JP5990233B2 - 絶縁電線 - Google Patents

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、コイルの軽量化を図るべく、導体を従来の銅から軽量のアルミニウムに置き換えた平角エナメル線に対する要望が高まっている。

しかし、アルミニウムは空気中で瞬時に酸化されるため、アルミニウム導体の表面には酸化膜が存在する。また、アルミニウムは銅に比べ融点が低いため、絶縁塗料焼き付け時の温度が制限される。これらの理由等から、アルミニウム導体を用いたエナメル線は、銅導体を用いたエナメル線に比べ、導体と絶縁皮膜との密着性に乏しく、耐加工性が低下するという問題があった。特に、近年、低誘電率の観点から注目されているポリイミド系樹脂ワニスを絶縁皮膜材料として使用した場合、密着性、耐加工性の低下が顕著であった。

特許第５４０５６９６号公報 特開２０１４−４９３７７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、アルミ導体上に密着性の良いポリイミド樹脂からなる絶縁皮膜を備えた絶縁電線を提供することを目的とする。

本発明は、以下の［１］〜［７］の構成を有する絶縁電線を提供する。
［１］アルミ導体上に、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物５０〜９０モル％、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ニ無水物５〜２０モル％および無水ピロメリット酸５〜４０モル％からなる酸成分と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを含むジアミン成分を反応させて得られる第１のポリイミドからなる第１の絶縁皮膜を具備することを特徴とする絶縁電線。
［２］前記酸成分が、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物６０〜７０モル％、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ニ無水物１０〜１５モル％および無水ピロメリット酸２５〜３０モル％からなることを特徴とする［１］の絶縁電線。
［３］前記第１のポリイミドのガラス転移点（Ｔｇ）が２５０〜３５０℃であることを特徴とする［１］または［２］の絶縁電線。
［４］前記第１の絶縁皮膜の厚みが１０〜２００μｍであることを特徴とする［１］乃至［３］のいずれかの絶縁電線。
［５］前記第１の絶縁皮膜上に、第２のポリイミドからなる第２の絶縁皮膜を具備することを特徴とする［１］乃至［４］のいずれかの絶縁電線。
［６］前記導体が、平角導体からなることを特徴とする［１］乃至［５］のいずれかの絶縁電線。
［７］前記平角導体は、幅２．０〜７．０ｍｍ、厚さ０．７〜３．０ｍｍの矩形状断面を有することを特徴とする［６］の絶縁電線。

本発明によれば、アルミニウム導体上に密着性の良いポリイミド樹脂からなる絶縁皮膜を備えた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上に形成された絶縁皮膜（第１の絶縁皮膜）１２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、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミ線から構成される。アルミ線は、その表面が他の金属で被覆されていてもよい。被覆するために使用される材料としては、錫、亜鉛、ニッケル、銀、銅等が挙げられる。また、アルミ線は、その表面にコロナ処理等の表面処理が施されていてもよい。本明細書においては、特に断らない限り、このような表面に被覆や表面処理が施されたものも含め「アルミ線」と称する。また、このような「アルミ線」からなる「平角導体」を、特に断らない限り、以下、「平角アルミ導体」と称する。

平角アルミ導体１０の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。

第１の絶縁皮膜１２は、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物（ＢＰＤＡ）５０〜９０モル％、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ニ無水物（ＢＴＤＡ）５〜２０モル％および無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）５〜４０モル％からなる酸成分と、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）を含むジアミン成分とを反応させて得られるポリイミドからなる層であり、このようなポリイミドを含む樹脂ワニスを平角アルミ導体１０上に塗布し焼き付けることによって形成される。

以下、第１の絶縁皮膜１２の形成に使用されるポリイミド樹脂ワニスについて説明する。

このポリイミド樹脂ワニスは、酸成分として、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物と、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ニ無水物と、無水ピロメリット酸とを使用する。これらの各成分の割合は、酸成分全体に対して、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物が５０〜９０モル％、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ニ無水物が５〜２０モル％、無水ピロメリット酸が５〜４０モル％である。この範囲であれば、絶縁皮膜に優れた耐環境雰囲気性、耐加工性を付与することができる。各成分の割合は、酸成分全体に対して、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物が６０〜７０モル％、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ニ無水物が１０〜１５モル％、無水ピロメリット酸が２５〜３０モル％であることが好ましい。

また、上記酸成分と反応させるジアミン成分として、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを使用する。本発明の目的のためには、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルは、ジアミン成分全体の８０モル％以上であることが好ましく、９０モル％以上であることがより好ましい。ジアミン成分としては、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを単独で使用することが特に好ましい。

なお、他のジアミン成分を併用する場合、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の使用が好ましい。

上記酸成分とジアミン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。

酸成分とジアミン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１の絶縁皮膜１２を構成するポリイミドは、ガラス転移点（Ｔｇ）が２５０〜３５０℃であることが好ましく、２６０〜２９０℃であることがより好ましい。ガラス転移点（Ｔｇ）が２５０℃未満では、高温環境下にて変形するおそれがあり、また、３５０℃を超えると、平角アルミ導体１０に対する密着性が低下するおそれがある。

第１の絶縁皮膜１２は、上記ポリイミド樹脂ワニスを平角アルミ導体１０上に塗布し焼き付けることにより形成される。ポリイミド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、ポリイミド樹脂ワニスを収容した槽に平角アルミ導体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の絶縁皮膜１２の厚さ（ｔ）は、特に限定されるものではなく、用途等に応じて適宜定められてよいが、第１の絶縁皮膜の厚さが１０μｍ未満では、電気絶縁性が不十分となるおそれがあり、２００μｍを超えると、第１の絶縁皮膜１２が厚くなりすぎてコイルの小型化が困難になる。したがって、第１の絶縁皮膜１２の厚さは、１０〜２００μｍが好ましい。また、良好な電気絶縁性を確保しつつコイルの小型化を容易に図るためには、第１の絶縁皮膜１２の厚さは、４０〜１６０μmが特に好ましい。

本実施形態の平角エナメル線においては、平角アルミ導体１０上に、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物５０〜９０モル％、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ニ無水物５〜２０モル％および無水ピロメリット酸５〜４０モル％からなる酸成分と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを含むジアミン成分を反応させて得られるポリイミドからなる第１の絶縁皮膜１２を備えている。この第１の絶縁皮膜１２は平角アルミ導体１０に対する密着性に優れるとともに、その優れた密着性は熱劣化後も維持される。したがって、平角エナメル線は、平角アルミ導体上に密着性に優れたポリイミドからなる絶縁皮膜を具備することができる。

また、第１の絶縁皮膜１２は、ポリイミド本来の優れた絶縁特性、電気特性、耐熱性、機械的強度等を有している。したがって、平角エナメル線は、絶縁特性、電気特性、耐熱性、機械的強度等にも優れた絶縁皮膜を具備することができる。

なお、図示は省略したが、本実施形態においては、第１の絶縁皮膜上に、必要に応じて１乃至複数の他の絶縁皮膜をさらに設けるようにしてもよい。具体的には、例えば、耐熱性や耐加工性向上の目的で、第１の絶縁皮膜上に、第１のポリイミドと異なる第２のポリイミドからなる第２の絶縁皮膜を設けることができる。第２のポリイミドは、従来よりこの種の用途に使用されているものであれば特に制限なく使用することができる。その具体例としては、例えば、下記式（１）で示される繰り返し単位を有するポリイミドが挙げられる。

他の絶縁皮膜には、上記のようなポリイミドに限らず、ポリアミドイミドやポリエステルイミド等も使用できる。耐熱性、部分放電特性の点からは、ポリイミドが好ましい。

他の絶縁皮膜を設ける場合、その膜厚は、第１の絶縁皮膜との総厚で１５〜２００μｍの範囲になるようにすることが好ましい。総厚が１５μｍ未満では、密着性が低下し、総厚が２００μｍを超えるとコイルの小型化が困難になる。

以上、本発明の一実施形態およびその変形例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形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、絶縁特性や耐熱性等のポリイミド本来の優れた特性を有しながら、アルミ導体との密着性にも優れる絶縁皮膜を具備することができることから、従来の銅導体上にポリイミドからなる絶縁皮膜を備えた絶縁電線の代替として、モータ、発電機、リアクトル、トランス等のコイル材料として広く用いることができ、それらの機器の軽量化を図ることができる。

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。なお、例３〜７、１２、１３、１６〜２１が実施例であり、その他の例が比較例である。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、酸成分として３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物（ＢＰＤＡ）０．４０モル、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ニ無水物（ＢＴＤＡ）０．１５モル、および無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）０．４５モル、ジアミン成分として４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）１．０２モルを投入した。溶媒としてＮ−メチル−２−ピロリドンを酸、ジアミン成分の合計１００部に対し、４００部投入し、窒素雰囲気下で攪拌しながら２時間反応させた後、樹脂分２０質量％のポリイミド樹脂ワニス（Ｗ−１）を得た。

（調製例２〜１２）
調製例１と同様の方法で、表１に示す通り、酸成分の比率を変更して、ポリイミド樹脂ワニス（Ｗ−２）〜（Ｗ−１１）を得た。
また、上記ポリイミド樹脂ワニスとは別に汎用のポリイミド樹脂ワニス（東レ（株）製のトレニース＃３０００；Ｗ−１２）を用意した。

［絶縁電線の製造・評価］
（例１）
厚さ１．９ｍｍ、幅３．０ｍｍの平角アルミ導体上に、上記表１に示すポリイミド樹脂ワニス（Ｗ−１）を塗布し焼付けて１００μｍ厚の皮膜（第１の絶縁皮膜）を形成し、絶縁電線を得た。

（例２〜１１、１４〜１５）
平角導体の種類および第１の絶縁皮膜の形成に使用するポリイミド樹脂ワニスの種類の少なくとも１つの条件を変えた以外は、例１と同様にして絶縁電線を得た。

（例１２、１３）
厚さ１．９ｍｍ、幅３．０ｍｍの平角アルミ導体上に、上記表１に示すポリイミド樹脂ワニス（Ｗ−５）を塗布し焼付けて皮膜（第１の絶縁皮膜）を形成し、次いで、この皮膜上に、汎用のポリイミド樹脂ワニスである上記表１に示すポリイミド樹脂ワニス（Ｗ−１３）を塗布し焼付けて皮膜（第２の絶縁皮膜）を形成し、総厚１００μｍの皮膜を備えた絶縁電線を得た。

得られた例１〜１５の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各皮膜（第１の絶縁皮膜および第２の絶縁皮膜）を構成する材料のガラス転移点（Ｔｇ）を測定した。
［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（単位：ｇ／ｍｍ）を測定した。
［耐加工性］
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

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、３に示す。

表２、３から明らかなように、例３〜７、１２、１３（実施例）の絶縁電線では、平角アルミ導体と絶縁皮膜との間の密着性に優れており、また耐加工性の評価試験の結果も良好であった。

（例１６〜２１）
第１の絶縁皮膜の厚みを変えた以外は、例４と同様にして絶縁電線を得た。

得られた例１６〜２１の各絶縁電線について、上述した方法で「ガラス転移点（Ｔｇ）」、「密着性」および「耐加工性」を測定・評価するとともに、下記に示す方法で「電気絶縁性」および「コイルの小型化の容易性」を評価した。評価結果を、各絶縁電線の構成、寸法等とともに、表４に示す。表４には、例４の絶縁電線について同様に評価した結果も併せ示した。

［電気絶縁性］
絶縁抵抗破壊電圧を測定し、下記の基準で評価した。
◎：絶縁抵抗破壊電圧１０ｋＶ以上
○：絶縁抵抗破壊電圧５ｋＶ以上１０ｋＶ未満
△：絶縁抵抗破壊電圧５ｋＶ未満
［コイルの小型化の容易性］
絶縁皮膜の厚みから、下記の基準で評価した。
◎：極めて容易
○：容易
△：困難

表４から、第１の絶縁皮膜の厚さが１０μm未満の場合（表４においては、一例として５μｍ）、電気絶縁性が不十分（△）となっていることがわかる。また、表４から、第１の絶縁皮膜の厚さが２００μｍを超えた場合（表４においては、一例として２０５μｍ）は、第１の絶縁皮膜の厚さが２００μｍ以下の場合に比較してコイルの小型化が困難になる（△）ことがわかる。したがって、表４から、第１の絶縁皮膜の厚さは、１０〜２００μｍが好ましいといえる。また、良好な電気絶縁性を確保しつつコイルの小型化を容易に図るためには、第１の絶縁皮膜の厚さは、４０〜１６０μｍが特に好ましいといえる。

本発明の絶縁電線は、平角アルミ導体に対し良好な密着性を有するポリイミドからなる絶縁皮膜を有していることから、自動車モータ用コイル等、各種用途のコイルの形成の用いる絶縁電線として好適である。

１０…平角（アルミ）導体、１２…（第１の）絶縁皮膜。

Claims (7)

1. アルミニウム導体上に、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物５０〜９０モル％、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ニ無水物５〜２０モル％および無水ピロメリット酸５〜４０モル％からなる酸成分と４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを含むジアミン成分を反応させて得られる第１のポリイミドからなる第１の絶縁皮膜を具備することを特徴とする絶縁電線。
2. 前記酸成分が、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物６０〜７０モル％、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ニ無水物１０〜１５モル％および無水ピロメリット酸２５〜３０モル％からな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のポリイミドのガラス転移点（Ｔｇ）が２５０〜３５０℃であることを特徴とする請求項１または２記載の絶縁電線。
4. 前記第１の絶縁皮膜の厚みが１０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の絶縁電線。
5. 前記第１の絶縁皮膜上に、第２のポリイミドからなる第２の絶縁皮膜を具備す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、厚さ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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