KR20150035486A

KR20150035486A - 내 인버터 서지 절연 와이어

Info

Publication number: KR20150035486A
Application number: KR1020147023370A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 무토; 히데오 후쿠다; 게이이치 도미자와; 사토시 나카
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤; 후루카와 마그넷트 와이야 가부시키가이샤
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2013-10-29
Publication date: 2015-04-06
Also published as: JP2014154262A; WO2014122828A1; CN104170024A; US9224523B2; CN104170024B; TW201432732A; EP2843669A1; TWI490887B; KR101688711B1; CA2867657A1; JP5391341B1; MY162025A; CA2867657C; US20150021067A1; EP2843669A4; HK1200973A1; EP2843669B1

Abstract

도체(1)의 외주에, 적어도 1층의 에나멜 베이킹층(2)과, 에나멜 베이킹층(2)의 외측에 적어도 1층의 압출 피복 수지층(3)을 갖고, 에나멜 베이킹층(2)과 압출 피복 수지층(3)의 합계 두께가 50㎛이상, 에나멜 베이킹층(2)의 두께가 60㎛이하, 압출 피복 수지층(3)의 두께가 200㎛이하, 압출 피복 수지층(3)의 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치가 100MPa이상이며, 에나멜 베이킹층(2)과 압출 피복 수지층(3)을 합한 절연층의 비유전율이 25℃에서 3.5이하, 250℃에서 5.0이하, 에나멜 베이킹층(2)의 250℃에서의 비유전율(ε1＇)과 압출 피복 수지층(3)의 250℃에서의 비유전율(ε2＇)의 관계가 (ε2＇/ε1＇) > 1을 만족하는 내 인버터 서지 절연 와이어(1).

Description

내 인버터 서지 절연 와이어{INVERTOR-SURGE RESISTANT INSULATED WIRE}

본 발명은, 내(耐) 인버터 서지 절연 와이어에 관한 것이다.

인버터는 효율적인 가변속 제어 장치로서, 많은 전기 기기에 장착되게 되었다. 인버터는 수kHz ~ 수십kHz로 스위칭이 행해지고, 그 펄스마다 서지 전압이 발생한다. 인버터 서지는 그 전파계(傳搬界) 내에서 임피던스의 불연속점, 예를 들면 접속하는 배선의 시단, 종단 등에서 반사가 발생하고, 그 결과, 최대로 인버터 출력 전압의 2배의 전압이 인가되는 현상이다. 특히, IGBT 등의 고속 스위칭 소자에 의해 발생하는 출력 펄스는 전압 준도(steepness)가 높고, 그에 의해 접속 케이블이 짧아도 서지 전압이 높고, 또한 그 접속 케이블에 의한 전압 감쇠도 작으며, 그 결과, 인버터 출력 전압의 2배 가까운 전압이 발생한다.

인버터 관련 기기, 예를 들면 고속 스위칭 소자, 인버터 모터, 변압기 등의 전기 기기 코일에는 마그넷 와이어로서, 주로 에나멜선인 절연 와이어가 이용되고 있다. 더욱이 상술한 바와 같이, 인버터 관련 기기에서는 그 인버터 출력 전압의 2배 가까운 전압이 걸림으로 인해, 이들 전기 기기 코일을 구성하는 재료의 하나인 에나멜선의 인버터 서지 열화(劣化)를 최소한으로 하는 것이 요구되고 있다.

그런데, 부분 방전 열화는, 일반적으로, 전기 절연 재료가 그 부분 방전으로 발생한 전하 입자의 충돌에 의한 분자 체인 절단 열화, 스퍼터링 열화, 국부 온도 상승에 의한 열 용융 혹은 열 분해 열화, 방전으로 발생한 오존에 의한 화학적 열화 등이 복잡하게 일어나는 현상이다. 따라서, 실제의 부분 방전으로 열화한 전기 절연 재료는 두께가 감소하는 경우가 있다.

절연 와이어의 인버터 서지 열화도 일반적인 부분 방전 열화와 동일한 메카니즘으로 진행되는 것으로 생각된다. 즉, 에나멜선의 인버터 서지 열화는, 인버터에서 발생한 파고값이 높은 서지 전압에 의해 절연 와이어에 부분 방전이 일어나고, 그 부분 방전에 의해 절연 와이어의 도막(塗膜)이 열화를 일으키는 현상, 즉 고주파 부분 방전 열화이다.

최근의 전기 기기에서는, 수백 볼트 단위의 서지 전압에 견딜 수 있는 절연 와이어가 요구되게 되었다. 즉, 절연 와이어는 부분 방전 개시 전압이 그 이상인 것이 필요하다는 것으로 된다. 여기서, 부분 방전 개시 전압이란, 시판의 부분 방전 시험기로 불리는 장치로 측정하는 값이다. 측정 온도, 사용하는 교류 전압의 주파수, 측정 감도 등은 필요에 따라서 변경할 수 있지만, 상기의 값은, 25℃, 50Hz, 10pC에서 측정하여, 부분 방전이 발생한 전압이다.

부분 방전 개시 전압을 측정할 때는, 마그넷 와이어로서 이용되는 경우에 있어서의 가장 가혹한 상황을 상정하여, 밀착하는 2개의 절연 와이어 사이에 대해서 관측할 수 있는 시료 형상을 제작하는 방법이 이용된다. 예를 들면, 단면이 원형인 절연 와이어에 대해서는, 2개의 절연 와이어를 나선 형상으로 꼬는 것으로 선접촉시키고, 2개 사이에 전압을 건다. 또한, 단면 형상이 사각형인 절연 와이어에 대해서는, 2개의 절연 와이어의 장변(長邊)의 면끼리를 면접촉시키고, 2개 사이에 전압을 거는 방법이다.

상술의 부분 방전에 의한, 절연 와이어의 에나멜층의 열화를 막기 위하여, 부분 방전을 발생시키지 않는, 즉 부분 방전 개시 전압이 높은 절연 와이어를 얻기 위해서는, 에나멜층에 비유전율이 낮은 수지를 이용하는 방법, 에나멜층의 두께를 늘리는 방법이 고려된다. 그러나, 통상 사용되는 수지 바니시의 수지의 대부분은 비유전율이 3 ~ 5 사이의 것으로서, 비유전율이 특별히 낮은 것이 없다. 또한, 에나멜층에 요구되는 다른 특성(내열성, 내용제성, 가요성 등)을 고려했을 경우, 반드시 비유전율이 낮은 수지를 선택할 수 없다는 것이 현실이다. 따라서, 높은 부분 방전 개시 전압을 얻기 위해서는, 에나멜층의 두께를 두껍게 하는 것이 불가결하다. 이들 비유전율 3 ~ 5의 수지를 에나멜층에 이용한 경우, 부분 방전 개시 전압을 1kVp(파고값) 이상으로 하려면, 경험상 에나멜층의 두께를 60㎛이상으로 할 필요가 있다.

그러나, 에나멜층을 두껍게 하기 위해서는, 제조 공정에 있어서 베이킹로(baking furnace)를 통과하는 회수가 많아지고, 도체인 구리 표면의 산화 구리로 이루어지는 피막의 두께가 성장하고, 그에 기인하여 도체와 에나멜층의 접착력이 저하한다. 예를 들면, 60㎛를 넘는 두께의 에나멜층을 얻는 경우, 베이킹로를 통과하는 회수가 12회를 넘는다. 12회를 초과하여 베이킹로를 통과하면, 도체와 에나멜층의 접착력이 극단적으로 저하하는 것을 알게 되었다.

한편, 베이킹로를 통과하는 회수를 늘리지 않기 위해서 1회의 베이킹으로 도포할 수 있는 두께를 두껍게 하는 방법도 있지만, 이 방법으로는, 바니시의 용매가 다 증발되지 못하고 에나멜층 중에 기포로 남는다는 결점이 있었다.

또한, 최근의 전기 기기에서는 각종 성능, 예를 들면 내열성, 기계적 특성, 화학적 특성, 전기적 특성, 신뢰성 등을 종래의 것보다도 한층 더 높이는 것이 요구되고 있다. 이런 가운데 우주용 전기 기기, 항공기용 전기 기기, 원자력용 전기 기기, 에너지용 전기 기기, 자동차용 전기 기기용의 마그넷 와이어로서 이용되는 에나멜선 등의 절연 와이어에는, 상술의 높은 부분 방전 개시 전압에 더하여, 고온하에 있어서의 우수한 절연 성능과 내열 노화 특성이 요구되고 있다.

이러한 문제에 대해서, 에나멜선의 외측에 피복 수지를 마련하는 시도가 있었다(특허 문헌 1 및 2). 그러나, 특허 문헌 1 및 2에 기재된 절연 와이어에 있어서도, 부분 방전 개시 전압, 고온하에 있어서의 절연 성능 및 내열 노화성을 더 개선할 여지가 있다. 또한, 부분 방전 개시 전압을 향상시키는 기술로서 특허 문헌 3을 들 수 있다.

일본 특허공고 평07-031944호 공보 일본 공개특허 소63-195913호 공보 일본 공개특허 2005-203334호 공보

본 발명은, 고온하의 절연 성능을 떨어뜨리지 않고 절연층을 두껍게 하여, 높은 부분 방전 개시 전압과 우수한 내열 노화 특성을 갖는 내 인버터 서지 절연 와이어를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 에나멜층의 외측에 압출 피복 수지층을 마련한 절연 와이어에 있어서, 에나멜층 및 압출 피복 수지층 각각의 두께 및 합계 두께와, 압출 피복 수지층의 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치를 특정의 범위로 설정하고, 또한 에나멜층과 압출 피복 수지층을 합한 절연층의, 25℃ 및 250℃에서의 비유전율, 및 250℃에서의 비유전율의 비를 특정의 범위로 함에 의해, 부분 방전 발생 전압, 고온 절연 성능 및 내열 노화 특성의 모두를 개선할 수 있다는 것을 발견했다. 본 발명은, 이 발견에 근거하여 이루어진 것이다.

즉, 상기 과제는 이하의 수단에 의해 해결된다.

(1) 도체의 외주에, 적어도 1층의 에나멜 베이킹층과, 상기 에나멜 베이킹층의 외측에 압출 피복 수지층을 갖고,

상기 압출 피복 수지층이 1층이고, 상기 수지층의 수지가, 폴리에테르에테르케톤, 열가소성 폴리이미드, 방향 고리를 갖는 폴리아미드, 방향 고리를 갖는 폴리에스테르 및 폴리케톤으로부터 선택되는 수지로서,

상기 에나멜 베이킹층과 상기 압출 피복 수지층과의 합계 두께가 50㎛이상, 상기 에나멜 베이킹층의 두께가 50㎛이하, 상기 압출 피복 수지층의 두께가 200㎛이하이며,

상기 압출 피복 수지층의 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치가 100MPa이상 400MPa이하이며,

상기 에나멜 베이킹층과 상기 압출 피복 수지층을 합한 절연층의 비유전율이 25℃에 있어서 3.0이상 3.5이하이며, 250℃에 있어서 4.0이상 5.0이하이며,

상기 에나멜 베이킹층의 250℃에서의 비유전율(ε1＇)과 상기 압출 피복 수지층의 250℃에서의 비유전율(ε2＇)의 관계가, 2.0 ≥ (ε2＇/ε1＇) > 1을 만족하는 내 인버터 서지 절연 와이어.

(2) 상기 압출 피복 수지층이, 폴리에테르에테르케톤의 층인 (1)에 기재된 내 인버터 서지 절연 와이어.

(3) 상기 도체가, 직사각형 형상의 단면을 갖고 있는 (1) 또는 (2)에 기재된 내 인버터 서지 절연 와이어.

(4) 상기 에나멜 베이킹층의 두께가 40㎛이하인 (1) ~ (3) 중 어느 하나에 기재된 내 인버터 서지 절연 와이어.

여기서, 「절연층의 비유전율」은, 내 인버터 서지 절연 와이어에 있어서의 절연층의 실효적인 비유전율이며, 후술하는 방법으로 측정된 내 인버터 서지 절연 와이어의 정전 용량과, 도체 및 절연 와이어의 외경으로부터, 하기 식에 의해서, 산출된 값을 말한다.

식: εr* = Cp·Log(b/a)/(2πε₀)

여기서, εr*은 절연층의 비유전율, Cp는 단위 길이당의 정전 용량[pF/m], a는 도체의 외경, b는 절연 와이어의 외경, ε₀은 진공의 유전율(8.855×10^-12[F/m])을, 각각 나타낸다.

아울러, 내 인버터 서지 절연 와이어 절연 와이어의 단면이 원형이 아닌 경우, 예를 들면, 직사각형인 경우에는, 「절연층의 비유전율」은, 절연층의 정전 용량(Cp)이 평탄부의 정전 용량(Cf)과 코너부의 정전 용량(Ce)의 합성(Cp = Cf+Ce)이라는 것을 이용하여 산출할 수 있다. 구체적으로는, 도체의 직선부의 장변과 단변의 길이를 L1, L2, 도체 코너의 곡률 반경 R, 절연층의 두께 T로 하면, 평탄부의 정전 용량(Cf) 및 코너부의 정전 용량(Ce)은 하기 식으로 나타낼 수 있다. 이들 식과, 실측한 절연 와이어의 정전 용량 및 절연층의 정전 용량 Cp(Cf+Ce)로부터 εr*를 산출할 수 있다.

Cf = (εr*/ε₀)×2×(L1+L2)/T

Ce = (εr*/ε₀)×2πε₀/Log{(R+T)/R}

본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어는, 부분 방전 개시 전압이 높고, 고온하의 절연 성능 및 내열 노화 특성도 우수하다.

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

도 1은 본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어의 일 실시 형태를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어의 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이다.

본 발명은, 도체의 외주에, 적어도 1층의 에나멜 베이킹층과 그 외측에 적어도 1층의 압출 피복 수지층을 갖고, 하기 조건 (1) ~ (6)를 만족한다.

(1) 에나멜 베이킹층과 압출 피복 수지층의 합계 두께가 50㎛이상

(2) 에나멜 베이킹층의 두께가 60㎛이하

(3) 압출 피복 수지층의 두께가 200㎛이하

(4) 압출 피복 수지층의 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치가 100MPa이상

(5) 에나멜 베이킹층과 압출 피복 수지층을 합한 절연층의 실효적인 비유전율이 25℃에 있어서 3.5이하이며, 250℃에 있어서 5.0이하

(6) 에나멜 베이킹층의 250℃에서의 비유전율(ε1＇)과 압출 피복 수지층의 250℃에서의 비유전율(ε2＇)의 관계가, (ε2＇/ε1＇) > 1

이러한 구성을 갖는 본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어는, 부분 방전 개시 전압이 높고, 고온하의 절연 성능 및 내열 노화 특성도 우수하다.

따라서, 본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어(이하, 간단히 「절연 와이어」로 한다)는, 내열 코일용으로서 적합하고, 후술하는 바와 같이, 여러 가지의 용도에 이용된다.

이하에, 본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 나타낸 본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어의 일 실시 형태는, 단면이 원형인 도체(1)와, 도체(1)의 외주면을 피복하는 1층의 에나멜 베이킹층(2)과, 에나멜 베이킹층(2)의 외주면을 피복하는 1층의 압출 피복 수지층(3)을 갖고, 내 인버터 서지 절연 와이어 전체의 단면도 원형으로 되어 있다.

도 2에 나타낸 본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어의 다른 실시 형태는, 단면이 직사각형 형상의 도체(1)와, 도체(1)의 외주면을 피복하는 1층의 에나멜 베이킹층(2)과, 에나멜 베이킹층(2)의 외주면을 피복하는 1층의 압출 피복 수지층(3)을 갖고, 내 인버터 서지 절연 와이어 전체의 단면도 직사각형 형상으로 되어 있다.

이 다른 실시 형태에 있어서, 에나멜 베이킹층과 압출 피복 수지층의 합계 두께는, 직사각형 형상의 단면에서 대향하는 한쪽의 2변 및 다른 쪽의 2변에 마련된 압출 피복 수지층 및 에나멜층 베이킹층의 합계 두께 중 적어도 한쪽이면 좋다. 이 실시 형태에 있어서, 방전이 일어나는 쪽의 2변에 형성된 압출 피복 수지층 및 에나멜층 베이킹층의 합계 두께가 소정의 두께이면, 다른 쪽의 2변에 형성된 합계 두께가 그것보다 얇아도 부분 방전 개시 전압을 유지할 수 있고, 예를 들면, 모터의 슬롯 내의 전(全) 단면적에 대한 도체의 전체 단면적의 비율(점적율(space factor))을 높일 수도 있다. 따라서, 한쪽의 2변 및 다른 쪽의 2변에 마련된 압출 피복 수지층 및 에나멜층 베이킹층의 합계 두께는, 방전이 일어나는 쪽의 2변, 즉 적어도 한쪽이 50㎛이상이면 좋고, 바람직하게는 한쪽의 2변 및 다른 쪽의 2변 모두 50㎛이상이다.

이 합계 두께는, 동일해도 좋고, 상이해도 좋은데, 고정자 슬롯에 대한 점유율의 관점에서, 이하와 같이 상이한 것이 바람직하다. 즉, 모터 등의 고정자 슬롯 내에서 일어나는 부분 방전은 슬롯과 전선의 사이에서 일어나는 경우, 및 전선과 전선의 사이에서 일어나는 경우의 2 종류가 있다. 여기서, 절연 와이어에 있어서, 플랫면에 마련된 압출 피복 수지층의 두께가, 엣지면에 마련된 압출 피복 수지층의 두께와 다른 절연 와이어를 이용함에 의해, 부분 방전 개시 전압의 값을 유지하면서, 모터의 슬롯 내의 전 단면적에 대한 도체의 전체 단면적의 비율(점적율)을 향상시킬 수 있다.

여기서, 플랫면이란 평각선(rectangular wire)의 단면이 직사각형인 쌍의 대향하는 2변 중 장변의 쌍을 말하고, 엣지면이란 대향하는 2변 중 단변의 쌍을 말한다.

슬롯 내에 1열로 엣지면과 플랫면에서의 두께가 다른 전선을 나열할 때, 슬롯과 전선의 사이에서 방전이 일어나는 경우는, 슬롯에 대해서 두꺼운 막의 면이 접하도록 나열하고, 서로 이웃하는 전선간의 막 두께는 얇은 쪽에서 나열한다. 막 두께가 얇은 만큼 더 많은 개수를 삽입할 수 있어서 점적율은 향상한다. 또한 이때, 부분 방전 개시 전압의 값은 유지할 수 있다. 마찬가지로 전선과 전선 사이에서 방전이 일어나기 쉬운 경우는, 막 두께가 두꺼운 면을 전선과 접하는 면으로 하고, 슬롯에 접하는 쪽은 얇게 하면, 필요 이상으로 슬롯의 크기를 크게 하지 않기 때문에 점적율은 향상한다. 또한 이때, 부분 방전 개시 전압의 값은 유지할 수 있다.

압출 피복 수지층의 두께가, 상기 단면의 한 쌍의 대향하는 2변과, 다른 한 쌍의 대향하는 2변에서 상이한 경우는, 한 쌍의 대향하는 2변의 두께를 1로 했을 때, 다른 한 쌍의 대향하는 2변의 두께는 1.01 ~ 5의 범위로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 1.01 ~ 3의 범위이다.

상술의, 바람직한 일 실시 형태 및 다른 실시 형태(이하, 이들을 총괄하여 본 발명의 실시 형태이라 함)는, 도체 및 내 인버터 서지 절연 와이어의 단면 형상이 상이한 것 이외에는 기본적으로 동일하므로, 함께 설명한다.

(도체)

본 발명의 절연 와이어에 이용하는 도체(1)로서는, 종래, 절연 와이어로 이용되고 있는 것을 사용할 수 있지만, 바람직하게는, 산소 함유량이 30ppm이하인 저산소동(低酸素銅), 더 바람직하게는 20ppm이하의 저산소동 또는 무산소동의 도체이다. 산소 함유량이 30ppm이하이면, 도체를 용접하기 위해서 열로 용융시킨 경우, 용접 부분에 함유 산소에 기인하는 보이드의 발생이 없고, 용접 부분의 전기 저항이 악화되는 것을 방지함과 아울러 용접 부분의 강도를 유지할 수 있다.

도체는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 그 횡단면이 원형, 직사각형 형상 등의 소망의 형상의 것을 사용할 수 있지만, 고정자 슬롯에 대한 점유율의 관점에서 원형 이외의 형상을 갖는 것이 바람직하고, 특히, 도 2에 나타낸 바와 같이, 평각 형상의 것이 바람직하다. 또한, 각부(角部)에서의 부분 방전을 억제한다는 점에 있어서, 네 모서리에 모따기(반경(r))를 마련한 형상인 것이 바람직하다.

(에나멜 베이킹층)

에나멜 베이킹층(이하, 단순히 「에나멜층」이라고도 한다)(2)은, 에나멜 수지로 적어도 1층으로 형성되는데, 1층이라도 좋고 복수층이라도 좋다. 에나멜층을 형성하는 에나멜 수지로서는, 종래 이용되고 있는 것을 사용할 수 있는데, 예를 들면, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드, 폴리이미드히단토인 변성 폴리에스테르, 폴리아미드, 포르말, 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리비닐포르말, 에폭시, 폴리히단토인을 들 수 있다. 에나멜 수지는, 내열성이 우수한, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드, 폴리이미드히단토인 변성 폴리에스테르 등의 폴리이미드계 수지가 바람직하다.

에나멜 수지는, 그 중에서도 폴리아미드이미드, 폴리이미드가 바람직하고, 폴리아미드이미드가 특히 바람직하다.

에나멜층을 형성하는 에나멜 수지는, 부분 방전 개시 전압을 높게 할 수 있다는 점에서, 25℃에서의 비유전율(ε1)이 작은 것이 바람직하다. 예를 들면, 비유전율(ε1)이, 5.0이하가 바람직하고, 4.0이하가 더 바람직하다. 비유전율(ε1)의 하한은 특별하게 제한되는 것은 아니지만, 실제적으로는 3.0이상이 바람직하다.

또한, 에나멜 수지는, 25℃에서의 비유전율(ε1)이 상술의 범위 내에 있는 것에 더하여, 고온하에서도 우수한 절연 성능을 발휘할 수 있다는 점에서, 250℃에서의 비유전율(ε1＇)이, 6.0이하가 바람직하고, 5.0이하가 더 바람직하다. 비유전율(ε1＇)의 하한은, 특별히 하한은 제한되는 것은 아니지만 실제적으로는 3.0이상이 바람직하다.

에나멜 수지의 비유전율(ε1) 및 비유전율(ε1＇)은, 시판의 유전율 측정 장치를 이용하여, 측정 온도 25℃ 또는 250℃에서, 측정할 수 있다. 측정 온도, 주파수에 대해서는, 필요에 따라서 변경하는 것이지만, 본 발명에 있어서는, 특별히 기재가 없는 한, 100Hz에서 측정한 값을 의미한다.

따라서, 에나멜 수지는, 상술의 각 수지 중에서, 비유전율(ε1) 및 비유전율(ε1＇) 등을 고려하여, 선택된다. 예를 들면, 비유전율(ε1) 및 비유전율(ε1＇)을 만족하는 시판의 에나멜 수지로서, 비유전율(ε1)이 3.9, 비유전율(ε1＇)이 4.4의 폴리아미드이미드 수지(PAI) 바니시(히타치카세이(日立化成) 제품, 상품명: HI406), 비유전율(ε1)이 3.5, 비유전율(ε1＇)이 4.0인 폴리이미드 수지(PI) 바니시(유니치카(UNITIKA) 제품, 상품명: U 이미드) 등을 사용할 수 있다. 에나멜 수지는, 이들을 1종 단독으로 이용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋고, 상술의 범위 내에서 첨가제를 더해도 좋다.

에나멜층의 두께는, 높은 부분 방전 개시 전압을 실현할 수 있을 정도로 후육화되어도, 에나멜층을 형성할 때의 베이킹로를 통하는 회수를 줄여서 도체와 에나멜층의 접착력이 극단적으로 저하하는 것을 방지할 수 있고, 또한 기포의 발생도 방지할 수 있다는 점에서, 60㎛이하이며, 50㎛이하가 바람직하고, 45㎛이하가 더 바람직하고, 40㎛이하가 더욱더 바람직하다. 또한, 절연 와이어로서의 에나멜선에 필요한 특성인, 내전압 특성, 내열 특성을 손상시키지 않기 위해서는, 에나멜층이 어느 정도의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 에나멜층의 두께는, 적어도 핀홀이 생기지 않을 정도의 두께이면 특별히 제한되는 것이 아니고, 바람직하게는 3㎛이상, 더 바람직하게는 6㎛이상이다. 도 2에 나타내는 다른 실시 형태에 있어서는, 한쪽의 2변 및 다른 쪽의 2변에 마련된 에나멜 베이킹층의 두께 각각이 60㎛이하로 되어 있다.

이 에나멜 베이킹층은, 상술의 에나멜 수지를 포함하는 수지 바니시를 도체 상에 바람직하게는 복수회 도포, 베이킹하여 형성할 수 있다. 수지 바니시를 도포하는 방법은, 통상의 방법으로 좋은데, 예를 들면, 도체 형상과 닮은 꼴로 한 바니시 도포용 다이스를 이용하는 방법, 도체의 단면 형상이 사각형이라면 우물정(井) 형상으로 형성된 「유니버설 다이스」로 불리는 다이스를 이용하는 방법을 들 수 있다. 이들 수지 바니시를 도포한 도체는 통상의 방법으로 베이킹로에서 베이킹된다. 구체적인 베이킹 조건은 그 사용되는 로의 형상 등에 좌우되지만, 대략 5m의 자연 대류식의 수직로(vertical type furnace)이면, 400 ~ 500℃에서 통과 시간을 10 ~ 90초로 설정함에 의해 달성할 수 있다.

(압출 피복 수지층)

압출 피복 수지층은, 부분 방전 개시 전압이 높은 절연 와이어를 얻기 위해서, 에나멜층의 외측에 적어도 1층 마련되는데, 1층이어도 좋고 복수층이어도 좋다.

아울러, 본 발명에 있어서는, 압출 피복 수지층을 복수층 갖는 경우는, 각 층 간에서 동일한 수지가 바람직하다. 즉, 에나멜층 측에 가장 가까운 압출 피복 수지층에 포함되는 수지와 동일한 수지로 형성된 층이 적층된다. 여기서, 수지가 동일하면, 각 층 사이에서 수지 이외의 첨가물의 유무, 종류, 배합량이 달라도 좋다. 본 발명에서는, 압출 피복 수지층은 1층 또는 2층이 바람직한데, 1층이 특히 바람직하다.

여기서, 1층이란, 층을 구성하는 수지 및 함유하는 첨가물이 완전히 동일한 층을 적층한 경우는 동일층으로 함으로써, 동일 수지로 구성되어 있어도 첨가물의 종류나 배합량이 다른 경우 등, 층을 구성하는 조성물이 상이한 경우를 층의 수로 하여 카운트한다.

이는, 압출 피복 수지층 이외의 다른 층에 있어서도 마찬가지이다.

압출 피복 수지층은 열가소성 수지의 층이며, 압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)을 들 수 있다. 여기서 폴리에테르에테르케톤은, 변성 폴리에테르에테르케톤(modified-PEEK)을 포함한다는 의미이다. 변성 폴리에테르에테르케톤은, 기계 특성이나 열특성을 향상시키는 목적으로 이용되는 보조제나 수지를 첨가함으로써, 폴리에테르에테르케톤을 변성한 것이다. 이러한 변성 폴리에테르에테르케톤으로서, 예를 들면, 상품명 「아바스파이어(AvaSpire)」시리즈, 구체적으로는, 「아바스파이어 AV-650」(상품명, 솔베이 스페셜티폴리머즈(solvay-specialty-polymers) 제품) 등을 들 수 있다.

또한, 상기 열가소성 수지로서 열가소성 폴리이미드(PI), 방향 고리를 갖는 폴리아미드(방향족 폴리아미드이라 함), 방향 고리를 갖는 폴리에스테르(방향족 폴리에스테르이라 함), 폴리케톤(PK), 폴리에틸렌 나프타레이트(PEN) 등을 들 수 있다.

압출 피복 수지층은, 이들 수지 중에서, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)(변성 폴리에테르에테르케톤을 포함함) 열가소성 폴리이미드(PI), 방향 고리를 갖는 폴리아미드(방향족 폴리아미드이라 함), 방향 고리를 갖는 폴리에스테르, 폴리케톤(PK), 폴리에틸렌나프타레이트(PEN)가 바람직하고, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)(변성 폴리에테르에테르케톤을 포함함), 폴리에틸렌 나프타레이트(PEN)가 더 바람직하고, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)(변성 폴리에테르에테르케톤을 포함함)이 더욱더 바람직하며, 그 중에서도 변성 폴리에테르에테르케톤을 포함하지 않는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이 특히 바람직하다.

압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지는, 압출 성형 가능한 열가소성 수지이면 좋고, 부분 방전 개시 전압을 높게 할 수 있다는 점에서, 25℃에서의 비유전율(ε2)이 작은 것이 바람직하다. 예를 들면, 비유전율(ε2)이 5.0이하인 것이 바람직하고, 4.0이하인 것이 더 바람직하다. 비유전율(ε2)의 하한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 실제적으로는 2.0이상이 바람직하다.

또한, 이 열가소성 수지는, 25℃에서의 비유전율(ε2)이 상술의 범위 내에 있음에 더하여, 고온하에서도 우수한 절연 성능을 발휘할 수 있다는 점에서, 250℃에서의 비유전율(ε2＇)이 6.0이하인 것이 바람직하고, 5.0이하인 것이 더 바람직하다. 비유전율(ε2＇)의 하한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 실제적으로는 2.0이상이 바람직하다.

열가소성 수지의 비유전율(ε2) 및 비유전율(ε2＇)은, 시판의 유전율 측정 장치를 이용하여, 측정 온도 25℃ 또는 250℃에서, 측정할 수 있다. 측정 온도, 주파수에 대해서는, 필요에 따라서 변경하는 것이지만, 본 발명에 있어서는, 특별히 기재가 없는 한, 100Hz에서 측정한 값을 의미한다.

압출 피복 수지층, 즉 압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지는, 실온 정도의 저온하에서 고온하까지 우수한 기계 특성과, 고온하에서의 우수한 절연 특성을 발휘할 수 있다는 점에서, 25 ~ 250℃의 온도 범위에서의 인장 탄성률의 최소치가 100MPa이상이며, 250℃초과 280℃이하의 온도 범위에서도 인장 탄성률의 최소치가 100MPa이상을 유지하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 열가소성 수지는, 25℃로부터 250℃의 온도 영역에서, 더 바람직하게는 25℃로부터 280℃의 온도 영역에서 인장 탄성률이 100MPa이상이다. 인장 탄성률의 최소치는, 200MPa이상이 바람직하고, 300MPa이상이 더 바람직하며, 그 상한치(최대치)는, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 실제적으로는 400MPa이다. 인장 탄성률은 열가소성 수지의 가교도(架橋度), 결정화도 등에 따라서 조정할 수 있다.

인장 탄성률은, 동적 점탄성(粘彈性) 측정(DMS)에 의해서, 측정할 수 있다. 구체적으로는, 25℃로부터 280℃의 온도 범위에서 연속 또는 단속적으로, 인장 모드, 주파수 10Hz, 비틀림량 1/1000, 측정 온도는 승온 속도 5℃/분으로 변경하면서, 측정한다. 측정시의 제어 모드, 주파수, 비틀림량, 측정 온도 등은 필요에 따라서 변경되는 것이다.

열가소성 수지가 결정성의 열가소성 수지인 경우에는, 유리 전이 온도 부근의 인장 탄성률의 급격한 저하를 억제하고, 저온하에서 고온하까지 우수한 기계 특성과, 고온하에서의 우수한 절연 특성을 발휘할 수 있다는 점에서, 피막의 결정화도를 높게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 피막의 결정화도는 50%이상이 바람직하고, 70%이상이 더 바람직하며, 80%이상이 특히 바람직하다. 결정화도의 상한은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 100%이다. 압출 피복 수지층의 피막 결정화도는, 시차주사(示差走査) 열량분석(DSC)을 이용하여, 측정할 수 있다. 구체적으로는, 압출 피복 수지층의 피막을 적당량 채취하고, 예를 들면 5℃/min의 속도로 승온시켜서, 300℃를 넘는 영역에서 보이는 융해에 기인하는 열량(융해 열량)과 150℃ 주변에서 보이는 결정화에 기인하는 열량(결정화 열량)을 산출하고, 융해 열량에 대한, 융해 열량으로부터 결정화 열량을 뺀 열량의 차분(差分)을, 피막 결정화도로 한다. 계산식을 이하에 나타낸다.

식: 피막 결정화도(%) = [(융해 열량 - 결정화 열량)/(융해 열량)]×100

또한, 압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지는, 내열 노화 특성을 한층 더 향상시킨다는 점에서, 융점이 260℃이상인 것이 바람직하고, 280℃이상인 것이 더 바람직하며, 330℃이상인 것이 특히 바람직하다. 열가소성 수지의 융점은, 예를 들면, 370℃이하인 것이 바람직하고, 360℃이하인 것이 더 바람직하다. 열가소성 수지의 융점은, 시차 주사 열량 분석(DSC)에 의해, 후술하는 방법에 의해서, 측정할 수 있다. 구체적으로는, 압출 피복 수지층 10mg를, 열분석 장치 「DSC-60」(시마즈세이사쿠쇼(島津製作所) 제품)을 이용하여, 5℃/min의 속도로 승온시켰을 때의, 250℃를 넘는 영역에서 보이는 융해에 기인하는 열량의 피크 온도를 읽어내어, 융점으로 하였다. 아울러, 피크 온도가 복수 존재하는 경우에는, 보다 고온의 피크 온도를 융점으로 한다.

압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지는, 상술의 열가소성 수지 중에서, 25℃에서의 비유전율(ε2), 250℃에서의 비유전율(ε2＇), 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치, 소망에 의해 융점 등을 고려하여, 선택된다. 특히, 에나멜층 및 압출 피복 수지층의 두께 및 합계 두께, 25℃ 및 250℃에서의 절연층의 비유전율, 상술의 비유전율의 비, 및 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 각각이 상술의 범위 내에 있는 열가소성 수지, 예를 들면, 폴리에테르에테르케톤 및 변성 폴리에테르에테르케톤으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 열가소성 수지가 바람직하다. 즉, 압출 피복 수지층이 폴리에테르에테르케톤의 층인 것이 바람직하다. 압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지로서 이들 열가소성 수지를 채용하면, 상술의 두께, 합계 두께, 및 비유전율, 상술의 비유전율 및 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치의 비와 어우러져서, 부분 방전 개시 전압이 한층 더 향상되고, 저온하에서 고온하까지의 기계 특성 및 고온하의 절연 성능도 높게 유지되며, 이에 더하여 내열 노화 특성도 한층 더 향상한다. 이러한 열가소성 수지로서, 예를 들면, 비유전율(ε2)이 3.1, 비유전율(ε2＇)이 4.7인 폴리에테르에테르케톤(PEEK)(솔베이스페셜티폴리머즈 제품, 상품명: 키이타스파이어 KT-820) 등을 사용할 수 있다.

압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지는 1종 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 이용해도 좋다. 아울러, 열가소성 수지는, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 비유전율이 상술의 범위 또는 후술하는 범위에서 벗어나지 않는 정도면, 다른 수지나 엘라스토머 등을 혼합한 것이라도 좋다.

압출 피복 수지층의 두께는, 200㎛이하이며, 180㎛이하가 바람직하다. 압출 피복 수지층의 두께가 너무 두꺼우면, 절연 와이어를 철심에 감아 붙여서 가열할 때에 절연 와이어 표면에 백색화된 개소가 생기는 경우가 있다. 이와 같이, 압출 피복 수지층이 너무 두꺼우면, 압출 피복 수지층 자체에 강성이 있기 때문에, 절연 와이어로서의 가요성(可撓性)이 부족해지고, 가공 전후에서의 전기 절연성 유지 특성의 변화에 영향을 주는 경우가 있다. 한편, 압출 피복 수지층의 두께는, 절연 불량을 방지할 수 있다는 점에서, 5㎛이상이 바람직하고, 15㎛이상이 더 바람직하다. 상술의 다른 실시 형태에 있어서는, 한쪽의 2변 및 다른 쪽의 2변에 마련된 압출 피복 수지층의 두께 각각이 200㎛이하로 되어 있다.

압출 피복 수지층은, 도체에 형성한 에나멜층에 상술의 열가소성 수지를 압출 성형하여 형성할 수 있다. 압출 성형시의 조건, 예를 들면, 압출 온도 조건은, 이용하는 열가소성 수지에 따라 적절하게 설정된다. 바람직한 압출 온도의 일례를 들면, 구체적으로는, 압출 피복에 적절한 용융 점도로 하기 위해서 융점보다 30℃, 바람직하게는 약 40℃ ~ 60℃ 높은 온도로 압출 온도를 설정한다. 이와 같이, 압출 성형에 의해서 압출 피복 수지층을 형성하면, 제조 공정에서 피복 수지층을 형성할 때에 베이킹로를 통과할 필요가 없기 때문에, 도체의 산화 피막층의 두께를 성장시키지 않고, 절연층 즉 압출 피복 수지층의 두께를 두껍게 할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명의 실시 형태에 있어서, 에나멜 베이킹층과 압출 피복 수지층과의 합계 두께는 50㎛이상이다. 합계 두께가 50㎛이상이면, 절연 와이어의 부분 방전 개시 전압이 1kVp 이상으로 되어, 인버터 서지 열화를 방지할 수 있다. 이 합계 두께는, 한층 더 높은 부분 방전 개시 전압을 발현하고, 인버터 서지 열화를 고도로 방지할 수 있다는 점에서, 75㎛이상이 바람직하고, 100㎛이상이 특히 바람직하다. 상술의 다른 실시 형태에 있어서는, 한쪽의 2변 및 다른 쪽의 2변에 마련된 에나멜 베이킹층 및 압출 피복 수지층의 합계 두께 각각이 50㎛이상으로 되어 있다. 이와 같이, 에나멜층의 두께를 60㎛이하, 압출 피복 수지층의 두께를 200㎛이하, 또한 에나멜층 및 압출 피복 수지층의 합계 두께를 50㎛이상으로 하면, 적어도, 절연 와이어의 부분 방전 개시 전압, 즉 인버터 서지 열화의 방지, 도체 및 에나멜층의 접착 강도, 및 에나멜층 형성시의 기포 억제를 만족시킬 수 있다. 아울러, 에나멜 베이킹층과 압출 피복 수지층의 합계 두께는, 260㎛이하이지만, 코일 가공 전후에서의 전기 절연성 유지의 특성(이하, 가공 전후의 전기 절연성 유지 특성이라 함)을 고려하여, 문제없이 가공할 수 있게 하기 위해서는 200㎛이하가 바람직하다.

따라서, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 절연 와이어는, 도체와 에나멜층이 큰 접착 강도로 밀착되어 있다. 도체와 에나멜층의 접착 강도는, 예를 들면, JIS C 3003 에나멜선 시험 방법의, 8. 밀착성, 8.1b) 꼬는법과 동일한 요령으로 행하고, 에나멜층의 들뜸(floating)이 생길 때까지의 회전수로 평가할 수 있다. 단면 사각형의 평각선에서도 동일하게 행할 수 있다. 본 발명에 있어서, 에나멜층의 들뜸이 생길 때까지의 회전수는 15회전 이상인 것을 밀착성이 좋은 것으로 하고, 이 적합한 실시 형태에 있어서의 절연 와이어는 15회전 이상의 회전수로 된다.

본 발명의 실시 형태에 있어서, 에나멜 베이킹층과 압출 피복 수지층을 합한 절연층 전체의 비유전율은, 25℃에서 3.5이하이다. 이 비유전율이 3.5이하이면, 적어도 25℃에서의 절연 와이어의 부분 방전 개시 전압을 1kVp 이상으로 향상시킬 수 있고, 인버터 서지 열화를 방지할 수 있다. 인버터 서지 열화를 한층 더 방지할 수 있다는 점에서, 25℃에서의 비유전율은, 3.2이하가 바람직하고, 하한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 실제적으로는 3.0이상이 바람직하다.

또한, 에나멜 베이킹층과 압출 피복 수지층을 합한 절연층 전체의 비유전율은, 250℃에서 5.0이하이다. 고온에서는 일반적으로 수지의 유전율은 상승하고, 또한 공기의 밀도 감소에 따라 부분 방전 개시 전압은 필연적으로 저하하지만, 250℃에서의 비유전율이 5.0이하이면, 고온하, 예를 들면 250℃에서의 부분 방전 개시 전압의 저하를 억제할 수 있다. 부분 방전 개시 전압의 저하를 한층 더 억제할 수 있다는 점에서, 250℃에서의 비유전율은, 4.8이하가 바람직하고, 하한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 실제적으로는 4.0이상이 바람직하다.

25℃ 및 250℃에서의 절연층 전체의 비유전율 각각은, 에나멜층을 형성하는 에나멜 수지의 비유전율(ε1) 및 비유전율(ε1＇) 및 두께와, 압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지의 비유전율(ε2) 및 비유전율(ε2＇) 및 두께를 선택함에 의해, 상술한 범위로 조정할 수 있다. 예를 들면, 비유전율(ε1) 및 비유전율(ε1＇)이 작은 에나멜 수지, 및/또는, 비유전율(ε2) 및 비유전율(ε2＇)이 작은 열가소성 수지를 선택하면, 절연층 전체의 비유전율을 작게 할 수 있다. 또한, 비유전율이 작은 쪽의 수지를 두껍게 피복하면, 절연층 전체의 비유전율을 작게 할 수 있다.

절연층 전체의 비유전율은, 후술하는 방법으로 측정된 내 인버터 서지 절연 와이어의 정전 용량과, 도체 및 절연 와이어의 외경으로부터, 상기 식에 의해서, 산출할 수 있다.

정전 용량은, LCR 하이테스터(히오키덴키가부시키가이샤(日置電機株式會社) 제품, 형식 3532-50(상품명: LCR 하이테스터)), 및, 상온(25℃)의 건조 공기 중에 24시간 이상 방치한 절연 와이어를 이용하여, 측정 온도를 25℃ 및 250℃로 설정하고, 소정의 온도로 설정한 항온조에 절연 와이어를 넣어서 온도가 일정하게 된 시점에서 측정한다.

본 발명의 실시 형태에 있어서는, 에나멜층의 250℃에서의 비유전율(ε1＇)과 압출 피복 수지층의 250℃에서의 비유전율(ε2＇)과의 관계가, ε2＇/ε1＇ > 1을 만족한다. 압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지는, 일반적으로, 에나멜층을 형성하는 에나멜 수지와 비교하여 특히 고온하에서의 절연 성능이 떨어지지만, 에나멜층과 압출 피복 수지층이 이러한 관계를 만족하면, 압출 피복 수지층의 전계를 완화할 수 있고, 절연층 전체의 고온하, 예를 들면 250℃에서의 고온하의 절연 성능인 절연 파괴 전압을 양호하게 유지할 수 있다. 이 비유전율의 관계 ε2＇/ε1＇은, 1.0초과 2.0이하가 바람직하고, 1.1이상 1.5이하가 더 바람직하다.

절연 전선의 절연 파괴 전압은, 후술하는 바와 같이, 절연 전선에 금속박을 감아 붙여서 도체와 금속박 간에 50Hz의 정현파에 가까운 교류 전압을 가함으로써 측정할 수 있다. 온도 특성을 측정하는 경우는, 소정의 온도의 항온조에 넣어서 동일하게 측정한다.

상술의 구성을 구비한 본 발명의 실시 형태에 있어서의 절연 와이어는, 최근의 절연 와이어에 요구되고 있는 내열 노화 특성도 우수하다. 이 내열 노화 특성은, 고온의 환경에서 사용되어도 장시간, 절연 성능이 저하되지 않는다고 하는 장기간 신뢰성을 유지하기 위한 지표가 되는 것으로, 예를 들면, JIS C 3003 에나멜선 시험 방법의, 7. 가요성에 따라서 감아 붙인 것을, 190℃ 고온조에 1000시간 정치(靜置)한 후의, 에나멜층 또는 압출 피복 수지층에 발생하는 균열의 유무를 육안으로 평가할 수 있다. 본 발명에 있어서, 내열 노화 특성은, 에나멜층 및 압출 피복 수지층의 어느 쪽에서도 균열을 확인할 수 없고, 이상이 없는 경우가 우수한 것으로 평가할 수 있다.

상술한 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 에나멜층의 외주면에 다른 층을 개재하지 않고 압출 피복 수지층이 형성되어 있지만, 본 발명의 실시 형태에 있어서, 에나멜층과 압출 피복 수지층 사이에 접착층을 마련할 수도 있다. 에나멜층과 압출 피복 수지층 사이에 접착층을 마련하면, 에나멜층과 압출 피복 수지층의 접착 강도가 강화되어, 한층 더 높은 부분 방전 개시 전압을 발휘시켜, 인버터 서지 열화를 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 압출 피복 수지층과 에나멜층 사이의 접착력이 충분하지 않은 경우, 가혹한 가공 조건, 예를 들면 작은 반경으로 굽힘 가공되는 경우에는, 굽힘의 원호 내측에, 압출 피복 수지층에 주름이 발생하는 경우가 있다. 이러한 주름이 발생하면, 에나멜층과 압출 피복 수지층의 사이에 공간이 생김으로 해서, 부분 방전 개시 전압이 저하하는 경우가 있다. 그런데, 접착층이 마련되어 있으면, 압출 피복 수지층의 주름 발생을 방지할 수 있고, 부분 방전 개시 전압을 유지할 수 있다.

접착층은, 열가소성 수지의 층이며, 에나멜층과 압출 피복 수지층을 합한 절연층 전체에는 포함되지 않는다. 즉, 본 발명의 「절연층의 비유전율」은, 접착층을 제외한, 에나멜층과 압출 피복 수지층으로 이루어지는 절연층의 비유전율을 의미한다.

접착층을 형성하는 열가소성 수지는 에나멜층에 압출 피복 수지층을 열융착 가능한 수지이면 어느 수지를 이용해도 좋다. 이러한 수지로서, 바니시화할 필요성이 있으므로 용제에 녹기 쉬운 비결정성 수지인 것이 바람직하다. 또한, 절연 와이어로서의 내열성을 저하시키지 않기 위해서도 내열성이 우수한 수지인 것이 바람직하다. 이러한 점들을 고려하면, 바람직한 열가소성 수지로서 예를 들면, 폴리술폰(PSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐술폰(PPSU) 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 폴리술폰(PSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐술폰(PPSU)이 바람직하고, 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐술폰(PPSU)이 더 바람직하다. 특히, 압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지와의 상용성(相溶性)이 좋고, 내열성에도 우수한 폴리에테르이미드(PEI)가 바람직하다. 아울러, 바니시화에 이용하는 용제는, 선택된 열가소성 수지를 용해시킬 수 있는 용제라면 어느 것이라도 좋다.

접착층의 두께는, 2 ~ 20㎛가 바람직하고, 3 ~ 15㎛가 더 바람직하고, 3 ~ 10㎛가 더욱더 바람직하다.

또한, 접착층은 2층 이상의 적층 구조라도 상관없지만, 이 경우, 각 층의 수지는 서로 동일한 수지가 바람직하다. 본 발명에 있어서는, 접착층은 1층이 바람직하다.

접착층은, 도체에 형성한 에나멜층에 상술의 열가소성 수지의 바니시를 도포하고, 베이킹하여 형성할 수 있다. 이때, 접착층과 압출 피복 수지층을 충분히 열융착시키기 위해서는, 압출 피복 공정에 있어서의, 압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지의 가열 온도는, 접착층에 이용되는 수지의 유리 전이 온도(Tg) 이상인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 Tg보다 30℃이상 높은 온도, 특히 바람직하게는 Tg보다 50℃이상 높은 온도이다. 여기서, 압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지의 가열 온도는, 다이스부의 온도이다.

실시예

이하에 본 발명을 실시예에 의거하여 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명은, 상기의 본 발명의 실시 형태 및 하기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사항의 범위 내에서, 여러 가지 변경이 가능하다.

(실시예 1)

1.8×3.4mm(두께×폭)로서 네 모서리의 모따기 반경 r = 0.3mm인 평각 도체(산소 함유량 15ppm의 구리)를 준비했다. 에나멜층의 형성시에는, 도체의 형상과 닮은 꼴의 다이스를 사용하여, 폴리아미드이미드 수지(PAI) 바니시(히타치카세이 제품, 상품명: HI406, 비유전율 ε1: 3.9)를 도체에 코팅하고, 450℃로 설정한 로 길이 8m의 베이킹로 내를, 베이킹 시간 15초가 되는 속도로 통과시키고, 이 1회의 베이킹 공정으로 두께 5㎛의 에나멜을 형성했다. 이를 반복하여 행함으로써 두께 25㎛의 에나멜층을 형성하여, 피막 두께 25㎛의 에나멜선을 얻었다.

얻어진 에나멜선을 심선으로 하고, 압출기의 스크류는, 30mm 풀 플라이트(full-flight), L/D = 20, 압축비 3을 이용했다. 재료는 폴리에테르에테르케톤(PEEK)(솔베이스페셜티폴리머즈 제품, 상품명: 키이타스파이어 KT-820, 비유전 율ε2: 3.1, 융점 343℃)을 이용하고, 압출 온도 조건은 표 1에 따라서 행하였다. 압출 다이(extrusion die)를 이용하여 PEEK의 압출 피복을 행하고, 에나멜층의 외측에 두께 26㎛의 압출 피복 수지층(25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 상술의 측정 방법에 의한 결정화도를 표 2에 나타냄)을 형성했다. 이와 같이 하여, 합계 두께(에나멜층과 압출 피복 수지층의 두께의 합계) 51㎛의, PEEK 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 절연 와이어를 얻었다.

(실시예 2 ~ 4 및 비교예 3 및 4)

에나멜층 및 압출 피복 수지층의 두께를 표 2 ~ 4에 나타내는 두께로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 PEEK 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 각 절연 와이어를 얻었다. 각 압출 피복 수지층의, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 상술의 측정 방법에 의한 결정화도를 표 2에 나타낸다. 압출 온도 조건은 표 1에 따라서 행했다.

(실시예 5)

에나멜 수지로서 폴리아미드이미드를 대신하여 폴리이미드 수지(PI) 바니시(유니치카 제품, 상품명: U이미드, 비유전율 ε1: 3.5)를 이용하여, 에나멜층 및 압출 피복 수지층의 두께를 표 2에 나타내는 두께로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 PEEK 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 각 절연 와이어를 얻었다. 압출 피복 수지층의, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 상술의 측정 방법에 의한 결정화도를 표 2에 나타낸다. 압출 온도 조건은 표 1에 따랐다.

(실시예 6)

압출 피복 수지로서 PEEK를 대신하여 변성 폴리에테르에테르케톤(modified-PEEK, 솔베이스페셜티폴리머즈 제품, 상품명: 아바스파이어 AV-650, 비유전율 ε2: 3.1, 융점 340℃)을 이용하여, 에나멜층 및 압출 피복 수지층의 두께를 표 2에 나타내는 두께로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하고, modified-PEEK 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 절연 와이어를 얻었다. 압출 피복 수지층의, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 상술의 측정 방법에 의한 결정화도를 표 2에 나타낸다. 압출 온도 조건은 표 1에 따랐다.

(실시예 7)

압출 피복 수지로서 PEEK를 대신하여 폴리에틸렌나프타레이트(PEN, 데이진카세이(帝人化成) 제품, 상품명: 테오넥스 TN8065S, 비유전율 ε2: 3.5, 융점 265℃)를 이용하여, 에나멜층 및 압출 피복 수지층의 두께를 표 2에 나타내는 두께로 변경한 것 이외에는 실시예 5와 동일하게 하여, PEN 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 절연 와이어를 얻었다. 압출 피복 수지층의, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 상술의 측정 방법에 의한 결정화도를 표 2에 나타낸다. 압출 온도 조건은 표 1에 따랐다.

(실시예 8 ~ 10)

에나멜층과 압출 피복 수지층의 사이에 접착층을 마련한 것 이외에는 실시예 2, 3, 4와 동일하게 하여 PEEK 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 절연 와이어를 얻었다. 접착층은, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 폴리에테르이미드 수지(PEI)(사빅 이노베이티브 프라스틱스(SABIC INNOVATIVE PLASTICS) 제품, 상품명: 울템(ULTEM) 1010)를 용해시키고, 20질량%용액으로 한 수지 바니시를, 도체의 형상과 닮은 꼴의 다이스를 사용하여, 상기 에나멜층의 외주 상에 코팅하고, 에나멜층과 동일한 조건으로 베이킹로 내를 통과시키며, 이를 반복하여 1 ~ 2회 행함으로써 두께 3㎛ 또는 6㎛의 접착층을 형성했다(1회의 베이킹 공정으로 형성되는 두께는 3㎛). 압출 피복 수지층의, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 상술의 측정 방법에 의한 결정화도를 표 3에 나타낸다. 압출 온도 조건은 표 1에 따랐다.

(비교예 1)

압출 피복 수지층의 두께를 표 4에 나타내는 두께로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 PEEK 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 각 절연 와이어를 얻었다. 압출 피복 수지층의, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 상술의 측정 방법에 의한 결정화도를 표 4에 나타낸다. 압출 온도 조건은 표 1에 따라 행하였다.

(비교예 2)

압출 피복 수지로서 PEEK를 대신하여 폴리아미드 66(PA66, 아사히카세이 제품, 상품명: 레오나 1402, 비유전율 ε2: 11, 융점 265℃)을 이용하여, 압출 피복 수지층의 두께를 표 4에 나타내는 두께로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하고, PA66 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 절연 와이어를 얻었다. 압출 피복 수지층의, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 상술의 측정 방법에 의한 결정화도를 표 4에 나타낸다. 압출 온도 조건은 표 1에 따랐다.

(비교예 5 및 6)

압출 피복 수지로서 PEEK를 대신하여 폴리페닐렌술피드(PPS, DIC 제품, 상품명: FZ-2100, 비유전율 ε2: 3.2, 융점 277℃)를 이용하여, 에나멜층 및 압출 피복 수지층의 두께를 표 4에 나타내는 두께로 변경한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여 PPS 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 각 절연 와이어를 얻었다. 압출 피복 수지층의, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 상술의 측정 방법에 의한 결정화도를 표 4에 나타낸다. 압출 온도 조건은 표 1에 따랐다.

(참고예 1)

에나멜층을 마련하지 않고 도체 상에 표 4에 나타내는 두께의 압출 피복 수지층을 직접 마련한 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 하여, PEEK 압출 피복선으로 이루어지는 절연 와이어를 얻었다. 압출 피복 수지층의, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치 및 상술의 측정 방법에 의한 결정화도를 표 4에 나타낸다. 압출 온도 조건은 표 1에 따랐다.

(압출 온도 조건)

실시예 1 ~ 10, 비교예 1 ~ 6 및 참고예 1에 있어서의 압출 온도 조건을 표 1에 나타낸다.

표 1에 있어서, C1, C2, C3는 압출기의 실린더 부분에 있어서의 온도 제어를 나누어서 행하는 3 영역(zone)을 재료 투입측으로부터 순서대로 나타낸 것이다. 또한, H는 압출기의 실린더의 뒤에 있는 헤드를 나타낸다. 또한, D는 헤드의 앞에 있는 다이를 나타낸다.

[표 1]

이와 같이 하여 제조한, 실시예 1 ~ 10, 비교예 1 ~ 6 및 참고예 1의 절연 와이어에 대해 이하의 평가를 행했다. 결과를 표 2 ~ 4에 나타낸다.

(비유전율)

비유전율은, 절연 와이어의 정전(靜電) 용량을 측정하고, 정전 용량과 도체 및 절연 와이어의 외경으로부터, 상술의 식에 의거하여, 산출했다. 정전 용량의 측정에는, 상술한 바와 같이, LCR 하이테스터(히오키덴키가부시키가이샤 제품, 형식 3532-50)를 이용하여, 25℃ 및 250℃에서, 측정했다.

(부분 방전 개시 전압)

부분 방전 개시 전압의 측정에는, 기쿠스이덴시고교(菊水電子工業) 제품인 부분 방전 시험기 「KPD2050」(상품명)을 이용했다. 단면 형상이 사각형인 절연 와이어를, 2개의 절연 와이어의 장변으로 되는 면끼리를 길이 150mm에 걸쳐서 간극 없이 중첩한 시료를 제작했다. 이 2개의 도체간에 50Hz 정현파의 교류 전압을 가함으로써 측정했다. 승압은 50V/초의 비율로 일정한 속도로 하여, 10pC의 부분 방전이 발생한 시점의 전압을 읽어냈다. 측정 온도는 25℃ 및 250℃로 하고, 소정의 온도로 설정한 항온조에 절연 와이어를 넣고, 온도가 일정해진 시점에서 측정했다. 측정 온도 25℃에서, 측정치가 1kVp(파고값) 이상인 경우를 합격으로 하여 「○」로 표시하고, 1kVp(파고값) 미만인 경우를 불합격으로 하여 「×」로 표시했다. 또한, 측정 온도 250℃에서, 측정치가 25℃인 측정치의 50%이상을 유지하고 있는 경우를 합격으로 하여 「○」로 표시하고, 25℃의 측정치의 50%미만인 경우를 불합격으로 하여 「×」로 표시했다. 또한, 표 4에 있어서 「ND」는 측정하지 않는 것을 의미한다.

(절연 파괴 전압)

절연 파괴 전압은, 절연 와이어에 금속박을 감아 붙이고, 도체와 금속박간에 50Hz 정현파의 교류 전압을 가함으로써 측정했다. 승압은 500V/초의 비율로 일정한 속도로 하고, 검출 감도는 5mA로 하여, 이 이상의 전류가 흘렀을 때의 인가 전압을 실효치로 읽어냈다. 측정 온도는 25℃ 및 250℃로 하고, 소정의 온도로 설정한 항온조에 절연 와이어를 넣고, 온도가 일정해진 시점에서 측정했다. 평가는, 측정 온도 250℃에서의 절연 파괴 전압이 측정 온도 25℃에서의 절연 파괴 전압에 비해서 50%이상 유지된 것을 합격으로 하여 「○」로 표시하고, 25℃의 절연 파괴 전압에 대해서 50%미만인 경우를 불합격으로 하여 「×」로 표시했다. 아울러, 표 4에 있어서 「ND」는 측정하지 않는 것을 의미한다.

(철심 감아 붙이기, 가열 후 절연 파괴 시험)

가공 전후의 전기 절연성 유지 특성을 다음과 같이 하여 평가했다. 즉, 전선을 직경이 30mm인 철심에 감아 붙이고, 항온조 내에서 250℃까지 승온시켜서 30분 유지했다. 항온조에서 꺼낸 후에, 압출 피복 수지층에 균열, 변색의 유무를 육안으로 조사했다. 압출 피복 수지층에 균열, 변색을 확인할 수 없으면, 항온조에서 꺼낸 전선에 3kV의 전압을 1분간 통전시켜도 절연 파괴되지 않는 것이 확인되었다. 철심 감아 붙이기, 가열 후 절연 파괴 시험의 평가는, 항온조에서 꺼낸 전선에 균열, 변형, 변색 등의 이상을 확인할 수 없는 경우를 합격으로 하고, 균열, 변형, 변색이 없고 특히 우수한 경우를 「◎」, 변색은 약간 보이지만, 균열, 변형은 보이지 않고 우수한 경우를 「○」로 표시하고, 이상이 확인된 경우를 불합격으로 하여 「×」로 표시했다. 아울러, 표 4에 있어서 「ND」는 측정하지 않는 것을 의미한다.

(내열 노화 특성(190℃))

절연 와이어의 열노화 특성을 다음과 같이 하여 평가했다. JIS C 3003 에나멜선 시험방법의, 7. 가요성에 따라서 감아 붙인 것을, 190℃로 설정한 고온조에 투입했다. 1000시간 정치한 후의, 에나멜층 또는 압출 피복 수지층에 균열의 유무를 육안으로 조사했다. 에나멜층 및 압출 피복 수지층에 균열 등의 이상이 확인되지 않은 경우를 합격으로 하고, 변색이 극히 작고, 변형, 균열이 전혀 없으며 특별히 우수한 것을 「◎」, 변색은 보이지만, 변형, 균열은 보이지 않고 우수한 경우를 「○」로 표시하고, 이상이 확인된 경우를 불합격으로 하여 「×」로 표시했다. 또한, 표 4에 있어서 「ND」는 측정하지 않는 것을 의미한다.

(종합 평가)

종합 평가는, 상술의 각 시험의 평가가 모두 「○」 또는 「◎」인 경우를 합격으로 하고, 「◎」 평가를 갖고, 특별히 우수한 것을 「◎」로, 「○」 평가만을 갖는 우수한 것을 「○」로 표시하고, 상술의 각 시험의 평가에 1개라도 「×」가 있는 경우를 불합격으로 하여 「×」로 표시했다.

[표 2]

[표 3]

[표 4]

표 2 ~ 4에 나타낸 바와 같이, 에나멜 베이킹층과 출 피복 수지층과의 합계 두께가 50㎛이상, 에나멜 베이킹층의 두께가 60㎛이하, 압출 피복 수지층의 두께가 200㎛이하이며, 압출 피복 수지층의 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치가 100MPa이상이며, 또한 에나멜 베이킹층과 압출 피복 수지층을 합한 절연층의 비유전율이 25℃에서 3.5이하, 250℃에서 5.0이하이며, 또한 250℃에서의 비유전율의 비(ε2＇/ε1＇)가 1을 넘으면, 부분 방전 개시 전압이 높고, 고온하의 절연 성능 및 내열 노화 특성에도 우수한 것을 알았다.

구체적으로는, 실시예 1과 비교예 1의 비교에서, 에나멜층과 압출 피복층과의 합계 두께가 50㎛를 밑돌면 적어도 25℃에서의 부분 방전 개시 전압이 1kVp에 도달하지 않는 것을 알 수 있었다.

비교예 2의 결과로부터, 압출 피복 수지층을 형성하는 열가소성 수지의 25℃에서의 비유전율(ε2)이 3.5를 웃돌면, 250℃에서의 비유전율(ε2＇)이 5.0을 웃돌면, 합계 두께가 50㎛이상이라도 25℃에서의 부분 방전 개시 전압이 1kVp에 도달하지 않을 뿐 아니라, 고온하에서의 부분 방전 개시 전압의 저하가 현저한 것을 알 수 있었다.

실시예 2 ~ 6 및 비교예 3과 비교예 4의 비교로부터, 압출 피복층이 200㎛를 넘는 경우는, 철심에 감아 붙여서 가열 후, 와이어 표면에 변형이나 백색화한 개소를 관찰할 수 있고, 절연 성능의 저하가 보이고, 가공 전후에서의 전기 절연성 유지 특성이 떨어지는 것을 알 수 있었다.

실시예 1 ~ 6의 결과로부터, 압출 피복 수지층을 형성하는 수지로서 PEEK를 선택하면, 고온하의 절연 성능 및 부분 방전 개시 전압을 더 개선할 수 있을 뿐 아니라, 절연 와이어의 내열 열화성을 만족시키는 것을 알 수 있었다.

아울러, 참고예 1에 나타나는 바와 같이, 에나멜층을 마련하지 않으면 고온하에 있어서의 절연 파괴 전압은 작음으로 인해, 두께 및 합계 두께 및 비유전율이 특정된 에나멜층과의 조합에 의해서, 고온하의 절연 성능이 향상되었다고 할 수 있다.

비교예 5 및 6의 결과로부터, 250℃에서의 비유전율의 비(ε2＇/ε1＇)가 1 이하이면, 절연 파괴 전압의 저하가 크다는 것을 알 수 있었다.

또한, 비교예 3 및 6의 결과로부터, 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치가 100MPa 미만인 경우, 철심에 감아 붙여서 가열 후, 와이어 표면에 변형한 개소를 관찰할 수 있고, 기계 특성의 저하가 보이고, 가공 전후의 전기 절연성 유지 특성이 떨어지며, 고온하에서의 절연 성능을 손상시키는 것을 알 수 있었다.

실시예 8 ~ 10의 결과로부터, 에나멜층과 압출 피복 수지층의 사이에 접착층을 마련한 경우에도, 고온하의 절연 성능 및 내열 노화 특성에도 우수하다는 것을 알았다.

산업상의 이용가능성

본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어는, 부분 방전 개시 전압이 높고, 고온하의 절연 성능 및 내열 노화 특성에도 우수하기 때문에, 예를 들면, 자동차를 비롯하여 각종 전기·전자 기기 등, 구체적으로는, 인버터 관련 기기, 고속 스위칭 소자, 인버터 모터, 변압기 등의 전기 기기 코일이나 우주용 전기 기기, 항공기용 전기 기기, 원자력용 전기 기기, 에너지용 전기 기기, 자동차용 전기 기기 등의 내전압성이나 내열성을 필요로 하는 분야의 절연 와이어로서 이용 가능하다. 특히 HV(하이브리드 카)나 EV(전기 자동차)의 구동 모터용의 코일로서 적합하다.

본 발명의 내 인버터 서지 절연 와이어는, 모터나 트랜스 등에 이용되어 고성능의 전기·전자 기기를 제공할 수 있다.

본 발명을 실시 형태와 함께 설명했지만, 여기서 특별히 지정하지 않는 한 본 발명을, 설명의 어느 세부에서도 한정하려고 하는 것은 아니고, 첨부된 청구범위에 나타난 발명의 정신과 범위에 반하지 않고 폭넓게 해석되어야 한다.

본원은, 2013년 2월 5일에 일본국에서 특허출원된 일본 특허출원 제2013-020887호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 이들은 여기에 참조되어 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로서 취입한다.

1: 도체
2: 에나멜 베이킹층
3: 압출 피복 수지층

Claims

도체의 외주에, 적어도 1층의 에나멜 베이킹층과, 상기 에나멜 베이킹층의 외측에 압출 피복 수지층을 갖고,
상기 압출 피복 수지층이 1층이고, 상기 수지층의 수지가, 폴리에테르에테르케톤, 열가소성 폴리이미드, 방향 고리를 갖는 폴리아미드, 방향 고리를 갖는 폴리에스테르 및 폴리케톤으로부터 선택되는 수지로서,
상기 에나멜 베이킹층과 상기 압출 피복 수지층의 합계 두께가 50㎛이상, 상기 에나멜 베이킹층의 두께가 50㎛이하, 상기 압출 피복 수지층의 두께가 200㎛이하이며,
상기 압출 피복 수지층의 25 ~ 250℃에서의 인장 탄성률의 최소치가 100MPa이상 400MPa이하이며,
상기 에나멜 베이킹층과 상기 압출 피복 수지층을 합한 절연층의 비유전율이 25℃에서 3.0이상 3.5이하이며, 250℃에서 4.0이상 5.0이하이며,
상기 에나멜 베이킹층의 250℃에서의 비유전율(ε1＇)과 상기 압출 피복 수지층의 250℃에서의 비유전율(ε2＇)의 관계가, 2.0 ≥ (ε2＇/ε1＇) > 1을 만족하는 내 인버터 서지 절연 와이어.
제 1 항에 있어서, 상기 압출 피복 수지층이, 폴리에테르에테르케톤의 층인 내 인버터 서지 절연 와이어.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 도체가, 직사각형 형상의 단면을 갖는 내 인버터 서지 절연 와이어.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에나멜 베이킹층의 두께가 40㎛이하인 내 인버터 서지 절연 와이어.