JP5842458B2 - ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料およびそれを用いた絶縁電線、並びにコイル - Google Patents
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Description
本発明は、マグネットワイヤなどの絶縁被覆に用いられるポリエステルイミド樹脂絶縁塗料に関し、特に、耐部分放電特性が改善されたポリエステルイミド樹脂系の絶縁被膜が得られるポリエステルイミド樹脂絶縁塗料及び当該塗料で絶縁被膜を形成した絶縁電線に関する。
モータやトランスなどの電気機器のコイルに用いられる絶縁電線で、Ｆ種以上の耐熱性が要求される用途については、一般に、ジアミン成分とトリカルボン酸無水物などの酸成分とを酸が過剰な状態となるように合成して得られるイミドジカルボン酸に、架橋成分であるアルコール成分を加えて形成したポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を用いて絶縁被膜を形成した絶縁電線が用いられている。また、上述したようなポリエステルイミド樹脂絶縁塗料で形成した絶縁被膜の上に、ポリアミドイミド樹脂系の絶縁被膜、あるいは自己潤滑性を有する絶縁被膜や自己融着性を有する絶縁被膜を形成した絶縁電線なども用いられている。これらのうち、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料及び当該絶縁塗料からなる絶縁被膜を有する絶縁電線は、高い耐熱性が得られる一方でコストを比較的低く抑えられるため、広範に使用されている。
特に、現在最も汎用的に用いられているポリエステルイミド樹脂絶縁塗料としては、イミドジカルボン酸に、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート（ＴＨＥＩＣ）からなるアルコール成分を加えてなるＴＨＥＩＣ変性ポリエステルイミドがある。ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料は、架橋成分として三官能のアルコール成分であるグリセリンや、ＴＨＥＩＣなどが導入されることで耐熱性や耐冷媒性などを向上させることができる。
一方、モータなどの電気機器のコイルを高効率化させるために、近年、モータなどがインバータ駆動されることが多くなっている。このようなインバータ駆動をする際、コイルに過大な電圧（インバータサージ電圧）が発生することで隣接する絶縁電線同士間などで部分放電が発生し、この部分放電によって絶縁被膜の劣化が起こり、絶縁破壊に至るケースが多くなっている。
この部分放電による絶縁被膜の劣化を低減する方法として、例えば、特許文献１では、導体と、導体を被覆する絶縁皮膜よりなる絶縁電線であって、絶縁皮膜が、ポリエステルイミドとポリエーテルスルホンとの混合樹脂を、塗布、焼き付けして形成された絶縁層を有する絶縁電線が提案されている。特許文献１によれば、ポリエステルイミドとポリエーテルスルホンとの混合樹脂を含む樹脂組成物を、塗布、焼き付けして絶縁層を形成させることにより、コロナ放電開始電圧（部分放電開始電圧）が高い（ピーク値で９４０Ｖ程度、実効値で６７０Ｖ程度）と共に、硬さ等の機械的強度や、耐熱性に優れた絶縁電線が得られるとされている。
最近では、電気機器の更なる高効率化・高出力化に伴い、コイルに対して絶縁電線の占積率の向上が更に要求されるとともに、モータの駆動電圧も上昇する傾向にあるため、絶縁電線に部分放電が発生する危険性は益々高くなってきている。そのため、絶縁電線に対して絶縁被覆の厚さを従来よりも厚くすることなく、部分放電開始電圧を更に向上させて（例えば、９８０Ｖｐ以上の部分放電開始電圧）、絶縁電線の周囲に部分放電を発生させないようにすることが求められている。ここで、部分放電発生電圧とは、市販の部分放電試装置で測定する値である。測定温度、用いる交流電圧の周波数、測定感度等は適宜変更するものであるが、上記の値は、２５℃、５０Ｈｚ、１０ｐＣにて測定して、部分放電が発生した電圧のピーク値である。
特許文献１に記載されている従来の絶縁電線では、部分放電開始電圧が十分でなく、また、絶縁層の厚さを厚くすることによって部分放電開始電圧を高くすることができると考えられるが、絶縁被覆全体の厚さも厚くなることになるため、占積率の向上を妨げる要因となる。
従って、本発明の目的は、上記の課題を解決し、従来と同等の絶縁被覆厚さを有しながら従来よりも高い部分放電開始電圧を有する絶縁被覆を形成しうるポリエステルイミド樹脂絶縁塗料、および当該絶縁塗料を塗布、焼き付けして形成した絶縁被膜を含む絶縁被覆を備える絶縁電線を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、導体と、前記導体を被覆する絶縁被覆とを有する絶縁電線において、前記絶縁被覆は、３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンを含むジアミン成分、および芳香族トリカルボン酸無水物を含む酸成分で形成されたイミドジカルボン酸と、アルコール成分とからなるポリエステルイミド樹脂絶縁塗料で形成された絶縁被膜を有し、前記絶縁被膜は、乾燥時における比誘電率、および吸湿時における比誘電率がともに３．５未満であることを特徴とする絶縁電線を提供する。
本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る絶縁電線において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（１）前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、ジアミン成分中に３０〜１００モル％の割合で含まれている。
（２）前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、ビス［４−（４−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］エーテル、フルオレンジアミン、４，４'−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンから選ばれる１種以上からなる。
（３）前記絶縁被覆は、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、Ｈ種ポリエステル樹脂から選ばれる１種以上の樹脂を主体とする樹脂層をさらに有する。
（１）前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、ジアミン成分中に３０〜１００モル％の割合で含まれている。
（２）前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、ビス［４−（４−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］エーテル、フルオレンジアミン、４，４'−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンから選ばれる１種以上からなる。
（３）前記絶縁被覆は、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、Ｈ種ポリエステル樹脂から選ばれる１種以上の樹脂を主体とする樹脂層をさらに有する。
また、本発明は、上記目的を達成するため、導体上に形成された絶縁被膜を有する絶縁電線の前記絶縁被膜を形成するためのポリエステルイミド樹脂絶縁塗料であって、３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンを含むジアミン成分、および芳香族トリカルボン酸無水物を含む酸成分で形成されたイミドジカルボン酸と、アルコール成分とからなり、前記絶縁被膜の乾燥時における比誘電率、および吸湿時における比誘電率がともに３．５未満であることを特徴とするポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を提供する。
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係るポリエステルイミド樹脂絶縁塗料において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（１）前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、ジアミン成分中に３０〜１００モル％の割合で含まれている。
（２）前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、ビス［４−（４−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］エーテル、フルオレンジアミン、４，４'−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンから選ばれる１種以上からなる。
（１）前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、ジアミン成分中に３０〜１００モル％の割合で含まれている。
（２）前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、ビス［４−（４−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］エーテル、フルオレンジアミン、４，４'−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンから選ばれる１種以上からなる。
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明の絶縁電線を用いて成形されてなることを特徴とするコイルを提供する。
本発明によれば、従来と同等の絶縁被覆厚さを有しながら従来よりも高い部分放電開始電圧を有する絶縁被覆を形成しうるポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を提供することができる。また、本発明によれば、当該絶縁塗料を塗布、焼き付けして形成した絶縁被膜を含む絶縁被覆を備え、従来と同等の絶縁被覆厚さを有しながら従来よりも高い部分放電開始電圧を有する絶縁電線を提供することができる。
以下に、本発明を実施するための形態について、図や実施例によって説明するが、本発明の範囲は、ここで取り上げた形態や実施例のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を変更しない範囲で、種々の変更や改良が可能である。
［ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料］
本発明のポリエステルイミド樹脂絶縁塗料は、導体上に塗布し、焼き付けられて形成された絶縁被膜を有する絶縁電線に使用するポリエステルイミド樹脂絶縁塗料であり、塗布、焼き付けにより形成された絶縁被膜の乾燥時における比誘電率、および吸湿時における比誘電率がともに３．５未満である。このようなポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を塗布、焼き付けして絶縁被膜を形成した絶縁被膜を有することにより、絶縁被覆の厚さを従来よりも厚くすることなく、部分放電開始電圧を更に向上させて（例えば、９８０Ｖｐ以上の部分放電開始電圧）、部分放電を発生させないようにすることができる。すなわち、従来と同等の絶縁被覆厚さを有しながら従来よりも高い部分放電開始電圧を有する絶縁電線を提供することができる。なお、上述した場合に加えて、絶縁被膜の吸湿時における比誘電率（ε１）と乾燥時における比誘電率（ε２）との差の割合が２％未満（（ε１−ε２）／（ε１）×１００＜２．０［％］）であることにより、高い部分放電開始電圧をより効果的に得ることができる。
本発明のポリエステルイミド樹脂絶縁塗料は、導体上に塗布し、焼き付けられて形成された絶縁被膜を有する絶縁電線に使用するポリエステルイミド樹脂絶縁塗料であり、塗布、焼き付けにより形成された絶縁被膜の乾燥時における比誘電率、および吸湿時における比誘電率がともに３．５未満である。このようなポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を塗布、焼き付けして絶縁被膜を形成した絶縁被膜を有することにより、絶縁被覆の厚さを従来よりも厚くすることなく、部分放電開始電圧を更に向上させて（例えば、９８０Ｖｐ以上の部分放電開始電圧）、部分放電を発生させないようにすることができる。すなわち、従来と同等の絶縁被覆厚さを有しながら従来よりも高い部分放電開始電圧を有する絶縁電線を提供することができる。なお、上述した場合に加えて、絶縁被膜の吸湿時における比誘電率（ε１）と乾燥時における比誘電率（ε２）との差の割合が２％未満（（ε１−ε２）／（ε１）×１００＜２．０［％］）であることにより、高い部分放電開始電圧をより効果的に得ることができる。
このような絶縁被膜が得られるポリエステルイミド樹脂絶縁塗料としては、例えば、３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンを含むジアミン成分、およびトリカルボン酸無水物を含む酸成分を合成して得られるイミドジカルボン酸と、アルコール成分とを反応させてエステル化してなるものが挙げられる。また、ジアミン成分、酸成分、アルコール成分などの原料を一括して投入してイミドジカルボン酸と、アルコール成分との反応を行う方法も挙げられる。なお、イミド化成分以外のポリエステル成分を予め反応させたのち、イミド酸成分を添加してイミド化する方法もあるが、この方法で得られたポリエステルイミド樹脂絶縁塗料では、耐熱性を維持したままで乾燥時および吸湿時の比誘電率がともに３．５未満である絶縁被膜を得られにくい場合がある。
（ジアミン成分）
ジアミン成分としては、耐熱性を維持しつつ、絶縁被膜の乾燥時における比誘電率および吸湿時における比誘電率を低下させるために、３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンを含むジアミン成分を用いる。３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンとしては、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン（ＢＡＰＰ）、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン（ＢＡＰＳ）、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］エーテル（ＢＡＰＥ）、フルオレンジアミン（ＦＤＡ）、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル（ＢＡＰＢ）、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン等があり、これらの異性体も含まれる。これらの芳香族ジアミンを１種以上用いることができる。
ジアミン成分としては、耐熱性を維持しつつ、絶縁被膜の乾燥時における比誘電率および吸湿時における比誘電率を低下させるために、３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンを含むジアミン成分を用いる。３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンとしては、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン（ＢＡＰＰ）、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン（ＢＡＰＳ）、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］エーテル（ＢＡＰＥ）、フルオレンジアミン（ＦＤＡ）、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル（ＢＡＰＢ）、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン等があり、これらの異性体も含まれる。これらの芳香族ジアミンを１種以上用いることができる。
また、ジアミン成分には、３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンとともに、４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＤＡＭ）や４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）などの芳香族ジアミンが併用できるが、特にこれらの芳香族ジアミンに限定されない。また、脂環構造を有する原料を併用すると比誘電率の低減や樹脂組成物の透明性向上に効果が期待されるため、耐熱性の低下を招くおそれのない範囲で配合量や化学構造を適宜調整し、併用しても良い。
なお、３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、ジアミン成分中に３０〜１００モル％の割合で含まれていることが好ましい。
（酸成分）
酸成分としては、トリメリット酸無水物（ＴＭＡ）、３，４，４’−ベンゾフェノントリカルボン酸無水物、３，４，４’−ビフェニルトリカルボン酸無水物などのトリカルボン酸無水物を必須に含む酸成分からなる。そのうち、トリメリット酸無水物が好ましい。
酸成分としては、トリメリット酸無水物（ＴＭＡ）、３，４，４’−ベンゾフェノントリカルボン酸無水物、３，４，４’−ビフェニルトリカルボン酸無水物などのトリカルボン酸無水物を必須に含む酸成分からなる。そのうち、トリメリット酸無水物が好ましい。
また、酸成分には、トリカルボン酸無水物とともに、テトラカルボン酸二無水物を併用することもできる。テトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）、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）、３，３’，４，４’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物が挙げられる。
また、必要に応じて、ブタンテトラカルボン酸二無水物や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、或いは上記例示した芳香族テトラカルボン酸二無水物を水添した脂環式テトラカルボン酸二無水物等を、トリカルボン酸無水物と併用しても良い。但し、この場合、末端がジカルボン酸となるように、モル比の調整が必要である。
また、トリカルボン酸無水物とともに、ジカルボン酸を併用してもよい。このジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸（ＴＰＡ）、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸、またはそれらのアルキルエステルであるジメチルテレフタレート（ＤＭＴ）、ジメチルイソフタレート等を用いることができる。そのうち、ジメチルテレフタレートが好ましい。なお、場合によってはシック酸などのイソシアヌレート環を有するトリカルボン酸やトリメシン酸などの芳香族トリカルボン酸などを使用しても良い。
（アルコール成分）
アルコール成分としては、多価アルコールが好ましく、例えば、エチレングリコール（ＥＧ）、ネオペンチルグリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，６−シクロヘキサンジメタノール等の２価アルコール、グリセリン（Ｇ）、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の３価以上のアルコール、イソシアヌレート環を有するアルコール等が挙げられる。イソシアヌレート環を有するアルコールとしては、トリス（ヒドロキシメチル）イソシアヌレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート（ＴＨＥＩＣ）、トリス（３−ヒドロキシプロピル）イソシアヌレート等が挙げられる。
アルコール成分としては、多価アルコールが好ましく、例えば、エチレングリコール（ＥＧ）、ネオペンチルグリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，６−シクロヘキサンジメタノール等の２価アルコール、グリセリン（Ｇ）、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の３価以上のアルコール、イソシアヌレート環を有するアルコール等が挙げられる。イソシアヌレート環を有するアルコールとしては、トリス（ヒドロキシメチル）イソシアヌレート、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート（ＴＨＥＩＣ）、トリス（３−ヒドロキシプロピル）イソシアヌレート等が挙げられる。
［ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料の合成方法］
ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料は、分子中にエステル結合とイミド結合を有する樹脂であり、アルコールとイミドジカルボン酸との反応から形成される。その酸成分とジアミン成分から形成されるイミドジカルボン酸を、一部または適した量のアルコール成分を用いてエステル化したものがポリエステルイミド樹脂である。
ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料は、分子中にエステル結合とイミド結合を有する樹脂であり、アルコールとイミドジカルボン酸との反応から形成される。その酸成分とジアミン成分から形成されるイミドジカルボン酸を、一部または適した量のアルコール成分を用いてエステル化したものがポリエステルイミド樹脂である。
ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料の合成方法は、例えば、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン（ＢＡＰＰ）などからなる３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンを含むジアミン成分と、トリメリット酸無水物（ＴＭＡ）などからなるトリカルボン酸無水物を含む酸成分とを反応させることにより、イミドジカルボン酸を得る。この得られたイミドジカルボン酸に、トリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート（ＴＨＥＩＣ）やエチレングリコール（ＥＧ）などからなるアルコール成分を反応させてエステル化することで、本発明のポリエステルイミド樹脂絶縁塗料が得られる。
なお、イミドジカルボン酸とアルコール成分との合成反応は、ジアミン成分と酸成分とを一旦、反応させる第１反応工程の後、第２反応工程として第１反応工程で得られたイミドジカルボン酸にアルコール成分を加えて反応させる方法、或いは、攪拌機、還流冷却管、窒素流入管、温度計を備えたフラスコに、ジアミン成分、酸成分、およびアルコール成分の各成分を一度に投入してジアミン成分および酸成分からなるイミドジカルボン酸とアルコール成分とを反応させる方法がある。
また、イミドジカルボン酸とアルコール成分とを反応させる際には、絶縁被覆の諸特性のバランスを考慮して、アルコール成分と酸成分のモル比率（ＯＨ／ＣＯＯＨ）が、１．２〜２．５にすることが望ましく、１．５〜２．３にすることがなお望ましい。
また、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料の合成反応時において、合成系内の制御が容易という点からクレゾールなどのフェノール類からなる有機溶剤や、プロピレンカーボネートとフェノール類との混合溶剤などの有機溶剤の存在下で合成することが好ましい。また必要に応じ、芳香族アルキルベンゼン類で希釈しても良い。このような合成で得られるポリエステルイミド樹脂絶縁塗料は、合成系内の制御が容易であるため、ポリエステルイミド樹脂の溶解性が良く、安定した特性を有する。そして、このようなポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を用いて形成された絶縁皮膜は、上述したような規定範囲内の比誘電率を安定して有することができるため、所望の部分放電開始電圧を再現性よく得られる。
また、可とう性や耐摩耗性等の諸特性の改善のために、フェノール樹脂やキシレン樹脂、ブロックイソシアネート、また場合によっては、密着性向上などの目的で、銅導体との錯体を形成するＳやＮが含まれるチオール化合物やメラミン、テトラゾールなどを必要に応じて添加しても良い。
また、イミドジカルボン酸とアルコール成分とを反応させる際に、必要に応じて硬化触媒や有機酸金属塩を用いても良い。硬化触媒としては、テトラブチルチタネート（ＴＢＴ）、テトラプロピルチタネート（ＴＰＴ）及びその重合体等のチタン系アルコキシドが好ましく用いられる。チタン以外の金属アルコキシドでもよい。有機酸金属塩としては、マンガン系、亜鉛系などを諸特性改善のため用いても良い。
さらに、本発明の目的が阻害されない範囲で、顔料、染料、無機又は有機のフィラー、潤滑剤、酸化防止剤、レべリング剤等の各種添加剤が含有されていてもよい。
［絶縁電線］
本発明の絶縁電線は、図１、図２に示すように導体１上に、又は導体上に形成された他の樹脂層上に、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を塗布、焼き付けしてなる絶縁被膜２が形成された絶縁被覆を有する絶縁電線１０であり、この絶縁被膜２が、乾燥時における比誘電率、および吸湿時における比誘電率がともに３．５未満である。好ましくは、絶縁被膜２の吸湿時における比誘電率（ε１）と乾燥時における比誘電率（ε２）との差の割合が２％未満（（ε１−ε２）／（ε１）×１００＜２．０［％］）であるとよい。
本発明の絶縁電線は、図１、図２に示すように導体１上に、又は導体上に形成された他の樹脂層上に、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を塗布、焼き付けしてなる絶縁被膜２が形成された絶縁被覆を有する絶縁電線１０であり、この絶縁被膜２が、乾燥時における比誘電率、および吸湿時における比誘電率がともに３．５未満である。好ましくは、絶縁被膜２の吸湿時における比誘電率（ε１）と乾燥時における比誘電率（ε２）との差の割合が２％未満（（ε１−ε２）／（ε１）×１００＜２．０［％］）であるとよい。
ここで、比誘電率とは、絶縁電線の表面に金属電極を蒸着し、導体と金属電極との間の静電容量を、市販のインピーダンスアナライザを用いて測定（周波数：１ｋＨｚ）し、測定して得られた静電容量（Ｃ）、金属電極の長さ（Ｌ）、絶縁電線の外径（Ｄ）、導体の外径（ｄ）、および真空の誘電率（ε0）から下記式（１）により算出して得られるものである。
εs＝（Ｃ／２πε0）×ｌｎ（Ｄ／ｄ）×（１／Ｌ） ・・・ （式１）
また、乾燥時における比誘電率とは、絶縁電線を温度１００℃の恒温槽中に５０時間放置した後、その恒温槽内で上述した測定方法により測定した静電容量に基づいて算出して得られる比誘電率であり、吸湿時における比誘電率は、温度２５℃、湿度５０％ＲＨの恒温恒湿槽中に５０時間放置した後、その恒温恒湿槽内で上述した測定方法により測定した静電容量に基づいて算出して得られる比誘電率である。
εs＝（Ｃ／２πε0）×ｌｎ（Ｄ／ｄ）×（１／Ｌ） ・・・ （式１）
また、乾燥時における比誘電率とは、絶縁電線を温度１００℃の恒温槽中に５０時間放置した後、その恒温槽内で上述した測定方法により測定した静電容量に基づいて算出して得られる比誘電率であり、吸湿時における比誘電率は、温度２５℃、湿度５０％ＲＨの恒温恒湿槽中に５０時間放置した後、その恒温恒湿槽内で上述した測定方法により測定した静電容量に基づいて算出して得られる比誘電率である。
本発明の絶縁電線において、導体１としては、低酸素銅や無酸素銅等からなる銅線、銅合金線の他、銀等の他の金属線等も用いられる。また、導体１の断面形状は、特に限定されないが、例えば図１、図２に示されるような円形状、四角形状（４隅が湾曲したものも含む）からなる断面形状を有するものが用いられる。
絶縁被覆としては、絶縁被膜２の下層、又は上層に、他の樹脂層を有してもよい。例えば、導体１と絶縁被膜２との密着性の改善や、絶縁被覆の表面の潤滑性の改善等を目的として、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、Ｈ種ポリエステル樹脂から選ばれる１種以上の樹脂を主体とする樹脂層を絶縁被膜２の下層、又は上層に設けてもよい。
［ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料の調製］
実施例、及び比較例に係る絶縁電線を作製するにあたり、以下に示す方法によって、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を調製した。
実施例、及び比較例に係る絶縁電線を作製するにあたり、以下に示す方法によって、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を調製した。
攪拌機、還流冷却管、窒素流入管、温度計を備えたフラスコに実施例１〜６、及び比較例１、２に示す原料及び溶剤を一度に投入し、窒素雰囲気中で攪拌しながら約１時間で１７０℃昇温し３時間反応させ、その後２２０℃に更に昇温し８時間反応させた。この樹脂溶液を適宜希釈し、硬化剤（ＴＢＴ）及びフェノール樹脂を添加し、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を作製した。
［絶縁電線の作製］
実施例１〜実施例６、および比較例１、２に係る絶縁電線は、上述の調製で得られたポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を、０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして絶縁被膜を形成することにより得た。
実施例１〜実施例６、および比較例１、２に係る絶縁電線は、上述の調製で得られたポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を、０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして絶縁被膜を形成することにより得た。
（実施例１）
ジアミン成分として１３６．２ｇの４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル（ＢＡＰＢ）と、酸成分として９５．１ｇのジメチルテレフタレート（ＤＭＴ）、および１４２．１ｇのトリメリット酸無水物（ＴＭＡ）と、アルコール成分として１５６．６ｇのトリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート（ＴＨＥＩＣ）、および４９．６ｇのエチレングリコール（ＥＧ）を投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４５μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
ジアミン成分として１３６．２ｇの４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル（ＢＡＰＢ）と、酸成分として９５．１ｇのジメチルテレフタレート（ＤＭＴ）、および１４２．１ｇのトリメリット酸無水物（ＴＭＡ）と、アルコール成分として１５６．６ｇのトリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート（ＴＨＥＩＣ）、および４９．６ｇのエチレングリコール（ＥＧ）を投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４５μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
（実施例２）
ジアミン成分として１４２．１ｇのビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］エーテル（ＢＡＰＥ）と酸成分として９５．１ｇのＤＭＴ、および１４２．１ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１５６．６ｇのＴＨＥＩＣ、および４９．６ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４５μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
ジアミン成分として１４２．１ｇのビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］エーテル（ＢＡＰＥ）と酸成分として９５．１ｇのＤＭＴ、および１４２．１ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１５６．６ｇのＴＨＥＩＣ、および４９．６ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４５μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
（実施例３）
ジアミン成分として９９．８ｇのＢＡＰＥと、酸成分として１３３．９ｇのＤＭＴ、および９９．８ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１５６．６ｇのＴＨＥＩＣ、および５７．７ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４６μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
ジアミン成分として９９．８ｇのＢＡＰＥと、酸成分として１３３．９ｇのＤＭＴ、および９９．８ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１５６．６ｇのＴＨＥＩＣ、および５７．７ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４６μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
（実施例４）
ジアミン成分として１７６．６ｇのＢＡＰＥと、酸成分として５８．２ｇのＤＭＴ、および１７６．６ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１１２．２ｇのＴＨＥＩＣ、および５５．２ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４５μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
ジアミン成分として１７６．６ｇのＢＡＰＥと、酸成分として５８．２ｇのＤＭＴ、および１７６．６ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１１２．２ｇのＴＨＥＩＣ、および５５．２ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４５μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
（実施例５）
ジアミン成分として１５１．７ｇの２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン（ＢＡＰＰ）と、酸成分として９５．１ｇのＤＭＴ、および１４２．１ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１５６．６ｇのＴＨＥＩＣ、および４９．６ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４６μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
ジアミン成分として１５１．７ｇの２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン（ＢＡＰＰ）と、酸成分として９５．１ｇのＤＭＴ、および１４２．１ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１５６．６ｇのＴＨＥＩＣ、および４９．６ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４６μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
（実施例６）
ジアミン成分として２４１．９ｇのＢＡＰＰと、酸成分として７５．７ｇのＤＭＴ、１１３．３ｇのＴＭＡ、および９１．５ｇの４，４’−オキシジフタル酸二無水物（ＯＤＰＡ）と、アルコール成分として５２．２ｇのＴＨＥＩＣ、２６．７ｇのグリセリン（Ｇ）、および３９．７ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４５μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
ジアミン成分として２４１．９ｇのＢＡＰＰと、酸成分として７５．７ｇのＤＭＴ、１１３．３ｇのＴＭＡ、および９１．５ｇの４，４’−オキシジフタル酸二無水物（ＯＤＰＡ）と、アルコール成分として５２．２ｇのＴＨＥＩＣ、２６．７ｇのグリセリン（Ｇ）、および３９．７ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４５μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
（比較例１）
ジアミン成分として７３．３ｇの４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＤＡＭ）と、酸成分として１０８．６ｇのＤＭＴ、および１４２．１ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１７４．９ｇのＴＨＥＩＣ、および４１．５ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４６μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
ジアミン成分として７３．３ｇの４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＤＡＭ）と、酸成分として１０８．６ｇのＤＭＴ、および１４２．１ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１７４．９ｇのＴＨＥＩＣ、および４１．５ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４６μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
（比較例２）
ジアミン成分として５１．５ｇのＤＡＭと、酸成分として１３３．９ｇのＤＭＴ、および９９．８ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１５６．６ｇのＴＨＥＩＣ、および５８．３ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４５μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
ジアミン成分として５１．５ｇのＤＡＭと、酸成分として１３３．９ｇのＤＭＴ、および９９．８ｇのＴＭＡと、アルコール成分として１５６．６ｇのＴＨＥＩＣ、および５８．３ｇのＥＧを投入し、合成を行い、ポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を得た。このポリエステルイミド樹脂絶縁塗料を０．８ｍｍの銅導体上に塗布、焼付けして厚さ４５μｍの絶縁被膜を形成することにより絶縁電線を得た。
実施例１〜６、および比較例１、２におけるポリエステルイミド樹脂絶縁塗料の原料組成、並びに絶縁電線の特性について、表１に示す。
なお、絶縁電線の一般特性（寸法、可とう性、耐摩耗性、耐熱性、耐軟化温度）については、ＪＩＳ Ｃ ３００３に準拠した方法で測定した。
（部分放電開始電圧の測定方法）
また、部分放電開始電圧は、得られた絶縁電線を温度２５℃、湿度５０％ＲＨの恒温恒湿槽中に配置し、５０時間放置した後、市販の部分放電試装置を用いて温度２５℃ 、周波数５０Ｈｚ 、検出感度１０ｐＣの測定条件で、部分放電が発生した電圧のピーク値を測定した。
また、部分放電開始電圧は、得られた絶縁電線を温度２５℃、湿度５０％ＲＨの恒温恒湿槽中に配置し、５０時間放置した後、市販の部分放電試装置を用いて温度２５℃ 、周波数５０Ｈｚ 、検出感度１０ｐＣの測定条件で、部分放電が発生した電圧のピーク値を測定した。
（比誘電率の測定方法）
また、乾燥時における比誘電率（εs）は、得られた絶縁電線を温度１００℃の恒温槽中に５０時間放置した後、その恒温槽内で絶縁電線の表面に金属電極を蒸着し、導体と金属電極との間の静電容量を、市販のインピーダンスアナライザを用いて測定（周波数：１ｋＨｚ）し、測定して得られた静電容量（Ｃ）、金属電極の長さ（Ｌ）、絶縁電線の外径（Ｄ）、導体の外径（ｄ）、および真空の誘電率（ε0）から下記式（１）により算出した。
εs＝（Ｃ／２πε0）×ｌｎ（Ｄ／ｄ）×（１／Ｌ） ・・・ （式１）
また、吸湿時における比誘電率（εs）は、温度２５℃、湿度５０％ＲＨの恒温恒湿槽中に５０時間放置した後、その恒温恒湿槽内で乾燥時における比誘電率と同様の測定方法により静電容量を測定し、測定して得られた静電容量（Ｃ）、金属電極の長さ（Ｌ）、絶縁電線の外径（Ｄ）、導体の外径（ｄ）、および真空の誘電率（ε0）から下記式（１）により算出した。
εs＝（Ｃ／２πε0）×ｌｎ（Ｄ／ｄ）×（１／Ｌ） ・・・ （式１）
また、乾燥時における比誘電率（εs）は、得られた絶縁電線を温度１００℃の恒温槽中に５０時間放置した後、その恒温槽内で絶縁電線の表面に金属電極を蒸着し、導体と金属電極との間の静電容量を、市販のインピーダンスアナライザを用いて測定（周波数：１ｋＨｚ）し、測定して得られた静電容量（Ｃ）、金属電極の長さ（Ｌ）、絶縁電線の外径（Ｄ）、導体の外径（ｄ）、および真空の誘電率（ε0）から下記式（１）により算出した。
εs＝（Ｃ／２πε0）×ｌｎ（Ｄ／ｄ）×（１／Ｌ） ・・・ （式１）
また、吸湿時における比誘電率（εs）は、温度２５℃、湿度５０％ＲＨの恒温恒湿槽中に５０時間放置した後、その恒温恒湿槽内で乾燥時における比誘電率と同様の測定方法により静電容量を測定し、測定して得られた静電容量（Ｃ）、金属電極の長さ（Ｌ）、絶縁電線の外径（Ｄ）、導体の外径（ｄ）、および真空の誘電率（ε0）から下記式（１）により算出した。
εs＝（Ｃ／２πε0）×ｌｎ（Ｄ／ｄ）×（１／Ｌ） ・・・ （式１）
絶縁被膜の乾燥時における比誘電率、および吸湿時における比誘電率がともに３．５未満である実施例１〜６の絶縁電線では、表１に示す結果から明らかなように、いずれも従来と同等の絶縁被覆厚さで、９８０Ｖｐ以上の高い部分放電開始電圧を有していることが判る。また、実施例１〜６の絶縁電線では、従来の絶縁電線と同等レベルの一般特性を有していた。一方、絶縁被膜の乾燥時における比誘電率、および吸湿時における比誘電率がともに３．５以上である比較例１、２の絶縁電線では、いずれも従来と同等の絶縁被覆厚さで部分放電開始電圧が低い（９８０Ｖｐ以上の高い部分放電開始電圧が得られない）ことが判る。
１ 導体
２ 絶縁被膜
１０ 絶縁電線
２ 絶縁被膜
１０ 絶縁電線
Claims (8)
- 導体と、前記導体を被覆する絶縁被覆とを有する絶縁電線において、前記絶縁被覆は、
３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンを含むジアミン成分、および芳香族トリカルボン酸無水物を含む酸成分で形成されたイミドジカルボン酸と、アルコール成分とからなるポリエステルイミド樹脂絶縁塗料で形成された絶縁被膜を有し、前記絶縁被膜は、乾燥時における比誘電率、および吸湿時における比誘電率がともに３．５未満であることを特徴とする絶縁電線。 - 前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、ジアミン成分中に３０〜１００モル％の割合で含まれている請求項１に記載の絶縁電線。
- 前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、ビス［４−（４−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］エーテル、フルオレンジアミン、４，４'−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンから選ばれる１種以上からなる請求項１又は２に記載の絶縁電線。
- 前記絶縁被覆は、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、Ｈ種ポリエステル樹脂から選ばれる１種以上の樹脂を主体とする樹脂層をさらに有する請求項１〜３のいずれかに記載の絶縁電線。
- 導体上に形成された絶縁被膜を有する絶縁電線の前記絶縁被膜を形成するためのポリエステルイミド樹脂絶縁塗料であって、３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンを含むジアミン成分、および芳香族トリカルボン酸無水物を含む酸成分で形成されたイミドジカルボン酸と、アルコール成分とからなり、前記絶縁被膜の乾燥時における比誘電率、および吸湿時における被誘電率がともに３．５未満であることを特徴とするポリエステルイミド樹脂絶縁塗料。
- 前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、ジアミン成分中に３０〜１００モル％の割合で含まれている請求項５に記載のポリエステルイミド樹脂絶縁塗料。
- 前記３つ以上の芳香環を有する芳香族ジアミンは、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、ビス［４−（４−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］エーテル、フルオレンジアミン、４，４'−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼンから選ばれる１種以上からなる請求項５又は６に記載のポリエステルイミド樹脂絶縁塗料。
- 請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁電線を用いて成形されてなることを特徴とするコイル。
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