JP2002109965A - 絶縁被覆電気導体 - Google Patents
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Abstract
めに好適な、コイル中の回路に溶接箇所を設けることに
より回路を形成するような場合の溶接熱にも耐えられる
被覆金属導体を提供すること。 【解決手段】 多層絶縁被覆電気導体において、該多層
絶縁被覆層の最上層がポリアミドイミド樹脂であって、
最上層に接触する下層の絶縁被覆層がポリイミド樹脂、
ポリエステルイミド樹脂、およびH種ポリエステル樹脂
から選ばれる少なくとも1種である被覆金属導体。
Description
などのコイルを構成するために好適な、コイル中の回路
に溶接箇所を設けることにより回路を形成するような場
合の溶接熱にも耐えられる絶縁被覆電気導体に関する。
気機器に組み込まれ、コイルの用途に大量に使用されて
いる。それはモーターや発電機に代表される電気機器に
特に多く使用されている。導体断面が丸形状以外の形状
の巻線は、その被覆材料にガラスや紙などの絶縁物を横
巻きしたものが旧来使用されてきた。これは、非常に信
頼性を要求される機器、たとえば、発電所用の発電機の
コイル、変圧器のコイルや車両用の駆動モーターなどの
用途に使用されていたものである。近年、これらの機器
より小型の機器にも導体が丸形状以外の巻線、おおむね
平角形状のものが使用されるようになってきた。これら
の小型機器でもコイルの形状において高性能化が進めら
れ、コイル作成方法も、従来からの巻線と呼ばれていた
電線を円周上に巻回してコイルを作成する方法ではな
く、コイルの形状に合致した断面形状を持つ被覆導体を
つなぎ合わせてコイルを形成する方法が取られるように
なった。この小型機器での丸形状以外の導体の巻線を使
用することは、コイルのコアとの空隙がなくなり、磁界
ロスが少なくなり結果として性能向上となることと、小
型機器に使用されるコイルがさらに小型化できることに
より進展しているものである。導体を丸以外の形状とす
ることは、コイル状の回路形成に際して電線を直接長い
まま巻回することが困難となるため、短い導体を該コイ
ルの部分形状に形成した後、導体同士を溶接して全体の
回路を形成する手法が行われるようになった。これらの
コイルを形成するためには、導体同士の接続が必要とな
る。導体を接続するために従来は半田付けが行われてい
た部分に、ヒュージング(圧力をかけながら電気溶接を
する)やTIG溶接などの電気溶接方法がとられるよう
になってきた。これは、従来使用されてきた半田付けで
は、半田に含有する鉛などが製品を廃棄する際に環境に
与える影響が大きいことと、半田付け部分が機器の振動
に対して信頼性が低いことから、現在使用されている導
体(銅など)同等のものを接続材料として使用すること
が要求されるようになったことに由来している。
はポリエステルなどの各種樹脂が使用されてきた。しか
しながら、ヒュージングやTIG溶接では、導体に直接
熱を加えて導体を溶解し、導体同士を接続することか
ら、接続部分の近傍の絶縁被覆はきわめて高い温度とな
るため大きな熱劣化を受けることとなる。たとえば、通
常の溶接で銅同士を接続するためには、銅の温度を銅の
融点以上とする必要があり、そのためにはおよそ110
0℃以上に導体温度が上昇する。導体温度の上昇は、そ
の近傍の絶縁被覆の熱劣化を生じさせ、さらに被覆材料
中の低分子量成分が熱により蒸発し、被覆に膨れ(発
泡)を生じさせることとなり近傍の被覆材料の電気特性
が低下することがある。このように溶接の熱が被覆に影
響を与えることは周知であるが、この影響を少なくする
ことは、電気機器の信頼性向上のためにも必要である。
溶接部分の導体温度が1100℃となった場合、絶縁性
能が必要である皮膜が受ける熱は、溶接部分から10m
mの距離でおよそ600℃となる。また、このような被
覆の膨れは、従来から使用されているポリアミドイミド
樹脂単体では回避することができなかった。
発電機などのコイルを構成するために好適な、コイル中
の回路に溶接箇所を設けることにより回路を形成するよ
うな場合の溶接熱にも耐えられる被覆電気導体を提供す
ることを目的とするものである。
導体の被覆の材質に注目し、溶接時の熱にも耐えられ、
さらに被覆の膨れなどの異常が生じない被膜構成を見い
だした。この溶接時の熱に耐えうる被膜構成に関して発
明者らは、溶接時の熱が瞬間的にかかることに着目し、
その被膜の耐熱性(瞬間耐熱性)の検証を実施した。被
膜の瞬間耐熱性は、導体の溶接時に導体側から伝導する
こと、導体側に形成されている被覆材料が最も熱劣化を
受けやすいこと、導体側の被覆材料から発生する分解ガ
スが被覆全体にボイドやブリスター(微細な発泡)を生
じさせることを確認した。このため、ボイドなどの発生
に対抗するために、被覆が加熱されても軟化しない材料
を被覆の一部として使用する事を検討し、被覆の一部に
特定の材料(ポリイミドやポリエステルイミド、H種ポ
リエステル樹脂)を使用することで本発明の目的を達成
することを見出し、この知見に基づき本発明をなすに至
った。
接箇所を設けて回路を構成するコイルに使用される多層
絶縁被覆電気導体において、該多層絶縁被覆層の少なく
とも1層がポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、
およびH種ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる少
なくとも1種からなることを特徴とする被覆金属導体、
(2)前記多層絶縁被覆層の最上層がポリアミドイミド
樹脂であって、最上層に接触する下層の絶縁被覆層がポ
リイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、およびH種ポ
リエステル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種
であることを特徴とする(1)項記載の被覆金属導体、
(3)前記多層絶縁被覆電気導体の絶縁被覆層の最下層
がポリアミドイミド樹脂であることを特徴とする(1)
または(2)項記載の被覆金属導体、(4)前記金属導
体の酸素含有量が30ppm以下の低酸素銅または無酸
素銅であることを特徴とする(1)〜(3)項のいずれ
か1項記載の被覆金属導体、及び(5)導体の横断面が
円以外の形状を有する(1)〜(4)項のいずれか1項
記載の被覆金属導体を提供するものである。本発明にお
ける作用が奏される理由については明確ではないが、ポ
リイミド樹脂は高温時でも室温時に比べ弾性率の低下が
少なく、ポリエステルイミド樹脂やH種ポリエステル樹
脂は、初期弾性率が高く、また高温時でも軟化しないこ
とによるものと考えられる。
成するために用いられるポリイミド樹脂は、特に制限は
なく全芳香族ポリイミド及び熱硬化性芳香族ポリイミド
など周知のポリイミド樹脂を用いることができる。例え
ば、市販品(東レ・デュポン社製 商品名 #3000
など)を用いるか、常法により、芳香族テトラカルボン
酸二無水物と芳香族ジアミン類を極性溶媒中で反応させ
て得られるポリアミド酸溶液を用い、被覆を形成する際
の焼き付け時の加熱処理によってイミド化させることに
よって得られるものを用いることができる。また、ポリ
エステルイミド樹脂は、ポリイミドの主鎖中にエステル
結合を導入して得られる周知のものを用いることができ
る。市販品としては、例えば、Isomid40SH
(日触スケネクタディ(株)製 商品名)が挙げられ
る。本発明のうち、H種ポリエステル樹脂は、芳香族ポ
リエステルのうちフェノール樹脂などを添加することに
よって樹脂を変性させたもので、耐熱クラスがH種であ
るものを言う。市販のH種ポリエステル樹脂としては、
Isonel200(米スケネクタディインターナショ
ナル社製 商品名)等を挙げることができる。
に用いることができるポリアミドイミド樹脂は、市販品
(例えば、日立化成(株)社製 商品名 HI406な
ど)を用いるか、常法により、例えば極性溶媒中でトリ
カルボン酸無水物とジイソシアネート類を直接反応させ
て得たもの、あるいは、極性溶媒中でトリカルボン酸無
水物にジアミン類を先に反応させて、まずイミド結合を
導入し、ついでジイソシアネート類でアミド化して得た
ものを用いることができる。ポリアミドイミド樹脂は、
他の樹脂に比べ熱伝導率が低く、絶縁破壊電圧が高く、
焼付け硬化が可能なものである。
ように絶縁被覆層の最上層に前記ポリアミドイミド樹脂
を使用することができる。ポリイミド樹脂、ポリエステ
ルイミド樹脂、およびH種ポリエステル樹脂から選ばれ
る少なくとも1種である絶縁被覆層に接触する最上層に
ポリアミドイミド樹脂を使用することにより、強い曲げ
加工を受けた場合でも、クレージングや皮膜の割れとい
った皮膜の伸び率に起因する不具合を解消できる。
樹脂には、常法によりワックスや潤滑剤を分散、混合し
て自己潤滑樹脂として最上層の被覆として使用すること
もできる。これに使用されるワックスとしては、通常用
いられるものを特に制限なく使用することができ、例え
ば、ポリエチレンワックス、石油ワックス、パラフィン
ワックス等の合成ワックスおよびカルナバワックス、キ
ャデリラワックス、ライスワックス等の天然ワックス等
が挙げられる。潤滑剤についても特に制限はなく、例え
ば、シリコーン、シリコーンマクロモノマー、フッ素樹
脂等を用いることができる。なお、本発明の被覆電気導
体において、被覆の各樹脂層を形成するための樹脂の形
成方法には特に制限はなく、公知の各種の方法によって
行うことができる。
覆層の最下層をポリアミドイミド樹脂とし、さらにその
他の樹脂層を介するかまたは直接にポリイミド樹脂、ポ
リエステルイミド樹脂、およびH種ポリエステル樹脂か
ら選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする被覆
金属導体とすることにより、モーターや変圧器トランス
などで、使用されるときに導体側から伝導する熱に対し
て、該絶縁皮膜が熱劣化を起こしにくいという作用があ
る。樹脂被覆用ワニスは導体上に塗布焼き付けを行い、
該被覆電気導体を得ることができる。
とができるが、好ましくは酸素含有量が30ppm以下
の低酸素銅、さらに好ましくは20ppm以下の低酸素
銅または無酸素銅の導体を使用することができる。酸素
含有量が30ppm以下であれば、導体を溶接するため
に熱で溶融させた場合、溶接部分に含有酸素に起因する
ボイドの発生がなく、溶接部分の電気抵抗が悪化するこ
とを防止するとともに溶接部分の強度を保持することが
できる。また、導体はその横断面が所望の形状のものを
使用できるが、円以外の形状を有するものを使用するの
が好ましく、特に平角形状のものが好ましい。
法は常法でよく、たとえば、導体形状の相似形としたワ
ニス塗布用ダイスを用いる方法や、もし導体断面形状が
四角形であるならば、井桁状に形成された「ユニバーサ
ルダイス」と呼ばれるダイスを用いることができる。こ
れらの樹脂ワニスを塗布した導体はやはり常法にて焼付
炉で焼き付けされる。具体的な焼き付け条件はその使用
される炉の形状などに左右されるが、およそ5mの自然
対流式の竪型炉であれば、400〜500℃にて通過時
間を30〜90秒に設定することにより達成することが
できる。本発明において前記のポリイミド樹脂、ポリエ
ステルイミド樹脂およびH種ポリエステル樹脂の少なく
とも1種からなる層の厚さは、特に制限はないが、好ま
しくは4〜35μm、より好ましくは5〜18μmであ
る。また、ポリアミドイミド樹脂層の厚さは、全体で、
好ましくは10〜40μm、より好ましくは10〜35
μmである。被覆する皮膜の全体の厚さは、15〜55
μm程度であるが、好ましくは25〜50μmである。
に説明する。なお実施例および比較例の被覆樹脂の構成
などは表1および表2にまとめて示した。また、このよ
うにして得られた樹脂被覆導体についての評価試験結果
を表3〜表5に示した。 [実施例1]1.8×2.5mm(厚さ×幅)で四隅の
面取り半径r=0.5mmの平角導体(酸素含有量15
ppmの銅)に、下層から、ポリアミドイミド樹脂(P
AI)(日立化成(株)製 商品名 HI406)、ポ
リイミド樹脂(PI)(東レデュポン(株)製 商品名
#3000)、ポリアミドイミド樹脂(PAI)(日
立化成(株)製 商品名 HI406)の順に皮膜を形
成し、その全体の皮膜厚さを45μmとした。それぞれ
の被膜厚さについては表1に記載のとおりである。皮膜
の形成に際しては導体の形状と相似形のダイスを複数個
使用して、炉長8mの焼付炉にて450℃でおよそ15
秒の焼き付け時間にて複数回焼き付けをおこなった。こ
の樹脂被覆導体について、評価試験を行った結果を表3
に示した。 [実施例2、3]使用樹脂は実施例1と同等にし、また
樹脂被覆の焼き付けの条件も同一とした。ただし、それ
ぞれの皮膜厚さについては、表1に記載のとおり変更し
た。この樹脂被覆導体について、評価試験を行った結果
を表3に示した。 [比較例1]1.8×2.5mmで四隅のr=0.5m
mの平角導体(実施例1と同質の銅)に、ポリアミドイ
ミド樹脂(PAI)(日立化成(株)製 商品名 HI
406)の皮膜を形成し、その全体の皮膜厚さを45μ
mとした。皮膜の形成に際しては導体の形状と相似形の
ダイスを複数個使用して、炉長8mの焼き付け炉にて4
50℃でおよそ15秒の焼き付け時間にて複数回焼き付
けをおこなった。この樹脂被覆導体について、評価試験
を行った結果を表3に示した。
r=0.8mmの平角導体(酸素含有量20ppmの
銅)に、下層から、H種ポリエステル樹脂(HPE)I
sonel200(米スケネクタディインターナショナ
ル社製 商品名)、ポリアミドイミド樹脂(PAI)
(日立化成(株)製 商品名 HI406)の順に皮膜
を形成し、その全体の皮膜厚さを50μmとした。皮膜
の形成に際しては導体の形状と相似形のダイスを複数個
使用して、炉長8mの焼き付け炉にて450℃でおよそ
20秒の焼き付け時間にて複数回焼き付けをおこなっ
た。この樹脂被覆導体について、評価試験を行った結果
を表4に示した。 [実施例5]使用樹脂は実施例4と同等にし、また樹脂
被覆の焼き付けの条件も同一とした。ただし、それぞれ
の被覆厚さについては、表2に記載のとおり変更した。
この樹脂被覆導体について、評価試験を行った結果を表
4に示した。 [比較例2]2.0×3.0mmで四隅のr=0.8m
mの平角導体(実施例4と同質の銅)に、H種ポリエス
テル樹脂(HPE)Isonel200(米スケネクタ
ディインターナショナル社製 商品名)の皮膜を形成
し、皮膜厚さを50μmとした。皮膜の形成に際しては
導体の形状と相似形のダイスを複数個使用して、炉長8
mの焼き付け炉にて450℃でおよそ20秒の焼き付け
時間にて複数回焼き付けをおこなった。この樹脂被覆導
体について、評価試験を行った結果を表4に示した。
r=0.6mmの平角導体(酸素含有量15ppmの
銅)に、下層から、ポリアミドイミド樹脂(PAI)
(日立化成(株)製商品名 HI406)、ポリエステ
ルイミド樹脂(PEI)Isomid40SH(日触ス
ケネクタディ(株)製 商品名)、ポリアミドイミド樹
脂(PAI)(日立化成(株)製 商品名 HI40
6)の順に皮膜を形成し3層構造とし、その全体の皮膜
厚さを35μmとした。皮膜の形成に際しては導体の形
状と相似形のダイスを複数個使用して、炉長8mの焼き
付け炉にて450℃でおよそ20秒の焼き付け時間にて
複数回焼き付けをおこなった。この樹脂被覆導体につい
て、評価試験を行った結果を表5に示した。 [実施例7]1.5×2.4mmで四隅のr=0.6m
mの平角導体(実施例6と同質の銅)に、下層から、ポ
リエステルイミド樹脂(PEI)Isomid40SH
(日触スケネクタディ(株)製 商品名)、ポリアミド
イミド樹脂(PAI)(日立化成(株)製 商品名 H
I406)の順に皮膜を形成し、その全体の皮膜厚さを
35μmとした。皮膜の形成に際しては導体の形状と相
似形のダイスを複数個使用して、炉長8mの焼き付け炉
にて450℃でおよそ20秒の焼き付け時間にて複数回
焼き付けをおこなった。この樹脂被覆導体について、評
価試験を行った結果を表5に示した。 [比較例3]5×2.4mmで四隅のr=0.6mmの
平角導体(実施例6と同質の銅)に、ポリエステルイミ
ド樹脂(PEI)Isomid40SH(日触スケネク
タディ(株)製 商品名)の皮膜を形成し、その全体の
皮膜厚さを35μmとした。皮膜の形成に際しては導体
の形状と相似形のダイスを複数個使用して、炉長8mの
焼き付け炉にて450℃でおよそ20秒の焼き付け時間
にて複数回焼き付けをおこなった。この樹脂被覆導体に
ついて、評価試験を行った結果を表5に示した。
ジワイズ曲げ)。曲げ半径は導体の幅方向の寸法と同等
にした(1w曲げ)。この曲げを行ったのち、JIS
C3003規定のピンホール試験を実施し、ピンホール
の発生を調査した。「良」は曲げを行ったとき皮膜割れ
が見られず、ピンホールの発生もないことを意味してい
る。 瞬間耐熱性(ヒュージング) 被覆導体のフラット面を直交させ、その交差部分の上下
を電極で挟み、表記載の電流条件にて溶接を行った場合
の溶接直近の被覆の荒れを調査した。「良」はボイドや
焼けがないことを意味している。 瞬間耐熱性(TIG溶接) 被覆導体2本の端末を5mmだけ被覆を剥離し、それぞ
れを平行に剥離面がエッジ面で接触するように固定した
ものの突き合わせ面をTIG溶接した。条件は表によ
る。この場合の溶接面部分直近の皮膜の荒れを調査し
た。「良」は、ボイドや焼けがないことを意味してい
る。 絶縁破壊電圧 JIS C3003記載の金属箔法を用いて実施した。
表にはn=5の平均値を示した。また、230℃の恒温
槽に5日間静置したサンプルについても実施した。
性を有し、過酷なコイル製造工程で高温度の熱がかかる
導体の溶接などの加工に対しても皮膜にボイドやブリス
ターを生起することがなく、健全性が維持されるため、
絶縁電線が劣化してしまうことがない。また、本被覆金
属導体を使用する場合には、導体側から伝導する熱に対
しても絶縁皮膜が熱劣化を起こしにくく、信頼性の高い
コイルを提供することができるようになる。このことは
コイルを用いる機器全体の性能を高くし、機器に対する
信頼性を高めることに寄与するという優れた効果を奏す
るものである。
Claims (5)
- 【請求項1】 コイル中に溶接箇所を設けて回路を構成
するコイルに使用される多層絶縁被覆電気導体におい
て、該多層絶縁被覆層の少なくとも1層がポリイミド樹
脂、ポリエステルイミド樹脂、およびH種ポリエステル
樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種からなるこ
とを特徴とする被覆金属導体。 - 【請求項2】 前記多層絶縁被覆層の最上層がポリアミ
ドイミド樹脂であって、最上層に接触する下層の絶縁被
覆層がポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、およ
びH種ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる少なく
とも1種であることを特徴とする請求項1記載の被覆金
属導体。 - 【請求項3】 前記多層絶縁被覆電気導体の絶縁被覆層
の最下層がポリアミドイミド樹脂であることを特徴とす
る請求項1または請求項2記載の被覆金属導体。 - 【請求項4】 前記金属導体の酸素含有量が30ppm
以下の低酸素銅または無酸素銅であることを特徴とする
請求項1〜3のいずれか1項記載の被覆金属導体。 - 【請求項5】 導体の横断面が円以外の形状を有する請
求項1〜4のいずれか1項記載の被覆金属導体。
Priority Applications (8)
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