KR20190139864A - 절연 전선재 및 그 제조 방법과, 코일 및 전기·전자 기기 - Google Patents

Abstract

단심 도체 또는 서로 병행 혹은 나선 모양으로 배치된 복수개의 분할 도체를 가지는 도체와, 도체의 외주를 피복하는 외주 절연층과, 도체의 적어도 한쪽 단부에 단심 도체 또는 분할 도체와의 용접부를 거쳐 적어도 용접부의 둘레면에 접합된 용접용 부재를 가지는 절연 전선재 및 그 제조 방법, 이 절연 전선재를 가지는 코일과, 이 코일을 가지는 전기·전자 기기.

Description

절연 전선재 및 그 제조 방법과, 코일 및 전기·전자 기기

본 발명은, 절연 전선재 및 그 제조 방법과, 코일 및 전기·전자 기기에 관한 것이다.

근래, 전기·전자 기기의 고성능화가 급속히 진전되고 있으며, 이것에 이용되는 절연 전선으로서, 용도 등에 따른 특성을 갖는 절연 전선, 예를 들면, 높은 고주파 특성을 나타내는 절연 전선이 요구되고 있다.

높은 고주파 특성을 나타내는 절연 전선으로서, 예를 들면, 자동차의 모터(코일)에 이용되는 절연 전선을 들 수 있다. 구체적으로는, 환경 보호 대응을 위해, 2010년대부터, 하이브리드 자동차(HEV：Hybrid　Electric　Vehicle)나 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV), 전기 자동차(EV) 등 전동 모터를 탑재한 전동 차량의 투입이 증가하고 있다. 또, 2018년부터, 미국의 최대 규모의 자동차 시장인 캘리포니아주에서 무공해 자동차(Zero　Emission　Vehicle)(ZEV)의 기준이 엄격화되고, (저연비의) 엔진차나 HEV가 대상에서 제외된다. 그 때문에, 2020년대 이후에서는, ZEV 대책이 본격적으로 요구되게 된다. ZEV에 인정받으려면, 구동계에 내연기관을 사용할 수 없게 되기 때문에, 구동 모터에는, 내연기관과 동등한 성능이 요구되고, 고출력화가 진행되어 가리라 생각된다. 구동 모터 등의 고출력화에는, 통상, 단면(斷面)이 원형인 소위 둥근선(丸線)보다도 단면이 직사각형(矩形)인 소위 평각(平角) 전선이 이용된다. 또, 구동 모터 등의 고회전역에서의 고주파 특성을 높이기 위해서, 와전류 손실이 적은 권선이 요구된다. 일반적으로, 외주에 도체 절연층을 가지는 복수의 소선(素線)(에나멜 소선)으로 형성한 도체를 구비한 절연 전선을 코일 등의 권선으로서 이용하면, 와전류 손실을 저감할 수 있다(예를 들면, 특허문헌 1∼4). 또, 모터 등의 고성능화를 도모하기 위해서는, 절연 전선의 내열성을 향상시키는 것이 효과적이며, 예를 들면, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)(융점 343℃) 등의 내열성 수지로 이루어지는 층을 최외층에 배치한, 고내열성 절연 전선이 제안되어 있다. 이와 같은 내열성 수지로 이루어지는 최외층을 가지는 절연 전선에는, 도체 절연층에도 높은 내열성이 요구된다.

일본공개특허공보 특개2014－96319호 국제공개 제2015/033820호 국제공개 제2015/033821호 일본공개특허공보 특개2017－98030호

전기·전자 기기용 코일은, 제작할 때에, 나아가서는 전기·전자 기기에의 실장 등 시에, 필요에 따라 코일 가공한 절연 전선의 단부(端部)끼리 또는 단부와 단자 등을, 통상 TIG 용접(Tungsten　Insert　Gas 용접)에 의해서, 전기적으로 직접 접속한다.

전기적인 접속은, 근래 급속히 고성능화된 전기·전자 기기에 이용되는 절연 전선도 예외는 아니다. 이와 같은 절연 전선으로서, 유리 전이 온도가 200℃ 이상인 고내열성 수지, 예를 들면, 폴리에테르이미드 수지(특허문헌 2, 4 등 참조.)로 형성한 외주 절연층을 최외층에 가지는 절연 전선을 들 수 있다. 또, 도체 절연층을 가지는 분할 도체를 복수개 묶은 도체(집합 도체라고도 한다.)를 이용한 절연 전선도 들 수 있다. 이 집합 도체의 단부에는, 절연 전선의 최외층에 배치한 절연층뿐만 아니라, 집합 도체를 형성하는 분할 도체를 피복하는 도체 절연층도 존재한다(분할 도체 사이에 도체 절연층이 존재한다).

절연 전선을 단자 등에 TIG 용접하는 경우, 이들 절연층을 형성하는 수지에 의해, 형성되는 용접부에 블로우홀(blowhole)이나 그을음(煤)의 발생 내지는 잔존한다. 그 때문에, 절연 전선의 단부를 단자 등에 용접하기 어렵고, 용접할 수 있어도 용접 강도가 충분하지 않다(단자 등과의 용접 가공성이 떨어진다). 이와 같은 용접 가공 불량은, 특히, 상술한, 고성능화된 전기·전자 기기용의 절연 전선을 이용하는 경우, 또 용접이 어려운 금속 재료의 하나인 구리로 이루어지는 구리 도체를 이용하는 경우에, 더욱 현저하게 된다.

본 발명은, 외주 절연층을 가지는 도체를 포함하는 절연 전선과 단자 등과의 용접 가공성이 우수하고, TIG 용접에 의한 전기적 접속이 가능해지는 절연 전선재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 또, 코일의 권선으로서 이용했을 때의 와전류 손실을 저감할 수 있는 절연 전선재이더라도, 절연 전선과 단자 등과의 용접 가공성이 우수하고, TIG 용접에 의한 전기적 접속이 가능해지는 절연 전선재 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 또, 이 절연 전선재를 이용한 코일, 및 이 코일을 이용한 전기·전자 기기를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 외주 절연층과 도체를 구비한 절연 전선에 있어서, 절연 전선의 단부에, 절연 전선의 다른 단부 또는 단부와 용접용 부재를 미리 특정의 방법으로 파이버 레이저 용접하는 것에 의해, 블로우홀이나 그을음의 발생 및 잔존을 억제해서, 형성되는 용접부의 둘레면측에 용접용 부재를 용접(연결설치(連設))할 수 있는 것을 발견했다. 이렇게 해서, 절연 전선의 단부와 용접용 부재의 용접 예정부를 용접하면, 도체 절연층을 내열성이 높은 수지로 형성한 경우, 또 복수개의 절연 전선을 이용하는 경우에도, 블로우홀이나 그을음의 발생 및 잔존을 억제해서, 절연 전선의 단부와 용접용 부재를 강고하게 용접할 수 있는 것을 발견했다. 게다가 이 용접용 부재를 거치는 것에 의해, 단자 등에 대해서 TIG 용접이 가능해지는 것을 발견했다.

또, 본 발명자들은, 도체 절연층을 가지는 복수개의 소선(분할 도체)으로 이루어지는 도체와 외주 절연층을 구비한 절연 전선에 있어서, 도체의 단부에, 절연 전선의 다른 단부 또는 단자 등에 용접되는 용접용 부재를 미리 특정의 방법으로 파이버 레이저 용접하는 것에 의해, 블로우홀이나 그을음의 발생 및 잔존을 억제해서 형성되는 용접부의 둘레면측에 용접용 부재를 용접(연결설치)할 수 있는 것을 발견했다. 이렇게 해서, 분할 도체의 단부면(端面)과 용접용 부재의 용접 예정부를 용접해서 도체와 용접용 부재를 연결설치하면, 와전류 손실의 저감을 유지하면서, 도체 절연층을 내열성이 높은 수지로 형성한 경우에도 블로우홀이나 그을음의 발생 및 잔존을 억제해서 도체의 단부와 용접용 부재를 강고하게 용접할 수 있는 것을 발견했다. 게다가 이 용접용 부재를 거치는 것에 의해, 단자 등에 대해서 TIG 용접이 가능해지는 것을 발견했다.

본 발명은 상기 지견에 기초하여 더욱더 검토를 거듭하고, 완성되기에 이른 것이다.

즉, 본 발명의 상기 과제는, 이하의 수단에 의해서 해결되었다.

[1]

단심(單芯) 도체를 포함하는 도체와 상기 도체의 외주를 피복하는 외주 절연층을 가지는, 1개 또는 복수개의 절연 전선과,

상기 절연 전선의 적어도 한쪽 단부에, 상기 단심 도체와의 용접부를 거쳐, 적어도 그 용접부의 둘레면에 접합된 용접용 부재를 가지는, 절연 전선재.

[2]

상기 도체가, 상기 단심 도체의 외주면을 피복하는 도체 절연층을 가지는 [1]에 기재된 절연 전선재.

[3]

서로 병행 혹은 나선 모양으로 배치된 복수개의 분할 도체, 및, 상기 분할 도체 사이에 협지(挾持)된 도체 절연층을 가지는 도체와,

상기 도체의 외주를 피복하는 외주 절연층과,

상기 도체의 적어도 한쪽 단부에, 분할 도체와의 용접부를 거쳐, 적어도 그 용접부의 둘레면에 접합된 용접용 부재를 가지는 절연 전선재.

[4]

상기 단심 도체 또는 분할 도체가 평각 도체인 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재.

[5]

상기 복수개의 분할 도체가 어느 것이나(모두), 리본선인 [3] 또는 [4]에 기재된 절연 전선재.

[6]

상기 복수개의 분할 도체가 어느 것이나, 외주면을 피복하는 도체 절연층을 가지는 에나멜 소선이고,

상기 도체가, 상기 에나멜 소선으로 이루어지는 연선(撚線)의 성형체인 [3] 내지 [5] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재.

[7]

상기 단심 도체 또는 분할 도체의 재질이 무산소 구리인 [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재.

[8]

상기 용접용 부재의 재질이 무산소 구리인 [1] 내지 [7] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재.

[9]

상기 용접부가, 주석 원소를 함유하는 [7] 또는 [8]에 기재된 절연 전선재.

[10]

상기 용접부의 인장 강도가 300MPa 이상인 [1] 내지 [9] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재.

[11]

상기 외주 절연층이 폴리에테르에테르케톤으로 이루어지는 층인 [1] 내지 [10] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재.

[12]

상기 도체 절연층이 유기 고분자로 이루어지는 절연층인 [2] 내지 [11] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재.

[13]

상기 도체 절연층이 기포를 가지는 절연층인 [2] 내지 [12] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재.

[14]

상기 용접용 부재의 용접 전의 단면적 S^c1과, 상기 도체의 용접 전의 단면적 S^c2와의 면적비[S^c1：S^c2]가 1：0.8∼1.2의 범위를 만족시키는 [1] 내지 [13] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재.

[15]

[1] 내지 [14] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재를 가지는 코일.

[16]

[1] 내지 [14] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재를 복수 가지고, 상기 절연 전선재의 용접용 부재가 서로 전기적으로 접속되어 이루어지는 코일.

[17]

[15] 또는 [16]에 기재된 코일을 가지는 전기·전자 기기.

[18]

[1] 내지 [14] 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재의 제조 방법으로서,

상기 도체의 단부면과 상기 용접용 부재의 용접 예정부를 맞댄 상태에서, 상기 용접 예정부에 대해서 그 용접 예정부의 두께 방향으로 파이버 레이저를 조사해서, 상기 단부면과 상기 용접용 부재를 용접하는, 절연 전선재의 제조 방법.

본 발명의 절연 전선재는, 절연 전선의 단부에 단심 도체와의 용접부를 거쳐 적어도 용접부의 둘레면에 접합된 용접용 부재를 가지는 것에 의해, 단자 등과의 용접 가공성이 우수하고, TIG 용접에 의한 전기적 접속이 가능해진다. 또 본 발명의 절연 전선재를 이용한 코일, 및 당해 코일을 이용한 전기·전자 기기는, 절연 전선재끼리 또는 절연 전선재와 단자 등이 강고하게 또한 전기적으로 용접(접속)되어 고성능을 실현할 수 있다. 또, 본 발명의 절연 전선재의 제조 방법은, 상술한 우수한 특성을 나타내는 본 발명의 절연 전선재를 제조할 수 있다.

본 발명의 절연 전선재는, 코일의 권선으로 했을 때의 와전류 손실의 저감을 유지하면서도, 도체의 단부에 분할 도체와의 용접부를 거쳐 적어도 용접부의 둘레면에 접합된 용접용 부재를 가지는 것에 의해, 단자 등과의 용접 가공성이 우수하고, TIG 용접에 의한 전기적 접속이 가능해진다. 또 본 발명의 절연 전선재를 이용한 코일, 및 당해 코일을 이용한 전기·전자 기기는, 절연 전선재끼리 또는 절연 전선재와 단자 등이 강고하게 또한 전기적으로 용접(접속)되고, 게다가 저와전류 손실을 나타내어 고성능을 실현할 수 있다. 또, 본 발명의 절연 전선재의 제조 방법은, 상술한 우수한 특성을 나타내는 본 발명의 절연 전선재를 제조할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 특징과 이점은, 적당히 첨부하는 도면을 참조해서, 하기의 기재로부터 보다 명확해질 것이다.

도 1은, 본 발명의 절연 전선재의 바람직한 실시형태의 1예를 도시하는 개략 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 절연 전선재의 다른 바람직한 실시형태의 1예를 도시하는 개략 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 절연 전선재의 또 다른 바람직한 실시형태의 1예를 도시하는 개략 사시도이다.
도 4는, 복수의 절연 전선과 용접용 부재를 맞댄 상태를 도시하는 개략 사시도이다.
도 5는, 복수의 절연 전선과 용접용 부재를 맞댄 다른 상태를 도시하는 개략 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 절연 전선재의 바람직한 실시형태의 1예에 대해서, 도체 절연층 및 외주 절연층을 절결해서 도시한 개략 사시도이다.
도 7은, 도 6에 도시한 절연 전선재에 있어서의 외주 절연층을 구비한 부분의, 축선 방향에 수직인 평면에서의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 8은, 도 6에 도시한 절연 전선재에 있어서의 폭 방향 중앙 부분의, 폭 방향에 수직이고 높이 방향에 평행한 평면에서의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 절연 전선재의 바람직한 다른 실시형태의 1예에 대해서, 도체 절연층 및 외주 절연층을 절결해서 도시하는 개략 사시도이다.
도 10은, 도 9에 도시한 절연 전선재에 있어서의 외주 절연층을 구비한 부분의, 축선 방향에 수직인 평면에서의 단면을 도시하는 단면도이다.
도 11은, 본 발명의 코일의 바람직한 실시형태의 1예를 도시하는 개략 부분 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 전기·전자 기기에 이용되는 스테이터(stator)의 바람직한 실시형태의 1예를 도시한 개략 사시 분해도이다.
도 13은, 본 발명의 전기·전자 기기에 이용되는 스테이터의 바람직한 실시형태의 1예를 도시한 개략 분해 사시도이다.

[[절연 전선재]]

본 발명의 절연 전선재는, 비분할 도체(단심 도체)를 가지는 절연 전선을 용접한 양태(단심 도체를 이용하는 양태)와, 분할 도체(다심(多芯) 도체)를 가지는 절연 전선을 용접한 양태(분할 도체를 이용하는 양태)를 포함한다. 이하, 각 양태에 대해서 설명한다.

단심 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재는, 단심 도체를 포함하는 도체와, 이 도체의 외주를 피복하는 외주 절연층을 가지는 절연 전선을 1개 또는 복수개 구비하고 있다. 그리고, 1개 또는 복수개의 절연 전선(도체)의 적어도 한쪽 단부, 바람직하게는 양쪽 단부에, 단심 도체와의 용접부를 거쳐, 그 용접부의 둘레면(측면, 주위)에, 절연 전선재의 다른 단부 또는 단자 등에 용접되는 용접용 부재를 가지고 있다. 이 양태에 있어서의 절연 전선재는, 도체와 용접부가 도체의 축선 방향을 따라 (직렬로) 배치 접합되고, 용접용 부재가 용접부 주위에 병설되고, 바람직하게는 또 도체의 선단 방향으로 연장존재(延在)해서 배치 접합되어도 좋다.

분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재는, 평각 도체와, 이 평각 도체의 외주를 피복하는 외주 절연층을 구비하고 있다. 그리고, 평각 도체의 적어도 한쪽 단부, 바람직하게는 양쪽 단부에, 평각 도체를 형성하는 분할 도체와의 용접부를 거쳐, 그 용접부의 둘레면(측면, 주위)에, 절연 전선재의 다른 단부 또는 단자 등에 용접되는 용접용 부재를 가지고 있다(용접용 부재의 축선 길이에도 의하지만, 용접용 부재는 용접부에 병설되고, 나아가서는 평각 도체의 선단 방향으로 연장존재하고 있다). 즉, 본 발명의 절연 전선재는, 평각 도체와 용접부가 평각 도체의 축선 방향을 따라 (직렬로) 배치 접합되고, 용접용 부재가 용접부 주위에 병설되고, 바람직하게는 또 평각 도체의 선단 방향으로 연장존재해서 배치 접합되어 있다.

본 발명에 있어서, 「용접부 주위에 병설」이란, 후술하는 본 발명의 절연 전선재의 제조 방법에 의해 얻어지는 배치 접합되는 것을 의미하고, 용접부의, 도체의 축선에 대해서 수직 방향(방사 방향)으로 용접용 부재(의 적어도 일부)가 배치 접합되는 형태를 포함한다. 예를 들면, 용접용 부재가 용접부의 둘레면의 적어도 일부(바람직하게는 전부)를 포위(enclosure)하고, 더욱 바람직하게는 그 포위 상태를 유지하며 도체의 선단 방향으로 연장존재한 상태에서 평각 도체에 접합된 형태를 들 수 있다. 상기 배치 접합에 있어서, 용접부는, 예를 들면 도 8에 도시되는 바와 같이, 단심 도체 또는 분할 도체의 단부에 접해서 배치되고, 또한 용접용 부재의, 단부 연장(延長) 방향의 표면(용접 예정 오목함몰부(凹陷部)의 바닥면)에 노출되어 있다(용접부의 선단 방향은 공극으로 되어 있다). 따라서, 상기 배치 접합에는, 도체와 용접부와 용접용 부재가, 도체의 축선 방향을 따라 (직렬로) 배치 접합되는 형태는 포함하지 않는다.

본 명세서에 있어서, 본 발명의 절연 전선재를, 도체와 외주 절연층을 가지는(용접용 부재를 가지지 않는) 절연 전선과 구별하기 위해, 용접용 부재 달린(付) 절연 전선재라고 하는 일이 있다.

본 발명에 있어서, 용접부란, 파이버 레이저 용접에 의해 절연 전선재에 형성되는 용접 영역을 의미하고, 예를 들면, 용접하는 부재의 재료가 서로 용융 혼합(합금화, 고용화(固溶化) 등)해서 이루어지는 영역, 용접 자국을 가지는 영역, 용접 후에 고강도화한 영역 등을 포함한다.

본 발명에 있어서, 용접부는, 단심 도체 또는 분할 도체의 적어도 1개, 바람직하게는 복수의 단심 도체 또는 분할 도체, 보다 바람직하게는 모든 단심 도체 또는 분할 도체에 가지고 있다.

또, 용접이란, 용접시에, 용접하는 부재끼리를 직접 접한 상태 또는 다른 부재 등을 거친 상태에서 용접(맞댐 용접, 겹침 용접, 스폿 용접 등)하는 것을 의미한다. 다만, 직접 접한 상태에는, 용접성 향상을 위해, 용융하는 부재의 표면에 형성된, 각종 금속으로 이루어지는 도금층 등을 거치는 양태를 포함한다.

단심 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재가 구비하는 도체는, 단심 도체, 더욱 바람직하게는 단심 도체의 외주면을 피복하는 도체 절연층을 가지고 있다. 단심 도체는, 단심의 도체 소선으로 이루어지는 도체를 의미하고, 비분할 도체라고도 한다. 이 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재는, 절연 전선을 1개 또는 복수개 가지고 있다. 절연 전선을 복수개 가지는 경우의, 절연 전선의 갯수는 특별히 제한되지 않고, 용도 등에 따라 적당히 설정된다. 예를 들면, 2∼6개로 할 수 있고, 3∼6개가 바람직하다. 복수개의 절연 전선은, 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 도체와 마찬가지로, 서로 병행으로 배치되어도, 또 나선 모양으로 배치(연선)되어 있어도 좋고, 나아가서는 연선의 성형체로 되어도 좋다.

분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재가 구비하는 도체는, 서로 병행 혹은 나선 모양으로 배치된 복수개의 분할 도체와, 분할 도체 사이에 협지된 도체 절연층을 가지고 있다.

본 발명에 있어서, 복수개의 분할 도체가 병행으로 배치된다는 것은, 복수개의 분할 도체가 나란히 배치되는 것을 의미한다. 병행으로 배치된 복수개의 분할 도체가 전체적으로 절연 전선재의 도체로서 기능하는 것이라면, 복수개의 분할 도체가 기하학적으로 평행하게 배치되는 양태에 한정되지 않는다. 또, 복수개의 분할 도체가 나선 모양으로 배치된다는 것은, 병행으로 배치한 복수개의 분할 도체를 스파이럴모양으로 꼬아합쳐서 배치하는 것을 의미한다. 또 나선 모양으로 배치된다는 것은, 브레이드모양(組紐狀)으로 엮어(땋아)올려서 배치하는 것도 포함한다.

본 발명에 있어서, 도체 및 분할 도체의 형상은, 어느 것이나, 특별히 제한되지 않고, 절연 전선재의 형상에 따라 결정된다. 예를 들면, 축선에 수직인 단면 형상으로서, 직사각형(평각 형상), 원형, 타원형, 부정형(不定形) 등, 여러 가지 형상을 들 수 있고, 직사각형 또는 원형이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 도체를 형성하는 분할 도체의 수는, 2개 이상이면 좋고, 도 6에 도시하는 3개 또는 도 10에 도시하는 7개에 한정되지 않고, 용도 등에 따라 적당히 설정할 수 있다.

보다 구체적으로는, 분할 도체가 직사각형(평각 형상 등) 혹은 박판모양의 단면 형상인 리본선인 경우, 평각 도체를 형성하는 분할 도체의 수(적층 수)는, 상기 범위로 설정되지만, 바람직하게는 2∼8개, 보다 바람직하게는 3∼6개이다. 한편, 도 10에 도시되는 바와 같이, 도체가, 연선의 평각모양 성형체로 이루어지는 경우, 도체를 형성하는 분할 도체의 수(연선 수)는, 상기 범위로 설정된다. 분할 도체 수는, 바람직하게는 7개(1개의 분할 도체 주위에 6개의 분할 도체를 배치한 연선 구조)∼100개이고, 보다 바람직하게는 7∼37개이다.

분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 절연 전선재에 있어서, 복수개의 분할 도체 및 도체 절연층을 가지는 도체와, 외주 절연층으로 구성되는 전선을 절연 전선이라고 하는 일이 있다.

본 발명의 절연 전선재는, 절연 전선재의 다른 단부(용접용 부재)나 단자 등과의 용접 가공성이 우수하고, 절연 전선의 현장 시공에 통상 채용되는 TIG 용접에 의해서 전기적 접속이 가능해진다.

또, 분할 도체를 이용함으로써, 코일의 권선으로서 이용했을 때에 와전류 손실을 저감할 수 있는데다, 절연 전선재의 다른 단부(용접용 부재)나 단자 등과의 용접 가공성이 우수하고, 절연 전선의 현장 시공에 통상 채용되는 TIG 용접에 의해서 전기적 접속이 가능해진다. 즉, 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재는, 복수개의 분할 도체와, 분할 도체 사이에 협지된 도체 절연층을 가지는 도체(복수개의 분할 도체로 형성되는 점에서 집합 도체라고도 한다.)를 구비하고 있다. 그 때문에, 코일의 권선으로서 이용했을 때에 와전류 손실을 저감할 수 있다.

본 발명의 절연 전선재는, 도체의 적어도 한쪽 단부에 용접부(파이버 레이저 용접 영역)를 거쳐 용접부의 둘레면에 용접용 부재를 가지고 있다. 그 때문에, 용접부의 강도가 높고, 단심 도체 또는 분할 도체로부터 용접부 및 용접용 부재가 이탈하기 어렵고, 전기적인 접속을 유지할 수 있다.

게다가, 용접용 부재는, 절연 전선의 용접에 종래 자주 이용되는 TIG 용접에 의해, 단자 등과의 TIG 용접이 가능해진다. 이와 같이, 용접용 부재는, 도체, 특히 TIG 용접 가공성이 뒤떨어지는 집합 도체 대신에, 단자 등에 용접되는 부재(용접 대체 부재)이며, 통상, 단자 등과의 TIG 용접 가능한 금속으로 형성된다.

이하, 본 발명의 절연 전선재의 바람직한 실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1∼도 3에는, 단심 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재의 바람직한 실시형태가 도시되어 있다. 또, 도 6∼도 10에는, 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재의 바람직한 실시형태가 도시되어 있다.

본 발명은, 본 발명에서 규정되는 것 이외는 하기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 또, 각 도면에 도시되는 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 모식도이고, 각 부재의 크기, 두께, 상대적인 대소 관계 등은 설명의 편의상 바꾸고 있는 경우가 있으며, 실제 관계를 그대로 나타내는 것은 아니다. 또, 본 발명에서 규정하는 사항 이외는 이들 도면에 도시된 외형, 형상에 한정되는 것도 아니다.

이하, 본 발명의 절연 전선재의 바람직한 실시형태의 1예를, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 본 발명의 바람직한 절연 전선재(5A)는, 1개의 절연 전선(38)과, 단심 도체(절연 전선(38))의 한쪽 단부에, 용접부(35A)를 거쳐, 용접부(35A)의 둘레면에 접합된 용접용 부재(36A)를 구비하고 있다. 절연 전선재(5A)는, 단심 도체에 대해서 4개의 용접부(35A)를 가지고 있다.

또, 도 2에 도시한 본 발명의 다른 바람직한 절연 전선재(5B)는, 병치(竝置)한 2개의 절연 전선(38)과, 적어도 1개의, 바람직하게는 2개의 단심 도체(도 2에 있어서 생략한다.)의 한쪽 단부에, 용접부(35B)를 거쳐, 용접부(35B)의 둘레면에 접합된 용접용 부재(36B)를 구비하고 있다. 절연 전선재(5B)는, 단심 도체 1개에 대해서 4개의 용접부(35B)를 가지고 있다.

또, 도 3에 도시한 본 발명의 또 다른 바람직한 절연 전선재(5C)는, 병치한 2개의 절연 전선(38)과, 적어도 1개의, 바람직하게는 2개의 단심 도체(도 3에 있어서 생략한다.)의 한쪽 단부에, 용접부(35C)를 거쳐, 용접부(35C)의 둘레면에 접합된 용접용 부재(36C)를 구비하고 있다. 절연 전선재(5C)는, 단심 도체 1개에 대해서 1개의 용접부(35C)를 가지고 있다.

절연 전선재(5A∼5C)에 있어서, 절연 전선(38)은, 단면이 직사각형인 단심 도체를 포함하는 도체와, 단심 도체의 외주를 피복하는 외주 절연층(34)을 가지고 있다.

절연 전선재(5A∼5C)는, 용접하는 절연 전선의 갯수 및 용접용 부재가 다른 것 이외는, 동일한 구성을 가지고 있다.

[절연 전선]

절연 전선(38)은, 상술한 바와 같이, 단심 도체와, 바람직하게는 단심 도체의 외주면을 피복하는 도체 절연층과, 도체 피복층을 개재하여 단심 도체를 피복하는 외주 절연층(34)을 가지고 있다.

단심 도체는, 단심의 도체 소선으로 이루어지는 도체를 의미하고, 통상의 절연 전선에 이용하는 단심의 도체가 이용된다. 단심 도체는, 단심인 것 이외는 후술하는 분할 도체와 동일하다. 예를 들면, 단심 도체의 형상(절연 전선(38)에 있어서는 평각모양) 및 치수도 적당히 설정된다. 그 재질은, 후술하는 분할 도체와 동일하다.

단심 도체의 외주를 피복하는 도체 절연층은, 단심 도체의 외주면을 피복하고 있는 것 이외는, 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에 있어서의 도체 절연층과 동일하다.

절연 전선의 도체는, 상기 단심 도체와 도체 절연층을 가지고, 분할 도체가 아니라 단심 도체를 가지는 것 이외는, 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 도체와 동일하다.

또, 외주 절연층(34)은, 단심 도체의 외주면 상의 도체 절연층을 피복하고 있는 것 이외는, 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에 있어서의 외주 절연층과 동일하다.

단심 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에 이용하는 절연 전선은, 상술한 구성을 가지고 있고, 통상의 절연 전선을 특별히 제한받는 일없이 이용할 수 있다.

[용접용 부재]

절연 전선재(5A∼5C)는, 단심 도체의 한쪽 단부에, 용접부를 거쳐, 용접부의 둘레면에 용접용 부재(36A∼36C)를 가지고 있다.

본 발명에 있어서는, 단심 도체의 단부는, 도체 절연층 및 외주 절연층이 남겨지고(스트리핑(제거) 가공하지 않고), 단심 도체의 외주면이 노출되어 있지 않아도 좋다.

용접용 부재(36A∼36C)는, 도체 대신에 단자 등에 용접되는 부재이다. 이 용접용 부재(36A∼36C)는, 통상, 단자 등과의 TIG 용접 가능한 금속으로 형성되고, 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에 있어서의 용접용 부재에서 설명한 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

용접용 부재의 형상은, 단자 등과의 TIG 용접이 가능한 형상으로서, 후술하는 본 발명의 절연 전선재의 제조 방법에 의해 상술한 배치 접합 상태로 되는 형상이면 특별히 제한되지 않고, 용접하는 단자 등의 형상, 평각 도체를 구성하는 분할 도체의 배치 등에 따라 적당히 결정된다.

용접용 부재(36A∼36C)는, 절연 전선의 단심 도체와 용접되는 용접 예정 오목함몰부의 형상 및 배열 등이 다른 것 이외는, 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에 있어서의 용접용 부재와 동일한 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 1에 도시하는 용접용 부재(36A)는 외표면으로부터 종횡 2열로 오목하게 형성(凹設)된 4개의 용접 예정 오목함몰부(바닥이 있는(有底) 구멍)(37A)를 가지는 직방체모양의 블록체로 형성되고, 바닥이 있는 부분에 용접부(35A)가 형성되어 있다. 또, 도 2에 도시하는 용접용 부재(36B)는 외표면으로부터 종횡 2열로 오목하게 형성된 8개의 바닥이 있는 구멍(37B)(4개의 바닥이 있는 구멍군을 2개)을 가지는 직방체모양의 블록체로 형성되고, 바닥이 있는 부분에 용접부(35B)가 형성되어 있다. 또, 도 3에 도시하는 용접용 부재(36C)는, 박판모양으로 형성되고, 용접 예정 오목함몰부(바닥이 있는 구멍)를 가지지 않고, 2개의 용접부(35C)가 두께 방향 전체에 걸쳐서 형성되어 있다. 즉, 이 용접용 부재(36C)는, 절연 전선(38)의 단부에, 단심 도체와의 2개의 용접부(35C)를 거쳐, 이들 용접부(35C)의 둘레면에 접합되어 있다.

이 바닥이 있는 구멍의 수 및 배열 이외는, 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에 있어서의 용접용 부재와 동일한 것이 바람직하다.

상기 절연 전선재에 있어서는, 용접 전의 용접용 부재의 단면적 S^c1과, 도체의 단면적 S^c2(양절연층의 단면적을 포함하는 합계값)와의 면적비[S^c1：S^c2]가, 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에 있어서의 용접용 부재에서 규정하는 면적비를 만족시키는 것이 바람직하다.

[용접부]

단심 도체를 이용한 절연 전선재(5A∼5C)에 있어서, 용접부는, 용접용 부재(36A∼36C)의 용접면(상세는 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에 있어서 설명한다.)과, 단심 도체의 용접면으로 구획되는 영역이며, 용접 강도 등에 따라, 용접부의 형성 수가 결정된다. 예를 들면, 용접부는, 절연 전선재에 적어도 1개 가지는 것이 바람직하고, 단심 도체 각각에 적어도 1개 가지는 것이 보다 바람직하다. 용접부의 바람직한 수는 후술하는 대로이다.

이 용접부는, 절연 전선재(5A∼5C)에 있어서, 단심 도체(절연 전선)에 대해서 형성되는 것 이외는, 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에 있어서의 용접부와 동일하다. 또, 단심 도체(절연 전선)와 용접용 부재와의 용접 방법도 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에 있어서의 용접 방법과 동일하다.

[도체의 단부면과 용접용 부재와의 맞댐 상태]

본 발명에 있어서, 도체의 단부면과 용접용 부재와의 맞댐 상태는, 특별히 제한되지 않고, 파이버 레이저 용접하는, 도체의 단부면과 용접용 부재의 용접 예정부 표면이 접촉(바람직하게는 면접촉)한 상태로 설정된다. 통상, 용접용 부재의 용접 예정부 표면 또는 도체 단부면의 형상에 따라 적당한 맞댐 상태를 채용할 수 있다.

예를 들면, 절연 전선재(5A∼5C)(파이버 레이저 용접시)에 있어서는, 도체의 단부면과 용접용 부재는, 어느 것이나, 절연 전선의 축선에 대해서 수직면에 평행하게 맞댄 상태로 용접되어 있다. 이것 이외의 맞댐 상태로서는, 구체적으로는, 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 용접 예정부 표면이 경사면(V자 모양의 용접용 부재(36D))인 경우, 단심 도체 혹은 절연 전선의 단부면을 경사면으로 가공하고, 이 경사면을 용접 예정부 표면에 맞닿도록(접촉하도록), 단심 도체(절연 전선)를 배치하여, 예를 들면 단심 도체의 축선 방향으로부터 파이버 레이저를 조사해서, 용접할 수 있다.

상기 도체의 단부면과 용접용 부재와의 맞댐 상태 및 조사 방법은, 후술하는 분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재에도 적용할 수 있다.

분할 도체를 이용하는 양태에 있어서의 본 발명의 절연 전선재의 특히 바람직한 실시형태의 1예를 도 6∼도 8에 도시한다.

도 6에 있어서, 절연 전선재의 폭 방향 및 두께(높이) 방향을, 각각, 분할 도체(11)의 폭 방향 및 분할 도체(11)의 적층 방향으로 한다.

이하, 도체의 단면 형상이 바람직한 직사각형인 도체(평각 도체라고도 한다.)(13)를 들어 설명한다.

도 6∼도 8에 도시한 절연 전선재(1)는, 평각 도체(13)와, 이 평각 도체(13)의 외주를 피복하는 외주 절연층(14)과, 평각 도체(13)의 한쪽 단부에, 용접부(15)(도 8 참조)를 거쳐, 용접부(15)의 둘레면에 접합된 용접용 부재(16)를 구비하고 있다.

또한, 도 6 및 도 8은, 평각 도체(13)의 구조를 도시하기 위해, 도체 절연층(12) 및 외주 절연층(14)을 일부 절결한 절연 전선재(1)를 도시하고 있다. 즉, 도 6 및 도 8은, 외주 절연층(14)의 일부를 스트리핑 가공해서 제거한 상태(분할 도체(11) 사이의 도체 절연층(12)이 잔존한 상태)의 평각 도체(13)를 도시하고 있다.

[도체(평각 도체)]

평각 도체(13)는, 서로 병행으로 배치(적층)된 3개의 분할 도체(11)와, 적어도 분할 도체(11) 사이에 협지(挾持)된 도체 절연층(12)을 가지고 있다. 이 평각 도체(13)는, 외주면을 피복하는 도체 절연층(12)을 가지는 3개의 분할 도체(예를 들면 에나멜 소선)(11)를, 분할 도체(11)의 두께 방향으로 적층해서 형성되어 있다. 그 때문에, 도 7에 도시되는 바와 같이, 적층된 2개의 분할 도체(11) 사이에는, 각 분할 도체(11)를 피복하는 도체 절연층(12)(즉, 2층의 도체 절연층(12))이 존재하고 있다.

종래의 절연 전선은, 단자 등과의 TIG 용접시에, 외주 절연층 및 도체 절연층을 스트리핑(박리 제거) 가공하지만, 분할 도체 사이의 도체 절연층을 박리 제거할 수 없어 잔존한다. 그 때문에, 도체 절연층의 두께, 재료 등에도 의하지만, 잔존한 도체 절연층에 의해, TIG 용접성이 저하해서, 단자 등에 충분한 강도로 TIG 용접할 수 없게 된다. 그러나, 본 발명의 절연 전선은, 후술하는 바와 같이, 외주 절연층 및 도체 절연층을 스트리핑(박리 제거) 가공하지 않아도, 단자 등에 충분한 강도로 TIG 용접할 수 있다.

평각 도체(13)는, 공지의 방법에 의해, 제작할 수 있다. 예를 들면, 외주면을 피복하는 도체 절연층(12)을 가지는 에나멜 소선을 평행 또는 나선 모양으로 배치해서 제작할 수 있다.

절연 전선재(1)에 있어서는, 도체로서 평각 도체(13)를 이용한 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명에 있어서, 도체의 형상은, 상술한 바와 같이, 단면이 평각인 형상에 특별히 제한되지 않는다.

또, 도체가 분할 도체와 도체 절연층으로 이루어지는 경우, 도체는, 분할 도체의 연선이더라도 좋고, 분할 도체의 연선을 성형한 연선 성형체로 할 수도 있다. 연선 성형체의 단면 형상은, 특별히 제한되지 않고, 상기 도체의 단면 형상에서 설명한 형상을 들 수 있다.

＜분할 도체＞

분할 도체(11)는, 평각 도체(13)를 형성하는 도체 소선의 하나로서, 복수개가 협동해서 평각 도체(13)를 형성하는 것에 의해 와전류 손실의 저감에 기여한다. 이와 같이, 분할 도체(11)는, 1개의 평각 도체(13)를 복수개로 분할한 도체 소선이라고 할 수 있다.

평각 도체(13)를 형성하는 분할 도체(11)는, 단면이 직사각형(평각 형상)인 리본선이다. 본 발명에 있어서, 단면이 직사각형인 도체는, 단면이 장방형인 도체 및 단면이 정방형인 도체를 포함한다. 또, 도 7에 도시하는 바와 같이 단면 모서리부를 모따기(面取) 가공(예를 들면, 네 귀퉁이를, 둥그스름하게 하는(곡률 반경 r(도시하지 않음)) 모따기 가공, 45도 모따기 가공 등)한 모따기부를 가지는 도체도 포함한다.

분할 도체(11)로서는, 절연 전선에서 이용되고 있는 통상의 것을 널리 사용할 수 있고, 예를 들면, 구리선, 알루미늄선 등의 금속 도체를 이용할 수 있다. 바람직하게는, 산화물을 포함하지 않는 99.95%(3N) 이상의 고순도 구리를 들 수 있다. 구체적으로는, 무산소 구리(OFC：Oxygen－Free　Copper)：C1020(순도 99.96% 이상) 또는 전자관용 무산소 구리(TPC：Tough－Pitch　Copper)：C1011(순도 99.99% 이상)를 들 수 있다. 보다 바람직하게는, 산소 함유량이 30ppm 이하인 무산소 구리이며, 더욱더 바람직하게는 20ppm 이하의 무산소 구리이다.

분할 도체(11)의 용접용 부재(16) 측의 단부면은, 용접용 부재(16)의 용접 예정면, 본 발명 실시형태에서는 용접 예정 오목함몰부(17)의 바닥면과 용접하기 위해서, 용접 예정면(바닥면)에 대응하는 면, 통상 평면에 형성되어 있고, 후술하는 용접용 부재(16)의 단부면과 평행한 평면에(단부면끼리를 맞대었을 때에 양면이 접하도록) 형성되어 있는 것이 바람직하다.

분할 도체(11)의 크기는, 특별히 한정되지 않지만, 직사각형의 단면 형상에 있어서, 두께(짧은변 길이)는 0.4∼3.0㎜가 바람직하고, 0.5∼2.5㎜가 보다 바람직하고, 폭(긴변 길이)은 1.0∼5.0㎜가 바람직하고, 1.4∼4.0㎜가 보다 바람직하다. 두께와 폭과의 길이의 비율(두께：폭)은, 1：1∼1：8이 바람직하고, 1：1∼1：4가 보다 바람직하다. 또한, 두께와 폭과의 길이의 비율(두께：폭)이 1：1일 때, 긴변이란 1쌍의 대향하는 변을 의미하고, 짧은변이란 다른 1쌍의 대향하는 변을 의미한다.

분할 도체(11)의 단면 모서리부를 모따기 가공하는 경우, 곡률 반경 r은, 0.6㎜ 이하가 바람직하고, 0.1∼0.4㎜가 보다 바람직하고, 0.2∼0.4㎜가 더욱 바람직하다. 이와 같이, 단면 모서리부를 모따기 가공하는 것에 의해, 모서리부로부터의 부분 방전을 억제할 수 있다.

분할 도체(11)의 적층 수는, 2층 이상 8층 이하인 것이 바람직하다. 적층 수가 2층이면, 고주파에 있어서의 와전류 손실량의 저감이 예상되고, 층수가 증가할 수록 와전류 손실량은 더욱더 저감된다. 게다가, 8층까지의 적층 수이면, 적층 상태가 어긋나기 쉬워지는 일이 없다. 또, 평각 도체(13)의 단면에 있어서, 도체 절연층(12)이 차지하는 비율이 증가하지만, 분할 도체(11)의 고충전율도 확보할 수 있고, 충분한 와전류 손실의 저감이 예상된다. 이상의 것으로부터, 적층 수는 8층 이하가 실제적이고, 6층 이하가 바람직하다.

분할 도체(11)를 적층하는 방향은, 분할 도체(11) 사이에 도체 절연층(12)이 존재하는 한, 두께, 폭의 어느쪽 방향으로 적층해도 좋다. 바람직하게는, 분할 도체(11)의 폭 방향을 접촉시키고, 두께 방향으로 적층시킨다.

＜도체 절연층＞

도체 절연층(12)은, 분할 도체(11) 사이에 존재하는 절연층이면 좋고, 절연 전선재(1)에서는, 각 분할 도체(11)의 외주면을 피복하는 절연층으로서 마련되어 있다.

도체 절연층(12)의 두께는, 와전류 손실 저감의 효과가 얻어지면 좋기 때문에, 평각 도체(13)가 너무 두꺼워지지 않도록, 바람직하게는 0.01∼10㎛이고, 보다 바람직하게는 0.01∼3㎛이고, 더욱더 바람직하게는 0.1∼1㎛이다. 본 명세서에 있어서, 도체 절연층(12)의 두께는, 마이크로스코프(microscope)을 이용하여, 절연 전선재(1)를 그의 긴쪽(長手) 축방향에 대해서 수직으로 절단한 단면을 관찰해서 구한 두께를 말한다.

도체 절연층(12)은, 1층 구조이더라도 좋고, 2층 구조 혹은 그 이상의 층 구조이더라도 좋다. 본 발명에 있어서, 층의 층수는, 층을 형성하는 수지 및 첨가제의 종류 및 함유량의 다르거나 같음(異同)에 관계없이, 층을 단면 관찰하는 것에 의해서, 결정된다. 구체적으로는, 어떤 층의 단면을 배율 200배로 관찰했을 때에, 나이테모양(年輪狀)의 경계를 확인할 수 없는 경우, 어떤 층의 총수는 1로 하고, 나이테모양의 경계를 확인할 수 있는 경우, 어떤 층의 층수는 (경계수+1)로 한다.

도체 절연층(12)은, 유기 고분자(유기 수지)로 이루어지는 절연층이 바람직하고, 수지 성분으로서 열경화성의 유기 고분자(열경화성 수지)를 포함하는 절연층(에나멜층)이 바람직하다. 열경화성 수지로서는, 전선에서 통상 이용되는 열경화성 수지이면, 특별히 제한되는 일없이, 이용할 수 있다. 예를 들면, 폴리아미드이미드(PAI), 폴리이미드(PI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에스테르이미드(PEsI), 폴리우레탄(PU), 폴리에스테르(PEst), 폴리벤조이미다졸, 멜라민 수지 또는 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에스테르이미드, 폴리우레탄 또는 폴리에스테르가 바람직하다. 열경화성 수지는, 1종 또는 2종 이상 함유하고 있어도 좋다.

도체 절연층(12)은, 상기 유기 고분자로 이루어지는 치밀한 절연층이더라도 좋고, 층중에 기포(공기)를 가지는 절연층이더라도 좋다. 층중에 공기를 포함함으로써 비유전률이 저하해서, 전압이 인가되었을 때에 분할 도체 사이의 공기 갭에 발생하는 부분 방전이나 코로나 방전을 억제할 수 있다. 본 발명에 있어서, 치밀한 절연층이란, 통상, 절연층중에 기포를 가지지 않는 절연층을 의미하지만, 예를 들면 불가피적으로 존재할 수 있는 기포 등과 같이, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서 기포를 가지는 절연층을 포함하는 것을 의미한다.

기포를 가지는 도체 절연층의 발포 배율은, 1.2배 이상이 바람직하고, 1.4배 이상이 보다 바람직하다. 발포 배율의 상한에 제한은 없지만, 통상 5.0배 이하로 하는 것이 바람직하다. 발포 배율은, 발포를 위해서 피복한 유기 고분자(도체 절연층(12))의 밀도 ρf 및 발포 전의 밀도 ρs를 수중(水中) 치환법에 의해 측정하고, ρs/ρf에 의해 산출한다.

도체 절연층에 포함되는 기포의 크기, 즉, 평균 기포 지름은 10㎛ 이하가 바람직하고, 5㎛ 이하가 보다 바람직하고, 3㎛ 이하가 더욱 바람직하고, 1㎛ 이하가 특히 바람직하다. 10㎛를 넘으면 절연 파괴 전압이 저하하는 일이 있고, 10㎛ 이하로 함으로써 절연 파괴 전압을 양호하게 유지할 수 있다. 또, 5㎛ 이하, 3㎛ 이하로 하는 것에 의해, 순차 절연 파괴 전압을 보다 확실하게 계속 유지(保持)할 수 있다. 평균 기포 지름의 하한에 제한은 없지만, 1㎚ 이상인 것이 실제적이고, 바람직하다. 평균 기포 지름은, 도체 절연층(12)의 단면을 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰한다. 그리고, 관찰 영역으로부터 합계 50개의 기포를 무작위로 선택하고, 화상 치수 계측 소프트(WinROOF：상품명, 미타니 쇼지(三谷商事)사제)를 이용하여 지름 측정 모드로 측정하고, 이들을 평균해서 산출한 값이다. 이 기포 지름은, 발포 배율, 유기 고분자의 농도, 점도, 온도, 발포제의 첨가량, 베이킹로(燒付爐)의 온도 등의 제조 프로세스에 의해서 적당히 조정할 수 있다.

이 도체 절연층(12)은, 전선에서 통상 이용되는 각종 첨가제를 함유하고 있어도 좋다. 이 경우, 첨가제의 함유량으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 수지 성분 100질량부에 대해서, 5질량부 이하가 바람직하고, 3질량부 이하가 보다 바람직하다.

도체 절연층(12)은, 공지의 방법에 의해, 형성할 수 있다.

예를 들면, 기포를 가지지 않는 도체 절연층(12)은, 각 분할 도체(11)의 외주면 혹은 다른 분할 도체와 적층되는 표면에, 상기 유기 고분자의 바니시(Varnish)를 도포해서 베이킹하는 방법이 바람직하다. 이 바니시는 수지 성분과, 용매와, 필요에 따라 수지 성분의 경화제 또는 각종 첨가제를 함유한다. 용매는, 유기 용매가 바람직하고, 수지 성분을 용해 또는 분산할 수 있는 것이 적당히 선택된다.

바니시의 도포 방법은, 통상의 방법을 선택할 수 있고, 예를 들면, 분할 도체(11)의 단면 형상과 상사형 혹은 대략 상사형의 개구를 가지는 바니시 도포용 다이스를 이용하는 방법 등을 들 수 있다. 바니시의 베이킹은, 통상, 베이킹로에서 행해진다. 이때의 조건은, 수지 성분 또는 용매의 종류 등에 따라 일의적(一義的)으로 결정할 수 없지만, 예를 들면, 로내 온도 400∼650℃에서 통과 시간(베이킹 시간)을 10∼90초의 조건을 들 수 있다.

도체 절연층(12)의 두께는, 바니시의 도포량, 도포 횟수 등에 의해, 적당히 설정할 수 있다.

기포(공기)를 가지는 도체 절연층을 형성하는 방법으로서는, 통상의 방법을 선택할 수 있고, 예를 들면, 공지의 발포제를 함유하는 바니시를 이용한, 상기의, 기포를 가지지 않는 도체 절연층(12)을 형성하는 방법과 마찬가지 방법을 들 수 있다.

[외주 절연층]

평각 도체(13)를 피복하는 외주 절연층(14)은, 평각 도체(13)의 외주면에 직접 또는 간접적으로(다른 층을 거쳐) 마련된다. 다른 층으로서는, 접착층 등을 들 수 있다. 이 외주 절연층(14)은, 평각 도체(13)와의 밀착 강도가 높고, 평각 도체(13)의 외측에 적어도 1층 마련된다. 그 층수는, 1층이더라도 복수층이더라도 좋다.

도 6 및 도 8에는, 외주 절연층(14)의 일부를 스트리핑 가공해서 제거한 상태가 도시되어 있지만, 본 발명에 있어서, 외주 절연층은 스트리핑해도 하지 않아도 좋다. 본 발명에 있어서는, 외주 절연층은 스트리핑하지 않아도, 용접시에 그을음이나 블로우홀의 발생, 잔존을 억제해서 고강도로 평각 도체와 용접용 부재를 용접할 수 있기 때문이다.

평각 도체(13)의 외주에는 외주 절연층(14)이 배치되고, 이 외주 절연층(14)은 예를 들면 열가소성 수지로 형성되어 있다. 이 열가소성 수지는, 내열 노화 특성에 더하여, 평각 도체(13)와 외주 절연층(14)과의 접착 강도 및 내용제성도 우수한 점, 나아가서는 전기·전자 기기의 고성능화의 점에서, 융점이 300℃ 이상인 것이 바람직하고, 330℃ 이상인 것이 더욱더 바람직하다. 이 열가소성 수지의 융점의 상한은, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면 외주 절연층을 압출 공정으로 형성시킨다고 하는 관점으로부터, 450℃ 이하인 것이 바람직하다. 열가소성 수지의 융점은, 시차 주사 열량 분석(DSC)에 의해, 측정할 수 있다.

열가소성 수지로서는, 전선에 통상 이용되는 열가소성 수지이면, 특별히 한정되는 일없이, 이용할 수 있다. 예를 들면, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 변성 폴리에테르에테르케톤(modified－PEEK), 열가소성 폴리이미드(TPI), 방향 고리를 가지는 폴리아미드(방향족 폴리아미드라고 한다), 폴리케톤(PK) 등을 들 수 있다.

상기 열가소성 수지에는, 폴리에테르 케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤으로 대표되는 방향 고리, 에테르 결합, 케톤 결합을 포함하는 열가소성 수지인 폴리아릴에테르케톤(PAEK)을 이용할 수도 있다. 혹은, 폴리에테르에테르케톤에 다른 열가소성 수지를 혼합한 변성 폴리에테르에테르케톤을 이용할 수도 있다. 또는, 열가소성 폴리이미드(TPI)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 열가소성 수지를 사용할 수도 있다. 열가소성 수지는 1종 단독이라도 좋고, 2종 이상을 이용해도 좋다. 또, 상기 변성 폴리에테르에테르케톤은, 예를 들면, 폴리에테르에테르케톤에 폴리페닐설폰을 첨가한 혼합물이고, 폴리페닐설폰은 폴리에테르에테르케톤보다 혼합율이 낮다.

외주 절연층(14)을 열가소성 수지로 형성하는 경우, 평각 도체(13)의 외주에, 수지 조성물을 압출 성형하는 것에 의해, 형성하는 것이 바람직하다. 수지 조성물은, 상술한 열가소성 수지와, 필요에 따라 각종 첨가제를 함유한다. 압출 방법은, 열가소성 수지의 종류 등에 따라 일의적으로 결정할 수 없지만, 예를 들면, 평각 도체(13)의 단면 형상과 상사형 또는 대략 상사형의 개구를 가지는 압출 다이스를 이용하여, 열가소성 수지의 용융 이상의 온도로 압출하는 방법을 들 수 있다. 압출 온도는, 바람직하게는, 열가소성 수지의 융점보다도 40∼60℃ 높은 온도이다.

외주 절연층(14)은, 압출 성형에 한정되지 않고, 상술한 열가소성 수지와 용매 등과 필요에 따라 각종 첨가제를 함유하는 바니시를 이용하여, 상기 에나멜층과 마찬가지로 해서, 형성할 수도 있다.

본 발명에 있어서는, 생산성의 점에서, 외주 절연층(14)은 압출 성형에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

외주 절연층(14)은, 전선에서 통상 이용되는 각종 첨가제를 함유하고 있어도 좋다. 이 경우, 첨가제의 함유량으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 수지 성분 100질량부에 대해서, 5질량부 이하가 바람직하고, 3질량부 이하가 보다 바람직하다.

외주 절연층(14)의 두께는, 충분한 가요성을 가짐과 동시에, 절연 불량을 방지할 수 있는 관점으로부터, 40∼200㎛가 바람직하다. 즉, 두께는, 바람직하게는 40㎛ 이상, 보다 바람직하게는 50㎛ 이상 있음으로써, 절연 불량을 발생하는 일없이, 충분한 절연성이 확보된다. 또 두께가, 200㎛ 이하인 것으로 인해, 충분한 가요성이 얻어진다. 따라서, 절연 전선재(1)를 만곡시켜 사용하는 것도 가능해진다.

＜용접용 부재＞

절연 전선재(1)는, 도체(13)의 한쪽 단부에, 용접부(15)(도 6 및 도 8 참조)를 거쳐, 용접부(15)의 둘레면에 용접용 부재(16)를 가지고 있다.

본 발명에 있어서는, 평각 도체(13)의 단부에 도체 절연층(12) 및 외주 절연층(14)이 남겨지고(스트리핑(제거) 가공하지 않고), 평각 도체(13)의 외주면이 노출되어 있지 않아도 좋다. 또, 도체 절연층(12) 중, 인접하는 2개의 분할 도체(11) 사이에 협지되는 도체 절연층 이외의 도체 절연층이 제거되어 있어도 좋고(도 6 및 도 8 참조), 제거되지 않고 잔존하고 있어도 좋다. 본 발명에 있어서, 단지 평각 도체(13)의 단부라고 할 때는, 상기 각 양태의 어느 것이나 포함하는 의미이다.

분할 도체(11)의 단부는, 적어도, 분할 도체(11) 사이의 도체 절연층(12)이 남겨져 있다. 상술한 바와 같이, 외주 절연층(14)의 스트리핑 가공에서는 제거할 수 없기 때문이다.

스트리핑 가공을 하는 경우, 분할 도체(11)의 단부는, 통상, 평각 도체(13)의 외주에 형성되어 있던 도체 절연층(12) 및 외주 절연층(14)을 박리하고, 분할 도체(11)의 외주면을 노출시킨다(도 6 및 도 8 참조). 이 경우, 노출되는 길이는, 용접 여유(margin, allowance)의 확보라고 하는 관점에 있어서, 예를 들면, 평각 도체(13)의 단부면으로부터 1㎜ 이상이 바람직하다. 그리고 가능한 분할 도체(11)를 노출시키지 않는다고 하는 관점으로부터, 평각 도체(13)의 단부면으로부터 10㎜ 이하가 바람직하다.

이 노출된 분할 도체의 외주면은, 통상, 단자 등에 절연 전선재를 용접한 후에, 필요에 따라 용접부와 함께, 피복된다.

용접용 부재(16)는, 평각 집합 도체 대신에 단자 등에 용접되는 부재이다. 이 용접용 부재(16)는, 통상, 단자 등과의 TIG 용접 가능한 금속으로 형성되고, 분할 도체(11)와 동일한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 어느 것이나 분할 도체(11)를 바람직하게 형성하는 재료인 상술한 고순도 구리(무산소 구리 또는 전자관용 무산소 구리)로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 이것에 의해서, 형성되는 용접부의 강도를 높일 수 있다. 나아가서는, 용접시에 함유 산소나 도체 절연층을 형성하는 수지에 기인하는 블로우홀(구모양(球狀)의 공동 내지는 기공)의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 용접 부분의 전기 저항을 낮게 할 수 있다. 또, 분할 도체(11)와 동일한 재질로 용접용 부재(16)를 형성하는 것에 의해, 분할 도체(11) 및 용접용 부재(16)와의 사이에 융점차가 생기지 않고, 어느것에 대해서도 강고하게 접합한 용접부(15)를 형성할 수 있다.

절연 전선재(1)에 있어서, 용접용 부재(16)는, 외표면으로부터 오목하게 형성된 9개의 바닥이 있는 구멍을 가지는 직방체모양의 블록체로 형성되어 있지만, 본 발명에 있어서, 용접용 부재의 형상은, 단자 등과의 TIG 용접이 가능한 형상으로서, 후술하는 본 발명의 절연 전선재의 제조 방법에 의해 상술한 배치 접합 상태로 되는 형상이면 특별히 제한되지 않고, 용접하는 단자 등의 형상, 평각 도체를 구성하는 분할 도체의 배치 등에 따라 적당히 결정된다.

본 발명에 있어서, 용접용 부재의 형상은, 파이버 레이저의 조사에 의해 용접부로 되는 용접 예정부와 평각 도체(13)의 단부면(특히 분할 도체의 단부면)을 맞댄 상태(겹친 상태)에서, 용접 예정부의 외부로부터 용접 예정부의 두께 방향을 따라(맞댐면에 대해서 교차하는 방향, 바람직하게는 수직 방향으로부터 분할 도체를 향해) 용접 예정부에 파이버 레이저를 조사 가능한 형상이면 좋다. 이와 같은 형상으로서는, 예를 들면, 용접 예정부로 되는 바닥부가 분할 도체의 단부면과 대향하는 위치에 용접 예정 오목함몰부를 1 또는 복수 가지는 형상을 들 수 있다. 용접 예정 오목함몰부로서는, 용접용 부재의 외표면으로부터 오목하게 형성된 형상, 부분이면 좋고, 구체적으로는, 바닥이 있는 구멍(有底穴), 구덩이부(窪部), 절결부(切缺部) 등을 들 수 있다. 또한, 상술한 용접용 부재(36C)와 같이, 파이버 레이저의 조사에 의해 용융 가능한(용접부로 되는) 두께를 가지는 박판모양의 용접용 부재인 경우, 용접 예정 오목함몰부는 마련하지 않아도 좋다. 용접 예정 오목함몰부의 개구의 반대측 표면이 분할 도체의 단부면과 맞대어지고, 용접용 부재보다도 얇은 두께의 바닥부가 용접 예정부(용접 여유)에 대응해서, 용접부로 된다. 용접 예정 오목함몰부의 형상 및 치수는 용접되는 평각 도체의 단부에 따라 적당한 형상 및 치수로 설정된다. 단, 용접 예정 오목함몰부에 있어서의 바닥부의 두께는, 파이버 레이저의 조사에 의해 용융 가능한(용접부로 되는) 두께로 설정된다. 이 바닥부의 두께는, 파이버 레이저 조사 조건에 의해 일의적으로 결정할 수 없지만, 예를 들면 0.1∼1㎜이다. 용접 예정 오목함몰부의 단면 형상은, 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 원형, 타원형, 직사각형, 부정형 등 여러 가지 형상을 취할 수 있고, 또 분할 도체(13)의, 용접용 부재(16)에 용접되는 단부면의 형상과 동일 혹은 상사인 단면(단부면) 형상으로 형성되어도 좋다.

용접 예정 오목함몰부는, 평각 도체를 구성하는 분할 도체의 배열 등에 따라, 그 배열(배치) 및 수가 결정된다. 본 발명에 있어서, 용접 예정 오목함몰부는, 분할 도체 각각에 대해 적어도 1개가 맞댄 상태로 되어 용접부를 형성하도록, 배열 및 수가 결정되는 것이 용접 강도의 점에서 바람직하다. 1개의 분할 도체에 대해서 맞대어지는 용접 예정 오목함몰부의 수는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 1∼16개를 들 수 있다.

절연 전선재(1)에 있어서, 용접 예정 오목함몰부는, 단면이 원형으로서, 1개의 분할 도체에 대해서 폭 방향을 따라 간격을 두고 3개가 맞대어지도록, 3행×3열의 배치로, 형성되어 있다.

본 발명에 있어서는, 평각 도체를 구성하는 분할 도체 각각에 대해 용접 예정 오목함몰부가 배치될(분할 도체 각각이 용접 예정부와 용접될) 필요는 없고, 용도나 용접 강도에 따라, 분할 도체의 일부(예를 들면, 평각 도체(13)에서는 중간에 배치된 분할 도체(11) 이외의 2개의 분할 도체)에 대해서 용접 예정 오목함몰부가 배치되어도 좋다.

또한, 용접용 부재는, 용접 후에 용접부로 되는 용접 예정부를 포함하지 않는 부재로 이해할 수도 있지만, 본 발명에서는, 용접 예정부 또는 용접부를 포함하는 부재로서 설명한다.

용접용 부재의 외형은, 단자 등과의 TIG 용접이 가능한 형상이면 좋고, 예를 들면, 육면체 형상, 구모양, 반구모양, 판모양, 원반모양, 원고리모양(輪環狀) 등을 들 수 있다.

용접용 부재(16)의 치수도, 단자 등과의 TIG 용접이 가능한 형상이면 특별히 제한되지 않고, 용접하는 단자 등의 형상에 따라 적당히 결정된다.

본 발명에 있어서, 용접용 부재(외형, 용접 예정 오목함몰부)는 상기의 것에 한정되지 않고, 적당히 변경할 수 있다.

예를 들면, 용접 예정 오목함몰부는, 깊이 방향으로, 동일 치수(기둥체 형상)로 해도 좋고, 서서히 축소 또는 확대하는 테이퍼 형상(뿔대(錐台) 형상)이더라도 좋다.

또, 용접 예정 오목함몰부는, 도 6에 도시되는 바와 같이 평각 도체를 구성하는 분할 도체의 수 및 배치에 대응해서 각 분할 도체를 따로따로 용접 가능한 것(복수의 오목함몰부의 집합체)이더라도 좋고, 평각 도체를 전체적으로 용접 가능한 것(평각 도체에 대응하는 1개의 오목함몰부)이더라도 좋다.

또, 도 6∼도 10에 도시하는 용접용 부재는, 1개의 평각 도체를 용접하는 형태를 나타내고 있지만, 본 발명에 있어서는, 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 2개 이상의 도체를 한데 모아서 용접하는 용접용 부재이더라도 좋고, 이 경우, 복수의 절연 전선재를 단자 등에 한꺼번에 용접할 수 있다.

본 발명에 이용하는 용접용 부재는, 금속 부재의 통상의 제조 방법, 예를 들면, 금속의 용탕(溶湯)을 소정 치수의 거푸집에 부어 주조(流延, casting)하는 방법, 선삭이나 연마, 재단 등에 의해, 제작할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 용접 전의 용접용 부재(16)의 단면적 S^c1과, 평각 도체(13)의 단면적 S^c2(합계값)와의 면적비[S^c1：S^c2]가, 1：0.8∼1.2의 범위를 만족시키는 것이 바람직하고, 1：0.9∼1.1의 범위를 만족시키는 것이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 도체와의 크기의 차이가 작아지므로, 용접시의 핸들링성(작업성)이 향상한다.

본 발명에 있어서, 용접 전의 용접용 부재(16)의 단면적 S^c1은, 용접용 부재(16)의, 평각 도체(13)에 용접되는 단부면(용접면)(161)의 면적과 동의(同義)이다. 또, 평각 도체(13)의 단면적 S^c2는, 평각 도체(13)의, 용접용 부재에 용접되는 단부면(용접면)의 면적보다도 크고, 도체 절연층 및 외주 절연층을 포함하는 절연 전선재의 단면적이다.

용접용 부재(16) 및 평각 도체(13)(분할 도체(11))의 단부의 적어도 한쪽은, 단부면 또는 단부면 근방의 외주면에, 용접 작업성이나 용접 강도를 향상시키는 재료를 함유하는 층(도시하지 않음)을 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 재료로서는, 예를 들면, 용접용 부재(16) 및 평각 도체(13)를 구리 혹은 구리 합금으로 형성하는 경우, 주석을 바람직하게 들 수 있다.

주석층은, 단부면 또는 단부면 근방의 외주면에 주석이 존재하고 있으면 층을 이루고 있지 않아도 좋지만, 주석 도금층인 것이 바람직하다. 주석층은, 인장 강도의 향상이라는 관점으로부터, 바람직하게는 0.1∼5㎛의 두께를 가지고, 보다 바람직하게는 0.3∼3㎛의 두께를 가진다. 주석층의 두께를 상기 범위로 함으로써, 양호한 인장 강도를 가질 수 있다. 한편, 주석층을 너무 두껍게 부가하면, 용융부에서 편석하기 쉬워지고, 그것이 크랙의 기점으로 되며, 결과적으로 인장 강도가 저하한다.

＜용접부＞

용접부(15)는, 용접용 부재(16)의 용접면(용접 예정 오목함몰부(17)의 경우, 용접 예정 오목함몰부(17)가 개구되는 면과 반대측 표면)과, 분할 도체(11)의 용접면으로 구획되는 영역이며, 용접 강도 등에 따라, 용접부의 형성 수가 결정되지만, 적어도 1개 가진다. 본 발명에 있어서는, 분할 도체(11) 각각에 대해 적어도 1개의 용접부가 형성되는 것이 용접 강도의 점에서 바람직하다. 이 용접부(15)는, 통상, 용접 자국을 가진다. 용접부(15)는, 구체적으로는, 레이저광 조사면(표면)으로부터 분할 도체(11)와 용접용 부재(16)와의 맞댐면 근방에 이르는 영역이 용융, 고화하여 일체화해서 이루어지는 부분이다. 이 용접부(15)는, 용접용 부재(16)의 용접 예정부와 분할 도체(11)의 단부면을 겹친 상태에서, 용접 예정부의 외부로부터 용접 예정부의 두께 방향을 따라 용접 예정부에 파이버 레이저광을 조사하는 것에 의해, 용접 예정부와 분할 도체(11)의 단부면 근방이 용융하여 일체화해서, 형성된다. 용접부(15)는, 통상, 용접 예정부와 분할 도체(11)의 단부가 전체적으로 용융, 고화하여 원기둥모양으로 형성되지만, 레이저광이 소인(掃引, sweep)된 부분(소인 자국)만이 용융, 고화하여 형성되어도 좋다.

특히 분할 도체(11)에 있어서는, 용접부(15)는, 용접용 부재(16)의 용접 예정부를 형성하는 재료와 분할 도체(11)를 형성하는 재료가 혼합(합금화, 고용)하고 있지만, 후술하는 바와 같이, 용접 예정부와 분할 도체(11)를 맞대어 행하기 때문에, 도체 절연층(12) 등을 형성하는 재료의 혼입을 억제할 수 있다. 또, 파이버 레이저 용접하기 때문에, 용접 예정부와 분할 도체(11)와의 맞댐면 주위에 도체 절연층(12) 등이 존재하고 있어도 도체 절연층(12)을 형성하는 재료 등과 같이 용접시에 소실(燒失)(휘발)하는 성분은 용접부(15)에는 통상 함유되지 않는다. 따라서, 평각 도체(13)가 (분할 도체(11) 주위에) 도체 절연층(12), 나아가서는 외주 절연층(14)을 가지고 있어도, 용접부(15)중에 있어서, 그을음 및 블로우홀의 발생 및 잔존을 억제할 수 있다. 그을음 및 블로우홀의 잔존을 억제할 수 있으면, 용접부(15)는, 강고한 용접 강도를 나타내고, 예를 들면 인장 강도로서는 300MPa 이상이 바람직하다. 용접부(15)의 인장 강도는, 후술하는 실시예에서 설명하는 측정 방법에 의해 측정할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 용접시에 용접 예정 오목함몰부의 내주면과 평각 도체와의 접촉면도 가열 용융해서 용접부로 될 수 있기 때문에, 평각 도체와의 용접 강도가 더욱더 높아지는데다, 도전도의 향상도 기대할 수 있다. 그 때문에, 용접용 부재가 절연 전선재의 코일 가공시나 단자 등에의 TIG 용접시, 나아가서는 TIG 용접 후에 평각 도체로부터 분리, 탈락 등 하는 일없이, 용접 상태를 유지하며 높은 신뢰성을 나타낸다.

용접용 부재(16) 또는 평각 도체(13)에 주석층을 형성하는 경우, 용접부(15)는, 주석(원소)을 함유하고, 예를 들면 구리와 합금화 또는 구리중에 고용한다.

용접용 부재(16)(용접 예정부)와 평각 도체(13)(분할 도체(11))와의 용접(용접부(15)의 형성)은, 파이버 레이저 용접 장치를 이용하여 파이버 레이저 용접하는 것에 의해 행해진다. 본 발명에 있어서, 파이버 레이저 용접은, 열전도형 레이저 용접이라도 좋지만, 깊이 녹임형(deep penetration) 용접(키 홀 용접)으로 하는 것이 바람직하다.

파이버 레이저 용접 장치에는, 예를 들면, 발진 파장이 1084㎚(싱글모드 발진 레이저광)의 파이버 레이저 용접 장치 「ASF1J23」(상품명, 후루카와 덴키 고교사제)을 이용하여, 500W, CW 파이버 레이저를 이용할 수 있다. 용접에서는, 레이저 빔 출력을 300∼500W, 레이저광의 소인 속도를 50∼250㎜/sec., 초점 위치의 레이저광 스폿 지름을 20㎛로 조정해서, 저스트 포커스(JUST Focus)로 레이저광 조사를 행한다. 레이저광 조사 위치는, 맞댐면을 따라 조사하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 용접 조건은 1예로서, 분할 도체(11)의 갯수, 재질 등에 따라서 적당히 변경되고, 예를 들면, 후술하는 실시예에서 제조한 전선 전구체(절연 전선)와 용접용 부재와의 용접에서는, 레이저광의 소인 속도는, 레이저 빔 출력을 300∼500W로 설정하는 경우, 예를 들면, 50∼250㎜/sec.로 설정된다. 파이버 레이저광의 조사 방향은, 상술한 대로이며, 용접 예정부의 외부로부터, 용접 예정부의 두께 방향(맞댐면에 대해서 교차하는 방향, 바람직하게는 수직 방향으로부터)을 따르는 방향이다.

파이버 레이저는, 레이저의 에너지 밀도가 높고, 게다가, 용접부가 20㎜ 정도 필요한 TIG 용접에 대해서 레이저를 20㎛ 정도의 좁은 폭으로 조사할 수 있기 때문에, 용접용 부재(16)와 평각 도체(13)를 높은 용접 강도로 용접(용접부(15)를 형성)할 수 있다. 또, 용접 예정부와 분할 도체(11)를 맞대어 용접하기 때문에, 나아가서는 높은 에너지 밀도에 의해서, 도체 절연층(12), 나아가서는 외주 절연층(14)을 형성하는 수지 등을 용접시에 소실시킬 수 있고, 용접시에 발생, 잔존하는 그을음이나 블로우홀에 의한 문제의 발생(용접 강도 저하 등)을 회피할 수 있다. 나아가서는, 파이버 레이저에서는 저(低)센트릭 렌즈 시스템을 이용함으로써 처리 시간의 단축이 가능해져, 양산시에 유리하다.

본 발명의 절연 전선재는, 분할 도체(11)로서의 리본선을 적층해서 이루어지는 평각 도체(13) 대신에, 분할 도체로서의 피복 소선의 1예로서 에나멜 소선을 꼬아합친 연선(리츠선(litz wire))을 평각모양으로 성형해서 이루어지는 평각 도체를 이용할 수도 있다. 이 평각 도체는 에나멜 소선으로 이루어지는 연선의 평각모양 성형체(평각 리츠선)로 이루어진다.

이와 같은 평각 도체를 구비한 절연 전선재의 1예로서, 도 9 및 도 10에 도시하는 절연 전선재(2)를 들 수 있다. 이 절연 전선재(2)는, 평각 도체(23) 이외는 절연 전선재(1)와 동일한 구성을 가지고 있다. 평각 도체(23)는, 도 9에 있어서, 평각 도체(13)의 구조를 도시하기 위해, 인접하는 분할 도체(21) 사이에 협지된 도체 절연층(22) 이외의 도체 절연층이 제거된 상태(절결도)가 도시되어 있고, 도 10에 있어서, 분할 도체(21)의 외주면을 피복하는 도체 절연층(22)이 제거되지 않고 잔존하고 있는 상태가 도시되어 있다.

절연 전선재(2)가 가지는 평각 도체(23)는, 1개의 에나멜 소선(외주면을 피복하는 도체 절연층(22)을 가지는 분할 도체(21)) 주위에 6개의 에나멜 소선을 배치한 연선을 평각모양으로 성형해서 형성한 것이다. 7개의 분할 도체(21)와, 적어도 인접하는 분할 도체(21) 사이에 협지된 도체 절연층(22)을 가지고 있다. 이와 같은 평각 도체(23)(를 구비한 절연 전선재(2))는, 평각 도체(13)(를 구비한 절연 전선재(1))와 마찬가지로, 단자 등에 충분한 강도로 TIG 용접할 수 없게 된다.

성형 전 및 성형 후의 분할 도체는, 축선에 수직인 단면 형상 및 치수 이외에 대해서는, 절연 전선재(1)에 이용하는 분할 도체(11)와 동일한 구성을 가지고 있다. 성형 전의 분할 도체의 단면 형상은 원형이다. 성형 후의 분할 도체(21)의 단면 형상 및 치수는, 분할 도체(21)의 수 및 성형 압력 등에 의해서 일률적으로는 결정되지 않고, 전체적으로 대략 평각 형상으로 되어 있으면 특별히 제한되지 않는다.

도체 절연층(22)은, 도체 절연층(12)과 마찬가지 절연층을 이용할 수 있다. 이 도체 절연층(22)은, 와전류 손실 저감의 효과가 얻어지면 좋기 때문에, 평각 도체(23)가 너무 두꺼워지지 않도록, 그 두께는 도체 절연층(12)의 두께와 동일한 범위로 설정된다.

본 발명에 있어서, 연선은, 복수의 에나멜 소선이 꼬여 합쳐져서 이루어지는 조선(組線)이면 좋고, 에나멜 소선을 꼬아합칠 때의, 에나멜 소선의 배치, 꼬는 방향, 꼬는 피치 등은, 용도 등에 따라, 적당히 설정할 수 있다.

또, 평각 도체(23)는, 통상의 제조 방법으로 제조한 연선을 평각모양으로 성형해서, 제조할 수 있다. 연선의 성형 방법은, 평각모양으로 성형할 수 있는 형성 방법 및 조건이면 좋고, 공지의 평각 연선의 성형 방법(예를 들면 압축 성형법, 구멍형(孔型) 압연법)과 마찬가지로 해서, 행할 수 있다.

절연 전선재(2)가 가지는 외주 절연층(24)은, 절연 전선재(1)가 가지는 외주 절연층(14)과 마찬가지 절연층으로 형성할 수 있다.

절연 전선재(2)는, 절연 전선재(1)와 마찬가지로, 평각 도체(23)의 한쪽 단부에 용접부(도시하지 않음)를 거쳐 용접용 부재(26)를 가지고 있다. 절연 전선재(2)가 가지는 용접용 부재(26)는, 도 9에 도시되는 바와 같이, 평각 도체(23)를 구성하는 분할 도체(21)의 배열과 일치하도록(각 분할 도체(21)의 단부면에 1개의 용접 예정 오목함몰부(27)가 맞대어지는 상태로 되도록), 7개의 용접 예정 오목함몰부(27)를 가지고 있다. 이 용접용 부재(26)는, 용접 예정 오목함몰부(27)의 수 및 배열이 다른 것 이외는, 절연 전선재(1)가 가지는 용접부(15) 및 용접용 부재(16)와 동일하다. 절연 전선재(2)에 이용하는 용접용 부재(26)에 있어서, 용접 예정 오목함몰부(27)의 수 및 배열은 도 9에 도시하는 것에 한정되지 않고, 예를 들면, 분할 도체(21)의 단부면에 2개 이상의 용접 예정 오목함몰부(27)가 배열된 용접용 부재, 임의의 2∼6개의 분할 도체(21)의 단부면에 용접 예정 오목함몰부(27)가 배열된 용접용 부재 등을 들 수 있다.

본 발명의 절연 전선재는, 평각 도체의 한쪽 단부에 용접부를 거쳐 접속된 용접용 부재를 가지는 장척모양(long) 절연 전선으로 할 수도 있지만, 평각 도체의 양단부에 용접부를 거쳐 접합된 용접용 부재를 가지는 소정 길이의 단척모양(short) 절연 전선으로 하는 것이 바람직하다. 단척모양 절연 전선의 길이(전체길이)는, 용도 등에 따라 적당히 설정되지만, 예를 들면, 10∼100㎝로 할 수 있다. 이와 같은 단척 절연 전선은, 회전 전기의 코일 실장용 절연 전선으로서 이용되는 것이 바람직하다.

상기 절연 전선재(1, 2 및 5A∼5C)는, 절연 전선재의 다른 단부(용접용 부재)나 단자 등과의 용접 가공성이 우수하고, 절연 전선의 현장 시공에 통상 채용되는 TIG 용접에 의해서 전기적 접속이 가능해진다. 특히, 절연 전선재(1 및 2)는, 와전류 손실을 저감할 수 있는 성능을 유지하면서 상기 우수한 특성을 나타낸다. 또한, 용접용 부재(16, 26)를 가지고 있어도, 그 부분은 코일 부분으로부터 빠지기 때문에, 와전류 손실의 저감 효과를 방해하는 것은 아니다.

또 상기 절연 전선재(1, 2 및 5A∼5C)를 이용한 코일, 및 당해 코일을 이용한 전기·전자 기기는, 코일의 절연 전선재에 있어서의 용접 가공성이 우수하다.

[본 발명의 절연 전선재의 제조 방법]

본 발명의 절연 전선재는, 상술한 도체의 단부면과 상술한 용접용 부재의 용접 예정부를 맞댄 상태, 특히, 단심 도체 또는 분할 도체의 단부면의 연장선 상에 용접 예정 오목함몰부가 위치하도록, 도체의 단부면과 용접용 부재의 용접 예정부 표면(용접 예정 오목함몰부의 개구와 반대측 표면)을 맞댄 상태에서, 파이버 레이저를 조사해서, 도체의 단부면과 용접용 부재를 용접하는 것에 의해, 제조할 수 있다. 파이버 레이저의 조사는, 상기 상태를 유지하면서, 용접 예정부에 대해서, 그의 외부로부터 용접 예정부의 두께 방향(맞댐면에 대해서 교차하는 방향, 바람직하게는 수직 방향)으로, 구체적으로는 용접 예정 오목함몰부의 개구로부터 바닥부로 향하는 방향으로 행한다.

파이버 레이저 용접의 방법 및 조건은, 상술한, 용접용 부재와 도체와의 용접(용접부의 형성)에 있어서 설명한 대로이다.

본 발명의 절연 전선재의 제조 방법에 있어서는, 상술한 도체와 상술한 외주 절연층을 구비한 전선 전구체의 단부에 있어서 외주 절연층을 박리 제거할 필요는 없지만, 소망(所望)에 의해 박리 제거해도 좋다. 외주 절연층을 박리 제거(스트리핑)하는 방법은, 절연 전선의 스트리핑에 통상 이용되는 방법을 특별히 제한받는 일없이 적용할 수 있다. 외주 절연층을 박리 제거하는 양태는, 도체에 있어서 설명한 대로이다.

이와 같이 하여, 도체의 단부에 용접부를 거쳐 접합된 용접용 부재를 가지는 본 발명의 절연 전선재를 제조할 수 있다.

본 발명의 절연 전선재는, 상술한 구성을 가지지만, 용접용 부재에 주목해서 하기와 같이 바꾸어 말할 수도 있다.

즉, 단심 도체를 포함하는 단심 도체를 포함하는 도체, 및 도체의 외주를 피복하는 외주 절연층을 가지는, 1개 또는 복수개의 절연 전선과, 절연 전선을 구성하는 단심 도체의 단부를 용접하는 용접 예정부를 가지는 용접용 부재를 구비한 절연 전선재로서, 도체의 적어도 한쪽 단부와 용접용 부재가, (적어도 1개의) 단심 도체의 단부와 용접 예정부로 이루어지는 용접부를 거쳐 접합하고 있는, 절연 전선재.

또, 서로 병행 혹은 나선 모양으로 배치된 복수개의 분할 도체, 및, 분할 도체 사이에 협지된 도체 절연층을 가지는 평각 도체와, 평각 도체의 외주를 피복하는 외주 절연층과, 평각 도체를 구성하는 분할 도체의 단부를 용접하는 용접 예정부를 가지는 용접용 부재를 구비한 절연 전선재로서, 평각 도체의 적어도 한쪽 단부와 용접용 부재가, (적어도 1개의) 분할 도체의 단부와 용접 예정부로 이루어지는 용접부를 거쳐 접합하고 있는, 절연 전선재.

본 발명의 절연 전선재는, 전기·전자 기기에 적용할 수 있고, 예를 들면, 전화기용 전선, 트랜스용 전선, 하이브리드 자동차 혹은 전기 자동차의 모터를 구성하는 코일에 적용하는 것이 호적하다. 예를 들면, 회전 전기(모터)의 고정자(stator)의 코일을 형성하는 권선으로서 이용할 수 있다. 본 발명의 절연 전선재를 이용한 코일 혹은 이 코일을 구비한 전기·전자 기기는, 고주파 영역에 있어서도 와전류 손실이 작다고 하는 이점이 있다.

또 리본선을 적층한 평각 도체(13)나 평각 리츠선의 평각 도체(23)는, 그의 단면 형상이 직사각형(평각 형상)이다. 단면이 평각 형상인 도체는, 원형의 것과 비교하여, 권선시에 스테이터 코어의 슬롯에 대한 점적율(占積率)을 높일 수 있고, 고성능화에 이바지한다.

또 절연 전선재(1, 2)는, 고주파 특유의 표면 효과 및 근접 효과에 의한 교류 저항의 증대를 억제하고, 코일의 온도 상승을 저감한다. 이것에 의해서, 기기의 고효율화, 소형화, 에너지 절약화, 고속화가 이루어진다.

[코일 및 전기·전자 기기]

본 발명의 절연 전선재는, 코일로서, 각종 전기·전자 기기 등, 전기 특성(내전압성)이나 내열성을 필요로 하는 분야에 이용 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 절연 전선재는 모터나 트랜스 등에 이용되고, 고성능의 전기·전자 기기를 구성할 수 있다. 특히 하이브리드 카(HV) 및 전기 자동차(EV)의 구동 모터용 권선으로서 호적하게 이용된다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 본 발명의 절연 전선재를 코일로 해서 제공할 수 있고, 그 코일을 이용한 전기·전자 기기로서, 특히 HEV나 EV의 구동 모터를 제공할 수 있다.

본 발명의 코일은, 각종 전기·전자 기기에 적합한 형태를 가지고 있으면 좋, 본 발명의 절연 전선재를 코일 가공해서 형성한 것, 본 발명의 절연 전선재를 굽힘 가공한 후에 소정의 부분(용접용 부재(16))을 전기적으로 접속해서 이루어지는 것 등을 들 수 있다.

본 발명의 절연 전선재를 코일 가공해서 형성한 코일로서는, 특별히 한정되지 않고, 장척의 절연 전선재를 나선 모양으로 감아 돌린 것을 들 수 있다. 이와 같은 코일에 있어서, 절연 전선재의 권선 수 등은 특별히 한정되지 않는다. 통상, 절연 전선재를 감아돌릴 때에는 철심 등이 이용된다.

예를 들면, 도 11에 도시하는 바와 같이, 코어(41)에 형성된 홈(42) 내에 본 발명의 절연 전선재(도 11에는 절연 전선재(1)를 도시했다)를 1회 감거나 또는 복수회 감아서, 코일(40)이 형성된다.

절연 전선재를 굽힘 가공한 후에 소정의 부분을 전기적으로 접속해서 이루어지는 것으로서, 회전 전기 등의 스테이터에 이용되는 코일을 들 수 있다. 이와 같은 코일은, 예를 들면, 도 12 및 도 13에 도시되는 바와 같이, 평각 도체의 양단부에 용접용 부재를 가지는 단척모양 절연 전선재를 U자 형상 등으로 굽힘 가공해서 복수의 전선 세그먼트(54)를 제작한다. 그리고, 각 전선 세그먼트(54)의 U자 형상 등의 2개의 개방 단부(용접용 부재)(54a)를 엇갈리게 접속(용접)해서 이루어지는 코일(53)(도 13 참조)을 들 수 있다.

이 코일을 이용해서 이루어지는 전기·전자 기기로서는, 특별히 한정되지 않는다. 이와 같은 전기·전자 기기의 바람직한 1양태로서, 예를 들면, 도 13에 도시하는 스테이터(50)를 구비한 회전 전기(특히 HV 및 EV의 구동 모터)를 들 수 있다. 이 회전 전기는, 스테이터(50)를 구비하고 있는 것 이외는, 종래의 회전 전기와 마찬가지 구성으로 할 수 있다.

스테이터(50)는, 전선 세그먼트(54)(도 12 참조)가 본 발명의 절연 전선재(바람직하게는 단척모양 절연 전선재)로 형성되어 있는 것 이외는 종래의 스테이터와 마찬가지 구성으로 할 수 있다. 즉, 스테이터(50)는, 스테이터 코어(51)와, 예를 들면 도 12에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 절연 전선재로 이루어지는 전선 세그먼트(54)가 스테이터 코어(51)의 슬롯(52)에 삽입된다. 그리고, 개방 단부(54a)가 전기적으로 접속되어 이루어지는 코일(53)(도 13 참조)을 이룬다. 여기서, 전선 세그먼트(54)는, 슬롯(52)에 1개로 삽입되어도 좋지만, 바람직하게는 도 12에 도시한 바와 같이 2개 1조로서 삽입된다. 이 스테이터(50)는, 상기와 같이 굽힘 가공한 전선 세그먼트(54)를, 그의 2개의 말단인 개방 단부(54a)를 엇갈리게 접속해서 이루어지는 코일(53)이, 스테이터 코어(51)의 슬롯(52)에 수납되어 있다. 이 때, 전선 세그먼트(54)의 개방 단부(54a)를 접속하고 나서 슬롯(52)에 수납해도 좋고, 또, 절선 세그먼트(54)를 슬롯(52)에 수납한 후에, 전선 세그먼트(54)의 개방 단부(54a)를 절곡 가공해서 접속해도 좋다.

평각 도체를 이용한 본 발명의 절연 전선재는, 예를 들면, 스테이터 코어의 슬롯 단면적에 대한 도체의 단면적의 비율(점적율)을 높일 수 있고, 전기·전자 기기의 특성을 향상시킬 수 있다.

[실시예]

이하에, 본 발명을 실시예에 기초하여, 더욱 상세히 설명하겠지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.

[실시예 1]

본 예에서는, 도 6∼도 8에 도시한 절연 전선재(1)를 제작했다.

구체적으로는, 산소 함유량 20ppm 이하의 무산소 구리를 이용하여, 3.66×0.70㎜(폭×두께)이고 네 귀퉁이를 곡률 반경 r=0.10㎜로 모따기해서 이루어지는 평각 형상의 리본선으로 이루어지는 분할 도체(11)(도 7 참조)를 제작했다. 분할 도체(11)의 외주에, 도체 절연층(12)을 열가소성 수지의 폴리에테르이미드(PEI)로 형성했다(도 6 참조). 도체 절연층(12)의 형성시에는, 분할 도체(11)의 형상과 상사형의 다이스를 사용해서, PEI 바니시를 분할 도체(11)의 외주에 코팅했다. PEI 바니시를 도포한 분할 도체(11)에 대해서, 450℃로 설정한 로길이(爐長) 8m의 베이킹로 내를, 베이킹 시간 15초로 되는 속도로 통과시켰다. PEI 바니시는, PEI(사빅 이노베이티브 플라스틱스(SABIC Innovative Plastics)사제, 상품명：우르템(ULTEM) 1010)를 N－메틸－2－피롤리돈(NMP)에 용해시켜 조제했다. 베이킹 공정에서 두께 3㎛의 폴리에테르이미드층을 형성했다. 이렇게 해서, 피막 두께 3㎛의 도체 절연층(12)으로 외주면을 피복한 분할 도체(11)(에나멜 소선)를 얻었다.

도체 절연층(12)으로 피복한 분할 도체(11)를 두께 방향으로 3층 적층해서 평각 도체(13)(도 8 참조)를 얻어, 압출 성형에 의해 그의 외주에 열가소성 수지의 외주 절연층(14)(도 8 참조)을 형성했다.

압출기의 스크류는, 30㎜ 풀 플라이트(full flight), L/D=20, 압축비 3을 이용했다. 압출기 내의 실린더 온도를, 수지 투입측으로부터 차례로 3존의 온도, 300℃, 380℃, 380℃로 하고, 또 헤드부의 온도를 390℃, 다이스부의 온도를 400℃로 했다. 외주 절연층(14)의 열가소성 수지로서는 폴리에테르에테르케톤(PEEK：솔베이 스페셜티 폴리머즈(Solvay Specialty Polymers)제, 상품명：키타스파이어(KetaSpire) KT－820, 비유전률 3.1, 융점 343℃)를 이용했다.

압출 다이를 이용하여 폴리에테르에테르케톤의 압출 피복을 행한 후, 10초간, 방치하고 나서 수냉(水冷)했다. 그리고, 평각 도체(13)의 외주에 두께 50㎛의 외주 절연층(14)을 형성하고, 단면의 크기가 3.76㎜(폭)×2.22㎜(높이)이고, 길이가 19㎝인 전선 전구체를 얻었다.

한편, 산소 함유량 20ppm 이하의 무산소 구리의 용탕을 소정 치수의 거푸집에 부어 주조해서, 길이(높이)가 10㎜이고 단면(측면)의 크기가 3.76㎜(폭)×2.22㎜(높이)인 직방체모양의 용접용 부재(16)를, 제작했다. 이 용접용 부재(16)는, 상기 측면에 개구하는 용접 예정 오목함몰부(바닥이 있는 구멍)(17)를, 3층의 분할 도체(11)에 대응하도록 3행×3열의 배열로, 9개 가지고 있다. 각 용접 예정 오목함몰부(17)의 치수는, 직경 1.0㎜×깊이 8.0㎜(용접 예정부의 두께 2.0㎜)의 바닥이 있는 구멍으로 했다. 또, 용접용 부재(16)의 용접 전의 단면적 S^c1과 전선 전구체의 평각 도체의 단면적 S^c2와의 면적비[S^c1：S^c2](파이버 레이저 용접하기 전)는, 1：1이었다.

그리고, 외주 절연층(14) 및 도체 절연층(12)을 제거하지 않은 전선 전구체의 평각 도체의 단부와, 용접용 부재의, 용접 예정 오목함몰부(17)가 개구되는 표면과는 반대측 표면을, 평각 도체(13)를 구성하는 각 분할 도체(11)의 단부면의 축선 방향 연장선 상에(폭 방향으로 병설된 3개의) 용접 예정 오목함몰부(17)가 위치한 상태로, 맞대었다. 이 상태에서, 용접 예정부 각각에 대해, 용접 예정부의 외부로부터 용접 예정부의 두께 방향(맞댐면에 대해서 수직 방향)으로, 즉 용접 예정 오목함몰부(17) 내를 용접 예정 오목함몰부(17) 개구로부터 바닥부로 향하는 방향으로, 파이버 레이저를 하기 용접 조건으로 조사했다.

이렇게 해서, 전체길이 20㎝의, 용접용 부재(16) 달린 절연 전선재(1)를 제작했다.

＜파이버 레이저 용접 조건＞

레이저 용접 장치：ASF1J23(상품명, 후루카와덴키고교사제), 500W, CW 파이버 레이저

레이저 빔 출력：300W

발진 파장：1084㎚(싱글모드 발진 레이저광)

소인 속도：50㎜/sec.

초점 위치의 레이저광 스폿 지름：20㎛

전(全)조건 저스트 포커스로 레이저광 조사

레이저광 조사 위치：용접 예정 오목함몰부(17)의 바닥부 중심에 조사한 후, 오목함몰부의 원주에 도달할 때까지 직선으로 소인하고, 그 후, 원주를 따라 일주할 때까지 소인했다.

[실시예 2∼6]

실시예 2∼6은, 레이저광 출력 및 레이저광의 소인 속도를 표 1에 기재한 값으로 한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서, 용접용 부재(16) 달린 절연 전선재를 얻었다.

[실시예 7]

도 9 및 도 10에 도시한, 용접용 부재(26)가 용접된 절연 전선재(2)를 제작했다.

구체적으로는, 평각 리츠선으로 구성되는 평각 도체(23)(도 10 참조)를 준비했다. 평각 도체(23)는, 무산소 구리(OFC)로 이루어지는 소선의 외주면에 에나멜층(층두께 3㎛의 폴리에테르이미드층)을 형성시키고, 그것을 7개 이용하여 연선으로 하고, 그 후, 평각 형상으로 가공함으로써 제작했다. 그 치수는, 실시예 1에서 이용한 분할 도체(11)와 동일하게 설정했다.

상기와 같이 제작함으로써, 평각 리츠선의 평각 도체(23)(도 10 참조)를 얻어, 압출 성형에 의해 그 외주에 열가소성 수지의 외주 절연층(24)(도 10 참조)을 형성했다.

압출기의 스크류는, 30㎜ 풀 플라이트, L/D=20, 압축비 3을 이용했다. 압출기 내의 실린더 온도를, 수지 투입측으로부터 차례대로 3존의 온도, 300℃, 380℃, 380℃로 했다. 또 헤드부의 온도를 390℃, 다이스부의 온도를 400℃로 했다. 외주 절연층(24)의 열가소성 수지로서는 폴리에테르에테르케톤(PEEK(솔베이 스페셜티 폴리머즈사제, 상품명：키타스파이어 KT－820, 비유전률 3.1, 융점 343℃)을 이용했다.

압출 다이를 이용하여 폴리에테르에테르케톤의 압출 피복을 행한 후, 10초간, 방치하고 나서 수냉했다. 그리고, 평각 도체(23)의 외주에 두께 50㎛의 외주 절연층(24)을 형성했다. 이렇게 해서, 단면의 크기가 3.76㎜(높이)×2.22㎜(폭)이고, 길이가 19㎝인 전선 전구체를 얻었다.

한편, 용접용 부재(26)로서, 실시예 1에서 제작한 용접용 부재(16)를 준비했다. 단, 용접 예정 오목함몰부(27)의 배치는 도 9에 도시되는 배치로 설정했다.

상기 평각 도체와, 제작한 상기 전선 전구체를 실시예 1과 마찬가지로 해서 파이버 레이저 용접하는 것에 의해 용접부(25)를 형성하고, 전체길이 20㎝의, 용접용 부재(26) 달린 절연 전선재(2)를 제작했다.

[실시예 8∼12]

실시예 8∼12는, 레이저광 출력 및 레이저광의 소인 속도를 표 1에 기재한 값으로 한 것 이외는 실시예 7과 마찬가지로 해서, 용접용 부재(26) 달린 절연 전선재(2)를 얻었다.

[실시예 13∼18]

실시예 13은, 용접용 부재의, 용접 예정 오목함몰부(27)가 개구되는 면의 반대측 표면에 주석층을 두께 1㎛로 도금한 것을 이용한 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 해서, 용접용 부재(16) 달린 절연 전선재(1)를 얻었다.

실시예 14∼18은, 레이저광 출력 및 레이저광의 소인 속도를 표 1에 기재한 값으로 한 것 이외는 실시예 13과 마찬가지로 해서, 용접용 부재(16) 달린 절연 전선재(1)를 얻었다.

[실시예 19∼24]

실시예 19는, 용접용 부재의, 용접 예정 오목함몰부(27)가 개구되는 면의 반대측 표면에 주석층을 두께 1㎛로 도금한 것을 이용한 것 이외는 실시예 7과 마찬가지로 제작해서, 용접용 부재(26) 달린 절연 전선재(2)를 얻었다.

실시예 20∼24는, 레이저광 출력 및 레이저광의 소인 속도를 표 1에 기재한 값으로 한 것 이외는 실시예 19와 마찬가지로 해서, 용접용 부재(26) 달린 절연 전선재(2)를 얻었다.

[비교예 1]

본 예에서는, 실시예 1에서 제작한 전선 전구체와, 용접 예정 오목함몰부를 가지지 않는 직방체모양의 용접용 부재(중실체(solid body))를 이용해서, 절연 전선재를 제조했다.

즉, 산소 함유량 20ppm 이하의 무산소 구리를 이용하여, 단면의 크기가 3.76㎜(폭)×2.22㎜(높이)이고 길이가 10㎜인 직방체모양의 용접용 부재를 제작했다. 그리고, 전선 전구체의 평각 도체의 단부면과 용접용 부재의 단부면을 맞댄 상태에서, 맞댄 면에, 맞댐면에 대해서 평각 도체의 축선에 수직인 방향(맞댐면에 대해서 평행한 방향)으로부터 맞댐 위치를 따라, 파이버 레이저광을 조사하여, 관통 용접했다. 파이버 레이저광의 조사 방향(레이저광 조사 위치) 이외의 파이버 레이저 용접 조건은 실시예 1과 동일하다.

이렇게 해서, 전체길이 20㎝의, 용접용 부재 달린 절연 전선재를 제작했다.

[비교예 2]

레이저광 출력 및 레이저광의 소인 속도를 표 1에 기재한 값으로 한 것 이외는 비교예 1과 마찬가지로 해서, 용접용 부재 달린 절연 전선재를 얻었다.

[비교예 3]

본 예에서는, 실시예 7에서 제작한 전선 전구체와, 용접 예정 오목함몰부를 가지지 않는 직방체모양의 용접용 부재를 이용하여, 절연 전선재를 제조했다. 즉, 실시예 7에서 제작한 전선 전구체와 비교예 1에서 제작한 용접용 부재를 맞대어, 비교예 1과 마찬가지로 해서 맞댐면을 파이버 레이저 용접하는 것에 의해, 전체길이 20㎝의, 용접용 부재 달린 절연 전선재를 제작했다.

[비교예 4]

레이저광 출력 및 레이저광의 소인 속도를 표 1에 기재한 값으로 한 것 이외는 비교예 3과 마찬가지로 해서, 용접용 부재 달린 절연 전선재를 얻었다.

[비교예 5]

본 예에서는, 실시예 1에서 제작한 전선 전구체와, 비교예 1에서 제작한 직방체모양의 용접용 부재(평각 도체의 단부면과 맞대어지는 단부면에 도금 마친 것)를 이용하여, 절연 전선재를 제조했다. 즉, 실시예 1에서 제작한 전선 전구체와 도금 마친 상기 용접용 부재를 맞대어, 비교예 1과 마찬가지로 해서 맞댐면을 파이버 레이저 용접하는 것에 의해, 전체길이 20㎝의, 용접용 부재 달린 절연 전선재를 제작했다.

[비교예 6]

레이저광 출력 및 레이저광의 소인 속도를 표 1에 기재한 값으로 한 것 이외는 비교예 5와 마찬가지로 해서, 용접용 부재 달린 절연 전선재를 얻었다.

[비교예 7]

본 예에서는, 실시예 7에서 제작한 전선 전구체와, 비교예 1에서 제작한 직방체모양의 용접용 부재(평각 도체의 단부면과 맞대어지는 단부면에 도금 마친 것)를 이용하여, 절연 전선재를 제조했다. 즉, 실시예 7에서 제작한 전선 전구체와 도금 마친 상기 용접용 부재를 맞대어, 비교예 1과 마찬가지로 해서 맞댐면을 파이버 레이저 용접하는 것에 의해, 전체길이 20㎝의, 용접용 부재 달린 절연 전선재를 제작했다.

[비교예 8]

레이저광 출력 및 레이저광의 소인 속도를 표 1에 기재한 값으로 한 것 이외는 비교예 7과 마찬가지로 해서, 용접용 부재 달린 절연 전선재를 얻었다.

이와 같이 해서 제조한, 실시예 1∼24, 비교예 1∼8의 절연 전선재에 대해서 이하의 평가를 행했다. 그 평가 결과를 표 1에 나타낸다.

＜평각 도체와 용접용 부재와의 용접 강도의 측정＞

각 실시예 및 비교예와 마찬가지로 해서 각 3개씩 제작한 절연 전선재에 대해서, JIS　Z　2241：2011에 준거하여, 평각 도체와 용접용 부재를 각각 파지(把持)하여 인장 시험을 행해서 용접부의 강도를 측정하고, 그들의 평균값을 구하여, 절연 전선재의 인장 강도로 했다.

인장 강도가 300MPa 이상이면, 용접용 부재가 코일 가공시나 단자 등에의 TIG 용접시에 평각 도체로부터 분리하지 않을 정도로 평각 도체와 용접용 부재가 강고하게 용접되어 있는 것으로서 「G」로 판정했다. 한편, 인장 강도가 300MPa 미만이면, 용접 강도가 부족한 것으로서 「N」으로 판정했다. 합격은 「G」판정으로 했다.

＜블로우홀의 유무 확인 시험＞

용접부의 단면은, 용융부의 중앙을 겨냥하도록 해서 단면 자르기(斷面出, cross-sectioning)를 행해서 얻었다. 그 단면에 있어서의 용접부를, 광학 현미경에 의해서 관찰하고, 직경 0.1㎜ 이상의 블로우홀 수를 세었다.

블로우홀 수가 10개 이하이고, 평각 도체와 용접용 부재와의 용접이 이루어져 있으면(용접부가 형성되어 있으면), 파이버 레이저 용접성(실시예에 있어서, 단지 용접성이라고 한다.)이 우수하다고 하여 「○」, 합격으로 판정했다. 한편, 블로우홀 수가 10개를 넘거나, 또는 용접이 이루어져 있지 않은 경우는, 용접성이 뒤떨어진다고 하여 「×」, 불합격으로 판정했다.

＜그을음의 유무 확인 시험＞

각 절연 전선재에 대해서, 용접부에 있어서의 그을음의 발생 혹은 잔존을 육안관찰(目視)로 확인했다.

용접한 개소 주변에 흑색의 그을음 발생 및 잔존을 확인할 수 없는 경우를 「○」, 용접한 개소 주변에 흑색의 그을음 발생 및 잔존을 확인할 수 있었던 경우(불합격)를 「×」로 했다.

상기 실시예 1∼24, 상기 비교예 1∼8, 하기 실시예 25 및 하기 비교예 9의 절연 전선재에 대해서 이하의 평가를 행했다. 그 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

＜용접용 부재와 단자와의 용접 강도 시험＞

실시예 1∼24 및 비교예 1∼8에서 제작한 각각의 절연 전선재의 용접용 부재와 단자를 TIG 용접했다.

또, 실시예 25로서, 실시예 11에서 제조한 (용접용 부재 달린) 절연 전선재를 이용하여, 단자에 대해서 하기 조건으로, 절연 전선재의 용접용 부재와 단자를 파이버 레이저 용접했다.

또, 비교예 9로서, 실시예 1 및 7에서 제조한, 외주 절연층 및 도체 절연층을 제거한 전선 전구체(분할 도체)와 단자를 하기 방법 및 조건으로 TIG 용접했다.

단자에는, 단면의 크기가 3.76㎜(폭)×2.22㎜(높이)인 무산소 구리(OFC)의 평각 도체를 이용했다. 실장에서 생각되는 단자 등은 가지각색이기는 하지만, 본 시험에서는, 어느 경우나 단자에는 상기의 용접용 부재와 동등한 것을 이용했다.

용접은, 용접용 부재의 용접 예정 오목함몰부의 바닥면 혹은 용접용 부재의 단부면과 단자의 단부면을 맞댄 상태에서 행했다.

－　TIG 용접의 방법 및 조건　－

TIG 용접은, 불활성 가스에 아르곤을 이용하고, 그 아르곤을 용접부에 12.0L/min으로 공급하고, 용접봉에 직경 3.2㎜의 텅스텐봉을 이용했다. 그리고, 전류값 190A, 통전 시간 0.1초의 조건으로 행했다.

－　파이버 레이저 용접의 조건　－

레이저 용접 장치：ASF1J23(상품명, 후루카와 덴키 고교사제), 500W, CW 파이버 레이저

레이저 빔 출력：300W

발진 파장：1084㎚(싱글모드 발진 레이저광)

소인 속도：100㎜/sec.

초점 위치의 레이저광 스폿 지름：20㎛

전조건 저스트 포커스로 레이저광 조사

레이저광 조사 위치：맞댐면에 대해서 평각 도체의 축선에 수직인 방향으로부터 맞댐 위치를 따라 조사

상술한 바와 같이 해서 각 절연 전선재와 단자와의 용접 마친 샘플에 대해서, JIS　Z　2241：2011에 준거하여, 인장 시험을 행하고, 측정한 인장 강도가 300MPa 이상이면, 용접용 부재 또는 평각 전선의 단부가 단자와 분리하지 않을 정도로 평각 도체와 용접용 부재가 강고하게 용접되어 있는 것으로서 「G」로 판정했다. 한편, 인장 강도가 300MPa 미만이면, 용접 강도가 부족한 것으로서 「N」으로 판정했다. 합격은 「G」판정으로 했다.

표 1 및 표 2로부터 이하를 알 수 있다.

즉, 종래의 용접 가공법인, 절연 전선재로부터 외주 절연층 및 도체 절연층을 제거한 전선 전구체(용접용 부재를 용접하고 있지 않다)와 단자를 TIG 용접한 비교예 9는, 전선 전구체로서 실시예 1 및 7에서 제조한 전선 전구체의 어느 것을 이용한 경우에도, 용접만은 할 수 있었지만 용접 강도가 작고, 단자 등과의 용접 가공성이 뒤떨어지는 것이었다(표 2).

또, 비교예 1∼8에서 제조한 용접용 부재를 가지는 절연 전선재는, 맞댐면에 대해서 평행한 방향으로부터 맞댐 위치를 따라 특정의 조건으로 레이저광을 조사해서, 평각 도체와 용접용 부재를 용접한 것이다. 이들 절연 전선재는, 어느 것이나, 그을음 또는 블로우홀의 발생 또는 잔존을 억제할 수 없어, 관통 용접할 수 없거나, 할 수 있었다고 해도 용접 강도가 충분하지 않다. 그 때문에, 용접용 부재와 단자와의 TIG 용접은 가능했지만, 용접용 부재와 평각 도체와의 탈락 등이 염려되며, 용접 가공성, 나아가서는 신뢰성이 뒤떨어지는 것이다.

이것에 대해서, 실시예 1∼24는, 어느 것이나, 외주 절연층 및 도체 절연층을 박리 제거하고 있지 않아도, 그을음 및 블로우홀의 발생 또는 잔존을 억제하여 강고한 용접을 할 수 있다. 또, 평각 도체의 외주면에 주석층이 형성되어 있는 것에서는, 대체로, 인장 강도를 높일 수 있다. 또, 표 2에 나타내어지는 바와 같이, 실시예 1∼24의 절연 전선재에 마련한 용접용 부재와 단자는, TIG 용접법에 의해서, 강고한 용접 강도로 용접할 수 있다. 이와 같이, 실시예의 절연 전선재는, 용접용 부재와 단자와의 TIG 용접이 가능하고, 게다가 용접용 부재와 평각 도체가 강고하게 용접되어 있어 그들의 분리, 이탈 등을 방지할 수 있으며, 그 결과, 단자 등과의 용접 가공성, 나아가서는 신뢰성도 우수한 것이다.

이상의 결과로부터, 실시예 1∼24의 절연 전선재는, 어느 것이나, 절연 전선재의 다른 단부나 단자 등과의 용접 가공성이 우수하고, TIG 용접에 의한 전기적 접속이 가능해지는 것을 알 수 있었다.

상술한 결과로부터, 상기 분할 도체를 포함하는 전선 전구체 대신에, 단심 도체를 포함하는 도체와 그 외주를 피복하는 외주 절연층을 가지는 절연 전선을 분할 도체와 동일 수 이용해도, 상기 분할 도체를 포함하는 전선 전구체와 마찬가지로, 용접용 부재에 파이버 레이저 용접할 수 있는 것을 알 수 있다.

또, 실시예 1∼24의 각 절연 전선재를 코일에 적용한 경우, 평각 도체(13)가 3층의 리본선으로 이루어지는 분할 도체(11), 또는 평각 리츠선으로 이루어지는 평각 도체(13)인 것으로 인해, 고주파 특성으로서, 와전류 손실이 저감되는 것도 확인할 수 있었다.

본 발명을 그 실시형태와 함께 설명했지만, 우리는 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부(細部)에 있어서도 한정하려고 하는 것은 아니며, 첨부하는 청구범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하는 일없이 폭넓게 해석되어야 할 것이라 생각한다.

본원은, 2018년 3월 30일에 일본에서 특허 출원된 특원2018－067210에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 이것은 여기에 참조해서 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로서 포함시킨다.

1, 2, 5A, 5B, 5C: 절연 전선재
11, 21: 분할 도체
12, 22: 도체 절연층
13, 23:　(분할) 도체
14, 24, 34: 외주 절연층
15, 25, 35A, 35B, 35C:　용접부
16, 26, 36A, 36B, 36C, 36D: 용접용 부재
161:　단부면
17, 27, 37A, 37B:　용접 예정 오목함몰부
38:　절연 전선
40: 코일
41: 코어
42: 홈
50: 스테이터
51: 스테이터 코어
52: 슬롯
53: 코일
54: 전선 세그먼트
54a: 개방 단부(용접용 부재)

Claims (18)

1. 단심(單芯) 도체를 포함하는 도체와, 상기 도체의 외주를 피복하는 외주 절연층을 가지는, 1개 또는 복수개의 절연 전선과,
   상기 절연 전선의 적어도 한쪽 단부(端部)에, 상기 단심 도체와의 용접부를 거쳐, 적어도 그 용접부의 둘레면에 접합된 용접용 부재를 가지는, 절연 전선재.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 도체가 상기 단심 도체의 외주면을 피복하는 도체 절연층을 가지는, 절연 전선재.
3. 서로 병행 혹은 나선 모양으로 배치된 복수개의 분할 도체, 및, 상기 분할 도체 사이에 협지된 도체 절연층을 가지는 도체와,
   상기 도체의 외주를 피복하는 외주 절연층과,
   상기 도체의 적어도 한쪽 단부에, 분할 도체와의 용접부를 거쳐, 적어도 그 용접부의 둘레면에 접합된 용접용 부재를 가지는, 절연 전선재.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단심 도체 또는 분할 도체가 평각(平角) 도체인, 절연 전선재.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 복수개의 분할 도체가 어느 것이나, 리본선인, 절연 전선재.
6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수개의 분할 도체가 어느 것이나, 외주면을 피복하는 도체 절연층을 가지는 에나멜 소선이고,
   상기 도체가, 상기 에나멜 소선으로 이루어지는 연선(撚線)의 성형체인, 절연 전선재.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단심 도체 또는 분할 도체의 재질이 무산소 구리인, 절연 전선재.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용접용 부재의 재질이 무산소 구리인, 절연 전선재.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 용접부가 주석 원소를 함유하는, 절연 전선재.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접부의 인장 강도가 300MPa 이상인, 절연 전선재.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외주 절연층이 폴리에테르에테르케톤으로 이루어지는 층인, 절연 전선재.
12. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체 절연층이 유기 고분자로 이루어지는 절연층인, 절연 전선재.
13. 제 2 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체 절연층이 기포를 가지는 절연층인, 절연 전선재.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접용 부재의 용접 전의 단면적 S^c1과, 상기 도체의 용접 전의 단면적 S^c2와의 면적비[S^c1：S^c2]가 1：0.8∼1.2의 범위를 만족시키는, 절연 전선재.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재를 가지는, 코일.
16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재를 복수 가지고, 상기 절연 전선재의 용접용 부재가 서로 전기적으로 접속되어 이루어지는, 코일.
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 기재된 코일을 가지는, 전기·전자 기기.
18. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 절연 전선재의 제조 방법으로서,
    상기 도체의 단부면(端面)과 상기 용접용 부재의 용접 예정부를 맞댄 상태에서, 상기 용접 예정부에 대해서 그 용접 예정부의 두께 방향으로 파이버 레이저를 조사해서, 상기 단부면과 상기 용접용 부재를 용접하는, 절연 전선재의 제조 방법.

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