(57)【要約】【課題】充分に調整された誘電率と、高い耐久性とを有する絶縁皮膜を備えた絶縁電線を提供する。【解決手段】絶縁電線１０は、線状の導体２０と、導体２０の外周側を覆うように配置される多孔質の絶縁皮膜３０と、を備える。絶縁皮膜３０は、絶縁性樹脂からなる樹脂マトリクス３４と、樹脂マトリクス３４中に分散された複数の空孔３２と、を含む。絶縁皮膜３０の体積に対する空孔３２の総体積の割合である気孔率は５体積％以上８０体積％以下である。線状の導体２０の長手方向に対して垂直に切断した絶縁皮膜３０の断面１０Ａにおいて、複数の空孔の円相当径の平均値が２．０μｍ以上３．５μｍ以下であり、かつ標準偏差が１．０μｍ以下である。【選択図】図１
2020053301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状の導体と、
前記導体の外周側を覆うように配置される多孔質の絶縁皮膜と、
を備え、
前記絶縁皮膜は、絶縁性樹脂からなる樹脂マトリクスと、前記樹脂マトリクス中に分散された複数の空孔と、を含み、
前記絶縁皮膜の体積に対する前記空孔の総体積の割合である気孔率が５体積％以上８０体積％以下であり、
線状の前記導体の長手方向に対して垂直に切断した前記絶縁皮膜の断面において、前記複数の空孔の円相当径の平均値が２．０μｍ以上３．５μｍ以下であり、かつ標準偏差が１．０μｍ以下である、
絶縁電線。
【請求項２】
前記絶縁性樹脂は、ポリイミドおよびポリアミドイミドのうち少なくともいずれか一方を含む、
請求項１に記載の絶縁電線。
【請求項３】
前記絶縁皮膜は、前記空孔を取り囲む壁面を覆うように配置された外殻部を更に含む、
請求項１又は請求項２に記載の絶縁電線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁電線に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧で使用される電気機器においては、電気機器を構成する絶縁電線に高電圧が印加される。この際、絶縁皮膜表面で部分放電が発生する場合がある。絶縁皮膜において部分放電が繰り返し発生すると絶縁破壊が生じやすくなる。そのため、高電圧で使用される電気機器用の絶縁電線には、優れた絶縁性や高い機械的特性を有することに加え、欠陥の発生につながりやすい部分放電の発生を抑制することが求められる。
【０００３】
部分放電の発生を抑制するための一つの方策として、絶縁皮膜の誘電率を下げる検討が行われている。低誘電率の絶縁皮膜を備えた絶縁電線としては、例えば、空孔を有する絶縁皮膜を導体上に備えた絶縁電線が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−８１５６３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１１０８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
絶縁電線の絶縁皮膜内に空孔を形成することで誘電率が調整された絶縁電線が形成可能である。例えば空気よりも高い誘電率を有する樹脂からなる絶縁皮膜内に空孔を形成すると、空孔を形成しない場合と比較して低誘電率の絶縁皮膜を有する絶縁電線を得ることができる。
【０００６】
一方、空孔の存在により、絶縁皮膜内にはそれぞれ性質の異なる絶縁材料相と気相とが存在することになる。そのため、空孔を有する絶縁皮膜を備えた絶縁電線においては、空孔のない絶縁皮膜を備えた絶縁電線に比べて絶縁特性や機械的強度などの物性のばらつきの抑制が難しい。絶縁皮膜内で物性がばらつくと、電気的または機械的に弱い箇所が発生し得るため、絶縁皮膜の耐久性の低下に繋がる。
【０００７】
以上を踏まえ、充分に調整された誘電率と、高い耐久性とを有する絶縁皮膜を備えた絶縁電線が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の絶縁電線は、線状の導体と、導体の外周側を覆うように配置される多孔質の絶縁皮膜と、を備える。絶縁皮膜は、絶縁性樹脂からなる樹脂マトリクスと、樹脂マトリクス中に分散された複数の空孔と、を含む。絶縁皮膜の体積に対する空孔の総体積の割合である気孔率は５体積％以上８０体積％以下である。線状の導体の長手方向に対して垂直に切断した絶縁皮膜の断面において、複数の空孔の円相当径の平均値は２．０μｍ以上３．５μｍ以下であり、かつ標準偏差は１．０μｍ以下である。
【発明の効果】
【０００９】
上記絶縁電線によれば、充分に調整された誘電率と、高い耐久性とを有する絶縁皮膜を備えた絶縁電線を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】絶縁電線の一例を示す概略斜視図である。
【図２】絶縁電線の一例を示す概略断面図である。
【図３】絶縁電線の一例の断面の概略拡大図である。
【図４】絶縁皮膜の概略拡大図である。
【図５】円相当径の求め方を説明するための図である。
【図６】厚み方向空孔間距離の求め方を説明するための図である。
【図７】円相当径と部分放電発生電圧、および円相当径と部分放電発生電圧との関係を示すグラフである。
【図８】円相当径の標準偏差と部分放電発生電圧との関係を示すグラフである。
【図９】厚み方向空孔間距離とその累積分布との関係を示すグラフである。
【図１０】厚み方向空孔間距離とその確率密度との関係を示すグラフである。
【図１１】厚み方向空孔間距離と部分放電発生電圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施形態を列記して説明する。本願の絶縁電線は、線状の導体と、導体の外周側を覆うように配置される多孔質の絶縁皮膜と、を備える。絶縁皮膜は、絶縁性樹脂からなる樹脂マトリクスと、樹脂マトリクス中に分散された複数の空孔と、を含む。絶縁皮膜の体積に対する空孔の総体積の割合である気孔率は５体積％以上８０体積％以下である。線状の導体の長手方向に対して垂直に切断した絶縁皮膜の断面において、複数の空孔の円相当径の平均値は２．０μｍ以上３．５μｍ以下であり、かつ標準偏差は１．０μｍ以下である。
【００１２】
空気の誘電率は約１．０である。これに対し、絶縁皮膜を構成する絶縁材料は空気とは異なった誘電率を有する。絶縁皮膜内に空孔が存在することにより、絶縁皮膜内に空気の相（気相）が取り込まれる。その結果、空孔を有しない絶縁皮膜（以下、無孔絶縁皮膜ともいう）と比較して、空孔を有する絶縁皮膜（以下、有孔絶縁皮膜ともいう）全体としての誘電率は変化する。その結果、絶縁皮膜の絶縁特性も変化する。これを利用して、誘電率の低い絶縁皮膜を形成することが可能となる。これにより、部分放電の発生も抑制することができる。
【００１３】
一方、空孔の存在により相対的に絶縁皮膜が疎になるため、有孔絶縁皮膜は機械的強度が低下する。そのため絶縁皮膜に外部からの圧力が加わると、有孔絶縁皮膜は変形したり、損傷したりするおそれがある。例えば絶縁電線をコイル状に巻いたときには、絶縁電線同士の接触によって有孔絶縁皮膜に変形や損傷が生じる場合がある。変形や損傷が生じると局所的に電気的および機械的な特性が低下し、部分放電の発生や、絶縁破壊の発生、物理的な破断に繋がるおそれもある。そのため、特に空孔を有する絶縁皮膜においては、外部からの衝撃に耐えうる充分な強度を有していることが重要である。
【００１４】
本願発明によれば、空孔を有する絶縁皮膜であって、低誘電率と、充分な強度とを兼ね備える絶縁皮膜を備えた絶縁電線を提供することが可能となる。本願の絶縁電線においては、絶縁皮膜の体積に対する空孔の総体積の割合である気孔率が５体積％以上８０体積％以下である。気孔率が５体積％未満の場合、空孔の存在による誘電率の変化が少なく、誘電率の調整効果が小さくなる。一方、気孔率が８０体積％を超えると絶縁皮膜が疎になりすぎて強度を保持するのが難しくなる。気孔率が５体積％以上８０体積％以下の範囲内であることで、誘電率の低下効果、部分放電の抑制効果、および強度の保持効果を充分に発揮することができる。
【００１５】
また本願発明によれば、線状の導体の長手方向に対して垂直に切断した上記有孔絶縁皮膜の断面において、複数の空孔の円相当径の平均値が２．０μｍ以上３．５μｍ以下であり、かつ標準偏差が１．０μｍ以下である。ここでいう円相当径は、線状の導体の長手方向に対して垂直に切断した断面上に現れる、空孔の外周によって取り囲まれる領域の面積に相当する、真円の直径を意味する。
【００１６】
上記円相当径の平均値が２．０μｍ以上３．５μｍ以下であることは、誘電率の低下効果、部分放電の抑制効果、および強度の保持効果を充分に発揮するのに適した大きさに空孔の大きさが制御されていることを意味する。空孔が大きすぎると機械的強度が局所的に低くなる。また絶縁特性も局所的に変化するため、絶縁皮膜内での絶縁特性のばらつきが大きくなる。これに対し空孔が小さすぎると、空孔の存在による誘電率の調整効果、ひいては部分放電の抑制効果が小さくなる。円相当径の平均値が２．０μｍ以上３．５μｍ以下であることで、充分な機械的強度を保持しつつ、誘電率が効果的に調整され、部分放電が効果的に抑制される有孔絶縁皮膜を備えた絶縁電線を提供することが可能となる
【００１７】
また上記円相当径の標準偏差が１．０μｍ以下である。本発明者の検討によれば、円相当径の標準偏差が１．０μｍ以下であることにより、絶縁皮膜全体にわたって物性のばらつきが充分に少なく、局所的に絶縁特性が低い箇所、または機械的強度が低い箇所が発生することを抑制できることが明らかとなった。これにより、耐久性の高い絶縁電線を得ることができる。
【００１８】
上記絶縁電線において、絶縁性樹脂は、ポリイミドおよびポリアミドイミドのうち少なくともいずれか一方を含んでもよい。ポリイミドおよびポリアミドイミドは、上記のような空孔を有する有孔絶縁皮膜を形成するのに特に適した材料である。
【００１９】
上記絶縁電線において、絶縁皮膜は、空孔を覆うように配置された外殻部を更に含んでもよい。外殻部を含むことにより、絶縁皮膜内における空孔の大きさや分布の制御がより容易となる。
【００２０】
［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本願の絶縁電線の一実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。
【００２１】
［絶縁電線の構造］
本実施の形態において製造される絶縁電線の例を図１〜図４に示す。図１は、断面１０Ａにおいて切断された絶縁電線１０の斜視図を示す。また図２は断面１０Ａにおける絶縁電線１０の断面図を示す。図３は、本実施の形態に係る絶縁電線の一例の断面の拡大図である。図４は絶縁皮膜の断面の拡大図である。
【００２２】
図１および図２を参照して、絶縁電線１０は線状の導体２０と、導体２０の外周側を覆うように配置される絶縁皮膜３０とを備える。
【００２３】
本実施の形態において、導体２０は、電気を導通する材料からなる。なかでも導体２０の材質としては、導電率が高くかつ機械的強度が大きい金属が好ましい。このような金属としては、例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、銀、軟鉄、鋼、ステンレス鋼等が挙げられる。導体２０としては、これらの金属を線状に形成した材料や、このような線状の材料にさらに別の金属を被覆した多層構造のもの、例えばニッケル被覆銅線、銀被覆銅線、銅被覆アルミニウム線、銅被覆鋼線等を用いることができる。
【００２４】
本実施の形態においては、導体２０は線状で、その長手方向に垂直な断面において円形の形状を有する。但し、導体２０の断面形状は円形に限定されず、三角形や四角形、六角形などの多角形、角丸多角形、楕円形などの他の形状であってもよい。
【００２５】
導体２０の平均断面積は特に限定されないが、例えば０．０１ｍｍ２以上であってもよく、０．１ｍｍ２以上であってもよい。また導体２０の平均断面積としては、２０ｍｍ２以下であってもよく、１０ｍｍ２以下であってもよい。
【００２６】
図４を参照して、絶縁皮膜３０は、絶縁性樹脂からなる樹脂マトリクス３４と、樹脂マトリクス３４中に分散された複数の空孔３２と、を含む。
【００２７】
樹脂マトリクス３４を構成する上記絶縁性樹脂としては、耐熱性と絶縁性を兼ね備えた樹脂が好ましい。そのような樹脂としては、ポリアミド（ＰＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、およびポリエーテルイミド（ＰＥＩ）などのイミド系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）およびポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）などのポリエーテルケトン系樹脂、ポリエーテルサルフォン、並びにポリベンズイミダゾールなどの高耐熱性樹脂素材が挙げられる。中でも絶縁性が高く、絶縁皮膜形成用の材料として加工性にも優れる点で、樹脂マトリクス３４は、ポリイミドおよびポリアミドイミドのうち少なくともいずれか一方を含むのが好ましい。また樹脂マトリクス３４の総質量１００質量％に対し、ポリイミドおよびポリアミドイミドの合計量が５０質量％以上であるのが好ましく、７０質量％以上であるのがより好ましく、８０質量％以上であるのがさらに好ましく、９０質量％以上であるのがさらに好ましい。
【００２８】
絶縁皮膜３０の平均厚さは、例えば５μｍ以上であってもよく、１０μｍ以上であってもよい。また樹脂マトリクス３４の平均厚さは、２００μｍ以下であってもよく、１００μｍ以下であってもよい。
【００２９】
絶縁皮膜３０は多孔質であり、樹脂マトリクス３４には複数の空孔３２が分散されている。空孔３２の存在により、絶縁皮膜３０の誘電率を変化させ、調整することができる。例えば絶縁皮膜３０の樹脂マトリクス３４がポリイミドからなる場合、空孔が存在することにより低誘電率の絶縁皮膜３０を得ることができる。これは空気の誘電率（約１．０）に対し、ポリイミドの誘電率の方がより高いことによる。したがって、ポリイミドからなる樹脂マトリクス３４中に空孔３２が分散された絶縁皮膜３０は、ポリイミドからなる無孔絶縁皮膜に対し、低い誘電率を達成することができる。
【００３０】
絶縁皮膜３０の全体積に占める空孔３２の総体積の割合（気孔率）は、５体積％以上８０体積％以下である。気孔率が５体積％未満の場合、空孔３２の存在による上記のような誘電率調整効果（特に誘電率低下効果）が不十分となる。一方、気孔率が８０体積％を超えると、相対的に絶縁材料の密度が低下するため、絶縁皮膜３０が疎になる。その結果、絶縁皮膜の強度を保持するのが難しくなる。そのため、例えば絶縁皮膜３０に衝撃や圧力が加わると変形や損傷が発生しやすくなり、その変形または損傷箇所において部分放電や、絶縁破壊、物理的な破断などが生じやすくなるおそれがある。気孔率が５体積％以上８０体積％以下の範囲内であることで、誘電率の低下効果、部分放電の抑制効果、および強度の保持効果を充分に発揮することができる。上記気孔率は、好ましくは１０体積％以上、より好ましくは２５体積％以上であり、好ましくは６０体積％以下、より好ましくは５５体積％以下である。
【００３１】
また絶縁皮膜３０は、図４に示すように、空孔を取り囲む壁面を覆うように配置された外殻部を更に含んでいてもよい。図４においては、空孔３２Ａを取り囲む壁面を覆うように外殻部Ｓ１が配置されている。外殻部Ｓ１で取り囲まれる空孔３２Ａの領域Ａは空洞であり、空気が存在する。同様に、空孔３２Ｂを取り囲む壁面を覆うように外殻部Ｓ２が配置されている。外殻部Ｓ２で取り囲まれる空孔３２Ｂの領域Ｂは空洞であり、空気が存在する。外殻部Ｓ１，Ｓ２を有することにより、空孔３２同士が連通して空孔が拡大されるのを防ぐことができる。その結果、所望の大きさの空孔３２をより確実に形成することができる。
【００３２】
外殻部Ｓ１，Ｓ２は、上述の樹脂マトリクス３４を形成する材料と同種の材料によって構成されてもよく、異なる材料によって構成されてもよい。上記同種の材料の場合は、上述の樹脂マトリクス３４を形成する材料と分子量や分子構造が異なる材料により外殻部Ｓ１，Ｓ２が形成されていてもよい。外殻部Ｓ１，Ｓ２の主成分としては、誘電率が低く、絶縁皮膜３０の形成工程における加熱時の温度に耐えうる程度の耐熱性が高い樹脂が好ましい。そのような樹脂としては、特に限定されないが、例えばポリスチレン、シリコーン、フッ素樹脂、ポリイミド等が挙げられる。なお本願において、「主成分」とは、その相を構成する成分のうち最も含有量の多い成分をいい、例えばその相の５０質量％以上含まれる成分をいう。
【００３３】
外殻部Ｓ１，Ｓ２の厚みは、空孔３２の容積が充分に確保されるような厚みである限り特に限定されない。例えば、外殻部Ｓ１，Ｓ２の厚みは、平均厚みとして、０．０１μｍ以上であるのが好ましく、０．０２μｍ以上であるのがより好ましい。外殻部Ｓ１，Ｓ２の厚みは、平均厚みとして、０．５μｍ以下であるのが好ましく、０．４μｍであるのがより好ましい。外殻部Ｓ１，Ｓ２が薄すぎると、外殻部Ｓ１，Ｓ２が破れて空孔３２同士が連通して空孔が拡大されるおそれがある。外殻部Ｓ１，Ｓ２が厚すぎると、空孔３２の容積が小さくなり過ぎて空孔３２内に充分な量の空気が存在できず、誘電率調整効果が不十分となるおそれがある。
【００３４】
［空孔３２の円相当径］
絶縁皮膜３０においては、線状の導体２０の長手方向Ｄ（図１参照）に対して垂直に切断した絶縁皮膜３０の断面１０Ａにおいて、複数の空孔３２の円相当径の平均値が２．０μｍ以上３．５μｍ以下であり、かつ標準偏差が１．０μｍ以下である
【００３５】
上記円相当径について図１〜図５を参照して説明する。空孔３２の円相当径とは、導体２０の長手方向Ｄに対して垂直に切断した断面１０Ａ上に現れる空孔３２内の領域の面積に相当する、真円の直径を意味する
【００３６】
特に限定されないが、円相当径は例えば次のようにして決定することができる。まず、導体２０の長手方向Ｄに対して垂直に切断した断面１０Ａの画像を取得する。画像は、絶縁電線１０を物理的に切断し、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡などを用いて切断面の画像を撮影することにより取得することができる。断面１０Ａを得るための絶縁電線の切断箇所は特に限定されず、任意の場所を切断すればよい。あるいは、Ｘ線などを用いて、非破壊的方法により断面の画像を取得することもできる。断面１０Ａにおける絶縁皮膜３０の状態を図３に示す。図３に示すように、空孔３２は絶縁皮膜３０の樹脂マトリクス３４内に一様に分散されている。
【００３７】
取得された断面１０Ａの画像のうち、任意の単位面積を有する領域内に現れる、空孔３２の外周によって取り囲まれる区画（外殻部が存在する場合は、外殻部の内周面によって取り囲まれる区画）を特定する。上記単位面積を有する領域は、例えば走査型電子顕微鏡での断面１０Ａの観察時における、視野全体の範囲内であってもよい。
【００３８】
図４に、断面１０Ａにおける絶縁皮膜３０の状態を示す。例えば図４においては、例として、空孔３２Ａの外周を取り囲む外殻部Ｓ１に囲まれる、楕円状の領域Ａ（点線部）、およびは空孔３２Ｂの外周を取り囲む外殻部Ｓ２に囲まれる、楕円状の領域Ｂ（点線部）が示されている。
【００３９】
円相当径をφとすると、円の面積はπ×（φ／２）２で表される。したがって、領域Ａを例とすると、円相当径φは［（領域Ａの面積）／π］の平方根として求めることができる。このようにして、空孔３２Ａの円相当径を求める。同様の操作を空孔３２Ａ以外の空孔３２についても行い、それぞれの空孔３２の円相当径を求める。空孔３２の断面形状における所定の数の円相当径を求めた後、その平均値および標準偏差を算出する。このようにして、上記円相当径の平均値および標準偏差を求める。
【００４０】
本実施の形態に係る絶縁電線１０においては、線状の導体２０の長手方向Ｄに対して垂直に切断した絶縁皮膜３０の断面１０Ａにおいて、複数の空孔３２の、断面１０Ａ上に投影される形状に対応する円相当径の平均値が２．０μｍ以上３．５μｍ以下である。上記円相当径の平均値が２．０μｍ未満であると、空孔に含まれる空気の量が少ないために、空孔３２による誘電率の低下効果および部分放電の抑制効果が不十分な場合がある。また上記円相当径の平均値が３．５μｍを超える場合、空気が局在する部分が存在することになる。その結果、局所的に電気的および機械的な特性が低下し、部分放電の発生や、絶縁破壊の発生、物理的な破断に繋がるおそれもある。上記円相当径の平均値は、好ましくは２．２μｍ以上、より好ましくは２．５μｍ以上である。また上記円相当径の平均値は、好ましくは３．３μｍ以下、より好ましくは３．０μｍ以下である。
【００４１】
また本実施の形態に係る絶縁電線１０においては、空孔３２の円相当径の標準偏差が１．０μｍ以下である。本発明者の検討によれば、円相当径の標準偏差が１．０μｍ以下であることにより、絶縁皮膜全体にわたって物性のばらつきが充分に少なく、局所的に絶縁特性が低い箇所、または機械的強度が低い箇所が発生することを抑制できることが明らかとなった。特に、部分放電や絶縁破壊、および物理的な破断が発生しにくくなることが明らかとなった。これにより、耐久性の高い絶縁電線を得ることができる。
【００４２】
上記標準偏差は好ましくは０．８μｍ以下、より好ましくは０．６μｍ以下である。また、円相当径の標準偏差は０よりも大きい値である。
【００４３】
［空孔３２の厚み方向空孔間距離］
上記絶縁電線１０においては、導体２０の長手方向Ｄに垂直な断面１０Ａ上の単位面積を有する複数の領域において、それぞれの領域に含まれる、厚み方向に隣接する２つの空孔の間の厚み方向の距離の極小値を測定し、測定によって得られる複数の極小値を極値統計解析し、確率密度が０である場合の予測最小値を算出した場合の予測最小値が０．２μｍ以上であってもよい。
【００４４】
図６を参照して、その求め方を説明する、まず走査型電子顕微鏡で絶縁皮膜３０の断面１０Ａを観察し、視野範囲内にある、厚み方向に隣接する２つの空孔の組み合わせを抽出する。抽出した隣接する２つの空孔の間の厚み方向の距離（図６の空孔間距離４０）を測定する。別の領域においてこの操作を繰り返し、複数の極小値を得る。
【００４５】
次に得られる複数の極小値を極値統計解析し、確率密度が０である場合の予測最小値を算出する。極値統計解析は下記一般式で表される累積分布関数Ｆ（ｘ）に基づいて行うことができる。
【００４６】
【数１】
2020053301.tif 000003
式中、パラメーターはμは位置パラメータ、θは尺度パラメータ、γは形状パラメータである。また、累積分布関数を微分することにより、確率密度関数ｆ（ｘ）を求めることができる。
【００４７】
上記予測最小値が０．２μｍ以上であることにより、部分放電の発生を効果的に抑制することができる。上記予測最小値は、０．３μｍ以上であるのが好ましい。上記予測最小値の上限値は特に限定されないが、例えば上記予測最小値は１．０μｍ以下であってもよい。
【００４８】
［絶縁電線１０の製造方法］
多孔質の絶縁皮膜３０を備えた絶縁電線１０は以下のようにして製造することができる。まず、線状の導体２０を構成する導体（例えば銅線）を準備する。導体を必要に応じて所定の形状、所定の直径に加工する。導体２０の加工は、例えばダイスを用いた引き抜き加工により行うことができる。
【００４９】
次に絶縁皮膜３０を形成するためのワニス（樹脂溶液）を準備する。ワニスとしては、絶縁皮膜３０の樹脂マトリクス３４を構成するための絶縁性樹脂またはその前駆体と、空孔を形成するための空孔形成剤と、その他硬化促進剤などの添加剤や助剤が溶剤中に溶解した溶液、または分散した分散液を準備する。ワニスの調製方法は特に限定されず、樹脂の種類に応じて選択される。例えば絶縁皮膜３０の主成分がポリイミドまたはポリアミドイミドの場合、溶剤中で前駆体であるプレポリマーを重合した後、空孔形成剤、および必要に応じて硬化促進剤を添加し、充分に混合する。これにより、ワニスとして、ポリイミドプレポリマーまたはポリアミドイミドプレポリマーの溶液を調製することができる。
【００５０】
上記のような円相当径を達成する空孔３２を形成するには、ワニスの粘度を管理することが重要である。空孔の大きさを制御し、空孔３２を絶縁皮膜３０内に広く分散させるためには、上記空孔形成剤を、絶縁性樹脂の樹脂マトリクス３４内に充分に分散させる必要がある。このとき、ワニスの粘度が高すぎると充分に空孔形成剤を分散させることが難しくなる。その結果、空孔形成剤が凝集しやすくなり、局所的に大きな空孔が形成されやすくなる。一方、ワニスの粘度が低すぎると、一旦分散させた空孔形成剤が時間と共に沈降または浮遊し、局所的に滞留することがある。この場合、空孔形成剤が局所に集中しやすくなり、局所的に大きな空孔が形成されやすくなる。したがって、ワニスの粘度を管理することが重要である。
【００５１】
上記ワニスの粘度は、雰囲気温度や絶縁性樹脂の種類などによって左右されるため適宜調製される。
【００５２】
次に空孔形成剤について説明する。空孔形成剤ワニスの主成分である絶縁性樹脂との相性がよいものを選択することが重要である。空孔形成剤と絶縁性樹脂との相溶性が低い場合、空孔形成剤が局所に集中しやすくなり、加熱後、絶縁皮膜３０内に局所的に大きな空孔が形成されやすくなる。その結果、上述の規定を満たす空孔３２を備えた絶縁皮膜３０を形成するのが難しくなる。
【００５３】
空孔形成剤としては、さらに絶縁性樹脂の焼付温度よりも低い温度で熱分解する物質からなるものが好ましい。樹脂マトリクス３４を形成する絶縁性樹脂の焼付温度は、樹脂の種類に応じて適宜設定されるが、通常２００℃以上３５０℃以下程度である。したがって、上記ワニスに用いる空孔形成剤の熱分解温度は３００℃以下であるのが好ましい。空孔形成剤の熱分解温度の下限は特に限定されないが、例えば１００℃以上であるのが好ましい。ここで熱分解温度とは、窒素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（ＴＧ／ＤＴＡ）を用いて熱重量を測定することにより測定することができる。
【００５４】
上記空孔形成剤は、熱分解性樹脂を主成分とするコアと、コアを包むシェル（外殻部）とを有するコア−シェル粒子型の空孔形成剤であってもよい。コア−シェル粒子型の空孔形成剤を用いることで、図４に示す外殻部Ｓ１，Ｓ２のような、空孔３２を囲む外殻部を絶縁皮膜３０内に形成することができる。
【００５５】
コアを構成する熱分解性樹脂の例としては、絶縁性樹脂の焼付温度よりも低い温度で熱分解する物質である限り特に限定されないが、例えばポリエチレングリコールエステルおよびポリプロピレングリコールエステルなどのポリアルキレングリコールエステル、ポリ（メタ）アクリル酸、ポリ（メタ）アクリル酸メチル、ポリ（メタ）アクリル酸エチル、ポリ（メタ）アクリル酸プロピル、およびポリ（メタ）アクリル酸ブチルなどの（メタ）アクリル酸系（共）重合体、ウレタンオリゴマーおよびウレタンポリマーなどのウレタン系重合体、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレートおよびε−カプロラクトン（メタ）アクリレートなどの変性（メタ）アクリレート系重合体、およびポリスチレン、並びにこれらの架橋物等が挙げられる。
【００５６】
上記シェルの材質としては、コアの材質よりも分解温度が高いものが用いられる。分解温度が高いシェルを有するコア−シェル型の粒子が加熱されると、コアを構成する熱分解性樹脂が分解し、シェルのみが残る。コアが分解された部分には空洞が形成される。残ったシェルにより空孔は、他の空孔と連通しない独立孔として存在することができる。このように、熱分解性樹脂の粒子をコアに含むコア−シェル構造の粒子を用いることで、より空孔の大きさの制御が容易となる。
【００５７】
絶縁皮膜３０の加熱時において、上記熱分解性樹脂は分解し、熱分解性樹脂が存在していた部分に空孔３２が形成される。したがって、熱分解性樹脂が粒子である場合、その粒子径は形成される空孔３２の大きさにも影響する。このような観点から、上記コア−シェル型の粒子の平均粒子径としては、０．１μｍ以上であるのが好ましく、０．５μｍ以上であるのがより好ましく、１μｍであるのががさらに好ましい。また、上記コア−シェル型の粒子の平均粒子径は、１００μｍ以下であるのが好ましく、５０μｍであるのがより好ましく、３０μｍであるのががさらに好ましく、１０μｍであるのが特に好ましい。
【００５８】
また空孔形成剤の比重Ｇ１と、樹脂マトリクス３４を構成する上記絶縁性樹脂との比重Ｇ２との比Ｇ１／Ｇ２は０．８〜１．２であってもよく、０．９〜１．１であってもよい。空孔形成剤の比重Ｇ１と、樹脂マトリクス３４を構成する上記絶縁性樹脂との比重Ｇ２とが大きく異なると、空孔形成剤が樹脂マトリクス３４中で沈降または浮上し、一様に空孔３２が分散された有孔絶縁皮膜を形成することが困難となる。そのような観点から上記比Ｇ１／Ｇ２は、１に近くなるほど好ましい。
【００５９】
上記のように導体とワニスとを準備した後、次に導体の表面上にワニスを塗工し、塗膜を形成する。ワニスの塗工方法は特に限定されず、導体上に塗膜を形成するための様々な方法が選択可能である。一例としては、導体の表面に過剰量のワニスを塗布したのち、ダイスを一定速度で通過するように導体を搬送させて、余分なワニスを除去する方法がある。この方法によれば、膜厚の安定した塗膜を形成することができる。
【００６０】
形成された塗膜を、オーブンや焼成炉などの加熱装置によって加熱する。加熱によって、塗膜が硬化し、絶縁皮膜３０が形成されると共に、熱分解性樹脂が分解されて気化する。その結果、ポリイミドの硬化被膜中の、熱分解性樹脂が存在していた箇所に空孔３２が形成される。熱分解性樹脂の粒子がシェルに内包されていた場合には、空孔３２のそれぞれの内壁を覆うように配置された状態でシェルはそのまま絶縁皮膜３０内に残留し、上記外殻部となる。このようにして、本実施の形態に係る絶縁電線１０が形成される。
【００６１】
上記空孔３２の大きさは、加熱温度および加熱時間によっても変動する。例えばワニスの塗膜を急激に加熱すると熱分解性樹脂が急に気化して膨張し、空孔３２が大きくなる場合がある。したがって、加熱温度や加熱時間と、形成される空孔３２の大きさとの相関関係を調査しつつ、適切な加熱条件で絶縁皮膜３０を焼成するのが好ましい。
【００６２】
なお、上記実施の形態においては、コア−シェル型粒子状の空孔形成剤を使用したが、他の空孔形成剤を使用することも可能である。例えば、シェルを有していない熱分解性樹脂の粒子を空孔形成剤として使用することも可能である。熱分解性樹脂としては、コアを構成する熱分解性樹脂の例として例示した上述の化合物と同様の化合物が挙げられる。この場合、形成される空孔３２は図４のうち、外殻部Ｓ１，Ｓ２などの外殻部を有さない構造となる。この場合においても、ワニスの粘度や、熱分解性樹脂の分解温度、空孔形成剤の量、絶縁皮膜３０を加熱する際の加熱温度を調製することにより、所望の大きさの空孔３２を形成することができる。
【００６３】
また上記空孔形成剤として中空フィラーを用いることもできる。中空フィラーにより空孔を形成する場合、この中空フィラーの内部の空洞部分が空孔層に含まれる空孔となる。中空フィラーとしては、例えばシラスバルーン、ガラスバルーン、セラミックバルーン、有機樹脂バルーン等が挙げられる。
【００６４】
それ以外にも、カプセル内に熱膨張剤が内包された熱膨張性マイクロカプセルを空孔形成剤として用いることもできる。上記熱膨張剤としては、例えば低沸点液体、化学発泡剤又はこれらの混合物を使用することができる。この場合、塗工されたワニス塗膜の加熱により、塗膜に含まれる熱膨張性マイクロカプセルが膨張又は発泡し、絶縁皮膜３０内に空孔３２が形成される。熱膨張性マイクロカプセルのカプセルは、上記熱膨張剤の膨張時に破断することなく膨張し、発生したガスを包含するマイクロバルーンを形成できる延伸性を有する材質から形成されるのが好ましい。このようなカプセルを形成する材質としては、通常は、熱可塑性樹脂等の高分子を主成分とする樹脂組成物が用いられる。
【００６５】
［絶縁電線１０の用途］
本実施の形態に係る絶縁電線１０は、充分な誘電率調整効果を達成しつつ、絶縁皮膜３０の強度を維持することができる。強度が維持されることから、コイル状に絶縁電線１０を巻いた場合にも絶縁皮膜３０同士の接触による絶縁皮膜３０の損傷や変形が起こりにくい。そのため、例えば多重に巻いた状態で使用されるコイルやモーター用の絶縁電線として、特に好適に使用することができる。
【実施例】
【００６６】
本願の発明の効果を確認するために以下の実施例を行った。結果を以下に示す。
【００６７】
［円相当径の算出］
絶縁皮膜３０内の気孔率および空孔の円相当径を算出した。まず上述した手順に従って、導体２０（具体的には銅線）と、ワニス（ポリイミドと熱分解性樹脂を含有）とを準備した後、有孔絶縁皮膜を備える絶縁電線１０を作成した。導体２０の長手方向Ｄに垂直な任意の面において絶縁電線１０を切断し、測定用試料とした。測定用試料の切断面を走査型電子顕微鏡にて観察し、断面画像を取得した。
【００６８】
画像処理装置により、断面画像に現れる空孔の面積を測定した。その操作を繰り返し、計２４４個の空孔について空孔の円相当径を求め、その空孔の円相当径の中央値、平均値、標準偏差、最小値、および最大値を求めた。結果を表１に示す。また２４４個の空孔について、外周によって囲まれる領域の総面積を求め、断面画像全体の面積に対する上記総面積の割合を、絶縁皮膜の気孔率（体積％）とした。このようにして求められる上記測定用試料の気孔率は３０体積％であった。
【００６９】
【表１】
2020053301.tif 000004
【００７０】
また異なる円相当径を有する絶縁電線について、部分放電発生電圧および圧縮強度を測定し、円相当径の平均値と部分放電発生電圧、および円相当径の平均値と圧縮強度との関係を求め、グラフを作成した。そのグラフを図７に示す。図７において、実線は円相当径の平均値と部分放電発生電圧との関係を示す。また一点鎖線は円相当径の平均値と圧縮強度との関係を示す。また円相当径の標準偏差と部分放電発生電圧との関係を求め、グラフを作成した。そのグラフを図８に示す。
【００７１】
測定の結果、図７のグラフから分かるように、複数の空孔の円相当径の平均値は２．０μｍ以上３．５μｍ以下であることが重要であることが明らかとなった。円相当径の平均値が２．０μｍ未満の場合、部分放電発生電圧は低下し、部分放電が発生しやすくなる。また圧縮強度は円相当径の平均値が３．５μｍを超えると低下する。複数の空孔の円相当径の平均値は２．０μｍ以上３．５μｍ以下であれば、部分放電発生電圧と圧縮強度とが充分高い絶縁皮膜を得ることができる。
【００７２】
［厚み方向空孔間距離の算出］
上記円相当径の算出のために準備した測定用試料の断面画像から、上述の方法に従って厚み方向空孔間距離の予測最小値を算出した。まず走査型電子顕微鏡より、導体２０の長手方向Ｄに垂直な断面１０Ａのうち、範囲の異なる４２地点の領域の視野範囲全体（単位面積を有する領域に相当）の画像を取得した。次に、それぞれの領域に含まれる、厚み方向に隣接する２つの空孔の間の厚み方向の距離の極小値を測定した。測定によって得られる複数の極小値を極値統計解析し、確率密度が０である場合の予測最小値（図９および図１０のＤｍｉｎ）を算出した。算出には上記累積分布関数Ｆ（ｘ）およびその微分である確率密度関数ｆ（ｘ）を用いた。結果を表２、並びに図９および図１０に示す。
【００７３】
【表２】
2020053301.tif 000005
【００７４】
さらに、厚み方向空孔間距離の異なる絶縁電線の試料を準備し、部分放電発生電圧（Ｖ）を測定した。その結果をグラフにしたものを図１１に示す。
【００７５】
表２および図９、図１０に示すように、絶縁皮膜３０内における４２地点の視野における厚み方向空孔間距離に基づいて厚み方向空孔間距離の予測最小値を算出した結果、その値は０．３５０μｍと算出された。また図１１に示すように、厚み方向空孔間距離が０．２０μｍよりも大きくなると、部分放電発生電圧が急激に低下することがわかった。そのため、厚み方向空孔間距離の最小値が０．２０μｍ以上である本実施の形態においては、部分放電の発生が抑制されることが分かった。
【００７６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本願の絶縁電線は、充分に調整された誘電率と、高い耐久性とを有する絶縁皮膜を備えた絶縁電線が求められる分野において、特に有利に適用され得る。
【符号の説明】
【００７８】
１０  絶縁電線
１０Ａ  断面
２０  導体
３０  絶縁皮膜
３２  空孔
３２Ａ，３２Ｂ  空孔
３４  樹脂マトリクス
４０  空孔間距離
【図１】
2020053301.tif 000006
【図２】
2020053301.tif 000007
【図３】
2020053301.tif 000008
【図４】
2020053301.tif 000009
【図５】
2020053301.tif 000010
【図６】
2020053301.tif 000011
【図７】
2020053301.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020053301.tif 000015
【図１１】
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