JP5955094B2

JP5955094B2 - 巻線機器の製造方法

Info

Publication number: JP5955094B2
Application number: JP2012112699A
Authority: JP
Inventors: 悠平粟野; 久保　一樹; 一樹久保
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2032-05-16
Also published as: JP2013237953A

Description

この発明は、ワニス処理工程、特に滴下含浸法に有効な樹脂浸透性の保護スリーブ、その保護スリーブを用いた巻線機器、及びその巻線機器の製造方法に関するものである。

例えばモータやトランスなどの巻線機器では、巻線口出部のリード線の外周に、電気絶縁、機械的保護及びリード線収束のための保護スリーブが設けられている。巻線口出部とは、巻線の巻き始め又は巻き終わりから巻線機器端子接続部までのリード部である。

また、従来の保護スリーブとしては、ガラス繊維や樹脂繊維などの繊維糸を管状に編組してなる編組スリーブに、シリコーンワニス等の収束剤により表面処理を施したものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

さらに、巻線機器は、巻線の絶縁や固着力を確保するためにワニス処理するのが一般的である。ワニス処理は、ドブ漬け法で実施されることが多く、その場合、保護スリーブの開口部からワニスが侵入して、スリーブ内にもワニスが充填され、リード線と保護スリーブとの固着力を得ることができる。

特開２０１２−１８６４号公報特開２０１２−３１５２７号公報特開２００９−２５２６０５号公報

近年、ワニス処理の方法は、工程簡略化のためにドブ漬け法から滴下含浸法へとシフトする傾向にある。これに対して、上記のような従来の保護スリーブでは、繊維糸間の隙間が樹脂で充填されているため、スリーブ側面に滴下されたワニスが保護スリーブ内に浸透せず、保護スリーブ内の中空部にワニスを充填することができない。このため、リード線を保護スリーブに十分に固着することができず、巻線機器の運転時の振動等により保護スリーブに対してリード線が摺動し、保護スリーブが損傷して絶縁破壊することが懸念される。特に、滴下含浸法では、ワニスの付着量を確保するために、ドブ漬け法に比べて高粘度のワニスを使用するため、中空部にワニスが含浸され難い。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、滴下含浸法でワニス処理をする場合でも中空部にワニスを含浸することができる保護スリーブ、その保護スリーブを用いた巻線機器、及びその巻線機器の製造方法を得ることを目的とする。

この発明に係る巻線機器の製造方法は、繊維糸の束である繊維束を交互に編組し管状に形づくってなる編組スリーブと、繊維束の表面に付着されている樹脂とを有しており、かつ繊維束間に隙間が設けられている保護スリーブ内に、巻線のリード線を挿入する工程、巻線及び保護スリーブを予熱する工程、及び保護スリーブの側面にワニスを滴下し、保護スリーブ内の中空部にワニスを充填する工程を含む。

この発明の保護スリーブは、互いに隣接する繊維束間に間隔をおいて繊維束が編組されており、繊維束間に隙間を確保するように樹脂が繊維束に付着されているので、滴下含浸法でワニス処理をする場合でも、繊維束間の隙間を通して中空部にワニスを含浸することができる。

この発明の実施の形態１による巻線機器を示す側面図である。図１の保護スリーブの端部を示す斜視図である。図２の保護スリーブの側面の一部を拡大して模式的に示す構成図である。図２の保護スリーブの要部断面図である。図１の保護スリーブにワニスを滴下した状態を示す斜視図である。この発明の実施例１と比較例１〜４とによる保護スリーブの構成と評価結果とを示す表である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による巻線機器を示す側面図である。図において、巻線機器は、円筒状の鉄心１、鉄心１に巻回されている巻線２、及び保護スリーブ３を有している。巻線２の口出部には、複数本のリード線４が設けられている。

保護スリーブ３は、巻線口出部のリード線４の少なくとも一部を囲繞している。また、巻線２は、縛り紐５により縛られている。さらに、巻線２の表面には、ワニス処理が施されたワニス処理部６が形成されている。

図２は図１の保護スリーブ３の端部を示す斜視図、図３は図２の保護スリーブ３の側面の一部を拡大して模式的に示す構成図、図４は図２の保護スリーブ３の要部断面図である。保護スリーブ３は、繊維糸８の束である繊維束９を交互に編組し管状に形づくってなる編組スリーブ７と、繊維束９の表面に付着されている樹脂（表面処理層）１０とを有している。

編組スリーブ７は、互いに隣接する繊維束９間に間隔をおいて編組されている。また、編組スリーブ７は、繊維束９が編組スリーブ７の長手方向に対して斜めに配置されるように、製紐機によって管状に形づくられている。

繊維糸８としては、例えば、ガラス繊維等の無機繊維、あるいはアラミド繊維、ナイロン繊維又はポリエステル繊維等の樹脂繊維など、非導電性の繊維を用いることができ、使用条件等を考慮して適宜選択すればよい。また、繊維糸８として、１種類の繊維のみを用いても、複数種の繊維を組み合わせて用いてもよい。

樹脂１０は、保護スリーブ３の加工（切断）時の端部のバラケやホツレを防止するとともに、リード線４の通し易さを向上させる。また、樹脂１０は、繊維束９間に隙間３ａを確保するように（残すように）繊維束９に付着されている。さらに、樹脂１０は、樹脂成分と希釈剤成分とを含む収束剤を編組スリーブ７に塗布した後、希釈剤成分を揮発させ、樹脂成分を硬化させることにより、繊維束９に付着されている。

収束剤としては、例えば、シリコーン系ワニス、ウレタン系ワニス、エポキシ系ワニス、アクリル系ワニス、又はポリエステル系ワニス等が用いられる。特に、シリコーン系ワニスは、耐熱性及び加撓性に優れている。また、ポリエステル系ワニスは、経済性に優れている。

収束剤の塗布工程としては、編組スリーブ７の内径に応じて種々の工程を用いることができる。例えば、内径がφ１．０〜５．０ｍｍまでの小さな編組スリーブ７の場合、希釈された収束剤に編組スリーブ７を浸漬した後、編組スリーブ７を槽から引き上げ、希釈剤成分を揮発させてから樹脂成分を硬化させる。

また、内径がφ５．０ｍｍ以上の大きな編組スリーブ７の場合、小さな編組スリーブ７と同様の工程で収束剤を塗布することができるが、編組スリーブ７内に芯棒を通すことによって、収束剤の塗布・硬化後に管状の形状が崩れるのを防ぐことができる。

収束剤（ワニス）の浸透性を向上するために、繊維束９は４００〜１０００μｍ、繊維糸８は５〜２０μｍの範囲とするのが好ましい。

編組スリーブ７の重量に対する樹脂１０の付着率は、例えば繊維糸８としてガラス繊維を用いた場合、１〜１０ｗｔ％の範囲となるように制御することが好ましい。編組スリーブ７への樹脂１０の付着量が多すぎると、繊維束９間の隙間３ａが充填されてしまう。また、編組スリーブ７への樹脂１０の付着量が少なすぎると、保護スリーブ３の加工（切断）時に繊維束９の端部のバラケやホツレ等を目止めすることができない。従って、樹脂１０には、繊維糸８同士を固着しつつ、隙間３ａを充填しない付着量とすることが求められる。

次に、巻線機器のワニス処理部６の形成方法について説明する。巻線機器の巻線工程及び保護スリーブ３へのリード線４の挿入工程の後には、巻線機器運転時の振動による巻線２の摺動を防止するために、巻線２全体にワニス処理が施される。ワニス処理を施す際には、図１に示すように巻線機器が水平又は垂直に配置された状態で、予熱された巻線２及び保護スリーブ３に滴下ノズルからワニスが滴下され含浸される（滴下含浸法）。この後、ワニスが硬化され、ワニス処理部６が形成される。

滴下含浸法で使用されるワニスは、巻線２への付着量を確保するために、高粘度であることが好ましい。近年では、硬化プロセス短縮のため、短時間硬化を特徴とするワニスが増えている。このため、ワニスの硬化時間は、ワニスの種類に応じて調整される。

また、巻線２に滴下されたワニスの多くは、滴下された箇所の表面に滞留した後、予熱温度で滴下部の周囲に回り込む。そして、ワニスの硬化温度を上げる過程でワニスの粘度が低化すると、毛細管現象によりワニスが巻線２の細部に浸透する。

図５に示すように、保護スリーブ３の側面に滴下されたワニス１１も、滴下された箇所の表面に滞留した後、予熱温度で滴下部の周囲に回り込むとともに、隙間３ａを通して保護スリーブ３内に浸透する。従って、予熱温度と、硬化温度に到達するまでの時間とを適当に設定することにより、保護スリーブ３の中空部にワニスを充填することができる。

但し、予熱温度が高すぎると、滴下されたワニスは、保護スリーブ３に濡れて間もなくゲル化・硬化してしまい、保護スリーブ３内に浸透しない。また、硬化温度に到達する時間が長いと、低粘度の状態が長く続き、保護スリーブ３内に浸透したワニスが流出するため、保護スリーブ３内の中空部を充填することができない。

このような保護スリーブ３では、互いに隣接する繊維束９間に間隔をおいて繊維束９が編組されており、繊維束９間に隙間３ａを確保するように樹脂１０が繊維束９に付着されているので、滴下含浸法でワニス処理をする場合でも、繊維束９間の隙間３ａを通して中空部にワニスを含浸させ充填することができる。

また、実施の形態１の保護スリーブ３を用いた巻線機器では、滴下含浸法により保護スリーブ３内の中空部にワニスを含浸させ充填することができるので、工程を簡略化しつつ、リード線４と保護スリーブ３との固着力を確保することができ、保護スリーブに対するリード線の摺動を防止することができる。

さらに、繊維束９が編組スリーブ７の長手方向に対して斜めに配置されているので、保護スリーブ３の耐摩耗性を向上させることができる。これに対して、長手方向に沿った縦糸と長手方向に垂直な横糸とから構成される編組スリーブ７では、横糸が引っ掛かりを生み、そこを起点にホツレが生じる。

さらにまた、繊維糸８としてガラス繊維を用いることにより、保護スリーブ３内に通したリード線４を電気的及び機械的に十分に保護することができる。

また、繊維束９の太さを４００μｍよりも大きくすることにより、繊維束９間の隙間が大きく、かつ剛性の高い保護スリーブ３を得ることができる。

さらに、編組スリーブ７の重量に対する樹脂１０の付着率を１〜１０ｗｔ％とすることにより、繊維糸８同士を十分に固着しつつ、滴下したワニスを、より確実に保護スリーブ３の側面から中空部に浸透させることができる。

さらにまた、繊維束９間に隙間３ａが設けられている保護スリーブ３を用い、巻線２及び保護スリーブ３を予熱した後、保護スリーブ３の側面にワニスを滴下するので、高粘度の滴下含浸用のワニスを低粘度化することができ、滴下したワニスを、より確実に保護スリーブ３の側面から中空部に浸透させることができる。

以下、種々の保護スリーブを作製して滴下含浸法によるワニス含浸性の評価を実施した結果について説明する。図６はこの発明の実施例１と比較例１〜４とによる保護スリーブの構成と評価結果とを示す表である。

１．保護スリーブの作製
［実施例１］
実施例１による保護スリーブは、上記実施の形態１により得られた保護スリーブと同様である。即ち、図６の実施例１の欄に示すように、繊維糸として、複合材料に使用されるＥガラスを用いた。Ｅガラスとは、無アルカリガラスと呼ばれ、耐熱性、絶縁性、高弾性率を有する繊維化が容易なため、ガラス繊維によく使用されるものである。

繊維糸の太さは９．１μｍ、繊維束あたりの繊維糸数は６００本とした。保護スリーブの内径は、一例としてφ３．０ｍｍとした。編組スリーブは、長手方向に対して繊維束が斜めにかつ交互に配置されるように作製した。

また、編組スリーブのバラケ・ホツレを防止するために、編組スリーブに対して収束剤による表面処理を施した。収束剤としては、溶剤型エポキシ系ワニスを用いた。収束剤は、あらかじめキシレン、エチルベンゼン等で希釈されているが、さらに粘度を調整するために希釈剤としてキシレン、エチルベンゼン等を主成分とする溶剤で２０ｗｔ％に希釈して用いた。編組スリーブを希釈した溶液に浸漬し、引き上げた編組スリーブを１３０℃に加熱した炉に投入し、繊維糸の表面にエポキシ系樹脂の被膜層を設けた。

［比較例１］
比較例１による保護スリーブは、実施例１と同じ基材を用い、繊維束あたりの繊維数を４００本とした。但し、収束剤を塗布しなかった。

［比較例２］
比較例２による保護スリーブは、実施例１と同じ基材を用い、繊維束あたりの繊維数を４００本とした。また、エポキシ系収束剤をキシレン、エチルベンゼン等からなる希釈剤にて１０ｗｔ％に希釈した溶液に編組スリーブを浸漬し、編組スリーブにエポキシ系樹脂の被膜層を設けた。

［比較例３］
比較例３による保護スリーブは、実施例１と同じ基材を用い、繊維束あたりの繊維数を４００本とした。また、エポキシ系収束剤をキシレン、エチルベンゼン等からなる希釈剤にて２０ｗｔ％に希釈した溶液に編組スリーブを浸漬し、編組スリーブにエポキシ系樹脂の被膜層を設けた。

［比較例４］
比較例４による保護スリーブは、市販されているエポキシワニスガラスチューブであり、実施例１と同じ基材を用い、繊維束あたりの繊維数を４００本とした編組スリーブに、エポキシ系収束剤を塗布したものである。

２．滴下含浸による保護スリーブの含浸性評価
上記のような作製方法で作製した保護スリーブに対して、滴下含浸によるワニス含浸性評価を、以下の手法で実施した。即ち、巻線機器の口出部のリード線に保護スリーブを通した後、巻線機器全体をあらかじめ６０℃に予熱した。そして、巻線機器を水平又は垂直に配置し、大気圧下で滴下ノズルから巻線機器端部にワニスを滴下した。

滴下含浸に用いた巻線含浸用ワニスは、２５℃での粘度が２２００ｍＰａ・ｓ、６０℃での粘度が１２０ｍＰａ・ｓの特性を有する無溶剤型エポキシ系ワニスとした。また、ワニスの硬化条件は、１５０℃／１ｈｒとした。

ワニスの保護スリーブへの浸透性は、ワニス処理した後の保護スリーブの断面を観察することにより評価した。具体的には、滴下したワニスが保護スリーブ内の中空部に充填され、保護スリーブ内にリード線が適切に固着されているものを○とした。また、保護スリーブ内にリード線が固定されているが、中空部に充填されたワニスに空隙が見られるものを△とした。さらに、保護スリーブ内の中空部にワニスが充填されなかったものを×とした。

［実施例１］
作製した実施例１の保護スリーブを切断加工しても、端部のバラケ・ホツレはほとんどなかった。また、巻線機器での保護スリーブのワニス含浸性については、ワニスが充填されており、内部に通したリード線も十分に固着されていた。

［比較例１］
作製した比較例１の保護スリーブを切断加工すると、端部にバラケ・ホツレが確認された。また、巻線機器での保護スリーブのワニス含浸性については、ワニスが充填されており、内部に通したリード線も十分に固着されていた。この結果、加工性の観点から、実使用は困難であった。

［比較例２］
作製した比較例２の保護スリーブを切断加工すると、端部に少々バラケ・ホツレが生じた。また、巻線機器での保護スリーブのワニス含浸性については、ワニスが充填されており、内部に通したリード線も十分に固着されていた。この結果、加工性の観点から、実使用にあたっては改善が必要であった。

［比較例３］
作製した比較例３の保護スリーブを切断加工すると、端部のバラケ・ホツレはほとんどなかった。また、巻線機器での保護スリーブのワニス含浸性については、滴下したワニスが部分的にしか充填されておらず、内部に通したリード線の固着が不十分であった。この結果、ワニス浸透性の観点から実使用は困難であった。

［比較例４］
作製した比較例４の保護スリーブを切断加工すると、端部のバラケ・ホツレはほとんどなかった。また、巻線機器での保護スリーブのワニス含浸性については、滴下したワニスが全く含浸されておらず、内部に通したリード線の固着が不十分であった。この結果、ワニス浸透性の観点から市販品の実使用は困難であった。

以上、この発明の好ましい実施の形態について説明したが、この発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。例えば、収束剤がエポキシ系以外でも、塗布量を調節することにより適用することが可能である。また、基材がガラス繊維以外でも同様である。

２巻線、３保護スリーブ、３ａ隙間、４リード線、７編組スリーブ、８繊維糸、９繊維束、１０樹脂、１１ワニス。

Claims

繊維糸の束である繊維束を交互に編組し管状に形づくってなる編組スリーブと、前記繊維束の表面に付着されている樹脂とを有しており、かつ前記繊維束間に隙間が設けられている保護スリーブ内に、巻線のリード線を挿入する工程、
前記巻線及び前記保護スリーブを予熱する工程、及び
前記保護スリーブの側面にワニスを滴下し、前記保護スリーブ内の中空部にワニスを充填する工程
を含むことを特徴とする巻線機器の製造方法。