JPS6362041B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は電気機器の巻線等に使用される耐熱
絶縁電線に関するものであり、可撓性の優れた状
態で巻付加工等の加工を行い得、しかもその後高
温での焼成熱処理を特に行なわなくてもそのまま
低温から高温まで連続使用可能にしたものであ
る。 従来から高温機器用の耐熱絶縁電線としてはセ
ラミツクによつて導体を被覆したものが知られて
いるが、セラミツクは通常硬くて脆いから、可撓
性が乏しく、巻付加工時に被覆層の割れや剥離の
問題を生じる欠点がある。そこでこの発明者等は
既に特願昭53−116239号特開昭55−43746号等に
おいて、可撓性に優れしかも熱分解後の残漬物質
が無機物粒子の結合剤として作用するシリコーン
樹脂等の無機高分子をバインダとして用い、その
バインダとアルミナ、シリカ等の無機物粒子とか
らなる組成物によつて導体上に複合被覆層を形成
し、その複合被覆層を未だ焼成していない可撓性
に富む段階で巻付加工などを行ない、その後高温
で焼成熱処理して複合被覆層をセラミツク化させ
るか、あるいはそのまま焼成熱処理を行なわずに
使用して、電線を使用している電気機器等の異常
時等に高温上昇した際にその高温によりセラミツ
ク化されるようにした耐熱絶縁電線を提案してお
り、この耐熱絶縁電線によれば従来のセラミツク
絶縁電線の欠点を解消することができる。しかし
ながら、その後さらに検討を加えたところ、種々
の目的、用途の内、次のような場合に問題がある
ことが判明した。 すなわち、導体がニクロム線の如く硬質である
場合や導体の線径が太い場合には巻付加工時に大
きな力が必要になるため、巻枠などのエツジ部分
で被覆層が強く押し付けられ、その部分の複合被
覆層が延ばされて薄質化し、その結果絶縁特性が
低下する問題があり、また未焼成のまま使用して
ある程度高温状態となつたとき、複合被覆層が分
解の初期段階では軟質化しているため、その状態
で圧縮応力が加わつた場合にはその部分の複合被
覆層が薄くなり、前記同様に特性が低下すること
がある。 この発明は以上の事情に鑑みてなされたもの
で、複合被覆層の機械的特性を改善して巻付加工
時等における圧縮応力により被覆層が薄くならな
いようにするとともに、未焼成のまま使用した場
合における高温での熱軟化特性を改善して、高温
で圧縮応力を受けても薄質化することがないよう
にした耐熱絶縁電線を提供することを目的とする
ものである。 すなわちこの発明の耐熱絶縁電線は、導体上
に、実用上予想される圧縮応力に抵抗し得る程度
に無機物粒子を多孔質の状態で結合してなる被覆
層を形成し、さらにその被覆層内の空隙、または
その空隙および外表面に可撓性を有する無機高分
子もしくはその無機高分子と無機物粒子とからな
る組成物を充填、被覆させ、また必要に応じてそ
の上に有機質樹脂を主成分とするオーバーコート
層を設けたものである。 以下この発明の耐熱絶縁電線についてより詳細
に説明する。 第１図はこの発明の耐熱絶縁電線の一構造例を
示し、また第２図はその要部を拡大して略解的に
示すものであり、導体１上には無機物粒子３を多
孔質の状態に結合してなる被覆層２が形成されて
おり、その被覆層２内の空隙には無機高分子また
は無機高分子と無機物粉末とからなる組成物４が
充填されている。また第３図はこの発明の耐熱絶
縁電線の第２の例を示すものであつて、前記同様
に無機高分子または前記組成物４を空隙に充填し
た被覆層２の外表面にも前記無機高分子または前
記組成物４が被覆されている。第４図はこの発明
の耐熱絶縁電線の第３の例を示すものであつて、
第３図に示される電線の上にさらに有機質樹脂を
主成分とするオーバーコート層５が形成されてい
る。 前記導体１としては、銅線、銅合金線、アルミ
ニウム線、アルミニウム合金線、コンスタンタン
線、銀線、金線、白金線、ステンレス鋼線、さら
にはニツケルや銀等の耐熱性金属もしくは合金の
メツキ銅線やクラツド銅線などの良導電性金属
線、望ましくは耐熱性を有する良導電性金属線が
用いられる。 また、多孔質の状態に結合された被覆層２に使
用される無機物粒子としては、その被覆層２に含
浸される無機高分子の熱分解温度で殆ど半融また
は軟化流動しないガラス質フリツトあるいは結晶
質無機物であつて、電気的絶縁特性が優れたもの
が使用される。より具体的には、アルミナ
（Al₂O₃）、チタン酸バリウム（BaTiO₃）、チタン
酸カルシウム（CaTiO₃）、チタン酸鉛
（PbTiO₃）、ジルコン（ZrSiO₄）、ジルコン酸バ
リウム（BaZrO₃）、ステアタイト（MgSiO₃）、
シリカ（SiO₂）、ベリリア（BeO）、ジルコニア
（ZrO₂）、マグネシア（MgO）、クレー、モンモ
リロナイト、ベントナイト、カオリン、あるいは
通常のガラスフリツト、マイカ等の酸化物、ボロ
ンナイトライト（BN）、窒化ケイ素等の窒化物、
またはこれらの混合粉末等が使用される。また、
特に高融点の結晶質無機物粒子を使用する場合、
これを結合させるための接着剤として小量の低融
点の液状ガラス質物質などを前記結晶質無機物に
配合した組成物も用いられる。なお被覆層に使用
される無機物粒子の粒径は0.1μm〜10μm程度が
望ましい。 一方、上述のような無機物粒子からなる多孔質
の被覆層に充填、被覆される可撓性に優れた無機
高分子としては、各種のシリコーン樹脂や変性シ
リコーン樹脂、例えばシロキサンとメチルメタク
リレート、アクリロニトリル等の有機モノマーと
の共重合物、あるいはシリコーン樹脂とアルキツ
ド樹脂、フエノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミ
ン樹脂との共重合物など、さらにはSiとTi，Ｂ，
Al，Ｎ，Ｐ，Ge，As，Sb等の元素の１種以上と
酸素とを骨格に持つたシリコーン系樹脂、または
SiとTi，Ｂ，Al，Ｎ，Ｐ，Ge，As，Sb等の元素
の１種以上と酸素と炭素とを骨格に持つたシリコ
ーン系樹脂、さらにはTi，Ｂ，Al，Ｎ，Ｐ，
Ge，As，Sb等の元素の１種以上と酸素とを骨格
に持つた無機高分子、またはこれらと前記有機モ
ノマーや樹脂との共重合物等を使用することがで
きるが、これらの各種のシリコーン系樹脂の内で
も可撓性に優れかつ耐熱温度以上では炭化水素基
等が徐々に分解するタイプのシリコーン系樹脂、
例えばメチル―フエニルシリコーンの如く、分解
温度の異なる２種以上の基を持つシリコーン樹脂
であつて、望ましくは分解生成する無機物量の割
合がより多いものが最も適当である。また、前記
被覆層２の空隙や外表面に前記無機高分子と混合
されて含浸、被覆される無機物粉末としては、そ
の無機高分子の分解温度で半融もしくは軟化流動
しないもの、すなわち望ましくは融点が550℃以
上、より望ましくは800℃以上で電気的絶縁特性
が優れた結晶質もしくはガラス質粉末、具体的に
は前述の被覆層２に使用された無機物と同様な無
機物の粉末またはその混合粉末が用いられる。こ
れらの無機物粉末の粒径は0.1μm〜5μm程度が好
ましい。またこのように無機高分子に無機物粉末
を混合した組成物を用いる場合、無機物粉末が多
過ぎればその組成物の可撓性が不足するから、無
機高分子100重量部に対し無機物粉末300重量部以
下とすることが望ましい。 前述のように導体１上に無機物粒子もしくは無
機物粒子を含む組成物によつて多孔質の状態に結
合された被覆層２を形成する方法としては、例え
ば前記無機物粒子もしくは無機物粒子を含む組成
物に、必要に応じてカイロメ粘土や有機ベントナ
イトなどの沈降防止剤や止め薬、さらにはポリエ
チレンオキサイド、メタクリル酸エステル系樹
脂、アクリル酸エステル系樹脂などの熱分解性の
バインダ樹脂などを添加してスラリー状組成物を
作り、そのスラリー状組成物中に導体を浸漬塗布
するか、あるいは無機物粒子の表面を樹脂などで
被覆した複合粉体を用いてその複合粉体を静電塗
装などの乾式塗装によつて導体上に被覆するかま
たはスラリー状の液中で泳動電着によつて被覆
し、これらの後、バインダ樹脂を分解消失させた
上で熱処理して結合させるか、あるいはガラス質
物質を半融させるか、あるいは液状のガラス質物
質などで反応接着させるなどの方法がある。この
ようにして多孔質の結合された被覆層２が形成さ
れた後には、無機高分子もしくは無機高分子と無
機物粉末とからなる組成物を、多くの場合は溶液
状にして浸漬塗布し、これによつて無機高分子も
しくは組成物を被覆層２内の空隙に含浸させると
ともに必要に応じて被覆層２上に被覆し、その後
乾燥させるかまたは熱処理によつて半硬化もしく
は硬化状態とすれば良い。 なお、多孔質な状態に結合された被覆層２の厚
みは5μm〜50μm程度が望ましい。5μm未満では
巻付加工や高温での熱軟化による絶縁破壊電圧の
低下を防ぐことが難かしく、また50μmを越えれ
ば小径のコイルに巻付けた時に大きな割れが生
じ、高温でセラミツク化したときの密着性や電気
特性の低下を招くことがある。また、無機高分子
もしくは無機高分子と無機物粉末からなる組成物
を被覆層２内の空隙に充填しかつ被覆層２上にも
被覆する場合、被覆層２上の無機高分子もしくは
その組成物の厚みは50μm程度以下が好ましい。
50μmを越えれば熱軟化による絶縁破壊特性の低
下の問題が起き易い。 前述のようにして被覆層２に無機高分子もしく
はその組成物を含浸、もしくは含浸および被覆し
た電線は、第１図もしくは第３図に示したように
そのまま耐熱絶縁電線として使用しても良いし、
あるいは第４図に示すようにさらに外面にオーバ
ーコート層５を形成しても良い。このオーバーコ
ート層５は主として保護用のものであつて、可撓
性を有する有機質樹脂を主成分とするものであ
る。またこのオーバーコート層は、電線に対し焼
成熱処理を行つてから使用する場合には接着状態
で10μm以下の薄質に形成しても良いが、このよ
うに接着状態で形成した場合には巻付加工性が低
下するとともに焼成条件の選択の幅が狭くなりか
つ樹脂の選択の幅も狭くなるおそれがあるから、
非接着の状態で形成することが望ましく、特に未
焼成のまま使用する場合には非接着の状態で形成
することが望ましい。ここで非接着の状態とは、
電線を屈曲または伸長させた場合にオーバーコー
ト層とその下側の層とが独立の形で変形されるよ
うな状態を意味し、例えばオーバーコート層がそ
の下側の層に全く接合されていない状態、あるい
は部分的にのみ接着されている状態、あるいは極
めて弱い接着力で接着されている状態などがあ
る。 上述のオーバーコート層に使用される樹脂とし
ては、熱軟化特性の優れた耐熱性の樹脂、すなわ
ちポリイミド、アミドイミド樹脂、ポリパラバン
酸樹脂、エステルイミド樹脂、ポリヒダントイ
ン、耐熱性ポリエステル等の樹脂を用いることが
望ましいが、ウレタン樹脂、フツ素樹脂、ポリオ
レフイン、ポリアミド、ホルマール樹脂等も使用
できる。そしてオーバーコート層の厚みは、１〜
100μmとすることが望ましい。1μm未満ではコイ
ル巻加工時の摩擦に対して弱く、また100μmを越
えれば、分解性が良くない樹脂の場合には分解時
にセラミツク層の剥離を招く場合があり、かつス
ペースフアクターが低下する等の問題が生じる。
またこのオーバーコート層は１層の場合に限ら
ず、電線の使用目的等に応じ多層に形成でき、ま
た用いる樹脂を変えた混合物の層を組合せて多層
に形成しても良い。例えば熱軟化特性と耐摩耗性
とを必要とするような場合には、耐熱特性に優れ
たポリイミド等をまず被覆し、次いでポリアミド
イミド、ホルマール樹脂、ポリアミド等の機械的
特性の優れたものを被覆して複数層の構成とする
ことが望ましい。 そして、前述の如くオーバーコート層を非接着
状態で形成するためには、オーバーコート層の樹
脂としてその下側の層に対し接着性の悪いもの例
えばシリコーン樹脂に対し接着性の悪いポリイミ
ド、テフロン、アミドイミド樹脂等を使用し、こ
の樹脂を塗覆するか、また線心に伸張力を加えな
がら塗覆すると良い。あるいは予め下側の層の表
面に潤滑性を有する微粉末例えばBN，MoS₂，
MoS₃，WS₂，PbO、窒化シリコン、フツ化黒
鉛、黒鉛、雲母等の無機物やフツ素樹脂等の有機
物を塗布しておき、その上からオーバーコート層
をコーテイングあるいは巻回、チユービング、押
出被覆する。さらにはオーバーコート層をその混
合物のテープ状のものを巻付けることにより形成
しても良く、この場合には、テープ巻時のテンシ
ヨンを調節することによりオーバーコート層のテ
ープが高温時に結合したセラミツク層を形成する
複合被覆層上に強く締め付けられないようにする
かあるいはイボ付テープのようなものを用いれば
良い。またこのようなテープ巻の場合には必要に
応じてテープの重なり部分を種々の方法で接着す
ることも行なわれる。そしてまたオーバーコート
層として中空なチユーブ状のものを使用して、こ
のチユーブを複合被覆層の外側に外挿させても良
い。また場合によつてはオーバーコート層とその
外側の層の間に、これら両層の内少くとも一方の
層に対し非接着性となる別の層を介在させて、オ
ーバーコート層を複合被覆層に対し非接着状態と
しても良い。 以上のようなこの発明の耐熱絶縁電線は、被覆
層２内の空隙に充填されるかまたは空隙および表
面に充填および被覆された可撓性を有する無機高
分子が分解されていない状態、換言すれば焼成熱
処理が行なわれていない状態で巻付加工等の加工
がなされる。この巻付加工時の圧縮応力に対して
は、導体上に相互に結合された無機物の層が存在
するため高い抵抗を示し、したがつてニクロム線
等の硬質な導体が使用されている場合や線径が大
きい場合に大きな力で巻付け加工がなされて巻枠
チツジ部などにより大きな圧縮応力を受けても被
覆層が薄くなることはない。また、無機物粒子を
結合した被覆層自体は可撓性に乏しいから巻付加
工などによつて割れが生じるが、可撓性に優れた
無機高分子などが充填、被覆されているため、そ
の割れは大きくならない。一方、巻付加工後はそ
のまま焼成熱処理を行なわずに電気機器の巻線等
として使用するかまたは場合によつては焼成熱処
理を行つてから使用する。そして使用中の異常時
等の高温または焼成熱処理の高温によつてシリコ
ーン樹脂等の無機高分子が分解され、シリカやシ
リカと他の酸化物との複合酸化物等が生成される
とともに、ガラス質物質が用いられている場合に
はその溶融が生じ、前述の分解生成物や溶融ガラ
ス質によつて前述のように被覆層に生じた割れ部
分が再結合され、これによつて被覆層は殆ど割れ
がない状態に修復されて、再び結合された無機物
層が生成されることになる。そしてまた、可撓性
附与のための無機高分子としてシリコーン系樹脂
が用いられている場合、分解生成する無機物（シ
リカやその複合酸化物）が高融点のものであるた
め、被覆層２が比較的低融点のフリツトを半融状
態で形成したものであつても、無機高分子からの
分解生成物により軟化流動温度が上昇するため、
最終的には耐熱温度の高い無機物層、換言すれば
耐高温軟化特性が良好な無機物層が生成されるこ
とになる。 なお、第４図に示すようにオーバーコート層５
を形成した場合には、被覆層２やその上の無機高
分子もしくは組成物４からなる層が直接外面に露
出しないから、巻付加工時等に直接的に外力が被
覆層２等に加わらず、したがつて線同士の摩擦や
対物摩擦等により被覆層等が剥離してしまうこと
が防止される。また特にオーバーコート層５を非
接着の状態で形成しておけば、被覆層２に充填、
被覆された無機高分子が使用中の異常時等の高温
や焼成熱処理による高温によつて分解する際に未
だオーバーコート層が分解消失していなくても、
無機高分子の分解ガスがオーバーコート層５とそ
の下側の層との間にトラツプされるから、急激な
温度上昇によつて分解が急速に進行した場合でも
オーバーコート層と無機高分子もしくは無機高分
子と無機物粉末との組成物からなる層４が飛ばさ
れるようなことがない。 以下にこの発明の実施例および比較例を記す。 実施例 １ 外径１mmφのニクロム線に、軟化流動温度800
℃のホウロウフリツト（−400メツシユ）によメ
タクリル酸エステル系樹脂を重量比で５％被覆し
てなる複合粉体を静電塗装し、500℃に加熱して
樹脂を分解させた後590℃で２分間熱処理して
17μm厚の多孔質の結合された被覆層を形成し、
さらにこれに平均粒径1.5μm以下のアルミナ粒子
67重量部とシリコーンワニス（樹脂分）33重量部
および溶剤からなる組成物を浸漬塗布してその組
成物を含浸および被覆させ、350〜450℃の温度で
熱処理して全体の被覆厚24μmの耐熱絶縁電線を
得た。 実施例 ２ 外径１mmφのニツケルメツキ銅線上に、軟化流
動温度800℃の粒径―400メツシユのフリツト100
重量部とカイロメ粘土６重量部と平均粒径約5μm
のアルミナ10重量部および水からなる組成物を浸
漬塗布して乾燥させた後、590℃で２分間加熱し
てフリツト粒子を半融させ、厚さ16μmmの多孔質
の結合された被覆層を形成した。次いでこの上に
実施例１で用いたと同様のアルミナ、シリコーン
ワニスおよび溶剤からなる組成物を塗布して含浸
および被覆させ、350〜450℃の温度で熱処理し
て、全体の被覆厚23μmの耐熱絶縁電線を得た。 実施例 ３ 外径１mmφのニクロム線上に、実施例１と同様
にして19μm厚の多孔質の結合された被覆層を形
成し、次いでシリコーンワニスを含浸および被覆
させて全体の被覆厚を22μmとした。さらに線心
に張力を加えながらポリイミド樹脂13μmおよび
ホルマール樹脂5μmを被覆することによりオーバ
ーコート層を非接着状態で形成した。 実施例 ４ 前記実施例１で得られた耐熱絶縁電線上に、実

【表】 第１表の結果から、オーバーコート層を設けな
い場合も設けた場合もともにこの発明の実施例の
耐熱絶縁電線は比較例のものよりも高温での熱軟
化特性が良好となつていることが明らかである。 以上の説明で明らかなようにこの発明の耐熱絶
縁電線は、未焼成の段階の巻付加工時には圧縮応
力に対して被覆層が高い抵抗を示すため、巻付加
工に加わる力によつて被覆層が薄質化するおそれ
がなくしかも巻付加工によつて例え割れが発生し
たとしても被覆層の剥離には至らず、また高温に
おいても高い耐熱軟化特性を示すものであり、し
たがつて巻付加工時や高温時における圧縮応力に
よつて電気的絶縁特性を損うおそれが少ないとと
もに、巻付加工性も従来の提案のものと比較しさ
ほど低下しない等各種の効果が得られるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の耐熱絶縁電線の第１の構造
例を示す部分拡大断面図、第２図は第１図の要部
をさらに拡大して示す略解的な断面図、第３図は
この発明の耐熱線絶縁電線の第２の構造例を示す
部分拡大断面図、第４図はこの発明の耐熱絶縁電
線の第３の構造例を示す部分拡大断面図である。 １…導体、２…被覆層、３…無機物粒子、４…
無機高分子もしくは無機高分子および無機物粉末
からなる組成物、５…オーバーコート層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導体上に、無機物粒子を主体とする物質を多
   孔質な状態に相互に結合してなる被覆層が形成さ
   れ、この被覆層内の空隙部分に、可撓性を有する
   無機高分子もしくは可撓性を有する無機高分子と
   無機物粒子とからなる組成物が充填されているこ
   とを特徴とする耐熱絶縁電線。 ２ 導体上に、無機物粒子を主体とする物質を多
   孔質の状態に相互に結合してなる被覆層が形成さ
   れ、この被覆層内の空隙部分に、可撓性を有する
   無機高分子もしくは可撓性を有する無機高分子と
   無機物粒子とからなる組成物が充填され、かつ前
   記被覆層表面に前記無機高分子もしくは前記組成
   物が被覆されていることを特徴とする耐熱絶縁電
   線。