TW202216440A - 導體與絕緣被膜之積層體、線圈、旋轉電機、絕緣塗料及絕緣膜 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種積層體，其具備導體與含金屬氫氧化物水合物之絕緣被膜，並且，該積層體可維持針對局部放電之抑制侵蝕的效果，同時可提升電性特性及物理特性等性能，進而削減了製造成本。 本發明之積層體，至少具備導體與絕緣被膜；絕緣被膜包含第1絕緣被膜及第2絕緣被膜；第2絕緣被膜係由含金屬氧化物水合物之樹脂組成物構成；在樹脂組成物中，金屬氧化物水合物之含量相對於樹脂100質量份為6~50質量份；第2絕緣被膜之厚度為5µm以上；第2絕緣被膜之厚度比率小於絕緣被膜之整體厚度的75%；並且，若積層體暴露於由變頻突波所產生之局部放電，絕緣被膜會形成無機絕緣層。

Description

導體與絕緣被膜之積層體、線圈、旋轉電機、絕緣塗料及絕緣膜

本發明涉及導體與絕緣被膜之積層體、線圈、旋轉電機、絕緣塗料及絕緣膜。

用於馬達等電性機器的電線係採用藉由將絕緣塗料塗佈於導體表面並燒附而形成有絕緣層的電線，該絕緣塗料係已使聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺等樹脂或樹脂前驅物溶解於有機溶劑者。

在運轉電壓高之電性機器、譬如在高電壓下使用的馬達等中，會對構成線圈之絕緣電線施加高電壓，若鄰接的絕緣電線彼此或在絕緣被膜中存在微小空隙，有時電場會集中於該部分而發生局部放電。由所述局部放電會使絕緣被膜發生劣化，在早期便發生線圈的絕緣破壞，而有電性機器損壞之問題。

又，近年來，在藉由為了節省能源及可變速所使用之逆變器來驅動馬達等的系統中，即使在被歸類為低電壓驅動之機器中，驅動電壓在極短時間內反覆產生急遽的過電壓(所謂的變頻突波(inverter surge))而引起絕緣破壞之案例也逐漸增多。該絕緣破壞係由變頻突波而反覆產生的過電壓所引起的局部放電所導致。

作為提升針對該局部放電之供電壽命的方法，已發現當絕緣被膜充填有金屬氧化物水合物時，可有效抑制由局部放電所造成的侵蝕(專利文獻1)。 先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特許第6567797號

發明欲解決之課題 本發明目的在於提供一種積層體，其具備導體與含金屬氫氧化物水合物之絕緣被膜，並且，該積層體可維持針對局部放電之抑制侵蝕的效果，同時可提升電性特性及物理特性等性能，進而削減了製造成本。且更進一步，本發明目的亦在於提供一種將該積層體作為絕緣電線來使用之線圈、旋轉電機，此外還有用以形成該積層體之絕緣塗料、絕緣膜。

用以解決課題之手段 本案發明人等為了解決上述課題而專心致力研討。結果發現一種積層體，至少具備導體與絕緣被膜，絕緣被膜包含第1絕緣被膜及第2絕緣被膜，第2絕緣被膜係由含金屬氧化物水合物之樹脂組成物構成，在樹脂組成物中，金屬氧化物水合物之含量相對於樹脂100質量份為6~50質量份，第2絕緣被膜之厚度為5µm以上，第2絕緣被膜之厚度比率小於絕緣被膜之整體厚度的75%。並且發現若積層體暴露於由變頻突波所產生之局部放電，該絕緣被膜會形成無機絕緣層，可維持針對局部放電之抑制侵蝕的效果，同時可提升電性特性及物理特性等性能，進而可削減製造成本。本發明係基於所述見解經由進一步反覆研討而完成的發明。

亦即，本發明提供具備下述構成之發明。 項1.一種積層體，至少具備導體與絕緣被膜； 前述絕緣被膜包含第1絕緣被膜及第2絕緣被膜； 前述第2絕緣被膜係由含金屬氧化物水合物之樹脂組成物構成； 在前述樹脂組成物中，前述金屬氧化物水合物之含量相對於樹脂100質量份為6~50質量份； 前述第2絕緣被膜之厚度為5µm以上； 前述第2絕緣被膜之厚度比率小於前述絕緣被膜之整體厚度的75%；並且， 若前述積層體暴露於由變頻突波所產生之局部放電，前述絕緣被膜會形成無機絕緣層。 項2.如項1之積層體，其中前述第1絕緣被膜係以不含填料之樹脂構成。 項3.如項1或2之積層體，其中前述第2絕緣被膜未與前述導體接觸。 項4.如項1至3中任一項之積層體，其中前述第1絕緣被膜及前述第2絕緣被膜各自含有共通之樹脂。 項5.如項1至4中任一項之積層體，其中前述金屬氧化物水合物為氧化鋁水合物。 項6.如項1至5中任一項之積層體，其中構成前述樹脂組成物及絕緣被膜之樹脂係選自於由以下所構成群組中之至少1種：甲醛樹脂、聚胺甲酸酯、環氧樹脂、聚酯、聚酯醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺及該等之前驅物。 項7.如項1至6中任一項之積層體，其為絕緣電線或膜之形態。 項8.一種線圈，包含如項7之絕緣電線。 項9.一種旋轉電機，包含如項8之絕緣電線。 項10.一種絕緣塗料，係用以製造如項1至7中任一項之積層體，且含有含金屬氧化物水合物之樹脂組成物。 項11.一種絕緣膜，係用以形成如項1至7中任一項之積層體的絕緣被膜，且藉由含金屬氧化物水合物之樹脂組成物所形成。

發明效果 根據本發明，可提供一種積層體，其具備導體與含金屬氫氧化物水合物之絕緣被膜，並且，該積層體可維持針對局部放電之抑制侵蝕的效果，同時可提升電性特性及物理特性等性能，進而削減了製造成本。且更進一步，根據本發明亦可提供一種將該積層體作為絕緣電線來使用之線圈、旋轉電機，此外還有用以形成該積層體之絕緣塗料、絕緣膜。

用以實施發明之形態 以下，詳細說明本發明之積層體、線圈、旋轉電機、絕緣塗料及絕緣膜。又，在本說明書中，以「~」連結之數值意指包含「~」前後之數值作為下限值及上限值之數值範圍。當個別記載有複數個下限值與複數個上限值時，可選擇任意的下限值與上限值且以「~」連結。

本發明之積層體係至少具備導體與形成於導體之上方之絕緣被膜的積層體。在本發明之積層體中，絕緣被膜至少由2層來構成。亦即，絕緣被膜包含第1絕緣被膜及第2絕緣被膜。第2絕緣被膜係由含金屬氧化物水合物之樹脂組成物構成。並且，在該樹脂組成物中，相對於樹脂組成物所含之樹脂100質量份，金屬氧化物水合物之含量為6~50質量份。第2絕緣被膜之厚度為5µm以上，且第2絕緣被膜之厚度比率小於絕緣被膜之整體厚度的75%。而且，若積層體暴露於由變頻突波所產生之局部放電，絕緣被膜會形成無機絕緣層。本發明之積層體藉由具備該等構成，可維持該積層體之針對局部放電之抑制侵蝕的效果，同時可提升電性特性及物理特性等性能，而且可削減製造成本。更具體而言，例如在具備導體與形成於導體之上方之絕緣被膜的積層體中，相較於僅以第2絕緣被膜來構成絕緣被膜的情況，可將針對局部放電之抑制侵蝕的效果維持在同等以上，同時可提升電性特性及物理特性等性能，而且還可削減製造成本。以下，一邊參照圖1~5一邊詳述本發明之積層體。

又，在本發明中，「變頻突波」係指藉由逆變器之切換所產生之與驅動電壓重疊之急遽過電壓。逆變器之切換頻率係從較慢的1kHz左右起在高速下會達到100kHz，因此變頻突波的發生頻率也同樣係從1kHz左右起至極高頻率之100kHz。另外，關於電壓，係從與產業用變頻馬達之驅動電壓400V重疊時之600V左右到與高電壓驅動用變頻馬達之動作電壓重疊之3kV左右的電壓。

本發明之積層體10的積層結構若為導體1與包含第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22之絕緣被膜2的積層體，則無特別限制。譬如，本發明之積層體10可如圖1所示這般為膜的形態，該膜至少具有導體1與積層於導體1之上方之絕緣被膜2。另外，本發明之積層體10亦可如圖2~4所示這般為絕緣電線的形態，該絕緣電線之中心部分具有導體1且於該導體1周圍形成有絕緣被膜2。將本發明之積層體10設為絕緣電線的形態時，截面形狀並無特別限制，可列舉圓形、橢圓形、多角形(可為矩形，亦可為特異形狀)等。圖2~3中顯示截面為圓形之絕緣電線。另外，圖4中顯示截面為大致四角形之絕緣電線。

絕緣被膜2所包含之第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22係互相不同的被膜(層)。第1絕緣被膜21與第2絕緣被膜22之詳細內容將於後說明，惟第1絕緣被膜21與第2絕緣被膜22宜由不同材料來構成。

第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22之積層順序並無限制，可從導體1側起依序積層有第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22，亦可從導體1側起依序積層有第2絕緣被膜22及第1絕緣被膜21。從可更適宜地發揮本發明效果之觀點來看，宜從導體1側起依序積層有第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22。並且，從相同觀點來看，第1絕緣被膜21與第2絕緣被膜22宜相鄰接。再者，從相同觀點來看，第2絕緣被膜22宜未與導體1接觸。

絕緣被膜2可僅由第1絕緣被膜21與第2絕緣被膜22來構成(亦即2層結構)，亦可更包含有1層以上其他絕緣被膜(亦即3層以上之結構)。其他絕緣被膜譬如若為如第1絕緣被膜21、第2絕緣被膜22或後述之絕緣層3、4這般具備不會阻礙本發明效果之絕緣性的被膜即可。

本發明之積層體10除了導體1與絕緣被膜2之外，亦可更進一步包含其他層。其他層可舉例如絕緣層3、4。例如，圖3中顯示一種積層體10(絕緣電線)，其具備：導體1、形成在其周圍之絕緣層3及更進一步形成在其周圍之絕緣被膜2。另外，圖4中顯示一種積層體10(絕緣電線)，其具備：導體1、形成在其周圍之絕緣層3、形成在其周圍之絕緣被膜2及更進一步形成在其周圍之絕緣層4。又，構成絕緣層3、4之素材可舉後述之耐熱性樹脂等。

絕緣層3、4各自可由與第1絕緣被膜21或第2絕緣被膜22相同之材料構成，亦可由其他絕緣材料構成。並且，絕緣層3與絕緣層4可由相同材料構成，亦可由其他絕緣材料構成。另外，絕緣層3、4各自可設置在絕緣被膜2之下方(亦即，導體1側)，亦可設置在絕緣被膜2之上方(亦即，與導體1側相反之側)。

又，其他層還可舉於導體1表面與絕緣被膜2之間所形成之藉由與導體1不同之金屬所成之鍍敷層等。

構成導體1之素材若為導電性材料則無特別限制，可舉例如銅(低氧銅、無氧銅或銅合金等)，其他還有鋁、銀、鎳、鐵等金屬。構成導體1之素材可因應本發明之用途來適當選擇。

導體1之尺寸(厚度、直徑等)可因應積層體10之應用對象來適當調整。舉例來說，積層體10若為絕緣電線，直徑譬如為0.02~3.2mm。又，積層體10若為膜，導體1之厚度譬如為0.02~1.0mm。

第1絕緣被膜21宜由樹脂構成。樹脂為耐熱性優異的樹脂(耐熱性樹脂)即可，譬如可採用使用於公知絕緣電線等之樹脂。樹脂之具體例可列舉甲醛樹脂、聚胺甲酸酯、環氧樹脂、聚酯、聚醯胺、聚酯醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺等或該等之前驅物。該等中，從更提高耐熱性之觀點來看，宜使用聚酯醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺等醯亞胺系樹脂。構成第1絕緣被膜21之樹脂可為1種，亦可為2種以上。

醯亞胺系樹脂可舉使公知之二胺與酸酐脫水縮合後之芳香族聚醯亞胺。前述公知之二胺可舉4,4'-二胺基二苯基醚等，前述酸酐可舉焦蜜石酸酐、聯苯四甲酸二酐等。前述醯亞胺系樹脂亦可使用市售物，市售物可列舉以下諸等：Pyre-ML RC-5019(股份公司IST製)、TORAYNEECE#3000(TORAY INDUSTRIES, INC.製)、UPIA(註冊商標)-AT、UPIA(註冊商標)-ST(宇部興產股份公司製)、PIQ(日立化成工業股份公司製)、SPI-200N、SPI-300N(新日鐵化學股份公司製)、RICACOAT SN-20(新日本理化股份公司製)、Neoheat8600(東特塗料股份公司製)、HPC-5012(Showa Denko Materials co., Ltd.製)。該等可單獨使用，或者可混合2種以上來使用。作為混合有2種之例，可混合Pyre-ML RC-5019與UPIA-AT。又，於第1絕緣被膜21中，在不使第1絕緣被膜21之性能降低的範圍內可混合無機或有機的填料、氣泡作為第3成分，而從電性特性、物理特性及成本的觀點來看，宜不含無機或有機填料。

第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22各自亦可含有共通之樹脂。從提高第1絕緣被膜21與第2絕緣被膜22之密著性的觀點來看，第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22所含之樹脂宜為同種類的樹脂。當構成第2絕緣被膜22之樹脂組成物所含之樹脂為醯亞胺系樹脂時，構成第1絕緣被膜21之樹脂亦宜為醯亞胺系樹脂。若第1絕緣被膜21與第2絕緣被膜22之密著性低，在其等之間會產生空隙而對局部放電之耐性下降，在被膜之間恐會發生剝離。

第1絕緣被膜21之厚度並無特別限定，在由第2絕緣被膜22所帶來之耐局部放電性不會降低的範圍內越厚越好。第1絕緣被膜21之厚度宜為2~150µm，較佳為10~100µm，更佳為15~80µm。

第1絕緣被膜21譬如可藉由將已將前述樹脂溶解或分散於溶劑中之絕緣塗料塗佈及燒附而形成。作為用以使耐熱性樹脂溶解或分散之溶劑，主要適合使用以甲酚為主體之酚類、芳香族系醇類、NMP(N-甲基-2-吡咯啶酮)、DMAC(N,N-二甲基乙醯胺)、DMF(N,N-二甲基甲醯胺)、DMI(1,3-二甲基-2-咪唑啶酮)、碳酸酯系溶劑、內酯系溶劑、甘醇醚系等高沸點溶劑。為了分散穩定化，絕緣塗料中亦可微量含有酸成分或鹼成分。同樣地亦可含有水、低沸點醇或有助於降低絕緣塗料黏度之低黏度溶劑等。又，為了疏水化或改善分散性，於絕緣塗料中亦可視需求添加分散劑或表面處理劑。

第2絕緣被膜22係由至少含有耐熱性樹脂及金屬氧化物水合物之樹脂組成物所構成。耐熱性樹脂為耐熱性優異的樹脂(耐熱性樹脂)即可，其可採用使用於公知絕緣電線等之公知樹脂。耐熱性樹脂之具體例可例示與在第1絕緣被膜21中所例示之樹脂相同之物。第2絕緣被膜22所含之耐熱性樹脂可為1種，亦可為2種以上。

另外，在調製用以形成第2絕緣被膜22之絕緣塗料時，耐熱性樹脂可以經溶解或分散於溶劑中之形態(樹脂清漆等)來使用。並且，如後述，宜於絕緣塗料中進一步使金屬氧化物水合物分散後，再用於形成第2絕緣被膜22。

從利用局部放電來適當形成無機絕緣層而做成耐局部放電特性優異之積層體的觀點來看，第2絕緣被膜22中之耐熱性樹脂含量之下限宜為50質量%且較佳為60質量%，上限宜為94質量%，較佳為90質量%，更佳為85質量%。

金屬氧化物水合物若為在本發明積層體之絕緣被膜2暴露於局部放電後，於形成有絕緣被膜2之部分的一部分會形成後述無機絕緣層者即可。尤其，從可形成牢固的無機絕緣層這點來看，金屬氧化物水合物宜為氧化鋁水合物。氧化鋁水合物可舉例如三羥化物(trihydroxide)(Al(OH) ₃)以及羥基氧化鋁(AlO(OH))之2個變形、軟水鋁石(γ-羥基氧化鋁)及一水硬鋁石(α-羥基氧化鋁)。另，軟水鋁石可分類成擬結晶性軟水鋁石及微結晶性軟水鋁石，在本發明中不論何者皆可使用。另，若積層體10暴露於由變頻突波所產生之局部放電，則可形成由其他金屬氧化物水合物及金屬氧化物中之至少一者所構成的無機絕緣層，該其他金屬氧化物水合物係與第2絕緣被膜22之金屬氧化物水合物不同者。該現象譬如係與以下現象類似：氧化鋁水合物經加熱而脫水，形成與原本之氧化鋁水合物不同之氧化鋁水合物或氧化鋁氧化物的現象。第2絕緣被膜22所含之金屬氧化物水合物可為1種，亦可為2種以上。

金屬氧化物水合物宜以微粒子之形態被含於絕緣被膜2中，且若會均勻分散於絕緣被膜2中即可，其粒徑例如宜為100nm以下。又，金屬氧化物水合物之形狀亦無特別限制，不過從容易形成無機絕緣層這點來看，宜為長寬比(一邊/厚度)大的扁平狀微粒子，且長寬比宜為4~200。

金屬氧化物水合物宜於絕緣被膜2中以奈米尺寸均勻分散。其分散狀態可利用TEM來觀察，譬如宜無法觀察到金屬氧化物水合物粒徑的5倍以上粒徑之凝集的粒子。當存在凝集的粒子時，局部放電會集中在凝集之部分，恐無法形成無機絕緣層而達至絕緣破壞。此處所謂的奈米尺寸係指500nm以下之分散粒徑。

將金屬氧化物水合物與樹脂混合之方法若會使金屬氧化物水合物均勻分散於第2絕緣被膜22中即可，宜使用金屬氧化物水合物溶膠。藉由使用金屬氧化物水合物溶膠，可容易使金屬氧化物水合物均勻分散於第2絕緣被膜22中。若使用金屬氧化物水合物粉體或凝膠，於第2絕緣被膜22中會生成金屬氧化物水合物之凝集物，局部放電集中在凝集之部分，恐無法形成無機絕緣層而達至絕緣破壞。

第2絕緣被膜22中之金屬氧化物水合物含量相對於樹脂100質量份為6~50質量份。下限較佳為10質量份，更佳為15質量份。且，上限較佳為50質量份，更佳為30質量份。金屬氧化物水合物含量若少於6質量份，恐會在短時間內達至絕緣破壞。若多於50質量份，絕緣被膜2就會失去柔軟性，可撓性恐會降低。

在調製用以形成第2絕緣被膜22之絕緣塗料時，宜做成在溶劑中溶解或分散有耐熱性樹脂且分散有金屬氧化物水合物之絕緣塗料，並將其塗佈及燒附，藉此形成絕緣被膜2。作為用以使耐熱性樹脂溶解或分散並同時使金屬氧化物水合物適當分散之溶劑，主要適合使用以甲酚為主體之酚類、芳香族系醇類、NMP(N-甲基-2-吡咯啶酮)、DMAC(N,N-二甲基乙醯胺)、DMF(N,N-二甲基甲醯胺)、DMI(1,3-二甲基-2-咪唑啶酮)、碳酸酯系溶劑、內酯系溶劑、甘醇醚系等高沸點溶劑。為了分散穩定化，絕緣塗料中亦可微量含有酸成分或鹼成分。同樣地亦可含有水、低沸點醇或有助於降低絕緣塗料黏度之低黏度溶劑等。又，於絕緣塗料中可視需求混合其他金屬氧化物溶膠，亦可為了疏水化或改善分散性，添加分散劑或表面處理劑。

已知一般的絕緣被膜所含之樹脂的絕緣破壞電壓等電性能或可撓性等機械性能優異，然而於絕緣層中混合金屬氧化物等填料時，其比率愈增加，該等性能愈降低。第2絕緣被膜22所含之金屬氧化物水合物的情況亦相同，以電性能而言，絕緣破壞電壓、局部放電開始電壓(PDIV)及局部放電消失電壓(PDEV)恐會較未混合金屬氧化物水合物之絕緣被膜降低，以機械性性能而言，可撓性有較未混合金屬氧化物水合物之絕緣被膜降低之傾向。

該等性能降低的情況係與由含金屬氧化物水合物之樹脂組成物所構成之第2絕緣被膜22的厚度相對於絕緣被膜2之整體厚度的比率成正比，因此若使第2絕緣被膜22的厚度變薄，便能抑制性能的降低。然而，若使第2絕緣被膜22變薄，會使耐局部放電性明顯降低。為了維持充分的耐局部放電性同時維持其他電性能及機械性能，所需之第2絕緣被膜22的厚度為5µm以上，且宜為10µm以上。又，為了維持耐局部放電性以外的電性能與機械性能，由含金屬氧化物水合物之樹脂組成物所構成之第2絕緣被膜22的厚度相對於絕緣被膜2之整體厚度小於75%，且宜為50%以下，較佳為25%以下。具體而言，例如絕緣被膜2之整體厚度若為37µm，則第2絕緣被膜22的厚度宜為28µm以下，較佳為20µm以下。

另外，金屬氧化物水合物較樹脂更昂貴，且還需要將金屬氧化物水合物與樹脂均勻混合之操作，因此一般而言形成第2絕緣被膜22的成本係較形成第1絕緣被膜21的成本更高。基於該等情事，而亦將第2絕緣被膜22的厚度設為5µm以上，並且將第2絕緣被膜22的厚度比率設定成小於絕緣被膜2之整體厚度的75%，藉此，從耐絕緣破壞性及成本的觀點來看便會成為優異之絕緣被膜2。

另外，一般而言填料較有機樹脂更昂貴，而且需有將其混合於樹脂中的操作，因此混合有填料之樹脂組成物的價格會變高。由此，從成本的觀點來看，前述第1絕緣被膜21宜由不含填料之樹脂構成。

又，譬如相較於僅以由含金屬氧化物水合物之樹脂組成物所構成之絕緣被膜與導體構成之積層體，本發明之積層體10可發揮優異的耐局部放電性。雖然其原理尚不明確，但可認為是與PDIV或PDEV有關。若PDIV或PDEV升高，在對積層體施加電壓時，施加於空間之電壓(供電電壓-PDIV或供電電壓-PDEV)會變低，亦即放電之電壓會變低。據此，可認為本發明之積層體10的耐局部放電性提升。

若本發明之積層體10暴露於由變頻突波所產生之局部放電，則於第2絕緣被膜22之一部分會形成無機絕緣層。無機絕緣層係由其他金屬氧化物水合物及金屬氧化物中之至少一者所構成，該其他金屬氧化物水合物係與構成第2絕緣被膜22之樹脂組成物所含之金屬氧化物水合物不同者。更具體而言，若積層體10暴露於由變頻突波所產生之局部放電，在絕緣被膜2之產生了局部放電的區域中會形成無機絕緣層。在絕緣被膜2之產生了局部放電的區域中，絕緣被膜因局部放電而被略微地侵蝕。

無機絕緣層譬如係形成於絕緣被膜2之與導體1側相反之側。因此，在此情況下，在本發明之積層體10暴露於由變頻突波所產生之局部放電而形成了無機絕緣層後，本發明之積層體10會成為至少具備導體1、絕緣被膜2及無機絕緣層的積層體10，該絕緣被膜2形成於導體1之上方，該無機絕緣層形成於絕緣被膜2之一部分(更具體而言為第2絕緣被膜22之上側)中。

又，在本發明之積層體10中，因前述局部放電而形成之無機絕緣層例如係形成以肉眼也能確認之程度的明確的層(例如，可作為白色的層被觀察到)。

從做成耐局部放電特性優異之積層體的觀點來看，無機絕緣層之厚度下限宜為50nm，較佳為100nm。並且，無機絕緣層之厚度若大於100nm，供電壽命會急遽地延長。亦即，障蔽局部放電且抑制由局部放電所致之絕緣破壞的效果顯著。如同前述，在耐熱性樹脂部分消失的同時會形成無機絕緣層，其厚度會依由局部放電所致之耐熱性樹脂部分的消失量、金屬氧化物水合物含量、絕緣被膜2之設計厚度及實際施加的電場強度等而改變。另，無機絕緣層之厚度上限譬如為5µm。

例如，在進行電性機器(譬如旋轉電機)之線圈的絕緣設計時，係依據實際施加之電場強度與電性機器之保證壽命期間來決定所需之無機絕緣層厚度。前述厚度係以成為因應電性機器種類之絕緣被膜2以及無機絕緣層之厚度的方式來適當設計。

無機絕緣層中可包含空隙，且無機絕緣層之空隙率宜為20%以下。無機絕緣層愈細緻，抑制由局部放電所致之絕緣破壞的效果愈顯著。

本發明之無機絕緣層係藉由積層體暴露於由變頻突波所產生之局部放電，而形成於絕緣被膜2之一部分中。該局部放電例如會在頻率為1kHz~100kHz且電壓為600V~3kV的情況下形成。

本發明之積層體10可藉由於導體1之上方至少積層第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22來製造。第1絕緣被膜21可藉由塗佈含前述樹脂之絕緣塗料並進行燒附來形成。第2絕緣被膜22可藉由塗佈含樹脂及金屬氧化物水合物之絕緣塗料並進行燒附來形成。例如，若為在導體1之表面積層第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22的情況，可藉由以下方式來形成：在導體1之表面塗佈用以形成第1絕緣被膜21之絕緣塗料並進行燒附後，再塗佈用以形成第2絕緣被膜22之絕緣塗料並進行燒附。又，其為積層有第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22之絕緣被膜這點，譬如可藉由光學顯微鏡之觀察來判斷。

絕緣塗料之塗佈方法可舉出利用塗佈機來塗佈之方法、利用浸塗機或模具反覆塗佈乾燥而獲得預定厚度之被膜的方法、藉由噴霧所行之塗裝等，並無特別限定。另外，燒附例如可藉由在高溫(例如300℃以上)下加熱預定時間來進行。第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22之形成，各自可藉由重複複數次塗佈及加熱之一連串操作直到各被膜成為預定厚度來進行。又，在第2絕緣被膜22之成形中，燒附溫度與時間係依據金屬氧化物水合物之種類，設定成金屬氧化物水合物不會因熱而變質成其他金屬氧化物水合物或金屬氧化物的溫度與時間。

譬如，若為要將本發明之積層體10做成絕緣電線之形態的情況，可在導體1之外周上或在被覆導體1之外周的其他層上塗佈絕緣塗料並進行燒附，重複進行該操作來形成絕緣被膜2，而製造出絕緣電線。如前述，第1絕緣被膜21及第2絕緣被膜22之形成，各自可藉由以下方式來進行：將絕緣塗料以預定厚度塗佈於導體1上，並在高溫(例如300~500℃以上)下加熱預定時間(例如1~2分鐘)，重複該一連串操作(塗佈及加熱)複數次(譬如10~20次)直到成為預定厚度之被膜為止。

本發明之線圈可藉由將前述絕緣電線捲繞於芯體來形成。另外，本發明之旋轉電機係將本發明之線圈使用於馬達等而成者。亦即，本發明之旋轉電機可使用本發明之絕緣電線來做成旋轉電機，亦可藉由在使用導體1形成旋轉電機後，於導體1之表面形成絕緣被膜2而形成了電線。

旋轉電機可舉例如馬達、發電機(generator)等。 [實施例]

以下，利用實施例更進一步具體說明本發明，惟本發明並不限定於該等實施例。

＜聚醯亞胺塗料＞ (聚醯亞胺塗料1) 於具備攪拌機與溫度計之10L的4口燒瓶中饋入4,4'-二胺基二苯基醚400.8g及NMP 4109g，並在氮中一邊攪拌一邊升溫至40℃使其溶解。接著，在溶解液中慢慢地添加焦蜜石酸酐220.0g與聯苯四甲酸二酐279.5g。在結束添加後，攪拌1小時而獲得下述式(I)所示之芳香族聚醯胺酸以18.0質量%的濃度溶解而成之聚醯亞胺塗料。又，下述式(I)中，n為2以上之整數。

[化學式1]

(聚醯亞胺塗料2) 使用股份公司IST製之Pyre-ML RC-5019。

＜絕緣塗料＞ 以下，以各自成為表1之組成的方式製造出絕緣塗料1~4。

[表1]

(絕緣塗料1) 於聚醯亞胺塗料1中，以相對於其樹脂成分80質量份使氧化鋁水合物之軟水鋁石(粒徑約10nm×50nm，厚度約1~5nm，長寬比(長邊/厚度)10~50之長方形的平板狀粒子)成為20質量份之方式加以混合，使其均勻分散而獲得絕緣塗料1。又，在混合時，軟水鋁石係使用預先分散於NMP後之溶膠。又，為了防止凝膠化，在軟水鋁石溶膠中，相對於軟水鋁石100質量份加入了6質量份之磷酸乙酯(酸式磷酸乙酯(Ethyl Phosphate(Mono- and Di- Ester mixture)，東京化成工業製，單酯含量35.0~47.0%，二酯含量53.0~67.0%)。

(絕緣塗料2) 除了使用聚醯亞胺塗料2取代聚醯亞胺塗料1，且相對於其樹脂成分85質量份將軟水鋁石設為15質量份以外，以與絕緣塗料1同樣方式獲得了絕緣塗料2。

(絕緣塗料3) 將聚醯亞胺塗料1直接作為絕緣塗料3使用。

(絕緣塗料4) 將聚醯亞胺塗料2直接作為絕緣塗料4使用。

＜製造積層有導體及絕緣膜的電線＞ (實施例1) 使用絕緣塗料2與絕緣塗料4，以成為表2之結構的方式製作出在導體(直徑約1mm之銅線)之表面具有厚度37µm之絕緣被膜的絕緣電線。具體而言，係重複以下步驟直到第1絕緣被膜成為表2之厚度為止：將用以形成第1絕緣被膜之絕緣塗料4塗佈於銅導體(直徑約1mm)後，一邊從入口350℃連續地使溫度上升至出口420℃，一邊在約1分鐘內進行燒附。接著，以相同方法塗佈用以形成第2絕緣被膜之絕緣塗料2並進行燒附，反覆進行直到第2絕緣被膜成為表2之厚度為止，而製作出絕緣電線，該絕緣電線係於導體表面具有厚度37µm之絕緣被膜(包含僅以聚醯亞胺構成之第1絕緣被膜、與由含氧化鋁水合物15質量份%之聚醯亞胺樹脂組成物所構成之第2絕緣被膜)者。

(實施例2) 以成為表2所記載之厚度的方式，與實施例1同樣地製作出絕緣電線。

(實施例3) 以成為表2所記載之厚度的方式，與實施例1同樣地製作出絕緣電線。

(比較例1) 將絕緣塗料2塗佈於導體(直徑約1mm之銅線)後，一邊從入口350℃連續地使溫度上升至出口420℃，一邊在約1分鐘內進行燒附，重複該步驟而製作出絕緣電線，該絕緣電線係於導體表面具有厚度37µm之絕緣被膜(包含由含氧化鋁水合物15質量份%之聚醯亞胺樹脂組成物所構成之第2絕緣被膜)者。

(比較例2) 除了取代絕緣被膜2而使用絕緣被膜4以外，以與比較例1同樣方式製作出絕緣電線，該絕緣電線係於導體表面具有厚度37µm之絕緣被膜(包含僅以聚醯亞胺構成之第1絕緣被膜)者。

＜製造積層有導體與絕緣被膜之膜＞ (實施例4) 使用絕緣塗料1及絕緣塗料3來製造導體與絕緣被膜之積層膜。具體而言，係以成為表3所記載之厚度的方式，在作為導體之鋁箔(厚度300µm)之表面均勻塗佈絕緣塗料3，並在溫度300℃下燒附1小時而形成第1絕緣被膜。接著，在第1絕緣被膜之上方同樣地塗佈絕緣塗料1並進行燒附，藉此形成第2絕緣被膜，而製作出於導體表面積層有絕緣被膜(合計厚度50µm)之膜。

(實施例5) 以成為表3所記載之厚度的方式，與實施例4同樣地製作出膜。

(實施例6) 以成為表3所記載之厚度的方式，與實施例4同樣地製作出膜。

(實施例7) 以成為表3所記載之厚度的方式，與實施例4同樣地製作出膜。

[評估] ＜可撓性評估＞ 針對在前述獲得之各電線以及各個膜分別根據以下方法評估可撓性。將結果列示於表2及表3。針對電線，係依據JIS C3216-5-1捲附試驗來進行試驗。又，針對膜，係依據JIS K5600-5-1之圓筒形心軸彎曲試驗法來進行試驗。

＜局部放電暴露試驗及V-t特性評估、確認無機絕緣層之形成＞ 針對在前述獲得之各個膜，根據以下方法進行局部放電暴露試驗及V-t特性評估(電壓-局部放電壽命時間特性試驗)。試驗方法係使用各個膜，利用棒電極在電極與膜之間施加電壓。具體之試驗方法係如圖5所示這般在不鏽鋼製底座33上設置了形成有絕緣被膜2之鋁板(導體1)。從其上方依序載置金屬球32(2mmφ)與銅管31，利用本身重量按壓來固定。藉由將銅管31與鋁板(導體1)連接電源，來將金屬球32做成高電壓電極且將鋁板(導體1)做成低電壓電極。電壓係使用日新脈衝電子股份公司之逆變脈衝產生器PG-W03KP-A，產生脈衝寬度5µs且頻率10kHz之兩極性方形波來施加。

又，針對在前述獲得之各電線，根據以下方法進行局部放電暴露試驗及V-t特性評估(電壓-局部放電壽命時間特性試驗)。使用各電線，依循JIS C 3216製作出雙絞線試料，且於2線之間施加電壓。電壓係使用日新脈衝電子股份公司之逆變脈衝產生器PG-W03KP-A，產生脈衝寬度5µs且頻率10kHz之兩極性方形波來施加。V-t特性試驗係施加2.0kVp、2.5kVp之電壓，計測試樣達至絕緣破壞為止的時間。並且，在所有試樣中，以目視觀察施加2.5kVp後之試樣，確認表面有無形成無機絕緣層。將結果列示於表2及表3。

＜絕緣破壞電壓試驗＞ 使用各電線，依循JIS C 3216製作出雙絞線試料，且慢慢地提高在2線之間施加的電壓來測定絕緣破壞之電壓。測定裝置係使用絕緣破壞耐電壓試驗機(安田精機製作所製)。將結果列示於表2。

＜局部放電開始電壓、局部放電消失電壓試驗＞ 使用各電線，依循JIS C 3216製作出雙絞線試料，且慢慢地提高在2線之間施加的電壓來測定會產生局部放電之電壓(局部放電開始電壓)。然後慢慢地降低電壓，測定局部放電消失的電壓。測定係於日新脈衝電子股份公司之逆變脈衝產生器PG-W03KP-A連接日新脈衝電子股份公司之局部放電測定機NPD-1來測定。將結果列示於表2。

＜絕緣被膜之成本計算＞ 為了參考，令第1絕緣被膜之單位厚度的成本為「1」，並且由於使用了軟水鋁石，故假設成本高之第2絕緣被膜之單位厚度的成本為2倍的「2」，根據以下計算式來比較實施例及比較例之絕緣被膜的成本。將結果列示於表2及表3。 [第1絕緣被膜之厚度(µm)/絕緣被膜之總厚度(µm)×1]+[第2絕緣被膜之厚度(µm)/絕緣被膜之總厚度(µm)×2]

[表2]

[表3]

1:導體 2:絕緣被膜 21:第1絕緣被膜 22:第2絕緣被膜 3,4:絕緣層 10:積層體 31:電極(銅管) 32:金屬球 33:不鏽鋼製底座

圖1係顯示本發明實施形態之積層體(膜)之一例的示意截面圖。 圖2係顯示本發明實施形態之積層體(絕緣電線)之一例的示意截面圖。 圖3係顯示本發明實施形態之積層體(絕緣電線)之另一例的示意截面圖。 圖4係顯示本發明實施形態之積層體(絕緣電線)之另一例的示意截面圖。 圖5係用以說明局部放電暴露試驗及V-t特性評估方法的示意側視圖。

1:導體

2:絕緣被膜

21:第1絕緣被膜

22:第2絕緣被膜

10:積層體

Claims (11)

1. 一種積層體，至少具備導體與絕緣被膜； 前述絕緣被膜包含第1絕緣被膜及第2絕緣被膜； 前述第2絕緣被膜係由含金屬氧化物水合物之樹脂組成物構成； 在前述樹脂組成物中，前述金屬氧化物水合物之含量相對於樹脂100質量份為6~50質量份； 前述第2絕緣被膜之厚度為5µm以上； 前述第2絕緣被膜之厚度比率小於前述絕緣被膜之整體厚度的75%；並且， 若前述積層體暴露於由變頻突波所產生之局部放電，前述絕緣被膜會形成無機絕緣層。
2. 如請求項1之積層體，其中前述第1絕緣被膜係以不含填料之樹脂構成。
3. 如請求項1或2之積層體，其中前述第2絕緣被膜未與前述導體接觸。
4. 如請求項1至3中任一項之積層體，其中前述第1絕緣被膜及前述第2絕緣被膜各自含有共通之樹脂。
5. 如請求項1至4中任一項之積層體，其中前述金屬氧化物水合物為氧化鋁水合物。
6. 如請求項1至5中任一項之積層體，其中構成前述樹脂組成物及絕緣被膜之樹脂係選自於由以下所構成群組中之至少1種：甲醛樹脂、聚胺甲酸酯、環氧樹脂、聚酯、聚酯醯亞胺、聚醚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、聚醯亞胺及該等之前驅物。
7. 如請求項1至6中任一項之積層體，其為絕緣電線或膜之形態。
8. 一種線圈，包含如請求項7之絕緣電線。
9. 一種旋轉電機，包含如請求項8之絕緣電線。
10. 一種絕緣塗料，係用以製造如請求項1至7中任一項之積層體，且含有含金屬氧化物水合物之樹脂組成物。
11. 一種絕緣膜，係用以形成如請求項1至7中任一項之積層體的絕緣被膜，且藉由含金屬氧化物水合物之樹脂組成物所形成。

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