KR20150086176A

KR20150086176A - 절연 와이어, 전기 기기 및 절연 와이어의 제조방법

Info

Publication number: KR20150086176A
Application number: KR1020147026534A
Authority: KR
Inventors: 마코토 오야; 마코토 오노데라; 게이이치 도미자와
Original assignee: 후루카와 덴키 고교 가부시키가이샤; 후루카와 마그넷트 와이야 가부시키가이샤
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2015-07-27
Also published as: CA2890015A1; TW201432734A; JP6055470B2; US9728296B2; WO2014103665A1; CN109273139A; EP2940697B1; EP2940697A4; MY191046A; CN104185879A; JP6310533B2; JPWO2014103665A1; KR20180034702A; JP2017050292A; EP2940697A1; US20150310959A1

Abstract

도체와, 상기 도체의 외주면 상에 직접 또는 간접적으로 피복된, 기포를 가지는 열경화성 수지를 포함하는 발포 절연층과, 발포 절연층의 외측에 결정성 수지의 경우는 융점이 240℃ 이상인 열가소성 수지, 또는, 비정성 수지의 경우는 유리 전이 온도가 240℃ 이상인 열가소성 수지를 포함하는 외측 절연층을 가지는 절연 와이어, 이것을 이용한 전기 기기 및 도체의 외주면에 발포 절연층을 형성하는 바니스를 도포하고, 베이킹 과정에서 발포시켜 발포 절연층을 형성하는 공정과, 발포 절연층의 외주면에 외측 절연층을 형성하는 열가소성 수지 조성물을 압출 성형하여 외측 절연층을 형성하는 공정을 가지는 절연 와이어의 제조방법.

Description

절연 와이어, 전기 기기 및 절연 와이어의 제조방법{INSULATED WIRE, ELECTRICAL DEVICE, AND METHOD FOR PRODUCING INSULATED WIRE}

본 발명은, 절연 와이어, 전기 기기 및 절연 와이어의 제조방법에 관한 것이다.

인버터는, 효율적인 가변속 제어장치로서, 대부분의 전기 기기에 설치되도록 되어 있다. 그러나, 수 kHz~수십 kHz로 스위칭이 행해지며, 그들 펄스마다 서지 전압이 발생한다. 이러한 인버터 서지는, 전반계(傳搬系) 내에서의 임피던스의 불연속 점, 예를 들면 접속하는 배선의 시단(始端) 또는 종단(終端) 등에서 반사가 발생하고, 그 결과, 최대로 인버터 출력전압의 2배의 전압이 인가된다. 특히, IGBT 등의 고속 스위칭 소자에 의해 발생하는 출력 펄스는, 전압 준도(埈度)가 높고, 그것에 의해 접속 케이블이 짧아도 서지 전압이 높으며, 또한 그 접속 케이블에 의한 전압 감쇠도 작고, 그 결과, 인버터 출력전압의 2배 가까운 전압이 발생한다.

인버터 관련 기기, 예를 들면 고속 스위칭 소자, 인버터 모터, 변압기 등의 전기 기기 코일에는, 마그네트 와이어로서 주로 에나멜선인 절연 와이어가 이용되고 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 인버터 관련 기기에서는, 인버터 출력전압의 2배 가까운 전압이 걸리기 때문에, 인버터 서지에 기인하는 부분 방전 열화를 최소한으로 하는 것이, 절연 와이어에 요구되게 되었다.

일반적으로, 부분 방전 열화란, 전기 절연 재료의 부분 방전(미소한 공극 형상 결함 등이 있는 부분의 방전)으로 발생한 하전 입자의 충돌에 의한 분자쇄 절단 열화, 스퍼터링 열화, 국부 온도 상승에 의한 열 용융 혹은 열분해 열화, 또는, 방전으로 발생한 오존에 의한 화학적 열화 등이 복잡하게 일어나는 현상을 말한다. 실제로 부분 방전 열화한 전기 절연 재료는, 그 두께의 감소를 볼 수 있다.

이러한 부분 방전에 의한 절연 와이어의 열화를 막기 위해, 절연 피막에 입자를 배합함으로써, 내(耐)코로나 방전성을 향상시킨 절연 와이어가 제안되어 있다. 예를 들면, 절연 피막 중에 금속 산화물 미립자나 규소 산화물 미립자를 함유시킨 것(특허 문헌 1 참조), 절연 피막 중에 실리카를 함유시킨 것(특허 문헌 2 참조)이 제안되어 있다. 이들 절연 와이어는, 입자를 함유하는 절연 피막에 의해, 코로나 방전에 의한 침식 열화를 저감하는 것이다. 그러나, 이들의 입자를 함유한 절연 피막을 가지는 절연 전선은, 그 효과가 불충분하고, 부분 방전 개시전압이 저하하는 것이나 피막의 가요성이 저하된다고 하는 문제가 있다.

부분 방전이 발생하지 않는 절연 와이어, 즉, 부분 방전의 발생 전압이 높은 절연 와이어를 얻는 방법도 있다. 이것에는 절연 와이어의 절연층의 두께를 두껍게 하든지, 절연층에 비유전율이 낮은 수지를 이용한다고 하는 방법을 생각할 수 있다.

그러나, 절연층을 두껍게 하면 절연 와이어가 굵어지고, 그 결과, 전기 기기의 대형화를 초래한다. 이것은, 근래의 모터나 변압기로 대표되는 전기 기기에 있어서의, 소형화라고 하는 요구에 역행한다. 예를 들면, 구체적으로는, 스테이터 슬롯 중에 몇 개의 전선을 넣을 수 있는지에 의해, 모터 등의 회전기의 성능이 결정된다고 해도 과언이 아니며, 그 결과, 스테이터 슬롯 단면적에 대한 도체 단면적의 비율(점적률)을, 근래, 특히 높게 하는 것이 요구되고 있다. 따라서, 절연층의 두께를 두껍게 하는 것은 점적률을 낮게 하게 되어, 요구 성능을 고려하면 바람직하지 않다.

한편, 절연층의 비유전율에 대해서는, 절연층의 재료로서 상용되는 수지의 대부분의 비유전율이 3~4의 사이에 있도록 비유전율이 특별히 낮은 것이 없다. 또한, 현실적으로는, 절연층에 요구되는 다른 특성(내열성, 내용제성, 가요성 등)을 고려한 경우, 반드시 비유전율이 낮은 것을 선택할 수 있는 것은 아니다.

절연층의 실질적인 비유전율을 작게 하는 수단으로서는, 절연층을 발포체로 형성하는 것을 생각할 수 있고, 종래부터, 도체와 발포 절연층을 가지는 발포 전선이 통신 전선으로서 널리 이용되고 있다. 종래는, 예를 들면 폴리에틸렌 등의 올레핀계 수지나 불소 수지를 발포시켜 얻어진 발포 전선이 잘 알려져 있는데, 구체적으로는 발포시킨 폴리에틸렌 절연 전선(특허 문헌 3 참조), 발포시킨 불소 수지 절연 전선(특허 문헌 4 참조) 등을 들 수 있다.

그러나, 이들과 같은 종래의 발포 전선에서는 내상성(耐傷性)의 점에서 뒤떨어지고, 절연 와이어로서의 성능을 만족할 수 있는 것은 아니다.

일본특허 제3496636호 공보 일본특허 제4584014호 공보 일본특허 제3299552호 공보 일본특허 제3276665호 공보

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 높은 부분 방전 개시전압 및 내마모성(내상성)을 구비한, 우수한 절연 와이어와 그 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한 상기의 우수한 성능의 절연 와이어를 이용한 전기 기기를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 과제는 하기의 수단에 의해 해결되었다.

(1) 도체와, 상기 도체의 외주면 상에 직접 또는 간접적으로 피복된, 기포를 가지는 열경화성 수지를 포함하는 발포 절연층과, 상기 발포 절연층의 외측에 결정성 수지의 경우는 융점이 240℃ 이상인 열가소성 수지, 또는, 비정성 수지의 경우는 유리 전이 온도가 240℃ 이상인 열가소성 수지를 포함하는 외측 절연층을 가지는 것을 특징으로 하는 절연 와이어.

(2) 상기 열가소성 수지는, 25℃에서의 저장 탄성률이 1GPa 이상인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 절연 와이어.

(3) 상기 발포 절연층과 상기 외측 절연층과의 두께의 비(발포 절연층/외측 절연층)가 5/95~95/5인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 절연 와이어.

(4) 상기 열가소성 수지는, 결정성 수지이며, 또한 융점이 270℃ 이상인 열가소성 수지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 (1)~(3) 중 어느 하나에 기재된 절연 와이어.

(5) 모터 코일에 이용되는 (1)~(4) 중 어느 하나에 기재된 절연 와이어.

(6) 상기 (1)~(5) 중 어느 하나에 기재된 절연 와이어의 제조방법으로서, 도체의 외주면에 직접 또는 간접적으로 발포 절연층을 형성하는 바니스를 도포하고, 베이킹(baking) 과정에서 발포시켜 발포 절연층을 형성하는 공정과, 발포 절연층의 외주면에 외측 절연층을 형성하는 열가소성 수지 조성물을 압출 성형하여 외측 절연층을 형성하는 공정을 가지는 절연 와이어의 제조방법.

(7) 상기 (1)~(5) 중 어느 하나에 기재된 절연 와이어를 이용한 전기 기기.

본 발명에 있어서, 「결정성」이란 결정화에 좋은 환경하에서, 고분자 쇄의 적어도 일부에 규칙 바르게 배열된 결정 조직을 가질 수 있는 특성을 말하고, 「비정성」이란 거의 결정 구조를 가지지 않는 무정형 상태를 유지하는 것을 말하며, 경화시에 고분자 쇄가 랜덤인 상태가 되는 특성을 말한다.

또한, 본 발명에 있어서, 「유리 전이 온도」 및 「융점」은, 열가소성 수지가 복수의 유리 전이 온도 또는 융점을 가지는 경우는 가장 낮은 유리 전이 온도 또는 융점을 말한다.

또한, 본 발명에 있어서, 「간접적으로 피복」이란 발포 절연층이 다른 층을 사이에 두고 도체를 피복하고 있는 것을 의미하고, 「간접적으로 도포」란 바니스가 다른 층을 사이에 두고 도체 상에 도포되는 것을 의미한다. 여기서, 다른 층으로서는, 예를 들면, 발포 절연층 이외의, 기포를 가지지 않는 내측 절연층 또는 밀착층(접착층) 등을 들 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 특징 및 이점은, 적당히 첨부의 도면을 참조하여, 하기의 기재로부터 보다 분명해질 것이다.

본 발명에 의해, 부분 방전 개시전압, 내마모성이 우수한 절연 와이어 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. 더하여, 본 발명에 의해, 우수한 성능의 절연 와이어를 이용한 전기 기기를 제공할 수 있다.

도 1(a)는, 본 발명의 절연 와이어의 일실시 형태를 나타낸 단면도이며, 도 1(b)는 본 발명의 절연 와이어의 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이다.
도 2(a)는, 본 발명의 절연 와이어의 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이며, 도 2(b)는 본 발명의 절연 와이어의 또 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이다.
도 3(a)은 본 발명의 절연 와이어의 또 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이며, 도 3(b)은 본 발명의 절연 와이어의 다른 실시 형태를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 발포 전선의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1(a)에 단면도를 나타낸 본 발명의 절연 와이어의 일실시 형태는, 단면이 원형의 도체(1)와, 도체(1)의 외주면을 피복한, 열경화성 수지로 이루어지는 발포 절연층(2)과, 발포 절연층(2)의 외주면을 피복한, 열가소성 수지로 이루어지는 외측 절연층(3)을 가지고 이루어진다. 이러한 일실시 형태는, 발포 절연층(2) 및 외측 절연층(3)도 단면은 원형이다.

도 1(b)에 단면도를 나타낸 본 발명의 절연 와이어의 다른 실시 형태는, 도체(1)로서 단면이 사각형의 것을 이용한 것으로, 그 이외는 기본적으로 도 1(a)에 나타내는 절연 와이어와 같다. 이 실시 형태는, 도체(1)의 단면이 사각형이므로, 열경화성 수지로 이루어지는 발포 절연층(2) 및 열가소성 수지로 이루어지는 외측 절연층(3)도 단면이 사각형이다.

도 2(a)에 단면도를 나타낸 본 발명의 절연 와이어의 다른 실시 형태에서는, 기포를 가지는 열경화성 수지로 이루어지는 발포 절연층(2)의 내측으로서 도체(1)의 외주에 열경화성 수지로 이루어지는 내측 절연층(25)을 형성한 이외는 도 1(a)에 나타내는 절연 와이어와 같다.

도 2(b)에 나타낸 본 발명의 절연 와이어의 또 다른 실시 형태에서는, 발포 절연층(2)을 두께 방향으로 2개의 층으로 분할하는 내부 절연층(26)을 가지는 이외는 도 2(a)에 나타내는 절연 와이어와 같다. 즉, 이 실시 형태에서는, 도체(1) 상에, 내측 절연층(25), 발포 절연층(2), 내부 절연층(26), 발포 절연층(2) 및 외측 절연층(3)이 이러한 순서로 적층 형성되어 있다.

본 발명에 있어서, 「내측 절연층」은, 기포를 가지지 않는 것 이외는 발포 절연층과 기본적으로 같으며, 「내부 절연층」은 형성되는 위치가 다른 것 이외는 내측 절연층과 기본적으로 같다.

도 3(a)에 단면도를 나타낸 본 발명의 절연 와이어의 또 다른 실시 형태에서는, 기포를 가지는 열경화성 수지로 이루어지는 발포 절연층(2)과 외측 절연층(3)과의 사이에 밀착층(35)을 개재한 이외는 도 2(a)에 나타내는 절연 와이어와 같다.

도 3(b)에 나타낸 본 발명의 절연 와이어의 다른 실시 형태에서는, 기포를 가지는 열경화성 수지로 이루어지는 발포 절연층(2)과 외측 절연층(3)과의 사이에 밀착층(35)을 개재 한 이외는 도 2(b)에 나타내는 절연 와이어와 같다.

본 발명에 있어서, 밀착층(35)은, 기포를 가지는 발포 절연층(2)과 외측 절연층(3)과의 사이에 형성되며, 발포 절연층(2)과 외측 절연층(3)과의 층간 밀착력을 향상시키는 층이다.

이상의 각 도면에 있어서 같은 부호는 같은 것을 의미하며, 설명을 반복하지 않는다.

도체(1)는, 예를 들면, 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 그들의 조합 등으로 만들어져 있다. 도체(1)의 단면 형상은 한정되지 않고, 원형, 사각형(평각) 등을 적용할 수 있다.

내측 절연층(25)은, 도체(1)의 외주면에 형성되고, 후술하는 발포 절연층(2)을 형성하는 열경화성 수지로 기포를 가지지 않는 상태로 형성되는 층이다.

또한, 내부 절연층(26)은, 발포 절연층(2)의 내부에, 후술하는 발포 절연층(2)을 형성하는 열경화성 수지로 기포를 가지지 않는 상태로 형성되는 층이다.

이 발명에 있어서, 내측 절연층(25) 및 내부 절연층(26)은 원하는 것에 의해 형성된다.

발포 절연층(2)은, 기포를 가지는 열경화성 수지를 포함하는 층으로서 도체(1)의 외주면 상에 형성되어 있다. 발포 절연층(2)을 형성하는 열경화성 수지는, 도체(1)에 도포하고 베이킹하여 절연 피막을 형성할 수 있도록 바니스 형상으로 할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르술폰(PES), 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리에스테르이미드(PEsI) 등을 이용할 수 있다.

보다 바람직하게는, 내용제성이 우수한 폴리이미드(PI), 폴리아미드이미드(PAI)이다. 본 발명에 있어서 절연 피막으로서는 열경화성 수지를 이용하지만, 후술의 폴리아미드이미드 수지 등이 바람직하게 이용된다.

한편, 사용하는 수지는, 1종을 단독으로 이용해도 좋고, 2종 이상을 병용해도 좋다.

폴리아미드이미드 수지로서는, 시판품(예를 들면, HI406(히타치세이카(日立化成)사제, 상품명)등)을 이용하든지, 통상의 방법에 의해, 예를 들면 극성 용매 중에서 트리카르복실산 무수물과 디이소시아네이트류를 직접 반응시켜서 얻은 것을 이용할 수 있다.

폴리이미드로서는, 예를 들면, U이미드(유니치카사제, 상품명), U-바니스(우베코우산(宇部興産)사제, 상품명), HCI 시리즈(히타치카세이사, 상품명), 오람(미츠이카가쿠(三井化學)사제, 상품명)등을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서, 발포 절연층(2)을 형성하는 열경화성 수지에 대하여, 기포화핵제, 산화 방지제, 대전 방지제, 자외선 방지제, 광안정제, 형광증백제, 안료, 염료, 상용화제, 윤활제, 강화제, 난연제, 가교제, 가교조제, 가소제, 증점제, 감점제 및 엘라스토머 등의 각종 첨가제를 배합해도 좋다. 또, 얻어지는 절연 와이어에, 발포 절연층(2)과는 별도로, 이들 첨가제를 함유하는 수지로 이루어지는 층을 적층해도 좋고, 이들 첨가제를 함유하는 도료를 코팅해도 좋다.

또, 열경화성 수지에는 유리 전이 온도가 높은 열가소성 수지를 혼합해도 좋다. 열가소성 수지를 함유함으로써 가요성, 신장 특성이 개선된다. 열가소성 수지의 유리 전이 온도는, 바람직하게는 180℃ 이상이며, 더 바람직하게는 210~350℃이다. 이러한 열가소성 수지의 첨가량은 수지 고형분의 5~50질량%가 바람직하다.

이 목적으로 사용 가능한 열가소성 수지로서는, 비정성 수지이면 좋다. 예를 들면, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌에테르, 폴리페닐술폰(PPSU) 및 폴리이미드로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 폴리에테르이미드로서는, 예를 들면, 우르템(GE플라스틱사제, 상품명) 등을 사용할 수 있다. 폴리에테르술폰으로서는, 예를 들면, 스미카엑셀 PES(스미토모카가쿠(住友化學)사제, 상품명), PES(미츠이카가쿠사제, 상품명), 울트라 존 E(BASF 재팬사제, 상품명), 레이델 A(솔베이 어드밴스트 폴리머(solvay advanced polymers)사제, 상품명) 등을 사용할 수 있다. 폴리페닐렌에테르로서는, 예를 들면, 자이론(아사히카세이(旭化成) 케미컬즈사제, 상품명), 유피에스(미츠비시 엔지니어링 플라스틱스사제, 상품명) 등을 사용할 수 있다. 폴리페닐술폰으로서는, 예를 들면, 레이델 R(솔베이 어드밴스트 폴리머사제, 상품명) 등을 사용할 수 있다. 폴리이미드로서는, 예를 들면, U-바니스(우베코우산사제, 상품명), HCI 시리즈(히타치카세이사제, 상품명), U이미드(유니치카사제, 상품명), 오람(미츠이카가쿠사제, 상품명) 등을 사용할 수 있다. 용제에 녹기 쉬운 점에서 폴리페닐술폰, 폴리에테르이미드가 보다 바람직하다.

기포를 가지는 열경화성 수지로 형성된 발포 절연층(2)의 비유전율을 저감 하기 위해서, 발포 절연층(2)의 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 수지의 밀도(ρf) 및 발포 전의 밀도(ρs)를 수중 치환법에 의해 측정하고, (ρs/ρf)에 의해 산출한다.

발포 절연층(2)은, 평균 기포지름이, 바람직하게는 5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 3㎛ 이하, 더 바람직하게는 1㎛ 이하이다. 5㎛를 초과하면 절연 파괴 전압이 저하되는 경우가 있고, 5㎛ 이하로 하면 절연 파괴 전압을 양호하게 유지할 수 있다. 또한, 3㎛ 이하로 함으로써, 절연 파괴 전압을 보다 확실히 유지할 수 있다. 평균 기포지름의 하한에 제한은 없지만, 1㎚ 이상인 것이 실제적이고, 바람직하다. 평균 기포지름은, 발포 절연층(2)의 단면을 주사 전자현미경(SEM)으로 관찰하고, 임의로 선택한 20개의 기포 지름을 화상 치수 계측 소프트(미타니쇼지(三谷商事) 사제 WinROOF)를 이용하여 지름 측정 모드로 측정하고, 이들을 평균하여 산출한 값이다. 이 기포지름은, 발포 배율, 수지의 농도, 점도, 온도, 발포제의 첨가량, 베이킹 로(爐)의 온도 등에 의하여 조정할 수 있다.

발포 절연층(2)의 두께에 제한은 없지만, 5~200㎛가 바람직하고, 10~200㎛가 실제적이고, 보다 바람직하다.

발포 절연층(2)은 공기를 포함함으로써 비유전율을 저하시켜, 전압이 인가되었을 때에 선 사이의 공기 갭에 발생하는 부분 방전이나 코로나 방전을 억제할 수 있다.

발포 절연층(2)은, 열경화성 수지와 특정의 유기용제 및 적어도 1 종류의 고비점 용제를 포함하는 2 종류 이상, 바람직하게는 3종 이상의 용제를 혼합한 절연 바니스를 도체(1) 주위에 도포, 베이킹함으로써 얻을 수 있다. 바니스의 도포는 도체(1) 상에, 직접 도포해도, 사이에 다른 수지층을 개재시켜서 행해도 좋다.

발포 절연층(2)에 사용되는 바니스의 유기용제는 열경화성 수지를 용해시키는 용제로서 작용한다. 이 유기용제로서는 열경화성 수지의 반응을 저해하지 않는 한은 특히 제한은 없고, 예를 들면, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아미드(DMAC), 디메틸술폭시드, N,N-디메틸포름아미드 등의 아미드계 용제, N,N-디메틸에텔렌우레아, N,N-디메틸프로피렌우레아, 테트라메틸요소 등의 요소계 용제, γ-부틸로락톤, γ-카프로락톤 등의 락톤계 용제, 프로필렌카보네이트 등의 카보네이트계 용제, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤계 용제, 초산에틸, 초산 n-부틸, 부틸셀로솔브아세테이트, 부틸카르비톨아세테이트, 에틸셀로솔브아세테이트, 에틸카르비톨아세테이트 등의 에스테르계 용제, 디글라임(diglyme), 트리글라임(triglyme), 테트라글라임(teraglyme) 등의 글라임계 용제, 톨루엔, 크실렌, 시클로헥산 등의 탄화수소계 용제, 술포란 등의 술폰계 용제 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 고용해성, 고반응 촉진성 등의 점에서 아미드계 용제, 요소계 용제가 바람직하고, 가열에 의한 가교 반응을 저해하기 쉬운 수소 원자를 가지지 않는 등의 점에서, N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸에텔렌우레아, N,N-디메틸프로필렌우레아, 테트라메틸 요소가 보다 바람직하며, N-메틸-2-피롤리돈이 특히 바람직하다. 이 유기용제의 비점은, 바람직하게는 160℃~250℃, 보다 바람직하게는 165℃~210℃의 것이다.

기포 형성에 사용 가능한 고비점 용제는 비점이 바람직하게는 180℃~300℃, 보다 바람직하게는 210℃~260℃의 것이다. 구체적으로는, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜디메틸에테르, 테트라에틸렌글리콜모노메틸에테르 등을 이용할 수 있다. 기포지름의 불균일이 작다는 점에서 트리에틸렌글리콜디메틸에테르가 보다 바람직하다. 이들 이외에도, 디프로필렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜에틸메틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜부틸메틸에테르, 트리프로필렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노페닐에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 트리에틸렌글리콜부틸메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜디메틸에테르, 폴리에틸렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 등을 사용할 수 있다.

고비점 용제는, 1종이라도 좋지만, 기포가 긴 온도 범위에서 발생하는 효과가 얻어지는 점에서, 적어도 2종을 조합하여 이용하는 것이 바람직하다. 고비점 용제의 적어도 2종의 바람직한 조합은, 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르와 디에틸렌글리콜디부틸에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르와 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르와 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜부틸메틸에테르와 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르, 보다 바람직하게는 디에틸렌글리콜디부틸에테르와 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜모노메틸에테르와 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르의 조합을 포함하는 것이다.

기포 형성용의 고비점 용제는 열경화성 수지를 용해시키는 용제보다도 고비점인 것이 바람직하고, 1 종류로 바니스에 첨가되는 경우에는 열경화성 수지의 용제보다 10℃ 이상 높은 것이 바람직하다. 또, 1 종류로 사용한 경우에는 고비점 용제는 기포핵제와 발포제의 양쪽의 역할을 가지는 것을 알 수 있다. 한편, 2 종류 이상의 고비점 용제를 사용한 경우에는, 가장 높은 비점의 것이 발포제, 중간 비점을 가지는 기포 형성용의 고비점 용제가 기포핵제로서 작용한다. 가장 비점이 높은 용제는 특정의 유기용제보다 20℃ 이상 높은 것이 바람직하고, 30~60℃ 높은 것이 보다 바람직하다. 중간 비점을 가지는 기포 형성용의 고비점 용제는, 발포제로서 작용하는 용제의 비점과 특정 유기용제의 중간에 비점이 있으면 좋고, 발포제의 비점과 10℃ 이상의 비점 차이를 가지고 있는 것이 바람직하다. 중간 비점을 가지는 기포 형성용의 고비점 용제는 발포제로서 작용하는 용제보다 열경화성의 용해도가 높은 경우, 바니스 베이킹 후에 균일한 기포를 형성시킬 수 있다. 2 종류 이상의 고비점 용제를 사용하는 경우에, 사용 비율은, 중간 비점을 가지는 고비점 용제에 대한 가장 높은 비점을 가지는 고비점 용제와의 사용 비율은, 예를 들면, 질량비로 99/1~1/99인 것이 바람직하고, 기포 생성을 하기 쉬운 점에서 10/1~1/10인 것이 보다 바람직하다.

외측 절연층(3)은, 발포 절연층(2)의 외측에 특정의 열가소성 수지로 형성된다. 본 발명자들은, 발포 절연층(2)에 공기가 포함됨으로써 형상을 변형하게 되는 것을 이용하고, 이 발포 절연층(2)의 상층에 외측 절연층(3)으로서 열가소성 수지 층을 형성함으로써 공기 갭을 메울 수 있으며, 따라서 부분 방전의 발생을 억제하는 성능이 우수한 것을 찾아냈다.

이 효과를 더 높이기 위해서, 외측 절연층(3)에 사용되는 열가소성 수지로서, 비정성 수지인 경우에는 240℃ 이상의 유리 전이 온도를 가지는 열가소성 수지, 또는, 결정성 수지인 경우에는 240℃ 이상의 융점을 가지는 열가소성 수지를 이용한다.

열가소성 수지의 융점 또는 유리 전이 온도는, 바람직하게는 250℃ 이상이며, 상한은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 450℃이다.

본 발명의 절연 와이어는 전기 부품용의 부재에 이용되므로, 내열성, 내화학 약품성이 우수한 열가소성 수지를 외측 절연층(3)의 재료로서 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 열가소성 수지로서, 본 발명에 있어서는, 예를 들면, 엔지니어링 플라스틱 및 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 등의 열가소성 수지가 적합하다.

엔지니어링 플라스틱 및 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로서는, 폴리아미드(PA, 나일론이라고도 한다), 폴리아세탈(POM), 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌에테르(변성 폴리페닐렌에테르를 포함한다), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 신디오택틱폴리스티렌 수지(SPS), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 초고분자량 폴리에틸렌 등의 범용 엔지니어링 플라스틱 외, 폴리술폰(PSF), 폴리에테르술폰(PES), 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리아릴레이트(U폴리머), 폴리아미드이미드, 폴리에테르케톤(PEK), 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리이미드(PI), 열가소성 폴리이미드 수지(TPI), 폴리아미드이미드(PAI), 액정 폴리에스테르 등의 슈퍼 엔지니어링 플라스틱, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)를 베이스 수지로 하는 폴리머 합금, ABS/폴리카보네이트, 폴리페닐렌에테르/나일론 6,6, 폴리페닐렌에테르/폴리스티렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트/폴리카보네이트 등의 상기 엔지니어링 플라스틱을 더 포함하는 폴리머 합금을 들 수 있다. 본 발명에 있어서는, 내열성과 내스트레스크랙성의 점에서, 신디오택틱폴리스티렌 수지(SPS), 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 열가소성 폴리이미드 수지(TPI)를 특히 바람직하게 이용할 수 있다. 또, 상기에 나타낸 수지명에 의하여 사용 수지가 한정되지 않고, 먼저 열거한 수지 이외에도, 그들의 수지보다 성능적으로 우수한 수지이면 사용 가능한 것은 물론이다.

이들 중 결정성 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리아미드(PA), 폴리아세탈(POM), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌술피드(PPS), 초고분자량 폴리에틸렌 등의 범용 엔지니어링 플라스틱, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 폴리에테르케톤(PEK), 폴리아릴에테르케톤(PAEK)(변성 PEEK를 포함한다), 열가소성 폴리이미드 수지(TPI)를 들 수 있다. 또, 상기 결정성 수지를 이용한 폴리머 합금을 들 수 있다. 한편, 비정성 열가소성 수지로서는, 예를 들면, 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌에테르, 폴리아릴레이트, 신디오택틱폴리스티렌 수지(SPS), 폴리아미드이미드(PAI), 폴리벤조이미다졸(PBI), 폴리술폰(PSF), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐술폰(PPSU), 비정성 열가소성 폴리이미드 수지 등을 들 수 있다.

본 발명에 있어서는, 이들 열가소성 수지 중에서, 융점이 240℃ 이상인 결정성의 열가소성 수지, 또는, 유리 전이 온도가 240℃ 이상인 비정성 수지의 열가소성 수지를 선택한다. 예를 들면, 융점이 240℃ 이상인 결정성의 열가소성 수지로서는, 열가소성 폴리이미드 수지(TPI)(mp.388℃), PPS(mp. 275℃), PEEK(mp.340℃), 폴리아릴에테르케톤(PAEK)(mp.340℃) 등을 들 수 있다. 유리 전이 온도가 240℃ 이상인 비정성 수지의 열가소성 수지로서는, 비정성 열가소성 폴리이미드 수지(Tg. 250℃), 폴리아미드이미드(PAI)(Tg. 280~290℃), 폴리아미드이미드(PAI)(Tg.435℃), 신디오택틱폴리스티렌 수지(SPS)(Tg. 280℃) 등을 들 수 있다. 융점은, DSC(시차주사 열량 분석, 시마즈(島津)사제 DSC-60(상품명))를 이용하여 샘플 10㎎, 온도상승 속도 10℃／min 일 때의 융해점을 관찰함으로써 측정할 수 있다. 유리 전이 온도는, 융점과 마찬가지로 DSC를 이용하여 샘플 10㎎, 온도상승 속도 10℃／min 일 때의 유리 전이 온도를 관찰함으로써 측정할 수 있다.

외측 절연층(3)은, 융점이 240℃ 이상인 결정성의 열가소성 수지, 또는, 유리 전이 온도가 240℃ 이상인 비정성 수지의 열가소성 수지를 함유하고 있으면 좋지만, 이들을 대신하여, 또는 이들에 더하여, 융점이 270℃ 이상인 결정성의 열가소성 수지를 함유하고 있으면, 내열성이 더 향상되고, 그 외 기계 강도도 상승하는 경향이 있기 때문에 보다 권선으로서의 성능이 상승된다고 하는 효과가 얻어지는 점에서, 바람직하다. 외측 절연층(3)에서의 융점이 270℃ 이상인 결정성의 열가소성 수지의 함유량은, 외측 절연층(3)을 형성하는 수지 성분 중 10질량% 이상인 것이 바람직하고, 60질량% 이상인 것이 특히 바람직하다. 한편, 융점이 270℃ 이상인 결정성의 열가소성 수지는 상기한 바와 같다.

외측 절연층(3)에 함유되는 열가소성 수지는, 그 저장 탄성률이 25℃에서 1GPa 이상인 것이 보다 바람직하다. 25℃에서의 저장 탄성률이 1GPa 미만의 경우에는 열가소성 수지가 변형하는 효과는 높지만, 마모 특성이 저하되기 때문에 코일 성형할 때에 저부하의 조건으로 하지 않으면 안 되는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다. 1GPa 이상의 경우에는 열가소성의 형상 가변의 능력을 해치지 않고, 한층 더 내마모 특성을 양호한 레벨로 유지하는 것이 가능하다. 열가소성 수지의 저장 탄성률은 25℃에서, 2GPa 이상인 것이 더 바람직하다. 이 저장 탄성률의 상한치는 특히 한정되지 않지만, 너무 높아도 권선으로서 필요한 가요성이 저하된다고 하는 문제가 있으므로, 예를 들면, 6GPa인 것이 좋다.

본 발명에 있어서, 절연 전선의 각 절연층을 형성하는 열가소성 수지의 저장 탄성률은, 점탄성 애널라이저(세이코 인스트루먼트사제：DMS200(상품명))를 이용하여 측정되는 값이다. 구체적으로는, 절연 전선의 각 절연층을 형성하는 열가소성 수지로 제작된 두께 0. 2㎜의 시험편을 이용하고, 온도상승 속도 2℃／min 및 주파수 10Hz의 조건에서, 25℃로 안정시킨 상태에서의 저장 탄성률의 측정치를 기록하며, 이 기록치를 열가소성 수지의 25℃ 저장 탄성률로 한다.

25℃에서의 저장 탄성률이 1GPa 이상인, 외측 절연층(3)에 함유되는 열가소성 수지는, 예를 들면, PEEK로서 빅트렉스재팬사제의 PEEK450G(상품명, 25℃의 저장 탄성률：3840 MPa, 300℃의 저장 탄성률：187 MPa, 융점：340℃), 변성 PEEK로서 소르베이사제의 아바스파이어 AV-650(상품명, 25℃의 저장 탄성률：3700 MPa, 300℃의 저장 탄성률：144 MPa, 융점：345℃) 또는 AV-651(상품명, 25℃의 저장 탄성률：3500 MPa, 300℃의 저장 탄성률：130 MPa, 융점：345℃), TPI로서 미츠이카가쿠사의 오람 PL450C(상품명, 25℃의 저장 탄성률：1880 MPa, 300℃의 저장 탄성률：18.9 MPa, 융점：388℃), PPS로서 폴리플라스틱스 사제의 포트론 0220 A9(상품명, 25℃의 저장 탄성률：2800 MPa, 300℃의 저장 탄성률：＜10 MPa, 융점：278℃) 또는 DIC 사제의 PPS　FZ-2100(상품명, 25℃의 저장 탄성률：1600 MPa, 300℃의 저장 탄성률：＜10 MPa, 융점：275℃), SPS로서 이데미츠코우산(出光興産)사제：더 렉 S105(상품명, 25℃의 저장 탄성률：2200 MPa, 유리 전이 온도：280℃), PA로서 나일론 6, 6(유니치카 사제：FDK-1(상품명), 25℃의 저장 탄성률：1200 MPa, 300℃의 저장 탄성률：＜10 MPa, 융점：265℃), 나일론 4, 6(유니치카 사제：F-5000(상품명), 25℃의 저장 탄성률：1100 MPa, 융점：292℃), 나일론 6, T(미츠이세키유카가쿠(三井石油化學)사제：아렌 AE-420(상품명), 25℃의 저장 탄성률：2400 MPa, 융점：320℃), 나일론 9, T(쿠라레 사제：제네스터 N1006D(상품명), 25℃의 저장 탄성률：1400 MPa, 융점：262℃) 등의 시판품을 들 수 있다.

외측 절연층(3)은, 내(耐)부분 방전성 물질을 실질적으로 함유하고 있지 않다. 여기서, 내(耐)부분 방전성 물질은, 부분 방전 열화를 받기 어려운 절연 재료로, 전선의 절연 피막에 분산시킴으로써, 과전(課電) 수명 특성을 향상시키는 작용을 가지는 물질을 말한다. 내(耐)부분 방전성 물질로서는, 예를 들면, 산화물(금속 혹은 비금속 원소의 산화물), 질화물, 유리, 운모 등이 있고, 구체적인 예로서는 내(耐)부분 방전성 물질 3은, 실리카, 이산화티탄, 알루미나, 티탄산바륨, 산화 아연, 질화 갈륨 등의 미립자를 들 수 있다. 또, 내(耐)부분 방전성 물질을 「실질적으로 함유하고 있지 않음」이란 내(耐)부분 방전성 물질을 외측 절연층(3)에 적극적으로 함유시키지 않는 것을 의미하고, 완전히 함유하고 있지 않은 것에 더하여, 본 발명의 목적을 해치지 않을 정도의 함유량으로 함유되어 있는 경우도 포함한다. 예를 들면, 본 발명의 목적을 해치지 않을 정도의 함유량으로서, 외측 절연층(3)을 형성하는 수지 성분 100질량부에 대하여 30질량부 이하의 함유량을 들 수 있다.

외측 절연층(3)을 형성하는 열가소성 수지에 대하여, 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서, 산화 방지제, 대전 방지제, 자외선 방지제, 광안정제, 형광증백제, 안료, 염료, 상용화제, 윤활제, 강화제, 난연제, 가교제, 가교조제, 가소제, 증점제, 감점제 및 엘라스토머 등의 각종 첨가제를 배합해도 좋다.

외측 절연층(3)의 두께에 제한은 없지만, 5~150㎛가 바람직하고, 20~150㎛가 실제적이며, 보다 바람직하다.

또, 발포 절연층(2)과 외측 절연층(3)의 두께의 비는, 적절한 것이 좋다. 즉, 발포 절연층(2)이 두꺼울수록 비유전율이 저하하여, 부분 방전 개시전압을 상승시키는 것이 가능하다. 한편으로, 내마모성이 저하하는 경우가 있다. 강도 및 가요성 등의 기계 특성을 상승시키고 싶은 경우에는 외측 절연층(3)을 두껍게 설계하면 좋다. 발포 절연층(2)과 외측 절연층(3)과의 두께의 비(발포 절연층(2)/외측 절연층(3))가 5/95~95/5이면, 강도 및 방전 개시전압이 높아진다고 하는 특징을 발현하는 것을 찾아냈다. 특히 기계 특성이 요구되는 경우에는 5/95~60/40이 바람직하다.

또한, 본 발명과 같이, 발포 절연층(2) 중에 기포를 형성하며, 또 이 발포 절연층(2)의 외층에 기포를 가지지 않는 외측 절연층(3)을 형성한 경우에는 코일 형성한 경우의 빈틈을 자체를 약간 찌부러뜨려 변형하는 것에 의해 메우는 것이 가능하다. 빈틈이 없는 경우에는 선 사이에서 발생하는 부분 방전 및 코로나 방전을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

본 발명에 있어서 「기포를 가지지 않음」이란 완전히 기포가 없는 상태에 더하여, 본 발명의 목적을 해치지 않는 정도로 기포가 존재하는 상태도 포함된다. 예를 들면, 본 발명의 목적을 해치지 않는 정도로서, 외측 절연층(3)의 단면에서, 단면의 전(全) 면적에 대한 기포의 합계 면적의 비율이 20% 이하인 것을 들 수 있다.

외측 절연층(3)은, 열가소성 수지를 함유하는 열가소성 수지 조성물을, 발포 절연층(2) 주위에 압출 성형 등의 성형 방법에 따라 성형함으로써 형성할 수 있다. 열가소성 수지 조성물의 성형은 발포 절연층(2) 주위에 직접 또는 사이에 다른 수지층을 개재시킬 수도 있다. 이 열가소성 수지 조성물은, 열가소성 수지에 더하여, 예를 들면, 발포 절연층(2)을 형성하는 바니스에 첨가되는 각종 첨가제 또는 상기 유기용제 등을, 특성에 영향을 미치지 않는 범위에서, 함유하고 있어도 좋다.

밀착층(35)은, 발포 절연층(2)과 외측 절연층(3)과의 사이에, 외측 절연층(3)을 형성하는 비정성 열가소성 수지와 같은 비정성 열가소성 수지로 형성된다. 밀착층(35)과 외측 절연층(3)과는 동일한 비정성 열가소성 수지로 형성되어도 다른 비정성 열가소성 수지로 형성되어도 좋다. 이 밀착층(35)은, 예를 들면, 5㎛ 미만의 얇은 피막으로서 형성된다. 한편, 외측 절연층(3)의 성형 조건에 따라서는 밀착층(35)과 외측 절연층(3)이 서로 섞여 절연 전선이 되었을 때에 정확한 막 두께를 측정할 수 없는 경우도 있다.

본 발명의 절연 와이어는, 도체의 외주면에 발포 절연층을 형성하고, 그 다음에 외측 절연층을 형성함으로써, 제조할 수 있다. 구체적으로는, 도체(1)의 외주면에, 직접 또는 간접적으로, 즉 원하는 것에 의해 내측 절연층(25) 등을 사이에 두고 발포 절연층(2)을 형성하는 바니스를 도포하고, 베이킹 과정에서 발포시켜 발포 절연층(2)을 형성하는 공정과, 발포 절연층의 외주면에 외측 절연층을 형성하는 열가소성 수지 조성물을 압출 성형하여 외측 절연층을 형성하는 공정을 실시함으로써, 제조할 수 있다.

여기서, 베이킹은, 용제의 휘발 및 열경화성 수지의 경화가 가능하면 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 열풍로 또는 전기로 등에서 500~600℃로 가열하는 방법을 들 수 있다.

내측 절연층(25) 및 내부 절연층(26)은, 내측 절연층(25) 또는 내부 절연층(26)을 형성하는 바니스를 도포하고, 베이킹함으로써, 또는 수지 조성물을 성형함으로써, 각각, 형성할 수 있다.

밀착층(35)은, 발포 절연층(2) 상에, 외측 절연층(3)을 형성하는 비정성 열가소성 수지와 같은 비정성 열가소성 수지를 용제에 용해시킨 도료를 도포하고, 용제를 증발시킴으로써, 형성할 수 있다.

본 발명의 절연 와이어는, 상기 특징을 가지고 있기 때문에, 각종 전기 기기(전자기기라고도 한다.) 등, 내(耐)전압성이나 내열성을 필요로 하는 분야에 이용 가능하다. 예를 들면, 본 발명의 절연 와이어는 모터나 트랜스 등에 이용되어 고성능의 전기 기기를 구성할 수 있다. 특히 HV(하이브리드 카)나 EV(전기 자동차)의 구동 모터용의 권선으로서 적합하게 이용된다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 절연 와이어를 구비한, 전기 기기, 특히 HV 및 EV의 구동 모터를 제공할 수 있다. 한편, 본 발명의 절연 와이어가 모터 코일에 이용되는 경우에는 모터 코일용 절연 와이어라고도 칭한다.

[ 실시예]

다음으로, 본 발명을 실시예에 기초하여 더 상세하게 설명하지만, 이것은 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 한편, 하기의 예 중, 조성을 나타내는 %는 질량%를 말한다.

실시예 및 비교예의 절연 와이어를 이하와 같이 하여 제작했다.

(실시예 1)

도 2(a)에 나타내는 절연 와이어를 하기와 같이 하여 작성했다.

우선, 발포 절연층(2)을 형성하는데 이용하는 발포 폴리아미드이미드 바니스를 이하와 같이 제작했다. 2L용 세퍼러블 플라스크에 HI-406 시리즈(수지 성분 32질량%의 NMP 용액, NMP의 비점 202℃)(상품명, 히타치카세이사제) 1000g을 넣고, 이 용액에 기포 형성제로서 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(비점 216℃) 100g과 디에틸렌글리콜디부틸에테르(비점 256℃) 150g을 첨가함으로써 얻었다. 또한, 내측 절연층(25)을 형성하는데 이용하는 내측 절연층(25) 형성용 폴리아미드이미드 바니스는 HI-406 시리즈(수지 성분 32질량%의 NMP 용액)를 이용했다. 이 수지 1000g에 용제로서 NMP를 이용하여 30%수지 용액으로서 이용했다.

각 바니스는 딥 코팅에 의해 도포하고, 다이스에 의하여 도포량을 조절했다. 구체적으로는, 1.0㎜φ의 구리 도체(1)에 조제한 내측 절연층(25) 형성용 폴리아미드이미드 바니스를 도포하고, 이것을 로(爐) 온도 500℃에서 베이킹하여 두께 4㎛의 내측 절연층(25)을 형성했다. 그 다음에, 내측 절연층(25) 상에 조제한 발포 폴리아미드이미드 바니스를 도포하고, 이것을 로(爐) 온도 500℃에서 베이킹하여 두께 19㎛의 발포 절연층(2)을 형성했다. 이와 같이 하여 내측 절연층(25) 및 발포 절연층(2)이 형성된 성형체(하인선(下引線)이라고 하기도 한다.)를 얻었다. 그 다음에, 이 하인선에 대하여, PPS 수지(DIC 사제 FZ-2100, 융점 275℃, 저장 탄성률 1.6GPa)를 다이스 온도 320℃, 수지압 30 MPa로 33㎛의 두께가 되도록 압출기에 의해 피복하여, 실시예 1의 절연 와이어를 제조했다.

(실시예 2)

도 1(a)에 나타내는 절연 와이어를 다음과 같이 하여 작성했다. 1.0㎜φ의 구리 도체(1)의 외주면에 실시예 1로 조제한 발포 폴리아미드이미드 바니스를 직접 도포하고, 이것을 로(爐) 온도 500℃에서 베이킹하여 두께 70㎛의 발포 절연층(2)이 형성된 성형체(하인선)를 얻었다. 그 다음에, 이 하인선에 대하여, TPI 수지(미츠이카가쿠사제 PL450C, 융점 388℃, 저장 탄성률 1.9GPa)를 다이스 온도 380℃, 수지압 30 MPa로 8㎛의 두께가 되도록 압출기에 의해 피복하여, 실시예 2의 절연 와이어를 제조했다.

(실시예 3)

우선, 발포 절연층(2)을 형성하는데 이용하는 발포 폴리이미드 바니스를 이하와 같이 제작했다. 2L용 세퍼러블 플라스크에, U이미드(수지 성분 25질량%의 NMP 용액)(유니치카 사제, 상품명) 1000g을 넣고, 용제로서 NMP(비점 202℃) 75g, DMAC(비점 165℃) 150g 및 테트라에틸렌글리콜디메틸에테르(비점 275℃) 200g을 첨가함으로써 얻었다. 내측 절연층(25)을 형성하는데 이용하는 내측 절연층(25) 형성용 폴리이미드 바니스는 U이미드를 이용하고, 그 수지 1000g에 용제로서 DMAC 250g을 더하여 조제했다.

1.0㎜φ의 구리 도체(1)의 외주면에 내측 절연층(25) 형성용 폴리이미드 바니스를 도포하고, 이것을 로(爐) 온도 500℃에서 베이킹하여 두께 4㎛의 내측 절연층(25)을 형성했다. 그 다음에, 내측 절연층(25) 상에 조제한 발포 폴리이미드 바니스를 도포하고, 이것을 로(爐) 온도 500℃에서 베이킹하여 두께 60㎛의 발포 절연층(2)을 형성했다. 이와 같이 하여 내측 절연층(25) 및 발포 절연층(2)이 형성된 성형체(하인선)를 얻었다. 그 다음에, 이 인선에 대하여, PEEK 수지(빅트렉스사제, 상품명：PEEK450G, 융점 340℃, 저장 탄성률 3.8GPa)를 다이스 온도 420℃, 수지압 30 MPa로 30㎛의 두께가 되도록 압출기에 의해 피복하여, 실시예 3의 절연 와이어를 제조했다.

(실시예 4)

도 2(a)에 나타내는 절연 와이어를 하기와 같이 하여 작성했다. 우선, 발포 절연층(2)을 형성하는데 이용하는 발포 폴리에스테르이미드 바니스(제 1 표 중, PEsI)를 이하와 같이 제작했다. 2L용 세퍼러블 플라스크에, 폴리에스테르이미드 바니스(Neoheat8600A；도우토쿠도료우(東特塗料)사제 상품명) 1000g을 넣고, 용제로서 NMP(비점 202℃) 75g, DMAC(비점 165℃) 50g 및 트리에틸렌글리콜디메틸에테르(비점 216℃) 200g을 첨가함으로써 얻었다. 내측 절연층(25)을 형성하는데 이용하는 내측 절연층(25) 형성용 폴리에스테르이미드 바니스는 Neoheat 8600A를 이용하고, 그 수지 1000g에 용제로서 DMAC 250g을 더하여 조제했다.

1.0㎜φ의 구리 도체(1)의 외주면에 내측 절연층(25) 형성용 폴리에스테르이미드 바니스를 도포하고, 이것을 로온 500℃에서 베이킹하여 두께 3㎛의 내측 절연층(25)을 형성했다. 그 다음에, 내측 절연층(25) 상에 조제한 발포 폴리에스테르이미드 바니스를 도포하고, 이것을 로온 500℃에서 베이킹하여 막 두께 5㎛의 발포 절연층(2)을 형성했다. 이와 같이 하여 내측 절연층(25) 및 발포 절연층(2)이 형성된 성형체(하인선)를 얻었다. 그 다음에, 이 인선에 대하여, SPS 수지(이데미츠코우산사제, 더 렉 S105, 유리 전이 온도 280℃, 저장 탄성률 2.2GPa)를 다이스 온도 360℃, 수지압 20 MPa로 90㎛의 두께가 되도록 압출기에 의해 피복하여, 실시예 4의 절연 와이어를 제조했다.

(실시예 5)

도 3(a)에 나타내는 절연 와이어를 다음과 같이 하여 작성했다. 막 두께가 다른 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 하인선을 제작했다. 그 다음에, 하인선의 발포 절연층(2) 상에, PPSU 20g(레이델 R(상품명), 소르베이사제)을 NMP 100g에 용해시킨 액체를 도포하고, 발포 절연층(2)과 마찬가지로 하여 로(爐) 온도 500℃에서 베이킹하여 막 두께 2㎛의 밀착층(35)을 형성했다. 이와 같이 하여 밀착층(35)을 형성한 하인선 상에, 막 두께가 다른 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 PPS 수지를 80㎛의 두께가 되도록 압출 성형하여, 실시예 5의 절연 와이어를 제조했다.

(실시예 6)

발포 절연층(2)의 막 두께를 100㎛로 변경함과 함께 외측 절연층(3)의 막 두께를 5㎛로 변경한 것 이외는 실시예 2와 마찬가지로 하여, 실시예 6의 절연 와이어를 제조했다.

(비교예 1)

발포 절연층(2)의 막 두께를 80㎛로 변경함과 함께 외측 절연층(3)을 형성하지 않은 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 1의 절연 와이어를 제조했다.

(비교예 2)

1.0㎜φ의 구리 도체(1)의 외주면에 PAI 수지(히타치카세이사제, HI-406 시리즈)를 도포하고, 이것을 로(爐) 온도 500℃에서 베이킹하여, 막 두께가 19㎛의, 기포를 포함하지 않는 절연층을 형성했다. 그 다음에, 실시예 5와 마찬가지로 하여 절연층 상에 밀착층(35)을 형성하여 하인선을 얻었다. 그 다음에, 막 두께가 다른 것 이외는 실시예 1과 마찬가지로 하여 PPS 수지를 32㎛의 두께가 되도록 압출 성형하여, 비교예 2의 절연 와이어를 제조했다.

(비교예 3)

1.0㎜φ의 구리 도체(1)의 외주면에 PAI 수지(히타치카세이사제, HI-406 시리즈)를 도포하고, 이것을 로(爐) 온도 500℃에서 베이킹하여, 막 두께가 40㎛의, 기포를 포함하지 않는 절연층을 형성하여, 비교예 3의 절연 와이어를 제조했다.

(비교예 4)

PPS를 대신하여 열가소성 엘라스토머(TPE, 토요보(東洋紡)사제, P-150 B(상품명, 25℃의 저장 탄성률：0.1GPa, 융점：212℃)를 이용하고, 또 두께를 변경한 것 이외는 실시예 5와 마찬가지로 하여 비교예 4의 절연 와이어를 제조했다.

실시예 1~6 및 비교예 1~4로 얻어진 절연 와이어의 구성, 물성과 평가 시험 결과를 제 1 표에 나타냈다. 평가방법은 이하와 같다.

［두께, 발포 배율, 평균 기공 지름 등의 측정］

실시예 및 비교예에 있어서의 각층의 두께, 절연층의 합계 두께, 발포 절연층(2)의 발포 배율, 외측 절연층(3)을 형성하는 각 열가소성 수지의 융점(제 1 표에서 mp라고 표기한다.) 또는 유리 전이 온도(제 1 표에서 Tg라고 표기한다.)를 상기와 같이 하여 측정했다.

또, 발포 절연층(2)의 평균 기포지름은, 발포 절연층(2)의 두께 방향 단면의 주사 전자현미경(SEM) 상에서, 20개의 기포를 무작위로 선택하고, 화상 치수 계측 소프트(미타니쇼지사제 WinROOF)를 이용하여, 지름 측정 모드로 평균의 기포지름을 산출하여, 얻어진 값을 기포지름으로 했다.

또한, 발포 절연층(2)과 외측 절연층(3)과의 두께의 비(발포 절연층(2)의 두께/외측 절연층(3)의 두께)를 산출했다.

이들 측정치 및 산출치를 제 1 표에 나타냈다.

［비유전율］

비유전율은, 제조한 각 절연 와이어의 정전 용량을 측정하여, 정전 용량과 발포 절연층(2)의 두께로부터 산출했다. 정전 용량의 측정에는 LCR 하이테스터(히오키덴키(日置電機)사제, 형식 3532-50)를 이용했다. 측정 온도를 25℃로 하고, 측정 주파수를 100Hz로 하여 측정했다.

［부분 방전 개시전압］

실시예 1~6 및 비교예 1~4로 제조한 절연 와이어 각각 2개를 트위스트 형상으로 서로 꼰 시험편을 제작하고, 2개의 도체(1) 사이에 정현파 50Hz의 교류 전압을 인가하여, 연속적으로 승압시키면서 방전 전하량이 10pC 일 때의 전압(실효가)을 측정했다. 측정 온도는 상온으로 했다. 부분 방전 개시전압의 측정에는 부분 방전 시험기(기쿠스이덴시코우교(菊水電子工業)제, KPD2050)를 이용했다. 부분 방전 개시전압은, 850V 이상이면, 부분 방전이 발생하기 어렵고 절연 와이어의 부분 열화를 방지할 수 있다.

［일방향 마모성］

일방향 마모 시험은 JIS　C3216에 준하여 실시했다. 시험 장치는 NEMA 스크레프테스터(도요세이키세이샤쿠쇼(東洋精機製作所)사제)를 이용했다. 이 시험은 직선 형상의 시험편에 대하여 연속적으로 증가하는 힘이 바늘에 더해지도록 하고, 그 바늘로 시험편의 표면을 문지르고 가는 것이다. 바늘과 도체의 사이에서 도통이 생겼을 때의 힘을 파괴력으로 했다.

본 발명에서는, 파괴력이 2500g 이상인 경우를 마모성이 양호한 것으로 하고 「◎」, 파괴력이 1500g 이상 2500g 미만으로 충분히 사용 가능한 레벨의 것을 「○」, 파괴력이 1250g 이상 1500g 미만으로 되어, 기계 특성은 제품으로서의 허용 레벨 내이며 사용 가능한 것을 「△」, 바로 도통해 버려 사용이 어려운 레벨의 1250g 미만의 파괴력인 경우를 「×」로 나타냈다.

［종합 평가］

본 발명은, 상술한 바와 같이, 비유전율의 저하 및 부분 방전 개시전압의 향상과, 기계 강도의 향상과의 양립을 과제로 하기 때문에, 비유전율이 3.2 미만이고 부분 방전 개시전압이 850V 이상이며, 또한 일방향 마모성이 「△」이상의 판정을 양립한 것을 합격으로 하여 「○」로 나타냈다.

제 1 표에서 알 수 있는 바와 같이, 발포 절연층(2)과 외측 절연층(3)을 가지는 실시예 1~6의 절연 와이어는, 발포에 의한 비유전율의 저하와 부분 방전 개시전압의 향상이 인정되고, 게다가 일방향 마모의 특성도 양호하며, 종합 평가도 합격이었다.

한편, 제 1 표의 비교예 1~4에서 알 수 있는 바와 같이, 외측 절연층(3)을 가지지 않는 비교예 1 및 특정의 열가소성 수지로 형성되어 있지 않은 외측 절연층을 가지고 있는 비교예 4는 모두 일방향 마모의 특성이 뒤떨어지고 있었다.

발포 절연층(2)을 가지지 않는 비교예 2는, 비유전율이 높아 부분 방전 개시전압이 낮았다. 발포 절연층(2) 및 외측 절연층(3)을 가지지 않는 비교예 3은, 비유전율이 높아 부분 방전 개시전압이 낮고, 한편으로 외측 절연층(3)을 가지지 않음에도 불구하고, 일방향 마모성에는 우수했다.

이와 같이, 비교예 1~4의 절연 와이어는, 모두, 저비유전율 및 고(高)부분방전 개시전압과 고(高)기계강도를 양립할 수 없어, 종합 평가는 불합격이었다.

실시예 1, 3 및 4의 절연 와이어는, 내측 절연층(25), 발포 절연층(2) 및 외측 절연층(3)을 가지는, 도 2(a)에 나타내는 단면을 가지고 있다. 실시예 2 및 실시예 6의 절연 와이어는, 발포 절연층(2) 및 외측 절연층(3)을 가지는, 도 1(a)에 나타내는 단면을 가지고 있다. 실시예 5의 절연 와이어는, 내측 절연층(25), 발포 절연층(2), 밀착층(35) 및 외측 절연층(3)을 가지는, 도 3(a)에 나타내는 단면을 가지고 있다.

본 발명의 절연 와이어는, 이들로 한정되지 않고, 내측 절연층(25) 및 외측 절연층(3)을 가지는 여러 가지의 구성을 채용할 수 있으며, 예를 들면, 도 1(b), 도 2(b) 또는 도 3(b)에 나타내는 바와 같이 사각형의 도체(1), 내부 절연층(26) 등을 채용 가능하다.

본 발명은, 상기의 실시 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사항의 범위 내에서, 여러 가지의 변경이 가능하다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은, 자동차를 비롯하여 각종 전기ㆍ전자기기 등, 내전압성이나 내열성을 필요로 하는 분야에 이용 가능하다. 본 발명의 절연 와이어는 모터나 트랜스 등에 이용되며, 고성능의 전기ㆍ전자기기를 제공할 수 있다. 특히 HV(하이브리드 카)나 EV(전기 자동차)의 구동 모터용의 권선으로서 적합하다.

본 발명을 그 실시 형태와 함께 설명했지만, 우리는 특히 지정하지 않는 한 우리의 발명을 설명의 어느 세부에 있어서도 한정하려 하지 않고, 첨부의 청구의 범위에 나타낸 발명의 정신과 범위에 반하는 일 없이 폭넓게 해석되어야한다고 생각한다.

본원은, 2012년 12월 28일에 일본에서 특허 출원된 일본 특허출원 2012-287114에 기초하는 우선권을 주장하는 것이며, 이것은 여기에 참조하여 그 내용을 본 명세서의 기재의 일부로서 취한다.

1 : 도체 2 : 발포 절연층
3 : 외측 절연층 25 : 내측 절연층
26 : 내부 절연층 35 : 밀착층

Claims

도체와, 상기 도체의 외주면 상에 직접 또는 간접적으로 피복된, 기포를 가지는 열경화성 수지를 포함하는 발포 절연층과, 상기 발포 절연층의 외측에 결정성 수지의 경우는 융점이 240℃ 이상인 열가소성 수지, 또는, 비정성 수지의 경우는 유리 전이 온도가 240℃ 이상인 열가소성 수지를 포함하는 외측 절연층을 가지는 것을 특징으로 하는 절연 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 열가소성 수지는, 25℃에서의 저장 탄성률이 1GPa 이상인 것을 특징으로 하는 절연 와이어.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 발포 절연층과 상기 외측 절연층과의 두께의 비(발포 절연층/외측 절연층)가 5/95~95/5인 것을 특징으로 하는 절연 와이어.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열가소성 수지는, 결정성 수지이며, 또한 융점이 270℃ 이상인 열가소성 수지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 절연 와이어.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
모터 코일에 이용되는 절연 와이어.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 절연 와이어의 제조방법으로서,
도체의 외주면에 직접 또는 간접적으로 발포 절연층을 형성하는 바니스를 도포하고, 베이킹(baking) 과정에서 발포시켜 발포 절연층을 형성하는 공정과,
발포 절연층의 외주면에 외측 절연층을 형성하는 열가소성 수지 조성물을 압출 성형하여 외측 절연층을 형성하는 공정을 가지는 절연 와이어의 제조방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 절연 와이어를 이용한 전기 기기.