JP2013004444A

JP2013004444A - 絶縁平角銅線及びそれを用いたコイル

Info

Publication number: JP2013004444A
Application number: JP2011137104A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Zushi; 敏博厨子; Toyokazu Nagato; 豊和長門; Teruichi Honda; 照一本田; Takeshi Takubo; 毅田窪; Hiroyuki Kamibayashi; 裕之上林
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2013-01-07

Abstract

【課題】エッジワイズ曲げ加工を施した際の曲げ加工部分における耐電圧特性の低下を抑制した絶縁平角銅線で製造したコイルを提供する。
【解決手段】エッジワイズ曲げ加工が施される絶縁平角銅線１０は、０．２％耐力が１５０ＭＰａ以下である無酸素銅で形成された平角銅線１１とそれを被覆するように設けられた絶縁被覆層１２とを備える。上記平角銅線は、側面の断面外郭形状が外向きに凸の曲線であり、長さ方向に沿った算術平均粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下である。また、上記絶縁被覆層がポリイミド樹脂で形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は絶縁平角銅線及びそれを用いたコイルに関する。

電気自動車等のモータのコイルとして、導体占積率を高める視点から、絶縁平角銅線にエッジワイズ曲げ加工を施したものが用いられている（例えば、特許文献１）。

特開２００８−２２００９３号公報

絶縁平角銅線にエッジワイズ曲げ加工を施して製造されたコイルでは、製品によっては、曲げ加工部分において耐電圧特性が大きく低下するものがある。

本発明の課題は、エッジワイズ曲げ加工を施した際の曲げ加工部分における耐電圧特性の低下を抑制することである。

本発明の絶縁平角銅線は、エッジワイズ曲げ加工が施されるものであって、０．２％耐力が１５０ＭＰａ以下である無酸素銅で形成された平角銅線と、該平角銅線を被覆するように設けられた絶縁被覆層と、を備える。

本発明のコイルは、本発明の絶縁平角銅線にエッジワイズ曲げ加工が施されて形成されたものである。

本発明によれば、平角銅線が、０．２％耐力が１５０ＭＰａ以下である無酸素銅で形成されていることにより、エッジワイズ曲げ加工を施した際の曲げ加工部分における耐電圧特性の低下を抑制することができる。

（ａ）及び（ｂ）は実施形態に係る絶縁平角銅線の斜視図である。（ａ）〜（ｃ）はコイルの斜視図である。コイルの曲げ加工部分における伸び歪みの説明図である。

図１（ａ）及び（ｂ）は実施形態に係る絶縁平角銅線１０を示す。

本実施形態に係る絶縁平角銅線１０は、横断面（長手方向に垂直な断面）が平角形状である平角銅線１１とそれを被覆するように設けられた絶縁被覆層１２とを備えた横断面が平角形状のものである。本実施形態に係る絶縁平角銅線１０は、エッジワイズ曲げ加工が施され、電気自動車のモータのコイル等に製造されるものである。

本実施形態に係る絶縁平角銅線１０及びその本体部分を構成する平角銅線１１は、例えば、幅が２〜３０ｍｍ（より好ましくは７〜２５ｍｍ、さらに好ましくは１０〜２４ｍｍ）、及び厚さが０．１〜２ｍｍであり、幅Ａと厚さＢの比Ａ/Ｂが１〜３００であることが好ましく、５〜３０であることがより好ましい。絶縁被覆層１２の厚さは例えば１〜１００μｍである。

本出願において「平角」とは、幅が厚さよりも大きい偏平形状であって、角部が直角の横長矩形よりも広い概念である。従って、本実施形態に係る絶縁平角銅線１０及びその本体部分を構成する平角銅線１１の形状としては、例えば、図１（ａ）に示すように角部の断面外郭形状が１／４円弧である断面横長矩形状や図１（ｂ）に示すように側面の断面外郭形状が半円弧である断面横長偏平形状（フィールドトラック形状）も含まれる。角部が直角であると、角部の絶遠被覆層の厚さが他の部分より厚くなる、いわゆるドックボーンと呼ばれる形状となる場合があるが、角部に外向きに凸の曲率を設けるとドックボーンを形成せず、角部の絶遠被覆層の厚さが他の部分と均一となるため好ましい。

ここで、従来の絶縁平角銅線にエッジワイズ曲げ加工を施して製造されたコイルでは、製品によっては、曲げ加工部分において耐電圧特性が大きく低下するものがあった。本発明者らは、その原因が曲げ加工部分の曲げ外周部における絶縁被覆層の破壊による絶縁特性の低下であるとの仮説に基づいて、鋭意検討した結果、平角銅線を０．２％耐力が１５０ＭＰａ以下である無酸素銅で形成することにより、エッジワイズ曲げ加工を施した際の曲げ加工部分における耐電圧特性の低下を抑制することができることを見出した。このことは、平角銅線が硬い場合、エッジワイズ曲げ加工を施した際、曲げ加工部分の曲げ外周部では曲げに沿って伸び歪みが不均一に生じ、そのため絶縁被覆層には局所的に過大な伸び歪みが生じて破壊に至るのに対し、平角銅線が軟らかい場合、エッジワイズ曲げ加工を施した際、曲げ加工部分の曲げ外周部では曲げに沿って伸び歪みが均一に生じ、そのため絶縁被覆層における破壊に至るような過大な伸び歪みの発生が抑制されるためであると推測される。

以上のことから、本実施形態に係る絶縁平角銅線１０では、平角銅線１１は、０．２％耐力が１５０ＭＰａ以下である無酸素銅で形成されている。平角銅線１１は、耐電圧特性の低下を抑制する観点から、０．２％耐力が１００ＭＰａ以下である無酸素銅で形成されていることが好ましく、８０ＭＰａ以下である無酸素銅で形成されていることがより好ましい。一方、平角銅線１１は、０．２％耐力が２０ＭＰａ以上である無酸素銅で形成されていることが好ましく、３０ＭＰａ以上である無酸素銅で形成されていることがより好ましい。ここで、無酸素銅とは、銅（Ｃｕ）の純度が９９．９６質量％以上で且つ酸素（Ｏ₂）の含有率が１０ｐｐｍ以下である高純度の銅（Ｃｕ）であって、ＪＩＳＨ３１００における合金番号Ｃ１０２０で表されるものである。また、０．２％耐力はＪＩＳＣ３００２に基づいて測定される。

平角銅線１１は、引張強さが１５０ＭＰａ以上である無酸素銅で形成されていることが好ましく、２００ＭＰａ以上である無酸素銅で形成されていることがより好ましい。平角銅線１１は、伸びが２０％以上である無酸素銅で形成されていることが好ましく、３０％以上である無酸素銅で形成されていることがより好ましい。引張強さ及び伸びはＪＩＳＣ３００２に基づいて測定される。平角銅線１１は、ビッカース硬さが２０〜１００ＨＶである無酸素銅で形成されていることが好ましく、３０〜６５ＨＶである無酸素銅で形成されていることがより好ましい。ビッカース硬さはＪＩＳＺ２２４４に基づいて測定される。

平角銅線１１は、エッジワイズ曲げ加工を施した際、曲げ加工部分の曲げ外周部で曲げに沿って生じる伸び歪みを均一化させる観点から、側面の断面外郭形状が外向きに凸の曲線であることが好ましい。従って、平角銅線１１の形状は、図１（ａ）に示すような断面横長矩形状であるよりも、図１（ｂ）に示すような側面の断面外郭形状が外向きに凸の半円弧である断面横長偏平形状であることが好ましい。

平角銅線１１は、エッジワイズ曲げ加工を施した際、曲げ加工部分の曲げ外周部で曲げに沿って生じる伸び歪みを均一化させる観点から、長さ方向に沿った算術平均粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以下であることがより好ましい。表面粗さはＪＩＳＢ０６０１に基づいて測定される。

平角銅線１１は、例えば、テープ状の圧延材に対してスリット加工を施した後にダイスを通して伸線することにより製造することができる。

絶縁被覆層１２を形成する材料としては、例えば、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ホルマール樹脂等が挙げられる。これらのうちポリイミド樹脂が好ましく、特開２００５−１７４５６１号公報及び特開２０１０−１０８７２５号公報に開示された分子骨格中にシロキサン結合を有するブロック共重合ポリイミド樹脂が特に好ましい。

絶縁被覆層１２による平角銅線１１の被覆は、例えば、電着塗装やディッピング塗装によって行うことができる。これらのうち絶縁被覆層１２の平角銅線１１への密着性が高いという観点から電着塗装が好ましい。

本実施形態に係る絶縁平角銅線１０は、エッジワイズ曲げ加工が施されて、図２（ａ）〜（ｃ）に示すようにコイルＣに形成される。このコイルＣは例えば電気自動車のモータ等に用いられるものである。

コイルＣは、図２（ａ）に示すように、平面視において、一対の直線部分の両側のそれぞれが半円部分で連結されたフィールドトラック形状であってもよく、図２（ｂ）に示すように、隣接辺が円弧で連結された矩形状であってもよく、図２（ｃ）に示すように、平面視において、円形状であってもよい。図３に示すように、コイルＣの曲げ加工部分における伸び歪み、つまり、幅方向中心部の曲率半径ｓ₁に対する曲げ外周部の曲率半径ｓ₂と幅方向中心部ｓ₁の曲率半径との差（（曲げ外周部の曲率半径ｓ₂−幅方向中心部の曲率半径ｓ₁）／幅方向中心部の曲率半径ｓ₁）は５０％以下であることが好ましく、３０％以下であることがより好ましい。

なお、本実施形態では、本実施形態に係る絶縁平角銅線１０にエッジワイズ曲げ加工を施して形成されたコイルＣを例としたが、特にこれに限定されるものではない。

エッジワイズ曲げ加工を施した際の曲げ加工部分における耐電圧特性の低下の無い発明例１及び２の絶縁平角銅線並びに耐電圧特性の低下の有る比較例の絶縁平角銅線の引張試験、ビッカース硬さ測定試験、表面粗さ測定試験、寸法測定、並びに金属組織観察及び断面観察を行った。なお、発明例１及び２は、平角銅線上に、分子骨格中にシロキサン結合を有するブロック共重合ポリイミド樹脂を電着被覆して、厚さが約３０μｍの絶縁被覆層とした、絶縁平角銅線である。ただし、発明例１と発明例２は、用いた平角銅線の断面寸法が異なるものであり、発明例１は厚さ約０．７ｍｍｍ、幅約１４ｍｍ、発明例２は厚さ約０．１４ｍｍ、幅約１９ｍｍであった。

（引張試験）
発明例１及び２並びに比較例のそれぞれについて、ＪＩＳＣ３００２に基づいて引張試験を行い、引張強度、伸び、及び０．２％耐力を測定した。

結果を表１に示す。

引張強度は、発明例１が２３５．７ＭＰａ、発明例２が２２８．３ＭＰａ、及び比較例が２５９．５ＭＰａであった。

伸びは、発明例１が４１．６％、発明例２が４０．５％、及び比較例が２０．２％であった。

０．２％耐力は、発明例１が７８．１ＭＰａ、発明例２が７７．９ＭＰａ、及び比較例が１９５．４ＭＰａであった。

（ビッカース硬さ測定試験）
発明例１及び２並びに比較例のそれぞれについて、ＪＩＳＺ２２４４に基づいてビッカース硬さ測定試験を行い、ビッカース硬さを測定した。

結果を表２に示す。

ビッカース硬さは、発明例１が５６．０ＨＶ、発明例２が５５．８ＨＶ、及び比較例が９１．８ＨＶであった。

（表面粗さ測定試験）
発明例１及び２並びに比較例のそれぞれについて、ＪＩＳＢ０６０１に基づいて長さ方向に沿った算術平均粗さを測定した。

結果を表３に示す。

算術平均粗さ（Ｒａ）は、発明例１が１μｍ、発明例２が１μｍ、及び比較例が１０μｍであった。

（寸法測定）
発明例１及び２並びに比較例のそれぞれについて、長さ１００ｍｍにおける一方端、中央、及び他方端の厚さ、並びに中央の幅を測定し、中央の断面積を算出した。

結果を表４に示す。

発明例１は、厚さが、一方端で０．７０１ｍｍ、中央で０．６９１ｍｍ、及び他方端で０．７０３ｍｍであり、並びに中央の幅が１４．０６６ｍｍ、及び中央の断面積が９．８１５ｍｍ²であった。

発明例２は、厚さが、一方端で０．１４３ｍｍ、中央で０．１４１ｍｍ、及び他方端で０．１４０ｍｍであり、並びに中央の幅が１９．０４１ｍｍ、及び中央の断面積が２．６８５ｍｍ²であった。

比較例は、厚さが、一方端で０．６９５ｍｍ、中央で０．６９９ｍｍ、及び他方端で０．７０１ｍｍであり、並びに中央の幅が１３．９６９ｍｍ、及び中央の断面積が９．７５０ｍｍ²であった。

（耐電圧特性）
発明例１及び２並びに比較例のそれぞれについて、ＪＩＳＣ３２１６−５（４．絶縁破壊）に準拠して、Ｂ法金属箔法により、ＡＣ破壊電圧を測定した。すなわち、１ｃｍのスズ箔を絶縁電線に巻き付け、導体−すず箔間にて測定した。そして、各板に交流電圧発生装置を接続し、１秒間当たり１００Ｖの速度で電圧を上昇させて、短絡（漏れ電流値１０ｍＡ以上）した電圧を破壊電圧とした。破壊電圧が２．０ｋＶ以上を合格とし、破壊電圧が２．０ｋＶ未満の場合を不合格とした。

その結果、発明例１及び２は合格、一方、比較例は不合格であった。

（金属組織観察及び断面観察）
発明例１及び２の金属組織はほぼ完全な等軸晶であったが、比較例の結晶組織は再結晶したものに加工が加わったものであった。

発明例１及び２の表面は長さ方向に沿って平滑に形成されていたが、比較例の表面には長さ方向に沿って剪断加工の痕跡が見られた。

発明例１及び２の断面は、側面の断面外郭形状が半円弧である断面横長偏平形状（フィールドトラック形状）であったが、比較例の断面は、角部の断面外郭形状が１／４円弧である断面横長矩形状であった。

本発明は絶縁平角銅線及びそれを用いたコイルについて有用である。

１０絶縁平角銅線
１１平角銅線
１２絶縁被覆層
Ｃコイル

Claims

エッジワイズ曲げ加工が施される絶縁平角銅線であって、
０．２％耐力が１５０ＭＰａ以下である無酸素銅で形成された平角銅線と、該平角銅線を被覆するように設けられた絶縁被覆層と、を備えた絶縁平角銅線。
請求項１に記載された絶縁平角銅線において、
上記平角銅線の幅が２〜３０ｍｍである絶縁平角銅線。
請求項１又は２に記載された絶縁平角銅線において、
上記平角銅線は、側面の断面外郭形状が外向きに凸の曲線である絶縁平角銅線。
請求項１乃至３のいずれかに記載された絶縁平角銅線において、
上記平角銅線は、長さ方向に沿った算術平均粗さ（Ｒａ）が５μｍ以下である絶縁平角銅線。
請求項１乃至４のいずれかに記載された絶縁平角銅線において、
上記絶縁被覆層がポリイミド樹脂で形成されている絶縁平角銅線。
請求項１乃至５の何れかに記載された絶縁平角銅線にエッジワイズ曲げ加工が施されて形成されたコイル。