JP2016134273A - 絶縁電線及びそれを用いたコイル並びに絶縁電線の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源トランス用スイッチングコイル等に用いられ、コイルの小形化や占積率の向上を実現できる絶縁電線及びそれを用いた電子部品を安価に提供する。【解決手段】素線１の構成金属と錯体を形成してなる化合物皮膜２で被覆された化合物皮膜被覆素線３と、化合物皮膜被覆素線３を複数本撚り合わせた撚り線４の外周に被覆された絶縁層５とを有する絶縁電線１０によって上記課題を解決する。その化合物皮膜２が、構成金属と錯体を形成するイミダゾール化合物であることが好ましく、化合物皮膜２及び絶縁層５が、はんだ付け温度で分解する材料で構成されていることが好ましい。また、こうした絶縁電線１０を用いてなる電子部品２０により上記課題を解決する。【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁電線及びそれを用いた電子部品に関し、さらに詳しくは、電源トランス用スイッチングコイル等に用いられ、コイルの小形化や占積率の向上を低コストで実現できる絶縁電線及びそれを用いた電子部品に関する。

チョークコイル、トランス、インダクタンス等の電子部品には、複数の絶縁被覆銅線を撚り合わせたリッツ線や、そのリッツ線をさらに絶縁被覆した絶縁電線等が用いられている。これらの絶縁電線は、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波領域における表皮効果による交流抵抗の上昇を抑える目的で、撚り合わせる素線１本ずつがエナメル皮膜等で絶縁されている。

例えば特許文献１には、高周波領域における電気的特性の向上を可能とするリッツ線が提案されている。この技術は、エナメル線が複数本撚り合わされたリッツ線において、撚り合わされたエナメル線の外側にはんだ付け性紫外線硬化型樹脂層が設けられており、その結果、従来に比べエナメル皮膜厚を薄くして仕上外径を小さくすることができるようになるというものである。また、特許文献２には、占積率に優れしかも部分放電や電磁振動劣化を低減できる新規なリッツ線が提案されている。この技術は、導体の上にエナメル絶縁被覆を有するエナメル線を、７本撚合せ、円形ダイスを通すことによりエナメル線に損傷を与えない程度に圧延し外径を圧縮した後、自己融着層を塗布焼付して得るというものである。

また、リッツ線の端末処理方法として、一般的に、はんだ付けが行われているが、エナメル塗料の種類によりそのままはんだ付けが可能である場合や、薬品や機械加工により素線の表面皮膜を除去してからはんだ付けする場合がある。また、リッツ線をさらに絶縁被覆した絶縁電線においては、絶縁被覆をストリッパー等で除去した後に、そのまま又は表面被覆を除去した後にはんだ付けすることがある。

特開平５−２５０９２６号公報 特開平６−１１９８２５号公報

特許文献１で提案された技術は、リッツ線の外側に紫外線硬化型樹脂で薄く絶縁被覆するというものであり、また、特許文献２で提案された技術は、撚り合わせるエナメル線を圧延したものであり、いずれも、各素線に設けられた絶縁皮膜は、数μｍ程度の厚さになっている。例えば特許文献１に記載の導体径０．３ｍｍφ２種ポリウレタンエナメル線は、皮膜厚さが１０μｍ〜１８μｍであり、仮に３種である場合は、皮膜厚さが７〜１３μｍ程度となる。そのため、リッツ線の外側に特許文献１に記載のような紫外線硬化型樹脂で薄く絶縁被覆した場合であっても、仕上がり外径は、リッツ線を構成する素線のエナメル皮膜厚さに大きく影響されるものとなる。そのようなリッツ線を使用したコイルは、エナメル皮膜厚さの分だけ占積率が低いものとなってしまう。

また、前述のリッツ線をそのままはんだ付けする場合は、絶縁皮膜の焼けカスや酸化物が異物として端末に付着して接続不良を発生させる問題や、裸線と比較してはんだ付け条件が高温かつ長時間になるので、はんだ食われによる導体の細りを起因としたコイルの品質、歩留りが低下してしまう問題があり、絶縁皮膜を除去してからはんだ付けする場合は、工数の増加や皮膜除去時の断線等の問題があった。また、前述のリッツ線は、素線の１本１本にエナメル塗布と高温乾燥とを繰り返してエナメル皮膜を施したエナメル線を複数本撚り合わせて得ているため、製造工程が多く、結果として単線の絶縁電線等と比較して大幅に高価なものになっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電源トランス用スイッチングコイル等に用いられ、コイルの小形化や占積率の向上を実現でき、更にはんだ付けが容易に行うことが可能な絶縁電線及びそれを用いた電子部品を安価に提供することにある。

（１）上記課題を解決するための本発明に係る絶縁電線は、素線の構成金属と錯体を形成してなる化合物皮膜で被覆された化合物皮膜被覆素線と、該化合物皮膜被覆素線を複数本撚り合わせた撚り線の外周に被覆された絶縁層とを有することを特徴とする。

この発明によれば、素線の構成金属と錯体を形成してなる化合物皮膜で被覆された化合物皮膜被覆素線を有するので、被覆された化合物皮膜の厚さは薄く、その化合物皮膜で被覆された化合物皮膜被覆素線を撚り合わせた撚り線の外周に絶縁層を被覆してなる絶縁電線の外径を小さくすることができる。その結果、この絶縁電線を用いることにより、コイルの小形化を実現することができるとともに、単位体積当たりの絶縁電線の占有率を高めることができる。また、化合物皮膜の形成は、化合物溶液と素線とを接触させ、乾燥させることにより行うことができるので、従来のエナメル皮膜と比べて簡易な装置で形成することができ、短時間に極めて効率的に撚り線を作製することができる。このため、それを用いた絶縁電線を安価に提供することができる。

本発明に係る絶縁電線において、前記化合物皮膜が、前記構成金属と錯体を形成するイミダゾール化合物であることが好ましい。

本発明に係る絶縁電線において、前記化合物皮膜が、はんだ付け温度で分解する材料で構成されていることが好ましい。

本発明に係る絶縁電線において、前記絶縁層が、絶縁性塗布皮膜、絶縁性押出樹脂、又は絶縁性テープであることが好ましい。

（２）上記課題を解決することができる本発明に係る電子部品は、上記本発明に係る絶縁電線を用いて形成してなることを特徴とする。

この発明によれば、厚さの薄い化合物皮膜で被覆された化合物皮膜被覆素線を有する絶縁電線を用いるので、絶縁電線の外径を小さくすることができ、コイルの小形化を実現することができるとともに、単位体積当たりの絶縁電線の占有率を高めることができる。

本発明に係る絶縁電線によれば、素線の構成金属と錯体を形成してなる化合物皮膜で被覆された化合物皮膜被覆素線を有するので、被覆された化合物皮膜の厚さは薄く、その化合物皮膜で被覆された化合物皮膜被覆素線を撚り合わせた撚り線の外周に絶縁層を被覆してなる絶縁電線の外径を小さくすることができる。また、端末処理の際にはんだ付けを容易に行うことができる。また、絶縁電線を安価に提供することができる。

本発明に係る電子部品によれば、上記した絶縁電線を用いてコイル（電子部品）を構成したので、コイルの小形化を安価で実現することができるとともに、単位体積当たりの絶縁電線の占有率を高めることができる。

本発明に係る絶縁電線の一例を示す断面構成図である。 図１の絶縁電線の説明図である。 本発明に係る電子部品の例を示す断面構成図（Ａ）（Ｂ）である。

以下、本発明に係る絶縁電線及びそれを用いた電子部品について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は図示の実施形態に限定されるものではない。

［絶縁電線］
本発明に係る絶縁電線１０は、図１及び図２に示すように、素線１の構成金属と錯体を形成してなる化合物皮膜２で被覆された化合物皮膜被覆素線３と、その化合物皮膜被覆素線３を複数本撚り合わせた撚り線４の外周に被覆された絶縁層５とを有する。

この絶縁電線１０では、化合物皮膜２の厚さはその性質上薄くなり、得られた絶縁電線１０の外径を小さくすることができる。その結果、この絶縁電線１０を用いることにより、コイルの小形化を低コストで実現することができるとともに、単位体積当たりの絶縁電線１０の占有率を高めることができる。

以下、各構成について説明する。本願において、絶縁層５が単層又は積層であっても、まとめて「絶縁層５」ということがある。

（素線）
素線１は、撚り線４を構成する導体である。好ましくははんだ付け可能な導電性の導体であることが好ましい。素線１の材質としては、銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金、銅クラッドアルミニウム等の複合材料、それらに他の金属がめっきされためっき材料であってもよい。

素線自体がはんだ付け可能であってもよいし、導体自体がはんだ付けできない場合には、めっき等によってはんだ付け可能にしてもよい。めっき等で設けられるはんだ付け可能な金属としては、錫、はんだ、ニッケル、金、銀、銅、パラジウム、又はそれらの１種若しくは２種以上の合金を挙げることができる。

素線１の直径は特に限定されないが、例えば、０．０３ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下の程度とすることができる。このような素線１は、任意の太さの母材を熱間加工や冷間加工等して得ることができる。

（化合物皮膜）
化合物皮膜２は、素線１を構成する金属と錯体を形成してなる化合物の皮膜であり、素線１の外周に設けられている。そうした化合物は、素線１の構成金属と錯体を形成する性質を持つ化合物であればよい。この化合物皮膜２の抵抗値は従来のエナメル皮膜ほど高くはないが、数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの高周波領域における交流抵抗の上昇は、従来のエナメル皮膜を施した素線とほぼ同等の結果を得ることができる。

化合物としては、イミダゾール、アミン有機酸塩等を挙げることができる。なかでも、下記化学式１に示すイミダゾールを好ましく挙げることができる。このイミダゾールは、上市されているものから入手可能である。イミダゾールが、素線１を構成する例えば銅と反応することにより、下記化学式２，３に示す銅イミダゾール錯体が形成される。化合物皮膜２は、こうした銅イミダゾール錯体で形成された皮膜である。

化合物皮膜２は、化合物が素線１を構成する例えば銅と反応して得られる層であり、厚さは、０．０１μｍ以上、０．５μｍ以下であることが好ましい。この範囲内の厚さで化合物皮膜２が設けられているので、素線１の酸化を防止でき、はんだ濡れ性を優れたものとすることができる。さらに、最終的な絶縁電線１０の直径を小さくするのに貢献できる。また、化合物皮膜２は、従来のエナメル皮膜のように厚くないので、はんだ付け時の焼けカスが非常に微量であり、はんだ接続部における焼けカスに起因する問題が発生しにくいという利点がある。なお、従来においては、エナメル皮膜がウレタン等の耐熱温度の低いものはそのままはんだ付けが可能であるが、その際にはんだカスが発生し、はんだ異物として付着し、接続不良を発生させる可能性があった。また、ポリイミド等の耐熱温度の高いものについては、はんだ付けする前に薬品や機械加工によりエナメル皮膜を除去してからはんだ付けする必要があり、加工工数が大幅に掛かってしまっていた。

また、化合物皮膜２は、こうした薄い厚さを有するので、薄い化合物皮膜２で被覆された化合物皮膜被覆素線３を撚り合わせた撚り線４の外周に後述する絶縁層５を被覆してなる絶縁電線１０の外径を小さくすることができる。

化合物皮膜２は、はんだ付け温度で分解する材料で構成されていることが好ましい。このときのはんだ付け温度とは、２００℃〜４５０℃の範囲内のいずれかの温度である。上記したイミダゾール、アミン有機酸塩は、いずれもはんだ付け温度で分解するので、最終的な端末処理時にはんだ付けでの端末処理を行うことができる。

化合物皮膜２の形成は、化合物溶液と素線１とを接触させ、乾燥させることにより行うことができる。接触手段としては、化合物溶液中に素線１を浸漬させてもよいし、素線１に化合物溶液を塗布又は吹き付ける等してもよい。乾燥は、化合物溶液を構成する溶媒（例えば水又は有機溶媒等）を除去するために行われる。こうした化合物皮膜２の形成工程は、従来のような焼き付け工程が不要となり、工数を下げることができる。また、前記した接触手段を施した後は、乾燥等をして化合物皮膜２を形成することができる。また、塗布等の接触手段を行いながら、直ぐ後に撚り合わせ工程を設けることもでき、この場合には、化合物皮膜２の形成と撚り線加工とを連続して行うことができるので、従来のエナメル皮膜と比べて簡易な装置で形成することができ、短時間に極めて効率的に撚り線４を作製することができる。このため、それを用いた絶縁電線１０を安価に提供することができる。

（撚り線）
撚り線４は、化合物皮膜２で被覆された化合物皮膜被覆素線３を複数本撚り合わせたものである。撚り合わせとしては、集合撚りや同心撚り等を挙げることができ、撚り線に圧縮加工を施して更に外径を小さくしてもよい。撚りピッチ等については任意に設定され、特に限定されない。また、化合物皮膜被覆素線３の本数についても特に限定されず、要求される製品仕様やコイル仕様に応じて任意に設定される。

（絶縁層）
絶縁層５は、撚り線４の外周に被覆され、例えば絶縁性塗布皮膜、絶縁性押出樹脂、絶縁性テープであることが好ましい。この絶縁層５は、はんだ付け温度で分解する材料で構成されていてもよく、その場合には、はんだ付けによって端末処理を行うことができる。

絶縁層５の構成材料としては、絶縁電線を構成する各種の樹脂を挙げることができる。例えば、はんだ付け可能な絶縁層を形成できる樹脂としては、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。これらのうち、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂が好ましい。また、はんだ付け性は可能ではないが、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）、エチレン−四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、フッ素化樹脂共重合体（ペルフルオロアルコキシフッ素樹脂：ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニルサルファイド（ＰＰＳ）、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）等を挙げることもできる。

絶縁層５は、絶縁性塗布皮膜、絶縁性押出樹脂、絶縁性テープであれば、単層であってもよいし積層であってもよい。絶縁層５を積層形態とする場合、前記した同一又は異なる熱硬化性樹脂層を２層以上設けてもよいし、熱硬化性樹脂層上に熱可塑性樹脂層を積層させてもよい。また、熱可塑性樹脂層はテープ巻きと押出しを組み合わせて積層してもよい。

絶縁層５の形成方法として、熱硬化性樹脂材料で絶縁層５を形成する場合の組成物は、熱硬化性樹脂材料のほか、架橋剤や溶剤が含まれる。また、必要に応じて各種の添加剤が含まれる。それらの架橋剤、溶剤及び添加剤は特に限定されない。絶縁層５は、形成用組成物を塗布して形成されたり、テープ巻きして形成されたり、押し出し成形によって形成される。

絶縁層５の厚さは、単層や積層にかかわらず特に限定されないが、通常は、２０μｍ以上であることが好ましい。絶縁層５の厚さが２０μｍ未満では、薄すぎて十分な絶縁性を確保することができないことがある。

［電子部品］
本発明に係る電子部品２０は、図３（Ａ）に示すように、上記した本発明に係る絶縁電線１０を用いて形成してなる。この電子部品２０は、外径の小さい絶縁電線１０を用いるので、コイルの小形化を実現することができるとともに、単位体積当たりの絶縁電線の占有率を高めることができる。

図３はコイル（電子部品２０）の断面図であり、（Ａ）は本発明に係る絶縁電線１０をボビン２１に巻き付けたときの断面図であり、（Ｂ）は外径の大きい従来の絶縁電線２２をボビン２１に巻き付けたときの断面図である。図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、同一寸法のボビンに絶縁電線を同じ巻数で巻き付けたとき、本発明に係る絶縁電線１０を巻いたときの巻き厚さａの方が、従来の絶縁電線２２を巻いたときの巻き厚さｂに比べて小さくなる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しくて説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

［実施例１］
素線１として直径０．１ｍｍの銅線を２１本準備した。２１本の素線１を５０ｍ／分の速度でイミダゾール水溶液中に０．３秒間浸漬し、引き続いて１３０℃で乾燥して、厚さ０．１μｍの化合物皮膜２が設けられた化合物皮膜被覆素線３を形成した。２１本の化合物皮膜被覆素線３をそのまま、ピッチ１８ｍｍで撚り、直径約０．５３ｍｍの撚り線４を作製した。なお、イミダゾール水溶液としては、イミダゾール５質量％、酢酸１０質量％、他添加剤０．５質量％程度含有させた水溶液を用いた。

次いで、撚り線４上に、ＰＥＴテープを三層巻きつけて厚さ８５μｍの絶縁層５を形成した。こうして直径約０．７０ｍｍの絶縁電線１０を作製した。

［実施例２］
実施例１において、２１本の素線１を１０ｍ／分の速度でイミダゾール水溶液中に１．５秒間浸漬し、引き続いて１３０℃で乾燥して、厚さ０．５μｍの化合物皮膜２が設けられた化合物皮膜被覆素線３を形成した。その他は、実施例１と同様にして、撚り線４及び絶縁電線１０を作製した。

［比較例１］
従来のエナメルリッツ線を作製した。素線１として直径０．１ｍｍの銅線を２１本準備した。２１本の素線１それぞれを従来工法でエナメル塗布と３６０℃での加熱乾燥を５回繰り返してエナメル焼き付けし、厚さ３μｍのエナメル層が設けられた化合物皮膜被覆素線３を形成し、ボビンにそれぞれ巻き取った。その後、２１個のボビンから化合物皮膜被覆素線３を繰り出し、ピッチ１８ｍｍで撚り、直径約０．５６ｍｍリッツ線を作製した。なお、エナメル塗布材料は、ポリウレタン樹脂塗料（商品名：ＴＰＵ
Ｆ２−ＮＣ、東特塗料株式会社製）を溶剤で希釈して用いた。

次いで、リッツ線上に、ＰＥＴテープを三層巻きつけて厚さ８５μｍの絶縁層５を形成した。こうして直径約０．７３ｍｍの外径の大きい従来の絶縁電線２２を作製した。

［高周波領域における交流抵抗の評価］
実施例１，２及び比較例１で作製した絶縁電線を用い、アジレント・テクノロジー社製のＨＰ４２８４ＡプレシジョンＬＣＲメータにて高周波領域における交流抵抗を評価した。その評価に際しては、絶縁電線を外径８７ｍｍのボビンに５ターン巻きつけてコイル形状にして測定した。結果を表１に示す。表１の結果より、実施例１，２の絶縁電線１０は、比較例１と同等の結果が得られ、高周波領域における交流抵抗の上昇が抑えられる絶縁電線として使用できることを確認した。

［はんだ付け評価］
実施例１，２及び比較例１で作製した撚り線４及びリッツ線を用いてはんだ付けを評価した。はんだ付けは、撚り線４及びリッツ線の片側の端部から１０ｍｍの長さを３００℃、３５０℃、３７０℃、４００℃、４３０℃に温度設定した溶融はんだ（はんだ種類：千住金属工業株式会社製、Ｍ３１）にはんだが付くまでの時間接触させ、その時間を測定した。接触は、溶融はんだ槽に昇降させる移動浸漬法で行った。その結果を表２に示す。表２の結果より、実施例１，２の撚り線４は、比較例１のリッツ線よりも短時間ではんだ付けすることができた。また、実施例１，２の撚り線４は、エナメル層がないため、微量の焼けカスしか発生しないという利点があり、次の接続工程で問題を起こさない。

［細径化］
実施例１，２の絶縁電線１０は、直径約０．７０ｍｍであり、比較例１の絶縁電線２２は、直径約０．７３ｍｍであった。実施例１，２の絶縁電線１０は、高周波領域における交流抵抗が同程度の比較例１の絶縁電線２２に比べ、４％の細径化を図ることができている。

１ 素線
２ 化合物皮膜
３ 化合物皮膜被覆素線
４ 撚り線
５ 絶縁層
１０ 絶縁電線
２０ 電子部品
２１ ボビン
２２ 外径の大きい従来の絶縁電線

Claims (5)

1. 素線の構成金属と錯体を形成してなる化合物皮膜で被覆された化合物皮膜被覆素線と、該化合物皮膜被覆素線を複数本撚り合わせた撚り線の外周に被覆された絶縁層とを有することを特徴とする絶縁電線。
2. 前記化合物皮膜が、前記構成金属と錯体を形成するイミダゾール化合物である、請求項１に記載の絶縁電線。
3. 前記化合物皮膜が、はんだ付け温度で分解する材料で構成されている、請求項１又は２に記載の絶縁電線。
4. 前記絶縁層が、絶縁性塗布皮膜、絶縁性押出樹脂又は絶縁性テープ、及びそれらの組み合わせにより形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁電線。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁電線を用いて形成してなることを特徴とする電子部品。

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