JP4737938B2 - コイル用リング状絶縁板の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)断面形状が平角状の導電板であって、平面形状が開放部を有するリング状の平板部を含む導電板の少なくとも前記リング状の平板部の表面に絶縁被覆層を設けたリング状絶縁板であって、
前記絶縁被覆層が、ポリイミドの主鎖中にシロキサン結合を含有し、かつ、分子中にアニオン性基を有するブロック共重合ポリイミドの電着被膜からなることを特徴とする、リング状絶縁板。
(2)導電板が打ち抜き加工によって作製されたものである、上記(1)記載のリング状絶縁板。
(3)導電板の平面形状が開放部を有するリング状の平板部が複数のコーナー部を有するリング状である、上記(1)又は(2)記載のリング状絶縁板。
(4)導電板へのブロック共重合ポリイミドの電着後、導電板のブロック共重合ポリイミドの電着被膜による絶縁被覆層が形成された部分に折曲げ加工が施されたものである、上記(1)〜(3)のいずれか一項記載のリング状絶縁板。
(5)導電板が、平面形状が開放部を有するリング状の平板部と、該平板部の一部より該平板部と同一平面内に延設された端子用の延長平板部とを有し、該端子用の延長平板部の軸線方向の先端に区画した端子部を除いて、ブロック共重合ポリイミドの電着被膜による絶縁被覆層で該導電板の表面が被覆されており、かつ、ブロック共重合ポリイミドの電着後に導電板の前記端子部の近傍に折曲げ加工が施されて、前記端子部の軸線と前記リング状の平板部の軸線とが異なる平面内に配置されている、上記(1)〜(3)のいずれか一項記載のリング状絶縁板。
(6)上記(1)〜(5)のいずれか一項記載のリング状絶縁板の1枚からなるか、または該リング状絶縁板を複数枚積層してなるコイル。
(7)トランス用である、上記(6)記載のコイル。
また、ポリイミドの主鎖中にシロキサン結合を含有し、分子中にアニオン性基を有するブロック共重合ポリイミドの電着被膜は、優れた可撓性をも有することから、絶縁板に折曲げ加工を付しても、絶縁被覆層に剥離や割れが生じ難く、従って、十分に高い耐熱性と優れた耐電圧性を有し、しかも、耐折曲げ加工性も良好なリング状絶縁板を実現できる。
さらにまた、ポリイミドの主鎖中にシロキサン結合を含有し、分子中にアニオン性基を有するブロック共重合ポリイミドの電着被膜は、比較的薄い厚みでも良好な耐熱性及び耐電圧性を示すことから、従来のこの種の用途に使用されてきた電着被膜よりも薄膜にして同等の耐熱性及び耐電圧性を得ることができる。従って、本発明の絶縁板1枚をそのまま使用するか、または、複数枚積層することで、小型且つ軽量の高耐熱性及び高耐電圧性のコイルを得ることができる。
さらにまた、ポリイミドの主鎖中にシロキサン結合を含有し、分子中にアニオン性基を有するブロック共重合ポリイミドの電着被膜は、極めて良好な耐熱性を示すことから、本発明の絶縁板によれば、絶縁板の積層枚数を従来よりも少なくして従来と同等機能のコイルを実現でき、コイルのより一層の小型化及び/又は軽量化を図ることができる。
本発明のリング状絶縁板は、断面形状が平角状の導電板であって、平面形状が開放部を有するリング状の平板部を含む導電板を使用し、該導電板の少なくとも前記平面形状が開放部を有するリング状の平板部の表面に、ポリイミドの主鎖中にシロキサン結合を含有し、かつ、分子中にアニオン性基を有するブロック共重合ポリイミド(以下、「シロキサン結合含有ブロック共重合ポリイミド」とも略称する。)の電着被膜による絶縁被覆層を形成したものである。
μmである。該厚みが1.5μm未満であると、充分なAC(交流)耐電圧の効果を得ることが困難となり、30μmを超えても顕著なAC耐電圧の効果の向上は見られなく、さらに得られるコイルのサイズが大型化する。一方、シロキサン結合含有ブロック共重合ポリイミドの電着被膜を断面が平角状の導電板の表面に形成した場合、通常、平角状の断面のコーナー部を覆う部分の厚みは該断面の平坦部を覆う部分の厚みよりも小さくなるが、絶縁被覆層(即ち、シロキサン結合含有ブロック共重合ポリイミドの電着被膜)の導電板の平角状の断面のコーナー部を覆う部分の厚みは、導電板の断面における平坦部を覆う部分の厚みを1としたとき、好ましくは0.8以上、1未満である。該コーナー部を覆う部分の厚みが平坦部を覆う部分の厚み1に対して0.8未満では、充分なAC(交流)耐電圧の効果を得ることが困難となる。すなわち、導電板の断面(平角状断面)のコーナー部において、電界集中により耐電圧性が低下してしまう。本発明で使用するシロキサン結合含有ブロック共重合ポリイミドの電着被膜は優れた耐電圧性を有しており、従来のアクリル系水分散樹脂ワニスの電着被膜のように、断面が平角状の導電板に対して、断面(平角状断面)のコーナー部を覆う部分の厚みを、断面(平角状断面)の平坦部を覆部分の厚みよりも大きくする必要なく、充分なAC(交流)耐電圧の絶縁板を実現し得る。従って、本発明のリング状絶縁板を積層することで、コイルの小型化をはかることができる。
先ず、NMP、DMF、DMAc、γ−ブチロラクトン、DMSO、アニソール、シクロヘキサノン、テトラメチル尿素及びスルホラン等から選ばれる少なくとも一種の有機極性溶媒中、酸触媒の存在下、ジアミン化合物とテトラカルボン酸ジ無水物とを160〜180℃で加熱し、生成する水を共沸によって留去しながら反応させて、オリゴマーを生成させる(第1段階反応)。次に、テトラカルボン酸ジ無水物又は/及びジアミン化合物をさらに加えて160〜180℃に加熱して、第2段階反応(加熱)を行う。このとき、第1段階又は/及び第2段階で用いるジアミン化合物として、シロキサン結合含有ジアミン化合物を使用することで、主鎖中にシロキサン結合を含有する、ブロック共重合ポリイミドが得られる。こうして得られる反応溶液の固形分濃度は10〜40重量%が好ましく、より好ましくは20〜30重量%である。次に、極性溶媒中に溶解したブロック共重合ポリイミドを塩基性化合物で中和し、さらに水及びポリイミドの貧溶媒を加えて電着液とする。塩基性化合物には、N,N−ジメチルエタノールアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、N−ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルホリン等が使用される。塩基性化合物の使用量はポリイミドが水溶液中に安定に溶解または分散する程度であり、通常、理論中和量の30〜200モル%程度である。また、貧溶媒は、フェニル基、フルフリル基またはナフチル基を有するアルコールが好適であり、具体的には、ベンジルアルコール、2−フェニルエチルアルコール、4−メチルベンジルアルコール、4−メトキシベンジルアルコール、4−クロルベンジルアルコール、4−ニトロベンジルアルコール、フェノキシ−2−エタノール、シンナミルアルコール、フルフリルアルコールおよびナフチルカルビノール等が挙げられる。なお、ワニス(電着液)中の極性溶媒の量はポリイミド1重量部当たり1.5〜10重量部が好ましく、より好ましくは2.4〜6重量部であり、水の量はポリイミド1重量部当たり0.1〜5重量部が好ましく、より好ましくは1〜3重量部である。
(実施例1)
[シロキサン結合含有ブロック共重合ポリイミド溶液の作製]
ガラス製のセパラブル三口フラスコを使用し、これに攪拌機、窒素導入管及び冷却管の下部にストップコックを備えた水分受容器を取付けた。窒素を流通させ、さらに攪拌しながら反応器をシリコーン油浴中に漬けて加熱し反応を行った。まず、フラスコに3,4,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物58.84g(0.2モル)、ビス(γ−アミノプロピル)ポリジメチルシロキサン(信越化学工業社製のKF−8010)97.2g(0.1モル)、バレロラクロン4g(0.04モル)、ピリジン6.3g(0.08モル)、NMP(N−メチル−2−ピロリドン)500g及びトルエン80gを入れ、室温で30分間攪拌し、次いで、昇温し、180℃において1時間、200rpmで攪拌しながら反応を行った。反応後、トルエン−水留出分30mlを除いた。残留物を空冷して、3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物64.45g(0.2モル)、3,5−ジアミノ安息香酸30.43g(0.2モル)、ビス−[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン43.25g(0.1モル)、NMP500g及びトルエン100gを添加し、室温で1時間攪拌(200rpm)し、次いで昇温して180℃で1時間、加熱攪拌した。トルエン−水留出分15mlを除き、以降は留出分を系外に除きながら、180℃で3時間、攪拌を行った。次いで、無水フタル酸1.1g及びNMP113gを添加し反応を1時間行い終了した。これにより20%ポリイミドワニスを得た。ブロック共重合ポリイミドの重量平均分子量及び数平均分子量はそれぞれ66,000及び34,000であった。
極間距離:3.0cm
電着電圧:定電圧法(140V)
電着時間:120秒
絶縁被覆層の導電板の断面の平坦部を覆う部分の厚み(T1)は25μm、コーナー部を覆う部分の厚み(T2)は22μmであった。なお、これらの厚みは、絶縁板の3箇所の断面観察(マイクロスコープによる断面写真)により得られた厚みの平均値であり、下記の比較例においても同様である。
アクリロニトリル5モル、アクリル酸1モル、グリシジルメタクリレート0.3モルをイオン交換水760g、ラウリル硫酸エステルソーダ7.5g、過硫酸ソーダ0.13gと共にフラスコに入れて室温、窒素気流下15〜30分間撹拌したのち、その混合物を50〜60℃の温度で3時間反応させて得た乳化重合液(エポキシ・アクリル系水分散ワニス)を用意した。かかる乳化重合液を電着用組成物として、実施例1と同様の条件で、実施例1で使用したものと同じ銅製の導電板に電着して焼付け、エポキシ変性アクリル樹脂による絶縁被覆層(導電板の断面の平坦部を覆う部分の厚み(T1):24μm、導電板の断面のコーナー部を覆う部分の厚み(T2):40μm)のコイル用絶縁板を得た。
撹拌機、チッ素導入管及び冷却管の下部にストップコックのついた水分受容器を取り付けたガラス製のセパラブル三つ口フラスコを使用し、窒素を流しながら、さらに撹拌しながら反応器をシリコーン油中につけて加熱して下記の反応を行った。すなわち、3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジ無水物64.44g(0.2モル)、ビス−[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン43.25g(0.1モル)、バレロラクトン3g(0.03モル)、ピリジン4.8g(0.06モル)、NMP(N−メチル−2−ピロリドンの略)400g及びトルエン90gを加えて、室温で30分間撹拌し、ついで昇温し、180℃において1時間、200rpmで撹拌しながら反応を行った。反応後、トルエン−水留出分30mlを除いた。残留物を空冷して、3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジ無水物32.22g(0.1モル)、3,5−ジアミノ安息香酸15.22g(0.1モル)、2,6−ジアミノピリジン11.01g(0.1モル)、NMP222g及びトルエン45gを添加し、室温で1時間撹拌(200rpm)、次いで昇温して180℃で1時間、加熱撹拌した。トルエン−水留出分15mlを除き、以後は留出分を系外に除きながら、180℃、3時間、加熱、撹拌して反応を終了し、20%ポリイミド溶液を得た。こうして得たポリイミド溶液100gにNMP70gを加え、アニソール55g、シクロヘキサンノン45g及びN−メチルモルホリン2.6g(中和率200モル%)を加え、攪拌しながら水30gを滴下して、固形分濃度6.6%、pH7.8の電着用ポリイミドエマルジョン組成物(ワニス)を得た。そして、該組成物を実施例1と同様の条件で、実施例1で使用したものと同じ銅製の導電板に電着して焼付け、ブロック共重合ポリイミドによる絶縁層の厚み(導電板の断面の平坦部を覆う部分の厚み(T1):20μm、導電板の断面のコーナー部を覆う部分の厚み(T2):12μm)のコイル用絶縁板を得た。
3,4,3’,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジ無水物128.9g(0.4モル)と1,3−ビス−(4−アミノフェノキシ)ベンゼン116.9g(0.4モル)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)983gに溶かし、室温でイカリ型撹拌機を用いて、200rpmに撹拌しながら10時間反応し、20%ポリアミド酸溶液(ポリアミド酸の固有対数粘度0.78)を得た。この20%ポリアミド酸溶液にNMP、ベンジルアルコールを加え、さらに次いで中和剤を加え、さらに純水を加え、ポリアミド酸の固形分量6.8%、NMP41%、ベンジルアルコール16%、N−メチルモルホリン0.9%、純水35.3%の電着用組成物を調製した。こうして得た電着用組成物を実施例1と同様の条件で、実施例1で使用したものと同じ銅製の導電板に電着して焼付け、ポリイミドによる絶縁層(導電板の平坦部を覆う部分の厚み(T1):20μm、導電板のコーナー部を覆う部分の厚み(T2):12μm)のコイル用絶縁板を得た。
ランダム共重合体においてポリシロキサンを含有するポリアミドとして特開2000−178481号公報に準拠して作製したポリイミド電着液を実施例1と同様の条件で、実施例1で使用したものと同じリング状導電板に電着して焼付け、ポリイミドによる絶縁層(平坦部を覆う部分の厚み(T1):18μm、コーナー部を覆う部分の厚み(T2):8μm)のコイル用絶縁板を得た。
上記で得られた各コイル用絶縁板を、以下の項目について評価した。その結果を表1に示す。
JIS C3003に準拠して、n=50の絶縁板に対してピンホールの有無を調査した。ピンホールが確認されなかった絶縁板を〇で示し、ピンホールが確認されたリング状絶縁コイル板を×で示す。
JIS C 3003に準拠して、AC破壊電圧を測定した。すなわち、2枚のリング状絶縁コイル板を重ね合わせた状態にする。各板に交流電圧発生器を接続し、電圧を上昇させて、短絡した電圧を破壊電圧とする。
JIS C 3003に準拠した温度指数評価法によって、耐熱性を評価した。
JIS K 5600(マンドレル法)に準拠して実施。折曲げ後のサンプル表面を目視観察し、塗膜(被膜)割れが認められなかったものを合格、塗膜の割れが生じたものは不合格と判定した。
サンプルを240℃で10分間保持後、JIS K 5600(マンドレル法)に準拠して実施。折曲げ後のサンプル表面を目視観察し、塗膜(被膜)割れが認められなかったものを合格、塗膜の割れが生じたものは不合格と判定した。
2 開放部
3 リング状の平板部
4 a〜4d 端子用の延長平板部
5 絶縁被覆層
6 A〜6D 端子部
7 端子
10 コイル用絶縁板
100 コイル
Claims (1)
- 断面形状が平角状であり、平面形状が開放部を有し、かつ、複数のコーナー部を有するリング状の平板部を含む導電板であって、前記リング状の平板部の一部より該平板部と同一平面内に延設された端子用の延長平板部を有する導電板の、前記端子用の延長平板部の軸線方向の先端に区画した端子部を除いて、該導電板の表面が絶縁被覆層で被覆されてなるリング状絶縁板を製造する方法であって、
主鎖中にシロキサン結合を含有し、かつ、分子中にアニオン性基を有するブロック共重合ポリイミドであって、シロキサン結合含有ジアミン化合物をジアミン成分とするイミド単位が全繰り返し単位の10〜70モル%を占めるブロック共重合ポリイミドを有機極性溶媒に溶解した溶液に、水とポリイミドに対する貧溶媒とポリイミドを中和塩とするための塩基性化合物とをさらに添加して調製された溶液分散型ワニスを、前記導電板に電着、焼付けして前記絶縁被覆層を形成する工程と、
前記導電板の端子用の延長平板部における端子部の手前付近の絶縁被覆層が形成された部分に折曲げ加工を施す工程とを含むことを特徴とする、コイル用リング状絶縁板の製造方法。
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