤原料に用いられている。メタノールは試薬一級品を用いた。導体は、電気用軟銅線からなる導体の断面積が0.785mm2で、素線径が1.0mmからなる裸銅単線(例えば、福田電線株式会社の製品)を用いた。なお、メタノールの粘度は0.59mPaで、オレイン酸メチルの粘度は5.5mPaであり、メタノールの9.3倍の粘度に相当する。
最初に、ナフテン酸鉄をメタノールに対し10重量%の割合になるように秤量し、ナフテン酸鉄をメタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のメタノール分散液を作成した。次に、オレイン酸メチルが20重量%になるように、ナフテン酸鉄のメタノール分散液に混合した。この混合液を容器に移し、容器が熱処理装置を通過し、大気雰囲気で20℃/分の昇温速度で270℃まで昇温し、この後、50℃/分の昇温速度で340℃まで昇温し、340℃に1分間放置した後に室温まで戻し、この後、容器に混合液の体積が4倍になるようにメタノールを混合し、懸濁液を作成した。
次に、裸銅単線を上記の懸濁液に浸漬して取り出し、この後、熱処理装置を移動させ、大気雰囲気で20℃/分の昇温速度で340℃に昇温し、さらに、1℃/分の昇温速度で380℃まで昇温し、380℃に30分間放置した後に室温まで戻した。熱処理装置から裸銅単線を取り出し、12キロエルステッドの磁界が裸銅単線の長さ方向に発生している磁場を通過させ、試料を作成した。
さらに、試料の表面と断面とを電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、JFEテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧SEMを用いた。この装置は100Vからの極低加速電圧による表面観察が可能で、さらに試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を有する。
最初に、反射電子線の900−1000Vの間にある2次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面を観察した。試料の表面は、40−60nmの大きさからなる粒状の微粒子で満遍なく覆われ、欠陥は見られなかった。次に、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、酸素原子の双方が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄からなる微粒子であることが確認できた。さらに極低加速電圧SEMの機能にEBSP解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果から、試料表面に形成された微粒子が酸化第二鉄のγ相であるマグへマイトであることが確認できた。なお、EBSP解析機能とは、試料に電子線を照射したとき、反射電子が試料中の原子面によって回折されることによってバンド状のパターンを形成し、このバンドの対称性が結晶系に対応し、バンドの間隔が原子面間隔に対応しているため、このパターンを解析することで、結晶方位や結晶系を測定する機能をいう。
以上の試料表面の観察結果から、裸銅単線の表面全体がマグへマイトの微粒子で覆われていることが確認できた。この結果から、ナフテン酸鉄を熱処理すると、裸銅単線の表面にマグへマイト微粒子が満遍なく磁気吸着することが確認できた。
次に、試料の絶縁抵抗を測定した。共立電気計器の絶縁抵抗計を用い、試料の長さを1mとし、裸銅単線と絶縁層との間の電気抵抗を測定した。絶縁抵抗は1MΩに近い値を示した。従って、絶縁層は電線に必要となる絶縁抵抗を有することが分かった。
さらに、試料を直径が5mmのパイプに、巻き付ける際のテンションを変えて連続5回巻き付け、試料を取り去った後のパイプの表面をSEMで観察したが、マグヘマイト微粒子の存在は認められなかった。さらに、試料が3重に重なるようにテンションを変えて前記のパイプに連続5回巻き付け、この後、試料の表面をSEMで観察したが、最初の状態と変わりがなかった。また、いずれの場合も、試料表面に亀裂などの異常は見られなかった。このため、マグヘマイトの微粒子同士が強固に磁気吸着していることが分かった。これらの結果から、試料はコイルに用いる巻線として用いることができる。
また、試料が巻き付けられたパイプを、−40℃と400℃とに各々30分間さらした後に、試料表面をSEMで観察したが、最初の状態と変わりがなかった。この結果から、−40℃の耐寒性と400℃の耐熱性と優れた耐熱衝撃性とを持つことが分かった。
次に、試料を輪切りにし、断面をSEMで観察した。マグヘマイトの粒状微粒子の20−22個が積み重なって、裸銅単線を覆っていた。従って、20−22個のマグヘマイト微粒子が磁気吸着して、1μmに近い厚みの絶縁層を形成している。図1に、試料の断面を模式的に拡大して図示した。1は裸銅単線で、2はマグヘマイト微粒子である。
さらに、東京精電株式会社の絶縁破壊試験器EB0181を用い、JIS C 3216−1の巻線試験法の絶縁破壊試験に基づき絶縁破壊電圧を測定した。この結果、試料の絶縁破壊電圧は12kVであった。この絶縁耐圧の大きさは、ポリイミド絶縁層の厚さが0.035mmで、裸銅単線の径が1.0mmからなるエナメル線(例えば、日立金属株式会社の耐熱エナメル線IMW)と同等である。いっぽう、試料の絶縁層の厚みは、前記耐熱電線の絶縁層の厚みの僅か1/35にもかかわらず、同等の絶縁耐圧を持つため、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層が高い絶縁耐圧を持つことが分かった。
以上に説明したように、試料は耐熱性、耐寒性、耐熱衝撃性、絶縁破壊電圧、可撓性、絶縁層と導体との密着性、耐摩耗性、捲線性に優れる。いっぽう、試料は、13段落で説明した簡単な処理からなる5つの工程を連続して実施することで連続して製造される。また、酸化第一鉄の原料となる18段落で説明した有機鉄化合物は、合成が容易なカルボン酸鉄化合物である。さらに、懸濁液を構成する有機化合物も、汎用的なカルボン酸エステル類に属する有機化合物である。従って、優れた性能を持つ絶縁電線が、安価な原料を用いて、安価な加工費用で連続して製造できる。
Example 1
In Example 1, according to
First, iron naphthenate was weighed to a ratio of 10% by weight to methanol, and iron naphthenate was mixed with methanol and stirred to prepare a methanol dispersion of iron naphthenate. Next, it was mixed with a methanol dispersion of iron naphthenate so that methyl oleate was 20% by weight. The mixture is transferred to a vessel, and the vessel passes through a heat treatment apparatus, and is heated to 270 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min in the air atmosphere, and then to 340 ° C. at a heating rate of 50 ° C./min. The temperature was raised, and left at 340 ° C. for 1 minute, and then returned to room temperature, after which methanol was mixed in the container so that the volume of the mixture became 4 times, to prepare a suspension.
Next, the bare copper single wire is dipped in the above suspension and taken out, then the heat treatment apparatus is moved, and the temperature is raised to 340 ° C. at a heating rate of 20 ° C./min in the air atmosphere, and further 1 ° C. The temperature was raised to 380 ° C. at a temperature rising rate of 1 / min, left at 380 ° C. for 30 minutes, and returned to room temperature. A bare copper single wire was taken out from the heat treatment apparatus, and a magnetic field of 12 kilooersteds was allowed to pass through the magnetic field generated along the length of the bare copper single wire to prepare a sample.
Furthermore, the surface and the cross section of the sample were observed with an electron microscope. The electron microscope used the ultra-low acceleration voltage SEM of JFE Techno Research Ltd. This device is capable of surface observation with an extremely low accelerating voltage from 100 V, and further has a feature that the surface of the sample can be observed directly without forming a conductive film on the sample.
First, the secondary electron beam between 900 and 1000 V of the reflected electron beam was taken out for image processing, and the sample surface was observed. The surface of the sample was evenly covered with particulate particles of 40-60 nm in size, and no defects were observed. Next, the energy of the characteristic X-ray and its intensity were subjected to image processing, and the types of elements constituting the film formed on the surface and their distribution states were analyzed. Since both iron atoms and oxygen atoms were uniformly present on the surface and no particularly uneven distribution was found, it was confirmed that they were fine particles of iron oxide. Furthermore, the EBSP analysis function was added to the function of ultra-low acceleration voltage SEM to analyze the crystal structure. From these results, it was confirmed that the fine particles formed on the sample surface were maghemite, which is the γ phase of ferric oxide. In the EBSP analysis function, when a sample is irradiated with an electron beam, reflected electrons are diffracted by atomic planes in the sample to form a band-like pattern, and the symmetry of this band corresponds to the crystal system. Since the band spacing corresponds to the atomic plane spacing, the function of measuring crystal orientation and crystal system by analyzing this pattern is said.
From the above observation results of the sample surface, it can be confirmed that the entire surface of the bare copper single wire is covered with fine particles of maghemite. From these results, it has been confirmed that when the iron naphthenate is heat-treated, magnetic particles of magnet fines uniformly adsorb to the surface of the bare copper single wire.
Next, the insulation resistance of the sample was measured. Using an insulation resistance meter of Kyoritsu Electric Instrument, the length of the sample was 1 m, and the electrical resistance between the bare single copper wire and the insulating layer was measured. The insulation resistance showed a value close to 1 MΩ. Therefore, it turned out that an insulating layer has the insulation resistance required for a wire.
Furthermore, the sample was continuously wound five times around a pipe having a diameter of 5 mm while changing the tension during winding, and the surface of the pipe after removing the sample was observed by SEM, but the presence of the maghemite fine particles was not recognized. Furthermore, the tension was changed so that the sample was triple-folded, and the pipe was continuously wound around the pipe five times continuously. After that, the surface of the sample was observed by SEM, but it was not different from the initial state. Moreover, in any case, no abnormality such as a crack was observed on the surface of the sample. Therefore, it was found that the fine particles of maghemite are strongly magnetically adsorbed. From these results, the sample can be used as a winding used for a coil.
Moreover, after exposing the pipe in which the sample was wound to -40 degreeC and 400 degreeC each for 30 minutes, although the sample surface was observed with SEM, it was not different from the initial state. From this result, it was found that it has cold resistance of -40 ° C, heat resistance of 400 ° C and excellent thermal shock resistance.
Next, the sample was cut into round slices and the cross section was observed by SEM. Twenty to twenty-two particulate particles of maghemite were stacked to cover the bare copper single wire. Accordingly, 20 to 22 maghemite fine particles are magnetically adsorbed to form an insulating layer having a thickness close to 1 μm. The cross section of the sample is schematically shown enlarged in FIG. 1 is a bare copper single wire and 2 is a maghemite fine particle.
Furthermore, the dielectric breakdown voltage was measured based on the dielectric breakdown test of the winding test method of JIS C 3216-1 using dielectric breakdown tester EB0181 of Tokyo Seiden Co., Ltd. As a result, the dielectric breakdown voltage of the sample was 12 kV. This insulation withstand voltage is equivalent to that of an enameled wire (for example, heat resistant enameled wire IMW of Hitachi Metals, Ltd.) having a polyimide insulation layer thickness of 0.035 mm and a bare copper single wire diameter of 1.0 mm. . On the other hand, the thickness of the insulating layer of the sample is only 1/35 of the thickness of the insulating layer of the heat-resistant wire, but has the same withstand voltage, so the insulating layer consisting of aggregation of maghemite particles has high withstand voltage I found that.
As described above, the sample is excellent in heat resistance, cold resistance, thermal shock resistance, dielectric breakdown voltage, flexibility, adhesion between the insulating layer and the conductor, abrasion resistance, and winding resistance. On the other hand, the sample is manufactured continuously by performing five steps consisting of the simple process described in the 13th paragraph in succession. In addition, the organic iron compounds described in the eighteenth paragraph, which are the raw materials of ferrous oxide, are iron carboxylate compounds which can be easily synthesized. Furthermore, the organic compound which comprises a suspension is also an organic compound which belongs to general purpose carboxylic acid esters. Therefore, an insulated wire with excellent performance can be manufactured continuously at low processing costs using inexpensive raw materials.
1 裸銅単線 2 マグヘマイト微粒子
1 bare copper single wire 2 maghemite fine particles
Claims (4)
The method according to claim 2, wherein the organic compound is an organic compound belonging to a carboxylic acid ester.
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