KR102575842B1

KR102575842B1 - 절연 전선, 코일 및 전기·전자 기기

Info

Publication number: KR102575842B1
Application number: KR1020187015844A
Authority: KR
Inventors: 마코토 오야
Original assignee: 에섹스 후루카와 마그넷 와이어 재팬 가부시키가이샤
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2023-09-07
Also published as: EP3389060A1; EP3389060A4; CN108369839A; JP6614953B2; JP2017107701A; CN108369839B; MY192101A; KR20180090804A; US10504636B2; US20180286532A1; WO2017098993A1

Abstract

도체 상에 직접 접하여, 폴리이미드 수지 골격 중의 하기 일반식 (a)로 나타나는 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이 27% 이상 33% 이하인 밀착층을 가지고, 상기 밀착층 상에 폴리이미드 수지 골격 중의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이 27%보다 크고 37% 이하인 폴리이미드 수지로 이루어지는 절연층을 가지는 절연 전선, 코일 및 전자·전기 기기.

Description

절연 전선, 코일 및 전기·전자 기기

본 발명은, 절연 전선, 코일 및 전기·전자 기기에 관한 것이다.

최근, 전기 기기에서는, 각종 성능, 예를 들면 내열성, 기계적 특성, 화학적 특성, 전기적 특성, 신뢰성 등을 종래보다 향상시키는 것이 요구되고 있고, 폴리이미드 등이, 절연 전선의 피막 재료로 사용되고 있다.

모터나 변압기로 대표되는 전기 기기는, 최근, 이들 기기의 소형화 및 고성능화가 진전되고, 절연 전선을 권선 가공(코일 가공, 굽힘 가공이라고도 한다)한 권선(코일)을 매우 좁은 부분에 밀어넣어서 사용하는 사용법을 많이 볼 수 있게 되었다. 구체적으로는, 절연 전선을 코일 가공한 코일을 스테이터의 슬롯 중에 몇개 넣을 수 있는지에 의해, 그 모터 등의 회전기의 성능이 결정된다고 해도 과언은 아니다. 그 결과, 절연 전선에 걸리는 기계 가공에 의한 응력은 커지고 도체까지 도달하는 피막 결함에 의한 절연 불량부의 발생이 우려된다.

여기서, 전기 기기에 넣어진 절연 전선에 전류가 흐르면, 절연 전선은 발생하는 열에 의해 고온이 된다. 절연 피막은 고온시의 선팽창 차이나 열 열화에 의한 열 수축에 의해서 피막 결함은 발생되기 쉬워지는 것을 알 수 있다. 또한, 권선 가공시, 또한 권선 가공 후에도, 절연 전선에는 기계 응력이 작용 또는 잔류하고, 균열이 생기는 일이 있다. 특히 최근의 모터와 같이 큰 기계 응력이 부여되고 있는 경우에는 이 경향이 크다고 생각된다.

또한, 최외층에 열가소성 수지층을 압출 성형에 의해 형성하는 경우에는, 성형시에 작용한 응력이 압출 성형 후에도 피막 수지층에 잔류하는 일이 있고, 상기열 수축 응력 및 기계 응력에 의한 균열이 촉진되는 일이 있다.

한편, 지금까지, 에나멜 베이킹층과 도체와의 밀착력 및 에나멜층 중의 밀착력을 높이면 내가공성이 상승한다고 생각되고 있고, 이 밀착력을 높이는 시도가 이루어져 왔다. 에나멜 베이킹층에 층간의 밀착력을 부여한 것으로서, 특허문헌 1에 기재된 마그넷 와이어 등을 들 수 있다. 그러나, 이 방법의 경우에는 층간 박리가 발생하지 않도록 층간의 밀착력을 너무 높였기 때문에, 피막에 결함이 생겼을 경우에 균열이 피막 전체로 진전될 가능성이 있다. 또한, 비교적 얇은 에나멜에 대해서 평가가 이루어지고 있고, 최근 요구가 높은 부분 방전 개시 전압(이하, PDIV로 칭함)을 만족시키기 위해서, 피막을 두껍게 형성했을 때에, 굽힘에 대해서 외측 피막에 부여할 수 있는 응력에 대해서 피막이 견딜 수 없다고 하는 우려가 있었다.

또한, 마찬가지로 폴리이미드에 대해서, 층간 밀착력을 높여서 두께를 두껍게 하여 PDIV 특성(내코로나 특성)을 향상시키는 기술도 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 그렇지만, 특허문헌 2에 기재된 기술이라도, 층간의 밀착력을 너무 높였기 때문에 피막에 결함이 생겼을 경우에 균열이 피막 전체로 진전되기 쉬운 구성으로 되어 있었다.

일본 공개특허공보 2012-233123 일본 공개특허공보 2013-101759

종래의 절연 전선은, 피막의 각 수지층의 전체를 강고하게 밀착 또는 접착하는 설계로 되어 있기 때문에, 구성되는 어느 하나의 피막 수지층에 균열이 생기면, 그 부분이 기점이 되어서 피막 전체에 큰 결함이 생기는 일이 있었다. 피막의 결함이 도체까지 도달하면, 절연 피막의 절연 성능, 나아가서는 절연 전선의 절연 성능이 손상된다. 권선 가공된 절연 전선에 이러한 도체까지 도달하는 결함이 생기면, 전자·전기 기기는 소기의 성능을 발휘하지 못하게 된다.

따라서, 본 발명은, 큰 가공 스트레스나 가열이 이루어졌을 경우에도 피막에 절연 불량을 발생하는 절연 결함이 생기기 어려운 신뢰성이 높은 절연 전선, 이 절연 전선을 이용한 코일 및 전자·전기 기기를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명에 있어서, 「신뢰성이 높다」라고 함은, 절연 전선의 특성, 특히 절연 성능을 허용 범위 내에서 유지하고 있는 것을 말한다.

본 발명자들은, 다층 절연 피복의 도체까지 도달하는 균열에 대해 예의 검토 한 결과, 절연 전선의 피막 구성을 따라 층간 밀착성의 제어가 다층 절연 피복의 도체까지 도달하는 균열과 관계하는 것을 알 수 있었다. 검토를 더 진행했던 바, 도체 밀착력으로부터 각 수지층 사이의 층간 밀착성에 규칙성을 가지게 하고, 이것을 폴리이미드 수지의 배합율을 변화시키는 것으로 적어도 도체까지 도달하는 균열의 발생을 방지할 수 있는 것을 발견했다. 바람직하게는, 다층 절연 피복의 층 구성, 각 층을 형성하는 수지의 종류 또는 성질 등을 선택하는 것으로써, 도체까지 도달하는 균열의 발생 방지를 방지하는 효과가 보다 커지는 것도 발견했다.

본 발명은, 이들의 발견에 기초하여 이루어진 것이다.

즉, 본 발명의 상기 과제는, 이하의 수단에 의해서 달성되었다.

(1) 도체 상에 직접 접하여, 폴리이미드 수지 골격 중의 하기 일반식 (a)로 나타나는 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이 27% 이상 33% 이하인 밀착층을 가지고, 상기 밀착층 상에 폴리이미드 수지 골격 중의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이 27%보다 크고 37% 이하인 폴리이미드 수지로 이루어지는 절연층을 가지는 것을 특징으로 하는 절연 전선.

(2) 상기 밀착층과 상기 절연층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율의 차가, 4.0 ~ 10.0%인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 절연 전선.

(3) 상기 밀착층과 상기 절연층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율의 차가, 4.0 ~ 10.0%이며, 상기 절연층이 상기 밀착층보다 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이 큰 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 절연 전선.

(4) 상기 절연층이 2층 이상이며, 서로 이웃하는 절연층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율의 차가, 4.0 ~ 10.0%인 것을 특징으로 하는 (1) ~ (3)의 어느 한 항에 기재된 절연 전선.

(5) 상기 폴리이미드 수지가, 하기 일반식 (1)로 나타나는 부분 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 (1) ~ (4)의 어느 한 항에 기재된 절연 전선.

(6) 열가소성 수지로 이루어지는 보강 절연층을 더 가지고, 상기 열가소성 수지가, 폴리에테르에테르케톤 수지 및 폴리페닐렌술피드 수지로부터 선택되는 적어도 1종의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) ~ (5)의 어느 한 항에 기재된 절연 전선.

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

(8) 상기 (7)에 기재된 코일을 이용하여 이루어지는 전자·전기 기기.

본 발명에 있어서, 「~」를 이용하여 나타나는 수치 범위는, 그 전후에 기재되는 수치를 하한치 및 상한치로서 포함하는 범위를 의미한다.

본 발명에서는, 절연 전선의 길이 방향의 직교하는 단면 형상으로, 도체 및 에나멜층을 포함한 전선 피막의 형상을, 단순히 단면 형상이라고 칭하는 경우가 있다. 본 발명에 있어서의 단면 형상은, 단순히 절단면만이 특정 형상을 하고 있는 것이 아니라, 절연 전선 전체의 길이 방향으로, 이 단면 형상이 연속해서 연결되어 있고, 특별한 한정이 없는 한, 절연 전선의 길이 방향의 어느 부분에 대해서도, 이 방향과 직교하는 단면 형상은 동일하다는 것을 의미한다.

본 발명에 의해, 큰 가공 스트레스나 가열이 이루어졌을 경우에도 피막에 절연 불량을 발생하는 절연 결함이 생기기 어려운 신뢰성이 높은 절연 전선, 이 절연 전선을 이용한 코일 및 전자·전기 기기를 제공하는 것이 가능해졌다.

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

도 1은, 본 발명의 절연 전선의 바람직한 형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 절연 전선의 다른 바람직한 형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 전기·전자 기기에 이용되는 스테이터의 바람직한 형태를 나타내는 개략 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 전기·전자 기기에 이용되는 스테이터의 바람직한 형태를 나타내는 개략 분해 사시도이다.

<<절연 전선>>

본 발명의 절연 전선은, 도체 상에 직접 접하여, 밀착층을 가지고, 상기 밀착층 상에 절연층을 가진다.

상기 밀착층 및 절연층은 열경화성 수지로부터 이루어지고, 절연층은 단층이라도 복수의 층이 적층된 것이라도 좋다. 또한, 상기 절연층 상에 열가소성 수지로 이루어지는 보강 절연층을 가져도 좋다.

또한, 열경화성 수지로 이루어지는 상기 밀착층과 절연층을 에나멜층이라고도 칭한다.

<도체>

본 발명에 이용하는 도체로서는, 종래, 절연 전선으로 이용되고 있는 것을 사용할 수 있고, 구리선, 알루미늄선 등의 금속 도체를 들 수 있다. 본 발명에서는, 구리의 도체가 바람직하고, 그 중에서도, 이용하는 구리는, 산소 함유량이 30ppm 이하의 저산소동이 바람직하고, 20ppm 이하의 저산소동 또는 무산소동이 보다 바람직하다. 산소 함유량이 30ppm 이하이면, 도체를 용접하기 위해서 열로 용융시켰을 경우, 용접 부분에 함유 산소에 기인하는 보이드의 발생이 없고, 용접 부분의 전기 저항이 악화되는 것을 방지함과 함께 용접 부분의 강도를 유지할 수 있다.

또한, 도체가 알루미늄인 경우, 필요 기계적 강도를 고려한 후에, 용도에 대응하여 여러 가지 알루미늄 합금을 이용할 수 있다. 예를 들면 회전 전기(電機)와 같은 용도에 대해서는, 높은 전류치를 얻을 수 있는 순도 99.00% 이상의 순알루미늄이 바람직하다.

도체의 단면 형상은 용도에 대응하여 결정하는 것이기 때문에, 환(丸), 평각(직사각형) 또는 육각형 등 어느 형상이라도 상관없다. 예를 들면 회전 전기와 같은 용도에 대해서는, 스테이터 슬롯 내에 있어서의 도체의 점유율을 높게 할 수 있다고 하는 점에서는 평각 형상의 도체가 바람직하다.

도체의 사이즈는 용도에 대응하여 결정하는 것이기 때문에 특별히 지정하지는 않지만, 환 형상의 도체의 경우는 직경으로 0.3mm ~ 3.0mm가 바람직하고, 0.4mm ~ 2.7mm가 보다 바람직하다. 평각 형상의 도체의 경우는 한 변의 길이가 폭(장변)은 1.0mm ~ 5.0mm가 바람직하고, 1.4mm ~ 4.0mm가 보다 바람직하고, 두께(단변)는 0.4mm ~ 3.0mm가 바람직하고, 0.5mm ~ 2.5mm가 보다 바람직하다. 단, 본 발명의 효과가 얻어지는 도체 사이즈의 범위는 이것으로 한정되지 않는다. 또한, 평각 형상의 도체의 경우, 이것도 용도에 따라서 다르지만, 단면 정사각형보다, 단면 직사각형이 일반적이다. 용도가 회전 전기의 경우에는, 평각 형상의 도체 단면의 4모서리의 모따기(곡률반경 r)는, 스테이터 슬롯 내에서의 도체 점유율을 높이는 관점에 있어서는, r은 작은 것이 바람직하지만, 4모서리에 전계 집중에 의한 부분 방전 현상을 억제한다고 하는 관점에 있어서는, r은 큰 것이 바람직하다. 이 때문에, 곡률반경 r은 0.6mm 이하가 바람직하고, 0.2mm ~ 0.4mm가 보다 바람직하다. 다만 본 발명의 효과가 얻어지는 범위는 이것으로 한정되지 않는다.

<밀착층>

밀착층은, 도체에 직접 접하여 도체의 외주에 마련되는 열경화성 수지층이다.

또한, 밀착층, 절연층은, 모두 열경화성 수지로 이루어지는 열경화성 수지층이며, 열경화성 수지 바니시를 도포하여 베이킹하는 도포·베이킹 공정에 의해 형성되고, 통상, 도포, 베이킹을 반복하여 목적으로 하는 두께의 열경화성 수지층이 형성된다.

본 발명에서는, 단순히, 두께를 조절하기 위해서, 동일한 열경화성 수지 바니시를 도포하고 베이킹을 반복해도, 동일한 층, 즉, 1개의 층으로 카운트한다.

(열경화성 수지)

본 발명에서는, 밀착층을 구성하는 수지는, 열경화성의 폴리이미드(PI) 수지를 사용한다.

사용하는 폴리이미드(PI) 수지는, 동일한 폴리이미드(PI) 수지라도, 복수의 폴리이미드(PI) 수지를 병용해도 좋지만, 동일한 폴리이미드(PI) 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에서 사용하는 폴리이미드(PI) 수지는, 폴리이미드 수지 골격 중의 하기 일반식 (a)로 나타나는 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이 27% 이상 33% 이하이다.

상기 이미드 구조의 식량은, C₂N₁O₂의 조성이며, 탄소 원자의 원자량이 12.01, 질소 원자의 원자량이 14.01, 산소 원자의 원자량이 16.00인 것으로부터, 70.03이다. 폴리이미드 수지 골격 중에 존재하는 상기 일반식 (a)로 나타나는 이미드 구조의 합계 식량의 함유율은, 예를 들면, 1분자의 폴리이미드 수지의 경우, 폴리이미드 수지 1분자의 분자량에 차지하는 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이며, 복수의 분자의 혼합인 경우, 질량 평균 분자량에 차지하는 상기 이미드 구조의 평균의 합계 식량의 함유율이다.

구체적으로는, 예를 들면, 피로멜리트산 2무수물(PMDA)과 4,4＇-디아미노디페닐에테르(4,4＇-ODA)로부터 얻어진 폴리이미드 수지의 경우, 하기의 반복 단위 로 이루어진다.

이 경우, 폴리이미드 수지는, 분자량이 다른 분자의 혼합이라도, 폴리이미드 수지는, 상기 단일의 반복 단위만이다. 따라서, 1분자의 분자량이나, 복수의 분자의 혼합의 경우의 질량 평균 분자량을 고려하지 않아도, 상기 하나의 반복 단위만으로, 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이 구해진다.

즉, 상기 일반식 (a)로 나타나는 이미드 구조는 2개이며, 합계 식량은, 140.06이다. 1개의 반복 단위의 조성은, C₂₂H₁₀N₂O₅이며, 이 식량은 382.34이다. 따라서, 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율은, (140.03÷382.34)×100 = 36.62477인 것으로부터, 36.6%가 된다.

상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율은, 합성 원료가 되는 카복실산 무수물과 아민 화합물의 종류 및 그 조합에 의해 조절할 수 있다.

상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율은, 본 발명에서는 27% 이상 33% 이하이지만, 27 미만이면, 내용제성과 내열성이 불충분하고, 33%를 초과하면, 도체측에서의 결함이 발생한다.

폴리이미드(PI) 수지는, 테트라카복실산 2무수물과 디아민 화합물로부터 합성되는데, 카복실산 2무수물과 디아민 화합물을 함유하는 바니시나 폴리이미드의 전구체를 함유하는 수지 바니시를 사용하여, 베이킹로에서 가열 경화하는 경우, 베이킹로에서 가열 경화한 후의 폴리이미드(PI) 수지에 대해서 구한 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이다.

테트라카복실산 2무수물로서는, 예를 들면, 3,3＇,4,4＇-비페닐테트라카복실산 2무수물(BPDA), 3,3＇,4,4＇-벤조페논테트라카복실산 2무수물(BTDA), 3,3＇,4,4＇-비페닐에테르테트라카복실산 2무수물(OPDA), 3,3＇,4,4＇-디페닐술폰테트라카복실산 2무수물(DSDA), 비시클로(2,2,2)-옥토-7-엔-2,3,5,6-테트라카복실산 2무수물(BCD), 1,2,4,5-시클로헥산테트라카복실산 2무수물(H-PMDA), 피로멜리트산 2무수물(PMDA), 2,2-비스(3,4-디카복실페닐)헥사플루오로프로판 2무수물(6FDA), 5-(2,5-디옥소테트라히드로푸릴)-3-메틸-3-시클로헥센-1,2-디카복실산 무수물(CP), 4,4＇-[프로판-2,2-디일비스(1,4-페닐렌옥시)]디프탈산 2무수물(BISDA), 4,4＇-옥시디프탈산 무수물(ODPA)을 들 수 있다.

본 발명에서는, 폴리이미드(PI) 수지는, 하기 일반식 (1)로 나타나는 부분 구조를 가지는 폴리이미드(PI) 수지가 바람직하다.

디아민 화합물로서는, p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 실리콘디아민, 비스(3-아미노프로필)에테르에탄, 3,3＇-디아미노-4,4＇-디하이드록시디페닐술폰(SO2-HOAB), 4,4＇-디아미노-3,3＇-디하이드록시비페닐(HOAB), 4,4＇-디아미노디페닐에테르(4,4＇-ODA), 3,3＇-디아미노디페닐에테르(3,3＇-ODA), 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(HOCF3AB), 실록산 디아민, 비스(3-아미노프로필)에테르에탄, N,N-비스(3-아미노프로필)에테르, 1,4-비스(3-아미노프로필)피페라진, 이소포론디아민, 1,3-비스(아미노메틸)시클로헥산, 3,3＇-디메틸-4,4＇-디아미노디시클로헥실메탄, 4,4＇-메틸렌비스(시클로헥실아민), 4,4＇-디아미노디페닐에테르(DDE), 3,4＇-디아미노디페닐에테르(m-DDE), 3,3＇-디아미노디페닐에테르, 4,4＇-디아미노-디페닐술폰(p-DDS), 3,4＇-디아미노-디페닐술폰, 3,3＇-디아미노-디페닐술폰, 2,4＇-디아미노디페닐에테르, 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠(m-TPE), 1,3-비스(3-아미노페녹시)벤젠(APB), 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판(BAPP), 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]헥사플루오로프로판(HF-BAPP), 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]술폰(p-BAPS), 비스[4-(3-아미노페녹시)페닐]술폰(m-BAPS), 4,4＇-비스(4-아미노페녹시)비페닐(BAPB), 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠(p-TPE), 4,4＇-디아미노디페닐술피드(ASD), 3,4＇-디아미노디페닐술피드, 3,3＇-디아미노디페닐술피드, 3,3＇-디아미노-4,4＇-디하이드록시디페닐술폰, 2,4-디아미노톨루엔(DAT), 2,5-디아미노톨루엔, 3,5-디아미노 안식향산(DABz), 2,6-디아미노피리딘(DAPy), 4,4＇-디아미노-3,3＇-디메톡시비페닐(CH3OAB), 4,4＇-디아미노-3,3＇-디메틸비페닐(CH3AB), 9,9＇-비스(4-아미노페닐)플루오렌(FDA) 등을 들 수 있다.

폴리이미드(PI) 수지를 합성하는 디아민 화합물은, 1종이라도 2종 이상이라도 상관없다.

본 발명에서는, 4,4＇-디아미노디페닐에테르(4,4＇-ODA), 3,3＇-디아미노디페닐에테르(3,3＇-ODA), 2,2-비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판(BAPP), 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠(p-TPE) 및 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠(m-TPE)으로부터 선택되는 화합물이 바람직하다.

폴리이미드 수지(PI)의 질량 평균 분자량은, 5,000 ~ 100,000이 바람직하고, 10,000 ~ 50,000이 보다 바람직하다.

여기서, 질량 평균 분자량은, GPC[겔 침투 크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography)]에 의한 폴리스티렌 환산으로 구한 값이다.

(첨가제)

밀착층에는, 트리알킬아민, 알콕시화 멜라민 수지, 티올계 화합물과 같은 첨가제를 더하여 도체와의 밀착력을 높여도 좋다.

트리알킬아민으로서는, 바람직하게는 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리부틸아민 등의 저급 알킬의 트리알킬아민을 들 수 있다. 그 중에서도 가요성 및 밀착성의 점에서 트리메틸아민, 트리에틸아민이 보다 바람직하다.

알콕시화 멜라민 수지로서는, 예를 들면, 부톡시화 멜라민 수지, 메톡시화 멜라민 수지 등의 저급 알콕시기로 치환된 멜라민 수지를 이용할 수 있고, 수지의 상용성(相溶性)의 점에서 메톡시화 멜라민 수지가 바람직하다.

티올계 화합물은, 메르캅토기(-SH)를 가지는 유기 화합물이며, 구체적으로는, 펜타에리트리톨테트라키스(3-메르캅토부틸레이트), 1,3,5-트리스(3-메르캅토부틸옥시에틸)-1,3,5-트리아진-2,4,6(1H,3H,5H)-트리온, 부탄디올비스(3-메르캅토부틸레이트), 부탄디올비스(3-메르캅토펜틸레이트), 5-아미노-1,3,4-티아시아졸-2-티올, 트리메틸올프로판트리스(3-메르캅토부틸레이트), 5-메틸-1,3,4-티아디아졸-2-티올, 2,5-디메르캅토-1,3,4-티아디아졸, 2-아미노-1,3,4-티아디아졸, 1,2,4-트리아졸-3-티올, 3-아미노-5-메르캅토-1,2,4-트리아졸 등을 들 수 있다.

상기 첨가제의 함유량으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 하한으로서 폴리이미드 수지 100질량부에 대해서, 0.05질량부가 바람직하고, 0.5질량부가 보다 바람직하다. 또한, 이 함유량의 상한으로서는, 수지 100질량부에 대해서, 5질량부가 바람직하고, 3질량부가 보다 바람직하다.

밀착층이 상기 범위의 두께의 경우, 결함이 생겼을 때에 도체측에 남는(결함이 생기지 않는다) 피막 두께가 충분히 확보되기 때문에, 절연 파괴에 대해서는 보다 신뢰성이 높은 절연 전선이 된다. 밀착층이 너무 얇은 경우에는, 결함이 생겼을 때의 절연 파괴 전압이 현저하게 저하된다. 한편으로 너무 두꺼운 경우에는, 밀착층의 내열성이 절연층과 비교하여 낮기 때문에, 절연 전선으로서의 내열성이 저하될 우려가 있다.

(막 두께)

밀착층의 막 두께(피막의 두께)는, 10 ~ 90㎛가 바람직하고, 20 ~ 70㎛가 보다 바람직하고, 30 ~ 50㎛가 더 바람직하다.

<절연층>

본 발명에서는, 밀착층 상에 절연층을 형성하는 것으로, 깨지기 어렵고, 균열이 생기기 어려운 절연 피막을 형성할 수 있다.

절연층은, 1층이라도 2층 이상의 적층 구조라도 좋고, 복수의 층의 적층 구조인 것이, 균열이 생기기 어렵고 바람직하다.

절연층을 구성하는 열경화성 수지로서, 본 발명에서는, 폴리이미드(PI) 수지를 사용한다.

폴리이미드(PI) 수지로서는, 밀착층에서 기재된 폴리이미드(PI) 수지가 바람직하게 사용된다.

다만, 본 발명에서는, 절연층에서 사용하는 폴리이미드(PI) 수지는, 폴리이미드 수지 골격 중의 상기 일반식 (a)로 나타나는 이미드 구조의 합계 식량의 함유율은 27%보다 크고 37% 이하이다.

절연층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이, 27% 이하이면, 내용제성과 내열성이 불충분하고, 37%를 초과하면, 절연층 내의 성장 특성이 저하되고, 내열성도 저하된다.

절연층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율은, 밀착층의 이미드 구조의 합계 식량의 함유율보다 큰 것이 바람직하다.

또한, 밀착층과 절연층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율의 차는, 4.0 ~ 10.0%가 바람직하다. 이와 같이 하는 것으로, 본 발명의 효과가, 효과적으로 나타난다.

또한, 절연층이 2층 이상의 경우, 밀착층과 도체로부터 가장 먼 위치의 절연층과의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율의 차가, 4.0 ~ 10.0%인 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 절연층은 2층 이상이 바람직하고, 이 경우, 서로 이웃하는 절연층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율의 차는, 2.5 ~ 10.0이 바람직하고, 4.0 ~ 10.0%가 보다 바람직하다.

절연층에는, 목적에 대응하여, 각종의 첨가물을 함유시킬 수 있다.

이러한 첨가물로서는, 예를 들면, 안료, 가교제, 촉매, 산화 방지제를 들 수 있다.

이러한 첨가물의 함유량은, 절연층을 구성하는 수지 100질량부에 대해, 0.01 ~ 10질량부가 바람직하다.

절연층 중에서도, 본 발명의 도체를 피복하는 최외층의 절연층에는, 통상의 방법에 의해 왁스나 윤활제를 분산, 혼합하여 자기 윤활 수지로 한 것을 사용할 수도 있다.

왁스로서는, 통상 이용되는 것을 특별히 제한없이 사용할 수 있고, 예를 들면, 폴리에틸렌 왁스, 석유 왁스, 파라핀 왁스 등의 합성 왁스 및 카르나우바 왁스, 칸델릴라 왁스, 라이스 왁스 등의 천연 왁스를 들 수 있다.

윤활제에 대해서도 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 실리콘, 실리콘 매크로모노머, 불소 수지 등을 들 수 있다.

절연층의 막 두께(피막의 두께로, 적층 구조의 경우, 절연층 전체의 막 두께)는, 20㎛ 이상이 바람직하고, 25 ~ 80㎛가 보다 바람직하고, 40 ~ 60㎛가 더 바람직하다.

<보강 절연층>

보강 절연층은, 1층이라도 2층 이상의 적층 구조라도 좋다.

보강 절연층을 구성하는 열가소성 수지는 어떠한 수지라도 상관없지만, 본 발명에서는, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 수지 및 폴리페닐렌술피드(PPS) 수지로부터 선택되는 적어도 1종의 수지가 바람직하다

(열가소성 수지)

열가소성 수지는, 폴리아미드(PA)(나일론), 폴리아세탈(POM), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌에테르(변성 폴리페닐렌에테르를 포함한다), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 초고분자량 폴리에틸렌 등의 범용 엔지니어링 플라스틱 외에, 폴리설폰(PSF), 폴리에테르설폰(PES), 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리아릴레이트(U 폴리머), 폴리아미드이미드, 폴리에테르케톤(PEK), 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 테트라플루오로에틸렌·에틸렌 공중합체(ETFE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK)(변성 폴리에테르에테르케톤(변성 PEEK)을 포함한다), 테트라 플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 열가소성 폴리이미드 수지(TPI), 폴리아미드이미드(PAI), 액정 폴리에스테르 등의 슈퍼 엔지니어링 플라스틱, 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)를 베이스 수지로 하는 폴리머알로이, ABS/폴리카보네이트, 나일론 6,6, 방향족 폴리아미드 수지(방향족 PA), 폴리페닐렌에테르/나일론 6,6, 폴리페닐렌에테르/폴리스티렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트/폴리카보네이트 등의 상기 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 폴리머알로이를 들 수 있다.

열가소성 수지는, 결정성이라도 비정성(非晶性)이라도 상관없다.

또한, 열가소성 수지는 1종이라도 2종 이상의 혼합이라도 상관없다.

열가소성 수지 중, 폴리설폰(PSF), 폴리에테르설폰(PES), 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이 바람직하고, 특히, 내용제성의 점에서, 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이 보다 바람직하다.

또한, 이 중, 열경화성 수지의 절연층과 열가소성 수지의 보강 절연층의 층간 밀착력을 보다 높이기 위해서는, 폴리페닐렌술피드(PPS)가 바람직하다.

보강 절연층은, 열가소성 수지를 사용하는 것으로부터 통상 압출 성형으로 형성된다.

(첨가제)

보강 절연층에는, 목적에 대응하여, 각종의 첨가물을 함유시킬 수 있다.

이러한 첨가물로서는, 절연층에서 기재된 첨가제를 들 수 있다.

보강 절연층 중에서도, 최외층의 보강 절연층에는, 절연층에서 기재된 왁스나 윤활제가 바람직하다.

이러한 첨가물의 함유량은, 보강 절연층을 구성하는 수지 100질량부에 대해, 0.01 ~ 10질량부가 바람직하다.

(막 두께)

보강 절연층의 막 두께(피막의 두께로, 적층 구조의 경우, 보강 절연층 전체의 막 두께)는, 20 ~ 200㎛가 바람직하고, 40 ~ 150㎛가 보다 바람직하고, 45 ~ 100㎛가 더 바람직하다.

<<절연 전선의 제조 방법>>

본 발명에서는, 도체의 외주에, 열경화성 수지 바니시를 도포하여 베이킹하고, 밀착층 및 절연층을 형성한다. 또한 필요에 따라서는, 절연층 상에, 열가소성 수지를 포함하는 조성물을, 압출 성형하여, 열가소성 수지층을 더 형성하는 것으로, 절연 전선이 제조된다.

열경화성 수지 바니시는, 열경화성 수지를 바니시화 시키기 위해서 유기 용매 등을 함유한다. 유기 용매로서는, 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 글라임계 용매, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥산 등의 탄화수소계 용매, 크레졸, 페놀, 할로겐화 페놀 등의 페놀계 용매, 술포란 등의 술폰계 용매, 디메틸술폭시드(DMSO) 등을 들 수 있다.

이들 중, 고용해성, 고반응 촉진성 등에 착안하면, 아미드계 용매, 요소계 용매가 바람직하고, 가열에 의한 가교 반응을 저해하기 쉬운 수소 원자를 가지지 않는 등의 점에서, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸에틸렌우레아, N,N-디메틸프로필렌우레아, 테트라메틸 요소가 보다 바람직하고, N,N-디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드가 특히 바람직하다.

유기 용매 등은, 1종만을 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.

열경화성 수지의 바니시는, 상술한 바와 같이 시판품을 사용해도 좋고, 이 경우는, 유기 용매에 용해되고 있는 것으로부터, 유기 용매를 함유하고 있다.

상기 열경화성 수지의 바니시를 도체 상에 도포하는 방법은, 통상의 방법으로 좋고, 예를 들면, 도체 형상의 닮은꼴로 한 바니시 도포용 다이스를 이용하는 방법이나, 도체 단면 형상이 직사각형인 경우, 우물 정(井)자 형상으로 형성된 「유니버설 다이스」라고 불리는 다이스를 이용할 수 있다.

이들 열경화성 수지 바니시를 도포한 도체는, 통상의 방법으로, 베이킹로에서 베이킹된다. 구체적인 베이킹 조건은 그 사용되는 노의 형상 등에 좌우되지만, 대략 8m의 자연 대류식의 수직 가열로이면, 노 내 온도 400 ~ 650℃에서 통과시간을 10 ~ 90초로 설정하는 것으로써, 달성할 수 있다.

열경화성 수지층 상에 열가소성 수지층을 마련하는 경우, 예를 들면, 열경화성 수지층이 형성된 도체(에나멜선으로도 칭한다)를 심선(心線)으로 하고, 압출기의 스크류를 이용하여 열가소성 수지를 포함하는 조성물을 에나멜선 상에 압출 피복하는 것으로써, 열가소성 수지층을 형성하고, 절연 전선을 얻을 수 있다. 이 때, 압출 피복 수지층의 단면의 외형의 형상이 도체의 형상과 닮은꼴로 소정의 변부(邊部) 및 코너부의 두께가 얻어지는 형상이 되도록, 열가소성 수지의 융점 이상의 온도(비정성 수지의 경우에는 유리 전이 온도 이상)로 압출 다이를 이용하여 열가소성 수지의 압출 피복을 행한다. 열가소성 수지층은, 유기 용매 등과 열가소성 수지를 이용하여 형성할 수도 있다.

비정성의 열가소성 수지를 이용하는 경우에는, 압출 성형 외에, 유기 용매 등에 용해시킨 바니시를, 도체의 형상과 닮은꼴인 다이스를 사용하여, 에나멜선 상에 코팅하여 베이킹해서, 형성할 수도 있다.

열가소성 수지 바니시의 유기 용매는, 상기 열경화성 수지 바니시에 있어서 예시한 유기 용매가 바람직하다.

또한, 구체적인 베이킹 조건은 그 사용되는 노의 형상 등에 좌우되지만, 열경화성 수지에 있어서의 조건에서 기재된 조건이 바람직하다.

<절연 전선의 특성>

본 발명의 절연 전선은, 전기 특성에 더하여, 밀착성(도체 밀착성 및 층간 밀착성)이 우수하다.

도체와 밀착층의 밀착력은, 0.3 ~ 1.5N/mm가 바람직하고, 0.4 ~ 1.0N/mm가 보다 바람직하고, 0.5 ~ 0.6N/mm가 더 바람직하다.

밀착층과 절연층의 층간 밀착력은, 0.2 ~ 1.0N/mm가 바람직하고, 0.3 ~ 0.8N/mm가 보다 바람직하고, 0.4 ~ 0.6N/mm가 더 바람직하다.

절연층 내에서의 층간 밀착력은, 0.2 ~ 1.0N/mm가 바람직하고, 0.3 ~ 0.8N/mm가 보다 바람직하고, 0.4 ~ 0.6N/mm가 더 바람직하다.

또한, 보강 절연층을 가지는 경우, 절연층과 보강 절연층의 층간 밀착력은, 0.1 ~ 1.0N/mm가 바람직하고, 0.2 ~ 0.8N/mm가 보다 바람직하고, 0.3 ~ 0.6N/mm가 더 바람직하다.

상기 밀착력의 관계는, 이하의 노치 부가 엣지와이즈(edgewise) 굽힘 시험(큰 가공 스트레스나 가열이 이루어진 후의 시험도 포함한다)에 있어서의 제어 인자로도 되고, 예를 들면, 외층측(특히 최외층)에 밀착력이 낮은 부분이 있으면 우수한 효과를 나타낸다.

밀착력은, 실시예에서 나타난 바와 같이, 인장 시험기를 이용한 180° 박리 시험 등으로 측정할 수 있다.

또한, 본 발명의 절연 전선은, 절연 전선에 미리 결함을 형성한 절연 전선을 이용한, 후술하는 노치 부가 엣지와이즈 굽힘 시험에 있어서, 만일, 노치가 확대되어도, 최외층이 원(元)피막 두께의 50% 이상 남아 있는 것이 바람직하다.

게다가, 본 발명의 절연 전선은, 실시예에서 나타내는 바와 같은, 큰 가공 스트레스나 가열이 이루어졌을 경우에 있어서도, 상기 노치 부가 엣지와이즈 굽힘 시험에 있어서, 만일, 노치가 확대되어도, 최외층이 원피막 두께의 50% 이상 남아 있다고 하는, 우수한 효과를 나타낸다.

<<코일 및 전기·전자 기기>>

본 발명의 절연 전선은, 코일로서 각종 전기·전자 기기 등, 전기 특성(내전압성)이나 내열성을 필요로 하는 분야에 이용 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 절연 전선은 모터나 트랜스 등에 이용되고, 고성능의 전기·전자 기기를 구성할 수 있다. 특히 HV(Hybrid Vehicle)나 EV(Electric Vehicle)의 구동 모터용 코일로서 적합하게 이용된다. 이와 같이, 본 발명의 절연 전선을 코일로서 이용한, 전기·전자 기기, 특히 HV 및 EV의 구동 모터를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 절연 전선이 모터 코일에 이용되는 경우에는 모터 코일용 절연 전선이라고도 칭한다. 특히, 상기의 우수한 특성을 가지는 본 발명의 절연 전선을 가공한 코일에 의해, 전기·전자 기기의 소형화 또는 고성능화가 더 가능하게 된다. 따라서, 본 발명의 절연 전선은, 최근의, 소형화 또는 고성능화가 현저한 HV나 EV의 구동 모터용 코일로서 적합하게 이용된다.

본 발명의 코일은, 각종 전기·전자 기기에 적합한 형태를 가지고 있으면 좋고, 본 발명의 절연 전선을 코일 가공하여 형성한 것, 본 발명의 절연 전선을 굽힘 가공한 후에 소정의 부분을 전기적으로 접속하여 이루어지는 것 등을 들 수 있다.

본 발명의 절연 전선을 코일 가공하여 형성한 코일로서는, 특별히 한정되지 않고, 길이가 긴 절연 전선을 나선 형상으로 감아 돌린 것을 들 수 있다. 이러한 코일에 있어서, 절연 전선의 권선수 등은 특별히 한정되지 않는다. 통상, 절연 전선을 감아 돌릴 때에 철심 등이 이용된다.

본 발명의 절연 전선을 굽힘 가공한 후에 소정의 부분을 전기적으로 접속하여 이루어지는 것으로서 회전 전기 등의 스테이터에 이용되는 코일을 들 수 있다. 이러한 코일은, 예를 들면, 도 4에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 절연 전선을 소정의 길이로 절단하여 U자형 형상 등으로 굽힘 가공하여 복수의 전선 세그먼트(34)를 제작하고, 각 전선 세그먼트(34)의 U자형 형상 등의 2개의 개방 단부(말단)(34a)를 서로 어긋나게 접속하여, 제작된 코일(33)(도 3 참조)을 들 수 있다.

이 코일을 이용하여 이루어지는 전기·전자 기기로서는, 특별히 한정되지 않는다. 이러한 전기·전자 기기가 바람직한 하나의 양태로서, 예를 들면, 도 3에 나타나는 스테이터(30)를 구비한 회전 전기(특히 HV 및 EV의 구동 모터)를 들 수 있다. 이 회전 전기는, 스테이터(30)를 구비하고 있는 것 외에는, 종래의 회전 전기와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다.

스테이터(30)는, 전선 세그먼트(34)가 본 발명의 절연 전선으로 형성되고 있는 것 외에는 종래의 스테이터와 마찬가지의 구성으로 할 수 있다. 즉, 스테이터(30)는, 스테이터 코어(31)와, 예를 들면 도 3 및 4에 나타나는 바와 같이 본 발명의 절연 전선으로 이루어지는 전선 세그먼트(34)가 스테이터 코어(31)의 슬롯(32)에 넣어지고, 개방 단부(34a)가 전기적으로 접속되어서 이루어지는 코일(33)을 가지고 있다. 여기서, 전선 세그먼트(34)는, 슬롯(32)에 1개로 넣어져도 좋지만, 바람직하게는 도 4에 나타나는 바와 같이 2개 1조로서 넣어진다. 이 스테이터(30)는, 상기와 같이 굽힘 가공한 전선 세그먼트(34)를, 그 2개의 말단인 개방 단부(34a)를 서로 어긋나게 접속하여 이루어지는 코일(33)이, 스테이터 코어(31)의 슬롯(32)에 수납되고 있다. 이 때, 전선 세그먼트(34)의 개방 단부(34a)를 접속하고 나서 슬롯(32)에 수납해도 좋고, 또한, 절연 세그먼트(34)를 슬롯(32)에 수납한 후에, 전선 세그먼트(34)의 개방 단부(34a)를 절곡 가공하여 접속해도 좋다.

본 발명의 절연 전선으로서 단면 형상이 직사각형의 도체를 이용하면, 예를 들면, 스테이터 코어의 슬롯 단면적에 대한 도체의 단면적의 비율(점적율)을 높일 수 있고, 전기·전자 기기의 특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 절연 전선은, 코일로서, 회전 전기, 각종 전기·전자 기기 등, 전기 특성(내전압성)이나 내열성을 필요로 하는 분야에 이용 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 절연 전선은 모터나 트랜스 등에 이용되고, 고성능의 회전 전기, 전기·전자 기기를 구성할 수 있다. 특히 하이브리드카(HV)나 전기 자동차(EV)의 구동 모터용의 코일로서 적합하게 이용된다.

실시예

이하에, 본 발명을 실시예에 기초하여, 더 상세하게 설명하는데, 본 발명을 이들로 한정하지 않는다.

이하에, 사용한 소재를 나타낸다.

[사용 소재]

(열경화성 수지)

·폴리이미드(PI)

i) PMDA-ODA[상기 일반식 (a)로 나타나는 이미드 구조의 합계 식량의 함유율(합계 이미드 식량 함유율) 36.6%]

피로멜리트산 2무수물(PMDA)과 4,4＇-디아미노디페닐에테르(4,4＇-ODA)로부터 얻어지는 폴리이미드, 질량 평균 분자량 30,000

ii) PMDA-BAPP[합계 이미드 식량 함유율 23.6%]

피로멜리트산 2무수물(PMDA)과 2,2-비스[4-(아미노페녹시)페닐]프로판(BAPP)으로부터 얻어지는 폴리이미드, 질량 평균 분자량 36,000

iii) PMDA-ODA·BAPP[합계 이미드 식량 함유율 28.7%]

피로멜리트산 2무수물(PMDA)과 4,4＇-디아미노디페닐에테르(4,4＇-ODA) 및 2,2-비스[4-(아미노페녹시)페닐]프로판(BAPP)으로부터 얻어지는 폴리이미드, 질량 평균 분자량 32,000

iii) PMDA-ODA·BAPP[합계 이미드 식량 함유율 32.6%]

질량 평균 분자량 30,000

iv) PMDA-ODA·p-TPE[합계 이미드 식량 함유율 31.0%]

피로멜리트산 2무수물(PMDA)과 4,4＇-디아미노디페닐에테르(4,4＇-ODA) 및 1,4-비스(4-아미노페녹시)벤젠(p-TPE)으로부터 얻어지는 폴리이미드, 질량 평균 분자량 25,000

v) PMDA-ODA·m-TPE[합계 이미드 식량 함유율 29.5%]

피로멜리트산 2무수물(PMDA)과 4,4＇-디아미노디페닐에테르(4,4＇-ODA) 및 1,3-비스(4-아미노페녹시)벤젠(p-TPE)으로부터 얻어지는 폴리이미드, 질량 평균 분자량 25,000

·폴리아미드이미드(PAI)

히타치카세이고교가부시키가이샤(日立化成工業(株))제, 상품명: HI406

(열가소성 수지)

·폴리에테르에테르케톤(PEEK)

솔베이스페셜티폴리머즈사제, 상품명: 키타스파이어 KT-820

·폴리페닐렌술피드(PPS)

DIC가부시키가이샤(DIC CORPORATION)제, 상품명: PPS FZ-2100

(밀착층 첨가제)

·멜라민 수지

히타치카세이고교가부시키가이샤제, 상품명: 멜란 265

·티올계 화합물

토요보가부시키가이샤(東洋紡(株))제, 상품명: 티아디아졸류(MTD)

[실시예 1]

실시예 1에서는, 도 1에 나타나는 절연 전선(1)을 제조했다.

도체(11)에는, 단면 평각(장변 3.2mm×단변 1.5mm로, 4모서리의 모따기의 곡률반경 r = 0.3mm)의 평각 도체(산소 함유량 15ppm의 구리)를 이용했다.

밀착층의 형성에 있어서는, 도체 상에 닮은꼴의 다이스를 사용하여, 폴리이미드 수지 100질량부에 대해, 40질량부의 멜라민 수지를 함유하고, PMDA와 ODA 및 BAPP를 합성 원료로 하고, 상기 일반식 (a)로 나타나는 이미드 구조의 합계 식량의 함유율(합계 이미드 식량 함유율)이 28.6%인 폴리이미드 수지로서, 상기 폴리이미드 수지 100질량부에 대해, 40질량부의 멜라민 수지를 함유하는 폴리이미드 수지 바니시를 도체에 코팅하고, 노 내 온도 300 ~ 500℃로 설정한 노 길이 5m의 자연 대류식 베이킹로 내를, 통과시간 5 ~ 10초가 되는 속도로 통과시키고, 이것을 몇 차례 반복하는 것으로, 두께 40㎛의 밀착층을 형성하고, 또한, 절연층에 대해서도 밀착층과 마찬가지로, PMDA와 ODA를 합성 원료로 하고, 합계 이미드 식량 함유율이 36.6%로 하는 폴리이미드 수지 바니시를 도포 베이킹하고, 두께 50㎛의 절연층 1을 형성했다.

이와 같이 하여, 도체 상에, 밀착층, 1층의 절연층으로 이루어지는 절연 전선을 제조했다.

[실시예 2]

실시예 2에서는, 도 1에 나타나는 절연 전선(1)을 제조했다.

밀착층 및 절연층 1에 사용하는 폴리이미드 수지 바니시의 종류와 합계 이미드 식량 함유율, 밀착층에 함유하는 첨가제의 종류와 양, 및 밀착층 및 절연층 1의 피막의 두께를 하기 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도체 상에, 밀착층, 1층의 절연층으로 이루어지는 절연 전선을 제조했다.

[실시예 3]

실시예 3에서는, 도 1에 나타나는 절연 전선(1)을 제조했다.

절연층을 2층으로 하고, 밀착층, 절연층 1 및 절연층 2에 사용하는 폴리이미드 수지 바니시의 종류와 합계 이미드 식량 함유율, 밀착층에 함유하는 첨가제의 종류와 양, 및 밀착층, 절연층 1 및 절연층 2의 피막의 두께를 하기 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도체 상에, 밀착층, 2층의 절연층으로 이루어지는 절연 전선을 제조했다.

[실시예 4]

실시예 4에서는, 도 1에 나타나는 절연 전선(1)을 제조했다.

[실시예 5]

실시예 5에서는, 도 1에 나타나는 절연 전선(1)을 제조했다.

절연층을 3층으로 하고, 밀착층, 절연층 1, 절연층 2 및 절연층 3에 사용하는 폴리이미드 수지 바니시의 종류와 합계 이미드 식량 함유율, 밀착층에 함유하는 첨가제의 종류와 양, 및 밀착층, 절연층 1, 절연층 2 및 절연층 3의 피막의 두께를 하기 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도체 상에, 밀착층, 3층의 절연층으로 이루어지는 절연 전선을 제조했다.

[실시예 6]

실시예 6에서는, 도 2에 나타나는 절연 전선(2)을 제조했다.

밀착층 및 절연층 1에 사용하는 폴리이미드 수지 바니시의 종류와 합계 이미드 식량 함유율, 밀착층에 함유하는 첨가제의 종류와 양, 및 밀착층 및 절연층 1의 피막의 두께를 하기 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도체 상에, 밀착층, 1층의 절연층으로 이루어지는 에나멜선을 얻었다.

얻어진 에나멜선을 심선으로 하고, 30mm 풀 플라이트 스크류(스크류 L/D = 25, 스크류 압축비 = 3)를 구비한 압출기를 이용하여, 절연층의 외측에, 두께 60㎛의 보강 절연층을 형성했다. 여기서, 열가소성 수지로, 폴리에테르에테르케톤(솔베이스페셜티폴리머즈사제, 상품명: 키타스파이어 KT-820)을 사용하고, 보강 절연층의 단면 외형의 형상이 도체의 형상과 닮은꼴이 되도록, 압출 다이를 이용하여 폴리에테르에테르케톤(PEEK)의 압출 피복을 370℃(압출 다이의 온도)로 행했다.

이와 같이 하여, 도체 상에, 밀착층, 1층의 절연층 및 보강 절연층으로 이루어지는 절연 전선(PEEK 압출 피복 에나멜선)을 제조했다.

[실시예 7]

실시예 7에서는, 도 2에 나타나는 절연 전선(2)을 제조했다.

밀착층 및 절연층 1에 사용하는 폴리이미드 수지 바니시의 종류와 합계 이미드 식량 함유율, 밀착층에 함유하는 첨가제의 종류와 양, 보강 절연층의 열가소성 수지의 종류, 및 밀착층, 절연층 1 및 보강 절연층의 피막의 두께를 하기 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는 실시예 6과 마찬가지로 하여, 도체 상에, 밀착층, 1층의 절연층 및 보강 절연층으로 이루어지는 절연 전선(PPS 압출 피복 에나멜선)을 제조했다.

[실시예 8]

실시예 8에서는, 도 1에 나타나는 절연 전선(1)을 제조했다.

[비교예 1]

비교예 1에서는, 도 1에 나타나는 절연 전선(1)을 제조했다.

밀착층의 수지로, 폴리아미드이미드 수지를 사용하고, 절연층 1에 밀착층에서 사용한 폴리아미드이미드 수지를 사용하고, 밀착층에 함유하는 첨가제의 종류와 양, 및 밀착층 및 절연층 1의 피막의 두께를 하기 표 2에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도체 상에, 밀착층, 1층의 절연층으로 이루어지는 절연 전선을 제조했다.

[비교예 2]

비교예 2에서는, 도 1에 나타나는 절연 전선(1)을 제조했다.

밀착층 및 절연층 1에 사용하는 폴리이미드 수지 바니시의 종류와 합계 이미드 식량 함유율, 밀착층에 함유하는 첨가제의 종류와 양, 및 밀착층 및 절연층 1의 피막의 두께를 하기 표 2에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 도체 상에, 밀착층, 1층의 절연층으로 이루어지는 절연 전선을 제조했다.

[비교예 3]

비교예 3에서는, 도 2에 나타나는 절연 전선(2)을 제조했다.

밀착층 및 절연층 1에 사용하는 폴리이미드 수지 바니시의 종류와 합계 이미드 식량 함유율, 밀착층에 함유하는 첨가제의 종류와 양, 보강 절연층의 열가소성 수지의 종류, 및 밀착층, 절연층 1 및 보강 절연층의 피막의 두께를 하기 표 2에 나타내는 바와 같이 변경한 것 외에는 실시예 6과 마찬가지로 하여, 도체 상에, 밀착층, 1층의 절연층 및 보강 절연층으로 이루어지는 절연 전선(PEEK 압출 피복 에나멜선)을 제조했다.

[비교예 4]

비교예 4에서는, 도 1에 나타나는 절연 전선(1)을 제조했다.

[비교예 5]

비교예 5에서는, 도 1에 나타나는 절연 전선(1)을 제조했다.

<평가>

얻어진 각 절연 전선을, 이하와 같이 하여, 밀착력을 측정하고, 또한, 노치 부가 엣지와이즈 굽힘 시험을 행하여 평가했다.

[밀착력]

도체-밀착층, 밀착층-절연층 1, 절연층 1 내, 절연층 1-절연층 2, 절연층 2 내, 절연층 2-절연층 3, 절연층-보강 절연층의 층간 혹은 층 내의 밀착력은, 제조 한 절연 전선을, 평가하는 층이 최외층이 되도록 박리했다.

상기 절연 전선에 대해서, 마이크로미터에 커터를 접속한 지그를 사용하고, 길이 방향으로 노치를 1mm 폭으로 50mm 이상 넣는다. 이 때 측정하고 싶은 층에 따라서 필요한 노치 깊이로 하는 것으로 각 층의 밀착력을 측정할 수 있다. 노치를 넣은 절연 전선은 노치 부분만을 박리하고, 인장 시험기(가부시키가이샤 시마즈세이사쿠쇼(株式會社島津製作所)제, 장치명 「오토그래프 AG-X」)에 세트하고, 4mm/min의 속도로 박리 부분을 상방으로 당겨서 박리했다(180° 박리). 이 때의 측정치를 읽는다.

또한, 외층측에 밀착력이 낮은 부분이 있는 것이 바람직하다.

[노치 부가 엣지와이즈 굽힘 시험]

엣지와이즈 굽힘은, 절연 전선의 엣지면의 하나를 내경면(內徑面)으로서 굽히는 굽힘 방법을 말하고, 절연 전선을 폭방향으로 굽히는 굽힘 방법이라고도 한다. 여기서, 평각 형상의 절연 전선의 종단면의 단변이 축선 방향으로 연속하여 형성하는 면을 「엣지면」이라고 하고, 평각선의 종단면의 장변이 축선 방향으로 연속하여 형성하는 면을 「플랫면」이라고 한다.

노치 부가 엣지와이즈 굽힘 시험은, 절연 전선의 코일 가공시에 작용하고, 또한 가공 후에 잔류하는 기계 응력에 의한 도체까지 도달하는 균열의 발생 방지 효과를 평가하는 시험이며, JIS C3216-3:2011에 규정된 「감아 붙이기 시험」에 준하여, 실시했다.

또한, 보다 엄격한 조건으로 하기 위해서, 각 절연 전선의 최외층의 엣지면에 페더 면도날 S 한쪽날(페더안젠카미소리샤(FEATHER Safety Razor Co., Ltd)제)을 이용하여 깊이 5㎛의 노치 1개를 외주 방향(절연 전선의 축선에 수직인 방향) 전체에 넣어서 엣지와이즈 굽힘 시험을 행했다. 노치를 넣은 엣지면의 반대측의 엣지면을 1.5mm의 스테인리스강(SUS)제의 봉에 닿게 하고, 노치가 외측을 향하고, 또한 노치의 길이 방향이 봉의 축선을 따르도록, 봉에 감아 붙였다. 1시간 경과 후에 감아 붙인 상태에서 절연 전선의 노치를 육안에 의해 관찰하여, 하기 평가 기준에 의해 평가했다.

또한, 평가는, 각 절연 전선을 200℃의 고온조 내에 500시간 정치(靜置)한 절연 전선에 대해서도, 상기 평가를 행하고, 하기 표 1 및 2에서는 「내열 후 시험」이라고 기재했다.

평가 기준

A: 노치가 확대되어 최외층이 원피막 두께의 80%가 남아 있었다

B: 노치가 확대되어 최외층이 원피막 두께의 50%가 남아 있었다

C: 노치가 확대되어 최외층이 원피막 두께의 15%가 남아 있었다

D: 노치가 도체까지 도달하여 도체가 노출되어 있었다

얻어진 결과를, 하기 표 1 및 2에 정리하여 나타낸다.

여기서, 「-」은, 미사용, 값이 0, 또는 대상으로 하는 층이 존재하지 않기 때문에 미평가인 것을 나타낸다.

상기 표 1 및 2로부터, 실시예 1 ~ 8의 절연 전선은, 비교예 1 ~ 5의 절연 전선과 비교하여, 본 발명의 구성으로 하는 것으로, 도체-밀착층과의 밀착력, 각 층 사이에서의 층간 밀착력이 우수하고, 게다가, 엣지와이즈 굽힘 시험에 있어서, 노치가 확대되어서 최외층이 원피막 두께의 50% 이상 남는 우수한 효과를 나타냈다. 게다가, 내열성 시험 후의 엣지와이즈 굽힘 시험으로부터 명백한 바와 같이, 큰 가공 스트레스나 가열이 이루어졌을 경우에도 피막에 절연 불량을 발생하는 절연 결함이 생기기 어렵고, 신뢰성이 높은 절연 전선인 것을 알 수 있다.

상기 결과로부터, 회전 전기, 각종 전기·전자 기기 등, 전기 특성(내전압성)이나 내열성을 필요로 하는 분야의 코일, 특히, 모터나 트랜스 등의 코일로서, 하이브리드카(HV)나 전기 자동차(EV)의 구동 모터용의 코일로서 적합하게 사용할 수 있는 것을 알 수 있다.

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

본원은, 2015년 12월 8일에 일본에서 특허 출원된 일본 특허출원 2015-239764에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 이것은 여기에 참조하여 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로서 넣는다.

1, 2: 절연 전선
11: 도체
21: 밀착층
22: 절연층
23: 보강 절연층
30: 스테이터
31: 스테이터 코어
32: 슬롯
33: 코일
34: 전선 세그먼트

Claims

도체 상에 직접 접하여, 폴리이미드 수지 골격 중의 하기 일반식 (a)로 나타나는 이미드 구조의 합계 식량(合計式量)의 함유율이 27% 이상 33% 이하인 밀착층을 가지고, 상기 밀착층 상에 폴리이미드 수지 골격 중의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율이 27%보다 크고 37% 이하인 폴리이미드 수지로 이루어지는 절연층을 가지며, 상기 절연층의 막 두께가 30㎛ 이상이고, 상기 절연층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율은 상기 밀착층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율보다 큰 것을 특징으로 하는 절연 전선.
[화학식 1]
제 1 항에 있어서,
상기 밀착층과 상기 절연층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율의 차가, 4.0 ~ 10.0%인 것을 특징으로 하는 절연 전선.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 절연층이 2층 이상이며, 서로 이웃하는 절연층의 상기 이미드 구조의 합계 식량의 함유율의 차가, 4.0% 이상 10.0% 미만인 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 폴리이미드 수지가, 하기 일반식 (1)로 나타나는 부분 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
[화학식 2]
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
열가소성 수지로 이루어지는 보강 절연층을 더 가지고, 상기 열가소성 수지가, 폴리에테르에테르케톤 수지 및 폴리페닐렌술피드 수지로부터 선택되는 적어도 1종의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 절연 전선을 권선 가공하여 이루어지는 코일.
제 7 항에 기재된 코일을 이용하여 이루어지는 전자·전기 기기.