TW201443931A - 絕緣電線及馬達 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種絕緣電線、以及馬達，上述絕緣電線具備：導體、被覆導體之外周面之含發泡熱硬化性樹脂的絕緣層、及被覆絕緣層之外周面的外側非發泡絕緣層，且於25℃下施加1 MPa之壓力時絕緣層之厚度變形率為15%以上且50%以下，外側非發泡絕緣層之鉛筆硬度為4 H以上，且絕緣層厚度與外側非發泡絕緣層厚度之比為20：80~80：20；上述馬達係將該絕緣電線於使絕緣電線之外徑縮徑之方向施加壓力使絕緣層之厚度減少之狀態下捲繞於定子槽(stator slot)而成。

Description

絕緣電線及馬達
本發明係關於一種絕緣電線及馬達。
最近，反相器(inverter)係作為有效之可變速控制裝置而安 裝於大量電氣機器中。然而，於數kHz~數十kHz下進行切換，該等之每一脈衝產生突波電壓(surge voltage)。此種反相器突波係於傳輸系統內的阻抗之不連續點，例如於所連接之配線之始端或終端等產生反射，結果是當最大時會施加反相器輸出電壓2倍之電壓。尤其是由IGBT等高速開關元件產生之輸出脈衝的電壓梯度較高，因此即便連接電纜較短而突波電壓亦較高，進而由該連接電纜引起之電壓衰減亦較小，結果產生接近反相器輸出電壓2倍之電壓。
於反相器相關機器例如高速切換元件、反相器馬達、變壓器 等之電氣機器線圈中，主要使用為漆包線之絕緣電線(亦稱為絕緣線)作為電磁線(magnet wire)。因此，如上述般於反相器相關機器中係施加接近反相器輸出電壓2倍之電壓，故而針對絕緣電線要求由變頻突波引起之局部放電劣化處於最低限。
通常，所謂局部放電劣化，係指因電氣絕緣材料之局部放電 (有微小之空隙狀缺陷等局部之放電)時產生之帶電粒子之碰撞所導致的分子鏈切斷劣化、濺鍍劣化、由局部溫度上升所導致之熱熔融或熱分解劣化、 或者因放電時產生之臭氧所導致之化學劣化等複雜地生成現的現象。實際上已局部放電劣化之電氣絕緣材料可發現其厚度減少。
業界提出有為了防止此種由局部放電引起之絕緣電線之劣 化，而於絕緣皮膜中調配粒子，藉此使耐電暈放電性提高之絕緣電線。例如提出有於絕緣皮膜中含有金屬氧化物微粒或氧化矽微粒者(參照專利文獻1)、於絕緣皮膜中含有二氧化矽者(參照專利文獻2)。該等絕緣電線係藉由含有粒子之絕緣皮膜，而減少由電暈放電引起之侵蝕劣化者。然而，該等具有含粒子之絕緣皮膜之絕緣電線存在如下問題，即其效果不足，且局部放電起始電壓降低或皮膜之可撓性降低。
亦有獲得不產生局部放電之絕緣電線、即局部放電之產生電 壓較高之絕緣電線之方法。可認為其係使絕緣電線之絕緣層之厚度增厚、或者於絕緣層使用相對介電常數較低之樹脂等方法。
然而，若使絕緣層增厚則絕緣電線變粗，其結果導致電氣機器之大型化。該情況與近年來以馬達或變壓器為代表之電氣機器之小型化之要求相悖。例如，具體而言，馬達等旋轉機之性能可說是由定子槽中可放入多少根電線來決定亦並非誇大其詞，其結果，近年來要求使導體截面面積相對於定子槽截面面積之比率(占積率(space factor))特別地提高。因此，使絕緣層之厚度增厚會使占積率降低，若考慮要求性能則欠理想。
另一方面，作為使絕緣層之實質相對介電常數減小之手段，考慮利用發泡體形成絕緣層，自先前以來廣泛使用具有導體與發泡絕緣層之發泡電線作為通信電線。先前眾所周知有例如使聚乙烯等烯烴系樹脂或氟樹脂發泡而獲得之發泡電線，具體而言，可列舉發泡之聚乙烯絕緣電線(參照專利文獻3)、發泡之氟樹脂絕緣電線(參照專利文獻4)等。
[專利文獻1]日本專利第3496636號公報
[專利文獻2]日本專利第4584014號公報
[專利文獻3]日本專利第3299552號公報
[專利文獻4]日本專利第3276665號公報
針對使線圈成形用於馬達等之捲線的絕緣電線，要求其如上述般，於局部放電及線圈成形時難以產生損傷，有助於馬達等之小型化、高效率化。
然而，例如專利文獻3中記載之含有氣泡之絕緣電線係用於通信用途之絕緣電線，不可謂其作為使線圈成形用於馬達等之捲線的絕緣電線係最佳者。尤其是專利文獻3中記載之絕緣電線存在如下問題：因其絕緣層表面之耐磨耗性不足，故於進行捲線而使用之情形時容易損傷絕緣層。
本發明之課題在於提供一種可維持較高之局部放電起始電壓同時耐損傷性優異，且可使馬達或變壓器之導體占積率增大之絕緣電線。
又，本發明之課題在於提供一種使用該優異性能之絕緣電線、即可選擇性地抑制於絕緣電線之末端部的局部放電，小型且高效率的馬達。
本案發明人等發現，若於具備發泡絕緣層及外側非發泡絕緣層之絕緣電線中，將發泡絕緣層之厚度變形率、外側非發泡絕緣層之硬度、以及發泡絕緣層及外側非發泡絕緣層之厚度比均設定為特定之範圍，則發泡絕緣層及外側非發泡絕緣層會相互作用，而提高絕緣電線之局部放電起始電壓，另一方面，亦有助於馬達線圈之小型化及高效率化，而完成本發明。
本發明之課題係藉由下述手段而解決。
(1)一種絕緣電線，其具備：導體、直接或間接被覆該導體之外周面之含有發泡熱硬化性樹脂之絕緣層(有時稱為發泡絕緣層)、及直接或間接被覆該絕緣層之外周面之外側非發泡絕緣層，且於25℃下施加1MPa之壓力時之上述絕緣層之厚度變形率為15%以上且50%以下，上述外側非發泡絕緣層之鉛筆硬度為4H以上，且上述絕緣層之厚度與上述外側非發泡絕緣層之厚度之比為20：80~80：20。
(2)如(1)之絕緣電線，其中上述熱硬化性樹脂之玻璃轉移溫度為150℃以上。
(3)如(1)或(2)中任一項之絕緣電線，其中上述絕緣層含有獨立氣泡。
(4)如(1)至(3)中任一項之絕緣電線，其中上述絕緣層之空隙率為10%以上。
(5)如(1)至(4)中任一項之絕緣電線，其係用作馬達線圈用之捲線。
(6)一種馬達，其係將(1)至(5)中任一項之絕緣電線於使該絕緣電線之外徑縮徑之方向施加壓力而使上述絕緣層之厚度減少之狀態下捲繞於定子槽而成。
於本發明中，玻璃轉移溫度係指於存在複數個時最低之玻璃轉移溫度。
又，於本發明中，所謂「間接被覆」意指介隔其他層進行被覆。例如意指發泡絕緣層介隔其他層而被覆導體，或指外側非發泡絕緣層介隔其他層而被覆發泡絕緣層。此處，作為其他層，例如可列舉上述發泡絕緣層及外側非發泡絕緣層以外的不具有氣泡之內側非發泡絕緣層或密合層(接著層)等。
藉由本發明，可提供一種發揮較高之局部放電起始電壓及耐損傷性並且於馬達成形時藉由使絕緣電線截面面積中之導體截面面積比例相對增大而有助於馬達線圈之小型化及高效率化的絕緣電線。此外，藉由本發明，可提供一種使用該優異性能之絕緣電線、即可選擇性地抑制於絕緣電線之末端部的局部放電，小型且高效率的馬達。
本發明之上述及其他特徵以及優點係適當參照隨附圖式，並且根據下述記載而更為明確。
1‧‧‧導體
2‧‧‧(發泡)絕緣層
3‧‧‧外側非發泡絕緣層
25‧‧‧內側非發泡絕緣層
35‧‧‧密合層
圖1係表示本發明之絕緣電線之一實施態樣之截面圖。
圖2係表示本發明之絕緣電線之另一實施態樣之截面圖。
圖3係表示本發明之絕緣電線之又一實施態樣之截面圖。
圖4係表示本發明之絕緣電線之進而又一實施態樣之截面圖。
圖5係表示本發明之絕緣電線之另一實施態樣之截面圖。
圖6係表示本發明之絕緣電線之又一實施態樣之截面圖。
以下，針對本發明之發泡電線之實施態樣，參照圖式進行說明。
圖1中表示截面圖之本發明之絕緣電線之一實施態樣係具有截面為圓形之導體1、被覆導體1之外周面之發泡絕緣層2、及被覆發泡絕緣層2之外周面的外側非發泡絕緣層3而成。關於此一實施態樣，發泡絕緣層2及外側非發泡絕緣層3之截面亦為圓形。
於圖2表示截面圖之本發明之絕緣電線之另一實施態樣中，於發泡絕 緣層2之內側即導體1之外周設置有內側非發泡絕緣層25，除此以外，與圖1所示之絕緣電線相同。
於圖3表示截面圖之本發明之絕緣電線之又一實施態樣中，於發泡絕緣層2與外側非發泡絕緣層3之間介置有密合層35，除此以外，與圖2所示之絕緣電線相同。
圖4中表示截面圖之進而又一實施態樣，作為導體1係使用 截面為矩形者，除此以外，基本上與圖1所示之絕緣電線相同。關於該實施態樣，因導體1之截面為矩形，故發泡絕緣層2及外側非發泡絕緣層3之截面亦為矩形。
圖5中表示截面圖之另一實施態樣，作為導體1係使用截面為矩形者，除此以外，基本上與圖2所示之絕緣電線相同。關於該實施態樣，發泡絕緣層2及外側非發泡絕緣層3之截面亦為矩形。
圖6中表示截面圖之又一實施態樣，作為導體1係使用截面為矩形者，除此以外，基本上與圖3所示之絕緣電線相同。關於該實施態樣，發泡絕緣層2及外側非發泡絕緣層3之截面亦為矩形。
於以上之各圖中，相同符號意指相同者，不重複進行說明。
於本發明中，「內側非發泡絕緣層」除不具有氣泡以外，與發泡絕緣層基本相同。
又，於本發明中，密合層35係設置於發泡絕緣層2與外側非發泡絕緣層3之間，而使發泡絕緣層2與外側非發泡絕緣層3之層間密合力提高之層。
本發明之絕緣電線所使用之導體1可使用先前絕緣電線所使用者，例如由銅、銅合金、鋁、鋁合金或該等之組合材料等形成。
導體1之橫截面(垂直於軸線之截面)並無特別限定，可使用所需之形狀者，例如可列舉：圓形、矩形等。就相對於定子槽之佔有率之方面而 言，導體1較佳為如圖4~圖6所示般，至少於其橫截面具有角之形狀，例如扁平形狀(矩形)。進而，就抑制自角部之局部放電之方面而言，較理想為於四角設置有倒角(半徑r)之形狀。
內側非發泡絕緣層25係形成於導體1之外周面，且由形成 下述發泡絕緣層2之熱硬化性樹脂形成為不具有氣泡之狀態、即非發泡狀態之層。於該發明中，視需要形成內側非發泡絕緣層25。此處，所謂不具有氣泡之狀態不僅為完全不存在氣泡之狀態，且亦包含存在氣泡之情形。 即，內側非發泡絕緣層25係利用未積極形成氣泡之方法所形成者，例如亦可於任意截面每1cm2存在1個以下之氣泡。
發泡絕緣層2係含有具有氣泡之熱硬化性樹脂、即發泡之熱 硬化性樹脂之層，且形成於導體1之外周面上。若發泡絕緣層2具有氣泡，則因存在於氣泡內部之空氣而使發泡絕緣層2之相對介電常數降低，可於對捲繞在馬達上之絕緣電線施加電壓時抑制產生在相互鄰接之絕緣電線間之空氣間隙的局部放電或電暈放電。
發泡絕緣層2所具有之氣泡可為獨立氣泡，亦可為連通氣 泡，又，亦可為該等兩者。此處，所謂獨立氣泡，係指利用顯微鏡對於任意截面所切斷之發泡絕緣層2之截面進行觀察時於氣泡內壁無法確認到有孔、即與鄰接之氣泡之連通開口部者，所謂連通氣泡，係指以相同方式進行觀察時可於氣泡內壁確認有孔者。關於氣泡，就維持發泡絕緣層2之磨耗特性或機械特性並且即便發生縱方向即厚度方向之瞬間崩潰地變形，亦使內壓上升，若釋放壓力則容易恢復等方面而言，較佳為含有獨立氣泡。 又，就即便浸漬於溶劑等亦不會使溶劑等滲入至氣泡內部而填滿氣泡部分，可抑制相對介電常數之上升之方面而言，較佳為含有獨立氣泡。
於本發明中，較佳為於滿足發泡絕緣層2容易崩潰與絕緣電線之要求特性之範圍內具有獨立氣泡，相對於氣泡總數，獨立氣泡更佳為 70%以上，進而較佳為90%以上。再者，獨立氣泡之比例之上限值當然為100%，實質上為99%以下。獨立氣泡之比例可根據發泡倍率、清漆中之樹脂濃度、黏度、清漆塗佈時之溫度、發泡劑之添加量、燒製爐之溫度等進行調整。
獨立氣泡之比例可藉由對觀察區域存在(開口)的總氣泡數與獨立氣泡數計數，並用獨立氣泡數除以總氣泡數而算出，該觀察區域係利用掃描式電子顯微鏡(SEM)對於任意截面所切斷之發泡絕緣層2之截面觀察。再者，關於連通氣泡，除計數對象氣泡以外，亦將於該氣泡內壁開口之1個孔設為1個氣泡而計數。
就可良好地維持絕緣破壞電壓之方面而言，氣泡之平均氣泡直徑較佳為5μm以下，就可更確實地保持絕緣破壞電壓之方面而言，氣泡之平均氣泡直徑更佳為3μm以下，進而較佳為1μm以下。平均氣泡直徑之下限並無限制，但實際上1nm以上為佳。平均氣泡直徑係利用掃描式電子顯微鏡(SEM)對發泡絕緣層2之截面進行觀察，使用圖像尺寸測量軟體(三谷商事公司製造之WinROOF)，以直徑測定模式對任意選擇之20個氣泡之直徑進行測定，並將該等進行平均而算出之值。再者，當氣泡形狀並非圓形時，將最長部分設為直徑。該氣泡直徑可根據發泡倍率、清漆中之樹脂濃度、黏度、清漆塗佈時之溫度、發泡劑之添加量、燒製爐之溫度等進行調整。
就藉由相對介電常數之降低而發揮較高之絕緣破壞電壓之方面而言，發泡絕緣層2較佳為具有10%以上之空隙率，更佳為具有20%以上之空隙率，進而較佳為具有30%以上之空隙率。就發泡絕緣層2之機械強度之方面而言，空隙率較佳為80%以下，更佳為70%以下，進而較佳為60%以下。發泡絕緣層2之空隙率可根據發泡倍率、清漆中之樹脂濃度、黏度、清漆塗佈時之溫度、發泡劑之添加量、燒製爐之溫度等進行調整。
空隙率係根據發泡絕緣層2之體積(V1)及氣泡之體積(V2)，藉由式：V2/V1×100(%)而算出。此處，發泡絕緣層2之體積(V1)係藉由常法而算出，氣泡之體積(V2)可使用氣泡之密度為0及形成發泡絕緣層2之熱硬化性樹脂之密度而算出。
關於發泡絕緣層2，於25℃下施加1MPa之壓力時，具體而言，自直徑方向施加1MPa之壓力而受壓時之厚度變形率為15%以上。若該厚度變形率為15%以上，則於將絕緣電線捲繞於定子槽而形成馬達時，發泡絕緣層2會優先變形而使絕緣電線之膜厚變小。其結果，於定子槽為固定尺寸之情形時，可將絕緣電線以較多之捲線數捲繞於其中，而可有助於馬達線圈即馬達之高效率化。另一方面，於捲線數相同之情形時，可有助於馬達線圈即馬達之小型化。就可有助於馬達線圈之進一步小型化及高效率化之方面而言，厚度變形率較佳為20%以上，進而較佳為25%以上。另一方面，就絕緣特性之維持、耐磨耗性及可撓性之方面而言，厚度變形率較佳為50%以下。該厚度變形率可藉由形成發泡絕緣層2之熱硬化性樹脂之種類、氣泡直徑、空隙率及發泡倍率等加以調整。
發泡絕緣層2之厚度變形率係根據施加壓力前絕緣電線中之發泡絕緣層2之厚度Ti(發泡絕緣層2之外徑/2)、與施加1MPa之壓力時(壓縮)變形之發泡絕緣層2之厚度Ta(被壓縮之發泡絕緣層2之直徑/2)，並藉由下述式而算出。
式：(Ta/Ti)×100(%)
再者，對發泡絕緣層2施加1MPa之壓力之方法只要為可於發泡絕緣層2之直徑方向施加1MPa之壓力的方法，則並無特別限定，例如可列舉對挾著絕緣電線之2片不鏽鋼施加1MPa之壓力之方法。於該方法中，雖並非直接對發泡絕緣層2施加1MPa之壓力，但由於外側非發泡絕緣層3之膜厚較薄而幾乎不吸收壓力，故而實際上等同於對絕緣電線施加1MPa 之壓力，藉此可測定發泡絕緣層2之厚度變形率。
發泡絕緣層2之厚度，係發泡絕緣層2之厚度與外側非發泡 絕緣層3之厚度之比(以下稱為厚度比)在20：80~80：20之範圍內。發泡絕緣層2之厚度越厚，相對介電常數越降低，而可使局部放電起始電壓上升，又，厚度變形率容易變大。另一方面，外側非發泡絕緣層3之厚度越厚，強度及可撓性等機械特性越提高。若發泡絕緣層2之厚度在上述範圍內，則可同時實現局部放電起始電壓及厚度變形率以及機械特性。就可以較高等級同時實現絕緣電線之局部放電起始電壓及厚度變形率以及機械特性之方面而言，該厚度比更佳為30：70~75：25，尤佳為35：65~40：60。
發泡絕緣層2之厚度只要上述厚度比成為20：0~80：20之範圍內之厚度，則並無特別限制，較佳為實際上為10~200μm。因此，發泡絕緣層2之厚度係以滿足厚度比之方式自10~200μm之範圍內進行選擇。
可預先於發泡絕緣層2之外側由耐傷性較強之樹脂形成外 側非發泡絕緣層，並且藉由施加壓力而適當變形，藉此可視所欲使用之形狀或空間而調整為最低限度所需之皮膜厚度。藉此，於使用相同導體之情形時，可成為導體占積率更高之絕緣線。發現藉由提高截面之導體占積率，於成型為主要為馬達之線圈形狀時可提高其效率。
進而，由於皮膜部分發生變形而可填補產生局部放電之空氣 之部分。藉此，變得難以產生局部放電，因此可不改變占積率或耐熱性等而維持、提高局部放電起始電壓。
形成發泡絕緣層2之熱硬化性樹脂較佳為以清漆之形式直 接或間接塗佈於導體1上，並進行燒製而形成氣泡，從而可形成發泡絕緣皮膜。此處，所謂「間接塗佈」，意指介隔其他層、例如內側非發泡絕緣層25而將清漆塗佈於導體1上。作為此種清漆所含之熱硬化性樹脂，例如可 使用聚醯亞胺(PI)、聚醯胺醯亞胺(PAI)、聚酯醯亞胺(PEsI)、聚酯等。
熱硬化性樹脂較佳為藉由玻璃轉移溫度為150℃以上而有助於絕緣電線之耐熱性提高的PAI、PI、聚酯、PEsI，進而較佳為PAI。就耐熱性之方面而言，熱硬化性樹脂之玻璃轉移溫度進而較佳為210~350℃。熱硬化性樹脂之玻璃轉移溫度可藉由示差掃描熱量測定(DSC)來進行測定。再者，所使用之熱硬化性樹脂可單獨使用1種，亦可併用2種以上。
作為聚醯胺醯亞胺，並無特別限制，可使用藉由通常之方 法，例如於極性溶劑中使三羧酸酐與二異氰酸酯類直接反應而獲得者、及於極性溶劑中將二胺類與三羧酸酐混合並利用二異氰酸酯類進行醯胺化而獲得者等。又，PAI亦可使用市售品(例如HI-406(日立化成股份公司製造，商品名等)。
作為聚醯亞胺，並無特別限制，可列舉：例如熱硬化性芳香 族聚醯亞胺等通常之聚醯亞胺樹脂；例如使用使芳香族四羧酸二酐與芳香族二胺類於極性溶劑中進行反應而獲得之聚醯胺酸溶液，並藉由於形成絕緣皮膜下之燒製時的加熱處理而醯亞胺化，藉此使之熱硬化者。作為市售之聚醯亞胺樹脂，可使用U imide(Unitika公司製造，商品名)、U-varnish(宇部興產公司製造，商品名)、HCI系列(日立化成公司製造，商品名)、AURUM(三井化學公司製造，商品名)等。
作為可用於本發明之聚酯，並無特別限制，可列舉藉由於芳 香族聚酯中添加酚系樹脂等而改質者。具體而言，可列舉耐熱等級為H級之聚酯樹脂。作為市售之H級聚酯樹脂，可列舉Isonel 200(商品名，Schenectady International公司製造)等。
作為聚酯醯亞胺，並無特別限制，可列舉：藉由通常之方法， 例如於極性溶劑中使三羧酸酐與二異氰酸酯類直接反應而形成醯亞胺骨架後，於觸媒存在下與二醇類進行反應而獲得；及於極性溶劑中將二胺類與 三羧酸酐混合而形成醯亞胺骨架，其後與二醇類進行反應，藉此合成而得等。作為市售之聚酯醯亞胺樹脂，可列舉：Neoheat 8200K2、Neoheat 8600、LITON 3300(均為商品名，東特塗料公司製造)等。
於本發明中，亦可在不對特性造成影響之範圍內，對形成發 泡絕緣層2之熱硬化性樹脂調配氣泡成核劑、抗氧化劑、抗靜電劑、抗紫外線劑、光穩定劑、螢光增白劑、顏料、染料、相容劑、潤滑劑、增強劑、難燃劑、交聯劑、交聯助劑、塑化劑、增黏劑、減黏劑、及彈性體等各種添加劑。又，可於所獲得之絕緣電線積層有別於發泡絕緣層2之由含有該等添加劑之樹脂所構成之層，亦可塗佈含有該等添加劑之塗料。
又，於其內部形成氣泡之熱硬化性樹脂亦可在無損耐熱性之 範圍混合熱塑性樹脂。藉由摻合熱塑性樹脂，可於製造步驟中抑制熱變形並且賦予可撓性等絕緣電線所需之機械特性。熱塑性樹脂之玻璃轉移溫度較佳為150℃以上，進而較佳為210~350℃。熱塑性樹脂之玻璃轉移溫度能以與熱硬化性樹脂之玻璃轉移溫度相同之方式進行測定。此種熱塑性樹脂之添加量較佳為樹脂固形物成分之1~40質量%。
作為可用於該目之熱塑性樹脂，就難以產生由因熱而結晶化從而收縮等、即狀態變化所引起之應力之方面而言，較佳為非晶性之樹脂。例如，較佳為選自聚醚醯亞胺、聚醚碸、聚苯醚、聚苯碸(PPSU)及聚醯亞胺中之至少1種。
作為聚醚醯亞胺，例如可使用ULTEM(GE Plastic公司製造，商品名)等。作為聚醚碸，例如可使用Sumikaexcel PES(住友化學公司製造，商品名)、PES(三井化學公司製造，商品名)、Ultrason E(BASF Japan公司製造，商品名)、Radel A(Solvay Advanced Polymers公司製造，商品名)等。作為聚苯醚，例如可使用Zylon(旭化成化學公司製造，商品名)、Iupiace(Mitsubishi Engineering-Plastics公司製造，商品名)等。作為聚苯碸，例如可使用Radel R(Solvay Advanced Polymer公司製造，商品名)等。作為聚醯亞胺，例如可使用U-varnish(宇部興產公司製造，商品名)、HCI系列(日立化成公司製造，商品名)、U imide(Unitika公司製造，商品名)、AURUM(三井化學公司製造，商品名)等。就易溶解於溶劑之方面而言，更佳為聚苯碸、聚醚醯亞胺。
於本發明中，所謂「非晶性」，係指保持幾乎不具有結晶構造之無定形狀態，且係指於硬化時高分子之鏈成為無規狀態之特性。
就可降低由具有氣泡之熱硬化性樹脂所形成之發泡絕緣層 2的相對介電常數之方面而言，又，就可將厚度變形率調整為上述範圍之方面而言，發泡絕緣層2之發泡倍率較佳為1.2倍以上，更佳為1.4倍以上。 發泡倍率之上限並無限制，通常較佳設為5.0倍以下。發泡倍率係利用水中置換法，對為了發泡而經被覆之樹脂之密度(ρf)及發泡前之密度(ρs)進行測定，並藉由(ρs/ρf)算出。
發泡絕緣層2可藉由將絕緣清漆塗佈於導體1之周圍並進行 燒製而獲得，該絕緣清漆係混合有熱硬化性樹脂、以及含有特定之有機溶劑及至少1種高沸點溶劑的2種以上、較佳為3種以上之溶劑而成。清漆可直接塗佈於導體1上，亦可間接塗佈於導體1上。
發泡絕緣層2所使用之清漆之特定之有機溶劑係作為使熱 硬化性樹脂溶解之溶劑而發揮作用。作為該有機溶劑，只要不抑制熱硬化性樹脂之反應，則並無特別限制，例如可列舉：N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP，N-methyl-2-pyrrolidone)、N,N-二甲基乙醯胺(DMAC，dimethyl acetamide)、二甲基亞碸、N,N-二甲基甲醯胺等醯胺系溶劑；N,N-二甲基乙烯脲、N,N-二甲基丙烯脲、四甲基脲等脲系溶劑；γ-丁內酯、γ-己內酯等內酯系溶劑；碳酸丙二酯等碳酸酯系溶劑；甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等酮系溶劑；乙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁基賽路蘇乙酸酯、丁基卡必醇乙酸酯、 乙基賽路蘇乙酸酯、乙基卡必醇乙酸酯等酯系溶劑；二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙醇二甲醚等乙二醇二甲醚系溶劑；甲苯、二甲苯、環己烷等烴系溶劑；環丁碸等碸系溶劑等。該等中，就高溶解性、高反應促進性等方面而言，較佳為醯胺系溶劑、脲系溶劑，就不具有容易抑制由加熱引起之交聯反應的氫原子等方面而言，更佳為N-甲基-2-吡咯啶酮、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基乙烯脲、N,N-二甲基丙烯脲、四甲基脲，尤佳為N-甲基-2-吡咯啶酮。該有機溶劑之沸點較佳為160℃~250℃，更佳為165℃~210℃。
可用於氣泡形成用之高沸點溶劑係沸點較佳為180℃~ 300℃，更佳為210℃~260℃者。具體而言，可使用二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、二乙二醇二丁醚、四乙二醇二甲醚、四乙二醇單甲醚等。就氣泡直徑之不均較小之方面而言，更佳為三乙二醇二甲醚。除該等以外，亦可使用二丙二醇二甲醚、二乙二醇乙基甲醚、二丙二醇單甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇丁基甲醚、三丙二醇二甲醚、二乙二醇單丁醚、乙二醇單苯醚、三乙二醇單甲醚、三乙二醇丁基甲醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇單甲醚、丙二醇單甲醚等。
高沸點溶劑亦可為1種，但就可獲得於較廣溫度範圍內產生 氣泡之效果之方面而言，較佳為組合至少2種而使用。高沸點溶劑之至少2種之較佳組合係包含四乙二醇二甲醚與二乙二醇二丁醚、二乙二醇二丁醚與三乙二醇二甲醚、三乙二醇單甲醚與四乙二醇二甲醚、三乙二醇丁基甲醚與四乙二醇二甲醚、更佳為二乙二醇二丁醚與三乙二醇二甲醚、三乙二醇單甲醚與四乙二醇二甲醚之組合者。
氣泡形成用之高沸點溶劑之特徵在於其沸點高於使熱硬化 性樹脂溶解之特定之有機溶劑，且為了形成氣泡所添加之高沸點溶劑之沸點亦可比清漆之溶劑成分之蒸發起始溫度高50℃以上。當添加1種至清漆 時，該高沸點溶劑之沸點較佳為比室溫下之熱硬化性樹脂之特定之有機溶劑之沸點高20℃以上。又，得知當使用1種時，高沸點溶劑具有氣泡成核劑與發泡劑兩者之作用。另一方面，當使用2種以上高沸點溶劑時，沸點最高者係發揮發泡劑作用，具有中間沸點之氣泡形成用之高沸點溶劑係發揮氣泡成核劑作用。沸點最高之溶劑之沸點較佳為比特定之有機溶劑之沸點高20℃以上，更佳為高30~60℃。具有中間沸點之高沸點溶劑之沸點只要處於發揮發泡劑作用之高沸點溶劑與特定之有機溶劑之沸點的中間即可，較佳為具有與發泡劑之沸點相差10℃以上之沸點差。當具有中間沸點之高沸點溶劑其熱硬化性之溶解度高於發揮發泡劑作用之高沸點溶劑時，可於燒製清漆後形成均勻之氣泡。當使用2種以上高沸點溶劑時，具有最高沸點之高沸點溶劑相對於具有中間沸點之高沸點溶劑的使用比率例如以質量比計較佳為99/1~1/99，就容易產生氣泡之方面而言，更佳為10/1~1/10。
於本發明中，當使用上述含有高沸點溶劑之2種以上溶劑而 形成發泡絕緣層2之情形時，為了使該高沸點溶劑蒸發，而需要比先前形成不含氣泡之絕緣層之情況更多之能量。進而，於形成外側非發泡絕緣層3時為了使發泡絕緣層2亦發揮隔熱效果，而不將導體1之熱能效率佳地傳導至外側非發泡絕緣層3，使得越外側越難以進行燒製。
於此種情況下，本發明人等發現，若藉由於全部塗裝及燒製 結束後進行再加熱而提高外側非發泡絕緣層3之硬度，則表現出除提高絕緣電線之性能、例如耐損傷性以外，亦有助於馬達之小型化之特性。即，為了高效率地產生由壓力引起之崩潰以發揮優異之耐損傷性且有助於小型化，較佳為外側非發泡絕緣層3具有足夠之硬度，具體而言，外側非發泡絕緣層3之鉛筆硬度於25℃下為4H以上，進而較佳為5H以上以於25℃下施加1MPa壓力時外側非發泡絕緣層3可進一步崩潰。若由熱硬化性樹 脂所構成之外側非發泡絕緣層之鉛筆硬度未達4H，則不僅耐損傷性較差，而且因對外側非發泡絕緣層3所施加之應力導致外側非發泡絕緣層3本身變得容易崩潰，因此，無法高效率地將應力傳遞至發泡絕緣層2，從而本發明之絕緣電線變得難以收縮。進而，於自突起部等受到應力之情形時，因僅應力部分收縮，故變得難以使絕緣皮膜整體之體積縮小。再者，很明顯，外側非發泡絕緣層3之硬度較高者於作為絕緣電線進行線圈成形時之磨損等耐磨耗性之能力會提高。
外側非發泡絕緣層3之鉛筆硬度之上限為9H。外側非發泡 絕緣層3之鉛筆硬度係利用JIS-K 5600-5-4所規定之鉛筆硬度法測得之硬度(漆包線)，且係基於該鉛筆硬度法對外側非發泡絕緣層3進行測定所得之值。該鉛筆硬度可使用電動鉛筆劃痕硬度試驗機(安田精機製作所公司製造；No.553-M1(商品名))而進行測定。由於外側非發泡絕緣層3之鉛筆硬度與形成外側非發泡絕緣層3之樹脂之鉛筆硬度之值相同，故而可藉由採用具有上述範圍之鉛筆硬度之樹脂來進行調整。
外側非發泡絕緣層3係由熱硬化性樹脂形成於發泡絕緣層2 之外側。若由熱硬化性樹脂形成外側非發泡絕緣層3，則具有上述鉛筆硬度，可有效地將作用於外側非發泡絕緣層3之應力或荷重傳遞至發泡絕緣層2。形成外側非發泡絕緣層3之熱硬化性樹脂並無特別限制，可使用發泡絕緣層2所例示之各種熱硬化性樹脂。尤佳為以使外側非發泡絕緣層3具有上述鉛筆硬度之方式選擇熱硬化性樹脂，具體而言，較佳為所選擇之熱硬化性樹脂之鉛筆硬度具有上述範圍之鉛筆硬度。熱硬化性樹脂較佳為除具有上述硬度以外，因本發明之絕緣電線可較佳地用於馬達故亦具有耐熱性，例如，可較佳地列舉：聚酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚酯醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂等。熱硬化性樹脂可使用1種，或亦可使用2種以上之混合物。再者，所使用之樹脂並不受上述所示之樹脂名限定，除上述所列 舉之樹脂以外，只要為比該等樹脂性能優異之樹脂，則當然可使用。
關於外側非發泡絕緣層3，亦可在無損熱硬化性樹脂之硬度及耐熱性之範圍內，於熱硬化性樹脂中摻合熱塑性樹脂。其原因在於：於摻合有熱塑性樹脂之情形時，有可撓性等絕緣電線所必需之機械強度等提高之傾向。於該情形時，外側非發泡絕緣層3中熱塑性樹脂之含量於形成外側非發泡絕緣層3之樹脂成分中為5~4.0質量%，尤佳為5~20質量%。再者，於添加其以上之情形時，有耐溶劑性或熱變形溫度降低之情況。
作為摻合於熱硬化性樹脂中之熱塑性樹脂，例如可列舉：聚碳酸酯(PC)、改質聚苯醚(mPPE)、聚芳酯、間規聚苯乙烯樹脂(SPS)、聚醯胺醯亞胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚碸(PSF)、聚醚碸(PES)、聚醚醯亞胺(PEI)、聚苯碸、非晶性熱塑性聚醯亞胺樹脂等。又，使用樹脂並不受上述所示之樹脂名限定，除上述所列舉之樹脂以外，只要為比該等樹脂性能優異之樹脂，則當然可使用。
形成外側非發泡絕緣層3之熱硬化性樹脂(亦包括與熱塑性樹脂之摻合。以下相同)更佳為其儲存模數於25℃下為1GPa以上。於25℃下之儲存模數未達1GPa之情形時，雖熱硬化性樹脂變形之效果較高，但有因磨耗特性降低故於線圈成形時樹脂破損等變得無法發揮作為捲線之功能之情況，會產生必須設為低負荷之條件等問題。外側非發泡絕緣層3所使用之熱硬化性樹脂之儲存模數進而較佳為於25℃下為2GPa以上。該儲存模數過高，亦有作為捲線所必需之可撓性降低之問題，因此上限例如較佳為6GPa。
熱硬化性樹脂之儲存模數係使用黏彈性分析儀(Seiko Instruments股份有限公司製造，DMS200(商品名))而測定之值。具體而言，使用由熱硬化性樹脂所製作之厚度0.2mm之試片，於升溫速度2℃/min及頻率10Hz之條件下，記錄穩定為25℃之狀態下的儲存模數之測定值，將該記錄值設 為熱硬化性樹脂之25℃儲存模數。
外側非發泡絕緣層3實質上不含耐局部放電性物質。此處， 耐局部放電性物質係指不易受到局部放電劣化之絕緣材料，且具有藉由分散於電線之絕緣皮膜中而提高供電壽命特性之作用之物質。作為耐局部放電性物質，例如可列舉：氧化物(金屬或非金屬元素之氧化物)、氮化物、玻璃、雲母等，作為具體例，可列舉：二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、鈦酸鋇、氧化鋅、氮化鎵等微粒。又，所謂「實質上不含」耐局部放電性物質，意指於外側非發泡絕緣層3中並不主動含有耐局部放電性物質，除包含完全不含耐局部放電性物質之情形以外，亦包含以無損本發明目的之程度之含量來含有耐局部放電性物質之情形。例如，可列舉相對於形成外側非發泡絕緣層3之樹脂成分100質量份為30質量份以下之含量作為無損本發明目的之程度之含量。尤其是於添加粉體之情形時，亦可添加分散劑。
亦可在不對特性造成影響之範圍內，對形成外側非發泡絕緣 層3之熱硬化性樹脂調配抗氧化劑、抗靜電劑、抗紫外線劑、光穩定劑、螢光增白劑、顏料、染料、相容劑、潤滑劑、增強劑、難燃劑、交聯劑、交聯助劑、塑化劑、增黏劑、減黏劑及彈性體等各種添加劑。
外側非發泡絕緣層3只要為使上述厚度比成為20：80~80： 20之範圍內之厚度，則並無特別限制，實際上20~150μm為佳。外側非發泡絕緣層3之厚度如上述般，較佳為考慮局部放電起始電壓及機械特性而決定，且為滿足上述厚度比之厚度。
外側非發泡絕緣層3可藉由下述方式形成：藉由澆鑄法等利 用加熱燒製之成形方法而使含有熱硬化性樹脂之清漆成形於發泡絕緣層2之周圍。該燒製通常藉由將清漆於熱硬化性樹脂硬化之溫度以上之溫度進行加熱而實施。加熱時間受加熱方式或加熱溫度、爐之形狀等影響，例如關於具體之燒製條件，只要為所使用之約5m之熱風循環式之豎型爐，則 可藉由於400~600℃下將通過時間設定為較佳10~90秒而達成。
於本發明中，將以上述方式進行燒製之清漆進行再加熱，而使熱硬化性樹脂、即所形成之外側非發泡絕緣層3之硬度提高。具體而言，將所燒製之清漆於400~1000℃之溫度下加熱0.25~600秒。以上述方式形成外側非發泡絕緣層3。清漆之成形亦可直接於發泡絕緣層2之周圍進行，或於其間介置另一樹脂層例如密合層35而進行。該清漆除含有熱硬化性樹脂以外，例如亦可在不對特性造成影響之範圍內含有添加於形成發泡絕緣層2之清漆中之各種添加劑或有機溶劑等。
密合層35視需要由結晶性樹脂或非晶性樹脂形成於發泡絕 緣層2與外側非發泡絕緣層3之間。密合層35與外側非發泡絕緣層3可由相同樹脂形成，亦可由不同樹脂形成。作為與外側非發泡絕緣層3不同之樹脂，例如可列舉聚醚醯亞胺、聚苯碸等上述熱塑性樹脂。該密合層35例如係以未達5μm之較薄皮膜之形式接著發泡絕緣層後形成。再者，亦有因外側非發泡絕緣層3之成形條件，於密合層35與外側非發泡絕緣層3彼此混雜而成為絕緣電線時無法測定準確之膜厚的情況。
本發明之絕緣電線可藉由於導體之外周面形成發泡絕緣 層，繼而形成外側非發泡絕緣層而製造。具體而言，可藉由實施如下步驟而製造：將形成發泡絕緣層2之清漆直接或間接地、即視需要介隔內側非發泡絕緣層等而塗佈於導體1之外周面，於燒製過程中使上述清漆發泡而形成發泡絕緣層2之步驟；及將形成外側非發泡絕緣層之清漆塗佈燒製於發泡絕緣層之外周面而形成外側非發泡絕緣層之步驟。各步驟係如上所述。 內側非發泡絕緣層可分別藉由如下方法而形成：將形成內側非發泡絕緣層之清漆塗佈於導體並進行燒製而形成；或者藉由使樹脂組成物成形而形成。
密合層35可藉由於發泡絕緣層2上塗佈溶解於溶劑之非晶性樹脂的塗 料，並使溶劑蒸發而形成。再者，用以形成密合層之塗料亦可於溶劑中含有與發泡絕緣層2或外側非發泡絕緣層3所使用之塗料相同之成分。
本發明之絕緣電線較佳為具有至少1層發泡絕緣層。例如， 亦可介隔上述內部非發泡絕緣層而具有複數層。此種發泡絕緣層可直接設置於導體上，或亦可介隔其他層而設置於導體之外周。
於本發明之絕緣電線中，亦可形成與導體之密合性優異即含 有密合改良劑的密合層。密合層可藉由於導體上塗佈密合層用之熱硬化性樹脂清漆並進行燒製硬化而形成。藉由形成此種密合層，尤其可將初期之密合性、即於導體上形成絕緣皮膜之步驟中絕緣皮膜之密合性提高。
作為可用於密合層之熱硬化性樹脂，例如可列舉：聚醯亞胺、聚胺基甲酸酯、聚醯胺醯亞胺、聚酯、聚苯并咪唑、聚苯碸、聚酯醯亞胺、三聚氰胺樹脂、環氧樹脂等。
作為密合改良劑，例如可使用矽烷氧化物系密合改良劑(矽烷偶合劑)、鈦烷氧化物、醯化鈦、鈦螯合物等鈦系密合改良劑、三系密合改良劑、咪唑系密合改良劑、三聚氰胺系密合改良劑、碳二醯亞胺系密合改良劑、硫醇系密合改良劑等通常用作絕緣電線之密合改良劑者。
密合改良劑之添加量並無特別限制，相對於樹脂固形物成分，較佳為0.01質量以上，且較佳為10質量%以下，較佳為0.01~10質量%左右。又，密合層之厚度並無特別限制，較佳為1μm以上。
本發明之絕緣電線具有上述特徵，而可應用於各種電氣機器(亦稱為電子機器)等需要耐電壓性或耐熱性之領域。例如，將本發明之絕緣電線用於馬達或變壓器等，而可構成高性能之電氣機器。可尤佳地用作HV(油電混合車)或EV(電動汽車)之驅動馬達用之捲線。如上所述，根據本發明，可提供具備絕緣電線之電氣機器，尤其是HV及EV之驅動馬達。再者，於將本發明之絕緣電線用於馬達線圈之情形時亦稱為馬達線圈用絕 緣電線。
作為將本發明之絕緣電線以捲線之形式用於馬達線圈之馬 達，較佳為於使本發明之絕緣電線之外徑縮徑之方向施加壓力而使本發明之絕緣電線之絕緣層之厚度減少之狀態下，將本發明之絕緣電線捲繞於定子槽而成的馬達。如此，本發明之馬達係設置為本發明之絕緣電線之末端部以外之捲繞部分會壓潰，而末端部未被捲繞於定子槽而不會壓潰之狀態，即便為小型亦可達成高效率，而且可選擇性地抑制容易局部放電之末端部的局部放電。如此，本發明之馬達可選擇性地抑制絕緣電線之末端部的局部放電之原因在於：由於末端部未被捲繞於定子槽而不會壓潰，故而可維持由發泡絕緣層2所降低之相對介電常數。另一方面，即便本發明之馬達為小型而亦可達成高效率之原因在於：以使本發明之絕緣電線之中央部壓潰之方式將上述絕緣電線捲繞於定子槽，藉由定子槽而可捲繞較多絕緣電線。
如上所述，本發明之馬達係以下述方式構成：容易局部放電之末端部不會使發泡絕緣層2壓潰而維持較小之相對介電常數，另一方面，使相對不易局部放電之中央部壓潰，從而可捲繞更多之絕緣電線。即，就本發明而言，關於相對介電常數降低且容易壓潰之發泡絕緣層，不使容易局部放電部位之該發泡絕緣層壓潰而使不易局部放電之部分壓潰，藉此，可提供先前難以實現之不易局部放電之小型且高效率之馬達。
再者，關於本發明之馬達，於藉由不使絕緣電線之末端部壓 潰而可使馬達小型化之構造中會有構成於旋轉電機之定子等，該旋轉電機係具備具有槽部及齒部之圓筒狀之定子鐵心(stator core)、及收容於槽之定子捲線。漆包線係成形為線圈構造，集中捲繞於定子之各齒部而收容於定子內，拉出至定子外之兩末端係由剝離絕緣層而露出之導體加以適當接合，從而形成高效率之馬達。再者，本發明之絕緣電線係以相互面接觸狀 態形成線圈，亦可相互平行排列於其中。
[實施例]
繼而，基於實施例而對本發明進行更詳細之說明，但其並非限制本發明者。再者，下述例中，表示組成之%係指質量%。
以下述方式製作實施例及比較例之絕緣電線。
(實施例1)
以下述方式製作圖2所示之絕緣電線。首先，以下述方式製作用於形成發泡絕緣層2之發泡聚醯胺醯亞胺清漆。於2L可分離式燒瓶加入HI-406(商品名，日立化成公司製造)，並於該溶液添加作為氣泡形成劑之三乙二醇二甲醚與二乙二醇二丁醚，進而利用二甲基亞碸進行稀釋，藉此而得。
又，用於形成內側非發泡絕緣層25之內側非發泡絕緣層形成用聚醯胺醯亞胺清漆係使用HI-406。該清漆係使用NMP作為溶劑，而製成30質量%溶液。
各清漆係藉由浸漬塗佈而進行塗佈，且藉由模嘴調節塗佈量。具體而言，於1.0mm之圓形截面之銅製導體1上塗佈所製備之內側非發泡絕緣層形成用聚醯胺醯亞胺清漆，將其於爐溫510℃下進行燒製而形成厚度4μm之內側非發泡絕緣層25。繼而，於內側非發泡絕緣層25上塗佈所製備之發泡聚醯胺醯亞胺清漆，將其於爐溫505℃下進行燒製而形成厚度19μm之發泡絕緣層2。以上述方式獲得形成有內側非發泡絕緣層25及發泡絕緣層2之成型體(有時亦稱為底塗線)。
繼而，以爐溫510℃下進行燒製而使厚度成為33μm之方式將HI-406(商品名，日立化成股份有限公司製造)被覆於該底塗線，其後利用加熱至600℃之管狀爐(Koyo Thermo Systems公司製造；KTF030N1(商品名))進行2秒再加熱而形成外側非發泡絕緣層3。以上述方式製造實施例1之絕緣電線。
(實施例2)
以下述方式製作圖1所示之絕緣電線。於1.0mm之圓形截面之銅製導體1之外周面直接塗佈實施例1中製備之發泡聚醯胺醯亞胺清漆，將其於爐溫510℃下進行燒製，以獲得形成有厚度20μm之發泡絕緣層2之成型體(底塗線)。繼而，以成為厚度80μm之方式於爐溫510℃下進行燒製將HI-406(商品名，日立化成股份有限公司製造)被覆於該底塗線，其後利用加熱至600℃之管狀爐(Koyo Thermo Systems公司製造；KTF030N1(商品名))進行20秒再加熱而形成外側非發泡絕緣層3。以上述方式製造實施例2之絕緣電線。
(實施例3)
以下述方式製作圖5所示之絕緣電線。首先，以下述方式製作用於形成發泡絕緣層2之發泡聚醯亞胺清漆。藉由於2L可分離式燒瓶加入U imide(樹脂成分25質量%之NMP溶液)(Unitika公司製造，商品名)，並添加作為溶劑之NMP、DMAC及四乙二醇二甲醚而製成溶液。
用於形成內側非發泡絕緣層25之內側非發泡絕緣層形成用聚醯亞胺清漆係使用U imide，並於該樹脂加入作為溶劑之DMAC而製備。
於1.8×3.4mm(厚度×寬度)且四角之倒角半徑r為0.3mm扁平之銅製導體1之外周面塗佈內側非發泡絕緣層形成用聚醯亞胺清漆，將其於爐溫520℃下進行燒製而形成厚度4μm之內側非發泡絕緣層25。繼而，於內側非發泡絕緣層25上塗佈所製備之發泡聚醯亞胺清漆，將其於爐溫520℃下進行燒製而形成厚度60μm之發泡絕緣層2。以上述方式獲得形成有內側非發泡絕緣層25及發泡絕緣層2之成型體(底塗線)。
繼而，以爐溫505℃下進行燒製而成為厚度30μm之方式將聚醯亞胺清漆(U imide)被覆於該底塗線，其後利用加熱至700℃之管狀爐(Koyo Thermo Systems公司製造；KTF030N1)(商品名))進行20秒再加熱而形成 外側非發泡絕緣層3。以上述方式製造實施例3之絕緣電線。
(實施例4)
以下述方式製作圖6所示之絕緣電線。首先，以下述方式製作用於形成發泡絕緣層2之發泡聚酯醯亞胺清漆(第1表中，PEsI)。藉由於2L可分離式燒瓶加入聚酯醯亞胺清漆(Neoheat 8600A；東特塗料公司製造，商品名)，並添加作為溶劑之NMP、DMAC及三乙二醇二甲醚而獲得上述發泡聚酯醯亞胺清漆。
用於形成內側非發泡絕緣層25之內側非發泡絕緣層形成用聚酯醯亞胺清漆係使用Neoheat 8600A，並於該樹脂中加入作為溶劑之DMAC而製成30%溶液。
於1.8×3.4mm(厚度×寬度)且四角之倒角半徑r為0.3mm 扁平之銅製導體1之外周面塗佈內側非發泡絕緣層形成用聚酯醯亞胺清漆，將其於爐溫500℃下進行燒製而形成厚度3μm之內側非發泡絕緣層25。繼而，於內側非發泡絕緣層25上塗佈所製備之發泡聚酯醯亞胺清漆，將其於爐溫520℃下進行燒製而形成膜厚30μm之發泡絕緣層2。進而，塗佈於NMP 100g溶解有PPSU 20g(Radel R(商品名)，Solvay公司製造)之液體，於520℃下進行燒製。以上述方式獲得形成有內側非發泡絕緣層25、發泡絕緣層2及密合層35(厚度3μm)之成型體(底塗線)。
繼而，以成為厚度90μm之方式於爐溫520℃下進行燒製將HI-406(商品名，日立化成公司製造)並被覆於該底塗線，其後利用加熱至600℃之管狀爐(Koyo Thermo Systems公司製造；KTF030N1(商品名))進行20秒再加熱而形成外側非發泡絕緣層3。以上述方式製造實施例4之絕緣電線。
(實施例5)
以下述方式製作圖6所示之絕緣電線。於1.8×3.4mm(厚度×寬度)且四角之倒角半徑r為0.3mm之扁平之銅製導體1之外周面塗佈實施例1中 製備之內側非發泡絕緣層形成用聚醯胺醯亞胺清漆，將其於爐溫520℃下進行燒製而形成厚度3μm之內側非發泡絕緣層25。繼而，於內側非發泡絕緣層25上塗佈發泡聚酯清漆LITON 2100S(商品名，東特塗料公司製造，樹脂成分40質量%溶液)，將其於爐溫505℃下進行燒製而形成厚度33μm之發泡絕緣層2。進而，塗佈於NMP中溶解有聚醚醯亞胺(PEI，ULTEM(商品名)，SABIC公司製造)之液體，於520℃下進行燒製。以上述方式獲得形成有內側非發泡絕緣層25、發泡絕緣層2及密合層35(厚度3μm)之成型體(有時亦稱為底塗線)。
繼而，以爐溫520℃下進行燒製而成為厚度30μm之方式 將實施例3中製備之聚醯亞胺清漆(U imide)被覆於該底塗線，其後利用加熱至700℃之管狀爐(Koyo Thermo Systems公司製造；KTF030N1)(商品名))進行20秒再加熱而形成外側非發泡絕緣層3。以上述方式製造實施例5之絕緣電線。
(實施例6)
以下述方式製作圖1所示之絕緣電線。於1.0mm之圓形截面之銅製導體1之外周面直接塗佈實施例1中製備之發泡聚醯胺醯亞胺清漆，將其於爐溫530℃下進行燒製而獲得形成有厚度20μm之發泡絕緣層2之成型體(底塗線)。
另一方面，以下述方式製作用於形成外側非發泡絕緣層3之清漆。即，將聚醯胺醯亞胺(HI-406)與作為熱塑性樹脂之聚碳酸酯(PC，Iupilon(商品名)，Mitsubishi Engineering-Plastics公司製造)進行混合，針對該混合物1000g，使用NMP作為溶劑而製成溶液。
繼而，對製作之底塗線塗佈所製備之溶液，以爐溫450℃下進行燒製而成為厚度30μm之方式被覆，其後利用加熱至400℃之管狀爐(Koyo Thermo Systems公司製造；KTF030N1)(商品名))進行1秒再加熱而形成外側非發 泡絕緣層3。以上述方式製造實施例6之絕緣電線。
(實施例7)
以下述方式製作圖2所示之絕緣電線。於1.0mm之圓形截面之銅製導體1之外周面塗佈實施例1中製備之內側非發泡絕緣層形成用聚醯胺醯亞胺清漆，將其於爐溫510℃下進行燒製而形成厚度3μm之內側非發泡絕緣層25。繼而，於內側非發泡絕緣層25上直接塗佈實施例1中製備之發泡聚醯胺醯亞胺清漆，將其於爐溫530℃下進行燒製而獲得形成有厚度19μm之發泡絕緣層2之成型體(底塗線)。繼而，以成為20μm之厚度之方式於爐溫530℃下進行燒製將HI-406(商品名，日立化成公司製造)被覆於該底塗線，其後利用加熱至600℃之管狀爐(Koyo Thermo Systems公司製造；KTF030N1(商品名))進行20秒再加熱而形成外側非發泡絕緣層3。以上述方式製造實施例7之絕緣電線。
(比較例1)
將發泡絕緣層之膜厚變更為80μm，並且不形成外側非發泡絕緣層，除此以外，以與實施例1相同之方式製造比較例1之絕緣電線。
(比較例2)
以與實施例1相同之方式獲得形成有內側非發泡絕緣層25及厚度5μm之發泡絕緣層之成型體(底塗線)。繼而，使用聚醯亞胺清漆(U imide)，以與實施例3相同之方式對該底塗線形成厚度100μm之外側非發泡絕緣層。以上述方式製造比較例2之絕緣電線。
(比較例3)
形成外側非發泡絕緣層時使用作為熱塑性樹脂之聚苯硫醚(PPS，DIC製造，商品名：FZ-2100)。
以與實施例2相同之方式獲得形成有內側非發泡絕緣層25及厚度80μm之發泡絕緣層之成型體(底塗線)。繼而，於模嘴溫度320℃、樹脂壓 30MPa下，藉由擠出機將上述PPS樹脂以成為厚度20μm之方式被覆該底塗線而形成外側非發泡絕緣層。以上述方式製造比較例3之絕緣電線。
(比較例4)
以與實施例1相同之方式於導體上形成內側非發泡絕緣層及厚度100μm之發泡絕緣層，進而於發泡絕緣層上塗佈於NMP 100g中溶解有PPSU 20g(Radel R(商品名)，Solvay公司製造)之液體，於510℃下進行燒製。以上述方式獲得形成有內側非發泡絕緣層、發泡絕緣層及密合層之成型體(底塗線)。繼而，以爐溫510℃下進行燒製而成為厚度3μm之方式將HI-406(商品名，日立化成股份有限公司製造)被覆於該底塗線以形成外側非發泡絕緣層3。以上述方式製造比較例4之絕緣電線。
(比較例5)
將發泡絕緣層之厚度變更為5μm，除此以外，以與實施例4相同之方式製造比較例5之絕緣電線。
(比較例6)
將內側非發泡絕緣層之厚度變更為5μm，不設置密合層，且將發泡絕緣層之厚度變更為30μm，進而將發泡絕緣層之空隙率設為82%，除此以外，以與實施例4相同之方式製造比較例6之絕緣電線。
將實施例1~7及比較例1~6中獲得之絕緣電線之物性及評價試驗結果示於第1表。評價方法係如下所述。
[空隙率、厚度、厚度比、平均氣泡直徑、玻璃轉移溫度、獨立氣泡之比例]
以上述方式對實施例及比較例中之各層之厚度、發泡絕緣層2之空隙率、形成發泡絕緣層2之熱硬化性樹脂之玻璃轉移溫度(第1表中記作Tg)、發泡絕緣層2之獨立氣泡之比例、及形成外側非發泡絕緣層3之樹脂之玻璃轉移溫度(第1表中記作Tg)進行測定。
又，關於發泡絕緣層2之平均氣泡直徑，係於發泡絕緣層2之厚度方向截面之掃描式電子顯微鏡(SEM)圖像中隨機選擇20個氣泡，使用圖像尺寸測量軟體(三谷商事公司製造之WinROOF)，以直徑測定模式算出平均之氣泡直徑，將獲得之值設為氣泡直徑。
進而，算出發泡絕緣層2之厚度與外側非發泡絕緣層3之厚度之比。
[厚度變形率之測定]
實施例及比較例中之厚度變形率係使用顯微鏡(KEYENCE公司製造，VHX-1000)來觀察。關於施加壓力前之狀態，係將絕緣電線包埋於環氧樹脂中，並以可觀察絕緣電線截面之方式垂直於線方向進行研磨。於對絕緣電線施加壓力之情形時，以2片不鏽鋼板(亦稱為SUS板)且利用萬能材料試驗器(島津製作所公司製造，商品名：Autograph AGS-H)，以1MPa壓縮絕緣電線，保持該狀態下將環氧樹脂灌入SUS板間並進行固化，從而獲得由SUS板、絕緣電線及環氧樹脂之硬化物所構成之樣品。與施加壓力前同樣地利用顯微鏡對截面進行測定，藉此，根據上述式算出壓縮前後之厚度變形率。
[局部放電起始電壓]
使用厚度變形率之測定中所製作的、施加壓力之狀態的樣品，對SUS板之一者配線接地電極，對導體1配線高壓電極，使用局部放電起始電壓裝置(菊水電子公司製造，KPD2050)，施加正弦波50Hz之交流電壓，一面連續地升壓，一面測定放電電荷量為10pC時之電壓(有效值)。將測定溫度設為25℃、50%RH。局部放電起始電壓係取決於絕緣皮膜之厚度(第1表之「合計厚度」)，但只要於將絕緣皮膜之厚度設為50μm時根據下述式所得之換算值為600V以上，則可認為不易產生局部放電。因此，評價係將該換算值為650V以上之情形設為「◎」，將為600~649V之情形設為「○」，將未達600V之情形設為「△」。
換算式：於設為50μm時之換算係根據Dakin之下述實驗式而進行。
[數1]V=163(t/ε)0.46
於上述實驗式中，V表示局部放電起始電壓，t表示絕緣層整體之厚度，ε表示絕緣層整體之相對介電常數。
「絕緣層整體之相對介電常數」係指藉由下述式，根據絕緣電線之靜電容量、導體及絕緣電線之外徑而算出之值。
式：εr*=Cp‧Log(b/a)/(2π ε0)
此處，εr*表示絕緣層整體之相對介電常數，Cp表示每單位長度之靜電容量[pF/m]，a表示導體之外徑，b表示絕緣電線之外徑，ε0表示真空之介電常數(8.855×10-12[F/m])。
絕緣電線之靜電容量係使用LCR HiTESTER(日置電機公司製造，型式3532-50(商品名：LCR HiTESTER))、及於常溫(25℃)之乾燥空氣中放置24小時以上之絕緣電線，將測定溫度設定為25℃及250℃，將絕緣電線放入設定為特定溫度之恆溫槽中，於溫度變得固定之時刻進行測定。
再者，於絕緣電線之截面並非圓形之情形時，例如為矩形之情形時，「絕緣層整體之相對介電常數」可利用絕緣層整體之靜電容量Cp為平坦部之靜電容量Cf與角部之靜電容量Ce之合計(Cp=Cf+Ce)而算出。具體而言，若將導體之直線部之長邊與短邊之長度設為L1、L2，將導體之角之曲率半徑設為R，將絕緣層整體之厚度設為T，則平坦部之靜電容量Cf及角部之靜電容量Ce係以下述式表示。根據該等式、實測之絕緣電線之靜電容量及絕緣層整體之靜電容量Cp(Cf+Ce)而算出εr*。
Cf=(εr*/ε0)×2×(L1+L2)/T
Ce=(εr*/ε0)×2π ε0/Log{(R+T)/R}
[鉛筆硬度]
於所製造之各絕緣電線之外側非發泡絕緣層上，於軸方向上切出切口，而僅將外側非發泡絕緣層剝離。將所剝離之外側非發泡絕緣層作為試片，實施利用JIS-K 5600-5-4所規定之鉛筆硬度法之硬度測定(漆包線)。鉛筆硬度測定器係使用電動鉛筆劃痕硬度試驗機(安田精機製作所公司製造；No.553-M1)。再者，鉛筆硬度係絕緣電線之耐損傷性之指標，若該鉛筆硬度為4H以上，則確認出耐損傷性優異。
[可撓性]
以下述方式對所製造之各絕緣電線之可撓性進行評價。即，於導線之截面形狀為圓形時，將絕緣電線捲繞於具有與絕緣電線之直徑相同尺寸之外徑之圓柱體(自徑捲繞)上，另一方面，於導線之截面形狀為矩形時，將絕緣電線捲繞於具有與絕緣電線之短邊長度相同尺寸之外徑之圓柱體上，利用顯微鏡(KEYENCE公司製造；VHX-2000(商品名))對捲繞之絕緣電線之外觀進行觀察。關於評價，將完全未見外觀變化之情形設為「◎」，將雖絕緣皮膜之顏色發生變化且於彎曲之外側部分產生褶皺，但不影響實用特性之情形設為「○」，將雖產生顏色變化且於皮膜之全周確認出褶皺，但不影響實用性之情形設為「△」，將絕緣皮膜產生龜裂、或導體露出之情形設為「×」。
[綜合評價]
對作為絕緣電線所必需之局部放電起始電壓、可撓性以及此次所解決之課題即導體占積率之提高及耐損傷性等馬達之效率提高實施關於重要項目之綜合評價，。將達到可充分用作馬達之較理想等級者設為「○」，將於任一項評價中被評價為「△」，無法解決本發明之課題，但不影響實用性之情形設為「△」，將於上述任一項目中存在缺陷或問題(×評價)者設為「×」。
根據第1表可知，具有截面為圓形或矩形之導體、具有15% 以上且50%以下之厚度變形率之發泡絕緣層2、及鉛筆硬度為4H以上之外側非發泡絕緣層3，且發泡絕緣層2與外側非發泡絕緣層3之厚度比處於20：80~80：20之範圍內的實施例1~7之絕緣電線，其局部放電起始電壓均較高，並且由規定壓力環境之崩潰所導致之發泡絕緣層2之厚度減少率亦較大，且於馬達成形時，不僅可使絕緣電線之截面面積中之導體截面面積比例相對增大，而且耐損傷性亦優異。因此，得知本發明之絕緣電線可有助於馬達線圈之小型化及高效率化。
另一方面，不具有外側非發泡絕緣層3之比較例1雖局部放 電起始電壓較高，但因沒有外膜，故無法滿足包含可撓性及耐損傷性之作為絕緣電線所必需之要件。
又，關於發泡絕緣層2之厚度較小且發泡絕緣層2與外側非發泡絕緣層3之厚度比不在20：80~80：20之範圍內的比較例2及比較例5，不僅無法使導體占積率縮小，而且無法達成絕緣層之低介電常數化，而局部放電起始電壓較小。又，關於發泡絕緣層2之厚度較大且發泡絕緣層2與外側非發泡絕緣層3之厚度比不在20：80~80：20之範圍內的比較例4，其外側非發泡絕緣層之硬度較小，無法使導體占積率縮小，而且亦無法滿足耐損傷性。進而，關於僅由熱塑性樹脂形成外側非發泡絕緣層之比較例3，其外側非發泡絕緣層之硬度較小，無法使導體占積率縮小，而且亦無法滿足耐損傷性。又，厚度變形率為55%之比較例6之可撓性較差。
如上所述，得知比較例1~6之絕緣電線均無法實現局部放電起始電壓及耐損傷性之改善、或馬達線圈之小型化或高效率化。
(實施例8)
使用實施例1之絕緣電線製造馬達。即，藉由利用捲線機將線圈捲繞於定子槽並插入槽中而製造馬達。再者，絕緣電線之末端部位於槽外而未 壓潰。確認出以上述方式製造之馬達於絕緣電線之末端部之局部放電受到抑制，且係小型且高效率之馬達。
實施例1及7之絕緣電線具有圖2所示之截面，該截面具有 內側非發泡絕緣層25、發泡絕緣層2及外側非發泡絕緣層3。實施例2及6之絕緣電線具有圖1所示之截面，該截面具有發泡絕緣層2及外側非發泡絕緣層3。實施例3之絕緣電線具有圖5所示之截面，該截面具有內側非發泡絕緣層25、發泡絕緣層2及外側非發泡絕緣層3。實施例4及5之絕緣電線具有圖6所示之截面，該截面具有內側非發泡絕緣層25、發泡絕緣層2、密合層35及外側非發泡絕緣層3。本發明之絕緣電線並不限定於該等，可採用具有發泡絕緣層及外側非發泡絕緣層之各種構成，例如分別示於圖1~圖6之絕緣電線中，亦可具有將發泡絕緣層於厚度方向上分割為複數層之至少1層之內部非發泡絕緣層。該內部非發泡絕緣層除所限制之位置以外，基本上與內側非發泡絕緣層25相同。
本發明並不限定於上述實施態樣，於本發明之技術事項之範圍內可進行各種變更。
[產業上之可利用性]
本發明可利用於以汽車為首之各種電氣、電子機器等需要耐電壓性或耐熱性之領域。將本發明之絕緣電線用於馬達或變壓器等，而可提供高性能之電氣、電子機器。尤其是本發明之絕緣電線可較佳地用作HV或EV之驅動馬達用之捲線。
將本發明與其實施態樣一併進行了說明，但發明人認為，只要未特別指明，則即使在說明本發明之任一細部中，皆非用以限定本案發明，且只要不違反隨附申請專利範圍所示之發明精神與範圍之情況下，應作最大範圍之解釋。
本申請案係基於2013年2月7日於日本提出專利申請之日 本特願2013-022741而主張優先權，本發明係參照此申請案並將其內容加入作為本說明書記載之一部份。
1‧‧‧導體
2‧‧‧(發泡)絕緣層
3‧‧‧外側非發泡絕緣層
25‧‧‧內側非發泡絕緣層
35‧‧‧密合層

Claims (6)

  1. 一種絕緣電線，係具備：導體、直接或間接被覆該導體之外周面的含有發泡熱硬化性樹脂之絕緣層、及直接或間接被覆該絕緣層之外周面之外側非發泡絕緣層，且於25℃下施加1MPa之壓力時之上述絕緣層之厚度變形率為15%以上且50%以下，上述外側非發泡絕緣層之鉛筆硬度為4H以上，且上述絕緣層之厚度與上述外側非發泡絕緣層之厚度之比為20：80~80：20。
  2. 如申請專利範圍第1項之絕緣電線，其中，上述熱硬化性樹脂之玻璃轉移溫度為150℃以上。
  3. 如申請專利範圍第1項之絕緣電線，其中，上述絕緣層含有獨立氣泡。
  4. 如申請專利範圍第1項之絕緣電線，其中，上述絕緣層之空隙率為10%以上。
  5. 如申請專利範圍第1項之絕緣電線，係用作馬達線圈用之捲線。
  6. 一種馬達，係將申請專利範圍第1至5項中任一項之絕緣電線於使該絕緣電線之外徑縮徑之方向施加壓力而使上述絕緣層之厚度減少之狀態下捲繞於定子槽中而成。
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