JPWO2013133334A1 - 絶縁ワイヤ、電気機器及び絶縁ワイヤの製造方法 - Google Patents

Abstract

導体と発泡絶縁層と発泡絶縁層の外周に発泡していない充填層を有する絶縁ワイヤであって、前記充填層に耐部分放電性物質を含有した絶縁ワイヤである。この絶縁ワイヤは高い部分放電開始電圧、耐部分放電性、耐熱性ならびに耐摩耗性（耐傷性）の全てを具備する。

Description

本発明は、絶縁ワイヤ、電気機器及び絶縁ワイヤの製造方法に関する。

インバータは、効率的な可変速制御装置として、多くの電気機器に取り付けられるようになってきている。しかし、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚでスイッチングが行われ、それらのパルス毎にサージ電圧が発生する。このようなインバータサージは、伝搬系内におけるインピーダンスの不連続点、例えば接続する配線の始端または終端等において反射が発生し、その結果、最大でインバータ出力電圧の２倍の電圧が印加される現象である。特に、ＩＧＢＴ等の高速スイッチング素子により発生する出力パルスは、電圧峻度が高く、それにより接続ケーブルが短くてもサージ電圧が高く、更にその接続ケーブルによる電圧減衰も小さく、その結果、インバータ出力電圧の２倍近い電圧が発生する。

インバータ関連機器、例えば高速スイッチング素子、インバータモーター、変圧器等の電気機器コイルには、マグネットワイヤとして主にエナメル線である絶縁ワイヤが用いられている。従って、前述したように、インバータ関連機器では、インバータ出力電圧の２倍近い電圧がかかることから、インバータサージに起因する部分放電劣化を最小限にすることが、絶縁ワイヤに要求されるようになってきている。

一般に、部分放電劣化とは、電気絶縁材料の部分放電（微小な空隙状欠陥などがある部分の放電）で発生した荷電粒子の衝突による分子鎖切断劣化、スパッタリング劣化、局部温度上昇による熱溶融或いは熱分解劣化、または、放電で発生したオゾンによる化学的劣化等が複雑に起こる現象を言う。実際の部分放電で劣化した電気絶縁材料では、その厚みが減少したりすることが見られる。

このような部分放電による絶縁ワイヤの劣化を防ぐため、絶縁皮膜に粒子を配合することにより、耐コロナ放電性を向上させた絶縁ワイヤが提案されている。例えば、絶縁皮膜中に金属酸化物微粒子やケイ素酸化物微粒子を含有させたもの（特許文献１参照）や、絶縁皮膜中にシリカを含有させたもの（特許文献２参照）が提案されている。これらの絶縁電線は、粒子を含有する絶縁皮膜により、コロナ放電による侵食劣化を低減するものである。しかしこれらの粒子を含有した絶縁皮膜を有する絶縁電線は、部分放電開始電圧が低下することや皮膜の可撓性が低下するという問題がある。

部分放電が発生しない絶縁ワイヤ、すなわち、部分放電の発生電圧が高い絶縁ワイヤを得る方法もある。これには絶縁ワイヤの絶縁層の厚さを厚くするか、絶縁層に比誘電率が低い樹脂を用いるといった方法が考えられる。

しかし、絶縁層を厚くすると絶縁ワイヤが太くなり、その結果、電気機器の大型化を招く。このことは、近年のモーターや変圧器に代表される電気機器における、小型化という要求に逆行する。例えば、具体的には、ステータースロット中に何本の電線を入れられるかにより、モーターなどの回転機の性能が決定するといっても過言ではなく、その結果、ステータースロット断面積に対する導体断面積の比率（占積率）を、近年、特に高くすることが要求されている。従って、絶縁層の厚さを厚くすることは占積率が低くすることになり、要求性能を考慮すると望ましくない。

一方、絶縁層の比誘電率に対しては、絶縁層の材料として常用される樹脂のほとんどの比誘電率が３〜４の間であるように比誘電率が特別低いものがない。また、現実的には、絶縁層に求められる他の特性（耐熱性、耐溶剤性、可撓性等）を考慮した場合、必ずしも、常に、比誘電率が低いものを選択できるという訳ではない。

絶縁層の実質的な比誘電率を小さくする手段としては、絶縁層を発泡体で形成することが考えられ、従来から、導体と発泡絶縁層とを有する発泡電線が通信電線として広く用いられている。従来は、例えばポリエチレン等のオレフィン系樹脂やフッ素樹脂を発泡させて得られた発泡電線がよく知られ、このような発泡電線として、例えば、特許文献３に発泡させたポリエチレン絶縁電線が記載され、特許文献４に発泡させたフッ素樹脂絶縁電線が記載され、特許文献５には両者について記載されている。
しかし、これらのような従来の発泡電線では皮膜の耐熱温度が低く、耐傷性も劣るのでこの点でまだ満足すべきものではない。

特許第３４９６６３６号公報 特許第４５８４０１４号公報 特許第３２９９５５２号公報 特許第３２７６６６５号公報 特許第３４５７５４３号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高い部分放電開始電圧、耐部分放電性、耐熱性ならびに耐摩耗性（耐傷性）の全てを具備した、優れた絶縁ワイヤとその製造方法を提供することを目的とする。さらに上記の優れた性能の絶縁ワイヤを用いた電気機器を提供することを目的とする。

本発明の課題は下記の手段により解決された。
（１）導体と熱硬化性樹脂を発泡させた発泡絶縁層と発泡絶縁層の外周に発泡していない充填層を有する絶縁ワイヤであって、前記充填層に耐部分放電性物質を樹脂に対して３０質量％以下含有し、前記発泡絶縁層の厚さが、発泡絶縁層の厚さと充填層の厚さの合計の３０％以上であることを特徴とする絶縁ワイヤ。
（２）前記発泡絶縁層の内周に充填層を有することを特徴とする（１）に記載の絶縁ワイヤ。
（３）前記発泡絶縁層が、内外周もしくは片側に充填層をもつ発泡層を複数積層させたことを特徴とする（１）又は（２）に記載の絶縁ワイヤ。
（４）前記発泡絶縁層、および／または内周の充填層に耐部分放電性物質を含有したことを特徴とする（２）又は（３）に記載の絶縁ワイヤ。
（５）前記耐部分放電性物質が、二酸化チタンまたはシリカであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（６）前記発泡絶縁層がおよび充填層が、ポリイミド、ポリアミドイミドのいずれかからなることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（７）誘電率が４以下であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（８）発泡絶縁層の平均気泡径が５μｍ以下であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（９）導体上に、直接もしくは充填層を介して、熱硬化性樹脂のワニスを塗布し、焼付けてこの熱硬化性樹脂のワニスの焼付け工程中に発泡させることにより前記発泡絶縁層を形成することを特徴とする（１）〜（８）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤの製造方法。
（１０）（１）〜（８）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤをモータまたはトランスに用いてなる電子・電気機器。

本発明により、耐部分放電性、部分放電開始電圧、可とう性、耐熱性に優れる絶縁ワイヤを提供できる。そして上記のような特性の優れた絶縁ワイヤを製造することができる。

本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。

図１（ａ）は、本発明の発泡電線の一実施態様を示した断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の発泡電線の別の実施態様を示した断面図である。 図２（ａ）は、本発明の発泡電線のさらに別の実施態様を示した断面図であり、図２（ｂ）は、本発明の発泡電線のさらに別の実施態様を示した断面図であり、図２（ｃ）は、本発明の発泡電線のさらに別の実施態様を示した断面図である。

以下、本発明の発泡電線の実施態様について、図面を参照して説明する。
図１（ａ）に断面図を示した本発明の絶縁ワイヤの一実施態様では、導体１と、導体１を被覆した発泡絶縁層２と、耐部分放電性物質３を含有した充填層４を有してなる。
図１（ｂ）に断面図を示した本発明の絶縁ワイヤの別の実施態様では、導体１として断面が矩形のものを用いたもので、それ以外は基本的に図１（ａ）と同様であり、導体１が断面が矩形であるので、発泡絶縁層２、耐部分放電性物質３を含有した充填層４も断面が矩形である。
図２（ａ）に断面図を示した本発明の絶縁ワイヤのさらに別の実施態様では、発泡絶縁層２の内側で、導体１の外周に充填層２５を設けた以外は図１（ａ）と同様である。図２（ｂ）に示した本発明の絶縁ワイヤのさらに別の実施態様では、充填層２５を外周に設けた導体１の外側に設けた発泡絶縁層２の中に発泡絶縁層２と同心円状に充填層２６を有するもので、図２（ａ）の発泡絶縁層２を複数層に分割して積層させた形態に相当する。本明細書において、充填層とは発泡しない層を意味する。以上の各図において同符号は同じものを意味し、説明を繰り返さない。

このように発泡絶縁層の内外周もしくは片側に充填層を有すると、導体と絶縁層の密着性や機械強度が向上するのでより好ましい。ただし、この場合、比誘電率を低下させる効果を妨げないように、発泡絶縁層の厚さは、発泡絶縁層の厚さと充填層の厚さの合計の３０〜９０％であることが好ましい。発泡絶縁層の厚さの割合が低すぎると耐部分放電性が劣ることになるので、この点を考慮して、その厚さの割合を定める。
前記耐部分放電性物質とは、部分放電劣化を受けにくい絶縁材料で、電線の絶縁皮膜に分散させることで、課電寿命特性を向上させる作用を有する物質を言う。その例は酸化物(金属もしくは非金属元素の酸化物)、窒化物、ガラス、マイカなどがあり、具体例としては耐部分放電性物質３は、シリカ、二酸化チタン、アルミナ、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、窒化ガリウムなどの微粒子を用いることができる。より好ましくは、シリカ、二酸化チタンである。微粒子の１次粒子の粒径は１μｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましい。下限は制限されるものではないが、通常、１ｎｍである。
耐部分放電性物質の粒径を上記範囲にすることにより電線の課電寿命が向上するという作用効果があり、粒径が大きすぎると課電寿命の向上効果が小さい上に、絶縁皮膜の表面平滑性や可とう性が悪化し、小さすぎると凝集により微細化の効果を得にくい。

発泡絶縁層の外周の、発泡していない充填層中の耐部分放電性物質の含有量は、その目的の作用効果の点から定められる。好ましくは充填層を構成する樹脂に対して３０質量％以下、より好ましくは２０〜３０質量％である。可とう性を維持しつつ耐部分放電性の向上が大きいという作用を得る含有量を定める。耐部分放電性物質の含有量が多すぎると絶縁皮膜の可とう性が悪化するという問題を生じ、少なすぎると課電寿命の向上効果が小さくなる。
前記発泡絶縁層の内周には充填層を有してもよいし、前記発泡絶縁層が、内外周もしくは片側に充填層をもつ発泡層を複数積層させたもので構成されてもよい。耐部分放電性物質は、発泡絶縁層および／または発泡絶縁層の内周の充填層に含有されていても良い。すなわち、外周の充填層および内周の充填層に含有されていても良いし、外周の充填層および発泡絶縁層に含有されていても良いし、外周の充填層および内周の充填層および発泡絶縁層のすべてに含有されていても良い。この場合の耐部分放電性物質の量は、発泡絶縁層では樹脂に対し、５〜３０％が好ましく、発泡絶縁層の内周の充填層では、樹脂に対し好ましくは３０質量％以下、より好ましくは２０〜３０質量％の範囲である。誘電率と可とう性の点で、内周と外周の充填層のみに含有されていることが好ましく、耐部分放電性を効果的に発揮する点で、外周の充填層のみに含有されていることが特に好ましい。
また、耐部分放電性物質を含有する外周の充填層のさらに外周、すなわち絶縁ワイヤの最外周に耐部分放電性物質を含有しない充填層を付与してもよい。このように構成したものは表面の平滑性がよく、すべり性に優れる。この場合、耐部分放電性および誘電率の特性を損なわないために、最外周の耐部分放電性物質を含有しない充填層の厚さは、全体の厚さの５〜１０％が好ましい。

前記の導体１は、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金又はそれらの組み合わせ等で作られている。導体１の断面形状は限定されるものではなく、円形、矩形（平角）などが適用できる。

発泡絶縁層２は、導体上に塗布し焼き付けて絶縁皮膜を形成できるようワニス状にできるものが好ましい。例えばポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）などを用いることができる。より好ましくは、耐溶剤性に優れるポリイミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）である。なお、使用する樹脂は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

発泡絶縁層２は、ワニスの主たる溶剤成分である有機溶剤と少なくとも１種類の高沸点溶剤を含む２種類又は３種類以上の溶剤（後述するように熱硬化性樹脂を溶解する有機溶剤と、高沸点溶媒としての気泡核剤と発泡剤との３種、ただし、高沸点溶媒が気泡核剤と発泡剤の両方の役割をする場合は２種）を混合した絶縁ワニスを導体周囲に塗布、焼き付けることにより得ることができる。ワニスの塗布は導体上に、直接、塗布しても、間に別の樹脂層を介在させて行ってもよい。
発泡絶縁層２は、特定の有機溶剤と少なくとも１種類の高沸点溶剤含む３種類以上の溶剤を混合した絶縁ワニスを導体周囲に塗布、焼き付けることにより得ることができる。ワニスの塗布は導体上に、直接、塗布しても、間に別の樹脂層を介在させて行ってもよい。

上記の有機溶剤は熱硬化性樹脂を溶解させる溶媒として作用する。この有機溶剤としては熱硬化性樹脂の反応を阻害しない限りは特に制限はなく、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチレンウレア、Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピレンウレア、テトラメチル尿素等の尿素系溶媒、γ−ブチロラクトン、γ−カプロラクトン等のラクトン系溶媒、プロピレンカーボネート等のカーボネート系溶媒、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート、エチルセロソルブアセテート、エチルカルビトールアセテート等のエステル系溶媒、ジグライム、トリグライム、テトラグライム等のグライム系溶媒、トルエン、キシレン、シクロヘキサン等の炭化水素系溶媒、スルホラン等のスルホン系溶媒などが挙げられる。これらのうちでは高溶解性、高反応促進性等の点でアミド系溶媒、尿素系溶媒が好ましく、加熱による架橋反応を阻害しやすい水素原子をもたない等の点で、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチレンウレア、Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピレンウレア、テトラメチル尿素がより好ましく、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが特に好ましい。この有機溶剤の沸点は、好ましくは１６０℃〜２５０℃、より好ましくは１６５℃〜２１０℃のものである。

気泡形成用に使用可能な高沸点溶剤は沸点が好ましくは１８０℃〜３００℃、より好ましくは２１０℃〜２６０℃のものである。具体的には、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテルなどを用いることができる。気泡径のばらつきが小さい点においてトリエチレングリコールジメチルエーテルがより好ましい。ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルなどが使用できる。上記のうちでテトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル等が気泡核剤として好ましい。高沸点溶媒の少なくとも２種の好ましい組み合わせは、テトラエチレングリコールジメチルエーテルとジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテルとトリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテルとテトラエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテルとテトラエチレングリコールジメチルエーテル、より好ましくはジエチレングリコールジブチルエーテルとトリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテルとテトラエチレングリコールジメチルエーテルの組を含むものである。
気泡形成用の高沸点溶媒は熱硬化性樹脂を溶解させる有機溶剤よりも高沸点であることが必要であり、１種類でワニスに添加される場合には熱硬化性樹脂を溶解させる有機溶剤より１０℃以上高いことが好ましい。また、１種類で使用した場合には高沸点溶媒は気泡核剤と発泡剤の両方の役割を有することがわかっている。一方、２種類以上の高沸点溶媒を使用した場合には、最も高い沸点のものが発泡剤、熱硬化性樹脂を溶解させる有機溶剤と最も高い沸点の高沸点溶媒との中間の沸点を持つ気泡形成用の高沸点溶媒が気泡核剤として作用する。最も沸点の高い溶媒は熱硬化性樹脂の溶媒より２０℃以上高いことが好ましく、３０〜５０℃であることがより好ましい。中間の沸点を持つ気泡形成用の高沸点溶媒は、発泡剤として作用する溶媒の沸点と熱硬化性樹脂の溶媒の中間に沸点があればよく、好ましくは発泡剤の沸点と１０℃以上の沸点差を持っていることが好ましい。中間の沸点を持つ気泡形成用の高沸点溶媒は発泡剤として作用する溶媒より熱硬化性の溶解度が高い場合、ワニス焼き付け後に均一な気泡を形成させることができる。

本発明においては、特性に影響を及ぼさない範囲で、発泡絶縁層を得る原料に、気泡化核剤、酸化防止剤、帯電防止剤、紫外線防止剤、光安定剤、蛍光増白剤、顔料、染料、相溶化剤、滑剤、強化剤、難燃剤、架橋剤、架橋助剤、可塑剤、増粘剤、減粘剤、およびエラストマーなどの各種添加剤を配合してもよい。また、得られる絶縁ワイヤに、これらの添加剤を含有する樹脂からなる層を積層してもよいし、これらの添加剤を含有する塗料をコーティングしてもよい。

得られる絶縁ワイヤにおいて、部分放電発生電圧の向上効果を得るためには、絶縁ワイヤの実効的な比誘電率は４．０以下であることが好ましく、３．０以下であることがさらに好ましい。比誘電率の下限は制限するものではないが好ましくは１．５以上である。比誘電率は、市販の測定器を使用して測定することができる。測定温度および測定周波数については、必要に応じて変更できるが、本明細書において特に記載のない限り、測定温度を２５℃とし、測定周波数を５０Ｈｚとして測定した。

必要な比誘電率を実現するために、発泡絶縁層２の発泡倍率は、１．２倍以上が好ましく、１．４倍以上がより好ましい。発泡倍率の上限に制限はないが、通常５．０倍以下とすることが好ましい。発泡倍率は、発泡のために被覆した樹脂の密度（ρｆ）および発泡前の密度（ρｓ）を水中置換法により測定し、（ρｓ／ρｆ）により算出する。

発泡絶縁層２は、平均気泡径を５μｍ以下とし、好ましくは３μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下である。５μｍを超えると絶縁破壊電圧が低下し、５μｍ以下とすることにより絶縁破壊電圧を良好に維持できる。さらに、３μｍ以下とすることにより、絶縁破壊電圧をより確実に保持できる。平均気泡径の下限に制限はないが、１ｎｍ以上であることが実際的であり、好ましい。発泡絶縁層２の厚さに制限はないが、１０〜２００μｍが実際的であり、好ましい。

耐部分放電性物質３は、シリカ、二酸化チタン、アルミナ、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、窒化ガリウムなどの微粒子を用いることができる。より好ましくは、シリカ、二酸化チタンである。微粒子の粒径は１μｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましい。

充填層４は、本発明では発泡しない層を意味する。耐部分放電性を向上させるために絶縁皮膜の最外層には耐部分放電性物質３を含む。それ以外の充填層に耐部分放電性物質を含有してもかまわないし、それは全層であっても良い。

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、これは本発明を制限するものではない。なお、下記の例中、組成を示す％は質量％をいう。

実施例、比較例の絶縁ワイヤを以下のように作製した。発泡絶縁層に用いるポリアミドイミドワニスは、２Ｌ容セパラブルフラスコにＨＩ−４０６（樹脂成分３２質量％のＮＭＰ溶液）（商品名、日立化成社製）１０００ｇを入れ、この溶液に気泡形成剤としてトリエチレングリコールモノメチルエーテル１００ｇとテトラエチレングリコールジメチルエーテル１５０ｇを添加することにより得た。充填層に用いるポリアミドイミドワニスはＨＩ−４０６、１０００gを用いた。このポリアミドイミドワニス１０００gは溶剤としてＮＭＰを用いて３０質量％樹脂溶液として用いた。
発泡絶縁層に用いるポリイミドワニスは、２Ｌ容セパラブルフラスコに、Ｕイミド（樹脂成分２５質量％のＮＭＰ溶液）（ユニチカ社製商品名）１０００ｇを入れ、溶剤としてＮＭＰ７５ｇ，ＤＭＡＣ１５０ｇ、テトラエチレングリコールジメチルエーテル２００ｇを添加することにより得た。充填層に用いるポリイミドワニスはＵイミドを用い、その樹脂１０００ｇに溶剤としてＤＭＡＣ２５０ｇを添加して調製した。
得られた各絶縁ワニスを１ｍｍφの銅導体上に塗布、炉温５２０℃で焼付け、膜厚２６〜２９μｍの絶縁ワイヤを得た。得られた絶縁ワイヤについて、寸法、誘電率、部分放電開始電圧、課電寿命、耐熱性、可とう性を評価した。

（実施例１）
発泡ポリアミドイミド層（厚さ１８μｍ）、ポリアミドイミドの内部充填層（４μｍ）、ならびにポリアミドイミドにシリカ（粒径１５ｎｍ）を２０％含有した外側充填層（４μｍ）で構成される絶縁ワイヤ（図２（ａ）参照）を得た。気泡径は４μｍであった。

（実施例２）
発泡ポリアミドイミド層（厚さ１８μｍ）、ポリアミドイミドの内部充填層（４μｍ）、ならびにポリアミドイミドに二酸化チタン（粒径１５ｎｍ）を２０％含有した外側充填層（５μｍ）で構成される絶縁ワイヤ（図２（ａ）参照）を得た。気泡径は４μｍであった。

（実施例３）
発泡ポリアミドイミド層（厚さ１８μｍ）、ポリアミドイミドの内部充填層（４μｍ）、ならびにポリアミドイミドに二酸化チタン（粒径１５ｎｍ）を３０％含有した外側充填層（４μｍ）で構成される絶縁ワイヤ（図２（ａ）参照）を得た。気泡径は４μｍであった。

（実施例４）
発泡ポリアミドイミド層（厚さ１０μｍ）、ポリアミドイミドの内部充填層（４μｍ）、ならびにポリアミドイミドに二酸化チタン（粒径１５ｎｍ）を３０％含有した外側充填層（１５μｍ）で構成される絶縁ワイヤ（図２（ａ）参照）を得た。気泡径は４μｍであった。

（実施例５）
発泡ポリイミド層（厚さ１７μｍ）、ポリイミドの内部充填層（４μｍ）、ならびにポリアミドイミドに二酸化チタン（粒径１５ｎｍ）を３０％含有した外側充填層（５μｍ）で構成される絶縁ワイヤ（図２（ａ）参照）を得た。気泡径は２μｍであった。

（実施例６）
発泡ポリアミドイミド層（厚さ２０μｍ）、ポリアミドイミドに二酸化チタン（粒径１５ｎｍ）を３０％含有した内部充填層（４μｍ）、ならびに外側充填層（６μｍ）で構成される絶縁ワイヤ（図２（ａ）参照）を得た。気泡径は４μｍであった。

（実施例７）
二酸化チタン（粒径１５ｎｍ）を３０％含有した発泡ポリアミドイミド層（厚さ２０μｍ）、同じく二酸化チタン（粒径１５ｎｍ）を３０％含有したポリアミドイミドの内部充填層（４μｍ）、ならびに外側充填層（６μｍ）で構成される絶縁ワイヤ（図２（ａ）参照）を得た。気泡径は４μｍであった。

（比較例１）
ポリアミドイミド層（２６μｍ）で構成される絶縁ワイヤを得た。

（比較例２）
シリカ（粒径１５ｎｍ）を３０％含有したポリアミドイミド層（２７μｍ）で構成される絶縁ワイヤを得た。

（比較例３）
二酸化チタン（粒径１５ｎｍ）を３０％含有したポリアミドイミド層（２８μｍ）で構成される絶縁ワイヤを得た。

（比較例４）
発泡ポリアミドイミド層（厚さ１８μｍ）、ポリアミドイミドの内部充填層（５μｍ）、ならびにポリアミドイミドの外側充填層（４μｍ）で構成される絶縁ワイヤを得た。

（比較例５）
発泡ポリアミドイミド層（厚さ１９μｍ）、ポリアミドイミドの内部充填層（４μｍ）、ならびにポリアミドイミドに二酸化チタン（粒径１５ｎｍ）を４０％含有した外側充填層（４μｍ）で構成される絶縁ワイヤを得た。気泡径は４μｍであった。

（比較例６）
発泡ポリアミドイミド層（厚さ５μｍ）、ポリアミドイミドの内部充填層（４μｍ）、ならびにポリアミドイミドに二酸化チタン（粒径１５ｎｍ）を３０％含有した外側充填層（２０μｍ）で構成される絶縁ワイヤを得た。気泡径は４μｍであった。

実施例１〜５および比較例１〜６で得られた絶縁ワイヤの構成、物性と評価試験結果を表１、表２に示した。
評価方法は以下の通りである。

［発泡絶縁層の厚さおよび平均気泡径］
発泡絶縁層の厚さおよび平均気泡径は、発泡電線の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測することにより求めた。平均気泡径についてより具体的に説明すると、ＳＥＭで観察した断面から任意に選んだ２０個の気泡の直径を測定し、それらの平均値を求めた。

［空隙率］
空隙率は、発泡電線の密度（ρｆ）および発泡前の密度（ρｓ）を水中置換法により測定し、（ρｆ／ρｓ）により算出した。

［比誘電率］
比誘電率は、発泡電線の静電容量を測定し、静電容量と発泡絶縁層の厚さから得られた比誘電率を算出した。静電容量の測定には、ＬＣＲハイテスタ（日置電機株式会社製、型式３５３２−５０）を用いた。

［部分放電発生電圧］
２本の電線をツイスト状に撚り合わせた試験片を作製し、各々の導体間に正弦波５０Ｈｚの交流電圧を印加して、連続的に昇圧させながら放電電荷量が１０ｐＣのときの電圧（実効値）を測定した。測定温度は常温とする。部分放電発生電圧の測定には部分放電試験機（菊水電子工業製、ＫＰＤ２０５０）を用いた。

［課電寿命］
２本の電線を撚り合わせ、各々の導体間に正弦波１０ｋＨｚ−１ｋＶｐの交流電圧を印加して、絶縁破壊するまでの時間を測定する。測定温度は常温とする。絶縁破壊までの時間が１００分以上を合格とした。
◎：１０００分以上
○：１００分以上１０００分未満
×：１００分未満

［耐熱性］
電線を２００℃の高温槽中に５００時間放置し、皮膜の亀裂の有無を、目視にて調べた。
○：亀裂なし
×：亀裂あり

［可とう性］
各電線自身の周囲に、線と線が接触するよう緊密に１０回巻き付けたときの皮膜の亀裂の有無を、目視にて調べた。
○：亀裂なし
×：亀裂あり
［粒径］
粒径は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測することにより求めた。任意に選んだ２０個の１次粒子の直径を測定し、それらの平均値と定義した。
［気泡径］
平均気泡径は、発泡層の断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観測することにより求めた。平均気泡径についてより具体的に説明すると、ＳＥＭで観察した断面から任意に選んだ２０個の気泡の絶縁層の厚さ方向の長さを測定し、それらの平均値と定義した。
[焼付け条件]
各実施例、比較例の発泡絶縁層、充填層の焼付け温度は下記表１、２にまとめたとおりである。

表１からわかるように、発泡絶縁層とその外周に耐部分放電性物質を含む充填層を有する実施例１〜４のエナメル線は、発泡による比誘電率の低下と部分放電開始電圧の向上が認められ、また、課電寿命、耐熱性、可とう性が良好であった。
また、内周と外周に耐部分放電性物質を含む充填層を有する実施例６、および内周と外周の充填層と発泡絶縁層のすべてに耐部分放電性物質を含む実施例７のエナメル線についても、同様に発泡による比誘電率の低下と部分放電開始電圧の向上が認められ、また、課電寿命、耐熱性、可とう性が良好であった。

一方、表２からわかるように、発泡絶縁層と耐部分放電物質を含む充填層をもたない比較例１は、部分放電開始電圧、課電寿命に劣る。耐部分放電物質を含む充填層は有するが発泡絶縁層をもたない比較例２〜３は、部分放電開始電圧に劣る。発泡絶縁層を有するが耐部分放電物質を含む充填層をもたない比較例４は、課電寿命に劣る。発泡絶縁層と耐部分放電物質を含む充填層を有するが、その含有量が４０％である比較例５は、可とう性に劣る。発泡絶縁層と耐部分放電物質を含む充填層を有するが、発泡絶縁層の割合が層の厚みで１７％である比較例６は、部分放電開始電圧に劣る。

本発明の絶縁ワイヤは、図１および図２に断面図が示されたような断面である。
実施例１〜５は、発泡絶縁層の内側および外側に充填層を有する、図２（ａ）に断面図が示されたような断面である。これらに対して、本発明の発泡電線は、図１（ａ）に断面図が示されたように、内側充填層がない場合や、図１（ｂ）に断面図が示されたように、矩形の導体にも適用可能である。

本発明は、上記の実施態様に限定されることはなく、本発明の技術的事項の範囲内において、種々の変更が可能である。

本発明は、自動車をはじめ、各種電気・電子機器等、耐電圧性や耐熱性を必要とする分野に利用可能である。本発明の絶縁ワイヤはモーターやトランスなどに用い高性能の電気・電子機器を提供できる。特にＨＶ（ハイブリッドカー）やＥＶ（電気自動車）の駆動モーター用の巻線として好適である。

本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものでなく、添付の請求項の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。

本願は、２０１２年３月７日に日本で特許出願された特願２０１２−５１０３７に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。

１ 導体
２ 発泡絶縁層
３ 耐部分放電性物質
４ 充填層

本発明の課題は下記の手段により解決された。
（１）導体と熱硬化性樹脂を発泡させた発泡絶縁層と発泡絶縁層の外周に発泡していない充填層を有する絶縁ワイヤであって、前記充填層に耐部分放電性物質の微粒子を樹脂に対して３０質量％以下含有し、前記発泡絶縁層の厚さが、発泡絶縁層の厚さと充填層の厚さの合計の３０％以上であることを特徴とする絶縁ワイヤ。
（２）前記発泡絶縁層の内周に充填層を有することを特徴とする（１）に記載の絶縁ワイヤ。
（３）前記発泡絶縁層が、内外周もしくは片側に充填層をもつ発泡層を複数積層させたことを特徴とする（１）または（２）に記載の絶縁ワイヤ。
（４）前記発泡絶縁層、および／または内周の充填層に耐部分放電性物質を含有したことを特徴とする（２）または（３）に記載の絶縁ワイヤ。
（５）前記耐部分放電性物質が、二酸化チタンまたはシリカであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（６）前記発泡絶縁層および充填層が、ポリイミド、ポリアミドイミドのいずれかからなることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（７）前記発泡絶縁層および充填層からなる層の比誘電率が４以下であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（８）発泡絶縁層の平均気泡径が５μｍ以下であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（９）導体上に、直接もしくは充填層を介して、熱硬化性樹脂のワニスを塗布し、焼付けて、この熱硬化性樹脂のワニスの焼付け工程中に発泡させることにより前記発泡絶縁層を形成することを特徴とする（１）〜（８）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤの製造方法。
（１０）（１）〜（８）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤをモーターまたはトランスに用いてなる電子・電気機器。

実施例、比較例の絶縁ワイヤを以下のように作製した。発泡絶縁層に用いるポリアミドイミドワニスは、２Ｌ容セパラブルフラスコにＨＩ−４０６（樹脂成分３２質量％のＮＭＰ溶液）（商品名、日立化成社製）１０００ｇを入れ、この溶液に気泡形成剤としてトリエチレングリコールモノメチルエーテル１００ｇとテトラエチレングリコールジメチルエーテル１５０ｇを添加することにより得た。充填層に用いるポリアミドイミドワニスはＨＩ−４０６、１０００ｇを用いた。このポリアミドイミドワニス１０００ｇは溶剤としてＮＭＰを用いて３０質量％樹脂溶液として用いた。
発泡絶縁層に用いるポリイミドワニスは、２Ｌ容セパラブルフラスコに、Ｕイミド（樹脂成分２５質量％のＮＭＰ溶液）（ユニチカ社製商品名）１０００ｇを入れ、溶剤としてＮＭＰ７５ｇ，ＤＭＡＣ１５０ｇ、テトラエチレングリコールジメチルエーテル２００ｇを添加することにより得た。充填層に用いるポリイミドワニスはＵイミドを用い、その樹脂１０００ｇに溶剤としてＤＭＡＣ２５０ｇを添加して調製した。
得られた各絶縁ワニスを１ｍｍφの銅導体上に塗布、炉温５２０℃で焼付け、膜厚２６〜２９μｍの絶縁ワイヤを得た。得られた絶縁ワイヤについて、寸法、比誘電率、部分放電開始電圧、課電寿命、耐熱性、可とう性を評価した。

本発明の課題は下記の手段により解決された。
（１）導体と熱硬化性樹脂を発泡させた発泡絶縁層と発泡絶縁層の外周に発泡していない充填層を有する絶縁ワイヤであって、前記充填層に耐部分放電性物質の微粒子を樹脂に対して３０質量％以下含有し、前記発泡絶縁層の厚さが、発泡絶縁層の厚さと充填層の厚さの合計の３０％以上であることを特徴とする絶縁ワイヤ。
（２）前記発泡絶縁層の内周に充填層を有することを特徴とする（１）に記載の絶縁ワイヤ。
（３）前記発泡絶縁層が、内外周もしくは片側に充填層をもつ発泡層を複数積層させたことを特徴とする（１）または（２）に記載の絶縁ワイヤ。
（４）前記発泡絶縁層、および／または内周の充填層に耐部分放電性物質の微粒子を含有したことを特徴とする（２）または（３）に記載の絶縁ワイヤ。
（５）前記耐部分放電性物質が、二酸化チタンまたはシリカであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（６）前記発泡絶縁層および充填層が、ポリイミド、ポリアミドイミドのいずれかからなることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（７）前記発泡絶縁層および充填層からなる層の比誘電率が４以下であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（８）発泡絶縁層の平均気泡径が５μｍ以下であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
（９）導体上に、直接もしくは充填層を介して、熱硬化性樹脂のワニスを塗布し、焼付けて、この熱硬化性樹脂のワニスの焼付け工程中に発泡させることにより前記発泡絶縁層を形成することを特徴とする（１）〜（８）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤの製造方法。
（１０）（１）〜（８）のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤをモーターまたはトランスに用いてなる電子・電気機器。

Claims (10)

1. 導体と熱硬化性樹脂を発泡させた発泡絶縁層と発泡絶縁層の外周に発泡していない充填層を有する絶縁ワイヤであって、前記充填層に耐部分放電性物質を樹脂に対して３０質量％以下含有し、前記発泡絶縁層の厚さが、発泡絶縁層の厚さと充填層の厚さの合計の３０％以上であることを特徴とする絶縁ワイヤ。
2. 前記発泡絶縁層の内周に充填層を有することを特徴とする請求項１に記載の絶縁ワイヤ。
3. 前記発泡絶縁層が、内外周もしくは片側に充填層をもつ発泡層を複数積層させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の絶縁ワイヤ。
4. 前記発泡絶縁層、および／または内周の充填層に耐部分放電性物質を含有したことを特徴とする請求項２又は３に記載の絶縁ワイヤ。
5. 前記耐部分放電性物質が、二酸化チタンまたはシリカであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
6. 前記発泡絶縁層がおよび充填層が、ポリイミド、ポリアミドイミドのいずれかからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
7. 誘電率が４以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
8. 発泡絶縁層の平均気泡径が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤ。
9. 導体上に、直接もしくは充填層を介して、熱硬化性樹脂のワニスを塗布し、焼付けてこの熱硬化性樹脂のワニスの焼付け工程中に発泡させることにより前記発泡絶縁層を形成することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤの製造方法。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の絶縁ワイヤをモータまたはトランスに用いてなる電子・電気機器。

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