JP5198790B2 - 絶縁電線 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器の配線・電子機器の部品などに好適に使用される絶縁電線に関する。

電気機器の高出力化、高電圧化に伴い、電気機器内や電気機器間の配線などに使用される絶縁電線として、絶縁破壊電圧値の大きい絶縁電線が求められている。また電気機器の特性を安定させるため、電気機器に使用される絶縁電線には、均一な厚みの絶縁被覆層を形成することが望まれる。

絶縁破壊電圧値の大きい絶縁電線を得るには、絶縁被覆層の層厚を厚くすることが有効である。厚膜絶縁層を形成する方法として、ディッピングによって導体に樹脂ワニスを塗布した後、これを乾燥、焼付けする方法（特許文献１）や厚膜の絶縁テープを貼付する方法（特許文献２）が従来から知られている。

しかしながらディッピング塗装によって絶縁被膜を形成する方法では、１回の塗装工程で数μｍ程度の被膜しか形成出来ず、絶縁破壊電圧値の大きい絶縁被覆層の層厚が厚い絶縁電線を形成するには、ディッピング塗装工程の反復が必要となり、かつ一塗装工程で形成される絶縁被覆層の膜厚の偏差が、多層となることにより積算され、絶縁被覆層の厚みが不均一になる原因ともなるため、工業的には、絶縁被膜厚さは３０μｍ程度が限界である。

また厚膜の絶縁テープを貼付することにより絶縁被膜を形成する方法では、長尺の絶縁電線に対し均一に絶縁テープを貼り付けることが難しく、かつ貼り付け状態の不均一により絶縁性が十分に保てないという、絶縁電線としては基本的な問題が生じる可能性があった。
特開平１０−３３４７４１号公報 特開２００６−３３９１６４号公報

本発明の目的は、充分な絶縁破壊電圧値を有し、かつ全長にわたって層厚が均一な絶縁被覆層を備える絶縁電線を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、導体の外周に水溶性塗料を電着塗装することによって絶縁被覆層を形成させる絶縁電線において、絶縁破壊電圧値が５ｋＶ以上であることを特徴とする絶縁電線である。

前記絶縁被覆層の層厚は、５０μｍ以上の層厚を有することが好ましい。

前記水溶性塗料の樹脂成分は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ-アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂の少なくともいずれか１種類を含むことが好ましい。

前記水溶性塗料は、水分散型であってもよい。

前記絶縁被覆層が、１回の電着塗装工程で形成されることが好ましい。

前記導体が平角線であってもよい。

本発明によれば、充分な絶縁破壊電圧値を有し、かつ全長にわたって層厚が均一な絶縁被覆層を備える絶縁電線を提供できる。このような本発明で得られた絶縁電線は、従来実現できなかった絶縁破壊電圧値が要求される絶縁増幅器、絶縁トランス、自動車のオルタネータやハイブリッド車の電動機等の産業機器や電気機器の巻線や配線に好適に使用できる。

また電着塗装用水溶性塗料の樹脂成分として、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ-アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂の少なくともいずれか１種類を含むことにより、１回の電着塗装で充分な絶縁破壊電圧値を有する膜厚の絶縁被覆層が得られるため、製造工程の簡略化、製造コストの低減を図ることができる。

前記水溶性塗料を水分散型とすることにより電着速度が速くなるため、電着被膜の厚膜化および製造の効率化を図ることができる。

また、電気機器の巻線として用いる場合は、導体を平角線とすることにより、占積率を向上させることができ、機器の高出力化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。本発明は、水溶性塗料の電着塗装によって絶縁被覆層を形成する絶縁電線であって、該絶縁電線の製造は、電着塗装工程と乾燥・焼付け工程とを有する。

前記水溶性塗料は水を希釈剤に含む塗料を指し、樹脂が水に分散した状態（たとえば乳化状態や懸濁状態）である水分散型であってもよく、水に溶解した状態である可溶化型であってもよい。

本発明の水溶性塗料に用いられる樹脂成分は特に限定しないが、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ-アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂の少なくともいずれか１種類を含むことが好ましい。

前記水溶性塗料は、水分散型であってもよい。

前記樹脂としては、従来公知の各種のものが用いられ、特には限定されないが、絶縁電線の用途に応じて好適な樹脂を選択することが好ましい。たとえば、絶縁電線に耐熱性が必要な場合、ポリイミド樹脂やポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂が好ましい。なお本明細書中では、電着後の加熱などにより樹脂を成形可能な前駆的化合物（たとえばポリイミド樹脂の場合、ポリアミド酸など）、樹脂の形成に用いられる単量体、オリゴマー、ならびにこれらの混合物を含むものとする。本発明においては、上記樹脂を単独または２種以上併用して用いてもよい。

本発明の水溶性塗料には、電荷付与剤を添加しても良い。

前記電荷付与剤としては、特には限定されず、従来公知のアニオン性またはカチオン性を付与する電荷付与剤を用いることができる。アニオン性を付与する電荷付与剤を使用した場合、導体が銀、銅、銅合金、メッキ品などは、電着工程で溶出する可能性があるため、いずれの金属種も溶出しないカチオン性を付与する電荷付与剤が好適である。カチオン性を付与する電荷付与剤としては、たとえばアクリル酸またはメタクリル酸共重合体のアミノ誘導体やアクリル酸またはメタクリル酸共重合体のヒドロキシ誘導体を含有する電荷付与剤が挙げられる。たとえばアクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、アクリロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、メタクリル酸Ｎ−ターシャリブチルアミノエチル、メタクリル酸モルホリノエチルが例示される。上記アクリル酸またはメタクリル酸のヒドロキシ誘導体は、硬化剤（たとえばブロック化イソシアネート）との架橋と、素材との密着性を付与するものであり、たとえば２−ヒドロキシメチル、メタクリル酸２−ヒドロキシメチル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル、アクリル酸２−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸２−ヒドロキシプロピル、アクリル酸２−ヒドロキシブチル、メタクリル酸２−ヒドロキシブチル、アクリル酸２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル、２−アクリロイルオキシエチル２−ヒドロキシプロピルフタレートが例示される。

前記水溶性塗料は、たとえば従来公知のディスパーサ装置などを用いて、樹脂を水中に分散して、調製する。分散媒である水としては、水道水、工業用水、純水またはイオン交換水など、水溶性塗料を作製するために用いられる一般的なものを用いることができる。

本発明において用いられる水溶性塗料における樹脂成分の水に対する濃度は、特に限定されず、樹脂成分の種類や所望する加工特性などにより、好適な濃度を選択する必要があるが、０．１質量％〜３０質量％程度が好適である。たとえばポリイミド樹脂を水分散してなる水溶性塗料の場合の樹脂成分の濃度は、０．１質量％〜２０質量％であるのが好ましく、０．５質量％〜１０質量％であるのがより好ましい。前記樹脂成分の濃度が０．１質量％未満であると、得られた絶縁被覆層のピンホール数が増加してしまい絶縁不良となってしまう傾向にあるため好ましくない。また前記樹脂成分の濃度が２０質量％を超えると、均一な絶縁被覆層の形成が困難となる傾向にあるため好ましくない。

また本発明における水溶性塗料中の電荷付与剤の配合量についても特に限定はないが、ポリイミド樹脂の場合、樹脂１００質量部に対し、１０質量部〜３０質量部の電荷付与剤が配合されているのが好ましく、１５質量部〜２０質量部の電荷付与剤が配合されているのがより好ましい。該電荷付与剤の配合量がポリイミド樹脂１００質量部に対し１０質量部未満であると、電着が充分に行われない傾向にあるため好ましくない。また電荷付与剤の配合量が３０質量部を超えると、得られた絶縁被覆層の絶縁破壊電圧値が小さくなる傾向にあるため好ましくない。

本発明における水溶性塗料は、必要に応じて、従来公知の酸化防止剤、着色剤などを適宜添加してもよい。

続く電着工程では、たとえば水溶性塗料で満たされた電着バス中に上記導体を通過させるなどして導体を水溶性塗料中に浸漬させた状態で電圧を印加する。該工程により、前記工程で調整した水溶性塗料を導体へ塗装する。

電着工程において印加する電圧は、通常、直流電圧で０．５Ｖ〜２００Ｖであり、好ましくは直流電圧で５Ｖ〜１００Ｖである。電着時間としては、通常、０．５秒〜１８０秒であり、好ましくは１秒〜６０秒である。電着の際の水溶性塗料の温度としては、５℃〜４０℃であるのが好ましく、１０℃〜３５℃であるのがより好ましい。

乾燥・焼付け工程では、上記電着工程で導体上に塗装した水溶性塗料を、たとえば従来公知の乾燥装置および焼付け炉などを用いて、乾燥し、焼付けて、絶縁被覆層を形成する。乾燥の条件は、水溶性塗料の樹脂成分の種類にかかわらず、６０℃〜１００℃の温度で３分間〜２０分間行うのが好ましく、８０℃〜１００℃の温度で５分間〜２０分間行うのがより好ましい。

また焼付けの温度条件は、水溶性塗料の樹脂成分の硬化温度に依存するため、使用する樹脂成分の種類に適した温度条件を選択する必要があり、１００℃〜４００℃程度が好適である。また焼き付け時間は１０秒〜２０分間行うのが好ましい。

単独では帯電しにくい樹脂（たとえばポリイミド樹脂）は、電着塗装用の樹脂には一般に不向きであるが、上記製造方法においては、水溶性塗料中において、単独では帯電しにくい樹脂が電荷付与剤によって帯電し、上記のような電圧が印加されることで導体上に引き付けられる。導体上に電着された後、乾燥・焼付け工程を経ることで、水溶性塗料中の水分が揮発し、導体上の混合樹脂の粒子が溶融し融合することで、絶縁被覆層が形成される。

上記製造方法では、１回の電着塗装のみでも、従来と比較して厚みの大きな絶縁被覆層を有する絶縁電線を得ることができる。

上記製造方法によって得られる絶縁電線は、その形状に特に限定はなく、断面形状が円形である円形絶縁電線であってもよく、断面形状が矩形である平角絶縁電線であってもよいが、平角絶縁電線であるのが好ましい。平角絶縁電線は、基本的に、導体と、該導体を被覆する絶縁被覆層とを備える。平角絶縁電線の導体は、その厚みが好ましくは１μｍ〜１０００μｍ程度、その幅が好ましくは０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度が好適である。導体の形成材料としては、導電性が良好なものであれば特に制限なく用いることができ、銅、銅合金、銅クラッドアルミニウム、アルミニウム、亜鉛めっき鉄などが例示される。

本発明で得られる絶縁電線の絶縁被覆層の厚みは、充分な絶縁破壊電圧値を得るためには、３０μｍ以上であるのが好ましく、５０μｍ以上であるのがより好ましい。平角絶縁電線の場合、長辺側の絶縁被覆層の厚みが上記範囲であるのが好ましい。

このように本発明においては、充分な絶縁破壊電圧値を有し、かつ上記長辺側における厚みが大きい絶縁被覆層を備える平角絶縁電線を実現できる。このような平角絶縁電線は、大きな絶縁破壊電圧値が要求される電子機器内や電子機器間の配線などに特に好適に用いることができる。なお本明細書中において、「絶縁破壊電圧値」とは、ＪＩＳ Ｃ ３００３に準拠した絶縁破壊試験（Ｂ法金属箔法）により、絶縁破壊の検知電流を５ｍＡとし、規定の交流電圧を規定の速さで一様に上昇させて測定した破壊電圧値のことを指す。

例えば電子絶縁材料便覧編集委員会編、「電気絶縁材料便覧」、日刊工業新聞社、昭和４０年８月３１日、ｐ．３０５によればポリイミド樹脂ワニスの絶縁破壊電圧値は常態で１０．７ｋＶ／０．１ｍｍなので、好ましい実施形態である絶縁被覆層の厚みが５０μｍの場合は、絶縁破壊電圧値は約５ｋＶとなり、絶縁破壊電圧値の大きい絶縁電線として好適である。

以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。

実施例１
水溶性塗料として、ポリイミド系塗料であるエレコートＴＲ−ＭＩ（株式会社シミズ製）を用い、被着体として、アセトンにて脱脂洗浄後希硝酸を用い酸化被膜を除去した平角銅線（厚さ０．２ｍｍ、幅２．０ｍｍ）を用い、電着により塗装した。電着塗装は、銅円筒の陰極管（直径：６ｃｍ、長さ：３０ｃｍ）を用い、極間距離３ｃｍで、浴液中に６０秒間浸漬（バッチ処理）しながら温度２０℃で５０Ｖの直流電圧をかけるという条件下で行った。また乾燥は、９０℃の温度で１０分間、焼付けは２５０℃の温度で１０分間行った。上記工程を一回実施して、平角絶縁電線を得た。

実施例２
水溶性塗料として、アクリロニトリル５モル、アクリル酸１モル、グリシジルメタアクリレート０．３モル、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からなる混合物を反応させてなるアクリル系塗料用い、焼付けを１８０℃の温度で１５分間行った以外は実施例１と同様にして、平角絶縁電線を得た。

実施例３
水溶性塗料として、ポリウレタン系塗料であるＦ−２（日本ペイント株式会社製）を用い、焼付けを１５０℃の温度で１０分間行った以外は実施例１と同様にして、平角絶縁電線を得た。

比較例１
実施例の水溶性塗料に代わる絶縁被覆用塗料として、ポリウレタン系塗料であるＴＰＵ-Ｆ１（東特塗料株式会社製）を用いディッピングにより塗装した。ディッピング塗装は、該塗料を含浸したフェルトに平角電線を接触させることにより行った。また、塗布毎に、乾燥工程を１００℃の温度で３分間の条件下で行ったのち、焼付け工程を１５０℃の温度で１０分間の条件下で行った。上記ディッピング塗装〜焼付け工程１回につき１〜２μｍの塗膜が形成される。上記工程を２０回繰り返した多層コートを実施し、絶縁被膜の厚膜化を図った平角絶縁電線を得た。

比較例２
絶縁被覆用塗料として、ポリアミドイミド系塗料であるネオヒートＡＩ（東特塗料株式会社製）を用い、焼付けを２２０℃の温度で２０分間行った以外は、比較例１と同様にして、平角絶縁電線を得た。

上記で得られた実施例１〜３および比較例１および２の平角絶縁電線は、いずれもＪＩＳ Ｃ３００３に準拠した絶縁破壊試験により、絶縁破壊電圧値を評価したところ、表１に示すような結果となった。

表１から、比較例１および２は、２０回のディッピングで、おおむね３０μｍの厚さの絶縁被覆を形成できたが、厚さのばらつきが±４〜±５μｍと不均一であった。実施例１〜３は、１回の塗装で５０μｍ以上の厚さの絶縁被覆を形成でき、かつ厚さのばらつきが２μｍ以下と均一であった。実施例１〜３のように絶縁被覆が均一な厚膜であると、絶縁破壊電圧値が高く、諸特性が安定し、かつ集積性の高い絶縁電線を得ることが可能である。また実施例１〜３のように１回の塗装で厚膜の絶縁層が得られることにより絶縁被膜形成工程の簡略化が図られる。

本発明で得られた絶縁電線は、従来実現できなかった大きな絶縁破壊電圧値が要求される絶縁増幅器、絶縁トランス、自動車のオルタネータやハイブリッド車の電動機等の産業機器や電気機器の巻線や配線に好適に使用できる。

Claims (6)

1. 導体の外周に水溶性塗料（ただし、電子により水和官能基が直接還元され、不導体化されることによって皮膜が析出する樹脂組成物からなるカチオン電着塗料を除く）を電着塗装することによって絶縁被覆層を形成させる絶縁電線において、
   前記導体が平角線であって、
   前記水溶性塗料が水分散型であって、
   前記水溶性塗料の樹脂成分が、ポリイミド樹脂であって、
   前記水溶性塗料が、電荷付与剤を、ポリイミド樹脂１００質量部にたいして１５〜２０質量部であって、
   前記水溶性塗料の温度は５〜３５℃であり、
   前記絶縁被覆層が１回の電着塗装工程で形成されており、
   前記絶縁被覆層の層厚が５０μｍ以上であり、
   絶縁破壊電圧値が５ｋＶ以上であることを特徴とする絶縁電線。
2. 前記電荷付与剤が、アクリル酸またはメタクリル酸共重合体のアミノ誘導体やアクリル酸またはメタクリル酸共重合体のヒドロキシ基誘導体である、請求項１に記載の絶縁電線。
3. 導体の外周に水溶性塗料（ただし、電子により水和官能基が直接還元され、不導体化されることによって皮膜が析出する樹脂組成物からなるカチオン電着塗料を除く）を電着塗装することによって絶縁被覆層を形成させる絶縁電線において、
   前記導体が平角線であって、
   前記水溶性塗料が水分散型であって、
   前記水溶性塗料の樹脂成分がアクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ-アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂の少なくともいずれか１種類を含み、
   前記水溶性塗料には、アニオン性を付与する電荷付与剤が添加されており、
   前記水溶性塗料の温度は５〜３５℃であり、
   前記絶縁被覆層が１回の電着塗装工程で形成されており、
   前記絶縁被覆層の層厚が５０μｍ以上であり、
   絶縁破壊電圧値が５ｋＶ以上であることを特徴とする絶縁電線。
4. 導体の外周に水溶性塗料（ただし、電子により水和官能基が直接還元され、不導体化されることによって皮膜が析出する樹脂組成物からなるカチオン電着塗料を除く）を電着塗装することによって絶縁被覆層を形成させる絶縁電線において、
   前記導体が平角線であって、
   前記水溶性塗料が水分散型であって、
   前記水溶性塗料の樹脂成分がアクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ-アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂の少なくともいずれか１種類を含み、
   前記水溶性塗料には、アクリル酸またはメタクリル酸共重合体のアミノ誘導体やアクリル酸またはメタクリル酸共重合体のヒドロキシ基誘導体を含有する電荷付与剤が添加されており、
   前記水溶性塗料の温度は５〜３５℃であり、
   前記絶縁被覆層が１回の電着塗装工程で形成されており、
   前記絶縁被覆層の層厚が５０μｍ以上であり、
   絶縁破壊電圧値が５ｋＶ以上であることを特徴とする絶縁電線。
5. 前記水溶性塗料の樹脂成分がアクリル樹脂、エポキシ-アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂の少なくともいずれか１種類を含む請求項４に記載の絶縁電線。
6. 前記電荷付与剤が、アクリル酸またはメタクリル酸共重合体のヒドロキシ基誘導体を含有する、請求項２、４、５のいずれか一項に記載の絶縁電線。