JP6763690B2 - コイルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、コイル及びコイルの製造方法に関する。

コイルは、例えば断面が矩形を下半角線や断面が円形をした丸線等の導体を巻回することによって形成されている。そして、導体の周囲およびコイルの外周は、レジンによって覆われている。

特開２０００−９０７４７号公報

さて、導体やコイルの絶縁性が低下すると、コイルの性能の低下を招くことになる。
そこで、絶縁性に優れたコイル及びコイルの製造方法を提供する。

実施形態のコイルは、導体をレジンでモールドした巻線用導体を巻回してなるものであって、巻線用導体は、導体の表面まで前記レジンが隙間なく充填されている。

実施形態によるコイルの概略構成例を示す図 コイルの断面構造を示す図 コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図 コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図 コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図 コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図 コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図 コイルの製造過程の途中工程の状態を示す断面図 コイルの製造過程の途中工程の状態を示す図 他のコイルの概略構成例を示す図

以下、一実施形態について図面に基づいて説明する。実施形態の説明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。
図１は、実施形態の一例として示すコイル１０の概略構成例を示す斜視図である。図２は、図１のコイル１０の部分Ａにおける構成を示す断面図である。コイル１０は、例えば銅からなる複導体線１２により構成されている。コイル１０は、複導体線１２が、中心に空洞を有して同心円状に例えば楕円を呈し、渦巻き状に密着して巻回するようにして構成され、全体がレジンにより固められている。図１における部分Ａは複導体線１２の基本単位に相当する部分であり、図２はコイル１０を構成する複導体線１２の基本構成を示している。コイル１０に用いられる複導体線１２は、互いに絶縁された複数例えば２本の導電性の素線１４、例えば絶縁被膜を備える複数のエナメル線からなる巻線用導体である。

図２に示すように、複導体線１２は、複数の素線１４からなる。複導体線１２は、周囲を、固縛帯２２及び包囲帯２４により覆われてなるものである。

固縛帯２２としては、例えば、強靭なアラミド繊維テープが用いられる。固縛帯２２は紙テープ形状を備えており、素線１４が解けてしまわないように固縛するために用いられる。固縛帯２２は後述する図４（ａ）に示すように、巻回する固縛帯２２の間に間隙Ｇ（間隔に相当する）が形成されるように複導体線１２の周囲を巻回している。

包囲帯２４は、固縛帯２２により固縛された複導体線１２の周囲を巻回して覆っている。包囲帯２４は、後述する不織布テープ３２に後述するレジン液３８（液体レジンに相当する）を含浸させて硬化させたものである。この場合、不織布テープ３２は、後述するコイル１０の製造工程において、後述するレジン液３８を浸透、透過させることが可能で、複導体線１２の周囲を巻回可能な素材の一例として挙げたものである。このような特性を有していれば包囲帯２４を構成する素材は不織布テープ３２に限定されなくてもよい。

複数の素線１４の間には絶縁性の硬化レジン２０（レジン）が隙間なく存在している。また、素線１４と固縛帯２２及び包囲帯２４の間も、隙間なく硬化レジン２０が存在している。すなわち、コイル１０全体が、内部から外部にわたって硬化レジン２０により立体的に一体化されて固定されたものである。また、固縛帯２２、及び包囲帯２４も、硬化レジン２０により隙間なく固められている。すなわち、コイル１０及びこれを構成する複導体線１２は、素線１４の間及びその周囲が硬化レジン２０で隙間なく充填されてモールドされた構成を備える。

硬化レジン２０すなわち後述するレジン液３８としては、熱伝導率すなわち放熱性の高いレジンを採用してもよい。熱伝導率の高いレジンとしては、例えばエポキシ樹脂に、高熱伝導性を発現させる添加剤を添加する工程を設け、アルミナや窒化ホウ素などのマイクロサイズの高熱伝導性フィラーを添加したものが用いられる。熱伝導率の高いレジンを採用した場合は、コイル１０及びこれを構成する複導体線１２は、複数の素線１４の間、素線１４と固縛帯２２及び包囲帯２４の間、更には、コイル１０の外周面まで熱伝導率すなわち放熱性が高い硬化レジン２０が充填された構成となっている。従って、形成されるコイル１０及びこれを構成する複導体線１２は、その内部が熱伝導率すなわち放熱性が高い硬化レジン２０によって隙間なく満たされており、その外周も放熱性が高い硬化レジン２０により硬化された包囲帯２４により覆われているため、コイル１０全体が熱伝導率すなわち放熱性が高いものとなる。
また、絶縁する際の欠陥となり易いボイドの残留が極小で、導体部とレジンとの間の密着性が良好であるため、絶縁性能が高いものとなる。

次に、コイル１０の製造方法について説明する。図３から図９はコイル１０の製造方法を説明するための図であり、製造工程の各途中工程における状態を示す図である。図３はコイル１０を構成する複導体線１２の製造過程の途中工程の状態を示す図である。図４はコイル１０を構成する複導体線１２の製造過程の途中工程の状態を示す図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は断面図を示す。図５はコイル１０を構成する複導体線１２の製造過程の途中工程の状態を示す図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）及び図５（ｃ）は断面図を示す。

まず、図３に示すように、素線１４を複数本準備する。図３には、２本の素線１４を、それぞれ素線１４ａ、素線１４ｂとして示している。

次に、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、素線１４の周囲を固縛帯２２により巻回することにより固縛し、複導体線１２を形成する。固縛帯２２は、間隙すなわち隙間を形成するようにして巻回される。この状態では、巻回される固縛帯２２の間の間隙から素線１４が露出している。ここで、固縛帯２２は例えばアラミド紙テープであるため、後述するレジン液を透過させることができない。つまり、固縛帯２２は、硬化させる前のレジン液を透過しない性質を備えている。

次に、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、素線１４ａ、素線１４ｂの周囲を不織布テープ３２により巻回する。この場合、不織布テープ３２は、巻解された不織布テープ３２の間に間隙が発生しないように素線１４ａ、素線１４ｂの周囲を巻回されている。不織布テープ３２は後述するレジン液３８を浸透、透過させることができる。

ここで、不織布テープ３２には、後述するレジン液３８の硬化促進剤（レジン硬化促進剤に相当する）が含まれている。硬化促進剤としては、例えば、アミン類、イミダゾール類、ホスフィン、ＤＢＵ（１,８-ジアザビシクロ(５.４.０)ウンデセン-７）及びその有機酸塩、若しくはアンモニウムあるいはホスホニウム化合物などが用いられる。

なお、不織布テープ３２が、素線１４を固縛するのに十分な強度、すなわち、素線１４が解けてしまわないようにするのに十分な強度を有している場合は、固縛帯２２による素線１４の固縛を省略することができる。すなわち、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、素線１４の周囲を、不織布テープ３２により隙間なく巻回することにより、図５（ｃ）に示す複導体線１２を形成することができる。この場合は固縛帯２２による固縛を省略できるため、工程が簡略化でき、製造コストの削減に貢献する。また、この場合のコイル１０及びこれを構成する複導体線１２においては、素線１４の周囲が包囲帯２４により覆われる。その他の構成は同じである。

次に、図６に示すように、複導体線１２を巻回心材３４の周囲に螺旋状に巻回することにより、複導体線１２をコイル状にする。巻回心材３４は例えば木材により構成される。複導体線１２を巻回心材３４に巻回しコイル状に形成されたものは、図７に示すようにコイル１０ｂとなる。

次に、コイル１０ｂを巻回心材３４から抜いた後、図７に示すように、レジン液３８を満たしたレジン容器３６内に浸漬する。レジン容器３６を大気圧より低い圧力の空間に置くことにより、レジン液３８のコイル１０ｂ内部への充填が促進される。ここで、上述したように不織布テープ３２は、レジン液３８を透過させることができる。また、固縛帯２２は図４に示すようにその間に間隙Ｇが形成されるようにして素線１４の周囲に巻回されている。従って、レジン液３８は不織布テープ３２を透過して素線１４の外周面（表面）にまで浸入し、更に、巻回された固縛帯２２の間隙Ｇを通って素線１４の間に浸入する。これにより、素線１４の間、更には固縛帯２２、不織布テープ３２とこれら素線１４との間は、隙間なくレジン液３８で満たされる。

ここで、上述したように、不織布テープ３２にはレジン液３８の硬化促進剤が含まれている。この硬化促進剤により、コイル１０ｂをレジン液３８に浸漬させ、レジン液３８が不織布テープ３２及び複導体線１２内部に十分浸透した後に、不織布テープ３２におけるレジン液３８が硬化促進剤と反応して硬化する。これにより、後述する図８に示すようにレジンによって硬化された包囲帯２４が形成される。ここで、硬化促進剤は不織布テープ３２にのみ含まれているため、不織布テープ３２部のレジン液３８だけが硬化し、不織布テープ３２に覆われた内部のレジン液３８は硬化しない未硬化のままで残存する。すなわち、素線１４、及び固縛帯２２との間であって、不織布テープ３２に覆われた内部領域は、硬化前のレジン液３８すなわち未硬化レジン４０により満たされている。この状態のコイルを、コイル１０ｄとすると、コイル１０ｄを構成する複導体線１２は、図８に示すように、未硬化レジン４０が、その内部の素線１４の間に満たされ、その外周が、レジン液３８により硬化された不織布テープ３２すなわち包囲帯２４により覆われている状態となっている。

次に、この状態のコイル１０ｄをレジン容器３６から取り出したものを図９に示す。コイル１０ｄを構成する複導体線１２の構造は、上述するように図８に示されている。図８は、図９のＢ部分の断面構造を示したものである。この時、コイル１０ｄを構成する複導体線１２は上述のように、周囲がレジン液３８で硬化された包囲帯２４により覆われている。このため、コイル１０ｄをレジン容器３６から取り出しても、コイル１０ｄ内部のレジン液３８すなわち未硬化レジン４０が外部に漏れ出ないようにすることができ、包囲帯２４により覆われた内部に隙間なく保持された状態が確保されている。

次いで、図９に示すように、コイル１０ｄを熱乾燥炉４２に投入する。熱乾燥炉４２によりコイル１０ｄの全体が熱乾燥され、これによって、コイル１０ｄの未硬化レジン４０が硬化する。同時に包囲帯２４の硬化も促進される。以上の工程を経て、図１に示すコイル１０を製造することができる。

なお、図７に示す工程において、不織布テープ３２部のみ硬化促進剤を含ませて、この部分のみのレジン液３８を硬化させるのは以下の理由による。仮に、不織布テープ３２部分に、レジン液３８の硬化促進剤を含ませることがない場合を想定する。この場合、レジン容器３６内のレジン液３８にコイル１０ｂを浸漬しても、不織布テープ３２部分のレジン液３８は硬化しない。この状態で、レジン容器３６からコイル１０を出すと、不織布テープ３２はレジン液３８を透過させるため、コイル１０内の未硬化レジン４０が不織布テープ３２を通過して外に漏れ出てしまう。従って、この状態で、熱乾燥炉４２でレジン液３８を硬化させると、コイル１０を構成する複導体線１２の内部は硬化レジン２０が欠落し、素線１４、固縛帯２２、及び包囲帯２４等の間に隙間が形成される。このような隙間が存在すると、コイル１０は絶縁性が低下してしまう。

一方、不織布テープ３２に硬化促進剤を含ませない場合にレジン液３８を硬化させるには、レジン容器３６にコイル１０を入れた状態で加熱するなどの方法でレジン液３８を硬化させることになる。しかし、このようにすると、中にコイル１０を入れたレジン容器３６ごとレジン液３８が硬化してしまい、レジン容器３６ごとこれらが一体化してしまうためコイル１０を取り出すことができない。またコイル１０中央の空洞にも硬化したレジンが満たされてしまい、当該空洞が硬化されたレジンで塞がれてしまう。以上の理由から、不織布テープ３２に硬化促進剤を含ませて、この部分のみレジン液３８を硬化させるのである。すなわち、不織布テープ３２は、これに硬化促進剤を含ませることによりレジンにより硬化された包囲帯２４となり、コイル１０ｂを、レジン液３８を満たしたレジン容器３６に浸漬し、内部にレジン液３８を含浸させた際に、コイル１０ｂ内部にレジン液３８が隙間なく充填された状態を保持する機能を有する。これにより、コイル１０内部の素線１４、固縛帯２２及び包囲帯２４間に隙間がなく、絶縁性が向上したコイル１０を得ることができる。

上述した実施形態に係るコイル１０によれば以下の効果を奏する。
実施形態のコイル１０及びこれを構成する複導体線１２は、素線１４の間及びその周囲が硬化レジン２０で隙間なく充填されてモールドされた構成を備える。これにより、コイル１０の絶縁性が向上され、例えばこれを高周波電気機器に用いた場合にあっても、優れた絶縁性を奏する。

さらに、コイル１０及びこれを構成する複導体線１２において、素線１４、固縛帯２２、及び包囲帯２４が硬化レジン２０により一体的かつ隙間なく固められ、立体的に固定された構成を備える。すなわち、コイル１０及びこれを構成する複導体線１２は、素線１４の間及びその周囲が硬化レジン２０で隙間なく充填されて固められモールドされた構成を備える。これにより、コイル１０において、隙間や剥離ボイドの発生が抑制され、優れた絶縁性を奏する。

実施形態のコイル１０及びこれを構成する複導体線１２は、その周囲がレジンで硬化された不織布テープ３２からなる包囲帯２４により覆われている。これにより、複導体線１２間の絶縁性が向上するとともに、コイル１０の機械的強度が向上する。

実施形態のコイル１０及びこれを構成する複導体線１２において、これに用いられる硬化レジン２０すなわちレジン液３８として、熱伝導率すなわち放熱性の高いレジンを採用してもよい。この場合、コイル１０は優れた放熱性を備えるため、例えばコイル１０において異常発熱が発生した場合にもコイル１０の破損等を抑制することができる。

実施形態のコイル１０の製造方法によれば、不織布テープ３２にはレジン液３８の硬化促進剤が含まれている。この硬化促進剤により、製造途中のコイル１０ｂをレジン液３８に浸漬させ、レジン液３８が複導体線１２内部に十分浸透した後に、不織布テープ３２におけるレジン液３８が硬化促進剤と反応して硬化する。これにより、コイル１０の内部領域が硬化されていないレジン液３８すなわち未硬化レジン４０により満たされ、その外周が、レジン液３８により硬化された不織布テープ３２すなわち包囲帯２４により覆われている状態となる。すなわち、コイル１０の内部領域の未硬化レジン４０の外周が、レジンにより固められた包囲帯２４により覆われ、内部に未硬化レジン４０が閉じ込められた状態を作り出すことができる。これにより、製造途中のコイル１０をレジン容器３６から取り出しても、コイル１０の内部領域の未硬化レジン４０が漏れ出ないようにすることができる。これにより、素線１４の間及びその周囲が硬化レジン２０で隙間なく充填されてモールドされた構成を備えるコイル１０及びこれを構成する複導体線１２を得ることができる。以上より、優れた絶縁性を備えるコイル１０を製造することができる。

上記した実施形態では２つの素線１４ａ、１４ｂを束ねることにより断面視が概ね長方形となる平角線を用いる例を示したが、図１０（ａ）に示すように、断面視にて概ね長方形となる１つの素線１４を用いてもよい。このような素線１４の場合であっても、不織布テープ３２を巻回し、実施形態と同様にレジン容器３６に浸漬することにより、図１０（ｂ）に示すようにレジン液３８が素線１４の表面まで浸透する。そして、熱処理することにより、図１０（ｃ）に示すように、優れた絶縁性を備える複導体線１２とすることができる。したがって、優れた絶縁性を備えるコイル１０を製造することができる。
また、上記説明において、実施形態では複導体線１２として断面が矩形の平角線を用いた例を例示して説明したが、これに限る意図はない。例えば断面が円形の丸型線を用いてもよい。
本発明のいくつか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、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄはコイル、１２は複導体線（巻線用導体）、１４は素線、２０は硬化レジン（レジン）、２２は固縛帯、２４は包囲帯、３２は不織布テープ、３６はレジン容器、３８はレジン液（レジン）、４０は未硬化レジン（レジン）、４２は熱乾燥炉を示す。

Claims (2)

1. 導電性の導体で構成される巻線用導体を準備する工程と、
   前記巻線用導体の周囲を、レジン硬化促進剤を含む不織布により巻回する工程と、
   前記不織布により巻回された前記巻線用導体を螺旋状に巻回しコイル状にする工程と、
   コイル状にされた前記巻線用導体を液体レジンに浸漬して前記液体レジンを含浸させる工程と、
   前記液体レジンを含浸させた前記巻線用導体を熱乾燥炉で処理することによりレジンを硬化させる工程と、
   前記巻線用導体の周囲を、レジン硬化促進剤を含む不織布により巻回する工程の前に、液体レジンを透過しない性質を備えるテープにより、間隔を設けつつ巻回する工程と、を備えるコイルの製造方法。
2. 前記レジンに高熱伝導性を発現させる添加剤を添加する工程を備える請求項１に記載のコイルの製造方法。

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