KR102166630B1

KR102166630B1 - 절연 전선, 코일 및 전기·전자 기기

Info

Publication number: KR102166630B1
Application number: KR1020197004569A
Authority: KR
Inventors: 히데오 후쿠다; 이사오 도모마쓰; 마코토 오야; 다이스케 무토
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤; 후루카와 마그넷트 와이야 가부시키가이샤
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2020-10-16
Also published as: EP3489970A1; EP3489970A4; EP3489970B1; WO2018016498A1; US20190156970A1; US10366809B2; JP6373309B2; CN109564798B; KR20190031277A; JP2018014191A; CN109564798A

Abstract

도체의 외주에 열경화성 수지층과, 상기 열경화성 수지층의 외주에 열가소성 수지층을 가지는 절연 전선으로서, 상기 열경화성 수지층과 상기 열가소성 수지층의 합계 두께가 100㎛ 이상 250㎛ 이하이며, 또한 상기 열가소성 수지층 중의 열가소성 수지의, 하기 식 1로 산출되는 배향도가 20% 이상 90% 이하인 절연 전선, 이 절연 전선을 포함하는 코일 및 전기·전자 기기.
식 1 배향도 H(%)=[(360－ΣW_n)/360]×100
W_n： X선 회절에 의한 방위각 강도 분포 곡선에 있어서의 배향성 피크의 반값폭
n： β각도 0° 이상 360° 이하에 있어서의 배향성 피크수

Description

절연 전선, 코일 및 전기·전자 기기

본 발명은, 절연 전선, 코일 및 전기·전자 기기에 관한 것이다.

전기·전자 기기(이하, 단지 전기 기기라고도 한다)의 권선용 전선(마그넷 와이어)으로서, 소위 에나멜선으로 이루어지는 절연 전선(절연 와이어)이나, 에나멜 수지로 이루어지는 층과, 에나멜 수지와는 다른 종류의 수지로 이루어지는 피복층을 포함하는 다층 구조의 절연층을 가지는 절연 전선 등이 이용되고 있다. 2층 구조의 절연층을 가지는 절연 전선으로서는, 예를 들면, 특허 문헌 1에 기재된 것을 들 수 있다.

: 국제공개공보 제2015/098640호

모터 등의 회전 전기 또는 트랜스(변압기) 등을 이용하는 전기 기기는, 그의 소형화 또는 고효율화를 위해서 인버터 제어된다.

회전 전기 등에 이용하는 절연 전선에는, 인버터 서지에 기인하는 부분 방전에 의한 열화(劣化)를 최소한으로 하는 것이 요구된다. 이를 위해서는, 절연 전선의 절연층 두께를 두껍게 하는 것이 효과적이다. 절연층을 두껍게 하면, 부분 방전의 발생 전압이 높아져, 부분 방전의 발생 빈도를 줄일 수가 있다.

그 한편으로, 이들 절연 전선에는, 절연층이 높은 밀착성으로 도체를 피복하고 있는 것이 요구된다. 즉, 이와 같은 전기 기기에 있어서는, 절연 전선을 가공(예를 들면, 권선 가공(코일 가공))해서 이루어지는 권선(코일)을 매우 좁은 부분에 밀어넣어 사용하는 바와 같은 사용법을 많이 볼 수 있게 되었다. 예를 들면, 상술한 전기 기기에 있어서는, 코일을 고정자(stator) 코어의 슬롯 중에 몇개 넣을 수 있는지에 따라, 그 성능이 결정된다고 해도 과언은 아니다. 그 때문에, 이들 전기 기기에 이용하는 경우, 절연 전선은 복잡하며, 또한 작은 굴곡 반경으로 굽힘 가공된다. 그러나, 상술한 이유로 절연층을 두껍게 하면, 도체와 절연층과의 밀착성이 저하한다. 그 때문에, 권선 가공 중 또는 후에 절연층이 도체로부터 박리된다. 특히, 소형화된 전기 기기에 있어서는 절연층의 박리가 일어나기 쉽다.

또, 근래, 절연 전선에는 보다 고도의 내열성이 요구되게 되었다. 소형화 내지는 고성능화된 회전 전기 등에서는, 그의 고효율화로부터 사용 전압이 높게 설정되고, 그에 수반하여 발열량도 증대되고 있다. 또, 소형화된 회전 전기 등에서는 충분한 방열성을 확보하는 것도 어렵다. 따라서, 절연 전선에는, 예를 들면 230℃ 이상과 같은 고온에 노출되어도, 절연 성능을 안정하게 유지할 수 있는 내열성이 요구되게 되고 있다.

본 발명은, 내열성, 전기 특성(부분 방전 개시 전압) 및 밀착성의 어느것이나 우수한 절연 전선과, 코일 및 전기·전자 기기를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 도체 상에, 열경화성 수지층 및 열가소성 수지층을 이 순서로 가지는 절연 전선에 있어서, 열경화성 수지층 및 열가소성 수지층의 합계 두께를 특정의 범위로 설정하고, 또 열가소성 수지층 중의 열가소성 수지를 특정의 배향도 범위로 배향시키면, 우수한 전기 특성 및 밀착성을 겸비하고, 게다가 고도의 내열성을 나타내며, 요즈음의 소형화 또는 고성능화된 전기 기기용의 절연 전선에 요구되는 특성도 만족시킬 수 있음을 찾아냈다. 본 발명은, 이들 지견에 기초하여, 이루어진 것이다.

즉, 본 발명의 상기 과제는, 이하의 수단에 의해서 달성되었다.

(1) 도체의 외주에 열경화성 수지층과, 상기 열경화성 수지층의 외주에 열가소성 수지층을 가지는 절연 전선으로서, 상기 열경화성 수지층과 상기 열가소성 수지층의 합계 두께가 100㎛ 이상 250㎛ 이하이고, 또한 상기 열가소성 수지층 중의 열가소성 수지의, 하기 식 1로 산출되는 배향도가 20% 이상 90% 이하인 절연 전선.

식 1 배향도 H(%)=[(360－ΣW_n)/360]×100

W_n： X선 회절에 의한 방위각 강도 분포 곡선에 있어서의 배향성 피크의 반값폭

n： β각도 0° 이상 360° 이하에 있어서의 배향성 피크수

(2) 상기 열가소성 수지층이, 폴리에테르에테르케톤, 열가소성 폴리이미드 및 폴리페닐렌 설파이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 열가소성 수지를 포함하고, 그 열가소성 수지의 융점이 260℃ 이상 390℃ 이하인 (1)에 기재된 절연 전선.

(3) 상기 열가소성 수지층의 두께가 15㎛ 이상 100㎛ 이하인 (1) 또는 (2)에 기재된 절연 전선.

(4) 상기 열경화성 수지층이, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 및 폴리에스테르 이미드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 열경화성 수지를 포함하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 절연 전선.

(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 절연 전선으로 이루어지는 코일.

(6) (5)에 기재된 코일을 이용해서 이루어지는 전기·전자 기기.

본 발명에 있어서, 열경화성 수지층이란, 열경화성 수지가 경화해서 이루어지는 경화 수지층을 의미하며, 경화하기 전의 열경화성 수지를 경화하는 것에 의해 형성할 수 있다.

본 발명은, 내열성, 전기 특성 및 밀착성의 어느것이나 우수한 절연 전선을 제공할 수 있다. 본 발명의 절연 전선은, 상기의 우수한 특성을 가지고 있으며, 소형화 또는 고성능화된 전기 기기에도 호적하게 사용할 수가 있다.

또, 본 발명은, 상술한 절연 전선을 이용한 코일 및 전기 기기를 제공할 수 있다.

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

도 1은, 본 발명의 절연 전선의 바람직한 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 절연 전선의 다른 바람직한 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 절연 전선의 또 다른 바람직한 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 절연 전선의 더욱더 또 다른 바람직한 실시형태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는, 배향도를 구하기 위한 방위각 강도 분포 곡선의 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 전기 기기에 이용되는 고정자의 바람직한 형태를 나타내는 개략 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 전기 기기에 이용되는 고정자의 바람직한 형태를 나타내는 개략 분해 사시도이다.

＜＜절연 전선＞＞

본 발명의 절연 전선은, 도체의 외주에, 열경화성 수지층과 열가소성 수지층을 이 순서로 가지고 있다. 열경화성 수지층과 열가소성 수지층과의 합계 두께는 100㎛ 이상 250㎛ 이하이다. 또, 본 발명의 절연 전선은, 열가소성 수지층이 함유하는 열가소성 수지의 하기 배향도가 20% 이상 90% 이하이다. 상기 합계 두께 및 배향도의 상세는 후술한다.

본 발명에 있어서, 열경화성 수지층은 상기 도체의 외주에 직접 마련되어 있어도 좋고, 후술하는 절연층을 거쳐 마련되어 있어도 좋다(즉 상기 도체와 상기 열경화성 수지층 사이에 절연층을 가져도 좋다).

또, 열경화성 수지층, 열가소성 수지층, 및 절연층은, 각각, 1층이더라도 2층 이상의 복수층으로 이루어져 있어도 좋다.

이하, 본 발명의 절연 전선의 바람직한 실시 형태를, 도면을 참조해서 설명하지만, 본 발명은, 본 발명에서 규정되는 것 이외는 하기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 또, 각 도면에 나타내어지는 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 모식도이며, 각 부재의 사이즈, 두께, 내지는 상대적인 대소 관계 등은 설명의 편의상 대소를 바꾸고 있는 경우가 있으며, 실제 관계를 그대로 나타내는 것은 아니다. 또, 본 발명에서 규정하는 사항 이외는 이들 도면에 나타내어진 외형, 형상에 한정되는 것도 아니다.

도 1에 단면도를 나타낸 본 발명의 바람직한 절연 전선(1A)은, 도체(11)와, 도체(11)의 외주에 마련된 열경화성 수지층(12A)과, 열경화성 수지층(12A)의 외주에 마련된 열가소성 수지층(13A)을 가진다. 열경화성 수지층(12A)은 1층으로 이루어지고, 열가소성 수지층(13A)은 1층으로 이루어진다. 열경화성 수지층(12A)과 열가소성 수지층(13A)의 합계 두께는 100㎛ 이상 250㎛ 이하이다. 열가소성 수지층(13A)에 있어서의 배향도는 20% 이상 90% 이하이다.

도 2에 단면도를 나타낸 본 발명의 바람직한 절연 전선(1B)은, 열경화성 수지층을 형성하는 층의 수가 다른 것 이외는, 절연 전선(1A)과 동일한 구성이다. 즉, 절연 전선(1B)은, 도체(11)와, 도체(11)의 외주에 마련된 열경화성 수지층(12B)과, 열경화성 수지층(12B)의 외주에 마련된 열가소성 수지층(13B)을 가진다. 이 열경화성 수지층(12B)은, 도체(11)측으로부터 차례로 마련된, 내측의 열경화성 수지층(14A) 및 외측의 열경화성 수지층(14B)의 2층으로 이루어진다.

도 3에 단면도를 나타낸 본 발명의 바람직한 절연 전선(1C)은, 열가소성 수지층을 형성하는 층의 수가 다른 것 이외는, 절연 전선(1A)과 동일한 구성이다. 즉, 절연 전선(1C)은, 도체(11)와, 도체(11)의 외주에 마련된 열경화성 수지층(12C)과, 열경화성 수지층(12C)의 외주에 마련된 열가소성 수지층(13C)을 가진다. 이 열가소성 수지층(13C)은, 열경화성 수지층(12C)측으로부터 차례로 마련된, 내측의 열가소성 수지층(15A) 및 외측의 열가소성 수지층(15B)의 2층으로 이루어진다.

도 4에 단면도를 나타낸 본 발명의 바람직한 절연 전선(1D)은, 열경화성 수지층 및 열가소성 수지층을 형성하는 층의 수가 각각 다른 것 이외는, 절연 전선(1A)과 동일한 구성이다. 즉, 절연 전선(1D)은, 도체(11)와, 도체(11)의 외주에 마련된 열경화성 수지층(12D)과, 열경화성 수지층(12D)의 외주에 마련된 열가소성 수지층(13D)을 가진다. 열경화성 수지층(12D)은, 도체(11)측으로부터 차례로 마련된, 내측의 열경화성 수지층(14C) 및 외측의 열경화성 수지층(14D)의 2층으로 이루어지며, 열가소성 수지층(13D)은, 열경화성 수지층(12D)측으로부터 차례로 마련된, 내측의 열가소성 수지층(15C) 및 외측의 열가소성 수지층(15D)의 2층으로 이루어진다.

도 1∼도 4에는, 각각, 축선에 수직인 단면의 윤곽 형상이 직사각형(矩形)인 절연 전선(1A∼1D)을 나타냈지만, 본 발명에 있어서는, 각 절연 전선에 있어서 단면의 윤곽 형상을 원형으로 할 수도 있다.

본 발명에 있어서는, 도시하지 않지만, 절연 전선(1A∼1D)에 있어서, 도체(11)와 열경화성 수지층 사이에 절연층을 마련할 수도 있다.

＜도체＞

본 발명에 이용하는 도체로서는, 절연 전선에서 이용되고 있는 통상의 것을 널리 사용할 수 있으며, 예를 들면, 구리선, 알루미늄선 등의 금속 도체를 이용할 수가 있다. 바람직하게는, 산소 함유량이 30ppm 이하인 저산소 구리, 더욱더 바람직하게는 20ppm 이하인 저산소 구리 또는 무산소 구리의 도체이다. 산소 함유량이 30ppm 이하이면, 도체를 용접하기 위해서 열로 용융시킨 경우, 용접 부분에 함유 산소에 기인하는 보이드의 발생이 없고, 용접 부분의 전기 저항이 악화되는 것을 방지함과 동시에 용접 부분의 강도를 보존유지할 수가 있다.

도체의 단면 형상은, 특별히 한정되지 않고, 원형 또는 직사각형(평각 형상) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 단면 형상은 직사각형이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 직사각형에는, 장방형에 더하여 정방형도 포함한다. 평각 형상의 도체는, 원형의 것과 비교하여, 권선시에 고정자 코어의 슬롯에 대한 점적율을 높일 수가 있다.

평각 형상의 도체는, 모서리부로부터의 부분 방전을 억제하는 점에 있어서, 도 1∼도 4에 나타내는 바와 같이, 네 귀퉁이에 모따기(面取)(곡률 반경 r)를 마련한 형상인 것이 바람직하다. 곡률 반경 r은, 0.6㎜ 이하가 바람직하고, 0.2∼0.4㎜가 보다 바람직하다.

도체의 크기는, 특별히 한정되지 않지만, 평각 도체의 경우, 직사각형의 단면 형상에 있어서, 폭(긴 변)은 1.0∼5.0㎜가 바람직하고, 1.4∼4.0㎜가 보다 바람직하고, 두께(짧은 변)는 0.4∼3.0㎜가 바람직하고, 0.5∼2.5㎜가 보다 바람직하다. 폭(긴 변)과 두께(짧은 변)의 길이의 비율(폭：두께)은, 1：1∼4：1이 바람직하다. 긴변이란 1쌍의 대향하는 변 또는 각 변을 의미하며, 짧은 변이란 다른 1쌍의 대향하는 변 또는 각 변을 의미한다. 한편, 단면 형상이 원형인 경우, 직경은 0.8∼4.5㎜가 바람직하고, 1.2∼4.0㎜가 바람직하다.

＜열경화성 수지층＞

본 발명의 절연 전선은, 도체의 외주에 열경화성 수지층을 가진다.

열경화성 수지층은, 에나멜(수지)층에 상당한다. 이하, 에나멜층이 형성된 도체를 에나멜선이라고 하는 일이 있다.

열경화성 수지층은, 열경화성 수지와, 필요에 따라 각종 첨가제를 함유해서 이루어진다.

상기 열경화성 수지로서는, 전선 또는 권선에서 통상 이용되는 열경화성 수지이면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 폴리아미드이미드(PAI), 폴리이미드(PI), 폴리에스테르(PEst), 폴리우레탄, 폴리벤조이미다졸, 폴리에스테르 이미드(PEsI), 멜라민 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 내용제성(耐溶劑性)의 관점으로부터 폴리아미드이미드, 폴리이미드 및 폴리에스테르 이미드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 열경화성 수지가 보다 바람직하고, 폴리아미드이미드 또는 폴리이미드가 더욱더 바람직하다.

열경화성 수지층에 함유되는 열경화성 수지는, 1종이라도 2종 이상이라도 좋다.

폴리아미드이미드는, 다른 수지에 비해 열전도율이 낮고, 절연 파괴 전압이 높고, 소부(燒付) 경화가 가능하다. 폴리아미드이미드는, 특별히 한정되지 않지만, 하기의 시판품 또는 통상의 방법에 의해 얻어지는 것을 들 수 있다. 예를 들면, 극성 용매 중에서 트리카르본산 무수물과 디이소시아네이트 화합물을 직접 반응시켜 얻은 것, 또는, 극성 용매 중에서 트리카르본산 무수물에 디아민 화합물을 먼저 반응시켜, 우선 이미드 결합을 도입하고, 그 다음에 디이소시아네이트 화합물로 아미드화해서 얻어지는 것을 들 수 있다.

폴리이미드는, 특별히 한정되지 않고, 전(全)방향족 폴리이미드 및 열경화성 방향족 폴리이미드 등, 통상의 폴리이미드를 이용할 수가 있다. 또, 하기의 시판품 외에, 통상의 방법에 의해, 방향족 테트라카르본산 이무수물과 방향족 디아민 화합물을 극성 용매 중에서 반응시켜 얻어지는 폴리아미드산 용액을 이용하고, 소부시의 가열 처리에 의해 이미드화시키는 것에 의해서 얻어지는 것을 이용할 수가 있다.

폴리에스테르는, 분자 내에 에스테르 결합을 가지는 폴리머로서 열경화성의 것이면 좋고, H종 폴리에스테르(HPE)가 바람직하다. 이와 같은 H종 폴리에스테르로서는, 하기의 시판품 외에, 예를 들면, 방향족 폴리에스테르 중 페놀 수지 등을 첨가하는 것에 의해서 수지를 변성시킨 것으로, 내열 클래스가 H종인 것을 들 수 있다.

폴리에스테르 이미드는, 분자 내에 에스테르 결합과 이미드 결합을 가지는 폴리머로서 열경화성의 것이면 특별히 한정되지 않는다. 하기의 시판품 또는 합성품을 들 수 있다. 예를 들면, 트리카르본산 무수물과 아민 화합물로부터 이미드 결합을 형성하고, 알콜과 카르본산 또는 그 알킬 에스테르로부터 에스테르 결합을 형성하고, 그리고, 이미드 결합의 유리산기 또는 무수기가 에스테르 형성 반응에 더해짐으로써 얻어지는 것을 이용할 수가 있다. 폴리에스테르 이미드는, 예를 들면, 트리카르본산 무수물, 디카르본산 화합물 또는 그 알킬 에스테르, 알콜 화합물 및 디아민 화합물을 공지의 방법으로 반응시켜 얻어지는 것을 이용할 수도 있다.

열경화성 수지는, 시판의 것을 이용해도 좋다. 예를 들면, 폴리이미드의 시판품으로서, U이미드(상품명, 유니티카사(UNITIKA LTD.)제), U－와니스(상품명, 우베코산사(Ube Industries, Ltd.)제) 등을 들 수 있다. 폴리아미드이미드의 시판품으로서, HI406 또는 HCI 시리즈(어느것이나 상품명, 히타치카세이사(Hitachi Chemical Company)제) 등을 들 수 있다. H종 폴리에스테르의 시판품으로서, Isonel200(상품명, 미국 스케넥터디 인터내셔널사(Schenectady International, Inc.)제) 등을 들 수 있다. 폴리에스테르 이미드의 시판품으로서, 네오히트 8600A(상품명, 토토쿠 토료사(TOTOKU TORYO CO.,LTD.)제) 등을 들 수 있다.

각종 첨가제는, 전선 또는 권선의 열경화성 수지층에 통상 이용되는 첨가제라면, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 후술하는 것을 들 수 있다. 첨가제의 함유량으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 열경화성 수지 100질량부에 대해서, 5질량부 이하가 바람직하고, 2질량부 이하가 보다 바람직하다.

열경화성 수지층은, 상술한대로 복수층으로 할 수 있지만, 1층 또는 2층으로 이루어지는 것이 바람직하다.

열경화성 수지층이 복수층으로 이루어지는 경우, 각 층에 최대 함유량으로 포함되는 열경화성 수지는 서로 다른 것이 바람직하다. 예를 들면, 2층으로 이루어지는 경우, 최대 함유량으로 포함되는 열경화성 수지의 바람직한 조합은, 도체측으로부터 하기 열가소성 수지층 측을 향해, 폴리아미드이미드 및 폴리에스테르 이미드의 조합, 폴리이미드 및 폴리아미드이미드의 조합 등을 들 수 있다.

열경화성 수지층의 두께는, 열가소성 수지층과의 합계 두께가 후술하는 범위내로 되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 열경화성 수지층의 두께는, 바람직하게는 15∼120㎛이며, 보다 바람직하게는 40∼100㎛이다. 열경화성 수지층의 두께의 상한은, 후술하는 합계 두께를 고려하여, 예를 들면, 90㎛로 설정할 수도 있다. 열경화성 수지층이 복수층으로 이루어지는 경우에는, 각 층의 두께의 합계가 상기 열경화성 수지층의 두께의 바람직한 범위내이면 좋다.

＜열가소성 수지층＞

본 발명의 절연 전선은, 열경화성 수지층의 외주에, 열가소성 수지층을 가진다.

열가소성 수지층은, 열가소성 수지와, 필요에 따라 각종 첨가제를 함유해서 이루어진다.

상기 열가소성 수지로서는, 전선 또는 권선에서 통상 이용되는 열가소성 수지이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 폴리아미드(나일론이라고도 한다), 폴리아세탈(POM), 폴리카보네이트(PC), 신디오택틱 폴리스티렌 수지(SPS), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 초고분자량 폴리에틸렌 등의 범용 고성능 플라스틱 외에, 폴리설폰(PSF), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에테르 케톤(PEK), 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 테트라플루오로에틸렌·에틸렌 공중합체(ETFE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK, 변성 PEEK를 포함한다.), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 테트라플루오로 에틸렌·퍼플루오로 알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA), 폴리테트라플루오로 에틸렌(PTFE), 열가소성 폴리이미드(TPI), 열가소성 폴리아미드이미드, 액정 폴리에스테르 등의 슈퍼 엔지니어링 플라스틱, 또, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)를 베이스 수지로 하는 폴리머 얼로이, ABS/폴리카보네이트, 나일론 6, 6, 방향족 폴리아미드, 폴리페닐렌 에테르/나일론 6, 6, 폴리페닐렌 에테르/폴리스티렌, 폴리부틸렌 테레프탈레이트/폴리카보네이트 등의 상기 엔지니어링 플라스틱을 포함하는 폴리머 얼로이를 들 수 있다. 열가소성 수지층에 함유되는 열가소성 수지는, 1종이라도 2종 이상이라도 좋다.

그 중에서도, 결정성의 열가소성 수지가 바람직하다. 결정성의 열가소성 수지로서는, 상기 열가소성 수지 중, 예를 들면, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 초고분자량 폴리에틸렌 등의 범용 엔지니어링 플라스틱, 신디오택틱 폴리스티렌 수지, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리아릴 에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 열가소성 폴리이미드 등을 들 수 있다.

열가소성 수지는, 내열성의 점에서는, 250℃ 이상의 융점을 가지는 열가소성 수지가 바람직하고, 260℃ 이상 390℃ 이하의 융점을 가지는 것이 보다 바람직하다. 이와 같은 수지로서는, 상기 중에서도, 신디오택틱 폴리스티렌 수지, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아릴 에테르 케톤, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리아미드(특히 나일론 6, 6), 폴리에테르 케톤, 열가소성 폴리이미드가 바람직하고, PPS, PEEK, 및 열가소성 폴리이미드로부터 선택되는 적어도 1종의 열가소성 수지가 보다 바람직하다.

열가소성 수지는, 내열성 또는 기계 특성 등에 따라서 상기 중에서 적당한 수지를 선택해서 이용할 수가 있다.

열가소성 수지는, 수지의 기계 특성의 점에서는, 폴리에테르에테르케톤, 열가소성 폴리이미드, 폴리페닐렌 설파이드, 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 바람직하고, 폴리에테르에테르케톤, 열가소성 폴리이미드, 및 폴리페닐렌 설파이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 보다 바람직하다.

열가소성 수지는, 내열성 및 기계 특성, 또 내용제성의 관점으로부터, 폴리에테르에테르케톤, 열가소성 폴리이미드, 및 폴리페닐렌 설파이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종으로서, 융점을 260℃ 이상 390℃ 이하의 범위에 가지는 것이 보다 바람직하다.

　본 발명에 있어서, 변성 PEEK로서는, PEEK를 변성한 것이면 특별히 한정되지 않고, PEEK를 화학 수식한 것, PEEK와의 폴리머 얼로이(폴리머 블렌드)한 것 등을 포함한다. 예를 들면, PEEK에 대해서, PPS, PES, PPSU 또는 PEI를 얼로이화한 것 등을 들 수 있다.

　열가소성 수지는, 시판품을 이용할 수가 있다. PEEK로서는, 예를 들면, 키타스파이어 KT－820(솔베이 스페셜티 폴리머스(Solvay Sepecialty Polymers)사제, 상품명), PEEK450G(빅트렉스 재팬사(Victrex Japan Inc.)제, 상품명), 변성 PEEK로서는, 아바스파이어 AV－650(솔베이 스페셜티 폴리머스사제, 상품명), TPI로서는, 오람 PL450C(미츠이카가쿠사(Mitsui Chemicals, Inc.)제, 상품명), PPS로서는, 포트론 0220A9(폴리플라스틱사(POLYPLASTICS CO.,LTD.)제, 상품명), PPS　FZ－2100(DIC사제, 상품명) 등의 시판품을 들 수가 있다.

변성 PEEK의 시판품으로서는, 상기한 것 이외에도, 예를 들면, 솔베이 스페셜티 폴리머스사제의 아바스파이어 AV－621, AV－630, AV－651, AV－722, AV－848 등도 들 수 있다.

각종 첨가제는, 전선 또는 권선의 열가소성 수지층에 통상 이용되는 첨가제라면, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 후술하는 것을 사용할 수 있다. 첨가제의 함유량으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 열가소성 수지 100질량부에 대해서, 5질량부 이하가 바람직하고, 3질량부 이하가 보다 바람직하다.

열가소성 수지층은, 상술한대로 복수층으로 할 수 있지만, 1층 또는 2층으로 이루어지는 것이 바람직하다.

열가소성 수지층이 복수층으로 이루어지는 경우, 각 층에 최대 함유량으로 포함되는 열가소성 수지는 서로 다른 것이 바람직하다. 예를 들면, 2층으로 이루어지는 경우, 최대 함유량으로 포함되는 열가소성 수지의 바람직한 조합은, 상기 열경화성 수지층측으로부터 외측을 향해, 변성 PEEK 및 PEEK의 조합, 열가소성 폴리이미드 및 PEEK의 조합을 들 수 있다.

열가소성 수지층의 두께는, 열경화성 수지층과의 합계 두께가 후술하는 범위내로 되는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 열가소성 수지층의 두께는, 가공성의 관점으로부터, 바람직하게는 15∼100㎛이며, 보다 바람직하게는 30∼70㎛이다. 열가소성 수지층이 복수층으로 이루어지는 경우에는, 각 층의 두께의 합계가 상기 범위내이면 좋다.

열가소성 수지층 중에 포함되는 열가소성 수지의 배향도는 20∼90%이다. 여기서, 열가소성 수지층이 복수종의 열가소성 수지를 함유하는 경우, 배향도는, 가장 체적비가 큰 열가소성 수지의 배향도를 말한다.

상기 배향도가 20% 미만이면 절연 전선에 소망의 내열성을 부여할 수 없는 경우가 있다. 배향도의 상한은, 특별히 한정되지 않지만, 실제의 제조 용이성을 고려하면, 90%이다. 배향도는, 50∼85%인 것이 바람직하고, 60∼80%인 것이 더욱더 바람직하다. 상기 배향도가 50∼85%에 있으면, 보다 우수한 내열성의 절연 전선으로 할 수가 있다. 열가소성 수지가 20∼90%의 배합도로 배향하고 있는 것에 의해, 장시간의 열에 노출된 경우에 있어서도 수지의 열 분해 및 열 열화의 진행이 억제된다. 그 때문에, 배향하고 있지 않은 경우에 비해, 같은 종류의 열가소성 수지를 함유하고 있음에도 불구하고, 예를 들면 230℃의 고온 분위기하에 장시간 노출되어도 초기의 절연 성능을 유지할 수 있다.

열가소성 수지는, 상기 범위의 배향도로 배향하고 있으면, 배향하는 방향(분자 사슬의 연장 방향)에 대해서는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 전선의 통선(축선) 방향이 바람직하다.

상기 배향도는, JIS　K　0131－1996　X선 회절 분석 통칙 15항 「배향성의 평가」에 있어서의 「섬유 시료대를 이용하는 방법」에 준해, 회전각에 대한 X선 강도의 그래프를 얻고, 이 곡선에 기초하여, 구할 수가 있다. 다만, 측정에는 이차원 검출기를 이용하기 때문에, 실제로 시료를 회전시킬 필요는 없고, 이차원 검출기로부터 출력되는 이차원 프로파일로부터 회전각에 대한 X선 강도의 그래프를 얻을 수가 있다. 이 그래프로부터 구한, 배향성 피크의 반값폭을 이용해서 하기 식으로부터 배향도 H(%)를 산출한다.

이 경우, 일반적으로, 그래프의 가로축은 회전각이라고는 부르지 않고, 방위각이라 불리므로, 이하, 회전각에 대한 X선 강도의 그래프를 방위각 강도 분포 곡선이라고 부른다.

배향도는, 구체적으로는 이하와 같이 해서 확인할 수가 있다.

1.시험편

절연 전선으로부터, 열가소성 수지층을 채취해서 시험편으로 한다.

2.이차원 프로파일의 취득

X선 회절 장치는 브루커사(Bruker Corporation)제 D8　DISCOVER(X선원으로부터 고니오미터까지 일체화된 측정 장치)를 이용하고, 검출기로는 이차원 검출기(브루커사제 VANTEC500)를 사용한다.

채취한 시험편을, 전선 긴쪽 방향이 상하 방향으로 되며, 또한, 열가소성 수지층의 두께 방향에 대해서 X선이 수직 입사하도록, X선 회절 장치에 세팅한다. 그 다음에, 세팅한 시험편에 X선을 조사해서 투과시키고, 이차원 검출기로부터 출력되는 이차원 프로파일을 얻는다.

3.이차원 프로파일의 해석

얻어진 이차원 프로파일에 있어서, 배향도 해석 대상으로 되는 수지의 회절 링을 선택하고, 회전각에 대한 X선 강도의 관계를 나타내는 방위각 강도 분포 곡선(보정전)을 얻는다. 이 방위각 강도 분포 곡선(보정전)을, 공기 산란, 비정(非晶) 헤일로, 다른 수지의 결정(結晶) 피크 등의 각 방위각 강도 분포 곡선(보정전)을 공제하는 보정을 한 후, 해석 대상 수지의 방위각 강도 분포 곡선을 얻는다. 비정 헤일로의 방위각 강도 분포 곡선(보정전)은, 해석 대상 수지와 동일한 수지로 제작한 비정 무배향 시료를 이용하는 것 이외는, 상기와 마찬가지로 해서 얻은 이차원 프로파일에 의해, 얻을 수가 있다. 또, 공기 산란의 방위각 강도 분포 곡선(보정전)은, 블랭크로 해서 시험편을 이용하지 않는 것 이외는, 상기와 마찬가지로 해서 얻은 이차원 프로파일에 의해, 얻을 수가 있다.

이와 같이 해서 얻어진 방위각 강도 분포 곡선에 있어서의 배향성 피크의 반값폭을 구하고, 하기 식 1로부터 배향도 H(%)를 산출한다.

식 1 배향도 H(%)=[(360－ΣW_n)/360]×100

n： β각도(방위각) 0° 이하 360° 이하에 있어서의 배향성 피크수

열가소성 수지층을 복수 가지는 경우, 각 열가소성 수지층에 대한 배향도는, 열가소성 수지층 각각으로부터 채취한 시험편을 이용하여, 상기와 같이 해서, 산출한다.

이 경우, 적어도 가장 외측의 열가소성 수지층에 대한 배향도가 상기 범위내에 있는 것이 바람직하고, 각각의 층에 대한 배향도가 상기 범위내인 것이 보다 바람직하다. 다만, 각 층에 있어서의 배향도는, 상기 범위내이면 동일해도 달라도 좋다.

또, 열가소성 수지층이 복수종의 열가소성 수지를 함유하는 경우, 이 열가소성 수지층에 대한 배향도는, 가장 체적비가 큰 열가소성 수지의 배향도를 산출한다. 구체적으로는, 상기 이차원 프로파일을 구하고, 이 이차원 프로파일을 해석할 때에 다음과 같이 해서 보정한다. 즉, 우선, 열가소성 수지를 1종 함유하는 경우와 마찬가지로 해서 상기 이차원 프로파일을 구한다. 이 이차원 프로파일의 해석시에, 가장 많은 체적비를 차지하는 열가소성 수지에만 주목(着目)하고, 이 열가소성 수지 이외의 열가소성 수지의 피크는 베이스 라인으서 처리한다. 이와 같이 해서, 가장 많은 체적비를 차지하는 열가소성 수지에 대한 방위각 강도 분포 곡선을 얻고, 이 곡선에 기초하여, 배향도를 산출한다.

(열경화성 수지층과 열가소성 수지층의 합계 두께)

본 발명에 있어서, 열경화성 수지층과 열가소성 수지층의 합계 두께는 100㎛ 이상 250㎛ 이하이다. 합계 두께가 100㎛ 미만이면 전기 특성이 뒤떨어지는 경우가 있다. 한편, 250㎛를 넘으면 밀착성이 뒤떨어지는 경우가 있다. 높은 내열성을 유지하면서 전기 특성과 밀착성을 높은 수준으로 양립할 수 있는 점에서, 합계 두께는, 100㎛ 이상 200㎛ 이하로 하는 것이 바람직하고, 115㎛ 이상 160㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서, 열경화성 수지층과 열가소성 수지층의 합계 두께를 100㎛ 이상 250㎛ 이하로 하고, 열가소성 수지층 중의 열가소성 수지의 배향도를 20% 이상 90% 이하로 하면, 내열성, 전기 특성 및 밀착성을 높은 수준으로 겸비하고, 절연 전선의 요구 특성을 만족시킬 수가 있다.

＜절연층＞

본 발명에 있어서는, 도체와 열경화성 수지층 사이에 절연층을 마련해도 좋다. 이 절연층은, 상술한 열경화성 수지 이외의 수지를 함유한다. 이와 같은 수지로서는, 열경화성 수지를 소부해도 외관 불량을 일으키지 않고, 도체 및 열경화성 수지층에 대해서 밀착하는 수지가 바람직하다. 예를 들면, 폴리우레탄, 폴리에스테르 등의 열가소성 수지를 들 수 있다.

＜절연 전선의 특성＞

본 발명의 절연 전선은, 내열성, 전기 특성 및 밀착성이 우수하다.

본 발명의 절연 전선은, 후술하는 내열성 시험에 있어서, 230℃의 환경하에 500시간 노출되어도, 열가소성 수지층의 표면에 균열이 생기지 않을 만큼의 내열성을 가지는 것이 바람직하고, 230℃의 환경하에 1000시간, 나아가서는 1500시간 노출되어도, 열가소성 수지층의 표면에 균열이 생기지 않을 만큼의 내열성을 가지는 것이 보다 바람직하다.

또, 본 발명의 절연 전선은, 후술하는 전기 특성 시험에 있어서, 부분 방전 개시 전압이, 바람직하게는 700Vp 이상이며, 보다 바람직하게는 1000Vp 이상이다. 부분 방전 개시 전압의 상한은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 2500Vp 이하인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 절연 전선은, 절연 전선에 미리 상처를 낸 절연 전선을 이용한, 후술하는 굽힘 가공성 시험에 있어서, 도체와 수지층(이 시험에 있어서, 열경화성 수지층과 열가소성 수지층을 아울러 수지층이라고 한다)과의 박리를 확인할 수 없을 정도의 밀착성을 구비한다.

＜＜절연 전선의 제조 방법＞＞

본 발명의 절연 전선은, 도체의 외주에, 열경화성 수지층과 그 외주의 열가소성 수지층을, 형성하는 것에 의해 제조된다.

보다 상세하게는, 도체의 외주에 열경화성 수지층과 열가소성 수지층을 순차 혹은 동시에 형성하는 것에 의해, 제조할 수가 있다. 또, 소망에 따라 상술한 절연층의 형성 공정을 짜넣어도 좋다.

열경화성 수지층은, 도체의 외주에 통상은 도포 소부해서, 형성된다. 구체적으로는, 열경화성 수지를 함유하는 와니스를, 도체의 외주에 도포 소부해서, 형성되는 것이 바람직하다.

와니스를 도포하는 방법은, 통상의 방법을 특별히 한정되는 일없이 적용할 수 있다. 예를 들면, 도체의 단면 형상과 상사형(相似形)을 한 와니스 도포용 다이스를 이용하는 방법, 도체의 단면 형상이 직사각형인 경우, 우물정자모양(井桁狀)으로 형성된 「유니버설 다이스」라고 불리는 다이스를 이용하는 방법을 들 수 있다.

와니스 도포 후의 소부는, 통상의 방법에 의해 행할 수 있으며, 예를 들면 소부로에서 소부할 수가 있다. 이 경우의 구체적인 소부 조건은, 그 사용되는 로의 형상 등에 좌우되며 일의적으로 결정할 수 없지만, 대략 8m의 자연 대류식의 수형로(竪型爐)이면, 예를 들면, 로내 온도 400∼650℃에서 통과 시간을 10∼90초로 하는 조건을 들 수 있다.

와니스의 도포 및 소부는, 1회라도 좋지만, 통상, 복수회 반복하는 것이 바람직하다. 복수회 반복하는 경우는, 동일한 소부 조건이라도 좋고, 다른 소부 조건이라도 좋다.

이와 같이 해서, 열경화성 수지층을 형성할 수 있다.

본 발명의 절연 전선이, 열경화성 수지층을 2층 이상 가지는 복수층으로 이루어지는 경우, 복수의 열경화성 수지층은, 각각 상기 기재의 공정에 의해 형성할 수가 있다.

상기 와니스에는, 각 층의 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서, 각종 첨가제를 함유해도 좋다. 각종 첨가제로서는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 기포화 핵제, 산화 방지제, 대전 방지제, 자외선 방지제, 광 안정제, 형광 증백제, 안료, 염료, 상용화제(相溶化劑), 윤활제(滑劑), 강화제, 난연제, 가교제, 가교 조제, 가소제, 증점제, 감점제 또는 일래스토머 등을 들 수 있다.

와니스는, 열경화성 수지를 와니스화시키기 위해서 유기 용매 등을 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 유기 용매로서, 예를 들면, N－메틸-2－피롤리돈(NMP), N,N－디메틸아세트아미드(DMAC), N,N－디메틸포름아미드(DMF) 등의 아미드계 용매, N,N－디메틸에틸렌 우레아, N,N－디메틸프로필렌 우레아, 테트라메틸 요소 등의 요소계 용매, γ－부티로락톤, γ－카프로락톤 등의 락톤계 용매, 프로필렌 카보네이트 등의 카보네이트계 용매, 메틸 에틸 케톤, 메틸 이소부틸 케톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용매, 초산 에틸, 초산 n－부틸, 부틸 셀로솔브 아세테이트, 부틸 카르비톨 아세테이트, 에틸 셀로솔브 아세테이트, 에틸 카르비톨 아세테이트 등의 에스테르계 용매, 디글라임, 트리글라임, 테트라글라임 등의 글라임(glyme)계 용매, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥산 등의 탄화 수소계 용매, 크레졸, 페놀, 할로겐화 페놀 등의 페놀계 용매, 술포란 등의 설폰계 용매, 디메틸술폭시드(DMSO) 등을 들 수 있다.

유기 용매 등은, 1종만을 단독으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.

열가소성 수지층은, 통상, 압출 피복에 의해 형성된다. 구체적으로는, 열가소성 수지를 가열 용융해서, 열경화성 수지층의 외주에 압출하고 피복해서 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도체의 단면 형상과 상사형 혹은 대략 상사형의 개구를 가지는 압출 다이스를 이용해서, 열가소성 수지의 용융 온도 이상의 온도에서 열경화성 수지층의 외주로 압출하는 방법을 들 수 있다.

본 발명에 있어서, 열가소성 수지의 배향도의 설정 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 그 일 예로서, 하기 방법 내지는 조건을 들 수 있다. 예를 들면, 압출 피복시의 조건(온도 조건), 열가소성 수지층의 두께, 전선 제작시의 선속도 등이다.

보다 구체적으로는, 에나멜선을, 열가소성 수지의 압출 온도(스크류 온도)보다도 낮은 온도로 예열하는 방법을 들 수 있다. 에나멜선을 이와 같이 예열하면, 배향도가 향상하는 경향이 있다. 에나멜선의 예열 온도는, 사용하는 열가소성 수지의 종류, 형성하는 열가소성 수지층의 두께 등에 따라 일의적으로 결정할 수 없다. 상기 범위의 합계 두께를 충족시키는 열가소성 수지층을 형성하는 경우, 예를 들면, 예열 온도는, 압출 피복시의 열가소성 수지의 압출 온도에 대해서, 120∼280℃ 정도 낮은 온도가 바람직하고, 150∼280℃ 낮은 온도가 보다 바람직하다. 구체적인 예열 온도로서는, 예를 들면, 하한은 80℃ 이상이 바람직하고, 상한은 200℃ 이하가 바람직하다. 열가소성 수지의 종류에 따라서, 예를 들면, 예열 온도의 하한을 100℃로, 상한을 150℃, 나아가서는 130℃로, 설정할 수가 있다.

또, 다이스 히터에 의해 다이스 온도를 압출 온도와는 다른 온도로 설정하는 방법을 들 수 있다. 다이스 온도는, 이용하는 열가소성 수지의 종류 등에 따라 일률적으로 결정할 수 없지만, 예를 들면, 220∼300℃로 설정할 수가 있다. 이와 같이 하면, 상기 도체(에나멜선) 또는 다이스와 열가소성 수지와의 온도차와 압출에 의한 전단력 등에 의해, 압출된 열가소성 수지 중의 열가소성 수지를 배향시킬 수가 있다.

또, 전선 제작시(압출 성형시)의 선속도를 빠르게 하는 방법을 들 수 있다. 전선 제작시의 선속도를 높게 하면, 배향도가 향상하는 경향이 있다.

또, 열가소성 수지층의 두께를 두껍게 하면, 배향도는 작아지는 경향이 있다.

본 발명에 있어서는, 상술한 방법을 적당히 조합할 수도 있다.

배향도의 설정 방법으로서는, 그 중에서도, 상기 예열하는 방법이 바람직하다. 이 경우, 본 발명의 절연 전선의 제조 방법은, 상기 에나멜선을, 열가소성 수지의 압출 온도에 대해서 120∼280℃ 낮은 온도로 설정해서, 상기 열가소성 수지와 함께 압출하는 공정을 가진다.

압출 조건은, 상기의 점 이외에 대해서는 특별히 한정되지 않고, 이용하는 수지에 따라 적당히 설정할 수가 있다.

본 발명의 절연 전선에 있어서, 열가소성 수지층이 2층 이상의 복수층으로 이루어지는 경우, 복수의 수지층은, 각각 상기 기재의 공정에 의해 형성할 수가 있다. 또, 공압출기를 사용해서, 동시에 형성해도 좋다.

본 발명의 절연 전선이, 절연층을 가지는 경우에는, 공지의 방법에 의해, 수지를 도체의 외주에 피복해서, 형성할 수 있다.

　＜＜코일 및 전기 기기＞＞

　본 발명의 절연 전선은, 코일로서, 각종 전기 기기 등, 전기 특성(내전압성)이나 내열성을 필요로 하는 분야에 이용 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 절연 전선은 모터나 트랜스 등에 이용되고, 고성능의 전기 기기를 구성할 수 있다. 특히 HV(Hybrid　Vehicle)나 EV(Electric　Vehicle)의 구동 모터용의 권선으로서 호적하게 이용된다. 이와 같이, 본 발명은, 본 발명의 절연 전선을 코일로서 이용한, 전기 기기, 특히 HV 및 EV의 구동 모터를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 절연 전선이 모터 코일에 이용되는 경우에는 모터 코일용 절연 전선이라고도 칭한다. 특히, 상기의 우수한 특성을 가지는 본 발명의 절연 전선을 가공한 코일에 의해, 전기 기기의 가일층의 소형화 또는 고성능화가 가능하게 된다. 따라서, 본 발명의 절연 전선은, 근래의, 소형화 또는 고성능화가 현저한 HV나 EV의 구동 모터용의 권선으로서 호적하게 이용된다.

본 발명의 코일은, 각종 전기 기기에 적합한 형태를 가지고 있으면 좋고, 본 발명의 절연 전선을 코일 가공해서 형성한 것, 본 발명의 절연 전선을 굽힘 가공한 후에 소정의 부분을 전기적으로 접속해서 이루어지는 것 등을 들 수 있다.

본 발명의 절연 전선을 코일 가공해서 형성한 코일로서는, 특별히 한정되지 않고, 길이가 긴(長尺) 절연 전선을 나선모양으로 감아 돌린 것을 들 수 있다. 이와 같은 코일에 있어서, 절연 전선의 권선수 등은 특별히 한정되지 않는다. 통상, 절연 전선을 감아돌릴 때에는 철심 등이 이용된다.

본 발명의 절연 전선을 굽힘 가공한 후에 소정의 부분을 전기적으로 접속한 코일로서, 회전 전기 등의 고정자에 이용되는 코일을 들 수 있다. 이와 같은 코일은, 예를 들면, 도 7에 나타내어지는 바와 같이, 본 발명의 절연 전선을 소정의 길이로 절단해서 U자 형상 등으로 굽힘 가공해서 복수의 전선 세그먼트(34)를 제작하고, 각 전선 세그먼트(34)의 U자 형상 등의 2개의 개방 단부(말단)(34a)를 번갈아(엇갈리게) 접속해서, 제작된 코일(33)(도 6 참조)을 들 수 있다.

본 발명의 코일을 이용해서 이루어지는 전기 기기로서는, 특별히 한정되지 않는다. 이와 같은 전기 기기의 바람직한 일 양태로서, 예를 들면, 도 6에 나타내어지는 고정자(30)를 구비한 회전 전기(특히 HV 및 EV의 구동 모터)를 들 수 있다. 이 회전 전기는, 고정자(30)를 구비하고 있는 것 이외는, 종래의 회전 전기와 마찬가지 구성으로 할 수가 있다.

고정자(30)는, 전선 세그먼트(34)가 본 발명의 절연 전선으로 형성되어 있는 것 이외는 종래의 고정자와 마찬가지 구성으로 할 수가 있다. 즉, 고정자(30)는, 고정자 코어(31)와, 예를 들면 도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 절연 전선으로 이루어지는 전선 세그먼트(34)가 고정자 코어(31)의 슬롯(32)에 삽입되고, 개방 단부(34a)가 전기적으로 접속되어 이루어지는 코일(33)을 가지고 있다. 여기서, 전선 세그먼트(34)는, 슬롯(32)에 1개로 삽입되어도 좋지만, 바람직하게는 도 7에 나타내어지는 바와 같이 2개 1조로 해서 삽입된다. 이 고정자(30)는, 상기와 같이 굽힘 가공한 전선 세그먼트(34)를, 그 2개의 말단인 개방 단부(34a)를 번갈아 접속해서 이루어지는 코일(33)이, 고정자 코어(31)의 슬롯(32)에 수납되어 있다. 이때, 전선 세그먼트(34)의 개방 단부(34a)를 접속하고 나서 슬롯(32)에 수납해도 좋고, 또한,전선 세그먼트(34)를 슬롯(32)에 수납한 후에, 전선 세그먼트(34)의 개방 단부(34a)를 절곡 가공하여 접속해도 좋다.

실시예

이하에, 본 발명을 실시예에 기초하여, 더욱더 상세하게 설명하겠지만, 이것은 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

실시예 1∼10에 있어서는 도 1에 나타내어지는 절연 전선(1A)을, 실시예 11및 12에 있어서는 도 2에 나타내어지는 절연 전선(1B)을, 실시예 13에 있어서는 도 3에 나타내어지는 절연 전선(1C)을, 실시예 14에 있어서는 도 4에 나타내어지는 절연 전선(1D)을, 각각 제조했다. 제조한 각 절연 전선에 대해서, 하기 특성을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타냈다.

각 예에 있어서 이용한 수지 또는 와니스의 상세는 후술한다.

실시예 1

도체(11)로서, 단면 평각(긴 변 3.3mm×짧은 변 1.8㎜이고, 네 귀퉁이의 모따기(面取)의 곡률 반경 r=0.3㎜)의 평각 도체(산소 함유량 15ppm의 구리)를 이용했다.

도체(11)의 외주에, 폴리아미드이미드 수지 와니스를, 도체의 단면 형상과 상사형의 다이스를 사용해서 도포하고, 로내 온도 450℃로 설정한 로길이 8m의 소부로내를, 통과 시간 15초로 되는 속도로 통과시켰다. 이 도포 및 소부를 31회 반복해서, 두께 100㎛의 PAI로 이루어지는 열경화성 수지층을 가지는 에나멜선을 얻었다.

그 다음에, 얻어진 에나멜선의 외주에, 두께 15㎛의 폴리에테르에테르케톤으로 이루어지는 열가소성 수지층(13A)을 형성했다. 구체적으로는, 180℃로 예열한 에나멜선의 외주에, PEEK를, 열경화성 수지층(12A)의 단면의 외형 형상과 상사형의 다이스를 이용해서 압출했다(스크류 부분의 온도(압출 온도)는 380℃, 다이스 온도는 300℃로 설정했다). 압출 온도와 예열 온도와의 차를 온도차(℃)로서 표 1에 나타냈다. 압출기로서는, 스크류로서 30㎜ 풀 플라이트형 스크류(스크류 L/D=25, 스크류 압축비=3)를 구비한 압출기를 이용했다.

이렇게 해서, 열경화성 수지층(12A)과 열가소성 수지층(13A)을 구비한 절연 전선(1A)을 얻었다.

실시예 2∼10, 비교예 1∼3

상기 실시예 1에 있어서, 열경화성 수지층(12A) 및 열가소성 수지층(13A)을 형성하는 수지 와니스 또는 수지의 종류와 각 층의 두께, 압출 온도, 에나멜선의 예열 온도, 및 다이스 온도를 아래 표에 나타내는 대로 변경한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 해서, 실시예 2∼10, 비교예 1∼3의 절연 전선을 얻었다.

여기서, 비교예 2는, 종래의 압출 조건(예열 온도)에서 열가소성 수지층을 형성한 실험예이다. 비교예 2에 있어서, 열가소성 수지층의 압출 온도는 380℃이며, 에나멜선의 예열 온도는 약 280℃였다.

실시예 11

실시예 1의 도체(11)의 외주에, 폴리이미드 와니스를, 도체(11)의 단면 형상과 상사형인 다이스를 사용해서 도포하고, 로(爐)내 온도 450℃로 설정한 로 길이 8m의 소부로 내를 통과 시간 15초로 되는 속도로 통과시켰다. 이 도포, 소부를 18회 반복해서, 두께 50㎛의 PI로 이루어지는 열경화성 수지층(14A)을 형성했다.

그 다음에, 열경화성 수지층(14A)의 외주에, PAI 와니스를, 열경화성 수지층(14A)의 단면의 외형 형상과 상사형의 다이스를 사용해서 도포하고, 로(爐)내 온도 450℃로 설정한 로 길이 8m의 소부로 내를 통과시간 15초로 되는 속도로 통과시켰다. 이 도포, 소부를 11회 반복해서, 두께 30㎛의 PAI로 이루어지는 열경화성 수지층(14B)을 형성했다.

이와 같이 해서, 열경화성 수지층(14A) 및 열경화성 수지층(14B)의 2층 구조의 열경화성 수지층(12B)을 가지는 에나멜선을 얻었다.

그 다음에, 열경화성 수지층(14A)의 외주에, 두께 60㎛의 PEEK로 이루어지는 열가소성 수지층(13B)을 형성했다. 구체적으로는, 180℃로 예열한 에나멜선의 외주에, PEEK를, 열경화성 수지층(12B)의 단면의 외형 형상과 상사형인 다이스를 이용해서 압출했다(압출 온도 및 다이스 온도를 380℃로 설정했다. ). 압출기로서는, 스크류로서 30㎜ 풀 플라이트형 스크류(스크류 L/D=25, 스크류 압축비=3)를 구비한 압출기를 이용했다.

이렇게 해서, 2층 구조의 열경화성 수지층(12B)과, 열가소성 수지층(13B)을 구비한 절연 전선(1B)을 얻었다.

실시예 12

상기 실시예 11에 있어서, 열경화성 수지층(12B) 및 열가소성 수지층(13B)을 형성하는 수지 와니스 및 수지의 종류, 각 층의 두께, 압출 온도, 및, 에나멜선의 예열 온도를 아래 표에 나타내는 대로 변경한 것 이외는, 실시예 11과 마찬가지로 해서, 실시예 12의 절연 전선(1B)을 얻었다.

실시예 13

실시예 5와 마찬가지로 해서, 열경화성 수지층(12C)의 외주에 변성 PEEK로 이루어지는 열가소성 수지층(15A)을 마련한 에나멜선을 얻었다.

그 다음에, 두께 40㎛의 PEEK로 이루어지는 열가소성 수지층(15B)을 형성했다. 구체적으로는, 180℃로 예열한 상기 에나멜선의 외주에, PEEK를, 열가소성 수지층(15A)의 단면의 외형 형상과 상사형인 다이스를 이용해서 압출했다(압출 온도는 380℃, 압출 다이의 온도(다이스 온도)를 280℃로 설정했다. ). 압출기로서는, 스크류로서 30㎜ 풀 플라이트형 스크류(스크류 L/D=25, 스크류 압축비=3)를 구비한 압출기를 이용했다.

이렇게 해서, 열경화성 수지층(12C)과 2층 구조의 열가소성 수지층(13C)을 구비한 절연 전선(1C)을 얻었다.

실시예 14

실시예 11에 있어서, 폴리아미드이미드 수지 와니스의 도포, 소부 횟수를 변경해서, 열경화성 수지층(14D)의 두께를 아래 표대로 한 것 이외는, 실시예 11과 마찬가지로 해서 에나멜선을 얻었다. 이 에나멜선은, 2층 구조의 열경화성 수지층(12D)을 구비하고 있다.

두께를 30㎛로 변경한 것 이외는 실시예 6과 마찬가지로 해서, 얻어진 에나멜선의 외주에, TPI로 이루어지는 열가소성 수지층(15C)을 형성했다. 그 다음에, 이 열가소성 수지층(15C)의 외주에, 실시예 13과 마찬가지로 해서, PEEK로 이루어지는 열가소성 수지층(15D)을 형성했다.

이렇게 해서, 2층 구조의 열경화성 수지층(12D)과 2층 구조의 열가소성 수지층(13D)을 구비한 절연 전선(1D)을 얻었다.

각 절연 전선에 대해서, 하기의 측정 및 평가를 행했다.

얻어진 결과를 정리해서, 하기 표 1에 나타낸다.

[열가소성 수지층의 배향도］

각 절연 전선에 있어서의 열가소성 수지층에 대한 배향도는, 상술한 방법에 의해 산출했다.

실시예 1에 있어서의, 이차원 프로파일 취득시의 조건은 이하 대로였다.

·온도；25±5℃　

·일반 상태(진공 상태나 헬륨 가스 충만 상태는 아니다. 보통 공기중)

·X선 발생원(Cu 관구(管球)) 전력　40㎸　40㎃(1.6㎾)

·슬릿 지름 및 콜리메이터 지름　0.5㎜φ

·샘플 두께　15㎛

·샘플-검출기간 거리　100mm

·측정 시간　20분

[굽힘 가공성 시험(밀착성 시험)]

절연 전선에 있어서의 도체와 수지층과의 밀착성을, 하기 굽힘 가공성 시험에 의해, 평가했다.

제조한 각 절연 전선으로부터 길이 300㎜의 곧은 모양(直狀) 시험편을 잘라냈다. 이 곧은 모양 시험편의 엣지면의 열가소성 수지층의 중앙부에, 전용 지그를 이용해서, 긴쪽 방향과 수직 방향과의 2방향 각각에, 깊이 약 5㎛이고 길이 2㎛의 상처(절입(notch))를 냈다(이 때, 열경화성 수지층과 도체는 밀착되어 있고, 박리되어 있지 않다). 여기서, 엣지면이란, 평각 형상의 절연 전선의 단면 형상에 있어서, 짧은변(두께, 도 1∼도 4에 있어서 상하 방향을 따르는 변)이 축선 방향으로 연속해서 형성하는 면을 말한다. 따라서, 상기 상처는, 도 1∼도 4에 나타내어지는 절연 전선의 좌우 측면의 어느 한쪽 측면에, 마련되어 있다.

이 상처를 정점으로 해서, 직경 1.0㎜의 철심을 축으로 하여 곧은 모양 시험편을 180°(U자 모양)로 구부리고, 이 상태를 5분간 유지했다. 곧은 모양 시험편의 정점 부근에 발생하는 도체와 수지층과의 박리의 진행을 목시(目視)로 관찰했다.

본 시험에 있어서, 열가소성 수지층에 형성한, 어떠한 상처도 열경화 수지층까지 확장하지 않고, 열경화성 수지층이 도체로부터 박리되어 있지 않던 경우를 「A」라고 하고, 열가소성 수지층에 형성한 상처의 적어도 1개가 확장해서, 수지층 전체가 도체 등으로부터 박리된 경우를 「C」라고 했다.

[전기 특성(부분 방전 개시 전압(PDIV)) 시험]

제조한 각 절연 전선의 부분 방전 개시 전압의 측정에는, 부분 방전 시험기 「KPD2050」(상품명, 기쿠스이 덴시코교사(KIKUSUI ELECTRONICS CORP.)제)을 이용했다.

각 절연 전선을, 2개의 절연 전선의 플랫면끼리를 길이 150㎜에 걸쳐 틈새가 없도록 밀착시킨 시험 시료를 제작했다. 이 시험 시료의 2개의 도체 사이에 전극을 잇고, 온도 25℃에서, 50㎐의 교류 전압을 가하면서 연속적으로 승압하고, 10pC의 부분 방전이 발생한 시점의 전압을 피크 전압(Vp)으로 판독했다. 여기서, 「플랫면」이란, 평각 형상의 절연 전선의 단면 형상에 있어서, 긴 변(도 1∼도 4에 있어서 좌우 방향을 따르는 측)이 축선 방향으로 연속해서 형성하는 면을 말한다. 따라서, 상기 시험 시료는, 예를 들면, 도 1에 나타내어지는 절연 전선(1A)의 윗쪽 또는 아래쪽에 다른 절연 전선(1A)을 겹친 상태로 되어 있다.

피크 전압이, 1000(Vp) 이상이었던 경우를 「A」라고 하고, 700(Vp) 이상 1000(Vp) 미만이었던 경우를 「B」라고 하고, 700(Vp) 미만이었던 경우를 「C」라고 했다. 본 시험에 있어서, 평가는 「B」이상이 합격 레벨이며, 「A」는 특히 우수한 레벨이다.

[내열성 시험]

각 절연 전선의 내열성을, 하기 열 노화 시험에 의해, 평가했다. 구체적으로는, 1% 신장한 직선모양의 각 절연 전선을 230℃의 고온조 내에 500시간, 1000시간 및 1500시간 정치(靜置)한 후에, 최외층 표면에 균열이 발생하고 있는지 여부를 목시로 확인했다.

평가는, 열가소성 수지층의 최외층 표면에 균열이 생긴 시간(정치 시간)에 의해, 하기 기준으로 행했다. 1500시간 정치해도 최외층 표면에 균열을 확인할 수 없었던 경우를 「AA」라고 하고, 1000시간 정치해도 최외층 표면에 균열을 확인할 수 없었던(1500시간 정치에서는 균열을 확인할 수 있었던) 경우를 「A」라고 하고, 500시간 정치해도 최외층 표면에 균열을 확인할 수 없었던(1000시간 정치에서는 균열을 확인할 수 있었던) 경우를 「B」라고 하고, 500시간의 정치에 의해 최외층 표면에 균열을 확인할 수 있었던 경우를 불합격으로서 「C」라고 했다. 본 시험에 있어서, 평가는 「B」이상이 합격 레벨이며, 「AA」는 특히 우수한 레벨이다.

각 예에 있어서 이용한 수지 또는 수지 와니스의 상세는 하기 대로이다.

PAI 수지 와니스： 폴리아미드이미드(상품명： HI406, 히타치카세이사제, 와니스)

PI 수지 와니스： 폴리이미드(상품명：U이미드 AR, 유니티카사제, 와니스)

PEsI 수지 와니스： 폴리에스테르 이미드(상품명：네오히트 8600A, 토토쿠 토료사제, 와니스)

PEEK： 폴리에테르에테르케톤(상품명：450G, 빅트렉스 재팬사제, 융점 343℃)

PPS： 폴리페닐렌 설파이드(상품명：DICPPS, DIC사제, 융점 280℃)

변성 PEEK： 변성 폴리에테르에테르케톤(상품명：AV－651, 솔베이 스페셜티 폴리머스 재팬사(Solvay Specialty Polymers Japan K.K.)제, 융점 345℃)

TPI： 열가소성 폴리이미드(상품명：오람 PL450C , 미츠이카가쿠사제, 융점 388℃)

PET：폴리에틸렌 테레프탈레이트(상품명：TR－8550, 테이진사(TEIJIN LIMITED)제, 융점 252℃)

표 1로부터 명확한 바와 같이, 열경화성 수지층과 특정의 배향도를 가지는 열가소성 수지층을 가지는 실시예 1∼14의 절연 전선은, 굽힘 가공성 시험, 전기 특성 시험, 및 내열성 시험 어느것에나 합격했다.

실시예 1∼7과 실시예 10과의 비교로부터, 열가소성 수지층의 열가소성 수지의 융점이 260℃ 이상 390℃ 이하인 경우에, 보다 내열성이 우수하다는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1∼14의 절연 전선은 어느것이나 밀착성이 우수한(상기 굽힘 가공성 시험에 합격한) 것으로부터, 고정자 코어의 슬롯내에 절연 전선을 삽입할 때에 열경화성 수지층과 열가소성 수지층이 박리되지 않음을 알 수 있다.

비교예 1의 절연 전선은, 열경화성 수지층과 열가소성 수지층의 합계 두께가 얇아, 충분한 전기 특성을 나타내지 않았다. 비교예 2의 절연 전선은, 열가소성 수지층에 대한 배향도가 낮아, 내열성이 뒤떨어지는 결과로 되었다. 비교예 3의 절연 전선은, 열경화성 수지층과 열가소성 수지층의 합계 두께가 두꺼워, 밀착성이 뒤떨어지는 결과로 되었다.

이상의 결과로부터, 상기 층 구성을 가지고, 소정의 배향도 및 합계 두께의 양쪽을 만족시키는 본 발명은, 굽힘 가공성, 전기 특성, 및 내열성이 우수한 절연 전선을 제공할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명을 그 실시형태와 함께 설명했지만, 우리는 특별히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에 있어서도 한정하려고 하는 것은 아니며, 첨부의 청구범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하는 일없이 폭넓게 해석되어야 할 것이라고 생각한다.

본원은, 2016년 7월 19일에 일본에서 특허 출원된 특원2016－141817에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 이것은 여기에 참조하여 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로서 포함시킨다.

1A, 1B, 1C, 1D: 절연 전선
11: 도체
12A, 12B, 12C, 12D: 열경화성 수지층
13A, 13B, 13C, 13D: 열가소성 수지층
14A, 14C: 내측의 열경화성 수지층
14B, 14D: 외측의 열경화성 수지층
15A, 15C: 내측의 열가소성 수지층
15B, 15D: 외측의 열가소성 수지층
30: 고정자
31: 고정자 코어
32: 슬롯
33: 코일
34: 전선 세그먼트
34a: 개방 단부

Claims

도체의 외주에 열경화성 수지층과, 상기 열경화성 수지층의 외주에 열가소성 수지층을 가지는 절연 전선으로서, 상기 열경화성 수지층과 상기 열가소성 수지층의 합계 두께가 100㎛ 이상 250㎛ 이하이고, 또한 상기 열가소성 수지층 중의 열가소성 수지의, 하기 식 1로 산출되는 배향도가 20% 이상 90% 이하인 절연 전선.
식 1 배향도 H(%)=[(360－ΣW_n)/360]×100
W_n： X선 회절에 의한 방위각 강도 분포 곡선에 있어서의 배향성 피크의 반값폭
n： β각도 0° 이상 360° 이하에 있어서의 배향성 피크수
제 1 항에 있어서,
상기 열가소성 수지층이, 폴리에테르에테르케톤, 열가소성 폴리이미드 및 폴리페닐렌 설파이드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 열가소성 수지를 포함하고, 그 열가소성 수지의 융점이 260℃ 이상 390℃ 이하인 절연 전선.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 열가소성 수지층의 두께가 15㎛ 이상 100㎛ 이하인 절연 전선.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 열경화성 수지층이, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 및 폴리에스테르 이미드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 열경화성 수지를 포함하는 절연 전선.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 절연 전선으로 이루어지는 코일.
제 5 항에 기재된 코일을 이용해서 이루어지는 전기·전자 기기.