(57)【要約】      （修正有）【課題】熱機械的性質を大幅に改良したコイル線用熱接着性組成物、及び、この熱接着性組成物で被覆されたコイル線を提供する。【解決手段】ポリエステル型の熱可塑性ポリウレタンを含むコイル線用熱接着性組成物、及び熱接着性の外層により被覆された絶縁素子が内部に位置する導電性素子を含むコイル線であって、該外層が前記熱接着性組成物に基づくものであることを特徴とするコイル線。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリエステル型の熱可塑性ポリウレタンを含むことを特徴とする、コイル線用熱接着性組成物。
【請求項２】
請求項１に規定する熱接着性組成物であって、熱可塑性ポリウレタンの保持モジュラスが２５℃で１０００ＭＰａ以上であることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項３】
請求項１に規定する熱接着性組成物であって、熱可塑性ポリウレタンの保持モジュラスが２５℃で２０００ＭＰａ以上であることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項４】
請求項１又は２に規定する熱接着性組成物であって、熱可塑性ポリウレタンの保持モジュラスが１００℃で５００ＭＰａ以上であることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項５】
請求項１又は２に規定する熱接着性組成物であって、熱可塑性ポリウレタンの保持モジュラスが１００℃で１０００ＭＰａ以上であることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに規定する熱接着性組成物であって、熱可塑性ポリウレタンの保持モジュラスが１５０℃で１００ＭＰａ以上であることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに規定する熱接着性組成物であって、熱可塑性ポリウレタンの保持モジュラスが１５０℃で２００ＭＰａ以上であることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに規定する熱接着性組成物であって、熱可塑性ポリウレタンの接着温度が１５０℃ないし２５０℃であることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれかに規定する熱接着性組成物であって、熱可塑性ポリウレタンの接着温度が１５０ないし２００℃であることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに規定する熱接着性組成物であって、溶融状態における熱可塑性ポリウレタンの粘度が３００℃で１００Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれかに規定する熱接着性組成物であって、溶融状態における熱可塑性ポリウレタンの粘度が１Ｐａ・ｓ以下であることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに規定する熱接着性組成物であって、熱可塑性ポリウレタンが結晶相を有していることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項１３】
請求項１ないし１２のいずれかに規定する熱接着性組成物であって、該組成物中に少なくとも１つの無機充填物が含有されていることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに規定する熱接着性組成物であって、該組成物中に少なくとも１つの他のポリマーが含有されていることを特徴とする熱接着性組成物。
【請求項１５】
熱接着性の外層により被覆された絶縁素子が内部に位置する導電性素子を含むコイル線であって、該外層が前記請求項１ないし１４のいずれかの１に規定する熱接着性組成物に基づくものであることを特徴とするコイル線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコイル線（coil wire）の熱接着性（thermo-adherent）層を構成する組成物に関する。本発明はその適用分野が限定されるものではないが、磁場を形成するためにコイル線の巻線を使用する電気機械の分野に特に有利に適用できる。
【背景技術】
【０００２】
コイル線を製造するために現在広く行われている１つの解決法は、熱可塑性物質からなる熱接着性外層で絶縁された導体を被覆することにある。この方法で製造された線（ワイヤ）は、次に必要な最終の巻線を形成するために巻装される。種々の巻回し（turns）は、その後、使用された熱可塑性樹脂の融点又はそれ以上の温度にコイル線を加熱することにより固定される。この操作は、一般に例えば、ジュール効果により、ワイヤを通して適当な量の電流を流すことにより、又は炉の中にコイルを配置して直接加熱により達成される。具体的には、一度熱可塑性物質が軟化すると、直接隣接する巻回しのそれぞれの外層間で相互浸透が生ずる；明らかにアセンブリーが冷却された後に結合は効果的になる。
【０００３】
現在、コイル線の熱接着層は、一般にポリアミドベースの熱可塑性物質で形成されている。しかし、このようなコイル線は熱機械的性質が満足するものであっても、このタイプの物質は、絶縁コイル線が運動するような用途、例えば電動モーターの回転子に対しては不十分な接着力をもたらす、また、高温下、特に１００℃を越える温度に置かれると接着力が不十分になる。このような場合、コイルに良好な接着性を付与するために含浸ワニスを加えることが不可欠である。
【０００４】
また、ポリアミドベースの熱可塑性物質は、この発明に特有な条件に使用するのが困難であるという欠点を有する。この理由は、熱接着層を形成するのにエナメル塗装タイプのプロセスが用いられる場合に、あるポリアミド及び／又はその共重合体は、絶縁された伝導体に適用するためにはあらかじめ有機溶媒に溶解しなければばらないからである。
特に、広く用いられる溶剤はフェノール、クレゾール、炭化水素又はＮ−メチルピロリドン群である。これらの有機物質は、特に揮発性で相対的に有害性があり、それ故取り扱いが困難である。また、プロセスの最後に、溶剤の完全な除去と、熱可塑性物質の乾燥には重装備な装置と相当のエネルギーが必要である。
【０００５】
熱接着層を形成するために融着型プロセスが用いられるとき、他のポリアミド及び／又はそれらの共重合体は、溶融状態で被覆するのに十分な粘度とするために非常に高い温度に加熱しなければならない。不幸にもこのことは、ポリアミドの早期劣化を引き起こし、最終的には熱接着層におけるコイル線の的確な機能が損なわれるがちになるという欠陥が生ずる結果を伴うことになる。
この問題を解決するために、コイル線の熱接着性外層を構成する熱可塑性ポリウレタンを用いることが当該技術分野で知られている。
下記する特許文献１には、本質的にエーテルタイプの熱可塑性ポリウレタンに基づく組成物で被覆された絶縁誘導体から作られたコイル線について記述されている。しかしながら、このタイプの熱接着性組成物は、満足する性能は相対的に狭い温度範囲内のみであるという欠点を有している。このことは、コイルがこのような種類のコイル線から製造されたコイルが極めて操作温度の影響を受け易い場合には、種々の巻線間の接着力が該コイルの構造的な品質を保証するのに不十分となり、そのために発生すべき磁界の恒久性を保証するのに不十分となるおそれがあることを示している。
【特許文献１】米国特許第第４３２４８３７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の対象により解決すべき技術的課題は、熱機械的性質の顕著な改良により、従来技術の問題点を回避できる、コイル線用の熱接着性組成物を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記したような技術的課題に対応する本発明の解決手段は、熱接着性組成物がポリエステルタイプの熱可塑性ポリウレタンを含有することにある。
本発明は、（１）ポリエステル型の熱可塑性ポリウレタンを含むことを特徴とする、コイル線用熱接着性組成物に関する発明である（以下「第１の態様」ということがある）。
【０００８】
第１の態様においては、更に下記（２）ないし（９）の態様とすることが望ましい。
（２）前記（１）に記載する熱接着性組成物において、熱可塑性ポリウレタンの保持モジュラス（the modulus of conservation）が２５℃で１０００ＭＰａ以上、そして好ましくは２０００ＭＰａ以上であること、
（３）前記（１）又は（２）に記載する熱接着性組成物において、熱可塑性ポリウレタンの保持モジュラスが１００℃で５００ＭＰａ以上、そして好ましくは１０００ＭＰａ以上であること、
（４）前記（１）ないし（３）のいずれかに記載する熱接着性組成物において、熱可塑性ポリウレタンの保持モジュラスが１５０℃で１００ＭＰａ以上、そして好ましくは２００ＭＰａ以上であること、
（５）前記（１）ないし（４）のいずれかに記載する熱接着性組成物において、熱可塑性ポリウレタンの接着温度が１５０℃ないし２５０℃、そして好ましくは１５０ないし２００℃であること、
（６）前記（１）ないし（５）のいずれかに記載する熱接着性組成物において、溶融状態における熱可塑性ポリウレタンの粘度が３００℃で１００Ｐａ・ｓ以下、そして好ましくは１Ｐａ・ｓ以下であること、
（７）前記（１）ないし（６）のいずれかに記載する熱接着性組成物において、熱可塑性ポリウレタンが結晶相を有していること、
（８）前記（１）ないし（７）のいずれかに記載する熱接着性組成物において、該組成物中に少なくとも１つの無機充填物が含有されていること、
（９）前記（１）ないし（８）のいずれかに記載する熱接着性組成物において、該組成物中に少なくとも１つの他のポリマーが含有されていること、
【０００９】
また、本発明は、（１０）熱接着性の外層により被覆された絶縁素子が内部に位置する導電性素子を含むコイル線であって、該外層が前記（１）ないし（９）のいずれかの１に規定する熱接着性組成物に基づくものであることを特徴とするコイル線に関する発明である（以下「第２の態様」ということがある）。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のこの熱可塑性樹脂の特定のタイプは、極めて良好な熱機械的性質、及び更に特に実質的に室温から１８０℃という広い温度範囲で、高い剛性を付与できるという利点を有する。ポリエステルタイプの熱可塑性ポリウレタンは、また溶融状態、特にその融点よりも少し高い温度域で極めて低い粘度を有している、このことはその適用を極めて容易にする。この熱可塑性樹脂の特定のタイプは、また公知のポリアミドベースの対応品よりも著しく低価格となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例における接着温度(℃)−接着力(Ｎ)の関係を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の第一の態様における１つの特徴によると、熱可塑性ポリウレタンの保存モジュラス（modulus of conservation）は２５℃で５００ＭＰａ以上、好ましくは１０００ＭＰａ以上である。熱可塑性ポリウレタンの保存モジュラスが１００℃で５００ＭＰａを超える場合、特に１０００ＭＰａを超える場合には著しい利点となる。
本発明の他の優位な特徴によると、熱可塑性ポリウレタンの保存モジュラスは１５０℃で１００ＭＰａ以上、好ましくは２００ＭＰａ以上である。本発明によると熱可塑性ポリウレタンの弾性率（elastic modulus）は広い温度範囲、とりわけ１００℃以上で高く維持されるという事実は、熱接着層の結合がコイル線の操作温度の広い範囲で効果的に維持できることを意味する。
前記保存モジュラスは、好ましくは２５℃で２０００ＭＰａ以上であり、１００℃で１０００ＭＰａ以上であり、そして１５０℃で２００ＭＰａ以上である。
ポリエステルタイプの熱可塑性ポリウレタンは、一般にポリエーテルタイプの熱可塑性ポリウレタンよりも著しく高い保存モジュラスを有することに留意すべきである。このことは、本発明の組成物が従来技術であるポリエーテルベースの熱可塑性組成物よりはより良好な熱機械的性質を付与できる１つの理由となる。
【００１３】
本発明の他の特徴によると、熱可塑性ポリウレタンの接着温度は、１５０ないし２５０℃、好ましくは１５０ないし２００℃である。このことは、コイルの製造において、特に巻線を接着処理する期間中にエネルギー量をあまり多くする必要がないように熱接着層が結合する種々の部分の周辺温度があまり高くしないこと、及び該コイルの使用期間に巻線が分離しないように該周辺温度をあまり低くしないことは重要だからである。
溶融状態で熱可塑性ポリウレタンの粘度が３００℃で１００Ｐａ.ｓ以下、好ましくは１Ｐａ.ｓ以下の場合には特に有利である。コイル線から巻線を製造する際、溶融状態での低粘度は、熱接着層の種々の直接隣接する部分の浸透を増加し、そしてその結果、巻線の結合を促進する。
【００１４】
本発明の他の特徴によると、熱可塑性ポリウレタンは結晶相を有している。この特徴は、熱接着層を形成する物質の極めて明確な溶融を可能にする、このことは、コイル線となる絶縁導電体への適用を容易にする。
本発明の更なる特徴によると、熱接着性組成物は、少なくとも１つの無機充填物を含む。このような充填物として、熱可塑性マトリックス中に分散可能な従来技術の充填物、例えば充填物は熱可塑性ポリウレタン機械的性質を高める充填物、不燃性の充填物、導電性充填物、熱接着層の着色のための充填物等が挙げられる。
【００１５】
本発明の更なる特徴によると、熱接着性組成物は少なくとも１つの他のポリマーを含んでいる。この特徴は、コイル線の熱接着層を構成する物質が単に少なくとも１つはポリエステルタイプの熱可塑性ポリウレタンであるポリマー混合物からなっていてもよいことを意味している。例えば、ポリアミドと熱可塑性ポリウレタンの混合物から熱接着層を製造することも可能である。当然に、本発明（第二の態様）は、また上記したように熱接着組成物をベースとする外部熱接着層で被覆され、内部が絶縁性素子である導電性素子を含むすべてのコイル線に関連する。
本発明の他の特徴と利点は、以下の例示と、限定されない実施例の記載から明確になる。実施例１ないし３は、ＴＶデフレクションコイル、電動モーター巻線、照明巻線、変圧器等を構成するために典型的に巻線され、結合されたコイル線に関するものである。それはまた、問題におけるコイル線はすべて熱可塑性物質から作製された熱接着性外層を備えていることを示している。
【実施例】
【００１６】
[実施例 Ｉ]
表１は、それぞれの熱接着層の性質においてのみ異なる２つのコイル線ＡとＢの構造を詳細に述べる。各線は、１０μｍの厚みの熱接着層により覆われている直径が０．３７ｍｍの絶縁線である。該線自体は１７．５μｍの厚みの絶縁ワニス層で覆われた直径が０．３３５ｍｍの導電性銅線である。線Ａは、その熱接着層が、電磁気ＴＶデフレクションコイルにおいて最も広く用いられている熱可塑性物質であるポリアミドからなる標準のコイル線から構成されている。
線Ｂは、その熱接着層が本発明の物質、この例ではポリエステルタイプの熱可塑性ポリウレタン（ノベオン社（Noveon）製、TPU Estane X4995）からなる新しいタイプのコイル線である。
コイル線ＡとＢの客観的な比較を可能にするために、熱接着層の２タイプの接着力はダンスクシステム  エレクトロニック（Danske System Electronik）社製、DSE-2200測定装置と同社により確立された測定プロトコルを用いて測定した。 
【００１７】
テストすべき各サンプルのコイル線は、先ず金属の巻き型の上に巻かれた。巻き型はその後，外部熱接着層を軟化し、そして隣接する巻きと結合させるために２００℃で６０秒間加熱した。アセンブリーはその後ファンシステムにより室温まで冷却した。得られた巻線は、その後加熱下に該巻線の遊離端に牽引力（traction force）を加えて巻き戻（unwound）した。必要な力は温度の関数として測定した。
表１には、各コイル線の構造と各テストの結果を示す。
【００１８】
【表１】
2005325354.tif 000002
【００１９】
同じような線構造と製造法及び接着プロセスに対して、ポリエステルタイプの熱可塑性ポリウレタン（TPU Estane X4995）の熱接着層により特徴付けられる線Ｂは、１．５Ｎでの剥離温度（pull-off temperature）は１３３℃であり、一方、ポリアミドＡの熱接着層を有する線Ａは１．５Ｎでの剥離温度は１０８℃であった（表１参照）。このようにポリウレタンの熱可塑性物から製造された熱接着層は１．５Ｎで剥離温度が２３％上昇した。さらに、TPU Estane X4995 の熱接着層により特徴付けられる線Ｂは６０℃で３．２Ｎに等しい剥離力（pull-off force）を有していたのに対し、ポリアミドＰＡの熱接着層を有するワイヤＡは同じ６０℃で２．０Ｎに等しい剥離力を有していた。このように、ポリウレタン熱可塑性熱接着層は、６０℃において約３７％剥離力が増加していた。
表１は、ポリエステルタイプの熱可塑性ポリウレタンを含む熱接着組成物の使用は、サンプルＢで示したように１００℃以上の温度で接着力を改良したことを示す、これは高温での剥離に対する抵抗力を増大することにより特徴付けられる接着力の改良である。
【００２０】
[実施例 II]
表２は、８個の新しいコイル線サンプルの構造について記述する。サンプル１ないし４は、その熱可塑性接着層が異なるポリアミドから製造されている点であることに特徴付けられる。サンプル５と６は、用いられた熱接着性物質が本発明に該当しない熱可塑性ポリウレタンをベースとした熱接着性層を有している。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表２に示す種々の熱可塑性物質材料は下記の通りであった：
・PA11は、Atofina社製の Rilsan ポリアミド１１であった。
・PA Platamidは、Atofina社製の Platamid 脂肪族ポリアミドであった。
・PA 19690は、Nexans社製のImidalbond 19690 芳香族ポリアミドであった。
・PA 19670は、Nexans社製のImidalbond 19670 芳香族ポリアミドであった。
・TPU 4995は、Noveon社製のポリエステル型熱可塑性ポリウレタンであった。
・TPU 4890は、Noveon社製のポリエステル型熱可塑性ポリウレタンであった。
・TPU 1013は、Noveon社製のポリエーテル型熱可塑性ポリウレタンであった。
・TPU 4990は、Noveon社製のポリエーテル型熱可塑性ポリウレタンであった。
種々の熱接着性材料の熱機械的性質を比較するために、実施例１と関連させて類似のテストを行った。表３は、影響のある主な測定をグループにまとめ、添付した図１は、各熱可塑性物質の性質を詳細に示す。
【００２３】
【表３】
2005325354.tif 000004
【００２４】
表３は、ポリエステル型熱可塑性ポリウレタンを含む組成物（サンプル５，６）が温度２０ないし９０℃でポリアミド型組成物（サンプル１ないし４）及びポリエーテル型の熱可塑性ポリウレタンを含む組成物（サンプル７，８）よりも２０ないし９０℃高い剥離力を有していたことを示している。
例えば２０℃で、ポリエステル型熱可塑性ポリウレタンを含む組成物（サンプル５，６）は、ポリアミドベースのサンプル１ないし４よりも剥離力が３３ないし４０％高く、ポリエーテル型の熱可塑性ポリウレタンのサンプル７及び８よりも剥離力が３４０ないし４００％高かった。
【００２５】
６０℃で、ポリエステル型熱可塑性ポリウレタンを含む組成物（サンプル５，６）は、ポリアミドベースのサンプル１及び２よりも剥離力が３０ないし５０％高く、ポリエーテル型の熱可塑性ポリウレタンを用いたサンプル７及び８よりも剥離力が７３％高かった。
高温、例えば１８０℃付近で、ポリエステル型熱可塑性ポリウレタンを含む組成物（サンプル５，６）は、ポリアミドベースのサンプル３及び４よりも剥離力が多少低いか同等であったが、ポリエーテル型の熱可塑性ポリウレタンベースのサンプル７及び８よりも剥離力が著しく高い値であった。
【００２６】
[実施例 III]
保持モジュラス（conservation modulus）Ｇ’は、本発明の２つのポリエステルタイプの熱可塑性ポリウレタン、すなわちTPU 4890とTPU 4995、及び従来技術のポリエーテル型熱可塑性ポリウレタン、すなわちTPU 4990とTPU 1013について測定した。測定は、異なる特性温度、すなわち２５℃、１００℃及び１５０℃の温度条件下で行った。その結果をまとめて以下の表４に示す。
【００２７】
【表４】
2005325354.tif 000005
【００２８】
ポリエステルタイプの熱可塑性ポリウレタン（TPU 4890とTPU 4995）の保持モジュラスは、ポリエーテル型熱可塑性ポリウレタン（TPU 4990とTPU 1013）の保持モジュラスよりも著しく高いことが明確である。このことから、本発明の組成物はなぜ従来技術の熱可塑性組成物よりも良好な熱機械的性質を提供できるかが十分に説明される。
いずれにしても、本発明の熱可塑性ポリウレタンの保持モジュラスは、電気機械により巻線を行う際に操作温度の標準範囲に相当する温度の広い範囲において高い値を維持している。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明のポリエステル型の熱可塑性ポリウレタンを含むコイル線用熱接着性組成物で被覆されたコイル線は、例えば磁場を形成するための巻線を使用する電気機械の分野に広く使用することができる。
【図１】
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【外国語明細書】
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