(57)【要約】【課題】絶縁被膜の部分放電劣化に対する耐性を向上させるために、高い熱伝導性を有する樹脂絶縁塗料およびそれを用いた絶縁電線を提供する。【解決手段】本発明に係る絶縁被膜塗料は、樹脂塗料と無機絶縁粒子の前躯体とを混合して得られる絶縁被膜塗料であって、前記無機絶縁粒子の前躯体が下記化学式１で示されるシラン化合物と純水とを加水分解重縮合反応させて得られるシロキサン系化合物であることを特徴とする。【化１】2011132393.tif 000007【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂塗料と無機絶縁粒子の前躯体とを混合して得られる絶縁被膜塗料であって、
前記無機絶縁粒子の前躯体が下記化学式１で示されるシラン化合物と純水とを加水分解重縮合反応させて得られるシロキサン系化合物であることを特徴とする絶縁被膜塗料。
【化１】
2011132393.tif 000006
【請求項２】
前記シラン化合物が、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシランの中から選ばれるいずれか１種である請求項１に記載の絶縁被膜塗料。
【請求項３】
前記樹脂塗料の樹脂分が、ポリイミド樹脂からなる請求項１または請求項２に記載の絶縁被膜塗料。
【請求項４】
前記樹脂塗料の樹脂分が、ポリアミドイミド樹脂からなる請求項１または請求項２に記載の絶縁被膜塗料。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の絶縁被膜塗料を金属導体上に塗布、焼付けして成る絶縁被膜が形成されていることを特徴とする絶縁電線。
【請求項６】
前記絶縁被膜の外周に更に潤滑性絶縁被膜が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の絶縁電線。
【請求項７】
前記金属導体と前記絶縁被膜との間に密着性絶縁被膜が形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６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、金属導体表面に絶縁被膜塗料で形成した絶縁被膜を有する絶縁電線に関し、特にモーターや変圧器などの電気機器のコイル用として好適な絶縁被膜塗料及びそれを用いて製造した絶縁電線に関する。
【背景技術】
【０００２】
絶縁電線（エナメル被覆絶縁電線）は、モーターや変圧器などの電気機器のコイル用電線として広く用いられており、コイルの用途・形状に合致した断面形状（例えば、丸型や平角）に成形された金属導体の外層に単層または複数層の絶縁被膜が形成された構成をしている。該絶縁被膜は、一般的にポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド等の樹脂を有機溶剤に溶解させた絶縁被膜塗料（単に絶縁塗料と言う場合もある）を金属導体上に塗布・焼付けして作製される。
【０００３】
近年、モーターや変圧器などの電気機器に対する小型化・高出力化・高効率化などの要求から、電気機器のインバータ制御や高電圧化が進展している。その結果、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ようになった。また、電気機器（特にコイル）の運転温度が従来よりも上昇する傾向にある。
【０００４】
一方、コイルを構成する絶縁電線間に微小な空隙が残存していると、その部分に電界集中が起こり、隣接する絶縁電線間（被膜−被膜間）あるいは対地間（被膜−コア間）で部分放電が発生しやすい。部分放電が発生すると荷電粒子の衝突により、絶縁被膜の樹脂材料分子鎖の切断、スパッタ、局所温度上昇による熱分解などを誘発して絶縁被膜の劣化（部分放電劣化）を引き起こす。部分放電劣化は上述の高電圧化や運転温度の上昇によって助長され、その結果、コイルの絶縁破壊に至る恐れがある。
【０００５】
温度上昇による絶縁被膜の劣化・熱分解を抑制するためには、絶縁被膜が高い熱伝導性を有していることが望ましい。従来、高い熱伝導性を有する絶縁被膜（絶縁被膜塗料）として、有機溶剤に溶解した樹脂中に、熱伝導率を向上させるための無機絶縁微粒子を分散させた樹脂組成物が提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、エポキシ樹脂等の有機高分子樹脂中に、表面を予め酸化した窒化アルミニウム（AlN）の焼結体粉末を混合した樹脂組成物が開示されている。特許文献１によると、表面を酸化した窒化アルミニウムを混合した樹脂組成物は、高熱伝導性・耐水和性を有し、高い信頼性を有するとされている。
【０００７】
特許文献２では、シリコーン樹脂等の有機金属高分子化合物にシリカ、アルミナ、マグネシア等の金属酸化物粉末を混合した絶縁層を厚さ10〜50μmで導体表面に被覆し、さらにその上にポリイミドワニスなどの耐熱絶縁ワニス等の絶縁補強層を厚さ5〜20μmで被覆した二層構造を有する樹脂組成物が開示されている。特許文献２に記載の樹脂組成物を用いた絶縁電線は、10×10-4 cal/(s・cm・℃) 以上の高い熱伝導率が得られるとされている。
【０００８】
特許文献３には、金属酸化物微粒子ゾル及びケイ素酸化物微粒子ゾルから選ばれる少なくとも１種を分散させて成り、金属酸化物微粒子及びケイ素酸化物微粒子から選ばれる少なくとも１種の微粒子が、エナメル線用塗料の樹脂分100重量部に対して3〜100重量部含有されている樹脂組成物が開示されている。特許文献３に記載の樹脂組成物は、金属酸化物微粒子及びケイ素酸化物微粒子を、エナメル線用塗料との相溶性の優れた有機分散媒中に、ゾル状にして添加することで均一に分散することができるとしている。この樹脂組成物を用いると、可撓性、柔軟性、巻き付け性、伸張性に優れた絶縁電線が得られるとされている。
【０００９】
特許文献４には、フェノール類またはベンジルアルコール類5〜80質量％と炭素数３〜７の１価アルコール1〜40質量％とを含む混合溶媒にシリカを分散させて得たオルガノシリカゾルを、溶剤に耐熱性絶縁樹脂を溶解した樹脂塗料と混合して該オルガノシリカゾルを分散させた絶縁塗料が開示されている。特許文献４に記載の絶縁塗料は、樹脂塗料の溶剤に近い性質を有する溶剤を含む分散媒により分散されたオルガノシリカゾルを用いるため、相溶性が良好となってシリカ同士の凝集が起こらなくなり、樹脂塗料中にオルガノシリカゾルが均一に分散するとされている。また、この絶縁塗料を用いて作製した絶縁電線は、高い耐部分放電性を有するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平２−１３３４５０号公報
【特許文献２】特開平８−３１７５８３号公報
【特許文献３】特開２００１−３０７５５７号公報
【特許文献４】特開２００４−２０４１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
高い熱伝導性を有する絶縁被膜（絶縁被膜塗料）を安定して得るためには、樹脂塗料中に添加・混合する無機絶縁粒子を均一に分散させることが極めて重要である。しかしながら、無機絶縁粒子（特に一次粒子径の小さい粒子）は凝集し易い性質を有することから、特許文献１や特許文献２に記載されているような、無機絶縁微粒子を樹脂溶液中に単純に分散させる方法では、無機絶縁微粒子が樹脂溶液中で凝集しやすく、均一な分散状態（すなわち、安定した高い熱伝導性）を得ることが難しいという問題がある。
【００１２】
一方、特許文献３や特許文献４に記載されているような、シリカゾルを樹脂溶液中に分散させる方法は、無機絶縁微粒子を樹脂溶液中に単純に分散させる方法よりも、より均一に分散させることができるが、樹脂溶液中で凝集による無機絶縁微粒子の偏在が起こる可能性があり、更なる改善が望まれていた。
【００１３】
従って、本発明の目的は、上記課題を解決するため、樹脂塗料中に無機絶縁微粒子をより均一に分散させることにより、熱伝導性を向上させて部分放電劣化に対する高い耐性を有する絶縁被膜塗料およびそれを用いた絶縁電線を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するため、樹脂塗料と無機絶縁粒子の前躯体とを混合して得られる絶縁被膜塗料であって、前記無機絶縁粒子の前躯体が下記化学式１で示されるシラン化合物と純水とを加水分解重縮合反応させて得られるシロキサン系化合物であることを特徴とする絶縁被膜塗料を提供する。
【００１５】
【化１】
2011132393.tif 000002
【００１６】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る絶縁被膜塗料において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（１）前記シラン化合物は、フェニルトリメトキシシラン（C6H5Si(OCH3)3）、フェニルトリエトキシシラン（C6H5Si(OC2H5)3）、メチルトリメトキシシラン（CH3Si(OCH3)3）、メチルトリエトキシシラン（CH3Si(OC2H5)3）、エチルトリメトキシシラン（C2H5Si(OCH3)3）、エチルトリエトキシシラン（C2H5Si(OC2H5)3）の中から選ばれるいずれか１種である。
（２）前記樹脂塗料は、ポリイミド樹脂からなる。
（３）前記樹脂塗料は、ポリアミドイミド樹脂からなる。
【００１７】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記絶縁被膜塗料を金属導体上に塗布、焼付けして成る絶縁被膜が形成されていることを特徴とする絶縁電線を提供する。
【００１８】
また、本発明は、上記目的を達成するため、上記の本発明に係る絶縁電線において、以下のような改良や変更を加えることができる。
（４）前記絶縁被膜の外周に更に潤滑性絶縁被膜が形成されている。
（５）前記金属導体と前記絶縁被膜との間に密着性絶縁被膜が形成されている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明よれば、樹脂塗料中に無機絶縁微粒子をより均一に分散させることにより、熱伝導性を向上させて部分放電劣化に対する高い耐性を有する絶縁被膜塗料を提供することができる。また、該絶縁被膜塗料を用いることにより、モーターや変圧器などの電気機器のコイル用として好適な絶縁電線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】絶縁被膜の熱伝導性の評価方法を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。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。
【００２２】
本発明に係る絶縁被膜塗料は、樹脂塗料と無機絶縁粒子の前躯体とを混合して得られる絶縁被膜塗料であって、前記無機絶縁粒子の前躯体が下記化学式１で示されるシラン化合物と純水とを加水分解重縮合反応させて得られるシロキサン系化合物であることを特徴とする。
【００２３】
【化２】
2011132393.tif 000003
【００２４】
ここで、R1はCH3基またはCH3CH2基のいずれか一方の基であり、R2はCH3基、CH3CH2基またはC6H5基のいずれかである。より具体的には、上記シラン化合物は、フェニルトリメトキシシラン（C6H5Si(OCH3)3）、フェニルトリエトキシシラン（C6H5Si(OC2H5)3）、メチルトリメトキシシラン（CH3Si(OCH3)3）、メチルトリエトキシシラン（CH3Si(OC2H5)3）、エチルトリメトキシシラン（C2H5Si(OCH3)3）、エチルトリエトキシシラン（C2H5Si(OC2H5)3）の中から選ばれるいずれか１種である。
【００２５】
上記シラン化合物と純水とを加水分解重縮合反応させて得られるシロキサン化合物は、加水分解の反応速度が遅く、加水分解で生成したシラノールの重縮合速度も遅いため、樹脂塗料中で凝集することなく従来よりも均一に分散させることができる。これにより、熱伝導性を向上させて部分放電劣化に対する高い耐性を有する絶縁被膜塗料を得ることができる。
【００２６】
無機絶縁粒子の前躯体としてのシロキサン系化合物は、樹脂塗料の樹脂分100重量部に対して3重量部以上100重量部以下で含有されることが好ましい。シロキサン系化合物が3重量部未満であると含有される無機絶縁粒子の絶対量が少な過ぎて絶縁被膜の熱伝導性の向上が不十分となる。一方、シロキサン系化合物が100重量部を超えると含有される無機絶縁粒子の絶対量が多過ぎて絶縁被膜の可撓性や耐伸張性が悪化する。より好ましくは、樹脂塗料の樹脂分100重量部に対して、シロキサン系化合物を5重量部以上50重量部以下で含有させる。
【００２７】
樹脂塗料は樹脂と溶剤とから成る。樹脂としては、ポリアミドイミド、ポリイミドであればよい。溶剤としては、N-メチル-2-ピロリドン（NMP）、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、スルホラン、アニソール、ジオキソラン、ブチルセルソルブアセテート、ラクトン系等が挙げられ、これらは単独で使用することができるが、２種以上を混合して用いてもよい。また、樹脂塗料として工業用に市販されているものでもよく、例えば、ポリアミドイミドエナメル線用塗料、ポリイミドエナメル線用塗料等を用いることができる。
【００２８】
本発明に係る絶縁電線は、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）に整形された金属導体（例えば、銅線、アルミニウム線、銀線、ニッケル線等）の表面に上記絶縁被膜塗料を塗布、焼付けして絶縁被膜を形成することにより得ることができる。必要に応じて該絶縁被膜の外周（最外周）にワニス等の潤滑性絶縁被膜を更に設けても良い。潤滑性絶縁皮膜を設けることによって滑りがよくなり、耐摩耗性を向上することができる。
【００２９】
また、金属導体と絶縁被膜との密着性をさらに向上させるために、必要に応じて金属導体と絶縁被膜との間に密着性絶縁被膜を設けることもできる。密着性絶縁被膜は、金属導体上に直接シランカップリング剤を塗布、焼付けして得ることができる。シランカップリング剤としては、例えば、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-2-(アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン等を使用することができる。
【実施例】
【００３０】
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。
【００３１】
（実施例１の作製）
フェニルトリエトキシシラン5.0 gと純水1.1 gとを加水分解重縮合反応させてシロキサン系化合物3.0 gを生成させ、該シロキサン系化合物と樹脂分濃度20 mass％のポリアミドイミド塗料100 gとを混合・攪拌して実施例１の絶縁被膜塗料を得た。銅導体（線径0.8 mm）の周りに該絶縁被膜塗料を塗布した後、焼付けを行い、絶縁被膜の厚さが45μmである実施例１の絶縁電線を作製した。
【００３２】
（実施例２の作製）
フェニルトリエトキシシラン5.0 gと純水1.1 gとを加水分解重縮合反応させてシロキサン系化合物3.0 gを生成させ、該シロキサン系化合物と樹脂分濃度20 mass％のポリイミド塗料100 gとを混合・攪拌して実施例２の絶縁被膜塗料を得た。銅導体（線径0.8 mm）の周りに該絶縁被膜塗料を塗布した後、焼付けを行い、絶縁被膜の厚さが44μmである実施例２の絶縁電線を作製した。
【００３３】
（実施例３の作製）
フェニルトリメトキシシラン5.6 gと純水1.1 gとを加水分解重縮合反応させてシロキサン系化合物4.0 gを生成させ、該シロキサン系化合物と樹脂分濃度20 mass％のポリアミドイミド塗料100 gとを混合・攪拌して実施例３の絶縁被膜塗料を得た。銅導体（線径0.8 mm）の周りに該絶縁被膜塗料を塗布した後、焼付けを行い、絶縁被膜の厚さが45μmである実施例３の絶縁電線を作製した。
【００３４】
（実施例４の作製）
フェニルトリメトキシシラン5.6 gと純水1.1 gとを加水分解重縮合反応させてシロキサン系化合物4.0 gを生成させ、該シロキサン系化合物と樹脂分濃度20 mass％のポリイミド塗料100 gとを混合・攪拌して実施例４の絶縁被膜塗料を得た。銅導体（線径0.8 mm）の周りに該絶縁被膜塗料を塗布した後、焼付けを行い、絶縁被膜の厚さが46μmである実施例４の絶縁電線を作製した。
【００３５】
（実施例５の作製）
フェニルトリメトキシシラン1.4 gと純水1.1 gとを加水分解重縮合反応させてシロキサン系化合物1.0 gを生成させ、該シロキサン系化合物と樹脂分濃度20 mass％のポリイミド塗料100 gとを混合・攪拌して実施例４の絶縁被膜塗料を得た。銅導体（線径0.8 mm）の周りに該絶縁被膜塗料を塗布した後、焼付けを行い、絶縁被膜の厚さが46μmである実施例５の絶縁電線を作製した。
【００３６】
（実施例６の作製）
フェニルトリメトキシシラン14 gと純水1.1 gとを加水分解重縮合反応させてシロキサン系化合物10 gを生成させ、該シロキサン系化合物と樹脂分濃度20 mass％のポリイミド塗料100 gとを混合・攪拌して実施例４の絶縁被膜塗料を得た。銅導体（線径0.8 mm）の周りに該絶縁被膜塗料を塗布した後、焼付けを行い、絶縁被膜の厚さが46μmである実施例６の絶縁電線を作製した。
【００３７】
（比較例１の作製）
シリカ微粒子（日本アエロジル株式会社製、シリカアエロジルR972）5.0 gと、純水1.1 gと、樹脂分濃度20 mass％のポリアミドイミド塗料100 gとを配合して混合・攪拌し、比較例１の絶縁被膜塗料を得た。銅導体（線径0.8 mm）の周りに該絶縁被膜塗料を塗布した後、焼付けを行い、絶縁被膜の厚さが44μmである比較例１の絶縁電線を作製した。
【００３８】
（比較例２の作製）
シリカ微粒子（日本アエロジル株式会社製、シリカアエロジルR972）5.0 gと、純水1.1 gと、樹脂分濃度20 mass％のポリイミド塗料100 gとを配合して混合・攪拌し、比較例２の絶縁被膜塗料を得た。銅導体（線径0.8 mm）の周りに該絶縁被膜塗料を塗布した後、焼付けを行い、絶縁被膜の厚さが45μmである比較例２の絶縁電線を作製した。
【００３９】
（比較例３の作製）
シリカゾル5.0 gと、純水1.1 gと、樹脂分濃度20 mass％のポリアミドイミド塗料100 gとを配合して混合・攪拌し、比較例３の絶縁被膜塗料を得た。銅導体（線径0.8 mm）の周りに該絶縁被膜塗料を塗布した後、焼付けを行い、絶縁被膜の厚さが44μmである比較例３の絶縁電線を作製した。
【００４０】
（比較例４の作製）
シリカゾル5.0 gと、純水1.1 gと、樹脂分濃度20 mass％のポリイミド塗料100 gとを配合して混合・攪拌し、比較例４の絶縁被膜塗料を得た。銅導体（線径0.8 mm）の周りに該絶縁被膜塗料を塗布した後、焼付けを行い、絶縁被膜の厚さが45μmである比較例４の絶縁電線を作製した。
【００４１】
上記のように作製した実施例１〜６および比較例１〜４（絶縁被覆塗料および絶縁電線）に対して、次のような測定評価および試験を行った。
【００４２】
（１）熱伝導率測定（熱伝導性評価）
各絶縁被膜塗料を用いて40μm（厚さ）×10 mm×10 mmのシート状の評価用絶縁被膜を作製した。図１は、絶縁被膜の熱伝導性の評価方法を示した模式図である。図１に示したように、該評価用絶縁被膜を銅製の加熱軸と冷却軸との間に挟むように接触配置した。加熱軸および冷却軸の温度（温度勾配）が安定した後、評価用絶縁被膜の表裏の温度差Th−Tcと熱流量Qとから熱抵抗Rth（℃/W）を測定した。熱伝導率（W/(m・℃)）は下記式１から算出した。なお、測定は温度25℃、相対湿度50％の環境下で行い、熱伝導面積＝10 mm×10 mmである。
熱伝導率＝(評価用絶縁被膜の厚さ)/(熱抵抗×熱伝導面積)      ・・・・・（式１）。
【００４３】
（２）貯蔵弾性率測定
各絶縁被膜塗料を用いて25μm（厚さ）×5 mm×20 mmのシート状の評価用絶縁被膜を作製した。動的粘弾性測定装置（アイティー計測制御株式会社、DVA-200）を用いて室温から400℃までを昇温速度10℃/minで昇温しながら、評価用絶縁被膜の100 Hz振動時の貯蔵弾性率を測定した。
【００４４】
（３）ガラス転移温度（Tg）測定
上記（２）の貯蔵弾性率測定において、貯蔵弾性率が低下する変曲点の温度をガラス転移温度（Tg）とした。
【００４５】
（４）一方向摩耗試験（耐摩耗性評価）
各絶縁電線を120 mmの長さで切り出し、片側末端の絶縁被覆をアビソフィックス装置にて剥離した。テーバー型の摩耗試験機（東洋精機株式会社製）に取り付けた後、端末部に電極を取り付け、絶縁被膜の表面に垂直方向から荷重を掛けながら斜面を滑らせた際に、電気が導通した時の荷重を測定した。
【００４６】
（５）捻回試験（密着性評価）
各絶縁電線を250 mm離れた２つのクランプに直線状に固定し、電線長手方向と平行になるように2片の絶縁被膜を全長にわたって除去した。その後、室温環境において、一方のクランプを回転させ（他方は固定）、除去していない絶縁被膜が金属導体から浮いた時点（部分的な剥離が生じた時点）の回転回数を測定した。
【００４７】
（６）自己径巻き付け（可撓性評価）
導体径と同じ径を有する丸棒（巻き付け棒）に各絶縁電線を巻き付け、光学顕微鏡を用いて絶縁被膜での亀裂の有無を調査した。本明細書では、絶縁電線を５巻き/コイルとして５コイル分巻き付け、50倍の光学顕微鏡を用いて観察した。亀裂が観察されない場合を「合格」とした。
【００４８】
実施例１〜６の諸元と各種測定結果を表１に示し、比較例１〜４の諸元と各種測定結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2011132393.tif 000004
【００５０】
【表２】
2011132393.tif 000005
【００５１】
表１、表２に示したように、本発明に係る実施例１〜６（絶縁被膜塗料および絶縁電線）は、本発明の規定から外れる比較例１〜４（絶縁被膜塗料および絶縁電線）と比較して高い熱伝導率を有していることが確認された。一方、熱伝導性以外の特性は、実施例１〜６と比較例１〜４とにおいてほとんど差は見られなかった。このことから、本発明に係る絶縁被膜塗料および絶縁電線は、従来技術と比較して、貯蔵弾性率、ガラス転移温度、耐摩耗性、密着性、可撓性の諸特性を維持しながら、熱伝導性を向上することができることが実証された。
【図１】
2011132393.tif 000008