KR101099358B1 - 다층 절연전선 및 그것을 이용한 변압기 - Google Patents

Abstract

도체와 상기 도체를 피복하는 3층 이상의 압출 절연층으로 이루어지는 다층 절연전선으로서, 상기 절연층의 최외층(A)이, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 열처리 전과 적어도 동등, 또한 290% 이상인 수지의 압출 피복층으로 이루어지고, 최내층(B)이, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 열처리 전과 적어도 동등, 또한 290% 이상인 것과 함께, 최외층과 최내층의 사이의 절연층(C)이, 융점이 280℃ 이상의 결정성 수지, 또는 유리 전이 온도가 200℃ 이상의 비정성 수지의 압출 피복층으로 이루어지는 다층 절연전선, 및 상기 다층 절연전선을 갖고 이루어지는 변압기.

Description

다층 절연전선 및 그것을 이용한 변압기{MULTILAYERED ELECTRIC INSULATED WIRE AND TRANSFORMER USING THE SAME}

본 발명은, 절연층이 3층 이상의 압출 피복층으로 이루어지는 다층 절연전선과 그것을 이용한 변압기에 관한 것이다.

변압기의 구조는, lEC 규격(International Electrotechnical Co㎜unication Standard) Pub. 60950 등에 의해서 규정되어 있다. 즉, 이들 규격에서는, 코일에 대해 1차 코일과 2차 코일의 사이에는 적어도 3층의 절연층(도체를 피복하는 에나멜 피막은 절연층이라 인정하지 않는다)이 형성되어 있고 또는 절연층의 두께는 0.4㎜ 이상인 것, 1차 코일과 2차 코일의 연면거리는, 인가 전압에 따라서 다르지만, 5㎜ 이상인 것, 또한 1차측과 2차측에 3000V를 인가했을 때에 1분 이상 견디는 것 등이 규정되어 있다.

이러한 규격하에서, 종래, 주류의 자리를 차지하고 있는 변압기로서는, 도 2의 단면도에 예시한 구조가 채용되어 왔다. 이 변압기는 페라이트 코어(ferrite core)(1)상의 보빈(2)의 둘레면 양측단에 연면거리를 확보하기 위한 절연 배리어(3)가 배치된 상태로 에나멜 피복된 1차 코일(4)이 두루 감겨진 후, 이 1차 코일(4)의 위에, 절연 테이프(5)를 적어도 3층 두루 감아, 이 절연 테이프 상에 연면 거리를 더 확보하기 위한 절연 배리어(3)를 배치한 후, 같은 에나멜 피복된 2차 코일(6)이 두루 감겨진 구조이다.

그러나, 최근에, 도 2에서 나타낸 단면 구조의 변압기(트랜스)를 대신하여, 도 1에서 나타낸 바와 같이, 절연 배리어(3)나 절연 테이프층(5)을 포함하지 않는 구조의 변압기가 이용되게 되었다. 이 변압기는 도 2 구조의 변압기에 비해, 전체를 소형화할 수 있고, 또한, 절연 테이프의 권회작업을 생략할 수 있는 등의 이점을 구비하고 있다.

도 1에서 나타낸 변압기를 제조하는 경우, 이용하는 1차 코일(4) 및 2차 코일(6)에서는, 어느 한 쪽 혹은 양쪽 모두의 도체(4a(6a))의 바깥둘레에 적어도 3층의 절연층(4b(6b),4c(6c),4d(6d))이 형성되어 있는 것이 상기한 lEC 규격과의 관계에서 필요하게 된다.

이러한 코일로서 도체의 바깥둘레에 절연 테이프를 두루 감아 1층째의 절연층을 형성하고, 또한 그 위에, 절연 테이프를 두루 감아 2층째의 절연층, 3층째의 절연층을 차례차례 형성하여 서로 층간 박리하는 3층 구조의 절연층을 형성하는 것이 알려져 있다. 또한, 절연 테이프 대신에 불소 수지를, 도체의 바깥둘레 상에 차례차례 압출 피복하여, 전체적으로 3층의 절연층을 형성한 것도 공지되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조.).

그러나, 상기의 절연 테이프 감기의 경우는, 권회 작업이 불가피하기 때문에, 생산성은 현저하게 낮고, 그 때문에 전선 비용은 매우 비싸게 되었다.

또한, 상기의 불소 수지 압출의 경우에서는, 절연층은 불소계 수지로 형성되 어 있으므로, 내열성은 양호하다고 하는 이점을 구비하고 있지만, 수지의 비용이 높고, 한층 더 고전단속도로 잡아당기면 외관 상태가 악화된다고 하는 성질이 있기 때문에 제조 속도를 높이는 것도 곤란하여, 절연 테이프 감기와 같이 전선 비용이 높게 되어 버린다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 도체의 바깥 둘레 상에, 1층째, 2층째의 절연층으로서 결정화를 제어하여 분자량 저하를 억제한 변성 폴리에스테르 수지를 압출하고, 3층째의 절연층으로서 폴리아미드 수지를 압출 피복한 다층 절연전선이 실용화되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 및 특허문헌 3 참조.). 또한 근년의 전기·전자기기의 소형화에 수반하여, 발열에 의한 기기에의 영향이 염려되어, 내열성을 보다 높게 향상시킨 다층 절연전선으로서, 내층에 폴리에테르술폰수지, 최외층에 폴리아미드 수지를 압출 피복한 것이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 4 참조.).

그러나, 권선 가공 후의 변압기를 기기에 부착회로를 형성할 때에는, 변압기로부터 꺼낸 전선의 선단에서 도체가 노출되어, 납땜처리가 실시되지만, 전기·전자기기의 한층 더 소형화에 수반하여, 변압기로부터 인출된 부분의 피복 전선을 접어 구부림 등의 가공을 실시한 후, 땜납 처리해도 피복층의 균열 등을 일으키지 않고, 또한, 땜납 처리 후, 피복 전선의 접어 구부림 등 가공을 양호하게 실시할 수 있는 다층 절연전선이 요구되고 있다.

특허문헌 1 : 일본실용공개공보 평성3-56112호

특허문헌 2 : 미국특허공보 제 5,606,152호 명세서

특허문헌 3 : 일본특허공개공보 평성6-223634호

특허문헌 4 : 일본특허공개공보 평성10-134642호

상기와 같은 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 내열성 향상의 요구를 충족하는 것과 함께, 코일 용도로서 요구되는 땜납처리 후의 양호한 가공성도 겸비한 다층 절연전선을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명은, 이러한 내열성과 땜납처리 후의 양호한 가공성이 우수한 절연전선을 권회하여 이루어지는, 전기특성이 우수하고, 신뢰성이 높은 변압기를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 상기 과제는, 이하에 나타낸 다층 절연전선 및 이것을 이용한 변압기에 의해서 달성되었다.

즉 본 발명은, 이하의 다층 절연전선 및 변압기를 제공하는 것이다.

(1) 도체와 상기 도체를 피복하는 3층 이상의 압출 절연층을 갖고 이루어지는 다층 절연전선으로서, 상기 절연층의 최외층(A)이, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 열처리 전과 적어도 동등, 또한 290% 이상인 수지의 압출 피복층으로 이루어지고, 최내층(B)이, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 열처리 전과 적어도 동등, 또한 290% 이상인 것과 함께, 최외층과 최내층의 사이의 절연층(C)이, 융점이 280℃ 이상의 결정성 수지, 또는 유리전이온도가 200℃ 이상의 비정성 수지의 압출 피복층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 절연전선.

(2) 상기 절연층의 최외층(A)을 형성하는 수지가, 폴리아미드수지인 것을 특징으로 하는 (1)항 기재의 다층 절연전선.

(3) 상기 절연층의 최외층(A)을 형성하는 수지가, 불소함유 수지인 것을 특징으로 하는 (1)항 기재의 다층 절연전선.

(4) 상기 절연층의 최내층(B)을 형성하는 수지가, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산(酸) 성분을 결합하여 형성되는 열가소성 직쇄 폴리에스테르 수지 100 질량부에 대해, 측쇄에 카르본산 또는 카르본산의 금속염을 갖는 에틸렌계 공중합체 5∼40 질량부를 함유하여 이루어지는 수지인 것을 특징으로 하는 (1)항 기재의 다층 절연전선.

(5) 상기 절연층의 최내층(B)을 형성하는 수지가, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산(酸) 성분을 결합하여 형성되는 열가소성 직쇄 폴리에스테르 수지 100 질량부에 대해서, 에폭시기, 옥사졸릴기, 아미노기 및 무수 말레인산 잔기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 관능기를 함유하는 수지 1∼20질량부를 함유하여 이루어지는 수지인 것을 특징으로 하는 (1)항 기재의 다층 절연전선.

(6) 상기 절연층(C)을 형성하는 수지가, 폴리에테르술폰 수지인 것을 특징으로 하는 (1)항 기재의 다층 절연전선.

(7) 상기 절연층(C)을 형성하는 수지가, 폴리페닐렌술피드 수지인 것을 특징으로 하는 (1)항 기재의 다층 절연전선.

(8) 상기 절연층(C)을 형성하는 수지가, 폴리에테르이미드 수지인 것을 특징으로 하는 (1)항 기재의 다층 절연전선.

(9) 상기 (1)∼(8) 중의 어느 1항에 기재된 다층 절연전선을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 적당한 첨부의 도면을 참조하여, 하기의 기재로부터 보다 분명해질 것이다.

도 1은, 3층 절연전선을 코일로 하는 구조의 변압기의 예를 나타내는 단면도, 및

도 2는, 종래 구조의 변압기의 일례를 나타내는 단면도이다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

본 발명의 다층 절연전선에 있어서 절연층은 3층 이상으로 이루어지고, 바람직하게는 3층으로 이루어진다. 최근의 전기·전자기기의 소형화에 수반하여, 발열에 의한 기기에의 영향이 염려되어, 내열성을 보다 크게 향상시킨 다층 절연전선이 요구되고 있다. 그러나, 내열수지는 범용수지에 비해 신장 특성이 뒤떨어지기 때문에 갈라지기 쉽다. 특히 땜납 처리시의 열이력에 의해서 수지가 열에 의한 열화를 일으키기 쉽고, 특성 저하가 현저하다. 본 발명에 있어서의 절연층은, 땜납처리 후의 휨 등의 변형 가공성이 우수하다. 또한, 본 발명의 절연층에서는 최외층 및 최내층은 열이력을 받은 후에서의 신장특성이 우수하다. 덧붙여 최내층은 도체와의 밀착성이 우수하다.

최내층(B)에는, 가열 후의 신장특성이 우수하고, 도체와의 밀착성이 우수한 수지가 이용되고, 바람직하게는, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 열처리 전과 적어도 동등, 또한 290% 이상인 가열 후의 신장특성을 갖는 수지가 이용된다.

특히, 상기 최내층(B)에는, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 열처리 전과 적어도 동등, 또한 290%∼450%인 가열 후의 신장특성을 갖는 수지가 이용되는 것이 보다 바람직하다.

여기서, '열처리 전과 신장율이 적어도 동등'이란, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이, 침지 전의 신장율에 대한 차이가 0%∼50%의 범위에 있는 것을 말한다.

또한, 피복층 부분의 도체로부터의 남은 부분은 1.0㎜ 이하인 것이 바람직하다. 한편, 본 발명에 있어서 '전선을 신장 절단'이란, 인장속도 300m/분으로 파단할 때까지 신장시키는 것에 의해 절단하는 것을 의미하고, 피복층 부분의 도체로부터의 남은 부분이란 그 절단된 전선의 단면으로부터 박리된 피복층의 길이를 말한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서는, 최내층(B)은, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산(酸) 성분을 결합하여 형성되는 열가소성 직쇄 폴리에스테르 수지 100질량부에 대해, 측쇄에 카르본산 또는 카르본산의 금속염을 갖는 에틸렌계 공중합체 5∼40질량부를 배합하여 이루어지는 압출 피복층이다.

상기 지방족 알코올 성분으로서, 지방족 디올 등을 들 수 있다.

상기 산(酸) 성분으로서, 방향족 디카르본산, 지방족 디카르본산, 방향족 디 카르본산의 일부가 지방족 디카르본산으로 치환되어 있는 디카르본산 등을 들 수 있다.

이 중, 열가소성 직쇄 폴리에스테르수지로서는, 방향족 디카르본산 또는 그 일부가 지방족 디카르본산으로 치환되어 있는 디카르본산과 지방족 디올과의 에스테르 반응에서 얻어진 것이 바람직하게 이용된다. 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트수지(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트수지(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트수지 등을 구체적인 예로서 들 수 있다.

상기 열가소성 직쇄 폴리에스테르수지의 합성시에 이용하는 방향족 디카르본산으로서는, 예를 들면, 테레프탈산, 이소프탈산, 테레프탈디카르본산, 디페닐술폰디카르본산, 디페녹시에탄디카르본산, 디페닐에테르카르본산, 메틸테레프탈산, 메틸이소프탈산 등을 들 수 있다. 이들 중에서, 특히 테레프탈산은 적합한 것이다.

방향족 디카르본산의 일부를 치환하는 지방족 디카르본산으로서는, 예를 들면, 호박산, 아디핀산, 세바신산 등을 들 수 있다. 이들 지방족 디카르본산의 치환량은, 방향족 디카르본산의 30몰% 미만인 것이 바람직하고, 특히 20몰% 미만인 것이 바람직하다. 한편, 에스테르 반응에 이용하는 지방족 디올로서는, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 헥산디올, 데칸디올 등을 들 수 있다. 이들 중, 에틸렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜은 적합하다. 또한, 지방족 디올로서는, 그 일부가 폴리에틸렌글리콜이나 폴리테트라메틸렌글리콜과 같은 옥시 글리콜이 되어 있어도 좋다.

본 발명에 있어서 바람직하게 이용할 수 있는 시판의 수지로서는, 폴리에틸 렌테레프탈레이트(PET)계 수지는, 바이로펫(도요보우사제, 상품명), 벨펫(카네보우사제, 상품명), 테이진 PET(테이진사제, 상품명) 등을 들 수 있다. 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)계 수지는 테이진 PEN(테이진사제, 상품명), 폴리시클로헥산, 디메틸렌테레프탈레이트(PCT)계 수지는 엑터(토오레사제, 상품명) 등을 들 수 있다.

최내층(B)을 구성하는 수지 혼화물에는, 예를 들면, 폴리에틸렌의 측쇄에 카르본산 혹은 카르본산의 금속염을 결합시켜 이루어지는 에틸렌계 공중합체를 함유시키는 것이 바람직하다. 이 에틸렌계 공중합체는, 상기한 열가소성 직쇄 폴리에스테르 수지의 결정화를 억제하는 기능을 한다.

결합시키는 상기 카르본산으로서는, 예를 들면, 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산과 같은 불포화 모노카르본산이나, 말레인산, 프말산, 프탈산과 같은 불포화 디카르본산 등을 들 수 있고, 또한 이들 금속염으로서는, Zn, Na, K, Mg 등의 염을 들 수 있다. 이러한 에틸렌계 공중합체로서는, 예를 들면, 에틸렌메타아크릴산 공중합체의 카르본산의 일부를 금속염으로 하고, 일반적으로 아이오노머로 불리는 수지(예를 들면, 하이밀란; 상품명, 미쓰이 폴리케미컬(주)제), 에틸렌-아크릴산공중합체(예를 들면, EAA; 상품명, 다우케미컬사제), 측쇄에 카르본산을 갖는 에틸렌계 그래프트 집합체(예를 들면, 아도머; 상품명, 미쓰이세키유가가쿠고교(주)제) 등을 들 수 있다.

이 실시형태의 최내층(B)을 구성하는 수지 혼화물에 있어서, 상기 열가소성 직쇄 폴리에스테르 수지와 상기 에틸렌계 공중합체와의 배합비율은, 전자 100 질량부에 대해서, 후자는 5∼40질량부의 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 후자의 배 합량이 너무 적으면, 형성된 절연층의 내열성에 문제는 없지만, 열가소성 직쇄 폴리에스테르 수지의 결정화 억제 효과는 작아져, 그 때문에, 휨가공 등의 코일 가공시에 절연층의 표면에 미소 크랙이 발생하는, 이른바 크레이징 현상이 다발하는 경우가 있다. 또한, 절연층의 시간경과에 따른 열화가 진행되어 절연 파괴 전압의 현저한 저하를 일으키기도 한다. 다른 한편, 후자의 배합량이 너무 많으면, 절연층의 내열성은 현저하게 열화해 버리는 경우가 있다. 예를 들면, 에틸렌계 공중합체의 함유량이 너무 많은 다층 절연전선에서는, 땜납 내열성에 대해서는 만족하지만, B종 내열성을 만족하지 않는 경우가 있다. 양자의 배합비율은, 전자 100질량부에 대해, 후자는 7∼25질량부인 것이 보다 바람직하다.

또한, 별도의 바람직한 실시형태에 있어서는, 최내층(B)은, 전부 또는 일부가 지환족 알코올 성분과 산(酸) 성분을 결합하여 형성되는 열가소성 직쇄 폴리에스테르수지 100질량부에 대해서, 에폭시기, 옥사졸릴기, 아미노기 및 무수 말레인산 잔기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 관능기를 함유하는 수지 1∼20질량부를 배합하여 이루어지는 압출 피복층이다. 상기 열가소성 직쇄 폴리에스테르 수지로서는, 상기의 실시형태에 있어서의 것과 같이 바람직한 범위도 마찬가지이다.

또한, 상기의 관능기는, 폴리에스테르계 수지와 반응성을 갖는 관능기이다. 이 반응성을 갖는 수지로서는, 특히 에폭시기를 함유하는 것이 바람직하다. 상기의 관능기를 함유하는 수지는, 상기 관능기 함유 단량체 성분을 1∼20질량% 갖는 것이 바람직하고, 2∼15질량% 갖는 것이 보다 바람직하다. 이러한 수지로서는, 에폭시기 함유 화합물 성분을 포함하는 공중합체인 것이 바람직하다. 반응성을 갖는 에폭시기 함유 화합물로서는, 예를 들면, 하기 일반식(1)에 나타나는 불포화 카르본산의 글리시딜 에스테르 화합물을 들 수 있다.

일반식 (1)

[식 중, R은 탄소수 2∼18의 알케닐기를, X는 카르보닐옥시기를 나타낸다.]

불포화 카르본산 글리시딜에스테르의 구체적인 예로서는, 글리시딜아크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 이타콘산글리시딜에스테르 등을 들 수 있고, 그 중에서도 글리시딜메타크릴레이트가 바람직하다.

상기의 폴리에스테르계 수지와 반응성을 갖는 수지의 대표적인 예로서는, 시판의 수지에서는, 예를 들면, 본드 퍼스트(스미토모가가쿠고교사제, 상품명), 로타다(아트피나사제, 상품명) 등을 들 수 있다.

이 실시형태의 최내층(B)을 구성하는 수지 혼화물에 있어서, 열가소성 직쇄 폴리에스테르 수지와 상기의 관능기를 갖는 수지와의 배합비율은, 전자 100질량부에 대해, 후자는 1∼20질량부의 범위로 설정되는 것이 바람직하다. 후자의 배합량이 너무 적으면, 열가소성 직쇄 폴리에스테르 수지의 결정화 억제효과는 작아져, 그 때문에, 휨가공 등의 코일 가공시에 절연층의 표면에 미소 크랙이 발생하는, 이 른바 크레이징 현상이 다발한다. 또한, 절연층의 시간경과에 따른 열화가 진행되어, 절연 파괴 전압의 현저한 저하를 일으키게 된다. 다른 한편, 후자의 배합량이 너무 많으면, 절연층의 내열성이 현저하게 저하되어 버린다. 양자의 배합비율은, 전자 100 질량부에 대해, 후자는 2∼15 질량부인 것이 보다 바람직하다.

최외층(A)에는, 가열 후의 신장특성이 우수한 수지가 이용되고, 바람직하게는 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 열처리 전과 적어도 동등, 또한 290% 이상인 가열 후의 신장특성을 갖는 수지가 이용된다.

특히, 상기 최외층(A)에는, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 열처리 전과 적어도 동등, 또한 290%∼450%인 가열 후의 신장특성을 갖는 수지가 이용되는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서 최외층(A)은, 바람직하게는 불소함유수지 혹은 폴리아미드수지, 보다 바람직하게는 폴리아미드수지로 이루어지는 압출 피복층이다. 최외층의 절연층으로서 적합하게 이용되는 폴리아미드수지로서는, 나일론 6, 6(유니티카(주)제 A-125, 토오레(주)제 아미란 CM-3001), 나일론 4, 6(유니티카(주)제 F-5000, 테이진(주)제 C2000), 나일론 6, T(미쓰이세키유가가쿠(주)제 아렌 AE-420), 폴리프탈아미드(솔베이(주) 아모델 PXM04049) 등을 들 수 있다.

최외층(A)에 이용되는 불소함유수지로서는, 예를 들면 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체수지(ETFE), 퍼플루오로알콕시에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체수지(PFA) 등을 들 수 있다. 다만, 예를 들면, ETFE 수지의 경우, 압출은 저선속이며, 빨라도 20m/분으로의 압출이 되고, 또한 불소수지에 따라서는, 압출기의 부식방지가 필요한 경우도 있으므로, 최외층(A)으로서는, 폴리아미드수지로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

최외층과 최내층의 사이의 절연층(C)에는, 내열성을 갖는 수지, 즉 융점이 280℃ 이상의 결정성 수지, 또는 유리 전이온도가 200℃이상의 비정성 수지가 이용되고, 융점이 280∼400℃의 결정성 수지, 또는 유리 전이온도 200∼250℃의 비정성 수지가 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 절연층(C)은, 바람직하게는, 폴리페닐렌술피드 수지(예를 들면, DICPPS FZ2200A8(다이니혼잉키가가쿠고교사제, 상품명), 융점 : 280℃), 폴리에테르이미드수지(예를 들면, 우르템 1010(일본 GE플라스틱사제, 상품명), 유리 전이온도 : 217℃), 또한 폴리에테르술폰수지(예를 들면, 스미카엑셀 PES4100(스미토모 가가쿠고교사제, 상품명), 유리전이온도 : 225℃)로 이루어지는 압출 피복층이다. 또한 층간의 밀착성을 고려한 경우, 층간 밀착성이 우수한 폴리에테르술폰수지가 보다 바람직하다. 또한, 절연층(C)이 2층 이상으로 이루어지는 경우에는, 상기의 수지로 이루어지는 층은 어느 층이더라도 좋지만, 최내층에 접하는 층인 것이 바람직하다. 예를 들면, 밀착성 평가를, 절연층의 길이방향을 약 150㎜에 걸쳐 커터 나이프로 찢은 후, 전선의 일단을, 비트는 기기에 고정하고, 타단을 비트는 기기의 척에 끼워, 전선을 똑바로 유지하고, 이 상태로 척을 회전시켜 전선을 길이방향으로 비틀어, 3층의 절연층이 각층에서 박리되는 필(peel) 박리 시험에 의해 실시한 경우, 절연층(C)에 폴리에테르술폰 수지를 이용한 경우에는 도체-최내층간에서 박리하는 경향이 강하지만, 그 이외의 수지를 이용한 경우에는 최내 층-중간층 사이에서 박리하는 경향이 강하다. 따라서, 절연층(C)으로서는 폴리에테르술폰수지로 이루어지는 것이 타층과의 밀착성이 우수하기 때문에 가장 바람직하다.

폴리에테르술폰 수지로서는, 하기 일반식(2)에서 표현되는 것이 바람직하게 이용된다.

일반식 (2)

[식 중, R₁은 단결합 또는 -R₂-O-(R₂는 페닐렌기, 비페닐리렌기, 또는

(R₃은 -C(CH₃)₂-, -CH₂- 등의 알킬렌기를 나타낸다)이며, R₂의 기는 치환기를 더 갖고 있어도 좋다.)를 나타낸다. n은 양의 정수를 나타낸다.]

이 수지의 제조방법 자체는 공지이며, 일례로서 디크롤디페닐술폰, 비스페놀 S 및 탄산칼륨을 고비점 용매중에서 반응하여 제조하는 방법을 들 수 있다. 시판의 수지로서는 스미카 엑셀 PES(스미토모가가쿠고교사제, 상품명), 레이델 A· 레이델 R(Amoco사제, 상품명) 등이 있다.

또한 폴리에테르이미드 수지로서는, 하기 일반식(3)으로 표시되는 것이 바람직하게 이용된다.

일반식 (3)

[식 중, R₄ 및 R₅는 치환기를 갖고 있어도 좋고, 페닐렌기, 비페닐리렌기,

(식 중, R₆은 바람직하게는 탄소수 1∼7의 알킬렌기로서, 바람직하게는, 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌(특히 바람직하게는 이소프로필리덴)이다) 또는 나프틸렌기를 나타내고, 이들 기가 치환기를 갖는 경우의 치환기로서는 알킬기(메틸, 에틸 등) 등을 들 수가 있다. m은 양의 정수이다.] 시판의 수지로서는 ULTEM(GE플라스틱사제, 상품명) 등이 있다.

폴리페닐렌술피드계 수지는 다층 절연전선의 피복층으로서 양호한 압출성을 얻을 수 있는 가교도가 낮은 폴리페닐렌술피드 수지가 바람직하다. 그러나, 수지 특성을 저해하지 않는 범위에서, 가교형 폴리페닐렌술피드수지를 조합하는 것이나, 폴리머 내부에 가교성분, 분기성분 등을 함유하는 것은 가능하다.

가교도가 낮은 폴리페닐렌술피드수지로서 바람직한 것은, 질소중, 1rad/s, 300℃에 있어서의 초기의 tan δ (손실 탄성률/저장 탄성률)의 값이 1.5 이상이며, 가장 바람직한 것은 2 이상의 수지이다. 상한으로서의 제한은 특별히 없지만, 상기 tan δ의 값을 400 이하로 하지만, 이것보다 커도 좋다. 본 발명에 이용되는 tan δ는, 질소 중, 상기의 일정 주파수와 일정 온도에 있어서의 손실 탄성률 및 저장 탄성률의 시간 의존성 측정으로부터 용이하게 평가할 수 있고, 특히 측정개시 직후의 초기의 손실 탄성률 및 저장 탄성률로부터 계산된 것이다. 측정에는 직경 24㎜, 두께 1㎜의 시료를 이용한다. 이러한 측정이 가능한 장치의 일례로서 티에이·인스툴먼트·재팬사제 ARES(Advanced Rheometric Expansion System, 상품명) 장치를 들 수 있다. 상기 tan δ가 가교 레벨의 기준이 되고, tan δ가 2 미만을 나타내는 폴리페닐렌술피드 수지에서는, 충분한 가요성을 얻을 수 없고, 또한 양호한 외관을 얻는 것이 어려워진다.

본 발명에 있어서의 절연층에는, 구할 수 있는 특성을 손상하지 않는 범위에서, 다른 내열성 수지, 통상 사용되는 첨가제, 무기 충전제, 가공조제, 착색제 등도 첨가할 수 있다.

본 발명에 이용되는 도체로서는, 금속나선(단선), 또는 금속나선에 에나멜 피복층이나 얇은 두께의 절연층을 설치한 절연전선, 혹은 금속나선의 복수개 또는 에나멜 절연전선 혹은 얇은 두께의 절연전선의 복수개를 꼬아 합친 다심 꼬임선을 이용할 수 있다. 이들 꼬임선의 꼬임선수는, 고주파 용도에 따라 임의로 선택할 수 있다. 또한, 선심(소선)의 수가 많은 경우(예를 들면 19-, 37- 소선), 꼬임선이 아니라도 좋다. 꼬임선이 아닌 경우, 예를 들면 복수의 소선을 대략 평행하게 단순히 묶는 것뿐이라도 좋고, 또는 묶은 것을 매우 큰 피치로 꼬고 있어도 좋다. 어느 경우도 단면이 대략 원형이 되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다층 절연전선은, 일반적인 방법에 의해, 도체의 바깥둘레에 원하는 두께의 1층째의 절연층을 압출 피복하고, 이어서, 이 1층째의 절연층의 바깥둘레에 원하는 두께의 2층째의 절연층을 압출 피복방법으로, 차례차례 절연층을 압출 피복함으로써 제조된다. 이와 같이 하여 형성되는 압출 절연층의 전체 두께는 3층에서는 60∼180㎛의 범위내에 있도록 하는 것이 바람직하다. 이것은, 절연층의 전체의 두께가 너무 얇으면 얻어진 내열 다층 절연전선의 전기특성의 저하가 크고, 실용에 적합하지 않은 경우가 있고, 반대로 너무 두꺼우면 소형화에 적합하지 않고, 코일가공이 곤란하게 되는 등의 경우가 있기 때문이다. 더욱 바람직한 범위는 70∼150㎛이다. 또한, 상기의 3층의 각층의 두께는 20∼60㎛로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다층 절연전선은, 내열성 레벨도 충분히 만족하는 것 외에, 코일 용도로서 요구되는 땜납처리 후의 양호한 가공성이 우수하기 때문에, 코일 가공 후의 후처리에 있어서도 폭넓은 선택이 가능하다. 지금까지 내열 B종 이상의 내열성을 유지하면서, 땜납 처리 후의 양호한 가공성을 겸비한 다층 절연전선은 없었다. 본 발명의 다층 절연전선은, 절연층으로서, 최내층에는 가열 후의 신장특성이 우수 하고 도체와의 밀착성이 우수한 수지, 바람직하게는 특정의 변성 폴리에스테르수지를, 최외층 및 최내층 이외의 절연층에는 내열성을 갖는 수지, 바람직하게는 폴리페닐렌술피드, 폴리에테르술폰 혹은 폴리에테르이미드를, 최외층에는 가열 후의 신장특성이 우수한 수지, 바람직하게는 불소함유수지 혹은 폴리아미드 수지, 보다 바람직하게는 폴리아미드 수지를 조합하여 사용함으로써 상기 요구 항목을 충족할 수 있다. 본 발명의 다층 절연전선은, 단말 가공시에는 직접 납땜을 실시할 수 있고, 코일 가공의 작업성을 충분히 높이는 것이다. 또한 상기 다층 절연전선을 이용하여 이루어지는 본 발명의 변압기는, 전기특성이 우수하고 신뢰성이 높다.

[실시예]

이하에서는, 본 발명을 실시예에 기초하여 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼7 및 비교예 1∼2

도체로서 선지름 0.75㎜의 부드러운 구리선을 준비하였다. 표 1에 나타낸 각층의 압출 피복용 수지의 배합(조성의 수치는 질량부를 나타낸다) 및 두께로, 도체상에 차례차례 압출하고 피복하여 다층 절연전선을 제조하였다. 얻어진 다층 절연전선에 대해, 하기의 사양으로 각종의 특성을 시험하였다. 또한, 육안에 의해 외관을 관찰하였다.

또한 절연전선의 각층을 구성하는 수지 조성물에 대해서, 0.2㎜ 두께의 프레스 시트를 제작하여, lEC-S형 덤벨시트를 준비하였다. 다음에 그 덤벨 시트를 150℃의 땜납조에 2초 침지하여, 그 땜납조 침지 전후의 평가 샘플에 대해서, JIS-K 71131에 준거하여, 인장 속도 50m/분으로 신장하여 비율(%)을 측정하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.

A. 땜납 내열성

코일 가공 후의 땜납처리 후의 접어 구부림에 대응 가능한, 가공성에 관한 특성시험이다. 압출 피복하는 것에 의해서 제작한 다층 절연전선을 플럭스에 침지시킨 후 450℃×4초간 땜납층에 넣는다. 다음에 이것을 자신보다 가는, 0.6㎜의 나선에 감아 붙인다. 감아 붙인 후, 표면을 관찰하여, 크랙이 발생하고 있으면 불합격, 아무것도 변화가 없으면 합격으로 하였다.

B. 신장 절단 후의 남은 길이:

다층 절연전선을 인장속도 300㎜/분으로 도체가 파단할 때까지 신장시켜, 신장 절단 후의 도체 단면으로부터의 남은 길이를 평가하여, 1.0㎜ 이하의 것을 ◎, 100㎜ 이상의 것을 ×로 하였다.

C. 전기적 내열성:

lEC 규격 60950의 2.9.4.4항의 부속서 D(전선)와 1.5.3항의 부속서 C(트랜스)에 준거한 하기의 시험 방법으로 평가하였다.

직경 8㎜의 맨드릴에 다층 절연전선을, 하중 118㎫(12㎏/㎟)를 걸면서 10번 감아 붙여, B종: 225℃ 1시간 가열, B종: 200℃ 399 시간 더 가열하고, 25℃, 95%의 분위기에 48시간 더 유지하고, 그 후 3000V에서 1분간 전압을 인가하여 단락하지 않으면, B종 합격으로 판정하였다.(판정은 n=5에서 평가. 1개라도 NG가 되면 불합격이 된다).

D. 내용제성

코일 가공으로서 20D 감아 붙임을 실시한 전선을 에탄올, 및 이소프로필알코올 용매에 30초간 침지하고, 건조 후 시료 표면의 관찰을 실시하여, 크레이징 발생의 유무 판정을 실시하였다.

표 1 중, '-'는 첨가하지 않는 것을 표시한다. 또한, 합격 여부의 ◎는 보다 바람직함, ○는 바람직함, ×은 부적절함을 표시한다.

또한, 각 수지를 나타내는 약호는 이하와 같다.

PET : 테이진 PET(테이진사제, 상품명) 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지

에틸렌계 공중합체 : 하이밀란 1855(미쓰이 듀퐁사제, 상품명) 아이오노머 수지

에폭시기 함유 수지: 본드퍼스트 7M(스미토모 가가쿠고교사제, 상품명)

PES: 스미카 엑셀 PES4100(스미토모 가가쿠고교사제, 상품명) 폴리에테르술폰 수지(유리전이온도: 225℃)

PPS: DICPPS FZ2200A8 (대일본 잉크 가가쿠고교사제, 상품명) 폴리페닐렌술피드 수지(융점: 280℃)

변성 PET: C3800(테이진사제, 상품명) 폴리에틸렌 테레프탈레이트-엘라스토머 공중합체

ETFE: 풀온 C-88AXM8(아사히 가라스사제, 상품명) 에틸렌테트라플루오로에틸렌 공중합체수지

PA66 : FDK-1(유니티카사제, 상품명) 폴리아미드 66 수지

또한, 도체로부터 순서대로 제1층, 제2층, 제3층이 피복된 것으로, 제3층이 최외층이다.

표 1에서 나타낸 결과로부터 이하가 분명해졌다.

비교예 1에서는 전기적 내열성이 부족하고, 또한 저내열이기 때문에 땜납 침지시는 전선 피막이 녹아 나옴이 격렬하다. 비교예 2에서는 전기적 내열성은 만족하지만, 신장 절단 후의 남은 길이가 100㎜이고, 땜납 처리시는 크랙이 발생해 버린다. 한편, 실시예 1∼7에서는, 땜납 내열성, 전기적 내열성, 용제 내성, 및 전선 외관의 어느 것이라도 합격 기준을 만족시키고, 전선을 피복하는 수지는, 땜납 처리시의 열이력에 의해서 수지가 열에 의해 열화(劣化)되는 일 없이, 땜납 처리 후의 가공성이 우수한 것이었다. 특히, 최외층에 PA66을, 최외층 및 최내층 이외의 층에 PES를 조합한 실시예 1, 2, 5는, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 290% 이상이고, 또한 열처리 전의 신장율과 적어도 동등하고, 또한, 전선을 신장 절단했을 때, 피복층 부분의 도체로부터의 남은 부분이 1.0㎜이하인 것이 나나타내는 것에 의해, 최외층 및 최내층은 열이력을 받은 후의 신장특성이 우수하고, 덧붙여 각층간의 밀착성이 우수하기 때문에, 그 피막 구성이 가장 바람직한 것이었다.

또한 실시예 7에서는, 땜납, 내열성 및 전기적 내열성의 결과는 합격이었다.

본 발명의 다층 절연전선은, 내열성 레벨도 충분히 만족하는 것 외에, 땜납처리 후의 양호한 가공성이 우수하고, 코일가공의 작업성을 충분히 높이는 것이므로, 폭 넓은 코일용도에 유용하다.

또한, 본 발명의 다층 절연전선은, 전기특성이 우수하고 신뢰성이 높은 변압기에 적합하다.

본 발명을 그 실시형태와 함께 설명했지만, 우리는 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에 있어서도 한정하려고 하는 것이 아니라, 첨부의 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하는 일 없이 폭넓게 해석되는 것이 당연하다고 생각한다.

Claims (9)

1. 도체와 상기 도체를 피복하는 3층 이상의 압출 절연층으로 이루어지는 다층 절연전선으로서,

   상기 절연층의 최외층(A)이, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 290% 이상인 수지의 압출 피복층으로 이루어지고,

   최내층(B)이, 150℃의 땜납조에 2초 침지시킨 수지의 신장율이 290% 이상인 것과 함께,

   최외층과 최내층의 사이의 절연층(C)이, 융점이 280℃ 이상의 결정성 수지, 또는 유리 전이 온도가 200℃ 이상의 비정성 수지의 압출 피복층으로 이루어지는 것이며,

   상기 절연층의 최외층(A)을 형성하는 수지가, 폴리아미드 수지 또는 불소 함유 수지인 것이며,

   상기 불소 함유 수지는 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체수지(ETFE) 또는 퍼플루오로알콕시에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체수지(PFA)이며,

   상기 절연층의 최내층(B)을 형성하는 수지는, 지방족 알코올 성분과 산(酸) 성분을 결합하여 형성되는 열가소성 직쇄 폴리에스테르 수지 100질량부에 대해, 측쇄에 카르본산 또는 카르본산의 금속염을 갖는 에틸렌계 공중합체 5∼40 질량부를 함유하여 이루어지는 수지 또는,

   지방족 알코올 성분과 산(酸) 성분을 결합하여 형성되는 열가소성 직쇄 폴리에스테르수지 100질량부에 대해서, 에폭시기, 옥사졸릴기, 아미노기 및 무수 말레인산 잔기로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종류의 관능기를 함유하는 수지 1∼20질량부를 함유하여 이루어지는 수지인 것이며,

   상기 절연층(C)을 형성하는 수지가, 폴리에테르술폰수지 또는 폴리페닐렌술피드수지 또는 폴리에테르이미드 수지인 것이고,

   상기 융점이 280℃ 이상의 결정성 수지는 폴리페닐렌술피드 수지이고,

   상기 유리 전이 온도가 200℃ 이상의 비정성 수지는 폴리에테르이미드수지 또는 폴리에테르술폰수지인 것을 특징으로 하는 다층 절연전선.
2. 제 1 항에 기재되어 있는 다층 절연전선을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기.
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