JP5166715B2

JP5166715B2 - 絶縁電線用塗料及びそれを用いた絶縁電線

Info

Publication number: JP5166715B2
Application number: JP2006260508A
Authority: JP
Inventors: 雄三行森; 英行菊池
Original assignee: 日立マグネットワイヤ株式会社
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2006-09-26
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2026-09-26
Also published as: JP2008084575A

Description

本発明は、絶縁電線用塗料及びそれを用いた絶縁電線、例えばモータ等の電気機器に用いられる絶縁電線に関するものである。

近年電気機器では、小型軽量化、高効率化等の要求が年々高まってきており、モータにおいても同様のことが要求されている。この要求に応える為、モータのコアにより多くの絶縁電線を巻き付けることがなされている。しかし、絶縁電線を多く巻き付ける程に、巻線工程にて絶縁電線に加わるストレスが大きくなり、絶縁電線の絶縁皮膜が損傷を受け、結果としてレアショートなどの絶縁不良に至る恐れがある。よって、これら電気機器のモータに使用される絶縁電線には、ストレスが大きくなっても絶縁皮膜に損傷が生じない機械強度が要求される。

機械強度を向上させる方法として、絶縁電線用塗料中にワックス成分を添加、もしくはワックスを絶縁電線表面に塗布し、自己潤滑性を付与する方法や、絶縁電線用塗料中に絶縁皮膜と導体との密着性を向上させる成分を添加する方法が一般的である。

絶縁皮膜と導体との密着性を向上させる成分としては、メルカプタン類、チアゾール類、メラミン類、シアノ化合物類、ポリカルボジイミド樹脂類等が知られている（例えば、特許文献１〜４等）。

特開平２−２１８７２２号公報特開２００２−３８００８号公報特開平８−２１８００７号公報特開平２−５８５６７号公報

しかしながら、これらの成分を添加した絶縁皮膜は、全て熱劣化を受けることにより密着性が著しく低下し、絶縁強度を維持することに問題があった。

その原因として、前述の成分は、導体との金属錯体を作ることで密着性を向上させているが、金属錯体部の結合が熱に弱く、熱劣化により分子鎖の切断が起こることにより、密着性が著しく低下してしまうと考えられる。

そこで本発明の目的は、絶縁皮膜と導体との密着性を向上させ、且つ熱劣化による密着性の低下を抑制した絶縁電線用塗料及びそれを用いた絶縁電線を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、銅線からなる導体上に絶縁皮膜を有する絶縁電線を形成すべく、その導体に塗布、焼付けするための絶縁電線用塗料において、ポリエステルイミド樹脂塗料に、分子中にジチオ結合を有する化合物を上記樹脂塗料１００重量部に対し０．５重量部の割合で添加したことを特徴とする絶縁電線用塗料である。

請求項２の発明は、上記化合物が、以下の化学式(1)で表される請求項１記載の絶縁電線用塗料である。
Ｘ−Ｓ−Ｓ−Ｙ …(1)
（Ｓは硫黄原子、−Ｓ−Ｓ−はジチオ結合、Ｘ及びＹはそれぞれアルキル基、ベンゼン環、又は複素環）

請求項３の発明は、上記化合物が、２，２’−ジチオ二安息香酸又はジチオプロピオン酸である請求項１又は２記載の絶縁電線用塗料である。

請求項４の発明は、上記化合物を溶媒に溶解させてなる溶液を樹脂塗料に添加、混合した請求項１から３いずれかに記載の絶縁電線用塗料である。

請求項５の発明は、銅線からなる導体上に、請求項１から４いずれかに記載の絶縁電線用塗料を塗布、焼付けしてなる絶縁皮膜を設けたことを特徴とする絶縁電線である。

請求項６の発明は、上記絶縁皮膜上に、汎用絶縁塗料を塗布、焼付けしてなる汎用皮膜を設けた請求項５記載の絶縁電線である。

請求項７の発明は、上記絶縁皮膜上に、自己潤滑絶縁塗料を塗布、焼付けしてなる自己潤滑皮膜を設けた請求項５記載の絶縁電線である。

請求項８の発明は、上記汎用皮膜上に上記自己潤滑皮膜を設けた請求項６記載の絶縁電線である。

本発明の絶縁電線用塗料及びそれを用いた絶縁皮膜は、電気特性、機械特性等を維持しつつ、導体との密着性、耐摩耗性に優れている。よって、本発明の絶縁電線用塗料を用いた絶縁電線は、その巻線工程において、絶縁電線に加わるストレスが大きくなっても、絶縁皮膜が損傷を受ける恐れがなく、モータに対する小型軽量化、高効率化等の要求に対応でき、工業上有用である。

以下本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。

本実施の形態に係る絶縁電線用塗料は、図１に示す絶縁電線の導体１上に設けられる絶縁皮膜層２を構成するものであり、樹脂塗料に、分子中に以下の化学式(1)で表されるジチオ結合を有する化合物を添加したものである。この化合物の添加量は、樹脂塗料（正確には樹脂塗料の樹脂分）１００重量部に対し０．００１〜１０．０重量部とされる。
Ｘ−Ｓ−Ｓ−Ｙ …(1)
（Ｓは硫黄原子、−Ｓ−Ｓ−はジチオ結合、Ｘ及びＹはそれぞれアルキル基、ベンゼン環、又は複素環）

上記の樹脂塗料としては、ポリエステル系塗料、ポリウレタン系塗料、ポリエステルイミド系塗料、ポリイミド系塗料等といった従来公知、慣用の種々の汎用絶縁塗料を適用することができる。特に、ポリエステルイミド系塗料の１つであるトリス（２−ヒドロキシエチル）イソシアヌレート変性ポリエステルイミドが、分子中にジチオ結合を有する化合物を添加した際の効果が大きく、好適である。

分子中にジチオ結合を有する化合物としては、例えば、２，２’−ジチオ二安息香酸、ジチオグリコール酸、ジチオプロピオン酸、ジ−２−ベンゾチアゾルジスルフィドや、ジチオ結合を有するポリマー等が挙げられるが、特にこれに限定されない。

化合物の添加量は、樹脂塗料１００重量部に対し０．００１〜１０．０重量部、特に０．１〜３．０重量部が好ましい。化合物の添加量が０．００１重量部よりも少ない場合では、絶縁皮膜の導体に対する密着性向上効果が十分に得られず、不十分となる恐れがある。また、化合物の添加量が１０．０重量部を超える場合では、絶縁電線用塗料の粘度上昇や絶縁皮膜の機械特性などを低下させる恐れがあるためである。

樹脂塗料に化合物を添加する方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、樹脂塗料に化合物を直接混合する方法や、化合物を適当な溶媒に溶解させた溶液を樹脂塗料に混合する方法などがある。

導体１としては、モータなどの電子機器に用いられる絶縁電線に慣用的に用いられているものが適用可能である。

本実施の形態に係る絶縁電線用塗料を用いた絶縁電線は、図１に示すように、導体１上に絶縁皮膜層２、汎用皮膜層３を設けてなるものである。この絶縁電線の製造方法の一例を、以下に示す。

先ず、分子中にジチオ結合を有する化合物、例えば２，２’−ジチオ二安息香酸を溶媒に溶解させて溶液を作製する。例えば、この溶解時、溶媒に対する化合物の重量比が１０〜３０重量％となるように調整する。

次に、樹脂塗料１００重量部、例えばポリエステルイミド系塗料の樹脂分１００重量部に対し、２，２’−ジチオ二安息香酸の割合が０．００１〜１０．０重量部となるように溶液を添加、混合し、絶縁電線用塗料を作製する。

この絶縁電線用塗料を、導体１上に塗布、焼き付けし、絶縁皮膜層２を形成する。次いで、この絶縁皮膜層２上に、例えばポリアミドイミド系塗料を塗布、焼き付けして汎用皮膜層３を形成することにより、本実施の形態に係る絶縁電線が得られる。

ここで、絶縁皮膜層２及び汎用皮膜層３の層厚は、導体１の直径、エナメル線に必要とされる電気絶縁性、耐熱性などに応じて適宜選択、決定されるものであり、特に限定されるものではない。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る絶縁電線用塗料は、樹脂塗料に分子中にジチオ結合を有する化合物を添加したものである。このジチオ結合は熱に弱い（安定性が低い）ため、この絶縁電線用塗料を導体１に塗布した後、焼付けする時の熱により、化合物の一部のジチオ結合が分解してメルカプト化し、メルカプト基を作製（生成）する。このメルカプト基生成の化学反応を以下に示す。
Ｘ−Ｓ−Ｓ−Ｙ → Ｘ−ＳＨＨＳ−Ｙ
（Ｓは硫黄原子、ＳＨ，ＨＳはメルカプト基、−Ｓ−Ｓ−はジチオ結合、Ｘ及びＹはそれぞれアルキル基、ベンゼン環、又は複素環）
この生成したメルカプト基と導体１の表面の酸化層とが配位結合して金属錯体が形成され、これにより、絶縁皮膜２と導体１との密着性が向上すると考えられる。

化合物の一部（残部）は、ジチオ結合としてそのまま残留しているが、その残留ジチオ結合が熱劣化により分解してメルカプト基を新たに生成する。この新たに生成したメルカプト基が、新たな金属錯体を形成し、これによって密着性の低下が抑制されると考えられる。

その結果、本実施の形態に係る絶縁電線用塗料の絶縁皮膜層２を有する絶縁電線は、絶縁皮膜層２と導体１との密着性が高く、且つ、熱劣化による密着性の低下もないことから、常態及び熱劣化後の密着性のいずれもが良好である。また、本実施の形態に係る絶縁電線の可とう性、耐摩耗性、塗料安定性は、従来と同等又はそれ以上といずれも良好である。

よって、本実施の形態に係る絶縁電線は、巻線工程において、絶縁電線に加わるストレスが大きくなっても、絶縁皮膜層２が損傷を受ける恐れがなく、すなわちレアショートなどの絶縁不良に至る恐れがなく、モータに対する小型軽量化、高効率化等の要求に対応でき、工業上有用である。

本実施の形態においては、汎用皮膜層３の材料としてポリアミドイミド系塗料を用いた場合を例に挙げて説明を行ったが、ポリエステル系塗料、ポリウレタン系塗料、ポリエステルイミド系塗料、ポリイミド系塗料などの汎用電線用塗料を用いても同様の効果が得られる。

また、図１に示した汎用皮膜層３の代わりに、図２に示す自己潤滑性を有する塗料からなる自己潤滑皮膜層４を形成してもよい。これにより、汎用皮膜層３の場合と比べて、絶縁電線表面の滑り性、耐摩耗性が向上するため、前述した効果に加え、コイル巻線形成時の高速度による巻線形成にも耐えられると共に、コイル占積率を向上させることができる。

さらに、耐傷性や耐熱性を向上させるために、図３に示すように、汎用皮膜層３を中間層とし、最外層に自己潤滑皮膜層４を形成した構造とすることによっても、図１に示した汎用皮膜層３の良好な耐熱性を確保しつつ、図２に示した自己潤滑皮膜層４の滑り性、耐摩耗性向上効果を得ることができる。

次に、本発明である絶縁電線用塗料とそれを導体上に塗布、焼き付けしてなる図１に示した本発明の絶縁電線の実施例、並びに比較例について説明する。

導線として、φ０．８ｍｍの軟銅線を用いた。また、エナメル塗料として、ポリエステルイミド樹脂塗料（ＥＨ−４０２、大日精化工業株式会社）、ポリアミドイミド樹脂塗料（ＨＩ−４０６、日立化成工業株式会社）を用いた。

（実施例１）
先ず、ジチオ類である２，２’−ジチオ二安息香酸をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに重量比が２０重量％となるように溶解させ、溶液を作製した。次に、ポリエステルイミド樹脂塗料の樹脂分１００重量部に対し、２，２’−ジチオ二安息香酸が０．５重量部となるように溶液を添加、混合し、絶縁電線用塗料を作製した。

この絶縁電線用塗料を、φ０．８ｍｍの軟銅線上に皮膜厚さが２０μｍとなるように塗布、焼き付けし、絶縁皮膜層を形成した。次いで、この絶縁皮膜層上にポリアミドイミド樹脂塗料を皮膜厚さが７μｍとなるように塗布、焼き付けして汎用皮膜層を形成することにより、実施例１の絶縁電線を作製した。

（実施例２）
先ず、ジチオ類であるジチオプロピオン酸をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに重量比が２０重量％となるように溶解させ、溶液を作製した。次に、ポリエステルイミド樹脂塗料の樹脂分１００重量部に対し、ジチオプロピオン酸が０．５重量部となるように溶液を添加、混合し、絶縁電線用塗料を作製した。

この絶縁電線用塗料を、φ０．８ｍｍの軟銅線上に皮膜厚さが２０μｍとなるように塗布、焼き付けし、絶縁皮膜層を形成した。次いで、この絶縁皮膜層上にポリアミドイミド樹脂塗料を皮膜厚さが７μｍとなるように塗布、焼き付けして汎用皮膜層を形成することにより、実施例２の絶縁電線を作製した。

（比較例１）
先ず、ジチオ類である２，２’−ジチオ二安息香酸をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに重量比が２０重量％となるように溶解させ、溶液を作製した。次に、ポリエステルイミド樹脂塗料の樹脂分１００重量部に対し、２，２’−ジチオ二安息香酸が１５重量部となるように溶液を添加、混合し、絶縁電線用塗料を作製した。

この絶縁電線用塗料を、φ０．８ｍｍの軟銅線上に皮膜厚さが２０μｍとなるように塗布、焼き付けし、絶縁皮膜層を形成した。次いで、この絶縁皮膜層上にポリアミドイミド樹脂塗料を皮膜厚さが７μｍとなるように塗布、焼き付けして汎用皮膜層を形成することにより、比較例１の絶縁電線を作製した。

（比較例２）
先ず、ジチオ類である２，２’−ジチオ二安息香酸をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに重量比が２０重量％となるように溶解させ、溶液を作製した。次に、ポリエステルイミド樹脂塗料の樹脂分１００重量部に対し、２，２’−ジチオ二安息香酸が０．０００５重量部となるように溶液を添加、混合し、絶縁電線用塗料を作製した。

この絶縁電線用塗料を、φ０．８ｍｍの軟銅線上に皮膜厚さが２０μｍとなるように塗布、焼き付けし、絶縁皮膜層を形成した。次いで、この絶縁皮膜層上にポリアミドイミド樹脂塗料を皮膜厚さが７μｍとなるように塗布、焼き付けして汎用皮膜層を形成することにより、比較例２の絶縁電線を作製した。

（比較例３）
先ず、メルカプタン類であるチオ安息香酸をＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミドに重量比が２０重量％となるように溶解させ、溶液を作製した。次に、ポリエステルイミド樹脂塗料の樹脂分１００重量部に対し、チオ安息香酸が０．５重量部となるように溶液を添加、混合し、絶縁電線用塗料を作製した。

この絶縁電線用塗料を、φ０．８ｍｍの軟銅線上に皮膜厚さが２０μｍとなるように塗布、焼き付けし、絶縁皮膜層を形成した。次いで、この絶縁皮膜層上にポリアミドイミド樹脂塗料を皮膜厚さが７μｍとなるように塗布、焼き付けして汎用皮膜層を形成することにより、比較例３の絶縁電線を作製した。

（比較例４）
先ず、φ０．８ｍｍの軟銅線上に、ポリエステルイミド樹脂塗料を皮膜厚さが２０μｍとなるように塗布、焼き付けし、絶縁皮膜層を形成した。次いで、この絶縁皮膜層上にポリアミドイミド樹脂塗料を皮膜厚さが７μｍとなるように塗布、焼き付けして汎用皮膜層を形成することにより、比較例４の絶縁電線を作製した。

（絶縁電線の特性試験）
実施例及び比較例の各絶縁電線を用い、それぞれ以下の試験を行った。

可とう性、耐摩耗性は、ＪＩＳＣ３００３に準じて試験を行い、評価を行った。

密着性は、直線状サンプルを同軸上の２５０ｍｍ離れた２つのクランプに固定し、サンプルの長さ方向に平行な２辺の皮膜を導体に達するまで取り除く。その後、一方のクランプを回転させ、皮膜が浮いた時点での回転数を測定した。密着性は、常態及び熱劣化後（劣化条件：１６０℃×６ｈ）の両方について試験を行った。

塗料安定性は、絶縁電線用塗料を作製した後、７日間室内にて放置し、その後、目視にて調査した。

このようにして得られた実施例及び比較例の各絶縁電線の特性試験結果を表１に示す。

表１より、実施例１，２は、比較例４と比較して、可とう性等の低下がなく、密着性及び耐摩耗性が共に向上しており、且つ熱劣化後の密着性の低下も抑制されていた。また、実施例１，２は、塗料安定性も良好であった。

これに対して、比較例１及び比較例３は、比較例４と比較して、常態の密着性及び耐摩耗性が共に向上していた。しかしながら、比較例１は、化合物の添加量が１５重量部と多すぎることから、可とう性、熱劣化後の密着性、塗料安定性がそれぞれ低下している。また、比較例３は、化合物として添加しているのがメルカプタン類化合物であることから、熱劣化後の密着性が低下していた。

また、比較例２は、化合物の添加量が０．０００５重量部と少なすぎることから、比較例４と比較して、常態及び熱劣化後の密着性、耐摩耗性共に向上が見られなかった。

本発明の好適一実施の形態に係る絶縁電線の横断面図である。図１の変形例である。図１の他の変形例である。

符号の説明

１導体
２絶縁皮膜層

Claims

銅線からなる導体上に絶縁皮膜を有する絶縁電線を形成すべく、その導体に塗布、焼付けするための絶縁電線用塗料において、ポリエステルイミド樹脂塗料に、分子中にジチオ結合を有する化合物を上記樹脂塗料１００重量部に対し０．５重量部の割合で添加したことを特徴とする絶縁電線用塗料。
上記化合物が、以下の化学式(1)で表される請求項１記載の絶縁電線用塗料。
Ｘ−Ｓ−Ｓ−Ｙ …(1)
（Ｓは硫黄原子、−Ｓ−Ｓ−はジチオ結合、Ｘ及びＹはそれぞれアルキル基、ベンゼン環、又は複素環）
上記化合物が、２，２’−ジチオ二安息香酸又はジチオプロピオン酸である請求項１又は２に記載の絶縁電線用塗料。
上記化合物を溶媒に溶解させてなる溶液を樹脂塗料に添加、混合した請求項１から３いずれかに記載の絶縁電線用塗料。
銅線からなる導体上に、請求項１から４いずれかに記載の絶縁電線用塗料を塗布、焼付けしてなる絶縁皮膜を設けたことを特徴とする絶縁電線。
上記絶縁皮膜上に、汎用絶縁塗料を塗布、焼付けしてなる汎用皮膜を設けた請求項５記載の絶縁電線。
上記絶縁皮膜上に、自己潤滑絶縁塗料を塗布、焼付けしてなる自己潤滑皮膜を設けた請求項５記載の絶縁電線。
上記汎用皮膜上に上記自己潤滑皮膜を設けた請求項６記載の絶縁電線。