JPWO2019138971A1 - 絶縁電線 - Google Patents

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Abstract

本発明の絶縁電線(10)は、銅合金導体(1)と、銅合金導体(1)の外周面上に直接又は間接的に被覆された少なくとも1つの樹脂層(4)を備える。銅合金導体(1)が、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分の合計含有量が0.1〜2.0ppmであり、銅の含有量が99.96mass%以上である組成を有し、かつ、EBSDによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が3.0以上35.0未満であり、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が1.0以上30.0未満である集合組織を有する。

Description

本発明は、絶縁電線、特に電力を用いて駆動する車両などに搭載される電動発電機のコイルとして使用される絶縁電線に関する。
従来から、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・電子機器用コイルには、マグネットワイヤとして、いわゆるエナメル線からなる絶縁電線(絶縁ワイヤ)、エナメル樹脂からなるエナメル絶縁層と、エナメル樹脂とは別種の樹脂からなる絶縁層とを含む多層の被覆層を有する絶縁電線等が用いられている。このような多層の被覆層を有する絶縁電線として、例えば、特許文献1には、導体上に、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂等を押出成形して形成した層と、熱硬化性ポリアミドイミド樹脂層とを被覆層として有する絶縁電線が開示されている。
一方で、モーター、変圧器等に代表される電気機器は、近年、機器の高性能化が進展している。そこで、絶縁電線を巻線加工(コイル加工)して、絶縁電線を非常に狭い部分へ押しこんで使用する様な使い方が多く見られるようになった。具体的には、モーターなどの回転機の性能向上のため、より多い本数の巻線をステータのスロット中に収容することが求められている。すなわち、ステータのスロット断面積に対する導体の断面積の比率(占積率)の向上に対する要求が高まっている。
占積率を向上させる手段として、導体の断面が略矩形状の平角導体が使用されている。平角導体を用いて小型のコイルを作製する場合、占積率を向上させるため、導体のコーナー部の曲率半径が小さい絶縁電線をエッジワイズで小径のコアに巻線加工することにより小型のコイルを作製する。しかしながら、平角導体の使用は、占積率の向上には劇的な効果を示す一方、断面平角のコーナー部はコイル加工等の曲げ加工に対して極端に弱い。そのため、強い圧力をかけて加工を行うと皮膜が割れてしまうという問題がある。また、巻線の絶縁皮膜の厚さを薄くし、導体間の距離が確保できない場合、絶縁性能が確保できず、しかも巻線の絶縁皮膜が損傷を生じたときに、露出した巻線の導体から放電が生じることになる。
絶縁電線の電気的特性、機械的特性を高めるため、種々検討されている。例えば、エナメル絶縁層と押出絶縁層の比誘電率と押出絶縁層の引張強度の温度依存性を含めた関係から、高温下での絶縁性能を損なうことなく絶縁皮膜を厚くして、部分放電開始電圧を高め、耐熱老化特性を改善することが提案されている(特許文献2参照)。
特開平5−258618号公報 特開2014−154262号公報
また、近年、回転電機を駆動モーターとして利用するHV車両(ハイブリッドカー)や、電動発電機のコイルにより発生した電力を用いて駆動するEV車両(電気自動車)の開発も急速に進んでいる。このような車両では、特に電気機器の小型化・高出力化に対する要求水準が高まっている。
平角導体の場合、断面が略丸形の導体と比較してステータの占有率を高めることができるため、電気機器の小型化・高出力化を実現することが可能である。しかしながら、小型化された電気機器は、その高効率化から使用電圧が高く設定され、それに伴い発熱量も増大する。特に、瞬間的又は断続的に高温下、例えば絶縁電線の設計値を超えるような高温下に絶縁電線が曝された後においても、十分な性能を発揮させる耐熱性が要求されている。そのため、絶縁電線には、電動発電機の上記小型化・高出力化に伴い、さらなる耐熱性の向上が重要であった。
本発明は、良好な導電性を有すると共に、優れた耐熱性を示す絶縁電線を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記問題に対して鋭意検討を行った結果、導体の材料として、特定の組成及び集合組織を有する高純度の無酸素銅(OFC:Oxgen Free Copper)を使用することにより、高温域であっても、導体の結晶粒の二次再結晶(異常粒成長)を抑制できるため、導体を高温下に曝しても結晶粒の変化を低減することが可能となるとの知見を得た。これにより、絶縁電線全体の耐熱性を向上させることができ、その結果、良好な導電性を有すると共に、耐熱性にも優れた絶縁電線が得られることを見出した。
すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
[1] 銅合金導体と、
前記銅合金導体の外周面上に直接又は間接的に被覆された少なくとも1つの樹脂層を備え、
前記銅合金導体が、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分の合計含有量が0.1〜2.0ppmであり、銅の含有量が99.96mass%以上である組成を有し、かつ、EBSDによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が3.0以上35.0未満であり、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が1.0以上30.0未満である集合組織を有することを特徴とする絶縁電線。
[2]前記銅合金導体の平均結晶粒径が、1μm〜100μmである、上記[1]に記載の絶縁電線。
[3]前記樹脂層が、気泡を有する熱硬化性樹脂を含む発泡絶縁層を含んでいる、上記[1]又は[2]に記載の絶縁電線。
[4]前記発泡絶縁層の外周面上に、熱可塑性樹脂を含む外側絶縁層がさらに形成されている、上記[3]に記載の絶縁電線。
[5]前記熱硬化性樹脂が、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエステルイミド(PEsI)およびポリエーテルサルフォン(PES)からなる群から選択される、上記[3]又は[4]に記載の絶縁電線。
[6]前記樹脂層が、少なくとも1層のエナメル絶縁層と、該エナメル絶縁層の外周面上に被覆され、熱可塑性樹脂を含む押出絶縁層とを含んでいる、上記[1]又は[2]に記載の絶縁電線。
[7]前記熱可塑性樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、変性ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリフェニレンスルフィド(PPS)および熱可塑性ポリイミド(TPI)からなる群から選択される、上記[4]又は[6]に記載の絶縁電線。
本発明によれば、銅合金導体の材料として、特定の組成及び集合組織を有するOFCを使用することにより、絶縁電線全体で耐熱性を向上させることができる。これにより、良好な導電性を有すると共に、優れた耐熱性を示す絶縁電線を提供することができ、例えば、小型化・高出力化が要求されるEV車両等に搭載されている電動発電機のコイルの高性能化に寄与することができる。
図1は、本発明に使用される銅合金導体が有する集合組織をEBSDで解析した結果を示す図であり、(A)はφ2=0°の断面図であり、(B)は、φ2=35°の断面図である。 図2は、本発明の絶縁電線の一実施態様を示す概略断面図である。 図3は、本発明の絶縁電線の他の実施態様を示す概略断面図である。
以下、本発明に係る絶縁導体の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
[絶縁電線]
本発明に係る絶縁電線は、銅合金導体と、銅合金導体の外周面上に直接又は間接的に被覆された少なくとも1つの樹脂層を備えている。また、銅合金導体が、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分の合計含有量が0.1〜2.0ppmであり、銅の含有量が99.96mass%以上である組成を有し、かつ、EBSDによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が3.0以上35.0未満であり、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が1.0以上30.0未満である集合組織を有している。本発明に係る絶縁電線は、銅合金導体の材料として、特定の組成及び集合組織を有するOFCを使用することにより、例えば700℃以上の高温下であっても、銅合金導体の結晶粒の二次再結晶(異常粒成長)が抑制され、銅合金導体を高温下に曝しても結晶粒の変化を低減させることが可能となる。その結果、絶縁電線全体の耐熱性を向上させることができ、良好な導電性を有すると共に、優れた耐熱性を示す絶縁電線を作製することができる。
[銅合金導体]
本発明では、銅合金導体を使用し、好ましくは短手方向の断面形状が略矩形、台形、多角形等である銅合金導体、より好ましくは平角導体を使用する。このような形状の導体の使用により、断面形状が円形の導体と比較して、巻線時にステータコアのスロットに対する占積率を高くすることができる。導体のサイズは用途に応じて決めるものであるため特に限定するものではないが、平角導体を使用する場合、一辺の長さにおいて、例えば、その長辺(幅)は1.0mm〜5.0mmが好ましく、1.4mm〜2.7mmがより好ましく、その短辺(厚み)は0.4mm〜3.0mmが好ましく、0.5mm〜2.5mmがより好ましい。ただし、本発明の効果が得られる導体サイズの範囲はこの限りではない。また、平角導体の断面形状も用途に応じて異なるが、断面正方形よりも、断面長方形が一般的である。さらに、平角導体を使用する場合、その導体断面の4隅の面取り(曲率半径r)は、ステータスロット内での導体占有率を高める観点では、曲率半径rは小さい方が好ましいが、4隅への電界集中による部分放電現象を抑制するという観点では、曲率半径rは大きい方が好ましい。よってこれらのバランスを考慮し、曲率半径rは0.6mm以下が好ましく、0.2mm〜0.4mmがより好ましい。ただし、本発明の効果が得られる曲率半径rの範囲はこの限りではない。
また、本発明において、銅合金導体は、複数のセグメントに分割された分割導体であってもよい。導体を複数に分割することにより、表皮効果による電流低減の影響を抑制することができる。これにより、電気機器の小型化に伴い、導体として細線、極細線のような非常に細い電線を使用しても、例えば、導電性等の導体特性をより向上することができる。
<銅合金導体の組成>
本発明では、銅合金導体の材料として、特定の組成を有するOFCが使用される。一般に、OFCとは、酸素含有量が30ppm以下の低酸素銅、さらに好ましくは20ppm以下の低酸素銅または無酸素銅を意味する。酸素含有量が30ppm以下であれば、銅合金導体を溶接するために熱で溶融させた場合、溶接部分に含有酸素に起因するボイドの発生がなく、溶接部分の電気抵抗が悪化することを防止すると共に、溶接部分の強度を保持することができる。また、本発明に使用される銅合金導体に含まれる銅の含有量は、99.96mass%以上であり、好ましくは99.99mass%以上である。銅の含有量が99.96mass%未満であると、熱伝導率が低下し、所望する放熱性(耐熱性)が得られない。また、本発明に使用される銅合金は、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分の合計含有量が0.1〜2.0ppmである。これらの金属成分の合計含有量の下限値は特に限定する必要はないが、不可避的不純物を考慮し、0.1ppmとした。一方、これらの金属成分の合計含有量が2.0ppmを超えると、所望の方位密度が得られない。本発明の銅合金導体には、銅、並びに、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分以外に残部として不可避的不純物が含まれていてもよい。不可避的不純物は、製造工程上、不可避的に含まれうる含有レベルの不純物を意味する。
銅以外の上記金属成分の定量分析には、GDMS法を用いることができる。GDMS法とは、Glow Discharge Mass Spectrometryの略であり、固体試料を陰極としグロー放電を用いて試料表面をスパッタし、放出された中性粒子をプラズマ内のArや電子と衝突させることによってイオン化させ、質量分析器でイオン数を計測することで、金属に含まれる極微量元素の割合を解析する技術である。
<集合組織>
本発明に使用される銅合金導体は、EBSDによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数(ODF:crystal orientation distribution function)をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が3.0以上35.0未満であり、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が1.0以上30.0未満である。圧延方向をRD方向、銅合金導体の幅方向(RD方向に対して直交する方向)をTD方向、圧延面(RD面)に対して垂直な方向をND方向としたとき、RD方向を軸とした方位回転がΦ、ND方向を軸とした方位回転がφ1、TD方向を軸とした方位回転がφ2として表される。方位密度は、集合組織における結晶方位の存在比率及び分散状態を定量的に解析する際に用いられるパラメータであり、EBSD及びX線回折を行い、(100)、(110)、(112)等の3種類以上の正極点図の測定データに基づいて、級数展開法による結晶方位分布解析法により算出される。EBSDによる集合組織解析から得られるφ2を所定の角度で固定した断面図において、RD面内での方位密度の分布が示される。
図1(A)及び(B)は、本発明の銅合金導体の集合組織をEBSDで解析した結果の一例を示す図であり、図1(A)はφ2=0°の断面図であり、図1(B)は、φ2=35°の断面図である。結晶方位分布がランダムな状態を、方位密度が1であるとし、それに対して何倍の集積となっているかが等高線で表されている。図1では、白い部分は方位密度が高く、黒い部分は方位密度が低いことを示し、灰色の部分は白に近いほど方位密度が高いことを示している。
本発明では、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が3.0以上35.0未満であり、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が1.0以上30.0未満であることにより、700℃以上の高温でも結晶粒の成長が抑制される。Φ=0°の範囲における方位密度の平均値が3.0未満では、銅合金導体を高温下(例えば700℃以上の高温下)に曝しても、結晶粒の二次再結晶の抑制特性に乏しく、結晶粒が粒径300μm以上にまで著しく成長してしまい、絶縁電線に所望とする耐熱性が付与されない。一方、Φ=0°の範囲における方位密度の平均値が35.0以上であると、銅合金導体の引張強度が低下し、変形が生じやすくなる。また、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が30.0以上であっても、銅合金導体を高温下(例えば700℃以上の高温下)に曝すと、結晶粒の二次再結晶の抑制特性に乏しく、結晶粒が粒径300μm以上にまで著しく成長してしまい、絶縁電線に所望とする耐熱性が付与されない。なお、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度は全体的に高いが、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度は局所的に高い。そこで、前者については、平均値を規定し、後者については、最大値を規定した。
EBSD法とは、Electron Back Scatter Diffractionの略であり、走査電子顕微鏡(SEM)内で試料に電子線を照射したときに生じる反射電子を利用した結晶方位解析技術である。EBSDによる解析の際、測定面積およびスキャンステップは、試料の結晶粒の大きさに応じて決定すればよい。測定後の結晶粒の解析には、例えば、TSL社製の解析ソフトOIM Analysis(商品名)を用いることができる。EBSDによる結晶粒の解析において得られる情報は、電子線が試料に侵入する数10nmの深さまでの情報を含んでいる。銅合金導体の厚さ方向の測定箇所は、試料表面から銅合金導体の厚さの1/8倍〜1/2倍の位置付近とすることが好ましい。
<平均結晶粒径>
本発明に使用される銅合金導体の平均結晶粒径は、1μm〜100μmであることが好ましい。平均結晶粒径が1μm未満であると、結晶方位を十分に制御できない場合がある。一方、平均結晶粒径が100μmを超えると、十分な引張強度が得られずに、外部からの負荷応力に対して、変形、剥離等が生じてしまう場合がある。なお、結晶粒径は、銅合金導体のRD面におけるEBSD解析により測定することができる。
<特性>
本発明に使用される銅合金導体は、引張強度が150〜330MPaであることが好ましい。引張強度が150MPa未満であると、強度が不十分であり、引張強度が330MPaを超えると、加工性が低下する傾向にある。
本発明に使用される銅合金導体は、導電率が95%IACS以上であることが好ましい。導電率が95%未満であると、熱伝導率が低下し、良好な電気特性が得られないだけでなく、放熱性が劣化する傾向にある。
<銅合金導体の製造方法>
次に、本発明の銅合金導体の製造方法の一例を説明する。
本発明に係る銅合金導体の製造方法では、溶解・鋳造工程[工程1]、均質化熱処理工程[工程2]、熱間圧延工程[工程3]、冷却工程[工程4]、面削工程[工程5]、第1冷間圧延工程[工程6]、第1焼鈍工程[工程7]、第2冷間圧延工程[工程8]、第2焼鈍工程[工程9]、仕上げ圧延工程[工程10]、最終焼鈍工程[工程11]、表面酸化膜除去工程[工程12]から構成される処理が順次行われ、所望の厚さの銅板材を作製する。次いで、得られた銅板材を、所望のサイズの断面形状を有する銅合金導体(例えば、平角線の形状)に加工する成型工程[工程13]を行うことにより、本発明に使用される銅合金導体が製造される。本発明では、特に、第1冷間圧延工程[工程6]と第1焼鈍工程[工程7]と第2焼鈍工程[工程9]の条件を適切に制御することにより、銅合金導体のRD方向からTD方向にかけて、良好な引張強度及び導電率を有し、さらには耐熱性に優れた銅合金導体を得ることができる。
溶解・鋳造工程[工程1]では、銅素材を溶解し、鋳造することによって鋳塊を得る。銅素材は、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分の合計含有量が0.1〜2.0ppm、銅の含有量が99.96mass%以上である組成を有する。均質化熱処理工程[工程2]では、得られた鋳塊に対して、保持温度700〜1000℃、保持時間10分〜20時間の均質化熱処理を行う。熱間圧延工程[工程3]では、総加工率が10〜90%となるように熱間圧延を行う。冷却工程[工程4]では、10℃/sec以上の冷却速度で急冷を行う。面削工程[工程5]では、冷却された材料の両面をそれぞれ約1.0mmずつ面削する。これにより、銅合金導体表面の酸化膜が除去される。
第1冷間圧延工程[工程6]では、総加工率が75%以上となるよう冷間圧延を複数回行う。第1冷間圧延工程[工程6]において、総加工率が75%未満であると、所望の集合組織が得られない。
第1焼鈍工程[工程7]では、昇温速度が1〜100℃/秒、到達温度が100〜500℃、保持時間が1〜900秒、かつ、冷却速度が1〜50℃/秒である条件で熱処理を施す。第1焼鈍工程における各熱処理条件が上記範囲から外れると所望の集合組織が得られない。
第2冷間圧延工程[工程8]では、総加工率が60〜95%となるように冷間圧延を行う。
第2焼鈍工程[工程9]では、昇温速度が10〜100℃/秒、到達温度が200〜550℃、保持時間が10〜3600秒、かつ、冷却速度が10〜100℃/秒である条件で熱処理を施す。第1焼鈍工程における各熱処理条件が上記範囲から外れると所望の集合組織が得られない。
仕上げ圧延工程[工程10]では、総加工率が10〜60%となるように冷間圧延を行う。最終焼鈍工程[工程11]では、到達温度が125〜400℃である条件で熱処理を施す。表面酸化膜除去工程[工程12]では、銅合金導体表面の酸化膜除去と洗浄を目的として、酸洗及び研磨を行う。なお、上記圧延工程における加工率R(%)は下記式で定義される。
R={(t−t)/t}×100
式中、tは圧延前の銅合金導体の厚さであり、tは圧延後の銅合金導体の厚さである。
成型工程[工程13]では、上記の工程を経て得られた銅板材を、所望の導体(線径)サイズに成型加工する。成型加工は、特に限定されるものではないが、例えば、EBSDによって測定する方向(長手方向)に沿って銅板材を所望のサイズにスリットし、その後、カセットローラダイス等を介して平角線加工を行うことにより、所望とする形状の銅合金導体が得られる。その際、銅合金導体(平角導体)の断面形状が長方形である場合、銅板材の厚さは、長方形の短辺側に合わせることが好ましい。このような成型加工により、銅板材の圧延表面が銅合金導体のフラット面に、銅板材の側面が銅合金導体のエッジ面にそれぞれ相当する銅合金導体が得られる。
[樹脂層]
本発明に係る絶縁電線は、銅合金導体の外周面上に直接又は間接的に被覆された少なくとも1つの樹脂層を備えている。樹脂層の形状は、特に限定されるものではなく、銅合金導体の形状に応じて適宜設計することができる。樹脂層には、絶縁性を有する樹脂が使用されており、また、樹脂層の構成は、このような樹脂を含む単層であってもよく、又は、このような樹脂を含む層が複数積層されていてもよい。樹脂層の全体の厚さは、特に限定されるものではないが、絶縁性を損なわずに、小型化された電気機器等に適用させる観点から10μm〜300μmが好ましく、20μm〜200μmがより好ましい。
<発泡絶縁層>
本発明では、絶縁電線に使用される樹脂層が、気泡を有する熱硬化性樹脂を含む発泡絶縁層を含んでいることが好ましい。このような発泡樹脂層は、気泡の存在により高い振動減衰性を示す。車両に搭載される電気機器の小型化に伴い、導体を被覆する樹脂層の薄肉化も求められているため、このような薄い樹脂層も自動車の振動に耐える必要がある。したがって、導体として上述した特定の組成及び集合組織を有する銅合金導体と、樹脂層として発泡樹脂層とが組合わされたこのような絶縁電線を、車両等に搭載されている小型化された電気機器に使用しても、自動車の振動に十分に耐えることができ、その結果、銅合金導体からの樹脂層の剥離をより確実に防止することができる。尚、発泡絶縁層の厚さは特に制限されるものではないが、本発明では、10〜200μmが好ましい。また、本発明では、発泡絶縁層は1層でも2層以上の複数の層から構成されていてもよい。
発泡絶縁層の材料は、銅合金導体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の樹脂を用いることが好ましい。本発明では、発泡絶縁層を構成する樹脂は熱硬化性樹脂を使用する。熱硬化性樹脂としては、従来用いられている樹脂を使用することができ、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエステルイミド(PEsI)およびポリエーテルサルフォン(PES)からなる群から選択される樹脂が好ましく、この中でも耐溶剤性に優れるポリアミドイミド(PAI)およびポリイミド(PI)がより好ましく、ポリアミドイミド(PAI)が特に好ましい。使用する熱硬化性樹脂は、1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
ポリアミドイミド樹脂としては、市販品(例えば、HI406(日立化成社製)などを用いるか、通常の方法により、例えば極性溶媒中でトリカルボン酸無水物とジイソシアネート類を直接反応させて得た生成物を用いることができる。ポリイミドとしては、例えば、Uイミド(ユニチカ社製)、U−ワニス(宇部興産社製)、HCIシリーズ(日立化成社製)、オーラム(三井化学社製)などを使用することができる。
発泡絶縁層を形成する熱硬化性樹脂には、結晶性樹脂の場合は融点が240℃以上である熱可塑性樹脂、または、非晶性樹脂の場合はガラス転移温度が240℃以上の熱可塑性樹脂がさらに添加されていてもよい。このときの熱可塑性樹脂は、25℃での貯蔵弾性率が1GPa以上であることが好ましい。熱硬化性樹脂が熱可塑性樹脂をさらに含有することで、可撓性、伸び特性が改善される。熱可塑性樹脂のガラス転移温度は、好ましくは180℃以上であり、さらに好ましくは210〜350℃である。このような熱可塑性樹脂の添加量は樹脂固形分の5〜50質量%が好ましい。
この目的で使用可能な熱可塑性樹脂は、非晶性樹脂であることが好ましく、例えば、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニルスルホン(PPSU)及びポリイミドから選択される少なくとも1種が好ましい。ポリエーテルイミドとしては、例えば、ウルテム(GEプラスチック社製)などを使用することができる。ポリエーテルスルホンとしては、例えば、スミカエクセルPES(住友化学社製)、PES(三井化学社製)、ウルトラゾーンE(BASFジャパン社製)、レーデルA(ソルベイアドバンストポリマーズ社製)などを使用することができる。ポリフェニレンエーテルとしては、例えば、ザイロン(旭化成ケミカルズ社製)、ユピエース(三菱エンジニアリングプラスチックス社製)などを使用することができる。ポリフェニルスルホンとしては、例えば、レーデルR(ソルベイアドバンストポリマーズ社製)などを使用することができる。ポリイミドとしては、例えば、U−ワニス(宇部興産社製)、HCIシリーズ(日立化成社製)、Uイミド(ユニチカ社製)、オーラム(三井化学社製)などを使用することができる。溶剤に溶けやすい点においてポリフェニルスルホン、ポリエーテルイミドがより好ましい。
本発明においては、特性に影響を及ぼさない範囲で、発泡絶縁層を形成する熱硬化性樹脂に対して、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。
気泡を有する熱硬化性樹脂で形成された発泡絶縁層の発泡倍率は、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。
発泡絶縁層に含まれる気泡の大きさ、すなわち、平均気泡径は10μm以下が好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下がさらに好ましく、1μm以下が特に好ましい。10μmを超えると絶縁破壊電圧が低下することがあり、10μm以下とすることで絶縁破壊電圧を良好に維持できる。さらに、5μm以下、3μm以下とすることにより、順次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。
平均気泡径は、発泡絶縁層の断面を走査電子顕微鏡(SEM)で観察し、発泡密度を観察した範囲から均等に、合計50個の気泡を無作為に選び、次いで画像寸法計測ソフト(三谷商事社製の商品名:WinROOF)を用いて径測定モードで測定し、これらを平均して算出した値である。気泡径は、発泡倍率、樹脂の濃度、粘度、温度、発泡剤の添加量、焼付け炉の温度等の製造プロセスによって調整できる。
発泡絶縁層は空気を含むことで比誘電率を低下させ、電圧が印加された時に線間の空気ギャップに発生する部分放電、コロナ放電を抑制することができる。
発泡絶縁層は、熱硬化性樹脂と、特定の有機溶剤および少なくとも1種類の高沸点溶剤を含む2種類以上、好ましくは3種以上の溶剤とを混合した絶縁ワニスを銅合金導体の周囲に塗布、焼き付けることにより得ることができる。ワニスの塗布は銅合金導体上に、直接、塗布しても、間に別の絶縁層(樹脂層)を介在させて行ってもよい。
発泡絶縁層の作製に使用されるワニスの有機溶剤は、熱硬化性樹脂を溶解させる溶媒として作用する。このような有機溶剤は、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)、ジメチルスルホキシド、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、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化合物の点で、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℃であり、より好ましくは165℃〜210℃である。
気泡形成用に使用可能な高沸点溶剤は、沸点が180℃〜300℃であることが好ましく、210℃〜260℃であることがより好ましい。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。これら以外にも、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、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、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、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。
高沸点溶剤は、1種であってもよいが、気泡が広い温度範囲で発生する効果が得られる点で、少なくとも2種を組み合わせて用いることが好ましい。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を含み、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み合わせを含む。
気泡形成用の高沸点溶媒は、熱硬化性樹脂を溶解させる溶媒よりも高沸点であることが好ましく、1種類でワニスに添加される場合には熱硬化性樹脂の溶媒より10℃以上高いことが好ましい。また、1種類の高沸点溶媒を使用する場合には、高沸点溶媒は気泡核剤と発泡剤の両方の役割を有する。一方、2種類以上の高沸点溶媒を使用する場合には、最も高い沸点の溶媒が発泡剤、中間の沸点を有する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、ワニスの有機溶剤より20℃以上高いことが好ましく、30〜60℃以上高い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ワニスの有機溶剤の沸点の中間に沸点があればよく、発泡剤の沸点と10℃以上の沸点差を有していることが好ましい。中間の沸点を有する気泡形成用の高沸点溶媒が、発泡剤として作用する溶媒より熱硬化性樹脂へ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。2種類以上の高沸点溶媒を使用する場合に、中間の沸点を持つ高沸点溶媒に対する最も高い沸点を持つ高沸点溶媒の使用比率は、例えば、質量比で99/1〜1/99であるのが好ましく、気泡の生成のしやすさの点において10/1〜1/10であることがより好ましい。
(外側絶縁層)
本発明では、発泡絶縁層の外周面上に、熱可塑性樹脂を含む外側絶縁層がさらに形成されていてもよい。図2は、このような樹脂層の構成を有する本発明に係る絶縁電線10の実施態様の一例を示した概略断面図であり、銅合金導体1の外周面上に発泡絶縁層2が形成され、発泡絶縁層2の外周面上に外側絶縁層3がさらに形成されている。発泡絶縁層2に気泡(空気)が含まれることによって形状を変形できることを利用し、発泡絶縁層2の上層に外側絶縁層3として熱可塑性樹脂の層をさらに設けることにより、空気ギャップを埋めることができ、その結果、部分放電の発生を抑制する性能に優れる樹脂層を形成することができる。この効果をさらに高めるために、外側絶縁層に使用される熱可塑性樹脂として、非晶性樹脂の場合には240℃以上のガラス転移温度を有する熱可塑性樹脂、または、結晶性樹脂の場合には240℃以上の融点を有する熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
本発明においては、外側絶縁層を構成する熱可塑性樹脂として、例えば、エンジニアリングプラスチックおよびスーパーエンジニアリングプラスチック等の熱可塑性樹脂が好適である。
エンジニアリングプラスチックおよびスーパーエンジニアリングプラスチックとしては、ポリアミド(PA)(ナイロン)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンエーテル(変性ポリフェニレンエーテルを含む)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、シンジオタクチックポリスチレン樹脂(SPS)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、超高分子量ポリエチレン等の汎用エンジニアリングプラスチックの他、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリレート(Uポリマー)、ポリアミドイミド、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、変性ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)、ポリイミド(PI)、熱可塑性ポリイミド樹脂(TPI)、ポリアミドイミド(PAI)、液晶ポリエステル等のスーパーエンジニアリングプラスチック、さらに、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)をベース樹脂とするポリマーアロイ、ABS/ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル/ナイロン6,6、ポリフェニレンエーテル/ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート/ポリカーボネート等の上記エンジニアリングプラスチックを含むポリマーアロイが挙げられる。本発明においては、耐熱性と耐ストレスクラック性の点において、シンジオタクチックポリスチレン樹脂(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、熱可塑性ポリイミド樹脂(TPI)を用いることが特に好ましい。また、上記に例示した樹脂によって使用樹脂が限定されるものではなく、先に列挙した樹脂以外にも、それらの樹脂より性能的に優れる樹脂であれば使用可能である。
これらの熱可塑性樹脂のうち、結晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリアミド(PA)、ポリアセタール(POM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、超高分子量ポリエチレン等の汎用エンジニアリングプラスチック、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)(変性PEEKを含む)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、熱可塑性ポリイミド樹脂(TPI)が挙げられる。また、上記結晶性樹脂を用いたポリマーアロイが挙げられる。一方、非晶性熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、シンジオタクチックポリスチレン樹脂(SPS)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリベンゾイミダゾール(PBI)、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリフェニルスルホン(PPSU)、非晶性熱可塑性ポリイミド樹脂などが挙げられる。
本発明では、外側絶縁層を構成する熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、変性ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)および熱可塑性ポリイミド(TPI)からなる群から選択される樹脂が好ましく、PEEKまたは変性PEEKが特に好ましい。
また、外側絶縁層を形成する熱可塑性樹脂に対して、特性に影響を及ぼさない範囲で、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。
外側絶縁層の厚さに制限はないが、20〜150μmが実際的であり、好ましい。また、発泡絶縁層と外側絶縁層との厚さの比は、適宜調節することができる。すなわち、発泡絶縁層が厚いほど比誘電率が低下するため、部分放電開始電圧を上昇させることが可能である。一方、強度及び可撓性などの機械特性を上昇させたい場合には、外側絶縁層を厚く設計すればよい。発泡絶縁層と外側絶縁層との厚さの比、すなわち、発泡絶縁層の厚さ/外側絶縁層の厚さの比は、強度および放電開始電圧の特長を発現させる点で5/95〜95/5であることが好ましく、特に機械特性が求められる場合には、5/95〜60/40であることがより好ましい。
<発泡絶縁層を含む絶縁電線の作製>
樹脂層が発泡絶縁層を含む絶縁電線は、次のようにして作製することができる。導体として上記のように作製した銅合金導体を用い、その周囲に発泡絶縁層を形成するワニスを塗布する。ワニスは、発泡絶縁層を構成する熱硬化性樹脂を溶解し得る上記の有機溶剤と、発泡剤として作用する気泡形成用の高沸点溶媒と、任意に、気泡核剤として作用する中間の沸点を有する気泡形成用の高沸点溶媒を含む溶剤を混合することにより調製される。次いでワニスを加熱して焼き付ける過程で、有機溶剤を気化させると、ワニス中に気泡が発生し、気泡を有する発泡絶縁層が銅合金導体の外周面上に形成される。また、発泡絶縁層の外周面上に外側絶縁層を形成する場合、外側絶縁層を構成する熱可塑性樹脂組成物を押出成形することにより、発泡絶縁層の外周面上に外側絶縁層を設けることができる。
<エナメル絶縁層および押出絶縁層>
本発明では、絶縁電線に使用される樹脂層が、少なくとも1層のエナメル絶縁層と、エナメル絶縁層の外周面上に被覆され、熱可塑性樹脂を含む押出絶縁層とを含んでいることが好ましい。図3は、このような樹脂層の構成を有する本発明に係る絶縁電線10の実施態様の一例を示した概略断面図であり、銅合金導体1の外周面上に、樹脂層4として、エナメル絶縁層4aが形成され、エナメル絶縁層4aの外周面上に押出絶縁層4bがさらに形成されている。このような構成を有する樹脂層4には、押出絶縁層4bと銅合金導体1との間にエナメル絶縁層4aが介在しているため、銅合金導体1と押出絶縁層4bとの密着性を補強しつつ、押出被覆によりエナメル絶縁層4a上に押出絶縁層4bを強固に被覆できる。車両に搭載される電気機器の小型化に伴い、導体の薄肉化も求められているため、このような導体は、より強固に樹脂層に密着される必要がある。したがって、上述した特定の組成及び集合組織を有する銅合金導体が、このような構成を有する樹脂層で被覆されることにより、銅合金導体がより強固に密着され、その結果、銅合金導体からの樹脂層の剥離をより確実に防止することができる。
<エナメル絶縁層>
エナメル絶縁層は、熱硬化性樹脂から構成される。本発明では、銅合金導体から順にエナメル絶縁層、押出絶縁層を有し、特に、エナメル絶縁層は銅合金導体に直接接して該銅合金導体の外周に設けられることが特に好ましい。ただし、必要性に応じて、銅合金導体とエナメル絶縁層との間に別の絶縁層(樹脂層)が設けられていてもよい。以下、エナメル絶縁層は、単にエナメル層ということもある。
(熱硬化性樹脂)
エナメル層を形成するエナメル樹脂は、熱硬化性樹脂であれば従来用いられている樹脂を使用することができ、例えば、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエステルイミド(PEsI)、ポリウレタン(PU)、ポリエステル(PEst)、ポリベンゾイミダゾール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらのうち、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエステルイミド(PEsI)、ポリウレタン(PU)、ポリエステル(PEst)が好ましく、このなかでも、イミド結合を有する熱硬化性樹脂が好ましい。イミド結合を有する熱硬化性樹脂は、上記では、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエステルイミド(PEsI)が挙げられる。本発明では、特に、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)およびポリエーテルイミド(PEI)から選択される樹脂が好ましい。
上記のポリアミドイミド(PAI)は、他の樹脂に比べ熱伝導率が低く、絶縁破壊電圧が高く、焼付け硬化が可能である。このようなポリアミドイミドは、特に限定されないが、常法により、例えば極性溶媒中でトリカルボン酸無水物とジイソシアネート化合物とを直接反応させて得た生成物、または、極性溶媒中でトリカルボン酸無水物にジアミン化合物を先に反応させて、最初にイミド結合を導入し、次いでジイソシアネート化合物でアミド化して得られる生成物が挙げられる。市販品のポリアミドイミド(PAI)は、例えば、HPC−9000(日立化成社製)、HI406(日立化成社製)などが挙げられる。
上記のポリイミド(PI)は、特に限定されず、全芳香族ポリイミドまたは熱硬化性芳香族ポリイミドなど、通常のポリイミドを用いることができる。また、常法により、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミン化合物とを極性溶媒中で反応させてポリアミド酸溶液を得て、次いで焼付け時の加熱処理によって当該ポリアミドをイミド化させることによって得られる生成物を用いることができる。市販品のポリイミド(PI)は、例えば、Uイミド(ユニチカ社製)、U−ワニス−A(宇部興産社製)、#3000(東レ・デュポン社製)などが挙げられる。
上記のポリエーテルイミド(PEI)は、分子内にエーテル結合とイミド結合を有する熱硬化性樹脂であればよく、例えば、芳香族テトラカルボン酸二無水物と分子内にエーテル結合を有する芳香族ジアミン類とを極性溶媒中で反応させてポリアミド酸溶液を得て、次いで焼付け時の加熱処理によって当該ポリアミドをイミド化させることによって得られる生成物を用いることもできる。市販品のポリエーテルイミド(PEI)は、例えば、ウルテム1000(SABIC社製)が挙げられる。
上記のポリエステルイミド(PEsI)は、分子内にエステル結合とイミド結合を有するポリマーであって熱硬化性を有していれば特に限定されない。例えば、トリカルボン酸無水物とアミン化合物からイミド結合を形成し、アルコールとカルボン酸またはそのアルキルエステルからエステル結合を形成し、さらに、イミド結合の遊離酸基または無水基がエステル形成反応に加わることで得られる生成物を用いることができる。このようなポリエステルイミドは、例えば、トリカルボン酸無水物、ジカルボン酸化合物またはそのアルキルエステル、アルコール化合物およびジアミン化合物を公知の方法で反応させて得られる生成物を用いることもできる。市販品のポリエステルイミド(PEsI)は、例えば、ネオヒート8600A(東特塗料社製)が挙げられる。
熱硬化性樹脂の比誘電率は、3.0〜4.5が好ましく、3.0〜4.0がより好ましく、3.0〜3.5がさらに好ましい。なお、比誘電率は、電線表面に導電性ペーストを用いて電極を設け、市販のLCRメータなどの測定装置を用いて導体と電極間の静電容量を測定し、電極長さと絶縁皮膜の厚さから算出することができる。本発明においては特に記載のない限り100℃の恒温槽中で測定した値を意味する。また、周波数については必要に応じて変更できるが、本発明においては特に記載のない限り、100Hzで測定した値を意味する。
積層されたエナメル絶縁層の場合、各々のエナメル絶縁層の熱硬化性樹脂の25℃における比誘電率は、同一でも異なってもよいが、異なっていることが好ましい。特に銅合金導体上の熱硬化性樹脂の比誘電率は大きいほうがより好ましい。このような熱硬化性樹脂を使用することで、銅合金導体界面の電界が小さくなり、銅合金導体上の傷や異物の影響を受けず優れた耐電圧を得ることができる。
熱硬化性樹脂は、同一のエナメル絶縁層において、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、異なるエナメル絶縁層において使用される熱硬化性樹脂は、互いに隣接する場合以外は、互いに異なっていても同一であってもよい。
(添加剤)
熱硬化性樹脂層には、トリアルキルアミン、アルコキシ化メラミン樹脂、チオール系化合物のような添加剤を加えることで、銅合金導体への密着力をさらに高めることができる。
トリアルキルアミンとしては、好ましくはトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン等の低級アルキルのトリアルキルアミンが挙げられる。これらの中でも可とう性および密着性の点でトリメチルアミン、トリエチルアミンがより好ましい。
アルコキシ化メラミン樹脂としては、例えば、ブトキシ化メラミン樹脂、メトキシ化メラミン樹脂等の低級アルコキシ基で置換されたメラミン樹脂を用いることができ、樹脂の相溶性の点でメトキシ化メラミン樹脂が好ましい。
チオール系化合物とは、メルカプト基(−SH)を有する有機化合物である。具体的には、ペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトブチレート)、1,3,5−トリス(3−メルカプトブチルオキシエチル)−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン、ブタンジオールビス(3−メルカプトブチレート)、ブタンジオールビス(3−メルカプトペンチレート)、5−アミノ−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、トリメチロールプロパントリス(3−メルカプトブチレート)、5−メチル−1,3,4−チアジアゾール−2−チオール、2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール、2−アミノ−1,3,4−チアジアゾール、1,2,4−トリアゾール−3−チオール、3−アミノ−5−メルカプト−1,2,4−トリアゾール等を挙げることができる。
上記の添加剤の含有量としては、特に制限されないが、熱硬化性樹脂100質量部に対して、5質量部以下が好ましく、3質量部以下がより好ましい。なお、本発明では、エナメル絶縁層間で、添加剤の含有量、種類が異なっただけであっても、互いに異なったエナメル絶縁層としてカウントする。
エナメル絶縁層は1層でも2層以上が積層されていてもよいが、本発明では、エナメル絶縁層は1〜4層が好ましく、1〜3層がより好ましく、1または2層がさらに好ましい。
エナメル絶縁層の厚さは、高い部分放電開始電圧を実現できるほどに厚肉化しても、エナメル層を形成するときの焼付炉を通す回数を減らして銅合金導体とエナメル層との接着力が極端に低下することを防止でき、また気泡の発生も防止できる点で、60μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、45μm以下がさらに好ましく、40μm以下が特に好ましい。また、絶縁電線の樹脂層としてのエナメル線に必要な特性である、耐電圧特性、耐熱特性を損なわないためには、エナメル層がある程度の厚さを有していることが好ましい。エナメル層の厚さは、少なくともピンホールが生じない程度の厚さであれば特に制限されるものではなく、好ましくは3μm以上、更に好ましくは6μm以上である。尚、エナメル絶縁層の厚さは、銅合金導体と押出絶縁層との間に存在するエナメル絶縁層の総和である。積層されたエナメル絶縁層の場合、各々のエナメル絶縁層の厚さは、互いに同一でも異なっていてもよいが、異なっていることが好ましく、銅合金導体から離れるほど厚いことが好ましい。
<押出絶縁層>
押出絶縁層は、熱可塑性樹脂を含んでいる。本発明においては、押出絶縁層は、少なくとも1層の押出絶縁層が、少なくとも1層のエナメル絶縁層上に設けられるが、押出絶縁層は、1層でも2層以上の積層構造であってもよい。
(熱可塑性樹脂)
熱可塑性樹脂は、ポリアミド(PA)(ナイロン)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンエーテル(変性ポリフェニレンエーテルを含む)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、超高分子量ポリエチレン等の汎用エンジニアリングプラスチックの他、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリレート(Uポリマー)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)(変性ポリエーテルエーテルケトン(変性PEEK)を含む)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、熱可塑性ポリイミド(TPI)、熱可塑性ポリアミドイミド(TPAI)、液晶ポリエステル等のスーパーエンジニアリングプラスチック、さらに、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)をベース樹脂とするポリマーアロイ、ABS/ポリカーボネート、ナイロン6,6、芳香族ポリアミド樹脂(芳香族PA)、ポリフェニレンエーテル/ナイロン6,6、ポリフェニレンエーテル/ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート/ポリカーボネート等の上記エンジニアリングプラスチックを含むポリマーアロイが挙げられる。
熱可塑性樹脂は、結晶性でも非晶性であってもよい。また、熱可塑性樹脂は1種であっても2種以上の混合であってもよい。
本発明では、熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、変性ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)および熱可塑性ポリイミド(TPI)からなる群から選択される樹脂が好ましく、特に、耐溶剤性の点で、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)がより好ましい。
熱可塑性樹脂の比誘電率は、2.0〜4.0が好ましく、2.0〜3.5がより好ましく、2.0〜3.0がさらに好ましい。
積層された押出絶縁層の場合、各々の押出絶縁層の熱可塑性樹脂の比誘電率は、同一でも異なっていてもよいが、異なっていることが好ましい。また、最外層の比誘電率が大きいほうが好ましい。このような押出絶縁層の積層構造により、最外層の電界が小さくなり樹脂層の外傷の影響を受けにくく優れた耐電圧を得ることができる。
押出絶縁層は1層でも2層以上が積層されていてもよいが、本発明では、押出絶縁層は1〜4層が好ましく、1〜3層がより好ましく、1または2層がさらに好ましい。
押出絶縁層の厚さはエナメル絶縁層の厚さと同じであっても異なっていてもよい。本発明では、押出絶縁層の厚さは10〜200μmが好ましく、40〜150μmがより好ましく、60〜100μmがさらに好ましい。なお、押出絶縁層の厚さは、エナメル絶縁層上に存在する押出絶縁層の総和である。
積層された押出絶縁層の場合、各々の押出絶縁層の厚さは、互いに同一でも異なっていてもよい。本発明では、1層の押出絶縁層の厚さは、10μm以上が好ましく、30μm以上がより好ましく、50μm以上がさらに好ましい。なお、1層の押出絶縁層の厚さの上限は、100μm以下が好ましく、90μm以下がより好ましく、80μm以下がさらに好ましい。
押出絶縁層は、熱可塑性樹脂を使用することから通常押出成形で形成される。
(添加剤)
押出絶縁層には、必要に応じて、各種の添加物を含有させることができる。このような添加物としては、例えば、顔料、架橋剤、触媒、酸化防止剤が挙げられる。このような添加物の含有量は、押出絶縁層を構成する樹脂100質量部に対し、0.01〜10質量部が好ましい。
本発明において、銅合金導体を被覆する最外層の押出絶縁層には、常法によりワックス、潤滑剤等を分散、混合して得られた自己潤滑樹脂を使用することもできる。ワックスとしては、特に制限はなく、通常用いられるワックスを使用することができ、例えば、ポリエチレンワックス、石油ワックス、パラフィンワックス等の合成ワックスおよびカルナバワックス、キャデリラワックス、ライスワックス等の天然ワックスが挙げられる。潤滑剤についても特に制限はなく、例えば、シリコーン、シリコーンマクロモノマー、フッ素樹脂等が挙げられる。
<エナメル絶縁層と押出絶縁層とを含む樹脂層を有する絶縁電線の作製>
本発明では、導体として上記のように作製した銅合金導体の外周に、エナメル絶縁層を形成する熱硬化性樹脂のワニスを塗布して焼付けし、熱硬化性樹脂から構成されるエナメル絶縁層を形成する。次いで、このエナメル絶縁層上に、押出絶縁層を構成する熱可塑性樹脂を含む組成物を、押出成形することにより、エナメル絶縁層の外周面上に押出絶縁層を形成することができる。
熱硬化性樹脂のワニスは、熱硬化性樹脂をワニス化させるために有機溶媒等を含有する。有機溶媒としては、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(DMF)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、クレゾール、フェノール、ハロゲン化フェノールなどのフェノール系溶媒、スルホラン等のスルホン系溶媒、ジメチルスルホキシド(DMSO)などが挙げられる。
これらのうち、高溶解性、高反応促進性等に着目すると、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化合物の点で、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、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,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシドが特に好ましい。有機溶媒は、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
熱硬化性樹脂のワニスは、前述のように市販品を使用してもよく、この場合は、有機溶媒に溶解されていることから、有機溶媒を含有している。
上記熱硬化性樹脂のワニスを銅合金導体上に塗布する方法は、常法でよく、例えば、導体形状の相似形としたワニス塗布用ダイスを用いる方法、井桁状に形成された「ユニバーサルダイス」と呼ばれるダイスを用いることができる。熱硬化性樹脂のワニスを塗布した銅合金導体は、常法にて、焼付炉で焼付けされる。具体的な焼付け条件は、その使用される炉の形状などに左右されるが、およそ8mの自然対流式の竪型炉であれば、炉内温度400〜650℃にて通過時間を10〜90秒に設定することにより、所望とする焼き付けを達成することができる。
本発明では、エナメル絶縁層が形成された銅合金導体(エナメル線とも称す)を心線とし、押出機のスクリューを用いて、押出絶縁層を構成する熱可塑性樹脂を含む組成物をエナメル線上に押出被覆することにより、押出絶縁層を形成し、絶縁電線を得ることができる。この際、押出絶縁層の断面の外形の形状が銅合金導体の形状と相似形もしくは略相似形で所定の辺部およびコーナー部の厚み、所定の最大厚さと最小厚さが得られる形状になるように、熱可塑性樹脂の融点以上の温度(非晶性樹脂の場合にはガラス転移温度以上)で押出ダイを用いて熱可塑性樹脂の押出被覆を行う。なお、押出絶縁層は、有機溶媒等と熱可塑性樹脂を用いて形成することもできる。
押出絶縁層として非晶性の熱可塑性樹脂を用いる場合には、押出成形の他に、例えば、有機溶媒等に溶解させたワニスを、導体の形状と相似形のダイスを使用して、エナメル線上にコーティングして焼付けて、形成することもできる。熱可塑性樹脂のワニスの有機溶媒は、上記熱硬化性樹脂のワニスにおいて挙げた有機溶媒が好ましい。また、具体的な焼付け条件は、その使用される炉の形状などに左右されるが、熱硬化性樹脂における条件として記載した条件が好ましい。ただし、本発明では、製造コストを考慮した製造適性の観点では、押出絶縁層は押出成形することが好ましい。
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1〜13及び比較例1〜17)
まず、表1に示す組成を有する銅素材を溶解し、鋳造して鋳塊を得た([工程1])。得られた鋳塊に対して、保持温度700〜1000℃、保持時間10分〜20時間の均質化熱処理を行った[工程2]。そして、総加工率が10〜90%となるように熱間圧延を行った[工程3]後、10℃/sec以上の冷却速度で急冷を行った[工程4]。冷却された材料の両面をそれぞれ約1.0mmずつ面削した[工程5]。次に、表2に示す総加工率で第1冷間処理を行った[工程6]後、表2に示す昇温速度、到達温度、保持時間及び冷却速度で第1焼鈍を行った[工程7]。次に、表2に示す総加工率で第2冷間圧延を行った[工程8]。表2に示す昇温速度、到達温度、保持時間及び冷却速度で第2焼鈍を行った[工程9]後、表2に示す総加工率で仕上げ圧延を行った[工程10]。到達温度が125〜400℃である条件で最終焼鈍を行った[工程11]後、酸洗及び研磨を行い[工程12]、所望の厚さの銅板材を作製した。その後、EBSDによって測定する方向に沿って、得られた銅板材を一定のサイズにスリットし、カセットローラダイスを介して平角線加工を行った[工程13]。このようにして、銅合金導体(供試材)を作製した。
次いで、各実施例及び各比較例において、作製した銅合金導体をそれぞれ2つ準備し、一方の銅合金導体の外周面上には発泡絶縁層を含む樹脂層を、一方の銅合金導体の外周面上にはエナメル絶縁層と押出絶縁層とを含む樹脂層をそれぞれ上述の製造方法にしたがって形成した。尚、各樹脂層は、一般に行われる製造条件で同様に形成した。このとき、発泡絶縁層及びエナメル絶縁層を構成する熱硬化性樹脂として、ポリアミドイミド(PAI)を使用し、押出絶縁層を構成する熱可塑性樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)を使用した。
(測定方法及び評価方法)
<金属成分の定量分析>
作製した各供試材について、VG-9000(V.G.Scientific社製)を用いて解析を行った。各供試材に含まれるAl、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrの含有量(ppm)、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCr(表1では単に「金属成分」と記す)の合計含有量(ppm)、並びにCuの含有量(mass%)を表1に示す。なお、各供試材には、不可避的不純物が含まれている場合がある。また、表1における「−」は、該当する金属成分が検出されなかったことを意味する。
<方位密度>
方位密度は、OIM5.0HIKARI(TSL社製)を用い、EBSD法により測定した。測定面積は、結晶粒を200個以上含む、800μm×1600μmの範囲とし、スキャンステップを0.1μmとした。測定後の結晶粒の解析には、解析ソフトとしてOIM Analysis(TSL社製)を用いた。解析により得られた結晶方位分布関数をオイラー角で表示した。φ2=0°の断面図より、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲(表3では「範囲A」と記す)における方位密度の平均値を算出した。また、オイラー角で表示されたφ2=35°の断面図において、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲(表3では「範囲B」と記す)における方位密度の最大値を読み出した。各供試材について、範囲Aにおける方位密度の平均値及び範囲Bにおける方位密度の最大値を表3に示す。
<平均結晶粒径>
平均結晶粒径は、方位密度と同様の方法で測定した。測定範囲に含まれる全ての結晶粒より、平均結晶粒径を算出した。各供試材の平均結晶粒径を表3に示す。
<導電率>
導電率は、20℃(±0.5℃)に保たれた恒温槽中で四端子法により計測した比抵抗の数値から算出した。なお、端子間距離は100mmとした。導電率が95%IACS以上である場合を「良好」、95%IACS未満である場合を「不良」と評価した。各供試材の導電率を表3に示す。
<引張強度>
各供試材のRD方向から、JIS Z2201−13B号の試験片を3本切り出した。JIS Z2241に準じて、各試験片の引張強度を測定し、その平均値を算出した。引張強度が150MPa以上330MPa以下である場合を「良好」、150MPa未満である場合又は330MPaを超える場合を「不良」と評価した。各供試材の引張強度を表3に示す。
<耐熱性>
各供試材に対して、アルゴン雰囲気又は窒素雰囲気下の管状炉で800℃5時間の熱処理を施した後、上記平均結晶粒径の測定方法と同様の方法で、平均結晶粒径を測定した。熱処理後の平均結晶粒径が200μm以下である場合を耐熱性が「優れる」、200μmを超える場合を耐熱性が「不良」と評価した。各供試材について、熱処理後の平均結晶粒径を表3に示す。一般的に、結晶粒径は、熱処理を高温で長時間行うほど成長する。すなわち、800℃で5時間の熱処理を行った後に平均結晶粒径が200μm以下である供試材については、700〜800℃で10分以上5時間以内の熱処理を行った場合も、平均結晶粒径が200μm以下であることは自明である。
Figure 2019138971
Figure 2019138971
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表1及び表3に示すように、実施例1〜13の銅合金導体は、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分の合計含有量が0.1〜2.0ppm、銅の含有量が99.96mass%以上である組成を有している。また、これらの実施例の銅合金導体は、EBSDによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が3.0以上35.0未満であり、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が1.0以上30.0未満である集合組織を有している。そのため、これらの銅合金導体は、引張強度が150〜330MPaであり、さらに導電率が95%IACS以上と高く、800℃5時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が200μm以下であり、結晶粒の成長が抑制されていた。
実施例1〜13の銅合金導体は、導電率が95%IACS以上と高く、また、高温域に曝しても結晶粒の成長が抑制されていることから、これらの銅合金導体の外周面上に、発泡絶縁層を含む樹脂層が形成されている絶縁電線、又は、エナメル絶縁層と押出絶縁層とを含む樹脂層が形成されている絶縁電線は、良好な導電性を有し、絶縁電線全体で優れた耐熱性を示す絶縁電線であると判断することができる。
これに対して、比較例1、2、4、6、8では、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分の合計含有量が2.0ppmを超えており、かつ、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が3.0未満であった。そのため、800℃5時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が200μmを超えており、結晶粒の成長が確認された。
比較例3、7では、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分の合計含有量がそれぞれ150.0ppm、130.0ppmと多く、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値がそれぞれ2.3、0.1と低く、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値がそれぞれ31.0、37.0と高かった。そのため、800℃5時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径がそれぞれ368μm、399μmと大きく、結晶粒の成長が確認された。
比較例5では、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分の合計含有量が250.0ppmと多く、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が0.8と低く、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が35.0と高かった。そのため、800℃5時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が456μmと大きく、結晶粒の成長が確認された。
比較例9では、銅の含有量が99.00mass%であり、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が31.0と高かった。そのため、導電率が93.4%IACSと低く、その上、800℃5時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が400μmと大きく、結晶粒の成長が確認された。
比較例10、12、14、17では、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値がそれぞれ1.9、2.5、2.9、2.9と低かった。そのため、800℃5時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径がそれぞれ402μm、420μm、400μm、399μmと高く、結晶粒の成長が確認された。
比較例11では、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が42.5と高かった。そのため、引張強度が145MPaと低く、その上、800℃5時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が275μmと大きく、結晶粒の成長が確認された。
比較例13では、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が39.0と高かった。そのため、引張強度が385MPaと高く、その上、800℃5時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が435μmと大きく、結晶粒の成長が確認された。
比較例15では、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が31.0と高かった。そのため、800℃5時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が380μmと大きく、結晶粒の成長が確認された。
比較例16では、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が2.7と低く、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が32.0と高かった。そのため、800℃5時間の熱処理を行った後の平均結晶粒径が432μmと大きく、結晶粒の成長が確認された。
よって、比較例1〜17の銅合金導体では、高温域に曝しても結晶粒の成長が抑制されていない。そのため、これらの銅合金導体の外周面上に、実施例1〜13と同じ発泡絶縁層を含む樹脂層が形成されている絶縁電線、実施例1〜13と同じエナメル絶縁層と押出絶縁層とを含む樹脂層が形成されている絶縁電線は、実施例1〜13の銅合金導体を使用した絶縁電線よりも、耐熱性に劣っていると判断することができる。
以上より、導体として、実施例1〜13に記載されている特定の組成及び集合組織を有する銅合金導体が使用されている本発明に係る絶縁電線は、このような特定の組成及び集合組織を有さない比較例1〜17に記載されている銅合金導体を使用した絶縁電線よりも、絶縁電線全体で優れた耐熱性を示すと判断できる。そのため、本発明に係る絶縁電線は、特に、小型化・高出力化が要求されるEV車両等に搭載されている電動発電機のコイル等への高性能化に有用であることがわかる。
1 銅合金導体
2 発泡絶縁層
3 外側絶縁層
4 樹脂層
4a エナメル絶縁層
4b 押出絶縁層
10 絶縁電線

Claims (7)

  1. 銅合金導体と、
    前記銅合金導体の外周面上に直接又は間接的に被覆された少なくとも1つの樹脂層を備え、
    前記銅合金導体が、Al、Be、Cd、Mg、Pb、Ni、P、Sn及びCrから選択される金属成分の合計含有量が0.1〜2.0ppmであり、銅の含有量が99.96mass%以上である組成を有し、かつ、EBSDによる集合組織解析から得られた結晶方位分布関数をオイラー角(φ1、Φ、φ2)で表したとき、φ2=0°、φ1=0°、Φ=0°から90°の範囲における方位密度の平均値が3.0以上35.0未満であり、かつ、φ2=35°、φ1=45°から55°、Φ=65°から80°の範囲における方位密度の最大値が1.0以上30.0未満である集合組織を有することを特徴とする絶縁電線。
  2. 前記銅合金導体の平均結晶粒径が、1μm〜100μmである、請求項1に記載の絶縁電線。
  3. 前記樹脂層が、気泡を有する熱硬化性樹脂を含む発泡絶縁層を含んでいる、請求項1又は2に記載の絶縁電線。
  4. 前記発泡絶縁層の外周面上に、熱可塑性樹脂を含む外側絶縁層がさらに形成されている、請求項3に記載の絶縁電線。
  5. 前記熱硬化性樹脂が、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリエステルイミド、およびポリエーテルサルフォンからなる群から選択される、請求項3又は4に記載の絶縁電線。
  6. 前記樹脂層が、少なくとも1層のエナメル絶縁層と、該エナメル絶縁層の外周面上に被覆され、熱可塑性樹脂を含む押出絶縁層とを含んでいる、請求項1又は2に記載の絶縁電線。
  7. 前記熱可塑性樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン、変性ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリフェニレンスルフィド、および熱可塑性ポリイミドからなる群から選択される、請求項4又は6に記載の絶縁電線。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114420345A (zh) * 2022-01-24 2022-04-29 松田电工(台山)有限公司 一种高耐压复合绝缘电线及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016171054A1 (ja) * 2015-04-24 2016-10-27 古河電気工業株式会社 銅合金板材およびその製造方法
WO2018181593A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 古河電気工業株式会社 銅板付き絶縁基板用銅板材及びその製造方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU569650A1 (ru) * 1976-01-04 1977-08-25 Chasnikov Aleksandr Ya Способ изготовлени медной проволоки
JPS643903A (en) * 1987-06-25 1989-01-09 Furukawa Electric Co Ltd Thin copper wire for electronic devices and manufacture thereof
JPH05258618A (ja) 1992-03-11 1993-10-08 Hitachi Cable Ltd 絶縁電線
RU2099857C1 (ru) * 1996-01-10 1997-12-20 Наталья Федоровна Науменко Высокочастотное устройство на поверхностных акустических волнах
US6661313B2 (en) * 2001-10-25 2003-12-09 Sawtek, Inc. Surface acoustic wave devices using optimized cuts of lithium niobate (LiNbO3)
US7087113B2 (en) * 2002-07-03 2006-08-08 Ut-Battelle, Llc Textured substrate tape and devices thereof
CN101180412B (zh) * 2005-07-07 2010-05-19 株式会社神户制钢所 具备高强度和优异的弯曲加工性的铜合金及铜合金板的制造方法
CN103384921A (zh) * 2010-11-30 2013-11-06 卢瓦塔埃斯波公司 一种用于将硅晶片附着在光伏模块中的新型电导体
JP5391341B1 (ja) * 2013-02-05 2014-01-15 古河電気工業株式会社 耐インバータサージ絶縁ワイヤ
US20140302342A1 (en) * 2013-04-04 2014-10-09 Hitachi Metals, Ltd. Copper wire and method of manufacturing the same
CN105518165B (zh) * 2013-09-06 2017-08-18 古河电气工业株式会社 铜合金线材及其制造方法
CN106164306B (zh) * 2014-03-31 2020-03-17 古河电气工业株式会社 铜合金线材及其制造方法
KR101893280B1 (ko) * 2014-03-31 2018-08-29 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤 압연 구리박, 압연 구리박의 제조방법, 플렉서블 플랫 케이블, 플렉서블 플랫 케이블의 제조방법
JP6355671B2 (ja) * 2016-03-31 2018-07-11 Jx金属株式会社 Cu−Ni−Si系銅合金条及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016171054A1 (ja) * 2015-04-24 2016-10-27 古河電気工業株式会社 銅合金板材およびその製造方法
WO2018181593A1 (ja) * 2017-03-31 2018-10-04 古河電気工業株式会社 銅板付き絶縁基板用銅板材及びその製造方法

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