JP6325549B2 - 平角電線およびその製造方法並びに電気機器 - Google Patents
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Description
(1)融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である第1熱可塑性樹脂の層を外周に形成した平角金属導体を厚さ方向に積層して構成された積層導体部と、前記積層導体部の外周に融点が300℃以上の第2熱可塑性樹脂の層とを有する高周波用の平角電線であって、
前記第1熱可塑性樹脂を焼き付け塗装した焼付塗布層の厚さが3μm以上15μm以下であり、前記第2熱可塑性樹脂の層の厚さが40μm以上200μm以下であって、該第2熱可塑性樹脂の比誘電率が4.0以下であることを特徴とする平角電線。
(2)融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である第1熱可塑性樹脂の層を平角金属導体の1面にのみ形成し得られた平角線を、第1熱可塑性樹脂の層を形成した面に積層することで構成された積層導体部と、前記積層導体部の外周に融点が300℃以上の第2熱可塑性樹脂の層とを有する高周波用の平角電線であって、
前記第1熱可塑性樹脂を焼き付け塗装した焼付塗布層の厚さが3μm以上15μm以下であり、前記第2熱可塑性樹脂の層の厚さが40μm以上200μm以下であって、該第2熱可塑性樹脂の比誘電率が4.0以下であることを特徴とする平角電線。
(3)前記第1熱可塑性樹脂が、ポリエーテルイミド、ポリフェニルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアミド66、ポリアミド46、およびポリアミド6からなる群より選択される樹脂である(1)または(2)項に記載の平角電線。
(4)前記第2熱可塑性樹脂が、ポリアリールエーテルケトン、変性ポリエーテルエーテルケトンおよび熱可塑性ポリイミドからなる群より選択される樹脂である(1)から(3)のいずれか1項に記載の平角電線。
(5)前記平角金属導体を厚さ方向に積層する総数が2層以上6層以下である(1)から(4)のいずれか1項に記載の平角電線。
(6)前記平角電線端末に対して、溶接電流を30A、溶接時間を0.1秒の条件で、アーク放電を発生させて溶接を行った場合、電線端末に溶接玉ができる(1)から(5)のいずれか1項に記載の平角電線。
(7)融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である第1熱可塑性樹脂の層を焼き付け塗装により外周に形成した平角金属導体と、該融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である第1熱可塑性樹脂の層を焼き付け塗装により外周に形成した平角金属導体の外周に融点が300℃以上の第2熱可塑性樹脂の層を有する高周波用の平角電線の製造方法であって、積層導体部の外周に融点が300℃以上の第2熱可塑性樹脂の層を有する高周波用の平角電線の製造方法であって、
前記第1熱可塑性樹脂を焼き付け塗装した焼付塗布層の厚さが3μm以上15μm以下であり、前記第2熱可塑性樹脂の層の厚さが40μm以上200μm以下であって、該第2熱可塑性樹脂の比誘電率が4.0以下であり、
前記第1熱可塑性樹脂の層を焼き付け塗装により外周に形成した平角金属導体を厚さ方向に積層して積層導体部を形成する工程と、該積層導体部の外周に前記第2熱可塑性樹脂の層を被覆する工程を有することを特徴とする平角電線の製造方法。
(8)融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である第1熱可塑性樹脂の層を外周に形成した平角金属導体を厚さ方向に積層して構成された積層導体部と、前記積層導体部の外周に融点が300℃以上の第2熱可塑性樹脂の層とを備えた高周波用の平角電線を有し、
前記第1熱可塑性樹脂を焼き付け塗装した焼付塗布層の厚さが3μm以上15μm以下であり、前記第2熱可塑性樹脂の層の厚さが40μm以上200μm以下であって、該第2熱可塑性樹脂の比誘電率が4.0以下であることを特徴とする電気機器。
本発明の平角電線の製造方法によれば、高周波特性に優れた溶接しやすい平角電線の製造方法を提供することができる。
本発明の電気機器によれば、平角電線が溶接性に優れていることから電線接続の信頼性が高く、高周波特性に優れた電気機器を提供することができる。
図1に示すように、平角電線1は、第1熱可塑性樹脂の層11を外周に形成した平角金属導体(金属導体ともいう)2を厚さ方向に積層して構成された積層導体部3を有する。さらにその積層導体部3の外周に第2熱可塑性樹脂の層21を有する。第1熱可塑性樹脂の層11は融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である。第2熱可塑性樹脂の層21は融点が300℃以上である。このような構成を有する平角電線1は、高周波における損失量抑制の効果を持ち合わせながら、溶接工程においてススを発生させることがなく溶接しやすさを兼ね備えることができる。
上記平角電線1における平角金属導体2は、従来の平角電線で用いられているものを使用することができる。平角金属導体2として、好ましくは、酸素含有量が30ppm以下の低酸素銅または無酸素銅の導体が挙げられる。平角金属導体2の酸素含有量が30ppm以下であれば、平角金属導体2を溶接するために熱で溶融させた場合、溶接部分に含有酸素に起因するボイドの発生がない。さらに溶接部分の電気抵抗が悪化することを防止するとともに溶接部分の強度を保持することができる。
平角電線1における金属導体2の外周に形成される層は、融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である第1熱可塑性樹脂の層11で形成される。第1熱可塑性樹脂には、例えば、非晶性の、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニルサルホン(PPSU)、ポリエーテルサルホン(PES)、結晶性の、ポリアミド66(PA66)、ポリアミド46(PA46)、ポリアミド6(PA6)、等が挙げられる。
また、積層する方向は、平角金属導体2の辺の長い方を幅、辺の短い方を厚さとすると、幅、厚さのどちら方向に積層しても問題はない。好ましくは平角金属導体2の辺の長い方を接触させ、厚さ方向に積層させる。
上記平角電線1における積層導体部3の外周の層は、積層導体部3との密着強度が高く、積層導体部3の外側に少なくとも1層設けられる。その層数は、1層であっても複数層であってもよい。
積層導体部3の外周の層は上記第2熱可塑性樹脂の層21であり、押出成形可能な熱可塑性樹脂である。この熱可塑性樹脂は、耐熱老化特性に加えて、積層導体部と積層導体部の外周の層との接着強度及び耐溶剤性にも優れる点で、融点が300℃以上であることが好ましく、330℃以上であることがさらに好ましい。第2熱可塑性樹脂の融点の上限は、450℃以下であるのが好ましい。第2熱可塑性樹脂の融点は、示差走査熱量分析(DSC)により、測定することができる。
この第2熱可塑性樹脂は、部分放電開始電圧をより一層高くできる点で、比誘電率が4.5以下であるのが好ましく、4.0以下であるのがさらに好ましい。この比誘電率は市販の誘電率測定装置で測定することができる。測定温度、周波数については、必要に応じて変更するものである。本明細書においては、特に記載の無い限り、25℃、50Hzにおいて測定した値である。
上記第2熱伝導樹脂の層21は、積層導体部3との密着強度が高く、積層導体部3の外側に少なくとも1層または複数層に設けられる。
上記第2熱可塑性樹脂には、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトンに代表される芳香環、エーテル結合、ケトン結合を含む熱可塑性樹脂であるポリアリールエーテルケトン(PAEK)を用いる。もしくは、ポリエーテルエーテルケトンに他の熱可塑性樹脂を混合した変性ポリエーテルエーテルケトンを用いる。または、熱可塑性ポリイミド(TPI)からなる群より選択される少なくとも1種の熱可塑性樹脂を使用する。これらの熱可塑性樹脂の中から、融点が300℃以上450℃以下で、好ましくは比誘電率が4.5以下である熱可塑性樹脂を用いる。熱可塑性樹脂は1種単独でもよく、2種以上を用いてもよい。2種以上混合の場合で融点が2種類以上存在する場合は300℃以上の融点を含めばよい。また、上記変性ポリエーエルエーテルケトンは、例えば、ポリエーテルエーテルケトンにポリフェニルサルホンを添加した混合物であり、ポリフェニルサルホンはポリエーテルエーテルケトンより混合率が低い。
本実施形態において、耐熱老化特性は、第2熱可塑性樹脂の層21の亀裂が確認できず、異常がない場合に優れたものと評価できる。この好適な実施態様における平角電線1は、1000時間はもちろん、1500時間であっても、第2熱可塑性樹脂の層21に亀裂が確認できず、耐熱老化特性に優れ、高温の環境で使用されてもより一層長期間にわたって信頼性を保つことができる。
0.85×3.2mm(厚さ×幅)で四隅の面取り半径r=0.3mmの酸素含有量15ppmの銅からなる平角金属導体2(図1参照)を準備した。銅の金属導体2の外周の層となる第1熱可塑性樹脂の層11(図1参照)の形成に際しては、金属導体2の形状と相似形のダイスを使用して、ポリエーテルイミド(PEI)ワニスを金属導体2へコーティングした。PEIにはサビックイノベーティブプラスチックス社製、商品名:ウルテム1010を用いた。そして、450℃に設定した炉長8mの焼付炉内を、焼き付け時間15秒となる速度で通過させた。ポリエーテルイミドワニスは、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)にポリエーテルイミドを溶解させた。この1回の焼き付け工程で厚さ0.5μmのポリエーテルイミド層を形成した。ワニス濃度を調整することで厚さ0.5μmのポリエーテルイミド層を形成し、被膜厚さ0.5μmの金属導体2を得た。
第1熱可塑性樹脂の層11(図1参照)および第2熱可塑性樹脂の層21(図1参照)のそれぞれの厚さを表2に示す厚さに変更した。それ以外は、参考例1と同様にして平角電線を得た。
0.141×3.2mm(厚さ×幅)で四隅の面取り半径r=0.3mmの酸素含有量15ppmの銅からなる平角金属導体を準備する。そして、第1熱可塑性樹脂の層および第2熱可塑性樹脂の層の厚さを表2に示す厚さにし、積層数を6層にした。それら以外は、参考例1と同様にして平角電線を得た。
第1熱可塑性樹脂の層11(図1参照)に、ポリエーテルイミドに代えてそれぞれポリエーテルサルホン(PES、住友化学社製、商品名:スミカセクセル4000G、比誘電率3.4)を用いた。第1熱可塑性樹脂の層11と第2熱可塑性樹脂の層21(図1参照)のそれぞれの厚さを表2に示す厚さにした。それら以外は、参考例1と同様にして平角電線1(図1参照)を得た。
(実施例9)
第1熱可塑性樹脂の層11に、ポリエーテルイミドに代えてポリフェニルサルホン(PPSU、ソルベイスペシャルティポリマーズ社製、商品名:レーデルR5800、比誘電率3.3)を用いた。さらに、第1熱可塑性樹脂の層11と第2熱可塑性樹脂の層21のそれぞれの厚さを表2に示す厚さにした。それら以外は、参考例1と同様にして平角電線1(図1参照)を得た。
第1熱可塑性樹脂の層11に、ポリエーテルイミドに代えてそれぞれポリアミド66(PA66、旭化成社製、商品名:レオナ1402S、比誘電率3.8)を用いた。第1熱可塑性樹脂の層11と第2熱可塑性樹脂の層21のそれぞれの厚さを表2に示す厚さにした。それら以外は、参考例1と同様にして平角電線1(図1参照)を得た。
第1熱可塑性樹脂の層に、ポリエーテルイミドに代えてそれぞれポリアミド66(PA66、旭化成社製、商品名:レオナ1402S、比誘電率3.8)を用いた。第1熱可塑性樹脂の層と第2熱可塑性樹脂の層のそれぞれの厚さを表2に示す厚さにした。それら以外は、実施例3と同様にして平角電線を得た。
第2熱可塑性樹脂の層21(図1参照)に、ポリエーテルエーテルケトンに代えて変性ポリエーテルエーテルケトン(modified−PEEK)を用いた。変性ポリエーテルエーテルケトンには、ソルベイスペシャリティポリマーズ社製、商品名:アバスパイアAV−650、比誘電率3.1、融点340℃を用いた。そして、第1熱可塑性樹脂の層11(図1参照)と第2熱可塑性樹脂の層21のそれぞれの厚さを表2に示す厚さにした。それら以外は、参考例1と同様にして平角電線1(図1参照)を得た。その際、第2熱可塑性樹脂の押出成形時の押出温度条件は表1に従った。
(実施例17)
第2熱可塑性樹脂の層に、ポリエーテルエーテルケトンに代えて変性ポリエーテルエーテルケトン(modified−PEEK)を用いた。変性ポリエーテルエーテルケトンには、ソルベイスペシャリティポリマーズ社製、商品名:アバスパイアAV−650、比誘電率3.1、融点340℃を用いた。そして、第1熱可塑性樹脂の層と第2熱可塑性樹脂の層のそれぞれの厚さを表2に示す厚さにした。それら以外は、実施例3と同様にして平角電線を得た。その際、第2熱可塑性樹脂の押出成形時の押出温度条件は実施例14と同様に、表1に従った。
(実施例22、23)
参考例1と同様の平角金属導体を用い、参考例10と同様のポリアミド66からなる第1熱可塑性樹脂の層の厚さを表2に示す厚さにした。そして、第1熱可塑性樹脂の層を被覆した金属導体を2層に積層し、さらにそれを2列に配して積層導体部を作製した。さらに、第2熱可塑性樹脂の層の厚さを表2に示す厚さにした。それら以外は、参考例10と同様にして平角電線を得た。
金属導体2の幅方向の1面2Sのみに、第1熱可塑性樹脂の層11(図2参照)を塗布して、焼付けした。それら以外は、実施例13と同様にして平角電線を得た。
(実施例25)
金属導体2の幅方向の1面2Sのみに、第1熱可塑性樹脂の層11(図2参照)を塗布して、焼付けした。それら以外は、実施例20と同様にして平角電線を得た。
比較例1は、第1熱可塑性樹脂の層11(図1参照)にポリアミドイミド(PAI、日立化成社製、商品名:HI406)を用いた。そして、第1熱可塑性樹脂の層11と第2熱可塑性樹脂の層21(図1参照)のそれぞれの厚さを表2に示す厚さにした。それら以外は、参考例1と同様にして平角電線を得た。
比較例2は、第1熱可塑性樹脂の層11(図1参照)にポリイミド(PI、ユニチカ製、商品名:Uイミド)を用いた。そして、第1熱可塑性樹脂の層11と第2熱可塑性樹脂の層21(図1参照)のそれぞれの厚さを表2に示す厚さにした。それ以外は、参考例1と同様にして平角電線を得た。
比較例3は、金属導体の外周には層を設けないで、積層した金属導体の外周に直接ポリエーテルエーテルケトンを押出被覆した。そして、第2熱可塑性樹脂の層の厚さを表2に示す厚さにした。それ以外は、参考例1と同様にして平角電線を得た。
比較例4は、積層する層数を7とし、第1熱可塑性樹脂の層と第2熱可塑性樹脂の層のそれぞれの厚さを表2に示す厚さにした。それ以外は、実施例9と同様にして平角電線を得た。
比較例5は、第1熱可塑性樹脂の層11(図1参照)の厚さを55μmとし、第2熱可塑性樹脂の層21(図1参照)の厚さを表2に示す厚さにした。それ以外は、参考例1と同様にして平角電線1(図1参照)を得た。第1熱可塑性樹脂の層11は、1回の焼き付け工程で厚さ5μmの層を形成し、これを繰り返し11回行うことで厚さ55μmの層を形成した。
電線端末に対して、溶接電流を30A、溶接時間を0.1秒の条件で、アーク放電を発生させて溶接を行った。電線端末に溶接玉ができあがると溶接可能、溶接玉ができずに流れてしまうと溶接不可と判定した。また、溶接した箇所周辺に黒色のススが発生した場合も溶接不可と判定した。つまり
図3(a)に示すように、平角電線1の溶接した箇所周辺の色目の変化がなくかつ平角電線1の端末に溶接玉5が出来上がった場合に優れているとして「A」と判定した。
図3(b)に示すように、平角電線1の溶接した箇所周辺にスス6が発生するものの平角電線1の端末に溶接玉5は出来上がった場合に、良として「B」と判定した。
図3(c)に示すように、平角電線1の溶接した箇所周辺の色目の変化がなく平角電線1の端末に溶接玉が出来ない場合に、劣るとして「C」と判定した。
図3(d)に示すように、平角電線1の溶接した箇所周辺にスス6が発生し、平角電線1の端末に溶接玉が出来ない場合に、不可として「D」と判定した。
とした。合格の基準は「A」及び「B」判定とした。
なお、上記溶接した箇所の周辺とは、溶接した端末から線方向5mm程度の範囲をいう。
1000Hz、2.16A、138Vrmsの条件において、交流磁界発生装置を作動させ、50mTの交流磁界を発生させた。試料を磁界中にセットすると渦電流による発熱が生じる。この時の発熱量を測定し、電流損失(W)とした。積層なしの導体上にポリエーテルエーテルケトン樹脂を押出被覆した平角電線の電流損失量W0を上記の通り計算した。
各試料の電流損失量WとW0との比率が0.8以下(損失量の抑制率が20%以上)の場合に良好と判定して「B」と表した。さらに上記の比率が0.4以下(損失量の抑制率が60%以上)の場合に優れていると判定して「A」と表した。一方、上記の比率が0.8より大きい(損失量の抑制率が20パッド未満)の場合に劣ると判定して「D」と表した。
P=EIcosΦ ただし、Φ=tan−1(Ls・2πf/Rs)
E(V):入力時電圧実測値
Ls(H):インダクタンス実測値
I(A):入力時電流実測値
Rs(Ω):抵抗実測値
である。
積層導体部の上に第2熱可塑性樹脂を押出被覆して形成した平角電線について、断面をカットし観察した。傾きやズレなく積層できているかを確認した。傾きについては積層させる方向に対して角度がついていないことを確認した。また、ズレについては厚さ方向に積層させる場合は、幅の長さの1/3の長さ以上のズレが、隣り合う導体だけでなく最もズレが大きい導体同士についても、ないことを確認した。このような傾きやズレが幅の長さの1/3n長さ未満の場合を許容範囲内であると判定して「A」、「B」または「C」と表し、上記のような傾きやズレがある場合を劣っていると判定して「D」と表した。つまり、
図4(a)に示すように、積層導体部3を構成する平角線4を厚さ方向に積層させる場合、最もズレの大きい平角線4の幅方向のズレが、幅Wの1/10未満の長さである場合に、優れているとして「A」と判定した。
図4(b)に示すように、積層導体部3を構成する平角線4を厚さ方向に積層させる場合、最もズレの大きい平角線4の幅方向のズレが、幅Wの1/10以上1/5未満の長さである場合に、良として「B」と判定した。
図4(c)に示すように、積層導体部3を構成する平角線4を厚さ方向に積層させる場合、最もズレの大きい平角線4の幅方向のズレが、幅Wの1/5以上1/3未満の長さである場合に、許容範囲内であるとして「C」と判定した。
図4(d)に示すように、積層導体部3を構成する平角線4を厚さ方向に積層させる場合、最もズレの大きい平角線4の幅方向のズレが、幅Wの1/3以上の長さである場合に、劣るとして「D」と判定した。
合格の基準は「A」、「B」及び「C」判定とした。
これに対し、比較例3から、金属導体の外周の層がなければまず高周波損失の低減は見込めない。また比較例1、2から、金属導体の外周の層が、従来のポリアミドイミドやポリイミドなどであれば溶接性が見込めないことがわかった。さらに比較例4から、積層数が7層であると厚さ方向にうまく積層されることができなかった。また、比較例5から、金属導体の外周の層の厚さが55μmの場合も同様に積層が困難であった。
また、上記実施例もしくは参考例番号において10ないし25では、第1熱可塑性樹脂に、ポリアミド46、ポリアミド6を用いても、ポリアミド66を用いた場合と同様なる評価結果が得られた。
2 平角金属導体(金属導体)
3 積層導体部
11 第1熱可塑性樹脂の層
21 第2熱可塑性樹脂の層
Claims (8)
- 融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である第1熱可塑性樹脂の層を外周に形成した平角金属導体を厚さ方向に積層して構成された積層導体部と、前記積層導体部の外周に融点が300℃以上の第2熱可塑性樹脂の層とを有する高周波用の平角電線であって、
前記第1熱可塑性樹脂を焼き付け塗装した焼付塗布層の厚さが3μm以上15μm以下であり、前記第2熱可塑性樹脂の層の厚さが40μm以上200μm以下であって、該第2熱可塑性樹脂の比誘電率が4.0以下であることを特徴とする平角電線。 - 融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である第1熱可塑性樹脂の層を平角金属導体の1面にのみ形成し得られた平角線を、第1熱可塑性樹脂の層を形成した面に積層することで構成された積層導体部と、前記積層導体部の外周に融点が300℃以上の第2熱可塑性樹脂の層とを有する高周波用の平角電線であって、
前記第1熱可塑性樹脂を焼き付け塗装した焼付塗布層の厚さが3μm以上15μm以下であり、前記第2熱可塑性樹脂の層の厚さが40μm以上200μm以下であって、該第2熱可塑性樹脂の比誘電率が4.0以下であることを特徴とする平角電線。 - 前記第1熱可塑性樹脂が、ポリエーテルイミド、ポリフェニルサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリアミド66、ポリアミド46、およびポリアミド6からなる群より選択される樹脂である請求項1または2に記載の平角電線。
- 前記第2熱可塑性樹脂が、ポリアリールエーテルケトン、変性ポリエーテルエーテルケトンおよび熱可塑性ポリイミドからなる群より選択される樹脂である請求項1から3のいずれか1項に記載の平角電線。
- 前記平角金属導体を厚さ方向に積層する総数が2層以上6層以下である請求項1から4のいずれか1項に記載の平角電線。
- 前記平角電線端末に対して、溶接電流を30A、溶接時間を0.1秒の条件で、アーク放電を発生させて溶接を行った場合、電線端末に溶接玉ができる請求項1から5のいずれか1項に記載の平角電線。
- 融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である第1熱可塑性樹脂の層を焼き付け塗装により外周に形成した平角金属導体と、該第1熱可塑性樹脂の層を焼き付け塗装により外周に形成した平角金属導体の外周に融点が300℃以上の第2熱可塑性樹脂の層を有する高周波用の平角電線の製造方法であって、
前記第1熱可塑性樹脂を焼き付け塗装した焼付塗布層の厚さが3μm以上15μm以下であり、前記第2熱可塑性樹脂の層の厚さが40μm以上200μm以下であって、該第2熱可塑性樹脂の比誘電率が4.0以下であり、
前記第1熱可塑性樹脂の層を焼き付け塗装により外周に形成した平角金属導体を厚さ方向に積層して積層導体部を形成する工程と、該積層導体部の外周に前記第2熱可塑性樹脂の層を被覆する工程を有することを特徴とする平角電線の製造方法。 - 融点を持たない非晶性樹脂もしくはアミド結合を持つ結晶性樹脂である第1熱可塑性樹脂の層を外周に形成した平角金属導体を厚さ方向に積層して構成された積層導体部と、前記積層導体部の外周に融点が300℃以上の第2熱可塑性樹脂の層とを備えた高周波用の平角電線を有し、
前記第1熱可塑性樹脂を焼き付け塗装した焼付塗布層の厚さが3μm以上15μm以下であり、前記第2熱可塑性樹脂の層の厚さが40μm以上200μm以下であって、該第2熱可塑性樹脂の比誘電率が4.0以下であることを特徴とする電気機器。
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