KR20210047882A - 도체와 절연 피막의 적층체, 코일, 회전 전기, 절연 도료, 및 절연 필름 - Google Patents
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Abstract
내부분방전 특성이 우수한 적층체를 제공한다. 도체와, 상기 도체 위에 형성된 절연 피막을 구비하는 적층체로서, 상기 절연 피막은 금속 산화물 수화물을 포함하는 수지 조성물로 구성되어 있으며, 상기 절연 피막은 상기 적층체가 인버터 서지에 의해 발생하는 부분방전에 노출되면 무기 절연층이 형성되는, 도체와 절연 피막의 적층체.
Description
본 발명은 도체와 절연 피막의 적층체, 코일, 회전 전기(電機), 절연 도료, 및 절연 필름에 관한 것이다.
모터 등의 전기 기기에 이용되는 전선으로서는 폴리이미드, 폴리아미드이미드 등의 수지 또는 수지 전구체를 유기 용제에 용해시킨 절연 도료를 도체 표면에 도포하고 베이킹함으르써 절연층이 형성되어 있는 절연 전선이나, 폴리이미드 필름이나 마이카 페이프 등의 절연 필름을 도체에 감아 절연층을 형성한(이른바 테이프 래핑) 절연 전선이 이용되고 있다.
가동 전압이 높은 전기 기기, 예를 들어 고전압으로 사용되는 모터 등에서는 코일을 구성하는 절연 전선에 고전압이 인가되고 인접하는 각 절연 전선 또는 절연 피막 중에 미소한 공극이 존재하면 그 부분에 전계가 집중하여 부분방전이 발생하는 일이 있다. 이러한 부분방전에 의해 절연 피막에 열화가 발생하고 조기에 코일의 절연 파괴가 일어나고 전기 기기가 파손되어 버리는 문제가 있다.
또한, 최근 에너지 절약이나 가변속을 위해 이용하는 인버터에 의해 모터 등을 구동시키는 시스템에 있어 저전압 구동으로 분류되는 기기에서도 구동 전압에 급격한 과전압(이른바 인버터 서지)이 극히 단시간에, 또한, 반복적으로 발생하고 절연 파괴를 일으키는 경우가 많아지고 있다. 이 절연 파괴는 인버터 서지에 의해 반복적으로 발생하는 과전압이 일으킨 부분방전에 의한 것이다.
이 부분방전에 대한 과전(課電) 수명을 향상시키는 방법으로서 절연 파괴에 금속 산화물 등으로 이루어지는 무기 재료를 충전하여 부분방전에 의한 절연 파괴를 억제하는 방법, 나노 크기의 무기 재료를 적용하여 내부분방전 특성과 기계적 특성(가요성이나 내마모성)을 양립시키는 방법이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 내지 3 참조).
본 발명은 도체와 절연 피막과의 적층체로서, 내부분방전 특성이 우수한 적층체를 제공하는 것을 주요 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 당해 적층체를 절연 전선으로서 이용한 코일, 회전 전기(電機), 또한, 당해 적층체를 형성하기 위한 절연 도료, 절연 필름을 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명은 하기의 구성을 구비하는 발명을 제공한다.
항 1. 적어도 도체와, 절연 피막을 구비하는 적층체로서,
상기 절연 피막은 금속 산화물 수화물을 포함하는 수지 조성물로 구성되며,
상기 절연 피막은 상기 적층체가 인버터 서지에 의해 발생하는 부분방전에 노출되면 무기 절연층이 형성되는, 적층체.
항 2. 상기 금속 산화물 수화물은 알루미나 수화물인, 항 1에 기재된 적층체.
항 3. 상기 무기 절연층이 상기 금속 산화물 수화물에서 일부 탈수한 금속 산화물 수화물, 및 금속 산화물 중 적어도 한쪽에 의해 구성된, 항 1 또는 2에 기재된 적층체.
항 4. 상기 무기 절연층의 두께가 10nm 이상인, 항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 적층체.
항 5. 상기 도체와 상기 무기 절연층 사이에 복합층이 더 형성되는, 항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 적층체.
항 6. 상기 복합층의 두께가 10nm 이상인, 항 5에 기재된 적층체.
항 7. 상기 수지 조성물에 있어서, 상기 금속 산화물 수화물의 함유량이 수지 100질량부에 대하여 6 ~ 50질량부인, 항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 적층체.
항 8. 상기 수지 조성물에 있어서, 수지가 포르말 수지(formal resin), 폴리우레탄, 에폭시 수지, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 및 이들의 전구체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인, 항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 적층체.
항 9. 절연 전선 또는 필름의 형태인, 항 1 ~ 8 중 어느 한 항에 기재된 적층체.
항 10. 항 9에 기재된 절연 전선을 포함하는, 코일.
항 11. 항 9에 기재된 절연 전선을 포함하는, 회전 전기.
항 12. 항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 적층체를 제조하기 위한, 상기 수지 조성물을 포함하는, 절연 도료.
항 13. 항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 적층체의 절연 피막을 형성하기 위해, 상기 수지 조성물로 형성된 절연 필름.
항 14. 도체와, 절연 피막을 구비하는 적층체로서, 상기 절연 피막에 무기 절연층과 복합층을 포함하는 적층체.
본 발명에 의하면, 도체와 절연 피막과의 적층체로서, 내부분방전 특성이 우수한 적층체를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 당해 적층체를 전선으로서 이용한 코일, 회전 전기, 또한, 당해 적층체를 형성하기 위한 절연 도료를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 적층체의 일례를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 절연 전선의 다른 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 절연 전선의 다른 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 절연 전선의 다른 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 절연 전선의 다른 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 6은 도 1의 적층체에 부분방전이 발생한 후의 절연 피막의 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 7은 도 6의 적층체에 대해 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역의 모식적 확대도이다.
도 8은 종래의 절연 전선에 부분방전이 발생한 후의 절연 피막의 상태(절연 파괴부)를 나타내는 단면 모식도이다.
도 9는 도 8의 절연 피막의 절연 파괴부의 모식적 확대도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 다른 절연 전선의 모식도이다.
도 11은 실시예 3의 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역의 TEM에 의한 관찰 사진이다.
도 12는 도 11의 TEM에 의한 관찰 사진에서 각각 왼쪽으로부터 순서대로 무기 절연층(5), 복합층(6), 절연 피막(2)의 각각을 더욱 확대한 사진이다.
도 13은 실시예 3의 필름에 형성된 무기 절연층(5) 및 복합층(6)의 공극율을 구하기 위해 염색한 영역의 TEM에 의한 관찰 사진이다.
도 14는 비교예 2의 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역의 TEM에 의한 관찰 사진이다.
도 15는 부분방전 폭로 시험 및 V-t 특성 평가 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 16은 실시예 8의 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역의 TEM에 의한 관찰 사진이다. 또한, 복합층(6)과 절연 피막(2)과의 경계 부분, 및, 복합층(6)과 무기 절연층(5)과의 경계 부분에는 참고를 위해 흰색 선을 그었다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 절연 전선의 다른 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 절연 전선의 다른 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 절연 전선의 다른 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 절연 전선의 다른 예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 6은 도 1의 적층체에 부분방전이 발생한 후의 절연 피막의 상태를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 7은 도 6의 적층체에 대해 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역의 모식적 확대도이다.
도 8은 종래의 절연 전선에 부분방전이 발생한 후의 절연 피막의 상태(절연 파괴부)를 나타내는 단면 모식도이다.
도 9는 도 8의 절연 피막의 절연 파괴부의 모식적 확대도이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태에 따른 다른 절연 전선의 모식도이다.
도 11은 실시예 3의 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역의 TEM에 의한 관찰 사진이다.
도 12는 도 11의 TEM에 의한 관찰 사진에서 각각 왼쪽으로부터 순서대로 무기 절연층(5), 복합층(6), 절연 피막(2)의 각각을 더욱 확대한 사진이다.
도 13은 실시예 3의 필름에 형성된 무기 절연층(5) 및 복합층(6)의 공극율을 구하기 위해 염색한 영역의 TEM에 의한 관찰 사진이다.
도 14는 비교예 2의 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역의 TEM에 의한 관찰 사진이다.
도 15는 부분방전 폭로 시험 및 V-t 특성 평가 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 16은 실시예 8의 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역의 TEM에 의한 관찰 사진이다. 또한, 복합층(6)과 절연 피막(2)과의 경계 부분, 및, 복합층(6)과 무기 절연층(5)과의 경계 부분에는 참고를 위해 흰색 선을 그었다.
이하에서는 본 발명의 적층체, 코일, 회전 전기, 절연 도료, 및 절연 필름에 대해 자세히 설명한다. 또한, 본 명세서에 있서 "~"로 연결된 수치는 "~" 전후의 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 수치 범위를 의미한다. 복수의 하한값과 복수의 상한값이 별개로 기재되어 있는 경우 임의의 하한값과 상한값을 선택하고 "~"로 연결할 수 있는 것으로 한다.
본 발명의 적층체는 적어도 도체와, 도체 위에 형성된 절연 피막을 구비하는 적층체이다. 본 발명의 적층체에 있어 절연 피막은 금속 산화물 수화물을 포함하는 수지 조성물로 구성되어 있으며, 또한, 당해 절연 피막은 적층체가 인버터 서지에 의해 발생하는 부분방전에 노출되면 무기 절연층이 형성되는 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명의 적층체는 이러한 구성을 구비함으로써 우수한 내부분방전 특성을 발휘할 수 있다. 또한, 본 발명의 적층체는 이러한 구성을 구비함으로써 마이그레이션 현상의 억제나 내트래킹성도 향상된다. 이하에서는 본 발명의 적층체에 대해 도 1 내지 16을 참조하면서 상세히 설명한다.
또한, 본 발명에 있어서 "인버터 서지"란, 인버터의 스위칭에 의해 발생하는 구동 전압에 중첩하는 급격한 과전압의 의미이다. 인버터의 스위칭 주파수는 비교적 느린 1kHz 정도 내지 고속에서는 100kHz에 이르기 때문에 인버터 서지의 발생 주파수도 마찬가지로 1kHz 정도 내지 100kHz로 매우 고빈도가 된다. 또한 전압에 관해서는 산업용의 인버터 모터의 구동 전압인 400V에 중첩한 경우의 600V 정도 내지 고전압 구동용 인버터 모터의 동작 전압에 중첩하는 3kV 정도의 전압이다.
본 발명의 적층체(10)의 적층 구성은 도체(1)와 절연 피막(2)을 구비하는 적층체이다. 본 발명의 적층체(10)는 예를 들어 도 1에 나타내는 바와 같이 적어도 도체(1)와, 도체(1) 위에 적층된 절연 피막(2)을 가지는 필름의 형태여도 좋다. 또한, 본 발명의 적층체(10)는 예를 들어, 도 2 내지 5에 나타내는 바와 같이 중심 부분에 도체(1)를 가지며, 당해 도체(1)의 외주에 절연 피막(2)이 형성된 절연 전선의 형태여도 좋다. 본 발명의 적층체(10)를 절연 전선의 형태로 하는 경우, 단면 형상으로서는 원형, 타원형, 다각형(평각형상이어도, 이형상이라도 좋다) 등을 들 수 있다. 도 2 내지 4에는 단면이 원형인 절연 전선을 나타내고 있다. 또한, 도 5에는 단면이 대략 사각형인 절연 전선을 나타내고 있다.
본 발명의 적층체(10)의 적층 구성은 적어도 도체(1)와 절연 피막(2)을 가지고 있으면 좋고, 다른 층을 가지고 있어도 좋다. 다른 층으로서는 예를 들어, 절연층(3, 4)을 들 수 있다. 예를 들어, 도 3에는 도체(1)와, 그 주위에 형성된 절연 피막(2)과, 또한 그 주위에 형성된 절연층(3)을 구비하는 적층체(10)(절연 전선)을 나타내고 있다. 또한, 도 4, 5에는 도체(1)와, 그 주위에 형성된 절연층(4)과, 절연층(4)의 주위에 형성된 절연 피막(2)과, 또한 그 절연 피막(2)의 주위에 형성된 절연층(3)을 구비하는 적층체(10)(절연 전선)를 나타내고 있다. 또한, 절연층(3, 4)을 구성하는 재료로서는 후술하는 내열성을 가지는 수지(내열성 수지) 등을 들 수 있다.
절연층(3, 4)은 각각 절연 피막(2)과 동일한 재료로 구성되어 있어도 좋고, 다른 재료로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 절연층(3)과 절연층(4)은 동일한 재료로 구성되어 있어도 좋고, 다른 재료로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 절연층(3, 4)은 각각 절연 피막(2) 아래(즉, 도체(1)측)에 형성해도 좋고, 절연 피막(2) 위(즉, 도체(1)측과는 반대측)에 형성해도 좋다.
또한, 다른 층으로서는 도체 표면과 절연층 사이에 형성된 도체와는 다른 금속에 의한 도금층 등도 들 수 있다.
또한, 도 10에는 본 발명의 적층체(10)의 다른 구성으로서 도체(1)의 주위에 절연 피막(2)을 형성하는 수지 조성물로 형성된 절연 필름을 감아서 형성한 절연 전선을 나타낸다. 절연 필름은 절연 피막(2)을 형성하는 수지 조성물(절연 도료)을 필름 코터 등으로 성형, 소성함으로써 형성할 수 있다. 이 형성 방법에 의한 절연 전선은 도체 상에서 절연 피막(2)을 형성하는지, 단독으로 절연 필름을 형성한 후에 도체 상에 감는지의 차이이다. 절연 필름은 절연 피막(2)이 필름의 형태를 한 것이다.
도체(1)를 구성하는 소재로서는 도전성 재료이면 좋고, 예를 들면, 구리(저산소 구리나 무산소 구리, 구리 합금 등), 알루미늄, 은, 니켈, 철 등의 금속을 들 수 있다. 도체(1)를 구성하는 소재는 본 발명의 용도에 따라 적절히 선택할 수 있다.
절연 피막(2)은 수지 및 금속 산화물 수화물을 포함하는 수지 조성물로 구성되어 있다. 수지로서는 내열성이 우수한 수지이면 좋고, 예를 들면, 공지의 절연 전선 등에 사용되고 있는 수지를 이용할 수 있다. 수지의 구체적인 예로서는 포르말 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 등이나, 이들의 전구체를 들 수 있다. 이들 중에서도 보다 내열성을 높이는 관점에서 폴리에스테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리이미드의 전구체가 바람직하게 이용된다. 폴리이미드로서는 공지의 디아민과 산무수물과 탈수축합시킨 방향족 폴리이미드를 들 수 있다. 상기 공지의 디아민으로서는 4,4'-디아미노디페닐에테르 등, 상기 산무수물로서는 무수피로멜리트산, 비페닐테트라카르복실산디무수물 등을 들 수 있다. 절연 피막(2)에 포함되는 수지는 1종류여도 좋고, 2종류 이상이어도 좋다.
또한, 절연 피막(2)을 형성하는 후술의 절연 도료를 조제할 때에는 수지는 용매에 용해 또는 분산시킨 형태(수지 바니쉬 등)에서 이용해도 좋다. 또한, 절연 도료에는 금속 산화물 수화물을 분산시켜 절연 피막(2)의 형성에 사용한다.
절연 피막(2) 중의 수지의 함유량은 부분방전에 의해 호적하게 무기 절연층(5)을 형성하여 내부분방전 특성이 보다 우수한 적층체로 하는 관점에서 바람직하게는 50질량% 이상, 보다 바람직하게 60질량% 이상을 들 수 있으며, 바람직하게는 94질량% 이하, 보다 바람직하게는 90질량% 이하, 더욱 바람직하게는 85질량% 이하를 들 수 있다.
금속 산화물 수화물은 본 발명의 적층체의 절연 피막(2)이 부분방전에 노출된 후 절연 피막(2)이 형성되어 있던 부분의 일부에, 후술하는 무기 절연층(5)이 형성되는 것이면 좋다. 특히 견고한 무기 절연층(5)이 형성되는 것으로 금속 산화물 수화물로서는 알루미나 수화물이 바람직하다. 상기 알루미나 수화물로서는 예를 들면, 삼수산화물(trihydroxide)(Al(OH)3) 및 수산화산화 알루미늄(AlO(OH))의 두 변형, 뵈마이트(γ-수산화산화 알루미늄) 및 다이어스포어(α-수산화산화 알루미늄)를 들 수 있다. 또한, 뵈마이트는 유사 결정성 뵈마이트와 미결정성 뵈마이트로 분류되지만, 본 발명에 있어서는 어느 것으로도 한정되는 일이 없이 이용할 수 있다. 이들 금속 산화물 수화물은 1종류여도 좋고, 2종류 이상이어도 좋다.
또한, 적층체(10)가 인버터 서지에 의해 발생하는 부분방전에 노출되면 무기 절연층(5)이 형성된다. 상기 무기 절연층(5)은 절연 피막(2)을 구성하는 수지 조성물에 포함되는 상기 금속 산화물 수화물에서 일부 탈수한 금속 산화물 수화물, 및 금속 산화물 중 적어도 한쪽에 의해 구성된다. 상기 금속 산화물 수화물에서 일부 탈수한 금속 산화물 수화물, 및 금속 산화물은 절연 피막(2)을 구성하는 수지 조성물에 포함되는 금속 산화물 수화물이 Al(OH)3인 경우는 예를 들어 Al(OH)2, AlO(OH), Al2O3 및, 그들과 Al(OH)3의 혼합물이 된다.
금속 산화물 수화물은 미립자의 형태로 절연 피막(2)에 포함되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 절연 피막(2) 중에 균일하게 분산되면 좋고, 그 입자 직경은 예를 들어 100nm 이하가 바람직하다. 또한, 금속 산화물 수화물의 형상에 대해서는 무기 절연층(5)이 형성되기 쉬운 것으로, 애스펙트비(일변/두께)가 큰 편평상의 미립자인 것이 바람직하고, 애스펙트비가 4 ~ 200인 것이 바람직하다.
또한, 금속 산화물 수화물은 절연 피막(2) 중에 나노 크기로 균일하게 분산되어 있는 것이 바람직하다. 그 분산 상태는 TEM에 의해 관찰할 수 있고, 예를 들어 금속 산화물 수화물의 입자 직경의 5배 이상인 입자 직경이 응집된 입자가 관찰되지 않는 것이 바람직하다. 응집된 입자가 존재하는 경우, 응집된 부분에 부분방전이 집중하고 무기 절연층(5)을 형성하는 일이 없이 절연 파괴로 이어질 우려가 있다. 여기서 말하는 나노 크기란, 500nm 이하의 분산 입자 직경을 말한다.
상기 금속 산화물 수화물과 상기 수지를 혼합하는 방법은 절연 피막(2) 중에 금속 산화물 수화물이 균일하게 분산되면 좋고, 특별히 한정하지 않지만, 금속 산화물 수화물 졸을 이용하는 것이 바람직하다. 금속 산화물 수화물 졸을 이용함으로써 절연 피막(2) 중에 금속 산화물 수화물이 균일하게 분산되기 쉬워진다. 금속 산화물 수화물 분체나 겔을 이용한 경우, 절연 피막 중에 금속 산화물 수화물의 응집체가 생성되고 응집된 부분에 부분방전이 집중되고 무기 절연층(5)을 형성하는 일이 없이 절연 파괴로 이어질 우려가 있다.
절연 피막(2) 중의 금속 산화물 수화물의 함유량은 부분방전에 의해 호적하게 무기 절연층(5)을 형성하여 내부분방전 특성이 보다 우수한 적층체로 하는 관점에서, 상기 수지 100질량부에 대하여 바람직하게는 6질량부 이상, 보다 바람직하게는 10질량부 이상, 더욱 바람직하게는 15질량부 이상이다. 또한 상한에 대해서는 바람직하게는 100질량부 이하, 보다 바람직하게는 70질량부 이하이다. 금속 산화물 수화물의 함유량이 6질량부보다 적으면 무기 절연층(5)을 형성하기 전에 절연 파괴로 이어질 우려가 있다. 100질량부보다 많으면 절연 피막(2)의 유연성이 손실되고 가요성이 저하될 우려가 있다.
절연 피막(2)을 형성하는 후술의 절연 도료를 조제할 때에는 용매 중에 수지가 용해 또는 분산되고, 또한, 금속 산화물 수화물이 분산된 절연 도료로 하는 것이 바람직하다. 상기 절연 도료를 도포·베이킹함으르써 절연 피막(2)을 형성한다. 상기 용매로서는 크레졸을 주체로 하는 페놀류, 방향족계의 알코올류, NMP(N-메틸-2-피롤리돈), DMAC(N,N-디메틸아세트아미드), DMF(N,N-디메틸포름아미드), DMI(1,3-디메틸-2-이미다졸리디논), 카보네이트계 용매, 락톤계 용매, 글리콜에테르계 등의 주로 고비점 용매가 호적하게 이용된다. 절연 도료에는 분산 안정화를 위해 산 성분 또는 알칼리 성분이 미량 포함되어 있어도 좋다. 마찬가지로 물, 저비점 알코올, 혹은 절연 도료의 점도 저하에 기여하는 저점도 용매 등이 포함되어 있어도 좋다. 또한, 절연 도료에는 필요에 따라 다른 금속 산화물이나 규소 산화물을 혼합해도 좋고, 소수화나 분산성 개선을 위해 분산제나 표면 처리제를 가해도 좋다.
본 발명의 적층체(10)가 인버터 서지에 의해 발생하는 부분방전에 노출되면 절연 피막(2)의 일부에 무기 절연층(5)이 형성된다. 보다 구체적으로는 예를 들어 도 6, 7의 모식도에 나타내는 바와 같이 적층체(10)가 인버터 서지에 의해 발생하는 부분방전에 노출되면 절연 피막(2)의 부분방전이 발생한 영역(2a)에 무기 절연층(5)(21)이 형성된다. 절연 피막(2)의 부분방전이 발생한 영역(2a)은 부분방전에 의해절연 피막(2)이 다소 침식되어 있다.
무기 절연층(5)은 예를 들어, 절연 피막(2)의 도체(1)측과는 반대측의 일부에 형성된다. 따라서 이 경우, 본 발명의 적층체(10)가 인버터 서지에 의해 발생하는 부분방전에 노출되고 무기 절연층(5)이 형성된 후에는 본 발명의 적층체(10)는 적어도 도체(1)와, 도체(1)의 외주 상에 형성된 절연 피막(2)과, 절연 피막(2)의 도체(1)측과는 반대측의 일부에 형성된 무기 절연층(5)을 구비하는 적층체(10)가 된다.
또한, 후술하는 복합층(6)은 예를 들어, 절연 피막(2)과 무기 절연층(5) 사이에 형성된다. 따라서 이 경우, 본 발명의 적층체(10)가 인버터 서지에 의해 발생하는 부분방전에 노출되고 무기 절연층(5) 및 복합층(6)이 형성된 후에는 본 발명의 적층체(10)는 적어도 도체(1)와, 도체(1)의 외주 상에 형성된 절연 피막(2)과, 절연 피막(2)의 도체(1)측과는 반대측의 일부에 형성된 복합층(6)과, 복합층(6)의 도체(1)측과는 반대측의 일부에 형성된 무기 절연층(5)을 구비하는 적층체(10)가 된다.
도 7은 도 6의 적층체(10)에 대해 절연 피막(2)의 부분방전이 발생한 영역(2a)의 모식적 확대도이다. 적층체(10)에서 부분방전이 발생한 영역(2a)을 확대하면 절연 피막(2)에 포함되는 금속 산화물 수화물을 출발 물질로 한, 상기 금속 산화물 수화물에서 일부 탈수한 금속 산화물 수화물 또는 금속 산화물을 주체로 하는 무기 절연층(5)(21)이 형성되어 있다. 또한, 도 7에는 절연 피막(2)과 무기 절연층(5) 사이에 복합층(6)(22)이 형성된 도를 나타내고 있다. 복합층(6)에서는 절연 피막(2)과 무기 절연층(5)을 구성하는 재료가 혼재하고 있다. 즉, 복합층(6)에서는 절연 피막(2)에 포함되는 수지 및 금속 산화물 수화물과, 무기 절연층(5)에 포함되는 상기 금속 산화물 수화물에서 일부 탈수한 금속 산화물 수화물 또는 금속 산화물이 혼재하고 있다. 복합층(6)에 포함되는 수지의 비율은 절연 피막(2)에 포함되는 수지의 비율보다도 작다. 또한, 복합층(6)에는 공극이 포함되어 있다. 복합층(6)의 공극은 부분방전에 의해 수지의 일부가 소실되어 형성된 것이다.
또한, 본 발명의 적층체(10)에 있어서, 상기의 부분방전에 의해 형성된 무기 절연층(5)은 예를 들어, 육안으로 확인할 수 있는 백색의 층으로 관찰된다.
내부분방전 특성이 우수한 적층체로 하는 관점에서 무기 절연층(5)의 두께는 예를 들어 10nm 이상이고, 바람직하게는 30nm 이상이고, 보다 바람직하게는 50nm 이상이다. 무기 절연층(5)의 두께가 10nm 이상이면 과전 수명이 급격하게 연장된다. 즉, 부분방전을 차단하고 부분방전에 의한 절연 파괴를 억제하는 효과가 현저하게 된다. 상기와 같이, 수지의 소실과 함께 무기 절연층(5)이 형성되지만, 그 두께는 부분방전에 의한 수지의 소실량, 금속 산화물 수화물의 함유량이나, 절연 피막(2)의 설계 두께와 실제로 인가되는 전계 강도 등에 따라 변화한다. 또한, 무기 절연층(5)의 두께의 상한은 예를 들어 5μm이다.
예를 들어, 전기 기기(電氣器機)(예를 들어, 회전 전기(回轉電機))의 코일의 절연 설계를 실시할 경우에 실제로 인가되는 전계 강도와 전기 기기의 보증 수명 기간에 따라 필요로 하는 무기 절연층(5)의 두께가 결정된다. 상기 두께는 전기 기기의 종류에 따른 절연 피막(2), 또한 무기 절연층(5)의 두께가 되도록 적절하게 설계한다.
무기 절연층(5)에는 공극이 포함되어 있어도 좋고, 무기 절연층(5)의 공극율은 20%보다 낮은 것이 바람직하다. 무기 절연층(5)의 공극율이 20%보다 낮은 치밀한 층일수록 부분방전에 의한 절연 파괴를 억제하는 효과가 현저하게 된다.
또한, 복합층(6)은 무기 절연층(5)이 형성될 전구 단계의 것으로 추측된다. 복합층(6)은 무기 절연층(5)에 비해 공극율이 높은 층이며, 단열 효과가 높다고 할 수 있다. 따라서 복합층(6)의 두께가 커지면 우수한 단열 효과가 예상된다. 복합층(6)의 공극율은 바람직하게는 20% 이상, 보다 바람직하게는 30% 이상이다. 또한, 복합층(6)의 공극율의 상한은 예를 들어 80%이다. 또한, 복합층(6)의 두께는 예를 들어 10nm 이상, 바람직하게는 50nm 이상, 보다 바람직하게는 100nm 이상이다. 복합층(6)의 두께가 10nm 이상이면 단열 효과가 보다 높아지고, 또한, 절연 파괴도 보다 억제되고 무기 절연층(5)에 의한 내부분방전 특성과 함께 대폭 과전 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 도 8, 9에 종래의 절연 전선(100)에 부분방전이 발생한 후의 절연 피막(200)의 상태(절연 파괴부)를 나타내는 단면 모식도를 표시한다. 종래의 절연 전선(100)에서도 수지로 형성된 절연 피막(200)이 형성되어 있으며, 부분방전에 의해 절연 파괴부(7)가 형성되어 절연성이 크게 저하된다. 도 9에 나타내는 모식도에서는 절연 파괴부(7)가 절연 피막(200)을 관통하여 도체(1)의 표면이 외부에 노출되어 있다. 이러한 종래의 절연 전선(100)에는 무기 절연층(5)이나 복합층(6)은 형성되지 않는다.
본 발명의 적층체(10)는 도체(1) 위에 적어도 절연 피막(2)을 적층함으로써 제조할 수 있다. 절연 피막(2)은 전술한 수지 및 금속 산화물 수화물을 포함하는 절연 도료를 도포하고 베이킹함으로써 형성할 수 있다. 예를 들어, 도체(1)의 표면에 절연 피막(2)을 적층하는 경우이면 도체(1)의 표면에 절연 피막(2)을 형성하는 절연 도료를 도포하고 베이킹함으로써 절연 피막(2)을 형성한다.
절연 도료의 도포 방법은 예를 들어, 코터에 의해 도포하는 방법, 딥코터나 다이스에 의해 도포 건조를 반복하여 소정의 두께의 피막을 얻는 방법, 스프레이에 의한 도장 등을 들 수 있다. 또한, 베이킹은 예를 들어, 고온도(예를 들어 300℃ 이상)에서 소정 시간 가열함으로써 실시할 수 있다. 또한, 절연 피막(2)의 형성은 도포 및 가열의 일련의 조작을 절연 피막(2)이 소정의 두께가 될 때까지 복수회 반복하여 실시할 수도 있다. 또한, 베이킹 온도와 시간은 금속 산화물 수화물의 종류에 따라 금속 산화물 수화물이 열에 의해 다른 금속 산화물 수화물이나 금속 산화물로 변질되지 않는 온도와 시간으로 설정한다.
본 발명의 무기 절연층(5)은 적층체가 인버터 서지에 의해 발생하는 부분방전에 노출됨으로써 절연 피막(2)의 일부에 형성된다. 이 부분방전은 예를 들어, 주파수가 1kHz ~ 100kHz, 전압이 600V ~ 3kV의 경우에 발생한다.
예를 들어, 본 발명의 적층체(10)를 절연 전선의 형태로 하는 경우이면 도체(1)의 외주 상, 또는, 도체(1)의 외주를 피복한 다른 층 상에 절연 도료를 도포, 베이킹하여 절연 전선을 제조할 수 있다. 절연 피막(2)의 형성은 절연 도료를 도체(1)의 외주 상에 소정의 두께로 도포하고 고온도(예를 들어 300 ~ 500℃ 이상)에서 소정 시간(예를 들어 1 ~ 2분) 가열하는 일련의 조작(도포 및 가열)을 절연 피막(2)이 소정의 두께가 될 때까지 복수회(예를 들어 10 ~ 20회) 반복함으로써 실시할 수 있다.
본 발명의 코일은 상기의 절연 전선을 심체에 감아서 형성할 수 있다. 또한, 본 발명의 회전 전기는 본 발명의 코일을 모터 등에 사용하는 것이다. 즉, 본 발명의 회전 전기는 본 발명의 절연 전선을 이용하여 회전 전기로 한 것이어도 좋고, 도체(1)를 이용하여 회전 전기를 형성한 후에 도체(1)의 표면에 절연 피막(2)을 형성함으로써 전선을 형성한 것이어도 좋다.
회전 전기로서는 예를 들어, 모터, 발전기(제너레이터) 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 적층체는 우수한 내부분방전 특성을 가지는 것으로, 플렉시블 기판이나 음향재에 사용할 수 있다. 플렉시블 기판으로서는 예를 들어, 플렉시블 프린트 기판 등을 들 수 있다. 플렉시블 기판으로서 이용하는 경우이면 도체의 표면 상, 또는, 도체의 표면을 피복한 다른 층 상에 절연 도료를 도포, 베이킹하여 플렉시블 기판을 제조할 수 있다. 음향재로서는 스피커 진동판용 수지 필름 등을 들 수 있다.
실시예
이하에서는 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다.
(폴리이미드 도료 1)
<제조예 1>
교반기와 온도계를 구비한 10L 4구 플라스크에 4,4'-디아미노디페닐에테르 400.8g과 NMP 4109g을 주입하고 질소 중에서 교반하면서 40℃로 승온시켜 용해시켰다. 다음으로 용해액에 무수피로멜리트산 220.0g과 비페닐테트라카르복실산디무수물 279.5g을 서서히 첨가했다. 첨가 종료 후 1시간 교반하고 하기 식 (I)로 표시되는 방향족 폴리아미드산이 18.0질량%인 농도로 용해되어 이루어지는 폴리이미드 도료를 얻었다. 또한, 하기 식 (I) 중, n은 2 이상의 정수이다.
(폴리이미드 도료 2)
<제조예 2>
교반기와 온도계를 구비한 10L 4구 플라스크에 4,4'-디아미노디페닐에테르 400.5g과 NMP 3780g을 주입하고 질소 중에서 교반하면서 40℃로 승온시켜 용해시켰다. 다음으로 용해액에 무수피로멜리트산 425.2g을 서서히 첨가했다. 첨가 종료 후 1시간 교반하고 하기 식 (II)로 표시되는 방향족 폴리아미드산이 17.9질량%인 농도로 용해되어 이루어지는 폴리이미드 도료를 얻었다. 또한, 하기 식 (II) 중, n은 2 이상의 정수이다.
(폴리이미드 도료 3)
우베코산가부시키가이샤제 UPIA(등록상표)-AT(U-바니쉬-A)를 이용했다. 이것은 4,4'-디아미노디페닐에테르와 비페닐테트라카르복실산디무수물을 반응시킨 방향족 폴리아미드산으로 이루어지는 폴리이미드 도료이다.
(폴리아미드이미드 도료)
<제조예 3>
교반기와 온도계를 구비한 3L의 4구 플라스크에 트리메리트산무수물 192.1g과 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트 255.3g과 NMP 1210g을 주입하고 질소 중에서 교반하면서 160℃로 승온시키고 1시간 반응시켰다. 다음으로 메탄올 2g을 투입하여 반응을 정지시키고 냉각함으로써 25.1질량%인 농도로 용해되어 이루어지는 폴리아미드이미드 도료를 얻었다.
(폴리에스테르이미드 도료)
토우토쿠토료가부시키가이샤제 Neoheat 8600을 이용했다.
<절연 도료의 제조>
이하, 각각 표 1의 조성이 되도록 하여 절연 도료를 제조했다.
(실시예 1)
폴리아미드이미드 도료 1에 그 수지분 80질량부에 대하여 알루미나 수화물인 수산화 알루미늄(Al(OH)3)(평균 입자 직경 30nm, 두께 약 1 ~ 5nm, 애스펙트비(일변/두께) 6 ~ 30)의 평판상 입자가 20질량부가 되도록 혼합하고 균일하게 분산시켜 절연 도료를 얻었다. 또한, 혼합할 때는 수산화 알루미늄을 미리 NMP 용매에 분산시킨 졸을 이용했다.
(실시예 2)
폴리에스테르이미드 도료에 그 수지분 80질량부에 대하여 알루미나 수화물인 수산화 알루미늄(Al(OH)3)(평균 입자 직경 100nm, 두께 약 2 ~ 5nm, 애스펙트비(일변/두께) 20 ~ 50)의 평판상 입자가 20질량부가 되도록 혼합하고 균일하게 분산시켜 절연 도료를 얻었다. 또한, 혼합할 때는 수산화 알루미늄을 미리 메타, 파라 혼합 크레졸과 방향족 탄화수소를 혼합한 용매에 분산시킨 졸을 이용했다.
(실시예 3)
폴리이미드 도료 1에 그 수지분 80질량부에 대하여 알루미나 수화물인 뵈마이트(입자 직경 약 10nm×50nm, 두께 약 1 ~ 5nm, 애스펙트비(장변/두께) 10 ~ 50)의 직사각형의 평판상인 입자가 20질량부가 되도록 혼합하고 균일하게 분산시켜 절연 도료를 얻었다. 또한, 혼합할 때는 뵈마이트를 미리 NMP에 분산시킨 졸을 이용했다. 또한, 뵈마이트졸에는 겔화를 방지하기 위해 인산에틸에스테르(에틸애시드포스페이트(Ethyl Phosphate(Mono-and Di-Ester mixture), 도쿄카세이고교제, 모노에스테르 함량 35.0 ~ 47.0%, 디에스테르 함량 53.0 ~ 67.0%))를 뵈마이트 100질량부에 대해 6질량부가 되도록 첨가했다.
(실시예 4)
폴리이미드 도료 1에 그 수지분 80질량부에 대하여 메타크릴계 실란커플링제(신에츠 실리콘 KBM-503)로 처리한 알루미나 수화물인 뵈마이트(평균 입자 직경 20nm, 두께 약 1 ~ 5nm, 애스펙트비(일변/두께) 4 ~ 20)의 평판상 입자가 20질량부가 되도록 혼합하고 균일하게 분산시켜 절연 도료를 얻었다. 또한, 혼합할 때는 뵈마이트를 미리 에탄올과 NMP를 혼합한 용매에 분산시킨 졸을 이용했다. 또한, 뵈마이트졸은 겔화를 방지하기 위해 에탄올과 NMP의 비를 에탄올 40질량부에 대해 NMP 60질량부로 조정했다.
(실시예 5)
폴리아미드이미드 도료에 그 수지분 90질량부에 대하여 알루미나 수화물인 뵈마이트(입자 직경 약 10nm×50nm, 두께 약 1 ~ 5nm, 애스펙트비(장변/두께) 10 ~ 50)의 직사각형의 평판상인 입자가 10질량부가 되도록 혼합하고 균일하게 분산시켜 절연 도료를 얻었다. 또한, 혼합할 때는 뵈마이트를 미리 NMP와 γ-부티로락톤 및 에탄올의 혼합 용매에 분산시킨 졸을 이용했다. 또한, 뵈마이트졸에는 겔화를 방지하기 위해 인산에틸에스테르(에틸애시드포스페이트(Ethyl Phosphate(Mono-and Di-Ester mixture), 도쿄카세이고교제, 모노에스테르 함량 35.0 ~ 47.0%, 디에스테르 함량 53.0 ~ 67.0%))를 뵈마이트 100질량부에 대해 5질량부가 되도록 가했다.
(실시예 6)
폴리이미드 도료 1을 폴리이미드 도료 2로 바꾼 것 이외는 실시예 3과 동일하게 하여 절연 도료를 얻었다.
(실시예 7)
폴리이미드 도료 1을 폴리이미드 도료 3으로 바꾼 것 이외는 실시예 3과 동일하게 하여 절연 도료를 얻었다.
(실시예 8)
폴리이미드 도료 1에 그 수지분 85질량부에 대하여 알루미나 수화물이 15질량부인 것 이외는 실시예 3과 동일하게 하여 절연 도료를 얻었다. 이 절연 도료를 구리 도체(직경 약 1mm)에 도포하고 입구 350℃에서 출구 420℃까지 연속적으로 온도를 상승시키면서 약 1분으로 베이킹을 실시하는 공정을 반복하여, 구리 도체(직경 약 1mm)의 표면에 두께 38μm의 절연 피막(알루미나 수화물 15질량%)을 가지는 전선을 제작했다.
(비교예 1)
폴리아미드이미드 도료 1에 그 수지분 80질량부에 대하여 알루미나(평균 입자 직경 20nm)의 구상 입자가 20질량부가 되도록 혼합하고 균일하게 분산시켜 절연 도료를 얻었다. 또한, 혼합할 때는 알루미나를 미리 NMP에 분산시킨 졸을 이용했다.
(비교예 2)
폴리이미드 도료 1 중에 그 수지분 80질량부에 대하여 실리카(평균 입자 직경 13nm, 구상)가 20질량부가 되도록 혼합하고 균일하게 분산시켜 절연 도료를 얻었다. 또한, 혼합할 때는 실리카를 미리 NMP에 분산시킨 실리카졸을 이용했다.
(비교예 3)
폴리이미드 도료 1 중에 그 수지분 80질량부에 대하여 탈크 입자(평균 입자 직경 0.6μm, 판상)을 그 탈크분이 20질량부가 되도록 혼합하고 균일하게 분산시켜 절연 도료를 얻었다.
(비교예 4)
폴리이미드 도료 1 중에 그 수지분 80질량부에 대하여 산화아연 미립자(평균 입자 직경 35nm, 구상)를, 그 산화아연분이 20질량부가 되도록 혼합하고 균일하게 분산시켜 절연 도료를 얻었다.
(비교예 5)
수산화 알루미늄을 배합하지 않은 것 이외는 실시예 2와 동일하게 하여 절연 도료를 얻었다.
(비교예 6)
수산화 알루미늄을 배합하지 않은 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 절연 도료를 얻었다.
(비교예 7)
뵈마이트를 배합하지 않은 것 이외는 실시예 3과 동일하게 하여 절연 도료를 얻었다.
(비교예 8)
비교예 7과 동일하게 해서 얻은 절연 도료를 구리 도체(직경 약 1mm)에 도포하고 입구 350℃에서 출구 420℃까지 연속적으로 온도를 상승시키면서 약 1분으로 베이킹을 실시하는 공정을 반복하고 구리 도체(직경 약 1mm)의 표면에 두께 38μm의 절연 피막을 가지는 전선을 제작했다.
(비교예 9)
폴리에스테르이미드 도료에 그 수지분 80질량부에 대하여 실리카(평균 입자 직경 13nm, 구상)가 20질량부가 되도록 혼합하고 균일하게 분산시켜 절연 도료를 얻었다. 또한, 혼합할 때는 실리카를 미리 NMP에 분산시킨 실리카졸을 이용했다. 이 절연 도료를 구리 도체에 도포하고 입구 350℃에서 출구 420℃까지 연속적으로 온도를 상승시키면서 약 1분으로 베이킹을 실시하는 공정을 반복하고 구리 도체(직경 약 1mm)의 표면에 두께 38μm의 절연 피막(실리카 농도 15질량%)을 가지는 전선을 제작했다.
<도체와 절연 피막과의 적층체의 제조>
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 7에서 얻은 절연 도료를 이용하여 도체와 절연 피막과의 적층체(필름)을 제조했다. 구체적으로는 도체로서의 알루미늄박(두께 300μm)의 표면에 절연 도료를 균일하게 도포하고 온도 300℃에서 1시간 베이킹함으로써 알루미늄박의 표면에 절연 피막(두께 50μm)이 적층된 필름을 얻었다.
<가요성 평가>
상기에서 얻어진 각 필름, 및 실시예 8, 비교예 8 및 9에서 얻어진 전선에 대해 이하의 방법으로 가요성을 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 각 필름에 대해서는 JIS K5600-5-1의 원통형 맨들렐 굴곡 시험법에 준하여 시험을 실시했다. 또한, 전선에 대해서는 JIS C3216-5-1 감김 시험에 준하여 시험을 실시했다.
<부분방전 폭로 시험 및 V-t 특성 평가>
상기에서 얻어진 각 필름에 대하여 이하의 방법에 의해 부분방전 폭로 시험 및 V-t 특성 평가(전압-부분방전 수명 시간 특성 시험)를 실시했다. 시험 방법은 각 필름을 이용하고 로드 전극을 이용하여 전극과 필름 사이에 전압을 인가했다. 구체적인 시험 방법으로서는 도 15에 나타내는 바와 같이 아래로부터 스테인리스제 토대(23) 상에 절연 피막(2)을 형성한 알루미늄판(1)을 설치했다. 그 위로부터 금속구(22)(2mmφ, 구리관(21)의 순으로 얹어 자중으로 누르듯이 고정시켰다. 구리관(21)과 알루미늄판(도체(1))을 전원에 접속함으로써 금속구(22)를 고전압 전극, 알루미늄판(도체(1))을 저전압 전극으로 했다. 전압은 닛신펄스덴시가부시키가이샤의 인버터 펄스 발생기 PG-W03KP-A를 사용하여 펄스폭 5μs, 주파수 10kHz의 양극성 방형파를 발생시켜 인가했다.
또한, 각 전선에 대해서는 이하의 방법에 의해 부분방전 폭로 시험 및 V-t 특성 평가(전압-부분방전 수명 시간 특성 시험)를 실시했다. 각 전선을 이용하여 JIS C 3216에 따라 트위스트 페어 시료를 제작하고 2선 사이에 전압을 인가했다. 전압은 닛신펄스덴시가부시키가이샤의 인버터 펄스 발생기 PG-W03KP-A를 사용하여 펄스폭 5μs, 주파수 10kHz의 양극성 방형파를 발생시켜 인가했다.
부분방전 폭로의 관찰에 있어, 무기 절연층의 유무(육안) 시험에 관해서는 1.5kVp에서의 V-t 시험 후 침식되어 있는 부분을 육안으로 관찰했다. 테이프 박리 시험 후의 무기층의 유무(육안)에 관해서는 무기 절연층의 유무(육안) 시험 후의 샘플의 침식되어 있는 부분에 대해 JIS H 8504에 준하여 테이프 박리 시험을 실시하고 시험 후의 샘플을 육안으로 관찰했다. 또한, 무기 절연층 및 복합층의 두께에 대해서는 2.0kVp에서 100시간의 전압을 연속 인가하고 그 후 피막이 부분방전 침식되어 있는 부분을 수지 매립하여 단면을 FIB(갈륨 집속 이온빔)로 박편화한 후 TEM(투과형 전자 현미경)으로 무기 절연층 및 복합층의 유무를 확인한 후 두께를 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
V-t 특성 시험은 1.5kVp, 2.0kVp, 2.5kVp의 전압을 인가하고 샘플이 절연 파괴에 이르기까지의 시간을 측정했다. 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에서 "-"로 표시된 항목은 평가를 하지 않은 것을 나타낸다.
※1 표면에는 결함이 많이 관찰되었다.
※2 시험 후의 트위스트 페어선 샘플을 풀어서 관찰할 때 흰 연기 같은 것이 피어 올랐다.
실시예 3의 필름을 이용한 TEM에 의한 층구조의 관찰 시험에서는 도 12 및 도 13에 나타내는 바와 같이 특징적으로 무기 절연층 및 복합층이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 실시예 8의 전선의 TEM에 의한 층구조의 관찰 시험에서는 도 16에 나타내는 바와 같이 특징적으로 무기 절연층 및 복합층이 형성되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 도 16에 있어서, 복합층(6)과 절연 피막(2)과의 경계 부분, 및, 복합층(6)과 무기 절연층(5)과의 경계 부분에는 참고를 위해 백색 선을 그었다.
한편, 비교예에서는 부분방전 폭로 후의 절연 피막에서는 실시예에 볼 수 있는 견고한 무기 절연층은 관찰되지 않았다. 비교예 2의 샘플을 측정한 TEM에 의한 층구조의 관찰 시험에서는 도 14에 나타내는 바와 같이 무기 절연층(5)은 관측되었지만 공극이 매우 많고, 게다가 표면에는 결손 부분이 매우 많은 것으로 관찰되었다. 또한, 복합층(6)은 관찰되지 않았다.
또한, 도 11은 실시예 3의 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역의 TEM에 의한 관찰 사진이다. 도 11의 사진에서 도 7의 확대 모식도에 나타낸 바와 같은 층구성이 관측되었다. 또한, 사진의 흰 부분은 공극을 나타내고 있다.
또한, 도 12는 도 11의 사진에서 각각 왼쪽으로부터 순서대로 무기 절연층(5), 복합층(6), 절연 피막(2)의 각각을 더욱 확대한 TEM 관찰 사진이다. 도 12의 왼쪽 사진에서 무기 절연층(5)은 매우 치밀한 층으로 무기 입자의 한 장 한 장의 결정은 보이지 않고 일체화되어 있는 것이 관찰된다. 또한, 도 12의 중앙 사진에서 복합층(6)은 공극과 금속 산화물 수화물 미립자와 잔존한 내열성 수지의 복합층인 것이 관찰된다. 도 12의 오른쪽 사진에서 절연 피막(2)은 부분방전이 발생하기 전과 동일하게 금속 산화물 수화물 입자가 내열성 수지에 랜덤하게 분산되어 있는 것이 관찰되었다.
도 13에서는 실시예 3의 필름에 형성된 복합층(6)의 공극율을 구하기 위해 화상 처리로 염색하고, 복합층(6) 전체의 면적에 대한 공극(P)의 면적의 비율을 구했다. 계산 결과, 복합층(6)의 공극은 약 42%였다. 또한, 같은 수법으로 실시예 3의 필름에 형성된 무기 절연층(5)의 공극율을 구한 결과, 공극율은 약 5%였다.
도 14는 비교예 2의 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역의 TEM에 의한 관찰 사진이다. 무기 절연층(5)은 관찰할 수 있지만, 공극이 많아 매우 거친 것으로 관찰된다. 또한, 그 표면은 결손 부분이 매우 많아 취약한 것으로 확인된다.
1 도체
2 절연 피막
2a 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역
3 절연층
4 절연층
5 무기 절연층
6 복합층
7 절연 파괴부
10 적층체
21 전극(구리관)
22 금속구
23 스테인리스제 토대
100 종래의 절연 전선
200 종래의 절연 피막
P 공극
2 절연 피막
2a 절연 피막의 부분방전이 발생한 영역
3 절연층
4 절연층
5 무기 절연층
6 복합층
7 절연 파괴부
10 적층체
21 전극(구리관)
22 금속구
23 스테인리스제 토대
100 종래의 절연 전선
200 종래의 절연 피막
P 공극
Claims (14)
- 적어도 도체와, 절연 피막을 구비하는 적층체로서,
상기 절연 피막은 금속 산화물 수화물을 포함하는 수지 조성물로 구성되며,
상기 절연 피막은 상기 적층체가 인버터 서지에 의해 발생하는 부분방전에 노출되면 무기 절연층이 형성되는, 적층체. - 제 1 항에 있어서,
상기 금속 산화물 수화물은 알루미나 수화물인, 적층체. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 무기 절연층이 상기 금속 산화물 수화물에서 일부 탈수한 금속 산화물 수화물, 및 금속 산화물 중 적어도 한쪽에 의해 구성된, 적층체. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기 절연층의 두께가 10nm 이상인, 적층체. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도체와 상기 무기 절연층 사이에 복합층이 더 형성되는, 적층체. - 제 5 항에 있어서,
상기 복합층의 두께가 10nm 이상인, 적층체. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 조성물에 있어서, 상기 금속 산화물 수화물의 함유량이 수지 100질량부에 대하여 6 ~ 50질량부인, 적층체. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 조성물에 있어서, 수지가 포르말 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 및 이들의 전구체로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인, 적층체. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
절연 전선 또는 필름 형태인, 적층체. - 제 9 항에 기재된 절연 전선을 포함하는, 코일.
- 제 9 항에 기재된 절연 전선을 포함하는, 회전 전기(電機).
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 적층체를 제조하기 위한, 상기 수지 조성물을 포함하는, 절연 도료.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 적층체의 절연 피막을 형성하기 위해, 상기 수지 조성물로 형성된 절연 필름.
- 도체와, 절연 피막을 구비하는 적층체로서, 상기 절연 피막에 무기 절연층과 복합층을 포함하는 적층체.
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