JP7022298B2 - コイル装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、コイル装置の巻枠に巻回されたコイルの沿面距離を確保して絶縁を取るために、巻枠上で巻回コイルの端部に隣接して巻回される絶縁テープ、詳しくは樹脂を含浸したテープの巻回層間の隙間を、加熱により流動化した樹脂により埋めるタイプのコイル装置用絶縁テープを利用したコイル装置の製造方法に関するものである。

例えばトランス等のコイル装置において、コイル端部の絶縁距離を確保するために、ポリエステルテープ等の絶縁テープをコイル巻枠に巻回して使用することも多いが、ポリエステルテープ等は、巻回したテープ層間に隙間が発生してしまい、テープの絶縁耐力はテープ面の沿面距離（テープの幅）に応じて決定され、テープ素材の固体絶縁性能を生かすことが難しい。

すなわち、図７（Ａ）のコイル装置一部断面図に示すように、ボビン１１０の鍔部１１０Ｂと、ボビン１１０のコイル巻回領域１１０Ａに巻回されたコイル１１１との間にポリエステルテープ１１２Ａからなる絶縁テープを幅Ｄ´に亘って巻回し、絶縁距離を確保する技術（従来技術１）が知られているが、ポリエステルテープ１１２Ａの巻回層間に隙間が生じて確実に絶縁を取ることが難しく、テープ幅Ｄ´は固体絶縁厚みに比し数十倍大きく取ることが必要になる。

このような隙間を埋める効果を有する絶縁テープとしては、エポキシ樹脂などの樹脂を含浸させた樹脂含浸テープが知られている。この樹脂含浸テープを用いると、熱硬化処理により、含浸されていた樹脂が流動化して、このテープに接する隙間を埋めることが可能となる（例えば、下記特許文献１を参照）。

特許第４３２１８１８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術を転用した、樹脂含浸テープを複数層巻回したもの（従来技術２）の場合には、その加熱処理の状況によっては、流動化したエポキシ樹脂等がテープ外に流れ出し、テープ間を埋める樹脂が不足して、逆にテープ間に大きな隙間を発生させてしまい、この隙間を通して放電が起きるという事態も起こりうる。また、これとともにエポキシ樹脂等の流れ出しにより、テープ幅方向のコイル巻回領域まで樹脂がはみ出してしまい、これが硬化すると、コイル巻線幅が狭くなって、設計時の巻線仕様を変更せざるを得ないという不都合が生じる虞もある。

すなわち、上記従来技術２においては、図７（Ｂ）のコイル装置一部断面図に示すように、ボビン２１０の鍔部２１０Ｂと、ボビン２１０のコイル巻回領域２１０Ａに巻回されたコイル２１１との間にエポキシ樹脂含浸テープ２１２Ａ等からなる絶縁テープを巻回し、絶縁距離を確保するようにしているが、加熱処理時にエポキシ樹脂含浸テープ２１２Ａ等からテープ外にエポキシ樹脂２１５等が流れ出して、種々の不都合を発生させる虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、コイル装置の巻枠に巻回されたコイルに隣接した領域に巻回される樹脂含浸された絶縁テープから、加熱処理時において、テープ外部へ樹脂が流れ出すのを防止することができる、コイル装置の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明に係るコイル装置の製造方法は、以下の特徴を備えている。

すなわち、本発明に係るコイル装置の製造方法は、
コイルを巻回するコイル巻枠を有するコイル巻回用ボビンと、
該コイル巻回用ボビンのコイル巻枠の中間部または端部の所定位置に、絶縁テープを巻回して加熱し、固体化して形成される自立した絶縁壁としての中間部の隔壁または端部の鍔部と、
該コイル巻回用ボビンのコイル巻枠の前記隔壁または鍔部に隣接して前記加熱前に巻回されたコイルとを備え、
前記絶縁テープは、樹脂を含浸した樹脂含浸テープと、加熱時に該樹脂含浸テープから流出する樹脂を吸収する樹脂吸収テープを積層した組合せテープからなるコイル装置を製造する方法であって、
前記コイル巻回用ボビンの前記所定位置に前記絶縁テープを巻回し、この後、前記コイルを巻回してから、加熱処理を施し、前記絶縁テープを固体化して自立した絶縁壁としての中間部の隔壁または端部の鍔部を形成することを特徴とするものである。

前記樹脂はエポキシ樹脂であることが好ましい。
また、前記樹脂吸収テープがポリエステル織テープからなることが好ましい。
前記樹脂含浸テープがエポキシ樹脂含浸テープからなり、前記樹脂吸収テープが絶縁薄紙またはポリエステル織テープからなり、該樹脂吸収テープの厚みが0.05mm～0.26mmの範囲の値とされていることが好ましい。

また、本発明に係るコイル装置の製造方法において、前記加熱時の加熱時間を２時間に設定し、かつ前記絶縁テープの外表面に外装テープを貼付した状態で、前記加熱時の加熱温度を100℃～150℃の範囲の値に設定することが好ましい。

本発明のコイル装置の製造方法によれば、コイル巻回用ボビンの所定位置に絶縁テープおよびコイルを巻回し、この後、加熱処理により樹脂含浸テープから流れ出した樹脂を樹脂吸収テープにて吸収し、絶縁テープの外部に流出することを回避するとともに、テープ巻回層間に樹脂を吸収したテープが介在し一体的に固体化されて、巻回層間の隙間を確実に埋めることができる。なお、コイル巻枠に巻回された２つのコイル間に上記テープを巻回した場合には、加熱処理により樹脂含浸テープから流出した樹脂が、この組合せ絶縁テープによる隔壁または鍔部とボビンを接着して固定化し、一体化するので、この絶縁テープを自立した隔壁、鍔として機能させることができる。
これにより、テープ間を埋める樹脂が流失して、テープ間に大きな隙間を発生させる、という事態を回避することができる。また、エポキシ樹脂の流れ出しにより、テープ幅方向のコイル巻回領域まで樹脂がはみ出してしまい、コイル巻線幅が狭くなって、設計時の巻線仕様を変更する必要が生じる、等という不都合の発生を阻止することができる。

本発明の実施形態に係るコイル装置の主要部の一部を示す概略断面図である。 図１に示す実施形態に係るコイル装置用絶縁テープの構成を示す概念図である。 本発明の実施形態に係るコイル装置の一部を示す写真である。 加熱処理を施した際の樹脂流れ出し状態を示す写真であって、（Ａ）は従来技術に係るコイル装置を示し、（Ｂ）は本実施形態に係るコイル装置を示すものである。 測定実験において用いた模擬的なコイル装置の形状を示す写真である。 図１に示す実施形態に係るコイル装置とは別のコイル装置を示す概略一部断面図である。 従来技術１のコイル装置を示す概略一部断面図（Ａ）、および従来技術２のコイル装置を示す概略一部断面図（Ｂ）である。

以下、本発明の実施形態に係るコイル装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態に係るコイル装置の構成を示す概略図であり、図２は、本実施形態に使用可能なコイル装置用絶縁テープの構成を示す概念図である。
本実施形態に使用される絶縁テープは、図２に示すように、樹脂含浸テープとしてのエポキシ樹脂含浸テープ１２Ａと、樹脂吸収テープとしてのポリエステル織テープ１２Ｂを積層してなる組合せテープ１２からなる。また、エポキシ樹脂含浸テープ１２Ａとポリエステル織テープ１２Ｂの上下位置を、上記と互いに逆とすることも可能である。
上記樹脂含浸テープは、一般にプリプレグテープ等として知られているものであり、熱硬化樹脂を吸収性のあるシート基材に含浸させた未硬化状態のテープ状・シート状の製品全般を指称するものとする。
なお、樹脂含浸テープおよび樹脂吸収テープの種類としては種々の変更態様を選択し得る。このことについては後述する。

本実施形態に係るコイル装置は、コイル巻回領域１０Ａと鍔部１０Ｂを有する筒状のボビン１０を備えており、図１の一部断面図に示すように、コイル巻回領域１０Ａに巻回されたコイル１１と、コイル巻回領域１０Ａの端部側であって鍔部１０Ｂに当接する位置に幅Ｄに亘って巻回された、コイル装置用絶縁テープとしての組合せテープ１２を備えている。

上記組合せテープ１２を構成するエポキシ樹脂含浸テープ１２Ａは、支持体としての不織布または織物テープにエポキシ樹脂を含浸してなる、複合材構造のテープにより構成されている。

この支持体テープの厚みは、例えば 0.07 ～0.18 mmのものを用いる。また、上記エポキシ樹脂の含浸量は、例えば 45～85 ％のものを用いる。
また、上記組合せテープ１２を構成するポリエステル織テープ１２Ｂは、エポキシ樹脂含浸テープ１２Ａから流れ出したエポキシ樹脂を吸収して、この組合せテープ１２の外部にエポキシ樹脂が流れ出さないようにするための、エポキシ樹脂吸収素材であるポリエステル布材をベース素材とするものである。
ポリエステル織テープ１２Ｂの厚みは、例えば、0.050～0.250mmのものを用いる。

図１に示すコイル装置において、ボビン１０のコイル巻回領域１０Ａと鍔部１０Ｂの間であって、鍔部１０Ｂの内壁面に沿わせて、上述した組合せテープ１２が巻回される。この後、コイル１１がコイル巻回領域１０Ａ上に巻回され、組合せテープ１２は、鍔部１０Ｂとコイル１１に挟まれた位置に巻回される。

このようなコイル装置用絶縁テープにおいて、巻回層間に存在する隙間をなくし沿面距離を確保するべく、加熱処理を施し、溶融させたエポキシ樹脂が巻回層間の隙間に入り込むようにし、その後、加熱処理を終了して、巻回層間に入り込んだエポキシ樹脂が硬化するようにしている。これにより、組合せテープ１２が固体化し、コイル１１の絶縁壁として形成される。

しかしながら、この加熱処理の実施状況によっては、溶融したエポキシ樹脂がコイル装置用絶縁テープの外部に流れ出し、巻回層間の隙間を埋める材料が不足してしまうことも起こり得るし、流れ出したエポキシ樹脂が、この組合せテープ１２に隣接するコイル巻回領域１０Ａ上で硬化して、コイルを巻回するスペースが狭くなってしまう虞もある（図７（Ｂ）を参照）。

そこで、本実施形態においては、前述したように、コイル装置用絶縁テープを、エポキシ樹脂含浸テープ１２Ａとポリエステル織テープ１２Ｂを積層してなる組合せテープ１２から構成し、エポキシ樹脂含浸テープ１２Ａから滲み出したエポキシ樹脂はその上下において隣接するポリエステル織テープ１２Ｂにより吸収されるようにしている。

これにより、エポキシ樹脂を吸収したポリエステル織テープ１２Ｂが接着層として介在して、組合せテープ１２の上下層のエポキシ樹脂含浸テープ１２Ａ同士が強力に一体的に固体化せしめられ、巻回された組合せテープ１２の層間の隙間が確実に埋められて、コイル装置用絶縁テープの絶縁状態を確保することが可能となる。

図３は、図１に示すコイル装置とは、基本的な構成は同様であるが、細部において若干異なる別の実施形態に係るコイル装置を示すものである。したがって、図３に示すコイル装置の各部材において、図１に示すコイル装置と同じ機能を有するものについては同一の符号を付し、異なる部分についてのみ異なる符号を付してその説明を加える。

図３に示す実施形態に係るコイル装置は、通信用の整合トランスとして用いられるものであり、四角筒状のボビン１０（図４（Ｂ）を参照）のコイル巻回領域（他部材に隠れて視認できない）にはコイル１１が巻回され、このコイル巻回領域と鍔部１０Ｂとの間にはコイル装置用絶縁テープである組合せテープ１２が巻回されてなる。この組合せテープ１２は、エポキシ樹脂含浸テープ１２Ａを使用しており、樹脂吸収テープとして、ポリエステル織テープ１２Ｂを用いている点においては、図１を用いて示す上記実施形態のコイル装置と同様である。

なお、この図３には、１次巻線および２次巻線からなるコイル１１の端部が、コイル引出線１５Ａ、Ｂ、Ｃとして示されている。また、ボビン１０の鍔部１０Ｂは、組合せテープ１２の状態を確認し得るように低背状態に形成されている。

また、図４（Ａ）、（Ｂ）は加熱処理時におけるエポキシ樹脂の、組合せテープ外部への流れ出し状態を示す写真であり、（Ａ）は従来技術に係るコイル装置用絶縁テープ（エポキシ樹脂含浸テープのみを用い、樹脂吸収テープは用いていない）、（Ｂ）は図３の実施形態に係るコイル装置用絶縁テープを用いた写真である。

従来技術を用いた場合には、図４（Ａ）に示すように、エポキシ樹脂含浸テープ２１２Ａから流れ出たエポキシ樹脂がボビン２１０の鍔部２１０Ｂの内側縁部から滴下している状態であることが観察された。一方、本実施形態においては、図４（Ｂ）に示すように、組合せテープ１２のエポキシ樹脂含浸テープ１２Ａから外部にエポキシ樹脂が流れ出る様子が観察されず、ボビン１０の鍔部１０Ｂを始めとして各部にエポキシ樹脂の付着は観察
されなかった。

本実施形態においては、エポキシ樹脂含浸テープ１２Ａから滲みだした樹脂が、隣接して巻回されているポリエステル織テープに吸収され、隣接する巻回層間の樹脂テープ１２Ａが、このポリエステル織テープを介して接着され、層間の隙間が確実に埋められて、この隙間を通しての放電が阻止される。

＜測定実験＞
次に、エポキシ樹脂含浸テープおよびエポキシ樹脂吸収テープを、図１に示すように重ね巻きし、加熱処理を施したときに、エポキシ樹脂含浸テープから樹脂がある程度流れ出して接着効果が得られる最低温度、エポキシ樹脂含浸テープから樹脂がある程度流れ出してはいるが、過剰に流れ出さない状態とされる最高温度を実験により測定し、さらに最低温度と最高温度の中間の温度であるセンター温度を算出した。

すなわち、本実験においては、樹脂吸収テープの厚み条件を一定とし、加熱温度×加熱時間に関する条件を変化させて、樹脂の流れ出し状態を観察することにより、実施可能な加熱条件範囲を見い出した（下記表１を参照）。
また、加熱条件を一定とし、樹脂吸収テープの厚みを変化させて実施可能な樹脂吸収テープ厚みの範囲を見い出した（下記表２を参照）。

（用いた試料）
・ エポキシ樹脂含浸テープは、寺岡製エポキシ樹脂含浸テープ５１２０を用いた。支持体の厚みは0.13mm、含有樹脂量は75％とした。
・ エポキシ樹脂吸収テープは、(1)絶縁薄紙クラフト紙0.05mm厚、および(2)ポリエステル織テープ0.13mm厚を用いた。
・ なお、外装テープを用いた場合と用いない場合の双方について観察した。ここで、外装テープとしては、 適度の熱収縮特性を備えたものを用いた。
また、外装テープは粘着テープであり、以下の条件を備えていることが好ましい。
（１）糊の成分がエポキシ樹脂の硬化反応を(化学的に)阻害しないこと。硬化後は相互密着し一体化するものであることが好ましい。
（２）組合せテープが硬化するまで適度の締め付け力を保持すること。すなわち、流動化した樹脂が吸収テープ内部に吸収され組合せテープ全体の厚みが減少することによってテープ層間に隙間が発生する問題が解消される。
外装テープとして、例えば、寺岡製作所製のポリエステルテープNO.632S（アクリル糊・非硬化性）を使用した場合、エポキシ樹脂吸収テープは良好に硬化した。この場合のポリエステルテープの縦方向熱収縮は、150℃において1.3％程度であった。
なお、図３においては、巻線が視認し得るように外装テープを全て削り落している。

（コイル装置）
・ 図５に示すように、ボビン３１０の鍔部３１０Ｂを底面とし、この鍔部３１０Ｂの上部の巻枠に組合せテープ３１２を巻回し、この巻枠の上方に端子台３１１および端子ピン３１５を配設している。この測定装置においては、巻枠にコイルは巻回せず、組合せテープ３１２のみを巻回しているが、加熱時の樹脂の流れ出し状況は、コイルを巻回している場合と略同様である。なお、上記ボビン３１０としては、20φのフェノール樹脂製のものを用いた。

（実験手順）
・ オーブン加熱温度を80℃～150℃の範囲で変化させて上記加熱条件の範囲を見出した（加熱温度範囲）。
・ 樹脂吸収テープの厚みを0.05～0.26mmの範囲で変化させて上記吸収テープ条件の範
囲を見出した（吸収テープ厚み範囲）。

（測定結果）
＜測定１＞
上述した手法で加熱温度を80℃～150℃の範囲で変更し、測定を行った。各温度（80℃、100℃、120℃、150℃：加熱時間は各々２時間）における樹脂の流れ出し状態およびテープの固体化状態について観察した。その様子を下表１に示す。なお、エポキシ樹脂テープの厚み（種類）は0.17mm (寺岡製作所製No.5120)で一定とした。

＜測定２＞
上述した手法でエポキシ樹脂吸収テープの厚み（テープ種として２種を用いた）を0.05mm～0.26mmの範囲で変更して測定を行った。各テープの厚み（0.05mm、0.10mm、0.13mm、0.26mm：テープ種は、絶縁薄紙クラフト紙0.05mm/枚、およびポリエステル織テープ0.13mm/枚を用いた）における樹脂の流れ出し状態およびテープの固体化について観察した。その様子を下表２に示す。ここで用いた絶縁薄紙クラフト紙とポリエステル織テープは、エポキシ樹脂吸収特性が略同様と仮定して測定を行った。なお、加熱条件は、120℃、２時間で一定とした。

（条件範囲の決定）
上述した表１から加熱温度は、樹脂の流出が始まる（滲み出しは生じている）温度を下限値とし、樹脂の流出が過剰となる温度を上限値とし、この下限値と上限値の中間温度をセンター値とした。この結果、下限値は100℃となり、上限値は150℃となった。また、センター値は125℃となり、通常の作業で用いる標準温度である120℃と近い値となった。

また、上述した表２からエポキシ樹脂吸収テープの厚みは、樹脂の流出が始まる（滲み出しは生じている）厚みを下限値とし、一方、流動化した樹脂が全て吸収されても全体に行渡らないため、完全な固体状態よりも軟化した状態となっているときの厚みを上限値とした。この結果、下限値は0.05mmとなり、上限値は0.26mmとなった。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態の態様のものに
限定されるものではなく、種々に態様を変更することが可能である。

例えば、樹脂含浸テープ（プリプレグテープ）としては、上述したエポキシ樹脂を含浸したものに限られるものではなく、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂等を用いることができる。また、樹脂の含浸量は45～85％とすることが望ましい。
また、上記実施形態においては、樹脂含浸テープは、支持テープであるアラミド不織布にエポキシ樹脂を含浸させた構造とされているが、これに替えて織布の支持材にエポキシ樹脂を含浸させるようにしてもよい。

また、樹脂吸収テープとしては、上述した絶縁薄紙やポリエステル織テープに限られるものではなく、例えば、種々の紙、不織布、織物・編物、多孔質合成樹脂を用いることができる。
紙としては、天然繊維やパルプを抄紙・加圧したもの（例えばグラシン紙、クラフト紙、プレスボード等）があり、また合成繊維やフィラーを抄紙・加圧したもの（例えばアラミド紙等）がある。
不織布としては、天然繊維として綿、羊毛、麻、パルプ、絹、および鉱物繊維等があり、化学繊維として、レーヨン、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリル繊維、ビニロン、およびアラミド繊維等がある。
織物・編物としては、天然繊維として綿、絹、麻等があり、化学繊維としてアセテート、ポリエステル、ガラス繊維、アラミド繊維等がある。
多孔質合成樹脂材としては、ウレタン、ポリエステル、シリコン、フッ素樹脂等がある。

また、本発明のコイル装置としては、図６の断面図に示すように、ボビン４１０の巻枠上に、間をおいて巻回された２つのコイル４１１、４１１の間に、これら２つのコイル４１１、４１１の隔壁（鍔）として機能するように組合せテープ４１２Ａを巻回するような構成とすることも可能である。
このように巻回された組合せテープ４１２Ａからは、加熱処理時において、樹脂が少しずつ溶け出して、組合せテープ４１２Ａとボビン４１０の間の接合部（界面）４１２Ｂにおいて両者を互いに接着し、一体化させる。これにより、組合せテープ４１２Ａを自立した隔壁として機能させることができる。
なお、組合せテープ４１２、４１２および鍔部４１０Ｂ、４１０Ｂは、図１を用いて説明した前述した実施形態における、組合せテープ１２および鍔部１０Ｂと同様の機能をなすように構成されている。

また、コイル装置として、ボビンの鍔部を有していることが望ましいが、鍔部を有していないようなボビンであっても、本発明の適用は可能である。

１０、１１０、２１０、３１０、４１０ ボビン
１０Ａ、１１０Ａ、２１０Ａ コイル巻回領域
１０Ｂ、１１０Ｂ、２１０Ｂ、３１０Ｂ、４１０Ｂ 鍔部
１１、１１１、２１１、４１１ コイル
１２、３１２、４１２、４１２Ａ 組合せテープ
１１２Ａ ポリエステルテープ
１２Ａ、２１２Ａ エポキシ樹脂含浸テープ
１２Ｂ ポリエステル織テープ
１５Ａ、Ｂ、Ｃ コイル引出線
２１５ 流れ出たエポキシ樹脂
３１１ 端子台
３１５ 端子ピン

Claims (5)

1. コイルを巻回するコイル巻枠を有するコイル巻回用ボビンと、
   該コイル巻回用ボビンのコイル巻枠の中間部または端部の所定位置に、絶縁テープを巻回して加熱し、固体化して形成される自立した絶縁壁としての中間部の隔壁または端部の鍔部と、
   該コイル巻回用ボビンのコイル巻枠の前記隔壁または鍔部に隣接して前記加熱前に巻回されたコイルとを備え、
   前記絶縁テープは、樹脂を含浸した樹脂含浸テープと、加熱時に該樹脂含浸テープから流出する樹脂を吸収する樹脂吸収テープを積層した組合せテープからなるコイル装置を製造する方法であって、
   前記コイル巻回用ボビンの前記所定位置に前記絶縁テープを巻回し、この後、前記コイルを巻回してから、加熱処理を施し、前記絶縁テープを固体化して自立した絶縁壁としての中間部の隔壁または端部の鍔部を形成することを特徴とするコイル装置の製造方法。
2. 前記樹脂含浸テープの樹脂がエポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１記載のコイル装置の製造方法。
3. 前記樹脂吸収テープがポリエステル織テープからなることを特徴とする請求項１または２に記載のコイル装置の製造方法。
4. 前記樹脂含浸テープがエポキシ樹脂含浸テープからなり、前記樹脂吸収テープが絶縁薄紙またはポリエステル織テープからなり、該樹脂吸収テープの厚みが0.05mm～0.26mmの範囲の値とされていることを特徴とする請求項１記載のコイル装置の製造方法。
5. 請求項１記載のコイル装置を製造する方法において、
   前記加熱時の加熱時間を２時間に設定し、かつ前記絶縁テープの外表面に外装テープを貼付した状態で、前記加熱時の加熱温度を100℃～150℃の範囲の値に設定することを特徴とするコイル装置の製造方法。

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