JPWO2008132978A1 - 絶縁電線、電機コイル及びモータ - Google Patents

Abstract

比較的安価で、硬さ等の機械的強度や、耐熱軟化性に優れると共に、コロナ放電開始電圧の高い絶縁皮膜を有する絶縁電線であって、導体と、前記導体を被覆する絶縁皮膜よりなり、前記絶縁皮膜が、ポリエーテルイミドとポリエステルイミドとの混合樹脂を、塗布、焼き付けして形成された絶縁層を有することを特徴とする絶縁電線、特にポリエステルイミドとポリエーテルイミドの混合比（重量比）が、７５：２５〜１０：９０であることを特徴とする絶縁電線、前記絶縁電線を巻線してなる電機コイル及び前記電機コイルを使用するモータを提供する。

Description

本発明は、コイル用巻線等として用いられる絶縁電線に関し、より詳しくは、部分放電（コロナ放電）開始電圧の高い絶縁皮膜を有する絶縁電線に関する。本発明は、さらに、前記絶縁電線を巻線してなる電機コイル及び前記電機コイルを使用するモータにも関する。

近年、適用電圧が高い電気機器、例えばモータ等が増えてきている。高電圧の印加により、電気機器を構成する絶縁電線、例えばモータ等のコイル用巻線の絶縁皮膜表面で、部分放電（コロナ放電）が発生しやすくなる。コロナ放電の発生により、局部的な温度上昇やオゾンやイオンの発生が引きおこされやすくなり、その結果、絶縁皮膜が侵されて、早期に絶縁破壊を生じ、絶縁電線ひいては電気機器の寿命が短くなるという問題があった。

モータ等のコイル用巻線等として用いられる絶縁電線において導体（導線）を被覆する絶縁皮膜には、優れた絶縁性、導体に対する優れた密着性、高い耐熱軟化性、機械的強度等が求められているが、前記の理由により、近年は、さらにコロナ放電開始電圧の向上も求められてきている。

絶縁電線の絶縁皮膜中、又はコイルの線間に微小な空隙があると、その部分に電界集中しコロナ放電が発生しやすくなる。そこで、特許文献１には、導体上に形成された絶縁層の外層に、熱融着樹脂を塗布、焼き付けし、巻線作業後熱融着させる方法が提案されている。熱融着により、絶縁電線間の空気層を埋めることができ、コロナ放電開始電圧を向上させることができる。

又、特許文献２には、導体上に形成された絶縁層の外層に、所定（１ｋΩ〜１ＭΩ）の表面抵抗を有する導電層を形成させた絶縁電線が提案されている。さらに、特許文献３には、導体上に形成された絶縁層の外層に、カーボンブラックのような半導体材料を塗布して半導電層を形成することが提案されている。このような導電層や半導電層の形成により、絶縁皮膜表面に生じる静電位勾配が緩やかになり、コロナ放電開始電圧を向上させることができる。
特開平１０−２６１３２１号公報 特開２００４−２５４４５７号公報 特開平２−１８９８１４号公報

しかし、特許文献１に記載の方法においては、巻線作業後の熱融着工程が必要になるという問題がある。

又、特許文献２、３に記載の方法においては、コロナ放電開始電圧は向上するものの、導電層や半導電層により絶縁電線の表面抵抗が小さくなるので、交流通電時に電線の表面に流れる漏れ電流が大きくなり、絶縁電線の表面が発熱して劣化するという問題がある。さらに、絶縁電線末端の導体露出部と、絶縁電線表面の導電層（あるいは半導電層）とが短絡するおそれがあるため、絶縁電線端末の導電層や半導電層を剥離する工程が必要になるという問題がある。

コロナ放電開始電圧を向上させる手段として、絶縁皮膜を低誘電率化させる方法は公知である。そして、低誘電率の絶縁材料としては、ポリイミド樹脂やフッ素樹脂が知られている。

ポリイミド樹脂は、低誘電率であるとともに、絶縁皮膜に求められる硬さ等の機械的強度や、高温環境でも軟化しない耐熱軟化性を有している点で好ましい材料であるが、高価であり、コストの上昇をまねく問題がある。一方、フッ素樹脂は、低誘電率であるが、軟らかく、熱軟化温度や機械的強度が低いため、巻線用絶縁皮膜の形成には不適当な材料である。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたもので、比較的安価で、硬さ等の機械的強度や、高温環境でも軟化しない耐熱軟化性に優れると共に、コロナ放電開始電圧の高い絶縁皮膜を有する絶縁電線を提供することを課題とする。

本発明者は、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、ポリエーテルイミドとポリエステルイミドとの混合樹脂を含む樹脂組成物を、塗布、焼き付けして絶縁層を形成させることにより、低誘電率であってコロナ放電開始電圧が高いと共に、硬さ等の機械的強度や、高温環境でも軟化しない耐熱軟化性に優れた絶縁皮膜が得られることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明は、その請求項１として、
導体と、前記導体を被覆する絶縁皮膜よりなる絶縁電線であって、前記絶縁皮膜が、ポリエーテルイミドとポリエステルイミドとの混合樹脂を、塗布、焼き付けして形成された絶縁層を有することを特徴とする絶縁電線を提供する。

本発明者は、ポリエーテルイミドとポリエステルイミドを混合することにより、各々が単独の場合よりも、誘電率を低くすることができ、高いコロナ放電開始電圧が得られるとともに、それぞれの樹脂が有する機械的強度や、耐熱軟化性も阻害されないことを見出したのである。

上記の混合樹脂において、ポリエステルイミドとポリエーテルイミドの混合比（重量比）は、７５：２５〜１０：９０の範囲が好ましい（請求項２）。この範囲内で、より低い誘電率、より高いコロナ放電開始電圧が得られる。７５：２５よりポリエステルイミドの混合比が大きい場合は、誘電率が増大し、コロナ放電開始電圧が低下する問題点があり、一方、１０：９０よりポリエーテルイミドの混合比が大きい場合は、誘電率が大きくなるほか耐熱性が低下する可能性がある。特に高いコロナ放電開始電圧を得るためには、３０：７０〜２０：８０の範囲がより好ましい。

ポリエーテルイミドとしては、下記一般式（１）で示されるポリエーテルイミドが好ましく使用できる。

式中、Ｒ^１は、水酸基を持つジカルボン酸無水物の残基等の有機基、Ｒ^２は、ジオールの残基等の２価の有機基、Ｒ^３は、ジアミンの残基等の２価の有機基である。又、ｎは整数である。

上記一般式（１）で示されるポリエーテルイミドとしては、例えば、芳香族ビス（エーテル酸無水物）と有機ジアミノ化合物を原料とし公知の方法で製造された芳香族ポリエーテルイミドを挙げることができる。上記の芳香族ビス（エーテル酸無水物）としては、１，３−ビス（２，３−ジカルボキシフェノキシ）ベンゼンジ酸無水物、４，４’−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ジフェニルエーテルジ酸無水物、ビス［４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）−フェニル］メタンジ酸無水物、２，２’−ビス［４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）−フェニル］プロパンジ酸無水物、１，５−ビス（３，４−ジカルボキシフェノキシ）ナフタレン等が挙げられる。

上記の有機ジアミノ化合物としては、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルプロパン、１，５−ジアミノナフタレン等が挙げられる。一例として２，２’−ビス［４−（３，４−ジカルボキシフェノキシ）−フェニル］プロパンジ酸無水物と４，４’−ジアミノジフェニルメタンとをオルソ−ジクロルベンゼンを溶媒として溶液重縮合して合成されたものが挙げられる。

ポリエーテルイミドとしては、日本ＧＥプラスチック社製の、商品名ウルテム１０００、２０００、４０００、５０００、６０００等の市販品を使用することもできる。

又、ポリエステルイミドは、下記一般式（２）で示されるポリエステルイミドが好ましく使用できる。

式中、Ｒ^４はトリカルボン酸無水物の残基等の３価の有機基、Ｒ^５は、ジオールの残基等の２価の有機基、Ｒ^６は、ジアミンの残基等の２価の有機基である。

このポリエステルイミドワニスは、トリカルボン酸無水物、ジオール、及びジアミンを公知の方法で反応させて得られる。ここで、トリカルボン酸無水物としては、トリメリット酸無水物、３，４，４’−ベンゾフェノントリカルボン酸無水物、３，４，４’−ビフェニルトリカルボン酸無水物等を挙げることができ、その内、トリメリット酸無水物が好ましい。

ジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、ジエチレングリコール等が、好ましく使用される。

ジアミンとしては、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、１，４−ジアミノナフタレン、ヘキサメチレンジアミン、ジアミノジフェニルスルホン等が、好ましく使用される。

ポリエステルイミドとしては、日立化成社製の、商品名ＩＳＯＭＩＤ ４０ＳＭ−４５、４０ＨＡ−４５や、東特塗料社製の、商品名Ｎｅｏｈｅａｔ８６４５Ｈ２、８６４５ＡＹ等の市販品を使用することもできる。

本発明の絶縁電線は、導体上、又は導体上に形成された他の樹脂層上に、ポリエーテルイミド及びポリエステルイミドからなる混合樹脂のワニスを、塗布し、焼き付けすることにより得ることができる。混合樹脂ワニスは、所定の樹脂混合比となるように計量したポリエーテルイミド樹脂をポリエステルイミドワニスに投入して、撹拌・混合することにより得られる。撹拌・混合という極めて簡便な手段で混合樹脂ワニスが得られるため、コストの上昇をまねくことがなく、好ましい。

得られた混合樹脂ワニスには、必要に応じて、顔料、染料、無機又は有機のフィラー、潤滑剤等の各種添加剤を添加してもよい。又、必要に応じて添加剤の添加後に加熱してもよい。さらに、本発明の趣旨を損ねない範囲で、ポリエーテルイミドとポリエステルイミド以外の樹脂を混合して使用することもできる。

塗布、焼付けの条件は、通常のポリアミドイミド樹脂ワニス等を導体上に塗布、焼付けして絶縁層を形成する場合の条件と同様である。絶縁皮膜の厚さは、絶縁電線に求められる物性の程度や、導体の径等を考慮して決定される。

導体としては、銅や銅合金の線がその代表例として挙げられるが、銀等の他の金属の線も導体に含まれる。導体の径やその断面形状は特に限定されない。

本願発明の絶縁電線の絶縁皮膜は、ポリエーテルイミドとポリエステルイミドとの混合樹脂を、塗布、焼き付けして形成された絶縁層のみからなるもの（単層コート）でもよいが、この絶縁層とともに、この絶縁層の上層及び／又は下層として他の樹脂層を有していてもよい。例えば、前記絶縁皮膜が、ポリアミドイミドを主体とする樹脂層をさらに有することにより、耐熱軟化性、機械特性、耐加水分解性がより優れた絶縁皮膜が得られるので好ましい（請求項３）。

特に、ポリアミドイミドとして、高密着性のポリアミドイミドを用い、この高密着性のポリアミドイミドにより最内層を形成し、この上にポリエーテルイミドとポリエステルイミドとの混合樹脂からなる絶縁層を形成することにより、優れた密着性を有する絶縁皮膜を得ることができる。

又、絶縁皮膜の最外層に、絶縁皮膜の表面に潤滑性を付与するための表面潤滑層を設けてもよい（請求項４）。例えば、最内層をポリアミドイミドで形成し、この上にポリエーテルイミドとポリエステルイミドとの混合樹脂からなる絶縁層を形成した２層コートの絶縁電線の表面に、最外層（第３層）として表面潤滑層を設けて３層コートの絶縁電線としてもよい。表面潤滑層としては、流動パラフィン、固形パラフィンといったパラフィン類の塗膜も使用できるが、耐久性等を考慮すると、カルナバワックス、ミツロウ、モンタンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の各種ワックス、ポリエチレン、フッ素樹脂、シリコーン樹脂等の潤滑剤をバインダー樹脂で結着した表面潤滑層がより好ましい。さらに、インサート性を上げるために表面潤滑油を設けても良い。

又、必要に応じて、難燃層等を適宜設けてもよい。絶縁皮膜の最外層を構成する絶縁層が、難燃層であるとともに、潤滑剤を含有し、表面潤滑層を兼ねることも可能である。

前記本願発明の絶縁電線は、モータ等の電気機器に使用されるコイル用巻線として好適に用いられる。特に、高いコロナ放電開始電圧を有しコロナ放電による絶縁破壊の発生が抑制されるので、適用電圧が高いモータ等の電気機器に好適に用いられる。

そこで、本発明は、前記の絶縁電線に加えて、この絶縁電線を巻線してなることを特徴とする電機コイルを、請求項５として提供するとともに、請求項５に記載の電機コイルを使用することを特徴とするモータ（請求項６）も提供するものである。

本発明の絶縁電線は、硬さ等の機械的強度や、高温環境でも軟化しないとの性質である耐熱軟化性に優れ、比較的安価な材料から得られる絶縁皮膜を有するとともに、この絶縁皮膜は、高いコロナ放電開始電圧を有するので、コロナ放電による絶縁破壊の発生を抑制することができ、モータ等の電気機器に使用されるコイル用巻線として好適に用いられる。

誘電率の測定方法を説明する図である。 コロナ放電開始電圧測定用試験体を説明する図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態につき、実施例により説明するが、本発明の範囲はこの実施例のみに限定されるものではない。

［混合樹脂ワニスの調整］
本発明に係る絶縁電線を作成するに先立って、以下に示す方法によって、混合樹脂ワニスを調整した。

〈ポリエステルイミドワニス〉
ポリエステルイミドワニスとして、日立化成社製 ＩＳＯＭＩＤ ４０ＳＭ−４５（商品名）を使用した（固形分：４５％、）。以下、ＰＥｓＩとも記す。

〈ポリエーテルイミドワニス〉
温度計、冷却管、塩化カルシウム充填管、攪拌器を取り付けたフラスコ中に、クレゾール８００ｇを投入し、１３０℃まで昇温した後、ウルテム１０００（商品名：日本ＧＥプラスチック社製ポリエーテルイミド）２００ｇを投入した。その後、１３０℃で１時間撹拌して溶解し、濃度２０％のポリエーテルイミドワニスを得た。以下、ＰＥＩとも記す。

（混合樹脂ワニスの作成）
温度計、冷却管、塩化カルシウム充填管、攪拌器を取り付けたフラスコ中に、表１に示す樹脂混合比（固形分換算、重量比）で、ポリエステルイミド及びワニスポリエーテルイミドワニスを投入し、１３０℃で１時間撹拌、混合し、処方例１〜７の混合樹脂ワニスを得た。得られた混合樹脂ワニスの固形分（％）を、表１に併せて示す。

実施例１〜３、比較例１〜２
〈単層コート絶縁電線の作成〉
表２に示す導体径の銅線表面に、表２に示す処方例Ｎｏ．の混合樹脂ワニスを常法によって塗布、焼付けして、実施例１〜３の単層コート絶縁電線を得た。又、ＰＥｓＩ（比較例１）及びＰＥＩ（比較例２）のみで、同様に単層コート絶縁電線を得た。得られた各絶縁電線の寸法（仕上径、膜厚）を、表２に併せて示す。

（誘電率の測定方法）
得られた各絶縁電線について誘電率を測定した。測定は、図１に示すように、巻線の表面に銀ペーストを塗布し（塗布幅は、左右が各１０ｍｍ、中間部が１００ｍｍである）、導体と銀ペースト間の静電容量をＬＣＲメータで測定し、測定した静電容量の値と皮膜の厚みから誘電率を算出する方法で行った。測定結果を、表２に併せて示す。

表２に示す結果より、ポリエステルイミドとポリエーテルイミドを混合した樹脂のワニスを用いることにより、各々単独のワニスの場合よりも誘電率が低下していることが分かる。

実施例４〜１０、比較例３〜４
本実施の形態においては、上記で処方例の混合樹脂ワニス、及び以下に示す方法によって得られた汎用のポリアミドイミド樹脂ワニスを用いて、２層コート絶縁電線を作成し、コロナ放電開始電圧を測定した。

〈汎用のポリアミドイミド樹脂ワニスの製法〉
温度計、冷却管、塩化カルシウム充填管、攪拌器、窒素吹き込み管を取り付けたフラスコ中に、前記窒素吹き込み管から毎分１５０ｍｌの窒素ガスを流しながら、ＴＭＡ（トリメリット酸無水物、三菱瓦斯化学社製）１０８．６ｇ、ＭＤＩ（メチレンジイソシネート、三井武田ケミカル社製、商品名：コスモネートＰＨ）１４１．５ｇを投入した。次いで、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶媒、三菱化学社製）６３７．０ｇを入れ、撹拌器で撹拌しながら８０℃で３時間加熱した。さらに、約３時間かけて系の温度を１４０℃まで昇温した後、１４０℃で１時間加熱した。１時間経過した段階で加熱を止め、放冷して、不揮発分２５％のポリアミドイミド樹脂ワニスを得た。このポリアミドイミド樹脂ワニスを、以下汎用ＡＩと記す。

〈２層コート絶縁電線の作成〉
直径約０．８ｍｍの銅線（導体）表面に、得られた汎用ＡＩを常法によって塗布、焼付けして、表３に示す膜厚の第１層を形成した。その上に、表３、４の樹脂構成の第２層に示す処方例Ｎｏ．の混合樹脂ワニスを常法によって塗布、焼付けして、表３、４に示す膜厚の第２層を形成して、実施例４〜１０の２層コート絶縁電線を得た。又、ポリエステルイミドワニス（比較例３）及びポリエーテルイミドワニス（比較例４）のみで第２層を形成して、同様に単層コート絶縁電線を得た。得られた各絶縁電線の寸法（導体径、各層の膜厚、総膜厚、仕上径）を、表３、４に併せて示す。

得られた各絶縁電線について、以下に示す方法によりコロナ放電開始電圧を測定した。
（コロナ放電開始電圧の測定方法）
図２に示すように、巻線２本を撚り合わせ、２本の巻線の両端に交流電圧を印加する。電圧を７０Ｖ／ｓｅｃの速さで上げ、放電量が１００ｐＣに達したときの電圧を測定値とする。測定結果を、表３、４に併せて示す。

表３、４に示す結果より明らかなように、ポリエステルイミドとポリエーテルイミドを混合した樹脂のワニスを用いることにより、各々単独のワニスの場合よりもコロナ放電開始電圧が上昇していることが分かる。

実施例１１〜１２
上記で得られた混合樹脂ワニス、及び以下に示す高密着ポリアミドイミド樹脂ワニスを用いて、３層コート、あるいは４層コート絶縁電線を作成し、コロナ放電開始電圧を測定した。

（高密着ポリアミドイミド樹脂ワニス）
高密着ポリアミドイミド樹脂ワニスとして、日立化成社製 ＨＩ４００Ａ−２５を使用した。以下、高密着ＡＩとも記す。

〈３層コート絶縁電線の作成〉
直径約０．８ｍｍの銅線（導体）表面に、高密着ＡＩを常法によって塗布、焼付けして、表５に示す膜厚の第１層を形成した。その上に、汎用ＡＩを常法によって塗布、焼付けして、表５に示す膜厚の第２層を形成した。さらに、表５の樹脂構成の第３層に示す混合樹脂ワニスを常法によって塗布、焼付けして、表５に示す膜厚の第３層を形成して、実施例１１の３層コート絶縁電線を得た。

〈４層コート絶縁電線の作成〉
実施例１１で得られた３層コート絶縁電線の上に、汎用ＡＩを常法によって塗布、焼付けして、表５に示す膜厚の第４層を形成して、実施例１２の４層コート絶縁電線を得た。又、第３層を汎用ＡＩとした以外は、実施例１２と同様の４層コート絶縁電線を得た。この電線を比較例５とする。得られた各絶縁電線の寸法（導体径、各層の膜厚、総膜厚、仕上径）を、表５に併せて示す。

得られた各絶縁電線について、上記と同様の方法によりコロナ放電開始電圧を測定した。測定結果を、表５に併せて示す。

表５に示す結果より、ポリエステルイミドとポリエーテルイミドを混合した樹脂のワニスを用いることにより、コロナ放電開始電圧が上昇しており、この傾向は、高密着ＡＩの樹脂層を有する３層コート絶縁電線、４層コート絶縁電線の場合も同じである。

以上のように、本発明によれば、ポリエステルイミドとワニスポリエーテルイミドワニスとを混合するという極めて簡便な手段により、コロナ放電開始電圧を高くすることができる。

Claims (6)

1. 導体と、前記導体を被覆する絶縁皮膜よりなる絶縁電線であって、前記絶縁皮膜が、ポリエーテルイミドとポリエステルイミドとの混合樹脂を、塗布、焼き付けして形成された絶縁層を有することを特徴とする絶縁電線。
2. 前記混合樹脂におけるポリエステルイミドとポリエーテルイミドの混合比（重量比）が、７５：２５〜１０：９０であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線。
3. 前記絶縁皮膜が、ポリアミドイミドを主体とする樹脂層をさらに有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の絶縁電線。
4. 前記絶縁皮膜が、その最外層に、表面潤滑層をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の絶縁電線。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の絶縁電線を巻線してなることを特徴とする電機コイル。
6. 請求項５に記載の電機コイルを使用することを特徴とするモータ。

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