(57)【要約】【課題】生産性の低下及び製造コストの増加を抑制しつつ、従来よりも絶縁破壊を確実に防止することができる絶縁電線及びその製造方法並びに電気機器の製造方法を提供する。【解決手段】導体と、該導体の外表面に形成された第１絶縁層と、該第１絶縁層の外表面に形成された第２絶縁層と、を備える絶縁電線である。この絶縁電線において、第１絶縁層は、ポリフェニレンサルファイド又はポリエーテルエーテルケトンからなる熱可塑性樹脂層であり、第２絶縁層は、熱硬化性樹脂層である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体と、該導体の外表面に形成された第１絶縁層と、該第１絶縁層の外表面に形成された第２絶縁層と、を備える絶縁電線であって、
前記第１絶縁層は、ポリフェニレンサルファイド又はポリエーテルエーテルケトンからなる熱可塑性樹脂層であり、
前記第２絶縁層は、未硬化の熱硬化性樹脂からなる熱硬化性樹脂層であることを特徴とする絶縁電線。
【請求項２】
前記第２絶縁層は、未硬化の熱可塑性樹脂の伸び率が室温で１５０％以上かつ２００％以下であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線。
【請求項３】
前記第２絶縁層は、硬化後の貯蔵弾性率が２００℃で１０７Ｐａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線。
【請求項４】
前記熱硬化性樹脂は、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、及びエポキシ硬化剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の絶縁電線。
【請求項５】
前記熱硬化性樹脂は、フェノキシ樹脂を５０重量％以上かつ８０重量％以下、エポキシ樹脂を５重量％以上かつ１５重量％以下、ポリアミド樹脂を１２重量％以上かつ３６重量％以下、及びエポキシ硬化剤を５重量％以上かつ１５重量％以下の比率で含むことを特徴とする請求項４に記載の絶縁電線。
【請求項６】
導体と、該導体の外表面に形成された第１絶縁層と、該第１絶縁層の外表面に形成された第２絶縁層と、を備える絶縁電線の製造方法であって、
前記導体の外表面にポリフェニレンサルファイド又はポリエーテルエーテルケトンを押出成形することによって前記第１絶縁層を形成する第１成形工程と、
前記第１絶縁層の外表面に未硬化の熱硬化性樹脂を押出成形することによって前記第２絶縁層を形成する第２成形工程と、を有することを特徴とする絶縁電線の製造方法。
【請求項７】
前記第１成形工程の後、前記第２成形工程の前に、前記第１絶縁層の外表面をプラズマ処理するプラズマ処理工程を有することを特徴とする請求項６に記載の絶縁電線の製造方法。
【請求項８】
前記第２成形工程において、押出成形時の前記熱硬化性樹脂の温度が１００℃以上かつ１４５℃以下であることを特徴とする請求項６に記載の絶縁電線の製造方法。
【請求項９】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の絶縁電線が巻回されたコイルを備えた電気機器の製造方法であって、
前記絶縁電線を巻回する巻回工程と、
巻回された前記絶縁電線を加熱して前記第２絶縁層の前記熱硬化性樹脂を硬化させ自己融着させて一体化させる熱硬化工程と、を有することを特徴とする電気機器の製造方法。
【請求項１０】
前記熱硬化工程において、前記絶縁電線を加熱する温度が１５０℃以上かつ２００℃以下であることを特徴とする請求項９に記載の電気機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁電線及びその製造方法並びに電気機器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から最外層に自己融着層を有し、内層の絶縁層がポリフェニレンサルファイドからなる自己融着性絶縁電線が知られている（下記特許文献１を参照）。このような自己融着性絶縁電線は、耐冷媒性、耐熱性、耐湿熱性に優れ、主に圧縮機用電動機などに用いられる。
【０００３】
また、直流送電用オレフィン系樹脂絶縁電力ケーブル（直流電力ケーブル）の絶縁体の電気性能を向上させ、異物混入機会を低減することができる樹脂添加剤に関する発明が開示されている（下記特許文献２を参照）。特許文献２には、直流電力ケーブルの製造に際して、ポリオレフィン系樹脂に対して特定の樹脂添加剤を配合し、これを直流電力ケーブルの絶縁体層として押出被覆することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４―７３８１１号公報
【特許文献２】特開２００９―１１４２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
家庭用又は産業用電気機器、並びに船舶、鉄道、及び電気自動車等は、例えばモータ等、絶縁電線を巻回したコイルを有する電気機器を備えており、この絶縁電線のコイルを有する電気機器に対するさらなる小型化や高出力化が要求されている。コイルを有する電気機器の小型化や高出力化のためには、近接した絶縁電線間の部分放電やサージ電圧によって発生する絶縁破壊をより確実に防止する必要がある。
【０００６】
前記特許文献１には、自己融着性絶縁電線の最外層の自己融着層の形成方法として、架橋性樹脂組成物を用い、塗布、焼き付けによって形成することが記載されている。しかし、絶縁破壊をより確実に防止することができる厚さの自己融着層を形成するには、架橋性樹脂組成物を用いた塗布、焼き付けを多数回に亘って繰り返す必要があり、生産性の低下及び製造コストの増加を招く虞がある。
【０００７】
一方、前記特許文献２に記載された直流電力ケーブルは、電力ケーブルの導体の外周に内部半導電層を設け、さらにその外周にポリオレフィン系樹脂を押出被覆して絶縁体層を形成し、その外周に外部半導電層を設けた後、架橋工程を行うことにより製造される。押出被覆では、絶縁体層の材料を加熱する温度を架橋工程における加熱温度よりも低くしなければならない。そのため、絶縁体層の材料の溶融温度が高い場合には、押出被覆による絶縁体層の形成ができない虞がある。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、生産性の低下及び製造コストの増加を抑制しつつ、従来よりも絶縁破壊を確実に防止することができる絶縁電線及びその製造方法並びに電気機器の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明の絶縁電線は、導体と、該導体の外表面に形成された第１絶縁層と、該第１絶縁層の外表面に形成された第２絶縁層と、を備える絶縁電線であって、前記第１絶縁層は、ポリフェニレンサルファイド又はポリエーテルエーテルケトンからなる熱可塑性樹脂層であり、前記第２絶縁層は、未硬化の熱硬化性樹脂からなる熱硬化性樹脂層であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、生産性の低下及び製造コストの増加を抑制しつつ、従来よりも絶縁破壊を確実に防止することができる絶縁電線及びその製造方法並びに電気機器の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る絶縁電線の断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る絶縁電線の製造方法のフロー図。
【図３】図２に示す第１成形工程を説明する模式図。
【図４】図２に示す第２成形工程及びプラズマ処理工程を説明する模式図。
【図５】本発明の実施形態に係る電気機器であるモータの一部を示す平面図。
【図６】絶縁電線の引張強さ（接着力）を測定するための試験片の斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、まず本発明の絶縁電線及びその製造方法の実施形態について説明し、次に本発明の絶縁電線を用いた電気機器の製造方法の実施形態について説明する。
【００１３】
［絶縁電線］
図１は、本発明の実施形態に係る絶縁電線１の断面図である。本実施形態の絶縁電線１は、例えば、家庭用又は産業用電気機器、並びに船舶、鉄道、及び電気自動車等が備えるモータやインバータ等の電気機器のコイルの巻線として使用される。
【００１４】
絶縁電線１は、導体１０と、該導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１と、該第１絶縁層１１の外表面に形成された第２絶縁層１２と、を備える。本実施形態の絶縁電線１は、第１絶縁層１１がポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）又はポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）からなる熱可塑性樹脂層であり、第２絶縁層１２が未硬化の熱硬化性樹脂からなる熱硬化性樹脂層であることを最大の特徴としている。未硬化の熱硬化性樹脂とは、エポキシ基や硬化剤、硬化促進剤等が混錬され、前記第１絶縁層に被覆された状態であって、加熱処理による架橋(硬化)反応がなされていない熱硬化性樹脂をいう。
【００１５】
導体１０は、一般的な絶縁電線の芯線と同様の線状の導体であり、例えば、断面形状が円形の丸線でもよく、断面形状が矩形の平角線でもよく、断面形状が八角形の八角線でもよい。また、導体１０は、一本の導体で形成される単線でもよく、複数本の導体が撚り合わされた撚り線でもよい。
【００１６】
導体１０は、例えば、銅線、アルミ線、又は、これらの合金線である。銅線の材質は、例えば、タフピッチ銅、無酸素銅、又は脱酸銅である。また、銅線は、例えば、軟銅線若しくは硬銅線、又は、錫、ニッケル、銀、アルミニウム等が表面にめっきされためっき銅線である。アルミ線は、例えば、硬アルミ線又は半硬アルミ線である。合金線の材質は、例えば、銅−錫合金、銅−銀合金、銅−亜鉛合金、銅−クロム合金、銅−ジルコニウム合金、アルミニウム−銅合金、アルミニウム−銀合金、アルミニウム−亜鉛合金、アルミニウム−鉄合金、又は、イ号アルミ合金（Aldrey Aluminium）である。
【００１７】
導体１０の外表面に形成されたＰＰＳ又はＰＥＥＫからなる第１絶縁層１１の厚さは、例えば５０μｍ以上かつ２５０μｍ以下とすることが好ましく、例えば８０μｍ以上かつ２００μｍ以下とすることがより好ましい。第１絶縁層１１の厚さが５０μｍ以上であれば、例えば絶縁電線１の巻回時に絶縁電線１同士が密着する高密度な状態において、絶縁電線１の絶縁破壊をより確実に防止するのに十分な耐圧性、すなわち耐熱性及び耐電圧性を確保することができる。しかし、第１絶縁層１１の厚さが２５０μｍを超えると、絶縁電線１の巻回時にクラックが発生しやすくなる。なお、第１絶縁層１１は、ＰＰＳ又はＰＥＥＫ以外に、密着性や成形性を改良するため各種添加剤を含むことができる。
【００１８】
未硬化の熱硬化性樹脂からなる第２絶縁層１２は、伸び率が室温で１５０％以上かつ２００％以下であることが好ましい。第２絶縁層１２の伸び率は、例えば、ＪＩＳ Ｃ ３００５：２０１４に規定された伸びの算出方法に基づいて算出することができる。なお、絶縁電線１は、３０％伸ばした後に直径と同じ曲率で曲げてもクラックや剥離が起こらない性能が要求されるため、第２絶縁層１２の伸び率は１６０％以上であることがより好ましい。
【００１９】
また、第２絶縁層１２は、硬化後の貯蔵弾性率が２００℃で１０７Ｐａ以上であることが好ましい。貯蔵弾性率は、例えば市販の粘弾性アナライザによって測定することができる。ここで、硬化後とは、加熱処理による架橋(硬化)反応がなされた状態をいう。
【００２０】
第２絶縁層１２を構成する熱硬化性樹脂は、例えば、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、及びエポキシ硬化剤を含むことができる。より具体的には、第２絶縁層１２を構成する熱硬化性樹脂は、フェノキシ樹脂を５０重量％以上かつ８０重量％以下、エポキシ樹脂を５重量％以上かつ１５重量％以下、ポリアミド樹脂を１２重量％以上かつ３６重量％以下、及びエポキシ硬化剤を５重量％以上かつ１５重量％以下の比率で含むことができる。
【００２１】
このように、第２絶縁層１２を構成する熱硬化性樹脂は、熱硬化性樹脂成分のフェノキシ樹脂とエポキシ樹脂硬化物との間に、単体で伸び率が大きく耐熱性に優れた熱可塑性のポリアミド樹脂を含むことができる。フェノキシ樹脂は、伸び率が例えば６０％程度と大きく、優れた強靭性と柔軟性をもった熱可塑性樹脂である。そのため、フェノキシ樹脂とエポキシ硬化物の海にポリアミド樹脂を島になる構造で加えることで、第２絶縁層１２の伸び率を向上させることができる。換言すると、第２絶縁層１２を構成する熱硬化性樹脂は、フェノキシ樹脂とエポキシ樹脂との混合物にポリアミド樹脂が分散した構造を有している。
【００２２】
ポリアミド樹脂は、第２絶縁層１２を構成する熱硬化性樹脂の伸び率を向上させるために用いられる。ポリアミド単体の伸び率は、例えば４００％から６００％程度である。熱硬化性樹脂に配合するポリアミド樹脂の割合を増加すると、熱硬化性樹脂の伸び率は増加するが、ポリアミド樹脂は熱可塑性樹脂であるため、架橋密度と貯蔵弾性率は低下する。そのため、ポリアミド樹脂の配合量は１２重量％以上かつ３６重量％以下であることが好ましい。第２絶縁層１２を構成する熱硬化性樹脂が、１２重量％以上のポリアミド樹脂を含むことで、伸び率を１５０％以上とすることができ、３６重量％以下とすることで貯蔵弾性率を２００℃で１０７Ｐａ以上とすることができる。
【００２３】
エポキシ硬化剤は、例えば、芳香族エポキシ樹脂、脂環族エポキシ樹脂、ノボラックエポキシ樹脂、脂肪族エポキシ樹脂、グリシジルエステルエポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、グリシジルアクリル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、又は、ポリエステル型エポキシ樹脂等である。架橋密度を高めるためには、多官能エポキシ樹脂が好ましい。さらに、硬化剤としてフェノール樹脂や酸無水物を用いることができる。例えば、フェノール樹脂としては、フェノールアラルキル樹脂（フェニレン骨格、ジフェニレン骨格等を有する）、ナフトールアラルキル樹脂およびポリオキシスチレン樹脂が挙げられる。また、フェノール樹脂としては、アニリン変性レゾール樹脂、ジメチルエーテルレゾール樹脂等のレゾール型フェノール樹脂、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ｔｅｒｔ−ブチルフェノールノボラック樹脂、ノニルフェノールノボラック樹脂等のノボラック型フェノール樹脂、及び、ジシクロペンタジエン変性フェノール樹脂、テルペン変性フェノール樹脂、トリフェノールメタン型樹脂等の特殊フェノール樹脂が挙げられる。ポリオキシスチレン樹脂としては、ポリ（ｐ−オキシスチレン）が挙げられる。その中でフェノールノボラック系のｍｐが１００℃以下のＨ−４が好ましい。酸無水物としてテトラヒドロ無水フタル酸やヘキサヒドロ無水フタル酸などが挙げられる。また、エポキシ樹脂の硬化促進剤として、押出成形時に架橋反応が進まない、高温タイプのイミダゾール類が挙げられる。
【００２４】
また、第２絶縁層１２を構成する熱硬化性樹脂には、エポキシシラン、アミノシラン、ウレイドシラン、ビニルシラン、アルキルシラン、有機チタネート、アルミニウムアルキレート等の公知のカップリング剤を、単体又は二種類以上組み合あせて、必要に応じて配合することができる。また、熱硬化性樹脂には、赤燐、燐酸、燐酸エステル、メラミン、メラミン誘導体、トリアジン環を有する化合物、シアヌル酸誘導体、イソシアヌル酸誘導体の窒素含有化合物、シクロホスファゼン等の燐窒素含有化合物、酸化亜鉛、酸化鉄、参加モリブデン、フェロセン等の金属化合物、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモン等の酸化アンチモン、ブロム化エポキシ樹脂等の難燃剤を、単独、あるいは二種類以上組み合わせて配合することができる。
【００２５】
第２絶縁層１２の厚さは、例えば２０μｍ以上かつ８０μｍ以下であることが好ましい。第２絶縁層１２の厚さが２０μｍ以上であれば、押出成形によって第２絶縁層１２を形成するときに厚さを均一に保持するのが容易になる。また、第２絶縁層１２の厚さが８０μｍ以下であれば、絶縁電線１をコイルの巻線として用いる場合に、コイルの占積率を向上させることができる。
【００２６】
また、本実施形態の絶縁電線１において、第１絶縁層１１と硬化後の第２絶縁層１２との接着力は、温度に関わらず、２００Ｎ以上かつ８００Ｎ以下であることが好ましい。第１絶縁層１１と硬化後の第２絶縁層１２との接着力は、後述するように、ＪＩＳ Ｃ ２１０３：２０１３の付属書ＪＣに規定された常温での固着力（ストラッカ法）を参考にして作成した試験片の引張試験によって測定することができる。
【００２７】
第１絶縁層１１と硬化後の第２絶縁層１２との接着力が２００Ｎ以上であれば、例えばモータ等の振動による第１絶縁層１１からの第２絶縁層１２の剥離をより確実に防止することができる。なお、第１絶縁層１１と硬化後の第２絶縁層１２との接着力が８００Ｎを超える範囲については、試験片に対する荷重が８００Ｎを超えると、導体１０から第１絶縁層１１が剥離するため、測定することができない。
【００２８】
［絶縁電線の製造方法］
次に、本発明の本実施形態に係る絶縁電線１の製造方法について説明する。図２は、本実施形態の絶縁電線１の製造方法を示すフロー図である。
【００２９】
本実施形態の絶縁電線１の製造方法は、前述のように、導体１０と、該導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１と、該第１絶縁層１１の外表面に形成された第２絶縁層１２と、を備える絶縁電線１の製造方法である。本実施形態の絶縁電線１の製造方法は、主に、第１成形工程Ｓ１と、第２成形工程Ｓ２と、を有している。また、本実施形態の絶縁電線１の製造方法は、第１成形工程Ｓ１の後、第２成形工程Ｓ２の前に、プラズマ処理工程ＳＰを有してもよい。
【００３０】
図３は、第１成形工程Ｓ１を説明する模式図である。第１成形工程Ｓ１では、導体１０の外表面にＰＰＳ又はＰＥＥＫを押出成形することによって熱可塑性樹脂層である第１絶縁層１１を形成する。より具体的には、まず、導体１０をアセトン等で十分に洗浄し、不図示の引取機によって送りながら加熱炉１０１に通し、例えば約３００℃程度の温度に予備加熱し、予備加熱された導体１０を押出機１０２に導入する。
【００３１】
押出機１０２に導入された導体１０は、押出機１０２のクロスヘッド及びダイスを通過することで、線径が所定の線径に減少するまで引き伸ばされる伸線加工が施される。なお、導体１０の外表面と第１絶縁層１１との接着性を向上させるために、導体１０の外表面に対して、例えばシランカップリング剤等の有機金属化合物による表面処理を施してもよい。
【００３２】
また、押出機１０２のホッパーにペレット状のＰＰＳ又はＰＥＥＫを投入する。ペレット状のＰＰＳ又はＰＥＥＫに替えて、又は、ペレット状のＰＰＳ又はＰＥＥＫとともに、押出機のホッパーにＰＰＳ又はＰＥＥＫを主体として予め調製された樹脂組成物を投入してもよい。また、押出機１０２のホッパーに、第１絶縁層１１に含有させる各種の樹脂材料や無機フィラー等を投入してもよい。樹脂組成物に混合する樹脂材料は、第１絶縁層１１の耐熱性、絶縁性、及び導体１０との接着性を損なわず、第２絶縁層１２を構成する熱可塑性樹脂の融点以上の融点を有する限り、特に制限はない。
【００３３】
押出機１０２のホッパーに投入された熱可塑性樹脂やその他の材料は、シリンダに供給され、シリンダ内で加熱されて軟化又は溶融した熱可塑性樹脂とともに混練され、クロスヘッドダイに供給される。クロスヘッドダイに供給された第１絶縁層１１の材料は、導体１０の外表面を被覆し、導体１０とともに押出機１０２から押し出される。これにより、押出機１０２を通過した導体１０の外表面には、押出機１０２のシリンダ内で加熱及び混練された第１絶縁層１１の材料の層１１ａが形成される。このときの成形温度は、例えば２８０℃以上かつ３６０℃以下である。
【００３４】
押出機１０２を通過した導体１０とその外表面の第１絶縁層１１の材料の層１１ａは、結晶化のために、例えば約１４０℃に調温された電気炉１０３を通過し、図示を省略する冷却装置の水槽内で冷却される。これにより、導体１０の外表面に第１絶縁層１１が形成される。この第１絶縁層１１は、ＰＰＳ若しくはＰＥＥＫ、又はその樹脂組成物からなるので、押出成形によって導体１０の外表面に厚膜成形が可能であり、通常のエナメル線の絶縁層と比較して、絶縁性と耐熱性に優れている。なお、第１絶縁層１１を複数の絶縁層によって形成するには、導体１０を複数回に亘って押出機１０２に通過させることができる。
【００３５】
図４は、第２成形工程Ｓ２及びプラズマ処理工程ＳＰを説明する模式図である。第２成形工程Ｓ２では、第１絶縁層１１の外表面に未硬化の熱硬化性樹脂を押出成型することによって第２絶縁層１２を形成する。より具体的には、まず、外表面に第１絶縁層１１が形成された導体１０を引取機によって送りながら、図示を省略する加熱炉によって例えば約１４０℃程度に加熱して押出機１０４に導入する。
【００３６】
また、第１成形工程Ｓ１と同様に、押出機１０４のホッパーにペレット状の第２絶縁層１２の材料を投入する。また、押出機１０４のホッパーに、第２絶縁層１２に含有させる各種の樹脂材料や無機フィラー等を投入してもよい。押出機１０４のホッパーに投入された熱硬化性樹脂やその他の材料は、第１成形工程Ｓ１と同様に加熱及び混練され、クロスヘッドダイに供給される。第２成形工程Ｓ２において、押出成形時の熱硬化性樹脂の温度は、例えば１００℃以上かつ１４５℃以下とすることができる。
【００３７】
押出機１０４のクロスヘッドダイに供給された第２絶縁層１２の材料は、導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１を被覆し、導体１０とともに押出機１０４から押し出される。これにより、押出機１０４を通過した導体１０の第１絶縁層１１の外表面には、第２絶縁層１２の材料の層１２ａが形成される。
【００３８】
押出機１０４を通過した導体１０の第１絶縁層１１の外表面の第２絶縁層１２の材料の層１２ａは、例えば図示を省略する冷却装置の水槽内で冷却される。これにより、導体１０と、該導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１と、該第１絶縁層１１の外表面に形成された第２絶縁層１２と、を備える絶縁電線１が製造される。
【００３９】
ここで、本実施形態の絶縁電線１の製造方法は、第１成形工程Ｓ１の後、第２成形工程Ｓ２の前に、プラズマ処理工程ＳＰを有している。プラズマ処理工程ＳＰでは、導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１の外表面をプラズマ処理する。
【００４０】
より具体的には、第１成形工程Ｓ１によって導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１を挟むように、大気圧プラズマ装置のノズル１０５が設置される。大気圧プラズマ装置としては、例えばプラズマトリート社製のＦＧ５００１プラズマジェネレーターを用いることができる。ガスは窒素や空気、酸素などを用いることができる。
【００４１】
ノズル１０５からはプラズマＰが照射され、第１絶縁層１１の表面の改質が行われる。本実施形態においては、外表面に第１絶縁層１１が形成された導体１０を挟むように設置された二つのノズル１０５が例示されているが、ノズル１０５の配置は特に限定されない。例えば、導体１０に沿って複数のノズル１０５を設置してもよい。また、ノズル１０５の断面形状は、円状でも矩形でもよい。
【００４２】
このように、第１成形工程Ｓ１の後で、第２成形工程Ｓ２の前のプラズマ処理工程ＳＰにおいて、第１絶縁層１１の外表面をプラズマ処理が施されたプラズマ処理面に加工することで、第２成形工程Ｓ２において、第１絶縁層１１のプラズマ処理面に第２絶縁層１２を形成することができる。
【００４３】
これにより、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２との接着性を向上させ、第１絶縁層１１と硬化後の第２絶縁層１２との接着力を２００Ｎ以上にすることができる。さらに、第２絶縁層１２の硬化後の貯蔵弾性率が２００℃で１０７Ｐａ以上である場合には、第１絶縁層１１の外表面のプラズマ処理によって、第１絶縁層１１と硬化後の第２絶縁層１２との接着力を２００℃で３００Ｎ以上にすることができる。
【００４４】
第１絶縁層１１を構成するＰＰＳ又はＰＥＥＫは、樹脂表面に官能基を有しないため、第２絶縁層１２との接着性が課題となるが、第１絶縁層１１の外表面のプラズマ処理によって第１絶縁層１１と第２絶縁層１２との接着性を改善することができる。すなわち、大気圧プラズマは、比較的低温であり、放電損傷がなく、連続して通常気圧下で発生する。そのため、第１絶縁層１１の外表面のクリーニングや外表面の樹脂の分解、水酸基やアミノ基の付与、ラジカルの影響等により、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２との接着性を向上させることができる。また、プラズマ処理は、第１絶縁層１１の外表面をオゾンや強酸などで酸化したり、化学的なカップリング処理を施したりする場合と比較して、処理後の外表面の汚染や加工時の傷の発生の危険性を大幅に低減することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の絶縁電線１は、十分な厚さの第１絶縁層１１及び第２絶縁層１２を押出成形によって形成することができる。したがって、生産性の低下及び製造コストの増加を抑制しつつ、従来よりも絶縁破壊を確実に防止することができる絶縁電線１及びその製造方法を提供することができる。
【００４６】
［電気機器の製造方法］
次に、本発明の実施形態に係る電気機器の製造方法について説明する。図５は、本実施形態の電気機器であるモータＭのステータＳの一部を示す模式的な平面図である。モータＭのステータＳ以外の構成は、図示を省略している。ステータＳは、ステータコアＳＣと、コイルＣとを備えている。ステータコアＳＣは、径方向外側から内側へ延びる複数のティースＴと、ティースＴの間に形成されたスロットＳＬを有している。コイルＣは、前述の絶縁電線１を巻回することによって形成され、ステータコアＳＣのスロットＳＬに配置されている。
【００４７】
以下、本実施形態の電気機器の製造方法について説明する。
【００４８】
本実施形態の電気機器の製造方法は、前述の絶縁電線１が巻回されたコイルＣを備えたモータＭの製造方法である。本実施形態のモータＭの製造方法は、絶縁電線１を巻回する巻回工程と、巻回された絶縁電線１を加熱して第２絶縁層１２の熱硬化性樹脂を硬化させ、自己融着させて一体化させる熱硬化工程と、を有することを特徴としている。本実施形態のモータＭは、ステータＳにコイルＣを固定する工程以外の工程については、公知の方法によって製造することができるため、説明を省略する。
【００４９】
巻回工程では、前述の絶縁電線１を巻回してステータコアＳＣのスロットＳＬに配置する。ここで、絶縁電線１は、導体１０の外表面に形成された第１絶縁層１１がＰＰＳ又はＰＥＥＫからなる熱可塑性樹脂層であり、第１絶縁層１１の外表面に形成された第２絶縁層１２は、未硬化の熱硬化性樹脂からなる熱硬化性樹脂層である。そのため、絶縁電線１の巻回時に第２絶縁層１２にクラック等の損傷が発生することが防止される。絶縁電線１の巻回時に第２絶縁層１２に対する損傷を防止する効果は、第２絶縁層１２の伸び率が室温で１５０％以上かつ２００％以下である場合には、より顕著になる。
【００５０】
熱硬化工程では、巻回された絶縁電線１を加熱して第２絶縁層１２の熱硬化性樹脂を硬化させ、自己融着させて一体化させる。絶縁電線１の第２絶縁層１２を構成する未硬化の熱硬化性樹脂は、加熱によって流動し、自己融着後、熱架橋する。そのため、コイルＣを固着させるために含浸ワニスを使用する必要がなく、製造工程を簡略化して生産性を向上させ、製造コストを低減することができる。なお、熱硬化工程で絶縁電線１を加熱する温度は、例えば１５０℃以上かつ２００℃以下である。加熱時間は、例えば１時間以上かつ３時間以下であるが、できるだけ短時間であることが好ましい。
【００５１】
例えば絶縁電線の最外層の絶縁層としてＰＰＳ又はＰＥＥＫを用いた場合には、ワニスによる固着処理を行っても、２００℃程度の高温における接着性が不十分であり、ワニスと絶縁電線との接着性が課題となる。これに対し、本実施形態の絶縁電線１では、ＰＰＳ又はＰＥＥＫからなる第１絶縁層１１の外表面に形成された第２絶縁層１２よって絶縁電線１が自己融着するため、絶縁電線１の接着性の課題を解決することができる。
【００５２】
また、絶縁電線１の第２絶縁層１２が、硬化後の貯蔵弾性率が２００℃で１０７Ｐａ以上である場合には、第１絶縁層１１との接着性が向上し、モータＭの耐熱性、耐振動性等の耐久性を向上させることができる。特に、絶縁電線１の第１絶縁層１１の外表面にプラズマ処理を施して、第１絶縁層１１と第２絶縁層１２との接着力を２００Ｎ以上とすることで、モータＭの耐熱性、耐振動性等の耐久性をさらに向上させ、高温での信頼性を向上させることが可能である。
【００５３】
以上、本実施形態の電気機器であるモータＭの製造方法について説明した。本実施形態の製造方法において用いられる絶縁電線１は、巻回時に第１絶縁層１１と第２絶縁層１２にクラックや剥離が発生せず、加熱により自己融着して架橋して固着されるため、モータＭ等の回転電機のコイルＣの巻線として好適である。また、絶縁電線１の第２絶縁層１２は、熱硬化性樹脂の硬化前に第１絶縁層１１を構成するＰＰＳ又はＰＥＥＫとの接着性に優れ、高い伸び率を有している。
【００５４】
本実施形態の電気機器の製造方法によって製造されたモータＭ等の電気機器は、耐熱性及び耐圧性に優れた絶縁電線１を備えることにより、例えば、家庭用若しくは産業用電気機器、又は、船舶、鉄道、若しくは電気自動車等における動力発生装置や発電装置として好適である。特に小型又は高出力の回転電機においても、熱、部分放電、サージ電圧等によって絶縁破壊を生じ難い性質を有する。
【００５５】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【００５６】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００５７】
［実施例１］
導体として断面の寸法が２．０ｍｍ×３．２ｍｍの平角銅線を用意し、アセトンで十分に洗浄して３００℃に予備加熱した後、第１絶縁層の材料を溶融及び混練して３００℃のクロスヘッドダイを通過させて押出成形し、１４０℃に調温して結晶化させた。これにより、導体の外表面に１５０μｍの厚さの第１絶縁層を形成した。第１絶縁層の材料として、ＰＰＳ（東レ株式会社製、トレリナT1881）を用いた。
【００５８】
次に、導体の外表面に形成された第１絶縁層の外表面に、前述の実施形態で説明した絶縁電線の製造方法と同様に、大気圧プラズマ処理を実施し、第１絶縁層の外表面の全面は大気圧プラズマ処理（窒素ガス）を施したプラズマ処理面とした。
【００５９】
次に、導体の外表面に形成された第１絶縁層の外表面を１４０℃の温度に予備加熱し、第２絶縁層の材料を１２５℃の温度で溶融及び混練し、１４０℃の温度で押出成形することで、第１絶縁層の外表面に５０μｍの第２絶縁層を形成し、実施例１の絶縁電線を得た。
【００６０】
より詳細には、第２絶縁層の材料をポリエチレン袋に入れて大まかにブレンドした後、二軸混練器に入れて１２５℃の温度でかつ２０ｒｐｍの回転数で混練し、ペレット状の熱硬化性樹脂を得た。そして、導体の外表面に形成された第１絶縁層を加熱炉で１４０℃に加熱しつつ、押出機のホッパーにペレット状の熱硬化性樹脂を投入して、１４０℃の温度で押出成形して冷却することで、第１絶縁層の外表面に５０μｍの第２絶縁層を形成した。なお、第２絶縁層の材料の押出速度や粘度、導体の送り速度等によって第２絶縁層の厚さは変化する。
【００６１】
第２絶縁層の材料としては、フェノキシ樹脂（新日鉄住金化学株式会社製、YP-70）を６９重量％、エポキシ樹脂（プリンテック株式会社製、TECHMORE VG3101）を１０．３重量％、エポキシ樹脂硬化剤（日立化成株式会社製、HN-2200）を６．９重量％、エポキシ樹脂の硬化促進剤であるイミダゾール（四国化成工業株式会社製、2PHZ-PW）を０．９重量％、ポリアミド樹脂（宇部興産株式会社製、UBESTA XPA 9035F）を１２．９重量％の比率で用いた。
【００６２】
次に、未硬化の第２絶縁層の伸び率、硬化後の第２絶縁層の貯蔵弾性率、第２絶縁層を自己融着させて硬化させた絶縁電線の試験片の引張強さ（接着力）、第２絶縁層が未硬化の絶縁電線の曲げ加工性を測定及び検証した。
【００６３】
未硬化の第２絶縁層の伸び率は、以下のように求めた。まず、前述の二軸混練器のノズルから採取した未硬化の熱硬化性樹脂を６ｍ／分の速度で引っ張り、直径１００μｍ以上かつ３００μｍ以下のファイバーを作製した。このファイバーを、引張試験機（株式会社島津製作所製、オートグラフAGS-100G型、Load cell SBE1kN）を用い、標線距離を１２７ｍｍとして、５０ｍｍ／分の速度で引っ張った。そして、ＪＩＳ Ｃ ３００５：２０１４に規定された伸びの算出方法に基づき、以下の式（１）によって伸び率を求めた。
【００６４】
(数１)
ε＝｛（ｌ１−ｌ０）／ｌ０｝×１００    …（１）
【００６５】
上記の式（１）において、εは伸び率（％）、ｌ１は切断時の標線間の長さ、ｌ０は標線距離である。
【００６６】
硬化後の第２絶縁層の貯蔵弾性率は、以下のように測定した。まず、前述の二軸混練器で混練して得られたペレット状の未硬化の熱硬化性樹脂を、真空プレスによって１ＭＰａの圧力を加えて１８０℃の温度で１時間に亘って加熱して硬化させ、厚さ１．０ｍｍの硬化後の熱硬化性樹脂を得た。この硬化後の熱硬化性樹脂を厚さ０．５ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ３ｃｍの試験片とし、動的粘弾性測定装置（アイティー計測制御株式会社製、itk DVA-225）を用い、５℃／分の昇温速度で引張モードにより試験片の貯蔵弾性率（Ｅ’）を求めた。測定温度は、室温から３００℃までとした。
【００６７】
図６は、本実施例における絶縁電線１の引張強さ（接着力）を測定するための試験片ＴＳの斜視図である。本実施例における絶縁電線１の引張強さ（接着力）は、以下の手順によって測定した。まず、コイルの巻回工程を模擬して絶縁電線１を３０％伸長させた後、１０ｃｍの長さに切断した。これを、図６に示すようにワイヤＷで固定して５ｋｇの荷重を加えつつ、１８０℃の温度で１時間に亘って加熱して絶縁電線１を自己融着により固着させるとともに、第２絶縁層を硬化させ、試験片ＴＳを得た。
【００６８】
この試験片を示差走査熱量測定装置（Differential scanning calorimeter）で室温から２５０℃の温度まで５℃／分の昇温速度で昇温させたが、熱硬化性樹脂の架橋に伴う発熱は観測されなかった。これにより、試験片ＴＳにおいて、絶縁電線１は、１８０℃の温度で１時間に亘って加熱されたことで架橋が終了していることが確認された。その後、１２ｃｍの間隔で試験片ＴＳの両端をクランプで挟み、万能引張り試験機を用いて５ｍｍ／分の引張り速度で引張り試験を行い、自己融着面が破壊される最大の引張強さ（接着力）を評価した。引張り試験は、室温と２００℃で行った。
【００６９】
また、第２絶縁層が未硬化の絶縁電線の曲げ加工性は、エッジワイズ試験によって以下のように評価した。まず、第２絶縁層が未硬化の絶縁電線を３０％伸長させたサンプルを用意し、曲げ加工機としてハンドベンダ（Oxford General Industries製、Duo-Mite）を用い、サンプルをＲ＝３．２ｍｍの１８０°曲げを行った。このとき、絶縁電線の３．２ｍｍ×２．０ｍｍの断面の長辺が曲げ半径となるように曲げ加工を行った。その後、顕微鏡によって絶縁電線の曲げ部の樹脂層の割れ、クラック、剥離を観察した。
【００７０】
以下の表１に、実施例１の絶縁電線の第２絶縁層の組成の重量比と、第１絶縁層の外表面に対する大気圧プラズマ処理の有無、未硬化の第２絶縁層の伸び率、硬化後の第２絶縁層の貯蔵弾性率、引張強さ（接着力）、及び第２絶縁層が未硬化の絶縁電線の曲げ加工性を示す。なお、絶縁電線の曲げ加工性は、絶縁電線の曲げ部の樹脂層の割れ、クラック、剥離の有無を示す。
【００７１】
【表１】
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【００７２】
表１に示すように、実施例１の絶縁電線は、未硬化の第２樹脂層伸び率が１５５％であり、硬化後の第２樹脂層の２００℃での貯蔵弾性率は、２.６×１０７Ｐａ、引張強さ（接着力）は室温で７５０Ｎ、２００℃で３６０Ｎ、割れ等は無く曲げ加工性は良好であった。
【００７３】
［実施例２］
第２絶縁層の材料を実施例１の絶縁電線と異ならせた以外は、実施例１の絶縁電線と同様に実施例２の絶縁電線を作製した。具体的には、エポキシ樹脂として、プリンテック株式会社製のTECHMORE VG3101に替えてDIC株式会社製のEPICLON EXA-4700を９．６重量％、エポキシ硬化剤として、日立化成株式会社製のHN-2200に替えて明和化成株式会社製のMEH-7800を９．６重量％用いた。また、第２絶縁層の材料として、実施例１の絶縁電線と同種のフェノキシ樹脂、イミダゾール、及びポリアミド樹脂を、それぞれ、６７．３重量％、１．０重量％、及び１２．５重量％の重量比で用いた。
【００７４】
表１に示すように、実施例２の絶縁電線は、未硬化の第２樹脂層伸び率が１６０％であり、硬化後の第２樹脂層の２００℃での貯蔵弾性率は、１．３×１０７Ｐａ、引張強さ（接着力）は室温で８００Ｎ、２００℃で４００Ｎ、割れ等は無く曲げ加工性は良好であった。なお、引張強さ（接着力）の測定において、８００Ｎよりも大きい荷重では第１絶縁層が導体から剥離し、引張強さ（接着力）が測定できなかった。
【００７５】
［実施例３］
第２絶縁層の材料を実施例１及び２の絶縁電線と異ならせた以外は、実施例１及び２の絶縁電線と同様に実施例３の絶縁電線を作製した。具体的には、第２絶縁層の材料として、実施例１の絶縁電線と同種のフェノキシ樹脂、エポキシ硬化剤、イミダゾール、及びポリアミド樹脂を、それぞれ、７２．１重量％、９．０重量％、０．９重量％、及び１０．８重量％の重量比で用いた。また、第２絶縁層の材料として、実施例２の絶縁電線と同種のエポキシ樹脂を７．２重量％の重量比で用いた。
【００７６】
表１に示すように、実施例３の絶縁電線は、未硬化の第２樹脂層伸び率が１７５％であり、硬化後の第２樹脂層の２００℃での貯蔵弾性率は、２．９×１０７Ｐａ、引張強さ（接着力）は室温で７００Ｎ、２００℃で３８０Ｎ、割れ等は無く曲げ加工性は良好であった。
【００７７】
［実施例４］
第２絶縁層の材料を実施例１から３の絶縁電線と異ならせた以外は、実施例１から３の絶縁電線と同様に実施例４の絶縁電線を作製した。具体的には、第２絶縁層の材料として、実施例１の絶縁電線と同種のフェノキシ樹脂、イミダゾール、及びポリアミド樹脂を、それぞれ、５４．１重量％、０．９重量％、及び１３．５重量％の重量比で用いた。また、エポキシ樹脂として、実施例１の絶縁電線で用いたプリンテック株式会社製のTECHMORE VG3101に替えて、三菱化学株式会社製のエポキシ樹脂YL6121Hを１８．０重量％の重量比で用い、エポキシ樹脂硬化剤として、日立化成株式会社製のHN-2200に替えて、明和化成株式会社製のエポキシ樹脂硬化剤H-4を１３．５重量％の重量比で用いた。
【００７８】
表１に示すように、実施例４の絶縁電線は、未硬化の第２樹脂層伸び率が１６５％であり、硬化後の第２樹脂層の２００℃での貯蔵弾性率は、３．６×１０７Ｐａ、引張強さ（接着力）は室温で６５０Ｎ、２００℃で４００Ｎ、割れ等は無く曲げ加工性は良好であった。
【００７９】
［実施例５］
第２絶縁層の材料を実施例１から４の絶縁電線と異ならせた以外は、実施例１から４の絶縁電線と同様に実施例５の絶縁電線を作製した。具体的には、第２絶縁層の材料として、実施例１の絶縁電線と同種のフェノキシ樹脂、エポキシ硬化剤、及びポリアミド樹脂を、それぞれ、６２．５重量％、１１．７重量％、及び１０．２重量％の重量比で用いた。また、第２絶縁層の材料として、実施例２の絶縁電線と同種のエポキシ樹脂を１５．６重量％の重量比で用いた。
【００８０】
表１に示すように、実施例５の絶縁電線は、未硬化の第２樹脂層伸び率が１８５％であり、硬化後の第２樹脂層の２００℃での貯蔵弾性率は、１．３×１０８Ｐａ、引張強さ（接着力）は室温で６５０Ｎ、２００℃で３２０Ｎ、割れ等は無く曲げ加工性は良好であった。
【００８１】
［実施例６］
第２絶縁層の材料を実施例１から５の絶縁電線と異ならせた以外は、実施例１から５の絶縁電線と同様に実施例６の絶縁電線を作製した。具体的には、第２絶縁層の材料として、実施例１の絶縁電線と同種のフェノキシ樹脂及びイミダゾールを、それぞれ７９．２重量％及び１．０重量％の重量比で用いた。また、第２絶縁層の材料として、実施例４の絶縁電線と同種のエポキシ樹脂を９．９重量％の重量比で用い、実施例２の絶縁電線と同種のエポキシ樹脂硬化剤を９．９重量％の重量比で用いた。なお、第２絶縁層の材料として、ポリアミド樹脂は用いなかった。
【００８２】
表１に示すように、実施例６の絶縁電線は、未硬化の第２樹脂層の伸び率が６０％であり、硬化後の第２樹脂層の２００℃での貯蔵弾性率は、３．９×１０７Ｐａ、引張強さ（接着力）は室温で７５０Ｎ、２００℃で３００Ｎであった。しかし、曲げ加工性の評価において、未硬化の第２樹脂層の伸び率が１５０％以上である場合には見られなかったクラックが見られ、実施例１から５と比較して曲げ加工性が低下した。これにより、未硬化の第２樹脂層の伸び率は、１５０％以上が好ましいことが分かった。
【００８３】
［実施例７］
第２絶縁層の材料を実施例１から６の絶縁電線と異ならせた以外は、実施例１から６の絶縁電線と同様に実施例７の絶縁電線を作製した。具体的には、第２絶縁層の材料として、実施例１の絶縁電線と同種のフェノキシ樹脂、イミダゾール、及びポリアミド樹脂を、それぞれ、６１．４重量％、０．９重量％、及び１１．４重量％の重量比で用い、実施例２の絶縁電線と同種のエポキシ硬化剤を１３．２重量％の重量比で用いた。また、エポキシ樹脂として、実施例１の絶縁電線で用いたプリンテック株式会社製のTECHMORE VG3101に替えて、三菱化学株式会社製の２官能のエポキシ樹脂jER1011を１３．２重量％の重量比で用いた。
【００８４】
表１に示すように、実施例７の絶縁電線は、未硬化の第２樹脂層の伸び率が１６０％であるが、硬化後の第２樹脂層の２００℃での貯蔵弾性率は、樹脂の架橋密度が低く、測定時に樹脂が破断して測定できなかった。そのため、引張強さ（接着力）は室温で８５０Ｎであったが、２００℃では１００Ｎに低下した。したがって、エポキシ樹脂は３官能以上が好ましいことが分かった。
【００８５】
［実施例８］
大気圧プラズマ処理を省略した以外は、実施例１の絶縁電線と同様に実施例８の絶縁電線を作製した。表１に示すように、実施例８の絶縁電線は、未硬化の第２樹脂層の伸び率、硬化後の第２樹脂層の２００℃での貯蔵弾性率、及び引張強さ（接着力）は、実施例１の絶縁電線と同様であったが、曲げ加工性の評価でクラックが見られ、曲げ加工性が低下した。したがって、絶縁電線の第１絶縁層の外表面に対する大気圧プラズマ処理は、絶縁電線の曲げ加工性の向上に寄与することが分かった。
【符号の説明】
【００８６】
１    絶縁電線
１０  導体
１１  第１絶縁層
１２  第２絶縁層
Ｃ    コイル
Ｍ    モータ（電気機器）
Ｓ１  第１成形工程
Ｓ２  第２成形工程
ＳＰ  プラズマ処理工程
【図１】
2017199566.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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