(57)【要約】【課題】  高い耐熱性と絶縁性を有し、温度変化によっても絶縁皮膜の破断が生じない無機系の絶縁材料で被覆されたモータ用耐熱絶縁コイルを提供する。【解決手段】  （１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物、特にＰ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３、並びに（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物、特にＬｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏから選ばれる金属酸化物を含有し、ガラス転移点における熱膨張率が８〜２３×１０−６／℃であるガラスからなる絶縁皮膜を有することを特徴とするモータ用耐熱絶縁コイル。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物、並びに（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物を含有し、ガラス転移点における熱膨張率が８〜２３×１０−６／℃であるガラスからなる絶縁皮膜を有することを特徴とするモータ用耐熱絶縁コイル。
【請求項２】
（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物の合計含有量１モルに対する、（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物の合計含有量が、０．１〜１．２モルであることを特徴とする請求項１に記載のモータ用耐熱絶縁コイル。
【請求項３】
（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物が、それぞれ、Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３であり、Ｐ２Ｏ５：Ｂ２Ｏ３のモル比が、１：０．９〜１：３．５の範囲であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ用耐熱絶縁コイル。
【請求項４】
（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物が、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏから選ばれることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のモータ用耐熱絶縁コイル。
【請求項５】
（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物がＬｉ２Ｏ及びＫ２Ｏからなり、Ｌｉ２Ｏ：Ｋ２Ｏのモル比が、１：０．８〜１：１．２の範囲であることを特徴とする請求項４に記載のモータ用耐熱絶縁コイル。
【請求項６】
前記ガラスからなる絶縁皮膜が、さらに（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物を含有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のモータ用耐熱絶縁コイル。
【請求項７】
（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物が、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項６に記載のモータ用耐熱絶縁コイル。
【請求項８】
（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物の合計含有量１モルに対する、（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物の合計含有量が、０．００１５〜０．１５モルであることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載のモータ用耐熱絶縁コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い耐熱性を有する無機系絶縁材で被覆されたモータ用耐熱絶縁コイルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッド電気自動車の駆動用モータ等の用途に、小型で高出力のモータが求められている。小型、高出力のモータは、モータ用コイルへの電流密度を上げることにより得られる。しかし、高い電流密度によりコイルの発熱が大きくなるので、コイルを被覆する絶縁材料に、耐熱性の優れた材料が求められる。
【０００３】
耐熱性の優れた絶縁材料としてはポリイミド樹脂が知られており、ポリイミド樹脂で絶縁被覆されたポリイミド線は、耐熱寿命２５０℃程度を達成する。しかし近年、ハイブリッド電気自動車の駆動用モータ等については、より小型化かつ高出力化が要求されおり、従来のポリイミド樹脂を越える、より高い耐熱性を有する絶縁材料で被覆されたモータ用コイルが求められるようになった。
【０００４】
ポリイミド樹脂より高い耐熱性を有する絶縁材料として、無機ガラス系絶縁材料が期待されている。ガラス系絶縁材料は、通常、ポリイミド線の耐熱寿命の温度（約２５０℃）よりはるかに高いガラス転移点や軟化点を有し、耐熱性に優れる場合が多い。
【０００５】
しかし、ガラス系絶縁材料は脆く、振動や曲げ等の変形により割れや亀裂等の破断が生じやすいとの問題がある。特に、導線を形成する金属との熱膨張率の差が大きいと、温度変化によりガラスに破断が生じる。そこで、導線を形成する金属と熱膨張率の差が小さいガラス系絶縁材料が求められている。又、絶縁材としてのガラス系絶縁材料には高い絶縁性が求められる。
【０００６】
金属表面を被覆するガラスとしては、ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３等からなる無機系ガラスが特開平１−１２２９３６号公報に開示されている。しかしこのガラスは、導線を形成する金属、特に銅との熱膨張率の差が大きい問題がある。又、ＰｂＯを多く含む鉛ガラスも挙げられるが、ＰｂＯは有毒である。
【０００７】
ＳｉＯ２系ガラスと比べて融点が低いガラスとしては、Ｐ２Ｏ５やＢ２Ｏ３等からなるガラスも知られている。Ｐ２Ｏ５からなるガラスは、さらに変形、摩耗に強いとの特徴も有するが、耐水性が低い問題がある。又Ｂ２Ｏ３からなるガラスは、導線を形成する金属、特に銅との熱膨張率の差が大きい問題がある。
【０００８】
アルカリ金属酸化物を含有するガラスは、熱膨張率が大きく、銅との熱膨張率差を小さくすることができる。しかし、アルカリ金属酸化物を含有させるとガラスのイオン導電率が高くなり、ガラスの絶縁性が低下する問題がある。
【０００９】
このように、従来は、耐熱性に優れながら、熱膨張率が銅に近い、そして絶縁性も高いとの特性を全て満たす無機系ガラス材料は知られていない。従って、高い耐熱性と絶縁性を有し、環境温度変化によっても絶縁皮膜の破断が生じない絶縁材料で被覆されたモータ用コイルも知られておらず、このようなモータ用コイルの開発が望まれていた。
【特許文献１】特開平１−１２２９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、高い耐熱性と絶縁性を有し、環境温度変化によっても絶縁皮膜の破断が生じない無機系の絶縁材料で被覆されたモータ用耐熱絶縁コイルを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は検討の結果、Ｐ（りん）の酸化物及びＢ（ホウ素）の酸化物と、２種類以上のアルカリ金属酸化物とを含有するガラスが、Ｐ系、Ｂ系のガラスとしての変形、摩耗に強いとの性質を有する上に、さらに耐熱性に優れながら、熱膨張率が銅に近い、そして絶縁性も高いとの特性を全て満たすこと、従ってこのガラスにより絶縁被覆されたモータ用耐熱絶縁コイルは、高い耐熱性と絶縁性を有し、温度変化によっても絶縁皮膜の破断が生じないことを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
本発明は、（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物、並びに（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物を含有し、ガラス転移点における熱膨張率が８〜２３×１０−６／℃であるガラスからなる絶縁皮膜を有することを特徴とするモータ用耐熱絶縁コイルを提供する（請求項１）。すなわち、本発明のモータ用耐熱絶縁コイルは、その芯材である導体の表面上に、前記特徴を有するガラスをコートして絶縁皮膜を形成したものである。
【００１３】
通常、ガラス中には、Ｐ酸化物、Ｂ酸化物、アルカリ金属酸化物が、それぞれ独立した分子としては存在しない。前記のガラスは、Ｐ酸化物、Ｂ酸化物及び２種類以上のアルカリ金属酸化物が、それぞれ独立した分子として存在していると仮定した場合と同じ組成を有する。「（１）並びに（２）を含有する。」とは、このことを意味する。
【００１４】
本発明のコイルを被覆するガラスは、そのガラス転移点における熱膨張率が８〜２３×１０−６／℃であることを特徴とする。ガラス転移点における熱膨張率をこの範囲内とすることにより、室温からガラス転移点の範囲の温度で、銅に近い熱膨張率を有することになり、温度変化によるガラス（すなわち絶縁被覆）の破断（割れや亀裂等の発生）を防ぐことができる。熱膨張率は、Ｐ酸化物とＢ酸化物の比率や、アルカリ金属酸化物の含有量により変動するので、これらを、後述する範囲内で調整することにより、前記範囲の熱膨張率を得ることができる。
【００１５】
（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物と、（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物の比率は、モル比で１：０．１〜１：１．２の範囲が好ましい。（２）の含有量が（１）の１モルに対し０．１モル以下になると、熱膨張率が低化し、８〜２３×１０−６／℃の範囲とすることが困難になる。一方、１．２モル以上となるとガラス化しにくくなる。請求項２は、この好ましい態様に該当し、前記のモータ用耐熱絶縁コイルであって、（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物の合計含有量１モルに対する、（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物の合計含有量が、０．１〜１．２モルであることを特徴とするモータ用耐熱絶縁コイルを提供するものである。
【００１６】
（２）の含有量が（１）の１モルに対し０．６モル以上となると、ガラス転移点や軟化点が低下する。そこで、より高い耐熱性のコイルを得るためには、（１）と（２）の比率は、モル比で１：０．１〜１：０．６の範囲がより好ましい。      
【００１７】
（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物としては、それぞれ、Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３が例示される。Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３を用いる場合、両者の比率はモル比で、１：０．９〜１：３．５の範囲が好ましい。より好ましくは、１：１〜１：３の範囲である。Ｐ２Ｏ５の比率が上記の範囲より大きくなると、ガラスの耐水性が低下する場合があり、吸湿による絶縁性の低下により劣化しやすくなる。一方、Ｂ２Ｏ３の比率が上記の範囲より大きくなると、ガラスの熱膨張率が低下し、８〜２３×１０−６／℃の範囲とすることが困難になる。又ガラスが硬く脆くなる傾向がある。
【００１８】
請求項３は、この好ましい態様に該当し、前記のモータ用耐熱絶縁コイルであって、（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物が、それぞれ、Ｐ２Ｏ５及びＢ２Ｏ３であり、Ｐ２Ｏ５：Ｂ２Ｏ３のモル比が、１：０．９〜１：３．５の範囲であることを特徴とするモータ用耐熱絶縁コイルを提供するものである。
【００１９】
本発明のコイルを被覆するガラスは、アルカリ金属を２種類以上含有することを特徴とする。前記のようにアルカリ金属は、イオン伝導性が大きいので、ガラスの絶縁性を低下させる。しかし、２種類以上のアルカリ金属をガラス中に含有させると、ガラスの絶縁性の低下を防ぐことができる。
【００２０】
アルカリ金属酸化物としては、その入手しやすさ等から、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ又はＫ２Ｏが好ましい。請求項４は、この好ましい態様に該当し、前記のモータ用耐熱絶縁コイルであって、（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物が、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏから選ばれることを特徴とするモータ用耐熱絶縁コイルを提供するものである。
【００２１】
Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏから選ばれる組合せの中でも、Ｌｉ２Ｏ及びＫ２Ｏの組合せが、絶縁性の低下を防ぐ点から、特に好ましい。２種類以上のアルカリ金属酸化物間の比率は、等モルに近い程、絶縁性の低下を防ぐ効果が大きい。Ｌｉ２Ｏ：Ｋ２Ｏのモル比としては、１：０．８〜１：１．２の範囲で、絶縁性の低下を充分に防ぐことができる。請求項５は、この好ましい態様に該当し、前記のモータ用耐熱絶縁コイルであって、（２）２種類以上のアルカリ金属酸化物がＬｉ２Ｏ及びＫ２Ｏからなり、Ｌｉ２Ｏ：Ｋ２Ｏのモル比が、１：０．８〜１：１．２の範囲であることを特徴とするモータ用耐熱絶縁コイルを提供するものである。
【００２２】
本発明のコイルを被覆するガラスに、さらに、（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物を加えると、ガラスの耐水性を向上させることができるので好ましい。特に、Ｐ酸化物のＢ酸化物に対する比率が大きい場合は、耐水性が低下する傾向があるので、（３）の添加が好ましい。（３）は、いわゆる無機修飾酸化物であり、ガラスを形成するものではないが、ガラスを形成する原子間の隙間に入り、ガラスの物性を変える効果を有するものである。
【００２３】
請求項６は、この好ましい態様に該当し、前記のモータ用耐熱絶縁コイルであって、さらに（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物を含有することを特徴とするモータ用耐熱絶縁コイルを提供するものである。ここで含有するとは、前記の（１）及び（２）の場合と同様に、（３）を必ずしも独立した分子として含有するものではないが、（３）を分子として含有したと仮定した場合と同じ組成をガラスが有することを意味する。
【００２４】
Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物としては、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２が例示される。請求項７は、この態様に該当し、請求項６のモータ用耐熱絶縁コイルであって、（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物が、Ａｌ２Ｏ３及びＳｉＯ２から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とするモータ用耐熱絶縁コイルを提供するものである。
【００２５】
Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物の量としては、（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物の合計１モルに対して、（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物の合計含有量が、０．００１５〜０．１５モルとなる範囲が好ましい。（３）の含有量が、（１）の１モルに対して０．００１５モル以下となると、耐水性向上の効果が充分に得られない場合がある。一方、０．１５モル以上となると、熱膨張率が低下し、８〜２３×１０−６／℃の範囲とすることが困難になる場合がある。
【００２６】
請求項８は、この好ましい態様に該当し、前記のモータ用耐熱絶縁コイルであって、（１）Ｐ酸化物及びＢ酸化物の合計含有量１モルに対する、（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物の合計含有量が、０．００１５〜０．１５モルであることを特徴とするモータ用耐熱絶縁コイルを提供するものである。
【００２７】
本発明のモータ用耐熱絶縁コイルの絶縁皮膜を形成するガラスは、Ｐ、Ｂ、アルカリ金属又は酸素を含有する原料化合物を混合して溶融し、その後固化することにより得ることができる。（３）Ｐ酸化物及びＢ酸化物より融点の高い酸化物を含有させる場合は、さらに、（３）の酸化物を形成することができる元素（ＡｌやＳｉ等）を含有する原料化合物を、前記原料化合物に混合して溶融する。
【００２８】
原料化合物としては、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３やＡｌ２Ｏ３等を用いることもできるし、Ａｌ（ＰＯ３）や、Ｋ２ＰＯ３、Ｌｉ２ＰＯ３等のアルカリ金属とＰ等を共に含有した化合物を用いることもできる。これらの原料を、混合物中の各成分の比率が所望の範囲となるように、混合して用いる。
【００２９】
このようにして得られた耐熱絶縁被覆用ガラスを用いて、本発明のモータ用耐熱絶縁コイルに絶縁皮膜を形成する方法は特に限定されない。例えば、加熱されて溶融されたガラスを導体上に塗布し、冷却、固化する方法、ガラス粉末を分散した分散液（ガラス分散液）を塗布し、溶媒の除去や焼付けを行う方法が挙げられる。塗布の方法としては、コイルを形成する導体を、溶融ガラス又はガラス分散液に浸漬し、引上げる方法等が挙げられる。
【００３０】
絶縁皮膜の形成は、コイルを形成する導体を所定のコイル形状に加工した後に行うことが好ましい。この方法によれば、絶縁被覆の形成後に導体の形状を大きく変える加工を行う必要がないので、ガラスのように脆い絶縁被覆材料の場合であっても、クラックの発生や絶縁性の低下等の問題を生じにくい。
【００３１】
前記の所定のコイル形状は、モータ内へ設置された後の形状とは通常異なる。すなわち、溶融ガラス又はガラス分散液等を、コイルの導体上に塗布するためには、コイルの導体間に間隙が必要である。一方、モータ内へ設置するときはコイル占積率を高くするために、コイルの導体間に間隙がない方が好ましい。そこで、通常、溶融ガラス又はガラス分散液等の塗布後、モータ内へコイルを設置するときまでに、該間隙を減少するための変形が必要である。
【００３２】
ただし、この変形が大きいと、クラックの発生や絶縁性能の低下等が生じ好ましくないので、所定のコイル形状としては、加工や大きな変形等を伴わず僅かな変形でもってモータ内に設置されたときの形状とすることができ、かつ溶融ガラス又はガラス分散液等の導体上への塗布を可能とする導体間の間隙を有する形状が採用される。そこで、モータ内へ設置するときの形状と同じ巻き径を有し、導体間に絶縁被覆形成のために必要な最小の間隙を有する形状を採用し、絶縁被覆形成後、該間隙を０とするようにコイルを長さ方向に圧縮してモータ内へ設置する方法を採用することができる。又は、導体間の間隙の小さいコイルを引き伸ばして絶縁被覆形成のために必要な最小の間隙を形成し、絶縁被覆形成後、引き伸ばしを解除して該間隙を減少する方法も採用することができる。さらに、該間隙を減少する工程の全部又は一部を、ガラスが完全に冷却し固化する前の状態で行う方法も好ましく採用される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明のモータ用耐熱絶縁コイルは、変形、摩耗に強く、高い耐熱性と絶縁性を有する絶縁皮膜により被覆されており、又使用環境の温度変化によっても絶縁皮膜の破断が生じない。そして、ハイブリッド電気自動車の駆動用モータ等、小型で高出力が求められるモータのコイルとして、好適に用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に発明を実施するための最良の形態を説明するが、本発明の範囲はこの形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を損なわない範囲で、他の態様が可能である。
【００３５】
［ガラスの製造］
原料として、Ｂ２Ｏ３（添川理化学株式会社製、純度９９．９％）、Ｌｉ２ＰＯ３（白辰化学研究所製、純度３Ｎ）、Ｋ２ＰＯ３（白辰化学研究所製、純度３Ｎ）、及びＡｌ２Ｏ３（片山化学工業株式会社製、純度９８％以上）を用いた。目的の組成及び目的の重量のガラスが得られるように、各原料の配合量を計算し、秤量した。
【００３６】
秤量後、各原料を十分に混合し、ガラスバッチを作製した。次に、得られたガラスバッチを、高純度アルミナルツボを用いて、電気炉（１１００〜１３００℃、大気中）で０．５〜１時間溶融した。その後、炉から取り出し、ステンレス鋳型またはグラファイト板にキャストしてガラスを得た。
【００３７】
このようにして得られたガラスを標準試料に合わせたサイズ（例として４×４×１２ｍｍ）に加工し、ＲｉｇａｋｕのＴＭＡ−８３１０にセットした。昇温速度１０℃／分で、室温からガラスの伸びがマイナスになるまで昇温し、熱膨張（ＴＭＡ）曲線を得た。このＴＭＡ曲線から熱膨張率αを求めたところ、ガラス転移点で８〜２３×１０−６／℃の範囲内であった。
【００３８】
［絶縁被覆銅線の形成］
図１は、本発明のモータ用コイルを製造するために用いられる所定のコイル形状に加工された導体の一例を示す外観図である。この例の導体は、屈曲部１と直線部２からなり、その断面は平角状であり、平角状の断面を有する導体をコイル状に加工して得られる。
【００３９】
コイル内の隣り合う導体間には、間隙３が設けられている。導体の全表面にガラス絶縁被膜を形成するため、コイルをその長さ方向（図１中のＹ軸方向）に引き伸ばし間隙３を約２ｍｍに広げた。その後、溶融ガラス内に浸漬しすぐに引上げた。該溶融ガラスは、前記で得られたガラスを、その粘度が１０Ｐｏｉｓｅ以下となりかつ銅の融点よりも低い温度である、７００〜１０００℃の範囲に加熱して溶融したものである。引上げ後、引き伸ばしを解除して間隙３を縮め、さらに約５７０℃（ガラスの軟化点；４７０℃以上でかつガラスの粘度が１０Ｐｏｉｓｅとなる温度；７００℃以下である。）に１０分間保持した。その後、この工程を、所定の膜厚が得られるまで繰り返し、ガラス皮膜により絶縁された本発明のモータ用コイルを得た。
【００４０】
絶縁被覆の形成後、モータのスロット内でのコイルの占積率を上げるため、好ましくは、コイルはその長さ方向、すなわち図１中のＹ軸方向に圧縮され間隙３を０としてモータ内に設置される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】所定のコイル形状に加工された導体の一例を示す外観図である。
【符号の説明】
【００４２】
１      屈曲部
２      直線部
３      間隙
【図１】
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