KR20120127585A - 절연전선, 전기기기 및 절연전선의 제조방법 - Google Patents

절연전선, 전기기기 및 절연전선의 제조방법 Download PDF

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Abstract

도체의 외주가 절연피막으로 피복된 절연전선으로서, 상기 절연피막이 열가소성 수지를 함유하는 열경화성 수지 조성물의 경화물로 형성되고, 상기 절연피막이 미세한 기공을 가지는 절연전선.

Description

절연전선, 전기기기 및 절연전선의 제조방법{INSULATED ELECTRIC WIRE, ELECTRIC DEVICE, AND PROCESS FOR PRODUCTION OF INSULATED ELECTRIC WIRE}
본 발명은, 각종 전기기기에 사용되는 절연전선에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 절연전선이 사용된 전기모터나 변압기 등 전기기기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 절연전선의 제조방법에 관한 것이다.
종래부터, 도체를 절연피막으로 피복한 절연전선은, 모터나 변압기 등의 각종 전기기기용의 전기코일에 사용되고 있다. 이 전기코일을 형성하는 절연전선의 절연피막에는, 도체에의 밀착성, 전기절연성 및 내열성이 필요해지고 있다. 특히 최근에는, 우주용 전기기기, 항공기용 전기기기, 원자력용 전기기기, 에너지용 전기기기, 자동차용 전기기기에 대해서는, 소형화나 경량화와 함께, 고성능화가 요구되고 있다. 예를 들면, 모터 등의 회전전기나 변압기에는, 종래보다 한층 더 고출력화가 필요해지고 있다.
그런데 회전전기(回轉電機)는, 코어에 감긴 절연전선을 슬롯에 밀어 넣어 제조되고 있다. 이 슬롯중에 가능한 한 많은 절연전선을 밀어 넣기 위해서, 절연전선의 절연피막의 박막화에의 요구가 높아지고 있다. 따라서 절연전선의 절연파괴전압의 향상이 필요해지고 있다. 또한 박막의 절연피막을 가지는 절연전선을 슬롯에 밀어 넣을 때에, 상기 절연피막의 손상이 저감 가능한 절연전선이 필요해지고 있다.
또한, 회전전기 가동시에 고전압이 인가되면, 절연전선과 슬롯과의 사이나 절연전선끼리의 사이에 코로나 방전이 발생하는 경우가 있다. 인가전압이 그다지 높지 않은 경우는, 절연전선에는 내(耐)코로나 방전성에의 요구는 높지 않았다. 그러나, 고출력의 회전전기에서는 고전압이 인가되기 때문에, 내코로나 방전성이 우수한 부분방전 개시전압이 높은 절연전선이 필요해지고 있다.
절연전선의 부분방전 개시전압을 향상시키기 위해서는, 절연피막을 두껍게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 절연전선의 박막화의 요구로부터, 절연피막을 두껍게 하는 것은 곤란하다. 또한 절연전선은, 통상, 수지 바니스를 도체에 몇회에나 걸쳐 도포하고 베이킹을 행하여 제조된다. 절연피막을 두껍게 하기 위해서는, 제조 공정에 있어서, 소부로(燒付爐)를 통과하게 하는 횟수가 많아지기 때문에, 도체인 구리 표면의 산화구리로 이루어지는 피막 두께가 성장하여, 이것에 기인하여 도체와 절연피막과의 밀착력이 저하한다.
또한 절연전선의 부분방전 개시전압을 향상시키는 다른 방법으로서는, 유전율(誘電率)이 낮은 수지를 절연피막에 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 유전율이 낮은 수지는, 통상, 표면 자유에너지가 낮고, 도체와의 밀착성이 떨어지기 때문에 사용하는 것은 곤란하다.
또한, 절연피막에 입자를 배합하는 것에 의해, 내코로나 방전성을 향상시킨 절연전선이 제안되어 있다. 예를 들면, 절연피막 안에 알루미나, 실리카, 산화크롬 등의 입자를 함유시킨 것(특허문헌 1, 2 참조)이나, 절연피막 안에 탄화 질소나 질화 규소 등의 입자를 함유시킨 것(특허문헌 3 참조)이 제안되어 있다. 이들의 절연전선은, 입자를 함유하는 절연피막에 의해, 코로나 방전에 의한 침식 열화를 저감하는 것이다. 그러나 이들의 입자를 함유한 절연피막을 가지는 절연전선은, 피막의 가요성(可撓性)이 저하하여, 피막 표면이 껄끔거리는 것이 많다. 이 피막 표면의 껄끔거림에 의해, 절연전선은 슬롯에 밀어 넣기 어렵다. 이 때문에, 경우에 따라서는, 절연전선은 내마모성이 떨어져, 절연피막에 손상이 생기기 쉽다.
: 일본 공개특허공보 소화57-2361호 : 일본 공개특허공보 평성2-106812호 : 일본 공개특허공보 평성11-130993호
본 발명의 하나의 과제는, 높은 부분방전 개시전압과 절연파괴전압을 가지고, 내마모성이 우수한 절연전선을 제공하는 것에 있다. 또한 본 발명의 다른 과제는, 절연전선을 이용하여 이루어지는 수명 특성이 우수한 전기기기를 제공하는 것에 있다. 게다가 본 발명의 다른 과제는, 절연전선의 제조방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토하였다. 본 발명자들은, 상기 각 특허문헌에 기재된 절연피막에 입자를 함유시키는 것에 대신하여, 본 발명에 있어서의 도체 외주의 절연피막에 상기 입자를 함유시키는 일이 없어도, 절연전선의 절연피막에 기공(氣孔)을 함유시키는 것에 의해 유전율을 저하시켜, 부분방전 개시전압을 증가시키는 방법에 대해 검토하였다. 수지 바니스에 발포제를 함유시키는 것에 의해 절연피막을 발포시킨 바, 기포지름이 너무 커져서 절연파괴전압이 저하하는 것이 판명되었다. 따라서 검토를 더 행하여, 본 발명자들은, 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함유하는 수지 바니스를 도체상에 도포하고, 그 후 베이킹하여 형성한 절연층을 가지고, 또한 상기 절연피막 안에 미세한 기공을 가지는 절연전선이, 절연파괴전압을 저하시키는 일 없이, 부분방전 개시전압을 증가시킬 수 있어, 내마모성이 우수한 것을 발견하였다. 본 발명은 이 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
본 발명에 의하면, 이하의 수단이 제공된다:
＜1＞ 도체의 외주가 절연피막으로 피복된 절연전선으로서, 상기 절연피막이 열가소성 수지를 함유하는 열경화성 수지 조성물의 경화물로 형성되고, 상기 절연피막이 미세한 기공을 가지는 것을 특징으로 하는 절연전선,
＜2＞ 상기 기공의 평균지름이 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 ＜1＞에 기재된 절연전선,
＜3＞ 상기 열경화성 수지의 수지 성분의 질량을 A, 상기 열가소성 수지의 질량을 B로 했을 때, A/B가 10/90?90/10인 것을 특징으로 하는 ＜1＞ 또는 ＜2＞에 기재된 절연전선,
＜4＞ 상기 열가소성 수지가, 비정성(非晶性) 수지인 것을 특징으로 하는 ＜1＞?＜3＞중의 어느 한 항에 기재된 절연전선,
＜5＞ 상기 비정성 수지가, 폴리에테르이미드, 열가소성 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰, 폴리페닐설폰, 폴리설폰, 및 폴리아릴레이트의 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 ＜1＞?＜4＞중의 어느 한 항에 기재된 절연전선,
＜6＞ 상기 열경화성 수지가, 폴리에스테르, 폴리이미드, 및 폴리아미드이미드의 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 ＜1＞?＜5＞중의 어느 한 항에 기재된 절연전선,
＜7＞ ＜1＞?＜6＞중의 어느 한 항에 기재된 절연전선을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기기기, 및
＜8＞ 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함유하는 수지 바니스를 직접 또는 간접으로 도체의 외주에 도포하고 베이킹하여 절연피막을 형성하는 공정과, 그 후 가압 불활성 가스 분위기중에 유지하는 것에 의해, 불활성 가스를 수지 바니스가 베이킹된 층에 함유시키는 공정과, 상압(常壓)하에서 상기 수지 바니스가 베이킹 된 층을 가열하는 것에 의해 기공을 형성시키는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 절연전선의 제조방법.
본 발명은, 높은 부분방전 개시전압과 절연파괴전압을 가지고, 내마모성이 우수한 절연전선을 제공할 수 있다. 또한 본 발명은, 상기 절연전선을 이용하여 이루어지는 수명 특성이 우수한 전기기기를 제공할 수 있다. 게다가 본 발명은, 절연전선의 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 적절히 첨부한 도면을 참조하여, 하기의 기재로부터 보다 분명해질 것이다.
도 1은, 본 발명의 절연전선의 일실시형태를 나타내는 단면도이고, (a)와 (b)에 단면 형상이 다른 형태를 나타낸다.
도 2는, 본 발명의 절연전선의 또 다른 일실시형태를 나타내는 단면도이다.
도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 절연전선에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 절연전선이 바람직한 일실시형태를 나타내는 개략 단면도이다. 도 1(a) 및 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 절연전선(10)은, 도체(1)의 외주에 절연피막(2)이 피복되어 있다. 절연피막(2)은 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함유하는 수지 바니스를 직접 또는 간접으로 도체 외주에 도포하고, 그 후 베이킹하여 형성한 절연층을 적어도 1층 가지고 있다. 절연피막(2)은, 상기 절연층 안에 미세한 기공(3)을 가지고 있다. 도체의 형상은 도 1(a)에 도시하는 바와 같이, 단면이 둥근 형상으로 좋고, 도 1(b)에 도시하는 바와 같이, 단면이 직사각형으로 모서리가 둥글게 된 것이라도 좋다.
도체(1)는, 예를 들면, 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 그들의 조합 등, 종래부터 절연전선의 도체로서 사용되고 있는 것을 들 수 있다.
1. 열경화성 수지
본 발명의 절연피막은, 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함유하는 수지 바니스를 직접 또는 간접으로 도체 외주에 도포하고, 그 후 베이킹하여 형성된다. 이것에 의해, 절연피막은 열가소성 수지를 함유하는 열경화성 수지 조성물의 경화물로 형성되어 있다. 본 발명에 있어서는, 수지 바니스 안에 함유되는 열경화성 수지는, 도포하고 베이킹된 후에, 경화물이 되어, 절연피막을 형성한다. 상기 절연피막은, 다른 층을 사이에 두고, 도체 외주에 형성되어 있어도 좋다. 예를 들면, 인버터 관련 기기, 고속 스위칭 소자, 인버터로 구동되는 회전전기모터, 변압기 등의 전기기기 코일이나 우주용 전기기기, 항공기용 전기기기, 원자력용 전기기기, 에너지용 전기기기, 자동차용 전기기기용의 마그넷 와이어 등에 이용할 수 있다.
열경화성 수지로서는, 본 발명의 취지를 손상시키지 않는 범위내에서 여러 가지의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드, 폴리이미드히단토인 변성 폴리에스테르, 폴리아미드, 포르말, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리비닐포르말, 에폭시, 폴리히단토인, 멜라민 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 폴리벤조이미다졸 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등의 수지가 내열성과 가요성의 점으로부터, 바람직하다. 또한, 이것들은 1종을 단독으로 사용해도 좋고, 또한, 2종 이상을 혼합하여 사용하도록 해도 좋다.
폴리에스테르 수지로서는, 방향족 폴리에스테르에 페놀 수지 등을 첨가하는 것에 의해서 변성한 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 내열(耐熱) 클래스가 H종의 폴리에스테르 수지를 사용할 수 있다. 시판되고 있는 H종 폴리에스테르 수지로서는, Isonel 200(스케넥터디(Schenectady) 인터내셔널사제, 상품명) 등을 들 수 있다.
폴리이미드 수지로서는, 열경화성의 폴리이미드로서 예를 들면, 시판품(토오레?듀퐁사제, 상품명 ＃3000 등)을 이용하거나, 종래의 방법에 의해, 방향족 테트라카복실산 2무수물과 방향족 디아민류를 극성 용매중에서 반응시켜 얻을 수 있는 폴리아미드산 용액을 이용하여, 피복을 형성할 때의 베이킹시의 가열 처리에 의해서 이미드화시키는 것에 의해서 열경화시키는 것을 이용할 수 있다.
폴리아미드이미드 수지로서는, 시판품(예를 들면, HI406(히다치가세이(日立化成)(주)사제의 상품명 등))을 이용하거나, 종래의 방법에 의해, 예를 들면 극성 용매중에서 트리카복실산 무수물과 디이소시아네이트 종류를 직접 반응시켜 얻은 것, 혹은, 극성 용매중에서 트리카복실산 무수물에 디아민류를 먼저 반응시켜, 우선 이미드 결합을 도입하고, 그 다음에 디이소시아네이트 종류로 아미드화하고 얻은 것을 이용할 수 있다.
2. 열가소성 수지
본 발명의 절연전선의 절연피막은, 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함유하는 수지 바니스를 직접 또는 간접으로 도체 외주에 도포하고, 그 후 베이킹하여 형성된다. 이 수지 바니스의 제조방법에 대해서 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 이하의 열가소성 수지를 용제에 넣고, 바람직하게는 가열 혼합하는 것에 의해, 열가소성 수지를 용제중에서 용해시킨다. 그 후, 바람직하게는, 용제에 용해시킨 열경화성 수지를, 열가소성 수지가 용해한 용제에 가하여 가열 혼합하는 것에 의해, 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함유하는 수지 바니스를 얻을 수 있다.
수지 바니스를 도체 외주에 도포하고, 그 후 베이킹하는 것에 의해, 수지 바니스 안에 용해한 열가소성 수지는, 열경화성 수지의 그물코 구조 안에 열가소성 수지의 입자를 미(微)분산할 수 있다. 기공은, 미분산된 열가소성 수지 입자중에 형성된다. 이 때, 기공을 열가소성 수지 입자의 부분에 발생시킴으로써, 미세한 기공을 절연전선의 절연피막에 형성할 수 있다.
열가소성 수지로서는, 내열성의 열가소성 수지가 바람직하다. 예를 들면, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 액정 폴리머, 열가소성 폴리아미드 수지, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르설폰, 폴리페닐설폰, 폴리설폰, 폴리아릴레이트, 열가소성 폴리이미드 등을 사용할 수 있다. 열가소성 폴리이미드로서는, 예를 들면, 미쓰이가가쿠사(三井化學社)제의 오람(상품명)을 사용할 수 있다.
열가소성 수지 중에서도, 비정성의 열가소성 수지가 바람직하다. 본 발명에 있어서는, 비정성 열가소성 수지로서 예를 들면, 아크릴 수지, 노보넨 수지, 시클로 올레핀계 수지, 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰, 폴리에테르이미드, 폴리에테르설폰, 폴리페닐설폰, 폴리설폰, 폴리아릴레이트, 열가소성 폴리이미드 등을 사용할 수 있다. 비정성 열가소성 수지 중에서도, 특히, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰, 폴리페닐설폰, 폴리설폰, 폴리아릴레이트 등이 바람직하다. 비정성 열가소성 수지를 이용함으로써 용제에 용해시키는 것이 용이해진다. 또한 이러한 수지는 열경화성 수지의 그물코 구조중에서, 미분산할 수 있고, 미세한 기공을 형성할 수 있다. 또한, 이것들은 1종을 단독으로 사용해도 좋고, 또한, 2종 이상을 혼합하여 사용하도록 해도 좋다.
열경화성 수지의 용제를 포함하지 않는 수지 성분의 질량을 A, 상기 열가소성 수지의 질량을 B로 했을 때, A/B가 10/90?90/10으로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, A/B가 30/70?70/30, 특히 바람직하게는, A/B가 40/60?60/40으로 하는 것이 바람직하다. 열경화성 수지의 수지 성분의 질량이 너무 많고, 열가소성 수지의 질량이 너무 적은 경우에는, 기공이 형성되는 부분이 적어져서, 유전율을 저하시키는 효과를 충분히 발휘할 수 없기 때문에, 부분방전 개시전압이 저하한다. 반대로, 열경화성 수지의 수지 성분의 질량이 너무 적고, 열가소성 수지의 질량이 너무 많은 경우에는, 내마모성이 불충분하게 된다.
상기의 열경화성 수지나 열가소성 수지는, 1종을 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 혼합하여 이용해도 좋다. 본 발명에 있어서는, 본 발명의 취지를 손상시키지 않는 범위내에서, 결정화 핵제, 결정화 촉진제, 기포화 핵제, 산화방지제, 대전방지제, 자외선방지제, 광안정제, 형광증백제, 안료, 염료, 상용화제(相溶化劑), 활제(滑劑), 강화제, 난연제, 가교제, 가교조제(架橋助劑), 가소제(可塑劑), 증점제(增粘劑), 감점제((減粘劑), 충전재(무기입자 등), 및 엘라스토머 등의 각종 첨가제를 배합해도 좋다.
3. 기공
본 발명의 절연전선은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 미세한 기공을 가지는 절연층(2)과 기공을 가지지 않는 층(4)(이하, '스킨층'이라고도 한다.)을 가지는 것이 바람직하다. 스킨층은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 미세한 기공을 가지는 절연층의 외측에 형성되어 있어도 좋다. 또한 스킨층은 절연층의 내측에 형성되어 있어도, 절연층의 내측과 외측의 양쪽 모두에 형성되어 있어도 좋다(도시하지 않음). 스킨층을 형성하는 경우에는, 유전율을 저하시키는 효과를 방해하지 않도록, 스킨층 합계의 두께가, 절연피막 전체의 두께에 대해서 70% 이하인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는, 30% 이하이다. 외측 스킨층을 가지는 것에 의해, 표면의 평활성이 좋아지기 때문에 절연성이 양호하게 된다. 게다가, 내마모성 및 인장 강도 등의 기계적 강도를 확보할 수 있다.
외측 스킨층을 형성하기 위해서는, 기공을 가지는 절연층에 수지 필름을 적층해도 좋고, 상술의 첨가제를 함유하는 도료를 코팅해도 좋다.
기공 배율은, 1.1배 이상이 바람직하고, 1.5배 이상이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 부분방전 개시전압의 향상 효과를 얻기 위해서 필요한 비유전률(比誘電率)을 확보할 수 있다. 기공 배율이 너무 높으면, 수지가 부드러워지기 때문에 내마모성을 유지할 수 없게 된다. 기공 배율이 너무 낮으면, 부분방전을 억제하는 효과가 작아진다.
본 발명에 있어서의 기공 배율은, 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함유하는 수지 바니스를 도포하고 베이킹하여 형성한 기공이 형성되기 전의 절연막의 밀도(ρf) 및 상기 절연막에 기공을 형성한 후의 밀도(ρs)를 수중 치환법에 의해 측정하여, (ρf/ρs)에 의해 산출한 값을 말하는 것으로 한다.
본 발명의 절연전선의 절연피막에 미세한 기공을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 기공의 평균지름은 1㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 절연파괴전압을 높은 값으로 유지할 수 있다. 기공의 평균지름은, 더 바람직하게는, 0.8㎛ 이하이다. 통상, 기공의 평균지름은, 0.1?1㎛이다. 기공지름이 너무 크면, 절연파괴전압이 저하한다. 기공지름의 평균지름은 기포를 가지는 피막 부분을 주사형(走査型) 전자현미경(SEM)으로 관찰하는 것에 의해, 측정할 수 있다.
본 발명의 절연전선의 절연피막에 미세한 기공을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 이하의 방법을 들 수 있다. 도체 외주에 상술의 수지 바니스를 도포하고 베이킹한 후에, 절연피막에 가스를 함침시켜, 그 후 가열하는 것에 의해, 미세한 기공을 형성할 수 있다. 더 자세하게 설명하면, 수지 바니스가 도포되어 베이킹된 도체를, 가압 불활성 가스 분위기중에 유지하는 것에 의해, 불활성 가스를 수지 바니스가 베이킹된 층에 함유시키는 공정과, 상압하에서 상기 수지 바니스가 베이킹된 층을 가열하는 것에 의해 기공을 형성시키는 공정으로 이루어지는 방법으로, 절연피막에 미세한 기공을 가지는 절연전선을 제조할 수 있다.
본 발명의 절연전선은, 예를 들면, 이하와 같이 제조할 수 있다. 즉, 도체 외주에 상술의 수지 바니스를 도포하고 베이킹한 것을, 세퍼레이터와 교대가 되도록 포개어 보빈에 감는다. 그 후, 보빈마다, 가압 불활성 가스 분위기중에 유지하는 것에 의해 불활성 가스를 함유시킨다. 그 후, 상압하에서, 수지 바니스에 사용된 열가소성 수지의 연화 온도 이상에서 가열하는 것에 의해, 절연피막에 기공을 발생시킨다. 이 때 사용하는 세퍼레이터는, 수지 바니스의 도포?베이킹층에, 불활성 가스를 함침시킬 수 있는 것이면 특별히 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트의 시트 또는 필름을 이용할 수 있다. 세퍼레이터의 크기는 보빈의 폭에 맞추어, 적절히 조정할 수 있다.
또한, 수지 바니스의 도포?베이킹층에 불활성 가스를 함유시킨 후, 상압하에서 열가소성 수지의 연화 온도 이상으로 가열하는 열풍로에 통하게 함으로써, 연속적으로 절연피막에 기공을 형성하여, 절연전선을 제조할 수도 있다.
불활성 가스로서는, 헬륨, 질소, 이산화탄소, 또는 아르곤 등을 들 수 있다. 기공이 포화 상태가 될 때까지의 불활성 가스의 침투 시간이나, 불활성 가스의 침투량은, 기공이 형성되는 열가소성 수지의 종류, 불활성 가스의 종류, 침투압력, 및 기공 절연층의 두께에 따라서 적절히 선정할 수 있다. 열가소성 수지에의 가스 침투성 속도가 크고, 가스 용해도가 높다고 하는 점으로부터, 이산화탄소가 바람직하다.
본 발명의 절연전선은, 높은 절연파괴전압과 부분방전 개시전압을 가지고, 내마모성이 우수하기 때문에, 모터나 변압기 등의 각종 전기기기에 사용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1. 절연전선의 제작
[실시예 1]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크(separable flask)에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리에테르이미드 수지(PEI)의 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 139g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, HI406(수지 성분 32질량%의 폴리아미드이미드(PAI) 용액)(상품명, 히다치가세이(주)사제)을 이용하였다.
＜절연전선의 제작＞
직경 1㎜의 구리선의 외주에, 상기의 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스(PAI:PEI=10:90)를 도포하고, 520℃에서 베이킹을 행하는 것에 의해, 도체 외주에, 두께 40㎛의 피막을 가지는 전선을 얻었다. 이 전선을 압력 용기에 넣고, 탄산가스 분위기에서, 35℃, 5.8MPa, 24시간, 가압(加壓) 처리하는 것에 의해, 탄산가스를 포화될 때까지 이 전선에 침투시켰다. 다음에, 이 전선을 압력 용기로부터 꺼내, 190℃로 설정한 열풍 순환식 발포로에 1분간, 투입하는 것에 의해 절연피막에 기공을 형성시켜, 도 2(a)에 도시하는 실시예 1의 절연전선을 얻었다.
[실시예 2]
실시예 1에 있어서, 열경화성 수지 바니스를 가한 양을 1250g로 한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, 수지 바니스를 조제하였다. 얻어진 수지 바니스(PAI와 PEI의 배합비가 PAI:PEI=50:50)를 이용하여, 실시예 1과 같이, 도 2(a)에 도시하는 실시예 2의 절연전선을 얻었다.
[실시예 3]
실시예 1에 있어서, 열경화성 수지 바니스를 가한 양을 11250g로 한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, 수지 바니스를 조제하였다. 얻어진 수지 바니스(PAI와 PEI의 배합비가 PAI:PEI=90:10)를 이용하여, 실시예 1과 같이, 도 2(a)에 도시하는 실시예 3의 절연전선을 얻었다.
[실시예 4]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리이미드(PI) 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 1250g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, HI406(수지 성분 32질량%의 PAI 용액)(상품명, 히다치가세이(주)사제)을 이용하였다.
＜절연전선의 제작＞
상기의 수지 바니스를 이용한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, PAI와 PI의 배합비가 PAI:PI=50:50의 수지 바니스를 이용한 절연피막이 형성된, 도 2(a)에 도시하는 실시예 4의 절연전선을 얻었다.
[실시예 5]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리에테르이미드(PEI) 수지 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 1250g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, 종래의 방법에 의해, 방향족 테트라카복실산 2무수물과 방향족 디아민류를 극성 용매중에서 반응시켜 얻을 수 있는 폴리아미드산 용액을 이용하여, 피복을 형성할 때의 베이킹시의 가열 처리에 의해서 이미드화시키는 것에 의해서 열경화시킨 것을 이용하였다(수지 성분 32질량%의 PI용액).
＜절연전선의 제작＞
상기의 수지 바니스를 이용한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, PI와 PEI의 배합비가 PI:PEI=50:50의 수지 바니스를 이용한 절연피막이 형성된, 도 2(a)에 도시하는 실시예 5의 절연전선을 얻었다.
[실시예 6]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리에테르이미드(PEI) 수지 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 1250g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, Isonel 200(수지 성분 32질량%의 폴리에스테르 용액)(스케넥터디 인터내셔널사제)를 이용하였다.
＜절연전선의 제작＞
상기의 수지 바니스를 이용한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, 열경화성 폴리에스테르와 PEI의 배합비가 폴리에스테르:PEI=50:50의 수지 바니스를 이용한 절연피막이 형성된, 도 2(a)에 도시하는 실시예 6의 절연전선을 얻었다.
[실시예 7]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리카보네이트 수지(PC) 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 1250g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, HI406(수지 성분 32질량%의 PAI 용액)(상품명, 히다치가세이(주)사제)을 이용하였다.
＜절연전선의 제작＞
상기의 수지 바니스를 이용한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, PAI와 PC의 배합비가 PAI:PC=50:50의 수지 바니스를 이용한 절연피막이 형성된, 도 2(a)에 도시하는 실시예 7의 절연전선을 얻었다.
[실시예 8]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리에테르설폰 수지(PES) 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 1250g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, HI406(수지 성분 32질량%의 PAI 용액)(상품명, 히다치가세이(주)사제)을 이용하였다.
＜절연전선의 제작＞
상기의 수지 바니스를 이용한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, PAI와 PES의 배합비가 PAI:PES=50:50의 수지 바니스를 이용한 절연피막이 형성된, 도 2(a)에 도시하는 실시예 8의 절연전선을 얻었다.
[실시예 9]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리페닐설폰 수지(PPSU) 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 1250g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, HI406(수지 성분 32질량%의 PAI 용액)(상품명, 히다치가세이(주)사제)을 이용하였다.
＜절연전선의 제작＞
상기의 수지 바니스를 이용한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, PAI와 PPSU의 배합비가 PAI:PPSU=50:50의 수지 바니스를 이용한 절연피막이 형성된, 도 2(a)에 도시하는 실시예 9의 절연전선을 얻었다.
[실시예 10]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리설폰 수지(PSU) 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 1250g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, HI406(수지 성분 32질량%의 PAI 용액)(상품명, 히다치가세이(주)사제)을 이용하였다.
＜절연전선의 제작＞
상기의 수지 바니스를 이용한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, PAI와 PSU의 배합비가 PAI:PSU=50:50의 수지 바니스를 이용한 절연피막이 형성된, 도 2(a)에 도시하는 실시예 10의 절연전선을 얻었다.
[실시예 11]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리아릴레이트 수지(PAR) 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 1250g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, HI406(수지 성분 32질량%의 PAI 용액)(상품명, 히다치가세이(주)사제)을 이용하였다.
＜절연전선의 제작＞
상기의 수지 바니스를 이용한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, PAI와 PAR의 배합비가 PAI:PAR=50:50의 수지 바니스를 이용한 절연피막이 형성된, 도 2(a)에 도시하는 실시예 11의 절연전선을 얻었다.
[비교예 1]
＜열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제와, 그것을 이용한 절연전선의 제작＞
실시예 1에서 사용한 PAI의 수지 바니스만을 이용하여, 직경 1㎜의 구리선의 외주에, 이 수지 바니스를 도포하고, 520℃에서 베이킹을 행하는 것에 의해, 도체 외주에, 두께 40㎛의 피막을 가지는 비교예 1의 절연전선을 얻었다. 한편, 그 후, 기공을 형성하는 처리는 행하지 않았다.
[비교예 2]
＜열가소성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리에테르이미드 수지(PEI) 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 25 질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다.
＜절연전선의 제작＞
상기의 열가소성 수지만을 함유하는 수지 바니스를 이용한 이외는 비교예 1과 같은 방법으로, PEI의 절연피막이 형성된, 비교예 2의 절연전선을 얻었다. 비교예 2의 절연전선의 경우도, 기공을 형성하는 처리는 행하지 않았다.
[비교예 3]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 1600g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리에테르이미드 수지(PEI) 펠릿 400g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 66g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, HI406(수지 성분 32질량%의 PAI 용액)(상품명, 히다치가세이(주)사제)을 이용하였다.
＜절연전선의 제작＞
상기의 수지 바니스를 이용한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, PAI와 PEI의 배합비가 PAI:PEI=5:95의 수지 바니스를 이용한 절연피막이 형성된, 비교예 3의 절연전선을 얻었다.
[비교예 4]
＜열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스의 조제＞
2L 세퍼러블 플라스크에 NMP(2-메틸피롤리돈) 160g를 넣고, 열가소성 수지인 폴리에테르이미드 수지(PEI) 펠릿 40g를 소량씩 가하였다. 이것을 110℃로 가열하고 5시간 교반을 행함으로써, 황색 투명의 20질량%의 열가소성 수지 바니스를 얻었다. 이 열가소성 수지 바니스에 2375g의 열경화성 수지 바니스를 가하여, 열가소성 수지 및 열경화성 수지를 함유하는 수지 바니스를 조제하였다. 다만, 열경화성 수지 바니스로서는, HI406(수지 성분 32질량%의 PAI 용액)(상품명, 히다치가세이(주)사제)을 이용하였다.
＜절연전선의 제작＞
상기의 수지 바니스를 이용한 이외는, 실시예 1과 같이 하여, PAI와 PEI의 배합비가 PAI:PEI=95:5의 수지 바니스를 이용한 절연피막이 형성된, 비교예 4의 절연전선을 얻었다.
2. 절연전선에 대한 시험 및 평가
실시예 1?11 및 비교예 1?4의 절연전선에 대해서, 절연파괴전압, 실효 비유전률, 및 부분방전 개시전압(PDIV: Partial Discharge Inception Voltage), 내마모성을 측정하여, 그 성능에 대해 평가하였다.
[기공을 가지는 절연층의 두께 및 평균 기포지름]
기공을 가지는 절연층의 두께 및 평균 기포지름은, 절연전선의 단면의 주사 전자현미경(SEM) 사진으로부터 구하였다.
[기공 배율]
기공 배율은, 절연전선의 절연피막의 밀도(ρf)와, 기공 형성 전의 밀도(ρs)를 측정하여, (ρf/s)에 의해 산출하였다.
[내마모성]
내마모성은 왕복 마모 시험기를 이용하였다. 왕복 마모 시험기는, 일정 하중을 가하여 절연전선의 표면을 바늘로 긁어, 피막 표면에 도체 노출이 발생하는 회수를 측정하는 시험기로, 이것에 의해, 피막 강도를 측정할 수 있다. 하중을 300g로 하고, 왕복 마모 회수가 200회에 달할 때까지 내마모성을 평가하였다. 표 1?3에 있어서, 왕복 마모 회수가 200회 이상의 것을 ○로 표시하고, 합격으로 하였다. 왕복 마모 회수가 200회에 미치지 못한 것을 ×로 표시하고, 불합격으로 하였다.
[절연파괴전압]
이하에 나타내는 알루미늄박(箔) 법으로, 절연전선의 절연파괴전압을 평가하였다.
200㎜ 정도의 길이로 절연전선을 잘라내고, 중앙 부근에 10㎜ 폭의 알루미늄박을 감아 붙여, 알루미늄박과 도체 사이에 정현파 50Hz의 교류 전압을 인가하고, 연속적으로 승압시키면서 절연 파괴하는 전압(실효치)을 측정하여, 그 값을 절연파괴전압으로 하였다. 측정온도는 실온으로 하였다. 절연파괴전압이 10kV 이상을 합격, 10kV 미만을 불합격으로 하였다.
[부분방전 개시전압]
각 실시예 및 비교예의 2개의 절연전선을 트위스트 형상으로 꼬아 합친 시험편을 제작하고, 각각의 도체 사이에 정현파 50Hz의 교류 전압을 인가하여, 연속적으로 승압시키면서 방전 전하량이 10pC일 때의 전압(실효치)을 측정하였다. 측정온도는 실온으로 하였다. 부분방전 개시전압의 측정에는 부분방전 시험기(기쿠스이덴시고교(菊水電子工業)제　KPD2050(상품명))를 이용하였다. 부분방전 개시전압이 900Vp 이상을 합격, 900Vp 미만을 불합격으로 하였다.
실시예 1?11 및 비교예 1?4에서 얻어진 절연전선의 평가 결과를, 표 1?3에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
[표 3]
Figure pct00003
실시예 1?11에 나타내는 바와 같이, 도체의 외주에 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함유하는 수지 바니스를 도포하고, 그 후 베이킹하여 형성하는 동시에 미세한 기공을 가지는 절연피막이 형성된 절연전선은, 부분방전 개시전압이 930Vp로 높은 값을 나타내고, 내마모성은 합격이었다.
이것에 대해서, 열경화성 수지인 PAI 수지 바니스만을 도포하고 베이킹하여 제작한 절연전선은 부분방전 개시전압이 낮아졌다(비교예 1). 또한 열경화성 수지를 함유하지 않는 수지 바니스만을 도포하고 베이킹하여 제작한 절연전선은, 부분방전 개시전압이 낮고, 또한, 내마모성이 뒤떨어지는 결과가 되었다(비교예 2).
본 발명을 그 실시형태와 함께 설명했지만, 우리는 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 자세한 부분으로 한정하려고 하는 것이 아니라, 첨부된 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하는 일 없이 폭넓게 해석되는 것이 당연하다고 생각한다.
본원은, 2010년 5월 6일에 일본에서 특허 출원된 특원 2010-106766에 기초하는 우선권을 주장하는 것으로, 이것은 여기에 참조하여 그 내용을 본 명세서의 기재된 일부로서 집어넣는다.
1 : 도체
2 : 기공을 가지는 절연피막
3 : 미세한 기공
4 : 기공을 가지지 않는 절연층
10 : 절연전선

Claims (8)

  1. 도체의 외주가 절연피막으로 피복된 절연전선으로서, 상기 절연피막이 열가소성 수지를 함유하는 열경화성 수지 조성물의 경화물로 형성되고, 상기 절연피막이 미세한 기공(氣孔)을 가지는 것을 특징으로 하는 절연전선.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기공의 평균지름이 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 절연전선.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 열경화성 수지의 수지 성분의 질량을 A, 상기 열가소성 수지의 질량을 B로 했을 때, A/B가 10/90?90/10인 것을 특징으로 하는 절연전선.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 수지가, 비정성(非晶性) 수지인 것을 특징으로 하는 절연전선.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 비정성 수지가, 폴리에테르이미드, 폴리카보네이트, 폴리에테르설폰, 폴리페닐설폰, 폴리설폰, 열가소성 폴리이미드, 및 폴리아릴레이트의 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 절연전선.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 열경화성 수지가, 폴리에스테르, 폴리이미드, 및 폴리아미드이미드의 군으로부터 선택된 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 절연전선.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 기재된 절연전선을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기기기.
  8. 열경화성 수지와 열가소성 수지를 함유하는 수지 바니스를 직접 또는 간접으로 도체의 외주에 도포하고 베이킹하여 절연피막을 형성하는 공정과, 그 후 가압 불활성 가스 분위기중에 유지하는 것에 의해, 불활성 가스를 수지 바니스가 베이킹된 층에 함유시키는 공정과, 상압하에서 상기 수지 바니스가 베이킹된 층을 가열하는 것에 의해 기공을 형성시키는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 절연전선의 제조방법.
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