(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体上にイミド系樹脂ワニスを主成分とする絶縁ワニスを塗布し焼付して絶縁皮膜が形成されているエナメル線において、前記絶縁ワニスは、アミド系極性有機溶媒とシランカップリング剤との混合溶媒に中空シリカが分散された中空シリカ分散液が、前記イミド系樹脂ワニスに混合されてなり、前記中空シリカは、平均粒子径が２００ｎｍ未満であり、前記絶縁ワニスの樹脂分１００重量部に対して、シリカ量で１０重量部以上５０重量部未満含まれており、前記シランカップリング剤は、前記中空シリカのシリカ量に対して０．１重量部以上１重量部以下含まれていることを特徴とするエナメル線。
【請求項２】
前記中空シリカは３０ｖｏｌ％以上の空隙率を有することを特徴とする請求項１に記載のエナメル線。
【請求項３】
前記イミド系樹脂ワニスは、ポリアミドイミド樹脂、或いはポリイミド樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のエナメル線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータやトランスなどの電気機器に用いられる絶縁電線、絶縁電線として用いられるエナメル線及びそれに用いられる絶縁塗料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、絶縁電線として用いられるエナメル線は、導体上にエナメル塗料を塗布・焼付して成る絶縁皮膜が形成されたものである。このエナメル線を巻線にして得られる電気機器用のコイルは、大容量、大型重電機器に広く実用されている。
この電気機器用のコイルに用いられるエナメル線を使用して電気機器、例えばモータやトランスなどを作製する場合、一般的にはモータのコア（磁芯）のスロットに連続的にエナメル線をコイル状に巻回して形成したり、或いはエナメル線をコイル状に巻いたものをコアのスロットに嵌合、挿入したりする方法が主流である。
【０００３】
一方、断面積の大きな、すなわち外径の大きいエナメル線や、平角導体を有するエナメル線の場合、エナメル線を連続的に巻いて巻き数の多い長尺のコイルを形成するのではなく、巻き数の少ない短尺の小径コイルを複数形成し、これら小径コイルのエナメル線端末を溶接して繋ぎ合わせ、長尺のコイルを形成する方法が提案されている。このように形成したコイルは、小型かつ高密度の磁束が要求される電気機器のコイル、例えば自動車の発電機などのコイルに使用されている。
【０００４】
また、自動車のインバータ制御装置などに使用されるモータには、導体の周りにポリエステルイミド系ワニスを塗布・焼付してなる絶縁皮膜を形成し、そのポリエステルイミド絶縁皮膜の周りにポリアミドイミド系ワニスを塗布・焼付してなる絶縁皮膜を設けたダブルコート線や、導体の周りにポリアミドイミド系ワニスを塗布、焼付してなる絶縁皮膜を設けたシングルコート線が主に使用されている。
また、導体の周りにポリイミド系ワニスを塗布・焼付してなる絶縁皮膜を形成し、そのポリイミド系絶縁皮膜の周りにポリアミドイミド系絶縁皮膜を設け、耐熱性と機械強度を向上させたダブルコート線なども使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、ポリアミドイミドやポリイミド系絶縁皮膜は高耐熱である反面、極性が高いことから誘電率が高く、例えば、インバータ制御の場合、インバータから発生する高いサージ電圧がモータに侵入し、モータの絶縁システムに悪影響を及ぼす。具体的には、コイル状に巻回したエナメル線間に十分な絶縁性が無い場合、コロナ放電によって絶縁皮膜の劣化が促進される。
このとき、エナメル線の耐インバータサージ性を向上させる手法として、コロナ放電が発生した場合でもエナメル線の寿命を長くするという手法が考えられる。寿命を長くする手法としては、電気絶縁ワニスにシリカゾルを分散させてなる絶縁皮膜をエナメル線に設けることが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、高周波課電時のインバータサージ電圧に対して、絶縁皮膜のコロナ放電開始電圧の方が高ければ、コロナ放電が発生せず寿命が長くなる。上記コロナ放電開始電圧を高くする方法としては、絶縁皮膜の厚膜化と低誘電率化が挙げられる。絶縁皮膜の低誘電率化としては、フッ素系ポリイミドからなる絶縁ワニスを導体表面に塗布・焼付して絶縁皮膜を形成することなどが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１３０７５９号公報
【特許文献２】特開２００４−２２８３１号公報
【特許文献３】特開２００２−５６７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、絶縁皮膜の厚膜化は、占積率が増大し、モータが大型化してしまうため好ましくない。
また、フッ素系の絶縁ワニスからなる絶縁皮膜は、誘電率は低いものの高温焼付け時に有害なフッ素系ガスを生じてしまうおそれがあった。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、高耐熱で、かつ高周波領域でのコロナ放電の発生抑制に優れ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】
【００１０】
本発明の第一の態様は、導体上にイミド系樹脂ワニスを主成分とする絶縁ワニスを塗布し焼付して絶縁皮膜が形成されているエナメル線において、前記絶縁ワニスは、アミド系極性有機溶媒とシランカップリング剤との混合溶媒に中空シリカが分散された中空シリカ分散液が、前記イミド系樹脂ワニスに混合されてなり、前記中空シリカは、平均粒子径が２００ｎｍ未満であり、前記絶縁ワニスの樹脂分１００重量部に対して、シリカ量で１０重量部以上５０重量部未満含まれており、前記シランカップリング剤は、前記中空シリカのシリカ量に対して０．１重量部以上１重量部以下含まれていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載の発明において、前記中空シリカは３０ｖｏｌ％以上の空隙率を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第三の態様は、第一の態様に記載の発明において、前記イミド系樹脂ワニスは、ポリアミドイミド樹脂、或いはポリイミド樹脂であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高耐熱で、かつ高周波領域でのコロナ放電の発生抑制に優れた絶縁電線が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本実施形態における絶縁電線は、シランカップリング剤とアミド系極性有機溶媒からなる混合溶媒中に中空シリカを分散させた中空シリカ分散液を、イミド系樹脂ワニスに混合して得られる絶縁ワニスを導体上に塗布し焼付して絶縁皮膜を設けたものである。
上記導体に用いられる金属としては、例えば銅、アルミニウムが挙げられる。また、上記導体の断面形状は、絶縁電線として用いることができるものならば円形状・平角形状など、どのような断面形状であってもよい。
また、上記イミド系樹脂ワニスは、具体的には、ポリアミドイミド樹脂、あるいはポリイミド樹脂を１種類以上用いたものである。
【００１８】
上記中空シリカは、主成分がケイ素酸化物であり、非晶質である。シリカ源としては、ケイ素酸化物及びその前駆体であり、縮合や重合して最終的にシリカになるものを用いることができる。具体的には、テトラエトキシシランやメチルトリエトキシシラン、ジメチルトリエトキシシラン、１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタンなどのアルコキシドや活性シリカを単独または併用して用いることができる。活性シリカは安価で安全性が高いため、特に好ましい。活性シリカは、水ガラスをイオン交換したり、水ガラスから有機溶剤で抽出したりするなどして調製することができる。
【００１９】
また、上記中空シリカは、ナノサイズの中空を有するシリカ微粒子を含む。
上記シリカ微粒子は空気との複合誘電体を形成するため、絶縁皮膜の誘電率を低下させることができる。中空シリカを他の素材と混合することにより、中空シリカの内部空間すなわち空気を利用して、絶縁皮膜の低誘電化を図ることができる。また、中空シリカの内部空間はナノサイズの空間であるので、絶縁破壊が起こり難い。
【００２０】
具体的には、上記中空シリカは、透過型電子顕微鏡法において、シリカ粒子径及び中空シリカの殻厚から求めた前記微粒子の空隙率が３０ｖｏｌ％以上であることが好ましく、３０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であることがより好ましい。
空隙率が３０ｖｏｌ％未満の場合、高周波領域でのコロナ放電の発生抑制効果や絶縁破壊特性が低下する傾向があり、空隙率が５０ｖｏｌ％を超える場合、空隙率が３０ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下の場合と比べて中空シリカの機械的強度が弱くなり、分散時に中空シリカの破壊が生じてしまう場合があるためである。
【００２１】
また、具体的には、上記イミド系樹脂ワニスの樹脂分１００重量部に対して、中空シリカがシリカ量で１０重量部以上５０重量部未満含まれていることが好ましい。
１０重量部未満の場合、中空シリカの中空構造に起因する効果である低誘電化が発揮されず、５０重量部以上の場合、ワニス成分中でのシリカの沈降、シリカ配合によるワニスの増粘が発生するためである。
【００２２】
さらに、具体的には、透過型電子顕微鏡法において求めた上記微粒子の平均粒子径が２００ｎｍ未満であることが好ましい。平均粒子径が２００ｎｍ以上の中空シリカは、イミド系樹脂ワニスヘの分散性が悪く、安定性に非常に劣るためである。
【００２３】
上記シランカップリング剤は、中空シリカ上に吸着することによりイミド系樹脂ワニスとの分散安定作用を発揮するものであれば、化合物として限定されるものではない。具体例を挙げるとすれば、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が好ましい。
【００２４】
また、シランカップリング剤は、中空シリカのシリカ量に対して０．０１重量部以上１０重量部未満含まれていることが好ましい。
０．０１重量部未満の場合、アミド系極性有機溶媒中でシリカの沈降が発生し、均質な分散が困難となり、１０重量部以上の場合、シランカップリング剤の縮合が進行し、絶縁ワニスの安定性の低下が発生するためである。
【００２５】
上記アミド系極性有機溶媒は、中空シリカをシランカップリング剤により溶媒中に均一に分散させることができ、かつ上記イミド系樹脂ワニスと可溶であれば、化合物として限定されるものではない。具体例を挙げるとすれば、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、Ｎ−  メチルピロリドン（Ｎ
ＭＰ）などのいずれも用いることができるが、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）及び／又はジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）を用いることが特に好ましい。
【００２６】
本実施形態における絶縁電線の製造方法について記載する。
上記絶縁電線の製造方法において用いられる中空シリカの製造方法についての一例を以下に示す。
まず、界面活性剤を所定濃度及び所定温度で調整し、分子集合体溶液を作製する。これとは別に、シリカ源を溶媒に溶解あるいは分散させた溶液を作製する。
次に、これらの両液を均一に攪拌混合することにより、この集合体含有液を所定時間１００℃以下の温度にし、界面活性剤により形成される分子集合体上でシリカ源を縮合・重合させる。そして焼成処理や、陽イオン交換樹脂を用いて分子集合体を除去することにより、中空シリカを得る。
ここで得られた中空シリカを、アミド系極性有機溶媒とシランカップリング剤の混合溶媒に入れて混合し、中空シリカ分散液を得る。このとき、超音波処理を行い、中空シリカを混合溶媒中に均一に分散させるのが好ましい。中空シリカは相互の凝集力が強く、二次凝集体となってしまうため、超音波処理によりその凝集をほぐす。超音波処理は、２０ｋＨｚの周波数で、約５〜１２０分処理することにより良好な分散効果を得ることができるが、本発明の超音波の条件はこれに限定されるものではなく、適宜良好な方法を選択できる。超音波のパワーが大きく、処理時間が長いほど凝集がほぐれるが、中空シリカの破壊も生じるため、誘電率低減効果が低下する。超音波処理時間を約１０〜６０分とすることで、二次凝集が起こりにくく、均一に中空シリカが分散した中空シリカ分散液を作製することができる。
そして、上記中空シリカ分散液とイミド系樹脂ワニスとを混合攪拌した後、溶剤を最適粘度となるように揮散させ、絶縁ワニスを得る。
最後に、この絶縁ワニスを導体の周りに塗布・焼付して絶縁皮膜を設け、絶縁電線を作製する。
ここで、絶縁電線を複数寄り合わせ、それらを被覆し１本の絶縁電線としてもよい。
【００２７】
本実施形態における絶縁電線のもたらす効果について記載する。
本実施形態における絶縁電線は、シランカップリング剤とアミド系極性有機溶媒からなる混合溶媒中に粒子状の中空シリカを超音波処理により分散させた中空シリカ分散液を作製し、前記中空シリカ分散液を、樹脂ワニスを導体上に塗布し焼付してなる絶縁皮膜を備えることにより、高耐熱で、かつ高周波領域でのコロナ放電の発生抑制や絶縁破壊特性に優れる。上記絶縁電線は、特に、モータや変圧器などのコイル用として好適である。
【実施例】
【００２８】
以下に、具体的な実施例により、本発明の中空シリカが分散された絶縁皮膜を有する絶縁電線の作製方法を示す。
【００２９】
（実施例１〜３）
表１（下記）には、実施例及び比較例における中空シリカの特性、シリカ及びシランカップリングの配合量、絶縁ワニスの安定性、５％重量減少温度、誘電率、絶縁破壊電圧を示す。以下、実施例１について説明する。
表１より、平均粒子径１８０ｎｍ及び空隙率５０ｖｏｌ％の中空シリカ（５ｇ）を、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）溶媒（１００ｇ）とシランカップリング剤（３−アミノプロピルトリメトキシシラン）（０．０５ｇ）の混合溶媒に入れて混合し、超音波ホモジナイザ（日本精機製）を用いて、周波数２０ｋＨｚ、出力１５０Ｗで３０分間、超音波処理し、中空シリカ分散液を得た。
次に、上記中空シリカ分散液と、イミド系樹脂ワニスとして無水トリメリット酸とジアミノジフェニルメタンを合成してなる固形分濃度２０重量部のポリアミドイミド樹脂１０
０ｇを混合撹拌した。
その後、絶縁電線塗布ワニスとして最適粘度となるよう溶剤を揮散させ、中空シリカが分散されたポリアミドイミド樹脂からなる絶縁ワニスを得た。
そして、平角形状の銅導体の周りに、この絶縁ワニスを塗布した後、焼付を行い、皮膜厚さが３０μｍの絶縁皮膜を設け、絶縁電線を作製した。
実施例２においては、上記中空シリカ分散液と固形分濃度２０重量部のポリアミドイミド樹脂６２．５ｇを混合撹拌したこと以外は、実施例１と同様に絶縁電線を作製した。
実施例３においては、上記中空シリカを、ＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）溶媒（１００ｇ）とシランカップリング剤（０．００５ｇ）の混合溶媒に入れて混合したこと以外は、実施例１と同様に絶縁電線を作製した。
表１に示したように、実施例１〜３における試料の中空シリカは平均粒子径を２００ｎｍ未満、空隙率を３０ｖｏｌ％以上としている。
また、絶縁ワニスの樹脂分１００重量部に対する中空シリカの配合量を１０重量部以上５０重量部未満とし、中空シリカ１００重量部に対するシランカップリング剤の配合量を０．０１重量部以上１重量部未満としている。
【００３０】
（比較例１〜５）
比較例１においては、中空シリカもシランカップリング剤も配合されていないポリエステルイミド樹脂を絶縁ワニスとして用いたこと以外は、実施例１と同様に絶縁電線を作製した。
比較例２においては、上記中空シリカ分散液と固形分濃度２０重量部のポリアミドイミド塗料４０ｇを混合撹拌したこと以外は、実施例１と同様に絶縁電線を作製した。
比較例３においては、上記中空シリカの空隙率を０ｖｏｌ％、即ち中空を有しない粒状のシリカを用いたこと以外は、実施例１と同様に絶縁電線を作製した。
比較例４においては、上記シランカップリング剤の配合量を０重量部、即ちシランカップリング剤を配合していないこと以外は、実施例１と同様に絶縁電線を作製した。
比較例５においては、上記中空シリカの平均粒子径を２００ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様に絶縁電線を作製した。
【００３１】
実施例及び比較例における絶縁ワニス及びそれを用いた絶縁電線の評価を以下の方法により行い、その結果を表１に示した。
（１）絶縁ワニスの安定性
実施例及び比較例において作製した絶縁ワニスを、直射日光が当たらない室温３０℃の室内に１ヶ月間置き、ワニスの樹脂分や中空シリカの沈降の有無により判定した。
（２）５％重量減少温度
実施例及び比較例において作製した絶縁電線の絶縁皮膜に対して熱重量天秤中で加温し、重量の５％が失われる際の温度を測定した。
（３）誘電率
実施例及び比較例において作製した絶縁ワニスをフィルム状に成型し、２ｍｍ×１００ｍｍの試験短冊片を空洞共振器摂動法（Ｓ−パラメータネットワークアナライザ８７２０ＥＳ；アジレント製）を用い、周波数１０ＧＨｚの誘電率を測定した。
（４）絶縁破壊電圧
実施例及び比較例において作製した絶縁電線を黄銅製平行平板電極（直径３０ｍｍ）で挟み、初期荷電１ｋＶから０．５ｋＶ／ｍｉｎで昇圧して課電し、絶縁皮膜が破壊される時点の電圧を測定した。
【００３２】
【表１】
0005194755.tif 000002
【００３３】
実施例１〜３および比較例１、３で得られた絶縁電線では、各々絶縁ワニスの安定性が良好であるが、５％重量減少温度の結果から、実施例１〜３の絶縁電線は、比較例１で得られた従来の絶縁電線よりも耐熱性に優れることがわかる。
また、実施例１〜３では、比較例１、３よりも絶縁皮膜の誘電率が低く、高周波領域でのコロナ放電の発生を従来よりも抑制することができる。
さらに、実施例１〜３では、比較例１、３よりも絶縁破壊電圧が高く、絶縁破壊特性に優れることが分かる。
一方、比較例１、３で得られた絶縁電線では、中空シリカもシランカップリング剤も配合されていない又は空隙のないシリカ微粒子が配合されており、実施例１〜３と比較して誘電率が高くなってしまい、高周波領域でのコロナ放電の発生を効果的に抑制することが難しい。
また、比較例２及び比較例４においては、実施例１〜３と同様の中空シリカを用いているものの、比較例２では、絶縁ワニス樹脂分１００重量部に対するシリカ量が、５０重量部を超えた６２．５重量部であり、比較例４では、シランカップリング剤を配合していないことに起因して絶縁ワニスの安定性が非常に悪くなった。また、比較例５では、実施例１と比較して中空シリカの平均粒子径を２００ｎｍとしたことにより、ワニス安定性が非常に悪くなった。
なお、本発明は、上記実施形態及び実施例に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、実施形態の構成要素の組み合わせは任意に行うことができる。