東特塗料のエナメル線用絶縁ワニス増産 エナメル線用絶縁ワニスとは何か？その用途は？

この記事で分かること

東特塗料のエナメル線用絶縁ワニス増産

　東特塗料は、中国におけるエナメル線用絶縁ワニスの生産能力を増強することを発表しました。

　https://chemicaldaily.com/archives/658982

　具体的には、蘇州の生産拠点に約5億円を投じて増強工事を進めており、2027年に完成する見通しです。この増強により、生産規模は現状の2倍以上に拡大する予定です。

エナメル線用絶縁ワニスとはなにか

　「エナメル線用絶縁ワニス」とは、銅線やアルミニウム線などの導体に塗布し、高温で焼き付けることによってエナメル線（マグネットワイヤ）の絶縁皮膜を形成する、液状の電気絶縁材料のことです。

役割

エナメル線用絶縁ワニスは、エナメル線が使用される様々な電気機器（モーター、トランス、コイルなど）において、非常に重要な役割を担っています。

• 電気絶縁性の確保: 導体間のショートを防ぎ、電流が正しく流れるようにします。
• 機械的強度の付与: 巻線時にエナメル線が擦れたり、振動したりするのを防ぎ、皮膜の損傷を抑制します。また、コイル全体の固着性を高め、変形や移動を防ぎます。
• 耐熱性の向上: 高温環境下でも絶縁性能を維持し、機器の寿命を延ばします。
• 熱伝導性の向上: コイルから発生する熱を効率的に外部へ放散し、機器の温度上昇を緩和します。
• 耐薬品性・耐湿性の付与: 水分、塵、埃、ガスなどの有害物質の侵入を防ぎ、絶縁性能の低下を抑制します。
• 防錆性の向上: 金属部分の腐食を防ぎます。

材料

エナメル線用絶縁ワニスには、用途や要求される性能に応じて様々な種類の樹脂が使われます。主なものとしては、以下のようなものが挙げられます。

• ポリウレタンワニス: 半田付け性が良いという特徴があります。
• ポリエステルワニス: 耐熱性が比較的高いです。
• アミドイミドワニス: 高い耐熱性や耐薬品性、機械的強度を持ちます。
• ポリエステルイミドワニス: 耐熱性や耐冷媒性に優れます。
• 変性ポリイミドワニス
• 自己滑性ワニス: コイルの巻線作業性を向上させます。
• 自己融着ワニス: 熱を加えることでコイル同士が接着し、一体化します。

　これらの樹脂を適切な溶剤で溶解し、均質な液状にすることで、エナメル線用絶縁ワニスが作られます。

特徴

　エナメル線用絶縁ワニスは、単に電気を遮断するだけでなく、エナメル線に様々な高機能を付与するためのキーマテリアルです。

　特に近年では、電気自動車（EV）のモーターなど、より過酷な環境で使用される高性能なエナメル線が求められており、高耐熱性、高熱伝導性、高耐電圧性、耐インバータサージ性（急激な電圧変動への耐性）といった特性を持つワニスの開発が進められています。

エナメル線用絶縁ワニスは何に使われるのか

　エナメル線用絶縁ワニスは、その名の通り「エナメル線」を製造する上で不可欠な材料であり、エナメル線が使用されるあらゆる電気・電子機器に用いられます。

　エナメル線（マグネットワイヤとも呼ばれる）は、銅やアルミニウムの導体に絶縁被膜を施したもので、電気を効率的に流しつつ、隣接する電線や機器の他の部分との間で電流が漏れたりショートしたりするのを防ぎます。この絶縁被膜を形成するのが、エナメル線用絶縁ワニスです。

　主な用途としては、以下のようなものが挙げられます。

• モーター（電動機）:
  • 産業用モーター: 工場の機械、ポンプ、コンプレッサーなど、様々な産業機械の動力源として使用されます。
  • 家電用モーター: 洗濯機、冷蔵庫、エアコン、掃除機、扇風機など、身の回りのほとんどの家電製品に搭載されています。
  • 自動車用モーター:
    • EV（電気自動車）/HEV（ハイブリッド車）の駆動用モーター: 高出力、高効率、高耐熱性が求められるため、特に高性能なワニスが使用されます。
    • 電動パワーステアリング用モーター: ハンドルの操作を補助します。
    • オルタネーター: エンジンで発電し、バッテリーを充電します。
    • 電動コンプレッサー用モーター: エアコンなどで冷媒を圧縮します。
    • 各種電装品用小型モーター: パワーウィンドウ、ワイパー、ミラー調整、シート調整など、自動車内の様々な機能に使われます。
  • 電動工具用モーター: ドリル、丸のこなど。
• トランス（変圧器）:
  • 電圧を変換する機器で、電力供給システムや電子機器の電源部に使われます。
  • 大型の電力用トランスから、小型の家電製品用トランス、高周波トランスまで多岐にわたります。
• 各種コイル:
  • ソレノイドコイル: 電磁石として機能し、スイッチのオン・オフやバルブの開閉などに利用されます（例：リレー、電磁弁）。
  • インダクター: 交流回路で電流の変化を妨げる役割を持ち、ノイズ除去や周波数調整などに使用されます。
  • スピーカーのボイスコイル: 音を発生させる部分です。
  • HDD（ハードディスクドライブ）用アクチュエーターコイル: 読み書きヘッドを動かす部分です。
  • ピックアップコイル: センサーなどに使われます。
  • IH（電磁調理器）用コイル: 熱を発生させる部分です。
  • 通信機器のコイル: 携帯電話、ルーターなど。
• その他:
  • 発電機
  • リレー
  • プランジャー
  • 各種センサー

　このように、エナメル線用絶縁ワニスは、私たちの日常生活で使われる様々な電気・電子機器の「心臓部」ともいえるエナメル線の性能を支える重要な材料であり、その用途は非常に広範囲にわたります。

　特に近年は、EVの普及や電子機器の小型化・高効率化に伴い、より高い耐熱性、熱伝導性、絶縁破壊電圧などの特性を持つワニスが求められています。

需要増加の理由は

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エナメル線用絶縁ワニスの需要が増加している主な理由は、以下の3つの大きなトレンドにあります。

電気自動車（EV）/ハイブリッド車（HEV）の普及加速

　EVやHEVのモーターには、従来のガソリン車のモーターに比べて、より高い出力、高効率、そして過酷な温度条件下での信頼性が求められます。

　そのため、モーターの性能を左右するエナメル線には、高耐熱性、高熱伝導性、高耐電圧性といった特性が必須です。これらの高性能なエナメル線を作るためには、当然ながら高性能な絶縁ワニスが必要となり、需要が増加しています。

電子機器の高性能化・小型化

　スマートフォン、PC、家電製品など、あらゆる電子機器がより高性能になり、かつ小型化・高機能化が進んでいます。これにより、内部に使われるコイルやトランスも小型化しつつ、より多くの電流を流したり、高い周波数で動作したりする必要があります。この結果、限られたスペースで効率的に熱を放散し、安定した絶縁性能を保つために、優れた熱伝導性や絶縁特性を持つワニスへの需要が高まっています。

再生可能エネルギー分野の発展

　太陽光発電や風力発電といった再生可能エネルギーの導入が進む中で、これらのシステムで使われるパワーコンディショナーや変圧器などにも高性能なエナメル線が使用されます。特に、安定した電力供給を支えるために、長期的な信頼性や耐環境性が求められるため、高性能ワニスの需要が拡大しています。

　これらの要因が複合的に作用し、エナメル線用絶縁ワニスの市場は今後も拡大していくと見られています。

どのように性能を向上させるのか

　エナメル線用絶縁ワニスの耐熱性、熱伝導性、絶縁特性を向上させるには、主に以下の技術が用いられます。

　これらの技術は単独で用いられることもありますが、複数の技術を組み合わせて複合的な性能向上を目指すことが多いです。

1. 耐熱性の向上

• 高耐熱性樹脂の採用:
  • 最も基本的なアプローチは、熱に強い樹脂（ポリマー）を選択することです。代表的なものに、ポリイミド (PI)、ポリアミドイミド (PAI)、ポリエステルイミド (PEI)、変性ポリエステルなどがあります。これらの樹脂は、分子構造内に耐熱性の高い結合（イミド結合、芳香環など）を多く持つことで、高温下でも化学構造が安定し、絶縁性能を維持できます。
  • 特に、ポリイミドワニスは、その非常に高いガラス転移温度（通常360℃以上）により、広い温度範囲で優れた電気絶縁性、引張強度、耐摩耗性を維持できます。
• 分子構造の最適化:
  • 樹脂の分子設計において、熱分解温度が高い、あるいは熱による劣化が起こりにくい構造を導入します。例えば、イソシアヌレート結合やトリアジン化合物など、特定の化学構造を分子鎖中に組み込むことで、耐熱性を向上させる研究が進められています。
• 硬化メカニズムの最適化:
  • ワニスが硬化する際の化学反応をコントロールし、より強固で熱安定性の高い架橋構造を形成させます。

2. 熱伝導性の向上

　絶縁材料は一般的に熱伝導性が低いですが、エナメル線においてはモーターの小型化・高出力化に伴い、発生する熱を効率的に外部に放散させる能力が重要になります。

• 高熱伝導性フィラーの配合:
  • ワニス中に、窒化アルミニウム（AlN）、窒化ホウ素（BN）、**アルミナ（Al2O3）**などの熱伝導性の高い無機フィラー（充填材）を微粒子として均一に分散させることで、ワニス全体の熱伝導率を高めます。
  • ただし、フィラーの添加量が増えると、ワニスの粘度が上昇し、塗布性や可とう性（柔軟性）が低下する可能性があるため、そのバランスが重要です。近年では、ナノレベルのフィラーを使用することで、少ない添加量で高い熱伝導性を実現する技術や、フィラーの表面処理により分散性を高める技術が開発されています。
• 樹脂自体の高熱伝導化:
  • 樹脂の分子構造を設計し、熱伝導パスを形成しやすい構造にすることで、樹脂本来の熱伝導性を高める研究も行われています。

3. 絶縁特性の向上

　絶縁特性（特に耐電圧性、耐部分放電性など）の向上は、ワニスの組成と塗膜の形成プロセスに深く関連します。

• 誘電率の低い樹脂の採用:
  • 誘電率の低い樹脂は、電気的なストレス下での分極が小さいため、絶縁破壊しにくい傾向があります。
• ナノフィラーの活用:
  • 絶縁性に優れたナノサイズのフィラー（例：シリカ、アルミナなど）をワニスに均一に分散させることで、ワニスの絶縁破壊強度を向上させることができます。ナノフィラーは、絶縁層中の微細な欠陥を抑制したり、空間電荷の蓄積を抑制したりする効果が期待されます。
• ワニス層の均一化と欠陥の低減:
  • ワニスを塗布・焼付けするプロセスにおいて、気泡や異物の混入、膜厚のムラといった欠陥を極力なくすことが極めて重要です。これらの欠陥は絶縁破壊の起点となるため、製造プロセスの厳密な管理が求められます。
  • 特に、ワニスを塗布する際の粘度、乾燥条件、焼付け温度・時間などの最適化は、均一で密着性の良い塗膜形成に不可欠です。
• 傾斜構造の導入:
  • 複数の異なる絶縁層を積層し、それぞれの層の特性（誘電率など）を調整することで、電界集中を緩和し、耐電圧性を向上させる技術も検討されています。
• 低揮発性溶剤または無溶剤ワニス:
  • 溶剤型ワニスの場合、硬化時に溶剤が揮発する際に微細なボイド（空隙）が残りやすく、これが絶縁特性を低下させる原因となります。無溶剤ワニスや、揮発性の低い溶剤を用いることで、ボイドの発生を抑制し、絶縁特性を向上させることが可能です。

　これらの技術革新により、エナメル線用絶縁ワニスは、より過酷な環境下での使用に耐えうる高性能化が進められています。