JP2016207742A - モールドコイルの製造方法、モールドコイルの製造システム、及びモールドコイルの設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】仮に硬化樹脂内にボイドによる空隙が発生した場合であっても、その空隙による部分放電を抑制する。【解決手段】モールドコイルの製造方法は、導体を巻回して形成したコイル本体を液状の樹脂に浸してコイル本体の内部に樹脂を含浸させる含浸工程を備える。含浸工程は、パッシェンの法則を用いて雰囲気圧力と隣接する導体間の距離である絶縁距離との積に基づいて求められる最低火花電圧時の圧力よりも高い第１圧力になるように雰囲気圧力を調整する圧力調整処理、を含んでいる。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、モールドコイルの製造方法、モールドコイルの製造システム、及びモールドコイルの設計方法に関する。

例えば計器用変成器やモールド変圧器などの機器に用いられるもので、導体を巻回した後に樹脂注型したモールドコイルがある。このようなモールドコイルは、成形硬化した樹脂の内部にボイド（気泡）が発生し、そのボイドによってモールドコイル内に空隙が形成されることがある。すると、モールドコイルの使用時に空隙内で部分放電が発生し、その結果、モールドコイル自身や、モールドコイルに接続された機器などの寿命を低下させるおそれがある。そのため、従来は、樹脂注型を行う際に、樹脂注型用の型の内部を真空排気して雰囲気圧力を減圧し、樹脂内の空気を樹脂外に放出させることで、成形硬化した樹脂内にボイドによる空隙が発生することを抑制していた。

しかし、例えばコイル本体の導体の巻き方によっては、導体間に樹脂を十分に含浸させることが難しい。このため、成形硬化した樹脂内から空隙を完全に排除することは困難であった。

特開平９−２３２１７６号公報

そこで、仮に硬化樹脂内にボイドによる空隙が発生した場合であっても、その空隙による部分放電を抑制することができるモールドコイルの製造方法、モールドコイルの製造システム、及びモールドコイルの設計方法を提供する。

実施形態のモールドコイルの製造方法は、導体を巻回して形成したコイル本体を液状の樹脂に浸して前記コイル本体の内部に前記樹脂を含浸させる含浸工程を備える。前記含浸工程は、パッシェンの法則を用いて雰囲気圧力と隣接する前記導体間の距離である絶縁距離との積に基づいて求められる最低火花電圧時の圧力よりも高い第１圧力になるように前記雰囲気圧力を調整する圧力調整処理、を含んでいる。

また、実施形態のモールドコイルの製造システムは、導体を巻回して形成したコイル本体を収容することができる収容部を有し、前記収容部内に前記コイル本体が収容されるとともに液状の樹脂が貯留され、前記コイル本体が前記樹脂に浸されて前記コイル本体に前記樹脂を含浸させる含浸工程を行うことができる含浸装置と、前記収容部内の雰囲気圧力を調整することができる圧力調整装置と、前記含浸装置と前記圧力調整装置との駆動を制御する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記含浸工程において、前記圧力調整装置を駆動させることで、パッシェンの法則を用いて雰囲気圧力と隣接する前記導体間の距離である絶縁距離との積に基づいて求められる最低火花電圧時の圧力よりも高い第１圧力になるように前記雰囲気圧力を調整する圧力調整処理を実行することができる。

また、実施形態のモールドコイルの設計方法は、導体を巻回して形成したコイル本体を液状の樹脂に浸して前記コイル本体の内部に前記樹脂が含浸される含浸工程によって製造されるモールドコイルについて、前記モールドコイルの定格電圧に対して、隣接する前記導体間の電圧を、前記含浸工程時の雰囲気圧力と隣接する前記導体間の距離である絶縁距離とからパッシェンの法則によって求められる火花電圧よりも低い値に設定する。

第１実施形態による、モールドコイルの製造システムの概略構成の一例を示す図 第１実施形態について、含浸装置の概略構成の一例を示す図 第１実施形態について、製造システムで行われる工程の一例を示すフローチャート 第１実施形態について、含浸工程を示すフローチャート 第１実施形態について、各工程における収容部内の温度を示す図 第１実施形態について、各工程における収容部内の雰囲気圧力を示す図 パッシェン曲線の一例を示す図 第２実施形態ついて、制御システムで行われる工程を示すフローチャート 第２実施形態について、含浸工程を示すフローチャート 第２実施形態について、各工程における収容部内の雰囲気圧力を示す図

以下、複数の実施形態によるモールドコイルの製造方法及びモールドコイルの製造システムについて、図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。まず、図１及び図２を参照して、モールドコイルの製造システム１０（以下、製造システム１０と称する）の概略構成について説明する。図１に示す製造システム１０は、コイル本体９１を樹脂注型したモールドコイル９０を製造するための製造システムである。モールドコイル９０は、コイル本体９１を、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂いわゆるモールド樹脂９２で樹脂注型して構成される。コイル本体９１は、例えば図２に示すような絶縁被覆で覆われた線状の導体９１１やシート状の導体を巻回して形成されている。また、導体９１１の隣接する層間には、層間絶縁紙９１２が設けられている。

図１に示すように、製造システム１０は、含浸装置２０、圧力調整装置３０、樹脂供給装置４０、及び制御装置５０を備えている。含浸装置２０は、型２１を有している。型２１は、コイル本体９１内にモールド樹脂９２を含浸させる含浸工程の際に、液状のモールド樹脂９２を貯留するための容器である。型２１は、例えば金属製の金型であって、厚さ１〜５ｍｍ程度の鋼板を曲げ加工して形成された複数の部材を組み合わせて構成されている。

型２１は、本体部２１１と、蓋部２１２と、を有している。本体部２１１は、上方が開口した二重の円筒によって容器状に形成されており、その容器状の内側にコイル本体９１を収容する収容部２１３を有している。蓋部２１２は、本体部２１１の上側の開口を開閉するように設けられている。コイル本体９１は、蓋部２１２を開放した状態で、本体部２１１の収容部２１３に収容される。そして、コイル本体９１が収容部２１３内に収容された後、蓋部２１２によって収容部２１３の上部の開口が閉鎖される。

型２１は、注入口２１４、排気口２１５、及び樹脂流路２１６を有している。注入口２１４及び排気口２１５は、型２１の内部つまり収容部２１３内と、型２１の外部とを連通している。注入口２１４は、例えば蓋部２１２に設けられており、蓋部２１２の外方側は、供給管４１を介して樹脂供給装置４０に接続されている。また、注入口２１４の収容部２１３側は、樹脂流路２１６に接続されている。

樹脂流路２１６は、含浸装置２０の外部この場合樹脂供給装置４０から供給された液状のモールド樹脂９２を収容部２１３の底部へと導く経路である。例えば樹脂流路２１６は、管状であって、収容部２１３の内部において型２１の外周側に設けられている。樹脂流路２１６は、収容部２１３の上部から底部に亘って設けられている。そして、樹脂流路２１６の吐出口２１７は、収容部２１３の底部付近に設けられている。

樹脂供給装置４０は、液状のモールド樹脂９２を減圧して内部の空気を脱気した状態で、そのモールド樹脂９２を型２１の収容部２１３内に供給するものである。樹脂供給装置４０から吐出された液状のモールド樹脂９２は、供給管４１を通って注入口２１４から樹脂流路２１６に入る。そして、モールド樹脂９２は、樹脂流路２１６を通って収容部２１３の底部側に導かれて、吐出口２１７から収容部２１３内に注入される。モールド樹脂９２は、樹脂供給装置４０によって所定温度例えば５０〜６０℃程度の比較的低い温度に加熱され、流動性を有した状態で注入口２１４から収容部２１３内に注入される。

排気口２１５は、例えば蓋部２１２に設けられており、排気管３１を介して圧力調整装置３０に接続されている。圧力調整装置３０は、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘを調整することができる。この場合、圧力調整装置３０は、例えば減圧及び加圧を行うことができる両用ポンプである。すなわち、圧力調整装置３０は、収容部２１３内の空気を真空排気して収容部２１３内を減圧状態にすること、及び収容部２１３内に大気圧を超える圧力を加えて収容部２１３内を加圧状態にすることが可能である。なお、圧力調整装置３０は、減圧ポンプと加圧ポンプとを個別に有し、減圧ポンプと加圧ポンプとを切り替えるように構成したものでもよい。モールド樹脂９２の注入によって押された収容部２１３内の空気は、排気口２１５から排気管３１を通り、圧力調整装置３０によって収容部２１３の外部に排出される。

含浸装置２０は、加熱装置２２を一体に有している。加熱装置２２は、型２１の周囲に設けられており、型２１を加熱することで、収容部２１３内を加熱することができる。この場合、加熱装置２２は、型２１を加熱することで、間接的に収容部２１３内に注入されたモールド樹脂９２を加熱することができる。加熱装置２２は、例えば電磁誘導によって型２１に渦電流を生じさせて加熱するものや抵抗加熱によるものなどであるが、これら以外の加熱方式を採用することもできる。

また、含浸装置２０は、温度検出部２３を有している。温度検出部２３は、例えばサーミスタや熱電対などの温度センサであって、型２１に設けられている。温度検出部２３は、収容部２１３内に注入されたモールド樹脂９２の温度を直接的に検出するものでもよいし、型２１の温度を検出することで間接的に収容部２１３内のモールド樹脂９２の温度を検出するものでもよい。

加熱装置２２と、温度検出部２３と、圧力調整装置３０と、樹脂供給装置４０とは、それぞれ制御装置５０に電気的に接続されている。制御装置５０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び書き換え可能なフラッシュメモリなどを有するマイクロコンピュータを主体に構成されており、製造システム１０の全体を制御する。制御装置５０は、温度検出部２３の検出結果に基づいて、加熱装置２２、圧力調整装置３０、及び樹脂供給装置４０の駆動を制御することができる。

次に、製造システム１０で行われる各工程について、図３〜図７も参照して説明する。
まず、図１において、型２１の蓋部２１２が開放され、コイル本体９１が、型２１の収容部２１３内に配置される。そして、蓋部２１２が閉鎖されて収容部２１３が密閉された後、モールドコイルの製造工程が開始される（図３のスタート）。

モールドコイル９０の製造工程が開始されると、図３に示すように、まずステップ１０の脱気工程とステップＳ２０の予熱工程とが行われ、その後、ステップＳ３０の含浸工程と、ステップＳ４０の硬化工程と、ステップＳ５０の離型工程と、が順に行われる。この場合、ステップＳ１０の脱気工程とステップＳ２０の予熱工程とは、同時進行で行われる。なお、脱気工程が行われた後に予熱工程が行われてもよいし、逆に予熱工程が行われた後に脱気工程が行われてもよい。

ステップＳ１０の脱気工程は、ステップＳ３０の含浸工程の前に行われる工程である。脱気工程は、樹脂供給装置４０において、モールド樹脂９２を、大気圧より低く、かつ、後述する第１圧力Ｐ１よりも低い第２圧力Ｐ２で脱気する工程である。モールド樹脂９２の周囲の圧力を大気圧よりも低い圧力にすることで、液状のモールド樹脂９２内の空気を外部に放出する。これにより、モールドコイル９０内にボイドが発生することを抑制することができる。

ステップＳ２０の予熱工程は、ステップＳ３０の含浸工程の前に行われる工程であって、含浸工程においてモールド樹脂が貯留される容器すなわち型２１を予熱温度Ｔ０に加熱する工程である。ステップＳ２０で予熱工程が実行されると、制御装置５０は、加熱装置２２を駆動させることで、図５に示すように収容部２１３内を予熱温度Ｔ０まで上昇させる。予熱温度Ｔ０は、例えば１００℃程度である。予熱処理を行うことで、型２１の収容部２１３内及びコイル本体９１が乾燥するとともに、収容部２１３内及びコイル本体９１の温度分布が均一になる。これにより、次の含浸工程で収容部２１３内に注入されるモールド樹脂９２の流動性を向上させることができる。

図３のステップＳ３０の含浸工程は、コイル本体９１の内部にモールド樹脂９２を含浸させる工程である。この場合、コイル本体９１の内部とは、図２に示すように、主に隣接する導体９１１間及び層間絶縁紙９１２間を意味する。含浸工程が実行されると、制御装置５０は、図４に示すように、ステップＳ３１において圧力調整処理を実行する。圧力調整処理は、パッシェンの法則に基づいて求められる最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０よりも、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘが高い値になるように、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘを調整する処理である。

ここで、パッシェンの法則によれば、次の式（１）で示すように、平行な電極間で火花放電が生じる火花電圧Ｖが、気体の圧力Ｐと電極間の絶縁距離Ｌの積の関数であることがわかる。
Ｖ＝Ｆ（Ｐ・Ｌ）・・・式（１）

図７は、絶縁距離Ｌを変化させた場合における火花電圧Ｖと気体の圧力Ｐとの関係を示したパッシェン曲線を示している。この場合、曲線Ａは、絶縁距離Ｌ＝１．００（ｍｍ）のパッシェン曲線を示している。曲線Ｂは、絶縁距離Ｌ＝０．４０（ｍｍ）のパッシェン曲線を示している。曲線Ｃは、絶縁距離Ｌ＝０．１０（ｍｍ）のパッシェン曲線を示している。そして、曲線Ｄは、絶縁距離Ｌ＝０．０４（ｍｍ）のパッシェン曲線を示している。火花電圧Ｖは、各パッシェン曲線Ａ〜Ｄで示すように、最低火花電圧Ｖｍｉｎを最下点にして、二次曲線的に増加する。すなわち、最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０を境界にして、圧力Ｐの減少側又は増加側のいずれの領域においても、火花電圧Ｖが高くなっている。

本実施形態において、例えば図２に示すように、モールド樹脂９２内に複数の小さなボイド（気泡）が生じ、その複数のボイドが集まることによって、モールドコイル９０内に空隙９３が生じることがある。この場合、上述の絶縁距離Ｌは、隣接する導体９１１間の絶縁距離Ｌ１に相当し、上述の圧力Ｐは、モールドコイル９０内の空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙに相当する。ここで、空隙９３内には、含浸工程時における収容部２１３内の空気が封入されている。この場合、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙは、モールド樹脂９２からの揮発成分、水分、構造的要因、注入時や硬化時の温度など複数の要因が関係して定まる。そのため、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙは、含浸工程時の収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘと同一の値にはなり難く、また、どの程度の値となっているかを把握することは困難である。しかし、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙは、モールド樹脂９２からの揮発成分などによって、含浸工程時の収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘよりも高くなる傾向がある。

この場合、上述したパッシェンの法則によれば、火花電圧Ｖは、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙと導体９１１間の絶縁距離Ｌ１とによって定まるところ、導体９１１間の絶縁距離Ｌ１は、コイル本体９１の設計段階で決定されるため、コイル本体９１に固有の値である。したがって、モールドコイル９０内に生じた空隙９３で絶縁劣化を起こすか否かは、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙ、つまり含浸工程時における収容部２１３の雰囲気圧力Ｐｘに大きく依存する。

そこで、制御装置５０は、図４のステップＳ３１で示すように、含浸工程において圧力調整処理を実行する。これにより、制御装置５０は、圧力調整装置３０を駆動させて、図６に示すように含浸工程時における収容部２１３の雰囲気圧力Ｐｘを第１圧力Ｐ１に調整（この場合、減圧）する。第１圧力Ｐ１は、コイル本体９１の隣接する導体９１１間の絶縁距離Ｌ１について、パッシェンの法則に基づいて求められた最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０よりも高い圧力である。この場合、第１圧力Ｐ１は、上述した最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０よりも大きく、かつ、大気圧Ｐｔ未満の値である。ちなみに、本実施形態の場合、大気圧Ｐｔは、約１００（ｋＰａ）としている。

また、本実施形態において、第１圧力Ｐ１は、図７のパッシェンの法則に基づいて、コイル本体９１の隣接する導体９１１間の分担電圧Ｖｄにおける圧力Ｐｄよりも高い値に設定されている。この分担電圧Ｖｄは、モールドコイル９０の定格電圧における導体９１１間の分担電圧を意味する。

例えば、図７を参照して、分担電圧Ｖｄが３００Ｖである場合について説明する。この場合、導体９１１間の絶縁距離Ｌ１が１．００（ｍｍ）であれば、分担電圧Ｖｄ＝３００（Ｖ）における圧力Ｐｄは、パッシェン曲線Ａに基づいて約２．５（ｋＰａ）になる。したがって、この場合の第１圧力Ｐ１は、２．５（ｋＰａ）＜Ｐ１＜Ｐｔの値に設定される。また、導体９１１間の絶縁距離Ｌ１が０．４０（ｍｍ）であれば、分担電圧Ｖｄ＝３００（Ｖ）における圧力Ｐｄは、パッシェン曲線Ｂに基づいて約６．５（ｋＰａ）になる。したがって、この場合の第１圧力Ｐ１は、６．５（ｋＰａ）＜Ｐ１＜Ｐｔの値に設定される。

更に、導体９１１間の絶縁距離Ｌ１が０．１０（ｍｍ）であれば、分担電圧Ｖｄ＝３００（Ｖ）における圧力Ｐｄは、パッシェン曲線Ｃに基づいて約２５（ｋＰａ）になる。したがって、この場合の第１圧力Ｐ１は、２５．０（ｋＰａ）＜Ｐ１＜Ｐｔの値に設定される。そして、導体９１１間の絶縁距離Ｌ１が０．０４（ｍｍ）であれば、分担電圧Ｖｄ＝３００（Ｖ）における圧力Ｐｄは、パッシェン曲線Ｄに基づいて約６５（ｋＰａ）になる。したがって、この場合の第１圧力Ｐ１は、６５．０（ｋＰａ）＜Ｐ１＜Ｐｔの値に設定される。

次に、制御装置５０は、図４のステップＳ３２において注入処理を実行する。制御装置５０は、注入処理を実行すると、樹脂供給装置４０を駆動させて、型２１の収容部２１３内に対するモールド樹脂９２の注入を開始する。すると、図３のステップＳ１０の脱気工程によって第２圧力Ｐ２で脱気つまり脱泡された液状のモールド樹脂９２が、樹脂供給装置４０から吐出される。そして、樹脂供給装置４０から吐出されたモールド樹脂９２は、注入口２１４から樹脂流路２１６を通り、収容部２１３の底部に導かれて、収容部２１３内に貯留される。このとき、モールド樹脂９２の液面は、収容部２１３の底部側から上方へ向かって徐々に上昇する。これにより、コイル本体９１は、コイル本体９１の下部側から上部側へ向かって徐々に液状のモールド樹脂９２に浸かっていく。

また、モールド樹脂９２の注入によって押し出された収容部２１３内の空気は、圧力調整装置３０によって収容部２１３外に排出される。また、この場合、樹脂供給装置４０から吐出されるモールド樹脂９２の温度は、使用可能時間（ポットライフ）を考慮して、５０〜６０℃と比較的低温に設定されているため、収容部２１３内の予熱温度Ｔ０（例えば、約１００℃）よりも低い。そのため、モールド樹脂９２が収容部２１３内に注入されると、型２１の熱がモールド樹脂９２に移動し、これにより図５に示すように、収容部２１３内の温度が予熱温度Ｔ０よりも低い温度に（例えば、約８０℃）に低下する。

次に、制御装置５０は、図４のステップＳ３３において、モールド樹脂９２の液面が所定位置に到達したか否かを判断する。この場合、所定位置は、コイル本体９１の上端部を覆う位置である。本実施形態の場合、所定位置は、図２に一点鎖線Ｈ２で示すように、蓋部２１２の下面に到達する位置である。なお、図２は、注入処理の途中、つまり、モールド樹脂９２の液面が所定位置に到達する前の状態を示している。モールド樹脂９２の液面が所定位置に到達したか否かの判断は、例えば型２１の所定位置、この場合蓋部２１２の下面にモールド樹脂９２の液面を検出するセンサを設けて、このセンサが液面を検出したことで判断することができる。

液面を検出するセンサは、例えば一対の電極で構成されたものを採用することができる。この場合、電極にモールド樹脂９２が接触することで、電極間の電気抵抗が変化する。制御装置５０は、この電極間の電気抵抗の変化を検出することで、モールド樹脂９２が所定位置に到達したと判断することができる。また、モールド樹脂９２の液面が所定位置に到達したか否かの判断は、例えば収容部２１３の容積及びコイル本体９１の体積と、樹脂供給装置４０から吐出したモールド樹脂９２の吐出量と、に基づいて判断してもよい。

制御装置５０は、モールド樹脂９２の液面が所定位置に到達していない間、樹脂供給装置４０を駆動させて、モールド樹脂９２の注入を継続する（図４のステップＳ３３でＮＯ）。一方、制御装置５０は、モールド樹脂９２の液面が所定位置に到達したと判断すると（ステップＳ３３でＹＥＳ）、ステップＳ３４へ移行し、樹脂供給装置４０の駆動を停止させて、モールド樹脂９２の注入を停止する。そして、制御装置５０は、含浸工程を終了し（リターン）、図３のステップＳ４０に移行して硬化工程を実行する。

ステップＳ４０の硬化工程は、ステップＳ３０の含浸工程の後に行われる工程である。この硬化工程は、コイル本体９１の導体９１１間に含浸されたモールド樹脂９２を加熱してモールド樹脂９２を硬化させる工程である。ステップＳ４０で硬化工程が実行されると、制御装置５０は、加熱装置２２を駆動させて、モールド樹脂９２を、予熱温度Ｔ０よりも高い第２温度Ｔ２に加熱する。第２温度Ｔ２は、例えば約１１０℃であり、予熱温度Ｔ０（約１００℃）よりも高く、かつ、第１温度Ｔ１（約８０℃）よりも高い値に設定されている。

その後、モールド樹脂９２の硬化が完了すると、図３のステップＳ５０へ移行して離型工程が実行される。そして、作業者は、離型工程において、モールドコイル９０を型２１から離型する。これにより、モールドコイル９０が完成する。ちなみに、ステップＳ４０の硬化工程において、モールド樹脂９２の硬化が完了したか否かは、例えば硬化工程を開始してからの経過時間、つまりモールド樹脂９２の加熱時間によって判断することができる。また、例えばモールド樹脂９２の表面状態を測定できるセンサを設け、そのセンサの検出結果に基づいて、モールド樹脂９２の硬化が完了したか否かを判断してもよい。

本実施形態の構成によれば、含浸工程は、圧力調整処理を含んでいる。圧力調整処理は、パッシェンの法則を用いて、雰囲気圧力Ｐｘと、隣接する導体９１１間の距離である絶縁距離Ｌ１と、の積に基づいて求められる最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０よりも高い値である第１圧力Ｐ１になるように雰囲気圧力Ｐｘを調整する処理である。

すなわち、パッシェンの法則によれば、図７に示すように、最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０を境界にして、圧力Ｐの減少側又は増加側のいずれの領域においても、火花電圧Ｖが高くなっている。そのため、モールドコイル９０内に空隙９３が生じた場合、その空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙを、最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０に対して減少又は増加する方向に遠ざかるように調整することで、火花電圧Ｖを高い値にして部分放電を抑制することができる。

しかし、上述したように、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙは、モールド樹脂９２からの揮発成分などによって、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘよりも高くなる傾向がある。また、モールドコイル９０の使用時にコイル本体９１が通電されると、コイル本体９１が発熱し、その熱によって空隙９３内の空気が加熱されて膨張する。したがって、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙは、モールドコイル９０の使用時に特に高くなり易い。そのため、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘを、最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０よりも低い値にすると、モールドコイル９０の使用時に、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙが含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘよりも高くなることによって、かえって最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０に近づくことになる。すると、火花電圧Ｖが含浸工程時よりも低くなって、かえって部分放電が生じ易くなるおそれがある。

そこで、本実施形態では、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘを、パッシェンの法則に基づいて求められる最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０よりも高い値である第１圧力Ｐ１になるように調整している。これによれば、モールドコイル９０内に空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙが、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘよりも高くなったとしても、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙは、最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０から離れる方向、つまり火花電圧Ｖが高く方向に増加する。これにより、空隙９３内における絶縁抵抗が増大し、空隙９３内での部分放電を効果的に抑制することができる。

また、第１圧力Ｐ１は、隣接する導体９１１間つまり隣接する層間の分担電圧Ｖｄにおける圧力Ｐｄよりも高い値に設定されている。これによれば、第１圧力Ｐ１における火花電圧Ｖは、モールドコイル９０を定格電圧で使用した際の導体９１１間の分担電圧Ｖｄよりも高い値になる。そして、モールドコイル９０に空隙９３が生じた場合に、その空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙは、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘつまり第１圧力Ｐ１よりも高くなる傾向にある。そのため、空隙９３における火花電圧Ｖは、第１圧力Ｐ１における火花電圧Ｖよりも更に高くなる。すなわち、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘを導体９１１間の分担電圧Ｖｄにおける圧力Ｐｄよりも高い値に調整することで、空隙９３における火花電圧Ｖを、モールドコイル９０を定格電圧で使用した際の導体９１１間の分担電圧Ｖｄよりも高い値にすることができる。したがって、仮にモールドコイル９０内にボイドによる空隙９３が発生した場合であっても、その空隙９３による部分放電を更に効果的に抑制することができる。

また、製造システム１０は、含浸工程の前に脱気工程を行う。脱気工程は、モールド樹脂９２を、大気圧Ｐｔよりも低く、かつ、第１圧力Ｐ１よりも低い第２圧力Ｐ２で脱気する工程である。これによれば、含浸工程において収容部２１３内に注入されるモールド樹脂９２内に含まれる空気を、極力排除することができる。したがって、モールドコイル９０内にボイドが発生して空隙９３が形成されることを抑制することができ、その結果、空隙９３による部分放電を極力防止することができる。

この場合、含浸工程は、型２１の内部つまり収容部２１３内にモールド樹脂９２を注入する注入処理を含んでいる。ここで、例えば液状のモールド樹脂９２を、コイル本体９１の上方からコイル本体９１に注ぐようにして収容部２１３内に注入すると、液状のモールド樹脂９２は、導体９１１や層間絶縁紙９１２に当たって飛散し易くなる。すると、収容部２１３内に注入された液状のモールド樹脂９２は、空気を巻き込みながら収容部２１３内に貯留される。そのため、液状のモールド樹脂９２をコイル本体９１の上部に当てながら注入した場合、モールドコイル９０内にボイドが発生して空隙９３が形成され易くなる。

一方、本実施形態において、含浸装置２０は、樹脂流路２１６を有している。樹脂流路２１６は、含浸装置２０の外部この場合樹脂供給装置４０から供給された液状のモールド樹脂９２を、収容部２１３内の底部に導く経路である。これにより、本実施形態における注入処理は、モールド樹脂９２の液面を収容部２１３の底部から上方へ向かって徐々に上昇させるようにして、モールド樹脂９２を収容部２１３内に注入するようになっている。つまり、本実施形態における注入処理は、コイル本体９１に当たる前に、収容部２１３内に貯留される。これによれば、液状のモールド樹脂９２をコイル本体９１の上部に当てながら注入した場合に比べて、液状のモールド樹脂９２が空気を巻き込むことを抑制することができる。したがって、モールドコイル９０内にボイドが発生して空隙９３が形成されることを抑制することができ、その結果、空隙９３による部分放電を更に硬化的に防止することができる。

なお、製造システム１０は、ステップＳ４０の硬化工程を１次硬化工程とし、ステップＳ５０の離型工程の前又は後に実行される２次硬化工程を更に備えていてもよい。２次硬化工程は、ステップＳ４０の１次硬化工程時の第２温度Ｔ２よりも高い温度で、モールド樹脂９２を更に硬化させる工程である。
また、加熱装置２２は、含浸装置２０の型２１に内蔵されたものでなく、型２１を収容して加熱することができる硬化炉等であってもよい。

また、圧力調整処理は、圧力調整装置３０のみによって行うのではなく、樹脂供給装置４０と圧力調整装置３０との協働によって行うようにしてもよい。この場合、第１圧力Ｐ１を、大気圧Ｐｔ以上にすることができる。すなわち、例えば第１圧力Ｐ１を大気圧Ｐｔ以上に設定するとともに、樹脂供給装置４０から吐出されるモールド樹脂９２の吐出圧力を第１圧力Ｐ１以上にする。この場合、モールド樹脂９２が収容部２１３内に注入されると、収容部２１３内の空気がモールド樹脂９２によって圧縮される。すると、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘが上昇して、第１圧力Ｐ１以上の圧力になろうとする。このとき、圧力調整装置３０が収容部２１３内の空気を排気することで、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘを第１圧力Ｐ１に維持するように調整される。これによれば、空隙９３内の圧力を、大気圧Ｐｔ以上の圧力にすることができるため、更に効果的に空隙９３における部分放電を抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図８〜図１０を参照して説明する。
この第２実施形態は、含浸工程の前に減圧工程を実行する点、及び含浸工程の具体的内容が、上記第１実施形態と異なる。すなわち、第２実施形態において、制御装置５０は、モールドコイル９０の製造工程が開始されると、図８に示すように、ステップＳ３０の含浸工程の前に、ステップＳ６０の減圧工程が実行される。ステップＳ６０の減圧工程は、ステップＳ１０の脱気工程及びステップＳ２０の予熱工程の前後、又はこれら脱気工程及び予熱工程と並行して実行される。

ステップＳ６０の減圧工程は、圧力調整装置３０を駆動させることで、図１０に示すように、型２１の収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘを第２圧力Ｐ２に減圧する工程である。本実施形態の場合、第２圧力Ｐ２は、大気圧Ｐｔよりも低く、かつ最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０よりも低い値に設定されている。なお、第２圧力Ｐ２は、大気圧Ｐｔよりも低ければよいため、最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０以上の値であってもよい。

制御装置５０は、図８において、ステップＳ６０の減圧工程、ステップＳ１０の脱気工程、及びステップＳ２０の予熱工程を実行した後、ステップＳ７０の含浸工程を実行する。含浸工程が実行されると、制御装置５０は、まず図９に示すステップＳ７１において、１次注入処理を実行する。制御装置５０は、１次注入処理を実行すると、樹脂供給装置４０を駆動させて、収容部２１３内に対してモールド樹脂９２の注入を開始する。その際、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘは、図８のステップＳ６０における減圧工程によって、図１０に示すように大気圧Ｐｔより低い第２圧力Ｐ２に減圧されている。したがって、コイル本体９１内の空気量が減少しており、コイル本体９１内にモールド樹脂９２が含浸し易くなっている。これにより、コイル本体９１内に空隙が発生することを抑制することができる。

次に、制御装置５０は、図９のステップＳ７２において、モールド樹脂９２の液面が第１位置Ｈ１に到達したか否かを判断する。この場合、第１位置Ｈ１は、例えば図２に一点鎖線Ｈ１で示すように、コイル本体９１の上端部よりも若干高い位置であり、かつ、蓋部２１２の下面つまり第２位置Ｈ２よりも低い位置である。モールド樹脂９２の液面が第１位置Ｈ１にある場合、コイル本体９１の上端部は、モールド樹脂９２に覆われている。

制御装置５０は、モールド樹脂９２の液面が第１位置Ｈ１に到達していない間、樹脂供給装置４０を駆動させて、モールド樹脂９２の注入を継続する（図９のステップＳ７２でＮＯ）。一方、制御装置５０は、モールド樹脂９２の液面が第１位置Ｈ１に到達したと判断すると（ステップＳ７２でＹＥＳ）、ステップＳ７３へ移行して一旦停止処理を実行する。制御装置５０は、一旦停止処理を実行すると、樹脂供給装置４０の駆動を一旦停止させて、モールド樹脂９２の注入を一旦停止する。

次に、制御装置５０は、ステップＳ７４において圧力調整処理を実行する。制御装置５０は、圧力調整処理を実行すると、圧力調整装置３０の駆動を制御して、図１０に示すように収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘを第１圧力Ｐ１になるように調整（この場合、昇圧）する。この場合、第１圧力Ｐ１は、大気圧Ｐｔよりも高い圧力に設定されている。つまり、第３実施形態において、ステップＳ７４の圧力調整処理は、加圧処理と称することもできる。

ここで、ステップＳ７４の圧力調整処理（加圧処理）によって、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘが大気圧Ｐｔよりも高い第１圧力Ｐ１になると、コイル本体９１の周囲を覆う液状のモールド樹脂９２は、第１圧力Ｐ１で加圧される。この場合、コイル本体９１の周囲を覆う液状のモールド樹脂９２には、そのモールド樹脂９２内に形成された空隙９３を圧縮するような圧力が加わる。すると、モールド樹脂９２内の空隙９３の容積が小さくなって、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙが、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘよりも上昇する。

次に、制御装置５０は、ステップＳ７５において仮硬化処理を実行する。仮硬化処理は、加熱装置２２を駆動させて、モールド樹脂９２を加熱させて所定粘度になるまで硬化させる処理である。なお、仮硬化処理は、例えばコイル本体９１に通電し、抵抗加熱によってコイル本体９１の温度を上昇させることで、コイル本体９１周辺のモールド樹脂９２を硬化させる処理であってもよい。

仮硬化処理は、コイル本体９１周辺のモールド樹脂９２が所定の粘度よりも高い粘度になるまで、例えばモールド樹脂９２がゲル化点を超えるまで行われる。この場合、ゲル化点とは、モールド樹脂９２の粘度が上昇して流動性が無くなり、モールド樹脂９２内の空気が移動不可となった状態を言う。モールド樹脂９２がゲル化点を超えるまで仮硬化処理を行うことで、空隙９３の容積が変化しなくなる。これにより、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙが、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘよりも高い値に維持される。

その後、制御装置５０は、ステップＳ７６において２次注入処理を実行し、樹脂供給装置４０を再度駆動させて、モールド樹脂９２の注入を再開する。この２次注入処理において、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘは、圧力調整装置３０によって大気圧Ｐｔ以下に調整される。この場合、モールド樹脂９２の注入によって押し出された収容部２１３内の空気は、圧力調整装置３０によって収容部２１３外に排出される。

その後、制御装置５０は、図９のステップＳ７７において、モールド樹脂９２の液面が第２位置Ｈ２に到達したか否かを判断する。この場合、第２位置Ｈ２は、第１位置Ｈ１よりも高い位置であって、コイル本体９１の上端部を覆う位置、つまり第１実施形態の所定位置と同等の高さ位置である。

制御装置５０は、モールド樹脂９２の液面が第２位置Ｈ２に到達していない間、樹脂供給装置４０を駆動させて、モールド樹脂９２の注入を継続する（ステップＳ７７でＮＯ）。一方、制御装置５０は、モールド樹脂９２の液面が第２位置Ｈ２に到達したと判断すると（ステップＳ７７でＹＥＳ）、ステップＳ７８へ移行し、樹脂供給装置４０の駆動を停止させて、モールド樹脂９２の注入を停止する。そして、制御装置５０は、含浸工程を終了する（リターン）。その後、図８におけるステップＳ４０の硬化工程と、ステップＳ５０の離型工程と、が順に実行される。

これによれば、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。
更に、含浸工程前に減圧工程を実行して、収容部２１３内を大気圧Ｐｔよりも低く、かつ、最低火花電圧Ｖｍｉｎにおける圧力Ｐ０よりも低い圧力に減圧することで、モールド樹脂９２がコイル本体９１の内部に浸透し易くなる。これにより、モールドコイル９０内にボイドによる空隙９３の発生を更に効果的に抑制することができる。

ここで、第１実施形態において、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙを高い圧力にするためには、図４のステップＳ３１における圧力調整処理において、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘを極力高い圧力にすることが望ましい。すなわち、圧力調整処理においては、第１圧力Ｐ１を極力高い圧力にすることが望ましい。一方、第２実施形態において、図８のステップＳ６０における減圧工程では、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘを極力低い圧力にすることが望ましい。そのため、圧力調整処理と、減圧工程とは、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘを相反する値に調整するものであるため、両立が難しい。

これに対し、本実施形態の圧力調整処理は、コイル本体９１がモールド樹脂９２に浸された後に、収容部２１３の雰囲気圧力Ｐｘを、大気圧Ｐｔよりも高い第１圧力Ｐ１で加圧する処理である。これにより、コイル本体９１の周囲を覆う液状のモールド樹脂９２を、大気圧Ｐｔよりも高い第１圧力Ｐ１で加圧することで、モールド樹脂９２内に形成された空隙９３を圧縮することができる。したがって、モールド樹脂９２内の空隙９３の容積が小さくなって、空隙９３内の雰囲気圧力Ｐｙを、収容部２１３内の雰囲気圧力Ｐｘよりもより上昇させることができる。

すなわち、本実施形態では、コイル本体９１がモールド樹脂９２に浸されて、コイル本体９１の内部にモールド樹脂９２が浸透した後に、圧力調整処理が行われる。したがって、減圧工程における第２圧力Ｐ２と、圧力調整処理における第１圧力Ｐ１とが、相互に影響を与えることがないため、減圧処理と圧力調整処理との両立が容易になる。その結果、減圧処理と圧力調整処理との両方を行うことで、減圧工程によって空隙９３の発生を抑制しつつ、更に、空隙９３が発生したとしてもその空隙９３内の圧力を上昇させることで部分放電をより効果的に抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態は、モールドコイルの設計方法である。本実施形態の設計方法は、モールドコイル９０の定格電圧に対して、隣接する導体９１１間の分担電圧Ｖｄを、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘと、隣接する導体９１１間の絶縁距離Ｌ１とから、パッシェンの法則によって求められる火花電圧Ｖよりも低い値に設定するものである。

具体例について図７を参照して説明する。例えば導体９１１間の絶縁距離Ｌ１が１．００（ｍｍ）であって、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘが２．５（ｋＰａ）である場合、隣接する導体９１１間の分担電圧Ｖｄは、パッシェン曲線Ａに基づく火花電圧Ｖ＝３００（Ｖ）未満の値に設定される。また、導体９１１間の絶縁距離Ｌ１が０．４０（ｍｍ）であって、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘが６．５（ｋＰａ）である場合、隣接する導体９１１間の分担電圧Ｖｄは、パッシェン曲線Ｂに基づく火花電圧Ｖ＝３００（Ｖ）未満の値に設定される。

更に、導体９１１間の絶縁距離Ｌ１が０．１０（ｍｍ）であって、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘが２５（ｋＰａ）である場合、隣接する導体９１１間の分担電圧Ｖｄは、パッシェン曲線Ｃに基づく火花電圧Ｖ＝３００（Ｖ）未満の値に設定される。そして、導体９１１間の絶縁距離Ｌ１が０．０４（ｍｍ）であって、含浸工程時の雰囲気圧力Ｐｘが６５（ｋＰａ）である場合、隣接する導体９１１間の分担電圧Ｖｄは、パッシェン曲線Ｄに基づく火花電圧Ｖ＝３００（Ｖ）未満の値に設定される。

これによれば、隣接する導体９１１間の分担電圧Ｖｄは、モールドコイル９０の定格電圧における火花電圧Ｖよりも低い値となる。つまり、モールドコイル９０を定格電圧で使用した場合であっても、導体９１１間に火花電圧Ｖ以上の電圧が印加されることを防ぐことができる。これにより、仮にモールドコイル９０内にボイドによる空隙９３が発生した場合であっても、その空隙９３による部分放電を抑制することができる。

以上説明した実施形態によれば、含浸工程は、パッシェンの法則を用いて、雰囲気圧力と、隣接する導体間の距離である絶縁距離と、の積に基づいて求められる最低火花電圧時の圧力よりも高い値になるように雰囲気圧力を調整する圧力調整処理、を含んでいる。これによれば、モールドコイルの使用時等において、空隙内の雰囲気圧力が含浸工程時の雰囲気圧力より高くなったとしても、その空隙内の雰囲気圧力によって定まる火花電圧を増大させることができる。そのため、空隙内における絶縁抵抗が増大し、空隙内での部分放電を効果的に抑制することができる。

以上、本発明の複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１０はモールドコイルの製造システム、２０は含浸装置、２１３は収容部、２１６は樹脂流路、３０は圧力調整装置、５０は制御装置、９０はモールドコイル、９１はコイル本体、９１１は導体、９２はモールド樹脂（樹脂）を示す。

Claims (8)

1. 導体を巻回して形成したコイル本体を液状の樹脂に浸して前記コイル本体の内部に前記樹脂を含浸させる含浸工程を備え、
   前記含浸工程は、
   パッシェンの法則を用いて雰囲気圧力と隣接する前記導体間の距離である絶縁距離との積に基づいて求められる最低火花電圧時の圧力よりも高い第１圧力になるように前記雰囲気圧力を調整する圧力調整処理、を含んでいる、
   モールドコイルの製造方法。
2. 前記第１圧力は、隣接する前記導体間の分担電圧における圧力よりも高い値である、
   請求項１に記載のモールドコイルの製造方法。
3. 前記樹脂を、大気圧よりも低く、かつ、前記第１圧力よりも低い圧力で脱気する脱気工程を更に備えている、
   請求項１又は２に記載のモールドコイルの製造方法。
4. 前記含浸工程は、前記コイル本体が収容された収容部に前記樹脂を注入する注入処理を含み、
   前記注入処理は、前記樹脂の液面を前記収容部の底部から上昇させるように前記樹脂を前記収容部内に注入する処理である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のモールドコイルの製造方法。
5. 前記第１圧力は、大気圧よりも高い圧力であって、
   前記圧力調整処理は、前記コイル本体が前記樹脂に浸された後に行われる、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のモールドコイルの製造方法。
6. 導体を巻回して形成したコイル本体を収容することができる収容部を有し、前記収容部内に前記コイル本体が収容されるとともに液状の樹脂が貯留され、前記コイル本体が前記樹脂に浸されて前記コイル本体に前記樹脂を含浸させる含浸工程を行うことができる含浸装置と、
   前記収容部内の雰囲気圧力を調整することができる圧力調整装置と、
   前記含浸装置と前記圧力調整装置との駆動を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記含浸工程において、前記圧力調整装置を駆動させることで、パッシェンの法則を用いて前記雰囲気圧力と隣接する前記導体間の距離である絶縁距離との積に基づいて求められる最低火花電圧時の圧力よりも高い第１圧力になるように前記雰囲気圧力を調整する圧力調整処理を実行することができる、
   モールドコイルの製造システム。
7. 前記含浸装置は、外部から供給された液状の前記樹脂を前記収容部の底部に導く樹脂流路を有している、
   請求項６に記載のモールドコイルの製造システム。
8. 導体を巻回して形成したコイル本体を液状の樹脂に浸して前記コイル本体の内部に前記樹脂が含浸される含浸工程によって製造されるモールドコイルについて、
   前記モールドコイルの定格電圧に対して、隣接する前記導体間の電圧を、前記含浸工程時の雰囲気圧力と隣接する前記導体間の距離である絶縁距離とからパッシェンの法則によって求められる火花電圧よりも低い値に設定する、
   モールドコイルの設計方法。

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