JP2013004444A - Insulated rectangular copper wire and coil using the same - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an insulated rectangular copper wire and a coil using the same.
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）。 From the viewpoint of increasing the conductor space factor, a coil of an insulated rectangular copper wire that has been edgewise bent is used as a motor coil of an electric vehicle or the like (for example, Patent Document 1).
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。 In a coil manufactured by subjecting an insulated flat copper wire to edgewise bending processing, depending on the product, the withstand voltage characteristic may be greatly reduced in the bent portion.
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。 The subject of this invention is suppressing the withstand voltage characteristic fall in the bending process part at the time of performing edgewise bending process.
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。 The insulated rectangular copper wire of the present invention is subjected to edgewise bending, and covers a rectangular copper wire formed of oxygen-free copper having a 0.2% proof stress of 150 MPa or less, and the rectangular copper wire. And an insulating coating layer provided to do so.
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。 The coil of the present invention is formed by subjecting the insulated flat copper wire of the present invention to edgewise bending.
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。 According to the present invention, the rectangular copper wire is formed of oxygen-free copper having a 0.2% proof stress of 150 MPa or less, so that the withstand voltage characteristic in the bent portion when the edgewise bending is performed is reduced. Can be suppressed.
図１（ａ）及び（ｂ）は実施形態に係る絶縁平角銅線１０を示す。
1A and 1B show an insulated
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。
The insulated
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。
The insulated
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。
In the present application, “flat angle” is a concept that is a flat shape having a width larger than the thickness and wider than a horizontally-oriented rectangle having a right corner. Therefore, as the shape of the insulated
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。 Here, in a coil manufactured by subjecting a conventional insulated rectangular copper wire to edgewise bending, depending on the product, the withstand voltage characteristic is greatly reduced in the bent portion. As a result of intensive studies based on the hypothesis that the cause is the deterioration of the insulation characteristics due to the breakdown of the insulating coating layer in the bent outer peripheral portion of the bent portion, the present inventors have determined that the rectangular copper wire has a 0.2% yield strength. It has been found that by forming with oxygen-free copper having a thickness of 150 MPa or less, it is possible to suppress a decrease in withstand voltage characteristics in the bent portion when edgewise bending is performed. This is because, when the flat copper wire is hard, when edgewise bending is performed, elongation strain is unevenly generated along the bend at the outer periphery of the bent portion, and therefore, the insulation coating layer is locally excessive. When the flat copper wire is soft, when the edgewise bending process is performed, the elongation distortion occurs uniformly along the bend at the outer periphery of the bent part. It is presumed that this is because the generation of excessive elongation strain that would lead to breakage in the coating layer is suppressed.
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、ＪＩＳ Ｈ３１００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ＪＩＳ Ｃ３００２に基づいて測定される。
From the above, in the insulated
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ＪＩＳ Ｃ３００２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ＪＩＳ Ｚ２２４４に基づいて測定される。
The
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。
The
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ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づいて測定される。
The flat
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。
The
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。
Examples of the material for forming the
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。
The covering of the
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。
The insulated
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。 As shown in FIG. 2A, the coil C may have a field track shape in which both sides of a pair of linear portions are connected by a semicircular portion in a plan view, as shown in FIG. In this way, the adjacent sides may be in a rectangular shape connected by an arc, or may be circular in plan view as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the difference of elongation strain in the bending portion of the coil C, that is, the curvature radius s 2 and the curvature radius in the width direction center portion s 1 of the outer peripheral portion bent with respect to the radius of curvature s 1 in the width direction center portion ((bending the outer peripheral curvature of the radii s 2 - radius of curvature s 1 in the width direction center) / widthwise center of curvature of the radii s 1) is more that is preferably 50% or less, 30% or less preferable.
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。
In the present embodiment, the coil C formed by subjecting the insulated
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。 Tensile test of insulated rectangular copper wires of Invention Examples 1 and 2 with no degradation of withstand voltage characteristics at the edge of bending when subjected to edgewise bending and comparative insulated copper wires of comparative examples with reduced withstand voltage properties The Vickers hardness measurement test, the surface roughness measurement test, the dimension measurement, and the metal structure observation and cross-sectional observation were performed. Inventive Examples 1 and 2 are insulated rectangular copper wires in which a block copolymer polyimide resin having a siloxane bond in the molecular skeleton is electrodeposited on a rectangular copper wire to form an insulating coating layer having a thickness of about 30 μm. Is a line. However, Invention Example 1 and Invention Example 2 are different from each other in the cross-sectional dimensions of the flat copper wire used. Invention Example 1 has a thickness of about 0.7 mm, width of about 14 mm, and Example 2 has a thickness of about 0.14 mm The width was about 19 mm.
（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、ＪＩＳ Ｃ３００２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。
(Tensile test)
About each of invention example 1 and 2 and a comparative example, the tension test was done based on JISC3002, and tensile strength, elongation, and 0.2% yield strength were measured.
結果を表１に示す。 The results are shown in Table 1.
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。 The tensile strength of Invention Example 1 was 235.7 MPa, Invention Example 2 was 228.3 MPa, and Comparative Example was 259.5 MPa.
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。 The elongation of Invention Example 1 was 41.6%, Invention Example 2 was 40.5%, and Comparative Example was 20.2%.
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。 The 0.2% proof stress was 78.1 MPa in Invention Example 1, 77.9 MPa in Invention Example 2, and 195.4 MPa in Comparative Example.
（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、ＪＩＳ Ｚ２２４４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。
(Vickers hardness measurement test)
About each of invention example 1 and 2 and a comparative example, the Vickers hardness measurement test was done based on JISZ2244, and Vickers hardness was measured.
結果を表２に示す。 The results are shown in Table 2.
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。 Vickers hardness was 56.0 HV in Invention Example 1, 55.8 HV in Invention Example 2, and 91.8 HV in Comparative Example.
（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、ＪＩＳ Ｂ０６０１に基づいて長さ方向に沿った算術平均粗さを測定した。
(Surface roughness measurement test)
For each of Invention Examples 1 and 2, and Comparative Example, the arithmetic average roughness along the length direction was measured based on JIS B0601.
結果を表３に示す。 The results are shown in Table 3.
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。 The arithmetic average roughness (Ra) was 1 μm for Invention Example 1, 1 μm for Invention Example 2, and 10 μm for Comparative Example.
（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。
(Dimension measurement)
For each of Invention Examples 1 and 2 and Comparative Example, the thickness of one end, the center and the other end at a length of 100 mm, and the width of the center were measured, and the cross-sectional area at the center was calculated.
結果を表４に示す。 The results are shown in Table 4.
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。 Invention Example 1 has a thickness of 0.701 mm at one end, 0.691 mm at the center, and 0.703 mm at the other end, and a center width of 14.066 mm and a center cross-sectional area of 9.815 mm. 2 .
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。 Invention Example 2 has a thickness of 0.143 mm at one end, 0.141 mm at the center, and 0.140 mm at the other end, and a center width of 19.041 mm and a center cross-sectional area of 2.685 mm. 2 .
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。 The comparative example has a thickness of 0.695 mm at one end, 0.699 mm at the center, and 0.701 mm at the other end, and a center width of 13.969 mm and a center cross-sectional area of 9.750 mm 2. Met.
（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、ＪＩＳ Ｃ ３２１６−５（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。
(Withstand voltage characteristics)
For each of Invention Examples 1 and 2 and Comparative Example, the AC breakdown voltage was measured by the B method metal foil method in accordance with JIS C 3216-5 (4. dielectric breakdown). That is, 1 cm of tin foil was wound around an insulated wire and measured between the conductor and tin foil. Then, an AC voltage generator was connected to each plate, the voltage was increased at a rate of 100 V per second, and the short-circuited voltage (leakage current value of 10 mA or more) was taken as the breakdown voltage. When the breakdown voltage was 2.0 kV or more, the test was accepted, and when the breakdown voltage was less than 2.0 kV, the test was rejected.
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。 As a result, Invention Examples 1 and 2 were acceptable, while Comparative Example was unacceptable.
（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。
(Metal structure observation and cross-sectional observation)
The metal structures of Invention Examples 1 and 2 were almost perfect equiaxed crystals, but the crystal structure of the Comparative Example was recrystallized and processed.
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。 Although the surfaces of Invention Examples 1 and 2 were formed smoothly along the length direction, the surface of the comparative example showed traces of shearing along the length direction.
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。 The cross sections of Invention Examples 1 and 2 were cross-sectionally oblong shapes (field track shapes) in which the cross-sectional outline of the side surface was a semicircular arc, but the cross-section of the comparative example was a quarter arc of the cross-sectional outline of the corner The cross section was a horizontally long rectangular shape.
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。 The present invention is useful for an insulated rectangular copper wire and a coil using the same.
１０ 絶縁平角銅線
１１ 平角銅線
１２ 絶縁被覆層
Ｃ コイル
10 Insulated
Claims (6)
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。 An insulated rectangular copper wire that is edgewise bent,
An insulated rectangular copper wire comprising: a rectangular copper wire formed of oxygen-free copper having a 0.2% proof stress of 150 MPa or less; and an insulating coating layer provided so as to cover the rectangular copper wire.
上記平角銅線の幅が２〜３０ｍｍである絶縁平角銅線。 Insulated rectangular copper wire according to claim 1,
An insulated rectangular copper wire having a width of 2 to 30 mm.
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。 In the insulated flat copper wire according to claim 1 or 2,
The flat copper wire is an insulated flat copper wire whose side cross-sectional outline is a convex curve outward.
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。 In the insulated flat copper wire according to any one of claims 1 to 3,
The rectangular copper wire is an insulated rectangular copper wire having an arithmetic average roughness (Ra) along the length direction of 5 μm or less.
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。 In the insulated rectangular copper wire according to any one of claims 1 to 4,
An insulated flat copper wire in which the insulating coating layer is formed of a polyimide resin.
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