JP5486646B2 - 絶縁電線 - Google Patents

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Description

本発明は、モータのコイル等の形成に使用される絶縁電線に関する。
近年、電子機器、電気機器の小型化が進められ、それに伴いこれらの機器内に装着するコイルも、従来の断面円形状のエナメル線(丸形エナメル線)を用いたものから、断面矩形状のエナメル線(平角エナメル線)を用いたものが主流になりつつある。この平角エナメル線は断面矩形状の導体(平角導体)上に絶縁塗料を塗布焼き付けて絶縁皮膜を設けたものであり、平角エナメル線を用いることによって、コイルに巻き付けた際のエナメル線同士の隙間を小さくでき、(つまり、エナメル線の占積率を高めることができ)、コイルの小型化を図ることができる。そして、最近では、コイルのさらなる小型化を図るべく、エナメル線の細径化が進んでいる。
ところで、このようなモータのコイルに使用されるエナメル線の絶縁皮膜には、従来、可とう性が良好で、耐熱性にも比較的優れるポリエステルイミド、ポリアミドイミド等の樹脂が広く用いられてきた。しかし、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド等の樹脂は、耐熱性に優れるとは言え、これらの樹脂を絶縁皮膜材料として用いたエナメル線の耐熱温度は200℃程度であり、必ずしも十分ではなかった。しかも耐熱劣化性も低いため、コイル巻きのような過酷な加工ストレスを加えた後に加熱劣化させたり、あるいは加熱劣化させた後に加工ストレスを加えたりすると、絶縁皮膜に割れ、亀裂、導体からの剥離等が生ずることがあった。
このような問題に対し、密着向上剤を添加した絶縁塗料(高密着性ポリエステルイミド、高密着性ポリアミドイミド等)を導体に密着させて塗布焼付けするとともに、その外周に芳香族ポリイミド皮膜を形成したものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。この絶縁電線は、絶縁皮膜の導体に対する密着性が向上するとともに、耐熱性、耐熱劣化性も改善される。
しかし、この絶縁電線の絶縁皮膜は、芳香族ポリイミド皮膜を形成したことによって可とう性が低下し、コイル巻きの際に絶縁皮膜に割れや亀裂が入りやすくなるという問題があった。特に、上記したような細径化された平角エナメル線では、コイル巻きの際に受ける加工ストレスは一段と過酷であり、そのような加工に耐えることが困難であった。
特開2011−9015号公報
本発明はこのような従来技術の課題を解決するためになされたもので、過酷な加工ストレスにも十分耐え得る優れた耐加工性を有するとともに、耐熱性、耐熱劣化性にも著しく優れる絶縁電線を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様である絶縁電線は、導体上に、密着性向上剤を含む第1のポリアミドイミドからなる第1の層と、この第1の層上に設けられた、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートとダイマー酸ジイソシアネートを合計10〜70モル%含むイソシアネート成分と酸成分を反応させて得られる第2のポリアミドイミドからなる第2の層と、この第2の層上に設けられたポリイミドからなる第3の層とからなる絶縁皮膜を具備することを特徴とするものである。
本発明の第2の態様は、第1の態様である絶縁電線において、前記第1〜第3の層の厚みの前記絶縁皮膜全体の厚みに対する比率が、前記第1の層が10〜20%、前記第2の層が10〜75%、前記第3の層が10〜75%であることを特徴とするものである。
本発明の第3の態様は、第1の態様である絶縁電線において、前記第1〜第3の層の厚みの前記絶縁皮膜全体の厚みに対する比率が、前記第1の層が15〜20%、前記第2の層が55〜75%、前記第3の層が15〜30%であることを特徴とするものである。
本発明の第4の態様は、第1の態様乃至第3の態様のいずれかの態様である絶縁電線において、前記第2のポリアミドイミド層が示すガラス転移点(Tg)が200〜270℃であることを特徴とするものである。
本発明の第5の態様は、第1の態様乃至第4の態様のいずれかの態様である絶縁電線において、前記絶縁皮膜全体の厚みが60〜200μmであることを特徴とするものである。
本発明の第6の態様は、第1の態様乃至第5の態様のいずれかの態様である絶縁電線において、前記導体が、平角導体からなることを特徴とするものである。
本発明の第7の態様は、第6の態様である絶縁電線において、前記平角導体は、幅2.0〜7.0mm、高さ0.7〜3.0mmの矩形状断面を有することを特徴とするものである。
本発明によれば、コイル巻き時の過酷な加工ストレスにも十分耐え得る優れた耐加工性を有するとともに、耐熱性、耐熱劣化性にも著しく優れる絶縁電線が提供される。
本発明の絶縁電線の一実施形態を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、説明は図面に基づいて行うが、図面は単に図解のために提供されるものであって、本発明は図面により何ら限定されるものではない。
図1は、本発明の絶縁電線の一実施形態に係る平角エナメル線を示す横断面図である。
図1に示すように、この平角エナメル線は、伸線加工によって形成された断面矩形状の平角導体10と、この平角導体10上に順に形成された3層構造の絶縁皮膜20、すなわち、第1の層21、第2の層22、および第3の層23からなる皮膜を備えている。
平角導体10は、例えば、幅(W)が2.0〜7.0mm、厚さ(H)が0.7〜3.0mmの矩形状断面を有する、銅線、銅合金線、アルミニウム線、アルミニウム合金線等の金属線から構成される。矩形状断面における4ヶ所の角部には丸みが付されていても付されていなくてもよいが、コイルに巻き付けた際の占積率を高める観点からは、丸みが付されていない(つまり、断面が矩形である)か、丸みが付されている場合であっても、その丸みの半径が0.4mm以下であることが好ましい。平角導体10の材料としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金の他、鉄、銀、これらの合金等も挙げられるが、機械的強度、導電率等の観点からは、銅または銅合金が好ましい。
第1の層21は、密着性向上剤を含むポリアミドイミド(高密着ポリアミドイミド、または第1のポリアミドイミドともいう。)からなる層であり、密着性向上剤を添加したポリアミドイミド樹脂ワニス(高密着ポリアミドイミド樹脂ワニス)を平角導体10上に塗布し焼き付けることによって形成される。
一般に、ポリアミドイミド樹脂ワニスは、トリカルボン酸またはその誘導体とジイソシアネートおよび/またはジアミンを有機溶媒中で反応させることによって得られるが、ここでは、このようなポリアミドイミド樹脂ワニスに密着性向上剤を添加することによって、密着性を高めたものが使用される。
トリカルボン酸またはその誘導体としては、トリメリット酸無水物、トリメリット酸無水物モノクロライド等が挙げられる。ジイソシアネートとしては、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートのような脂肪族ジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルエーテルジイソシアネート、2,4−または2,6−トリレンジイソシアネート、m−またはp−キシレンジイソシアネートのような芳香族ジイソシアネート、およびこれらのジイソシアネートがフェノール類でブロックされた誘導体等が挙げられる。ジアミンとしては、エチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンのような脂肪族ジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、2,4−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチル−1,1’−ビフェニル、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジヒドロキシ−1,1’−ビフェニル、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、2,2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン等の芳香族ジアミン、また、2,6−ジアミノピリジン、2,6−ジアミノ−4−メチルピリジン、4,4’−(9−フルオレニリデン)ジアニリン、α,α−ビス(4-アミノフェニル)-1,3-ジイソプロピルベンゼン等が挙げられる。また、反応溶剤としては、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミドのような非プロトン系極性溶剤、フェノール、クレゾール、キシレノール等のフェノール系溶剤等が挙げられる。一方、密着性向上剤としては、例えば、チアジアゾール、チアゾール、メルカプトベンズイミダゾール、チオフェノール、チオフォン、チオール、テトラゾール、ベンズイミダゾール、ブチル化メラミン、ヘテロ環状メルカプタン等が例示される。
なお、密着性向上剤を添加したポリアミドイミド樹脂ワニスは各種市販されており、それらの市販品の中から1種以上を適宜選択して使用することも可能である。市販品を具体的に例示すると、例えば、東特塗料(株)製のAI−505、日立化成工業(株)製のHI−406A(以上、商品名)等が挙げられる。
第1の層21を構成する高密着ポリアミドイミドは、ガラス転移点(Tg)が250〜300℃であることが好ましく、255〜270℃であることがより好ましい。
第2の層22は、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートとダイマー酸ジイソシアネートを含むイソシアネート成分と酸成分とを反応させて得られるポリアミドイミド(高可とう性ポリアミドイミド、または第2のポリアミドイミドともいう。)からなる層であり、高可とう性ポリアミドイミドを含む樹脂ワニスを第1の層21上に塗布し焼き付けることによって形成される。
以下、第2の層22の形成に使用され高可とう性ポリアミドイミド樹脂ワニスについて説明する。
この高可とう性ポリアミドイミド樹脂ワニスは、イソシアネート成分として、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(2,4’−MDI)とダイマー酸ジイソシアネートを使用する。それらのイソシアネート成分を使用することにより、可とう性に優れた第2の層22が形成され、絶縁電線に優れた耐加工性を付与することができる。2,4’−MDIおよびダイマー酸ジイソシアネートの合計は、イソシアネート成分の10〜70モル%であることが好ましく、30〜60モル%であることがより好ましい。
併用する他のイソシアネート成分としては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’−MDI)、3,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、3,3’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,3’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,2’−ジフェニルメタンジイソシアネートの他、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルエーテルジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジフェニルスルホンジイソシアネート、ビトリレンジイソシアネート、ジアニシジジイソシアネート、これらの異性体等が挙げられる。また、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチレンジシクロヘキシルジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート類、トリフェニルメタントリイソシアネート等の多官能イソシアネート、ポリメリックイソシアネート、あるいはトリレンジイソシアネート等の多量体等も併用可能である。
また、酸成分としては、トリメリット酸無水物(TMA)、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(DSDA)、オキシジフタル酸二無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物、およびその異性体、ブタンテトラカルボン酸二無水物、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロ−3−フラニル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物等の脂環式テトラカルボン酸二無水物類、トリメシン酸、トリス(2−カルボキシエチル)イソシアヌレート(CIC酸)等のトリカルボン酸およびその異性体類等が挙げられる。これらのなかでも、安価で安全性にも優れるトリメリット酸無水物(TMA)が好ましい。
また、上記イソシアネート成分と酸成分の他にポリカルボン酸を加えてもよい。ポリカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸類、トリメリット酸、へミメリット酸等の芳香族トリカルボン酸類、ダイマー酸等の脂肪族ポリカルボン酸類等が挙げられる。
さらに、上記イソシアネート成分と酸成分とを反応させる溶剤としては、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミドのような非プロトン系極性溶剤、フェノール、クレゾール、キシレノール等のフェノール系溶剤等が挙げられる。
イソシアネート成分と酸成分とを反応させる際には、アミン類、イミダゾール類、イミダゾリン類等の反応触媒を使用してもよい。反応触媒は樹脂ワニスの安定性を阻害しないものが好ましい。
第2の層22を構成する高可とう性ポリアミドイミドは、ガラス転移点(Tg)が200〜270℃であることが好ましく、230〜260℃であることがより好ましい。
第3の層23は、ポリイミドからなる層であり、ポリイミド樹脂ワニスを第2の層22上に塗布し焼き付けることによって形成される。ポリイミド樹脂ワニスとしては、ピロメリット酸二無水物(PMDA)、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)、3,3’,4,4‘−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物等から選ばれた1種もしくは2種以上のテトラカルボン酸二無水物と、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル等の芳香族ジアミン、または芳香族ジイソシアネートとを、N−メチル−2−ピロリドン、N,N’−ジメチルアセトアミド(DMAc)等の有機溶媒中で反応させることによって得られる全芳香族ポリイミド樹脂ワニスが好ましい。第3の層23の形成に好適な全芳香族ポリイミド樹脂ワニスの市販品を例示すると、例えば、東レ(株)製のトレニース#3000、宇部興産(株)製のU−ワニスA(以上、商品名)等が挙げられる。
上記のように、第1の層21、第2の層22および第3の層23は、それぞれ高密着ポリアミド樹脂ワニス、高可とう性ポリアミドイミド樹脂ワニス、およびポリイミド樹脂ワニスを、平角導体10上に順に塗布し焼き付けることにより形成される。各樹脂ワニスを塗布し焼き付ける方法は、特に限定されるものではなく、従来より一般に知られる方法、例えば、樹脂ワニスを収容した槽に平角導体10、あるいは第1の層21または第2の層22を形成した平角導体10を通過させた後、焼き付け炉で焼き付ける方法等を用いることができる。
また、第1の層21、第2の層22および第3の層23の各層厚(t1、t2およびt3)は、それらを合計した厚み、つまり絶縁皮膜20の厚み(T)が、60〜200μmであって、絶縁皮膜20の厚みに対する各層の比率が、第1の層21が10〜20%、第2の層22が10〜75%、第3の層23が10〜75%となるようにすることが好ましい。第1の層21の厚みが前記範囲未満では、平角導体10に対する密着性が低下して、平角導体10からの剥離が生じてしまい、第2の層22の厚みが前記範囲未満では、耐加工性を十分に向上させることができない。また、第3の層23の厚みが前記範囲未満では、耐熱性、耐熱劣化性が低下する。また、絶縁皮膜20の厚み(T)が、60μm未満では、部分放電特性が不十分となり、200μmを超えると、絶縁皮膜20が厚くなりすぎてコ
イルの小型化が困難になる。絶縁皮膜20の厚み(T)は、60〜160μmであることがより好ましく、また、絶縁皮膜20の厚みに対する各層の比率は、第1の層21が15〜20%、第2の層22が55〜70%、第3の層23が15〜30%であることがより好ましい。
本実施形態の細径平角エナメル線においては、平角導体10上に、密着性向上剤を含むポリアミドイミドからなる第1の層21と、この第1の層21上に設けられた、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートとダイマー酸ジイソシアネートを合計10〜70モル%含むイソシアネート成分と酸成分を反応させて得られる第2のポリアミドイミドからなる第2の層22と、この第2の層22上に設けられたポリイミドからなる第3の層23からなる絶縁皮膜20を備えているので、コイル巻き時の過酷な加工ストレスにも十分耐え得る優れた耐加工性と、良好な耐熱性、耐熱劣化性を併せ持つことができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。例えば、上記実施形態は、本発明を平角エナメル線に適用した例であるが、通常の円形導体を用いる丸型エナメル線等にも適用できることはいうまでもない。本発明の絶縁電線は、細径であっても、優れた耐加工性と、良好な耐熱性、耐熱劣化性を併せ持つことができることから、細径導体を用いる絶縁電線に有用であり、特に、コイル巻き時に極めて過酷な加工ストレスを受ける平角導体を用いる絶縁電線に有用である。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。以下の記載において、「部」は特に断らない限り「質量部」を意味する。
[ポリアミドイミド樹脂ワニスの調製]
(調製例1)
攪拌機、窒素流入管および加熱冷却装置を備えたフラスコ内に、イソシアネート成分として2,4’−MDIと4,4’−MDIの混合物、およびダイマー酸ジイソシアネート(DDI)、酸成分としてトリメリット酸無水物を投入した。溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを酸、イソシアネート成分の合計100部に対し、150部投入し、窒素雰囲気下で攪拌しながら常温から140℃まで2時間かけて昇温させ、この温度で3時間反応させた後、83部のN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)で希釈し、常温まで冷却させ、樹脂分30質量%のポリアミドイミド樹脂ワニス(B−1)を得た。
(調製例2〜11)
調製例1と同様の方法で、表1に示す通り、イソシアネート成分の比率を変更して、ポリアミドイミド樹脂ワニス(B−2)〜(B−11)を得た。
Figure 0005486646
[絶縁電線の製造]
(実施例1)
厚さ1.9mm、幅3.4mmの平角銅導体上に、密着性向上剤を含むポリアミドイミド樹脂ワニス(東特塗料(株)製 商品名 AI−505;高密着PAIと表記)を塗布し焼付けて20μm厚の皮膜(第1層)を形成し、次いで、この第1層上に表1に示すポリアミドイミド樹脂ワニス(B−1)を塗布し焼付けて60μm厚の皮膜(第2層)を形成し、さらに、この第2層上に、ポリイミド樹脂ワニス(東レ(株)製 商品名 トレニース#3000;PIと表記)を塗布し焼付けて20μm厚の皮膜(第3層)を形成し、絶縁電線を得た。
(実施例2〜20)
平角導体の種類、サイズ、第2層の形成に使用するポリアミドイミド樹脂ワニスの種類、第1層〜第3層の皮膜厚の少なくとも1つの条件を変えた以外は、実施例1と同様にして絶縁電線を得た。
(比較例1〜12)
表3に記載の構成、寸法により、絶縁電線を得た。
得られた各絶縁電線について、下記に示す方法で各種特性を測定・評価した。
[ガラス転移点(Tg)]
熱機械分析装置を用いて第1層および第2層を構成する材料のガラス転移点(Tg)を測定した。
[耐熱劣化性]
長さ30cmの絶縁電線試料を250℃で48時間加熱劣化させた後、標点間距離10cm、引張速度3mm/分の条件で引張試験を行い、下記の基準で評価した。
◎:伸び7mm以上にて絶縁皮膜の割れや亀裂の発生なし
○:伸び3mm以上7mm未満にて絶縁皮膜の割れや亀裂の発生なし
△:伸び2mm以上3mm未満にて絶縁皮膜の割れや亀裂の発生なし
×:伸び2mm未満にて絶縁皮膜の割れや亀裂の発生あり
[耐加工性(可とう性)]
長さ25cmの絶縁電線試料を30%伸長させ、エッジワイズ曲げ試験を行い、下記の基準で評価した(n=40)。
◎:亀裂の発生なし
○:亀裂発生率5%未満
△:亀裂発生率5%以上10%未満
×:亀裂発生率10%以上
[密着性]
絶縁皮膜と導体との180°剥離試験を行い、絶縁皮膜の密着力(g/mm)を測定した。
[耐摩耗性]
摩耗試験機を用いて、摩耗長さ4000m、荷重1.2kgの条件で、絶縁電線同士の往復摩耗試験を行い、下記の基準で評価した。
◎:皮膜残存率略100%
○:皮膜残存率80%以上
△:皮膜残存率50%以上80%以上
×:皮膜残存率50%未満
これらの測定結果を、各絶縁電線の構成、寸法等とともに、表2乃至表4に示す。
Figure 0005486646
Figure 0005486646
Figure 0005486646
表2乃至表4から明らかなように、実施例の絶縁電線は、耐加工性に優れ、かつ耐熱性および耐熱劣化性に優れている。
本発明の絶縁電線は、耐加工性に優れ、かつ耐熱性および耐熱劣化性にも著しく優れることから、小型化が要求されるコイルの形成に用いる絶縁電線として好適である。
10…平角導体、20…絶縁皮膜、21…第1の層、22…第2の層、23…第3の層。

Claims (7)

  1. 導体上に、密着性向上剤を含む第1のポリアミドイミドからなる第1の層と、この第1の層上に設けられた、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートとダイマー酸ジイソシアネートを合計10〜70モル%含むイソシアネート成分と酸成分を反応させて得られる第2のポリアミドイミドからなる第2の層と、この第2の層上に設けられたポリイミドからなる第3の層とからなる絶縁皮膜を具備することを特徴とする絶縁電線。
  2. 前記第1〜第3の層の厚みの前記絶縁皮膜全体の厚みに対する比率が、前記第1の層が10〜20%、前記第2の層が10〜75%、前記第3の層が10〜75%であることを特徴とする請求項1記載の絶縁電線。
  3. 前記第1〜第3の層の厚みの前記絶縁皮膜全体の厚みに対する比率が、前記第1の層が15〜20%、前記第2の層が55〜75%、前記第3の層が15〜30%であることを特徴とする請求項1記載の絶縁電線。
  4. 前記第2のポリアミドイミドのガラス転移点(Tg)が200〜270℃であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の絶縁電線。
  5. 前記絶縁皮膜全体の厚みが60〜200μmであることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の絶縁電線。
  6. 前記導体が、平角導体からなることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の絶縁電線。
  7. 前記平角導体は、幅2.0〜7.0mm、高さ0.7〜3.0mmの矩形状断面を有することを特徴とする請求項6記載の絶縁電線。
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