JP3724922B2

JP3724922B2 - ポリイミド系絶縁塗料及び絶縁電線

Info

Publication number: JP3724922B2
Application number: JP15917297A
Authority: JP
Inventors: 善洋中澤; 慎一飯塚
Original assignee: Sumitomo Electric Wintec Inc
Current assignee: Sumitomo Electric Wintec Inc
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1997-06-02
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2017-06-02
Also published as: JPH10334735A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅導体との密着性に優れたポリイミド系絶縁塗料、及び該絶縁塗料を銅導体上に塗布、焼き付けて形成した絶縁皮膜を有する絶縁電線に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、機器の小型化、軽量化の要求に伴い、モーターについても小型かつ高出力のものが要求されている。これらの要求に応えるには、モーターのコアに従来よりも多くの絶縁電線（巻線）を巻き付けるか、大きな電流を流す必要がある。絶縁電線は、一般に、導体上に保護と絶縁のための絶縁皮膜が形成された構造を有している。モーターのコアに多くの絶縁電線を巻き付けるためには、コアのスロット内に多くの絶縁電線を無理に詰め込むことになるため、巻線工程で絶縁皮膜に損傷が生じる危険性がある。その結果、レアー不良やアース不良が発生するという問題がある。
【０００３】
一方、絶縁電線に大きな電流を流すと、導体の発熱により、絶縁電線の温度が上昇して、絶縁皮膜の軟化や劣化を引き起こし、やはりレアー不良やアース不良が発生するという問題がある。特に、近年注目されている電気自動車では、モーターの絶縁電線に１００Ａ程度の極めて大きな電流を流すため、前記の如き問題がますます顕著になっている。
絶縁電線としては、銅線などの銅導体上に、各種合成エナメルワニス（絶縁塗料）を塗布し、焼き付けて絶縁皮膜を形成した焼付線が汎用されている。したがって、前記の問題は、機械的強度と耐熱性に優れ、かつ、銅導体との密着性に優れた薄い絶縁皮膜を形成することができる絶縁塗料を使用することにより、解決することができる。
【０００４】
ところで、銅導体上に機械的強度と耐熱性に優れた絶縁皮膜を形成することができる絶縁塗料として、ポリイミドワニスが知られている。銅線上にポリイミドワニスを塗布、焼き付けしたポリイミド線は、機械的特性、化学的特性（耐薬品性、耐油性など）、熱的特性などに優れている。このようなポリイミドワニスとしては、例えば、１，２，４，５−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物（即ち、ピロメリット酸二無水物）と４，４′−ジアミノジフェニルエーテルとを反応させて得られるポリアミド酸（即ち、ポリイミド前駆体）を含有するエナメルワニス（市販品では、例えば、ＩＳＴ社製、商品名ＰｙｒｅＭＬワニス）が代表的なものである。
【０００５】
ところが、ポリイミド系樹脂は、銅導体との密着性が必ずしも充分ではなく、巻線工程で受ける衝撃や摩擦などにより絶縁皮膜が損傷を受けて、レアー不良やアース不良が発生するという問題があった。従来より、ポリエステルイミド、ポリエステルアミドイミド、ポリアミドイミド、ポリイミドなどのポリイミド系樹脂と銅導体との密着性を改善するために、密着性付与剤として、メラミン樹脂などのアミノ樹脂を添加する方法が提案されている（特開平２−４８８０号公報など）。メラミン樹脂は、メラミンとホルムアルデヒドとの反応生成物である。
しかしながら、本発明者らの検討結果によれば、メラミン樹脂を添加したポリイミドワニスを用いても、銅導体との密着性の改善効果は小さく、巻線工程での絶縁皮膜の損傷問題の解決にとっては、実用上満足できるものではないことが判明した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、機械的強度、耐熱性、耐薬品性などに優れると共に、銅導体との密着性が顕著に優れ、モーターの小型化や高出力化の要求に充分に応えることができる絶縁皮膜を形成することができるポリイミド系絶縁塗料を提供することにある。
本発明の他の目的は、機械的強度、耐熱性、耐薬品性などに優れると共に、銅導体との密着性が顕著に優れたポリイミド系絶縁皮膜が形成された絶縁電線を提供することにある。
本発明者らは、前記従来技術の問題点を克服するために鋭意研究した結果、ポリイミド系樹脂（ポリイミド前駆体）を含有する絶縁塗料にメラミンを特定割合で配合することにより、前記目的を達成できることを見いだし、その知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、テトラカルボン酸またはその無水物とジアミン化合物との重縮合により合成されたポリイミド前駆体からなるポリイミド系樹脂と溶剤とを含有するポリイミド系絶縁塗料において、該ポリイミド系樹脂１００重量部に対して、メラミン０．３〜１５重量部を添加してなることを特徴とするポリイミド系絶縁塗料が提供される。
また、本発明によれば、銅導体上にポリイミド系絶縁塗料を塗布し、焼き付けた絶縁電線において、該ポリイミド系絶縁塗料が、テトラカルボン酸またはその無水物とジアミン化合物との重縮合により合成されたポリイミド前駆体からなるポリイミド系樹脂と溶剤とを含有し、かつ、該ポリイミド系樹脂１００重量部に対して、メラミン０．３〜１５重量部を添加してなるポリイミド系絶縁塗料であることを特徴とする絶縁電線が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明で使用するポリイミド系樹脂としては、ポリイミド前駆体を挙げることができる。ポリイミド前駆体は、機械的強度や耐熱性、耐薬品性などの観点から好ましい。
ポリイミド前駆体は、一般に、酸成分としてテトラカルボン酸またはその無水物を用い、アミン成分としてジアミン化合物を用いて、両者を無水の条件下、極性有機溶媒中、０〜１００℃で重縮合することにより合成されるものであって、ポリアミド酸またはポリアミック酸とも呼ばれている。ポリイミド前駆体を含有するポリイミドワニスを銅導体上に塗布し、焼き付けると、ポリアミド酸が脱水閉環してポリイミドとなる。
【０００９】
テトラカルボン酸またはその無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、３，３′，４，４′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ベンゼン−１，２，３，４−テトラカルボン酸二無水物、ナフタレン−２，３，６，７−テトラカルボン酸二無水物、３，３′，４，４′−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２″，３，３″−ｐ−テルフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）−プロパン二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）メタン二無水物、３，３′，４，４′−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸二無水物。フェナンスレン−１，２，７，８−テトラカルボン酸二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物；シクロペンタン−１，２，３，４−テトラカルボン酸二無水物などの脂環式酸無水物；ピラジン−２，３，５，６−テトラカルボン酸二無水物などの複素環誘導体などが挙げられる。これらの酸成分は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００１０】
ジアミン化合物としては、例えば、２，２−ジ（ｐ−アミノフェニル）−６，６′−ビスベンゾオキサゾール、ｍ−フェニレンジアミン、４，４′−ジアミノジフェニルプロパン、２，２−ビス〔４−（４−アミノフェノキシ）フェニル〕プロパン、４，４′−ジアミノジフェニルスルホン、４，４′−ジアミノジフェニルエーテル、ベンジジン、４，４″−ジアミノ−ｐ−テルフェニル、ｐ−ビス（２−メチル−４−アミノペンチル）ベンゼン、１，５−ジアミノナフタレン、２，４−ジアミノトルエン、ｍ−キシレン−２，５−ジアミン、ｍ−キシリレンジアミンなどの芳香族ジアミン；ピペラジン、メチレンジアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミンなどの脂肪族ジアミンなどが挙げられる。これらのアミン成分は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００１１】
溶剤としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、テトラメチル尿素、ヘキサエチルりん酸トリアミド、γ−ブチロラクトンなどの極性有機溶剤が挙げられる。
これらの極性有機溶剤のほかには、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロへキサノンなどのケトン類；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、蓚酸ジエチルなどのエステル類；ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類；ジクロロメタン、クロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類；ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素類；クレゾール、クロルフェノールなどのフェノール類；ピリジンなどの第３級アミン類などが挙げられる。
これらの溶剤は、それぞれ単独で、あるいは２種以上を組み合わせて使用することができる。溶剤の使用量は、少なくともポリイミド系樹脂などの各成分を均一に溶解ないしは分散するに足る量である。
【００１２】
本発明では、ポリイミド前駆体からなるポリイミド系樹脂の銅導体に対する密着性を改善するために、該ポリイミド系樹脂と溶剤とを含有するポリイミド系絶縁塗料に、メラミン（すなわち、２，４，６−トリアミノトリアジン；Ｃ_３Ｎ_６Ｈ_６）を添加する。メラミンの使用割合は、ポリイミド系樹脂（ポリイミド前駆体を含む）１００重量部に対して、０．３〜１５重量部、好ましくは０．５〜１０重量部である。メラミンの使用割合が小さすぎると、銅導体への密着性改善効果が小さく、大きすぎると、耐熱性、機械的物性などが低下したり、劣化しやすくなるおそれが生じる。
【００１３】
本発明のポリイミド系絶縁塗料には、必要に応じて、フィラー、酸化防止剤、硬化性改善剤、レベリング剤、接着助剤などの各種添加剤を含有させることができる。フィラーとしては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、炭化ケイ素、炭化チタン、炭化ホウ素、タングステンカーバイド、窒化ホウ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。絶縁塗料の硬化性や流動性を改善するために、例えば、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート、テトラヘキシルチタネートなどチタン系化合物；ナフテン酸亜鉛、オクテン酸亜鉛などの亜鉛系化合物；などを添加することができる。これらの各種添加剤は、それぞれの機能に応じて、適宜の量比で添加することができる。
【００１４】
本発明のポリイミド系絶縁塗料は、例えば、溶媒中でテトラカルボン酸二無水物とジアミン化合物とを重合反応させてポリイミド前駆体とし、次いで、メラミンを添加し、必要に応じて溶剤で希釈することにより得ることができる。また、本発明のポリイミド系絶縁塗料は、市販のポリイミドワニスにメラミンを添加することにより調製することもできる。その際、その他の添加剤は、必要に応じて添加することができる。ポリイミド系絶縁塗料におけるポリイミド系樹脂の濃度は、通常、１〜６０重量％、好ましくは５〜５０重量％、より好ましくは１０〜４０重量％程度である。
【００１５】
銅導体上へのポリイミド系絶縁塗料の塗布・焼き付けは、常法に従って行うことができる。本発明の目的を損なわない範囲において、他の絶縁皮膜を下塗りしたり、保護皮膜を上塗りしたりすることもできる。焼き付け後の絶縁皮膜の厚みは、通常、５〜１００μｍ、好ましくは１０〜８０μｍ、より好ましくは１５〜５０μｍ程度である。銅導体としては、通常、銅線が用いられる。
本発明の絶縁電線は、焼き付けしたポリイミド系樹脂皮膜と銅導体との密着性に優れており、巻線工程で損傷を受けにくいため、モーターのコアに多くの絶縁電線を巻き付けることができる。また、本発明の絶縁電線は、ポリイミド系樹脂皮膜が本来有している耐摩耗性などの機械的物性、耐熱性、耐薬品性、耐油性などの諸物性が保持されている。
【００１６】
【実施例】
以下に実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１７】
［実施例１］
ＰｙｒｅＭＬワニス（ＩＳＴ製）１０００ｇ（樹脂分１５重量％）に、メラミン（日産化学製、微粉末メラミン）１．５ｇ（樹脂１００重量部当たり１．０重量部）を加え、室温にて１時間攪拌することにより、絶縁塗料を調製した。
上記絶縁塗料を、直径１．３ｍｍの銅導体表面に、常法により塗布し、４００℃で３０秒間焼き付けすることにより、厚み２５μｍの絶縁皮膜を有する絶縁電線を作製した。
【００１８】
［比較例１］
絶縁塗料として、ＰｙｒｅＭＬワニスをそのまま用いたこと以外は、実施例１と同様にして絶縁電線を作製した。
【００１９】
［比較例２］
絶縁塗料として、ＰｙｒｅＭＬワニス１０００ｇに、メラミン樹脂（住友化学製Ｍ−１００Ｃ）を１．５ｇ（樹脂１００重量部当たり１．０重量部）を加え、室温にて１時間攪拌することにより得た絶縁塗料を用いたこと以外は、実施例１と同様にして絶縁電線を作製した。
【００２０】
＜耐加工性簡易評価法＞
以上によって作製した各絶縁電線について、巻線工程で絶縁皮膜が受ける衝撃を模擬した耐加工性簡易評価法により評価した。
図１に示すように、絶縁電線１を金属製の壁２に押し当て、金属棒３の一端を絶縁電線の絶縁皮膜上に接触させる。金属棒３が絶縁皮膜に接触するエッジ４の形状は、１．３Ｒのアールを持たせてある。金属棒３を上からＦの力で押え（Ｆ＝１．５〜２．０ｋｇ）、次に、絶縁電線１を矢印５方向にＶの速度（Ｖ＝８ｍｍ／秒）で引っ張り、５ｍｍの長さだけ移動させる。絶縁電線１と金属棒３との角度θは、４５°とした。
【００２１】
次に、上記のようにして、絶縁電線の絶縁皮膜に損傷を与えた後、図２に示すように、傷６を持つ絶縁電線１を３重量％の食塩水７の中に浸漬し、３Ｖの電流を通して、電流計８により、漏れ電流（ｍＡ）を測定した。漏れ電流の大きさが大きいほど、絶縁皮膜の損傷が大きく、銅導体に対する絶縁皮膜の密着性が悪いことを示す。したがって、漏れ電流の測定値が小さいほど、絶縁皮膜の銅導体に対する密着性に優れていることを示す。結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】

【００２３】
表１の結果から明らかなように、添加剤を入れない場合（比較例１）には、漏れ電流の値は大きく、また、従来のメラミン樹脂を添加した場合（比較例２）には、漏れ電流の値がそれほど小さくなっておらず、いずれも耐加工性（密着性）が不充分であることがわかる。これに対して、メラミンを添加した場合（実施例１）には、漏れ電流の値が著しく小さくなっており、耐加工性（密着性）が顕著に改善されている。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、機械的強度、耐熱性、耐薬品性などに優れると共に、銅導体との密着性が顕著に優れた絶縁皮膜を形成することができるポリイミド系絶縁塗料が提供される。また、本発明によれば、機械的強度、耐熱性、耐薬品性などに優れると共に、銅導体との密着性が顕著に優れたポリイミド系絶縁皮膜が形成された絶縁電線が提供される。本発明の絶縁電線は、モーターの小型化や高出力化の要求に充分に応えることがでる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、絶縁電線の耐加工性簡易評価法を示す説明図である。
【図２】図２は、絶縁電線の漏れ電流の評価法を示す説明図である。
【符号の説明】
１：絶縁電線
２：壁（金属製）
３：金属棒
４：金属エッジ（１．３Ｒ）
５：絶縁電線を引っ張る方向
６：絶縁皮膜につけられた傷
７：３％食塩水
８：電流計

Claims

テトラカルボン酸またはその無水物とジアミン化合物との重縮合により合成されたポリイミド前駆体からなるポリイミド系樹脂と溶剤とを含有するポリイミド系絶縁塗料において、該ポリイミド系樹脂１００重量部に対して、メラミン０．３〜１５重量部を添加してなることを特徴とするポリイミド系絶縁塗料。
銅導体上にポリイミド系絶縁塗料を塗布し、焼き付けた絶縁電線において、該ポリイミド系絶縁塗料が、テトラカルボン酸またはその無水物とジアミン化合物との重縮合により合成されたポリイミド前駆体からなるポリイミド系樹脂と溶剤とを含有し、かつ、該ポリイミド系樹脂１００重量部に対して、メラミン０．３〜１５重量部を添加してなるポリイミド系絶縁塗料であることを特徴とする絶縁電線。