KR20110081857A - 다층 절연 전선 및 그것을 사용한 변압기 - Google Patents

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후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 도체와 상기 도체를 피복하는 3층 이상의 압출 절연층을 갖고 이루어지는 다층 절연 전선이며, 최외층(A)이, 액정 폴리에스테르 이외의 폴리에스테르 수지 75 내지 95질량부 및 액정 폴리에스테르 5 내지 25질량부를 함유하는 열가소성 폴리에스테르계 수지 조성물을 포함하는 압출 피복층으로 이루어지고, 최내층(B)이, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지이며, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 수지를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지고, 최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)이, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지이며, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 수지를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지는 다층 절연 전선에 관한 것이다.

Description

다층 절연 전선 및 그것을 사용한 변압기 {MULTILAYER INSULATED WIRE AND TRANSFORMER USING SAME}
본 발명은 절연층이 3층 이상의 압출 피복층으로 이루어지는 다층 절연 전선과 그것을 사용한 변압기에 관한 것이다.
변압기의 구조는 IEC 규격(International Electrotechnical Communication Standard) Pub.60950 등에 의해 규정되어 있다. 즉, 이들의 규격에서는, 권선에 있어서 일차 권선과 이차 권선 사이에는 3층 이상의 절연층(도체를 피복하는 에나멜 피막은 절연층이라고 인정하지 않음)이 형성되어 있는 것 또는 절연층의 두께는 0.4mm 이상인 것, 일차 권선과 이차 권선의 연면(沿面) 거리는 인가 전압에 따라서도 상이하지만 5mm 이상인 것, 또한 일차측과 이차측에 3000V를 인가했을 때에 1분 이상 견뎌내는 것 등이 규정되어 있다.
이러한 규격 하에서, 종래, 주류의 자리를 차지하고 있는 변압기로서는, 도 2에 단면도로 예시한 바와 같은 구조가 채용되어 왔다. 이 변압기는, 페라이트 코어(1) 상의 보빈(2)의 둘레면 양측 단부에 연면 거리를 확보하기 위한 절연 배리어(3)가 배치된 상태에서 에나멜 피복된 일차 권선(4)이 권회된 후, 이 일차 권선(4) 상에 절연 테이프(5)를 3층 이상 권회하고, 다시 이 절연 테이프 상에 연면 거리를 확보하기 위한 절연 배리어(3)를 배치한 후, 동일하게 에나멜 피복된 이차 권선(6)이 권회된 구조이다.
그러나, 최근, 도 2에 도시한 단면 구조의 변압기(트랜스) 대신에, 도 1에서 도시한 바와 같이, 절연 배리어(3)나 절연 테이프층(5)을 포함하지 않는 구조의 변압기가 사용되도록 되었다. 이 변압기는 도 2의 구조의 변압기에 비해, 전체를 소형화할 수 있고, 또한 절연 테이프의 권회 작업을 생략할 수 있는 등의 이점을 구비하고 있다.
도 1에서 도시한 변압기를 제조하는 경우, 사용하는 일차 권선(4) 및 이차 권선(6)에서는, 어느 한쪽 혹은 양쪽의 도체(4a(6a))의 외주에 3층 이상의 절연층(4b(6b), 4c(6c), 4d(6d))이 형성되어 있는 것이 상기한 IEC 규격과의 관계에서 필요하게 된다.
이러한 권선으로서 도체의 외주에 절연 테이프를 권회하여 1층째의 절연층을 형성하고, 또한 그 위에, 절연 테이프를 권회하여 2층째의 절연층, 3층째의 절연층을 순차 형성하여 서로 층간 박리하는 3층 구조의 절연층을 형성하는 것이 알려져 있다. 또한, 절연 테이프 대신에 불소 수지를, 도체의 외주 상에 순차 압출 피복하여, 전체적으로 3층의 절연층을 형성한 것도 공지이다(예를 들어, 하기 특허문헌 1 참조).
그러나, 상기 절연 테이프 롤의 경우는, 권회하는 작업이 불가피하기 때문에, 생산성은 현저하게 낮고, 그로 인해 전선 비용은 매우 높은 것이 되고 있다.
또한, 상기 불소 수지 압출의 경우에서는, 절연층은 불소계 수지로 형성되어 있으므로, 내열성은 양호하다고 하는 이점을 구비하고 있지만, 수지의 비용이 높고, 또한 고전단 속도로 인장하면 외관 상태가 악화된다고 하는 성질이 있다. 그로 인해 제조 속도를 올리는 것도 곤란하며, 절연 테이프 롤과 마찬가지로 전선 비용이 높은 것으로 된다고 하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 도체의 외주 상에, 1층째, 2층째의 절연층으로서 결정화를 제어하여 분자량 저하를 억제한 변성 폴리에스테르 수지를 압출하고, 3층째의 절연층으로서 폴리아미드 수지를 압출 피복한 다층 절연 전선이 실용화되어 있다(예를 들어, 하기 특허문헌 2 및 3 참조).
그러나, 3층째의 절연층으로서 폴리아미드 수지를 압출 피복한 경우, 폴리아미드 수지에서는 전선 표면이 연하기 때문에 스크래치 손상에 약한 것을 우려점으로서 들 수 있다. 전기ㆍ전자 기기에 사용되기 때문에, 부품 선단이 스크래치되어, 고장의 원인이 될 우려도 있다. 따라서, 전선으로서는 충분한 신장 특성을 가지고 있으면서 전선 표면은 스크래치 손상에 강한 다층 절연 전선이 요구되고 있다.
일본 실용신안 공개 평3-56112호 공보 미국 특허 제5,606,152호 명세서 일본 특허 공개 평6-223634호 공보
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, 내열성의 요구를 만족하고, 전선으로서 충분한 신장 특성을 가지고 있음과 함께, 코일 용도로서 요구되는 부품 선단 등에 의한 스크래치에 대하여 강하고, 납땜시에 표면 피막의 외관 이상이 없어, 양호한 가공성도 겸비한 다층 절연 전선을 제공하는 것을 과제로 한다. 또한 본 발명은, 이러한 내열성이고 양호한 신장 특성과 스크래치 손상이 발생하기 어려운 절연 전선을 권회하여 이루어지는, 전기 특성이 우수하고, 신뢰성이 높은 변압기를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 상기 과제는, 이하에 나타낸 다층 절연 전선 및 이것을 사용한 변압기에 의해 달성되었다.
본 발명에 따르면, 이하의 수단이 제공된다:
(1) 도체와 상기 도체를 피복하는 3층 이상의 압출 절연층을 갖고 이루어지는 다층 절연 전선이며,
최외층(A)이, 액정 폴리에스테르 이외의 폴리에스테르 수지 75 내지 95질량부 및 액정 폴리에스테르 5 내지 25질량부를 함유하는 열가소성 폴리에스테르계 수지 조성물을 포함하는 압출 피복층으로 이루어지고,
최내층(B)이, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지이며, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 수지를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지고,
최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)이, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지이며, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 수지를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선,
(2) 상기 절연층의 최외층(A)을 형성하는 수지가, 열가소성 폴리에스테르계 수지 조성물 100질량부에 대하여, 에폭시기를 갖는 반응성 개질 수지 1 내지 20질량부를 배합하여 이루어지는 수지 혼화물인 것을 특징으로 하는, (1)에 기재된 다층 절연 전선,
(3) 도체와 상기 도체를 피복하는 3층 이상의 압출 절연층을 갖고 이루어지는 다층 절연 전선이며,
최외층(A)이, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(PBT)를 경질 세그먼트에 사용한 폴리에스테르 엘라스토머를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지고,
최내층(B)이, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지이며, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 수지를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지고,
최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)이, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지이며, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 수지를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선,
(4) 상기 절연층의 최내층(B)을 형성하는 열가소성 폴리에스테르 수지가, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(PBT)인 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 다층 절연 전선,
(5) 상기 절연층의 최내층(B)을 형성하는 열가소성 폴리에스테르 수지가, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)인 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 다층 절연 전선,
(6) 상기 최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)을 형성하는 열가소성 폴리에스테르 수지가, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(PBT)인 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 다층 절연 전선,
(7) 상기 최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)을 형성하는 열가소성 폴리에스테르 수지가, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(PET)인 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 다층 절연 전선,
(8) 상기 절연층의 최내층(B)을 형성하는 수지가, 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지 100질량부에 대하여, 에폭시기를 갖는 반응성 개질 수지 1 내지 20질량부를 배합하여 이루어지는 수지 혼화물인 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (3), (6) 및 (7) 중 어느 하나에 기재된 다층 절연 전선,
(9) 상기 최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)을 형성하는 수지가, 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지 100질량부에 대하여, 에폭시기를 갖는 반응성 개질 수지 1 내지 20질량부를 배합하여 이루어지는 수지 혼화물인 것을 특징으로 하는, (1) 내지 (5) 및 (8) 중 어느 하나의 다층 절연 전선, 및
(10) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 다층 절연 전선을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기.
본 발명의 다층 절연 전선은, 내열성 수준도 충분히 만족하고, 신장 특성도 우수한 것 외에, 코일 용도로서 요구되는 부품 선단 등에 의한 스크래치 손상에 강하기 때문에, 권선 가공시의 작업성을 향상시키는 것이다. 지금까지 내열 E종의 내열성을 유지한 전선은, 폴리아미드 수지를 사용하고 있어 스크래치 손상에 약한 것이 난점이었다. 본 발명의 다층 절연 전선은, 절연층으로서, 최외층에는, 내약품성이 우수한 것 외에, 신장 특성이 우수하고, 또한 스크래치 손상에 강한 특정의 폴리에스테르 수지를, 최외층 및 최내층 이외의 절연층, 최내층에는 폴리에스테르 수지를 조합하여 사용함으로써 상기 요구 항목을 만족시킬 수 있다.
상기 다층 절연 전선은, 단말기 가공시에는 직접 납땜을 행할 수 있어, 권선 가공의 작업성을 충분히 높이는 것이다. 또한, 최외층이 폴리아미드 수지인 경우, 납땜시에, 땜납조 계면 부근의 매끄러운 전선 표면은 피막 변형하여 외관 이상을 초래하는 현상이 일어난다. 폴리아미드 수지 대신에 특정의 폴리에스테르 수지를 사용했으므로, 폴리아미드 수지보다 피막 내에의 흡수가 적어, 땜납조 계면 부근의 전선 표면의 외관 이상을 억제할 수 있다.
또한, 상기 다층 절연 전선을 사용하는 본 발명의 변압기는, 전기 특성이 우수하고, 신뢰성이 높다.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 적절하게 첨부 도면을 참조하여 하기 기재로부터 보다 명백해질 것이다.
도 1은 3층 절연 전선을 권선으로 하는 구조의 변압기의 예를 나타내는 단면도.
도 2는 종래 구조의 변압기의 일례를 나타내는 단면도.
우선, 본 발명의 다층 절연 전선의 바람직한 일 실시 형태(이하, 제1 실시 형태라고도 함)에 대하여, 각 층을 구성하는 수지에 대하여 설명한다.
절연 전선의 최외층(A)에는, 내용제성이 우수한 것 외에, 신장 특성도 우수하고, 피막 강도가 강한 수지를 필요로 하므로, 열가소성 폴리에스테르 수지를 채용한다. 또한 내열성을 갖는 수지, 바람직하게는 액정 폴리에스테르를 포함하는 폴리에스테르 수지가 사용된다. 액정 폴리에스테르 수지를 사용한 경우, 내열성이 비약적으로 향상된다. 본 발명에 있어서는, 절연층(A)은, 액정 폴리에스테르 이외의 폴리에스테르 수지와 액정 폴리에스테르가 배합된 폴리에스테르계 수지(예를 들어, 「데진 PET」(상품명: 데진사제) 또는 「유니티카 로드런」(상품명: 유니티카사제))로 이루어지는 압출 피복층이다.
최외층(A)에 사용하는 액정 폴리에스테르에 대하여, 그의 분자 구조, 밀도, 분자량 등은 특별히 한정되는 것이 아니라, 용융했을 때에 액정을 형성하는 융점 250℃ 이상, 바람직하게는 융점 280℃ 이상이며, 높아도 350℃ 정도의 용융 액정성 폴리에스테르(서모트로픽 액정 폴리에스테르)가 바람직하고, 액정성을 나타내는 상한 온도는 380℃이다. 그 용융 액정성 폴리에스테르로서는, 용융 액정성 폴리에스테르 공중합체가 바람직하다. 상기 액정성 폴리에스테르의 융점이 지나치게 낮으면 전선으로서 원하는 내열 효과가 얻어지지 않으므로 바람직하지 않다.
이러한 용융 액정성 폴리에스테르로서는, (I) 길이가 서로 다른 강직인 직선성의 폴리에스테르 2종이 블록 공중합한 강직쇄 성분끼리의 공중합형의 폴리에스테르, (II) 강직인 직선성의 폴리에스테르와 강직인 비직선성의 폴리에스테르가 블록 공중합한 비직선성 구조 도입형의 폴리에스테르, (III) 강직인 직선성의 폴리에스테르와 굴곡성이 있는 폴리에스테르가 공중합한 굴곡쇄 도입형의 폴리에스테르, (IV) 강직쇄이며 직선성의 폴리에스테르의 방향족환 상으로 치환기를 도입한 핵 치환 방향족 도입형 폴리에스테르가 있다.
이러한 폴리에스테르의 반복 단위로서는, 다음의 a. 방향족 디카르복실산에 유래하는 것 및 b. 방향족 디올에 유래하는 것을 갖는 것이지만, 또한, c. 방향족 히드록시카르복실산에 유래하는 것을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
a. 방향족 디카르복실산에 유래하는 반복 단위:
Figure pct00001
Figure pct00002
b. 방향족 디올에 유래하는 반복 단위:
Figure pct00003
Figure pct00004
c. 방향족 히드록시카르복실산에 유래하는 반복 단위:
Figure pct00005
피복층의 피막 성형 공정에서의 조업성, 내열성, 절연 피막의 역학적 특성 등의 밸런스로부터, 본 발명에서 채용하는 액정 폴리에스테르는 하기의 반복 단위를 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 이 반복 단위를 전체 반복 단위의 적어도 30몰％ 이상 포함하는 것이다.
Figure pct00006
바람직한 반복 단위의 조합은 하기 (I) 내지 (VI)에 기재하는 반복 단위의 조합을 들 수 있다.
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
이러한 액정 폴리에스테르의 제조 방법에 대해서는, 예를 들어, 일본 특허 공개 평2-51523호 공보, 일본 특허 공고 소63-3888호 공보, 일본 특허 공고 소63-3891호 공보 등에 기재되어 있다.
이들 중에서 상기 (I), (II), (V)에 나타내는 조합의 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 (V)에 나타내는 조합의 것을 들 수 있다.
본 발명에 사용되는 액정 폴리에스테르는 유동화 온도가 300℃ 이상이고, 또한 용융시의 점도도 종래 사용되고 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트나 6,6 나일론의 점도 이하이다. 그로 인해, 고속으로의 압출 피복 처리가 가능하게 되어, 저비용으로 피막 형상의 절연층의 형성이 가능하다.
한편, 액정 폴리에스테르 피막은, 반대로 신장이 수％로 매우 낮은 특징이 있어, 굴곡성에 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르 수지를 액정 폴리에스테르에 배합함으로써 피막의 신장을 개선하고, 가요성을 양호하게 하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 있어서는, 절연층(A)을 형성하는 액정 폴리에스테르 함유 수지는, 액정 폴리에스테르 이외의 폴리에스테르 수지 75 내지 95질량부(바람직하게는 80 내지 90질량부) 및 액정 폴리에스테르를 5 내지 25질량부(바람직하게는 10 내지 20질량부)를 함유하는 것이 사용된다. 액정 폴리에스테르의 함유량이 지나치게 적으면 원하는 내열 효과가 얻어지지 않고, 지나치게 많으면 신장 특성이 저하되어, 전선으로서 가요성(굴곡성)을 유지할 수 없다.
또한, 액정 폴리에스테르 이외의 폴리에스테르 수지와 액정 폴리에스테르의 혼합 방법은 임의의 방법을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 액정 폴리에스테르 및 액정 폴리에스테르 이외의 폴리에스테르 수지 함유의 열가소성 폴리에스테르계 수지 조성물에는, 전선의 가요성 향상을 위해, 반응성 개질 수지를 포함시켜도 된다. 예를 들어, 폴리에스테르계 수지를 연속층으로 하고, 반응성 개질 수지를 분산상으로 하는 수지 분산체여도 된다. 본 발명에 있어서의 반응성 개질 수지의 함유량은, 폴리에스테르계 수지 100질량부에 대하여, 1 내지 20질량부인 것이 바람직하고, 4 내지 13질량부인 것이 더욱 바람직하다.
반응성 개질 수지가 지나치게 많으면 내열성이 약간 낮아지고, 지나치게 적으면 가요성 향상의 효과가 불충분해지는 일이 있다. 이것은 액정 폴리에스테르나 액정 폴리에스테르 이외의 폴리에스테르 수지에 비해 이 반응성 개질 수지의 내열성이 낮기 때문이라고 추정된다.
이 반응성 개질 수지에 대해서는 나중에 설명하는 바람직한 실시 형태에 있어서 최내층(B) 및 절연층(C)에 사용되는 것과 마찬가지이므로, 상세하게는 후술한다.
다음에, 본 발명의 제2의 바람직한 실시 형태는, 다층 절연 전선의 최외층(A)에 내용제성이 우수하고, 신장 특성도 우수하고, 내열성을 갖는 수지인, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(PBT)를 경질 세그먼트에 사용한 폴리에스테르 엘라스토머를 포함하는 것이다.
이 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(PBT)를 경질 세그먼트에 사용한 폴리에스테르 엘라스토머에 있어서의 연질 세그먼트로서는 특별히 한정되는 것이 아니라, 임의의 연질 세그먼트를 사용할 수 있다. 예를 들어, 연질 세그먼트로서는, 지방족 폴리에테르 수지나 지방족 폴리에스테르 수지를 사용할 수 있다. 이러한 경질 세그먼트에 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(PBT)를, 연질 세그먼트에 지방족 폴리에테르 수지를 사용한 폴리에스테르 엘라스토머로서는, 예를 들어 「펠프렌 P-90B」(상품명, 도요보제)를 들 수 있다. 또한, 경질 세그먼트에 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(PBT)를, 연질 세그먼트에 지방족 폴리에스테르 수지를 사용한 폴리에스테르 엘라스토머로서는, 예를 들어, 「펠프렌 S-9001」(상품명, 도요보제)을 들 수 있다.
본 발명의 다층 절연 전선의 피복층의 최내층(B)은, 피복 재료로서 신장 특성이 우수한 것 외에, 도체와의 밀착성이 우수한 수지가 필요하며, 그의 전부 또는 일부는 바람직하게는 열가소성 폴리에스테르 수지가 사용된다.
본 발명에 사용되는 열가소성 폴리에스테르 수지로서는, 방향족 디카르복실산 또는 그의 일부가 지방족 디카르복실산으로 치환되어 있는 디카르복실산과 지방족 디올의 에스테르 반응(중축합 반응)에서 얻어진 것이 바람직하게 사용되고, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5이다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트 수지(PEN), 폴리시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트(PCT) 수지 등을 대표예로서 들 수 있다.
이 열가소성 폴리에스테르 수지의 합성시에 사용하는 산 성분으로서는 방향족 디카르복실산이 바람직하고, 예를 들어, 테레프탈산, 이소프탈산, 테레프탈 디카르복실산, 디페닐술폰 디카르복실산, 디페녹시에탄 디카르복실산, 디페닐에테르 카르복실산, 메틸테레프탈산, 메틸이소프탈산 등을 들 수 있다. 이들 중, 특히 테레프탈산이 바람직하다.
상기와 같이 방향족 디카르복실산의 일부는 지방족 디카르복실산으로 치환되어 있어도 되고, 그의 예로서는, 숙신산, 아디프산, 세박산 등을 들 수 있다. 이들 지방족 디카르복실산의 치환 비율은, 방향족 디카르복실산에 대하여 30몰％ 미만인 것이 바람직하고, 특히 20몰％ 미만인 것이 바람직하다.
한편, 에스테르 반응에 사용하는 지방족 알코올 성분으로서는, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 지방족 디올이 바람직하고, 예를 들어, 에틸렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 펜탄디올 등을 들 수 있다. 이들 중 에틸렌글리콜, 테트라메틸글리콜이 적합하다.
본 발명에 있어서, 상기 어느 하나의 실시 형태에 있어서, 최내층(B)으로서 바람직하게 사용할 수 있는 수지로서는, 시판되는 것을 채용할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로서는, 「바일로펫 」(상품명: 도요보사제), 「벨펫」(상품명: 가네보사제), 「데진 PET」(상품명: 데진사제), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지로서는, 「노바듀런」(상품명: 미쯔비시 엔지니어링사제), 「울트라듀라」(상품명: BASF 재팬사제) 등이 있다. 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지로서는, 「데진 PEN」(상품명: 데진사제) 등을 들 수 있고, 폴리시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트(PCT) 수지는 「엑타」(상품명: 도레사제) 등을 들 수 있다.
절연 전선의 최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)(이하, 간단히 절연층(C)이라고도 함)은, 최외층(A) 및 최내층(B)과 밀착성이 우수한 것이 바람직하고, 그의 전부 또는 일부는 열가소성 폴리에스테르 수지를 채용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 열가소성 폴리에스테르 수지로서는, 방향족 디카르복실산 또는 그의 일부가 지방족 디카르복실산으로 치환되어 있는 디카르복실산과 지방족 디올의 에스테르 반응에서 얻어진 것이 바람직하게 사용되고, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5이다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트 수지(PEN), 폴리시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트(PCT) 수지 등을 대표예로서 들 수 있다.
이 열가소성 폴리에스테르 수지의 합성시에 사용하는 산 성분으로서는 방향족 디카르복실산이 바람직하고, 예를 들어, 테레프탈산, 이소프탈산, 테레프탈 디카르복실산, 디페닐술폰 디카르복실산, 디페녹시에탄 디카르복실산, 디페닐에테르 카르복실산, 메틸테레프탈산, 메틸이소프탈산 등을 들 수 있다. 이들 중, 특히 테레프탈산이 바람직하다.
방향족 디카르복실산의 일부는 지방족 디카르복실산으로 치환되어 있어도 되고, 그의 예로서는, 숙신산, 아디프산, 세박산 등을 들 수 있다. 이들 지방족 디카르복실산의 치환량은, 방향족 디카르복실산의 30몰％ 미만인 것이 바람직하고, 특히 20몰％ 미만인 것이 바람직하다.
한편, 에스테르 반응에 사용하는 지방족 알코올 성분으로서는 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 지방족 디올이 바람직하고, 예를 들어, 에틸렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 펜탄디올 등을 들 수 있다. 이들 중, 에틸렌글리콜, 테트라메틸글리콜이 적합하다.
본 발명에 있어서, 절연층(C)으로서 바람직하게 사용할 수 있는 수지로서는, 시판되는 것을 채용할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지로서는, 「바일로펫」(상품명: 도요보사제), 「벨펫」(상품명: 가네보사제), 「데진 PET」(상품명: 데진사제), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 수지로서는, 「노바듀런」(상품명: 미쯔비시 엔지니어링사제), 「울트라듀라」(상품명: BASF 재팬사제) 등이 있다. 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 수지로서는, 「데진 PEN」(상품명: 데진사제) 등을 들 수 있고, 폴리시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트(PCT) 수지는 「엑타」(상품명: 도레사제) 등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서는, 최내층(B) 및 절연층(C)에 사용되는 열가소성 폴리에스테르 수지는 그 단독이어도 되지만, 제2 실시 형태로서, 열가소성 폴리에스테르 수지 외에, 에폭시기를 갖는 반응성 개질 수지를 함유시키는 것도 전선의 가요성 향상을 위해 바람직하다. 여기서, 반응성 개질 수지라 함은, 상기 에폭시기를 갖는 수지를 말한다. 즉, 반응성 개질 수지라 함은, 에폭시기를 갖도록 수지가 개질되어 이루어지고, 폴리에스테르 수지와의 반응성이 높여진 수지이다.
상기 에폭시기는, 폴리에스테르 수지와 반응성을 갖는 관능기이며, 폴리에스테르 수지에 배합하여 혼화함으로써 양자는 반응하여 수지 혼화물이 된다. 에폭시기가 개환함으로써 폴리에스테르 수지와 화학 결합하여 반응이 진행한다. 상기 에폭시기를 갖는 수지는, 상기 에폭시기 함유 단량체 성분을 20질량％ 이하 갖는 것이 바람직하고, 15질량％ 이하 갖는 것이 보다 바람직하다. 이러한 수지로서는, 에폭시기 함유 화합물 성분을 포함하는 공중합체인 것이 바람직하다. 반응성을 갖는 중합체를 부여하는 에폭시기 함유 화합물로서는, 예를 들어, 하기 화학식 1로 표시되는 불포화 카르복실산의 글리시딜에스테르 화합물을 들 수 있다.
Figure pct00013
[식 중, R은 탄소수 2 내지 18의 알케닐기를, X는 카르보닐옥시기를 나타낸다.]
불포화 카르복실산 글리시딜에스테르의 구체적인 예로서는, 글리시딜아크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 이타콘산 글리시딜에스테르 등을 들 수 있고, 그 중에서도 글리시딜메타크릴레이트가 바람직하다.
상기 폴리에스테르 수지와 반응성을 갖는 수지(반응성 개질 수지)의 대표적인 예로서는, 에틸렌/글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌/글리시딜메타크릴레이트/아세트산 비닐, 에틸렌/글리시딜메타크릴레이트/메틸아크릴레이트 등을 들 수 있다. 반응성 개질 수지의 시판되는 수지로는, 예를 들어, 「본드패스트」(상품명: 스미또모 가가꾸 고교사제), 「로타더」(상품명: 아토피나사제)를 들 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1의 화합물의 경우, 에폭시기가 개환하여, 폴리에스테르 수지의 말단에 존재하는 -OH기나 -COOH기와 화학 결합하여, =C(OH)-CH2-O- 결합이나 =C(OH)-CH2-OCO- 결합을 발생시킨다. 이 반응이 진행함으로써 폴리에스테르 수지 단독의 경우에 비해 가요성이 향상된다. 본 발명에 있어서는, 절연 전선 제작 전에, 미리, 폴리에스테르 수지와 반응성 개질 수지를 혼입해 둠으로써, 반응성 개질 수지가 폴리에스테르 수지 중에 잘 분산되어, 특히 개시제를 사용하지 않아도, 압출 피복시의 온도 하에서 상술한 반응이 행해진다.
바람직한 실시 형태에 있어서는, 최내층(B) 또는 절연층(C)을 구성하는 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성되는 열가소성 폴리에스테르 수지 100질량부에 대하여, 에폭시기를 함유하는 수지 1 내지 20질량부를 배합한다. 상기 에폭시기를 갖는 수지의 배합량이 지나치게 많으면 절연층의 내열성이 현저하게 저하되어 버리고, 지나치게 적으면 가요성 향상의 효과가 발현되지 않는다. 양자의 보다 바람직한 배합 비율은, 전자 100질량부에 대하여, 후자는 1 내지 15질량부이다.
본 발명에 있어서의 각 절연층을 구성하는 수지에는, 요구되는 특성을 손상시키지 않는 범위에서, 다른 내열성 수지, 통상 사용되는 첨가제, 무기 충전제, 가공 보조제, 착색제 등도 첨가할 수 있다.
본 발명의 다층 절연층은, 상기한 3층에 한하지 않고, 상기 절연층(C) 외에, 중간층으로서 한층 더 내열성 향상을 위해 액정 폴리에스테르, 폴리페닐렌술피드나 폴리에테르술폰 등으로 이루어지는 절연층을 형성할 수 있다.
본 발명에 사용되는 도체로서는, 금속 나선(단선), 또는 금속 나선에 에나멜 피복층이나 얇은 절연층을 형성한 절연 전선, 혹은 금속 나선의 복수개 또는 에나멜 절연 전선 혹은 얇은 절연 전선을 복수개 서로 꼬게 한 다심 꼬임선을 사용할 수 있다. 이들 꼬임선의 꼬임선수는, 고주파 용도에 따라 임의로 선택할 수 있다. 또한, 심선(소선)의 수가 많은 경우(예를 들어, 19-소선, 37-소선)는, 꼬임선이 아니어도 된다. 꼬임선이 아닌 경우, 예를 들어 복수의 소선을 대략 평행하게 간단히 묶는 것뿐이어도 되고, 또는 묶은 것을 매우 큰 피치로 꼬고 있어도 된다. 어느 경우도 단면이 대략 원형이 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다층 절연 전선은, 통상의 방법에 의해, 도체의 외주에 원하는 두께의 1층째의 절연층을 압출하여 피복하고, 계속해서, 이 1층째의 절연층의 외주에 원하는 두께의 2층째의 절연층을 압출하여 피복하는 방법으로, 순차 절연층을 압출하여 피복함으로써 제조된다. 이와 같이 하여 형성되는 압출 절연층의 전체의 두께는 3층에서는 50 내지 180㎛의 범위 내에 있도록 하는 것이 바람직하다. 이것은, 절연층의 전체의 두께가 지나치게 얇으면 얻어진 내열 다층 절연 전선의 전기 특성의 저하가 커서, 실용에 부적합한 경우가 있고, 반대로 지나치게 두꺼우면 소형화에 부적합하며, 코일 가공이 곤란해지는 등의 경우가 있는 것에 의한다. 더욱 바람직한 범위는 60 내지 150㎛이다. 또한, 상기 3층의 각 층의 두께는 10 내지 60㎛로 하는 것이 바람직하다.
상기 다층 절연 전선을 사용한 변압기의 실시 형태로서는, 도 1에 도시한 바와 같은 페라이트 코어(1) 상의 보빈(2) 내에, 절연 배리어나 절연 테이프층을 내장하지 않고, 일차 권선(4) 및 이차 권선(6)이 형성되어 있는 구조인 것이 바람직하다. 또한, 상기 본 발명의 다층 절연 전선은 다른 유형의 임의의 변압기에도 적용할 수 있는 것이다.
<실시예>
다음에 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 4]
도체로서 선 직경 1.0mm의 연동선을 준비했다. 표 1에 나타낸 각 수지를 표시의 비율(조성의 수치는 질량부를 나타냄)로 각 층의 압출 피복용 수지로 하고, 도체 상에 순서대로 최내층(B), 최외층과 최내층 사이의 절연층(C), 최외층(A)을 순차 압출 피복하여, 표시의 두께(100㎛ 또는 60㎛)로 다층 절연 전선을 제조했다.
표 1 중의 각 수지는 이하와 같다.
LCP 수지: 「로드런」
(상품명: 유니티카사제),
액정 폴리에스테르 수지
PBT 수지: 「노바듀런」
(상품명: 미쯔비시 엔지니어링사제),
폴리부틸렌테레프탈레이트 수지
PET 수지: 「데진 PET」
(상품명: 데진사제),
폴리에틸렌테레프탈레이트 수지
반응성 개질 수지: 「본드패스트 7M」
(상품명: 스미또모 가가꾸 고교사제),
에폭시기 함유 수지
PBT 엘라스토머: 「펠프렌 S-9001」
(상품명: 도요보사제),
폴리에스테르 엘라스토머 수지
폴리아미드 수지: 「FDK-1」
(상품명: 유니티카사제),
폴리아미드 66 수지
얻어진 다층 절연 전선에 대하여, 하기의 사양으로 각종 특성을 시험했다. 또한, 육안으로 외관을 관찰했다. 얻어진 결과를 표 1에 나타냈다.
A. 전선 표면의 스크래치 손상 정도 확인:
JIS C 3003-1984 14 내용제 (1)에 기재된 손톱법을 모의하여, 손톱 끝으로 전선 표면을 1회 문질렀을 때, 도체가 나타나는 정도, 피막이 박리되지 않는지를 육안으로 조사한다.
박리가 조금이라도 확인된 것은 「피막 박리」로 표시하고, 박리가 없는 것은 「양호」로 했다.
B. 전기적 내열성:
IEC 규격 60950의 2.9.4.4항의 부속서 U(전선)와 1.5.3항의 부속서 C(트랜스)에 준거한 하기의 시험 방법으로 평가했다.
직경 10mm의 맨드릴에 다층 절연 전선을, 하중 118MPa(12kg/㎟)를 가하면서 10턴 권취하고, 215℃에서 1시간 가열, 다시 140℃에서 21시간 및 190℃에서 3시간을 3 사이클 가열하고, 또한 30℃, 습도 95％의 분위기에 48시간 유지하고, 그 후 3000V에서 1분간 전압을 인가하여 단락하지 않으면, E종 합격이라고 판정했다(판정은 n=5로 평가, 1개라도 NG가 되면 불합격이 됨).
또한, 마찬가지로 맨드릴에 권취하고, 225℃에서 1시간 가열, 다시 150℃에서 21시간 및 200℃에서 3시간을 3 사이클 가열하고, 또한 30℃, 습도 95％의 분위기에 48시간 유지하고, 그 후 3000V에서 1분간 전압을 인가하여 단락하지 않으면, B종 합격이라고 판정했다(판정은 n=5로 평가, 1개라도 NG가 되면 불합격이 됨).
C. 내용제성
권선 가공으로서 도체 직경의 20배 직경의 권취를 행한 전선을 크실렌, 스티렌 및 이소프로필알코올 용매에 30초간 침지하고, 건조 후 시료 표면의 관찰을 행하여, 크레이징 발생의 유무 판정을 행했다. 모든 시료에서 크레이징 발생이 인정되지 않았으므로 「○(양호)」로 표시했다.
그리고, 이들 상기 A, B, C의 시험 결과를 종합하여, 절연 전선으로서의 합격 여부를 판정하고, 바람직한 것은 「○(합격)」, 부적절한 것은 「×(불합격)」로 했다.
Figure pct00014
표 1에 나타낸 결과로부터 이하가 명백해졌다.
폴리아미드 수지를 최외층(A)에 피복한 비교예 1 및 2에서는, 스크래치 시험의 결과, 도체가 나타날 정도로 피막이 박리되었다. 비교예 3 및 4에서는 내열성이 E종을 만족하지 않았다. 한편, 실시예 1 내지 11에서는, 스크래치 시험, 전기적 내열성(B종), 내용제성 모두 합격 기준을 만족했다. 실시예 12, 13에서는, 스크래치 시험과 내용제성의 시험에 부가하여, 전기적 내열성(E종)을 만족했다.
본 발명을 그의 실시 형태와 함께 설명했지만, 본 발명자들은 특별히 지정하지 않는 한 본 발명자들의 발명을 설명의 어느 세부에 있어서도 한정하고자 하는 것이 아니라, 첨부한 청구범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하지 않고 폭넓게 해석되어야 한다고 생각한다.
본원은, 2008년 10월 20일에 일본에서 특허 출원된 일본 특허 출원 제2008-270375호, 및 2009년 2월 2일에 일본에서 특허 출원된 일본 특허 출원 제2009-021938호에 기초하여 우선권을 주장하는 것이며, 이들은 모두 여기에 참조하여 그의 내용을 본 명세서의 기재의 일부로서 도입한다.
1: 페라이트 코어
2: 보빈
3: 절연 배리어
4: 일차 권선
4a: 도체
4b, 4c, 4d: 절연층
5: 절연 테이프
6: 이차 권선
6a: 도체
6b, 6c, 6d: 절연층

Claims (10)

  1. 도체와 상기 도체를 피복하는 3층 이상의 압출 절연층을 갖고 이루어지는 다층 절연 전선이며,
    최외층(A)이, 액정 폴리에스테르 이외의 폴리에스테르 수지 75 내지 95질량부 및 액정 폴리에스테르 5 내지 25질량부를 함유하는 열가소성 폴리에스테르계 수지 조성물을 포함하는 압출 피복층으로 이루어지고,
    최내층(B)이, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지이며, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 수지를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지고,
    최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)이, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지이며, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 수지를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연층의 최외층(A)을 형성하는 수지가, 열가소성 폴리에스테르계 수지 조성물 100질량부에 대하여, 에폭시기를 갖는 반응성 개질 수지 1 내지 20질량부를 배합하여 이루어지는 수지 혼화물인 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선.
  3. 도체와 상기 도체를 피복하는 3층 이상의 압출 절연층을 갖고 이루어지는 다층 절연 전선이며,
    최외층(A)이, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지를 경질 세그먼트에 사용한 폴리에스테르 엘라스토머를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지고,
    최내층(B)이, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지이며, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 수지를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지고,
    최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)이, 전부 또는 일부가 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지이며, 그 지방족 알코올 성분의 탄소 원자수가 2 내지 5인 수지를 포함하는 압출 피복층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층의 최내층(B)을 형성하는 열가소성 폴리에스테르 수지가, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지인 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층의 최내층(B)을 형성하는 열가소성 폴리에스테르 수지가, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지인 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)을 형성하는 열가소성 폴리에스테르 수지가, 폴리부틸렌테레프탈레이트 수지인 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)을 형성하는 열가소성 폴리에스테르 수지가, 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지인 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선.
  8. 제1항 내지 제3항, 제6항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연층의 최내층(B)을 형성하는 수지가, 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지 100질량부에 대하여, 에폭시기를 갖는 반응성 개질 수지 1 내지 20질량부를 배합하여 이루어지는 수지 혼화물인 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선.
  9. 제1항 내지 제5항 및 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 최외층과 최내층 사이의 1층 이상의 절연층(C)을 형성하는 수지가, 지방족 알코올 성분과 산 성분을 중축합하여 형성된 열가소성 폴리에스테르 수지 100질량부에 대하여, 에폭시기를 갖는 반응성 개질 수지 1 내지 20질량부를 배합하여 이루어지는 수지 혼화물인 것을 특징으로 하는 다층 절연 전선.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 다층 절연 전선을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 변압기.
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