JP6247630B2 - コイルの冷却構造 - Google Patents

Description

本発明は、コイルを冷却する構造に関する。

細長い導電性板材に絶縁層を結合した板状部材をコイル状に巻いて、コイルを形成するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、コイルの中心軸線方向における板状部材の端部に冷却要素を直接接触させ、コイルへの通電により発生した熱を冷却要素へ伝達させている。

特許第４０２２１８１号公報

しかしながら、コイルの中心軸線方向の端面を冷却要素に接触させただけでは、コイルから冷却要素への熱伝達性を十分に確保することができない。そこで、本願発明者は、コイルの中心軸線方向の端面と、アルミナを主体に板状に形成された冷却プレートとを接着剤で接着して、両者を確実に密着させた冷却構造を考案した。ところが、この冷却構造では、コイルへの通電時にコイルの熱膨張量と冷却プレートの熱膨張量とに差が生じ、冷却プレートが破損することが判明した。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、コイルの端面から冷却プレートへの熱伝達性を確保しつつ、コイル通電時の熱膨張による冷却プレートの破損を抑制することのできるコイルの冷却構造を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

第１の手段は、コイルの冷却構造であって、所定軸線の周りに複数回巻かれた帯状の導体を含むコイルと、前記コイルにおける前記所定軸線の方向の端面に溶射により形成され、表面が平坦化されているアルミナ層と、アルミナを主体に板状に形成され、内部に冷却媒体の流路が形成された冷却プレートと、前記アルミナ層と前記冷却プレートとを接着し、前記アルミナ層と前記冷却プレートとの熱膨張量の相違に応じて弾性変形する接着剤と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、コイルは、所定軸線の周りに複数回巻かれた帯状の導体を含んでいる。そして、コイルにおける上記所定軸線の方向の端面に溶射によりアルミナ層が形成され、アルミナ層の表面が平坦化されている。このため、複数回巻かれた導体によりコイルの端面に形成された凹凸を、アルミナ層により埋めることができ、平坦化されたアルミナ層の表面までコイルの熱を効率的に伝達することができる。

冷却プレートは、アルミナを主体に板状に形成され、内部に冷却媒体の流路が形成されている。アルミナ層と冷却プレートとが接着剤により接着されているため、アルミナ層から冷却プレートへの熱伝達性を確保することができる。冷却プレートに伝達された熱は、冷却プレートの内部の流路を流通する冷却媒体により外部等へ移動させられる。

ここで、上記接着剤は、アルミナ層と冷却プレートとの熱膨張量の相違に応じて弾性変形する。このため、コイルへの通電時に、アルミナ層の熱膨張量と冷却プレートの熱膨張量とに差が生じたとしても、その熱膨張量の差を接着剤により吸収することができる。その結果、冷却プレートに作用する熱応力を緩和することができ、冷却プレートの破損を抑制することができる。

第２の手段では、前記接着剤は、前記導体への通電時における前記弾性変形により前記アルミナ層及び前記冷却プレートから剥離せず、且つ熱抵抗が所定値よりも小さくなる厚みで形成されている。

上記構成によれば、接着剤は、導体への通電時における弾性変形によりアルミナ層及び冷却プレートから剥離せず、且つ熱抵抗が所定値よりも小さくなる厚みで形成されている。このため、接着剤は、アルミナ層の熱膨張量と冷却プレートの熱膨張量との差を吸収することと、アルミナ層から冷却プレートへの熱伝達性を確保することとを両立することができる。

第３の手段では、前記接着剤は、電気絶縁性である。

上記構成によれば、アルミナ層に加えて接着剤によっても、所定軸線の方向におけるコイルの電気絶縁性を向上させることができる。

第４の手段では、前記接着剤は、耐熱性樹脂を主成分として形成されている。

上記構成によれば、接着剤は耐熱性樹脂を主成分として形成されているため、コイルの発熱により接着剤が高温になったとしても、接着剤の特性を維持することができる。

具体的には、第５の手段のように、前記接着剤は、シリコーン樹脂を主成分とする接着剤であるといった構成を採用することができる。

第６の手段では、前記接着剤の厚みは、５μｍよりも厚く且つ３０μｍよりも薄く設定されている。

上記構成によれば、接着剤は、シリコーン樹脂を主成分として、５μｍよりも厚く且つ３０μｍよりも薄く形成されている。このため、アルミナ層の熱膨張量と冷却プレートの熱膨張量との差を効果的に吸収するとともに、アルミナ層から冷却プレートへの熱伝達性を十分に確保することができる。

第７の手段では、前記接着剤中の低分子シロキサンの３〜２０量体の合計含有量は５０ｐｐｍ以下である。

上記構成によれば、接着剤中の低分子シロキサン含有量は５０ｐｐｍ以下であるため、コイルへの通電時における低分子シロキサンの発生を効果的に抑制することができる。

第８の手段では、前記接着剤は、低分子シロキサン低減処理されたものである。

シリコーン樹脂を主成分とする接着剤は、加熱されることにより低分子シロキサンを発生することがある。低分子シロキサンは、導電部の導通不良や、光学系の曇りの原因となる。この点、本願発明者は、シリコーン樹脂を主成分とする接着剤を洗浄処理や減圧処理（低分子シロキサン低減処理）することによって、低分子シロキサンの含有量を劇的に減少させることができる点に着目した。したがって、上記構成によれば、コイルへの通電時に、接着剤から低分子シロキサンが発生することを抑制することができる。

コイルの冷却構造を示す模式図。 コイル用シートの製造方法を示す模式図。 コイル用シートを示す断面図。 コイル用シートを示す平面図。 コイル用シートロールを示す斜視図。 積層シートパターンの巻体の形成工程を示す模式図。 巻体の接着層パターンの熱硬化工程を示す模式図。 図１の領域Ｃの拡大断面図。 接着剤厚み１０μｍの場合の冷却水入口側におけるコイルの温度上昇を示すグラフ。 接着剤厚み３０μｍの場合の冷却水入口側におけるコイルの温度上昇を示すグラフ。 接着剤厚み１０μｍの場合の冷却水出口側におけるコイルの温度上昇を示すグラフ。 接着剤厚み３０μｍの場合の冷却水出口側におけるコイルの温度上昇を示すグラフ。 コイル用シートの製造方法の変更例を示す模式図。

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、電磁アクチュエータに用いられるコイルの冷却構造として具体化している。電磁アクチュエータとして、例えば電磁弁に本実施形態のコイルの冷却構造を用いることができる。

図１に示すように、コイル３０の冷却構造１０は、本体２０、コイル３０、固定鉄心３８、冷却プレート４１等を備えている。

本体２０は、電磁アクチュエータの本体や筐体等である。本体２０は、例えばステンレスやアルミ等により、板状（直方体状）に形成されている。

コイル３０は、円柱状の固定鉄心３８の外周に帯状の銅箔（導体）を複数回巻くことにより、円筒状に形成された巻体３１を備えている。固定鉄心３８は、鉄等の強磁性体により、円柱状に形成されている。コイル３０の軸線方向の下端（第１端）は、接着剤４５により本体２０に接着されている。接着剤４５は、例えばエポキシ系の接着剤等である。なお、固定鉄心３８の軸線及びコイル３０の軸線が、所定軸線に相当する。

コイル３０の軸線方向の上端（第２端）には、アルミナ層３９及び接着剤４０を介して冷却プレート４１が取り付けられている。アルミナ層３９及び接着剤４０の構造、並びに冷却プレート４１の取り付け方法については後述する。

冷却プレート４１は、アルミナを主体として板状に形成されている。冷却プレート４１の内部には、冷却水（冷却媒体）の流路４１ａが形成されている。流路４１ａは、板状の冷却プレート４１の広がり方向（板面方向）に沿って延びている。流路４１ａには、冷却水が流通させられている。

こうした構成において、コイル３０に電流を流すと、固定鉄心３８に磁束が発生する。発生した磁束により、電磁アクチュエータの可動部（弁体等）が移動させられる。このとき、コイル３０に電流を流すと、上記巻体３１が発熱する。巻体３１を構成する帯状の銅箔への通電により発生した熱は、帯状の銅箔の幅方向、すなわち巻体３１（コイル３０）の軸線方向（図１の上下方向）へ効率的に伝達される。そして、巻体３１の熱は、巻体３１の軸線方向の上端面から、アルミナ層３９及び接着剤４０を介して冷却プレート４１に伝達される。冷却プレート４１に伝達された熱は、冷却プレート４１の内部の流路４１ａを流通する冷却水により外部等へ移動させられる。

なお、巻体３１の熱は、巻体３１の軸線方向の下端面から接着剤４５を介して本体２０へも伝達される。また、巻体３１の熱の一部は、巻体３１の内周面から、固定鉄心３８を介して本体２０及び冷却プレート４１へ伝達される。本体２０へ伝達された熱は、本体２０から他の部材へ伝達されたり、空気中へ放熱されたりする。

次に、コイル３０の製造に用いるコイル用シートの製造方法を説明する。図２は、コイル用シート３７の製造方法を示す模式図である。

工程１では、銅箔３２（導体層）の上面（一面）に絶縁層３３を設けるための前処理として、銅箔３２の表面にウェットブラストを行う。ウエットブラスト（粗化処理）では、酸等の液体を用いて銅箔３２の表面を若干粗くする。これにより、銅箔３２と絶縁層３３との密着性を向上させることができる。なお、ウェットブラストは、銅箔３２の両面に行われている。

工程２では、銅箔３２の上面に絶縁層３３（有機絶縁層）を形成する。詳しくは、銅箔３２の上面に絶縁層３３を形成する溶液状組成物を塗布する。この溶液状組成物としては、特開２００３−２００５２７等に記載された、ポリアミック酸及び／又はポリイミドと、アルコキシシラン部分縮合物とを反応させてなるアルコキシ基含有シラン変性ポリイミドを好適に用いることができる。アルコキシ基含有シラン変性ポリイミドは、ポリイミドとシリカとのハイブリッド材料であり、ポリイミド前駆体のポリアミック酸とアルコキシシラン化合物とが化学結合したポリマーを、有機溶剤に溶解させたものである。続いて、塗布された溶液の有機溶剤を乾燥させて、固化した成分を加熱して硬化させる。これにより、ポリアミック酸が閉環反応してポリイミドになり、アルコキシシラン化合物が硬化してシリカになる。そして、ナノサイズのシリカが分散し、かつポリイミドとシリカが化学結合で架橋した硬化膜としての絶縁層３３が形成される。すなわち、絶縁層３３は、ポリイミド・シリカハイブリッドである。ここで、銅箔３２の線膨張係数（熱膨張率）と絶縁層３３の線膨張係数とが略等しくされている。具体的には、銅箔３２（銅）の線膨張係数が１７ｐｐｍ／℃（μm/℃/m）であるのに対して、絶縁層３３の線膨張係数は１０〜２４ｐｐｍ／℃に設定されている。

工程３では、絶縁層３３の上面（絶縁層３３における銅箔３２と反対側の面）に、熱硬化性で未硬化の接着層３４を形成する。詳しくは、絶縁層３３の上面に接着層３４を形成する溶液状組成物を塗布する。この溶液としては、特開平１０−３３５７６８、特開２００５−１７９４０８等に記載された、エポキシ樹脂とその硬化剤とアクリルエラストマーとを、有機溶剤に溶解させたものを好適に用いることができる。続いて、塗布された溶液の有機溶剤を乾燥させて、エポキシ樹脂とその硬化剤を固化させる。これにより、接着層３４は、半硬化状態や溶剤が蒸発した状態等、未だ硬化はしていないが見かけ上は固化したＢステージ状態となる。

工程４では、接着層３４が熱硬化する温度よりも低い温度で、接着層３４の上面（接着層３４における絶縁層３３と反対側の面）に、カバーフィルム３５（基層）を貼り付ける。カバーフィルム３５は、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）により形成されている。詳しくは、接着層３４はＢステージ状態であるため、所定の粘着性（接着力）を有している。したがって、接着層３４の上面にカバーフィルム３５を密着させることにより、接着層３４の上面にカバーフィルム３５を接着する。すなわち、絶縁層３３に接着層３４を介してカバーフィルム３５を接着する。このように、工程１〜４により、銅箔３２、絶縁層３３、接着層３４、及びカバーフィルム３５が順に積層された初期シート３７ａ（コイル用シート）が作製される。なお、初期シート３７ａのうち、カバーフィルム３５を除く層、すなわち銅箔３２、絶縁層３３、及び接着層３４の積層体を、積層シート３６と称する。

工程５では、銅箔３２の表面（銅箔３２における絶縁層３３と反対側の面）に、銅箔３２を所定形状に切断するためのマスクＭを形成する。マスクＭは、例えばレジストフィルムを銅箔３２に貼り付けて、それを所定形状に露光及び現像することにより形成する。なお、レジスト液をスクリーン印刷等により所定形状に印刷することで、マスクＭを形成することもできる。

工程６では、銅箔３２を酸等のエッチング液によりエッチングする。これにより、銅箔３２においてマスクＭにより覆われていない部分が溶解し、銅箔３２が所定形状に切断される。これにより、所定形状の銅箔パターン３２ａが形成される。このとき、絶縁層３３、接着層３４、及びカバーフィルム３５は、銅箔３２のエッチング液によっては溶解されない。なお、工程５及び工程６が、第１切断工程に相当する。

工程７では、マスクＭを除去する。詳しくは、レジストにより形成されたマスクＭを剥離（溶解）させる剥離液により、マスクＭを除去する。このとき、絶縁層３３、接着層３４、及びカバーフィルム３５は、マスクＭの剥離液によっては溶解されない。なお、マスクＭの剥離液によって、絶縁層３３及び接着層３４が若干溶解してもよい。

工程８では、所定形状に切断された銅箔３２（銅箔パターン３２ａ）をマスクとして、絶縁層３３をエッチングにより所定形状に切断する。これにより、所定形状の絶縁層パターン３３ａが形成される。詳しくは、特開２００１−３０５７５０等に記載された、銅箔３２及びカバーフィルム３５を溶解させず、ポリイミドを溶解させるエッチング液により、絶縁層３３をエッチングする。具体的には、絶縁層３３のエッチング液として、有機塩基と無機塩基の双方を含むアルカリ水溶液を用いる。なお、絶縁層３３のエッチング液によって、接着層３４が若干溶解してもよい。

工程９では、所定形状に切断された銅箔３２（銅箔パターン３２ａ）をマスクとして、接着層３４をエッチングにより所定形状に切断する。これにより、所定形状の接着層パターン３４ａが形成される。詳しくは、銅箔３２及びカバーフィルム３５を溶解させず、エポキシ樹脂とその硬化剤を溶解させるエッチング液により、接着層３４をエッチングする。具体的には、接着層３４のエッチング液は、エポキシ樹脂とその硬化剤を溶解させる成分として、有機溶剤及び有機塩基からなる群より選ばれる少なくとも１種を含んでいる。工程上記工程８及び工程９は、接着層３４が熱硬化する温度よりも低い温度で行われる。なお、工程８及び工程９は、第２切断工程に相当する。

工程１０では、残留するエッチング液を除去するために、作製されたコイル用シート３７を純水等により洗浄する。以上により、カバーフィルム３５の一面に、複数の所定形状の積層シートパターン３６ａが形成される。

図３はコイル用シート３７を示す断面図であり、図４はコイル用シート３７を示す平面図である。同図に示すように、本実施形態では、カバーフィルム３５の一面に、６列の帯状の積層シートパターン３６ａを形成している。帯状の積層シートパターン３６ａは、カバーフィルム３５の長手方向に延びており、互いに平行に配置されている。そして、図５に示すように、コイル用シート３７をロール芯５１の周りに複数回巻き付けて、コイル用シートロール３７Ａを作製する。なお、ロール芯５１にコイル用シート３７を巻き付ける態様として、カバーフィルム３５が外側になってもよいし内側になってもよい。

次に、図６を参照して、コイル用シートロール３７Ａ（コイル用シート３７）を用いて、積層シートパターン３６ａ（積層シート３６）の巻体３１を形成する工程について説明する。

コイル用シートロール３７Ａのロール芯５１Ａを第１回転軸に取り付け、巻き取り用のロール芯５１Ｂを第２回転軸に取り付ける。また、コイル３０の固定鉄心３８を第３回転軸に取り付ける。第１回転軸と第３回転軸との間には、シートに所定の張力をかけるテンションローラＴＲが設けられている。なお、固定鉄心３８に変えて、巻体形成用の巻き芯を第３回転軸に取り付けてもよい。

そして、第１回転軸を時計回りに回転させつつ、コイル用シートロール３７Ａのカバーフィルム３５から、１列の積層シートパターン３６ａを剥離させる（剥離工程）。詳しくは、カバーフィルム３５と積層シートパターン３６ａの接着層パターン３４ａとを剥離させる。このとき、熱硬化性の接着層パターン３４ａはＢステージ状態であるため、カバーフィルム３５と接着層パターン３４ａとはそれほど強固に接着されておらず、カバーフィルム３５と接着層パターン３４ａとの剥離性を維持することができる。

上記剥離工程と同時に第３回転軸を時計回りに回転させつつ、剥離された積層シートパターン３６ａを固定鉄心３８の周り巻き付ける（巻体形成工程）。すなわち、銅箔パターン３２ａ、絶縁層パターン３３ａ、及び接着層パターン３４ａを含む積層シートパターン３６ａを、固定鉄心３８の軸線（所定軸線）の周りに複数回巻いて巻体３１を形成する。このとき、テンションローラＴＲにより、積層シートパターン３６ａに所定の張力をかける。また、積層シートパターン３６ａの幅方向の端部をセンサＳにより検出し、センサＳによる端部の検出結果に基づいて、固定鉄心３８の軸線方向で端部同士がずれないように第３回転軸（固定鉄心３８又は巻き芯）の軸線方向の位置を調節する。これにより、固定鉄心３８の周りに複数回巻かれた積層シートパターン３６ａにおいて、固定鉄心３８の軸線方向における積層シートパターン３６ａの端部同士のずれを、積層シートパターン３６ａの幅に対して２％以下とする。

巻体３１では、積層シートパターン３６ａが巻体３１の径方向に重ねられて巻かれている。このため、巻体３１の径方向で隣接する積層シートパターン３６ａ同士では、一方の銅箔パターン３２ａに他方の接着層パターン３４ａが密着させられる。したがって、巻体３１の径方向で隣接する積層シートパターン３６ａ同士は、接着層パターン３４ａの接着力により接着される。

また、上記剥離工程及び上記巻体形成工程と同時に第２回転軸を時計回りに回転させつつ、１列の積層シートパターン３６ａが剥離されたコイル用シート３７を、ロール芯５１Ｂにより巻き取る（巻き取り工程）。これにより、コイル用シートロール３７Ｂが作製される。

コイル用シートロール３７Ａから１列の積層シートパターン３６ａを剥離させて、固定鉄心３８の周りに終端まで巻き付けることにより巻体３１が完成する。その後、コイル用シートロール３７Ａとコイル用シートロール３７Ｂとを付け替え、新たな固定鉄心３８を第３回転軸に取り付けて上記と同様の工程を行う。以上の工程を、コイル用シート３７の６列の積層シートパターン３６ａを全て使用するまで繰り返すことで、６つの巻体３１が完成する。なお、コイル用シートロール３７Ａとコイル用シートロール３７Ｂとを付け替える代わりに、コイル用シートロール３７Ａ及びコイル用シートロール３７Ｂを反時計回りに回転させて、コイル用シートロール３７Ｂのカバーフィルム３５から、１列の積層シートパターン３６ａを剥離させて固定鉄心３８の周りに巻き付けてもよい。

次に、図７を参照して、巻体３１の熱硬化性の接着層パターン３４ａを硬化させる熱硬化工程について説明する。

図６の工程により形成された巻体３１では、熱硬化性の接着層パターン３４ａはＢステージ状態であるため、接着層パターン３４ａは未だ硬化していない。そこで、巻体３１を加熱することにより、接着層パターン３４ａを熱硬化させる。詳しくは、ヒータＨの表面と巻体３１の軸線方向（所定軸線方向）とが垂直になるように、ヒータＨ上に巻体３１を載置する。ヒータＨの表面に、巻体３１の軸線方向の一端面を接触させる。そして、軸線方向の端面から巻体３１を、ヒータＨにより略１２０℃で略２時間加熱する。これにより、銅箔パターン３２ａによって巻体３１の軸線方向に効率的に熱が伝達され、巻体３１の内部まで熱が伝達されることにより、巻体３１の内部の接着層パターン３４ａも十分に熱硬化される。

次に、図８を参照して、巻体３１の軸線方向端面に溶射によりアルミナ層３９を形成する工程、及びアルミナ層３９と冷却プレート４１とを接着剤４０により接着する工程について説明する。図８は、図１の領域Ｃの拡大断面図である。

複数回巻かれた積層シートパターン３６ａにより形成された巻体３１の軸線方向（図８の上下方向）端面では、積層シートパターン３６ａの各層（３２ａ，３３ａ，３４ａ）の間にへこみが形成されている。そこで、巻体３１の軸線方向端面に、積層シートパターン３６ａの各層の間のへこみを埋めるように、アルミナの溶射によりアルミナ層３９を形成する。これにより、巻体３１の軸線方向端面は、アルミナ層３９により覆われている。アルミナは、純度９８％以上のものが使用されている。続いて、アルミナ層３９の表面を、平坦化して、所定の平滑度に仕上げる。特に、アルミナの純度が９８％以上であるため、アルミナ層３９の表面を非常に平滑に仕上げることができる。以上の工程により、コイル３０が製造される。

続いて、アルミナ層３９の表面に所定の厚みで接着剤４０を塗布し、冷却プレート４１を接着する。冷却プレート４１の表面も、所定の平滑度に仕上げられている。接着剤４０は、電気絶縁性であり、耐熱性樹脂を主成分として形成されている。接着剤４０は、シリコーン樹脂を主成分とする接着剤であり、略１０μｍの厚みとなっている。

シリコーン樹脂を主成分とする接着剤は、加熱されることにより低分子シロキサンを発生することがある。低分子シロキサンとは、シロキサンモノマー単位として３〜２０量体程度のものをいう。低分子シロキサンは、導電部の導通不良や、光学系の曇りの原因となる。低分子シロキサンの低減のためには、特開平７−３３０９０５等に記載された方法を好適に用いることができる。接着剤４０中に含まれる低分子シロキサンの合計含有量を５０ｐｐｍ以下とすることで、上述の不具合を抑えることができる。

上述したコイル３０の冷却構造１０において、接着剤４０の厚みを１０μｍと３０μｍとで変化させて、冷却水入口側及び出口側におけるコイル３０の温度上昇を測定した結果を図９〜１２に示す。図９は接着剤４０の厚み１０μｍ且つ冷却水入口側、図１０は接着剤４０の厚み３０μｍ且つ冷却水入口側、図１１は接着剤４０の厚み１０μｍ且つ冷却水出口側、図１２は接着剤４０の厚み３０μｍ且つ冷却水出口側の結果をそれぞれ示している。シリコーン樹脂を主成分とする接着剤４０の熱伝導率は０．２（Ｗ／ｍＫ）であり、厚み１０μｍでの熱抵抗は１．４５（ｍＫ／Ｗ）であり、厚み３０μｍでの熱抵抗は４．３４（ｍＫ／Ｗ）である。

冷却水入口側における図９のグラフと図１０のグラフとを比較すると、コイル３０に電力Ｐ１を供給した場合に、いずれの冷却水流量においても、接着剤４０の厚み３０μｍの場合のコイル３０の温度上昇は、接着剤４０の厚み１０μｍの場合のコイル３０の温度上昇よりも５℃程度高くなっている。また、冷却水出口側における図１１のグラフと図１２のグラフとを比較すると、コイル３０に電力Ｐ１を供給した場合に、いずれの冷却水流量においても、接着剤４０の厚み３０μｍの場合のコイル３０の温度上昇は、接着剤４０の厚み１０μｍの場合のコイル３０の温度上昇よりも５℃程度高くなっている。

このため、接着剤４０の厚みが薄いほど、コイル３０の温度上昇を抑制することができる。しかしながら、コイル３０への通電時に、銅箔パターン３２ａの温度が上昇して熱膨張する。このため、銅箔パターン３２ａから熱が伝達されたアルミナ層３９も熱膨張することとなる。一方、冷却プレート４１は、冷却水により冷却されているため、アルミナ層３９と比較して温度上昇が小さくなり、熱膨張が抑制されている。このため、アルミナ層３９と冷却プレート４１とで熱膨張量に差が生じて、アルミナ層３９及び冷却プレート４１に熱応力が発生することとなる。

ここで、銅箔パターン３２ａの線膨張係数（熱膨張率）と絶縁層パターン３３ａの線膨張係数とが略等しいため、コイル３０への通電時に銅箔パターン３２ａ及び絶縁層パターン３３ａが熱膨張したとしても、銅箔パターン３２ａの膨張量と絶縁層パターン３３ａの膨張量とに差が生じることを抑制することができる。

また、接着剤４０は、シリコーン樹脂を主成分としており弾性を有するため、アルミナ層３９と冷却プレート４１との熱膨張量の相違に応じて弾性変形する。ただし、接着剤４０の厚みが薄すぎると、銅箔パターン３２ａへの通電時における熱膨張量の差に接着剤４０の弾性変形が追従できず、アルミナ層３９又は冷却プレート４１から接着剤４０が剥離するおそれがある。この点、接着剤４０は、銅箔パターン３２ａへの通電時における弾性変形によりアルミナ層３９及び冷却プレート４１から剥離せず、且つ熱抵抗が所定値よりも小さくなる厚みで形成されている。具体的には、本願発明者の実験によると、接着剤４０の厚みが５μｍよりも厚く且つ３０μｍよりも薄く設定されていることが望ましく、厚みを１０μｍに設定することが最も望ましい。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・銅箔３２、絶縁層３３、及び接着層３４をエッチングにより所定形状に切断するため、接着層３４が熱硬化する温度（熱硬化温度）よりも低い温度でこれらの層を切断することができる。これに対して、絶縁層３３及び接着層３４をレーザで焼き切る場合は、発生する熱により熱硬化性の接着層３４が熱硬化して、カバーフィルム３５と接着層３４との剥離性が低下するおそれがある。この点、上記工程によれば、熱硬化性の接着層３４が熱硬化することを抑制することができ、カバーフィルム３５と接着層３４との剥離性が低下することを抑制することができる。

・銅箔３２の一面に絶縁層３３を形成する溶液状組成物を塗布して乾燥及び硬化させることにより絶縁層３３を設けるため、銅箔３２に絶縁層３３を密着させることができる。絶縁層３３の乾燥及び硬化時には未だ接着層３４が設けられていないため、絶縁層３３の乾燥及び硬化に際して、熱硬化性の接着層３４が熱硬化することを避けることができる。そして、接着層３４が熱硬化する温度よりも低い温度で、接着層３４における絶縁層３３と反対側の面にカバーフィルム３５が設けられるため、カバーフィルム３５を設ける際に熱硬化性の接着層３４が熱硬化することを抑制することができる。

・絶縁層３３は、ポリイミドを主成分に形成されているため、耐熱性及び絶縁性に優れている。そして、第２切断工程は、銅箔３２及びカバーフィルム３５を溶解させず、ポリイミドを溶解させるエッチング液により、絶縁層３３をエッチングする工程を含む。このため、銅箔３２及びカバーフィルム３５がエッチング液により溶解されることを避けつつ、絶縁層３３をエッチングにより切断することができる。

・接着層３４は、エポキシ樹脂とその硬化剤を主成分に形成されているため、熱硬化性及び接着性を有している。そして、第２切断工程は、銅箔３２及びカバーフィルム３５を溶解させず、エポキシ樹脂とその硬化剤とアクリルエラストマーとを溶解させるエッチング液により、接着層３４をエッチングする工程を含む。このため、銅箔３２及びカバーフィルム３５がエッチング液により溶解されることを避けつつ、接着層３４をエッチングにより切断することができる。

・所定形状に切断された銅箔パターン３２ａをマスクとして、絶縁層３３及び接着層３４を所定形状にエッチングするため、絶縁層３３及び接着層３４をエッチングするためのマスクを形成する工程を省略することができる。

・銅箔パターン３２ａの熱膨張率と絶縁層パターン３３ａの熱膨張率とが略等しいため、コイル３０への通電時に銅箔パターン３２ａ及び絶縁層パターン３３ａが熱膨張したとしても、銅箔パターン３２ａの膨張量と絶縁層パターン３３ａの膨張量とに差が生じることを抑制することができる。その結果、熱膨張量の差に起因する銅箔パターン３２ａと絶縁層パターン３３ａとの剥離を抑制することができる。

・熱膨張率が１７ｐｐｍ／℃である銅箔３２に対して、絶縁層３３の熱膨張率を１０〜２４ｐｐｍ／℃に特定することで、熱膨張量の差に起因する銅箔３２と絶縁層３３との剥離を抑制することができる。

・銅箔３２は、表面を粗くするウェットブラストが行われているため、銅箔３２に接する絶縁層３３及び接着層３４と銅箔３２との密着性（接着性）を向上させることができる。

・接着層パターン３４ａを熱硬化させることにより、積層シートパターン３６ａ同士の接着力が向上し、コイル３０への通電時に積層シートパターン３６ａ同士がずれたり剥離したりすることを抑制することができるとともに、コイル３０自体の強度を向上させることができる。

・所定軸線の周りに複数回巻かれた積層シートパターン３６ａにおいて、所定軸線方向の端部同士のずれが積層シートパターン３６ａの幅に対して２％以下となっている。そして、接着層３４の熱硬化により積層シートパターン３６ａ同士の接着力が向上しているため、積層シートパターン３６ａ同士のずれが小さい状態を維持することができる。

・銅箔パターン３２ａ及び耐熱性の絶縁層パターン３３ａが、熱硬化性で未硬化の接着層パターン３４ａを介してカバーフィルム３５に接着されたコイル用シート３７において、接着層パターン３４ａとカバーフィルム３５とが剥離させられる（剥離工程）。このとき、熱硬化性の接着層パターン３４ａは未硬化であるため、カバーフィルム３５と接着層パターン３４ａとはそれほど強固に接着されておらず、カバーフィルム３５と接着層パターン３４ａとの剥離性を維持することができる。

・剥離工程により剥離された銅箔パターン３２ａ、絶縁層パターン３３ａ、及び接着層パターン３４ａを含む積層シートパターン３６ａが、所定軸線の周りに複数回巻かれて巻体３１が形成される（巻体形成工程）。このとき、巻体３１の径方向で隣接する積層シートパターン３６ａ同士が、接着層パターン３４ａの接着力により接着されるため、積層シートパターン３６ａを巻いて巻体３１を形成する際に、積層シートパターン３６ａ同士がずれることを抑制することができる。

・巻体形成工程により形成された巻体３１が加熱されて、接着層パターン３４ａが熱硬化させられる（熱硬化工程）。これにより、積層シートパターン３６ａ同士の接着力を向上させることができ、コイル３０への通電時に積層シートパターン３６ａ同士がずれたり剥離したりすることを抑制することができるとともに、コイル３０自体の強度を向上させることができる。

・積層シートパターン３６ａに所定の張力をかけた状態で積層シートパターン３６ａが巻かれるため、積層シートパターン３６ａ同士の間に隙間ができることを抑制することができる。ここで、積層シートパターン３６ａに所定の張力をかけた状態で積層シートパターン３６ａを巻くと、積層シートパターン３６ａ同士がずれた場合のずれ量が大きくなり易い。この点、積層シートパターン３６ａ同士を接着層パターン３４ａの接着力により接着させるため、積層シートパターン３６ａ同士のずれを抑制することができる。

・積層シートパターン３６ａの幅方向の端部がセンサＳにより検出され、センサＳによる端部の検出結果に基づいて、所定軸線方向における積層シートパターン３６ａの位置が調節される。このため、積層シートパターン３６ａを所定軸線の周りに巻く際に、所定軸線方向において積層シートパターン３６ａ同士がずれることを抑制することができる。

・巻体３１の中心軸線となる所定軸線の方向から巻体３１がヒータＨで加熱されるため、銅箔パターン３２ａによって所定軸線の方向に熱を伝達することができる。したがって、巻体３１の内部まで熱が伝達され易くなり、巻体３１の内部の接着層パターン３４ａを熱硬化させ易くなる。なお、巻体３１を径方向からヒータＨで加熱した場合は、絶縁層パターン３３ａや接着層パターン３４ａにより径方向への熱伝達が抑制されるため、巻体３１の内部まで熱を伝達しにくくなる。

・コイル３０は、所定軸線の周りに複数回巻かれた帯状の銅箔パターン３２ａを含んでいる。そして、コイル３０における上記所定軸線の方向の端面に溶射によりアルミナ層３９が形成され、アルミナ層３９の表面が平坦化されている。このため、複数回巻かれた銅箔パターン３２ａによりコイル３０の端面に形成された凹凸を、アルミナ層３９により埋めることができ、平坦化されたアルミナ層３９の表面までコイル３０の熱を効率的に伝達することができる。

・冷却プレート４１は、アルミナを主体に板状に形成され、内部に冷却水の流路４１ａが形成されている。アルミナ層３９と冷却プレート４１とが接着剤４０により接着されているため、アルミナ層３９から冷却プレート４１への熱伝達性を確保することができる。冷却プレート４１に伝達された熱は、冷却プレート４１の内部の流路４１ａを流通する冷却水により外部等へ移動させられる。

・接着剤４０は、アルミナ層３９と冷却プレート４１との熱膨張量の相違に応じて弾性変形する。このため、コイル３０への通電時に、アルミナ層３９の熱膨張量と冷却プレート４１の熱膨張量とに差が生じたとしても、その熱膨張量の差を接着剤４０により吸収することができる。その結果、冷却プレート４１に作用する熱応力を緩和することができ、冷却プレート４１の破損を抑制することができる。

・接着剤４０は、銅箔パターン３２ａへの通電時における弾性変形によりアルミナ層３９及び冷却プレート４１から剥離せず、且つ熱抵抗が所定値よりも小さくなる厚みで形成されている。このため、接着剤４０は、アルミナ層３９の熱膨張量と冷却プレート４１の熱膨張量との差を吸収することと、アルミナ層３９から冷却プレート４１への熱伝達性を確保することとを両立することができる。

・接着剤４０は電気絶縁性であるため、アルミナ層３９に加えて接着剤４０によっても、所定軸線の方向におけるコイル３０の電気絶縁性を向上させることができる。

・接着剤４０は耐熱性樹脂を主成分として形成されているため、コイル３０の発熱により接着剤４０が高温になったとしても、接着剤４０の特性を維持することができる。

・接着剤４０は、シリコーン樹脂を主成分として、５μｍよりも厚く且つ３０μｍよりも薄く形成されている。このため、アルミナ層３９の熱膨張量と冷却プレート４１の熱膨張量との差を効果的に吸収するとともに、アルミナ層３９から冷却プレート４１への熱伝達性を十分に確保することができる。

・接着剤４０中に含まれる低分子シロキサン（シロキサンモノマー単位として３〜２０量体）の合計含有量は５０ｐｐｍ以下であるため、コイル３０への通電時におけるシロキサンの発生を効果的に抑制することができる。

・銅箔３２の上面に絶縁層３３を形成する溶液状組成物を塗布し、塗布された溶液状組成物の有機溶剤を乾燥させて、固化した成分を加熱して硬化させることで絶縁層３３を形成している。このため、接着剤等を使用することなく、銅箔３２の一面に絶縁層３３を設けることができる。したがって、接着剤等によりコイル３０の耐熱性が制限されることを、避けることができる。

・ポリイミドとシリカとのハイブリッド材料により、絶縁層３３としてポリイミド・シリカハイブリッドを形成しているため、シリカをハイブリッドしていないポリイミドよりも銅箔３２に対する密着性を向上させることができる。

・銅箔３２の線膨張係数（熱膨張率）と絶縁層３３の線膨張係数とを略等しくしているため、銅箔３２の一面に絶縁層３３を形成した後に、それらが反ることを抑制することができる。

・巻体３１の軸線方向端面がアルミナ層３９により固められているため、コイル３０の強度を向上させることができる。

なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・銅箔３２をエッチングする際のマスクＭは、絶縁層３３をエッチングする際のエッチング液、又は接着層３４をエッチングする際のエッチング液で溶解するものであってもよい。こうした構成によれば、マスクＭを除去する工程７を省略することができる。また、工程９で用いるエッチング液としては、工程８で用いたポリイミドを溶解させるエッチング液と同じものであってよく、その場合、工程８および工程９を同時に行えるため、工程簡略化のため好ましい。

・接着層３４として、エポキシ樹脂とその硬化剤とアクリルエラストマーとを主成分に形成されたもの以外を採用することもできる。

・絶縁層３３として、ポリイミドを主成分に形成されたもの以外を採用することもできる。

・コイル用シート３７を、必ずしもコイル用シートロール３７Ａの形状にする必要はなく、シート状、帯状のまま使用することもできる。

・コイル用シート３７において、各層の形成順序を変更することもできる。図１３に示すように、工程１及び工程２を図２の工程１及び工程２と同様に行い、工程３では、銅箔３２における絶縁層３３と反対側の面に接着層３４を形成する。工程４では、接着層３４にカバーフィルム３５を貼り付ける。工程５では、絶縁層３３をエッチングする際のマスクＭを形成し、工程６では、絶縁層３３をエッチングする。工程７では、マスクＭを除去し、工程８では、銅箔３２をエッチングする。工程９では、銅箔パターン３２ａをマスクとして、接着層３４をエッチングする。工程１０では、コイル用シート３７の洗浄を行う。こうした工程により、カバーフィルム３５、接着層パターン３４ａ、銅箔パターン３２ａ、及び絶縁層パターン３３ａが順に積層されたコイル用シート３７を製造することもできる。なお、絶縁層３３及び接着層３４が熱硬化することを抑制できる、あるいはカバーフィルム３５と接着層３４との剥離性の低下を抑制できるのであれれば、絶縁層３３及び接着層３４をレーザで焼き切ってもよい。

・コイル用シート３７は、銅箔３２、絶縁層３３、接着層３４、及びカバーフィルム３５以外の層を含んでいてもよい。例えば、コイル用シート３７として、カバーフィルム３５、接着層３４、銅箔３２、接着層３４、絶縁層を順に積層した構成を採用することもできる。この場合は、絶縁層を乾燥及び硬化させることに代えて、銅箔３２に接着層３４により絶縁層を接着することで、接着層３４をＢステージ状態に維持することができる。

・導体層として、銅箔３２に代えて、銀箔や、アルミ箔を採用することもできる。その場合も、導体層の熱膨張率と絶縁層の熱膨張率とを略等しくすることが望ましいが、導体層の熱膨張率と絶縁層の熱膨張率とが必ずしも略等しくなくてもよい。

・積層シートパターン３６ａに所定の張力をかけた状態で積層シートパターン３６ａを巻いたが、この所定の張力は積層シートパターン３６ａの巻き初めから巻き終わりまで一定であってもよいし、途中で変更してもよい。

・シリコーン樹脂を主成分とする接着剤に対する低分子シロキサン低減処理として、アセトンによる洗浄処理に代えて減圧処理を行ってもよい。こうした処理によっても、低分子シロキサンの含有量を劇的に減少させることができる。

・接着剤４０がシリコーン樹脂を主成分としないものであれば、低分子シロキサン低減処理を省略してもよい。例えば、ポリウレタン系の接着剤や、ゴム系の接着剤のうち、熱伝導率が比較的高いものを用いることもできる。

・電磁アクチュエータの種類によっては、固定鉄心３８に代えてアルミナ等の非磁性体の固定芯を用いることもできる。例えば、コイル３０を直線状に複数並べて、冷却プレート４１上に配置した永久磁石を含む可動部を移動させるリニアモータ等に用いることができる。

・冷却プレート４１の流路４１ａは、任意の形状を採用することができる。

３０…コイル、３１…巻体、３２…銅箔（導体層）、３２ａ…銅箔パターン（導体層）、３３…絶縁層、３３ａ…絶縁層パターン（絶縁層）、３４…接着層、３４ａ…接着層パターン（接着層）、３５…カバーフィルム（基層）、３６…積層シート、３６ａ…積層シートパターン（積層シート）、３７…コイル用シート、３７Ａ…コイル用シートロール、３７Ｂ…コイル用シートロール、３７ａ…初期シート、３８…固定鉄心（軸芯）、３９…アルミナ層、４０…接着剤、４１…冷却プレート、４１ａ…流路。

Claims (8)

1. 所定軸線の周りに複数回巻かれた帯状の導体を含むコイルと、
   前記コイルにおける前記所定軸線の方向の端面に溶射により形成され、表面が平坦化されているアルミナ層と、
   アルミナを主体に板状に形成され、内部に冷却媒体の流路が形成された冷却プレートと、
   前記アルミナ層と前記冷却プレートとを接着し、前記アルミナ層と前記冷却プレートとの熱膨張量の相違に応じて弾性変形する接着剤と、
   を備えることを特徴とするコイルの冷却構造。
2. 前記接着剤は、前記導体への通電時における前記弾性変形により前記アルミナ層及び前記冷却プレートから剥離せず、且つ熱抵抗が所定値よりも小さくなる厚みで形成されている請求項１に記載のコイルの冷却構造。
3. 前記接着剤は、電気絶縁性である請求項１又は２に記載のコイルの冷却構造。
4. 前記接着剤は、耐熱性樹脂を主成分として形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のコイルの冷却構造。
5. 前記接着剤は、シリコーン樹脂を主成分とする接着剤である請求項４に記載のコイルの冷却構造。
6. 前記接着剤の厚みは、５μｍよりも厚く且つ３０μｍよりも薄く設定されている請求項５に記載のコイルの冷却構造。
7. 前記接着剤は、シロキサンモノマー単位として３〜２０量体からなる低分子シロキサンの合計含有量が５０ｐｐｍ以下である請求項５又は６に記載のコイルの冷却構造。
8. 前記接着剤は、低分子シロキサン低減処理されたものである請求項７に記載のコイルの冷却構造。

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