JP5454297B2

JP5454297B2 - 絶縁電線

Info

Publication number: JP5454297B2
Application number: JP2010076811A
Authority: JP
Inventors: 孝則山崎; 清渡辺; 淳一安部; 英行菊池; 大輔日野
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: CN102208230A; US8809684B2; JP2011210520A; US20110240332A1

Description

本発明は、回転電機や変圧器などの電気機器のコイルに用いられる絶縁電線に係り、特に、押出被覆層を含む絶縁被覆が形成された絶縁電線に関するものである。

回転電機や変圧器などの電気機器のコイルに用いられている絶縁電線（エナメル被覆絶縁電線）は、一般的に、コイルの用途・形状に合致した断面形状（例えば、丸形状や矩形状）に成形された導体の外周に単層または複数層の絶縁被覆が形成された構造をしている。該絶縁被覆を形成する方法には、樹脂を有機溶剤に溶解させた絶縁塗料を導体上に塗布・焼付けする方法と、予め調合した樹脂組成物を導体上に押出被覆する方法がある。

近年、電気機器への小型化の要求により、コイル巻線工程において絶縁電線を高い張力下で小径のコアに高密度で巻くようになってきており、絶縁被覆には過酷な加工ストレスに耐えられる機械的特性（例えば、密着性や耐摩耗性など）が求められている。また、電気機器への高効率化・高出力化の要求からインバータ制御や高電圧化が進展している。その結果、コイルの運転温度が以前よりも上昇傾向にあり、絶縁被覆には高い耐熱性も求められている。それらに加えて、インバータサージ電圧などのより高い電圧が電気機器中のコイルに掛かることから、部分放電の発生によって絶縁被覆が劣化・損傷することがあるという問題が生じていた。

部分放電による絶縁被覆の劣化・損傷を防ぐために、部分放電開始電圧の高い絶縁被覆の開発が進められている。絶縁被覆の部分放電開始電圧を高くする手段として、絶縁被覆に比誘電率の低い樹脂を用いる方法や、絶縁被覆の厚さを厚くする方法が挙げられる。

例えば、特許文献１には、特定の構造を有するフッ素系ポリイミド樹脂を含む巻線の絶縁被覆材料が開示されている。特許文献１に記載の絶縁被覆材料は、比誘電率が2.3〜2.8であり、従来の絶縁塗料の比誘電率（3〜4程度）と比較して有意に低く、その結果、絶縁被覆の発熱量が抑えられて熱による劣化が抑えられるとされている。

特許文献２では、導体の外周に、少なくとも１層のエナメル焼き付け層と、その外側に少なくとも１層の押出被覆樹脂層を有し、該エナメル焼き付け層と該押出被覆樹脂層の厚さの合計が60μm以上であり、前記エナメル焼き付け層の厚さが50μm以下であり、前記押出被覆樹脂層が、25℃における引張弾性率が1000 MPa以上であり、かつ250℃における引張弾性率が10 MPa以上である樹脂材料（ポリエーテルエーテルケトンを除く）からなることを特徴とする耐インバータサージ絶縁ワイヤが開示されている。特許文献２に記載の絶縁ワイヤは、導体と絶縁被覆層の接着強度を下げることなく、高い部分放電開始電圧（900 Vp程度）を有する絶縁ワイヤを提供することができるとされている。

また、特許文献３では、導体と前記導体を被覆する押出絶縁層を有してなる２層以上の多層絶縁電線であって、前記絶縁層の最内層以外の少なくとも１層が、ポリフェニレンスルフィド樹脂を連続層とし、オレフィン系共重合体成分を分散相とする樹脂混和物で形成され、前記樹脂混和物からなる絶縁層が、ポリフェニレンスルフィド樹脂100質量部と、オレフィン系共重合体成分3〜40質量部とを含有することを特徴とする多層絶縁電線が開示されている。特許文献３に記載の絶縁電線は、耐熱性と耐薬品性に優れているとされている。

特開２００２−５６７２０号公報特許第４１７７２９５号公報再公表２００５−１０６８９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているようなフッ素系ポリイミド樹脂からなる絶縁塗料を用いて絶縁被覆を形成した場合、絶縁被覆の比誘電率を低くすることはできるが、フッ素系ポリイミド樹脂から形成した絶縁被覆は導体への密着性が低いため、例えば、コイル巻線工程などにおける過酷な加工ストレスによって、絶縁被覆が導体から剥離する現象（被覆浮き）が発生してしまうことが懸念される。被覆浮きは、最悪の場合に絶縁破壊を起こす要因となる。

特許文献２に記載されているような押出被覆樹脂層を有する従来の絶縁電線は、押出被覆樹脂層の厚さを厚くすることによって部分放電開始電圧を高くすることができると考えられるが、押出被覆樹脂層の密着性を確保するために、導体と押出被覆樹脂層との間にエナメル焼き付け層を介在させている。また、特許文献２では、その好ましい態様としてエナメル焼き付け層と押出被覆樹脂層との間に接着層を更に介在させ、エナメル焼き付け層と押出被覆樹脂層との接着力を強化している。

しかしながら、エナメル焼き付け層と押出被覆樹脂層とは樹脂組成物の性質と形成方法とが大きく異なることから、特許文献２の絶縁電線は、製造工程が煩雑になりやすく製造コストが増大しやすい問題がある。加えて、それらの層間に接着層を更に介在させる場合、製造コストが更に増大する問題がある。

従って、本発明の目的は、上記の課題を解決し、導体と絶縁被覆との密着性を従来技術と同等に確保しながら（導体と絶縁被覆との密着性を低下させることなく）従来よりも高い部分放電開始電圧を有する絶縁電線を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、絶縁被覆が導体上に形成されている絶縁電線であって、前記絶縁被覆は、ポリフェニレンサルファイドからなる樹脂(A)とナイロン46、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、およびナイロンM-5Tからなる群より選ばれる少なくとも一種の樹脂を含有するポリアミドからなる樹脂(B)とを混合した樹脂組成物を前記導体の直上に押出被覆した層（押出被覆層）であり、前記樹脂組成物は、前記樹脂(A)と前記樹脂(B)とが重量部比で「(B)/(A) ＝ 5/95 〜 30/70」の範囲で混和され、前記押出被覆層は、押出被覆した後に樹脂組成物が融解する250℃以上の温度で加熱処理されていることを特徴とする絶縁電線を提供する。なお、「5/95 〜 30/70」とは、「5/95以上、30/70以下」を意味するものとする。

本発明によれば、導体と絶縁被覆との密着性を従来技術と同等に確保しながら（導体と絶縁被覆との密着性を低下させることなく）従来よりも高い部分放電開始電圧を有する絶縁電線を提供することができる。

本発明に係る絶縁電線の実施形態の１例を示す断面模式図である。

本発明者らは、絶縁電線における耐部分放電特性向上させるため、絶縁被覆の樹脂組成物や構造を鋭意検討した結果、ポリフェニレンサルファイドからなる樹脂(A)とポリアミドからなる樹脂(B)とを所定の重量部比で混和した樹脂組成物を用いて導体の直上に押出被覆層を形成することが有効であることを見出した。本発明は、それらの知見に基づいて完成されたものである。

以下、本発明に係る実施形態を説明する。ただし、本発明はここで取り上げた実施の形態に限定されることはなく、要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせや改良が可能である。

図１は、本発明に係る絶縁電線の実施形態の１例を示す断面模式図である。図１に示したように、本発明に係る絶縁電線1は導体2の直上に単層の絶縁被覆3が形成されている。絶縁被覆3は、ポリフェニレンサルファイドからなる樹脂(A)とポリアミドからなる樹脂(B)とを混合した樹脂組成物を押出被覆した層（押出被覆層）であり、前記樹脂組成物は、前記樹脂(A)と前記樹脂(B)とが重量部比で「(B)/(A) ＝ 5/95 〜 30/70」の範囲で混和されていることを特徴とする。このような構成とすることにより、導体2と絶縁被覆3との密着性を低下させることなく従来よりも高い部分放電開始電圧（例えば、1500 Vp以上の高い部分放電開始電圧）を達成することができる。

ポリフェニレンサルファイドからなる樹脂(A)は、高い耐熱性と高い機械的特性とを有するが、それのみでは導体との密着性が十分と言えない場合がある。そこで、導体との密着性を向上させるためにポリアミドからなる樹脂(B)を混合させた樹脂組成物を検討した。樹脂(A)と樹脂(B)とを混和する比率（重量部比）が「(B)/(A) ＜ 5/95」であると、樹脂(B)が少な過ぎて導体との密着性向上の効果が十分に得られない。一方、該重量部比が「(B)/(A) ＞ 30/70」になると、樹脂(B)が多過ぎてポリアミドの分子構造中に持つ極性基の影響が相対的に増大し、部分放電開始電圧を低下させる要因となる。

樹脂(B)としては、融点が280℃以上のポリアミドからなる樹脂を用いることが好ましい。また、融点が280℃以上のポリアミドとしては、例えば、脂肪族ポリアミドであるナイロン46、芳香族ポリアミドであるナイロン6T（ヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸との共縮重合体）やナイロン6I（ヘキサメチレンジアミンとイソフタル酸との共縮重合体）、ナイロン9T（ノナンジアミンとテレフタル酸との共縮重合体）、ナイロンM-5T（メチルペンタジアミンとテレフタル酸との共縮重合体）、ナイロン6T/66（ナイロン6Tとナイロン66との共重合体）、ナイロン6T/6I（ナイロン6Tとナイロン6Iとの共重合体）、ナイロン6T/6I/66（ナイロン6Tとナイロン6Iとナイロン66との共重合体）、ナイロン6T/M-5T（ナイロン6TとナイロンM-5Tとの共重合体）、ナイロン6T/6（ナイロン6Tとナイロン6との共重合体）などが挙げられる。樹脂(B)として上記のポリアミドを単独で用いてもよいし、複数を組み合わせて用いてもよい。

加えて、上記のポリアミドを主成分とし、ナイロン6（ε-カプロラクタムの重縮合体）やナイロン66（ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸との共縮重合体）などを更に混合した樹脂(B)としてもよい。この場合、例えば、示差走査熱量計（DSC）を用いて昇温速度10℃/minの条件で該樹脂(B)を熱分析した時に、融点の主ピークを低下させないような範囲の量でナイロン6やナイロン66などを混合することが好ましい。

樹脂組成物を導体2上に押出被覆した後に、250℃以上の温度で加熱処理を施すことは好ましい。これにより、導体2と絶縁被覆3との密着性が更に向上する。密着性が向上することで、絶縁電線1を小径（例えば、自己径）に屈曲させてもシワの発生を防止できるとともに耐摩耗性も向上する。加熱時間に特段の限定はないが、数十秒間から数分間保持するのが好ましい。また、加熱方法にも特段の限定はなく、電気炉やバーナー、温風加熱装置、誘導加熱装置などを用いることができる。加熱温度は、該樹脂組成物のガラス転移温度（Tg）よりも100℃以上高く、樹脂組成物の融解が開始する温度である250℃以上にすると大きな効果が得られる。なお、加熱温度が250℃未満の場合、加熱処理による更なる効果が得られないに過ぎない。

絶縁被覆3の厚さに特段の限定はないが、80〜180μmであることが好ましい。また、絶縁被覆3の可撓性を向上させるため、ポリオレフィン系樹脂を無水マレイン酸あるいはグリジシルメタクリレートで変性した樹脂組成物を副素材として上記の樹脂組成物にブレンドしてもよい。また、必要に応じて、酸化防止剤や銅害防止剤、滑剤、着色剤などを上記樹脂組成物に添加してもよく、絶縁被覆3の外周に潤滑層を別途形成してもよい。

導体2の材料にも特段の限定はなく、エナメル被覆絶縁電線で常用される材料（例えば、無酸素銅や低酸素銅など）を用いることができる。さらに、図１においては導体2として丸形状の断面を有する例を示したが、それに限定されることはなく、矩形状の断面を有する導体であってもよい。

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例１〜１１の絶縁被覆を構成する樹脂組成物の組成を後述する表１に示し、比較例１〜３の絶縁被覆を構成する樹脂組成物の組成を後述する表２に示した。

（実施例１〜１１および比較例１〜３の作製）
導体として外径1.25 mmの銅線を用い、該銅線の外層に押出機を用いて表１・表２に示した樹脂組成物を押出被覆して、図１に示すような形状の絶縁電線を作製した。押出被覆時の温度は約300℃で、絶縁被覆の厚さは約150μmとした。実施例３〜１１および比較例２〜３については、樹脂組成物を押出被覆した後に、加熱温度（設定温度）が200〜300℃の電気炉を通して加熱処理を施した。

上記のように作製した絶縁電線（実施例１〜１１および比較例１〜３）に対して、次のような測定および試験を行った。

（１）部分放電開始電圧測定
部分放電開始電圧の測定は次のような手順で行った。絶縁電線を500 mmの長さで２本切り出し、39 N（4 kgf）の張力を掛けながら撚り合わせて中央部の120 mmの範囲に６回の撚り部を有するツイストペアの試料を用意した。試料端部10 mmの絶縁被覆をアビソフィックス装置で剥離した。その後、絶縁被覆の乾燥のため、120℃の恒温槽中に30分間保持し、デシケータ中で室温になるまで18時間放置した。部分放電開始電圧は、部分放電自動試験システム（総研電気株式会社製、DAC-6024）を用いて測定した。測定条件は、25℃で相対湿度50％の雰囲気とし、50 Hzの電圧を10〜30 V/sで昇圧しながらツイストペア試料に荷電した。ツイストペア試料に50 pCの放電が50回発生した電圧を部分放電開始電圧（Vp）とした。

（２）密着性評価
密着性は、JIS C3003に準拠した急激伸張試験を実施することにより評価した。急激伸張試験の結果、絶縁被覆の浮き（剥離）の長さが破断点から2 mm以下のものを「◎：優秀の意味」、2〜20 mmのものを「○：合格の意味」、20 mmよりも長いものを「×：不合格の意味」とした。

（３）耐熱性評価
耐熱性試験は次のような手順で行った。作製した絶縁電線を500 mmの長さで２本切り出し、39 N（4 kgf）の張力を掛けながら撚り合わせて中央部の120 mmの範囲に６回の撚り部を有するツイストペアの試料を用意した。次に、老化試験機（東洋精機株式会社製、ギヤー・オーブンSTD60P）において150℃で2000時間保持して加熱老化させた。その後、直径4 mmの丸棒（巻き付け棒）にツイストペア試料を巻き付け、50倍の光学顕微鏡を用いて絶縁被覆でのクラックの有無を調査した。クラック等（例えば、クラック、クレージング、シワ）の発生がないものを「◎：優秀の意味」、クラックの発生がないものを「○：合格の意味」、クラックの発生があるものを「×：不合格の意味」とした。

実施例１〜１１の樹脂組成物の組成および測定評価結果を表１に示し、比較例１〜３の樹脂組成物の組成および測定評価結果を表２に示す。

表１に示したように、本発明に係る実施例１〜１１の絶縁電線は、従来技術と同等な絶縁被覆厚さ（約150μm）であっても1800 Vp以上の高い部分放電開始電圧を有していることが確認された。さらに、密着性・耐熱性評価に関しても、実施例１〜１１の絶縁電線は必要十分な特性を有していることが確認された。特に、樹脂組成物を押出被覆した後に250℃以上の温度で加熱処理を施した実施例４〜１１は、該加熱処理を施していない実施例１〜３と比べて、密着性が更に向上していることが判る。また、樹脂(B)として融点が280℃以上のポリアミドからなる樹脂を用いた実施例１〜１０は、高い部分放電開始電圧と良好な密着性に加えて、良好な耐熱性を有していることが判る。

これらに対し表２に示したように、比較例１と比較例２は、ポリフェニルサルファイド樹脂のみからなる絶縁被覆であり、密着性が不十分であったことから耐熱性評価も不合格となり、部分放電開始電圧も実施例に比して低い値を示した。また、比較例３は、樹脂(B)の配合比が本発明の規定を超えており、部分放電開始電圧が明らかに低下していた。

以上のことから、本発明に係る実施例１〜１１の絶縁電線は、導体と絶縁被覆との密着性を従来技術と同等に確保しながら（導体と絶縁被覆との密着性を低下させることなく）従来よりも高い部分放電開始電圧を有していることが実証された。また、本発明に係る絶縁電線は、絶縁被覆が単層で構成されるという極めてシンプルな構造を有しており、コストを低減できるという効果もある。

1…絶縁電線、2…導体、3…絶縁被覆。

Claims

絶縁被覆が導体上に形成されている絶縁電線であって、
前記絶縁被覆は、ポリフェニレンサルファイドからなる樹脂(A)とナイロン46、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン9T、およびナイロンM-5Tからなる群より選ばれる少なくとも一種の樹脂を含有するポリアミドからなる樹脂(B)とを混合した樹脂組成物を前記導体の直上に押出被覆した層（押出被覆層）であり、
前記樹脂組成物は、前記樹脂(A)と前記樹脂(B)とが重量部比で「(B)/(A) ＝ 5/95 〜 30/70」の範囲で混和され、
前記押出被覆層は、押出被覆した後に樹脂組成物が融解する250℃以上の温度で加熱処理されていることを特徴とする絶縁電線。