KR20170078608A

KR20170078608A - 절연 전선, 코일 및 전기·전자기기, 및 절연 전선의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170078608A
Application number: KR1020177009500A
Authority: KR
Inventors: 다케시 사이토; 케이스케 이케다; 히데오 후쿠다
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤; 후루카와 마그넷트 와이야 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2017-07-07
Also published as: CN107004465A; EP3193339A1; EP3193339B1; EP3193339A4; WO2016039350A1; CN107004465B; JPWO2016039350A1; US20170178766A1

Abstract

절연 전선의 부분방전 개시전압을 높이고, 200℃를 초과하는 고온에서도, 기계적 특성이 우수하고, 내열 열화가 억제된 절연 전선, 코일 및 전기·전자기기, 및 절연 전선의 제조 방법을 제공한다. 도체의 외주에, 압출 피복 수지층을 포함하는, 적어도 1층의 전선 피막을 가지는 절연 전선으로서, 압출 피복 수지층이, 서로 비유전율이 다른 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 수지로 이루어지고, 수지 (A)가, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤 및 폴리케톤으로부터 선택되는 폴리알릴에테르케톤 수지이며, 수지 (B)가, 200℃에서의 비유전율이 상기 수지 (A)보다 낮은 비불소계의 수지이며, 상기 혼합 수지의 혼합 질량비[수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량]가 90:10 ~ 51:49이며, 또한 전선 피막 전체의 비유전율에 있어서, 25℃ 상대습도 50%에서의 비유전율에 대한, 200℃에서의 비유전율의 비의 값이, 1.20 미만인 절연 전선, 코일, 전기·전자기기 및 절연 전선의 제조 방법.

Description

절연 전선, 코일 및 전기·전자기기, 및 절연 전선의 제조 방법{INSULATED ELECTRIC WIRE, COIL, ELECTRIC/ELECTRONIC DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING INSULATED ELECTRIC WIRE}

본 발명은 절연 전선, 코일 및 전기·전자기기, 및 절연 전선의 제조 방법에 관한 것이다.

최근의 전기·전자기기(전기기기라고도 한다)에서는, 인버터 소자의 스위칭에 의해서 발생하는 서지 전압에 의한 열화(인버터 서지 열화)를 방지하기 위해서, 수백 V의 서지 전압에 견딜 수 있는 절연 전선(와이어)이 요구되는 경우가 있다(특허문헌 1 참조). 예를 들면, 절연 전선의 부분방전 개시전압(PDIV)이 500 V 이상인 제품이 실제로 생산되어서 시장에서 취급되고 있다. 여기서, PDIV는, 전극 간에 전압을 가했을 때, 그 사이의 절연물 중에서 부분적으로 방전이 발생하는 전압이며, 시판의 부분방전 시험기로 칭해지는 장치로 측정할 수 있다. 측정 온도, 이용하는 교류 전압의 주파수, 측정 감도 등은 필요에 따라 변경하는 것이지만, 통상, 이용되는 값은, 예를 들면 25℃, 50 Hz, 10 pC에서 측정하여 부분방전이 발생한 전압이다.

절연 전선의 PDIV는, 전선 피막의 비유전율이 크게 영향을 주는 것이 알려져 있고, PDIV 특성을 향상시킬 목적으로, 전선 피막에 비유전율이 낮은 수지를 사용하는 것이 제안되고 있다(특허문헌 2, 3 참조).

한편, 모터나 변압기로 대표되는 전기기기는, 소형화 및 고성능화가 진전되고, 절연 전선을 권선 가공(코일 가공, 굽힘 가공이라고도 함)한 권선(코일)을 매우 좁은 부분에 밀어넣어서 사용하는 사용법이 많이 보이게 되었다. 구체적으로는, 절연 전선을 코일 가공한 코일을 스테이터 슬롯 중에 몇 개를 넣을 수 있는지에 의해, 그 모터 등의 회전기의 성능이 결정된다고 해도 과언은 아니다. 그 결과, 스테이터 슬롯 단면적에 대한 도체의 단면적의 비율(점적율(占積率))을 향상시키기 위해, 극히 최근에는, 도체의 단면 형상이 사각형(정사각형이나 직사각형)에 유사한 평각선(平角線)이 사용되고 있다.

일본 특허공보 제5391324호 일본 공개특허공보 2013-109874호 국제 공개 제2013/088968호 팜플렛

전기기기에 조립된 절연 전선에 전류가 흐르면, 절연 전선은 발생하는 열에 의해 고온이 된다. 자동차 등에서 이용하는 전기기기는 해마다 소형화, 고출력화되고 있고, 이것에 수반하여 장치 내부의 고온화가 일어나고 있으며, 경우에 따라서는 200℃를 초과하는 온도로도 된다. 이러한 고온하에서는, 기기에 사용되는 절연 전선의 피복 수지층은 열에 열화되어서 열수축한다. 이 열수축은, 특히 점적율을 향상시킨 전기기기에 이용한 절연 전선에 현저하게 일어난다. 피복 수지층의 열수축이 커지면, 피복 수지층이 열수축 응력에 견디지 못하고 균열이 생긴다.

따라서, 본 발명은, 절연 전선의 부분방전 개시전압(PDIV)을 높이고, 200℃를 초과하는 고온에서도 기계적 특성이 우수하고, 내열 열화가 억제된 절연 전선과, 이것을 이용한 코일 및 전기·전자기기를 제공하는 것을 과제로 한다.

또한 본 발명은, 이러한 우수한 절연 전선의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 절연 전선이 사용되는 장치 내부를 상정한 고온 환경하, 특히 현실에서 일어날 수 있는 200℃의 환경하에서의 절연 전선의 특성을 여러 가지 검토했다.

특히, 압출 피복 수지층에 사용되는 수지의 비유전율의 온도 의존성을 조사한 결과, 200℃ 부근에서 예상 이상으로 크게 상승하는 것을 발견했다. 이 상승 비율은, 폴리알릴에테르케톤 수지에서 특히 크다. 예를 들면, 폴리에테르에테르케톤에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 비유전율은, 25℃에서 3.2이지만, 200℃에서는 4.5로 1.4배나 높아진다. 그 결과, 200℃에서의 부분방전 개시전압(PDIV)이, 25℃에서의 부분방전 개시전압(PDIV)에 대해서 30% 가깝게 저하되는 것을 발견했다. 이 고온하에서의 부분방전 개시전압의 저하는, 인버터 서지 열화에 대한 설계상의 안전을을 크게 감소시킨다. 또한, 고온하에서의 부분방전 개시전압의 저하를 억제하기 위해서 절연 전선의 피막의 두께를 더욱 두껍게 하는 것은, 전기기기의 사이즈 증대로 연결되어 버린다.

이 때문에, 이들의 발견을 기초로, 더 검토하여, 본 발명에 이르렀다.

즉, 본 발명의 상기 과제는, 이하의 수단에 의해서 달성되었다.

(1) 도체의 외주에, 압출 피복 수지층을 포함하는, 적어도 1층의 전선 피막을 가지는 절연 전선으로서,

상기 압출 피복 수지층이, 서로 비유전율이 다른 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 수지로 이루어지고,

상기 수지 (A)가, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤 및 폴리케톤으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 폴리알릴에테르케톤 수지이며,

상기 수지 (B)가, 200℃에서의 비유전율이 상기 수지 (A)보다 낮은 비불소계의 수지이며,

상기 혼합 수지의 혼합 질량비(수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)가 90:10 ~ 51:49이며, 또한

상기 전선 피막 전체의 비유전율에 있어서, 25℃ 상대습도 50%에서의 비유전율에 대한, 200℃에서의 비유전율의 비의 값이, 1.20 미만인, 것을 특징으로 하는 절연 전선.

(2) 상기 수지 (B)가, 폴리카보네이트, 열가소성 폴리이미드, 폴리페닐술폰, 폴리에테르술폰 및 폴리에테르이미드로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 수지인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 절연 전선.

(3) 상기 압출 피복 수지층의 수지의 파단 신장율이, 50% 이상인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 절연 전선.

(4) 상기 전선 피막이, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드 및 H종 폴리에스테르로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 열경화성 수지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 (1) ~ (3)의 어느 한 항에 기재된 절연 전선.

(5) 상기 (1) ~ (4)의 어느 한 항에 기재된 절연 전선을 권선 가공한 코일.

(6) 상기 (5)에 기재된 코일을 이용한 전자·전기기기.

(7) 도체의 외주에, 압출 피복 수지층을 포함하는, 적어도 1층의 전선 피막을 가지는 절연 전선의 제조 방법으로서,

상기 전선 피막 전체의 비유전율에 있어서, 25℃ 상대습도 50%에서의 비유전율에 대한, 200℃에서의 비유전율의 비의 값이, 1.20 미만이며,

상기 도체의 외주에, 상기 혼합 수지를 포함하는 수지 조성물을 압출 성형하여, 상기 압출 피복 수지층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선의 제조 방법.

(8) 상기 수지 (B)가, 폴리카보네이트, 열가소성 폴리이미드, 폴리페닐술폰, 폴리에테르술폰 및 폴리에테르이미드로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 수지인 것을 특징으로 하는 (7)에 기재된 절연 전선의 제조 방법.

(9) 상기 압출 피복 수지층의 수지의 파단 신장율이, 50% 이상인 것을 특징으로 하는 (7) 또는 (8)에 기재된 절연 전선의 제조 방법.

(10) 상기 도체의 외주에, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드 및 H종 폴리에스테르로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 열경화성 수지층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 (7) ~ (9)의 어느 한 항에 기재된 절연 전선의 제조 방법.

본 발명에 의해, 고온에서의 절연 전선의 부분방전 개시전압(PDIV)을 높이고, 인버터 서지 열화를 억제하는 것을 가능하게 하고, 게다가 200℃를 초과하는 고온에서도, 기계적 특성이 우수하고, 내열 열화가 억제된 절연 전선, 이것을 이용한 코일 및 전기·전자기기를 제공하는 것이 가능해졌다.

또한, 본 발명에 의해, 고온에서의 절연 전선의 부분방전 개시전압(PDIV)을 높임과 동시에, 상기와 같이 우수한 성능을 가지는 절연 전선의 제조 방법을 제공할 수 있다.

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

도 1은, 본 발명의 절연 전선의 바람직한 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는, 폴리에테르에테르케톤의 비유전율의 온도 의존성을 나타내는 그래프이다.
도 3은, 부분방전 개시전압(PDIV)의 측정 장치의 모식도이다.

<<절연 전선>>

본 발명의 절연 전선(절연 와이어라고도 함)은, 도체와, 도체의 외주에, 압출 피복 수지층을 포함하는, 적어도 1층의 전선 피막을 가지는 절연 전선이다.

여기서, 도 1에, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 절연 전선(1)의 단면도를 모식적으로 나타냈다. 여기에서는, 도체(11)의 외주에 전선 피막이 형성되고, 이 전선 피막이, 도체에 접하여 열경화성 수지층(12)과 압출 피복 수지층(13)이 적층된 2층 구성으로 이루어지는 절연 전선이다. 본 발명에서는, 압출 피복 수지층(13)을 필수적으로 가지는 것이며, 열경화성 수지층(12)을 가지는 것은, 본 발명에 있어서 특히 바람직한 형태이다.

본 발명의 절연 전선의 길이방향과 수직인 단면에 있어서의 전선 피막의 총두께(모든 절연층의 두께의 합계: 도체로부터 표면까지의 합계 두께)는 50 ~ 300μm가 바람직하고, 50 ~ 200μm가 보다 바람직하다.

이하, 도체, 압출 피복 수지층, 압출 피복 수지층 이외의 절연층을 순서대로 설명한다.

<도체>

본 발명에 이용하는 도체로서는, 종래, 절연 전선으로 이용되고 있는 것을 사용할 수 있고, 구리선, 알루미늄선 등의 금속 도체를 들 수 있다. 바람직하게는, 산소 함유량이 30 ppm 이하의 저산소동, 더 바람직하게는 20 ppm 이하의 저산소동 또는 무산소동의 도체이다. 산소 함유량이 30 ppm 이하이면, 도체를 용접하기 위해서 열로 용융시켰을 경우, 용접 부분에 함유 산소에 기인하는 보이드의 발생이 없고, 용접 부분에 있어서의 전기 저항의 악화를 방지함과 함께 용접 부분의 강도를 유지할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 도체는, 단면 형상은, 원형(환(丸) 형상), 사각형(평각(平角) 형상) 혹은 육각형 등 어느 형상이라도 상관없지만, 사각형의 도체는 원형인 것과 비교하여, 권선시에 있어서의 스테이터 슬롯에 대한 도체의 점적율이 높기 때문에 바람직하다.

사각형의 도체의 크기(단면 형상)는, 특별히 한정은 없지만, 폭(장변)은 1 ~ 5 mm가 바람직하고, 1.4 ~ 4.0 mm가 보다 바람직하고, 두께(단변)는 0.4 ~ 3.0 mm가 바람직하고, 0.5 ~ 2.5 mm가 보다 바람직하다. 폭(장변)과 두께(단변)의 길이의 비율은, 두께:폭 = 1:1 ~ 1:4가 바람직하다.

또한, 사각형의 4 모서리에 모따기(곡률반경 r)를 마련한 형상인 것이 바람직하다. 곡률반경 r은, 0.6 mm 이하가 바람직하고, 0.2 ~ 0.4 mm가 보다 바람직하다.

단면이 원형의 도체인 경우, 크기(단면 형상)는, 특별히 한정은 없지만, 직경은 0.3 ~ 3.0 mm가 바람직하고, 0.4 ~ 2.7 mm가 보다 바람직하다.

<압출 피복 수지층>

압출 피복 수지층은, 수지 혹은 수지 조성물을 압출 성형하여 도체 외주에 마련되는 절연층이다. 이 때문에, 압출 피복 수지층을 형성하는 수지는, 압출 성형 가능한 열가소성 수지이다.

압출 피복 수지층은, 도체 외주에, 도체에 접하여 마련되어도, 다른 절연층, 예를 들면, 열경화성 수지층의 외측에 마련되어도 좋다.

또한, 압출 피복 수지층은, 1층이라도 복수층이라도 좋다.

본 발명의 절연 전선에서는, 압출 피복 수지층은, 서로 비유전율이 다른 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 수지로 이루어진다.

(비유전율)

압출 피복 수지층을 구성하는 열가소성 수지는, 부분방전 개시전압을 보다 한층 높게 할 수 있는 점에서, 실온(25℃), 상대습도 50%에 있어서의 비유전율은 4.5 이하가 바람직하고, 4.0 이하가 더 바람직하다. 본 발명에서는, 이것에 더하여, 200℃에서의 비유전율은 4.5 이하가 바람직하고, 4.0 이하가 더 바람직하다.

또한, 비유전율의 하한은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 25℃, 상대습도 50%에서의 비유전율의 하한은, 현실적으로는 1.5 이상이 바람직하고, 2.0 이상이 보다 바람직하다. 또한, 200℃에서의 비유전율의 하한은, 현실적으로는 1.5 이상이 바람직하고, 2.0 이상이 보다 바람직하다.

또한, 고온에 있어서의 부분방전 개시전압을 보다 향상시킬 수 있는 점으로부터, 절연 전선으로 성형했을 때의, 압출 피복 수지층을 포함한 전선 피막 전체를 측정한 비유전율은, 25℃(실온), 상대습도 50%에 있어서의 비유전율에 대한, 200℃에 있어서의 비유전율의 비의 값이 1.20 미만이다.

상기 비유전율의 비의 값은, 1.15 이하가 바람직하고, 1.10 이하가 보다 바람직하다. 또한, 상기 비유전율의 비의 값의 하한은, 특별히 제한되지는 않지만, 현실적으로는 0.9를 초과하는 것이 바람직하다.

비유전율은, 유전율 측정 장치로 측정할 수 있고, 25℃, 상대습도 50%에서는 주파수 50 Hz, 200℃에서는, 주파수 50 Hz에서 측정한 값이다.

또한, 25℃ 및 200℃에 있어서의 각 비유전율은, 25℃의 건조공기 중에 24시간 이상 방치한 절연 전선을 이용하여, 측정 온도를 25℃(상대습도 50%) 및 200℃로 각각 설정한 항온조에 절연 전선을 넣어서, 온도가 일정하게 된 시점에서 측정한다.

압출 피복 수지층에 사용하는 수지 (A) 및 수지 (B)의 각각의 비유전율은, 이하와 같이 하여 측정할 수 있다.

각 단독의 수지를 열 프레스기에 의해서 시트 형상으로 성형하고, JIS C2138:2007에 준하여 측정한다.

한편, 절연 전선으로 성형한 압출 피복 수지층을 포함한 전선 피막 전체의 25℃ 및 200℃에서의 비유전율은, 이하와 같이 하여 측정한다.

우선, 절연 전선의 정전 용량을, LCR 하이테스터(예를 들면, 히오키덴키가부시키가이샤(日置電機株式會社)제, 형식 3532-50)를 이용하고, 25℃ 및 200℃에서 측정한다. 얻어진 정전 용량과 도체 및 절연 전선의 외경으로부터, 하기식에 기초하여 비유전율을 산출한다.

εr = Cp·Log(b/a)/(2πε₀)

여기서, εr은 전선 피막 전체의 비유전율, Cp는 단위길이당 정전 용량[pF/m], a는 도체의 외경, b는 절연 전선의 외경, ε₀은 진공의 유전율(8.855×10^-12[F/m])을, 각각 나타낸다.

절연 전선의 단면이 사각형인 경우에는, Cp는 이하와 같이 하여 구할 수 있다.

또한, 이 방법은, 전선 피막 전체의 정전 용량 Cp가 평탄부의 정전 용량 Cf와 코너부의 정전 용량 Ce의 합성(Cp = Cf+Ce)인 것을 이용하는 것이다.

구체적으로는, 도체의 직선부의 장변과 단변의 길이를 L1, L2, 도체 코너의 곡률반경을 R, 전선 피막 전체의 두께를 T로 하면, 평탄부의 정전 용량 Cf 및 코너부의 정전 용량 Ce는 하기식으로 나타난다. 이들의 식과 실측한 절연 전선의 정전 용량 및 전선 피막 전체의 정전 용량 Cp = (Cf+Ce)로부터, 도체 단면이 원형인 경우와 마찬가지로 εr를 산출할 수 있다.

Cf = (εr/ε₀)×2×(L1+L2)/T

Ce = (εr/ε₀)×2πε₀/Log{(R+T)/R}

여기서, 25℃ 및 200℃에 있어서의 각 비유전율은, 25℃의 건조공기 중에 24시간 이상 방치한 절연 전선을 이용하여, 측정 온도를 25℃ 및 200℃로 설정한 항온조에 절연 전선을 넣어서, 온도가 일정하게 된 시점에서 측정한다.

수지 (A)는, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤케톤(PEEKK), 폴리에테르케톤에테르케톤케톤(PEKEKK) 및 폴리케톤(PK)으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 폴리알릴에테르케톤(PAEK) 수지이다.

본 발명에서는, 이들의 수지는, 변성된 것도 포함한다. 예를 들면, 변성 폴리에테르에테르케톤(m-PEEK)은, PEEK에 포함된다.

수지 (A)는, 이 중, PEEK, 변성 PEEK 또는 PEK가 보다 바람직하고, PEEK 또는 변성 PEEK가 더 바람직하고, PEEK가 특히 바람직하다.

또한, 이들의 수지의 25℃ 및 200℃에서의 비유전율은, PEEK가, 25℃에서 3.2, 200℃에서 4.5, m-PEEK가, 25℃에서 3.3, 200℃에서 3.8, PEK가, 25℃에서 3.3, 200℃에서 4.0이다.

이 중, PEEK로서는, 예를 들면, 키타스파이어 KT-820, KT-880(모두 솔베이스페셜티폴리머즈사(Solvay Specialty Polymers)제, 상품명), PEEK450G(빅트렉스재팬샤(Victrex Japan Inc.)제, 상품명), 변성 PEEK로서는, 아바스파이어 AV-650, AV-651(모두 솔베이스페셜티폴리머즈사제, 상품명), PEKK로서는, 초고성능 플라스틱 PEKK(알케마재팬샤(ARKEMA K.K.)제, 상품명), PEK로서는, HT-G22(빅트렉스사(Victrex plc.)제, 상품명), PEKEKK로서는, ST-STG45(빅트렉스사제, 상품명) 등의 시판품을 들 수 있다.

수지 (B)는, 수지 (A)보다, 200℃에서의 비유전율이 낮은 비불소계의 수지이다.

수지 (B)를 병용하는 것으로, 200℃에서의 압출 피복 수지층 전체의 비유전율을 저하시킴과 함께, 이후에 기재하는 바와 같이, 압출 피복 수지층의 파단 신장율이나 내약품성의 저하를 억제하는 것이 가능해진다.

수지 (B)로서는, 예를 들면, 폴리카보네이트(PC), 열가소성 폴리이미드(TPI), 폴리페닐술폰(PPSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 신디오택틱폴리스티렌(SPS), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌에테르(PPE), 폴리술폰(PSU), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리아미드이미드(PAI), 액정 폴리머(LCP) 등의 고성능 플라스틱, 또는 이들의 공중합체 혹은 혼합물 등을 들 수 있다.

수지 (B)는, PC, TPI, PPSU, PES 및 PEI로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 수지가 바람직하고, PC 및 TPI로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 수지가 보다 바람직하다.

이 중, PC로서는, 걸리버 300-10(스미카스타이론샤(Sumika Styron Polycarbonate Limited)제, 상품명), TPI로서는, 오람 PL450C(미츠이카가쿠샤(三井化學社)제, 상품명), T-541S(미츠비시가스카가쿠샤(MITSUBISHI GAS CHEMICAL COMPANY, INC.)제, 상품명), PPSU로서는 레이델 R-5800(Solvey사제, 상품명), PES로서는, 스미카세크셀 4100G(스미토모카가쿠샤(住友化學社)제, 상품명), PEI로서는, 우르템 1000(사빅이노베이티브플라스틱재팬샤(Saudi Basic Industries Corporation)제, 상품명) 등의 시판품을 들 수 있다.

이들의 각 수지의 대표적인 200℃에서의 비유전율은, PC가 3.0, TPI가 3.1, PPSU가 3.6, PES가 3.5, PEI가 3.1이다.

본 발명에서는, 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 질량비(수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)는, 90:10 ~ 51:49이다.

상기 질량비는, 85:15 ~ 60:40이 바람직하고, 80:20 ~ 65:35가 보다 바람직하다.

수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 질량비를 상기의 범위로 하는 것으로, 전선 피막으로써 이용했을 때의 파단 신장율이나 내약품성의 저하를 억제하면서, 200℃에 있어서의 비유전율을 저감시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 고온 환경하에서 사용하는 전기기기에 적합한 절연 전선을 제공할 수 있다.

본 발명에 이용되는 압출 피복 수지층에는, 후술의 열경화성 수지층과 마찬가지의 수지 이외의 소재를 더해도 좋다.

본 발명에 이용되는 압출 피복 수지층을 구성하는 혼합 수지의 파단 신장율은, 50% 이상이 바람직하고, 100% 이상이 보다 바람직하다. 또한, 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 500% 이하가 현실적이다.

압출 피복 수지층에 이용되는 혼합 수지의 파단 신장율은, 이하와 같이 하여 측정한다.

우선, 사용하는 혼합 수지를 핫 프레스로, 두께 0.15 mm로 압축 성형하고, 얻어진 시트를 덤벨편(片)(IEC-S형)으로 펀칭하고, 시험편을 제작한다. 이 시험편을 인장 시험기(예를 들면, 시마즈세이사쿠쇼가부시키가이샤(島津製作所株式會社)제, 상품명: AGS-J)를 이용하고, 인장 속도 20 m/min로 인장 시험을 행한다. 표선(標線)간을 20 mm로 하고, 시험수 n = 5의 시험에 있어서, 파단시의 표선 간의 신장율의 평균치를 측정한다.

압출 피복 수지층의 두께는, 250μm 이하가 바람직하고, 180μm 이하가 보다 바람직하다. 압출 피복 수지층이 너무 두꺼우면, 압출 피복 수지층 자체에 강성이 있기 때문에, 절연 전선으로서의 가요성이 부족해지고, 가공 전후에서의 전기 절연성 유지 특성의 변화에 영향을 주는 일이 있다. 한편, 도체의 단면이 환형인 경우, 압출 피복 수지층의 두께는, 절연 불량을 방지할 수 있는 점에서, 5μm 이상이 바람직하고, 15μm 이상이 더 바람직하다. 이 적합한 실시형태에 있어서는, 도체가 사각형인 경우, 사각형의 4변 중의, 한쪽의 대향하는 2변 및 다른 쪽의 대응하는 2변에 마련된 압출 피복 수지층의 두께는, 모두 200μm 이하가 바람직하다.

(압출 피복 수지층의 형성 방법)

도체 또는 열경화성 수지층을 형성한 도체(에나멜선이라고도 한다)의 외주면에, 공압출기(共押出機)를 이용하여, 압출 피복 수지층에 사용하는 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 수지 또는, 각각의 수지를 동시에 압출하여, 압출 피복 수지층을 형성한다. 혼합 수지는, 수지의 유리 전이 온도보다 높은 온도로 용융 상태로 하고, 도체 또는 에나멜선에 압출하여 접촉시킨다. 열경화성 수지층을 가지는 에나멜선의 경우는, 열경화성 수지층에 압출 피복 수지를 열융착시켜서 압출 피복 수지층을 형성한다.

또한, 열가소성 수지층(예를 들면, 본 발명에서 사용하는 혼합 수지로 이루어지는 압출 피복 수지층)은, 유기용매 등과 열가소성 수지를 이용하여 형성할 수도 있다.

압출기의 스크류는, 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 30 mm 풀 플라이트, L/D = 20, 압축비 3의 스크류를 들 수 있다. 압출 온도 조건은, 수지 투입측으로부터 순서대로, C1, C2, C3과 적어도 3개 존으로 구분하여, 압출기 내의 실린더의 온도를 조정하는 것이 바람직하고, 또한 헤드부(H), 다이스부(D)의 온도를 조절한다. C1의 온도는, 290 ~ 310℃가 바람직하고, C2의 온도는, 370 ~ 380℃가 바람직하고, C3의 온도는, 380 ~ 390℃가 바람직하다. 또한, 헤드부(H)의 온도는, 380 ~ 400℃가 바람직하고, 다이스부(D)의 온도는, 380 ~ 400℃가 바람직하다. 압출 다이(extruding die)는, 도체와 유사한 형태이며, 필요한 두께가 얻어지는 다이스를 사용한다. 상기 수지를 압출 피복한 후, 수냉한다.

본 발명에서는, 상대 결정화도는, 이론적으로 도달 가능한 결정화도의 최대치를 100%로 했을 때의 상대 비율을 나타내는 것이다. 열가소성 수지층의 상대 결정화도는, 시차주사 열량분석(DSC: Differential Scanning Calorimetry)에 의해 측정된 융해 열량 및 결정화 열량에 기초하여 하기 식에 의해서 산출한다.

(상대 결정화도) = {(융해 열량-결정화 열량)/(융해 열량)}×100(%)

단, 융해 열량은, DSC 측정시에 있어서의 융해 급열량(J/g)이며, 결정화 열량은 DSC 측정시에 있어서의 재결정 발열량(J/g)이다.

<열경화성 수지층>

본 발명의 절연 전선은, 전선 피막으로서 상기의 압출 피복 수지층 이외에, 다른 절연층을 마련해도 좋다.

다른 절연층 중에서, 본 발명에서는, 도체와 압출 피복 수지층의 밀착성을 개량하기 위해서 열경화성 수지층(이 경우, 에나멜층이라고도 칭함)을 마련하는 것이 바람직하고, 특히 바람직하게는, 도체와 압출 피복 수지층의 사이에 마련한다.

열경화 수지층은 에나멜 수지로 적어도 1층 마련하는 것이 바람직하지만, 복수 층이라도 좋다. 또한, 열경화성 수지층의 1층은, 두께를 증가시키기 위해서 동일한 바니시를 반복하여 베이킹한 것을 포함하고, 다른 바니시로 형성한 것은 다른 층으로서 카운트한다.

열경화성 수지층을 형성하는 에나멜 수지로서는, 종래 이용되고 있는 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에스테르이미드(PEsI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드히단토인 변성 폴리에스테르, 폴리아미드(PA), 포멀(formal), 폴리우레탄(PU), 폴리에스테르(PE), 폴리비닐포멀, 에폭시, 폴리히단토인을 들 수 있다. 이 중, 내열성이 우수한, 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에스테르이미드(PEsI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리이미드히단토인 변성 폴리에스테르 등의 폴리이미드계 수지 및 H종 폴리에스테르(HPE)가 바람직하다.

본 발명에서는, 특히, 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에스테르이미드(PEsI), 폴리에테르이미드(PEI) 및 H종 폴리에스테르(HPE)로부터 선택되는 수지가 그 중에서도 바람직하다.

폴리이미드는, 특별히 제한은 없고, 전방향족 폴리이미드 및 열경화성 방향족 폴리이미드 등, 통상의 폴리이미드를 이용할 수 있다. 예를 들면, 시판품(히타치카세이샤(日立化成社)제, 상품명: HI406)을 이용하거나, 통상의 방법에 의해, 방향족 테트라카복실산 2 무수물과 방향족 디아민류를 극성 용매 중에서 반응시켜서 얻어지는 폴리아미드산 용액을 이용하고, 피복할 때의, 베이킹시의 가열 처리에 의해서 이미드화 시키는 것에 의해서 얻어지는 것을 이용할 수 있다.

폴리아미드이미드는, 열경화성의 것이면 좋고, 시판품[예를 들면, 상품명: U 이미드(유니치카샤(UNITIKA LTD.)제), 상품명: U-바니시(우베교산샤(宇部興産社)제), 상품명: HCI 시리즈(히타치카세이샤제)]를 이용하거나, 통상의 방법에 의해, 예를 들면 극성 용매 중에서 트리카복실산 무수물과 디이소시아네이트류를 직접 반응시켜서 얻은 것, 또는, 극성 용매 중에서 트리카복실산무수물에 디아민류를 먼저 반응시키서, 우선 이미드 결합을 도입하고, 다음에 디이소시아네이트류로 아미드화하여 얻은 것을 이용할 수 있다. 또한, 폴리아미드이미드는, 다른 수지에 비해 열전도율이 낮고, 절연 파괴 전압이 높고, 베이킹 경화가 가능하다.

폴리에스테르이미드는, 분자 내에 에스테르 결합과 이미드 결합을 가지는 폴리머로서 열경화성의 것이면 좋고, 예를 들면, 네오히트 8600A(상품명, 도토쿠토료샤(東特塗料社)제) 등의 시판품을 이용할 수 있다.

또한, 폴리에스테르이미드는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 트리카복실산무수물과 아민으로부터 이미드 결합을 형성하고, 알코올과 카복실산 또는 그 알킬에스테르로부터 에스테르 결합을 형성하고, 그리고, 이미드 결합의 유리산기(遊離酸基) 또는 무수기가 에스테르 형성 반응에 더해지는 것으로 얻어지는 것을 이용할 수 있다. 이러한 폴리에스테르이미드는, 예를 들면, 트리카복실산무수물, 디카복실산 화합물 또는 그 알킬에스테르, 알콜화합물 및 디아민 화합물을 공지의 방법으로 반응시키서 얻은 것을 이용할 수도 있다.

폴리에테르이미드는, 예를 들면, 우르템 1010(사빅이노베이티브플라스틱사제, 상품명)의 시판품을 들 수 있다.

H종 폴리에스테르(HPE)는, 방향족 폴리에스테르 중 페놀 수지 등을 첨가하는 것에 의해서 수지를 변성시킨 것으로, 내열 클래스가 H종인 것을 말한다. 시판의 H종 폴리에스테르는, Isonel 200(상품명, 미국 스케넥터디 인터내셔널사(Schenectady International Inc.)제) 등을 들 수 있다.

에나멜 수지는, 이것들을 1종 단독으로 사용해도 좋고, 또한 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.

열경화성 수지층의 두께는, 에나멜층을 형성할 때의 베이킹로를 통과하는 회수를 줄이고, 도체와 열경화성 수지층의 접착력이 극단적으로 저하되는 것을 방지할 수 있는 점에서, 60μm 이하가 바람직하고, 50μm 이하가 보다 바람직하다. 또한, 절연 전선으로서의 에나멜선에 필요한 특성인, 내전압 특성, 내열 특성을 떨어뜨리지 않기 위해서는, 열경화성 수지층이 어느 정도의 두께를 가지고 있는 것이 바람직하다. 열경화성 수지층의 두께의 하한은, 핀홀이 생기지 않는 정도의 두께이면 특별히 제한되는 것이 아니고, 3μm 이상이 바람직하고, 6μm 이상이 보다 바람직하다. 도체가 사각형인 경우, 사각형의 4변 중의, 한쪽의 대향하는 2변 및 다른쪽의 대응하는 2변에 마련된 열경화성 수지층의 두께는, 모두 60μm 이하가 바람직하다.

열경화성 수지층은, 상술의 에나멜 수지를 포함하는 수지 바니시를 도체 상에 바람직하게는 복수회 도포, 베이킹하여 형성할 수 있다.

수지 바니시는, 열경화성 수지를 바니시화 시키기 위해서 유기용매 등을 함유한다. 유기용매로서는, 열경화성 수지의 반응을 저해하지 않는 한은 특별히 제한은 없고, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아미드(DMAC), N,N-디메틸포름아미드(DMF) 등의 아미드계 용매, N,N-디메틸에틸렌우레아, N,N-디메틸프로필렌우레아, 테트라메틸 요소 등의 요소계 용매, γ-부틸로락톤, γ-카프로락톤 등의 락톤계 용매, 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트계 용매, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매, 초산에틸, 초산 n-부틸, 부틸셀로솔브아세테이트, 부틸카비톨아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 에틸카르비톨아세테이트 등의 에스테르계 용매, 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임 등의 그라임계 용매, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥산 등의 탄화수소계 용매, 크레졸, 페놀, 할로겐화 페놀 등의 페놀계 용매, 술포란 등의 술폰계 용매, 디메틸술폭시드(DMSO) 등을 들 수 있다.

이들 중, 고용해성, 고반응 촉진성 등에 착안하면, 아미드계 용매, 페놀계 용매 및 요소계 용매가 바람직하고, 가열에 의한 가교 반응을 저해하기 쉬운 수소 원자를 가지지 않는 등의 점에서, 상기 아미드계 용매, 상기 페놀계 용매, 상기 요소계 용매 및 디메틸술폭시드가 바람직하고, 상기 아미드계 용매 및 디메틸술폭시드가 특히 바람직하다.

본 발명에 이용하는 수지 바니시는, 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서, 기포화 핵제, 산화 방지제, 대전 방지제, 자외선 방지제, 광안정제, 형광 증백제, 안료, 염료, 상용화제(相溶化劑), 윤활제, 강화제, 난연제, 가교제, 가교조제, 가소제, 증점제, 감점제 및 엘라스토머 등의 각종 첨가제를 함유해도 좋다. 또한, 얻어지는 절연 전선에, 이들의 첨가제를 함유하는 수지로 이루어지는 층을 적층해도 좋고, 이들의 첨가제를 함유하는 도료를 코팅해도 좋다.

수지 바니시는, 열경화성 수지층의 탄성률을 향상시키기 위해서, 유리 섬유나 카본 나노 튜브 등, 높은 어스펙트비를 가지는 분체를 도료에 첨가하여, 베이킹해도 좋다. 이와 같이 하는 것으로, 가공시에 선의 흐름방향으로 분체가 정렬되고, 굽힘 방향에 있어서의 탄성률이 강화된다.

수지 바니시를 도포하는 방법은, 통상의 방법으로 좋고, 예를 들면, 도체 형상의 유사형으로 한 바니시 도포용 다이스를 이용하는 방법, 도체 단면 형상이 사각형이라면 우물(井) 형상으로 형성된 「유니버설 다이스」라고 불리는 다이스를 이용하는 방법을 들 수 있다. 에나멜 수지를 포함하는 수지 바니시를 도포한 도체는, 통상의 방법으로 베이킹로에서 베이킹된다. 구체적인 베이킹 조건은 그 사용되는 노(爐)의 형상 등에 좌우되는데, 대략 5m의 자연 대류식의 수직로(竪型爐)이면, 400 ~ 500℃에서 통과시간을 10 ~ 90초로 설정하는 것으로써 달성할 수 있다.

<절연 전선의 제조 방법>

본 발명의 절연 전선의 제조 방법은, 상기와 같은, 도체의 외주에, 압출 피복 수지층을 포함하는, 적어도 1층의 전선 피막을 가지는 절연 전선을 제조하는 방법이다.

즉, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 절연 전선은, 압출 피복 수지층이, 서로 비유전율이 다른 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 수지로 이루어지고, 수지 (A)가, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤 및 폴리케톤으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 폴리알릴에테르케톤 수지이며, 수지 (B)가, 200℃에서의 비유전율이 수지 (A)보다 낮은 비불소계의 수지이며, 이 혼합 수지의 혼합 질량비(수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)가 90:10 ~ 51:49이며, 또한, 전선 피막 전체의 비유전율에 있어서, 25℃ 상대습도 50%에서의 비유전율에 대한, 200℃에서의 비유전율의 비의 값이 1.20 미만이다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 절연 전선은, 전선 피막으로서 상기의 압출 피복 수지층 이외에, 다른 절연층을 마련해도 좋고, 예를 들면, 도체와 압출 피복 수지층의 밀착성을 개량하기 위해서 열경화성 수지층(이 경우, 에나멜층이라고도 칭한다)을 마련하는 것이 바람직하다.

또한, 각각의 층의 상세한 사항은, 본 발명의 절연 전선에 있어서의 압출 피복 수지층 및 열경화성 수지층의 기재가 바람직하게 적용된다.

또한, 본 발명의 절연 전선의 제조 방법은, 예를 들면, 도체의 외주에, 상기의 혼합 수지를 포함하는 수지 조성물을 압출 성형하여, 상기 압출 피복 수지층을 형성하는 공정을 포함한다.

각각의 층의 형성 방법의 상세한 사항은, 압출 피복 수지층, 열경화성 수지층에서 설명한 바와 같다.

<용도>

본 발명의 절연 전선은, 각종 전기기기 등, 내전압성이나 내열성을 필요로 하는 분야에 이용 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 절연 전선은 코일 가공하여 모터나 트랜스 등에 이용되고, 고성능의 전기기기를 구성할 수 있다. 특히 HV(하이브리드 카)나 EV(전기 자동차)의 구동 모터용의 권선으로서 적합하게 이용된다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 상기의 절연 전선을 코일화하여 이용한, 전자·전기기기, 특히 HV 및 EV의 구동 모터를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 절연 전선이 모터 코일에 이용되는 경우에는 모터 코일용 절연 전선이라고도 칭한다.

특히, 200℃를 초과하는 온도로도 되는 전자·전기기기, 특히 HV 및 EV의 구동 모터용의 절연 권선으로서 적합하게 이용된다.

[실시예]

이하에, 본 발명을 실시예에 기초하여, 더 상세하게 설명하는데, 이것들은 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

[실시예 1]

이하의 순서로, 도 1의 형태의 절연 전선을 제작했다.

1.8×3.3 mm(두께×폭)로 4 모서리의 모따기 반경 r = 0.3 mm의 평각 도체(산소 함유량 15 ppm의 구리)를 준비했다. 열경화성 수지층의 형성에 있어서는, 도체의 형상과 유사형의 다이스를 사용하고, 폴리아미드이미드 수지(PAI) 바니시(히타치카세이샤제, 상품명: HI406)를 도체에 코팅하고, 450℃로 설정한 노(爐) 길이 8 m의 베이킹로 내를, 베이킹 시간 15초가 되는 속도로 통과시키고, 이 1회의 베이킹 공정으로 두께 5μm의 에나멜을 형성했다. 이것을 반복하여 합계 6회 행하는 것으로 두께 30μm의 열경화성 수지층(에나멜층)을 형성하고, 피막 두께 30μm의 에나멜선을 얻었다.

얻어진 에나멜선을 심선(心線)으로 하고, 이 열경화성 수지층의 외측에 압출 피복 수지층을 형성했다.

압출 피복하는 수지에, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)(솔베이스페셜티폴리머즈사제, 상품명: 키타스파이어 KT-880, 25℃의 비유전율 3.2, 200℃의 비유전율 4.5)과 PC(스미카스타이론샤제, 상품명: 걸리버 300-10, 25℃의 비유전율 3.0, 200℃의 비유전율 3.0)를 이용했다.

압출기의 스크류는, 30 mm 풀 플라이트, L/D = 20, 압축비 3을 이용했다. 압출 온도 조건은, C1: 300℃, C2: 370℃, C3: 380℃, H: 390℃, D: 390℃로 설정했다. 여기서, C1, C2, C3는 압출기 내의 실린더의 온도이며, 수지 투입측으로부터 순서대로 3 존의 온도를 각각 나타낸다. 또한, H는 헤드부, D는 다이스부의 온도를 나타낸다.

압출 다이를 이용하여, 상기 수지를 압출 피복한 후, 10초의 시간을 두고 수냉하는 것으로, 두께 170μm의 압출 피복 수지층을 형성하고, 에나멜선 상에 PEEK와 PC의 혼합 수지로 이루어지는 압출 피복 수지층을 가지는 합계 두께(열경화성 수지층과 압출 피복 수지층의 두께의 합계) 200μm의 절연 전선을 얻었다.

[실시예 2 ~ 13]

압출 피복 수지층에 사용하는 수지의 종류와 혼합 비율을, 하기 표 1 및 2와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 각 절연 전선을 얻었다.

[실시예 14]

압출 피복 수지층에 사용하는 수지의 종류와 혼합 비율을, 하기 표 2와 같이 변경하고, 압출 피복 수지층의 두께를 25μm로 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 14의 절연 전선을 얻었다.

[실시예 15]

압출 피복 수지층에 사용하는 수지의 종류와 혼합 비율을, 하기 표 2와 같이 변경하고, 압출 피복 수지층의 두께를 100μm로 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 15의 절연 전선을 얻었다.

[실시예 16]

압출 피복 수지층에 사용하는 수지의 종류와 혼합 비율을, 하기 표 2와 같이 변경하고, 사용하는 도체는 열경화성 수지층(에나멜층)을 가지지 않는 나선(裸線)으로 변경하고, 압출 피복 수지층의 두께를 200μm로 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실시예 16의 절연 전선을 얻었다.

[실시예 17 ~ 19]

압출 피복 수지층에 사용하는 수지의 종류와 혼합 비율을, 하기 표 3과 같이 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 각 절연 전선을 얻었다.

또한, 수지 (B)의 PC, TPI, PPSU, PES 및 PEI는, 이하의 수지를 사용했다.

·PC

폴리카보네이트(스미카스타이론샤제, 상품명: 걸리버 300-10, 25℃의 비유전율 3.0, 200℃의 비유전율 3.0)

·TPI

열가소성 폴리이미드(미츠이카가쿠샤제, 상품명: 오람 PL450C, 25℃의 비유전율 3.1, 200℃의 비유전율 3.1)

·PPSU

폴리페닐술폰(Solvey사제, 상품명: 레이델 R-5800, 25℃의 비유전율 3.45, 200℃의 비유전율 3.6)

·PES

폴리에테르술폰(스미토모카가쿠샤제, 상품명: 스미카세크셀 4100 G, 25℃의 비유전율 3.5, 200℃의 비유전율 3.5)

·PEI

폴리에테르이미드(사빅이노베이티브플라스틱재팬샤제, 상품명 우르템 1000, 25℃의 비유전율 3.1, 200℃의 비유전율 3.1)

[비교예 1]

압출 피복 수지층에 사용하는 수지의 종류와 혼합 비율을, 하기 표 4와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 1의 절연 전선을 얻었다.

[비교예 2 ~ 6]

압출 피복 수지층에 사용하는 수지의 종류와 혼합 비율을, 하기 표 4와 같이 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 2 ~ 6의 각 절연 전선을 얻었다.

[비교예 7]

압출 피복 수지층에 사용하는 수지의 종류와 혼합 비율을, 하기 표 4와 같이 변경하고, 압출 피복 수지층의 두께를 25μm로 변경한 것 외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 비교예 7의 절연 전선을 얻었다.

상기와 같이 하여 제작한 각 절연 전선에 대해서, 이하의 항목의 평가를 행했다.

(비유전율)

1) 압출 피복 수지층을 형성하는 수지 (A), (B)의 단독의 비유전율

이하와 같이 하여 측정했다.

단독 수지의 비유전율은 각 수지 단독의 샘플을 열 프레스기에 의해서 시트 형상으로 성형하고, JIS C2138:2007에 준하여 측정했다.

또한, 측정은, LCR 하이테스터(히오키덴키가부시키가이샤제, 형식 3532-50)를 이용하여, 샘플이 25℃ 및 200℃의 것을 각각 측정했다.

2) 압출 피복 수지층을 형성하는 혼합 수지의 비유전율

혼합 수지의 비유전율은, 상기의 1)에 있어서의 방법과 마찬가지로 각 혼합 수지의 샘플을 열 프레스기에 의해서 시트 형상으로 성형하고, JIS C2138:2007에 준하여 측정했다.

3) 전선 피막(절연 피막) 전체의 비유전율

실시예 1 ~ 19 및 비교예 1 ~ 7로 제작한 절연 전선을 이용하여, 이하와 같이 하여 측정했다.

먼저, 절연 전선의 정전 용량을, LCR 하이테스터(히오키덴키가부시키가이샤제, 형식 3532-50)를 이용하여, 25℃ 및 200℃로 측정했다. 얻어진 정전 용량과 도체 및 절연 전선의 외경으로부터, 하기식에 기초하여, 각각 25℃ 및 200℃에서의 비유전율을 산출했다.

εr = Cp·Log(b/a)/(2πε₀)

여기서, εr은 전선 피막(절연 피막) 전체의 비유전율, Cp는 단위길이당의 정전 용량[pF/m], a는 도체의 외경, b는 절연 전선의 외경, ε₀은 진공의 유전율(8.855×10^-12[F/m])이다. 이후, 전선 피막을, 절연 피막이라고도 칭한다.

(파단 신장율)

압출 피복 수지층에 이용되는 수지의 파단 신장율을 다음과 같이 평가했다.

압출 피복 수지층에 이용되는 수지를 핫 프레스로, 두께 0.15 mm로 압축 성형하고, 시트를 제작했다. 얻어진 시트를 덤벨편(IEC-S형)으로 펀칭하고, 시험편을 제작했다. 측정에는 인장 시험기(시마즈세이사쿠쇼가부시키가이샤제, 상품명: AGS-J)를 이용하고, 인장 속도 20 m/min로 인장 시험을 행했다. 표선간을 20 mm로 하고, 시험수 n = 5의 시험에 있어서 파단시의 표선간의 신장율의 평균치를 측정하고, 이하의 기준으로 평가했다.

파단 신장율 50% 이상 500% 이하의 경우를 합격으로서 「A」로 표시하고, 상기의 범위로부터 벗어난 것을 불합격으로서 「C」로 표시했다.

(내열 노화 특성(200℃))

열노화 특성을 다음과 같이 평가했다.

JIS C3216-6 「권선 시험 방법 - 제1부: 전반 사항」의 「3. 내열 충격(에나멜선 및 테이프 권선에 적용)」을 참고로, 길이 방향으로 1% 신장시킨 곧은 형상(直狀)의 각 절연 전선을, 200℃의 고온조 내에 500시간 정치(靜置)한 후에, 열경화성 수지층 및 압출 피복 수지층에 균열이 발생하고 있는지 아닌지를 육안으로 확인했다.

여기서, 열경화성 수지층의 균열의 확인은, 압출 피복 수지층을 벗겨서 확인하고, 압출 피복 수지층의 균열의 확인은, 고온조로부터 꺼낸 절연 전선 자체의 표면을 직접 관측했다.

열경화성 수지층 및 압출 피복 수지층의 어느 것에도 균열을 확인할 수 없었던 경우를 합격으로서 「A」로 표시하고, 열경화성 수지층 또는 압출 피복 수지의 어느 한쪽에 층 균열이 확인된 것을 「B」, 열경화성 수지층 및 압출 피복 수지의 어느 것에도 층 균열을 확인할 수 있었던 경우를 「C」로 표시했다. 「B」 및 「C」가 불합격이다.

(부분방전 개시전압(PDIV)의 200℃로의 저하율의 측정)

PDIV를 다음과 같이 평가했다.

2개의 평각선의 플랫면끼리를 도 3과 같이 병행(竝行)으로 배치하고, 수지성 클립으로 고정한 것을 시험편으로 했다. 두께 50μm의 절연 스페이서를 협지하는 것으로 전선 간에 평행 평판 형상의 공기 갭을 형성했다. 시험편의 유효 길이는 약 100 mm이며, 이것을 온도와 습도가 제어된 항온항습조에 설치하고, 50 Hz의 정현파의 교류 전압을 인가하여 방전 전하량이 10 pC를 초과했을 때의 전압을 PDIV로 했다. 승압 속도는 50 V/s로 하고, 부분방전의 검출에는 KPD2050(기쿠스이덴시고교(菊水電子工業)제, 상품명)를 이용했다. 측정은 온도 25℃, 상대습도 50%와 온도 200℃의 2종의 조건으로 행했다.

판정은, 온도 200℃에 있어서의 PDIV가, 온도 25℃, 상대습도 50%에 있어서의 PDIV에 대해서 30% 이상 저하되고 있었을 경우를 불합격으로서 「C」로 표시하고, 30% 미만의 저하였을 경우를 합격으로서 「A」로 표시했다.

얻어진 결과를 정리하여 하기 표 1 ~ 4에 나타냈다.

표 1 및 2의 실시예 1 ~ 3 및 6 ~ 13으로부터 명백한 바와 같이, PEEK에 PC, TPI, PPSU, PES 또는 PEI를 10 ~ 49질량부 배합한 조성의 압출 피복 수지층을 이용한 절연 전선은, 파단 신장율 및 내열 노화 특성의 저하를 함께 억제하면서 비유전율의 비의 값을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 표 3의 실시예 17 ~ 19로부터 명백한 바와 같이, PEEK에 PC, TPI, PPSU, PES 및 PEI로부터 선택되는 2종류의 수지를 배합했을 경우라도, 파단 신장율 및 내열 노화 특성의 저하를 함께 억제하면서 비유전율의 비의 값을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다. 마찬가지로, 표 1의 실시예 4 및 5로부터 PEK에 PC를 10 ~ 49질량부 배합했을 경우라도, 파단 신장율 및 내열 노화 특성의 저하를 함께 억제하면서 비유전율의 비의 값을 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 실시예 2와 실시예 15 및 14의 비교로부터, 압출 피복 수지층의 막 두께를 얇게 했을 경우라도, 200℃에 있어서의 절연 피막 전체의 비유전율은 높아져 버리는데, 여전히 실용적인 범위에 수렴되는 것을 알 수 있었다. 게다가, 본래, 수지 피막이 얇아짐에 따라서, 부분방전 개시전압(PDIV)은 낮아지는데, 절연 피막 전체의, 25℃에 대한 200℃의 비유전율의 비의 값은, 압출 피복 수지층의 두께가, 170μm, 100μm, 25μm로 얇아짐에 따라서, 1.15, 1.12, 1.08로 작아지고, 온도 변화에 수반하는 비유전율의 상승이 적어, 바람직한 것을 알 수 있었다.

또한, 실시예 16으로부터 열경화 수지층을 가지지 않는 경우에서도, 마찬가지로 파단 신장율 및 내열 노화 특성의 저하를 함께 억제하면서, 절연 피막 전체의 비유전율의 비의 값을, 고온에 있어서의 PDIV가 과도하게 저하하지 않는 수준까지 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.

이것에 비해, 표 4의 비교예 1로부터, 수지 (B)를 더하지 않는 경우, 절연 피막의 비유전율의 25℃에 대한 200℃의 비의 값이 1.20 이상이 되고, 그 결과, 200℃에 있어서의 부분방전 개시전압(PDIV)이 25℃의 PDIV에 대해서 30% 이상 저하되어 있고, 200℃에서 크게 저하되는 것을 알 수 있다.

또한, 비교예 2 ~ 6으로부터, PC, TPI, PPSU, PES 또는 PEI를 60질량부 더했을 경우에는, 파단 신장율이 허용할 수 있는 하한보다 저하되고, 내열 노화 특성도 고온 환경에서 이용하는 전자기기용의 절연 전선으로서 바람직하지 않은 수준이 되는 것을 알 수 있었다.

게다가, 비교예 7로부터, 압출 피복 수지층의 막 두께를 얇게 했을 경우라도, PC를 60질량부 더했을 경우에는, 파단 신장율이 허용할 수 있는 하한보다 저하되고, 내열 노화 특성도 고온 환경에서 이용하는 전자기기용의 절연 전선으로서 바람직하지 않은 수준이 되는 것을 알 수 있었다.

또한, 비교예 7과 같이, 압출 피복 수지층의 막 두께를 얇게 하면, 열경화성 수지층의 200℃에 있어서의 비유전율은 25℃에 있어서의 비유전율과 거의 다르지 않기 때문에, 비유전율의 비의 값은 1.00에 가까운 쪽으로 개선되지만, 내열 노화 특성에 문제가 발생한다.

이것에 비해, 실시예 14와 같이, 본 발명에서 규정하는 조성으로 하는 것으로, 각종 성능을 양립시키는 것이 가능해졌다.

상기의 결과로부터, 본 발명의 절연 전선은, 통상의 전기기기는 물론, 200℃를 초과하는 고온에서도, 인버터 서지 열화가 억제되고, 기계적 특성이 우수하고, 내열 열화가 억제된 절연 전선이나 이 절연 전선을 이용한 코일, 전자·전기기기에도 바람직하게 적용할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 절연 전선의 제조 방법에 의해, 상기 우수한 성능을 가지는 절연 전선을 제조할 수 있었다.

본 발명을 그 실시형태와 함께 설명했지만, 우리는 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부사항에서 한정하려고 하는 것이 아니고, 첨부된 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하는 일 없이 폭넓게 해석되는 것이 당연하다고 생각한다.

본원은, 2014년 9월 9일에 일본에서 특허 출원된 일본 특허출원 2014-183637에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 이것은 여기에 참조하여 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로서 넣는다.

1: 절연 전선
11: 도체
12: 열경화성 수지층
13: 압출 피복 수지층
21: 절연 전선(평각선)
22: 절연 스페이서
23: 시험편
24: PDIV 시험기(50 Mz 교류 전압인가)
25: 항온항습조(25℃, 상대습도 50%)

Claims

도체의 외주에, 압출 피복 수지층을 포함하는, 적어도 1층의 전선 피막을 가지는 절연 전선으로서,
상기 압출 피복 수지층이, 서로 비유전율이 다른 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 수지로 이루어지고,
상기 수지 (A)가, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤 및 폴리케톤으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 폴리알릴에테르케톤 수지이며,
상기 수지 (B)가, 200℃에서의 비유전율이 상기 수지 (A)보다 낮은 비불소계의 수지이며,
상기 혼합 수지의 혼합 질량비(수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)가 90:10 ~ 51:49이며, 또한
상기 전선 피막 전체의 비유전율에 있어서, 25℃ 상대습도 50%에서의 비유전율에 대한, 200℃에서의 비유전율의 비의 값이, 1.20 미만인, 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1 항에 있어서,
상기 수지 (B)가, 폴리카보네이트, 열가소성 폴리이미드, 폴리페닐술폰, 폴리에테르술폰 및 폴리에테르이미드로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 수지인 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 압출 피복 수지층의 수지의 파단 신장율이, 50% 이상인 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전선 피막이, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드 및 H종 폴리에스테르로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 열경화성 수지층을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선을 권선 가공한 코일.
제 5 항에 기재된 코일을 이용한 전자·전기기기.
도체의 외주에, 압출 피복 수지층을 포함하는, 적어도 1층의 전선 피막을 가지는 절연 전선의 제조 방법으로서,
상기 압출 피복 수지층이, 서로 비유전율이 다른 수지 (A)와 수지 (B)의 혼합 수지로 이루어지고,
상기 수지 (A)가, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤케톤 및 폴리케톤으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 폴리알릴에테르케톤 수지이며,
상기 수지 (B)가, 200℃에서의 비유전율이 상기 수지 (A)보다 낮은 비불소계의 수지이며,
상기 혼합 수지의 혼합 질량비(수지 (A)의 질량:수지 (B)의 질량)가 90:10 ~ 51:49이며, 또한
상기 전선 피막 전체의 비유전율에 있어서, 25℃ 상대습도 50%에서의 비유전율에 대한, 200℃에서의 비유전율의 비의 값이, 1.20 미만이며,
상기 도체의 외주에, 상기 혼합 수지를 포함하는 수지 조성물을 압출 성형하여, 상기 압출 피복 수지층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선의 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 수지 (B)가, 폴리카보네이트, 열가소성 폴리이미드, 폴리페닐술폰, 폴리에테르술폰 및 폴리에테르이미드로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 수지인 것을 특징으로 하는 절연 전선의 제조 방법.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 압출 피복 수지층의 수지의 파단 신장율이, 50% 이상인 것을 특징으로 하는 절연 전선의 제조 방법.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도체의 외주에, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드 및 H종 폴리에스테르로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 열경화성 수지층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 전선의 제조 방법.