JP6395625B2 - 巻線抵抗器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗器に係り、特に繊維状の絶縁物を束ねて成形した芯材に抵抗線を巻装した巻線抵抗器の製造方法に関する。

従来から、上記巻線抵抗器が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、ガラス繊維を束ねた芯材の外周面に抵抗線を連続的に巻装した巻線抵抗器であり、ガラス繊維等の絶縁材料からなる線を多数本束ねて、シリコンワニス等の耐熱性接着剤に含浸して固定した芯材に、抵抗線として炭素繊維糸を連続的に巻き付けた巻線抵抗器が開示されている。

係る巻線抵抗器は、抵抗成分の他に高いインダクタンス成分を有し、フィルター素子（雑音防止抵抗）としても利用が可能である。当該製品は、例えば自動車のエンジン点火時に発生する高周波雑音の放射を効果的に抑制する等に用いられる。また、セラミックケースに収納し、耐熱性の素子として利用することも可能である。

特開昭５９−１１５５０１号公報

巻線抵抗器は、ガラス等の繊維束からなる芯材の外周に抵抗線を巻回し、適当な寸法に切断した後、両端部にキャップ端子を装着し、外周方向からカシメて、製造している。従来は、キャップ端子両端側からの圧縮強度の確保と、抗折強度の向上を目的として、さらに製造工程における搬送時のガラス繊維束の形状を維持するため、芯材全体に樹脂等の固着剤を含浸させている。すなわち、毛細管現象を利用して固着剤が芯材の全体に行き渡るように含浸させて、芯材全体を固めていた。

しかし、そうすると、外周方向からキャップ端子をカシメた場合、芯材が変形に耐えられずに芯材に亀裂が入ってしまうという問題が生じる場合がある。さらに、金属であるキャップ端子と、固着剤（樹脂材）が浸透したガラス等の繊維からなる芯材では熱膨張係数が異なるため、高温環境下では芯材が大きく膨張し、キャップ端子の口径を押し広げてしまうことがある。室温環境に戻した時にはキャップ端子も収縮するが、もとの口径にまで戻りにくく、広がったままの状態となり、その結果キャップ端子と抵抗線の間に隙間ができ、導通が取れ難くなるという問題が生じる場合がある。

本発明は、上述の事情に基づいてなされたもので、製品の圧縮強度・抗折強度を確保し、製造工程において芯材の変形を防止し、芯材に抵抗線を固定するという巻線抵抗器の基本機能を維持すると共に、高い信頼性を備えた巻線抵抗器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の抵抗器の製造方法は、繊維状の絶縁物からなる長尺の芯材を成形する工程と、芯材の外周に抵抗線を巻回する工程と、芯材を所定の寸法に切断し抵抗素子を形成する工程と、抵抗素子の両端に端子を形成する工程と、を備え、芯材には外周近傍部分に固着剤を含浸させ、中心部分に前記固着剤を含まないことを特徴とする。

本発明によれば、芯材の外周部分近傍に固着剤の含浸層を形成し、その内部にガラス繊維束からなるクッション層を形成できる。これにより、固着剤の含浸層により製品の圧縮強度・抗折強度を確保し、製造工程において芯材の変形を防止し、且つその内部のクッション層によりクラックの発生や巻線とキャップの導通不良等を防止でき、信頼性の高い巻線抵抗器の製造が可能となる。

本発明の第１実施例の要部を示す断面図である。 上記の斜視図である。 本発明の第２実施例の要部を示す、左図は正面図であり、右図は側面図である。 本発明の第３実施例の要部を示す斜視図である。 上記の平面図である。 上記のＡ断面およびＢ断面の断面図である。 本発明の第４実施例の要部を示す正面図である。 単体に切断した芯材にキャップを嵌着し、カシメる段階の斜視図である。 キャップカシメ後の、上段は抵抗器長手方向に沿った断面図であり、下段左図は上段のＢＢ断面図であり、下段右図は上段のＡＡ断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図１Ａ乃至図６を参照して説明する。なお、各図中、同一または相当する部材または要素には、同一の符号を付して説明する。

巻線抵抗器は、繊維状のガラス等の絶縁物からなる長尺の芯材を成形する工程と、芯材の外周に抵抗線を巻回する工程と、芯材を所定の寸法に切断し抵抗素子を形成する工程と、抵抗素子の両端に端子を形成する工程と、により製造される。本発明の実施形態では、芯材の原材料として繊維状のガラスを用いているが、これに限定するものではなく、フェライト、樹脂、アルミナ等の繊維状の材料が使用でき、耐熱性が求められる場合には、繊維状のガラス、アルミナを用いることが望ましい。ここで、従来の繊維状のガラスからなる長尺の芯材を成形する工程は、繊維状のガラスの束からなる芯材全体に樹脂等の固着剤を含浸させて、芯材を成形する。

本発明に係る巻線抵抗器の芯材を成形する方法は、繊維状のガラス等の束からなる芯材の外周部近傍部分に固着剤（液相のエポキシ樹脂等）を含浸させる方法であって、以下の第１実施例から第４実施例の方法等により芯材が成形される。繊維状のガラス等からなる長尺の芯材の外周近傍部分に含浸された液相の固着剤は加温硬化され固相の樹脂層となり、中心部分に樹脂層を含まない繊維状のガラス等からなる長尺の芯材が成形される。

図１Ａおよび図１Ｂは第１実施例の方法を示す。温度管理により低粘度に調整した液相のエポキシ等の樹脂（溶剤を含まないことが望ましい）１を金属製の槽２に溜めており、この槽２内を繊維状のガラスの束からなる芯材１１が通過することにより芯材外周近傍部分（表面）に樹脂を含浸する。槽２の入口に設けられた絞りノズル３で原材料のガラス繊維１１ｏを束にした状態（芯材１１としてまとめた状態）で槽２に入れ、樹脂の含浸時間を短時間に調整することで、芯材１１の中心部分まで樹脂が浸透しないように、含浸深さを調整する。

一例として、絞りノズル３を通過することで、外径３．６ｍｍ程度のガラス繊維の束である芯材１１が形成される。芯材１１の搬送速度は巻線のピッチによって様々であるが、芯材１１が樹脂槽内に入ってから出るまでの樹脂の含浸時間は５秒以下であることが望ましく、含浸時間が５秒より長くなると、芯材の全体に樹脂が含浸される、あるいは含浸割合にばらつきが生じる。樹脂の含浸時間は、約２−４秒程度であることが特に望ましい。これにより、芯材１１はその外周近傍部分１１ａのみに固着剤を含浸させ、中心部分１１ｂに固着剤を含まない状態が形成される。

固着剤（樹脂）の温度管理は槽２をヒーター等により加熱することによって行われる。槽２内の樹脂量が一定量減ると、槽２の上部の開口からディスペンサー５等により樹脂を供給し、常に一定量の樹脂が槽２内に満たされている。なお、槽２内の樹脂量の変化は、開口から図示しないセンサー等により検知する。

この方法の特徴は、絞りノズル３によりガラス繊維１１ｏが束（芯材１１）にされた状態で槽２内へ入り、そのまま槽２内を短時間で通過することにある。エポキシ等の樹脂は溶剤を含まず、好適な温度および粘度に調整されている。この方法は、樹脂の温度および粘度管理が最も容易であり、芯材１１の全周が均一に樹脂に触れるため、芯材の全周にわたって外周部分近傍に固着剤を浸透させ、中心部分に固着剤を含まなくすることができる。

そして、繊維束に浸透した樹脂を加温硬化させ、芯材１１の成形工程が完了する。これにより、芯材１１はその外周近傍部分１１ａのみに固着剤を含浸させ、中心部分１１ｂに固着剤を含まないことで、内部にガラス繊維束からなるクッション層を形成できる。

すなわち、外周近傍部分１１ａに設けた固着剤の含浸層により製品の圧縮強度・抗折強度を確保し、製造工程において芯材の変形を防止できる。且つ、芯材１１の内部の中心部分１１ｂに設けたクッション層によりクラックの発生や温度変化に伴う巻線とキャップの接続不良等を防止でき、信頼性の高い巻線抵抗器の製造が可能となる。

図２は第２実施例の方法を示す。絞りノズル３で原材料のガラス繊維１１ｏを束にした状態（芯材１１）で、該芯材１１の上下に、該芯材１１を挟んで搬送方向に回転する回転式ローラー６を備えている。この回転式ローラー６には樹脂を流し込む溝６ａがある。この溝６ａにディスペンサー５等により液相の樹脂１を流し、芯材１１の外周近傍部分（芯材の表層）１１ａに樹脂の含浸層を形成する。すなわち、ガラス繊維を束ねた状態で芯材の表面にローラー６により固着剤を転写することにより、芯材１１の外周近傍部分１１ａに固着剤を含浸させる。

第１実施例の方法と同様に樹脂１の温度および粘度をあらかじめ調整し、芯材１１の内部（中心部分）まで浸透しないようにしている。従って、その内部（芯材の中心部分）１１ｂに、樹脂を含まないガラス繊維のみからなる部分が形成される。この方法では、含浸時間は第１実施例と比べて短いので、芯材の外周部分近傍のみに浅く含浸させることができる。但し、ディスペンサー５の塗布量（吐出量）、槽２の溜込量、ローラー６によるガラス繊維束の押圧の程度等によって、含浸量を制御する事は可能である。

図３Ａ−３Ｃは第３実施例の方法を示す。この第３実施例の方法は、上記第１実施例の方法の応用である。芯材１１の原材料となるガラス繊維１１ｏの一部は、絞りノズル３およびローラー４により断面が略平板状に成形され、樹脂１を溜めた槽２に浸漬し、その全体が樹脂を含浸する。そして、ローラー４により断面が平板状に成形された樹脂含浸ガラス繊維束１１ｃが形成される。この繊維束１１ｃは樹脂を含まない絞りノズル３により断面が円形に成形された繊維束１１ｄの上下両側に配置され、搬送される。

そして、樹脂を含浸したガラス繊維束１１ｃと樹脂を含浸しないガラス繊維束１１ｄを分けた状態で搬送し、絞りノズル３Ａにより結束する段階において、樹脂を含浸したガラス繊維部分１１ｃが断面円形の樹脂を含浸しないガラス繊維部分１１ｄの外周にくるように束ねる（図３Ｂ−３Ｃ参照）。これにより、中心部分の全く樹脂を含まないガラス繊維束１１ｄの外周に樹脂を均一に含むガラス繊維束１１ｃがリング状に形成されたガラス繊維束１１（１１ｃ、１１ｄ）が成形される。

第３実施例の方法の特徴は、樹脂を含浸するガラス繊維と、樹脂を含浸しないガラス繊維を分けたままの状態で搬送すること、ガラス繊維を結束するときに樹脂を含浸しないガラス繊維を、樹脂を含浸するガラス繊維が包む（内側に束ねる）ことである。この方法では、樹脂を含浸するガラス繊維（外周近傍部分）の束の量をコントロールすることにより、芯材１１における樹脂を含浸する部分の厚みの制御が容易にできる。

第１−第３実施例においては、樹脂含浸の外周近傍部分１１ａ（１１ｃ）を有する芯材１１の外周に抵抗線１２ａを巻回し、さらに樹脂１２ｂにより抵抗線１２ａを芯材１１の外周面に固定し、抵抗線の巻回層１２を形成する。抵抗線１２ａとしては、Ｎｉ線、ＮｉＣｒ線、ＮｉＦｅ線、ＣｕＮｉ線等が用いられる（図６参照）。

図４は第４実施例の方法を示す。この方法は、抵抗線巻回工程とほぼ同時に芯材１１の外周近傍部分１１ａに固着剤である樹脂を含浸させるようにしている。ディスペンサー５等から滴下された樹脂１は、抵抗線巻回工程において芯材の形状（径）を最終的に決める治具である巻線ノズル（ガラス繊維結束手段）３の外面を伝ってガラス繊維を束ねた芯材１１に固着剤を供給することにより、芯材１１の外周近傍部分１１ａに固着剤を含浸させる。

この場合、樹脂１と芯材１１の接触する時間が非常に短くなることから、芯材の内側まで樹脂が含浸され難く、他の方法と比較して芯材の表面および表面近傍に少面積で且つ浅く樹脂を含浸させることができる。しかしながら、ディスペンサーの塗布量によって樹脂含浸量を制御する事が可能である。また、この方法は、抵抗線巻装工程後の樹脂コート工程を固着剤含浸工程が兼ねることもでき、全体としての工程数を少なくすることができる。その他、芯材１１の上下側、あるいは左右側から刷毛やブラシにより樹脂を直接塗布する方法も可能である。

次に、各実施例により、芯材に固着剤を含浸させ、芯材外周に抵抗線を巻回した後に、図５に示すように、適当な寸法に長尺の抵抗線巻回層１２を備えた芯材１１を切断した後、両端部にキャップ端子１３を装着し、外周方向からカシメ加工により加圧して、略平坦面のカシメ痕１３ａを形成する。この際、中心部分１１ｂの繊維束がクッションとして作用するため、深いカシメ痕を内部に食い込ませる必要がなく、カシメ痕１３ａは平坦で、内部に食い込んでなく、キャップ端子１３が多角形を形成することが好ましい（図６左図参照）。

このガラス繊維束からなる芯材１１は、外周近傍部分１１ａのみに固着剤を含浸させ、中心部分１１ｂには固着剤が浸透しないようにすることにより、芯材１１の全体が固まらず、全体として柔軟性を有している。芯材１１は断面積において５〜７０％程度固着剤を含浸させた外周近傍部分１１ａを有する。固着剤含浸割合が５％以下であると、ガラス繊維束を固着して芯材１１として形状維持することが難しく、７０％以上であるとクッションとしての効果が弱くなる。

繊維束が固着した部分を低減することが目的であるため、固着剤を含浸した部分の面積は少ない方がよく、断面の固着剤含浸割合を１０〜３０％、中心部分１１ａを７０〜９０％程度とすることが好ましい。その結果、キャップ端子カシメの圧力に対しては、中心部分１１ｂのガラス繊維がクッションとしての役割を果たし、芯材１１に亀裂が入り難くなる。また使用環境の温度変化による熱膨張の影響がクッション作用により低減されるため、抵抗器としての導通の安定性を確保でき、信頼性が向上する。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

本発明は、繊維状の絶縁物を多数束ねて成形した芯材に抵抗線を巻装した巻線抵抗器の製造に好適に利用可能である。

Claims (8)

1. 繊維状の絶縁物からなる長尺の芯材を成形する工程と、
   前記芯材の外周に抵抗線を巻回する工程と、
   前記芯材を所定の寸法に切断し抵抗素子を形成する工程と、
   前記抵抗素子の両端に端子を形成する工程と、を備え、
   前記芯材には外周近傍部分に固着剤を含浸させ、中心部分に前記固着剤を含まないことを特徴とする抵抗器の製造方法。
2. 絶縁物の繊維を束ねた状態で固着剤を溜めた槽内を通過させることにより、芯材の外周近傍部分にのみ固着剤を含浸させることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器の製造方法。
3. 固着剤を溜めた槽内を通過するのにかかる時間は５秒以下であることを特徴とする請求項２に記載の抵抗器の製造方法。
4. 絶縁物の繊維を束ねた状態で芯材の表面にローラーにより固着剤を転写することにより、芯材の外周近傍部分に固着剤を含浸させることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器の製造方法。
5. 前記固着剤の転写は、芯材を上下方向からローラーにより挟んだ状態で行なうことを特徴とする請求項４に記載の抵抗器の製造方法。
6. 芯材となる絶縁物の繊維の一部を、固着剤を溜めた槽に浸漬し、固着剤を含浸した絶縁物の繊維を、固着剤を含浸しない絶縁物の繊維の外周を覆うように束ねて芯材を形成することにより、芯材の外周近傍部分に固着剤を含浸させることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器の製造方法。
7. 絶縁物の繊維を結束する工程において、固着剤を含浸しない絶縁物の繊維を、固着剤を含浸した絶縁物の繊維が包みこむことを特徴とする請求項６に記載の抵抗器の製造方法。
8. 抵抗線を芯材に巻回する工程において、巻線ノズルの外面を伝って絶縁物の繊維を束ねた芯材に固着剤を供給することにより、芯材の外周近傍部分に固着剤を含浸させることを特徴とする請求項１に記載の抵抗器の製造方法。

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