JP2010062496A - 巻線部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 充分な絶縁強度を確保、維持することができると共に、小型化、低背化、及び巻線作業効率を改善できる巻線部品の提供を目的とする。
【解決手段】 巻線部品は、両面に粘着面１ｂを有する構造のテープ片１ｃを用い、巻線時に絶縁被膜に外部ストレスがかかり易い箇所に、例えば保護したい２次側巻線５が巻線される部位に、裏面の粘着面１ｂ側を予め貼っておく。次に、２次側巻線５を巻線し、その後、前記テープ片１ｃの略半部を折り返して、表面の粘着面１ｂと２次側巻線５と粘着固着するように構成する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、電子機器や家電機器に使用される、絶縁トランス等の巻線部品に関するものである。

近年、各種電子機器の小型化に伴い、機器に使用される巻線部品においても、外形上では高さや実装面積を小さくする、低背、小型化の要求が一層厳しくなっている。また、小型化と同時に、絶縁性能上では、要求仕様や国内外の法令に基づく安全規格等の絶縁距離を確保する必要がある。

従来の巻線部品では、電線はエナメル被覆電線のような比較的安価な単層絶縁電線を使用し、また各巻線間にはバリアテープ等の絶縁部材を挿配して絶縁性能を確保していたが、このような構造では巻線部の容積が大きくなり、小型化の阻害要因となっていた。

そこで、絶縁性能の確保と厳しい小型化要求に対応するため、電線自身の絶縁被膜を複数層形成して絶縁性を向上させた強化絶縁電線、例えば３層絶縁電線を少なくとも一系統の巻線に用いて線間の絶縁性能を確保することで、上記バリアテープ等の絶縁部材を削除できるようにして、前記巻線部の容積を縮小して小型化を図り、更に、各巻線の端末を、巻線部を介して対向する各鍔部の底面に立設した端子に各々分離させて結線することで各巻線間の絶縁距離を確保する構造の巻線部品が特許文献１に記載されている。

図５は、従来の巻線部品を説明する図で、図５（ａ）は正面断面図、図５（ｂ）は２次側巻線５の引き出し部の拡大断面図である。また、斜線で示した磁性体コア７を実装面と垂直な方向に組込んだ、いわゆる縦型形状で小型化を図ったものである。

巻線部品５１は、高電圧の入力側巻線である１次側巻線４として、エナメル被覆電線等の単層絶縁電線を用い、低電圧の出力側巻線である２次側巻線５として、強化絶縁電線、例えば３層絶縁電線を用いることで上記バリアテープ等の絶縁部材を削除し、それぞれの巻線を同心状にボビン２の筒状の巻線部２ｃに巻回し、各層間と最外層を絶縁テープ８等で絶縁し、前記巻線部２ｃの中芯部と外周部に連続した閉磁路を形成するように、例えばＥＥ型やＥＩ型の磁性体コア７が介装された構造である。また、図５（ｂ）に示すように、ボビン２の鍔部２ｂ側に伸長部２ｄを形成し、各巻線間の沿面距離Ｐを、伸長部２ｄが無い時の沿面距離Ｍより大きく確保している。

特開平１０−２４１９６０号公報

しかしながら、特許文献１に示した従来のトランスでは、３層絶縁電線の使用によりバリアテープ等の絶縁部材を削除でき、構造上の小型化と、高絶縁性を両立するトランスが実現できるが、一方、現状での汎用の３層絶縁電線の絶縁被膜は、機械的な外部ストレスに対して比較的弱いため、巻線時のテンションや、ボビンの角部やエッジ部により損傷し易い。具体的には巻線時での電線の絶縁被膜の曲げ外側では伸張ストレスが、曲げ内側では収縮ストレスとボビンへの押圧が加えられて、絶縁被膜の実質的な絶縁強度が低下する場合があった。その結果、図５（ｂ）に示した、巻線部内部での各巻線間の近接部Ｘにおいて、特に電線が屈曲する部位での実質的な絶縁強度が低下し、高絶縁性が維持できなくなる場合があった。

上記損傷や巻線時の外部ストレスを緩和させるために、ボビンの巻芯部の断面形状を角部やエッジ部をなくした円形や楕円形状としたり、巻芯径（曲げ半径）を大きくした形状のものを使用するのがよいが、小型化、低背化要求や実装空間の利用効率化により上記方策が困難であった。

本発明は、上述の課題を解決するため、巻線時に絶縁被膜に外部ストレスがかかり易い箇所を保護することで、充分な絶縁強度を確保、維持することができると共に、小型化、低背化、コスト増大の抑制、及び巻線作業効率を改善できる巻線部品の提供を目的とする。

このような３層絶縁電線の絶縁性低下を補強する手段として、絶縁被膜が接触したり、又はストレスを受ける可能性がある部位に、粘着層のある絶縁保護用テープ（以下、単に「保護用テープ」と呼ぶ）をその粘着面を貼り付け、その後保護用テープを折り返して電線を巻き込むことで、被膜を保護し絶縁性の低下を抑制する。

本発明においては、機械的な保護用テープとして、テープの両面において、テープ幅方向に所定の幅で形成した粘着層を有する構造のテープを、所定の長さに切断したテープ片を用いる。また、本発明に用いるテープ両面に粘着層を有する保護用テープとして、片面に粘着層を有する２個のテープを用い、テープが表裏反対になる状態でテープの粘着層の端部同士を重ね合わせたものを用い、所定の長さに切断した同様のテープ片を用いてもよい。

上述の両面に粘着面を有するテープ片を用い、該テープ片の一方の粘着面を、巻線の保護箇所の近傍、例えばボビンや層間テープに予め貼り付けてテープ片を固定し、該テープ片の上に保護対象とする電線を巻き、その後テープ片の片端部を前記電線を包み込むように折り返して、他方の粘着面で前記電線と粘着させることで、テープ片を固着する。

本発明によれば、絶縁被膜で覆われた複数の導体をボビンに積層させて巻回して形成した複数の巻線に、磁性体コアを組み込んでなる巻線部品であって、少なくとも１つの前記導体が強化絶縁電線からなり、かつ、少なくとも１つの前記巻線の少なくとも一部を絶縁保護用テープで覆ってなることを特徴とする巻線部品が得られる。

本発明によれば、前記絶縁保護用テープは、両面に、テープ幅方向に所定の幅で形成した粘着層を有するテープを、所定の長さに切断したテープ片であることを特徴とする巻線部品が得られる。

本発明は、作業性に優れ、且つ容易に３層絶縁電線の外部ストレスに対する絶縁被膜の保護が可能となり、高絶縁性の維持、向上が可能となる。

また、保護用テープは両面に粘着層を形成しているので、保護箇所でのテープ片の固定が確実にでき、片面粘着テープの場合では避けられなかった折り返し後のテープ片のズレやめくれが無くなるので、その後の層間テープや最外装テープも、容易に巻く事ができ、作業性向上と工数削減が可能となる。更に、テープ片のズレやめくれによる巻乱れや巻太りを抑え、その結果、磁気結合性の低下を抑えることができる。

更に、上記の保護は、端子に絡げた電線の絶縁被膜を半田槽への浸漬等により熱剥離して端子と接合するが、その際の半田熱の伝導により、絡げ部近傍の被膜状態が変化し絶縁性を劣化するのを防止する対策として有効である。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１、図２、図３は、本発明の巻線部品に使用する保護用テープの構造を説明する図で、各図（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）はＡ−Ａ断面摸式図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ断面摸式図、図３（ｂ）はＣ−Ｃ断面摸式図、各図（ｃ）はテープ折り返し後の状態断面摸式図をそれぞれ示す。また、保護用テープの粘着面１ｂは斜線で表示している。

図１に示す保護用テープ１は、テープ幅Ｗ方向の所定の幅で粘着面１ｂが互いに表裏面で互い違いに配した構造を有し、それぞれの粘着面１ｂの反対側の面には粘着部が無い、基材面１ａが各々露出するように形成した構造である。上記の粘着面１ｂの幅はテープ幅Ｗのほぼ１／２とし、粘着面積を略等しくし、その境界部をテープの折り返し部となるように形成するのが好ましい。

保護用テープ１は、上記構成の他、片面のみに粘着層を有する一般的な２つの絶縁テープの粘着面１ｂ同士を対面させ、テープ幅Ｗ方向にずらし、小さい重なり部で貼り合わせて、図１に示した保護用テープ１と同様な、両面に粘着層を有するテープの形態としてもよい。

上記の構造以外に、図２に示すように、表裏の一方の面全体に粘着層を形成し、反対面は基材と粘着層が共存して配した構造や、図３に示すように、表裏面の両方の面全体に粘着層を形成した、いわゆる両面テープの構造であってもよい。しかしながら、面全体に粘着層を形成した図２、図３の何れの構造の場合でも、図２（ｃ）と図３（ｃ）に示すように、テープを折り返した際のテープの総厚（ｈ２、ｈ３）が、図１（ｃ）に示した構造の総厚（ｈ１）に比べて粘着層の分だけ厚くなる、すなわちｈ３＞ｈ２＞ｈ１が成り立ち、巻き太りの原因となるので、図１に示した構造が最適である。

図４は、本発明の保護用テープを用いて、強化絶縁電線である３層絶縁電線の保護方法を説明する斜視図、図４（ａ）は３層絶縁電線の巻線開始前を示す図、図４（ｂ）は３層絶縁電線の巻線直後を示す図、図４（ｃ）はテープ折り返し後を示す図である。

図４（ａ）に示すように、図１に示した保護用テープ１を、テープ幅Ｗ方向と平行に所定の長さに切断したテープ片１ｃを用い、保護したい強化絶縁電線である３層絶縁電線が巻線される部位に、裏面の粘着面１ｂ側を予め貼っておく。次に、図４（ｂ）に示すように、３層絶縁電線が巻線される。その後、図４（ｃ）に示すように、テープ片１ｃの略半部を折り返して、表面の粘着面１ｂと３層絶縁電線と粘着固着する。

上記の切断する長さは、保護対象とする巻線の保護部と、該巻線と接近する他極巻線の引き出し部を共に覆うに足りる長さとし、ボビン形状、引き出し状態等により適宜調整するこが好ましい。

ここでは、１次側巻線４の引出部４ａと、２次側巻線５である３層絶縁電線の端部（最接近部）が互いにほぼ直交する箇所（近傍接点）にストレスが集中してかかり、被膜の損傷を受け易くなるため、当該引き出し箇所の２次側巻線５の線縁部に保護用テープ１を施した場合を示しているが、２次側巻線５の損傷箇所と近接する、１次側巻線４の線縁部に保護用テープ１を施してもよい。

また、上記、保護用テープ１の実施箇所の他、巻線時に電線の絶縁被膜にストレスがかかり易いボビン２の巻線枠の角部に施してもよく、ボビン形状、線径等により実施箇所を適宜選定するのが好ましい。なお、保護用テープを施す箇所を多くすると、作業工数や部材費の増大、巻太りの要因にもなるので、要求される絶縁強度を考慮し、最小限に止めるのが望ましい。具体的な保護箇所は、１次側巻線４の引出部では２次側巻線５の線縁部を保護し、一方、２次側巻線５の引出部では１次側巻線４の線縁部を保護するのが好ましい。

このように電線に保護用テープ１を施すことで、半田処理時の半田熱による導体の絶縁被膜の変化による絶縁性低下も補うことができ、実質的な絶縁強度の維持、確保が可能となる。

上記巻線後、図示しないＥＩ型やＥＥ型の磁性体コア７を装配し、コア接合面を接着剤で固着、又はコア外周を絶縁テープで巻回して固定し、巻線部品が完成する。

保護用テープ１は、基材の材質が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）などの可とう性を有する熱可塑性樹脂を用い、耐熱性も考慮し、適宜選定するのが好ましい。また、薄型化のためにフィルム状のテープが望ましく、その厚さは基材が薄すぎて破れない程の機械的強度と絶縁強度を有する２０μｍ〜５０μｍ厚程度とするの好ましい。また、粘着剤は、材質がアクリル系、ゴム系、エポキシ系などの何れの樹脂を用いてもよく、また層厚は薄型化のために１０μｍ〜３０μｍ厚程度とするのが好ましい。

ボビン２は、材質がエポキシ系、フェノール系の熱硬化性樹脂や、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ナイロン系の熱可塑性樹脂の何れでもよい。また、巻線枠の断面形状は、方形または多角形や略円形の何れでもよいが、低背型に有効な長方形、長円形とするのが好ましく、更に、絶縁性の観点から、巻線材の絶縁被膜への機械的損傷を避けるため、角部はＣ面やＲ面を有する断面形状とするのがより望ましい。

端子３ａ、３ｂは、材質が適度な剛性と導電性を有し、かつ汎用的でコスト性に優れた銅覆鋼線（ＣＰ線）や硬銅線が好適である。また、断面形状は、円形、方形、多角形など何れでもよい。

１次側巻線４は、機能絶縁（functional insulation）の絶縁カテゴリーに属する、エナメル被覆電線等の一般的な単層絶縁電線であれば何れの電線でもよく、安価で汎用的なポリウレタン被覆電線（ＵＥＷ線）を用いるのが好ましい。

２次側巻線５として用いる強化絶縁電線は、強化絶縁（Reinforced insulation）の絶縁カテゴリーに属する電線であれば何れの電線でもよいが、絶縁被膜を溶融半田で熱剥離でき、作業性がよく汎用的な３層絶縁電線を用いるのが好ましい。

なお、上記の１次側巻線４と２次側巻線５は、少なくとも一方が３層絶縁電線等の強化絶縁電線が用いられていればよく、１次側巻線のみ、または２次側巻線のみ、あるいは両方または複数巻線の場合はその全ての何れに用いてもよい。但し、コスト面で、強化絶縁電線はエナメル被覆電線等の単層絶縁電線に比べ非常に高価であるため、通常は巻数や使用量の少ない２次側巻線のみに適用するのが好ましい。

磁性体コア７は、材質が高透磁率、低損失の磁気特性を有し、高周波対応に好適なＭｎ−Ｚｎ系またはＮｉ−Ｚｎ系のフェライト材を用いるのが好ましい。その他、圧粉ダストコア、アモルファス等の磁性材料でもよく、用途に応じた磁気特性に合わせて材質を選択するのが好ましい。また、形状はＥＥ型やＥＩ型コアを用い、磁性体コアの中脚形状は方形または多角形や略円形の何れでもよいが、低背型に有効な長方形、長円形とするのが好ましい。

絶縁テープ８は、上記保護用テープ１と同様に、基材の材質が、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）などの可とう性を有する熱可塑性樹脂を用い、耐熱性も考慮し、適宜選定するのが好ましい。また、薄型化のためにフィルム状のテープが望ましく、その厚さは基材が薄すぎて破れない程の機械的強度と絶縁強度を有する２０μｍ〜５０μｍ厚程度とするの好ましい。また、粘着剤は、材質がアクリル系、ゴム系、エポキシ系などの何れの樹脂を用いてもよく、また層厚は薄型化のために１０μｍ〜３０μｍ厚程度とするのが好ましい。更に、巻回数も絶縁性と磁気結合性を考慮し、適宜調整するのが好ましい。

以下、実施例を用いて詳述する。

ボビン２として、フェノール系の熱硬化性樹脂を用い、巻幅８ｍｍ、巻深さ１．５ｍｍの巻線枠と両鍔部、縦８ｍｍ、高さ３ｍｍの長方形で角部が曲率半径０．５ｍｍの断面形状を有する巻芯部を有し、端子３ａ、３ｂとして、表面を半田メッキ処理した外径０．６φ、長さ７ｍｍの銅覆鋼線（ＣＰ線）を前記両鍔部の実装面側に各々２本ずつ圧入して立設したものを用意した。

上記ボビン２の巻線枠に、１次側巻線４として、線径０．１φの単層絶縁電線（ＵＥＷ線）を２９０ターン、往復４層巻きし、端子３ａに絡げて結線した。更に、１次側巻線４の上面に層間の絶縁テープ８としてポリエステルテープを２層巻回した。

続いて、保護用テープ１として、幅９ｍｍ、２５μｍ厚のポリエステル基材に、幅４ｍｍ、３０μｍ厚のアクリル系の粘着剤を、基材の長さ方向に、かつ基材両面に互い違いに塗布したものを、テープ幅Ｗ方向と平行に切断した、縦９ｍｍ×横５ｍｍ寸法の図１に示したテープ片１ｃを、図４（ａ）に示すように１次側巻線４の端子３ａへの引出部４ａの２本を覆い、かつ前記層間の絶縁テープ８の上面に保護用テープ１の粘着面１ｂを接触させて貼り付けた。

次に、２次側巻線５として、線径０．３φの３層絶縁電線（品名：ＴＥＸ−Ｅ線、古河電気工業社製）を１３ターン、１層巻きし、図４（ｂ）に示すように端子３ｂに絡げて結線した。その後、図４（ｃ）に示すように前記テープ片１ｃの略半分を折り返して２次側巻線５の上面に貼り付け固定し、更に、該折り返し部を含む２次側巻線５の上面に最外層の絶縁テープ８としてポリエステルテープを２層巻回した。

その後、端子３ａ、３ｂの絡げ部を半田処理し、最後に、磁性体コア７として、外形が１７．５×７×５ｍｍで、中脚形状が低背型に有効な長方形としたＥ型のＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアを１組（２個）用い、ボビン２の巻芯部に中脚部を挿配してコア外周を絶縁テープで巻回して固定し、本発明の巻線部品を作製した。

（比較例）
実施例と同一部材、同一巻線仕様で、保護用テープを従来の片面のみに粘着層を有するテープを用いた比較例１の巻線部品と、保護テープを施さない比較例２の巻線部品を作製した。

上記の要領で作製した、実施例、比較例の各巻線部品について、試料数ｎ＝３０とし、巻線高さ（巻き太り状態）、１次側巻線−２次側巻線間の絶縁破壊強度を測定し、各々の平均値を算出し、更に、各試料を解体して、保護用テープの折り返し部の捲れ、折曲げ等の有無について確認し、それらの比較結果を表１に示した。

表１に示すように、本発明の実施例では、保護用テープのめくれが、片面粘着層の比較例１では１０個の発生に対しゼロとなり、また、絶縁破壊強度が、保護用テープの無い比較例２に比べ、約１５％向上することがわかった。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

本発明の巻線部品により、各種電子機器に搭載される絶縁トランス等において、磁性体コア、１次側巻線、２次側巻線の各々の間の絶縁性を確保、維持すると共に、低背型でかつ実装面積の小さい、特に、電話、デジタルカメラ、ゲーム機等の携帯端末機器の小型充電器や薄型テレビ等に搭載される絶縁トランスに好適な巻線部品の提供が可能となる。

本発明による保護用テープの構造を説明する図、図１（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）はＡ−Ａ断面摸式図、図１（ｃ）はテープ折り返し後の状態断面摸式図。 本発明による保護用テープの構造を説明する図、図２（ａ）は全体斜視図、図２（ｂ）はＢ−Ｂ断面摸式図、図２（ｃ）はテープ折り返し後の状態断面摸式図。 本発明による保護用テープの構造を説明する図、図３（ａ）は全体斜視図、図３（ｂ）はＣ−Ｃ断面摸式図、図３（ｃ）はテープ折り返し後の状態断面摸式図。 本発明による保護用テープを用いて強化絶縁電線である３層絶縁電線の保護方法を説明する斜視図、図４（ａ）は３層絶縁電線の巻線開始前を示す図、図４（ｂ）は３層絶縁電線の巻線直後を示す図、図４（ｃ）はテープ折り返し後を示す図。 従来の巻線部品を説明する図、図５（ａ）は正面断面図、図５（ｂ）は２次側巻線５の引き出し部の拡大断面図。

符号の説明

１ 保護用テープ
１ａ 基材面
１ｂ 粘着面
１ｃ テープ片
２ ボビン
２ａ、２ｂ 鍔部
２ｃ 巻線部
２ｄ 伸長部
３、３ａ、３ｂ 端子
４ １次側巻線
４ａ 引出部
５ ２次側巻線
６ 半田溶融部
７ 磁性体コア
８ 絶縁テープ
ｈ１、ｈ２、ｈ３ 総厚
Ｗ テープ幅
Ｐ、Ｍ 沿面距離
Ｘ 近接部

Claims (2)

1. 絶縁被膜で覆われた複数の導体をボビンに積層させて巻回して形成した複数の巻線に、磁性体コアを組み込んでなる巻線部品であって、少なくとも１つの前記導体が強化絶縁電線からなり、かつ、少なくとも１つの前記巻線の少なくとも一部を絶縁保護用テープで覆ってなることを特徴とする巻線部品。
2. 前記絶縁保護用テープは、両面に、テープ幅方向に所定の幅で形成した粘着層を有するテープを、所定の長さに切断したテープ片であることを特徴とする請求項１記載の巻線部品。

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