KR102020366B1

KR102020366B1 - 절연 전선, 코일 및 전기·전자기기, 및 절연 전선의 제조 방법

Info

Publication number: KR102020366B1
Application number: KR1020177009501A
Authority: KR
Inventors: 케이스케 이케다; 히데오 후쿠다
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤; 후루카와 마그넷트 와이야 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2019-09-20
Also published as: EP3193338A1; US10037833B2; JP2016058230A; US20170178765A1; EP3193338B1; MY171713A; CN107004466A; KR20170078609A; WO2016039351A1; JP6133249B2; EP3193338A4; CN107004466B

Abstract

도체의 외주에, 적어도 1층의 절연층을 가지는 절연 전선으로서, 절연층의 적어도 1층이, 결정성 수지 (A), 및 열기계 분석으로 측정된 유리 전이 온도가, 상기 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 수지 (B)와의 혼합 수지로 이루어지고, 또한 상기 혼합 수지의 혼합 질량비(결정성 수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)가 90:10 ~ 51:49인 절연 전선, 코일, 전기·전자기기, 및 절연 전선의 제조 방법.

Description

절연 전선, 코일 및 전기·전자기기, 및 절연 전선의 제조 방법{INSULATED ELECTRIC WIRE, COIL, ELECTRIC/ELECTRONIC DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING INSULATED ELECTRIC WIRE}

본 발명은, 절연 전선, 코일 및 전기·전자기기, 및 절연 전선의 제조 방법에 관한 것이다.

최근의 전기·전자기기(전기기기라고도 함)에서는, 인버터 소자의 스위칭에 의해서 발생하는 서지 전압에 의한 열화(인버터 서지 열화)를 방지하기 위해서, 수백 V의 서지 전압에 견딜 수 있는 절연 전선(와이어)이 요구되는 경우가 있다(특허문헌 1 참조).

또한, 모터나 변압기로 대표되는 전기기기는, 소형화 및 고성능화가 진전되고, 절연 전선을 권선 가공(코일 가공, 굽힘 가공이라고도 함)한 권선(코일)을 매우 좁은 부분에 밀어넣어서 사용하는 사용법이 많이 보이게 되었다. 구체적으로는, 절연 전선을 코일 가공한 코일을 스테이터 슬롯 중에 몇 개를 넣을 수 있는지에 의해, 그 모터 등의 회전기의 성능이 결정된다고 해도 과언은 아니다. 그 결과, 스테이터 슬롯 단면적에 대한 도체의 단면적의 비율(점적율(占積率))을 향상시키기 위해, 극히 최근에는, 도체의 단면 형상이 사각형(정사각형이나 직사각형)에 유사한 평각선(平角線)이 사용되고 있다.

통상, 절연 전선의 절연층에 사용되는 수지는 1종류이지만, 최근이 되어서, 2 종류의 수지를 혼합한 혼합 수지의 사용이 제안되고 있다.

예를 들면, 내열 연화성과 가요성이 우수한 폴리에테르술폰 수지의 내약품성이 부족하고, 크랙을 발생시키기 쉽다고 하는 결점을 보강하기 위해서, 폴리페닐렌술피드 수지 또는 폴리에테르에테르케톤 수지를 10 ~ 50 질량% 병용하는 것이, 특허문헌 2에서 제안되고 있다. 또한, 내열성과 높은 PDIV를 달성하기 위해서, 폴리에테르에테르케톤 수지를 연속상(連續相)으로 하고, 비유전율이 2.6 이하의 수지를 분산상(分散相)으로 하는 상분리 구조를 가지는 수지 조성물을 이용하는 것이, 특허문헌 3에서 제안되고 있다. 또한, 비유전율이 낮은 수지로 절연성을 향상시키기 위해서, 방향족 폴리에테르케톤 수지에 대해서, 퍼플루오로에틸렌과 퍼플루오로화된 알콕시에틸렌의 공중합체로 이루어지는 불소 수지를 5 ~ 50 질량% 혼합하는 것이, 특허문헌 4에서 제안되고 있다.

일본 특허공보 제5391324호 일본 공개특허공보 2010-123389호 일본 공개특허공보 2013-109874호 국제 공개 제2013/088968호 팜플렛

전기기기에 조립된 절연 전선에 전류가 흐르면, 절연 전선은 발생하는 열에 의해 고온이 된다. 자동차 등에서 이용하는 전기기기는 해마다 소형화, 고출력화되고 있고, 이것에 수반하여 장치 내부의 고온화가 일어나고 있고, 경우에 따라서는 200℃를 초과하는 온도로도 된다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 이러한 고온하에서는, 예를 들면, 스테이터 슬롯에 수납되어 있는, 코일 가공하여 감겨진 절연 전선의, 절연 파괴 전압(BDV; Break Down Voltage)이 저하되는 것을 알 수 있었다.

이 원인을 해석한 결과, 좁은 공간에서 감겨진 절연 전선 중, 압력이 가해지고 있는 부분의 절연 전선의 피막이, 예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같이, 뭉개져서 얇아져 있는 것이 원인인 것을 알 수 있었다.

이 피막이 뭉개짐은, 피막을 구성하는 수지의 결정화도에 의존한다. 수지의 결정화도가 낮은 경우, 예를 들면, 결정화도가 36.4%의 폴리에테르에테르케톤(PEEK)의 경우, 압축압이 10 ~ 20 MPa에서, 피막의 두께가, 30%나 뭉개져 버리는 것을 알 수 있었다. 이 때문에, 결정화도가 높은 수지를 사용하면, 피막 뭉개짐이 억제되는 한편, 파단 신장율이 저하되는 것을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명은, 사용하는 수지의 결정화도에 의존하는 일 없이, 내열 노화성이 우수하고, 게다가 기계적 특성이 유지 혹은 개선되고, 철심 감김 상태에서의 가열 후의 절연 파괴 전압의 저하가 억제된 절연 전선, 이것을 이용한 코일 및 전기·전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 본 발명은, 이러한 우수한 절연 전선의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상술한 바와 같이, 1종류의 수지에서는, 사용하는 수지의 결정화도를 높여서 피막 뭉개짐을 억제하면, 역으로 파단 신장율이 저하되는 것으로부터, 피막 뭉개짐의 억제와 파단 신장율의 저하의 억제를 양립시키는 것이 곤란했다. 이 때문에, 본 발명자들은 이것들을 양립시키기 위해서, 적어도 2종의 수지를 조합한 혼합 수지에서의 검토를 행했다. 구체적으로는, 절연 전선이 사용되는 장치 내부를 상정한 고온 환경하, 특히 현실에서 일어날 수 있는 200℃의 환경하에서의 절연 전선의 특성도 고려하고, 여러 가지의 검토를 행했다. 그 결과, 결정성 수지와 유리 전이 온도가 다른 수지의 조합이 유효한 것을 발견하고, 더 검토를 더하는 것으로, 본 발명에 이르렀다.

즉, 본 발명의 상기 과제는, 이하의 수단에 의해서 달성되었다.

(1) 도체의 외주에, 적어도 1층의 절연층을 가지는 절연 전선으로서,

상기 절연층의 적어도 1층이, 결정성 수지 (A), 및 열기계 분석으로 측정된 유리 전이 온도가, 상기 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 수지 (B)와의 혼합 수지로 이루어지고, 또한 상기 혼합 수지의 혼합 질량비(결정성 수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)가 90:10 ~ 51:49인 것을 특징으로 하는 절연 전선.

(2) 상기 수지 (B)의 유리 전이 온도가, 상기 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다 50℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 절연 전선.

(3) 상기 결정성 수지 (A)가, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤 및 폴리페닐렌설파이드로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 절연 전선.

(4) 상기 수지 (B)가, 폴리페닐술폰, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드 및 열가소성 폴리이미드로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) ~ (3)의 어느 한 항에 기재된 절연 전선.

(5) 상기 혼합 수지로 이루어지는 절연층이, 압출 피복 수지층인 것을 특징으로 하는 (1) ~ (4)의 어느 한 항에 기재된 절연 전선.

(6) 상기 도체의 외주에, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리이미드 및 H종 폴리에스테르로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 열경화성 수지층을 가지는 것을 특징으로 하는 (1) ~ (5)의 어느 한 항에 기재된 절연 전선.

(7) 상기 (1) ~ (6)의 어느 한 항에 기재된 절연 전선을 권선 가공한 코일.

(8) 상기 (7)에 기재된 코일을 이용한 전자·전기기기.

(9) 도체의 외주에, 적어도 1층의 절연층을 가지는 절연 전선의 제조 방법으로서,

상기 절연층의 적어도 1층이, 결정성 수지 (A), 및 열기계 분석으로 측정된 유리 전이 온도가, 상기 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 수지 (B)와의 혼합 수지로 이루어지고, 또한 상기 혼합 수지의 혼합 질량비(결정성 수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)가 90:10 ~ 51:49이며,

상기 도체의 외주에, 상기 혼합 수지를 포함하는 수지 조성물을 압출 성형하여, 상기 절연층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선의 제조 방법.

(10) 상기 도체의 외주에, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리이미드 및 H종 폴리에스테르로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 열경화성 수지층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 (9)에 기재된 절연 전선의 제조 방법.

본 발명에 의해, 종래와 같이, 사용하는 수지의 결정화도에 의존하는 일 없이, 내열 노화성이 우수하고, 게다가 기계적 특성이 유지 혹은 개선되고, 철심 감김 상태에서의 가열 후의 절연 파괴 전압의 저하가 억제된 절연 전선, 이것을 이용한 코일 및 전기·전자기기를 제공하는 것이 가능해졌다.

또한, 본 발명에 의해, 상기와 같이 우수한 절연 전선의 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 적절히 첨부된 도면을 참조하여, 하기의 기재로부터 보다 명백해질 것이다.

도 1은, 본 발명의 절연 전선의 바람직한 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는, 절연 전선이 감겨진 상태에서 가열되었을 경우에 생기는 피막 뭉개짐을 모식적으로 나타낸 개략 단면도이다.

<<절연 전선>>

본 발명의 절연 전선(절연 와이어라고도 함)은, 도체와, 도체의 외주에, 적어도 1층의 절연층을 가진다. 이 절연 전선은, 절연층의 적어도 1층이, 압출 피복 수지층을 가지는 것이 바람직하다.

여기서, 도 1에, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 절연 전선(1)의 단면도를 모식적으로 나타냈다. 여기에서는, 도체(11)의 외주에 절연층이 형성되고, 이 절연층이, 도체에 접하여 열경화성 수지층(12)과 압출 피복 수지층(13)이 적층된 2층 구성으로 이루어지는 절연 전선이다. 또한, 절연 전선이 열경화성 수지층(12)을 가지는 것은, 본 발명에 있어서, 특히 바람직한 형태이다.

도 2에서는, 감겨진 절연 전선이 가열되었을 경우에 생기는 피막 뭉개짐을 모식적으로 나타낸 것이며, 도면의 상방으로부터 압이 걸렸을 경우에 일어나는 현상을 나타낸 것이다. 또한, 우측의 도면이, 피막 뭉개짐이 생긴 것이다.

본 발명의 절연 전선의 길이방향과 수직인 단면에 있어서의 전선 피막의 총두께(모든 절연층의 두께의 합계:도체로부터 표면까지의 합계 두께)는 50 ~ 300μm가 바람직하고, 60 ~ 200μm가 보다 바람직하다.

이하, 도체, 압출 피막 수지층, 압출 피막 수지층 이외의 절연층을 순서대로 설명한다.

<도체>

본 발명에 이용하는 도체로서는, 종래, 절연 전선으로 이용되고 있는 것을 사용할 수 있고, 구리선, 알루미늄선 등의 금속 도체를 들 수 있다. 바람직하게는, 산소 함유량이 30 ppm 이하의 저산소동, 더 바람직하게는 20 ppm 이하의 저산소동 또는 무산소동의 도체이다. 산소 함유량이 30 ppm 이하이면, 도체를 용접하기 위해서 열로 용융시켰을 경우, 용접 부분에 함유 산소에 기인하는 보이드의 발생이 없고, 용접 부분에 있어서의 전기 저항의 악화를 방지함과 함께 용접 부분의 강도를 유지할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 도체는, 단면 형상은, 원형(환(丸) 형상), 사각형(평각(平角) 형상) 혹은 육각형 등 어느 형상이라도 상관없지만, 사각형의 도체는 원형인 것과 비교하여, 권선시에 있어서의 스테이터 슬롯에 대한 도체의 점적율이 높기 때문에, 바람직하다.

사각형의 도체의 크기(단면 형상)는, 특별히 한정은 없지만, 폭(장변)은 1 ~ 5 mm가 바람직하고, 1.4 ~ 4.0 mm가 보다 바람직하고, 두께(단변)는 0.4 ~ 3.0 mm가 바람직하고, 0.5 ~ 2.5 mm가 보다 바람직하다. 폭(장변)과 두께(단변)의 길이의 비율은, 두께:폭 = 1:1 ~ 1:4가 바람직하다.

또한, 사각형의 4 모서리에 모따기(곡률반경 r)를 마련한 형상인 것이 바람직하다. 곡률반경 r은, 0.6 mm 이하가 바람직하고, 0.2 ~ 0.4 mm가 보다 바람직하다.

단면이 원형의 도체인 경우, 크기(단면 형상)는, 특별히 한정은 없지만, 직경은 0.3 ~ 3.0 mm가 바람직하고, 0.4 ~ 2.7 mm가 보다 바람직하다.

<압출 피복 수지층>

본 발명의 절연 전선에서는, 적어도 1층의 절연층은, 적어도 2종의 수지로 이루어지는 혼합 수지로 이루어진다.

이 절연층은, 압출 성형된 압출 피복 수지층인 것이 바람직하다. 이 때문에, 이하, 압출 피복 수지층으로서 설명한다. 또한, 압출 피복 수지층을 형성하는 수지는, 압출 성형 가능한 열가소성 수지이다.

압출 피복 수지층은, 도체 외주에, 도체에 접하여 마련되어도, 다른 절연층, 예를 들면, 열경화성 수지층의 외측에 마련되어도 좋다.

또한, 압출 피복 수지층은, 1층이라도 복수층이라도 좋다.

본 발명에 있어서, 압출 피복 수지층은 결정성 수지 (A)와, 열기계 분석으로 측정된 유리 전이 온도(Tg)가, 상기 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 수지 (B)와의 혼합 수지로 이루어진다.

열가소성 수지는, 결정성 수지와 비결정성 수지로 대별되고, 결정성 수지는, 분자쇄가 규칙적으로 배열된 결정 영역을 가지고, 이 결정화 영역의 양(量)의 비율이 높은 것을 결정화도가 높다고 한다.

결정성 수지에는, 유리 전이 온도(Tg)와 비결정성 수지에서는 나타내지 않는 융점이 존재하고, 결정화에 수반하여 용적 변화(수축)가 생긴다. 그러나 비결정성 수지와 비교하여, 일반적으로 기계적 강도, 내약품성, 슬라이딩성, 강성·스프링성이 우수하다.

본 발명에서 사용하는 혼합 수지는, 적어도 한쪽이 결정성 수지 (A)이다.

결정성 수지 (A)로서는, 예를 들면, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤케톤(PEEKK), 폴리에테르케톤에테르케톤케톤(PEKEKK), 폴리케톤(PK), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리메틸펜텐(PMP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP), 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE), 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 폴리아미드 6, 66, 11, 12, 610, 46을 포함하는 지방족 폴리아미드, 폴리아미드 6T, 9T, MXD6, 폴리프탈아미드를 포함하는 방향족 폴리아미드, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN), 폴리디시클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCT), 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리페닐렌옥사이드(PPO), 액정 폴리머(LCP)를 포함하는 방향족 폴리에스테르, 신디오택틱폴리스티렌(SPS), 폴리아세탈(POM), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등을 들 수 있다.

본 발명에서는, 이들의 수지는, 변성된 것도 포함한다. 예를 들면, 변성 폴리에테르에테르케톤(m-PEEK)은, PEEK에 포함된다.

이 중, 탄성률이 높고 피막 뭉개짐에 강한 수지가 적합한 것으로부터, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르케톤에테르케톤케톤(PEKEKK) 및 폴리페닐렌설파이드(PPS)로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.

PEEK로서는, 예를 들면, 키타스파이어 KT-820(솔베이스페셜티폴리머즈사(Solvay Specialty Polymers)제, 상품명), PEEK450G(빅트렉스재팬샤(Victrex Japan Inc.)제, 상품명), 변성 PEEK로서는, 아바스파이어 AV-650(솔베이스페셜티폴리머즈사제, 상품명), PEKK로서는, 초고성능 플라스틱 PEKK(알케마재팬샤(ARKEMA K.K.)제, 상품명), PEK로서는, HT-G22(빅트렉스사(Victrex plc.)제, 상품명), PEKEKK로서는, ST-STG45(빅트렉스사제, 상품명), PPS로서는, 쥬라넥스 0220A9(폴리플라스틱스사(Polyplastics Co., Ltd.)제, 상품명), PPSFZ-2100(DIC사(DIC CORPORATION)제, 상품명) 등의 시판품을 들 수 있다.

또한, 결정화도에는, 상대적 결정화도와 절대적 결정화도가 있고, 본 발명에서는, 상대적 결정화도를 의미한다.

상대적 결정화도와 절대적 결정화도는 이하와 같이 하여 구할 수 있다.

상대 결정화도(%) = [(결정 융해 열량-결정화 열량)/(결정 융해 열량)]×100

절대 결정화도(%) = [결정 융해 열량/수지의 완전 결정의 융해열]×100

결정 융해 열량과 결정화 열량은, 시차주사 열량분석에 의해서 얻어진다.

예를 들면, PPS를, 5℃/min의 속도로 온도 상승시키고, 300℃를 초과하는 영역에서 보이는 융해에 기인하는 흡열량(융해 열량)과 150℃ 주변에서 보이는 결정화에 기인하는 발열량(결정화 열량)이 관측된다. 한편, 완전 결정의 융해열은, 이론상의 값이며, 완전 결정의 융해열 그 자체를 관측하지 못하고, 완전하게 결정화한 상태를 상정하여, 이론적으로 구해진 값이다.

사용하는 결정성 수지의 결정화도가 높은 경우, 피막 뭉개짐이 생기기 어렵다. 한편, 기계적 특성, 특히 파단의 신장율이 저하되고, 게다가 도체와 피막, 피막 사이에서의 밀착성이 악화된다.

본 발명에서는, 상기 결정성 수지의 결정화도에 의한 피막 뭉개짐의 억제와 기계적 특성의 양립을, 조합하는 수지 (B)와의 관계에 의해 달성했다.

이 때문에, 본 발명에서는, 사용하는 결정성 수지 (A)의 결정화도를 고려할 필요가 없다.

또한, 본 발명에서는, 기계적 특성에 더하여, 도체와 절연층이나, 절연층간의 밀착성도 저하되는 일 없이 유지 혹은 개선할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 결정성 수지 (A)와 함께, 열기계 분석[TMA: Thermo Mechanical Analysis, TMA법, TMA 측정이라고도 칭한다]으로 측정된 유리 전이 온도(Tg)가, 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 수지 (B)를 사용한다.

수지 (B)의 상기 유리 전이 온도(Tg)는, 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다, 40℃ 이상 높은 것이 바람직하고, 50℃ 이상 높은 것이 보다 바람직하고, 60℃ 이상 높은 것이 더 바람직하다. 또한 결정성 수지 (A)와 수지 (B)의 유리 전이 온도의 차이의 상한은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 실제적으로는 200℃ 이하이며, 150℃ 이하가 바람직하다.

결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도에 대한 수지 (B)의 유리 전이 온도(Tg)를 상기의 범위로 하는 것으로, 가열시의, 유리 전이 온도(Tg)에 있어서의 결정성 수지 (A)의 탄성률의 저하를 수지 (B)가 억제하기 때문에, 결과적으로 감아서 가열시에 있어서의 피막의 감소율을 억제할 수 있다. 결정성 수지 (A)와 수지 (B)의 유리 전이 온도의 차이가 클수록, 양자(兩者)의 탄성률이 저하되는 영역이 이격되기 때문에, 가열시의 피막 뭉개짐에 대해서 더욱 바람직한 결과가 얻어진다. 반대로 결정성 수지 (A)와 수지 (B)의 유리 전이 온도차가 30℃ 미만이면 탄성률의 저하를 억제할 수 없고, 철심 감김 상태에서의 가열 후의 절연 파괴 전압의 측정에서 바람직한 결과가 얻어지지 않는다.

수지 (A)의 유리 전이 온도(Tg)는, 70℃ 이상이 바람직하고, 80℃ 이상이 보다 바람직하고, 90℃ 이상이 더 바람직하고, 100℃ 이상이 특히 바람직하다. 상한은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 현실적으로는 200℃ 이하이다.

유리 전이 온도(Tg)는 열기계 분석(TMA), 시차주사 열량측정(DSC: Differential Scanning Calorimetry), 동적 점탄성 측정(DMA: Dynamic Mechanical Analysis)으로 측정할 수 있는데, 본 발명에서는, 열기계 분석(TMA)에서 구한 유리 전이 온도(Tg)이다.

여기서, 열기계 분석(TMA)은, 시료의 온도를 일정한 프로그램에 의해서 변화시키면서, 압축, 인장(引張), 굽힘 등의 비진동적 하중을 가하여 그 물질의 변형을 온도 또는 시간의 함수로서 측정하는 방법이다. 열기계 분석은, 열기계 분석 장치(예를 들면, 가부시키가이샤히타치하이테크사이언스(Hitachi High-Tech Science Corporation.)제, 열기계적 분석 장치(TMA/SS), TMA7000 시리즈) 또는 동적 점탄성 측정 장치(예를 들면, PerkinElmer사제, DMA8000)(모두 상품명)로 측정할 수 있다.

또한, 열기계 분석(TMA)에서는, 열기계 분석에 있어서의 변곡점으로부터 유리 전이 온도(Tg)를 산출한다.

수지 (B)는, 결정성 수지라도 비결정성 수지라도 상관없다.

비결정성 수지로서는, 폴리아릴레이트(PAR), 폴리술폰(PSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르이미드(PEI), 열가소성 폴리이미드(TPI) 폴리카보네이트(PC), 변성 폴리페닐렌에테르(m-PPE), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), ABS 수지, AS수지, 아크릴 수지(PMMA)를 들 수 있다. 또한, 결정성 수지로서는, 열가소성 폴리이미드(TPI)를 들 수 있다.

또한, 비결정성 수지는, 결정성 수지와 달리 융점이 존재하지 않고, 유리 전이 온도(Tg)만이 존재한다. 또한, 비결정성 수지는 투명하고 냉각 고체화시의 용적 변화가 적고, 크리프(creep)성, 내후성, 내충격성이 우수하고, 흡수성이 적은 반면, 내약품성이 부족하고, 스트레스 크랙을 일으킨다.

수지 (B)는, 보다 유리 전이 온도(Tg)가 높고, 내열 노화성이 우수한 것으로부터, 폴리페닐술폰(PPSU), 폴리술폰(PSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI) 및 열가소성 폴리이미드(TPI)로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하다.

PPSU로서는, 예를 들면, 레이델 R5800(솔베이어드밴스드폴리머사(Solvay Advanced Polymer)제, 상품명), PSU로서는, 예를 들면, 유델 PSU(솔베이어드밴스드폴리머사제, 상품명), PES로서는, 예를 들면, 스미카에크셀 4800G(스미토모카가쿠샤(住友化學社)제, 상품명), PES(미츠이카가쿠샤(三井化學社)제, 상품명), 울트라존 E(BASF 재팬사제, 상품명), 레이델 A(솔베이어드밴스드폴리머사제, 상품명), PEI로서는, 예를 들면, 우르템 1010(사빅이노베이티브플라스틱사(Saudi Basic Industries Corporation)제, 상품명), TPI로서는, 오람 PL450C(미츠이카가쿠가부시키가이샤제, 상품명) 등의 시판품을 들 수 있다.

본 발명에 있어서, 결정성 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 질량비(결정성 수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)는, 90:10 ~ 51:49이며, 90:10 ~ 60:40이 바람직하고, 80:20 ~ 60:40이 보다 바람직하다.

혼합 질량비를 상기 범위로 설정하는 것으로, 기계적 특성 및 밀착성을 유지 혹은 개선하고, 또한 감기 시의 절연 파괴 전압의 저하를 억제할 수 있다.

그 중에서도, 인장 시험에 있어서의 파단 신장율을 향상할 수 있다.

예를 들면, PEEK와 PEI나 PEEK와 TPI에서는, 결정성 수지 (A)인 PEEK가 51 질량% 이상이면, 하기 측정 조건에 의한 파단 신장율은 100%를 초과한다.

결정성 수지 (A)의 혼합 질량비가 90을 초과하면 감기 시의 절연 파괴 전압의 저하가 억제되지 않고, 또한 51을 밑돌면 파단 신장율이 저하되고, 또한 내열 노화성이 떨어진다.

여기서, 압출 피복 수지층에 사용하는 수지의 파단 신장율은, 이하와 같이 하여 측정했다.

압출 피복 수지층에 사용하는 수지를, 핫 프레스를 이용하여 두께 0.15 mm로 압축 성형하고, 시트로 가공한다. 얻어진 시트를 덤벨편(IEC-S형)으로 펀칭하고, 이것을 시험편으로 한다. 인장 시험기를 이용하고, 인장 속도 20 m/min로 인장 시험을 행한다. 척 사이를 25 mm로 하고, n = 5의 시험에 있어서 파단시의 표선(標線)간의 신장 평균치를 요구한다. 여기서, 파단시의 표선 간의 신장 평균치는, 80% 이상이 되는 것이 필요하다.

압출 피복 수지층의 두께는, 250μm 이하가 바람직하고, 180μm 이하가 보다 바람직하다. 압출 피복 수지층의 두께를 상기의 바람직한 범위로 하는 것으로, 강성을 가지는 압출 피복 수지층을 이용한 절연 전선이 충분한 가요성을 가지고, 가공 전후에서의 전기 절연성 유지 특성의 변화에 영향을 주지 않는다. 한편, 압출 피복 수지층의 두께는, 절연 불량을 방지할 수 있는 점에서, 5μm 이상이 바람직하고, 15μm 이상이 더 바람직하다. 이 적합한 실시형태에 있어서는, 도체가 사각형인 경우, 사각형의 4변 중의, 한쪽의 대향하는 2변 및 다른 쪽의 대응하는 2변에 마련된 압출 피복 수지층의 두께는, 모두 200μm 이하가 바람직하다.

(압출 피복 수지층의 형성 방법)

도체 또는 열경화성 수지층을 형성한 도체(에나멜선이라고도 함)의 외주면에, 공압출기(共押出機)를 이용하여, 압출 피복 수지층에 사용하는 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 수지 또는, 각각의 수지를 동시에 압출하여, 압출 피복 수지층을 형성한다. 혼합 수지는, 수지의 유리 전이 온도보다 높은 온도로 용융 상태로 하고, 도체 또는 에나멜선에 압출하여 접촉시킨다. 열경화성 수지층을 가지는 에나멜선의 경우는, 열경화성 수지층에 압출 피복 수지를 열융착시켜서 압출 피복 수지층을 형성한다.

또한, 열가소성 수지층(예를 들면, 본 발명에서 사용하는 혼합 수지로 이루어지는 층)은, 유기용매 등과 열가소성 수지를 이용하여 형성할 수도 있다.

압출기의 스크류는, 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 30 mm 풀 플라이트, L/D = 20, 압축비 3의 스크류를 들 수 있다. 압출 온도 조건은, 수지 투입측으로부터 순서대로, C1, C2, C3와 적어도 3 존으로 구분하여, 압출기 내의 실린더의 온도를 조정하는 것이 바람직하고, 또한 헤드부(H), 다이스부(D)의 온도를 조절한다. C1의 온도는, 260 ~ 310℃가 바람직하고, C2의 온도는, 300 ~ 380℃가 바람직하고, C3의 온도는, 310 ~ 380℃가 바람직하다. 또한, 헤드부(H)의 온도는, 320 ~ 390℃가 바람직하고, 다이스부(D)의 온도는, 320 ~ 390℃가 바람직하다. 압출 다이(extruding die)는, 도체와 유사형태이며, 필요한 두께가 얻어지는 다이스를 사용한다.

<열경화성 수지층>

본 발명의 절연 전선은, 상기의 압출 피복 수지층 이외에, 다른 절연층을 마련해도 좋다.

다른 절연층 중, 본 발명에서는, 도체와 압출 피복 수지층의 밀착성을 개량하기 위해서 열경화성 수지층(이 경우, 에나멜층이라고도 칭함)을 도체의 외주에 마련하는 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는, 도체와 압출 피복 수지층의 사이에 마련한다.

열경화 수지층은 에나멜 수지로 적어도 1층 마련하는 것이 바람직하지만, 복수 층이라도 좋다. 또한, 열경화성 수지층의 1층은, 두께를 증가시키기 위해서 동일한 바니시를 반복하여 베이킹한 것을 포함하고, 다른 바니시로 형성한 것은 다른 층으로서 카운트한다.

열경화성 수지층을 형성하는 에나멜 수지로서는, 종래 이용되고 있는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에스테르이미드(PEsI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드히단토인 변성 폴리에스테르, 폴리아미드(PA), 포멀(formal), 폴리우레탄(PU), 폴리에스테르(PE), 폴리비닐포멀, 에폭시, 폴리히단토인을 들 수 있다. 이 중, 내열성이 우수한, 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에스테르이미드(PEsI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드히단토인 변성 폴리에스테르 등의 폴리이미드계 수지 및 H종 폴리에스테르(HPE)가 바람직하다.

본 발명에서는, 특히, 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드(PI) 및 H종 폴리에스테르(HPE)로부터 선택되는 수지가 그 중에서도 바람직하다.

폴리아미드이미드(PAI)는, 열경화성의 것이면 좋고, 시판품(예를 들면, 상품명: U 이미드(유니치카샤(UNITIKA LTD.)제), 상품명: U-바니시(우베교산샤(宇部興産社)제), 상품명: HCI 시리즈(히타치카세이샤(日立化成社)제))를 이용하거나, 통상의 방법에 의해, 예를 들면 극성 용매 중에서 트리카복실산무수물과 디이소시아네이트류를 직접 반응시켜서 얻은 것, 또는, 극성 용매 중에서 트리카복실산무수물에 디아민류를 먼저 반응시켜서, 우선 이미드 결합을 도입하고, 다음에 디이소시아네이트류로 아미드화하고 얻은 것을 이용할 수 있다. 또한, 폴리아미드이미드는, 다른 수지에 비해 열전도율이 낮고, 절연 파괴 전압이 높고, 베이킹 경화가 가능하다.

폴리에테르이미드는, 예를 들면, 우르템 1010(사빅이노베이티브플라스틱사제, 상품명)의 시판품을 들 수 있다.

폴리이미드는, 특별히 제한은 없고, 전방향족 폴리이미드 및 열경화성 방향족 폴리이미드 등, 통상의 폴리이미드를 이용할 수 있다. 예를 들면, 시판품(히타치카세이샤제, 상품명: HI406)을 이용하거나, 통상의 방법에 의해, 방향족 테트라 카복실산 2 무수물과 방향족 디아민류를 극성 용매 중에서 반응시켜서 얻어지는 폴리아미드산 용액을 이용하고, 피복할 때의, 베이킹시의 가열 처리에 의해서 이미드화 시키는 것에 의해서 얻어지는 것을 이용할 수 있다.

H종 폴리에스테르(HPE)는, 방향족 폴리에스테르 중 페놀 수지 등을 첨가하는 것에 의해서 수지를 변성시킨 것으로, 내열 클래스가 H종인 것을 말한다. 시판의 H종 폴리에스테르는, Isonel 200(상품명, 미국 스케넥터디인터내셔널사제) 등을 들 수 있다.

에나멜 수지는, 이것들을 1종 단독으로 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.

열경화성 수지층의 두께는, 에나멜층을 형성할 때의 베이킹로를 통과하는 횟수를 줄이고, 도체와 열경화성 수지층의 접착력이 극단적으로 저하되는 것을 방지할 수 있는 점에서, 60μm 이하가 바람직하고, 50μm 이하가 보다 바람직하다. 또한, 절연 전선으로서의 에나멜선에 필요한 특성인, 내전압 특성, 내열 특성을 떨어뜨리지 않기 위해서는, 열경화성 수지층이 어느 정도의 두께를 가지고 있는 것이 바람직하다. 열경화성 수지층의 두께의 하한은, 핀홀이 생기지 않는 정도의 두께이면 특별히 제한되는 것이 아니고, 3μm 이상이 바람직하고, 6μm 이상이 보다 바람직하다. 도체가 사각형인 경우, 사각형의 4변 중의, 한쪽의 대향하는 2변 및 다른쪽의 대응하는 2변에 마련된 열경화성 수지층의 두께는, 모두 60μm 이하가 바람직하다.

열경화성 수지층은, 상술의 에나멜 수지를 포함하는 수지 바니시를 도체 상에 바람직하게는 복수회 도포, 베이킹하여 형성할 수 있다.

수지 바니시는, 열경화성 수지를 바니시화 시키기 위해서 유기용매 등을 함유한다. 유기용매로서는, 열경화성 수지의 반응을 저해하지 않는 한은 특별히 제한은 없고, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아미드(DMAC), N,N-디메틸포름아미드(DMF) 등의 아미드계 용매, N,N-디메틸에틸렌우레아, N,N-디메틸프로필렌우레아, 테트라메틸 요소 등의 요소계 용매, γ-부틸로락톤, γ-카프로락톤 등의 락톤계 용매, 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트계 용매, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매, 초산에틸, 초산 n-부틸, 부틸셀로솔브아세테이트, 부틸카비톨아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 에틸카르비톨아세테이트 등의 에스테르계 용매, 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임 등의 그라임계 용매, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥산 등의 탄화수소계 용매, 크레졸, 페놀, 할로겐화 페놀 등의 페놀계 용매, 술포란 등의 술폰계 용매, 디메틸술폭시드(DMSO)를 들 수 있다.

이들 중, 고용해성, 고반응 촉진성 등에 착안하면, 아미드계 용매, 페놀계 용매 및 요소계 용매가 바람직하고, 가열에 의한 가교 반응을 저해하기 쉬운 수소 원자를 가지지 않는 등의 점에서, 상기 아미드계 용매, 상기 페놀계 용매, 상기 요소계 용매 및 디메틸술폭시드가 바람직하고, 상기 아미드계 용매 및 디메틸술폭시드가 특히 바람직하다.

본 발명에 이용하는 수지 바니시는, 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서, 기포화 핵제, 산화 방지제, 대전 방지제, 자외선 방지제, 광안정제, 형광 증백제, 안료, 염료, 상용화제(相溶化劑), 윤활제, 강화제, 난연제, 가교제, 가교조제, 가소제, 증점제, 감점제 및 엘라스토머 등의 각종 첨가제를 함유해도 좋다. 또한, 얻어지는 절연 전선에, 이들의 첨가제를 함유하는 수지로 이루어지는 층을 적층해도 좋고, 이들의 첨가제를 함유하는 도료를 코팅해도 좋다.

수지 바니시는, 열경화성 수지층의 탄성률을 향상시키기 위해서, 유리 섬유나 카본 나노 튜브 등, 높은 어스펙트비를 가지는 분체를 도료에 첨가하여, 베이킹해도 좋다. 이와 같이 하는 것으로, 가공시에 선의 흐름 방향으로 분체가 정렬되고, 굽힘 방향에 있어서의 탄성률이 강화된다.

수지 바니시를 도포하는 방법은, 통상의 방법으로 좋고, 예를 들면, 도체 형상의 유사형으로 한 바니시 도포용 다이스를 이용하는 방법, 도체 단면 형상이 사각형이라면 우물(井) 형상으로 형성된 「유니버설 다이스」라고 불리는 다이스를 이용하는 방법을 들 수 있다. 에나멜 수지를 포함하는 수지 바니시를 도포한 도체는, 통상의 방법으로 베이킹로에서 베이킹된다. 구체적인 베이킹 조건은 그 사용되는 노(爐)의 형상 등에 좌우되는데, 대략 5m의 자연 대류식의 수직로(竪型爐)이면, 400 ~ 500℃에서 통과시간을 10 ~ 90초로 설정하는 것으로써 달성할 수 있다.

<절연 전선의 제조 방법>

본 발명의 절연 전선의 제조 방법은, 상기와 같은, 도체의 외주에, 압출 피복 수지층을 포함하는, 적어도 1층의 절연층을 가지는 절연 전선을 제조하는 방법이다.

즉, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 절연 전선은, 압출 피복 수지층이, 서로 유리 전이 온도(Tg)가 다른 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 수지로 이루어지고, 수지 (A)가 결정성 수지로서, 수지 (B)의 열기계 분석으로 측정된 유리 전이 온도(Tg)가, 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 수지이며, 또한 이 혼합 수지의 혼합 질량비(결정성 수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)가 90:10 ~ 51:49이다.

또한, 본 발명의 절연 전선의 제조 방법은, 예를 들면, 도체의 외주에, 상기의 혼합 수지를 포함하는 수지 조성물을 압출 성형하여, 상기 압출 피복 수지층을 형성하는 공정을 포함한다.

각각의 층의 형성 방법의 상세한 사항은, 압출 피복 수지층, 열경화성 수지층에 있어서 설명한 바와 같다.

<용도>

본 발명의 절연 전선은, 각종 전기기기 등, 내전압성이나 내열성을 필요로 하는 분야에 이용 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 절연 전선은 코일 가공하여 모터나 트랜스 등에 이용되고, 고성능의 전기기기를 구성할 수 있다. 특히 HV(하이브리드 카)나 EV(전기 자동차)의 구동 모터용의 권선으로서 적합하게 이용된다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 상기의 절연 전선을 코일화하여 이용한, 전자·전기기기, 특히 HV 및 EV의 구동 모터를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 절연 전선이 모터 코일에 이용되는 경우에는 모터 코일용 절연 전선이라고도 칭한다.

특히, 200℃를 초과하는 온도로도 되는 전자·전기기기, 특히 HV 및 EV의 구동 모터용의 절연 권선으로서 적합하게 이용된다.

[실시예]

이하에, 본 발명을 실시예에 기초하여, 더 상세하게 설명하는데, 이것들은 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

[실시예 1]

이하의 순서로, 도 1에 있어서, 열경화성 수지층을 가지지 않는 형태의 절연 전선을 제작했다.

1.8×3.3 mm(두께×폭)로 4 모서리의 모따기 반경 r = 0.3 mm의 평각 도체(산소 함유량 15 ppm의 구리)를 준비했다. 이 도체의 외주에, 이하와 같이 하여, 제2의 절연층의 압출 피복 수지층을 형성했다.

압출 피복하는 수지에, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)[솔베이스페셜티폴리머즈사제, 상품명: 키타스파이어 KT-880, 유리 전이 온도(Tg) 143℃]과 폴리페닐술폰(PPSU)[솔베이스페셜티폴리머즈사제, 상품명: 레이델 R-5800, 유리 전이 온도(Tg) 218℃]을 하기 표 1의 질량비로 이용했다.

압출기의 스크류는, 30 mm 풀 플라이트, L/D = 20, 압축비 3을 이용했다. 압출 온도 조건은, C1: 300℃, C2: 370℃, C3: 380℃, H: 390℃, D: 390℃로 설정했다. 여기서, C1, C2, C3는 압출기 내의 실린더의 온도이며, 수지 투입측으로부터 순서대로 3 존의 온도를 각각 나타낸다. 또한, H는 헤드부, D는 다이스부의 온도를 나타낸다.

압출 다이를 이용하여, 상기 수지를 압출 피복한 후, 수냉하는 것으로, 도체 상에 PEEK와 PPSU의 혼합 수지로 이루어지는 두께 30μm의 압출 피복 수지층을 가지는 절연 전선을 얻었다.

[실시예 2 ~ 4, 비교예 1 ~ 5]

하기 표 1 및 2에 나타내는 바와 같이 수지를 조합한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 절연 전선을 제작했다.

[실시예 5]

이하의 순서로, 도 1에 나타내는, 압출 피복 수지층 및 열경화성 수지층을 가지는 절연 전선을 제작했다.

1.8×3.3 mm(두께×폭)로 4 모서리의 모따기 반경 r = 0.3 mm의 평각 도체(산소 함유량 15 ppm의 구리)를 준비했다. 제1의 절연층인 열경화성 수지층의 형성에 있어서는, 도체의 형상과 유사한 형태의 다이스를 사용하고, 폴리아미드이미드 수지(PAI) 바니시(히타치카세이제, 상품명: HI406)를 도체에 코팅하고, 450℃로 설정한 노 길이 8m의 베이킹로 내를, 베이킹 시간 15초가 되는 속도로 통과시키고, 이 1회의 베이킹 공정으로 두께 5μm의 에나멜을 형성했다. 이것을 반복하여 합계 8회 행하는 것으로 두께 39μm의 에나멜층을 형성하고, 피막 두께 39μm의 에나멜선을 얻었다.

얻어진 에나멜선을 심선으로 하고, 이 에나멜층의 외측에 제2의 절연층의 압출 피복 수지층을 형성했다.

압출 피복하는 수지에, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)[솔베이스페셜티폴리머즈제, 상품명: 키타스파이어 KT-880, 유리 전이 온도(Tg) 143℃]과 폴리에테르이미드(PEI)[사빅이노베이티브플라스틱사제, 상품명: 우르템 1010, 유리 전이 온도(Tg) 213℃]를 하기 표 1의 질량비로 이용했다.

압출 다이를 이용하여, 상기 수지를 압출 피복한 후, 수냉하는 것으로, 에나멜선 상에 PEEK와 PEI의 혼합 수지로 이루어지는 두께 150μm의 압출 피복 수지층을 가지는, 합계 두께(에나멜층과 압출 피복 수지층의 두께의 합계) 189μm의 절연 전선을 얻었다.

[실시예 6 ~ 10, 비교예 6 및 7]

하기 표 1 및 2에 나타내는 바와 같이, 제1의 절연층의 열경화성 수지층 및 제2의 절연층의 압출 피복 수지층의 수지를 조합한 것 외에는, 실시예 5와 마찬가지로 하여, 절연 전선을 제작했다.

또한, 사용한 수지는, 이하의 수지이다.

열경화성 수지

·폴리아미드이미드 수지(PAI) 바니시(히타치카세이제, 상품명: HI406)

·폴리이미드 수지(PI) 바니시(유니치카샤제, 상품명: U 이미드)

결정성 수지 (A)

·폴리에테르에테르케톤(PEEK)[솔베이스페셜티폴리머즈사제, 상품명: 키타스파이어 KT-880, 유리 전이 온도(Tg) 143℃]

·폴리에테르케톤(PEK)[빅트렉스사제, 상품명: HT-G22, 유리 전이 온도(Tg) 162℃]

·폴리페닐렌페닐렌설파이드(PPS)[폴리플라스틱스사제, 상품명: 쥬라넥스 0220A9, 유리 전이 온도(Tg) 89℃]

·폴리에테르케톤케톤(PEKK)[알케마재팬샤제, 상품명: 초고성능 플라스틱 PEKK, 유리 전이 온도(Tg) 160℃]

수지 (B)

·폴리페닐술폰(PPSU)[솔베이어드밴스드폴리머사제, 상품명: 레이델 R5800, 유리 전이 온도(Tg) 218℃]

·폴리에테르이미드(PEI)[사빅이노베이티브플라스틱사제, 상품명: 우르템 1010, 유리 전이 온도(Tg) 213℃]

·열가소성 폴리이미드(TPI)[미츠이카가쿠가부시키가이샤제, 상품명: 오람 PL450C, 유리 전이 온도(Tg) 225℃]

·폴리술폰(PSU)[솔베이어드밴스드폴리머사제, 상품명: 유델 P-1700, 유리 전이 온도(Tg) 83℃]

·폴리에테르술폰(PES)[스미토모카가쿠샤제, 상품명: 스미카에크셀 3600G, 유리 전이 온도(Tg) 225℃]

·고밀도 폴리에틸렌(HDPE)[프라임폴리머사(Prime Polymer Co., Ltd.)제, 상품명: 하이젝스 5000SF, 유리 전이 온도(Tg) 0℃ 이하]

·신디오택틱폴리스티렌(SPS)[이데미츠교산샤(出光興産社)제, 상품명: 자렉 S105, 유리 전이 온도(Tg) 100℃]

·퍼플루오로에틸렌프로펜코폴리머(FEP)[다이킨고교샤(DAIKIN INDUSTRIES, LTD.)제, 상품명: NP-101, 유리 전이 온도(Tg) 80℃]

상기와 같이 하여 제작한 각 절연 전선에 대해서, 이하의 항목의 평가를 행했다.

[유리 전이 온도(Tg)]

제2의 절연층의 압출 피복 수지층에 사용하는 결정성 수지 (A)와 수지 (B)의 유리 전이 온도를, 열기계 분석(TMA)에 의해 구했다. 열기계 분석(TMA)은, 동적 점탄성 측정 장치(Perkin Elmer사제, 상품명: DMA8000)를 사용하고, TMA 모드로 측정했다.

[철심 감기, 가열 후 절연 파괴 전압(BDV)]

이하와 같이 하여, 가열 후의 전기 절연성 유지 특성을 평가했다.

각 절연 전선을, 직경이 30 mm의 철심에 10회 감아서 항온조 내에서 200℃까지 온도 상승시켜서 30분 유지했다. 항온조로부터 꺼낸 후에, 철심에 감긴 채의 상태에서 철심을 구리 가루(銅粒)에 삽입하고, 감은 절연 전선의 일단을 전극에 연결하고, 8 kV의 전압에 있어서 절연 파괴를 일으키는 일 없이 1분간의 통전을 유지할 수 있으면 합격이며, 하기 표 1 및 2에 「B」로 나타냈다.

또한, 10 kV의 전압에 있어서 절연 파괴를 일으키는 일 없이 1분간의 통전을 유지할 수 있으면 특히 우수한 것으로 하고, 「A」로 표시했다.

또한, 8 kV의 전압의 통전을 1분간 유지하지 못하고, 절연 파괴되었을 경우를 불합격으로 하고, 「C」로 표시했다. 여기서, 절연 파괴되는 경우, 전선의 가요성이 부족해지고 전선 표면에 백화(白化) 등의 변화가 생기고, 균열까지 생기기도 한다.

또한, 표 1 및 2에는, 감기 BDV로서 나타냈다.

[파단 신장율]

이하와 같이 하여, 제2의 절연층의 압출 피복 수지층에 사용하는 수지의 파단 성장을 평가했다.

제2의 절연층의 압출 피복 수지층에 사용하는 수지를 핫 프레스로, 두께 0.15 mm로 압축 성형하고, 시트를 제작했다. 얻어진 시트를 덤벨편(IEC-S형)으로 펀칭하고, 시험편을 제작했다. 측정에는 인장 시험기(오토그래프, 시마즈세이사쿠쇼제, 상품명: AGS-J)를 이용하고, 인장 속도 20 m/min로 인장 시험을 행했다. 척 사이를 25 mm로 하고, 시험수 n = 5의 시험에 있어서 파단시의 표선간의 신장 평균치가 80% 이상이 되는 것을 합격으로 하고, 「A」로 표시하고, 80% 미만이 되는 것을 불합격으로 하고, 「C」로 표시했다.

[내열 노화 시험]

이하와 같이 하여, 내열 노화 특성을 평가했다.

JIS C3216-6 「권선 시험 방법 - 제1부: 전반 사항」의 「3. 내열 충격(에나멜선 및 테이프 권선에 적용)」을 참고로, 길이 방향으로 1% 신장시킨 곧은 형상(直狀)의 각 절연 전선을, 200℃의 고온조 내에 500시간 정치(靜置)한 후에, 절연층에 균열이 발생하고 있는지 아닌지를 육안으로 확인했다.

절연층의 어느 쪽에도 균열을 확인할 수 없었던 경우를 합격으로서 「B」로 표시하고, 균열을 확인할 수 있었을 경우를 불합격으로서 「C」로 표시했다.

또한, 마찬가지로 하여, 상기 고온조 내에 1000시간을 초과하여 정치해도, 열경화성 수지층 및 압출 피복 수지층의 어느 쪽에도 균열을 확인할 수 없었던 경우를, 특히 우수한 것으로 하여 「A」로 표시했다.

얻어진 결과를 정리하여, 하기 표 1 및 2에 나타냈다.

상기 표 1 및 2의 결과로부터, 이하의 사항을 알 수 있다.

절연층의 압출 피복 수지층의 수지가 결정성 수지뿐인 종래의 절연 전선에서는, 비교예 1로부터 알 수 있듯이, 철심 감기 상태에서 200℃의 고온으로 가열되면, 가열 후의 절연 파괴 전압(BDV)이 저하된다. 또한, 결정성 수지 (A)와 조합하는 수지 (B)의 유리 전이 온도(Tg)가, 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도(Tg)보다 낮은 비교예 4 및 5나, 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도(Tg)보다 높아도, 그 차이가 30℃ 미만인 비교예 2에서는, 가열 후 절연 파괴 전압(BDV)과 파단 신장율, 내열 노화성이 양립되지 않고, 어느 하나의 평가가 떨어지고 있다.

또한, 비교예 3, 6 및 7에서는, 유리 전이 온도(Tg)의 관계는 만족하지만, 결정성 수지 (A)의 배합량이 적고, 파단 신장율과 내열 노화성의 어느 쪽의 평가도 떨어지고 있다.

이것에 비해서, 본 발명의 절연 전선은, 절연층의 압출 피복 수지층의 수지를, 본 발명의 수지의 조합으로 하는 것으로, 200℃의 고온에서의 내열 노화성이 우수하고, 게다가 기계적 특성이 저하되는 일 없이 유지 혹은 개선되고, 피복 뭉개짐이 억제되었다. 또한, 철심 감기 상태에서의 가열 후의 절연 파괴 전압의 저하가 억제되었다. 이와 같이, 종래의 기술에서 곤란했던, 절연 파괴 전압의 저하 억제와 기계적 특성을 양립시킬 수 있었다.

또한, 본 발명의 절연 전선의 제조 방법에 의해, 상기 우수한 성능을 가지는 절연 전선을 제조할 수 있었다.

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

본원은, 2014년 9월 9일에 일본에서 특허 출원된 일본 특허출원 2014-183638에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 이것은 여기에 참조하여 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로서 넣는다.

1: 절연 전선
11: 도체
12: 열경화성 수지층
13: 압출 피복 수지층

Claims

도체의 외주에, 적어도 1층의 절연층을 가지는 절연 전선으로서,
상기 절연층의 적어도 1층이, 결정성 수지 (A), 및 열기계 분석에서 측정된 유리 전이 온도가, 상기 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 수지 (B)와의 혼합 수지로 이루어지고, 또한 상기 혼합 수지의 혼합 질량비(결정성 수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)가 90:10 ~ 51:49이고,
상기 결정성 수지 (A)가, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤 및 폴리페닐렌설파이드로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하고,
상기 수지 (B)가, 폴리페닐술폰, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 및 폴리에테르이미드로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1 항에 있어서,
상기 수지 (B)의 유리 전이 온도가, 상기 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다 50℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 절연 전선.
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제 1 항에 있어서,
상기 혼합 수지로 이루어지는 절연층이, 압출 피복 수지층인 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1 항에 있어서,
상기 도체의 외주에, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리이미드 및 H종 폴리에스테르로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 열경화성 수지층을 가지는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1 항, 제2항, 제5항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선을 권선 가공한 코일.
제 7 항에 기재된 코일을 이용한 전자·전기기기.
도체의 외주에, 적어도 1층의 절연층을 가지는 절연 전선의 제조 방법으로서,
상기 절연층의 적어도 1층이, 결정성 수지 (A), 및 열기계 분석으로 측정된 유리 전이 온도가, 상기 결정성 수지 (A)의 유리 전이 온도보다 30℃ 이상 높은 수지 (B)와의 혼합 수지로 이루어지고, 또한 상기 혼합 수지의 혼합 질량비(결정성 수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)가 90:10 ~ 51:49이며,
상기 결정성 수지 (A)가, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤 및 폴리페닐렌설파이드로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하고,
상기 도체의 외주에, 상기 혼합 수지를 포함하는 수지 조성물을 압출 성형하여, 상기 절연층을 형성하는 공정을 포함하고,
상기 수지 (B)가, 폴리페닐술폰, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 및 폴리에테르이미드로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 도체의 외주에, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리이미드 및 H종 폴리에스테르로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 열경화성 수지층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선의 제조 방법.