JP2022084533A - 絶縁電線 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧駆動やインバータ駆動がなされるモータのコイルに用いられた場合であっても、部分放電の発生を抑制するとともに、皮膜割れの発生を抑制する絶縁電線を提供する。【解決手段】長尺状に形成された導体と、導体の周囲を覆う絶縁層が１つ又は複数積層されて構成された絶縁皮膜と、を有する絶縁電線は、絶縁層は、空孔領域と、樹脂領域とを有する。空孔領域は、樹脂と複数の空孔とにより構成される。樹脂領域は、樹脂により構成される。絶縁層は、径方向内側の第１の界面と径方向外側の第２の界面との間に界面が設けられておらず、かつ、前記第１の界面から前記第２の界面に沿って、空孔領域と樹脂領域とがこの順序で配置されている。【選択図】図１

Description

本開示は、絶縁電線に関する。

長尺状に形成された導体の周面に絶縁皮膜を設けた絶縁電線が知られている（例えば、特許文献１参照）。
当該絶縁電線は、例えば、産業用のモータのコイルなどに用いられる。

産業用のモータにおいて、高出力が要求される場合には高電圧駆動がなされる。また、インバータを用いた可変電圧又は可変周波数の交流電源によってモータの速度制御が行われるインバータ駆動がなされる。

特開平９－１０６７１２号公報

インバータ駆動では、スイッチングによってインピーダンスの不連続点において反射が発生し、出力電圧の２倍程度の電圧が印加される現象であるインバータサージが発生する。
高電圧駆動のために産業用モータに印加される高電圧や、インバータ駆動で発生するインバータサージにより、モータのコイルに用いられる絶縁電線の絶縁皮膜に部分放電が発生する可能性がある。部分放電が発生すると、絶縁皮膜が浸食され、絶縁不良の原因となるという問題があった。

この問題を解決するために、比誘電率が小さい絶縁皮膜を用いることにより、部分放電開始電圧を高くし、部分放電の発生を抑制することが考えられる。ここで、絶縁皮膜の比誘電率を小さくするには、絶縁皮膜内に複数の空孔を設けることが考えられる。

しかしながら、絶縁皮膜内に複数の空孔を設けた場合には、例えば、絶縁皮膜内の複数の空孔同士が絶縁皮膜の厚さ方向に沿って連なって結合（以下、連通とも記載する）する可能性がある。このように連通した空孔部（以下、連通部とも記載する）を有する絶縁皮膜を有する絶縁電線を、モータのコイルに加工するためにらせん状になるよう屈曲や伸長を行うと、屈曲や伸長の際に引っ張り方向に加わる力により、絶縁皮膜において連通部を起点とする厚さ方向に沿った割れ（以下、皮膜割れとも記載する）が発生する可能性がある。そして、発生した皮膜割れにより絶縁皮膜の絶縁性が低下する可能性があった。

本開示は、高電圧駆動やインバータ駆動がなされるモータのコイルに用いられた場合であっても、部分放電の発生を抑制するとともに、皮膜割れの発生を抑制する絶縁電線を提供することを目的とする。

本開示の一態様は、長尺状に形成された導体と、導体の周囲を覆う絶縁層が１つ又は複数積層されて構成された絶縁皮膜と、を有する絶縁電線であって、絶縁層は、空孔領域と、樹脂領域とを有する。空孔領域は、樹脂と複数の空孔とにより構成される。樹脂領域は、樹脂により構成される。絶縁層は、径方向内側の第１の界面と径方向外側の第２の界面との間に界面が設けられておらず、かつ、前記第１の界面から前記第２の界面に沿って、空孔領域と樹脂領域とがこの順序で配置されている。

このような構成によれば、絶縁皮膜に含まれる絶縁層には、空孔を有する空孔領域が設けられる。これにより、空孔を有する絶縁層を有しない絶縁皮膜と比べて、比誘電率を低くすることができ、部分放電開始電圧を高くしやすくなる。

また、絶縁層内において、樹脂領域は空孔領域よりも径方向に沿って外側に位置するように配置される。このような構成によれば、絶縁層内において、屈曲や伸長により引っ張り方向に力が加わりやすい導体から遠い領域に樹脂領域が設けられ、屈曲や伸長により引っ張り方向に力が加わりにくい導体に近い領域に空孔領域が設けられる。これにより、屈曲や伸長により引っ張り方向に力が加わったとしても、連通部を起点とした皮膜割れが生じることを抑制することができる。

本実施形態における、絶縁電線の長手方向に対して直交する断面の概略を表した断面図である。 本実施形態における、１つの絶縁層の内部を模式的に表した断面図である。 本実施形態における、絶縁皮膜における絶縁層の積層構造を模式的に表した断面図である。 ＳＥＭで撮像した絶縁皮膜の断面の画像を表した図である。 ＳＥＭで撮像した絶縁皮膜の断面を拡大した画像を表した図である。 実施例と比較例における、測定結果を表した図である。 従来技術における、絶縁皮膜の内部の絶縁層の積層構造の例を模式的に表した図である。 空孔部の連通により形成される連通部と皮膜割れを模式的に表した図である。

［１．構成］
本実施形態の絶縁電線１は、例えば、モータなどのコイルに用いられるエナメル線である例に適用して説明する。

絶縁電線１の長手方向に対して直交する断面の概略を表した断面図を図１に示す。
図１に示すように、絶縁電線１は、長尺状に延びた導体３と導体３の周面を覆う絶縁皮膜５により構成される。なお、本実施形態では、導体３の断面の形状が円形に形成されている例に適用して説明する。

導体３は、一般的に用いられる金属製の導線として用いられるものである例に適用して説明する。なお、導体３に用いられる金属としては、例えば、銅、銅を含む合金、アルミニウム又はアルミニウムを含む合金が用いられてもよい。また、導体３としては、例えば、酸素含有量が３０ｐｐｍ以下の低酸素銅、又は無酸素銅が用いられてもよい。

本実施形態の導体３としては、径が０．８ｍｍの丸銅線を用いられる例に適用して説明する。
絶縁皮膜５は、導体３の周面を覆い、絶縁皮膜５の外側の物と絶縁皮膜５の内側に位置する導体３とが接触などにより導通することを抑制するものである。

ここでいう外側とは、導体３の長尺方向に直交する断面において、導体３の径方向に沿って導体３に対して絶縁皮膜５が位置する側を表し、内側とは、外側とは反対に、導体３の長尺方向に直交する断面において、導体３の径方向に沿って絶縁皮膜５に対して導体３が位置する側を表す。

なお、絶縁皮膜５は、材料として、熱硬化性樹脂が用いられる例に適用して説明する。熱硬化性樹脂として、ポリイミド又はポリアミドイミドなどが用いられてもよい。
本実施形態では、絶縁皮膜５に用いられる熱硬化樹脂としてポリイミドが用いられる例に適用して説明する。

また、絶縁皮膜５は、導体３の周囲に熱硬化樹脂を含む絶縁塗料を１回塗布して１つの塗膜層を形成し、当該塗膜層を１回焼き付けして（硬化させて）形成される１つの絶縁層５１、又は上述した絶縁塗料の塗布と焼き付けとを複数回繰り返し行い、同種の絶縁塗料からなる複数の絶縁層５１を積層させた構造からなる。１つの絶縁層５１は、厚さが１μｍ以上１０μｍ未満（例えば、３μｍ程度）に形成される。複数の絶縁層５１の積層により、隣接する絶縁層５１同士のそれぞれが互いに接触する部分の内側と外側とには界面が形成され、絶縁層５１の内部（＝導体３の外面と接触する絶縁層５１の内面）には、絶縁層５１の界面を有しない。ここでいう絶縁層５１の界面とは、例えば、絶縁層５１の層とそれ以外の境界となる面をいい、具体的には、径方向に隣接する絶縁層５１と絶縁層５１との間の層や、絶縁層５１と空気などの気体の層との境界であってもよい。なお、以下では、複数の絶縁層５１のそれぞれにおいて、径方向に沿って内側の界面を第１の界面とも記載し、径方向に沿って外側の界面を第２の界面とも記載する。

図２は、１つの絶縁層５１の内部を模式的に表した断面図である。また、図２は、絶縁電線１の長尺方向に対して直交する断面視における断面図である。また、図２において、紙面上側を絶縁電線１の外側、紙面下側を絶縁電線１の内側として説明する。なお、図３から図５まで及び図７から図８までの図においても、紙面上側を絶縁電線１の外側、紙面下側を絶縁電線１の内側として説明する。また、図２、図３、図７及び図８では説明のために、絶縁層５１の上面及び下面は平面であるように記載したが、絶縁層５１は、導体３の周面の形状に沿って湾曲した形状であってもよい。

図２に示すように、絶縁層５１は、内部に複数の空孔Ｖａを有する。以下では、絶縁層５１において、空孔Ｖａが形成されておらず、樹脂により形成された領域を樹脂領域５１１と記載し、樹脂と複数の空孔Ｖａとを有する領域を空孔領域５１３と記載する。すなわち、本実施形態では、樹脂領域５１１は、空孔Ｖａを有しない無空孔領域である。また、本実施形態では、空孔領域５１３を構成する樹脂が樹脂領域５１１を構成する樹脂と同じ樹脂からなる。

本実施形態では、空孔領域５１３に含まれる空孔Ｖａの大きさは、０．１μｍ以上２μｍ以下である例に適用して説明する。また、空孔Ｖａの形状は、例えば、楕円形状又は円形状に形成される。

なお、絶縁層５１において、樹脂領域５１１は、絶縁層５１の外側寄り、空孔領域５１３は、絶縁層５１の内側寄りに位置する。言い換えると、樹脂領域５１１は、絶縁層５１の厚さ方向（すなわち、径方向）において、導体３から遠い領域に位置しており、空孔領域５１３は、絶縁層５１の厚さ方向において、導体３に近い領域に位置している。空孔領域５１３の内側の表面は、絶縁層５１において、第１の界面であり、樹脂領域５１１の外側の表面は、絶縁層５１において、第２の界面である。

また、１つの絶縁層５１に含まれる樹脂領域５１１の厚さは、その絶縁層５１の厚さに対して、５％以上７０％以下の厚さを有する。
絶縁皮膜５における絶縁層５１の積層構造を模式的に表した断面図を図３に示す。

図３に示すように、絶縁皮膜５を形成する複数の絶縁層５１のそれぞれにおいて、絶縁層５１の外側の領域が樹脂領域５１１、絶縁層５１の領域が空孔領域５１３である。すなわち、積層した複数の絶縁層５１において、樹脂領域５１１と空孔領域５１３とは、絶縁電線１の径方向に沿って交互に隣接するように配置される。具体的には、図３に示すように、絶縁皮膜５の内側から順に絶縁層５１ａ、絶縁層５１ｂ、絶縁層５１ｃの順に積層している例に適用して説明する。なお、以下では、絶縁層５１ａ、絶縁層５１ｂ及び絶縁層５１ｃの樹脂領域５１１をそれぞれ樹脂領域５１１ａ、樹脂領域５１１ｂ及び樹脂領域５１１ｃとも記載し、絶縁層５１ａ、絶縁層５１ｂ及び絶縁層５１ｃの空孔領域５１３をそれぞれ、空孔領域５１３ａ、空孔領域５１３ｂ及び空孔領域５１３ｃとも記載する。

内側の絶縁層５１ａと、その絶縁層５１ａと隣接する絶縁層５１ｂとの間で、絶縁層５１ａの樹脂領域５１１ａと絶縁層５１ｂの空孔領域５１３ｂとが隣接する。同様に隣接する絶縁層５１ｂと、その絶縁層５１ｂと隣接する絶縁層５１ｃとの間で、樹脂領域５１１ｂと空孔領域５１３ｃとが隣接する。

なお、絶縁皮膜５において最も外側に位置する絶縁層５１の外側の表面は、樹脂領域５１１の表面（第２の界面）である。
図４に、ＳＥＭにより撮像した絶縁層５１の断面の画像を示す。また、図５に絶縁層５１を拡大した図を示す。なお、図４に示した拡大図は、ＳＥＭにおいて倍率を２０００倍に設定し、撮像した画像である。ここでいうＳＥＭとは、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）の略称である。

図４及び図５に示すように、ＳＥＭにより撮像された絶縁層５１において、樹脂領域５１１と空孔領域５１３との境目は観察されない。
＜絶縁皮膜の材料＞
絶縁皮膜５を形成するポリイミドは、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物とを重合し、得られたポリアミド酸をイミド化することにより製造される例に適用して説明する。

ジアミンとしては、例えば、１，４―ビス（４－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＴＰＥ－Ｑ）、１，３―ビス（４－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＴＰＥ－Ｒ）、１，３―ビス（３－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ）、４，４'―ビス（４－アミノフェノキシ）ビフェニル（ＢＯＤＡ）、４，４'―ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）が用いられてもよい。

テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、３，３'，４，４'―ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）、３，３'，４，４'―ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物（ＤＳＤＡ）、４，４'―オキシジフタル酸二無水物（ＯＤＰＡ）、４，４'―（２，２―ヘキサフルオロイソプロピリデン）ジフタル酸無水物（６ＦＤＡ）、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）、３，３'，４，４'－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）などが用いられてもよい。

なお、絶縁皮膜５に用いられる高分子材料であるポリイミドは、高分子の末端部分がキャッピングされたものが用いられてもよい。
キャッピングに用いられる材料としては、無水酸を含む化合物、又はアミノ酸を含む化合物が用いられてもよい。

キャッピングに用いられる無水酸を含む化合物としては、例えば、フタル酸無水物、４－メチルフタル酸無水物、３―メチルフタル酸無水物、１，２―ナフタル酸無水物マレイン酸無水物、２，３―ナフタレンジカルボン酸無水物、各種フッ素化フタル酸無水物、各種ブロム化フタル酸無水物、各種クロル化フタル酸無水物、２，３―アントラセンジカルボン酸無水物、４―エチニルフタル酸無水物、４－フェニルエチニルフタル酸無水物などが用いられてもよい。

キャッピングに用いられるアミノ基を含む化合物としては、アミノ基を１つ含む化合物が用いられてもよい。
絶縁皮膜５に用いられるポリイミドの合成は、材料を溶剤に溶解させた状態で合成されるものである例に適用して説明する。また、ポリイミドの合成した後、溶剤に溶けた状態のポリイミドを絶縁塗料として用いる例に適用して説明する。

絶縁皮膜５に用いられるポリイミドの合成及び塗料の溶剤としては、Ｎ－メチルピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）及びＮ，Ｎ－ジメチルスルホキシド（ＤＭＦ）等の極性非プロトン性溶媒の溶剤、γ―ブチロラクトン、ジメチルイミダゾリジノン（ＤＭＩ）、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、炭化水素系などの溶剤が用いられてもよい。なお、これらの溶剤のうち、複数の溶剤を併用してもよい。

本実施形態では絶縁皮膜５に用いられるポリイミドにおいて、酸無水物の成分とジアミン成分との配合モル比は、１００：１００の比率である例に適用して説明する。なお、酸無水物の成分とジアミン成分との配合モル比は、１００：１００の比率である場合に限定されるものではなく、絶縁皮膜５の可撓性などの損なわない程度で比率が異なっていてもよい。例えば、ジアミン成分が酸無水物の成分に対して過剰に配合されてもよい。

このようなモル比で配合されたポリイミドによれば、分子量を小さくすることができ、塗料の粘度を小さくすることができる。その結果、後述する絶縁皮膜５を形成するための絶縁塗料を塗布する作業の作業性を向上させることができる。例えば、酸無水物の成分とジアミン成分との配合モル比は、１００：１００．１以上１００：１００．７以下の範囲であってもよい。

また、反対に、酸無水物の成分がジアミン成分に対して過剰に配合されてもよい。
絶縁皮膜５を形成する絶縁塗料は、ポリアミック酸の特性を損ねない程度の温度で合成される。具体的な温度としては、例えば０℃から１００℃までの温度であってもよい。また、絶縁皮膜５を形成する絶縁塗料を合成した後、例えば５０℃から１００℃までの温度に加温した状態で攪拌することにより、絶縁皮膜５を形成する絶縁塗料の粘度が調整されてもよい。

本実施形態における絶縁皮膜５の空孔領域５１３の空孔Ｖａは、発泡剤を用いることにより形成される。
［２．作用］
＜絶縁電線の作製方法＞
絶縁電線１の作製手順について説明する。

本実施形態の導体３としては、直径が０．８ｍｍの丸銅線を用いられる例に適用して説明する。導体３にギャップ２５μｍ以上３０μｍ以下のダイスを用いて絶縁塗料を塗布し、３００℃から４００℃までの温度勾配を設けた炉内で焼き付けを行い、絶縁層５１を形成する。絶縁塗料の塗布と焼き付けを行うことにより生成される絶縁皮膜５の厚さが４０μｍとなるように、繰り返し絶縁層５１を積層させる。なお、本実施形態では、１回の塗布及び焼き付けにより、３μｍ程度の厚さの絶縁層５１が一層形成される例に適用して説明する。

＜絶縁塗料の合成方法＞
絶縁電線１が有する絶縁皮膜５に用いられる絶縁塗料の合成は以下の手順で行った。異なる条件で作成した絶縁電線１をそれぞれ実施例１～実施例３として説明し、実施例１～実施例３により作成した絶縁電線１と比較するために作成した絶縁電線の作成方法を比較例１～比較例６として説明する。

（実施例１）
ジアミンの原料（以下、ジアミン原料とも記載する）となる、それぞれ同じ物質量の４，４'－ジアミノジフェニルエーテルと１，３―ビス（４－アミノフェノキシ）ベンゼンとをＤＭＡｃに溶解させる。なお、ＤＭＡｃには、４，４'－ジアミノジフェニルエーテル１．００ｍｏｌに対して１，３―ビス（４－アミノフェノキシ）ベンゼン１．００ｍｏｌのモル比で溶解させる。

次に、酸二無水物の原料（以下、酸二無水物原料とも記載する）となる、それぞれ同じ物質量のピロメリット酸二無水物とジフェニル－３，３'，４，４'－テトラカルボン酸二無水物（ｓ－ＢＰＤＡ）とをジアミン原料１．００ｍｏｌに対して、１．０３ｍｏｌ溶解させる。

窒素中、室温にて１２時間攪拌することによりポリイミド塗料が得られる。ポリイミド塗料とはジアミン原料と酸二無水物原料とからなるポリイミド前駆体（ポリアミック酸）が溶剤に溶解又は分散した絶縁塗料をいう。
当該方法で得られたポリイミド塗料を以下では絶縁塗料Ｐ１ｘ（図６に示す塗料１）とも記載する。

当該絶縁塗料Ｐ１ｘに発泡剤として、主溶剤であるＤＭＡｃに溶解し、２１０℃以上の沸点を有する化合物（高沸点溶剤）を添加する。絶縁塗料Ｐ１ｘに当該発泡剤を添加した塗料を絶縁塗料Ｐ１とも記載する。

（実施例２）
ジアミン原料の４，４'―ジアミノジフェニルエーテルをＤＭＡｃに溶解する。次に、酸二無水物原料であるピロメリット酸二無水物をジアミン原料１．００ｍｏｌに対して、１．０５ｍｏｌ溶解させる。次に当該溶液を、窒素中、室温にて１２時間攪拌することにより、ポリイミド塗料が得られる。

当該方法で得られたポリイミド塗料を以下では絶縁塗料Ｐ２ｘとも記載する。
当該絶縁塗料Ｐ２ｘに発泡剤として、主溶剤であるＤＭＡｃに溶解し、２１０℃以上の沸点を有する化合物（高沸点溶剤）を添加する。絶縁塗料Ｐ２ｘ（図６に示す塗料２）に当該発泡剤を添加した塗料を絶縁塗料Ｐ２とも記載する。

（実施例３）
トリメリット酸無水物と４，４'－ジフェニルメタンジフェニルメタンジイソシアネートとを、ＮＭＰに溶解させる。なお、ＮＭＰには、トリメリット酸無水物１．００ｍｏｌに対して４，４'－ジフェニルメタンジフェニルメタンジイソシアネート１．０２ｍｏｌのモル比で溶解させる。そして、次に当該溶液を、窒素中、１６０℃にて４時間攪拌することにより、ポリアミドイミド塗料が得られる。ポリアミドイミド塗料とはポリアミドイミドが溶剤に溶解又は分散した絶縁塗料をいう。

当該方法で得られたポリアミドイミド塗料を以下では絶縁塗料Ｐ３ｘ（図６に示す塗料３）とも記載する。
当該絶縁塗料Ｐ３ｘに発泡剤として、主溶剤であるＮＭＰに溶解し、２１０℃以上の沸点を有する化合物（高沸点溶剤）を添加する。絶縁塗料Ｐ３ｘに当該発泡剤を添加した塗料を絶縁塗料Ｐ３とも記載する。

（比較例１）
比較例１では、絶縁塗料Ｐ１ｘに対して、発泡剤を添加することなく、絶縁塗料Ｐ１ｘを絶縁塗料として用いた。

（比較例２）
比較例２では、絶縁塗料Ｐ１ｘに発泡剤として、粒径約１．０μｍの分解性のポリマ微粒子を添加した絶縁塗料Ｐ１を絶縁塗料として用いた。

（比較例３）
比較例３では、絶縁塗料Ｐ２ｘに対して、発泡剤を添加することなく、絶縁塗料Ｐ２ｘを絶縁塗料として用いた。

（比較例４）
比較例４では、絶縁塗料Ｐ２ｘに発泡剤として、粒径約１．０μｍの分解性のポリマ微粒子を添加した絶縁塗料Ｐ２を絶縁塗料として用いた。

（比較例５）
比較例５では、絶縁塗料Ｐ３ｘに対して、発泡剤を添加することなく、絶縁塗料Ｐ３ｘを絶縁塗料として用いた。

（比較例６）
比較例６では、絶縁塗料Ｐ３ｘに発泡剤として、粒径約１．０μｍの分解性のポリマ微粒子を添加した絶縁塗料Ｐ３を絶縁塗料として用いた。

＜樹脂領域の厚さの割合の算出方法＞
樹脂領域５１１及び空孔領域５１３のそれぞれの厚さ、及び絶縁層５１の厚さに対する樹脂領域５１１及び空孔領域５１３のそれぞれの厚さの割合は、絶縁電線１の断面を、ＳＥＭで撮像された画像に基づいて算出する。

具体的には、まず、絶縁皮膜５をエナメル線の長手方向に直交する方向に切断し、当該切断面を研磨する。次に、研磨された切断面を、ＳＥＭによって撮像し、撮像されたＳＥＭの画像を用いて算出する。

ＳＥＭにより撮像するときの倍率は、例えば、２０００倍から５０００倍までの範囲で適宜調整される。

本実施形態では、樹脂領域５１１及び空孔領域５１３の厚さの割合とは、絶縁層５１の厚さに対する樹脂領域５１１及び空孔領域５１３の厚さの割合により算出される例に適用して説明する。

樹脂領域５１１の厚さとは、１つの絶縁層５１において、絶縁層５１の径方向外側の界面（第２の界面）から、当該絶縁層５１の径方向の最も外側に位置する空孔Ｖａの外側の境界までの厚さ方向に沿った長さをいう。空孔領域５１３の厚さとは、１つの絶縁層５１において、径方向の最も外側に位置する空孔Ｖａの外側の境界から、当該絶縁層５１の径方向内側の界面（第１の界面）までの厚さ方向に沿った長さをいう。

このような方法により樹脂領域５１１及び空孔領域５１３の厚さを測定することにより、樹脂領域５１１及び空孔領域５１３の境目が観察されないＳＥＭ画像においても、厚さを測定しやすい。

なお、樹脂領域５１１及び空孔領域５１３の厚さの割合は、別々に樹脂領域５１１及び空孔領域５１３のそれぞれと絶縁層５１とから算出されるものに限定されない。例えば、絶縁層５１に対する樹脂領域５１１の厚さの割合が算出された場合に、残りの厚さの割合を空孔領域５１３の厚さの割合として算出してもよい。

樹脂領域５１１及び空孔領域５１３の厚さは、例えば、発泡剤の沸点、あるいは発泡剤の添加量を調整することにより変更される。
例えば、沸点が高い発泡剤のときは樹脂領域５１１の厚さの割合が小さくなる。具体的には、発泡剤の沸点が約２９０℃のときには、樹脂領域５１１の厚さの割合が１０％以上２０％以下程度となる。また、反対に沸点が低い発泡剤のときは樹脂領域５１１の厚さが大きくなる。用いられる発泡剤の好ましい沸点としては、例えば２１０℃以上３５０℃以下のものが用いられる。発泡剤の添加量を少なくすると、樹脂領域５１１の厚さが大きくなり、発泡剤の添加量を多くすると、樹脂領域５１１の厚さが小さくなる。

＜空孔率の測定方法＞
絶縁電線１が有する絶縁皮膜５の空孔領域５１３が有する空孔率は水中置換法により測定した。具体的には、例えば１ｍなどのあらかじめ決められた長さの絶縁電線１を水中に入れることにより、空孔Ｖａの内部の空気を水で置換する。空孔Ｖａの内部を水で置換した絶縁電線１に対して絶縁皮膜５の剥離前後での比重を測定する。同じ長さであって絶縁電線１と同じ材料で形成され、空孔Ｖａを有しない絶縁層５１ｘを有する絶縁電線１ｘについて絶縁層５１ｘの剥離前後の比重を測定する。これら、空孔Ｖａを有する絶縁皮膜５を有する絶縁電線１の剥離前後の比重と、空孔Ｖａを有しない絶縁層５１ｘを有する絶縁電線１ｘの剥離前後の比重とを比較することにより空孔率を求める。

空孔率は、空孔率（％）＝（ρ１－ρ２）／ρ１×１００により算出される。ここでいうρ１とは空孔Ｖａが存在しない場合の絶縁皮膜５全体の比重であり、ρ２とは空孔Ｖａを含んだ絶縁皮膜５全体の比重である。

本実施形態における絶縁皮膜５全体に対する空孔率は、２％以上２５％未満である例に適用して説明する。
＜ＰＤＩＶ測定＞
絶縁電線１により生成したツイストペアケーブルを用いて、２３℃、湿度５０％雰囲気下で、５０Ｈｚの電圧を１０Ｖ／ｓ以上３０Ｖ／ｓ以下の範囲で昇圧させる。５０ｐＣの放電が５０回発生する電圧を部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）とした。

なお、ＰＤＩＶの目標値は、絶縁皮膜５の材料としてポリイミドを用いた場合には、９５０Ｖｐであり、絶縁皮膜５の材料としてポリアミドイミドを用いた場合には、８３０Ｖｐである。

＜可撓性試験＞
可撓性試験は、絶縁電線１をコイルに加工した後を模擬して絶縁電線１の可撓性を評価する。

絶縁皮膜５として、ポリイミドを用いた実施例１、実施例２及び比較例１では、絶縁電線１を３０％伸長後に自己径巻き付けを５０ターン行う。その後、皮膜割れの発生の有無を確認した。皮膜割れの目標としては皮膜割れがないこととした。

絶縁皮膜５として、ポリアミドイミドを用いた実施例１、実施例２及び比較例１では、絶縁電線１を３０％伸長後に自己径巻き付けを５０ターン行う。その後、皮膜割れの発生の有無を確認した。皮膜割れの目標としては皮膜割れがないこととした。なお、図６では、可撓性試験によって皮膜割れがないものを「〇」とし、皮膜割れがあるものを「×」とした。

＜絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）測定＞
絶縁電線１により生成したツイストペアケーブルを用いて、空気中、５０Ｈｚにて電圧を０．０Ｖから２０．０ｋＶまで昇圧し、絶縁破壊した電圧を絶縁破壊電圧とした。

＜実施例と比較例の測定結果について＞
実施例１～実施例３までの絶縁電線１及び比較例１～６の絶縁電線の測定結果を図６の表に示す。

図６の表の実施例１，２に示すように、全体の空孔率が２０％以上である場合、絶縁皮膜５の材料としてポリイミドを用いた場合の目標ＰＤＩＶである９５０Ｖｐを満たしている。

これは、空孔領域５１３の空孔Ｖａにより絶縁皮膜５全体の比誘電率を低減させることができ、その結果、絶縁皮膜５の部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）を高めやすいと考えられる。

ＰＤＩＶが目標ＰＤＩＶを満たしている一方で、実施例１及び実施例２はそれぞれ絶縁層５１の厚さに対する樹脂領域５１１の厚さの割合が５０％、２０％であり、可撓性（可とう性）が良好である。絶縁皮膜５にポリイミドを用いた場合の目標である３０％伸長後に自己径巻き付けが良好である。また、実施例１，実施例２は、空孔領域５１３を有する絶縁皮膜５を備えた絶縁電線１であるが、その絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）は、それぞれ１６ｋＶ、１５ｋＶである。また、同じ塗料により形成され空孔Ｖａを有していない絶縁皮膜５を備えた絶縁電線である、比較例１及び比較例３の絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）はそれぞれ１７ｋＶ、１６ｋＶである。すなわち、実施例１，２の空孔領域５１３を有する絶縁皮膜５を有する絶縁電線１では、空孔Ｖａを有しない絶縁皮膜５を有する絶縁電線と、同程度の絶縁破壊電圧（ＢＤＶ）を有していると評価できる。

一方、樹脂領域５１１を有しない比較例２、比較例４では、可撓性試験において、皮膜割れが生じている。また、樹脂領域５１１を有しない比較例２、比較例４では、絶縁破壊電圧は、それぞれ６ｋＶ、７ｋＶであり、樹脂領域５１１を有する構成と比べて、絶縁破壊電圧は、小さい。

実施例３の絶縁電線１は、ポリアミドイミドが絶縁皮膜５に用いられている。実施例３では、空孔率が２０％である。実施例３のＰＤＩＶは、８５０Ｖｐであり、ポリアミドイミドを絶縁皮膜５に用いた場合の目標値である８３０Ｖｐを満たしている。

また、実施例３の絶縁電線１は、可撓性試験の結果、良好であると評価できる。すなわち、ポリアミドイミドを絶縁皮膜５に用いた場合の目標である２０％伸長した後に自己径巻き付けの結果が良好であると評価できる。絶縁破壊電圧については、同じ材料を用いて空孔Ｖａを有していない比較例５の絶縁電線が１７ｋＶであるのに対して、実施例３の絶縁電線１は、絶縁破壊電圧は、１５ｋＶであった。すなわち、空孔Ｖａを有している実施例３の絶縁電線１において、空孔Ｖａを有していない比較例５の絶縁電線と同程度であると評価できる。

比較例６では、実施例３と比べ、空孔率が低く樹脂領域５１１の厚さが絶縁皮膜５の厚さの２％であり、可撓性試験では皮膜割れが生じる。また、比較例６の絶縁電線１は、絶縁破壊電圧も低下している。

＜絶縁皮膜が導体の周面に形成される推定メカニズム＞
本開示の絶縁電線１において、樹脂領域５１１と空孔領域５１３とを有する絶縁皮膜５が導体３の周面に形成される推定メカニズムについて説明する。

まず、導体３に絶縁皮膜５を形成するための絶縁塗料が塗装される。絶縁塗料が塗装されることにより形成される膜を塗装膜とも称する。絶縁塗料が塗装され、塗装膜が形成された導体３に対して焼き付けが始まると、絶縁塗料の主溶剤が揮散する。主溶剤の揮散に伴い、塗装膜を形成する塗料において、主溶剤の量が減少する。また、主溶剤の揮散に伴い、塗装膜と発泡剤との相分離が発生する。

ここで、塗装膜の内側では、主溶剤が減少したことにより、塗装膜と発泡剤との相分離が生じ、発泡剤が塗装膜中に分散した状態となる。そして、塗装膜中に分散した発泡剤がさらなる焼き付けにより揮散することで、空孔Ｖａが形成される。当該空孔Ｖａが形成された塗装膜の部分が絶縁皮膜５の空孔領域５１３となる。

一方、塗装膜の外側では、発泡剤は相分離前に塗装膜から放出されやすい。このため、塗装膜から相分離する発泡剤が塗装膜の外側にはほぼ存在しないため、塗装膜の外側には、空孔Ｖａが形成されない。当該空孔Ｖａを有していない塗装膜の外側部分が絶縁皮膜５の樹脂領域５１１となる。

なお、塗装膜の外側において、相分離前に揮散しやすいような沸点を有する発泡剤が選択されてもよい。また、相分離前に揮散しやすいように塗装膜の外側における相分離状態が調整されてもよい。

上述したように絶縁塗料の塗装と焼き付けを行うごとに、外側に樹脂領域５１１が形成され、内側に空孔領域５１３が形成された絶縁層５１が形成される。
また、絶縁塗料の塗装方法として、一層の絶縁層５１に樹脂領域５１１と空孔領域５１３とが形成されるものであれば、特に方法が限定されるものではなく、従来の塗装方法が適用されてもよい。具体的には、絶縁塗料を導体３に塗装し、例えば３５０℃以上５００℃以下の炉で１～２分程度焼き付けをすることで一層の絶縁層５１が形成される。この塗装と焼き付けを繰り返すことにより複数の絶縁層５１を有する絶縁皮膜５が導体３の周面に形成される。また、塗装と焼き付けを繰り返す回数を調整することにより絶縁皮膜５の厚さの調整が可能である。

塗装条件は、発泡剤の種類、加熱炉の温度、塗装する速度に応じて調整されてもよい。
絶縁層５１における樹脂領域５１１の厚さの割合は、発泡剤の種類や、塗装の条件によって調整されてもよい。

絶縁塗料の塗装と焼き付けを繰り返すことにより複数の絶縁層５１が積層される。
このような構成によれば、複数の絶縁層５１を有する絶縁皮膜５を形成するために必要となる絶縁塗料の種類は１つであってよいため、複数の絶縁塗料を用意する場合に比べて、簡便に絶縁皮膜５を形成することができる。また、複数の絶縁塗料を用意することに伴って、塗装装置や塗装条件を変更する必要がないため、塗装工程を簡便にすることができる。

発泡剤としては、例えば、エチルグリコール類、プロピルグリコール類、トリグライム、テトラグライム等を用いることができる。なお、トリグライムとは、トリエチレングリコールジメチルエーテルとも称され、テトラグライムとは、テトラエチレングリコールジメチルエーテルとも称される。

＜皮膜割れの防止作用について＞
本実施形態の絶縁電線１が有する絶縁皮膜５では、積層される複数の絶縁層５１において、樹脂領域５１１は空孔領域５１３よりも外側の領域である。

比較として、絶縁層の全体に空孔を有する領域を有する絶縁皮膜９の模式図を図７及び図８に示す。
図７及び図８に示すように、絶縁層の内部の空孔Ｖａが増加するにしたがって、空孔Ｖａ同士が連通する。連通した空孔Ｖａを以下では、連通部Ｓとも記載する。ここで、空孔Ｖａの連通部は、複数の空孔Ｖａ同士が絶縁層内で繋がり、複数の空孔Ｖａで共通の内部空間を形成するものである。

図８に示すような、連通部Ｓを有する絶縁層では、絶縁電線が屈曲や伸長により力を加えられた際に連通部Ｓを起点として、皮膜割れＣｒが生じやすい。
一方で、本実施形態の絶縁電線１における絶縁皮膜５では、屈曲や伸長により引っ張り方向の力が加わりやすい絶縁層５１の外側の領域が、樹脂により形成された樹脂領域５１１である。そのため、樹脂により形成された樹脂領域５１１において、空孔Ｖａが連通した連通部は発生しにくい。これにより、連通部を起点とした皮膜割れが生じにくい。

＜他の実施例に関する測定結果について＞
上述した実施例２及と同様の方法を用いて作成し、絶縁層５１の厚さに対する樹脂領域５１１の厚さの割合を変更した実施例４～６の絶縁電線１に関する測定結果を表１に示す。

（実施例４～６）
実施例４～６では、絶縁塗料Ｐ２ｘに発泡剤として、主溶剤であるＤＭＡｃに溶解し、２１０℃以上の沸点を有する化合物（高沸点溶剤）を添加した絶縁塗料を用いた。

実施例４～６の絶縁電線１では、表１に示すように、絶縁層５１１における樹脂領域５１１の厚さの割合が６％～２５％であり、絶縁皮膜５の材料としてポリイミドを用いた場合の目標ＰＤＩＶである９５０Ｖｐを満たしている。これは、実施例１～２と同様、空孔領域５１３の割合が空孔Ｖａにより絶縁皮膜５全体の比誘電率を低減させることができたため、絶縁皮膜５の部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）を高められたと考えられる。また、実施例４～６の絶縁電線１では、可撓性試験によって皮膜割れがなかった。

＜耐ＡＴＦ性試験＞
耐ＡＴＦ性試験は、実施例２の絶縁電線１を試料１として用い、以下の方法で評価した。その測定結果を表２に示す。

耐ＡＴＦ性試験は、まず、長さ２５ｃｍで横断面がほぼ円形の絶縁電線１で構成される試料１を含水量０．２ｗｔ％のＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）に浸漬させる。このとき、試料１の全部分がＡＴＦに浸される。次に、この状態の試料１を１５０℃の恒温槽に１０００時間投入する。１０００時間が経過した後、試料１を恒温槽から取出し、試料１に付着したＡＴＦを拭き取る。ＡＴＦを拭き取った試料１に対して、倍率５倍程度の顕微鏡で観察を実施することで、絶縁皮膜の表面に割れが発生していないかを確認する。また、試料１の比誘電率の測定のため、恒温槽から取り出した試料１の表面に電極を形成する。電極の形成方法としては、主電極として長さ１００ｍｍで絶縁皮膜上に銀ペーストを塗布する。さらに、この主電極から試料１の端方向に１０ｍｍ離してガード電極を２ヶ所、幅１０ｍｍで塗布する。なお、銀ペーストは、藤倉化成製のドータイトＤ－５５０を用い、塗布の際には幅１０ｍｍのテープでマスキングなど行うとよい。ＡＴＦに浸漬後の比誘電率の測定は、この銀ペーストと試料１の導体との間で容量法により測定することができる。吸水した水分の比誘電率への影響を小さくするため、測定前に１５０℃の恒温槽中で１時間加熱し水分を揮散させてから比誘電率を測定した。比誘電率を測定したときに用いた周波数は、１ｋＨｚとした。なお、表２では、耐ＡＴＦ性試験後、絶縁皮膜の表面に割れが確認されず、かつ、比誘電率も耐ＡＴＦ性試験前と比べて変化がない場合を「〇」とした。

＜耐熱性試験＞
耐熱性試験は、実施例５，６の絶縁電線１のそれぞれを試料２，３として用い、以下の方法で評価した。その測定結果を表２に示す。

耐熱性試験は、まず、長さ２５ｃｍで横断面がほぼ円形の絶縁電線１で構成される試料２，３をＡＴＦに浸漬させる。このとき、試料１の全部分がＡＴＦに浸される。次に、試料２，３をＡＴＦからすぐに取り出し、試料２，３に付着したＡＴＦを拭き取った後、試料２，３を２００℃の恒温槽に１０００時間投入する。１０００時間が経過した後、試料２，３を恒温槽から取り出す。恒温槽から取り出した試料２，３に対して、倍率５倍程度の顕微鏡で観察を実施することで、絶縁皮膜の表面に割れが発生していないかを確認する。また、試料２，３の比誘電率を測定するため、恒温槽から取り出した試料２，３の表面に電極を形成する。電極の形成方法、および比誘電率の測定方法は、上述した耐ＡＴＦ性試験と同様である。なお、表２では、耐熱性試験後、絶縁皮膜の表面に割れが確認されず、かつ、比誘電率も耐熱性試験前と比べて変化がない場合を「〇」とした。

実施例２の絶縁電線１を用いた試料１では、表２に示すように、耐ＡＴＦ性試験後、絶縁皮膜の表面に割れなどは確認されず、比誘電率も耐ＡＴＦ性試験前と比べて変化がなかった。また、実施例５，実施例６の絶縁電線１を用いた試料２，試料３では、表２に示すように、耐熱性試験後、絶縁皮膜の表面に割れなどは確認されず、比誘電率も耐熱性試験前と比べて変化がなかった。これは、本実施形態の絶縁電線１では、絶縁皮膜５の最表面が空孔Ｖａを含まない樹脂領域５１１であり、絶縁皮膜５の表面が空孔を有していないことにより、絶縁皮膜５の内部にＡＴＦが浸入することがなく、比誘電率の増加も防ぐことができていると考えられる。すなわち、本実施形態の絶縁電線１では、ＡＴＦに浸漬させたときの耐性も良好であるといえる。

［３．効果］
（１）上記実施形態の絶縁電線１は、長尺状に形成された導体３と、導体３の周囲を覆う絶縁層５１が１つ又は複数積層されて構成された絶縁皮膜５と、を有する。絶縁層５１は、空孔領域５１３と、樹脂領域５１１とを有する。空孔領域５１３は、樹脂と樹脂の内部に含まれる複数の空孔Ｖａとにより構成される。樹脂領域５１１は、樹脂により構成される。絶縁層５１は、径方向内側の第１の界面と径方向外側の第２の界面との間に界面が設けられておらず、かつ、前記第１の界面から前記第２の界面に沿って、空孔領域５１３と樹脂領域５１１とがこの順序で配置されている。

このような構成によれば、絶縁皮膜５に含まれる絶縁層５１には、空孔Ｖａを有する空孔領域５１３が設けられる。これにより、空孔Ｖａを有する絶縁層５１を有しない絶縁皮膜５と比べて、比誘電率を低くすることができ、部分放電開始電圧を高くしやすくなる。

（２）また、絶縁層５１内において、樹脂領域５１１は空孔領域５１３よりも径方向に沿って外側に位置するように配置される。
このような構成によれば、絶縁層５１内において、屈曲や伸長により引っ張り方向に力が加わりやすい導体３から遠い領域に樹脂領域５１１が設けられ、屈曲や伸長により引っ張り方向に力が加わりにくい導体３に近い領域に空孔領域５１３が設けられる。これにより、屈曲や伸長により引っ張り方向に力が加わったとしても、連通部Ｓを起点とした皮膜割れＣｒが生じることを抑制することができる。

（３）本実施形態では、絶縁皮膜５の材料として用いられる熱硬化性樹脂として、ポリイミドが用いられる。
このような構成によれば、絶縁皮膜５は、ポリイミドの機械的特性、比誘電率の低さ、耐熱性を有する。

（４）本実施形態では、絶縁皮膜５の最表層が複数の空孔が含まれていない樹脂領域５１１で構成され、絶縁皮膜５の表面が空孔を有していない。
このような構成によれば、空孔を有する絶縁皮膜５がＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）に触れても絶縁皮膜５の内部にＡＴＦが侵入することを防ぐことができる。そのため、本実施形態に係る絶縁電線１では、絶縁皮膜５がＡＴＦに触れても絶縁皮膜５の比誘電率が上昇しにくい。また、ＡＴＦによる絶縁皮膜５に割れ（皮膜割れ）も発生しにくくすることができる。

［４．他の実施形態］
（１）上記実施形態の絶縁電線１では、樹脂領域５１１の厚さの割合は絶縁皮膜５全体の厚さの５％以上７０％以下である。

ここで、樹脂領域５１１の厚さの割合は絶縁皮膜５全体の厚さの２０％以上であってもよい。
このような厚さの割合であれば、樹脂領域５１１の割合が空孔Ｖａを有する空孔領域５１３の割合に対してより大きくなるため、皮膜割れの抑制に好適である。

（２）また、樹脂領域５１１の厚さの割合は絶縁皮膜５全体の厚さの５０％以下であってもよい。
このような厚さの割合であれば、絶縁皮膜５全体において空孔領域５１３が有する複数の空孔Ｖａの割合を大きくしやすく、絶縁皮膜５の比誘電率を低くしやすい。このため、絶縁皮膜５の部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）を向上させやすい。よって、絶縁電線１において部分放電の発生を抑制しやすくなる。

（３）上記実施形態では、絶縁層５１に対する樹脂領域５１１の厚さの割合が５％以上７０％以下である。また、絶縁層５１に対する空孔領域５１３の厚さの割合が３０％以上９５％以下である。

しかしながら、樹脂領域５１１の厚さの割合及び空孔領域５１３の厚さの割合は、絶縁層５１を基準とするものに限定されるものではない。例えば絶縁皮膜５全体の厚さを基準として算出されてもよい。具体的には、絶縁皮膜５を基準として、絶縁皮膜５に含まれる複数の絶縁層５１のそれぞれに含まれる樹脂領域５１１の合計の厚さが５％以上７０％以下であってもよく、絶縁皮膜５に含まれる複数の絶縁層５１のそれぞれに含まれる空孔領域５１３の合計の厚さが３０％以上９５％以下であってもよい。

（４）なお、絶縁皮膜５は、同一の材料を元に形成された複数の絶縁層５１が積層されて形成されるものに限定されない。例えば、絶縁皮膜５において、他の絶縁塗料により形成される絶縁皮膜５を含むものであってもよい。この場合、絶縁塗料ごとに異なる塗装装置や塗装条件により絶縁皮膜５が形成されてもよい。

（５）また、導体３と絶縁皮膜５の間に密着層が設けられてもよい。密着層は、導体３と絶縁皮膜５との密着性を向上させることができる材料が用いられてもよい。密着層の膜厚は特に限定されるものではないが、絶縁電線１の可撓性を損なわないものであることが好ましい。また、密着層の膜厚は、部分放電開始電圧を低下させないものであることが好ましい。例えば密着層の膜厚は、１～１０μｍであることが好ましい。

（６）上述した絶縁皮膜５及び絶縁皮膜５を形成するための絶縁塗料には、更に添加剤が添加されてもよい。添加剤の種類は特に限定されないが、例えば、絶縁皮膜５の強度の向上、絶縁皮膜５の表面の滑り性の向上、絶縁皮膜５の耐摩耗性の向上、伸び特性の向上、比誘電率の低減又は半導電化を目的として添加されるものが用いられてもよい。また、添加物としては、酸化防止剤が用いられてもよい。

（７）上記実施形態では、導体３及び絶縁皮膜５を含む絶縁電線１の断面の外形形状は円形形状であるとしたが、それぞれの外形形状は円形形状に限定されるものではなく、矩形形状や多角形状に形成されてもよい。

１，１ｘ…絶縁電線、３…導体、５，９…絶縁皮膜、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｘ…絶縁層、５１１，５１１ａ，５１１ｂ，５１１ｃ…樹脂領域、５１３，５１３ａ，５１３ｂ，５１３ｃ…空孔領域、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ１ｘ，Ｐ２ｘ，Ｐ３ｘ…絶縁塗料、Ｓ…連通部、Ｖａ…空孔。

Claims (5)

1. 長尺状に形成された導体と、
   前記導体の周囲を覆う絶縁層が１つ又は複数積層されて構成された絶縁皮膜と、
   を有する絶縁電線であって、
   前記絶縁層は、
   樹脂と複数の空孔とにより構成された空孔領域と、
   前記樹脂により構成された樹脂領域と、
   を有し、
   前記絶縁層は、径方向内側の第１の界面と径方向外側の第２の界面との間に界面が設けられておらず、かつ、前記第１の界面から前記第２の界面に沿って、前記空孔領域と前記樹脂領域とがこの順序で配置されている、絶縁電線。
2. 請求項１に記載の絶縁電線であって、
   前記絶縁層は、前記第１の界面に前記空孔領域の表面が配置されており、前記第２の界面に前記樹脂領域の表面が配置されている、絶縁電線。
3. 請求項１又は２に記載の絶縁電線であって、
   前記絶縁層の厚さに対して、前記絶縁層に含まれる前記樹脂領域の厚さの割合が５％以上７０％以下である、絶縁電線。
4. 請求項３に記載の絶縁電線であって、
   前記絶縁層の厚さに対して、前記絶縁層に含まれる前記樹脂領域の厚さの割合が２０％以上である、絶縁電線。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の絶縁電線であって、
   前記絶縁皮膜の厚さに対して、前記絶縁層に含まれる前記樹脂領域の厚さの割合が５０％以下である、絶縁電線。

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