JP6822252B2

JP6822252B2 - コイル及びその製造方法

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Publication number: JP6822252B2
Application number: JP2017055389A
Authority: JP
Inventors: 誠漆原; 泰彦工藤; 慎太郎飯田; 桜井　英章; 英章桜井
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: WO2018173608A1; EP3605558A4; TWI740002B; JP2018160317A; EP3605558B1; US20200035407A1; TW201903788A; EP3605558A1; CN110352463A; US11581127B2; CN110352463B

Description

本発明は、導体線が２層構造の絶縁皮膜で被覆されてなる巻線加工用の絶縁電線を用いたコイル及びその製造方法に関する。更に詳しくは、曲げ加工時に曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性に優れる絶縁電線を用いたコイル及びその製造方法に関する。

近年、ハイブリッド車や電気自動車向けに、リアクトルやモーターの高性能化が必要とされている。それに伴い、リアクトルやモーターで使われるコイル用の絶縁電線は、横断面形状が円形状の丸線から横断面形状が矩形状の平角状線へシフトしており、コイル化の際もフラットワイズ曲げ加工からエッジワイズ曲げ加工へシフトしている。このリアクトルやモーターの更なる高性能化では、エッジワイズ曲げ加工時の曲げ半径の減少が求められている。エッジワイズ曲げ加工で、曲げ半径が減少すると、曲げの内側では皮膜が導体から剥離し易く、皮膜がよじれてシワが発生する。また曲げの外側では皮膜の割れ、亀裂が起こる。これらの欠陥は絶縁電線として最も重要な絶縁性能の低下を引き起こす。剥離、シワの発生を抑制するためには、曲げ加工においても皮膜が導体から剥がれない高い密着性を有する平角状の絶縁電線が求められている。

これまで、導体と絶縁皮膜との密着性に優れた絶縁電線又はその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に示される絶縁電線の製造方法は、塗膜形成用樹脂及びポリサルファイドポリマーを含有する塗料を、硬化後の厚みが４μｍ以上となる量を導体表面に塗布した後、加熱硬化することにより、導体と絶縁被膜との間に、１サイクルの塗布、加熱硬化で厚み４μｍ以上のプライマー層を形成する方法である。この製造方法によれば、プライマー中に含まれているポリサルファイドポリマーの硫黄原子が、導体（銅）と結合を形成して密着力強化を図ることができ、また、プライマー層中に含まれるポリサルファイドポリマーは、ゴム弾性を有しているので、絶縁被膜にかかる外的ストレスを緩和することにより、絶縁被膜の剥離強度を高めることができるとされている。

一方、導体線が２層構造の絶縁皮膜で被覆されてなる絶縁電線として、特許文献２の巻線又は特許文献３の複層アニオン電着塗膜形成方法が提案されている。特許文献２に示される巻線は、導線の周りに形成された絶縁被膜が、導線側に配された内被膜とその周りに配された外被膜からなり、内被膜に比して外被膜が相対的に高耐熱性を有し、かつ、内被膜と外被膜が相互に係合する係合部を介して密着している。この巻線は、２層構造の絶縁被膜を具備するため、これら２層の絶縁被膜が相互に分離することなく、高い密着性を備えていることによって放熱性に優れ、外被膜の破れも生じ難いとされる。

また特許文献３に示される複層アニオン電着塗膜形成方法は、基材に対して、微粒子金属酸化物を含むアニオン電着塗料（Ａ）を電着塗装することで、未硬化のアニオン電着塗膜（Ａ）を形成する第１工程と、前記未硬化のアニオン電着塗膜（Ａ）が形成された基材に対して、アニオン電着塗料（Ｂ）を電着塗装することで、未硬化のアニオン電着塗膜（Ｂ）を形成する第２工程と、前記未硬化のアニオン電着塗膜（Ａ）及び前記未硬化のアニオン電着塗膜（Ｂ）を一度に焼き付け硬化させる第３工程と、を有し、前記未硬化のアニオン電着塗膜（Ａ）の抵抗値が、２５〜１９０ｋΩ・ｃｍ²である方法である。この形成方法によれば、１コート目のアニオン電着塗膜（Ａ）の未硬化状態における抵抗値を、従来よりも低い２５〜１９０ｋΩ・ｃｍ²に設計したため、塗装電圧を高めたり通電時間を長くすることなく２コート目のアニオン電着塗膜を厚膜化でき、かつ優れた外観が得られるとされる。

特開２０１１−１９２５１４公報（請求項１、段落［００１３］）特開２０１２−２２８３３８公報（請求項１、段落［００１４］）特開２０１３−１１７０４０公報（請求項１、段落［００１７］）

しかし、特許文献１に示される絶縁電線のプライマー層で用いられる樹脂は、その外層に被覆される樹脂よりも耐熱性や絶縁性に劣る場合が多い。またプライマー層を有する絶縁電線をコイルとして使用する際に、同じ膜厚でプライマー層を有しない絶縁電線に比べて、エッジワイズ曲げ加工を行って、曲げの外側の皮膜が薄くなったときに、曲げの外周での絶縁性や耐熱性が劣る傾向があり問題があった。その解決のために、プライマー層とその外層を合わせた皮膜の厚みを厚くすることが考えられるが、皮膜を厚くすると、エッジワイズ曲げ加工時に曲げ内側の皮膜が圧縮されてシワが発生すること、皮膜を厚くするために多数回ディップコートする必要があるが、乾燥回数が増え、乾燥時間が長くなること、導体と皮膜の界面の酸化物層を形成することにより密着性が悪くなること、及び皮膜が厚くなることによる製造コストが高くなることなど種々の問題が発生していた。

また特許文献２に示される巻線では、内被膜と外被膜の間を係合部とすることで密着性を改善しているが、最も内被膜の剥離が生じやすいのは導体である金属と絶縁物である樹脂との異種材料の界面であり、この方法ではエッジワイズ曲げ加工を行う平角線では、内被膜の導線との密着性を十分に改善することができなかった。

更に特許文献３に示される複層アニオン電着塗膜形成方法では、電着によって複層塗膜を形成する際に、１コート目の塗膜に、優れた耐密着性を付与すること方法が述べられており、良好な密着性のためには、硬化剤の量を適切にすることが述べられているが、エッジワイズ曲げ加工を行う平角状導体線に対する１コート目の塗膜の密着性を改善するには不十分であり、硬化剤をそもそも使用しない系には適用不可能であった。

本発明の目的は、上記の種々の問題を解決し、曲げ加工時に曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性に優れる絶縁電線を用いたコイル及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、絶縁電線の平角状導体線を被覆する絶縁皮膜を内層と外層の２層構造とし、平角状導体線の矩形状の横断面における相対向し同一長さを有する２つの短辺のうちの一方の短辺を被覆する内層の厚さを他方の短辺を被覆する内層の厚さよりも大きくして、内層の弾性率又は降伏応力が外層の弾性率又は降伏応力より小さくすれば、絶縁電線を内層が厚い一方の短辺を内側にして曲げるエッジワイズ曲げ加工で巻線加工を行ったときに、曲げ内側の導体線と内層との界面における内層への負荷を吸収することができ、曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性が高められることに着目し、本発明に到達した。

本発明の第１の観点は、図１に示すように、横断面形状が矩形状の平角状導体線１１が絶縁皮膜１２で被覆されてなる絶縁電線１０を複数回巻回されてなるコイルにおいて、絶縁皮膜１２が平角状導体線１１の表面を被覆する内層１２Ａと、この内層の表面を被覆する外層１２Ｂからなり、平角状導体線１１の矩形状の横断面における相対向し同一長さを有する２つの短辺のうちの一方の短辺１１Ａを被覆する内層１２Ａの厚さｔ₁が他方の短辺１１Ｂを被覆する内層１２Ａの厚さｔ_２（但しｔ_２＝０を含む。）よりも大きく、内層１２Ａの弾性率が外層１２Ｂの弾性率よりも小さいか又は内層１２Ａの降伏応力が外層１２Ｂの降伏応力よりも小さく、或いは内層１２Ａの弾性率と降伏応力の双方が外層１２Ｂの弾性率と降伏応力より小さく、絶縁電線１０を内層が厚い一方の短辺１１Ａを内側にして曲げられたエッジワイズ状に複数回巻回されてなることを特徴とするコイルである。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、一方の短辺１１Ａを被覆する内層の厚さｔ₁の一方の短辺１１Ａを内層を介して被覆する外層の厚さｔ₃に対する比（ｔ₁／ｔ₃）が１以下である絶縁電線１０を用いたコイルである。

本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、内層１２Ａと外層１２Ｂを合わせた絶縁皮膜１２の厚さが４０〜６５μｍである絶縁電線１０を用いたコイルである。

本発明の第４の観点は、第１ないし第３の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、絶縁電線１０の平角状導体線１１の矩形状の横断面における短辺１１Ａ、１１Ｂに対する長辺１１Ｃの長さの比（長辺／短辺）が４〜５０であって、平角状導体線１１の丸線換算径が３〜５ｍｍである絶縁電線１０を用いたコイルである。なお、丸線換算径とは、真円以外の横断面形状の導体線の断面積と断面積が同一の真円線の直径のことをいう。

本発明の第５の観点は、第１ないし第４の観点のいずれかの観点に基づく発明であって、絶縁電線１０の平角状導体線１１が銅線であって、内層１２Ａの材質がウレタン骨格又はシロキサン骨格を有するポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂であって、外層１２Ｂの材質がポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂である絶縁電線１０を用いたコイルである。

本発明の第６の観点は、横断面形状が矩形状の平角状導体線に電着液を電着して絶縁皮膜を形成することにより絶縁電線を製造し、前記絶縁電線を巻線加工を行うことによりコイルを製造する方法において、前記絶縁電線の製造は、第１電着液により平角状導体線の表面を内層の前駆体層で被覆する第１工程と、第２電着液により前記平角状導体線の前記内層前駆体層の表面を外層の前駆体層で被覆する第２工程と、前記内層前駆体層と前記外層前駆体層とを一括して焼付けして前記平角状導体線を内層と外層の２層で被覆する第３工程とを含み、前記第１工程が前記平角状導体線の矩形状の横断面における相対向し同一長さを有する２つの短辺のうちの一方の短辺を被覆する内層前駆体層の厚さが他方の短辺を被覆する内層前駆体層の厚さよりも大きくなるように行われ、前記第３工程が前記一方の短辺を被覆する内層の厚さが他方の短辺を被覆する内層の厚さよりも大きくなるように行われ、前記第１電着液の含有成分及び前記第２電着液の含有成分が前記内層の弾性率が前記外層の弾性率よりも小さくなるように、又は前記内層の降伏応力が前記外層の降伏応力よりも小さくなるように、或いは前記内層の弾性率と降伏応力の双方が前記外層の弾性率と降伏応力より小さくなるようにそれぞれ選定され、前記絶縁電線を前記内層が厚い前記一方の短辺を内側にして曲げるエッジワイズ曲げ加工で巻線加工を行うことによりコイルを製造することを特徴とするコイルの製造方法である。

本発明の第７の観点は、第６の観点に基づく発明であって、前記第１電着液がウレタン骨格又はシロキサン骨格を有するポリイミド溶液又はポリアミドイミド溶液を含有成分とし、前記第２電着液がポリイミド溶液又はポリアミドイミド溶液を含有成分とするコイルの製造方法である。

本発明の第１の観点に基づく発明では、絶縁電線の平角状導体線を被覆する絶縁皮膜を内層と外層の２層構造とし、平角状導体線の矩形状の横断面における相対向し同一長さを有する２つの短辺のうちの一方の短辺を被覆する内層の厚さを他方の短辺を被覆する内層の厚さよりも大きくして、内層に弾性率又は降伏応力を外層の弾性率又は降伏応力より小さくしているので、絶縁電線を内層が厚い一方の短辺を内側にして曲げるエッジワイズ曲げ加工で巻線加工を行ってコイルを製造したときに、曲げ内側の導体線と内層との界面における絶縁皮膜への圧縮応力を内層が吸収して、内層における剥離やシワを防止し、曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性に優れた効果を奏する。また、弾性率又は降伏応力の低い材料の使用されている厚さが小さいため、加工時に発生する傷が少なく、加工後の絶縁特性や耐熱性に優れる。

本発明の第２の観点に基づく発明では、絶縁電線の一方の短辺を被覆する内層の厚さｔ₁の一方の短辺を内層を介して被覆する外層の厚さｔ₃に対する比（ｔ₁／ｔ₃）を１以下とすることにより、内層の厚さを外層の厚さ以下として、弾性率又は降伏応力が外層の弾性率又は降伏応力より小さい内層の占有率を低める。これにより絶縁皮膜全体としての硬さを維持し、曲げ加工時の外力による絶縁皮膜の損傷を防止する。その結果、絶縁破壊電圧及び耐熱性を低下させずに、曲げ加工時に曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性をより高めることができる。

本発明の第３の観点に基づく発明では、絶縁電線の内層と外層を合わせた絶縁皮膜の厚さが４０μｍ以上であるため、絶縁破壊電圧と耐熱性に優れる。また絶縁皮膜の厚さが６５μｍ以下であるため、曲げ加工時に曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性により一層優れる。

本発明の第４の観点に基づく発明では、絶縁電線の平角状導体線の横断面形状が矩形状であって、前記横断面における短辺に対する長辺の長さの比（長辺／短辺の比）が４以上であるため、絶縁電線を高周波の交流で使用して、表皮効果により導体の表面のみに電流が流れたときに、長辺／短辺の比が大きいことで電流が流れる領域を広くすることができる。また、長辺／短辺の比が５０以下であるので、曲げ加工が容易であり、曲げ加工時に曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性により一層優れる。また、導体線の丸線換算径が３ｍｍ以上であるため、大電流向けの絶縁電線として使用できる。また、丸線換算径が５ｍｍ以下であるため、この絶縁電線には曲げ加工時に曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性により一層優れる。なお、大電流が絶縁電線に流れる場合、厚い絶縁皮膜による高い絶縁性が必要となるが、絶縁皮膜が厚い場合、曲げによるシワ・剥離が起こりやすいので、そのような場合に本発明は好適である。

本発明の第５の観点に基づく発明では、絶縁電線の導体線が銅線であるため、導電性に優れる。また絶縁皮膜の内層の材質がウレタン骨格又はシロキサン骨格を有するポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂であって、外層の材質がポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂であるため、曲げ加工時に曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性が高く、絶縁破壊電圧と耐熱性に優れる。

本発明の第６の観点に基づく発明では、絶縁電線の製造が平角状導体線を被覆する内層前駆体層と外層前駆体層を第１及び第２工程の２つの電着工程で行われ、第３工程で内層前駆体層と外層前駆体層とを一括焼付けして内層と外層を形成するため、内層と外層が強固に密着しながらこれらの２層が平角状導体線を被覆する。第１工程で平角状導体線の矩形状の横断面における相対向し同一長さを有する２つの短辺のうちの一方の短辺を被覆する内層の厚さを他方の短辺を被覆する内層の厚さよりも大きくし、かつ第１電着液の含有成分及び第２電着液の含有成分を内層の弾性率又は降伏応力のいずれか又は双方が外層の弾性率又は降伏応力よりも小さくなるようにそれぞれ選定されることにより、内層が厚い一方の短辺を内側にして曲げるエッジワイズ曲げ加工で巻線加工を行ったときに、曲げ内側の導体線と内層との界面における絶縁皮膜への圧縮応力を内層が吸収して、内層におけるシワを防止し、曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性に優れた効果を奏する。

本発明の第７の観点に基づく発明では、第１電着液がウレタン骨格又はシロキサン骨格を有するポリイミド溶液又はポリアミドイミド溶液を含有成分とし、第２電着液がポリイミド溶液又はポリアミドイミド溶液を含有成分とするため、絶縁電線の曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性を高めるとともに、絶縁電線を高い絶縁破壊電圧と高い耐熱性にすることができる。

本発明の実施形態の絶縁電線の横断面図である。本発明の実施形態の電着塗装装置により絶縁皮膜を導体線の表面に形成するプロセスを示す模式図である。本実施形態の第１工程における陰極構造を示す図２のＸ−Ｘ線断面図である。本実施形態の第２工程における陰極構造を示す図２のＹ−Ｙ線断面図である。比較例１〜３の陰極構造を示す図２のＸ−Ｘ線断面図に対応する断面図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

〔絶縁電線〕
図１に示すように、本実施形態の絶縁電線１０は、横断面形状が矩形状の平角状導体線１１が絶縁皮膜１２で被覆されてなる巻線加工用の絶縁電線である。矩形状の平角状であることが、横断面形状が円形の導体線と比較して、この絶縁電線を巻回してコイルにしたときに、コイル断面積中の導体線の断面積の占有率を大きくすることができる。この絶縁電線１０の特徴ある点は、この絶縁皮膜１２が平角状導体線１１の表面を被覆する内層１２Ａとこの内層の表面を被覆する外層１２Ｂからなり、平角状導体線１１の矩形状の横断面における相対向し同一長さを有する２つの短辺のうちの一方の短辺１１Ａを被覆する内層１２Ａの厚さｔ₁が他方の短辺１１Ｂを被覆する内層１２Ａの厚さｔ₂（但しｔ₂＝０を含む。）よりも大きく、内層１２Ａの弾性率が外層１２Ｂの弾性率よりも小さいか又は内層１２Ａの降伏応力が外層１２Ｂの降伏応力よりも小さく、或いは内層１２Ａの弾性率と降伏応力の双方が外層１２Ｂの弾性率と降伏応力より小さいことにある。なお、図１では、理解を容易にするために、絶縁皮膜１２の内層１２Ａと外層１２Ｂの各厚さを平角状導体線１１の寸法と比較して拡大して示している。

平角状導体線１１の一方の短辺１１Ａを弾性率、降伏応力が外層より小さい内層１２Ａで厚く被覆し、この内層の表面を外層で被覆し、この短辺１１Ａをエッジワイズ曲げ加工の曲げ部内側として使用した場合には、剥離やシワが発生しやすい部位に集中的にかかる曲げによる圧縮応力が作用しても、導体線と絶縁皮膜との界面への負担を低減することができ、絶縁皮膜の剥離やシワが発生しない絶縁電線となる。

絶縁電線の曲げ加工時に、皮膜の弾性域においては弾性率が小さい方が、また皮膜の塑性域においては降伏応力が小さい方が、加工時に皮膜内に発生する応力が小さく、それは界面への負担が小さいことを意味するから、結果として皮膜の剥離やシワが発生しにくくなる。絶縁皮膜の材料によっては降伏する前に破断する材料もあるため、本発明では、降伏応力の他に弾性率においても規定する。この降伏応力と弾性率で規定することにより、曲げによる皮膜の応力を的確に表現することができる。曲げによる変形の程度が大きい場合であって、絶縁皮膜を構成する樹脂の塑性変形が支配的になるときには、降伏応力を用いると、曲げによる皮膜の応力の影響を端的に表現することができる。

本実施形態の絶縁皮膜の厚さは、４０〜６５μｍが好ましい。絶縁皮膜の厚さが４０μｍ未満の場合、膜厚が薄いため、モーターやリアクトルで使用に耐え得る絶縁性能を発揮できない恐れがある。また６５μｍを超えると、巻線加工の曲げ加工時に曲げ内側の絶縁皮膜が導体線から剥離したりシワが生じ易く、また電着にて被覆を行った場合に、揮発する溶剤等の量が多くなることで、焼付工程において皮膜に泡のような欠陥が発生しやすくなる。

また本実施形態の平角状導体線１１は、その矩形状の横断面における短辺１１Ａ、１１Ｂに対する長辺１１Ｃの長さの比（長辺／短辺）が４以上であって、丸線換算径が３ｍｍ以上であることが好ましい。これは、この絶縁電線をコイルにしたときにコイル断面積中の導体線の断面積の占有率を大きくすることができるためである。特に、長辺／短辺の比が４以上であると、絶縁電線を高周波の交流で使用して、表皮効果により導体の表面のみに電流が流れたときに、長辺／短辺の比が大きいことで電流が流れる領域を広くすることができる。反対に長辺／短辺の比が５０以下であって、導体線の丸線換算径が５ｍｍ以下であることが好ましい。これは、曲げ加工時に、曲げ加工が容易になるとともに、曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性により一層優れるためである。また、長辺／短辺の比が５０を超えると、平角状導体線の扁平度合いが大きくなり過ぎ、導体線自体が曲げ加工によりねじれたり、亀裂が発生し易くなる。

また本実施形態の平角状導体線１１は、一方の短辺１１Ａを被覆する内層の厚さｔ₁の一方の短辺１１Ａを内層を介して被覆する外層の厚さｔ₃に対する比（ｔ₁／ｔ₃）が１以下であることが好ましい。これは、内層の厚さを外層の厚さ以下として、弾性率又は降伏応力が外層の弾性率又は降伏応力より小さい内層の占有率を低める。これにより絶縁皮膜の絶縁破壊電圧及び耐熱性を低下させずに、曲げ加工時に曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性をより高めることができる。ｔ₁／ｔ₃が０．１４〜１であることが更に好ましい。

更に本実施形態の絶縁電線の導体線の材質としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等が挙げられる。その中で、銅線がより高い導電性が得られるため、好ましい。また絶縁皮膜の外層の材質は、ポリイミド（以下、ＰＩという。）樹脂、ポリアミドイミド（以下、ＰＡＩという。）樹脂、ポリエステルイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ−アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。その中で、高い絶縁破壊電圧と耐熱性の観点から、ポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂であることが好ましい。また絶縁皮膜の内層の材質は、ウレタン骨格又はシクロサン骨格を有する、前述したＰＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂、ポリエステルイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ−アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。その中で、樹脂の弾性率又は降伏率が比較的小さいウレタン骨格又はシクロサン骨格を有するＰＩ樹脂、ＰＡＩ樹脂であることが好ましい。

〔絶縁電線の製造方法〕
本実施形態の絶縁電線は、導体線に絶縁皮膜をディッピング法又は電着法で形成することにより製造される。ディッピング法で絶縁皮膜を形成する場合には、１回当たりの皮膜塗布工程で塗布できる皮膜の厚さは１〜１０μｍであり、ハイブリッド車や電気自動車向けのモーターやリアクトルとして用いるために必要とされる絶縁破壊電圧を得るためには、塗布工程と焼付け工程を複数回行う必要がある。この場合は、複数回焼付け工程を行う必要があることから、内層の皮膜の乾燥が外層に比べて進むため、皮膜全体で均一に乾燥程度を均一化するには、塗布工程の塗布剤を毎回変えたり、焼付け工程の温度や時間を毎回変えるなどの工夫が必要となる。特に何度も焼付け工程を得ることになる導体と接触している１層目は乾燥の程度が高くなり、皮膜が劣化することでコイル加工した際に絶縁不良の原因となるので、１層目の乾燥は低温で行うなどの工夫が必要である。

ディッピング法で本実施形態の絶縁皮膜の内層を形成する場合には、平角状導体線の長辺が鉛直方向になるようにして、平角状導体線を絶縁塗料槽に貯えられた絶縁塗料液中に水平方向に通過させて内層前駆体層を形成する。次いで絶縁塗料液を通過させた内層前駆体層を湿潤状態の重力により一方の短辺側に集めながら焼付け処理を行って内層を形成する。続いて平角状導体線全体を別の絶縁塗料槽に貯えられた絶縁塗料液中に水平方向に通過させて均一な厚さの外層前駆体層を形成する。その後、外層前駆体層を焼付け処理を行って外層を形成することにより、内層と外層の２層からなる絶縁皮膜を形成する。

一方、電着法で絶縁皮膜を形成する場合には、本実施形態の内層及び外層を簡便に平角状導体線表面に形成できるため、本発明においては好適である。電着法の場合、先ず、絶縁電着塗料である電着液を内層用と外層用と個別に調製する。内層用の電着液を第１電着液といい、外層用の電着液を第２電着液という。第１電着液も第２電着液も、ポリマーと、有機溶媒及び水を含む。具体的には、ポリマーが水に分散する水分散型の電着液又はポリマーが水と有機溶媒との混合液に分散する混合分散型の電着液である。第１電着液のポリマーには、前述した内層の材質として例示した樹脂が挙げられる。また第２電着液のポリマーには、前述した外層の材質として例示した樹脂が挙げられる。更に第１電着液も第２電着液も、有機溶媒には、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、γ−ブチロラクトン（γＢＬ）、アニソール、テトラメチル尿素、スルホラン等が用いられる。中でもＮＭＰが好ましい。

本実施形態では、第１電着液は、ポリマーとしてウレタン骨格又はシロキサン骨格を有するＰＩ樹脂又はＰＡＩ樹脂をＮＭＰとＤＭＩに溶解させた溶液に中和剤を添加し撹拌してＰＩ又はＰＡＩを中和した後、ＰＩ又はＰＡＩの貧溶媒である水を添加し混合・撹拌しＰＩ又はＰＡＩを析出させることにより、調製する。また第２電着液は、ポリマーとしてＰＩ樹脂又はＰＡＩ樹脂をＮＭＰとＤＭＩに溶解させた溶液に中和剤を添加し撹拌してＰＩ又はＰＡＩを中和した後、ＰＩ又はＰＡＩの貧溶媒である水を添加し混合・撹拌しＰＩ又はＰＡＩを析出させることにより、調製する。第１電着液も第２電着液も、ポリマーの濃度は水と有機溶媒との混合溶媒１００質量％に対して１〜１０質量％であり、有機溶媒は１〜７０質量％が好ましい。

以下、図２に基づいて、第１電着液及び第２電着液を用いて絶縁電線を製造する方法を説明する。図２に示す電着塗装装置２０は、第１電着液２１を貯留する第１電着槽２２と、第２電着液２４を貯留する第２電着槽２６と、焼付け炉２７を有する。第１電着液２１も第２電着液２４も、好ましくは５〜６０℃の温度に維持される。

図３に示すように、第１電着槽２２は平面視で円形状であって、第１電着槽２２の一隅（紙面視では下部）に陰極棒２２ａが第１電着液２１中に位置するように鉛直方向に吊り下げられ、第１電着槽２２の中央に平角状導体線１１が第１電着液２１中を通過するようになっている。第１電着液２１中に配置された陰極棒２２ａは接地される（図２参照）。図３に示すように、通過する平角状導体線１１の長辺１１Ｃと他方の短辺１１Ｂを取り囲むように、陰極棒２２ａとほぼ同じ長さを有する平面断面視が逆Ｕ字状に形成された絶縁カバー２２ｂが第１電着液２１中に位置するように吊り下げられている。換言すれば、この絶縁カバー２２ｂは、図３に示すように、平角状導体線１１の一方の短辺１１Ａを除いて、平角状導体線１１をすべて取り囲むようになっていて、平角状導体線１１の他方の短辺１１Ｂに向かうに従って平角状導体線１１の長辺１１Ｃとの間隔が広くなるように形成される。この一方の短辺１１Ａは陰極棒２２ａに対向する。絶縁カバー２２ｂの材質としては、フッ素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン樹脂が好ましい。

また図４に示すように、第２電着槽２６は平面視で円形状であって、第２電着槽２６の内側の半周（紙面視では上部半周）に相当する部分に半円筒状の陰極板２６ａが第２電着液中に位置するように鉛直方向に吊り下げられ、第２電着槽２６の中央に平角状導体線１１が第２電着液２４中を通過するようになっている。第２電着液２４中に配置された陰極板２６ａは接地される（図２参照）。

予め、円筒状に巻き取られた横断面形状が円形の導体線２８を、直流電源２９の陽極３０を介して電気的に接続しておく。そして、この横断面形状が円形の導体線２８を図２の実線矢印の方向に引上げて次の各工程を経る。

先ず、予備工程として、横断面形状が円形の導体線２８を一対の圧延ローラ３１，３１により扁平に圧延して、横断面形状が矩形の平角状導体線１１を形成する。次いで、第１工程として、第１電着槽２２に貯留された第１電着液２１中に平角状導体線１１を通過させる。

第１電着槽２２において、平角状導体線１１が第１電着液２１中を通過する際に、直流電源２９により直流電圧が平角状導体線１１と陰極棒２２ａとの間に印加される。このときの直流電源２９の直流電圧は１〜５００Ｖとするのが好ましく、直流電流の通電時間は０．０１〜６０秒とするのが好ましい。これにより、第１電着液２１中で、マイナスに帯電したウレタン骨格又はシロキサン骨格を有するＰＩ又はＰＡＩ粒子（図示せず）が平角状導体線１１の表面に電着されて内層用絶縁層（図示せず）が形成される。図３に示すように、平角状導体線１１が絶縁カバー２２ｂにより、一方の短辺１１Ａを除いて覆われているため、ウレタン骨格又はシロキサン骨格を有するＰＩ又はＰＡＩ粒子は一方の短辺１１Ａに多く析出し、他方の短辺１１Ｂに向かうほど少なく析出する。第１電着液２１を通過した平角状導体線表面の内層用絶縁層は、図２の部分拡大図に示すように内層前駆体層１２ａになる。

次いで、内層前駆体層１２ａで表面が覆われた平角状導体線１１は、第２工程に進み、ここで第２電着槽２６を通過する。第２電着槽２６で平角状導体線１１が第２電着液２４中を通過する際に、直流電源２９により直流電圧が平角状導体線１１と陰極板２６ａとの間に印加される。このときの直流電源２９の直流電圧は１〜５００Ｖとするのが好ましく、直流電流の通電時間は０．０１〜１５０秒とするのが好ましい。これにより、第２電着液２４中で、マイナスに帯電したＰＩ粒子又はＰＡＩ粒子（図示せず）が平角状導体線１１を覆っている内層前駆体層１２ａの表面に電着されて外層用絶縁層（図示せず）が形成される。図４に示すように、内層前駆体層１２ａで覆われた平角状導体線１１は半円筒状の陰極板２６ａに囲まれるため、第２電着液２４中で内層前駆体層１２ａの全面に均一な厚さで外層前駆体層（図示せず）が形成される。

続いて、第３工程で、第２電着液２４を通過した内層前駆体層１２ａと外層前駆体層が形成された平角状導体線１１は、焼付け炉２７で焼付け処理が施される。この結果、平角状導体線１１の表面には図２の部分拡大図に示すように内層１２Ａと外層１２Ｂが形成されて、図１に示される絶縁電線１０が製造される。

なお、焼付け炉２７としては、近赤外線加熱炉、熱風加熱炉、誘導加熱炉、遠赤外線加熱炉、温度が管理された空気や窒素等不活性ガスを使った炉が例示される。これらの炉を、単独もしくは併用して使用することができる。焼付け速度を上げるために、熱風加熱と赤外線加熱を併せて行うことが好ましい。熱風加熱の場合、炉の温度は２００〜５００℃とした上で、流速の速いガスを用いるとよく、炉内の平均流速が１〜１０ｍ／分程度になるようにガスを入れるとよい。ガスの温度は炉の温度と同じ理由から２００〜５００℃程度が望ましい。また焼付け処理の時間は１〜１０分間の範囲内であることが好ましい。加熱温度が２００℃未満では、必要な焼付けを行うことができず、５００℃を超えると、焼付け初期において溶剤等の急激な揮発によって皮膜に泡のような欠陥ができる。また、高温であるために樹脂が熱分解してしまう。なお、焼付け処理の温度は焼付け炉内の中央部の温度である。

焼付け処理は、後述する絶縁電線を曲げ加工するときの曲げ内側の絶縁皮膜の導体線との密着性及び高温時の絶縁皮膜の耐軟化性を決める重要な処理である。焼付けが過剰に行われると、樹脂が劣化、界面の酸化等により、絶縁電線を曲げ加工するときの曲げ内側で絶縁皮膜が導体線から剥離したり、シワを生じ、曲げ外側で絶縁皮膜に割れを生じる。また焼付けが不十分であると、絶縁皮膜中に有機溶剤が過剰に存在するため、軟化温度が低下する。

〔コイルの製造方法〕
平角状導体線１１が内層１２Ａと外層１２Ｂの２層からなる絶縁皮膜１２で被覆されてなる絶縁電線１０を、図示しないコイル成形装置により巻線加工を行ってコイルに製造する。本実施形態では、横断面形状が矩形をなす導体線の一方の短辺側（エッジ面）を内径面とし、他方の短辺側（エッジ面）を外径面として、絶縁電線を曲げるエッジワイズ曲げ加工の巻線加工によりコイルに製造する。なお、導体線の横断面形状が矩形をなす長辺側（フラット面）を曲げるフラットワイズ曲げ加工の巻線加工により絶縁電線をコイルに製造してもよい。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。

＜実施例１＞
図２に示す電着塗装装置により、導体線として厚さ１．５ｍｍ、幅６．５ｍｍの平角状の銅線に絶縁皮膜を被覆した。第１電着液として、２質量％のウレタン骨格を有するポリアミドイミド（ＰＡＩ）を含む水分散型絶縁電着塗料を用意し、第１電着槽に貯留した。また第２電着液として、２質量％のＰＡＩを含む水分散型絶縁電着塗料を用意し、第２電着槽に貯留した。図３に示すように第１電着槽には陰極棒が配置され、図４に示すように第２電着槽には半円筒状の陰極板が配置された。図３及び図４に示すように平角状銅線が第１電着槽及び第２電着槽の中心を通過するようにした。また第２電着槽を通過した平角状銅線を焼付け処理する焼付け炉は、長さ２．５ｍの電気炉（遠赤外線加熱炉）であって、熱電対が炉壁に設置してあり、炉内を所望の温度に設定でき、銅線の進む方向に、複数個の電気ヒータが設けられ、所望の長さのみ焼付けができるよう個別に温度が設定できるようになっており、長さ１．２ｍの範囲のみ焼付けができるようヒータの出力を設定した。

このような構成の電着塗装装置により、上記平角状銅線に絶縁皮膜を次のような条件で被覆して絶縁電線を製造した。即ち、表１に示すように、直流電圧を１００Ｖに設定し、第１電着液及び第２電着液の各温度を約２０℃に調整し、第１電着槽の電着時間が１０秒、第２電着槽の電着時間が１３０秒になるように調整した。これらの電着時間は、第１電着槽及び第２電着槽に貯留される第１電着液及び第２電着液の各液量を調整することにより行った。また焼付け炉は３００℃になるように設定し、炉内で５分間乾燥・加熱処理した。

＜実施例２〜６、比較例１〜３＞
第１及び第２電着液の主成分、平角状導体線の長辺・短辺、平角状導体線の丸線換算径、絶縁電線の製造条件を表１に示すように変更し、それ以外は実施例１と同様にして、実施例２〜６、比較例１〜３の絶縁電線を製造した。実施例４では第１電着液としてシロキサン骨格を有するＰＩを含む水分散型絶縁電着塗料を用いて絶縁電線を製造した。また比較例１〜３では、平角線導体線を第１電着液を通過させずに、第２電着液のみに通過させて絶縁電線を製造した。このときの電着槽は、図５に示すように、平面視で円形状であって、電着槽３６の内側の全周部分に円筒状の陰極板３６ａを配置した。電着槽３６の中央に平角状導体線１１が電着液３４中を通過するようにした。

＜比較試験と評価＞
実施例１〜６及び比較例１〜３で得られた絶縁電線について、次の方法により、絶縁皮膜の内層の弾性率と外層の弾性率、絶縁皮膜の内層の一方の短辺Ａと他方の短辺Ｂの各厚さ（ｔ₁、ｔ₂）、外層の一方の短辺Ａの厚さ（ｔ₃）及び絶縁皮膜の全体膜厚、並びに絶縁皮膜の密着性を調べた。その結果を表２に示す。

（１）絶縁皮膜の内層の弾性率と外層の弾性率
得られた絶縁電線を１ｃｍ程度切出して、これをエポキシ樹脂に埋め、樹脂と絶縁電線を研磨することで絶縁皮膜の断面が露出した試料を作製した。超微小押込み硬さ試験機((株)エリオニクス社製 ENT-1100a)を用いて、バーコビッチ圧子により荷重１００ｍｇｆの条件で、荷重−変位曲線を取得し、そこから澤と田中の補正法を用いて、絶縁皮膜の内層の押込み弾性率と外層の押込み弾性率を測定した。内層の測定時は、先に得た断面が露出した試料について、短辺Ａ側で導体から２μｍ程度皮膜側を、外層の測定時は、皮膜外周から５μｍの位置で、押込み弾性率を測定した。

（２）絶縁皮膜の厚さ（ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃）
絶縁皮膜の内層の一方の短辺Ａと他方の短辺Ｂの各厚さ（ｔ₁、ｔ₂）は、事前に予察を行い決定した。具体的には、表１の条件で、第１電着槽のみを使用して電着を行い、焼付けを行い絶縁電線を作製した。作製した絶縁電線を１ｃｍ程度切出して、これをエポキシ樹脂に埋め、樹脂と絶縁電線を研磨することで絶縁電線の断面が露出した試料を作製した。この試料の断面を光学顕微鏡で撮影し、短辺Ａの皮膜の内層の厚さ（ｔ₁）と短辺Ｂの皮膜の内層の厚さ（ｔ₂）をそれぞれ測定した。また、絶縁皮膜の外層の一方の短辺Ａの厚さ（ｔ₃）は、以下の方法で測定した。即ち、得られた絶縁電線を１ｃｍ程度切出して、これをエポキシ樹脂に埋め、樹脂と絶縁電線を研磨することで絶縁皮膜の断面が露出した試料を作製した。この試料の断面を光学顕微鏡で撮影し、短辺Ａ側の皮膜の内層と外層を合計した厚さを測定し、その厚さを先に求めた内層の短辺Ａの皮膜部の厚さ（ｔ₁）を差し引いて測定した。

なお、断面を露出した試料を作製した後、組成が内層と外層で構成される元素が異なる場合は、ＳＥＭを利用してＥＳＤ分析することで、内層と外層の皮膜厚さを測定してもよい。また、微小押込み深さ試験で断面が露出した試料について膜厚方向に詳細に弾性率を測定することで、弾性率と膜厚を同時に測定してもよい。

（３）絶縁皮膜の全体膜厚
絶縁電線の長辺側をマイクロメーター（MITUTOYO社製）で挟み込み、絶縁電線全体の厚さを測定した後、平角状導体線の厚さを差し引き、その半分の値を絶縁皮膜の膜厚とした。

（４）絶縁皮膜の密着性
絶縁電線を１０ｃｍ切出し、これをモーターやリアクトルをコイル化する際に用いられる装置を使って、絶縁電線を自己径を有する丸棒に添ってエッジワイズ曲げ加工にて、曲げの半径が絶縁電線の自己径になるように９０度折り曲げた。折り曲げた絶縁電線を光学顕微鏡で２０倍に拡大して、絶縁皮膜の曲げ内側のシワ、剥離の有無（密着性）を調べた。

表２から明らかなように、比較例１〜３では、絶縁皮膜を内層と外層の２層構造にしなかったため、密着性試験では曲げ加工内側の絶縁皮膜に剥離とシワが見られた。これに対して、実施例１〜６では、一方の短辺Ａを被覆する内層の厚さが他方の短辺を被覆する内層の厚さよりも大きく、内層の弾性率が外層の弾性率よりも小さかったため、密着性試験で絶縁電線の曲げ加工内側の絶縁皮膜に剥離とシワは見られなかった。

本発明の絶縁電線は、ハイブリッド車や電気自動車向けのリアクトルやモーターで使われるコイルに利用することができる。

１０絶縁電線
１１平角状導体線
１１Ａ導体線の一方の短辺
１１Ｂ導体線の他方の短辺
１１Ｃ導体線の長辺
１２絶縁皮膜
１２Ａ絶縁皮膜の内層
１２Ｂ絶縁皮膜の外層
２０電着塗装装置
２１第１電着液
２２第１電着槽
２２ａ陰極棒
２２ｂ絶縁カバー
２４第２電着液
２６第２電着槽
２６ａ陰極板
２７焼付け炉

Claims

横断面形状が矩形状の平角状導体線が絶縁皮膜で被覆されてなる絶縁電線を複数回巻回されてなるコイルにおいて、
前記絶縁皮膜が前記平角状導体線の表面を被覆する内層と、前記内層の表面を被覆する外層からなり、
前記平角状導体線の矩形状の横断面における相対向し同一長さを有する２つの短辺のうちの一方の短辺を被覆する内層の厚さｔ₁が他方の短辺を被覆する内層の厚さｔ₂（但しｔ₂＝０を含む。）よりも大きく、
前記内層の弾性率が前記外層の弾性率よりも小さいか又は前記内層の降伏応力が前記外層の降伏応力よりも小さく、或いは前記内層の弾性率と降伏応力の双方が前記外層の弾性率と降伏応力より小さく、
前記絶縁電線を前記内層が厚い前記一方の短辺を内側にして曲げられたエッジワイズ状に複数回巻回されてなることを特徴とするコイル。
前記一方の短辺を被覆する前記内層の厚さｔ₁の前記一方の短辺を前記内層を介して被覆する前記外層の厚さｔ₃に対する比（ｔ₁／ｔ₃）が１以下である請求項１記載のコイル。
前記内層と前記外層を合わせた絶縁皮膜の厚さが４０〜６５μｍである請求項１又は２記載のコイル。
前記平角状導体線の矩形状の横断面における短辺に対する長辺の長さの比（長辺／短辺）が４〜５０であって、前記平角状導体線の丸線換算径が３〜５ｍｍである請求項１ないし３いずれか１項に記載のコイル。
前記平角状導体線が銅線であって、前記内層の材質がウレタン骨格又はシロキサン骨格を有するポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂であって、前記外層の材質がポリイミド樹脂又はポリアミドイミド樹脂である請求項１ないし４いずれか１項に記載のコイル。
横断面形状が矩形状の平角状導体線に電着液を電着して絶縁皮膜を形成することにより絶縁電線を製造し、前記絶縁電線を巻線加工を行うことによりコイルを製造する方法において、
前記絶縁電線の製造は、
第１電着液により前記平角状導体線の表面を内層の前駆体層で被覆する第１工程と、
第２電着液により前記平角状導体線の前記内層前駆体層の表面を外層の前駆体層で被覆する第２工程と、
前記内層前駆体層と前記外層前駆体層とを一括して焼付けして前記平角状導体線を内層と外層の２層で被覆する第３工程と含み、
前記第１工程が前記平角状導体線の矩形状の横断面における相対向し同一長さを有する２つの短辺のうちの一方の短辺を被覆する内層前駆体層の厚さが他方の短辺を被覆する内層前駆体層の厚さよりも大きくなるように行われ、
前記第３工程が前記一方の短辺を被覆する内層の厚さが他方の短辺を被覆する内層の厚さよりも大きくなるように行われ、
前記第１電着液の含有成分及び前記第２電着液の含有成分が前記内層の弾性率が前記外層の弾性率よりも小さくなるように、又は前記内層の降伏応力が前記外層の降伏応力よりも小さくなるように、或いは前記内層の弾性率と降伏応力の双方が前記外層の弾性率と降伏応力より小さくなるようにそれぞれ選定され、
前記絶縁電線を前記内層が厚い前記一方の短辺を内側にして曲げるエッジワイズ曲げ加工で巻線加工を行うことによりコイルを製造することを特徴とするコイルの製造方法。
前記第１電着液がポリウレタン溶液を含有成分とし、前記第２電着液がポリアミドイミド溶液又はポリイミド溶液を含有成分とする請求項６記載のコイルの製造方法。