JP6516117B1 - 絶縁電線、コイル - Google Patents

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Abstract

【課題】絶縁電線をコイル状に加工したときに低下する導体の導電率を低温度で回復させる技術を提供する。【解決手段】銅材料から形成される導体と導体の外周に設けられる絶縁層と、を備え、導体がコイル状に加工されたときの導電率を加工前の導電率に回復させるための回復温度ＴＢが１３０℃以下である、絶縁電線である。【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁電線、コイルおよびその製造方法に関する。
回転電機（モータ）や変圧器などの電気機器にはコイルが組み込まれている。コイルは、導体の外周上に絶縁層が形成された絶縁電線を用いて形成されている。絶縁電線は、樹脂成分を有機溶媒に溶解させた絶縁塗料を導体の外周上に塗布・焼付する方法や、溶融させた樹脂を導体の外周上に押し出す方法、またはこれらの方法を併用することにより、導体の外周上に絶縁層を形成して作製される。
絶縁電線のコイルへの加工は、絶縁電線に対してエッジワイズに曲げ加工、捻り加工など様々な加工を施すことで行われる。近年、コイルの小型化の要求から、絶縁電線に対してはより過酷な加工が施されるようになっている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００２−２０３４３８号公報
絶縁電線を用いてコイルを形成する際、絶縁電線に曲げ加工や捩り加工などの加工が施されることによってコイル状に加工される。このとき、導体には曲げ加工や捩り加工などの加工によって加工歪が導入されることになる。コイル状に加工された絶縁電線では、導体に加工歪が導入されると、導体の導電率が低下するため、コイル状に加工された絶縁電線を用いて形成されたコイルでは、電気特性が低下することがある。そのため、コイルに加熱処理を施して、低下した導電率を回復させることが望ましい。
これまでの絶縁電線では、導体の導電率を回復させる場合に、例えば２００℃以上の温度からなる熱を絶縁電線に加えることによって加熱処理されていた。そのため、導体を被覆する絶縁層には、絶縁電線への加熱処理で絶縁層が劣化しない所望の耐熱性が求められる。絶縁層を形成する樹脂としては、例えばＰＥＥＫ樹脂（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）などの耐熱性に優れるものが使用されることがある。
一方、耐熱性の低い樹脂で絶縁層が形成されている場合では、絶縁層がコイル加工後の加熱処理で溶融変形してしまうおそれがある。
このようにコイルに使用される絶縁電線においては、導電率を回復させるために加熱処理を施すことを考慮すると、絶縁層を形成する樹脂の種類が耐熱性の高い樹脂に制限されてしまう。このことから、絶縁層に適用される樹脂の選択の幅を広げる観点から、導体の導電率を回復させるのに要する加熱温度を低くすることが望ましい。
本発明は、絶縁電線をコイル状に加工したときに低下する導体の導電率を低温度で回復させる技術を提供することを一目的とする。
本発明の第１の態様によれば、
チタン濃度が４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、硫黄濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、残部が銅と不可避不純物からなり、前記酸素濃度に対する前記チタン濃度の比率が２．０以上４．０以下である化学組成を有し、熱間圧延するときの最終圧延ロールの熱間圧延温度が５００℃〜５５０℃で熱間圧延時間が１０秒以上である熱間圧延加工が施されてなる荒引き線から形成される導体と前記導体の外周に設けられる絶縁層と、を備え、
前記導体は、前記導体がコイル状に加工されたときの導電率を加工前の導電率に回復させるための回復温度ＴBが１３０℃以下で前記導体の半軟化温度ＴAよりも低い、
絶縁電線が提供される。
本発明の第２の態様によれば、
チタン濃度が４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、硫黄濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、残部が銅と不可避不純物からなり、前記酸素濃度に対する前記チタン濃度の比率が２．０以上４．０以下である化学組成を有し、熱間圧延するときの最終圧延ロールの熱間圧延温度が５００℃〜５５０℃で熱間圧延時間が１０秒以上である熱間圧延加工が施されてなる荒引き線から形成される導体と前記導体の外周に設けられる絶縁層とを備える絶縁電線をコイル状に加工して形成され、
前記導体がコイル状に加工されたときの導電率を加工前の導電率に回復させるための回復温度ＴBが１３０℃以下で前記導体の半軟化温度ＴAよりも低い、
コイルが提供される。
本発明によれば、絶縁電線をコイル状に加工したときに低下する導体の導電率を低温度で回復させることができる。
図１は、本発明の一実施形態にかかる絶縁電線の長手方向に垂直な断面図である。
絶縁電線は、長尺のままステータのコアに巻き付けられることや、短尺にした後に曲げや捩りを加えてセグメントコイルに成形されることなどによってコイル状に加工されると、当該加工によって導体に加工歪が導入されて導電率が低下することがある。上述した加工により導体に導入された加工歪を緩和したり、加工歪により低下した導体の導電率を回復させたりするために、コイル状に加工した後の絶縁電線に対して加熱処理が施される。一般的に、導体の加工歪の緩和に必要な加熱温度（いわゆる導体の半軟化温度）よりも、導電率の回復に必要な加熱温度（以下、回復温度ともいう）が高いことから、これまで、加工した絶縁電線を、回復温度以上の高い温度で加熱する必要があると考えられていた。
しかし、本発明者らの検討によると、導体の金属組成や製造条件によっては、導体の回復温度が半軟化温度よりも低くなることがあり、このような導体をコイル状に加工したときに半軟化温度よりも低い温度で導体を加熱することにより、導体をコイル状に加工して低下した導電率を、コイル状に加工する前の導電率まで短時間に回復させることができることが見出された。つまり、導体の金属組成や製造条件を調整することで、回復温度を半軟化温度よりも低くでき、かつ導電率を回復させるまでにかかる時間も半軟化温度よりも高い温度で加熱処理するときの時間よりも短くできることが見出された。このような回復温度が半軟化温度よりも低い導体によれば、加工歪の緩和や導電率の回復に要する加熱温度を低くできるので、ＰＥＥＫ樹脂などの耐熱性の高い樹脂だけでなく、耐熱性の低い樹脂を絶縁層に使用することが可能となる。本発明は、上記知見に基づいて成されたものである。
＜一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態にかかる絶縁電線について図面を用いて説明をする。図１は、本発明の一実施形態にかかる絶縁電線の長手方向に垂直な断面図である。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
（絶縁電線）
図１に示すように、本実施形態の絶縁電線１は、例えばエッジワイズに曲げ加工、捻り加工など様々な加工を施すことによりコイル状に加工されるものであり、導体１１と、絶縁層１２とを備えて構成される。
導体１１は、銅材料から形成されている。本実施形態の導体１１は、半軟化温度ＴAに対する回復温度ＴBの比率である半軟化温度比ＴB／ＴAが１．０未満である。つまり、本実施形態の導体１１は、回復温度ＴBが半軟化温度ＴAよりも低く、比較的低い加熱温度で導電率が回復するように構成されている。なお、本実施形態の導体１１は、回復温度ＴBが１３０℃以下である。
ここで、半軟化温度ＴAとは、加工歪が蓄積された銅材料（導体１１）についての、加熱温度と引張強さとの関係を示す加熱軟化曲線において、加熱前の引張強さと、加熱後であって完全に焼鈍されたときの引張強さとの中間の引張強さに対応するときの加熱（焼鈍）温度を示す。本実施形態の半軟化温度ＴAは以下のように求められる。まず、導体１１について、加工度９０％の伸線加工を施し、焼鈍を行っていない状態で引張強さを測定する。次に４００℃１時間などの焼鈍を行い、完全に再結晶させた状態で引張強さを測定する。そして、焼鈍を行っていない状態での引張強さと完全に再結晶させた状態の引張強さとから平均引張強さを求める。次に２００℃、１５０℃などの温度で１時間の熱処理を行い、各温度で熱処理した後の引張強さを測定し、先程求めた平均引張強さに一致する熱処理温度を求める。この熱処理温度が半軟化温度ＴAとなる。また、ここでいう伸び率とは、引張強さを測定する際に、引張試験前の元の試験片長さをＬ０、引張試験後の試験片長さをＬ１とすると、（Ｌ１−Ｌ０）／Ｌ０×１００で与えられ、破断後の永久伸びを原評点距離に対して百分率で表した値（％）として定義される。
すなわち、半軟化温度ＴAは、加工歪が蓄積された導体１１の引張強さが加熱によって半分に低下するときの加熱温度を示す。半軟化温度ＴAによれば、導体１１に蓄積した加工歪を除去して引張強さが半分に軟化するために必要な焼鈍温度を把握することができる。
回復温度ＴBは、導体１１について、絶縁電線１をコイル状に加工したときに導体１１へ加工歪が導入されたことにより低下した導体１１の導電率を、加工歪が導入される前の導体１１の導電率に１時間の焼鈍で回復させるために必要な焼鈍温度（加熱温度）を示す。具体的には、絶縁電線１に対してコイル状に加工を施すことを模擬した３０％伸長加工を施したときに低下する導体１１の導電率を、伸長加工前の導体１１の導電率（例えば、１００％ＩＡＣＳ）に対して変化量が０．５％ＩＡＣＳ以内（例えば、９５％ＩＡＣＳ以上１００％ＩＡＣＳ以下）の範囲となるまで１時間の焼鈍で回復させるのに必要な焼鈍温度を示す。
半軟化温度比ＴB／ＴAは１．０未満であれば特に限定されないが、加熱時間を短縮させる観点からは０．９以下となることが好ましく、０．８以下となることがより好ましい。なお、半軟化温度比の下限値は、おおむね０．６程度となる。
導体１１の半軟化温度ＴAは、コイル状に加工した絶縁電線１の加熱温度を低くする観点からは低いほどよく、例えば１２５℃〜１３８℃であることが好ましい。
導体１１の回復温度ＴBは、１３０℃以下であり、導体１１の導電率の回復に要する加熱時間を短縮させる観点からは、半軟化温度ＴAよりも低いとよく、７５℃〜１２４℃であることが好ましい。
導体１１を形成する銅材料は、回復温度ＴBを半軟化温度ＴAよりも低くして半軟化温度比ＴB／ＴAを１．０未満に調整する観点からは、チタン濃度が４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍ、硫黄濃度が２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍ、酸素濃度が２〜３０ｍａｓｓ ｐｐｍ、残部が銅と不可避不純物からなり、酸素濃度に対するチタン濃度の比率が２．０〜４．０である化学組成を有することが好ましい。このような組成によれば、半軟化温度比を１．０未満に調整できるだけでなく、半軟化温度ＴAを例えば１２５℃〜１３８℃の範囲まで低くすることができ、コイルに加工した後の加熱温度をより低くすることができる。
本発明者らの検討によると、導体１１を形成する銅材料において、硫黄（Ｓ）および酸素（Ｏ）の濃度を低くするとともに、チタン（Ｔｉ）を微量配合してＯ濃度に対するＴｉ濃度の比率を所定範囲とすることで、半軟化温度比を１．０未満に調整しやすくなることが見出された。この理由は、溶湯を鋳造して導体１１を形成するための銅材料を作製するときに、ＴｉとＳや不可避不純物との間でＴｉＳやＴｉ−α（不可避不純物）などの析出物を形成することで、母相（Ｃｕ）の純度を向上できるためと推測される。
また、銅材料において、導体１１の導電率を高める観点からは、Ｔｉ濃度を３７ｍａｓｓ ｐｐｍ以下とすることが好ましく、２５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下とすることがより好ましい。また、本実施形態では、導体１１の半軟化温度ＴAを低くする観点から導体１１にＯを含有させているが、半軟化温度ＴA、回復温度ＴBおよび半軟化温度比ＴB／ＴAをより低くする観点からはＯ濃度を５〜１５ｍａｓｓ ｐｐｍとすることが好ましい。また、Ｏ濃度に対するＴｉ濃度の比率が２．０〜３．０であることがより好ましい。このような組成によれば、半軟化温度比を低くできるとともに、導体１１の導電率、及びコイルに加工した後に加熱して得られる導体１１の伸び率を向上させることができる。
導体１１には、析出物としてＴｉＳやＴｉ−αなどのＴｉ化合物が微細に分散して分布している。これらの析出物の大きさ（粒子径）は、導体１１中に微細に分散させる観点からは、例えば２０ｎｍ〜３００ｎｍであるとよい。
なお、後述するように、ＳおよびＯは、銅原料に由来する不純物であり、Ｔｉは、導体１１を鋳造するときに溶湯に添加する元素である。
導体１１の断面形状は、円形状や矩形状など特に限定されないが、絶縁電線１をコイルに加工したときに占積率を向上させる観点からは、図１に示すように矩形状であることが好ましい。導体１１の厚さや幅は、絶縁電線１の用途に応じて適宜変更するとよく、例えば厚さは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ、幅は５ｍｍ〜２５ｍｍとするとよい。
導体１１の外周には、絶縁層１２が設けられている。上述したように、本実施形態では、導体１１の導電率を１３０℃以下という低い温度の加熱により回復できるので、絶縁層１２を形成する樹脂としては、ＰＥＥＫ樹脂などの高い耐熱性を有する樹脂に限定されず、ＰＥＥＫ樹脂よりも耐熱性の低い樹脂を使用することができる。例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびエステルイミド樹脂の少なくとも１つの熱硬化性樹脂を用いることができる。なお、絶縁層１２は、上述した熱硬化性樹脂を含む絶縁塗料を導体１１の外周に塗布して焼き付けることで形成される。また、絶縁層１２の厚さは、コイルに要求される電気特性に応じて適宜変更するとよい。絶縁層１２は、イミド基濃度を低くして（例えば、イミド基濃度が３６％未満）、部分放電開始電圧の高い（例えば、ピーク電圧が１０００Ｖｐ以上である）ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂またはエステルイミド樹脂で構成されていてもよい。また、絶縁層１２は、低誘電率化のために、気孔を有していてもよい。また、絶縁層１２は、シリカやアルミナなどの無機微粒子を含み、部分放電に対する耐性（耐部分放電性）を高くした樹脂で構成されていてもよい。さらに、絶縁層１２を構成する樹脂は、上述した熱可塑性樹脂とＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂などの熱可塑性樹脂とからなる樹脂で構成されていてもよい。
（絶縁電線の製造方法）
続いて、上述した絶縁電線１の製造方法について説明する。
まず、半軟化温度比ＴB／ＴAが１．０未満となる導体１１を作製する。
具体的には、Ｃｕ原料およびＴｉ原料、必要に応じて、その他の金属原料を混合し、加熱により溶融させることで、溶湯を調製する。このとき、溶湯の化学組成において、Ｔｉ濃度が４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｓ濃度が２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｏ濃度が２〜３０ｍａｓｓ ｐｐｍ、残部がＣｕと不可避不純物からなり、Ｏ濃度に対するＴｉ濃度の比率が２．０〜４．０となるように、各原料を選択し混合する。
Ｔｉを添加する理由は、溶湯中でＴｉとＳやＯとを反応させるためである。Ｔｉは、ＳやＯと反応することで、析出物として、ＴｉＳやＴｉ−α（αは不可避不純物）などのＴｉ化合物を形成する。Ｔｉ−αとしては、例えばＴｉＯ、ＴｉＯ2、ＴｉＳ、Ｔｉ−Ｏ−Ｓ粒子などがある。析出物の形成により、母相（Ｃｕ）に含まれるＯやＳを低減して純度を高めることができる。また、Ｔｉ濃度をＯ濃度に対して２．０〜４．０とする理由は、Ｏに対してＴｉを過剰量添加することでＴｉとＯとを十分に反応させるとともに、Ｔｉを固溶させて、後述の熱間圧延工程でＳとの析出を促進させるためである。
なお、溶湯は、例えば一酸化炭素などの還元性ガス雰囲気下に置いて、外部からのＯの混入を抑制するとよい。これにより、Ｏ濃度を所定範囲に制御しやすくなる。
続いて、溶湯を鋳造して鋳造材を形成する。鋳造材においては、ＴｉとＳやＯとが析出物を形成する一方、反応しきれなかったＴｉやＳが母相中に固溶している。
続いて、鋳造材に熱間圧延加工を施し、さらに熱間圧延加工によって得られる圧延材の表面を酸化還元反応させて清浄化する処理を行うことによって、荒引き線を形成する。例えば、熱間圧延加工は、複数個の圧延ロールを有する圧延機を用いて鋳造材を複数回にわたって熱間圧延することにより、鋳造材の断面積を段階的に減面するとよい。熱間圧延するときの温度（熱間圧延温度）は、複数個の圧延ロールにおいて、上流側の圧延ロールから下流側の圧延ロールにかけて段階的に下げるとよい。例えば、熱間圧延加工は、上流側の粗圧延加工と下流側の仕上圧延加工で構成され、５００℃〜８８０℃の範囲で熱間圧延温度を徐々に低くして複数回にわたって段階的に圧延加工を施すとよい。本実施形態では、このようにして鋳造材を熱間圧延加工することによって圧延材が得られる。特に、本実施形態では、段階的に熱間圧延加工を施す上述の鋳造材に対して、最終の圧延ロールにおける熱間圧延温度が５００℃〜５５０℃の範囲である熱間圧延加工を施すことが好ましい。また、本実施形態では、複数個の圧延ロールにて熱間圧延加工を行う場合において、最初（１番目）の圧延ロールでの熱間圧延加工から最終の圧延ロールでの熱間圧延加工までにかかる時間（熱間圧延時間）を１０秒以上とすることが好ましい。このような条件で熱間圧延加工を行うことで、溶湯中で反応しきれずにＣｕ相に固溶するＴｉおよびＳを反応により析出させることができる。この結果、得られる荒引き線における母相の純度をさらに向上させて、荒引き線を加工して得られる導体１１の回復温度ＴBを１３０℃以下することができるとともに、導体１１の半軟化温度比ＴB／ＴAを１．０未満に調整することができる。なお、鋳造材において、Ｔｉ、ＳおよびＯを上記組成とするとともに、Ｏ濃度に対してＴｉ濃度が所定の比率となるように調整することで、鋳造材の伸び性を高めることができるため、熱間圧延温度を低くして圧延加工を施すことができる。なお、荒引き線の外径としては、特に限定されないが、例えば６ｍｍ〜２０ｍｍとするとよい。
続いて、荒引き線に例えば冷間伸線加工などの加工および熱処理を施すことにより、断面が矩形状の線材からなる導体１１を形成する。導体１１は、例えば厚さは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ、幅は５ｍｍ〜２５ｍｍとするとよい。
次に、導体１１の外周に、例えば上述した熱硬化性樹脂を含む絶縁塗料を塗布し焼付ける（熱硬化性樹脂を硬化させる）ことにより絶縁層１２を形成する。例えば、絶縁塗料の塗布・焼付を絶縁層１２が所望の厚さとなるまで繰り返すとよい。なお、絶縁塗料を焼付ける場合には、例えば、絶縁塗料を塗布した導体１１に対して近赤外線を照射することによって絶縁塗料中に含まれる溶媒のみを蒸発させた後、絶縁塗料中に含まれる熱硬化性樹脂を硬化させることにより、絶縁層１２を形成することでもよい。
以上により、本実施形態の絶縁電線１、すなわち、銅材料から形成される導体１１の外周に設けられる絶縁層１２と、を備え、導体１１の回復温度ＴBが１３０℃以下である絶縁電線（エナメル線）１が得られる。
（コイルおよびその製造方法）
次に、上述の絶縁電線１を用いたコイルおよびその製造方法について説明する。
まず、上述の絶縁電線１を巻回してコイル状に加工する。例えば、絶縁電線１を幅方向（図１では紙面左右方向）に曲げてエッジワイズに曲げ加工することで、絶縁電線１をコイル状に加工する。コイル状に加工した複数の絶縁電線１の夫々を接続することによってコイルを形成する。絶縁電線１がコイル状に加工されたとき、絶縁電線１の導体１１には加工歪が蓄積し、導体１１の導電率が低下することになる。なお、絶縁電線１は、上述したような巻回してコイル状に加工される以外に、上述の絶縁電線１が任意の長さに切断され、切断後の短尺の絶縁電線１に曲げや捩りなどの加工が施されてセグメントコイルに成形されることにより、コイル状に加工されることでもよい。この場合では、複数のセグメントコイルの端末部同士がＴＩＧ溶接などによって接続されることによってコイルが形成される。
続いて、導体１１の導電率を回復させるとともに導体１１に蓄積する加工歪を緩和させるために、コイル状に加工した絶縁電線１を加熱する。本実施形態では、導体１１の回復温度ＴBが１３０℃以下であり、また、半軟化温度比ＴB／ＴAが１．０未満であるため、絶縁電線１を半軟化温度ＴAよりも低い温度でかつ短い加熱時間で加熱することで、導電率を回復させつつ、加工歪を緩和させることができる。なお、絶縁電線１の加熱時間は、加熱後の導電率を、加工前の導電率に対して０．５％ＩＡＣＳ以内の範囲となるように回復させればよく、適宜設定するとよい。例えば、加熱時間を０．５時間（３０分）以上１時間（６０分）以下とするとよい。なお、コイル状に加工した絶縁電線１の加熱は、コイル状に加工した複数の絶縁電線１を接続する前でも接続した後でもよい。例えば、コイル状に加工された絶縁電線１の加熱は、コイル状に加工した複数の絶縁電線１の各々を接続してコイルを形成した後に、コイルの表面に施すワニス処理の際の熱を利用して行うことができる。
以上により、本実施形態のコイルが得られる。
なお、本実施形態では、絶縁電線１として矩形状の導体１１を有する平角線の場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、導体１１が丸型であって丸線形状の絶縁電線１とすることもできる。また、絶縁電線１の加工は、コイル加工に限定されず、曲げ加工、ねじり加工、つぶし加工など他の加工であってもよい。他の加工を施した場合であっても、絶縁電線１を回復温度ＴBで加熱することにより導電率を回復させることができる。
＜本実施形態にかかる効果＞
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。
本実施形態の絶縁電線１は、回復温度ＴBが１３０℃以下であり、また、半軟化温度比ＴB／ＴAが１．０未満である導体１１を備えて構成されている。このような導体１１によれば、回復温度ＴBが半軟化温度ＴAより低いので、絶縁電線１をコイル状に加工した後に半軟化温度ＴAよりも低い回復温度ＴBで加熱することにより、コイルに加工したときに低下した導電率をコイルに加工する前の導電率まで回復させることができる。つまり、半軟化温度ＴAまで加熱する必要がなく、低温度の加熱により導電率を回復させることができる。
また、導体１１の半軟化温度ＴAが１２５℃〜１３８℃、導体１１の回復温度ＴBが７５℃〜１２４℃であることが好ましい。このような導体１１によれば、絶縁電線１を加熱する温度をより低くすることができる。そのため、絶縁層を形成する樹脂の種類が耐熱性の高い樹脂に制限されてしまうことを防止し、絶縁層に適用される樹脂の選択の幅を広げることができる。しかも、導体１１では、回復温度ＴBを低くしつつも、導電率の回復までの時間を短縮することができる。そのため、コイル状に加工した後に導体１１の導電率を回復させるための熱を絶縁電線１に加えた際、絶縁層１２が加熱によって劣化しにくい。
導体１１を形成する銅材料は、Ｔｉ濃度が４〜５５ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｓ濃度が２〜１２ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｏ濃度が２〜３０ｍａｓｓ ｐｐｍ、残部がＣｕと不可避不純物からなり、Ｏ濃度に対するＴｉ濃度の比率が２．０〜４．０である化学組成を有することが好ましい。このような銅材料では、ＴｉとＳやＯとの析出によりＣｕの純度を高めることができるので、回復温度ＴBを半軟化温度ＴAよりも低くして、半軟化温度比ＴB／ＴAを１．０未満とすることができる。
また、導体１１を形成する銅材料は、析出物としてＴｉ化合物を含み、Ｔｉ化合物の粒子径が２０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。粒子径の小さなＴｉ化合物は導体１１中に微細に分散することで、導体１１を加熱したときに、導体１１を構成する金属結晶組織を微細に維持することができる。これにより、導体１１の伸び率を高くすることができる。
また、本実施形態では、鋳造材に複数回の熱間圧延加工を施して荒引き線を製造するときに、最終の圧延ロールで熱間圧延加工を行うときの温度を５００℃〜５５０℃とすることが好ましい。また、複数個の圧延ロールにて熱間圧延加工を行う場合において、最初（１番目）の圧延ロールでの熱間圧延加工から最終の圧延ロールでの熱間圧延加工までにかかる時間（熱間圧延時間）を１０秒以上とすることが好ましい。このような条件で熱間圧延を行うことにより、鋳造材においてＣｕ相に固溶するＴｉおよびＳをさらに析出させることができ、導体１１におけるＣｕの純度を向上させて、導体１１の回復温度ＴBを１３０℃以下にし、また、導体１１の半軟化温度比を１．０未満に調整させることができる。
本実施形態のコイルは、回復温度ＴBが１３０℃以下であり、また、半軟化温度比ＴB／ＴAが１．０未満である導体１１を備える絶縁電線１をコイル状に加工して形成され、絶縁層１２がポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびポリエステルイミド樹脂の少なくとも１つの熱硬化性樹脂から形成されている。導体１１の半軟化温度比ＴB／ＴAが１．０未満であって、絶縁電線１を加熱する温度を１３０℃以下とし、半軟化温度ＴA未満の範囲に低くできるため、例えばポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびポリエステルイミド樹脂などの熱硬化性樹脂を絶縁層１２に対して使用することができる。すなわち、本実施形態では、コイル用の絶縁電線として適用される樹脂を選択するときに、耐熱性の高い樹脂だけではなく耐熱性の低い樹脂も選択することが可能となる。しかも、絶縁電線１を加熱することにより、導体１１の導電率を、加工前の導電率と同程度の水準にまで回復させることで、コイルにおいて高い電気特性を維持することができる。
次に、本発明について実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。本実施例では、導体を作製して、導体の半軟化温度と回復温度をそれぞれ測定した。
（実施例１）
まず、銅材料から形成される導体を作製した。具体的には、所定のＣｕ原料およびＴｉ原料を準備し、これらを混合して加熱により溶融させることで、表１に示すように、Ｔｉ濃度が２４ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｓ濃度が４ｍａｓｓ ｐｐｍ、Ｏ濃度が１２ｍａｓｓ ｐｐｍ、残部がＣｕと不可避不純物からなり、Ｏ濃度に対するＴｉ濃度の比率が２．０となるような化学組成を有する溶湯を調製した。続いて、溶湯を鋳造して鋳造材を形成し、鋳造材に熱間圧延加工を施し、さらに熱間圧延加工後の圧延材の表面を酸化還元反応させて清浄化する処理を行うことで、外径が８ｍｍの荒引き線を形成した。熱間圧延加工では、１番目の圧延ロールでの温度を８５０℃、最終の圧延ロールでの温度を５００℃、１番目の圧延ロールでの熱間圧延加工から最終の圧延ロールでの熱間圧延加工までにかかる時間（熱間圧延時間）を１５秒とした。次に、荒引き線に冷間伸線加工と冷間圧延加工、必要に応じて熱処理を施すことで、幅が６．５ｍｍ、厚さが０．８ｍｍの平角状の導体を作製した。なお、導体の断面を電子顕微鏡で観察したところ、析出物としてのＴｉ化合物が微細に分散しており、Ｔｉ化合物の粒子径が１００ｎｍ程度であることが観察された。
続いて、導体の外周に、ポリイミド樹脂を含む絶縁塗料を塗布し焼付けることにより絶縁層を形成し、実施例１の絶縁電線を作製した。
Figure 0006516117
（実施例２〜５、比較例１〜５）
実施例２〜５、比較例１〜４では、銅材料の組成や圧延加工の条件を表１に示すように適宜変更した以外は、実施例１と同様に絶縁電線を作製した。比較例５では、鋳造材の製法を熱間圧延加工から熱間押出に変更した以外は、実施例１と同様に絶縁電線を作製した。なお、比較例５では、熱間圧延加工を行っていないため、圧延条件を表１には記載していない。
（評価）
各絶縁電線について導体の半軟化温度ＴAおよび回復温度ＴBを以下の方法により測定した。
半軟化温度ＴAは、熱間圧延した荒引き線φ８ｍｍを冷問加工してφ２．６ｍｍ硬銅線を作製し、１００〜４００℃のソルトバス中で１時間の熱処理を行ない常温で引張強さを測定し、熱処理前の硬銅線の引張強さと４００℃で完全焼鈍した引張強さの１／２（半分）まで引張強さが低下する熱処理温度を半軟化温度ＴAとした。
回復温度ＴBは、以下のように求めた。まず、絶縁電線に対して３０％伸長加工を施す前後で導体の導電率を測定する。このとき、３０％伸長による加工ひずみが付加されて導電率は低下する。この３０％伸長加工した絶縁電線に対して１時間の加熱処理を行い、加熱後の導体の導電率を、伸長加工前の導体の導電率に対する変化量が０．５％ＩＡＣＳ以内となるまで回復させるのに必要な温度を回復温度ＴBとして求めた。
（評価結果）
実施例１の絶縁電線について半軟化温度ＴAおよび回復温度ＴBを測定したところ、半軟化温度ＴAが１２５℃、回復温度ＴBが８８℃であって、半軟化温度比ＴB／ＴAが０．７０で１．０未満であることが確認された。つまり、実施例１の絶縁電線は、回復温度ＴBが１３０℃以下であり、半軟化温度ＴAよりも低い温度での加熱によって導体の導電率を加工前の水準まで回復できることが確認された。また、実施例２〜５は、実施例１と同様に、半軟化温度ＴAよりも低い１３０℃以下の温度での加熱により導電率を回復できることが確認された。
また、実施例１と実施例２、もしくは実施例４と実施例５を比較すると、最終の熱間圧延温度を低くするほど、半軟化温度ＴA、回復温度ＴBを低くして、半軟化温度比ＴB／ＴAを小さくできることが確認された。また、実施例１と実施例４、もしくは実施例２と実施例５を比較すると、熱間圧延時間を長くするほど、半軟化温度ＴA、回復温度ＴBを低くして、半軟化温度比ＴB／ＴAを小さくできることが確認された。これは、熱間圧延において、比較的低い温度で長く圧延することで、荒引き線に固溶していたＴｉおよびＳを析出させることができ、母相の純度をより高めることができたためと推測される。
一方、比較例１，２の絶縁電線では、回復温度ＴBが１３０℃よりも高く、半軟化温度ＴAよりも高く、半軟化温度比ＴB／ＴAが１．０以上となることが確認された。つまり、比較例１，２の絶縁電線は、加工後に導電率を回復させるのに、半軟化温度ＴAよりも高い温度（１３０℃よりも高い温度）で加熱する必要があることが確認された。これは、導体において、Ｏ濃度に対するＴｉ濃度の比率が２未満であり、ＴｉによりＳを十分に析出できず、母相の純度を低くできなかったためと推測される。
また、比較例３の絶縁電線では、実施例１と同様の化学組成としたが、熱間圧延時間を７秒と短くしたため、ＴｉおよびＳの析出が十分に進まず、回復温度ＴBが１９６℃となり、半軟化温度比ＴB／ＴAが１以上となることが確認された。
また、比較例４，５の絶縁電線では、比較例１〜３よりも半軟化温度ＴAおよび回復温度ＴBが高くなり、半軟化温度比ＴB／ＴAが１以上となることが確認された。これは、導体にＴｉを添加しないことで、Ｓの析出が進まずに、母相の純度が高くならなかったためと考えられる。
以上により、回復温度ＴBが１３０℃以下であり、また、半軟化温度比ＴB／ＴAが１未満である導体を絶縁電線に使用することで、絶縁電線をコイル状に加工したときに低下する導体の導電率を低温度で回復できることが分かった。
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
［付記１］
本発明の一態様によれば、
銅材料から形成される導体と前記導体の外周に設けられる絶縁層と、を備え、
前記導体は、前記導体がコイル状に加工されたときの導電率を加工前の導電率に回復させるための回復温度ＴBが１３０℃以下である、
絶縁電線が提供される。
［付記２］
付記１の絶縁電線において、好ましくは、
前記導体は、前記回復温度ＴBが前記導体の半軟化温度ＴAよりも低い。
［付記３］
付記２の絶縁電線において、好ましくは、
前記導体は、前記半軟化温度ＴAに対する前記回復温度ＴBの比である半軟化温度比ＴB／ＴAが１．０未満である。
［付記４］
付記２又は３の絶縁電線において、好ましくは、
前記導体の前記半軟化温度ＴAが１２５℃以上１３８℃以下である。
［付記５］
付記１〜３のいずれか１つの絶縁電線において、好ましくは、
前記導体の前記回復温度ＴBが７５℃以上１２４℃以下である。
［付記６］
付記１〜５のいずれか１つの絶縁電線において、好ましくは、
前記銅材料は、チタン濃度が４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、硫黄濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、残部が銅と不可避不純物からなり、前記酸素濃度に対する前記チタン濃度の比率が２．０以上４．０以下である化学組成を有する。
［付記７］
付記１〜６のいずれか１つの絶縁電線において、好ましくは、
前記導体を形成する前記銅材料は、Ｔｉ化合物を含み、Ｔｉ化合物の粒子径が２０ｎｍ〜３００ｎｍである。
［付記８］
付記１〜７のいずれか１つの絶縁電線において、好ましくは、
前記絶縁層が、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびポリエステルイミド樹脂の少なくとも１つの熱硬化性樹脂から形成されている。
［付記９］
本発明の他の態様によれば、
銅材料から形成される導体と前記導体の外周に設けられる絶縁層とを備える絶縁電線をコイル状に加工して形成され、
前記導体がコイル状に加工されたときの導電率を加工前の導電率に回復させるための回復温度ＴBが１３０℃以下である、
コイルが提供される。
［付記１０］
本発明のさらに他の態様によれば、
銅材料から形成される導体と前記導体の外周に設けられる絶縁層とを備える絶縁電線をコイル状に加工する加工工程と、
前記コイル状に加工した前記絶縁電線を加熱することで導電率を回復させる加熱工程と、を有し、
前記加熱工程では、前記導体に前記加工が施されたときの導電率を１３０℃以下の回復温度ＴBで加熱することによって加工前の導電率に回復させる、
コイルの製造方法が提供される。
［付記１１］
付記１０のコイルの製造方法において、好ましくは、
前記銅材料は、チタン濃度が４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、硫黄濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、残部が銅と不可避不純物からなり、前記酸素濃度に対する前記チタン濃度の比率が２．０以上４．０以下である化学組成を有する。
１ 絶縁電線
１１ 導体
１２ 絶縁層

Claims (6)

  1. チタン濃度が４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、硫黄濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、残部が銅と不可避不純物からなり、前記酸素濃度に対する前記チタン濃度の比率が２．０以上４．０以下である化学組成を有し、熱間圧延するときの最終圧延ロールの熱間圧延温度が５００℃〜５５０℃で熱間圧延時間が１０秒以上である熱間圧延加工が施されてなる荒引き線から形成される導体と前記導体の外周に設けられる絶縁層と、を備え、
    前記導体は、前記導体がコイル状に加工されたときの導電率を加工前の導電率に回復させるための回復温度ＴBが１３０℃以下で前記導体の半軟化温度ＴAよりも低い、
    絶縁電線。
  2. 前記導体は、前記半軟化温度ＴAに対する前記回復温度ＴBの比である半軟化温度比ＴB／ＴAが１．０未満である、
    請求項１に記載の絶縁電線。
  3. 前記導体の前記半軟化温度ＴAが１２５℃以上１３８℃以下である、
    請求項１又は２に記載の絶縁電線。
  4. 前記導体の前記回復温度ＴBが７５℃以上１２４℃以下である、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁電線。
  5. 前記絶縁層が、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂およびポリエステルイミド樹脂の少なくとも１つの熱硬化性樹脂から形成されている、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁電線。
  6. チタン濃度が４ｍａｓｓ ｐｐｍ以上５５ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、硫黄濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上１２ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、酸素濃度が２ｍａｓｓ ｐｐｍ以上３０ｍａｓｓ ｐｐｍ以下、残部が銅と不可避不純物からなり、前記酸素濃度に対する前記チタン濃度の比率が２．０以上４．０以下である化学組成を有し、熱間圧延するときの最終圧延ロールの熱間圧延温度が５００℃〜５５０℃で熱間圧延時間が１０秒以上である熱間圧延加工が施されてなる荒引き線から形成される導体と前記導体の外周に設けられる絶縁層とを備える絶縁電線をコイル状に加工して形成され、
    前記導体がコイル状に加工されたときの導電率を加工前の導電率に回復させるための回復温度ＴBが１３０℃以下で前記導体の半軟化温度ＴAよりも低い、
    コイル。
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