KR20160106581A - 평각 절연 전선 및 전동 발전기용 코일 - Google Patents
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Abstract
가요성, 내열 연화성을 유지하면서, 절연층 사이의 밀착성의 향상과 도체까지 도달하는 균열의 발생의 방지를 양립함으로써 내굴곡 신뢰성을 향상시키고, 나아가서는 내ATF 특성이 우수한 평각 절연 전선을 제공한다. 평각 절연 전선 (1) 은, 단면이 대략 사각형인 평각 도체 (2) 와, 그 평각 도체를 덮어 형성된 열경화성 수지층 (3) 과, 그 열경화성 수지층을 덮어 형성된 열가소성 수지층 (4) 과, 열가소성 수지층 (4) 을 덮어 형성된 열가소성 수지층 (5) 을 구비한다. 열경화성 수지층 (3) 과 열가소성 수지층 (4) 의 밀착 강도와 열가소성 수지층 ((4), (5)) 간의 밀착 강도는, 각각 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 이다. 열가소성 수지층 (4) 에 있어서, 시차 주사 열량 분석에 의해 측정한 융해 열량 및 결정화 열량에 기초하여 산출되는 상대 결정화도가 20 % 이상 50 % 이하이다.
Description
본 발명은, 금속의 도체를 수지로 피복하여 이루어지는 절연 전선에 관한 것으로, 특히, 전력을 사용하여 구동하는 차량 등에 탑재되는 전동 발전기의 코일로서 사용되는 절연 전선에 관한 것이다.
종래, 자동차에 탑재되는 전동 발전기 (Motor Generator) 의 스테이터에 사용되는 절연 전선 (마그넷 와이어) 에서는, 환선 (丸線) 이나 평각선이 채용되고 있다. 평각선의 경우, 단면이 대략 환형인 도체와 비교하여 스테이터의 점유율을 높이는 것이 가능하기 때문에, 전동 발전기의 소형화·고출력화를 실현하는 것이 가능하게 되어 있다. 그리고 최근, 전동 발전기의 상기 소형화·고출력화에 수반하여, 차량용 발전기의 절연 전선에는, 종래의 구성과 비교하여 보다 우수한 절연성, 내열 연화성, 가요성, 장기 내열성과 같은 특성이 요구되어 오고 있다.
지금까지, 스테이터용 코일에는, 절연성 향상의 관점에서, 평각 도체 상에 폴리아미드이미드 (PAI) 등의 열경화성 수지로 이루어지는 절연층을 형성한, 이른바 에나멜선이 다용되고 있다. 그러나 에나멜 피복만으로는, 고전압에 대한 신뢰성이 불충분한 점에서, 이 신뢰성을 높이기 위한 방법으로서, 에나멜선의 외측에 그 밖의 절연층을 형성하는 시도가 이루어져 왔다.
예를 들어, 에나멜선의 외측에, 폴리에테르술폰 (PES) 등의 비정성 수지로 형성된 그 밖의 절연층을 갖는 절연 전선이 있다. 이 구성에 의하면, 장기 내열성이나 고전압시의 절연 특성이 우수한 절연층을 실현할 수 있다. 그러나, PES 와 같은 비정성 수지는, 내약품성이 부족한 점에서, 절연 전선을 감아 코일을 형성하고, 에폭시 수지 등의 함지 (含漬) 바니시에 침지한 후, 함지 바니시를 경화시킬 때에, 당해 함지 바니시의 영향을 받아 비정성 수지의 절연층에 균열이 발생하기 쉬운 경향이 있다.
이것을 해소하기 위해, 상기 비정성 수지로 형성된 절연층의 외측에, 추가로, 폴리페닐렌설파이드 (PPS) 나 폴리에테르에테르케톤 (PEEK) 등의 결정성 수지로 형성되는 절연층을 갖는 절연 전선이 제안되어 있다. 이 구성에 의하면, 장기 내열성이나 고전압시의 절연 특성을 유지하면서, 내약품성을 향상시키는 것이 가능하다. 그런데 상기 구성에서는, PPS, PEEK 등의 결정성 수지의 늘어남이 작고, 또 유리 전이 온도가 낮은 점에서, 가요성이나 내열 연화성이 열등하다. 또한, PPS 나 PEEK 등의 결정성 수지는 PES 등의 비정성 수지와 잘 접착하지 않기 때문에, 이들 절연층 사이의 접착성이 열등한 점에서, 굽힘 가공시에 절연층 사이에 박리가 발생하고, 전기 특성의 저하를 초래하는 것이 된다.
그래서, 에나멜선의 외측에, PES 로 형성되는 하층과, 하층의 외표면에 형성된 상층을 갖고, 이 상층이, PES 와 PPS, 혹은 PES 와 PEEK 의 폴리머 알로이 등으로 형성되는 절연 전선이 제안되어 있다 (특허문헌 1). 이 구성에서는, 상층이 PES 를 함유하는 폴리머 알로이로 구성되어 있고, PES 로 형성된 하층과의 접착성이 향상되는 점에서, 굽힘 가공시에 발생하는 상층·하층간의 박리의 발생을 억제하는 것이 가능하게 되어 있다.
그러나, 상층이 폴리머 알로이로 형성되는 구성에서는, 상층·하층간의 밀착성이 필요 이상으로 높은 점에서, 절연 전선을 굴곡시켰을 때, 절연층으로부터 도체의 외표면까지 도달하는 균열이 발생하여, 내굴곡 신뢰성이 충분하다고는 할 수 없다. 또, 최근, 차량용 전동 발전기로서, 트랜스미션과 일체적으로 배치되어, 모터 케이스 내에 저류되어 있는 ATF (Automatic Transmission Fluid) 를 사용하여 발열 부위를 직접 냉각시키는 구성을 갖는 전동 발전기가 제안되어 있고, 이와 같은 전동 발전기의 코일에 사용되는 절연 전선에는 ATF 에 대한 내성이 종종 요구된다.
본 발명의 목적은, 가요성, 내열 연화성을 유지하면서, 절연층간의 밀착성의 향상과 도체까지 도달하는 균열의 발생의 방지를 양립함으로써 내굴곡 신뢰성을 향상시키고, 나아가서는 내ATF 특성이 우수한 평각 절연 전선, 그리고 전동 발전기용 코일을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해서 예의 검토한 결과, 에나멜층 상에 열가소성 수지층을 1 층 또는 복수 층 형성하고, 에나멜층 상에 형성되는 열가소성 수지층에 있어서의 상대 결정화도의 범위를 규정함으로써, 종래의 특성을 유지하면서, 절연층간의 밀착성과 균열의 발생의 방지를 양립 가능하게 하고, 나아가서는 우수한 내ATF 특성을 발현할 수 있는 것을 알아내었다. 본 발명은 이 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
즉, 본 발명은 이하에 의해 달성된다.
(제 1 발명)
(1) 단면이 대략 사각형인 평각 도체와,
상기 평각 도체를 덮어 형성된 열경화성 수지층과,
상기 열경화성 수지층 상에 형성된 복수의 열가소성 수지층을 구비하고,
상기 열경화성 수지층과 상기 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 인 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선.
(2) 상기 열가소성 수지층이, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드 및 열가소성 폴리이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 재료로 형성되는 결정성 수지층인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 평각 절연 전선.
(3) 상기 복수의 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 각각 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 평각 절연 전선.
(4) 상기 열경화성 수지층이, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리이미드, H 종 폴리에스테르 및 폴리에테르이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 복수의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) ∼ (3) 중 어느 하나에 기재된 평각 절연 전선.
(5) 상기 열경화성 수지층이, 상기 평각 도체 상에 베이킹 도포에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 평각 절연 전선.
(6) 상기 복수의 열가소성 수지층이, 제 1 열가소성 수지층과, 그 제 1 열가소성 수지층 상에 형성된 제 2 열가소성 수지층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 평각 절연 전선.
(7) 상기 제 1 열가소성 수지층이 상기 열경화성 수지층 상에 압출 성형되고, 또한 상기 제 2 열가소성 수지층이 상기 제 1 열가소성 수지층 상에 압출 성형되는 것을 특징으로 하는 상기 (6) 에 기재된 평각 절연 전선.
(8) 상기 평각 도체가, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금, 또는 구리 혹은 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 (1) ∼ (4) 중 어느 하나에 기재된 평각 절연 전선.
(9) 상기 (1) ∼ (8) 중 어느 하나에 기재된 평각 절연 전선을 감아 이루어지는, 전동 발전기용 코일.
(제 2 발명)
(10) 단면이 대략 사각형인 평각 도체와,
상기 평각 도체를 덮어 형성된 열경화성 수지층과,
상기 열경화성 수지층 상에 형성된 제 1 열가소성 수지층을 구비하고,
상기 제 1 열가소성 수지층에 있어서, 시차 주사 열량 분석에 의해 측정한 융해 열량 및 결정화 열량에 기초하여 산출되는 상대 결정화도가 20 % 이상 50 % 이하인 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선.
(11) 상기 제 1 열가소성 수지층이, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드 및 열가소성 폴리이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 재료로 형성되는 결정성 수지층인 것을 특징으로 하는 상기 (10) 에 기재된 평각 절연 전선.
(12) 상기 열경화성 수지층과 상기 제 1 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 인 것을 특징으로 하는 상기 (10) 또는 (11) 에 기재된 평각 절연 전선.
(13) 상기 제 1 열가소성 수지층 상에 형성되고, 상기 제 1 열가소성 수지층의 상대 결정화도와 거의 동일하거나 그것보다 큰 상대 결정화도를 갖는 제 2 열가소성 수지층을 추가로 구비하고,
상기 제 1 열가소성 수지층과 상기 제 2 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 인 것을 특징으로 하는 상기 (12) 에 기재된 평각 절연 전선.
(14) 상기 제 2 열가소성 수지층의 상대 결정화도가 45 ∼ 100 % 이고, 상기 제 2 열가소성 수지층의 상대 결정화도가 상기 제 1 열가소성 수지층의 상대 결정화도에 대해 -5 ∼ 60 % 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 상기 (13) 에 기재된 평각 절연 전선.
(15) 상기 제 2 열가소성 수지층이, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드 및 열가소성 폴리이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 재료로 형성되는 제 2 결정성 수지층인 것을 특징으로 하는 상기 (13) 또는 (14) 에 기재된 평각 절연 전선.
(16) 상기 열경화성 수지층이, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리이미드, H 종 폴리에스테르 및 폴리에테르이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 복수의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (10) ∼ (15) 중 어느 하나에 기재된 평각 절연 전선.
(17) 상기 열경화성 수지층이, 상기 평각 도체 상에 베이킹 도포에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 (10) 에 기재된 평각 절연 전선.
(18) 상기 제 1 열가소성 수지층이 상기 열경화성 수지층 상에 압출 성형되고, 또한 상기 제 2 열가소성 수지층이 상기 제 1 열가소성 수지층 상에 압출 성형되는 것을 특징으로 하는 상기 (10) 에 기재된 평각 절연 전선.
(19) 상기 평각 도체가, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금, 또는 구리 혹은 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 (10) ∼ (16) 중 어느 하나에 기재된 평각 절연 전선.
(20) 상기 (10) ∼ (19) 중 어느 하나에 기재된 평각 절연 전선을 감아 이루어지는, 전동 발전기용 코일.
(제 1 발명의 효과)
제 1 발명의 평각 절연 전선에 의하면, 복수의 열가소성 수지층이 열경화성 수지층 상에 형성되어 있고, 열경화성 수지층과 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 이면, 열경화성 수지층-열가소성 수지층간에서 적당한 밀착성을 발현할 수 있고, 열가소성 수지층으로부터 평각 도체의 외표면까지 도달하는 균열의 발생을 방지하는 것이 가능해진다. 이로써, 열경화성 수지와 열가소성 수지 사이의 밀착 강도가 필요 이상으로 증대되는 것을 억제하여, 밀착성의 향상과 균열의 발생의 방지를 양립할 수 있고, 내굴곡 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또, 열가소성 수지층이 최외층에 위치하므로 내약품성이 우수하고, 특히, 내ATF 특성이 우수하다.
또한, 상기 복수의 열가소성 수지층에 있어서, 제 1 열가소성 수지층과 그 제 1 열가소성 수지층 상에 형성된 제 2 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 이다. 이로써, 제 1 열가소성 수지층-제 2 열가소성 수지층간에서도 적당한 밀착성을 발현할 수 있고, 제 2 열가소성 수지층으로부터 평각 도체의 외표면까지 진행되는 균열의 발생을 확실하게 방지하는 것이 가능해진다. 또, 내외상성이 우수하다.
(제 2 발명의 효과)
제 2 발명의 평각 절연 전선에 의하면, 제 1 열가소성 수지층이 열경화성 수지층 상에 형성되어 있고, 이 제 1 열가소성 수지층에 있어서, 시차 주사 열량 분석에 의해 측정한 융해 열량 및 결정화 열량에 기초하여 산출되는 상대 결정화도가 20 % 이상 50 % 이하이고, 바람직하게는 상대 결정화도가 30 % 이상 50 % 이하이다. 이로써, 가요성이나 내열 연화성을 유지하면서, 열경화성 수지와 제 1 열가소성 수지 사이의 밀착 강도가 필요 이상으로 증대되는 것을 억제하여, 밀착성의 향상과 균열의 발생의 방지를 양립할 수 있고, 내굴곡 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또, 제 1 열가소성 수지층이 최외층에 위치하므로 내약품성이 우수하고, 특히, 내ATF 특성이 우수하다.
특히, 열경화성 수지층과 제 1 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 이면, 열경화성 수지층-제 1 열가소성 수지층간에서 적당한 밀착성을 발현할 수 있고, 제 1 열가소성 수지층으로부터 평각 도체의 외표면까지 도달하는 균열의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 제 2 열가소성 수지층이 제 1 열가소성 수지층 상에 형성된 경우, 그 제 2 열가소성 수지층의 상대 결정화도가 제 1 열가소성 수지층의 상대 결정화도와 동일하거나 그것보다 크다.
이로써, 제 1 열가소성 수지층-제 2 열가소성 수지층간에서도 적당한 밀착성을 발현할 수 있고, 제 1 열가소성 수지층과 제 2 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도를 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 로 할 수 있다. 이 결과, 제 2 열가소성 수지층으로부터 평각 도체의 외표면까지 진행되는 균열의 발생을 확실하게 방지하는 것이 가능해진다. 또, 제 1 열가소성 수지의 상대 결정화도와 동일하거나 그것보다 큰 상대 결정화도를 갖는 제 2 열가소성 수지가 최외층에 위치하기 때문에, 부분 방전 발생을 억제할 수 있음과 함께, 내약품성을 더욱 향상시킬 수 있고, 또, 내외상성이 우수하다.
여기서, 제 1 발명 및 제 2 발명의 평각 절연 전선을 감아 전동 발전기용 코일로 함으로써, 부분 방전 발생을 억제할 수 있음과 함께, 내약품성을 더욱 향상시킬 수 있고, 또, 내외상성이 우수한 효과를 확실하게 나타낼 수 있고, 이들 특성이 우수한 평각 절연 전선을 얻을 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 평각 절연 전선의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 1(a) 는 사시도, 도 2(b) 는 부분 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 평각 절연 전선 (평각 절연 와이어) 의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 1(a) 는 사시도, 도 1(b) 는 부분 단면도이다. 또한, 도 1 에 있어서의 각 구성의 길이, 폭 혹은 두께는, 그 일례를 나타내는 것이며, 본 발명의 평각 절연 전선에 있어서의 각 구성의 길이, 폭 혹은 두께는, 도 1 에 한정되지 않는 것으로 한다.
도 1 에 나타내는 평각 절연 전선 (1) 은, 제 1 발명에서 기재한 바와 같이, 단면이 대략 사각형인 평각 도체 (2) 와, 그 평각 도체를 덮어 형성된 열경화성 수지층 (3) 과, 그 열경화성 수지층을 덮어 형성된 열가소성 수지층 (4) 과, 열가소성 수지층 (4) 을 덮어 형성된 열가소성 수지층 (5) 을 구비하고, 또한 열경화성 수지층-제 1 열가소성 수지층간 및 제 1 열가소성 수지층-제 2 열가소성 수지층간의 밀착 강도를 소정 범위로 제어하는 것에 특징이 있다. 또, 제 2 발명에서는, 피복층으로서 열경화성 수지층 외에, 상대 결정화도가 상이한 2 개의 열가소성 수지층을 형성하고, 또한 그 열가소성 수지층 (5) 의 상대 결정화도가 열가소성 수지층 (4) 보다 큰 점에 특징이 있다. 이들 열가소성 수지층의 상대 결정화도의 상세한 것에 대해서는 후술한다.
(평각 도체)
도체의 사이즈는 용도에 따라 결정하는 것이기 때문에 특별히 지정은 없지만, 평각 도체 (2) 는, 그 단면에 있어서, 단변과 장변의 비 (단변:장변) 가 1:1 ∼ 1:4 인 것이 바람직하다. 예를 들어, 그 장변은 1.0 ∼ 5.0 ㎜ 가 바람직하고, 0.4 ㎜ ∼ 2.7 ㎜ 가 보다 바람직하다. 단변은 0.4 ㎜ ∼ 3.0 ㎜ 가 바람직하고, 0.5 ㎜ ∼ 2.5 ㎜ 가 보다 바람직하다. 단, 본 발명의 효과가 얻어지는 도체 사이즈의 범위는 이것에 한정되지 않는다. 또, 평각 형상의 도체의 경우, 이것도 용도에 따라 상이하지만, 단면 정방형보다, 단면 장방형이 일반적이다. 또, 이 평각 도체 (2) 에 있어서, 그 도체 단면의 4 모서리의 모따기 (곡률 반경 (r)) 는, 스테이터 슬롯 내에서의 도체 점유율을 높이는 관점에 있어서 r 은 작은 것이 바람직하지만, 4 모서리로의 전계 집중에 의한 부분 방전 현상을 억제한다는 관점에 있어서는, r 은 큰 것이 바람직하다. 따라서 곡률 반경 (r) 은 0.6 ㎜ 이하가 바람직하고, 0.2 ㎜ ∼ 0.4 ㎜ 가 보다 바람직하다. 단 본 발명의 효과가 얻어지는 범위는 이것에 한정되지 않는다.
평각 도체 (2) 는, 도전성을 갖는 금속으로 이루어지고, 그 재질은 도전성을 갖는 것이면 되고, 예를 들어 알루미늄 혹은 알루미늄 합금, 또는 구리 혹은 구리 합금으로 이루어진다. 평각 도체 (2) 가 알루미늄 합금으로 이루어지는 경우, 저강도이긴 하지만 알루미늄 비율이 높은 1000 계나, Al-Mg-Si 계 합금, 예를 들어 6000 계 알루미늄 합금의 6101 합금 등을 들 수 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금은, 그 도전율이 구리 또는 구리 합금의 약 2/3 이지만, 비중은 약 1/3 인 점에서, 코일을 경량화시킬 수 있어, 차량의 경량화, 연비 향상에 기여할 수 있다.
평각 도체 (2) 는, 구리 또는 구리 합금으로 이루어지는 경우, 종래의 절연 전선에서 사용되고 있는 것을 사용할 수 있는데, 바람직하게는, 산소 함유량이 30 ppm 이하인 저산소 구리, 더욱 바람직하게는 20 ppm 이하인 저산소 구리 또는 무산소 구리를 들 수 있다. 산소 함유량이 30 ppm 이하이면, 도체를 용접하기 위해서 열로 용융시킨 경우, 용접 부분에 함유 산소에서 기인되는 보이드의 발생이 없고, 용접 부분의 전기 저항이 악화되는 것을 방지함과 함께, 용접 부분의 강도를 유지할 수 있다.
(열경화성 수지층)
열경화성 수지층 (3) 은, 그 두께가 20 ㎛ ∼ 60 ㎛ 이고, 평각 도체 (1) 에 도포된 수지 바니시를 베이킹함으로써 형성되는 에나멜 베이킹층이다. 이 에나멜 베이킹층은 1 층이어도 되고, 복수 형성되어도 된다. 에나멜 베이킹층이 복수 형성되는 경우, 각 층의 주요소인 수지가 그 밖의 층과 동일하거나 또는 상이하고, 또, 부요소인 첨가물이 동일하거나 또는 상이하다. 또, 에나멜 베이킹층은, 평각 도체의 외주면에 직접 형성되어도 되고, 절연성을 갖는 그 밖의 층을 개재하여 형성되어도 된다.
에나멜층의 두께는, 에나멜층을 형성할 때의 베이킹로를 통과하는 횟수를 줄이는 것, 도체와 에나멜층의 접착력이 극단적으로 저하되는 것을 방지할 수 있는 점에서, 60 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 55 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또, 절연 와이어로서의 에나멜선에 필요한 특성인, 내전압 특성, 내열 특성을 해치지 않기 위해서는, 에나멜층이 어느 정도의 두께를 가지고 있는 것이 바람직하다. 에나멜층의 두께는, 핀홀이 발생하지 않는 정도의 두께이면 특별히 제한되는 것이 아니고, 바람직하게는 10 ㎛ 이상이고, 더욱 바람직하게는 20 ㎛ 이상이다.
수지 바니시의 주요소인 수지는, 내열성의 관점에서, 예를 들어, 폴리아미드이미드 (PAI), 폴리에스테르이미드, 폴리이미드 (PI), H 종 폴리에스테르 (HPE) 및 폴리에테르이미드 (PEI) 의 단독 또는 2 종 이상으로 이루어지고, 특히 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 H 종 폴리에스테르가 바람직하다. 또한, H 종 폴리에스테르란, 내열 클래스가 H 종인 폴리에스테르를 나타낸다.
수지 바니시에는, 열경화성 수지를 바니시화시키기 위해서 유기 용매 등이 사용된다. 유기 용매로는, 열경화성 수지의 반응을 저해하지 않는 한, 특별히 제한은 없고, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리돈 (NMP), N,N-디메틸아세트아미드 (DMAC), 디메틸술폭시드, N,N-디메틸포름아미드 등의 아미드계 용매, N,N-디메틸에틸렌우레아, N,N-디메틸프로필렌우레아, 테트라메틸우레아 등의 우레아계 용매, γ-부티로락톤, γ-카프로락톤 등의 락톤계 용매, 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트계 용매, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매, 아세트산에틸, 아세트산n-부틸, 부틸셀로솔브아세테이트, 부틸카르비톨아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 에틸카르비톨아세테이트 등의 에스테르계 용매, 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임 등의 글라임계 용매, 톨루엔, 자일렌, 시클로헥산 등의 탄화수소계 용매, 술포란 등의 술폰계 용매 등을 들 수 있다.
이들 유기 용매 중, 고용해성, 고반응 촉진성 등의 점에서 아미드계 용매, 우레아계 용매가 바람직하고, 가열에 의한 가교 반응을 저해하기 쉬운 수소 원자를 갖지 않기 때문에, N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸에틸렌우레아, N,N-디메틸프로필렌우레아, 테트라메틸우레아가 보다 바람직하며, N-메틸-2-피롤리돈이 바람직하다.
수지 바니시의 부요소인 첨가제로는, 예를 들어 산화 방지제, 대전 방지제, 자외선 방지제, 광 안정제, 형광 증백제, 안료, 염료, 상용화제, 활제, 강화제, 난연제, 가교제, 가교 보조제, 가소제, 증점제, 감점제, 및 엘라스토머 등을 들 수 있다.
상기와 같은 성분의 수지 바니시는, 예를 들어, 도체 형상의 상사형 (相似形) 으로 한 바니시 도포용 다이스를 사용하여 평각 도체에 도포될 수 있고, 또, 도체 단면 형상이 사각형인 경우에는, 우물 정 (井) 자 형상으로 형성된 「유니버설 다이스」라고 불리는 다이스를 사용하여 도포될 수 있다. 또, 상기 수지 바니시를 도포한 도체는, 베이킹로에서 베이킹되고, 예를 들어, 길이 약 5 ∼ 8 m 의 자연 대류식의 수형 (竪型) 로를 사용하고, 온도 400 ∼ 500 ℃, 통과 시간 10 ∼ 90 초에서 연속적으로 처리될 수 있다.
또, 열경화성 수지층 내부의 피막의 구성이나 종류를 변경함으로써 열경화성 수지층 내부의 밀착 강도를 제어해도 된다.
(제 1 열가소성 수지층)
제 1 발명에 있어서, 열가소성 수지층 (4) 은, 그 두께가 20 ㎛ ∼ 200 ㎛ 의 결정성 수지를 사용한 피복층이고, 압출 성형에 의해 상기 에나멜 베이킹층을 피복하는 압출 피복층이다. 압출 피복층은, 부분 방전 발생 전압을 낮게 하고, 또한 내약품성의 관점에서, 결정성 수지로 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들어 폴리에테르에테르케톤 (PEEK), 폴리에테르케톤케톤 (PEKK), 폴리에테르케톤 (PEK), 폴리페닐렌설파이드 (PPS) 또는 열가소성 폴리이미드 (PI) 로 이루어지는 것이다.
압출 피복층의 두께는, 200 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 180 ㎛ 이하인 것이 발명의 효과를 실현하는 데에 있어서 더욱 바람직하다. 압출 피복층의 두께가 지나치게 두꺼우면, 후술하는 압출 피복층의 피막 결정화도의 비율에 따르지 않고, 절연 와이어를 철심에 휘감아 가공하고, 가열했을 때에 절연 와이어 표면에 백색화한 지점이 발생하는 경우가 있다. 이와 같이, 압출 피복층이 지나치게 두꺼우면, 압출 피복층 자체에 강성이 있기 때문에, 절연 와이어로서의 가요성이 부족해져, 가공 전후에 있어서의 전기 절연성의 유지에 문제가 발생할 가능성이 있다. 한편, 압출 피복층의 두께는, 절연 불량을 방지할 수 있는 점에서, 10 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 20 ㎛ 이상인 것이 더욱 바람직하다.
열가소성 수지층 (4) 을 압출 성형하는 경우, 제조 공정에서 베이킹로를 통과할 필요가 없기 때문에, 도체의 산화 피막의 두께를 성장시키지 않고 절연층의 두께를 두껍게 할 수 있다.
또 본 발명에서는, 열경화성 수지층 (3) 과 열가소성 수지층 (4) 사이의 밀착성을 정량적으로 판단·평가하기 위해, 이들 계면에서의 밀착 강도를 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 의 범위로 한다. 이로써 열가소성 수지층으로부터 평각 도체의 외표면까지 진행되는 균열의 발생을 방지할 수 있다. 열경화성 수지층 (3) 과 열가소성 수지층 (4) 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ 미만이면, 평각 절연 전선의 굴곡시에, 열경화성 수지층과 열가소성 수지층 사이에 박리가 발생하고, 밀착 강도가 100 gf/㎜ 를 초과하면, 상기 균열이 발생할 가능성이 높다.
밀착 강도를 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 로 제어하는 방법으로서, 열경화성 수지층 (3) 과 열가소성 수지층 (4) 의 계면에 대하여, 플라즈마 처리, 코로나 처리하는 처방을 실시하는 것이나, 열가소성 수지층의 결정화도를 20 % 이상 50 % 이하로 함으로써 가능해진다.
(표면 처리)
(플라즈마 처리)
플라즈마 처리에는 대기압 플라즈마 처리 방법을 들 수 있다. 또, 플라즈마 발생에는 아르곤·산소 혼합 가스를 사용한다.
(코로나 처리)
코로나 처리 장치에는 고주파 코로나 방전 처리 방법을 들 수 있다. 일반적으로는 출력 전력 500 W, 출력 주파수를 20 ㎑ 로 하여 사용한다.
(제 2 열가소성 수지층)
열가소성 수지층 (5) 은, 압출 성형에 의해 열가소성 수지층 (4) 을 피복하는 압출 피복층이며, 열가소성 수지층 (4) 과 열가소성 수지층 (5) 을 2 층으로 구성하고, 열가소성 수지층 (4) 과 열가소성 수지층 (5) 을 합한 경우의 두께는, 전술한 압출 피복층을 1 층으로 구성한 경우의 열가소성 수지층의 두께의 설정 이유와 동일한 이유로 인해, 2 층 합계에서의 두께의 상한으로는 200 ㎛ 이하가 바람직하고, 또 하한으로는 20 ㎛ 이상이 바람직하다. 따라서, 2 층 합계에서의 두께의 범위는, 20 ㎛ ∼ 200 ㎛ 의 범위가 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 압출 피복층은, 내약품성의 관점에서, 결정성 수지로 이루어지는 것이 바람직하고, 예를 들어 폴리페닐렌설파이드 (PPS), 폴리에테르케톤케톤 (PEEK) 또는 폴리에테르케톤 (PEK) 의 어느 것으로 이루어진다. 열가소성 수지층 (5) 은, 열가소성 수지층 (4) 과 동일한 결정성 수지로 형성되는 것이 바람직하지만, 상이한 결정성 수지로 형성되어도 된다.
또 본 발명에서는, 열가소성 수지층 (4) 과 열가소성 수지층 (5) 사이의 밀착 강도를 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 의 범위로 한다. 이로써 열가소성 수지층으로부터 평각 도체의 외표면까지 진행되는 균열의 발생을 방지할 수 있다. 열가소성 수지층 (4) 과 열가소성 수지층 (5) 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ 미만이면, 평각 절연 전선의 굴곡시에, 2 개의 열가소성 수지층 사이에 박리가 발생하고, 밀착 강도가 100 gf/㎜ 를 초과하면, 상기 균열이 발생할 가능성이 높다. 또한, 열가소성 수지층 (4) 과 열가소성 수지층 (5) 이, 동종의 수지 혹은 PEEK, PEKK, PEK 등 폴리케톤류의 유사 구조의 수지의 조합인 경우에는, 이종의 수지인 경우와 비교하여, 밀착 강도는 높아진다.
(열가소성 수지층의 상대 결정화도의 제어)
제 2 발명에서는 상대 결정화도의 값을 제어할 필요가 있기 때문에, 제 1 열가소성 수지층 및 제 2 열가소성 수지층의 상대 결정화도를 본 발명의 범위 내에서 제어할 수 있는 결정성 수지가 바람직하다.
(제 1 열가소성 수지층의 상대 결정화도의 제어)
본 발명에서는, 열가소성 수지층 (4) 에 있어서, 시차 주사 열량 분석 (DSC:Differential Scanning Calorimetry) 에 의해 측정된 융해 열량 및 결정화 열량에 기초하여 산출되는 상대 결정화도가 20 % 이상 50 % 이하이다. 즉, 본 발명의 상대 결정화도란, 이론적으로 도달 가능한 결정화도의 최대치를 100 % 로 했을 때의 상대 비율을 나타낸다.
여기서, 상대 결정화도는 DSC 측정에 의해 구한 데이터를 사용하여 하기 식에 의해 구한다.
(상대 결정화도) ={(융해 열량 - 결정화 열량)/(융해 열량)}× 100 (%)
단, 융해 열량 … DSC 측정시에 있어서의 융해 급열량 (J/g)
결정화 열량 … DSC 측정시에 있어서의 재결정 발열량 (J/g)
DSC 측정에 기초하는 열가소성 수지층 (4) 의 상대 결정화도를 상기 범위의 값으로 함으로써, 열경화성 수지층 (3) 과 열가소성 수지층 (4) 사이의 밀착 강도가 필요 이상으로 증대되는 것을 억제할 수 있고, 열경화성 수지층 (3) 과 열가소성 수지층 (4) 사이의 밀착성을 유지하면서, 열가소성 수지층 (4) 의 외표면으로부터 평각 도체 (2) 의 외표면까지 도달하는 균열의 발생을 방지할 수 있다. 상대 결정화도가 50 % 를 초과하면, 열경화성 수지층 (3) 과 열가소성 수지층 (4) 사이의 밀착성이 저하되고, 당해 층간에 박리가 생길 가능성이 높아진다. 이 때, 열경화성 수지 (3) 와 열가소성 수지 (3) 사이의 밀착 강도는 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 이다. 또한, 제법 상, 수랭까지의 시간을 가능한 한 짧게 해도, 상대 결정화도가 20 % 미만인 전선을 제작할 수 없다.
(제 2 열가소성 수지층의 상대 결정화도의 제어)
제 2 열가소성 수지층의 상대 결정화도는, 제 1 열가소성 수지층의 상대 결정화도와 거의 동일하거나, 제 1 열가소성 수지층의 상대 결정화도보다 크게 한다. 이 이유는, 제 1 열가소성 수지층과 제 2 열가소 수지층의 밀착성을 유지하면서, 내외상성이나 내ATF 특성을 향상시키기 위해서이다.
DSC 측정에 기초하는 열가소성 수지층 (5) 의 상대 결정화도는, 열가소성 수지층 (4) 의 상대 결정화도와 거의 동일하거나 또는 상이하다. 구체적으로는, 열가소성 수지층 (5) 의 상대 결정화도는 45 % ∼ 100 % 이고, 열가소성 수지 (4) 의 상대 결정화도에 대해 -5 % ∼ 60 % 의 범위에 있다. 바람직하게는, 열가소성 수지층 (5) 의 상대 결정화도가 열가소성 수지층의 상대 결정화도와 동일하거나 그것보다 높고, 이 때, 열가소성 수지층 (5) 과 열가소성 수지층 (4) 의 밀착 강도는, 열가소성 수지층 (5) 과 열가소성 수지층 (4) 이 동종의 수지 또는 유사 구조를 갖는 수지인 경우에는, 열가소성 수지층 (5) 의 결정화도가 다소 높더라도, 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 의 범위의 밀착 강도를 얻을 수 있다.
열가소성 수지층 (5) 의 상대 결정화도가 열가소성 수지층 (4) 의 상대 결정화도보다 높은 경우, 가요성이나 내열 연화성의 각 특성이 우려되지만, 열가소성 수지층 (4) 의 상대 결정화도가 20 % 이상 50 % 이하이기 때문에, 평각 절연 전선 (1) 의 가요성이나 내열 연화성을 거의 유지할 수 있다. 따라서, 열가소성 수지층 (4) 상에 열가소성 수지층 (5) 을 형성하는 것에 의해, 부분 방전 발생을 억제하면서, 내약품성, 특히 내ATF 특성을 더욱 향상시킬 수 있고, 또, 내외상성을 향상시키는 것도 가능해진다.
이상, 제 1 실시형태에 관련된 평각 절연 전선, 제 2 실시형태에 관련된 평각 절연 전선에 대해 서술했지만, 본 발명은 이미 서술한 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상에 기초하여 각종의 변형 및 변경이 가능하다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는 열가소성 수지층이 2 층 형성되어 있는데, 이것에 한정되지 않고, 열경화성 수지층 상에 열가소성 수지층을 1 층 형성하고, 당해 열가소성 수지층과 열경화성 수지층의 계면 근방에 있어서의 상대 결정화도가 20 % 이상 50 % 이하가 되도록 구성해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 평각 도체를 피복하여 이루어지는 평각 절연 전선을 예로 들었지만, 이것에 한정되지 않고, 단면이 대략 환형인 도체를 피복하여 이루어지는 환형 절연 전선이어도 된다.
예를 들어, 상대 결정화도 20 % 내지 50 % 의 범위의 수지를 얻기 위해서는, 압출 피복 후, 수랭하기까지 1 ∼ 4 초간 평각 권선 (卷線) 을 상온 공기 중에 유지하고, 상대 결정화도 70 % 내지 90 % 의 범위의 수지를 얻기 위해서는, 압출 피복 후, 수랭할 때까지 6 ∼ 7 초간 평각 절연 전선을 상온 공기 중에 유지하면 되고, 상대 결정화도 90 % 를 초과하여 100 % 의 범위의 수지를 얻기 위해서는, 압출 피복 후, 수랭할 때까지 8 ∼ 10 초간 평각 절연 전선을 상온 공기 중에 유지하면 된다.
실시예
본 발명을 이하의 실시예에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한 본 발명은, 이하에 나타내는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(열가소성 수지층을 1 층 형성하는 경우)
(실시예 1)
먼저, 압출 피복층 (열가소성 수지층) 이 1 층인 실시예를 설명한다. 두께 1.8 × 폭 2.5 ㎜ 이고, 네 모서리의 모따기 반경 (r) = 0.5 ㎜ 인 평각 도체 (산소 함유량 15 ppm 의 구리) 를 준비하였다. 열경화성 수지로서, 폴리아미드이미드 수지 바니시 (히타치 화성사 제조, 상품명 「HPC-9000」) 를 사용하고, 도체의 형상과 상사형의 다이스를 사용하여 수지를 도체에 코팅하고, 450 ℃ 로 설정한 노 길이 8 m 의 베이킹로 내를 베이킹 시간 15 초가 되는 속도로 통과시키고, 이 1 회의 베이킹 공정으로 두께 5 ㎛ 의 에나멜층을 형성하였다. 이것을 반복하여 4 회 실시함으로써 두께 20 ㎛ 의 에나멜층을 형성하고, 피막 두께 20 ㎛ 의 에나멜선 (열경화성 수지층) 을 얻었다.
얻어진 에나멜선을 심선으로 하고, 압출기의 스크루는 30 ㎜ 플루플라이트, L/D = 20, 압축비 3 을 사용하였다. 다음으로, 열가소성 수지로서, PEEK (비크트렉스 재팬사 제조, 상품명 「PEEK450G」) 를 사용하고, 상대 결정화도 45 % 의 압출 피복층을 형성하기 위해서, 압출 다이를 사용하여 PEEK 의 압출 피복을 실시한 후, 3 초의 시간을 두고 수랭하여, 에나멜층의 외측에 두께 20 ㎛ 의 압출 피복층 (압출 피복층 1) 을 형성하였다. 이와 같이 하여, 합계 두께 (에나멜층과 압출 피복 수지층의 두께의 합계) 40 ㎛ 의, PEEK 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 2)
에나멜층의 두께를 30 ㎛, 압출 피복층의 상대 결정화도를 25 %, 두께를 45 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 3)
에나멜층의 두께를 60 ㎛, 압출 피복층의 상대 결정화도를 40 %, 두께를 53 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 4)
에나멜층의 두께를 50 ㎛, 압출 피복층의 수지를 PEKK (알케머 재팬사 제조, 상품명 「슈퍼엔프라 PEKK」) 상대 결정화도를 42 %, 두께를 30 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 5)
에나멜층의 두께를 50 ㎛, 압출 피복층의 수지를 PPS (폴리플라스틱스사 제조, 상품명 「포트론 0220A9」), 상대 결정화도를 45 %, 두께를 80 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 6)
에나멜층의 두께를 60 ㎛, 압출 피복층의 상대 결정화도를 50 %, 두께를 75 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 7)
에나멜층의 두께를 50 ㎛, 압출 피복층의 수지를 열가소성 PI (미츠이 화학사 제조, 상품명 「오람 PL450C」), 상대 결정화도를 50 %, 두께를 80 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 8)
에나멜층의 두께를 55 ㎛, 압출 피복층의 상대 결정화도를 45 %, 두께를 75 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 9)
에나멜층의 수지를 PI, 두께를 50 ㎛, 압출 피복층의 상대 결정화도를 45 %, 두께를 50 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 10)
에나멜층의 수지를 HPE (도토쿠 도료사 제조, 상품명 「네오히트 8200」), 두께를 40 ㎛, 압출 피복층의 수지를 PEKK, 상대 결정화도를 25 %, 두께를 65 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 11)
에나멜층의 두께를 20 ㎛, 압출 피복층의 수지를 PEKK, 상대 결정화도를 45 %, 두께를 125 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 12)
에나멜층의 두께를 50 ㎛, 압출 피복층의 상대 결정화도를 50 %, 두께를 145 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 13)
에나멜층의 두께를 20 ㎛, 압출 피복층의 상대 결정화도를 45 %, 두께를 180 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(실시예 14)
에나멜층의 두께를 50 ㎛, 압출 피복층의 상대 결정화도를 42 %, 두께를 195 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(비교예 1)
에나멜층의 두께를 40 ㎛, 압출 피복층의 수지를 PEI (사빅이노베이티브 플라스틱 재팬사 제조, 상품명 「우르템 1000」), 두께를 10 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(비교예 2)
에나멜층의 두께를 35 ㎛, 압출 피복층의 상대 결정화도를 80 %, 두께를 75 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다. 단, 압출 수지층의 상대 결정화도를 80 % 로 하기 위해서, 압출 다이를 사용하여 PEEK 의 압출 피복을 실시한 후, 6 초의 시간을 두고 수랭하여 에나멜층의 외측에 두께 75 ㎛ 의 압출 피복 수지층을 형성하였다.
(비교예 3)
에나멜층의 두께를 45 ㎛ 로 하고, 압출 피복층을 형성하지 않는 것 이외에는, 실시예 1 과 동일한 방법으로 절연 와이어를 제작하였다.
(열가소성 수지층을 2 층 형성하는 경우)
(실시예 15)
다음으로, 압출 피복층을 2 층 혹은 3 층 형성하는 실시예를 설명한다. 1 층째의 압출 피복층 (압출 피복층 1) 을 형성할 때까지는 실시예 1 과 동일한 재료·방법으로 제작하고, 그 후, 2 층째의 압출 피복층으로서 PEEK 를 사용하고, 상대 결정화도 100 % 의 압출 피복층을 형성하기 위해서, 압출 다이를 사용하여 PEEK 의 압출 피복을 실시한 후, 8 초의 시간을 두고 수랭하여 1 층째의 압출 피복층의 외측에 두께 20 ㎛ 의 압출 피복층 (압출 피복층 2) 을 형성하였다. 이와 같이 하여, 합계 두께 (에나멜층과 2 개의 압출 피복 수지층의 두께의 합계) 60 ㎛ 의, 압출 피복 에나멜선으로 이루어지는 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 16)
1 층째의 압출 피복층을 형성할 때까지는 실시예 2 와 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 95 %, 두께를 40 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 17)
1 층째의 압출 피복층을 형성할 때까지는 실시예 3 과 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 100 %, 두께를 45 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 18)
1 층째의 압출 피복층을 형성할 때까지는 실시예 4 와 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 85 %, 두께를 38 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 19)
1 층째의 압출 피복층을 형성할 때까지는 실시예 5 와 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 50 %, 두께를 50 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 20)
1 층째의 압출 피복층을 형성할 때까지는 실시예 6 과 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 45 %, 두께를 50 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 21)
1 층째의 압출 피복층을 형성할 때까지는 실시예 7 과 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 70 %, 두께를 50 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 22)
1 층째의 압출 피복층을 형성할 때까지는 실시예 8 과 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층을 PEK, 상대 결정화도를 85 %, 두께를 55 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 23)
1 층째의 압출 피복층을 형성할 때까지는 실시예 9 와 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 90 %, 두께를 60 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 24)
1 층째의 압출 피복층을 형성할 때까지는 실시예 10 과 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 83 %, 두께를 65 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 25)
1 층째의 압출 피복층의 두께를 125 ㎛ 에서 80 ㎛ 로 변경한 것 이외에는 실시예 11 과 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 90 %, 두께를 85 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 26)
1 층째의 압출 피복층의 두께를 145 ㎛ 에서 80 ㎛ 로 변경하고, 상대 결정화도를 45 % 에서 50 % 로 변경한 것 이외에는, 실시예 12 와 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 수지를 열가소성 PI, 상대 결정화도를 75 %, 두께를 80 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 27)
에나멜층의 두께를 20 ㎛ 에서 50 ㎛, 1 층째의 압출 피복층의 수지를 PEKK, 상대 결정화도를 42 %, 두께를 180 ㎛ 에서 85 ㎛ 로 변경한 것 이외에는 실시예 13 과 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 90 %, 두께를 80 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 28)
1 층째의 압출 피복층의 수지를 PEEK, 상대 결정화도를 42 % 에서 45 %, 두께를 195 ㎛ 에서 80 ㎛ 로 변경한 것 이외에는 실시예 14 와 동일한 재료·방법으로 제작하고, 또한 2 층째의 압출 피복층의 수지를 PPS, 상대 결정화도를 50 %, 두께를 85 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 29)
에나멜층의 두께를 20 ㎛, 1 층째의 압출 피복층의 두께를 95 ㎛, 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 90 %, 두께를 95 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 18 과 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 30)
1 층째의 압출 피복층의 두께를 105 ㎛, 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 45 %, 두께를 85 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 18 과 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 31)
2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 90 %, 두께를 90 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 30 과 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(실시예 32)
에나멜층의 두께를 40 ㎛, 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 80 %, 두께를 70 ㎛ 로 한 것 이외에는 실시예 22 와 동일한 재료·방법으로 2 층째의 압출 피복층 (압출 피복층 2) 을 형성하고, 그 후, 3 층째의 압출 피복층으로서, PEEK 를 사용하고, 상대 결정화도 90 % 의 압출 피복층을 형성하기 위해서, 압출 다이를 사용하여 PEEK 의 압출 피복을 실시한 후, 5 초의 시간을 두고 수랭하여 2 층째의 압출 피복층의 외측에 두께 60 ㎛ 의 압출 피복층 (압출 피복층 3) 을 형성하였다. 이와 같이 하여, 합계 두께 (에나멜층과 3 개의 압출 피복 수지층의 두께의 합계) 245 ㎛ 의 절연 와이어를 얻었다.
(비교예 4)
에나멜층의 두께를 40 ㎛, 1 층째의 압출 피복층의 수지를 PEI, 두께를 10 ㎛, 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 95 %, 두께를 100 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(비교예 5)
에나멜층의 두께를 35 ㎛, 1 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 80 %, 두께를 75 ㎛, 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도를 90 %, 두께를 80 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
(비교예 6)
에나멜층의 두께를 40 ㎛ 로 하고, 1 층째의 압출 피복층의 수지를 PES (스미토모 화학사 제조, 상품명 「스미카 세크셀 4100G」), 두께를 50 ㎛, 2 층째의 압출 피복층의 수지를 PES 와 PEEK 의 폴리머 알로이 (중량비 70:30), 상대 결정화도를 65 %, 두께를 50 ㎛ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 15 와 동일하게 2 층째의 압출 피복층을 형성하여, 절연 와이어를 얻었다.
이하에, 상대 결정화도의 측정 방법, 열경화성 수지층-압출 피복층간, 및 압출 피복층간의 밀착 강도, 도체까지 도달하는 균열의 유무, 열경화성 수지층-압출 피복층간, 또는 압출 피복층간의 박리의 유무, 그리고 내ATF 특성에 대한 측정 방법을 나타낸다.
(1) 열경화성 수지층-압출 피복층간, 및 압출 피복층간의 밀착 강도
먼저, 절연 와이어의 압출 피복층만을 일부 박리한 전선 시료를 인장 시험기 (시마즈 제작소사 제조, 장치명 「오토 그래프 AG-X」) 에 세트하고, 4 ㎜/min 의 속도로 압출 피복층을 상방으로 박리하였다 (180 ℃ 박리). 그 때에 판독한 인장 하중을 밀착 강도로 하였다.
(2) 상대 결정화도의 측정 방법
본 발명에 있어서의 압출 피복 수지층의 피막 결정화도는, 열분석 장치 (시마즈 제작소사 제조, 장치명 「DSC-60」) 를 사용하여, 시차 주사 열량 분석 (DSC) 에 의해 다음과 같이 하여 측정하였다. 즉, 압출 피복 수지층의 피막을 10 ㎎ 채취하고, 5 ℃/min 의 속도로 승온시켰다. 이 때, 300 ℃ 주변의 영역에서 보이는 융해에서 기인되는 열량 (융해 열량) 과 150 ℃ 주변에서 보이는 결정화에서 기인되는 열량 (결정화 열량) 을 산출하고, 융해 열량에 대한, 융해 열량으로부터 결정화 열량을 뺀 열량의 차분을 융해 열량으로 나눈 값을, 피막 결정화도로 하였다.
(3) 도체까지 도달하는 균열의 유무
직상편의 절연 와이어를 300 ㎜ 잘라내고, 전선 중앙부에 전용 지그를 사용하여 전선 길이 방향과 수직 방향으로 깊이 약 10 ㎛ 의 흠집을 내었다. 그리고 흠집을 정상점에 두고, 1.0 ㎜ 의 철심을 축으로 하여 180 °로 구부렸다. 그 후, 정상점 부근에 발생하는 균열의 유무를 육안으로 관찰하였다.
(4) 열경화성 수지층-압출 피복층간, 또는 압출 피복층간의 박리의 유무
직상편의 절연 와이어를 300 ㎜ 잘라내고, 1.0 ㎜ 의 철심을 축으로 하여 180 °로 구부렸다. 그 후, 정상점 부근에 발생하는 각 층간의 박리의 유무를 육안으로 관찰하였다.
(5) 내ATF 특성
직상편의 절연 와이어를 300 ㎜ 잘라내고, SUS 제의 밀폐 용기에 투입하였다. ATF 오일을 1300 g, 물을 6.5 ㎖ (0.5 wt% 상당) 을 용기에 넣고, 150 ℃, 500 시간으로, SUS 제의 밀폐 용기째 가열하였다. 가열 처리 후, 절연 와이어를 꺼내, 상온이 될 때까지 방치하였다. 상온 도달 후, 1.0 ㎜ 의 철심을 축으로 하여 180 °로 구부렸다. 굽힘 가공한 샘플에, 압출 피복층으로부터 도체까지 도달하는 균열이 발생하지 않으면 합격 「○」이라고 하고, 균열이 발생하면 불합격 「×」이라고 하였다.
(열가소성 수지층을 1 층 형성하는 경우의 시험 결과)
열가소성 수지층을 1 층 형성하는 경우의 시험 결과로서, 실시예 1 ∼ 14 및 비교예 1 ∼ 3 에 대해 상기 방법으로 측정·평가한 결과를 표 1 에 나타낸다.
표 1 의 결과로부터, 에나멜선에 압출 피복층을 1 층 형성한 경우, 열경화성 수지층-압출 피복층간의 밀착 강도가 55 gf/㎜ ∼ 75 gf/㎜ 이면 (실시예 1 ∼ 14), 압출 피복층으로부터 도체까지 도달하는 균열이 발생하지 않고, 또, 열경화성 수지층-압출 피복층간에서 박리가 발생하지 않아, 내굴곡 신뢰성이 높은 것을 알 수 있었다. 추가로, 내ATF 특성도 양호하다는 것을 알 수 있었다.
마찬가지로, 이 때의 압출 피복층의 상대 결정화도가 30 ∼ 50 % 이고, 상기의 상대 결정화도의 범위로 압출 피복층을 제어한 구성이, 내굴곡 신뢰성과 내ATF 성이 우수하다는 상기 결과를 초래하는 것으로 생각할 수 있다. 여기서, 수지 중의 상대 결정화도가 높아지면 밀착성의 증가를 억제할 수 있는데, 이 이유는, 결정화부의 양을 증가시킴으로써 서로 얽힘으로써 밀착성을 높이는 비결정화부의 양을 감소시킬 수 있고, 이 결과, 밀착성을 소정 범위로 제어할 수 있는 것이라고 생각된다.
한편, 비교예 1 에서는, 압출 피복층의 수지가 PEI 이고, 열경화성 수지층-압출 피복층간의 밀착 강도가 115 gf/㎜ 가 되어, 압출 피복층으로부터 도체까지 도달하는 균열이 발생하였다. 또, 비교예 2 에서는, 압출 피복층의 상대 결정화도가 80 %, 열경화성 수지층-압출 피복층간의 밀착 강도가 40 gf/㎜ 가 되어, 열경화성 수지층-압출 피복층간에서 박리가 발생하였다. 비교예 3 에서는, 에나멜선에 압출 피복층을 형성하지 않고, 내ATF 특성이 열등했다.
(열가소성 수지층을 2 층 형성하는 경우의 시험 결과)
다음으로, 열가소성 수지층을 2 층 형성하는 경우의 시험 결과로서, 상기 실시예 15 ∼ 32 및 비교예 4 ∼ 6 에 대해, 상기와 동일한 방법으로 측정·평가하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다.
표 2 의 결과로부터, 에나멜선에 압출 피복층을 2 층 형성한 경우, 열경화성 수지층-1 층째의 압출 피복층간의 밀착 강도가 55 gf/㎜ ∼ 75 gf/㎜, 1 층째의 압출 피복층-2 층째의 압출 피복층간의 밀착 강도가 75 gf/㎜ ∼ 90 gf/㎜ 이면 (실시예 15 ∼ 31), 2 층째의 압출 피복층으로부터 도체까지 도달하는 균열이 발생하지 않고, 또, 열경화성 수지층-압출 피복층간 및 1 층째의 압출 피복층-2 층째의 압출 피복층간의 어느 것에도 박리가 발생하지 않아, 내굴곡 신뢰성이 높은 것을 알 수 있었다. 추가로, 내ATF 특성도 양호하다는 것을 알 수 있었다.
마찬가지로, 표 2 로부터, 1 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도가 30 ∼ 50 %, 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도가 45 ∼ 100 % 로 함으로써, 열경화성 수지층-압출 피복층간 및 1 층째의 압출 피복층-2 층째의 압출 피복층간의 어느 것에도 박리가 발생하지 않고, 내굴곡 신뢰성이 높고, 내ATF 특성도 양호하다는 것을 알 수 있다.
또, 에나멜선에 압출 피복층을 3 층 형성한 경우, 열경화성 수지층-압출 피복층간의 밀착 강도가 60 gf/㎜, 1 층째와 2 층째의 압출 피복층간, 및 2 층째와 3 층째의 압출 피복층간의 밀착 강도가 각각 80 gf/㎜, 85 gf/㎜ 이면 (실시예 32), 3 층째의 압출 피복층으로부터 도체까지 도달하는 균열이 발생하지 않고, 또, 열경화성 수지층-압출 피복층간, 1 층째의 압출 피복층간-2 층째의 압출 피복층간 및 2 층째의 압출 피복층-3 층째의 압출 피복층간의 어느 것에도 박리가 발생하지 않고, 또한 내ATF 특성도 양호하다는 것을 알 수 있었다. 여기서, 1 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도가 45 %, 2 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도가 80 %, 3 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도가 90 % 이고, 이들 3 층 구조의 각 층에 있어서의 결정화도의 제어가 상기 결과를 초래하고 있는 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 4 에서는, 열경화성 수지층-압출 피복층간의 밀착 강도가 115 gf/㎜, 1 층째의 압출 피복층-2 층째의 압출 피복간의 밀착 강도가 300 gf/㎜ 이상이 되고, 2 층째의 압출 피복층으로부터 도체까지 도달하는 균열이 발생하였다. 비교예 5 에서는, 1 층째의 압출 피복층의 상대 결정화도가 80 % 이고, 열경화성 수지층-압출 피복층간의 밀착 강도가 40 gf/㎜ 가 되어, 열경화성 수지층-압출 피복층간에서 박리가 발생하였다.
또, 비교예 6 에서는, 1 층째의 압출 피복층의 수지가 PES, 2 층째의 압출 피복층의 수지가 PES 와 PEEK 의 폴리머 알로이이며, 1 층째의 압출 피복층-2 층째의 압출 피복층간의 밀착 강도가 150 gf/㎜ 가 되어, 2 층째의 압출 피복층으로부터 도체까지 도달하는 균열이 발생하고, 또, 내ATF 특성도 열등해졌다.
산업상 이용가능성
본 발명의 평각 절연 전선은, EV (전기 자동차) 또는 HV (하이브리드차) 에 탑재되는 모터 코일용의 마그넷 와이어로서 바람직하게 사용된다.
1 : 평각 절연 전선
2 : 평각 도체
3 : 열경화성 수지층
4 : 열가소성 수지층
5 : 열가소성 수지층
2 : 평각 도체
3 : 열경화성 수지층
4 : 열가소성 수지층
5 : 열가소성 수지층
Claims (20)
- 단면이 대략 사각형인 평각 도체와,
상기 평각 도체를 덮어 형성된 열경화성 수지층과,
상기 열경화성 수지층 상에 형성된 복수의 열가소성 수지층을 구비하고,
상기 열경화성 수지층과 상기 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 인 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 1 항에 있어서,
상기 열가소성 수지층이, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드 및 열가소성 폴리이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 재료로 형성되는 결정성 수지층인 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 각각 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 인 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열경화성 수지층이, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리이미드, H 종 폴리에스테르 및 폴리에테르이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 복수의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 1 항에 있어서,
상기 열경화성 수지층이, 상기 평각 도체 상에 베이킹 도포에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 열가소성 수지층이, 제 1 열가소성 수지층과, 그 제 1 열가소성 수지층 상에 형성된 제 2 열가소성 수지층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 열가소성 수지층이 상기 열경화성 수지층 상에 압출 성형되고, 또한 상기 제 2 열가소성 수지층이 상기 제 1 열가소성 수지층 상에 압출 성형되는 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평각 도체가, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금, 또는 구리 혹은 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 평각 절연 전선을 감아 이루어지는, 전동 발전기용 코일.
- 단면이 대략 사각형인 평각 도체와,
상기 평각 도체를 덮어 형성된 열경화성 수지층과,
상기 열경화성 수지층 상에 형성된 제 1 열가소성 수지층을 구비하고,
상기 제 1 열가소성 수지층에 있어서, 시차 주사 열량 분석에 의해 측정한 융해 열량 및 결정화 열량에 기초하여 산출되는 상대 결정화도가 20 % 이상 50 % 이하인 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 열가소성 수지층이, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드 및 열가소성 폴리이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 재료로 형성되는 결정성 수지층인 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 열경화성 수지층과 상기 제 1 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 인 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 1 열가소성 수지층 상에 형성되고, 상기 제 1 열가소성 수지층의 상대 결정화도와 거의 동일하거나 그것보다 큰 상대 결정화도를 갖는 제 2 열가소성 수지층을 추가로 구비하고,
상기 제 1 열가소성 수지층과 상기 제 2 열가소성 수지층 사이의 밀착 강도가 50 gf/㎜ ∼ 100 gf/㎜ 인 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 2 열가소성 수지층의 상대 결정화도가 45 ∼ 100 % 이고, 상기 제 2 열가소성 수지층의 상대 결정화도가 상기 제 1 열가소성 수지층의 상대 결정화도 에 대해 -5 ∼ 60 % 의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 제 2 열가소성 수지층이, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리페닐렌설파이드 및 열가소성 폴리이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 재료로 형성되는 제 2 결정성 수지층인 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열경화성 수지층이, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리이미드, H 종 폴리에스테르 및 폴리에테르이미드로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 복수의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 10 항에 있어서,
상기 열경화성 수지층이, 상기 평각 도체 상에 베이킹 도포에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 열가소성 수지층이 상기 열경화성 수지층 상에 압출 성형되고, 또한 상기 제 2 열가소성 수지층이 상기 제 1 열가소성 수지층 상에 압출 성형되는 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평각 도체가, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금, 또는 구리 혹은 구리 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 평각 절연 전선. - 제 10 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 기재된 평각 절연 전선을 감아 이루어지는, 전동 발전기용 코일.
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