绝缘电线及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种绝缘被覆对导体的密合性高并且绝缘特性优异的绝缘电线，及其制造方法。一种绝缘电线，其为具备包含铜的铜导体、以及形成于铜导体的外周上并且由包含熔点或软化点为220℃以上的工程塑料的树脂组合物形成的绝缘被覆物的绝缘电线，铜导体在表面具有厚度5nm以上300nm以下的氧化覆膜。
【专利说明】绝缘电线及其制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及绝缘电线及其制造方法。
【背景技术】
[0002]旋转电机、变压器等电气设备具有线圈。线圈使用绝缘电线形成，并且通过将绝缘电线卷绕于芯部而形成。绝缘电线通常为如下的结构:在具有与线圈的用途、形状相吻合的剖面形状(例如，大致圆形形状、大致矩形形状)的导体的外周，具备单层或者多层的绝缘被覆物。绝缘被覆物利用如下方法而形成:将通过将树脂溶解于有机溶剂而得到的绝缘涂料涂布于导体上而进行烧结的方法、将预先配制的树脂组合物挤出被覆于导体上的方法等。
[0003]近年来，对电气设备提出了小型化的要求，电气设备中的线圈有进行小型化的倾向。为了实现线圈的小型化，将绝缘电线以高张力且高密度地卷绕于小径的芯部，提高绝缘电线的体积占有率(占積率)。例如，在使用具备具有大致矩形形状剖面的导体(以下，亦称为扁平导体)的绝缘电线的情况下，通过将拉长了的绝缘电线沿着边缘(edgewise)弯曲而卷绕于小径的芯部，从而提高绝缘电线的体积占有率，将线圈小型化。这样，将线圈进行小型化的情况下，由于对绝缘电线施加严酷的加工应力，因而要求该绝缘被覆物具有可耐受严酷的加工应力那样的高的机械特性。
[0004]另外，对于电气设备提出了高效率化、高输出功率化的要求，正在发展变压器控制、高电压化。由此，线圈的运转温度与以前相比有升高的倾向，要求绝缘被覆物具有高的耐热性。而且，由于线圈遭受变压器浪涌电压等较高的电压，因而局部放电的发生增加，因此对于绝缘被覆物要求局部放电起始电压高，绝缘特性优异。
[0005]作为应对于这些要求的绝缘被覆物，已知有由聚苯硫醚(polyphenylenesulfide,以下亦称为PPS)等工程塑料形成的绝缘被覆物。但是，由PPS等形成的绝缘被覆物与导体的密合性低，因而难以直接形成于导体。这是由于，若绝缘被覆物的密合性低，则在将绝缘电线加工为线圈时，发生被覆物浮起(被覆浮t)、在绝缘被覆物中产生裂纹等。
[0006]由此，PPS等隔着由其它树脂形成的树脂层形成在导体上(例如参照专利文献I)。在专利文献I中提出了一种在导体上顺次形成有至少I层釉质烧结层和由PPS等形成的至少I层绝缘被覆物而得到的耐变压器浪涌绝缘导线。根据专利文献I，关于绝缘导线，通过在介于导体与绝缘被覆物之间存在有釉质烧结层，从而不会降低导体与绝缘被覆物的粘接强度，能够获得高的局部放电起始电压(900VP左右)以及耐热性。另外，通过在介于釉质烧结层与绝缘被覆物之间进一步存在有粘接层，可进一步提高粘接强度。
[0007]然而，在专利文献I中，釉质烧结层与绝缘被覆物的形成方法大不相同，因而存在制造工序容易变得繁杂并且制造成本增大这样的问题。另外，在间介存在有粘接层的情况下，存在制造成本进一步增大这样的问题。
[0008]关于这点，也提出了在不间介存在有釉质烧结层、粘接层而在导体上直接形成绝缘被覆物的情况下，也可提高绝缘被覆物对导体的密合性的方法(例如参照专利文献2)。根据专利文献2，在导体上直接形成绝缘被覆物而形成了绝缘电线之后，将绝缘电线重新加热，将绝缘被覆物进行再熔融从而在确保了树脂与导体接触的基础上进行固化，从而可提高绝缘被覆物对导体的密合性。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1:日本特许第4177295号公报
[0012]专利文献2:日本特开2012-84256号公报
【发明内容】
[0013]发明要解决的课题
[0014]但是，就专利文献2的绝缘电线而言，绝缘被覆物对导体的密合性高，但是形成的绝缘被覆物存在厚度不均匀、绝缘特性低这样的问题。若将绝缘电线加热而使绝缘被覆物再熔融，则熔融的树脂从导体的表面流动，在树脂流动的状态下进行固化，绝缘被覆物的厚度有时会变得不均匀。特别是，对于具备扁平导体的绝缘电线的情况，一方面在扁平导体的角部树脂流动而变薄，另一方面在平面部树脂从角部流过来而变厚，从而绝缘被覆物的厚度变得不均匀。绝缘被覆物的厚度不均匀时，绝缘电线的局部放电起始电压降低，难以获得高的绝缘特性。对此，若不对绝缘电线进行加热，则可抑制绝缘特性的降低，但是由于绝缘被覆物对导体的密合性低，因而在加工为线圈时发生被覆物浮起、裂纹等。
[0015]这样一来，在使用PPS等形成绝缘被覆物的情况下，难以兼顾高的绝缘特性以及与导体的密合性。
[0016]本发明鉴于上述课题而作出，其目的在于提供一种绝缘被覆物对导体的密合性高并且绝缘特性优异的绝缘电线。
[0017]用于解决问题的方案
[0018]本发明的第I实施方式提供一种绝缘电线，其为具备包含铜的铜导体、以及形成于前述铜导体的外周上并且由包含熔点或软化点为220°C以上的工程塑料的树脂组合物形成的绝缘被覆物的绝缘电线，前述铜导体在表面具有厚度5nm以上300nm以下的氧化覆膜。
[0019]本发明的第2实施方式提供第I实施方式的绝缘电线，其中，前述氧化覆膜含有90%以上的氧化铜。
[0020]本发明的第3实施方式提供一种绝缘电线的制造方法，其为具备包含铜的铜导体、以及形成于前述铜导体的外周上并且由包含熔点或软化点为220°C以上的工程塑料的树脂组合物形成的绝缘被覆物的绝缘电线的制造方法，其具有如下工序:对前述铜导体进行加热、在前述铜导体的表面形成厚度5nm以上300nm以下的氧化覆膜的氧化覆膜形成工序，以及在前述氧化覆膜的表面挤出被覆前述树脂组合物、形成前述绝缘被覆物的绝缘被覆物形成工序。
[0021 ] 本发明的第4实施方式提供第3实施方式的绝缘电线的制造方法，其中，前述氧化覆膜形成工序中，以前述工程塑料的熔点或软化点以上的温度对前述铜导体进行加热。
[0022]发明的效果
[0023]根据本发明可获得绝缘被覆物对导体的密合性高并且绝缘特性优异的绝缘电线。【专利附图】
【附图说明】[0024]图1为表示本发明的一个实施方式的绝缘电线的剖面的图。
[0025]附图标记说明
[0026]I绝缘电线
[0027]10铜导体
[0028]11绝缘被覆物
[0029]12氧化覆膜
【具体实施方式】
[0030]<本发明人等所获得的见解>
[0031]在说明本发明的一个实施方式之前，对本发明人所获得的见解进行说明。
[0032]如上述那样，在导体上直接形成由PPS等形成的绝缘被覆物的情况下，绝缘被覆物对导体的密合性低。关于这点，通过将绝缘电线加热，使绝缘被覆物再熔融，可提高绝缘被覆物对导体的密合性。
[0033]然而，由于绝缘被覆物的再熔融，树脂发生流动，有时会使得绝缘被覆物的厚度变得不均匀，绝缘电线的绝缘特性降低。即，在导体上直接形成由PPS等形成的绝缘被覆物的情况下，难以兼顾绝缘被覆物对导体的密合性以及绝缘特性。不但如此，若绝缘被覆物的厚度变得不均匀，则在将绝缘电线加工为线圈时，绝缘电线的体积占有率降低，因而线圈的小型化变得困难。另外，若使绝缘被覆物再熔融，则其表面变得光滑，因而在绝缘被覆物上涂布清漆的情况下，有时清漆的密合性降低。
[0034]本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究。结果发现，通过隔着氧化覆膜在导体上形成绝缘被覆物，可提高绝缘被覆物的密合性。氧化覆膜是导体通过氧化与氧键合而得到的覆膜，一般较脆，容易从导体剥离，因而被认为是损害绝缘被覆物的密合性的物质。然而，根据本发明人的研究发现，具有规定的厚度的氧化覆膜不但不易从导体剥离，与绝缘被覆物的密合性高于纯粹的导体。推测出，氧化覆膜由于经由氧与树脂(绝缘被覆物)接触，从而显现高于导体的密合性，通过在导体上隔着该氧化覆膜形成绝缘被覆物，可提高绝缘被覆物的密合性。本发明基于以上的见解而完成。
[0035]<本发明的一个实施方式>
[0036]以下，使用附图对本发明的一个实施方式的绝缘电线进行说明。图1为表示本发明的一个实施方式的绝缘电线的剖面的图。
[0037](I)绝缘电线
[0038]本实施方式涉及的绝缘电线I具备包含铜的铜导体10、以及形成于铜导体10的外周上并且由包含熔点或软化点为220°C以上的工程塑料的树脂组合物形成的绝缘被覆物11，铜导体10在表面具有厚度5nm以上300nm以下的氧化覆膜12。
[0039]作为铜导体10，只要是包含铜作为主要成分的铜导体则没有特别限定，例如可使用由低氧铜、无氧铜等形成的铜线，或者包含铜以外的金属的铜合金线等。另外，铜导体10的剖面形状不限定于图1所示的大致矩形形状，也可制成例如大致圆形形状。另外，铜导体10的导体直径没有特别限定，根据用途而适当选择最佳数值。
[0040]氧化覆膜12是通过使铜导体10的表面氧化而形成的覆膜，包含氧化铜。作为氧化铜，例如有氧化铜(I) (Cu20)、氧化铜(II) (CuO)。氧化覆膜12与氧键合,经由氧而与树脂接触从而显现高的密合性。但是，若氧化覆膜变厚则容易从铜导体10剥离，因此其厚度设为5nm以上300nm以下。若氧化覆膜的厚度小于5nm，则难以充分获得与绝缘被覆物11的密合性。另一方面，若厚度超过300nm，则存在氧化覆膜12从铜导体10剥离的担忧，结果损害绝缘被覆物11对铜导体10的密合性。
[0041]氧化覆膜12包含氧化铜，其含量优选为90%以上。若氧化铜的含量小于90%，则存在绝缘被覆物11对氧化覆膜12的密合性降低的担忧。而且，若绝缘被覆物11的密合性低，则在将绝缘电线I沿着边缘弯曲而加工为线圈时，存在绝缘被覆物11发生被覆物浮起、裂纹等的担忧。予以说明，铜导体10由纯铜形成的情况下，氧化覆膜12主要包含氧化铜，但是铜导体10由包含铜以外的金属(例如锡等)的铜合金形成的情况下，氧化覆膜12包含氧化铜以外的金属氧化物(例如氧化锡等)。
[0042]绝缘被覆物11形成于氧化覆膜12的表面，通过将利用加热而熔融的树脂组合物挤出到氧化覆膜12的表面而形成。构成绝缘被覆物11的树脂组合物包含熔点或软化点为220°C以上的工程塑料(以下，亦称为工程塑料(En-p la))。该工程塑料(En-p I a )的熔点或软化点高，因而绝缘被覆物11能够获得耐受在用于构成汽车的发动机等的线圈时的发热这样程度的耐热性、即、作为构成线圈的卷线的耐热性。另外，由于工程塑料的相对介电常数低，因而绝缘被覆物11的局部放电起始电压高，可获得优异的绝缘特性。另外，利用工程塑料，绝缘被覆物11可获得高的机械特性。
[0043]作为工程塑料，例如列举出聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、热塑性聚酰亚胺、聚亚苯基砜(polyphenylene sulfone)、聚醚砜、作为芳香族聚酰胺的尼龙61 (六亚甲基二胺与对苯二甲酸的共缩聚物)、尼龙9T (壬烷二胺与对苯二甲酸的共缩聚物)、尼龙M5T (甲基戊二胺与对苯二甲酸的共缩聚物)等，可将它们单独或共混使用。
[0044]另外，为了提高绝缘被覆物11的各个特性(挠性、表面光滑性等)，构成绝缘被覆物11的树脂组合物也可含有上述工程塑料以外的其它树脂。作为其它树脂没有特别限定，但是出于赋予挠性的目的，也可含有例如聚乙烯，如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物的乙烯共聚物，马来酸酐改性聚合物等弹性体。另外，出于赋予表面光滑性的目的，也可含有例如全氟烷氧基氟树脂(PFA)、四氟乙烯.六氟丙烯共聚物(FEP)等氟树脂。
[0045]另外，在树脂组合物中，也可根据需要含有抗氧化剂、铜毒抑制剂、增滑剂、着色剂
坐寸ο
[0046]予以说明，绝缘被覆物11的厚度没有特别限定，根据用途来选择最佳数值。在本实施方式中，绝缘被覆物11由PPS等相对介电常数低的树脂构成，因而即使厚度薄也显示高的局部放电起始电压。由此，可将绝缘被覆物的厚度设为例如50 μ m以上200 μ m以下。
[0047]另外，也可在绝缘被覆物11的外周形成赋予润滑性的润滑层(省略图示)。
[0048](2)绝缘电线的制造方法
[0049]下面，对绝缘电线的制造方法进行说明。
[0050]本实施方式的制造方法是具备包含铜的铜导体10、以及形成于铜导体10的外周上并且由包含熔点或软化点为220°C以上的工程塑料的树脂组合物形成的绝缘被覆物11的绝缘电线I的制造方法，其具有如下工序:氧化覆膜形成工序，对铜导体10进行加热，在铜导体10的表面形成厚度5nm以上300nm以下的氧化覆膜12 ;绝缘被覆物形成工序，在氧化覆膜12的表面挤出被覆树脂组合物，形成绝缘被覆物11。
[0051](氧化覆膜形成工序)
[0052]首先，以规定的速度送出铜导体10，利用加热装置将铜导体10加热。通过加热将铜导体10的表面氧化，形成厚度5nm以上300nm以下的氧化覆膜12。作为加热条件，存在加热温度、加热时间等，但只要是使氧化覆膜12的厚度成为规定厚度那样的条件则没有特另IJ限定。关于加热温度，若过低则存在铜导体10的氧化效率低、生产率降低的担忧，因此优选为高，例如，优选接近于挤出到氧化覆膜12上的树脂组合物中所含的工程塑料的熔点或软化点而为220°C以上。另外，关于加热时间，只要是利用规定的加热温度使氧化覆膜的厚度为5nm以上300nm以下那样的条件则没有特别限定，例如可设为小于I秒、或I秒以上数秒左右。由此，可促进氧化覆膜12的形成，可提高绝缘电线I的生产率。
[0053]作为将铜导体10加热的方法，有通电加热、热风加热、电感加热等，优选通电加热。关于热风加热，由于铜导体10的表面放散热电阻(W/mm2.°C)比较小，加热效率低，因而在增加绝缘被覆物形成工序中的收取速度的情况下，加热距离增加。其结果，例如在氮气氛中进行热风加热的情况下，需要对整个炉内进行氮气置换，则有时生产率差。关于电感加热，能量损失闻，为90%左右,加热效率为10%左右,效率不闻。另外，由于铜导体10的错位等使加热效率发生变化，因而存在铜导体10的温度产生偏差、无法加热为规定的温度的情况。与此相对，关于通电加热，加热效率高，为50%以上，可在短时间对铜导体10进行加热。进一步，也可抑制铜导体10的温度的偏差。
[0054]予以说明，在氧化覆膜形成工序之后，也可将在表面具有氧化覆膜12的铜导体10冷却，但是如后所述，优选使铜导体10处于加热状态而进行绝缘被覆物形成工序。
[0055](绝缘被覆物形成工序)
[0056]接着，将形成了氧化覆膜12的铜导体10导入挤出机，将通过加热而熔融的树脂组合物挤出被覆于形成有氧化覆膜12的铜导体10的表面。挤出被覆时，在表面具有氧化覆膜12的铜导体10优选通过氧化覆膜形成工序而处于加热状态。在树脂组合物所接触的氧化覆膜12的温度低的情况下，氧化覆膜12与树脂组合物的温度差变大，因而存在有如下担忧:树脂组合物在挤出到氧化覆膜12上的瞬间开始固化，在没有与氧化覆膜12充分密合的状态下就成为绝缘被覆物11。关于这点，若氧化覆膜12为加热状态而为高温度，则与挤出的树脂组合物的温度差变小，因此可在确保了树脂组合物与氧化覆膜12的密合性的状态下固化，形成绝缘被覆物11。即，可提高绝缘被覆物11与氧化覆膜12的密合性。
[0057]作为在表面具有氧化覆膜12的铜导体10的温度没有特别限定，但是优选设为作为挤出的树脂组合物中所含的工程塑料的熔点或软化点的220°C以上。将铜导体10的温度设为这样的温度的情况下，在氧化覆膜形成工序中，将铜导体10在220°C以上加热即可。
[0058]接着，将由树脂组合物被覆的铜导体10导入冷却机。用冷却机将通过加热而熔融的树脂组合物冷却，进行固化而形成绝缘被覆物11，获得绝缘电线I。根据该绝缘电线1，绝缘被覆物11隔着氧化覆膜12密合于铜导体10。予以说明，作为将树脂组合物冷却的方法没有特别限定，可适当选择水冷却、空气冷却等。
[0059]<本实施方式的效果>
[0060]根据本实施方式，起到以下所示的I种或多种效果。
[0061]根据本实施方式的绝缘电线1，铜导体10在表面具有厚度5nm以上300nm以下的氧化覆膜12，绝缘被覆物11隔着氧化覆膜12形成于铜导体10。即，绝缘被覆物11与氧化覆膜12的密合性高，另外具有规定的厚度的氧化覆膜12难以从铜导体10剥离。由此，绝缘被覆物11对铜导体10的密合性高。其结果，即使在将绝缘电线I沿着边缘弯曲而加工为线圈的情况下，例如，即使在将绝缘电线弯曲于I倍直径体上的情况下，也可抑制被覆物浮起、裂纹等的发生。
[0062]另外，根据本实施方式的绝缘电线I，绝缘被覆物11由包含熔点或软化点为220°C以上的工程塑料的树脂组合物形成。由此，绝缘电线I不但耐热性以及机械特性优异，而且显示高的局部放电起始电压，绝缘特性优异。
[0063]另外，根据本实施方式的绝缘电线1，由于绝缘被覆物11没有通过加热进行再熔融而形成，因而绝缘被覆物11的厚度的不均匀得以抑制。由此，可抑制因绝缘被覆物11的厚度不均匀而导致的绝缘特性降低。另外，由于绝缘被覆物11的厚度比较均匀，因而可改善将绝缘电线I加工为线圈时的体积占有率。进一步，由于绝缘被覆物11没有通过加热而再熔融，因而绝缘被覆物11的表面不光滑，可确保在绝缘被覆物11上涂布的清漆等的密合性。
[0064]另外，根据本实施方式的绝缘电线1，氧化覆膜12优选含有90%以上的氧化铜。由此，可进一步提高与绝缘被覆物11的密合性。
[0065]另外，根据本实施方式的绝缘电线I，在铜导体10上形成绝缘被覆物11之前，对铜导体10进行加热，从而在铜导体10的表面形成着氧化覆膜12。由此，可不需隔着以往必需的釉质烧结层等地将绝缘被覆物11形成于铜导体10上。
[0066]另外，根据本实施方式的绝缘电线1，优选将在形成氧化覆膜12时的加热温度设为高于构成绝缘被覆物11的树脂组合物的熔点或者软化点的温度。即，优选将加热温度设为作为树脂组合物中所含的工程塑料的熔点或软化点的220°c以上。由此，可促进氧化覆膜12的形成，提高绝缘电线I的生产率。
[0067]实施例
[0068]下面，说明本发明的实施例。在本实施例中，制造绝缘电线，通过绝缘电线中的绝缘被覆物对导体的密合性、绝缘特性进行了评价。这些实施例是本发明涉及的绝缘电线的一个例子，本发明不受这些实施例的限定。
[0069]( I)材料
[0070]以下的实施例和比较例中使用的材料如下。
[0071]作为工程塑料，使用了以下的工程塑料。
[0072]聚苯硫醚(PPS):东丽株式会社制“T0RELINA”(熔点278°C，密度1.320g/cm3)
[0073]聚醚醚酮(PEEK):苏威特种塑料公司(Solvay Specialty Polymers)制“KetaSpire”(熔点 340°C，密度 1.30g/cm3)
[0074]改性聚醚醚酮(改性PEEK):苏威特种塑料公司制“AvaSpire”(熔点340°C，密度
1.29g/cm3)
[0075]作为包含铜的铜导体，使用了以下的物质。
[0076]铜线:扁平导体(剖面形状:约2mmX3mm)
[0077](2)绝缘电线的制造
[0078]以规定的速度送出铜线，同时利用加热装置对铜线进行加热，从而在铜线的表面形成规定的厚度的氧化覆膜。接着，利用挤出机，在铜线的氧化覆膜的表面挤出被覆了树脂组合物(工程塑料)。然后，通过冷却树脂组合物从而制造了绝缘电线。予以说明，在树脂组合物的挤出被覆中，按照绝缘被覆物的厚度成为0.15mm以上0.2mm以下的方式进行。绝缘电线的制造条件示于以下的表1。
[0079]表1
[0080]
【权利要求】
1.一种绝缘电线，其特征在于，其为具备包含铜的铜导体、以及形成于所述铜导体的外周上并且由包含熔点或软化点为220°c以上的工程塑料的树脂组合物形成的绝缘被覆物的绝缘电线， 所述铜导体在表面具有厚度5nm以上300nm以下的氧化覆膜。
2.根据权利要求1所述的绝缘电线，其特征在于，所述氧化覆膜含有90%以上的氧化铜。
3.—种绝缘电线的制造方法，其特征在于，其为具备包含铜的铜导体、以及形成于所述铜导体的外周上并且由包含熔点或软化点为220°C以上的工程塑料的树脂组合物形成的绝缘被覆物的绝缘电线的制造方法，其具有如下工序: 氧化覆膜形成工序，将所述铜导体进行加热，在所述铜导体的表面形成厚度5nm以上300nm以下的氧化覆膜， 绝缘被覆物形成工序，在所述氧化覆膜的表面挤出被覆所述树脂组合物，形成所述绝缘被覆物。
4.根据权利要求3所述的绝缘电线的制造方法，其特征在于，所述氧化覆膜形成工序中，以所述工程塑料的熔点或软化点以上的温度对所述铜导体进行加热。
【文档编号】H01B13/14GK103985437SQ201410041112
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2013年2月13日
【发明者】山崎孝则, 后藤敏晴, 百生秀人, 森下滋宏 申请人:日立金属株式会社