JPWO2017073551A1 - 絶縁電線及び絶縁層形成用ワニス - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2015年10月28日出願の日本出願第2015−212371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。
上記公報で提案の絶縁電線では、例えば絶縁被膜中に形成される気孔が局在化する場合、又は気孔の大きさにばらつきがある場合、絶縁被膜中において熱分解性樹脂由来の気孔同士が連通し易くなり、熱分解性樹脂の粒子径よりも大きい気孔が生じるおそれがある。このような連続気孔が生じると、絶縁皮膜の強度や耐溶剤性が低下するおそれがある。
本発明の一態様に係る絶縁電線及び絶縁層形成用ワニスは、誘電率を低下しつつ、絶縁層の強度、絶縁性及び耐溶剤性の低下を抑制できる。
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、この気孔の周縁部に外殻を備え、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。
以下、図面を参照しつつ、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、例えば断面が円形状の丸線とされるが、断面が方形状の角線や、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、例えばポリビニー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、ポリイミド前駆体が好ましい。
上記イソシアネート系化合物としては、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、p−フェニレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネートなどの芳香族ジイソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、2,2,4−トリメチルヘキサンジイソシアネート、リジンジイソシアネートなどの炭素数3〜12の脂肪族ジイソシアネート;1,4−シクロヘキサンジイソシアネート(CDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(水添MDI)、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、イソプロピリデンジシクロヘキシル−4,4’−ジイソシアネート、1,3−ジイソシアナトメチルシクロヘキサン(水添XDI)、水添TDI、2,5−ビス(イソシアナートメチル)−ビシクロ[2,2,1]ヘプタン、2,6−ビス(イソシアナートメチル)−ビシクロ[2,2,1]ヘプタンなどの炭素数5〜18の脂環式イソシアネート;キシリレインジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシリレンジイソシアネート(TMXDI)などの芳香環を有する脂肪族ジイソシアネート;これらの変性物等が例示される。
上記ブロックイソシアネートとしては、ジフェニルメタン−4,4’−ジイソシアネート(MDI)、ジフェニルメタン−3,3’−ジイソシアネート、ジフェニルメタン−3,4’−ジイソシアネート、ジフェニルエーテル−4,4’−ジイソシアネート、ベンゾフェノン−4,4’−ジイソシアネート、ジフェニルスルホン−4,4’−ジイソシアネート、トリレン−2,4−ジイソシアネート、トリレン−2,6−ジイソシアネート、ナフチレン−1,5−ジイソシアネート、m−キシリレンジイソシアネート、p−キシリレンジイソシアネート等が例示される。
上記メラミン化合物としては、メチル化メラミン、ブチル化メラミン、メチロール化メラミン、ブチロール化メラミン等が例示される。上記アセチレン誘導体としては、エチニルアニリン、エチニルフタル酸無水物等が例示される。
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・ナノテクノロジー株式会社の「TG/DTA」)を用いて熱重量を測定することにより測定できる。
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。
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作成する。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。
実施例として、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、銅を鋳造、延伸、伸線及び軟化し、断面が円形で平均径1mmの導体を得た。一方、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作成した。次に、中空形成粒子としてコアがPMMA粒子でシェルがシリコーンの平均粒子径3μmのコアシェル型複合粒子を用い、上記樹脂組成物に、計算値で絶縁層の気孔率が20体積%となる量の上記中空形成粒子を分散させて絶縁層形成用ワニスを得た。この絶縁層形成用ワニスを上記導体の外周面に塗布し、線速2.5m/min、加熱炉入口温度350℃、加熱炉出口温度450℃の条件で焼き付けることによって絶縁層を積層し、No.1の絶縁電線を得た。なお、絶縁層は単層で、その平均厚さは30μmとした。この絶縁電線の絶縁層は、欠損(亀裂)を有する外殻で囲まれた気孔を含んでいた。
絶縁層を形成するワニスとして、中空形成粒子を含有しない上記樹脂組成物を用いた。このワニスを上記導体の外周面に塗布し、焼き付けることによって絶縁層を積層し、比較例として絶縁層が気孔を含まないNo.4の絶縁電線を得た。
No.1〜No.9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、100m、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の厚さ30μm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n=3で実施し、その平均値を求めた。誘電率εの測定結果を表1に示す。
No.1〜No.9の絶縁電線について、絶縁層を導体から筒状に剥離し、この筒状の絶縁層の破断時の皮膜の引張強さ[N/mm2]を引張試験機で測定した。なお、引張強さの測定は、n=5で実施し、それぞれの平均値を求めた。皮膜の引張強さの測定結果を表1に示す。
No.1〜No.9の絶縁電線について、絶縁破壊電圧を測定した。具体的には、JIS−C3216−5(2011)に従い、2個より線の線間に交流電圧を加え500V/秒で昇圧し、絶縁破壊したときの電圧を測定した。なお、絶縁破壊電圧の測定は、n=5で実施し、その平均値を求めた。絶縁破壊電圧の測定結果を表1に示す。
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.9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、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。具体的には、溶剤浸漬試験前後の誘電率εの差が0.05未満のものを誘電率の上昇が認められなかったものとして評価結果Aとした。また、溶剤浸漬試験前よりも溶剤浸漬試験後の誘電率εの方が0.05以上0.2未満大きいものを誘電率が少し上昇したものとして評価結果Bとし、溶剤浸漬試験後の誘電率εの方が0.2以上大きいものを誘電率が大幅に上昇したものとして評価結果Cとした。これらの誘電率εの変化の評価結果を表1に示す。
No.1〜No.9の絶縁電線について、部分放電開始電圧(PDIV)を測定した。具体的には、電線2本を撚り合わせ、2本の絶縁電線の両端に交流電圧を加え10V/秒で昇圧し、50pC以上の放電が3秒間続いたときの電圧を部分放電開始電圧とした。部分放電開始電圧の測定結果を表1に示す。
表1の結果より、目標気孔率が40体積%以上では、PMMA粒子を含有するワニスにより絶縁層を形成したNo.8〜No.9の溶剤浸漬試験前後の誘電率εの差が、目標気孔率が大きくなると共に増加していることがわかる。これは、No.8〜No.9の絶縁電線では、目標気孔率が大きくなるほど連通する気孔が多くなり、この連通した気孔内に溶剤が浸透したためと考えられる。一方、中空形成粒子を含有するワニスにより絶縁層を形成したNo.1〜No.3の誘電率εは、溶剤浸漬試験実施前からの上昇が認められず、溶剤に浸漬しても誘電率εが変化し難いことがわかる。また、表1の結果から、No.1〜No.3の絶縁電線では、絶縁層の強度及び絶縁性の低下も十分抑制できていることがわかる。従って、中空形成粒子を含有するワニスにより絶縁層を形成した絶縁電線は、耐溶剤性に優れるので、溶剤に浸漬させて使用する絶縁電線として好適に用いることができる。
2 絶縁層
3 気孔
4 外殻
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 (13)
- 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、
上記気孔の周縁部に外殻を備え、
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絶縁電線。 - 上記外殻のうち少なくとも一部が欠損を有している請求項1に記載の絶縁電線。
- 上記欠損が亀裂、割れ目又は孔である請求項2に記載の絶縁電線。
- 上記複数の気孔が扁平球体である請求項1、請求項2又は請求項3に記載の絶縁電線。
- 上記複数の気孔の短軸が導体表面と垂直方向に配向している請求項4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1から請求項5のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 絶縁電線を構成する絶縁層の形成に用いる絶縁層形成用ワニスであって、
マトリックスを形成する樹脂組成物と、
上記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と
を含有し、
上記中空形成粒子のコアが熱分解性樹脂を主成分とし、
上記中空形成粒子のシェル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絶縁層形成用ワニス。 - 上記中空形成粒子のシェルの主成分がシリコーンである請求項7に記載の絶縁層形成用ワニス。
- 上記熱分解性樹脂がポリメチルメタクリレートである請求項7又は請求項8に記載の絶縁層形成用ワニス。
- 上記樹脂組成物の主成分がポリイミド前駆体である請求項7、請求項8又は請求項9に記載の絶縁層形成用ワニス。
- 上記中空形成粒子のCV値が30%以下である請求項7から請求項10のいずれか1項に記載の絶縁層形成用ワニス。
- 請求項1に記載の絶縁電線を構成する絶縁層の形成に用いる絶縁層形成用ワニスであって、
マトリックスを形成する樹脂組成物と、
上記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絶縁層形成用ワニス。 - 上記樹脂がシリコーンである請求項12に記載の絶縁層形成用ワニス。
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