JP7076429B2 - 絶縁電線 - Google Patents
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Description
本出願は、2017年3月24日出願の日本出願第2017-58687号に基づく優先権を主張し、上記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
上述のような従来の方法により形成される絶縁層において、低誘電率化を促進させるためには、気孔率を上げることが必要となる。しかし、気孔率を上げると、形成される気孔の大きさのばらつきが大きくなる等により、所望の誘電率とすることができず、そのため、コロナ放電開始電圧を上げる等、絶縁性を向上させることは難しい。加えて、絶縁電線を溶剤中に浸漬して使用する場合に必要な耐溶剤性が低下するという不都合がある。
本発明の一態様に係る絶縁電線は、絶縁層の低誘電率化を促進すると共に、絶縁性、機械的強度及び耐溶剤性に優れる。
本発明の一態様に係る絶縁電線は、線状の導体と、この導体の外周面に積層される1又は複数の絶縁層とを備える絶縁電線であって、上記1又は複数の絶縁層の少なくとも1層が複数の気孔を含有し、上記気孔中の独立気孔率が80体積%以上である。
上記気孔の形状は、扁平球体であることが好ましい。また、気孔の短軸が導体表面と垂直方向に配向していると、外力が作用し易い上記垂直方向に形成される気孔同士が当接し難くなるため、独立気孔率を向上させることができる。そのため、短軸が導体表面と垂直方向に配向している気孔の割合が大きいほど好ましい。このような気孔の割合、平均径等については、後述する。ここで、「扁平球体」とは、重心を通る最大対角線長さを長径、重心を通る最小対角線長さを短径(短軸の長さ)としたとき、短径が長径の所定割合以下の球体を意味し、例えば短径及び長径を含む断面における長径に対する短径の比が0.95以下の球体である。
以下、図面に示した絶縁電線等を代表例として、本発明の実施形態に係る絶縁電線及び絶縁層形成用ワニスを説明する。
図1の当該絶縁電線は、線状の導体1と、この導体1の外周面に積層される1層の絶縁層2とを備える。この絶縁層2は、複数の気孔3を含有する。また、当該絶縁電線は、気孔3の周縁部に外殻4を備える。
上記導体1は、例えば断面が方形状の角線とされるが、断面が円形状の丸線や、複数の素線を撚り合わせた撚り線であってもよい。
上記絶縁層2は、図1に示すように、後述するコアシェル構造の中空形成粒子に由来する複数の気孔3を含有する。
<第一実施形態>
当該絶縁層形成用ワニスは、上記絶縁電線の絶縁層2の形成に用いるワニスである。第一の実施形態に係る当該絶縁層形成用ワニスは、マトリックスを形成する樹脂組成物と、この樹脂組成物中に分散するコアシェル構造の中空形成粒子5とを含有し、中空形成粒子5のコア6が熱分解性樹脂を主成分とし、中空形成粒子5のシェル7の主成分の熱分解温度が上記熱分解性樹脂の熱分解温度より高い。
上記樹脂組成物は、主ポリマーと、希釈用溶剤、硬化剤等とを含む組成物である。上記主ポリマーとしては、特に限定されないが、熱硬化性樹脂を使用する場合、例えばポリビニルホルマール前駆体、熱硬化ポリウレタン前駆体、熱硬化アクリル樹脂前駆体、エポキシ樹脂前駆体、フェノキシ樹脂前駆体、熱硬化ポリエステル前駆体、熱硬化ポリエステルイミド前駆体、熱硬化ポリエステルアミドイミド前駆体、熱硬化ポリアミドイミド前駆体、ポリイミド前駆体等が使用できる。また、主ポリマーとして熱可塑性樹脂を使用する場合、例えばポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリイミド等が使用できる。これらの中でも、絶縁層形成用ワニスを塗布し易くできると共に絶縁層2の強度及び耐熱性を向上させ易い点において、ポリイミド及びポリイミド前駆体が好ましい。
上記中空形成粒子5は、図3に示すように、熱分解性樹脂を主成分とするコア6と、この熱分解性樹脂より熱分解温度が高いシェル7とを有する。
コア6の主成分に用いる熱分解性樹脂としては、例えば上記主ポリマーの焼付温度よりも低い温度で熱分解する樹脂粒子が用いられる。上記主ポリマーの焼付温度は、樹脂の種類に応じて適宜設定されるが、通常200℃以上600℃以下程度である。従って、中空形成粒子5のコア6に用いる熱分解性樹脂の熱分解温度の下限としては200℃が好ましく、上限としては400℃が好ましい。ここで、熱分解温度とは、空気雰囲気下で室温から10℃/分で昇温し、質量減少率が50%となるときの温度を意味する。熱分解温度は、例えば熱重量測定-示差熱分析装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー社の「TG/DTA」)を用いて熱重量を測定することにより求めることができる。
第二の実施形態に係る当該絶縁層形成用ワニスは、第一実施形態の絶縁層形成用ワニスと同様、上記絶縁電線の絶縁層の形成に用いるワニスである。第二実施形態の絶縁層形成用ワニスは、マトリックスを形成する樹脂組成物と、この樹脂組成物中に分散する中空粒子とを含有し、上記中空粒子の外殻の主成分が樹脂である。
中空粒子のCV値は、上記第一実施形態の絶縁層形成用ワニスの中空形成粒子と同様とすることができる。
次に、当該絶縁電線の製造方法について説明する。当該絶縁電線の製造方法は、上記絶縁層2を形成するための主ポリマーを溶剤で希釈した樹脂組成物に、コアシェル構造の中空形成粒子5を分散させることで絶縁層形成用ワニスを調製する工程(ワニス調製工程)、上記絶縁層形成用ワニスを上記導体1の外周面に塗布する工程(ワニス塗布工程)、及び加熱により上記中空形成粒子5のコア6を除去する工程(加熱工程)を備える。
上記ワニス調製工程において、まず、絶縁層2を形成する主ポリマーを溶剤で希釈することにより、絶縁層2のマトリックスを形成する樹脂組成物を調製する。次に、この樹脂組成物に中空形成粒子5を分散させて絶縁層形成用ワニスを調製する。なお、樹脂組成物に中空形成粒子5を分散させるのではなく、主ポリマーを溶剤で希釈する際、同時に中空形成粒子5を混合することにより上記絶縁層形成用ワニスを調製してもよい。
上記ワニス塗布工程において、上記ワニス調製工程で調製した絶縁層形成用ワニスを導体1の外周面に塗布した後、塗布ダイスにより導体1のワニスの塗布量の調節及び塗布されたワニス面の平滑化を行う。
次に、上記加熱工程において、絶縁層形成用ワニスが塗布された導体1を焼付炉に通して絶縁層形成用ワニスを焼付けることで、導体1表面に絶縁層2を形成する。焼付の際、絶縁層形成用ワニスに含まれる中空形成粒子5のコア6の熱分解性樹脂が熱分解によりガス化し、このガス化した熱分解性樹脂がシェル7を通過して飛散する。このように、焼付時の加熱により、中空形成粒子5のコア6が除去される。その結果、絶縁層2中に中空形成粒子5に由来する中空粒子(外殻のみの粒子)が形成され、この中空粒子による気孔3が絶縁層2内に形成される。このように、上記加熱工程は、絶縁層形成用ワニスの焼付工程を兼ねる。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
表1のNo.1に示す絶縁電線を以下のようにして製造した。まず、主ポリマーとしてポリイミドを用い、溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを用いて、主ポリマーをこの溶剤で希釈した樹脂組成物を調製した。次に、熱分解性樹脂粒子として平均粒子径3μmのPMMA粒子を用い、上記樹脂組成物に、計算値で絶縁層の気孔率が30体積%となる量を分散させてワニスを調製した。このワニスを用い、竪型塗装設備を使用して、断面が2mm×2mmの平角形状の導体を浸漬した後、導体と相似形状の開口部を有するダイスを、速度6m/分で通過させ、焼付炉中を通過させて、350℃で1分間焼付を行い、絶縁被膜を形成した。このワニスの塗布、ダイス通過、焼付を15回繰り返して、ポリイミド樹脂被膜を絶縁層とする絶縁電線(No.1)を製造した。No.1の絶縁電線における絶縁層の平均厚さは99μmであった。
上記得られたNo.1~No.6の絶縁電線について、絶縁層の気孔率、気孔中の独立気孔率、絶縁破壊電圧、プレス後皮膜厚減少率、絶縁層の誘電率及び溶剤浸漬試験後の絶縁層の誘電率を、下記方法に従い評価した。評価結果を表1に示す。
得られた絶縁層を導体から筒状に剥離し、この筒状の絶縁層の質量W2を測定した。また、筒状の絶縁層の外形から見かけの体積V1を求め、このV1に絶縁層の材質の密度ρ1を乗じて気孔がない場合の質量W1を算出した。これらW1及びW2の値から、下記式により気孔率を算出した。
気孔率=(W1-W2)×100/W1 (体積%)
上記筒状に剥離して得た絶縁層の断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、隣接する気孔との間に絶縁性を有する樹脂組成物を介することにより互いに開口していないもの(独立気孔)と独立気孔以外の気孔とを区別するように二値化して、気孔中の独立気孔率(体積%)を算出した。
絶縁破壊試験機(FAITH社の「BREAK-DOWN TESTER ”CONTROL UNIT F8150-1”」)を使用して測定した。No.1~No.6の絶縁電線に幅10mmのアルミ箔を巻き、電極の片方を導体に、もう一方の電極をアルミ箔に接続した。電極間に印加する電圧を昇圧速度500V/秒で昇圧して、15mA以上の電流が流れたときの電圧を読み取った。測定数n=5で実施し、その平均値で評価した。
No.1~No.6の絶縁電線を、その長手方向の一部にプレス圧がかかるように、プレス加工機に設置した。所定のプレス圧になるように、プレス圧(MPa)×プレス面積(mm2)で求められる荷重(N)をかけ、荷重が安定してから、10秒間プレスした。プレスした箇所の絶縁層の平均厚さT1と、プレスしていない箇所の絶縁層の平均厚さT2とを測定し、T1及びT2の測定値から(T2-T1)×100/T2(%)の式により、プレス後皮膜厚減少率を算出した。プレス後皮膜厚減少率の測定は、プレス圧を、0MPa、100MPa、200MPa、300MPaとしてそれぞれ行った。また、絶縁層の平均厚さT1及びT2は、絶縁電線の断面方向において3点測定し、その平均値を用いた。
No.1~No.6の絶縁電線について、絶縁層2の誘電率εを測定した。図4は、誘電率の測定方法を説明するための模式図である。図4では、絶縁電線に図1と同じ符号を付している。まず、絶縁電線の表面3カ所に銀ペーストPを塗布すると共に、絶縁電線の一端側の絶縁層2を剥離して導体1を露出させた測定用のサンプルを作製した。ここで、絶縁電線の表面3カ所に塗布した銀ペーストPの絶縁電線長手方向の塗布長さは、長手方向に沿って順に10mm、100mm、10mmとした。長さ10mmで塗布した2カ所の銀ペーストPを接地し、これらの2カ所の銀ペーストの間に塗布した長さ100mmの銀ペーストPと上記露出させた導体1との間の静電容量をLCRメータMで測定した。この測定した静電容量及び絶縁層2の平均厚さから絶縁層2の誘電率εを算出した。なお、上記誘電率εの測定は、105℃で1時間加熱した後に測定数n=3で実施し、その平均値を求めた。
絶縁電線は、高電圧が印加されるような使用では高温となるため、このような場合には、絶縁電線を冷却するために、例えば絶縁電線が溶剤中に浸漬して使用されることがある。このように絶縁電線が溶剤中に浸漬されて使用される場合でも、所望の特性が得られることを確認するため、溶剤浸漬試験を行った。具体的には、No.1~No.6の絶縁電線を試験用油IRM903に150℃で72時間浸漬させた後、各電線の誘電率εを測定した。この溶剤浸漬試験は、測定数n=3で実施し、その平均値を求めて、溶剤への浸漬前の誘電率εと比較した。
5 中空形成粒子、 6 コア、 7 シェル
M LCRメータ、 P 銀ペースト
Claims (6)
- 線状の導体と、上記導体の外周面に積層される1又は複数の絶縁層とを備える絶縁電線であって、
上記1又は複数の絶縁層の少なくとも1層が複数の気孔を含有し、
上記気孔中の独立気孔率が80体積%以上であり、
上記気孔の平均径が0.1μm以上10μm以下であり、
上記気孔の平均径に対する平均径の標準偏差の比が0.3以下であり、
上記気孔が扁平球体であり、
全気孔の数に対する短軸が上記導体表面と垂直方向に配向している気孔の数の割合が60%以上である絶縁電線。 - 上記絶縁層の気孔率が20体積%以上である請求項1に記載の絶縁電線。
- 上記気孔の周辺部に外殻を備え、上記外殻が、コアシェル構造の中空形成粒子のシェルに由来する請求項1又は請求項2に記載の絶縁電線。
- 上記外殻の主成分がシリコーンである請求項3に記載の絶縁電線。
- 上記気孔の短径及び長径を含む断面における長径に対する短径の長さの比の平均が0.2以上0.95以下である請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 上記導体と上記絶縁層の間にプライマー層を備える請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の絶縁電線。
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