(57)【要約】      （修正有）【課題】導線が単線や撚り線や平角線であっても、平角線の導体厚、導体幅、また、コイルの巻回部の間隔の大きさの如何に関わらず、全ての電線について、従来の性能より優れ、さらに、安価な製法で連続して絶縁電線を製造する製造方法を提供する。【解決手段】アルコールで希釈された有機化合物に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液に、導体（裸銅単線１）を浸漬して通過させ、この後、室温から有機化合物が気化する温度に前記導体を昇温し、さらに、酸化第一鉄の微粒子がマグヘマイトの微粒子２に酸化される温度に前記導体を昇温し、さらに、マグヘマイト微粒子の磁化が飽和する磁場が発生している空間を、前記導体を通過させ、この後、前記導体を巻き取ることで、磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで導体が絶縁化された絶縁電線が連続して製造される。【選択図】図１
2019067683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁電線を連続して製造する製造方法は、アルコールで希釈された有機化合物に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液に、導体を浸漬して通過させる第一の工程と、大気雰囲気で室温から前記有機化合物が気化する温度に昇温される第一の熱処理装置を、前記導体を通過させる第二の工程と、大気雰囲気で前記酸化第一鉄の微粒子がマグヘマイトの微粒子に酸化される温度に昇温される第二の熱処理装置に、前記導体を移動させる第三の工程と、前記マグヘマイト微粒子の磁化が飽和する磁場が発生している大気雰囲気の空間を、前記導体を通過させる第四の工程と、前記導体を巻き取る第五の工程からなり、これら５つの工程を連続して実施する製造方法が、磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで導体が絶縁化された絶縁電線を連続して製造する、絶縁電線を連続して製造する製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載した懸濁液を製造する製造方法は、熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物を、アルコールに分散してアルコール分散液を作成する第一の工程と、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、前記アルコールより粘度が高い第二の性質と、沸点が、前記有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、前記酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い第三の性質を兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合して混合液を作成する第二の工程と、大気雰囲気で前記混合液を前記有機鉄化合物が熱分解温度する温度に昇温する第三の工程と、前記熱処理した混合液に前記アルコールを混合する第四の工程とからなり、これら４つの工程を連続して実施する製造方法が、アルコールで希釈された有機化合物に、酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液を製造する、請求項１に記載した懸濁液を製造する製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載した懸濁液を製造する製造方法において、前記有機鉄化合物が、カルボキシル基を構成する酸素イオンが鉄イオンに配位結合したカルボン酸鉄化合物である、請求項２に記載した懸濁液を製造する製造方法。
【請求項４】
請求項２に記載した懸濁液を製造する製造方法において、前記有機化合物がカルボン酸エステル類に属する有機化合物である、請求項２に記載した懸濁液を製造する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飽和磁化させたマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着した微粒子の集まりで、導体が絶縁化された絶縁電線を連続して製造する製造方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
導体を絶縁体で被覆した電線を絶縁電線と呼び、様々な用途に用いられている。導体は単線ないしは撚り線からなる。また、導体は、断面が略円形からなる丸線と、断面が矩形に加工された平角導線とがある。さらに、導体の多くは、銅ないしはアルミニウムからなるが、合金によるメリットが合金材料のコストアップのデメリットより大きければ、導電率が高い銅合金ないしはアルミニウム合金が用いられる。なお、複数の絶縁電線を束ねた外側にシース（保護外被覆）を施した電線をケーブルと呼び、電気信号を伝えるメタル通信ケーブルと光信号を送る光ファイバケーブルとがある。
【０００３】
丸線からなる絶縁電線は、許容できる電流に応じて、送電用、配電用、配線用の電線に分けられる。なお、屋外で使用される電線は、紫外線対策として黒色の絶縁層からなり、日本電線工業会による耐用年数の目安は１５−２０年である。
送電用の絶縁電線に、直流の７００Ｖを超え、交流の６００Ｖを超え、７ｋＶ以下の電圧を送る高圧配電線がある。導体は７−１９本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が９０℃の架橋ポリエチレン樹脂、ないしは、連続最高使用温度が７５℃のポリエチレン樹脂で構成される。また、３３００−６６００Ｖの屋外配電線から電柱上の変圧器のところまでをつなぐ高圧引込線がある。導体は７本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が９０℃の架橋ポリエチレン樹脂、ないしは、連続最高使用温度が８０℃のエチレンプロピレンゴムで構成される。さらに、変圧器を使って高圧引込線から受けた電力を、１００Ｖないしは２００Ｖの単相ないしは三相に落とす低圧配電線路に用いられる低圧架空電線がある。導体は７−１９本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が６０℃のビニル樹脂で構成される。
配電用の絶縁電線に、電柱から建物に電気を引き込む架空引込配線に用いられる低圧引込線がある。導体は７−１９本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が６０℃のビニル樹脂で構成される。
配線用の絶縁電線は、最終の使用箇所によって多岐にわたるが、主な絶縁電線に建築物の屋内配線がある。屋内配線の多くは、６００Ｖまでの低圧屋内配線であり、導体は７本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が６０℃のビニル樹脂で構成される。なお、日本電線工業会による屋内の耐用年数の目安は２０−３０年である。
【０００４】
さらに、丸線からなる絶縁電線を、コイル、モータ、プランジャ、リレー、自動車の電装品に用いる巻線（マグネットワイヤともいう）がある。巻線には、絶縁材料を塗布して焼付けるエナメル線と、繊維、フィルム、テープ、紙、糸などを巻き付ける横巻線と、これらを組み合わせた電線とがある。エナメル線は絶縁層の耐熱温度で分けられ、１０５℃のポリビニルホルマール銅線、１２０℃のポリウレタン銅線、１５５℃のポリエステル銅線、１８０℃のポリエステルイミド銅線、２００℃のポリアミドイミド銅線、２２０℃のポリイミド銅線がある。巻線の絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になる。丸線が用いられる機器によって、使用される環境と印加される負荷が大きく変わり、これによって、絶縁層に要求される性能も大きく変わる。特に、自動車に搭載される各種電装品に用いられる巻線は、要求される性能が高い。
【０００５】
いっぽう、平角導線は、アスペクト比が比較的小さいものは伸線加工で、大きいものは丸線の圧延加工や、圧延板のスリット加工で製造される。従って、平角導線への加工費用は安価で済む。平角導線は、表面に絶縁層を形成し、コイルの巻線として、あるいは、コイルとして使用した時に、コイルの断面積中に占める導体の断面積率が、丸線よりも高くなり、小型化・高性能化が要求される各種電気・電子部品に、巻線ないしはコイルとして使用されている。
すなわち、平角導線は、民生用機器では、パソコン、テレビ、制御回路などに、表面実装型コイルとして、タブレット端末やスマートフォンなどに、小型表面実装型コイルとして用いられている。自動車では、ハイブリッド車用駆動モータ、電動コンプレッサー用モータ、電動パワステ用モータ、ワイパーモータ、オルタネータ、スターター、イグニッションコイルなどの電装品に、巻線として用いられている。また、産業用モータ、家電用モータ、小型モータなどの各種モータの巻線として用いられている。また、リレーコイルやクラッチコイルなどの各種コイルとして、電力用トランス、照明機器用トランス、小型トランスなどの各種トランスのコイルとして用いられている。
いっぽう、平角導線の絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になるが、平角導線が用いられる機器によって、使用される環境と印加される負荷が大きく変わり、これによって、絶縁層に要求される性能も大きく変わる。巻線と同様に、自動車に搭載される各種電装品に用いられる巻線は、要求される性能が高い。
また、平角導線の厚みと幅は、平角導線が用いられる機器によって大きく変わる。例えば、小型表面実装型コイルに用いられる極細平角線では、導体厚が０．０２ｍｍで、導体幅が０．１−０．３ｍｍからなり、絶縁層の厚さが僅かに０．００５ｍｍである。これに対し、一般平角線では、導体厚が０．８−１．０ｍｍで導体幅が１．７−３．５ｍｍからなり、絶縁層の厚さが０．０５ｍｍである。このように、絶縁層の厚みが導体厚に応じて１桁も変わる。また、コイルの間隔は、導体厚に応じて1桁変わる。
さらに、平角導線を用いたコイルには様々な形状がある。例えば、平角導線を曲げにくい幅方向に曲げたエッジワイズコイルには、矩形エッジワイズコイル、円形エッジワイズコイル、長円エッジワイズコイル、楕円エッジワイズコイルなどの形状があり、２レア巻コイル、亀の甲羅状に巻いた亀甲コイル、トロイダル状に巻いたトロイダルコイルなど様々な形状のコイルが存在する。
【０００６】
以上に説明したように、絶縁電線は様々な用途において、様々な環境で使用され、様々な負荷が絶縁層に加わる。このため、絶縁層に要求される性能は、用途に応じて変わる。従って、一種類の絶縁層で、全ての絶縁電線に関わる全ての性能を満たす絶縁層は存在しない。また、平角導線の導体厚と導体幅は、用途に応じて大きく変わる。従って、全ての導体厚と導体幅に適応できる絶縁層は存在しない。
【０００７】
例えば、特許文献１には、平角導線からなるコイルに、電着塗装で絶縁層を形成するに当たり、コイルの弾性変形領域内で、予めコイルの複数の巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持し、その伸長状態で電着塗装工程と焼き付け工程とを行って、絶縁層を形成することが記載されている。
しかしながら、コイルの巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持する工程が必要になり、絶縁層を形成するコストが増大する。さらに、コイルの巻回部どうしの間隔が僅か０．０１ｍｍのようなコイルは、巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持することは不可能である。従って、限定されたコイルのみに絶縁層が形成できる。
【０００８】
特許文献２には、絶縁層の熱膨張率を銅の熱膨張率に近づけ、耐熱衝撃性を向上させるため、球状シリカとポリフェニレンサルファイド樹脂との複合材を押し出し、平角導線に絶縁皮膜を形成することが記載されている。
しかし、平均粒径が０．５−１０μｍからなる球状シリカを、溶解したＰＰＳ樹脂に、２５−３２％の体積割合で複合化させるため、球状シリカの配合割合を高めるほど、つまり、複合材料の熱膨張率を銅に近づけるほど、複合材料の可撓性は低下する。このような複合材料で絶縁被覆された巻線を用いてコイルを形成する際、屈曲部で絶縁層にクラックが入り、コイルに加工できない。従って、屈曲を必要としない巻線の用途に限定され、使用できる巻線の用途は極めて狭い。
なお、球状シリカの熱膨張率が０．５５×１０−６／Ｋで、ＰＰＳ樹脂の熱膨張率が４９―５５×１０−６／Ｋで、銅の熱膨張率が１６．８×１０−６／Ｋであるため、複合材料の熱膨張率を銅の熱膨張率に一致させるには、シリカ球の混合割合を２／３の体積割合まで高める必要がある。しかし、シリカ球の配合割合を高めるほど、複合材料における粘度が増大し、押出成形が困難になる。また、押出成形機の摩耗が顕著になる。従って、球状シリカの配合割合に制約があるため、複合材料の熱膨張率にも制約がある。このため、複合材料からなる絶縁層の耐熱衝撃性の改良にも限界がある。
【０００９】
特許文献３には、平角導線の断面形状における短辺に対応する部分の絶縁層の厚さが、長辺に対応する部分の絶縁層の厚さよりも厚くさせるため、電着塗装に用いるワニスを、塗装用樹脂と水と水溶性溶媒とで構成することが記載されている。
しかし、絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になるが、水溶性を持つ合成樹脂の材質が限定されるため、このようなワニスで目的とする絶縁層が形成できたとしても、絶縁層の性能が水溶性樹脂によって制約され、平角導線の使用できる用途は限られる。
【００１０】
特許文献４には、誘電率が低い絶縁塗料によって、複数の絶縁層を形成する絶縁電線が記載されている。つまり、例えば、インバータサージ電圧の影響で、誘電率が大きい絶縁層ほど、絶縁層の表面で誘電分極に伴う部分放電が発生し、部分放電による劣化を原因として絶縁層が侵食され、最終的に絶縁破壊が起こる。このため、内側の第一層に、誘電率が３．８未満である低誘電率ポリエステルイミド樹脂、誘電率が４．０未満である低誘電率ポリアミドイミド樹脂、又は誘電率が３．２未満である低誘電率ポリイミド樹脂の何れか一種を主成分とする低誘電率絶縁塗料を焼付け塗装し、第二層に、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、又はポリイミド樹脂の何れか一種を主成分とすると共に無機微粒子を副成分とする低誘電率絶縁塗料を焼付け塗装することが記載されている。
いっぽう、従来における耐アーク性、耐トラッキング性に最も優れる絶縁材料は、誘電率が３．１−３．２からなるシリコーンワニスである。しかし、シリコーンワニスであっても、耐アーク性、耐トラッキング性に限界がある。従って、特許文献４に記載された低誘電率絶縁塗料を用いても、耐アーク性、耐トラッキング性に限界がある。さらに、第一層と第二層とは別々に焼付塗装され、異なる材質からなる境界面が融点の違いで融着されず、境界面に層離れによるギャップが形成される。このようなギャップが存在すると、ギャップの部分で部分放電が起こる。この放電の繰り返しで徐々に絶縁体が侵食され、最終的に絶縁破壊に至る。また、単層からなる従来の絶縁層に比べ、製造コストが増える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１７−１１５２４２公報
【特許文献２】特開２０１４−０２９７７９公報
【特許文献３】特開２０１７−０１６９５６公報
【特許文献４】特開２０１６−１８１３４４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上に説明した特許文献にも記載されているように、記載された技術は限定された用途にのみ有効で、普遍性はない。従って、一種類の絶縁層で、全ての絶縁電線に関わる全ての性能を満たす絶縁層は存在しない。
本発明は、絶縁電線が使用される環境の如何に関わらず、また、電線が単線であっても撚り線であっても、平角線であっても、電線の如何に関わらず、さらに、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、また、コイルの巻回部の間隔の大きさの如何に関わらず、全ての電線について、従来の性能より優れ、さらに、安価な製法で連続して絶縁電線を製造する方法を実現することが、本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
絶縁電線を連続して製造する製造方法は、アルコールで希釈された有機化合物に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液に、導体を浸漬して通過させる第一の工程と、大気雰囲気で室温から前記有機化合物が気化する温度に昇温される第一の熱処理装置を、前記導体を通過させる第二の工程と、大気雰囲気で前記酸化第一鉄の微粒子がマグヘマイトの微粒子に酸化される温度に昇温される第二の熱処理装置に、前記導体を移動させる第三の工程と、前記マグヘマイト微粒子の磁化が飽和する磁場が発生している大気雰囲気の空間を、前記導体を通過させる第四の工程と、前記導体を巻き取る第五の工程からなり、これら５つの工程を連続して実施する製造方法が、マグヘマイト微粒子の集まりで導体が絶縁化される絶縁電線を連続して製造する製造方法である。
【００１４】
つまり、導体が懸濁液に浸漬して懸濁液を通過すると、懸濁液の粘度に応じた厚みで、導体に懸濁液が付着する。従って、導体が単線ないしは撚り線からなる丸線の導体であっても、平角導体であっても、また、単線の太さ、撚り線の本数、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、どのような導体であっても、懸濁液の粘度に応じた厚みで懸濁液が付着する。この後、導体が第一の熱処理装置を移動して昇温され、懸濁液からアルコールが気化した後に有機化合物が気化し、導体の表面に酸化第一鉄（ＦｅＯの化学式で示される）の微粒子の集まりが付着する。さらに、導体は第二の熱処理装置に移動し、一定の時間放置され、酸化第一鉄の２価の鉄イオン（Ｆｅ２＋）の全てが、３価の鉄イオン（Ｆｅ３＋）に酸化され、酸化第一鉄がマグヘマイト（酸化第二鉄Ｆｅ２Ｏ３のガンマ相でγ−Ｆｅ２Ｏ３の化学式で示される）に酸化される。これによって、導体は磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで覆われる。さらに、導体は磁場が発生している空間を通過し、マグヘマイト微粒子の磁化が飽和し、飽和した磁化同士が磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで導体が覆われ、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層が導体に形成される。この後、導体を巻き取る。こうして絶縁電線が連続して製造される。
上記した絶縁電線の製造方法は、以下の特徴によって優れた作用効果がもたらされる。
第一に、５つの工程がいずれも大気雰囲気での処理としたため、５つの工程を連続して実施することができる。これによって、絶縁電線が連続して製造できる。また、５つの処理はいずれも極めて簡単な処理で、安価な製造費用で連続して絶縁電線が製造される。
なお、複数本の単線ないしは撚り線の導体を、ないしは、複数本の平角導体を、間隔を置いて平行に移動させ、上記した５つの工程を連続して実施すると、複数本の絶縁電線が同時に連続して製造できる。これによって、絶縁電線の製造費用はさらに安価になる。
第二に、第一の工程において、絶縁層の厚みは懸濁液の粘度で決まり、懸濁液の粘度はアルコールの希釈率で如何様にも変えられる。これによって、絶縁層の厚みは如何様にも変えられる。つまり、５段落で記載したように、平角導体の厚みと幅は、平角導線が用いられる機器によって大きく変わり、これによって、絶縁層の厚みが導体厚に応じて１桁も変わり、また、平角導線を用いたコイルの間隔は、導体厚に応じて1桁も変わる。このため、絶縁層の厚みが容易に一桁変えられるよう、懸濁液をアルコールで希釈された有機化合物で構成し、アルコールの希釈率で懸濁液の粘度が一桁変えられる構成とした。これによって、絶縁層の厚みが如何様にも変えられ、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として用いることができる。従って、コイルの巻回部の間隔が狭い巻線として用いる時は、アルコールの希釈率を高める。例えば、コイルの巻回部の間隔が狭く、絶縁層の厚さが僅かに０．００５ｍｍのような巻線に対しても、絶縁層が形成できる。
第三に、第四の工程を、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる工程とすることで、第五の製造工程で絶縁化された導体を巻き取ることができ、これによって、絶縁電線を連続して製造できる。つまり、巻き取られた絶縁電線は、隣接する絶縁電線の絶縁層から磁気吸引力を受ける。しかし、同じ方向に磁化が飽和したマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着するため、絶縁層を形成するマグヘマイト微粒子同士の磁気吸引力は、隣接する絶縁電線の絶縁層から受ける磁気吸引力より大きい。このため、隣接する絶縁電線の絶縁層からの磁気吸引力で、絶縁層のマグネタイト微粒子が引き取られず、これによって、絶縁電線を巻き取ることができる。さらに、マグヘマイトの磁気キュリー点が６７５℃で、大気中の４５０℃以上の温度で酸化第二鉄のα相であるヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３の化学式で示される）に徐々に相転移する。この相転移は不可逆変化である。従って、マグヘマイト微粒子同士の磁気吸着力は、４５０℃に近い耐熱性を持つ。このため、巻き取った絶縁電線は、高温に長期間放置することができる。
第四に、第四の工程を、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる工程とすることで、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として巻き回すことができる。つまり、絶縁電線を巻線として用いる際に絶縁層に大きな負荷が加わるため、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させた。すなわち、マグヘマイト微粒子が、１０−１００ｎｍの大きさからなる質量が極僅かな粒状微粒子であり、飽和した磁化で隣接する粒状微粒子同士が互いに磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりから、マグヘマイト微粒子は引き剥がされない。従って、絶縁電線を巻線として様々なコイルに巻く際に、負荷がマグヘマイト微粒子の集まりに印加されるが、磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりが僅かに一時的に変形するだけで、絶縁層からマグヘマイト微粒子は引き剥がされない。さらに、導体の径に比べると、絶縁層の厚みは３桁も小さく、巻線の巻き回し間隔が小さいコイルに対しても、絶縁電線を巻き回すことができる。また、変形した絶縁層は磁気吸着力で元の形状に戻り、絶縁層は優れた可撓性を持つ。さらに、前記したように、マグヘマイトが４５０℃に近い耐熱性を持つため、コイルも４５０℃に近い耐熱性を持つ。また、従来の絶縁層のピンホールの大きさは、マグヘマイト微粒子より３桁も大きく、絶縁層の厚みが薄くても、マグヘマイト微粒子が磁気吸着した絶縁層に、電気的弱点部であるピンホールは存在しない。
さらに、前記の製造方法によって製造された絶縁電線は、絶縁層に要求される全ての性能が、従来の絶縁電線の絶縁層の性能より著しく向上する作用効果がもたらされる。
第一に、マグヘマイトが自発磁化を持つ強磁性体である。このため、マグヘマイト微粒子同士は互いに磁気吸着する。さらに、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させると、同一方向にそろって磁化が飽和し、マグヘマイト微粒子同士の磁気吸着力が著しく増大する。これによって、前記したように、絶縁電線が巻き取ることができ、また、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として用いることができる。
第二に、マグヘマイトの磁気キュリー点は６７５℃で、大気中の４５０℃以上の温度でヘマタイトに徐々に相転移する。従って、マグヘマイト微粒子の磁気吸着力は、４５０℃に近い耐熱性を持つ。いっぽう、絶縁層に用いられている高分子材料の中で、耐熱性が最も高い高分子材料にポリアミドイミド樹脂があり、ポリアミドイミド樹脂の軟化点は２７０℃であり、耐熱温度は軟化点の２７０℃である。従って、絶縁電線の耐熱温度は、従来の絶縁層の耐熱温度より１５０℃以上向上し、また、耐熱寿命も著しく伸びる。
第三に、絶縁電線の温度が変わっても、１０−１００ｎｍの大きさからなるマグヘマイト微粒子の熱膨張・熱収縮の大きさは極めて微小であり、マグヘマイト微粒子は殆ど熱膨張・熱収縮をしない。このため、絶縁層も殆ど熱膨張・熱収縮をしない。また、マグヘマイトの磁気キュリー点が高いため、絶縁電線の温度が４５０℃より低ければ、磁気吸着力はほとんど変わらない。従って、絶縁電線が搭載された機器の温度が急激に変わっても、マグヘマイト微粒子に熱応力は発生しない。これによって、絶縁電線の耐熱衝撃性は、従来の絶縁電線より著しく向上する。
第四に、マグヘマイトは比抵抗が１０６Ωｍで、比誘電率が１．６−１．８の絶縁体である。従来の絶縁層の中で、耐アーク性、耐トラッキング性に最も優れるシリコーンワニスの誘電率が３．１−３．２である。このため、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層は、シリコーンワニスより著しく耐アーク性、耐トラッキング性に優れる。従って、絶縁層の絶縁破壊が従来の絶縁層より著しく向上する。なお、絶縁層にマグヘマイト微粒子で囲まれた数ナノレベルの大きさの空孔が多数存在する。しかし、空孔の大きさが、従来の絶縁塗料の焼付塗装で生成されるボイド（気泡）より３桁も小さく、また、空孔を囲むマグヘマイト微粒子の誘電率が低いため、空孔に部分放電は起こらない。従って、インバータ制御のモータに本絶縁電線を用いても、インバータサージによる部分放電浸食が絶縁層に起こらず、絶縁破壊が起こらない。また、従来の絶縁層の厚みより著しく薄くしても、絶縁破壊が起こらない。このため、小型表面実装型コイルに用いられる極細平角線のように、絶縁層の厚さが僅かに０．００５ｍｍである巻線として用いることができる。なお、前記したポリアミドイミド樹脂の比誘電率は、３．８−４．１と高い値を持つ。
第五に、マグヘマイトは、極めて安定した黒色の金属酸化物からなる無機物で、鉄の不働態皮膜を形成する物質として知られている。従って、全ての溶剤、酸やアルカリ、ナフサ・灯油・ガソリンなどと全く反応しない。また、磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まり、つまり、絶縁層に、全ての液体は表面張力で侵入することができない。このため、従来の絶縁層より、耐溶剤・耐薬品・耐油性に優れる。また、加水分解せず、課電劣化も起こらず、紫外線による劣化も起きない。また、絶縁層は殆ど熱膨張・熱収縮を起こさない。従って、従来の高分子材料のように、低温において絶縁層が硬化せず、高温において絶縁層が軟化しない。このため、長期間極低温に放置されても、絶縁層は脆弱化せず、長期間高温に放置されても、絶縁層は熱劣化しない。
第六に、モース硬度が６．５で、電磁鋼板より著しく硬い物質であり、他の部品や基材と接触しても摩耗しない。なお、接触した際に絶縁層が極僅か一時的に変形するため、接触した部品や基材を攻撃しない。いっぽう、絶縁電線を巻線として機器に巻く際に、負荷がマグヘマイト微粒子の集まりに印加されるが、マグヘマイト微粒子は粒状の微粒子であり、粒状微粒子同士は接触部位で僅かに滑り、粒状微粒子同士の接触で微粒子は破壊されない。従って、従来の絶縁層より耐摩耗性が著しく向上する。このため、摩耗によって絶縁層の表面に傷が入り、そこから部分放電が発生し、絶縁破壊に至ることがない。
以上に説明したように、飽和した磁化でマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで絶縁化された絶縁電線は、絶縁電線が使用される環境の如何に関わらず、また、電線が単線であっても撚り線であっても、丸線であっても平角線であっても、電線の如何に関わらず、さらに、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、全ての電線について、要求される性能が従来の絶縁電線より著しく向上する。さらに、こうした優れた性能を持つ絶縁電線が、前記した簡単な５つの工程を連続して実施することで、連続して製造されるため、絶縁電線の製造費用は安価である。この結果、１２段落に記載した課題が解決された。
【００１５】
前記した懸濁液を製造する製造方法は、熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物をアルコールに分散してアルコール分散液を作成する第一の工程と、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、前記アルコールより粘度が高い第二の性質と、沸点が、前記有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、前記酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い第三の性質を兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合して混合液を作成する第二の工程と、大気雰囲気で前記混合液を前記有機鉄化合物が熱分解温度する温度に昇温する第三の工程と、前記熱処理した混合液に前記アルコールを混合する第四の工程とからなり、これら４つの工程を連続して実施する製造方法が、アルコールで希釈された有機化合物中に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液を製造する製造方法である。
【００１６】
つまり、熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物をアルコールに分散すると、有機鉄化合物がアルコール中に均一に分散する。次に、３つの性質を持つ有機化合物を、アルコール分散液に混合すると、有機化合物がアルコールに溶解ないしは混和し、有機鉄化合物が混合液に均一に分散し、アルコールより粘度が高い混合液になる。さらに、混合液を大気雰囲気で有機鉄化合物の熱分解温度まで昇温する。最初にアルコールが気化し、有機化合物中に有機鉄化合物の微細結晶が析出する。微細結晶の大きさは、酸化第一鉄の微粒子の大きさに近い。さらに、有機鉄化合物を構成する有機酸の沸点を超えると、有機鉄化合物が有機酸と酸化第一鉄とに分解する。さらに昇温すると、有機酸の気化が進み、有機酸の気化が完了すると、有機化合物中に酸化第一鉄の粒状微粒子が析出する。なお、酸化第一鉄は非磁性体であり、微粒子同士は磁気吸着せず、有機化合物中に均一に分散する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、アルコールで希釈された有機化合物中に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液が製造される。
上記の有機鉄化合物と有機化合物とは汎用的な工業用薬品で安価である。また、４つの工程がいずれも大気雰囲気での処理であるため、４つの工程を連続して実施することができる。このため、安価な薬品を原料として用い、安価な費用で懸濁液が製造できる。
【００１７】
前記した懸濁液を製造する製造方法において、前記有機鉄化合物が、カルボキシル基を構成する酸素イオンが鉄イオンに配位結合したカルボン酸鉄化合物である、前記した懸濁液を製造する製造方法。
【００１８】
つまり、カルボキシル基を構成する酸素イオン（Ｏ−）が配位子になって、２価の鉄イオン（Ｆｅ２＋）に近づいて配位結合するカルボン酸鉄化合物は、熱分解によって酸化第一鉄を析出する。このため、１６段落で説明した有機鉄化合物をカルボン酸鉄化合物で構成し、カルボン酸鉄化合物が分散された混合液を大気雰囲気で熱処理すると、３５０℃より低い温度でカルボン酸鉄化合物が熱分解し、大きさが１０−１００ｎｍの範囲に入る粒状の酸化第一鉄の微粒子の集まりが、有機化合物中に析出する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、１６段落で説明した懸濁液が製造される。
すなわち、カルボキシル基を構成する酸素イオンが配位子になって、２価の鉄イオンに近づいて配位結合するカルボン酸鉄化合物は、最も大きいイオンである鉄イオンに酸素イオンが近づいて配位結合するため、両者の距離は短くなる。これによって、鉄イオンに配位結合する酸素イオンが、鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの距離が最も長くなる。こうした分子構造上の特徴を持つカルボン酸鉄化合物は、カルボン酸鉄化合物を構成するカルボン酸の沸点を超えると、カルボキシル基を構成する酸素イオンが鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの結合部が最初に分断され、鉄イオンと酸素イオンとの化合物である酸化第一鉄とカルボン酸とに分解する。さらに昇温すると、カルボン酸が気化熱を奪って気化し、カルボン酸の気化が完了した後に酸化第一鉄が析出する。
こうしたカルボン酸鉄化合物として、分子量の順に、酢酸鉄化合物、カプリル酸鉄化合物、安息香酸鉄化合物、ナフテン酸鉄化合物がある。なお、酢酸鉄とカプリル酸鉄と安息香酸鉄とは、いずれも酸素イオンが鉄イオンに近づいて配位結合して、複核錯塩を形成する。いっぽう、熱分解の途上において生成される物質は、ナフテン酸鉄の熱分解で生成される物質が最も安定している。このため、カルボン酸鉄化合物の熱分解で酸化第一鉄を析出させるには、ナフテン酸鉄が最も簡単な熱処理になる。なお、ナフテン酸は５員環をもつ飽和脂肪酸の混合物で、ＣｎＨ２n−１ＣＯＯＨからなる一般式で示され、主成分は沸点が２６８℃で、分子量が１７０のＣ９Ｈ１７ＣＯＯＨからなる。このため、ナフテン酸鉄は、大気雰囲気の３４０℃で熱分解が完了し、酸化第一鉄を析出する。
さらに、前記したカルボン酸鉄化合物は、いずれも容易に合成できる安価な工業用薬品である。すなわち、汎用的なカルボン酸を強アルカリと反応させるとカルボン酸アルカリ金属化合物が生成される。この後、カルボン酸アルカリ金属化合物を無機鉄化合物と反応させることで、カルボン酸鉄化合物が合成される。また、原料となるカルボン酸は、有機酸の沸点の中で相対的に低い沸点を有する有機酸であるため、大気雰囲気においては３５０℃より低い熱処理で酸化第一鉄の微粒子が有機化合物中に析出する。
以上に説明したように、安価な原料で、熱分解で酸化第一鉄を析出するカルボン酸金属化合物は、１６段落に記載した有機鉄化合物として好適である。
【００１９】
前記した懸濁液を製造する製造方法において、前記有機化合物が、カルボン酸エステル類に属する有機化合物である、前記した懸濁液を製造する製造方法。
【００２０】
つまり、カルボン酸エステル類に、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二に前記アルコールより粘度が高く、第三に、沸点が、有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い、これら３つの性質を兼備する有機化合物が、カルボン酸エステル類に属する有機化合物に存在する。また、このようなカルボン酸エステル類は、繊維油剤・金属油剤・合成潤滑油・合成樹脂用・化粧品用・界面活性剤原料に用いられている汎用的な工業用薬品である。
従って、１６段落で説明した有機鉄化合物のアルコール分散液に、３つの性質を兼備するカルボン酸エステル類を混合すると、カルボン酸エステル類がアルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高い１６段落で説明した混合液が作成される。
このため、カルボン酸エステル類は１６段落に記載した有機化合物として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】銅線が磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで覆われた断面を、模式的に図示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施形態１
本実施形態において、ナフテン酸鉄を有機鉄化合物として用い、１６段落で説明した懸濁液を作成し、この懸濁液を付着させた導体を熱処理し、導体に絶縁層を形成する方法を説明する。
ナフテン酸鉄は、ナフテン酸のカルボキシル基を構成する酸素イオンが、配位子になって２価の鉄イオンに近づき、２価の鉄イオンに配位結合する錯体である。つまり、最も大きいイオンである２価の鉄イオンに酸素イオンが近づいて配位結合するため、両者の距離は短くなる。これによって、２価の鉄イオンに配位結合する酸素イオンが、鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの距離が最も長くなる。こうした分子構造上の特徴を持つナフテン酸鉄は、ナフテン酸の主成分の沸点を超えると、ナフテン酸鉄におけるカルボキシル基を構成する酸素イオンが、２価の鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの結合部が最初に分断され、２価の鉄イオンと酸素イオンとの化合物である酸化第一鉄とナフテン酸とに分解する。さらに昇温すると、ナフテン酸が気化熱を奪って気化し、ナフテン酸の気化が完了すると、酸化第一鉄が析出して熱分解を終える。このため、ナフテン酸鉄は、１６段落で説明した熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物である。
ナフテン酸鉄をアルコールに分散すると、ナフテン酸鉄がアルコール中に均一に分散する。次に、１６段落で説明した３つの性質を持つ有機化合物を、アルコール分散液に混合すると、有機化合物がアルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高い混合液が作成される。さらに混合液を、第一の熱処理装置によって昇温する。最初にアルコールが気化し、有機化合物中にナフテン酸鉄の微細結晶が析出する。次に、ナフテン酸の主成分の沸点である２６８℃を超えると、ナフテン酸鉄がナフテン酸と酸化第一鉄とに分解する。こ後、昇温速度を速めてナフテン酸の気化を進め、気化が完了する３４０℃で、有機化合物中に酸化第一鉄の粒状微粒子が析出する。なお、酸化第一鉄は非磁性体で、酸化第一鉄の微粒子は互いに磁気吸着せず、有機化合物中に均一に分散する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、懸濁液が作成される。
次に導体を懸濁液に浸漬して通過させ、第二の熱処理装置において、大気雰囲気で昇温速度を抑えて３４０℃から３８０℃まで昇温し、３８０℃に一定時間放置する。この際、酸化第一鉄の２価の鉄イオンが３価の鉄イオンになる酸化反応が進む。この酸化反応の初期では、酸化第一鉄（ＦｅＯ）の２価の鉄イオンの一部が３価の鉄イオンになって酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）になり、組成式がＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３のマグネタイトに酸化される。さらに、放置を延ばすと酸化反応がさらに進み、酸化第一鉄の全てがマグネタイトに酸化される。さらに、放置を延ばすと、マグネタイトを構成する２価の鉄イオンの全てが３価の鉄イオンになり、酸化第二鉄になって酸化反応を終える。この酸化第二鉄は、マグネタイトと同様の立方晶系である、酸化第二鉄のガンマ相であるマグへマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）である。いっぽう、酸化第二鉄のアルファ相であるヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）の結晶構造は三方晶系であり、マグネタイトとは結晶構造が異なる。この結果、導体は磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで覆われる。さらに、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる磁場を導体が通過すると、絶縁電線が製造される。
なお、ナフテン酸鉄は、１８段落で説明したように、容易に合成できる安価な工業用薬品で、有機酸鉄化合物の中で最も安価な化合物の一つである。また、原料となるナフテン酸は、有機酸の沸点の中で相対的に沸点が低いため、大気雰囲気で３４０℃程度の熱処理で酸化第一鉄が析出する。このような性質を持つナフテン酸は、塗料・印刷インキ用のドライヤー、ゴム・タイヤの接着剤、潤滑油の極圧剤、ポリエステルの硬化剤、助燃剤や重合触媒などに汎用的に使用されている。
【００２３】
実施形態２
本実施形態において、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二に前記アルコールより粘度が高く、第三に、沸点が、有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い、これら３つの性質を兼備する有機化合物を説明する。ここでは、有機鉄化合物をナフテン酸鉄とするため、有機化合物の沸点は、３４０℃より高く、３８０℃より低い性質が必要になる。また最も汎用的な工業用アルコールであるメタノールをアルコールとする。
こうした３つの性質を兼備する有機化合物に、カルボン酸エステル類に属する有機化合物がある。いっぽう、カルボン酸エステル類は、飽和カルボン酸からなる第一のエステル類と、不飽和カルボン酸からなる第二のエステル類と、芳香族カルボン酸からなる第三のエステル類とからなる、３種類のエステル類に分けられる。
【００２４】
第一の飽和カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が３４０−３８０℃に入るカルボン酸エステルは、カプリン酸エステル類より分子量が大きいカルボン酸エステル類に存在する。ラウリン酸エステル類の中では、沸点が３５５℃であるラウリン酸オクチルのみが該当する。ミリスチン酸エステル類の中には、該当するエステルが存在しない。なお、ミリスチン酸エチルの沸点は２９５℃で、ミリスチン酸ブチルの沸点は３８９℃である。また、パルミチン酸エステル類の中では、沸点が３６２℃であるパルミチン酸ブチルのみが該当する。また、ステアリン酸エステル類の中では、沸点が３７６℃であるステアリン酸プロピルのみが該当する。
【００２５】
第二の不飽和カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が３４０−３８０℃に入るカルボン酸エステル類は、オレイン酸エステル類、リノール酸エステル類、リノレン酸エステル類に存在する。オレイン酸エステル類の中では、沸点が３５１℃であるオレイン酸メチルが該当し、リノール酸エステル類の中では、沸点が３７３℃のリノール酸メチルが該当し、リノレン酸エステル類の中では、沸点が３６４℃のリノレン酸メチルが該当する。
【００２６】
第三の芳香族カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が３４０−３８０℃に入るカルボン酸エステル類は、フタル酸エステル類にわずかに存在し、フタル酸ジヘキシルの沸点は３５０℃である。
【００２７】
実施例１
実施例１において、実施形態１に従って、マグへマイト微粒子の集まりで銅線に絶縁層を形成する方法を説明する。ナフテン酸鉄は、金属石鹸として市販されているナフテン酸鉄（例えば、東栄化工株式会社の製品）を用いた。有機化合物は、沸点が３５１℃のオレイン酸メチル（例えば、和光純薬工業株式会社の製品）を用いた。なお、オレイン酸メチルは、合成繊維油剤、金属油剤、合成潤滑剤、合成樹脂用、化粧品用、界面活性剤原料に用いられている。メタノールは試薬一級品を用いた。導体は、電気用軟銅線からなる導体の断面積が０．７８５ｍｍ２で、素線径が１．０ｍｍからなる裸銅単線（例えば、福田電線株式会社の製品）を用いた。なお、メタノールの粘度は０．５９ｍＰａで、オレイン酸メチルの粘度は５．５ｍＰａであり、メタノールの９．３倍の粘度に相当する。
最初に、ナフテン酸鉄をメタノールに対し１０重量％の割合になるように秤量し、ナフテン酸鉄をメタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のメタノール分散液を作成した。次に、オレイン酸メチルが２０重量％になるように、ナフテン酸鉄のメタノール分散液に混合した。この混合液を容器に移し、容器が熱処理装置を通過し、大気雰囲気で２０℃／分の昇温速度で２７０℃まで昇温し、この後、５０℃／分の昇温速度で３４０℃まで昇温し、３４０℃に１分間放置した後に室温まで戻し、この後、容器に混合液の体積が４倍になるようにメタノールを混合し、懸濁液を作成した。
次に、裸銅単線を上記の懸濁液に浸漬して取り出し、この後、熱処理装置を移動させ、大気雰囲気で２０℃／分の昇温速度で３４０℃に昇温し、さらに、１℃／分の昇温速度で３８０℃まで昇温し、３８０℃に３０分間放置した後に室温まで戻した。熱処理装置から裸銅単線を取り出し、１２キロエルステッドの磁界が裸銅単線の長さ方向に発生している磁場を通過させ、試料を作成した。
さらに、試料の表面と断面とを電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧ＳＥＭを用いた。この装置は１００Ｖからの極低加速電圧による表面観察が可能で、さらに試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を有する。
最初に、反射電子線の９００−１０００Ｖの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面を観察した。試料の表面は、４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状の微粒子で満遍なく覆われ、欠陥は見られなかった。次に、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、酸素原子の双方が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄からなる微粒子であることが確認できた。さらに極低加速電圧ＳＥＭの機能にＥＢＳＰ解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果から、試料表面に形成された微粒子が酸化第二鉄のγ相であるマグへマイトであることが確認できた。なお、ＥＢＳＰ解析機能とは、試料に電子線を照射したとき、反射電子が試料中の原子面によって回折されることによってバンド状のパターンを形成し、このバンドの対称性が結晶系に対応し、バンドの間隔が原子面間隔に対応しているため、このパターンを解析することで、結晶方位や結晶系を測定する機能をいう。
以上の試料表面の観察結果から、裸銅単線の表面全体がマグへマイトの微粒子で覆われていることが確認できた。この結果から、ナフテン酸鉄を熱処理すると、裸銅単線の表面にマグへマイト微粒子が満遍なく磁気吸着することが確認できた。
次に、試料の絶縁抵抗を測定した。共立電気計器の絶縁抵抗計を用い、試料の長さを１ｍとし、裸銅単線と絶縁層との間の電気抵抗を測定した。絶縁抵抗は１ＭΩに近い値を示した。従って、絶縁層は電線に必要となる絶縁抵抗を有することが分かった。
さらに、試料を直径が５ｍｍのパイプに、巻き付ける際のテンションを変えて連続５回巻き付け、試料を取り去った後のパイプの表面をＳＥＭで観察したが、マグヘマイト微粒子の存在は認められなかった。さらに、試料が３重に重なるようにテンションを変えて前記のパイプに連続５回巻き付け、この後、試料の表面をＳＥＭで観察したが、最初の状態と変わりがなかった。また、いずれの場合も、試料表面に亀裂などの異常は見られなかった。このため、マグヘマイトの微粒子同士が強固に磁気吸着していることが分かった。これらの結果から、試料はコイルに用いる巻線として用いることができる。
また、試料が巻き付けられたパイプを、−４０℃と４００℃とに各々３０分間さらした後に、試料表面をＳＥＭで観察したが、最初の状態と変わりがなかった。この結果から、−４０℃の耐寒性と４００℃の耐熱性と優れた耐熱衝撃性とを持つことが分かった。
次に、試料を輪切りにし、断面をＳＥＭで観察した。マグヘマイトの粒状微粒子の２０−２２個が積み重なって、裸銅単線を覆っていた。従って、２０−２２個のマグヘマイト微粒子が磁気吸着して、１μｍに近い厚みの絶縁層を形成している。図１に、試料の断面を模式的に拡大して図示した。１は裸銅単線で、２はマグヘマイト微粒子である。
さらに、東京精電株式会社の絶縁破壊試験器ＥＢ０１８１を用い、ＪＩＳ  Ｃ  ３２１６−１の巻線試験法の絶縁破壊試験に基づき絶縁破壊電圧を測定した。この結果、試料の絶縁破壊電圧は１２ｋＶであった。この絶縁耐圧の大きさは、ポリイミド絶縁層の厚さが０．０３５ｍｍで、裸銅単線の径が１．０ｍｍからなるエナメル線（例えば、日立金属株式会社の耐熱エナメル線ＩＭＷ）と同等である。いっぽう、試料の絶縁層の厚みは、前記耐熱電線の絶縁層の厚みの僅か１／３５にもかかわらず、同等の絶縁耐圧を持つため、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層が高い絶縁耐圧を持つことが分かった。
以上に説明したように、試料は耐熱性、耐寒性、耐熱衝撃性、絶縁破壊電圧、可撓性、絶縁層と導体との密着性、耐摩耗性、捲線性に優れる。いっぽう、試料は、１３段落で説明した簡単な処理からなる５つの工程を連続して実施することで連続して製造される。また、酸化第一鉄の原料となる１８段落で説明した有機鉄化合物は、合成が容易なカルボン酸鉄化合物である。さらに、懸濁液を構成する有機化合物も、汎用的なカルボン酸エステル類に属する有機化合物である。従って、優れた性能を持つ絶縁電線が、安価な原料を用いて、安価な加工費用で連続して製造できる。
【符号の説明】
【００２８】
１  裸銅単線    ２  マグヘマイト微粒子
【図１】
2019067683.tif 000003
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月30日(2018.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁電線を連続して製造する製造方法は、導体が、アルコールで希釈された有機化合物に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液に浸漬して通過する第一の工程と、該導体が、大気雰囲気で室温から前記有機化合物が気化する温度に昇温される第一の熱処理装置を通過する第二の工程と、該導体が、大気雰囲気で前記酸化第一鉄の微粒子がマグヘマイトの微粒子に酸化される温度に昇温される第二の熱処理装置を移動する第三の工程と、該導体が、前記マグヘマイト微粒子の磁化が飽和する磁場が発生している大気雰囲気の空間を通過する第四の工程と、該導体を巻き取る第五の工程からなり、これら５つの工程を連続して実施する製造方法が、前記導体がマグヘマイト微粒子の集まりで絶縁化された絶縁電線を連続して製造する、絶縁電線を連続して製造する製造方法である。
【請求項２】
請求項１に記載した懸濁液を製造する製造方法は、熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物をアルコールに分散してアルコール分散液を作成する第一の工程と、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、前記アルコールより粘度が高い第二の性質と、沸点が、前記有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い第三の性質とを兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合して混合液を作成する第二の工程と、大気雰囲気で前記混合液を前記有機鉄化合物が熱分解温度する温度に昇温する第三の工程と、前記熱処理した混合液にアルコールを混合する第四の工程とからなり、これら４つの工程を連続して実施する製造方法が、アルコールで希釈された有機化合物に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液を製造する、請求項１に記載した懸濁液を製造する製造方法である。
【請求項３】
請求項２に記載した懸濁液を製造する製造方法は、前記有機鉄化合物として、カルボキシル基を構成する酸素イオンが鉄イオンに配位結合したカルボン酸鉄化合物を用い、前記有機化合物として、カルボン酸エステル類に属する有機化合物を用い、請求項２に記載した懸濁液を製造する製造方法に従って懸濁液を製造する、請求項２に記載した懸濁液を製造する製造方法である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飽和磁化させたマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着した微粒子の集まりで、導体が絶縁化された絶縁電線を連続して製造する製造方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
導体を絶縁体で被覆した電線を絶縁電線と呼び、様々な用途に用いられている。導体は単線ないしは撚り線からなる。また、導体は、断面が略円形からなる丸線と、断面が矩形に加工された平角導線とがある。さらに、導体の多くは、銅ないしはアルミニウムからなるが、合金によるメリットが合金材料のコストアップのデメリットより大きければ、導電率が高い銅合金ないしはアルミニウム合金が用いられる。なお、複数の絶縁電線を束ねた外側にシース（保護外被覆）を施した電線をケーブルと呼び、電気信号を伝えるメタル通信ケーブルと光信号を送る光ファイバケーブルとがある。
【０００３】
丸線からなる絶縁電線は、許容できる電流に応じて、送電用、配電用、配線用の電線に分けられる。なお、屋外で使用される電線は、紫外線対策として黒色の絶縁層からなり、日本電線工業会による耐用年数の目安は１５−２０年である。
送電用の絶縁電線に、直流の７００Ｖを超え、交流の６００Ｖを超え、７ｋＶ以下の電圧を送る高圧配電線がある。導体は７−１９本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が９０℃の架橋ポリエチレン樹脂、ないしは、連続最高使用温度が７５℃のポリエチレン樹脂で構成される。また、３３００−６６００Ｖの屋外配電線から電柱上の変圧器のところまでをつなぐ高圧引込線がある。導体は７本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が９０℃の架橋ポリエチレン樹脂、ないしは、連続最高使用温度が８０℃のエチレンプロピレンゴムで構成される。さらに、変圧器を使って高圧引込線から受けた電力を、１００Ｖないしは２００Ｖの単相ないしは三相に落とす低圧配電線路に用いられる低圧架空電線がある。導体は７−１９本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が６０℃のビニル樹脂で構成される。
配電用の絶縁電線に、電柱から建物に電気を引き込む架空引込配線に用いられる低圧引込線がある。導体は７−１９本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が６０℃のビニル樹脂で構成される。
配線用の絶縁電線は、最終の使用箇所によって多岐にわたるが、主な絶縁電線に建築物の屋内配線がある。屋内配線の多くは、６００Ｖまでの低圧屋内配線であり、導体は７本の素線を撚り合わせ、絶縁層は連続最高使用温度が６０℃のビニル樹脂で構成される。なお、日本電線工業会による屋内の耐用年数の目安は２０−３０年である。
【０００４】
さらに、丸線からなる絶縁電線を、コイル、モータ、プランジャ、リレー、自動車の電装品に用いる巻線（マグネットワイヤともいう）がある。巻線には、絶縁材料を塗布して焼付けるエナメル線と、繊維、フィルム、テープ、紙、糸などを巻き付ける横巻線と、これらを組み合わせた電線とがある。エナメル線は絶縁層の耐熱温度で分けられ、１０５℃のポリビニルホルマール銅線、１２０℃のポリウレタン銅線、１５５℃のポリエステル銅線、１８０℃のポリエステルイミド銅線、２００℃のポリアミドイミド銅線、２２０℃のポリイミド銅線がある。巻線の絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になる。丸線が用いられる機器によって、使用される環境と印加される負荷が大きく変わり、これによって、絶縁層に要求される性能も大きく変わる。特に、自動車に搭載される各種電装品に用いられる巻線は、要求される性能が高い。
【０００５】
いっぽう、平角導線は、アスペクト比が比較的小さいものは伸線加工で、大きいものは丸線の圧延加工や、圧延板のスリット加工で製造される。従って、平角導線への加工費用は安価で済む。平角導線は、表面に絶縁層を形成し、コイルの巻線として、あるいは、コイルとして使用した時に、コイルの断面積中に占める導体の断面積率が、丸線よりも高くなり、小型化・高性能化が要求される各種電気・電子部品に、巻線ないしはコイルとして使用されている。
すなわち、平角導線は、民生用機器では、パソコン、テレビ、制御回路などに、表面実装型コイルとして、タブレット端末やスマートフォンなどに、小型表面実装型コイルとして用いられている。自動車では、ハイブリッド車用駆動モータ、電動コンプレッサー用モータ、電動パワステ用モータ、ワイパーモータ、オルタネータ、スターター、イグニッションコイルなどの電装品に、巻線として用いられている。また、産業用モータ、家電用モータ、小型モータなどの各種モータの巻線として用いられている。また、リレーコイルやクラッチコイルなどの各種コイルとして、電力用トランス、照明機器用トランス、小型トランスなどの各種トランスのコイルとして用いられている。
いっぽう、平角導線の絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になるが、平角導線が用いられる機器によって、使用される環境と印加される負荷が大きく変わり、これによって、絶縁層に要求される性能も大きく変わる。巻線と同様に、自動車に搭載される各種電装品に用いられる巻線は、要求される性能が高い。
また、平角導線の厚みと幅は、平角導線が用いられる機器によって大きく変わる。例えば、小型表面実装型コイルに用いられる極細平角線では、導体厚が０．０２ｍｍで、導体幅が０．１−０．３ｍｍからなり、絶縁層の厚さが僅かに０．００５ｍｍである。これに対し、一般平角線では、導体厚が０．８−１．０ｍｍで導体幅が１．７−３．５ｍｍからなり、絶縁層の厚さが０．０５ｍｍである。このように、絶縁層の厚みが導体厚に応じて１桁も変わる。また、コイルの間隔は、導体厚に応じて1桁変わる。
さらに、平角導線を用いたコイルには様々な形状がある。例えば、平角導線を曲げにくい幅方向に曲げたエッジワイズコイルには、矩形エッジワイズコイル、円形エッジワイズコイル、長円エッジワイズコイル、楕円エッジワイズコイルなどの形状があり、２レア巻コイル、亀の甲羅状に巻いた亀甲コイル、トロイダル状に巻いたトロイダルコイルなど様々な形状のコイルが存在する。
【０００６】
以上に説明したように、絶縁電線は様々な用途において、様々な環境で使用され、様々な負荷が絶縁層に加わる。このため、絶縁層に要求される性能は、用途に応じて変わる。従って、一種類の絶縁層で、全ての絶縁電線に関わる全ての性能を満たす絶縁層は存在しない。また、平角導線の導体厚と導体幅は、用途に応じて大きく変わる。従って、全ての導体厚と導体幅に適応できる絶縁層は存在しない。
【０００７】
例えば、特許文献１には、平角導線からなるコイルに、電着塗装で絶縁層を形成するに当たり、コイルの弾性変形領域内で、予めコイルの複数の巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持し、その伸長状態で電着塗装工程と焼き付け工程とを行って、絶縁層を形成することが記載されている。
しかしながら、コイルの巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持する工程が必要になり、絶縁層を形成するコストが増大する。さらに、コイルの巻回部どうしの間隔が僅か０．０１ｍｍのようなコイルは、巻回部どうしの間隔をあけて伸長した状態に維持することは不可能である。従って、限定されたコイルのみに絶縁層が形成できる。
【０００８】
特許文献２には、絶縁層の熱膨張率を銅の熱膨張率に近づけ、耐熱衝撃性を向上させるため、球状シリカとポリフェニレンサルファイド樹脂との複合材を押し出し、平角導線に絶縁皮膜を形成することが記載されている。
しかし、平均粒径が０．５−１０μｍからなる球状シリカを、溶解したＰＰＳ樹脂に、２５−３２％の体積割合で複合化させるため、球状シリカの配合割合を高めるほど、つまり、複合材料の熱膨張率を銅に近づけるほど、複合材料の可撓性は低下する。このような複合材料で絶縁被覆された巻線を用いてコイルを形成する際、屈曲部で絶縁層にクラックが入り、コイルに加工できない。従って、屈曲を必要としない巻線の用途に限定され、使用できる巻線の用途は極めて狭い。
なお、球状シリカの熱膨張率が０．５５×１０−６／Ｋで、ＰＰＳ樹脂の熱膨張率が４９―５５×１０−６／Ｋで、銅の熱膨張率が１６．８×１０−６／Ｋであるため、複合材料の熱膨張率を銅の熱膨張率に一致させるには、シリカ球の混合割合を２／３の体積割合まで高める必要がある。しかし、シリカ球の配合割合を高めるほど、複合材料における粘度が増大し、押出成形が困難になる。また、押出成形機の摩耗が顕著になる。従って、球状シリカの配合割合に制約があるため、複合材料の熱膨張率にも制約がある。このため、複合材料からなる絶縁層の耐熱衝撃性の改良にも限界がある。
【０００９】
特許文献３には、平角導線の断面形状における短辺に対応する部分の絶縁層の厚さが、長辺に対応する部分の絶縁層の厚さよりも厚くさせるため、電着塗装に用いるワニスを、塗装用樹脂と水と水溶性溶媒とで構成することが記載されている。
しかし、絶縁層には、絶縁破壊、耐摩耗性、耐溶剤・耐薬品・耐油性、加水分解性、耐熱衝撃性、耐熱寿命などの様々な性能が必要になるが、水溶性を持つ合成樹脂の材質が限定されるため、このようなワニスで目的とする絶縁層が形成できたとしても、絶縁層の性能が水溶性樹脂によって制約され、平角導線の使用できる用途は限られる。
【００１０】
特許文献４には、誘電率が低い絶縁塗料によって、複数の絶縁層を形成する絶縁電線が記載されている。つまり、例えば、インバータサージ電圧の影響で、誘電率が大きい絶縁層ほど、絶縁層の表面で誘電分極に伴う部分放電が発生し、部分放電による劣化を原因として絶縁層が侵食され、最終的に絶縁破壊が起こる。このため、内側の第一層に、誘電率が３．８未満である低誘電率ポリエステルイミド樹脂、誘電率が４．０未満である低誘電率ポリアミドイミド樹脂、又は誘電率が３．２未満である低誘電率ポリイミド樹脂の何れか一種を主成分とする低誘電率絶縁塗料を焼付け塗装し、第二層に、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、又はポリイミド樹脂の何れか一種を主成分とすると共に無機微粒子を副成分とする低誘電率絶縁塗料を焼付け塗装することが記載されている。
いっぽう、従来における耐アーク性、耐トラッキング性に最も優れる絶縁材料は、誘電率が３．１−３．２からなるシリコーンワニスである。しかし、シリコーンワニスであっても、耐アーク性、耐トラッキング性に限界がある。従って、特許文献４に記載された低誘電率絶縁塗料を用いても、耐アーク性、耐トラッキング性に限界がある。さらに、第一層と第二層とは別々に焼付塗装され、異なる材質からなる境界面が融点の違いで融着されず、境界面に層離れによるギャップが形成される。このようなギャップが存在すると、ギャップの部分で部分放電が起こる。この放電の繰り返しで徐々に絶縁体が侵食され、最終的に絶縁破壊に至る。また、単層からなる従来の絶縁層に比べ、製造コストが増える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１７−１１５２４２公報
【特許文献２】特開２０１４−０２９７７９公報
【特許文献３】特開２０１７−０１６９５６公報
【特許文献４】特開２０１６−１８１３４４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上に説明した特許文献にも記載されているように、記載された技術は限定された用途にのみ有効で、普遍性はない。従って、一種類の絶縁層で、全ての絶縁電線に関わる全ての性能を満たす絶縁層は存在しない。
本発明は、絶縁電線が使用される環境の如何に関わらず、また、電線が単線であっても撚り線であっても、平角線であっても、電線の如何に関わらず、さらに、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、また、コイルの巻回部の間隔の大きさの如何に関わらず、全ての電線について、従来の性能より優れ、さらに、安価な製法で連続して絶縁電線を製造する方法を実現することが、本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
絶縁電線を連続して製造する製造方法は、導体が、アルコールで希釈された有機化合物に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液に浸漬して通過する第一の工程と、該導体が、大気雰囲気で室温から前記有機化合物が気化する温度に昇温される第一の熱処理装置を通過する第二の工程と、該導体が、大気雰囲気で前記酸化第一鉄の微粒子がマグヘマイトの微粒子に酸化される温度に昇温される第二の熱処理装置を移動する第三の工程と、該導体が、前記マグヘマイト微粒子の磁化が飽和する磁場が発生している大気雰囲気の空間を通過する第四の工程と、該導体を巻き取る第五の工程からなり、これら５つの工程を連続して実施する製造方法が、前記導体がマグヘマイト微粒子の集まりで絶縁化される絶縁電線を連続して製造する製造方法である。
【００１４】
つまり、導体が懸濁液に浸漬して懸濁液を通過すると、懸濁液の粘度に応じた厚みで、導体に懸濁液が付着する。従って、導体が単線ないしは撚り線からなる丸線の導体であっても、平角導体であっても、また、単線の太さ、撚り線の本数、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、どのような導体であっても、懸濁液の粘度に応じた厚みで懸濁液が付着する。この後、導体が第一の熱処理装置を移動して昇温され、懸濁液からアルコールが気化した後に有機化合物が気化し、導体の表面に酸化第一鉄（ＦｅＯの化学式で示される）の微粒子の集まりが付着する。さらに、導体は第二の熱処理装置に移動し、一定の時間放置され、酸化第一鉄の２価の鉄イオン（Ｆｅ２＋）の全てが、３価の鉄イオン（Ｆｅ３＋）に酸化され、酸化第一鉄がマグヘマイト（酸化第二鉄Ｆｅ２Ｏ３のガンマ相でγ−Ｆｅ２Ｏ３の化学式で示される）に酸化される。これによって、導体は磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで覆われる。さらに、導体は磁場が発生している空間を通過し、マグヘマイト微粒子の磁化が飽和し、飽和した磁化同士が磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで導体が覆われ、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層が導体に形成される。この後、導体を巻き取る。こうして絶縁電線が連続して製造される。
上記した絶縁電線の製造方法は、以下の特徴によって優れた作用効果がもたらされる。
第一に、５つの工程がいずれも大気雰囲気での処理としたため、５つの工程を連続して実施することができる。これによって、絶縁電線が連続して製造できる。また、５つの処理はいずれも極めて簡単な処理で、安価な製造費用で連続して絶縁電線が製造される。
なお、複数本の単線ないしは撚り線の導体を、ないしは、複数本の平角導体を、間隔を置いて平行に移動させ、上記した５つの工程を連続して実施すると、複数本の絶縁電線が同時に連続して製造できる。これによって、絶縁電線の製造費用はさらに安価になる。
第二に、第一の工程において、絶縁層の厚みは懸濁液の粘度で決まり、懸濁液の粘度はアルコールの希釈率で如何様にも変えられる。これによって、絶縁層の厚みは如何様にも変えられる。つまり、５段落で記載したように、平角導体の厚みと幅は、平角導線が用いられる機器によって大きく変わり、これによって、絶縁層の厚みが導体厚に応じて１桁も変わり、また、平角導線を用いたコイルの間隔は、導体厚に応じて1桁も変わる。このため、絶縁層の厚みが容易に一桁変えられるよう、懸濁液をアルコールで希釈された有機化合物で構成し、アルコールの希釈率で懸濁液の粘度が一桁変えられる構成とした。これによって、絶縁層の厚みが如何様にも変えられ、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として用いることができる。従って、コイルの巻回部の間隔が狭い巻線として用いる時は、アルコールの希釈率を高める。例えば、コイルの巻回部の間隔が狭く、絶縁層の厚さが僅かに０．００５ｍｍのような巻線に対しても、絶縁層が形成できる。
第三に、第四の工程を、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる工程とすることで、第五の製造工程で絶縁化された導体を巻き取ることができ、これによって、絶縁電線を連続して製造できる。つまり、巻き取られた絶縁電線は、隣接する絶縁電線の絶縁層から磁気吸引力を受ける。しかし、同じ方向に磁化が飽和したマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着するため、絶縁層を形成するマグヘマイト微粒子同士の磁気吸引力は、隣接する絶縁電線の絶縁層から受ける磁気吸引力より大きい。このため、隣接する絶縁電線の絶縁層からの磁気吸引力で、絶縁層のマグネタイト微粒子が引き取られず、これによって、絶縁電線を巻き取ることができる。さらに、マグヘマイトの磁気キュリー点が６７５℃で、大気中の４５０℃以上の温度で酸化第二鉄のα相であるヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３の化学式で示される）に徐々に相転移する。この相転移は不可逆変化である。従って、マグヘマイト微粒子同士の磁気吸着力は、４５０℃に近い耐熱性を持つ。このため、巻き取った絶縁電線は、高温に長期間放置することができる。
第四に、第四の工程を、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる工程とすることで、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として巻き回すことができる。つまり、絶縁電線を巻線として用いる際に絶縁層に大きな負荷が加わるため、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させた。すなわち、マグヘマイト微粒子が、１０−１００ｎｍの大きさからなる質量が極僅かな粒状微粒子であり、飽和した磁化で隣接する粒状微粒子同士が互いに磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりから、マグヘマイト微粒子は引き剥がされない。従って、絶縁電線を巻線として様々なコイルに巻く際に、負荷がマグヘマイト微粒子の集まりに印加されるが、磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりが僅かに一時的に変形するだけで、絶縁層からマグヘマイト微粒子は引き剥がされない。さらに、導体の径に比べると、絶縁層の厚みは３桁も小さく、巻線の巻き回し間隔が小さいコイルに対しても、絶縁電線を巻き回すことができる。また、変形した絶縁層は磁気吸着力で元の形状に戻り、絶縁層は優れた可撓性を持つ。さらに、前記したように、マグヘマイトが４５０℃に近い耐熱性を持つため、コイルも４５０℃に近い耐熱性を持つ。また、従来の絶縁層のピンホールの大きさは、マグヘマイト微粒子より３桁も大きく、絶縁層の厚みが薄くても、マグヘマイト微粒子が磁気吸着した絶縁層に、電気的弱点部であるピンホールは存在しない。
さらに、前記の製造方法によって製造された絶縁電線は、絶縁層に要求される全ての性能が、従来の絶縁電線の絶縁層の性能より著しく向上する作用効果がもたらされる。
第一に、マグヘマイトが自発磁化を持つ強磁性体である。このため、マグヘマイト微粒子同士は互いに磁気吸着する。さらに、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させると、同一方向にそろって磁化が飽和し、マグヘマイト微粒子同士の磁気吸着力が著しく増大する。これによって、前記したように、絶縁電線が巻き取ることができ、また、どのようなコイルに対しても、絶縁電線を巻線として用いることができる。
第二に、マグヘマイトの磁気キュリー点は６７５℃で、大気中の４５０℃以上の温度でヘマタイトに徐々に相転移する。従って、マグヘマイト微粒子の磁気吸着力は、４５０℃に近い耐熱性を持つ。いっぽう、絶縁層に用いられている高分子材料の中で、耐熱性が最も高い高分子材料にポリアミドイミド樹脂があり、ポリアミドイミド樹脂の軟化点は２７０℃であり、耐熱温度は軟化点の２７０℃である。従って、絶縁電線の耐熱温度は、従来の絶縁層の耐熱温度より１５０℃以上向上し、また、耐熱寿命も著しく伸びる。
第三に、絶縁電線の温度が変わっても、１０−１００ｎｍの大きさからなるマグヘマイト微粒子の熱膨張・熱収縮の大きさは極めて微小であり、マグヘマイト微粒子は殆ど熱膨張・熱収縮をしない。このため、絶縁層も殆ど熱膨張・熱収縮をしない。また、マグヘマイトの磁気キュリー点が高いため、絶縁電線の温度が４５０℃より低ければ、磁気吸着力はほとんど変わらない。従って、絶縁電線が搭載された機器の温度が急激に変わっても、マグヘマイト微粒子に熱応力は発生しない。これによって、絶縁電線の耐熱衝撃性は、従来の絶縁電線より著しく向上する。
第四に、マグヘマイトは比抵抗が１０６Ωｍで、比誘電率が１．６−１．８の絶縁体である。従来の絶縁層の中で、耐アーク性、耐トラッキング性に最も優れるシリコーンワニスの誘電率が３．１−３．２である。このため、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層は、シリコーンワニスより著しく耐アーク性、耐トラッキング性に優れる。従って、絶縁層の絶縁破壊が従来の絶縁層より著しく向上する。なお、絶縁層にマグヘマイト微粒子で囲まれた数ナノレベルの大きさの空孔が多数存在する。しかし、空孔の大きさが、従来の絶縁塗料の焼付塗装で生成されるボイド（気泡）より３桁も小さく、また、空孔を囲むマグヘマイト微粒子の誘電率が低いため、空孔に部分放電は起こらない。従って、インバータ制御のモータに本絶縁電線を用いても、インバータサージによる部分放電浸食が絶縁層に起こらず、絶縁破壊が起こらない。また、従来の絶縁層の厚みより著しく薄くしても、絶縁破壊が起こらない。このため、小型表面実装型コイルに用いられる極細平角線のように、絶縁層の厚さが僅かに０．００５ｍｍである巻線として用いることができる。なお、前記したポリアミドイミド樹脂の比誘電率は、３．８−４．１と高い値を持つ。
第五に、マグヘマイトは、極めて安定した黒色の金属酸化物からなる無機物で、鉄の不働態皮膜を形成する物質として知られている。従って、全ての溶剤、酸やアルカリ、ナフサ・灯油・ガソリンなどと全く反応しない。また、磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まり、つまり、絶縁層に、全ての液体は表面張力で侵入することができない。このため、従来の絶縁層より、耐溶剤・耐薬品・耐油性に優れる。また、加水分解せず、架電劣化も起こらず、紫外線による劣化も起きない。また、絶縁層は殆ど熱膨張・熱収縮を起こさない。従って、従来の高分子材料のように、低温において絶縁層が硬化せず、高温において絶縁層が軟化しない。このため、長期間極低温に放置されても、絶縁層は脆弱化せず、長期間高温に放置されても、絶縁層は熱劣化しない。
第六に、モース硬度が６．５で、電磁鋼板より著しく硬い物質であり、他の部品や基材と接触しても摩耗しない。なお、接触した際に絶縁層が極僅か一時的に変形するため、接触した部品や基材を攻撃しない。いっぽう、絶縁電線を巻線として機器に巻く際に、負荷がマグヘマイト微粒子の集まりに印加されるが、マグヘマイト微粒子は粒状の微粒子であり、粒状微粒子同士は接触部位で僅かに滑り、粒状微粒子同士の接触で微粒子は破壊されない。従って、従来の絶縁層より耐摩耗性が著しく向上する。このため、摩耗によって絶縁層の表面に傷が入り、そこから部分放電が発生し、絶縁破壊に至ることがない。
以上に説明したように、飽和した磁化でマグヘマイト微粒子同士が磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで絶縁化された絶縁電線は、絶縁電線が使用される環境の如何に関わらず、また、電線が単線であっても撚り線であっても、丸線であっても平角線であっても、電線の如何に関わらず、さらに、平角導線の導体厚、導体幅の如何に関わらず、全ての電線について、要求される性能が従来の絶縁電線より著しく向上する。さらに、こうした優れた性能を持つ絶縁電線が、前記した簡単な５つの工程を連続して実施することで、連続して製造されるため、絶縁電線の製造費用は安価である。この結果、１２段落に記載した課題が解決された。
【００１５】
１３段落に記載した懸濁液を製造する製造方法は、熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物をアルコールに分散してアルコール分散液を作成する第一の工程と、前記アルコールに溶解ないしは混和する第一の性質と、前記アルコールより粘度が高い第二の性質と、沸点が、前記有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、前記酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い第三の性質を兼備する有機化合物を、前記アルコール分散液に混合して混合液を作成する第二の工程と、大気雰囲気で前記混合液を前記有機鉄化合物が熱分解温度する温度に昇温する第三の工程と、前記熱処理した混合液に前記アルコールを混合する第四の工程とからなり、これら４つの工程を連続して実施する製造方法が、アルコールで希釈された有機化合物中に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液を製造する製造方法である。
【００１６】
つまり、熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物をアルコールに分散すると、有機鉄化合物がアルコール中に均一に分散する。次に、３つの性質を持つ有機化合物を、アルコール分散液に混合すると、有機化合物がアルコールに溶解ないしは混和し、有機鉄化合物が混合液に均一に分散し、アルコールより粘度が高い混合液になる。さらに、混合液を大気雰囲気で有機鉄化合物の熱分解温度まで昇温する。最初にアルコールが気化し、有機化合物中に有機鉄化合物の微細結晶が析出する。微細結晶の大きさは、酸化第一鉄の微粒子の大きさに近い。さらに、有機鉄化合物を構成する有機酸の沸点を超えると、有機鉄化合物が有機酸と酸化第一鉄とに分解する。さらに昇温すると、有機酸の気化が進み、有機酸の気化が完了すると、有機化合物中に酸化第一鉄の粒状微粒子が析出する。なお、酸化第一鉄は非磁性体であり、微粒子同士は磁気吸着せず、有機化合物中に均一に分散する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、アルコールで希釈された有機化合物中に酸化第一鉄の微粒子が分散された懸濁液が製造される。
上記の有機鉄化合物と有機化合物とは汎用的な工業用薬品で安価である。また、４つの工程がいずれも大気雰囲気での処理であるため、４つの工程を連続して実施することができる。このため、安価な薬品を原料として用い、安価な費用で懸濁液が製造できる。
【００１７】
１５段落に記載した懸濁液を製造する製造方法は、前記有機鉄化合物として、カルボキシル基を構成する酸素イオンが鉄イオンに配位結合したカルボン酸鉄化合物を用い、前記有機化合物として、カルボン酸エステル類に属する有機化合物を用い、前記した懸濁液を製造する製造方法に従って懸濁液を製造する製造方法である。
【００１８】
つまり、カルボキシル基を構成する酸素イオン（Ｏ−）が配位子になって、２価の鉄イオン（Ｆｅ２＋）に近づいて配位結合するカルボン酸鉄化合物は、熱分解によって酸化第一鉄を析出する。このため、１６段落で説明した有機鉄化合物をカルボン酸鉄化合物で構成し、カルボン酸鉄化合物が分散された混合液を大気雰囲気で熱処理すると、３５０℃より低い温度でカルボン酸鉄化合物が熱分解し、大きさが１０−１００ｎｍの範囲に入る粒状の酸化第一鉄の微粒子の集まりが、有機化合物中に析出する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、１６段落で説明した懸濁液が製造される。
すなわち、カルボキシル基を構成する酸素イオンが配位子になって、２価の鉄イオンに近づいて配位結合するカルボン酸鉄化合物は、最も大きいイオンである鉄イオンに酸素イオンが近づいて配位結合するため、両者の距離は短くなる。これによって、鉄イオンに配位結合する酸素イオンが、鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの距離が最も長くなる。こうした分子構造上の特徴を持つカルボン酸鉄化合物は、カルボン酸鉄化合物を構成するカルボン酸の沸点を超えると、カルボキシル基を構成する酸素イオンが鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの結合部が最初に分断され、鉄イオンと酸素イオンとの化合物である酸化第一鉄とカルボン酸とに分解する。さらに昇温すると、カルボン酸が気化熱を奪って気化し、カルボン酸の気化が完了した後に酸化第一鉄が析出する。
こうしたカルボン酸鉄化合物として、分子量の順に、酢酸鉄化合物、カプリル酸鉄化合物、安息香酸鉄化合物、ナフテン酸鉄化合物がある。なお、酢酸鉄とカプリル酸鉄と安息香酸鉄とは、いずれも酸素イオンが鉄イオンに近づいて配位結合して、複核錯塩を形成する。いっぽう、熱分解の途上において生成される物質は、ナフテン酸鉄の熱分解で生成される物質が最も安定している。このため、カルボン酸鉄化合物の熱分解で酸化第一鉄を析出させるには、ナフテン酸鉄が最も簡単な熱処理になる。なお、ナフテン酸は５員環をもつ飽和脂肪酸の混合物で、ＣｎＨ２ｎ−１ＣＯＯＨからなる一般式で示され、主成分は沸点が２６８℃で、分子量が１７０のＣ９Ｈ１７ＣＯＯＨからなる。このため、ナフテン酸鉄は、大気雰囲気の３４０℃で熱分解が完了し、酸化第一鉄を析出する。
さらに、前記したカルボン酸鉄化合物は、いずれも容易に合成できる安価な工業用薬品である。すなわち、汎用的なカルボン酸を強アルカリと反応させるとカルボン酸アルカリ金属化合物が生成される。この後、カルボン酸アルカリ金属化合物を無機鉄化合物と反応させることで、カルボン酸鉄化合物が合成される。また、原料となるカルボン酸は、有機酸の沸点の中で相対的に低い沸点を有する有機酸であるため、大気雰囲気においては３５０℃より低い熱処理で酸化第一鉄の微粒子が有機化合物中に析出する。
以上に説明したように、安価な原料で、熱分解で酸化第一鉄を析出するカルボン酸金属化合物は、１６段落に記載した有機鉄化合物として好適である。
また、カルボン酸エステル類に、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二に前記アルコールより粘度が高く、第三に、沸点が、有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い、これら３つの性質を兼備する有機化合物が、カルボン酸エステル類に属する有機化合物に存在する。また、このようなカルボン酸エステル類は、繊維油剤・金属油剤・合成潤滑油・合成樹脂用・化粧品用・界面活性剤原料に用いられている汎用的な工業用薬品である。
従って、１６段落で説明した有機鉄化合物のアルコール分散液に、３つの性質を兼備するカルボン酸エステル類を混合すると、カルボン酸エステル類がアルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高い１６段落で説明した混合液が作成される。
このため、カルボン酸エステル類は１６段落に記載した有機化合物として好適である。
【００１９】
（削除）
【００２０】
（削除）
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】銅線が磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで覆われた断面を、模式的に図示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
実施形態１
本実施形態において、ナフテン酸鉄を有機鉄化合物として用い、１６段落で説明した懸濁液を作成し、この懸濁液を付着させた導体を熱処理し、導体に絶縁層を形成する方法を説明する。
ナフテン酸鉄は、ナフテン酸のカルボキシル基を構成する酸素イオンが、配位子になって２価の鉄イオンに近づき、２価の鉄イオンに配位結合する錯体である。つまり、最も大きいイオンである２価の鉄イオンに酸素イオンが近づいて配位結合するため、両者の距離は短くなる。これによって、２価の鉄イオンに配位結合する酸素イオンが、鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの距離が最も長くなる。こうした分子構造上の特徴を持つナフテン酸鉄は、ナフテン酸の主成分の沸点を超えると、ナフテン酸鉄におけるカルボキシル基を構成する酸素イオンが、２価の鉄イオンの反対側で共有結合するイオンとの結合部が最初に分断され、２価の鉄イオンと酸素イオンとの化合物である酸化第一鉄とナフテン酸とに分解する。さらに昇温すると、ナフテン酸が気化熱を奪って気化し、ナフテン酸の気化が完了すると、酸化第一鉄が析出して熱分解を終える。このため、ナフテン酸鉄は、１６段落で説明した熱分解で酸化第一鉄を析出する有機鉄化合物である。
ナフテン酸鉄をアルコールに分散すると、ナフテン酸鉄がアルコール中に均一に分散する。次に、１６段落で説明した３つの性質を持つ有機化合物を、アルコール分散液に混合すると、有機化合物がアルコールに溶解ないしは混和し、アルコールより粘度が高い混合液が作成される。さらに混合液を、第一の熱処理装置によって昇温する。最初にアルコールが気化し、有機化合物中にナフテン酸鉄の微細結晶が析出する。次に、ナフテン酸の主成分の沸点である２６８℃を超えると、ナフテン酸鉄がナフテン酸と酸化第一鉄とに分解する。こ後、昇温速度を速めてナフテン酸の気化を進め、気化が完了する３４０℃で、有機化合物中に酸化第一鉄の粒状微粒子が析出する。なお、酸化第一鉄は非磁性体で、酸化第一鉄の微粒子は互いに磁気吸着せず、有機化合物中に均一に分散する。この懸濁液をアルコールで希釈すると、懸濁液が作成される。
次に導体を懸濁液に浸漬して通過させ、第二の熱処理装置において、大気雰囲気で昇温速度を抑えて３４０℃から３８０℃まで昇温し、３８０℃に一定時間放置する。この際、酸化第一鉄の２価の鉄イオンが３価の鉄イオンになる酸化反応が進む。この酸化反応の初期では、酸化第一鉄（ＦｅＯ）の２価の鉄イオンの一部が３価の鉄イオンになって酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）になり、組成式がＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３のマグネタイトに酸化される。さらに、放置を延ばすと酸化反応がさらに進み、酸化第一鉄の全てがマグネタイトに酸化される。さらに、放置を延ばすと、マグネタイトを構成する２価の鉄イオンの全てが３価の鉄イオンになり、酸化第二鉄になって酸化反応を終える。この酸化第二鉄は、マグネタイトと同様の立方晶系である、酸化第二鉄のガンマ相であるマグへマイト（γ−Ｆｅ２Ｏ３）である。いっぽう、酸化第二鉄のアルファ相であるヘマタイト（α−Ｆｅ２Ｏ３）の結晶構造は三方晶系であり、マグネタイトとは結晶構造が異なる。この結果、導体は磁気吸着したマグヘマイト微粒子の集まりで覆われる。さらに、マグヘマイト微粒子の磁化を飽和させる磁場を導体が通過すると、絶縁電線が製造される。
なお、ナフテン酸鉄は、１８段落で説明したように、容易に合成できる安価な工業用薬品で、有機酸鉄化合物の中で最も安価な化合物の一つである。また、原料となるナフテン酸は、有機酸の沸点の中で相対的に沸点が低いため、大気雰囲気で３４０℃程度の熱処理で酸化第一鉄が析出する。このような性質を持つナフテン酸は、塗料・印刷インキ用のドライヤー、ゴム・タイヤの接着剤、潤滑油の極圧剤、ポリエステルの硬化剤、助燃剤や重合触媒などに汎用的に使用されている。
【００２３】
実施形態２
本実施形態において、第一にアルコールに溶解ないしは混和し、第二に前記アルコールより粘度が高く、第三に、沸点が、有機鉄化合物の熱分解温度より高く、かつ、酸化第一鉄がマグヘマイトに酸化される温度より低い、これら３つの性質を兼備する有機化合物を説明する。ここでは、有機鉄化合物をナフテン酸鉄とするため、有機化合物の沸点は、３４０℃より高く、３８０℃より低い性質が必要になる。また最も汎用的な工業用アルコールであるメタノールをアルコールとする。
こうした３つの性質を兼備する有機化合物に、カルボン酸エステル類に属する有機化合物がある。いっぽう、カルボン酸エステル類は、飽和カルボン酸からなる第一のエステル類と、不飽和カルボン酸からなる第二のエステル類と、芳香族カルボン酸からなる第三のエステル類とからなる、３種類のエステル類に分けられる。
【００２４】
第一の飽和カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が３４０−３８０℃に入るカルボン酸エステルは、カプリン酸エステル類より分子量が大きいカルボン酸エステル類に存在する。ラウリン酸エステル類の中では、沸点が３５５℃であるラウリン酸オクチルのみが該当する。ミリスチン酸エステル類の中には、該当するエステルが存在しない。なお、ミリスチン酸エチルの沸点は２９５℃で、ミリスチン酸ブチルの沸点は３８９℃である。また、パルミチン酸エステル類の中では、沸点が３６２℃であるパルミチン酸ブチルのみが該当する。また、ステアリン酸エステル類の中では、沸点が３７６℃であるステアリン酸プロピルのみが該当する。
【００２５】
第二の不飽和カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が３４０−３８０℃に入るカルボン酸エステル類は、オレイン酸エステル類、リノール酸エステル類、リノレン酸エステル類に存在する。オレイン酸エステル類の中では、沸点が３５１℃であるオレイン酸メチルが該当し、リノール酸エステル類の中では、沸点が３７３℃のリノール酸メチルが該当し、リノレン酸エステル類の中では、沸点が３６４℃のリノレン酸メチルが該当する。
【００２６】
第三の芳香族カルボン酸からなるエステル類の中で、メタノールに溶解し、粘度がメタノールの沸点より高く、沸点が３４０−３８０℃に入るカルボン酸エステル類は、フタル酸エステル類にわずかに存在し、フタル酸ジヘキシルの沸点は３５０℃である。
【００２７】
実施例１
実施例１において、実施形態１に従って、マグへマイト微粒子の集まりで銅線に絶縁層を形成する方法を説明する。ナフテン酸鉄は、金属石鹸として市販されているナフテン酸鉄（例えば、東栄化工株式会社の製品）を用いた。有機化合物は、沸点が３５１℃のオレイン酸メチル（例えば、和光純薬工業株式会社の製品）を用いた。なお、オレイン酸メチルは、合成繊維油剤、金属油剤、合成潤滑剤、合成樹脂用、化粧品用、界面活性剤原料に用いられている。メタノールは試薬一級品を用いた。導体は、電気用軟銅線からなる導体の断面積が０．７８５ｍｍ２で、素線径が１．０ｍｍからなる裸銅単線（例えば、福田電線株式会社の製品）を用いた。なお、メタノールの粘度は０．５９ｍＰａで、オレイン酸メチルの粘度は５．５ｍＰａであり、メタノールの９．３倍の粘度に相当する。
最初に、ナフテン酸鉄をメタノールに対し１０重量％の割合になるように秤量し、ナフテン酸鉄をメタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のメタノール分散液を作成した。次に、オレイン酸メチルが２０重量％になるように、ナフテン酸鉄のメタノール分散液に混合した。この混合液を容器に移し、容器が熱処理装置を通過し、大気雰囲気で２０℃／分の昇温速度で２７０℃まで昇温し、この後、５０℃／分の昇温速度で３４０℃まで昇温し、３４０℃に１分間放置した後に室温まで戻し、この後、容器に混合液の体積が４倍になるようにメタノールを混合し、懸濁液を作成した。
次に、裸銅単線を上記の懸濁液に浸漬して取り出し、この後、熱処理装置を移動させ、大気雰囲気で２０℃／分の昇温速度で３４０℃に昇温し、さらに、１℃／分の昇温速度で３８０℃まで昇温し、３８０℃に３０分間放置した後に室温まで戻した。熱処理装置から裸銅単線を取り出し、１２キロエルステッドの磁界が裸銅単線の長さ方向に発生している磁場を通過させ、試料を作成した。
さらに、試料の表面と断面とを電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧ＳＥＭを用いた。この装置は１００Ｖからの極低加速電圧による表面観察が可能で、さらに試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を有する。
最初に、反射電子線の９００−１０００Ｖの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面を観察した。試料の表面は、４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状の微粒子で満遍なく覆われ、欠陥は見られなかった。次に、特性エックス線のエネルギーとその強度を画像処理し、表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、酸素原子の双方が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄からなる微粒子であることが確認できた。さらに極低加速電圧ＳＥＭの機能にＥＢＳＰ解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果から、試料表面に形成された微粒子が酸化第二鉄のγ相であるマグへマイトであることが確認できた。なお、ＥＢＳＰ解析機能とは、試料に電子線を照射したとき、反射電子が試料中の原子面によって回折されることによってバンド状のパターンを形成し、このバンドの対称性が結晶系に対応し、バンドの間隔が原子面間隔に対応しているため、このパターンを解析することで、結晶方位や結晶系を測定する機能をいう。
以上の試料表面の観察結果から、裸銅単線の表面全体がマグへマイトの微粒子で覆われていることが確認できた。この結果から、ナフテン酸鉄を熱処理すると、裸銅単線の表面にマグへマイト微粒子が満遍なく磁気吸着することが確認できた。
次に、試料の絶縁抵抗を測定した。共立電気計器の絶縁抵抗計を用い、試料の長さを１ｍとし、裸銅単線と絶縁層との間の電気抵抗を測定した。絶縁抵抗は１ＭΩに近い値を示した。従って、絶縁層は電線に必要となる絶縁抵抗を有することが分かった。
さらに、試料を直径が５ｍｍのパイプに、巻き付ける際のテンションを変えて連続５回巻き付け、試料を取り去った後のパイプの表面をＳＥＭで観察したが、マグヘマイト微粒子の存在は認められなかった。さらに、試料が３重に重なるようにテンションを変えて前記のパイプに連続５回巻き付け、この後、試料の表面をＳＥＭで観察したが、最初の状態と変わりがなかった。また、いずれの場合も、試料表面に亀裂などの異常は見られなかった。このため、マグヘマイトの微粒子同士が強固に磁気吸着していることが分かった。これらの結果から、試料はコイルに用いる巻線として用いることができる。
また、試料が巻き付けられたパイプを、−４０℃と４００℃とに各々３０分間さらした後に、試料表面をＳＥＭで観察したが、最初の状態と変わりがなかった。この結果から、−４０℃の耐寒性と４００℃の耐熱性と優れた耐熱衝撃性とを持つことが分かった。
次に、試料を輪切りにし、断面をＳＥＭで観察した。マグヘマイトの粒状微粒子の２０−２２個が積み重なって、裸銅単線を覆っていた。従って、２０−２２個のマグヘマイト微粒子が磁気吸着して、１μｍに近い厚みの絶縁層を形成している。図１に、試料の断面を模式的に拡大して図示した。１は裸銅単線で、２はマグヘマイト微粒子である。
さらに、東京精電株式会社の絶縁破壊試験器ＥＢ０１８１を用い、ＪＩＳ  Ｃ  ３２１６−１の巻線試験法の絶縁破壊試験に基づき絶縁破壊電圧を測定した。この結果、試料の絶縁破壊電圧は１２ｋＶであった。この絶縁耐圧の大きさは、ポリイミド絶縁層の厚さが０．０３５ｍｍで、裸銅単線の径が１．０ｍｍからなるエナメル線（例えば、日立金属株式会社の耐熱エナメル線ＩＭＷ）と同等である。いっぽう、試料の絶縁層の厚みは、前記耐熱電線の絶縁層の厚みの僅か１／３５にもかかわらず、同等の絶縁耐圧を持つため、マグヘマイト微粒子の集まりからなる絶縁層が高い絶縁耐圧を持つことが分かった。
以上に説明したように、試料は耐熱性、耐寒性、耐熱衝撃性、絶縁破壊電圧、可撓性、絶縁層と導体との密着性、耐摩耗性、捲線性に優れる。いっぽう、試料は、１３段落で説明した簡単な処理からなる５つの工程を連続して実施することで連続して製造される。また、酸化第一鉄の原料となる１８段落で説明した有機鉄化合物は、合成が容易なカルボン酸鉄化合物である。さらに、懸濁液を構成する有機化合物も、汎用的なカルボン酸エステル類に属する有機化合物である。従って、優れた性能を持つ絶縁電線が、安価な原料を用いて、安価な加工費用で連続して製造できる。
【符号の説明】
【００２８】
１  裸銅単線    ２  マグヘマイト微粒子